JP6124117B2

JP6124117B2 - 直流リアクトル

Info

Publication number: JP6124117B2
Application number: JP2013045301A
Authority: JP
Inventors: 翔平板垣; 北岡　幹雄; 幹雄北岡
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2033-03-07
Also published as: JP2014175396A

Description

本発明は、インバータ回路等に用いられる直流リアクトルに関するものである。

インバータ回路等に用いられる直流リアクトルにおいては、コアに形成したギャップ部に磁気バイアスを付与するマグネットを配置することにより直流重畳特性を向上させたものが多く用いられている。

ところで、この種の直流リアクトルにおいては、コアのギャップ部が充分に確保できない場合に、所望とする磁気バイアスを付与するために必要なマグネットの面積が小さくなってしまい、この結果直流重畳特性に優位性を持たせることができないという問題点があった。

そこで、例えば下記特許文献１においては、コアのギャップ部が充分に確保できない場合にも、所望の直流重畳特性を得られるようにした直流リアクトルが提案されている。

しかしながら、これら従来の直流リアクトルにあっては、いずれも上記ギャップ部に挿入したマグネットや上記ギャップ部の周囲に配置したマグネットが減磁して反転した場合に、直流重畳特性における変極点から急激にインダクタンスが低下し、当該直流リアクトルが組み込まれている回路に悪影響を及ぼすおそれもあった。

特開平８−３１６０４９号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コアのギャップ部が充分に確保できない場合においても、直流重畳特性を向上させることができるとともに、さらに直流重畳特性の変極点からの急激なインダクタンスの低下も抑制することができる直流リアクトルを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明に係る直流リアクトルは、一対のＵ型コアまたはＥ型コアが、互いの足部間にギャップ部に介して対向配置され、上記ギャップ部に磁気バイアス特性により直流重畳特性を向上させる第１のマグネットが配置されるとともに、全ての上記コアの足部に、上記ギャップ部から上記コアの足部に跨るように、当該足部および上記第１のマグネットを覆う第２のマグネットが全ての着磁方向を同一にして配置され、かつ少なくとも一箇所の上記ギャップ部の周囲に上記第２のマグネットを間に介して上記コアの足部を囲繞するコイルが配置されてなることを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記コアの足部は、断面方形状に形成されるとともに、上記第２のマグネットは、上記ギャップ部の長さ寸法よりも長く、かつ上記足部の３側面を覆う断面コ字状に形成されていることを特徴とするものである。

請求項１または２に記載の直流リアクトルによれば、一対のＵ型コアまたはＥ型コアの対向する足部間に配置した第１のマグネットにより、磁気バイアスを付与して直流重畳特性を向上させることができる。

加えて、全ての足部の周囲に、上記ギャップ部を覆う第２のマグネットを配置するとともに、少なくとも一箇所の上記第２のマグネットの周囲に、上記コアの足部を囲繞するコイルを配置しているために、上記第２のマグネットによって、コイルにより磁気的飽和が生じやすい足部に磁気的バイアスを付与して、直流重畳特性の変極点からの急激なインダクタンスの低下も抑制することができる。

この際に、上記第２のマグネットを、特に全ての足部の外周に互いの着磁方向が同一になるように配置しているために、上記コイルの配置箇所に設けられて磁気的飽和を抑制する第２のマグネットによる磁力が、並列的に隣接する他の足部に悪影響を及ぼすことを防ぐことができ、この結果効果的に急激なインダクタンスの低下も抑制することができる。

本発明の第１の実施形態を示す横断面視した平面図である。図１の側面図である。本発明の第２の実施形態を示す横断面視した平面図である。図３の側面図である。本発明の第３の実施形態を示す横断面視した平面図である。図５の側面図である。本発明の実施例における第２のマグネットの配置を示すもので、（ａ）は比較例、（ｂ）は本発明の実施例である。図７の実施例の結果を示すグラフである。本発明の他の実施例の結果を示すグラフである。

（第１の実施形態）
図１および図２は、本発明に係る直流リアクトルの第１の実施形態を示すもので、図中符号１が、一対のＵ型コアである。
これらＵ型コア１は、互いの２本の足部２の先端部間にギャップ部を介してロ字状の閉磁路を形成するように対向配置されている。

そして、各々のギャップ部に、第１のマグネット３が組み込まれている。この第１のマグネット３としては、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石あるいはネオジウム磁石が用いられており、各々の着磁方向が、直流重畳特性を向上させるべくコア１、１の磁束に対して逆向きの磁束を磁気バイアスとして与える向きとなるように配置されている。

さらに、これら２本の足部２の外周には、ギャップ部（第１のマグネット３）から両コア１の足部２に跨るように、当該足部２および第１のマグネット３を覆う第２のマグネット４が配置されている。ここで、足部２は断面方形状に形成されている。そして、第２のマグネット４は、断面コ字状に形成されており、足部２の内側面２ａを除く３面、すなわち外側面２ｂおよび両側面２ｃを覆うように配置されている。また、第２のマグネット４における足部２の両側面２ｃと対向する壁部４ａの幅寸法は、足部２の側面２ｃの幅寸法よりも大きく形成されている。

そして、これら２本の足部２の外周に配置された第２のマグネット４は、互いの着磁方向が同一、すなわち図１において上方の極（例えばＮ極）と下方の極（例えばＳ極）とが、両方の第２のマグネット４において同じになるように配置されている。

