WO2017122439A1 - 磁気回路部品 - Google Patents

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WO2017122439A1
WO2017122439A1 PCT/JP2016/085179 JP2016085179W WO2017122439A1 WO 2017122439 A1 WO2017122439 A1 WO 2017122439A1 JP 2016085179 W JP2016085179 W JP 2016085179W WO 2017122439 A1 WO2017122439 A1 WO 2017122439A1
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magnetic
coil
circuit component
magnetic circuit
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坂本 章
尚弥 近藤
貴広 寺
Original Assignee
株式会社デンソー
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24Magnetic cores
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F37/00Fixed inductances not covered by group H01F17/00

Definitions

  • This disclosure relates to magnetic circuit components used for DC-DC converters, filters, and the like.
  • a magnetic circuit component for example, a DC reactor, as described in Patent Document 1
  • a magnetic flux of a permanent magnet is applied in a direction opposite to a field magnetic flux.
  • a configuration in which a magnet is disposed in the core gap portion is known. According to this configuration, saturation of the core can be avoided in a wide current range, and a stable and sufficiently large inductance can be obtained.
  • An object of the present disclosure is to provide a magnetic circuit component capable of ensuring a stable inductance in a wide current range and suppressing a loss of a demagnetizing field generation portion.
  • a core formed by combining two E-type magnetic core parts facing each other, a coil wound around a central core part of the core, and two E-type magnetic core parts A magnetic field generated by a coil, provided with a gap which is provided at the tip of the end core portion and has a high magnetic resistance and a demagnetizing field generator provided in the central core portion of the two E-type magnetic core portions And the direction of the magnetic field generated by the demagnetizing field generator are opposite to each other.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a reactor showing a first embodiment
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the core
  • FIG. 3 is a partial perspective view of an E-type magnetic core portion showing the second embodiment
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which a permanent magnet is accommodated in the groove portion of the magnetic core portion
  • FIG. 5 shows the third embodiment and is a diagram showing a state in which a permanent magnet is attached to an E-type magnetic core part.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a reactor showing the fourth embodiment
  • FIG. 7 is an electrical configuration diagram of the power converter
  • FIG. 8 is an electrical configuration diagram of the power converter showing the fifth embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a reactor showing the sixth embodiment
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a reactor showing the seventh embodiment.
  • the reactor 1 of the present embodiment includes a core 2 and a coil 3.
  • the core 2 includes two E-type magnetic core portions 4 and 5.
  • Each of the magnetic core parts 4 and 5 is made of, for example, an alloy of Fe and Si, an alloy of Fe, Si and Al, an amorphous of Fe, a magnetic core made of powder of an alloy of Fe and Si, or a magnetic core of non-compacted powder, Fe and Si, It is formed of a powder core or non-powder magnetic core made of Al alloy powder, a powder powder or non-powder magnetic core made of Fe amorphous powder, ferrite, or a laminated iron core.
  • the E-shaped magnetic core portions 4 and 5 have the same shape, and as shown in FIG. 2, as shown in FIG. 2, the connecting core portion 6, the central core portion 7 provided in the central portion of the connecting core portion 6, and the connecting core portion 6 and end core portions 8 and 9 provided at both ends.
  • the front end surface of the central core portion 7 of the magnetic core portion 4 and the front end surface of the central core portion 7 of the magnetic core portion 5 are brought into contact with each other, for example, and bonded to each other.
  • 9 and the two end core portions 8, 9 of the magnetic core portion 5 are opposed to each other with a predetermined gap 10 therebetween to constitute the core 2.
  • the gap 10 is a gap of about 1 mm, for example, and may be left as an air layer, a low magnetic permeability material with low electrical conductivity (such as a ceramic material or a resin material), or a low magnetic permeability with low electrical conductivity. You may comprise so that it may fill with a material.
  • the coil 3 is wound around the central core portion 7 of the core 2.
  • the coil 3 is wound around a bobbin (that is, a winding frame) (not shown), and the central core portion 7 of the core 2 is inserted into the through hole of the bobbin around which the coil 3 is wound.
  • the coil 3 is configured so that the two magnetic core portions 4 and 5 are bonded and integrated while being inserted into the central core portion 7 of the two magnetic core portions 4 and 5 before being integrated. ing.
  • a pair of lead lines are drawn out from the coil 3, and the pair of lead lines correspond to a pair of terminals of the reactor 1 and are connected to other electric elements of the power converter.
