JP6237586B2 - 誘導機器 - Google Patents

Description

本発明は、磁性コアと、磁性コアに捲回されたコイルとを有する誘導機器に関する。

リアクトルやトランス等の誘導機器は、磁性コアと、磁性コアに捲回されたコイルとを有する。一般的に、磁性コアに捲回されたコイルに流れる電流が大きくなり、コイルに流れる電流により発生する磁束が、磁性コアをなす磁性体の種類及び磁性コアの形状、大きさ等によって決まるある一定の量を越えると、磁性コアは磁気飽和し、リアクトルやトランスとしての性能が低下してしまう。そのため、磁性コアの磁束経路（磁路）中にギャップを設けることで、磁性コアが磁気飽和してしまうことを抑制している（例えば特許文献１参照）。

特開平４−２０６５０９号公報

ところで、図４に示すように、磁性コア１００は、第１コア１０１及び第２コア１０２を含み、第１コア１０１は、コイル１０３が周囲に捲回される脚部１０１ａを有し、第２コア１０２は、コイル１０３の捲回中心軸線Ｌ１００に沿った方向におけるコイル１０３よりも外側で、脚部１０１ａの延設方向に対して直交する方向に延びているとする。そして、脚部１０１ａにおけるコイル１０３と対向する外側面１０１ｄの端部と、第２コア１０２の端面１０２ａとの間にギャップ１０４が形成されているとする。

この場合、磁束Ｍ１００は、磁性コア１００に形成される磁路の磁気抵抗が低くなるように、磁性コア１００の最短経路を通過しようとすることから、第２コア１０２における端面１０２ａ側のコイル１０３寄りの角部１０２ｅを含む周辺の領域に集中する。すると、角部１０２ｅの近傍に位置するコイル１０３を鎖交する漏れ磁束が発生し、コイル１０３を鎖交する漏れ磁束によりコイル１０３中に渦電流が発生するためジュール損が生じ、リアクトルやトランスとしての性能が低下してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、コイルに鎖交する漏れ磁束を低減することができる誘導機器を提供することにある。

上記課題を解決する誘導機器は、磁路を形成する磁性コアと、前記磁性コアに捲回されるコイルとを備え、前記磁性コアは、前記コイルの捲回中心軸線に沿った方向に延びるとともに周囲に前記コイルが配置される脚部を有する第１コアと、前記脚部の延設方向に対して交差する方向に延びる第２コアとを有し、前記脚部の延設方向と前記第２コアの延設方向とが交差する位置には、ギャップ形成部が設けられており、前記ギャップ形成部は、前記第２コアに対向する対向面を有しており、前記第２コアは、前記対向面に対向して前記対向面と共にギャップを形成するギャップ形成面を有しており、前記対向面及び前記ギャップ形成面は、前記脚部における前記コイルと対向する外側面よりも前記脚部の軸線に近い位置に配置されており、前記第２コアにおけるギャップ形成面側の前記コイル寄りの角部に面取り部が形成されている。

磁束は、磁性コアに形成される磁路の磁気抵抗が低くなるように、磁性コアの最短経路を通過しようとするため、第２コアにおけるギャップ形成面側のコイル寄りの角部を含む周辺の領域に集中する。ここで、ギャップを形成する対向面及びギャップ形成面は、脚部におけるコイルと対向する外側面よりも脚部の軸線に近い位置に配置されている。これによれば、第２コアのギャップ形成面が、脚部におけるコイルと対向する外側面よりも脚部の軸線に対して離れた位置に配置されている場合に比べると、第２コアにおけるギャップ形成面側のコイル寄りの角部を、コイルから離間させることができる。その結果、第２コアにおけるギャップ形成面側のコイル寄りの角部の近傍に位置するコイルに鎖交する漏れ磁束を低減することができる。また、第２コアにおけるギャップ形成面側のコイル寄りの角部に面取り部が形成されていない場合に比べると、第２コアにおけるギャップ形成面側のコイル寄りの角部を含む周辺の領域に磁束が集中してしまうことを抑制することができる。その結果、第２コアにおけるギャップ形成面側のコイル寄りの角部の近傍に位置するコイルに鎖交する漏れ磁束をさらに低減させ易くすることができる。

上記誘導機器において、前記ギャップ形成部は、前記脚部と一体的に設けられていることが好ましい。
これによれば、ギャップ形成部が脚部とは別体である構成に比べると、磁性コアの組み立て作業を容易なものとすることができるため、誘導機器の製造を簡素化させることができる。

