JP7193908B2 - Reactor - Google Patents
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Description
本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動システム等に使用される車載用等のリアクトルに関するものである。
BACKGROUND OF THE
従来からリアクトルは多種多様の用途に使用されている。代表的なリアクトルだけでも、電動機回路に直列に接続し短絡時の電流を制限する直列リアクトル、並列回路間の電流分担を安定させる並列リアクトル、短絡時の電流を制限しこれに接続される機械を保護する限流リアクトルなどが知られている。 Conventionally, reactors have been used for a wide variety of purposes. Typical reactors include series reactors that are connected in series to the motor circuit to limit the current during a short circuit, parallel reactors that stabilize the current sharing between parallel circuits, and machines that limit the current during a short circuit and are connected to them. Current-limiting reactors for protection are known.
これらのリアクトルは、各用途に応じて最適な仕様を有するように製品化されるため、様々な形状や寸法あるいは構造のものが提案されている。例えば、コアのタイプとしては、ポット形状を持つポットコアなどがあり、ユーザーの仕様に合わせて設計されるものも多い。 Since these reactors are commercialized so as to have optimum specifications for each application, reactors with various shapes, sizes and structures have been proposed. For example, core types include pot cores having a pot shape, and many of them are designed according to user specifications.
リアクトルには所望のインダクタンスを効率よく確保して、小型化を図ることが期待されている。また、リアクトルの多様化が進む近年、各リアクトルには性能の向上が求められている。例えば、ポットコアを有するリアクトルでは、放熱性を高めることが要請されている。特に、大電流化などにより発熱量が大きくなり、周囲温度が高温化する使用環境であれば、より良好な放熱性を発揮するリアクトルが望まれている。 It is expected that the reactor will efficiently secure a desired inductance and be miniaturized. In recent years, with the diversification of reactors, each reactor is required to have improved performance. For example, a reactor having a pot core is required to improve heat dissipation. In particular, there is a demand for a reactor that exhibits better heat dissipation in a usage environment in which the amount of heat generated increases due to an increase in current, etc., and the ambient temperature rises.
本発明は、上記の課題を解決するために提案されたものであり、コアに開口部を形成するという構成により、小型化及び放熱性の向上を図ったリアクトルを提供することを目的とする。 The present invention has been proposed to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a reactor that achieves miniaturization and improved heat dissipation by a configuration in which an opening is formed in the core.
上記目的を達成するために、本発明は、コイル及びコアを備えたリアクトルにおいて、前記コアは、前記コイルが巻回される中脚部と、前記中脚部の周囲に配置され前記コイルが巻回されない周壁部及びヨーク部と、を有しており、前記周壁部及び前記ヨーク部に開口部を平面視で矩形状に形成し、当該開口部にて前記コイルを露出させ、前記開口部は、長辺が前記ヨーク部に形成され、短辺が前記周壁部に形成され、前記開口部の幅と前記中脚部の幅は同一であり、前記中脚部の水平断面積Aaに対する前記ヨーク部の垂直断面積2Bbの比率をDb=2Bb/Aaとし、前記中脚部の水平断面積Aaに対する前記周壁部の水平断面積2Bcの比率をDc=2Bc/Aaとして、DbとDcとの平均値Dave=(Db+Dc)/2は、0.5≦Dave≦0.9である。
To achieve the above object, the present invention provides a reactor comprising a coil and a core, wherein the core comprises a middle leg around which the coil is wound; and a peripheral wall portion and a yoke portion that are not rotated, and an opening is formed in the peripheral wall portion and the yoke portion in a rectangular shape in plan view, the coil is exposed at the opening, and the opening is , the long side is formed on the yoke portion, the short side is formed on the peripheral wall portion, the width of the opening portion and the width of the middle leg portion are the same, and the yoke relative to the horizontal cross-sectional area Aa of the middle leg portion Db=2Bb/Aa is the ratio of the vertical cross-sectional area 2Bb of the portion, and Dc=2Bc/Aa is the ratio of the horizontal cross-sectional area 2Bc of the peripheral wall to the horizontal cross-sectional area Aa of the middle leg. The value Dave=(Db+Dc)/2 satisfies 0.5≦Dave≦0.9.