  • a rectangular hole 11 is formed in the central portion of the tip surface of the central core portion 7 of the two magnetic core portions 4 and 5.
  • a magnet as a demagnetizing field generator for example, a rod-shaped permanent magnet 12 is accommodated.
  • the depth of the hole 11 is such that half of the length of the permanent magnet 12 in the longitudinal direction is accommodated.
  • the permanent magnet 12 is disposed so as to generate a magnetic field 14 in a direction opposite to the magnetic field 13 of the coil 3 (that is, a direction indicated by a broken arrow), and the upper end of the permanent magnet 12 in FIG.
  • the lower end in FIG. 1 is an S pole.
  • the permanent magnet 12 is a magnet formed of a material having a high electrical resistance and a magnetic permeability lower than that of the core 2, and is composed of, for example, a neodibond magnet or a ferrite magnet. Yes.
  • the magnetic flux density decreases.
  • the permanent magnet 12 is arranged at the central portion of the central core portion 7 where the magnetic flux density by the coil 3 is low. According to this configuration, since the magnetic flux interlinked with the permanent magnet 12 is reduced, the loss of the permanent magnet 12 can be reduced.
  • the permanent magnet 12 is formed of a material having a low electric resistance, loss generated in the permanent magnet 12 can be reduced.
  • the permanent magnet 12 is formed of a material whose permeability is lower than the permeability of the core 2, so that the magnetic flux generated by the coil 3 easily passes through the core 2 and hardly passes through the permanent magnet 12. Therefore, the loss generated in the permanent magnet 12 can be reduced.
  • the length dimension L1 of the permanent magnet 12 in the vertical direction in FIG. 1 is configured to be equal to or less than the length dimension L2 of the coil 3 in the vertical direction in FIG. 1 (that is, the axial direction of the coil 3). Yes.
  • L1 is longer than L2
  • the magnetic field 13 of the coil 3 and the magnetic field of the permanent magnet 12 are in the same direction in the portion of the permanent magnet 12 longer than L2, and the saturation of the core 2 is promoted. A malfunction occurs.
  • the occurrence of the above-described problems is prevented by configuring L1 ⁇ L2.
  • the area of the front end surface of the central core portion 7 of the magnetic core portions 4 and 5 (that is, the cross-sectional area of the central core portion 7) is S1, and the front end surfaces of the end core portions 8 and 9 of the magnetic core portions 4 and 5 are used.
  • S1 ⁇ S2 + S3 is established, where S2 and S3 are the respective areas (that is, the cross-sectional areas of the end core portions 8 and 9).
  • S2 S3
  • S1 ⁇ 2S2 is established. And if comprised in this way, in the central core part 7 of the magnetic core parts 4 and 5, the magnetic flux linked with the permanent magnet 12 can be decreased.
  • the reactor 1 in order to dissipate heat generated in the reactor 1, that is, heat generated by loss when the reactor 1 is driven, the reactor 1 is configured to be cooled by air cooling, natural air cooling, water cooling, or oil cooling.
  • a heat radiating member made of a material having high thermal conductivity for example, aluminum or copper
  • the heat dissipating member is cooled by air cooling or a liquid lower than the temperature of the reactor 1 (for example, water or oil).
  • An insulating layer having high thermal conductivity is formed between the surface of the heat radiating member that contacts the coil 3 (that is, the cooling surface) and the side surface or both side surfaces of the coil 3.
  • this insulating layer is, for example, about several ⁇ m to several mm.
  • the voltage applied to the coil 3 by the insulating layer can be prevented from being discharged to the cooling surface of the heat radiating member, and when the flatness of the side surface of the coil 3 is low, the insulating layer is used to The contact property with the side surface of the coil 3 can be improved.
  • the permanent magnet 12 is arranged in the central portion of the central core portion 7 where the magnetic flux density by the coil 3 in the core 2 is low, that is, the portion away from the coil 3. According to this configuration, since the magnetic flux interlinking with the permanent magnet 12 is reduced, the loss generated in the permanent magnet 12 can be reduced.
  • the coil 3 is wound only around the central core portion 7 of the core 2, but the present invention is not limited to this, and the coil is also wound around the end core portions 8 and 9 where the gap 10 exists. You may comprise so that it may rotate.
  • (Second Embodiment) 3 and 4 show a second embodiment.
  • symbol is attached
  • a rectangular groove portion 14 penetrating in the vertical direction in FIGS. 3 and 4 is formed in the central core portion 7 of the two magnetic core portions 4 and 5 in place of the hole 11.