上記誘導機器において、前記第１コアは、前記対向面と前記外側面とを繋ぐ湾曲部を有することが好ましい。
例えば、対向面と外側面とが、脚部の軸線に対して直交する方向に延びる直交部によって接続されており、対向面と直交部との間、及び対向面と外側面との間にピン角が形成されている場合、ピン角に磁束が集中し易くなる。そして、ピン角と第２コアとが近接していると、ピン角と第２コアとの間で漏れ磁束が発生し易くなり、この漏れ磁束がコイルに鎖交してしまう虞がある。しかし、湾曲部には、ピン角に比べて磁束が集中し難いため、湾曲部と第２コアとの間で漏れ磁束が生じ難くなり、コイルに鎖交する漏れ磁束を低減することができる。

上記誘導機器において、前記ギャップ形成部及び前記第２コアは、放熱部材に接する接触部を有することが好ましい。
これによれば、第１コアから生じる熱はギャップ形成部を介して放熱部材に放熱されるとともに、第２コアから生じる熱は放熱部材によって放熱されるため、磁性コア全体の放熱性能を向上させることができる。

上記誘導機器において、前記ギャップ形成部は、前記脚部とは別体であることが好ましい。
これによれば、脚部とギャップ形成部との間でギャップを形成することができるため、磁性コアの磁気飽和をさらに抑制することができる。

この発明によれば、コイルに鎖交する漏れ磁束を低減することができる。

（ａ）は実施形態における電子機器を示す断面図、（ｂ）はギャップ周辺を拡大して示す誘導機器の模式図。 別の実施形態におけるギャップ周辺を拡大して示す誘導機器の模式図。 別の実施形態における誘導機器を示す断面図。 従来例におけるギャップ周辺を拡大して示す模式図。

以下、誘導機器を具体化した一実施形態を図１にしたがって説明する。本実施形態の誘導機器は、車載用の電子機器であるリアクトル装置を構成している。
図１（ａ）に示すように、リアクトル装置１０は、磁路を形成する磁性コア２０と、磁性コア２０に捲回されるコイル３０とを有する誘導機器１１を備えている。また、リアクトル装置１０は、誘導機器１１を収容する放熱部材としてのケース１２を備えている。ケース１２は金属製（本実施形態ではアルミニウム製）である。

磁性コア２０は、第１コア２１及び第２コア２２を有する。第１コア２１はＵ型コアであるとともに、第２コア２２はＩ型コアである。第１コア２１及び第２コア２２は磁性体であるとともに、圧粉磁芯により形成されている。

第１コア２１は、略矩形平板状をなす平板部２１ａと、平板部２１ａの長手方向の両端から平板部２１ａに対して直交する方向に延びる円柱状の一対の脚部２１ｂとから形成されている。各脚部２１ｂの周囲には、コイル３０を構成するコイル要素３１がそれぞれ環状に捲回されている。よって、各脚部２１ｂは、各コイル要素３１の捲回中心軸線Ｌに沿った方向に延びるとともに周囲にコイル要素３１が配置されている。なお、本実施形態では、脚部２１ｂの軸線は、コイル要素３１の捲回中心軸線Ｌと一致している。

各コイル要素３１は、各コイル要素３１の捲回中心軸線Ｌが互いに平行に配置されて隣り合っている。各コイル要素３１は、一本の導電板をエッジワイズ曲げして形成されている。そして、各コイル要素３１が隣り合って形成される空隙３３に設けられる連結部３４によって、各コイル要素３１同士が連結されている。各コイル要素３１の捲回方向はそれぞれ異なっている。

第２コア２２は、コイル要素３１の捲回中心軸線Ｌに沿った方向において、コイル要素３１における平板部２１ａとは反対側の端部よりも外側で、脚部２１ｂの延設方向に対して直交する方向に延びている。第２コア２２は、平板部２１ａと平行に延びる平板状である。

各脚部２１ｂにおける延設方向の長さは、コイル要素３１における捲回中心軸線Ｌに沿った長さよりも長くなっている。そして、各脚部２１ｂにおける平板部２１ａとは反対側の端部である先端部２１ｅは、捲回中心軸線Ｌに沿った方向において、コイル要素３１における平板部２１ａとは反対側の端部よりも外側に突出している。

各脚部２１ｂの先端部２１ｅにおいて、脚部２１ｂにおけるコイル要素３１と対向する外側面２１ｄ（外周面）の一部には、凹部２３が形成されている。第２コア２２の延設方向の両端部は、各凹部２３内に入り込んでいる。