開口部の幅を中脚部の幅と同一としてもよい。また、開口部はコイルの端面を矩形に露出させるように形成してもよい。周壁部はコイルの外周を覆うように設けてもよい。さらに、ヨーク部は中脚部と周壁部を繋ぐように設けてもよい。 The width of the opening may be the same as the width of the middle leg. Also, the opening may be formed so as to expose the end face of the coil in a rectangular shape. The peripheral wall portion may be provided so as to cover the outer periphery of the coil. Furthermore, the yoke portion may be provided so as to connect the middle leg portion and the peripheral wall portion.
本発明に係るリアクトルによれば、コイルが巻回されない周壁部及びヨーク部に開口部を平面視で矩形状に形成し、当該開口部にてコイルを露出させることで、インダクタンスを効率よく確保しつつ体積を減らして小型化を図ることができ、且つコイルの周囲に熱が籠ることなく、放熱性が向上する。 According to the reactor according to the present invention, the opening is formed in a rectangular shape in a plan view in the peripheral wall portion and the yoke portion where the coil is not wound, and the coil is exposed at the opening to efficiently secure the inductance. It is possible to achieve miniaturization by reducing the volume while reducing the volume, and heat is not accumulated around the coil, thereby improving the heat radiation performance.
[第1の実施形態]
[構成]
図1~図3を用いて、第1の実施形態の構成について具体的に説明する。図1は第1の実施形態を適用したリアクトルの斜視図、図2は同分解斜視図、図3は同要部斜視図である。第1の実施形態はコイルを収納することで漏れインダクタンスを削減するポットコアに適用したものである。
[First embodiment]
[composition]
The configuration of the first embodiment will be specifically described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. FIG. 1 is a perspective view of a reactor to which the first embodiment is applied, FIG. 2 is an exploded perspective view of the same, and FIG. 3 is a perspective view of the essential parts thereof. The first embodiment is applied to a pot core that reduces leakage inductance by housing a coil.
図1~図3に示すように、リアクトル1には、円筒状のコイル20と、コイル20を収納するポットコア10が設置されている。ポットコア10は、上下に2分割された2つの中脚部11及び周壁部12と、リアクトル1の上面部及び下面部となるヨーク部13とから構成されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
中脚部11は、ポットコア10の中央に配置されており、上下に2分割された部分が突き合わされることで円柱状に形成されている。周壁部12は、中脚部11を左右方向から囲むようにして向かい合って配置されており、上下に2分割された部分が突き合わされることで略円弧状に形成されている。また、周壁部12はコイル20の外周部を覆うようにして形成されている。なお、中脚部11及び周壁部12の突き合わせ部分にはスペーサを設けても良いし、接着剤を塗布しても良い。
The
ヨーク部13は、上下方向に向かい合う2つのオーバル形状の部分から構成されている。上側のヨーク部13は中脚部11の上端部と周壁部12の上端部とを繋ぐように設けられており、下側のヨーク部13は中脚部11の下端部と周壁部12の下端部とを繋ぐように設けられている。これら上下のヨーク部13はコイル20の上下の端面と向かい合って配置されている。