  • the plate-like permanent magnet 15 is inserted into the groove portion 14 of the two central core portions 7 (that is, the portion away from the coil 3). It is configured to fill the interior.
  • the configuration of the second embodiment other than that described above is the same as the configuration of the first embodiment. Therefore, in the second embodiment, substantially the same operational effects as in the first embodiment can be obtained.
  • FIG. 5 shows a third embodiment.
  • symbol is attached
  • the formation of the holes 11 and the groove portions 14 in the central core portions 7 of the two magnetic core portions 4 and 5 is stopped, and the groove portions on the upper and lower surfaces of the central core portion 7 in FIG.
  • thin plate-like permanent magnets 16 and 17 were attached to a portion corresponding to 14 (that is, a portion away from the coil 3) by bonding.
  • the configuration of the third embodiment other than that described above is the same as the configuration of the first embodiment or the second embodiment. Therefore, also in the third embodiment, substantially the same effect as the first embodiment or the second embodiment can be obtained.
  • FIG. 6 and 7 show a fourth embodiment.
  • symbol is attached
  • this 4th Embodiment it comprised so that the electromagnet 18 might be accommodated instead of the permanent magnet 12 in the hole 11 of the center core part 7 of the two magnetic core parts 4 and 5.
  • FIG. 6 when a direct current is applied to the coil 3, a magnetic field 13 is generated in the core 2 as indicated by a solid arrow.
  • the electromagnet 18 is configured to generate a magnetic field 14 in a direction opposite to the magnetic field 13 of the coil 3 (that is, a direction indicated by a broken arrow), that is, to be energized in the direction shown in FIG. Yes.
  • the electromagnet 18 is also energized in the direction opposite to that of FIG.
  • the electromagnet 18 includes an auxiliary coil wound around a bobbin and an auxiliary core housed inside the bobbin.
  • the auxiliary core of the electromagnet 18 may be made of substantially the same material as the core 2 of the reactor 1 (that is, a non-conductive material), or may be made of a soft magnetic material. Although it is good, it is preferable that the permeability of the auxiliary core for the electromagnet 18 is lower than the permeability of the core 2. If comprised in this way, while being able to reduce the loss which generate
  • FIG. 7 is a diagram showing an electrical configuration of a power converter (for example, a boost converter) 19 incorporating the reactor 1 of the present embodiment.
  • a power converter for example, a boost converter
  • the battery voltage is boosted, and the operation mode that operates in a power running state for driving the motor / generator and the regeneration voltage of the motor / generator are stepped down.
  • an operation mode that operates in a regenerative state in which the battery is charged is configured to be executable.
  • the power converter 19 is configured by connecting a first capacitor 20, a reactor 1, a first IGBT 21, a second IGBT 22, and a second capacitor 23 as illustrated.
  • Input terminals 24 and 25 of the power converter 19 are connected to a battery, and output terminals 26 and 27 of the power converter 19 are connected to a motor / generator.
  • the power converter 19 includes an energizing circuit 29 that energizes the auxiliary coil 28 of the electromagnet 18 of the reactor 1, and the polarity of the terminal 3 a that is connected to the input terminal 24 in the coil 3 of the reactor 1, that is, the current that flows through the coil 3. And a polarity discriminating circuit 30 for discriminating the polarity of the average current.
  • the polarity discrimination circuit 30 outputs the polarity discrimination result of the terminal 3a to the energization circuit 29.
  • the energization circuit 29 energizes the auxiliary coil 28 of the electromagnet 18 in the energization direction shown in FIG.
  • the energizing circuit 29 energizes the auxiliary coil 28 of the electromagnet 18 shown in FIG. 6 when the polarity discrimination result from the polarity discriminating circuit 30 is opposite to the energizing direction of the average current of the coil 3 shown in FIG. It is configured to energize in the direction opposite to the direction.
  • the configuration of the fourth embodiment other than that described above is the same as the configuration of the first embodiment. Therefore, also in the fourth embodiment, substantially the same operational effects as in the first embodiment can be obtained.
  • the direction of energization of the coil 3 of the reactor 1 when the power converter 19 is driven is detected, and the direction of energization of the auxiliary coil 28 of the electromagnet 18 is switched according to the detection result. In both the operation mode and the regenerative operation mode, stable inductance can be ensured.
  • the electromagnet 18 is accommodated in the hole 11 of the central core portion 7 of the two magnetic core portions 4 and 5, but the present invention is not limited to this.