図１（ｂ）に示すように、凹部２３は、第２コア２２の延設方向の両端面２２ａと対向するとともに脚部２１ｂの軸線に沿う方向に延びる対向面２３ａを有する。対向面２３ａは、脚部２１ｂの外側面２１ｄよりも脚部２１ｂの軸線に近い位置に配置されている。また、凹部２３は、対向面２３ａと脚部２１ｂの外側面２１ｄとを繋ぐ湾曲部２３ｂを有する。湾曲部２３ｂは、対向面２３ａに連なるとともに脚部２１ｂの軸線から離間しながら弧状に湾曲する第１湾曲部２３１ｂと、第１湾曲部２３１ｂに連なるとともに脚部２１ｂの軸線に沿う方向に向けて弧状に湾曲して脚部２１ｂの外側面２１ｄに接続される第２湾曲部２３２ｂとから形成されている。

第２コア２２の両端面２２ａは、各脚部２１ｂの外側面２１ｄよりも脚部２１ｂの軸線に近い位置に配置されている。そして、対向面２３ａと第２コア２２の両端面２２ａとの間には、ギャップ２５が形成されている。よって、第２コア２２の両端面２２ａは、ギャップ２５を形成するギャップ形成面である。さらに、脚部２１ｂの先端部２１ｅは、脚部２１ｂの延設方向と第２コア２２の延設方向とが交差する位置に設けられるとともにギャップ２５を形成するギャップ形成部として機能している。よって、本実施形態では、ギャップ形成部は、脚部２１ｂと一体的に設けられている。

ギャップ２５は、脚部２１ｂの外側面２１ｄよりも脚部２１ｂの軸線に近い位置に配置されている。なお、ギャップ２５は、空気層であるエアギャップや、非磁性体（例えばセラミック）のギャップ板等である。第２コア２２における両端面２２ａ側の外縁全周には、面取り部２２ｒが形成されている。面取り部２２ｒはアール形状である。

図１（ａ）に示すように、誘導機器１１は、各脚部２１ｂの先端面２１ｇと、第２コア２２におけるコイル３０とは反対側の平坦面２２ｇとが、図示しない放熱グリースを介してケース１２に面接触して密着した状態で、ケース１２に対して配置されている。よって、各脚部２１ｂの先端面２１ｇ、及び第２コア２２の平坦面２２ｇは、ケース１２に接する接触部として機能する。

次に、本実施形態の作用を説明する。
図１（ｂ）に示すように、磁束Ｍ１は、磁性コア２０に形成される磁路の磁気抵抗が低くなるように、磁性コア２０の最短経路を通過しようとするため、第２コア２２における端面２２ａ側のコイル３０寄りの角部２２ｅを含む周辺の領域に集中する。ここで、ギャップ２５を形成する対向面２３ａ及び第２コア２２の端面２２ａは、脚部２１ｂの外側面２１ｄよりも脚部２１ｂの軸線に近い位置に配置されている。このため、第２コア２２の端面２２ａが、脚部２１ｂの外側面２１ｄよりも脚部２１ｂの軸線に対して離れた位置に配置されている場合に比べると、第２コア２２の角部２２ｅが、コイル３０から離間する。その結果、第２コア２２の角部２２ｅの近傍に位置するコイル３０に鎖交する漏れ磁束が低減される。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）ギャップ２５を形成する対向面２３ａ及び第２コア２２の端面２２ａが、脚部２１ｂにおけるコイル３０と対向する外側面２１ｄよりも脚部２１ｂの軸線に近い位置に配置されている。これによれば、第２コア２２の端面２２ａが、脚部２１ｂにおけるコイル３０と対向する外側面２１ｄよりも脚部２１ｂの軸線に対して離れた位置に配置されている場合に比べると、第２コア２２における端面２２ａ側のコイル３０寄りの角部２２ｅを、コイル３０から離間させることができる。その結果、第２コア２２の角部２２ｅの近傍に位置するコイル３０に鎖交する漏れ磁束を低減することができる。

（２）第２コア２２における端面２２ａ側の外縁全周に面取り部２２ｒが形成されている。これによれば、第２コア２２における端面２２ａ側のコイル３０寄りの角部２２ｅに面取り部２２ｒが形成されているため、第２コア２２の角部２２ｅに面取り部２２ｒが形成されていない場合に比べると、第２コア２２の角部２２ｅを含む周辺の領域に磁束Ｍ１が集中してしまうことを抑制することができる。その結果、第２コア２２の角部２２ｅの近傍に位置するコイル３０に鎖交する漏れ磁束をさらに低減させ易くすることができる。