The
ポットコア10では、中脚部11にコイル20が巻回される。つまり、中脚部11がコイル20の巻回部であり、中脚部11が磁束発生部となる。また、周壁部12とヨーク部13とがコイル20の巻回されない非巻回部であり、周壁部12及びヨーク部13によって、2つの閉磁路が形成される。このようにポットコア10では、中脚部11で発生した磁束がリアクトル1の幅方向の2方向に分かれ、それぞれ上側のヨーク部13、左右の周壁部12、下側のヨーク部13の順で流れて、中脚部11に戻る。
A
リアクトル1は、ポットコア10にコイル20を収納した後、図示しないケースに入れて充填材を流し込むことで形成されている。充填材としては、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの熱伝導性の高い樹脂が適しており、複数種類の樹脂を混合したものを用いても良い。また、放熱性を向上させる観点から真空中で撹拌脱泡した充填材を用いても良い。
The
コイル20は、例えばエナメル被覆した銅線であって、絶縁被膜を有する導線であれば良く、平角線のエッジワイズコイルなどが好適である。コイル20は円柱状の中脚部11に巻回されているので、その平面視形状は円形である。コイル20が中脚部11に巻回する時、コイル20の中心は中脚部11の中心に一致するように配置される。
The
ポットコア10には、ポットコア10を直接冷却する冷却手段を設置するようにしてもよい。ポットコア10は、圧粉磁心やフェライト磁心、ケイ素鋼板などからなる。このうち、圧粉磁心は高い飽和磁束密度を持つため、ポットコア10は直流重畳特性に優れたものとなる。
The
また、ポットコア10にケイ素鋼板を用いる場合は、直流重畳特性の向上を図るべく、上下方向に向かい合って突き合わされる中脚部11同士の間に、ギャップを設けることが一般的である。なお、ポットコア10にダストコアを使用した場合は、コアの中に分散された微小なギャップを有することから、ギャップを別に設けなくても良い。
When a silicon steel plate is used for the
周壁部12及びヨーク部13には、開口部14が平面視で矩形状に形成されている。開口部14は、コイル20の外周部の一部及びコイル20の上下の端面を露出させるものである。ポットコア10において、開口部14は、左右方向に向かい合うようにして2か所に形成されている。
A
開口部14は、周壁部12からヨーク部13にかけて一体的に、正面から見て四角形に形成されている。開口部14において平面視で矩形状の部分は、コイル20端面の任意の2点を結ぶ中央の長辺部と、この長辺部の両端部から直角に延ばした左右の短辺部とに囲まれて形成される。
The
矩形状である開口部14において、長辺部はヨーク部13に形成され、短辺部は周壁部12に形成される。前述したように、上下2つのヨーク部13はコイル20の上下の端面と向かい合って配置するので、ヨーク部13に開口部14を形成したことでコイル20の上下の端面が露出されることになる。
In the
また前述したように、左右2つの周壁部12はコイル20の外周部を覆うようにして配置したので、周壁部12に開口部14の短辺部を形成したことで、コイル20の外周部の一部が露出されることになる。なお、開口部14の短辺部が形成される周壁部12は、開口部14の長辺部がヨーク部13に形成されている分だけ、ポットコア10の中心から見て外方に突出するように形成されている。つまり、ヨーク部13の形状は2つの開口部14が形成された平面視で略分銅状となる。
Further, as described above, since the two left and right
図3に示すように、中脚部11の水平断面積をAa、上下いずれか一方のヨーク部13の垂直断面積をBb(図3では下側)、左右いずれか一方の周壁部12の水平断面積をBc(図3では左側)として、中脚部11の水平断面積Aaに対するヨーク部13の垂直断面積2Bbの比率をDb=2Bb/Aaとし、中脚部11の水平断面積Aaに対する周壁部12の水平断面積2Bcの比率をDc=2Bc/Aaとする。第1の実施形態では、比率Dbと比率Dcとの平均値Dave=(Db+Dc)/2を求め、その範囲を、0.5≦Dave≦0.9とするとよい。さらに望ましくは平均値Daveは、0.7であってもよい。
As shown in FIG. 3, the horizontal cross-sectional area of the
[実施例]
表1及び図4に示したグラフを参照して、第1の実施形態に係る実施例1~7について説明する。
(表1)
[Example]
Examples 1 to 7 according to the first embodiment will be described with reference to Table 1 and the graph shown in FIG.