そして、両足部２の外周には、第２のマグネット４を間に介してコア１の足部２を囲繞するコイル５が配置されている。これらコイル５は、それぞれ単線、平角線あるいはリッツ線等の線材を図示されないボビン廻りに巻回すことによって形成されたものである。

（第２の実施形態）
図３および図４は、本発明の第２の実施形態を示すものであり、第１の実施形態と同一構成部分については、同一符号を付してある。
本実施形態の直流リアクトルが第１の実施形態に示したものと異なる点は、一方の足部２の外周にのみコイル５が配置されていることにある。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

（第３の実施形態）
図５および図６は、本発明の第３の実施形態を示すもので、この直流リアクトルにおいては、一対のＥ型コア１０が用いられている。
これらＥ型コア１０は、互いの２本の外足（足部）１１および中足（足部）１２の先端部間にギャップ部を介して日字状の閉磁路を形成するように対向配置されている。

そして、各々のギャップ部に、第１および第２の実施形態と同様の、磁気バイアス特性により直流重畳特性を向上させる第１のマグネット１３が組み込まれている。
さらに、これら２本外足１１および中足１２の外周に、外足１１および中足１２並びに第１のマグネット１３を覆うようにして第２のマグネット１４が配置されている。

これら第２のマグネット１４も、断面コ字状に形成されており、外足１１および中足１２の三面を覆うように配置されている。そして、これら２本の外足１１および中足１２の外周に配置された第２のマグネット１４は、互いの着磁方向が同一、すなわち図５において上方の極（例えばＮ極）と下方の極（例えばＳ極）とが、３つの第２のマグネット１４において同じになるように配置されている。

そして、この直流リアクトルにおいては、Ｅ型コア１０の中足１２のみの外周に、第２のマグネット１４を間に介してコア１０の中部１２を囲繞するコイル１５が配置されている。このコイル１５も、単線、平角線あるいはリッツ線等の線材を図示されないボビン廻りに巻回すことによって形成されたものである。

以上の構成からなる第１〜第３の実施形態を示す直流リアクトルによれば、先ず一対のＵ型コア１またはＥ型コア１０の対向する足部２、１１、１２間に配置した第１のマグネット３、１３により、磁気バイアスを付与して直流重畳特性を向上させることができる。

加えて、全ての足部２、１１、１２の周囲に、ギャップ部を覆う第２のマグネット４、１４を互いの着磁方向が同一になるように配置しているために、これら第２のマグネット４、１４によって、コイル５、１５により磁気的飽和が生じやすい足部に磁気的バイアスを付与して、直流重畳特性の変極点からの急激なインダクタンスの低下も抑制することができる。

先ず、図７（ｂ）に示すような、第２の実施形態に示した構成を有する直流リアクトルと、比較例として図７（ａ）に示すように、第２のマグネット２４を互いの着磁方向が反対になるように配置した直流リアクトルについて、解析によって電流値に対するＬ値の変化を検証した。なお、図７（ａ）、（ｂ）において、図中実線矢印はコイル５によって作られる磁界の向きであり、図中点線矢印は第２のマグネット４、２４の着磁方向を示すものである。

なお、解析にあたっては、コア１としてＭｎＺｎフェライトを用い、マグネットとしてサマリウムコバルト磁石を用いるとともに、０．１ｍｍの線材を２ターンしたコイル５を用いた場合について行った。また、第２のマグネット４、２４の着磁方向の向き以外については、図７（ａ）、（ｂ）共に同一の諸元とした。

図８は、上記解析結果を示すもので、グラフ中（ａ）で示す比較例の直流リアクトルおよび（ｂ）で示す第２の実施形態の直流リアクトルは、共に第１のマグネット３によって同等の直流重畳特性が得られるものの、その変極点からのインダクタンスの低下を見ると、（ａ）の比較例では急激に低下しているのに対して、（ｂ）に本発明に係る直流リアクトルにおいては、このような急激な低下が抑制されていることが判る。

次に、第３の実施形態に示した直流リアクトルと、当該直流リアクトルの構成から第２のマグネット１４を除いた直流リアクトルとについて、同様に電流値に対するＬ値の変化を解析によって検証した。

図９は、この解析結果を示すもので、上記第３の実施形態に示した直流リアクトルによれば、第２のマグネット１４が配置されていない比較例と比較して、大幅に直流重畳特性の変極点からのインダクタンスの急激な低下が抑制されていることが判る。

１、１０コア
２足部
３、１３第１のマグネット
４、１４第４のマグネット
５、１５コイル
１１外足（足部）
１２中足（足部）

Claims

一対のＵ型コアまたはＥ型コアが、互いの足部間にギャップ部に介して対向配置され、上記ギャップ部に磁気バイアス特性により直流重畳特性を向上させる第１のマグネットが配置されるとともに、全ての上記コアの足部に、上記ギャップ部から上記コアの足部に跨るように、当該足部および上記第１のマグネットを覆う第２のマグネットが全ての着磁方向を同一にして配置され、かつ少なくとも一箇所の上記ギャップ部の周囲に上記第２のマグネットを間に介して上記コアの足部を囲繞するコイルが配置されてなることを特徴とする直流リアクトル。
上記コアの足部は、断面方形状に形成されるとともに、上記第２のマグネットは、上記ギャップ部の長さ寸法よりも長く、かつ上記足部の３側面を覆う断面コ字状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の直流リアクトル。