（３）脚部２１ｂの先端部２１ｅは、ギャップ２５を形成するギャップ形成部として機能している。これによれば、ギャップ形成部が脚部２１ｂと一体的に設けられているため、ギャップ形成部が脚部２１ｂとは別体である構成に比べると、磁性コア２０の組み立て作業を容易なものとすることができる。その結果、誘導機器１１の製造を簡素化させることができる。

（４）例えば、対向面２３ａと脚部２１ｂの外側面２１ｄとが、脚部２１ｂの軸線に対して直交する方向に延びる直交部によって接続されており、対向面２３ａと直交部との間、及び対向面２３ａと脚部２１ｂの外側面２１ｄとの間にピン角が形成されている場合、ピン角に磁束が集中し易くなる。そして、ピン角と第２コア２２とが近接していると、ピン角と第２コア２２との間で漏れ磁束が発生し易くなり、この漏れ磁束がコイル３０に鎖交してしまう虞がある。しかし、第１湾曲部２３１ｂ及び第２湾曲部２３２ｂには、ピン角に比べて磁束が集中し難いため、第１湾曲部２３１ｂ及び第２湾曲部２３２ｂと第２コア２２との間で漏れ磁束が生じ難くなり、コイル３０に鎖交する漏れ磁束を低減することができる。

（５）各脚部２１ｂの先端面２１ｇと、第２コア２２の平坦面２２ｇとは、ケース１２に接する。これによれば、第１コア２１から生じる熱が各脚部２１ｂの先端部２１ｅを介してケース１２に放熱されるとともに、第２コア２２から生じる熱はケース１２によって放熱されるため、磁性コア２０全体の放熱性能を向上させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図２に示すように、脚部２１ｂの延設方向と第２コア２２の延設方向とが交差する位置に、ギャップ形成部としての第３コア４０が設けられていてもよい。第３コア４０はＩ型コアである。第３コア４０は磁性体であるとともに、圧粉磁芯により形成されている。第３コア４０は、脚部２１ｂとは別体である。そして、脚部２１ｂと第３コア４０との間にはギャップ４１が形成されている。第３コア４０は、第２コア２２の端面２２ａと対向する対向面４０ａを有する。対向面４０ａは、脚部２１ｂの外側面２１ｄよりも脚部２１ｂの軸線に近い位置に配置されている。そして、対向面４０ａと第２コア２２の端面２２ａとの間には、ギャップ２５が形成されている。

第３コア４０が脚部２１ｂとは別体であり、脚部２１ｂと第３コア４０との間にギャップ４１を形成することができるため、磁性コア２０の磁気飽和をさらに抑制することができる。なお、第３コア４０と脚部２１ｂとが接していてもよい。

○ 図３に示すように、磁性コア２０Ａは、Ｅ型コアである第１コア２１Ａを有していてもよい。第１コア２１Ａは、一対の脚部２１ｂに加えて、平板部２１ａの中央部から平板部２１ａに対して直交する方向に延びる円柱状の脚部２１Ｂを有する。脚部２１Ｂの周囲には、コイル３０Ａが環状に捲回されている。脚部２１Ｂの軸線は、コイル３０Ａの捲回中心軸線Ｌと一致している。

脚部２１Ｂの先端部２１Ｅの外周面には、脚部２１Ｂの周方向に延びる環状の凹部２３Ａが形成されている。そして、脚部２１Ｂの先端部２１Ｅは、第２コア２２の中央部に形成された挿入孔２２ｈに挿入されている。凹部２３Ａは、第２コア２２の挿入孔２２ｈの内周面２２１ｈに対向する対向面２３１Ａを有する。対向面２３１Ａは、脚部２１Ｂの外側面２１Ｄよりも脚部２１Ｂの軸線に近い位置に配置されている。

第２コア２２の挿入孔２２ｈの内周面２２１ｈは、脚部２１Ｂの外側面２１Ｄよりも脚部２１Ｂの軸線に近い位置に配置されている。そして、対向面２３１Ａと第２コア２２の挿入孔２２ｈの内周面２２１ｈとの間には、環状のギャップ２５Ａが形成されている。よって、第２コア２２の挿入孔２２ｈの内周面２２１ｈは、ギャップ２５Ａを形成するギャップ形成面である。さらに、脚部２１Ｂの先端部２１Ｅは、脚部２１Ｂの延設方向と第２コア２２の延設方向とが交差する位置に設けられるとともにギャップ２５Ａを形成するギャップ形成部として機能している。ギャップ２５Ａは、脚部２１Ｂの外側面２１Ｄよりも脚部２１Ｂの軸線に近い位置に配置されている。