(Table 1)
表1に示すように、実施例1~7のデータは、中脚部11及び周壁部12の水平断面積、ヨーク部13の垂直断面積を変えつつ、インダクタンス性能がほぼ同等となるようにした解析値である。前記平均値Daveに関しては、実施例1の平均値Daveを1として、実施例2~7の平均値Daveはそれぞれ、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4である。表1及び図4のグラフに示すように、実施例1の体積比を100%とすると、実施例2~7の各体積比はそれぞれ、99%、99%、96%、98%、99%、102%となる。
As shown in Table 1, the data of Examples 1 to 7 are obtained by changing the horizontal cross-sectional area of the
[作用と効果]
第1の実施形態の作用及び効果は次の通りである。
(a)第1の実施形態は、周壁部12及びヨーク部13に、コイル20を露出させる開口部14を形成したことで、ポットコア10の内部に熱が籠ることがない。したがって、大電流化などにより周囲温度が高温化する使用環境下であっても、優れた放熱性を発揮することができ、リアクトル1の性能が安定化する。
[Action and effect]
The actions and effects of the first embodiment are as follows.
(a) In the first embodiment, the
ここで、表2及び図5を参照して、本実施形態の効果について具体的に説明する。表2では、比較例1~4と、第1の実施形態に係る実施例8に関して、コイルの巻数及びインダクタンスを一定とし、比較例及び第1の実施形態における体積と熱解析値の温度との関係を示している。比較例1~4は、平面視で扇状の開口部を持つPQコアである。比較例1~4の開口角度は、比較例1が130°、比較例2が135°、比較例3が140°、比較例4が150°である。なお、表2における温度は、コア及びコイルに表2に示した損失条件を与えた時の熱解析値である。 Here, with reference to Table 2 and FIG. 5, the effects of this embodiment will be specifically described. In Table 2, with respect to Comparative Examples 1 to 4 and Example 8 according to the first embodiment, the number of turns and inductance of the coil are constant, and the volume and the temperature of the thermal analysis value in the comparative example and the first embodiment showing relationships. Comparative Examples 1 to 4 are PQ cores having fan-shaped openings in plan view. The aperture angles of Comparative Examples 1 to 4 are 130° for Comparative Example 1, 135° for Comparative Example 2, 140° for Comparative Example 3, and 150° for Comparative Example 4. The temperatures in Table 2 are thermal analysis values when the loss conditions shown in Table 2 are applied to the core and coil.
(表2)
(Table 2)
図5のグラフは、比較例1~4及び実施例8において、体積と放熱性との関係を示している。このグラフから明らかなように、第1の実施形態に係る実施例8の熱解析値は、比較例1~4において想定されるPQコアの熱変化の近似曲線上から、大きく外れた、低い温度となっている。すなわち、第1の本実施形態では、平面視で矩形状に形成した開口部14を設けることにより、平面視で扇状の開口部を持つPQコアよりも高い放熱効果を得ることが可能である。
The graph in FIG. 5 shows the relationship between volume and heat dissipation in Comparative Examples 1 to 4 and Example 8. In FIG. As is clear from this graph, the thermal analysis value of Example 8 according to the first embodiment deviates greatly from the approximate curve of the thermal change of the PQ core assumed in Comparative Examples 1 to 4. It has become. That is, in the first embodiment, by providing the
PQコアは、放熱性については考慮されておらず、その形状はインダクタンスを確保するという観点のみから決定される。そのため、PQコアでは、ヨーク部の磁束の流れが良好となり、且つ周壁部の断面積を多く確保するように、中脚部から周壁部に向かって放射状に広がるヨーク部を用いている。 The shape of the PQ core is determined only from the viewpoint of ensuring inductance, without considering heat dissipation. Therefore, the PQ core uses a yoke portion that radially expands from the middle leg portion toward the peripheral wall portion so that the flow of magnetic flux in the yoke portion becomes favorable and the cross-sectional area of the peripheral wall portion is increased.
一方、本実施形態のように、平面視で矩形状となる開口部14を形成すると、ヨーク部13の磁束の流れは不均一となるため、インダクタンスの観点からは不利になると言える。つまり、本実施形態では、PQコアのようにインダクタンスの確保だけを考えるのではなく、インダクタンスを確保しつつも放熱性の向上を主眼としたものである。
On the other hand, if the
(b) また、第1の実施形態は放熱性の向上を主眼とするが、インダクタンス確保の効率が低下するということはない。比較例1~4及び実施例8の体積比について、比較例1における体積比を100.0%として比べてみると、上記の表2に示したように、比較例4は107.1%に達する。 (b) Although the first embodiment focuses on improving heat dissipation, the efficiency of ensuring inductance is not lowered. When comparing the volume ratios of Comparative Examples 1 to 4 and Example 8 with the volume ratio in Comparative Example 1 being 100.0%, as shown in Table 2 above, Comparative Example 4 was 107.1%. reach.
これに対して、第1の実施形態に係る実施例8の体積比は105.3%である。つまり、比較例4と比べると、実施例8は放熱性だけではなく、インダクタンス確保の効率性に関しても有利である。以上のように、第1の実施形態では、放熱性とインダクタンス確保の効率性をバランスよく高めることができ、リアクトル1の小型化を安定して実現することができる。
On the other hand, the volume ratio of Example 8 according to the first embodiment is 105.3%. That is, when compared with Comparative Example 4, Example 8 is advantageous not only in terms of heat dissipation but also in terms of efficiency in ensuring inductance. As described above, in the first embodiment, it is possible to improve heat dissipation and the efficiency of ensuring inductance in a well-balanced manner, and to stably realize miniaturization of the
しかも、中脚部11の水平断面積Aaに対するヨーク部13の垂直断面積2Bbの比率をDb=2Bb/Aaとし、中脚部11の水平断面積Aaに対する周壁部12の水平断面積2Bcの比率をDc=2Bc/Aaとして、本実施形態では、DbとDcとの平均値Dave=(Db+Dc)/2は0.5~0.9が望ましいとしている。
Moreover, the ratio of the vertical cross-sectional area 2Bb of the
したがって、平均値Daveが0.5~0.9である上記表1の実施例2~6では、インダクタンス性能は、ほぼ同等でありながら、平均値Dave=1である実施例1の体積比を100%として、その体積比を100%未満に抑えることができる。このような第1の実施形態では、非巻回部である周壁部12及びヨーク部13の断面積を平均化した上で、その範囲を設定しているため、非巻回部である周壁部12及びヨーク部13の寸法の最適化を容易に実現することができる。
Therefore, in Examples 2 to 6 in Table 1 above, in which the average value Dave is 0.5 to 0.9, the inductance performance is almost the same, but the volume ratio of Example 1 in which the average value Dave = 1 is Assuming 100%, the volume ratio can be suppressed to less than 100%. In the first embodiment as described above, the cross-sectional areas of the
(c)第1の実施形態では、平面視で矩形状の開口部14の短辺部を、周壁部12に形成するので、開口部14を形成しつつも、周壁部12の水平断面積Bcを効率よく確保することができる。その結果、磁束発生源であるコイル20に対し、磁路の無い領域が発生し難くなり、インダクタンスを容易に得ることが可能である。
(c) In the first embodiment, since the short sides of the
[他の実施形態]
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではない。その他の様々な形態で実施されることが可能であって、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲、要旨、その均等の範囲に含まれる。
[Other embodiments]
The present invention is not limited to the above embodiments. It can be embodied in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included within the scope, gist, and equivalents of the invention.