○ 実施形態において、第２コア２２は、コイル要素３１の捲回中心軸線Ｌに沿った方向において、コイル要素３１における平板部２１ａとは反対側の端部よりも外側で、脚部２１ｂの延設方向に対して交差する方向に延びていればよい。

○ 実施形態において、例えば、各脚部２１ｂの先端面２１ｇがケース１２に接しておらず、第２コア２２の平坦面２２ｇのみがケース１２に接していてもよい。
○ 実施形態において、対向面２３ａと脚部２１ｂの外側面２１ｄとが、脚部２１ｂの軸線に対して直交する方向に延びる直交部によって接続されていてもよい。

○ 実施形態において、対向面２３ａと脚部２１ｂの外側面２１ｄとが、脚部２１ｂの軸線に対して斜交する方向に延びる斜交部によって接続されていてもよい。
○ 実施形態において、第２コア２２における両端面２２ａ側のコイル３０寄りの角部２２ｅに面取り部が少なくとも形成されていればよい。すなわち、第２コア２２における両端面２２ａ側のケース１２寄りの角部に面取り部が形成されていなくてもよい。

○ 実施形態において、各脚部２１ｂの先端部２１ｅにおけるケース１２寄りの角部に面取り部が形成されていなくてもよい。
○ 実施形態において、湾曲部２３ｂの形状は特に限定されるものではない。

○ 実施形態において、コアの数は特に限定されるものではない。
○ 実施形態において、誘導機器１１は、三つ以上のコイル要素３１を有していてもよい。

○ 実施形態において、コイル要素３１は、丸線を捲回したものであってもよい。
○ 実施形態において、誘導機器１１を、リアクトル以外（例えばトランス）に適用してもよい。

○ 実施形態において、リアクトル装置１０は、車載用以外のものであってもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記誘導機器は、電子機器であるリアクトル装置を構成している。

１１…誘導機器、１２…放熱部材としてのケース、２０，２０Ａ…磁性コア、２１，２１Ａ…第１コア、２１ｂ，２１Ｂ…脚部、２１ｄ，２１Ｄ…外側面、２１ｅ，２１Ｅ…ギャップ形成部として機能する先端部、２１ｇ…接触部として機能する先端面、２２…第２コア、２２ａ…ギャップ形成面である端面、２２ｅ…角部、２２ｇ…接触部として機能する平坦面、２２ｒ…面取り部、２３ａ，２３１Ａ…対向面、２３ｂ…湾曲部、２５，２５Ａ…ギャップ、３０，３０Ａ…コイル、４０…ギャップ形成部としての第３コア、２２１ｈ…ギャップ形成面である内周面。

Claims (5)

1. 磁路を形成する磁性コアと、前記磁性コアに捲回されるコイルとを備え、
   前記磁性コアは、前記コイルの捲回中心軸線に沿った方向に延びるとともに周囲に前記コイルが配置される脚部を有する第１コアと、前記脚部の延設方向に対して交差する方向に延びる第２コアとを有し、
   前記脚部の延設方向と前記第２コアの延設方向とが交差する位置には、ギャップ形成部が設けられており、前記ギャップ形成部は、前記第２コアに対向する対向面を有しており、前記第２コアは、前記対向面に対向して前記対向面と共にギャップを形成するギャップ形成面を有しており、
   前記対向面及び前記ギャップ形成面は、前記脚部における前記コイルと対向する外側面よりも前記脚部の軸線に近い位置に配置されており、
   前記第２コアにおけるギャップ形成面側の前記コイル寄りの角部に面取り部が形成されていることを特徴とする誘導機器。
2. 前記ギャップ形成部は、前記脚部と一体的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の誘導機器。
3. 前記第１コアは、前記対向面と前記外側面とを繋ぐ湾曲部を有することを特徴とする請求項２に記載の誘導機器。
4. 前記ギャップ形成部及び前記第２コアは、放熱部材に接する接触部を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の誘導機器。
5. 前記ギャップ形成部は、前記脚部とは別体であることを特徴とする請求項１に記載の誘導機器。