例えば、開口部14の形状は平面視で矩形状とする範囲で適宜選択可能であり、直線的に形成した部分を曲線で形成するようにしてもよい。また、開口部14は、正面から見て四角形である必要はなく、円形であってもよい。
For example, the shape of the
例えば、開口部14の幅を中脚部11の幅と同一としてもよい。中脚部11の幅より開口部14の幅を大きくすると、放熱性は向上するものの、周壁部12の断面積が小さくなり、インダクタンスが低下する。そのため、所望のインダクタンスを確保するためには周壁部12の幅を大きくせざるを得なくなり、リアクトル1の大型化を招くことになる。一方、中脚部11の幅より開口部14の幅を狭くすると、インダクタンスの確保は容易となるが、放熱性が悪化する。そこで、開口部14の幅を中脚部11の幅と同一とすることにより、優れた放熱性とインダクタンス確保の容易性をバランスよく得ることができる。
For example, the width of the
また、上記の実施形態では、ポットコア10に適用したが、これに限らず、コイル20の非巻回部に、コイル20を露出させる開口部を形成するのであれば、開口部の形成対象となるコアの形状は、適宜変更可能である。さらに、上記の実施形態ではいずれも、開口部が向かい合って2つ形成したが、左右方向に均一に2分割する必要はなく、また、3つ以上に分割して、開口部も形成するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
第1の実施形態において、ヨーク部13の垂直断面積2Bbと周壁部12の水平断面積2Bcとは同じ値としてもよいし、異なる値であってもよい。また、上記の実施形態では、開口部を設けてリアクトル1の小型化を進めたが、リアクトル1の小型化に際して、リアクトル1の寸法を削減する部位は、適宜変更可能である。すなわち、リアクトル1の体積を減らす場合に、ヨーク部13の高さ寸法を減らしてもよいし、リアクトル1の幅方向や奥行方向に関して、寸法を削減するようにしてもよい。
In the first embodiment, the vertical cross-sectional area 2Bb of the
1…リアクトル
10…ポットコア
11…中脚部
12…周壁部
13…ヨーク部
14…開口部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記コアは、
前記コイルが巻回される中脚部と、
前記中脚部の周囲に配置され前記コイルが巻回されない周壁部及びヨーク部と、を有しており、
前記周壁部及び前記ヨーク部に開口部を平面視で矩形状に形成し、当該開口部にて前記コイルを露出させ、
前記開口部は、長辺が前記ヨーク部に形成され、短辺が前記周壁部に形成され、
前記開口部の幅と前記中脚部の幅は同一であり、
前記中脚部の水平断面積Aaに対する前記ヨーク部の垂直断面積2Bbの比率をDb=2Bb/Aaとし、前記中脚部の水平断面積Aaに対する前記周壁部の水平断面積2Bcの比率をDc=2Bc/Aaとして、
DbとDcとの平均値Dave=(Db+Dc)/2は、0.5≦Dave≦0.9であることを特徴とするリアクトル。 In a reactor with a coil and core,
The core is
a middle leg around which the coil is wound;
a peripheral wall portion and a yoke portion arranged around the middle leg portion and around which the coil is not wound;
forming an opening in a rectangular shape in plan view in the peripheral wall portion and the yoke portion, and exposing the coil at the opening;
The opening has long sides formed in the yoke portion and short sides formed in the peripheral wall portion,
The width of the opening and the width of the middle leg are the same,
The ratio of the vertical cross-sectional area 2Bb of the yoke portion to the horizontal cross-sectional area Aa of the middle leg portion is Db=2Bb/Aa, and the ratio of the horizontal cross-sectional area 2Bc of the peripheral wall portion to the horizontal cross-sectional area Aa of the middle leg portion is Dc. = 2Bc/Aa,
A reactor characterized in that an average value Dave=(Db+Dc)/2 of Db and Dc satisfies 0.5≦Dave≦0.9.
The reactor according to any one of claims 1 to 3 , wherein the yoke portion is provided so as to connect the middle leg portion and the peripheral wall portion.
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