  • an electromagnet may be accommodated in the groove portion 14 of the central core portion 7 of the two magnetic core portions 4 and 5 of the second embodiment.
  • electromagnets may be bonded and attached to the upper and lower surfaces in FIG. 5 of the central core portion 7 of the third embodiment.
  • the electromagnet 18 is accommodated in the hole 11 of the central core portion 7 of the magnetic core portions 4 and 5, but instead of this, an air-core coil composed of an auxiliary coil and a bobbin. It is good also as a structure which accommodates in the hole 11 of the center core part 7.
  • FIG. 8 shows a fifth embodiment.
  • symbol is attached
  • a polarity current value detection circuit 31 is provided instead of the polarity determination circuit 30.
  • the polarity current value detection circuit 31 determines the polarity of the terminal 3 a on the side connected to the input terminal 24 of the coil 3 of the reactor 1 (that is, the polarity of the average current of the current flowing through the coil 3) and flows through the coil 3.
  • the current value of the current (that is, the current value of the average current) is detected, and the polarity determination result and the current value detection result are output to the energization circuit 29.
  • the energization circuit 29 switches the energization direction of the auxiliary coil 28 of the electromagnet 18 based on the polarity discrimination result from the polarity current value detection circuit 31 as in the fourth embodiment.
  • the energization circuit 29 is configured to variably control the magnitude of the current energized to the auxiliary coil 28 of the electromagnet 18 based on the current value detection result from the polar current value detection circuit 31.
  • the energization circuit 29 determines that a large current is not energized and reduces the current energized to the electromagnet 18 to zero or smaller. It is configured.
  • the configuration of the fifth embodiment other than that described above is the same as the configuration of the fourth embodiment. Accordingly, in the fifth embodiment, substantially the same operational effects as in the fourth embodiment can be obtained.
  • the current value of the current flowing through the coil 3 is detected, and when the detected current value is smaller than a predetermined threshold value, the current supplied to the electromagnet 18 is configured to be zero or small. Therefore, the loss generated in the auxiliary coil 28 and the energizing circuit 29 of the electromagnet 18 can be reduced.
  • the current value of the current flowing through the coil 3 of the reactor 1 is detected, and the magnitude of the current supplied to the electromagnet 18 is switched in two steps according to the detected current value.
  • the present invention is not limited to this.
  • the magnitude of the current supplied to the auxiliary coil 28 of the electromagnet 18 may be finely controlled for each detected current value.
  • the inductance characteristic of the reactor 1 with respect to the current value of the coil 3 is previously mapped, and based on this map, the current value of the auxiliary coil 28 of the electromagnet 18 so that the inductance characteristic of the reactor 1 is always near the maximum. Is preferably determined. With this configuration, it is possible to secure stable inductance for the reactor 1 so as to correspond to the operating state of the power converter 19.
  • FIG. 9 shows a sixth embodiment.
  • symbol is attached
  • the reactor 32 of this 6th Embodiment it is comprised in the shape which connected the reactor 1 of 1st Embodiment, for example in the horizontal direction.
  • the reactor 32 having such a shape is suitable for a configuration in which the height direction cannot be ensured due to mounting restrictions or a configuration in which a large cooling area of the core or coil is desired.
  • the reactor 32 includes a connecting core 42 that is formed by connecting a pair of connecting magnetic core portions 41 each having a shape obtained by connecting a plurality of E-shaped magnetic core portions 4 in the lateral direction, and includes three central cores of the connecting cores 42. Three coils 3 are wound around the portion 7.
  • the three reactors 1 of the first embodiment may be connected in the horizontal direction, for example, by bonding, or the three E-shaped magnetic core portions 4 may be connected in the horizontal direction.
  • Two connecting magnetic core portions 41 having a shape integrated with each other may be prepared, and the two connecting magnetic core portions 41 and 41 may be integrated to manufacture the connecting core 42 and thus the reactor 32. good.
  • the configuration of the sixth embodiment other than that described above is the same as the configuration of the first embodiment. Therefore, in the sixth embodiment, substantially the same operational effects as in the first embodiment can be obtained.
  • the said 6th Embodiment although comprised in the shape which connected the reactor 1 of 1st Embodiment to the horizontal direction, it is not restricted to this,
  • the 2 reactors 1 of 1st Embodiment are horizontal. You may comprise in the shape connected to 4 or the shape connected 4 or more laterally. Moreover, you may comprise in the shape which connected the reactor 1 of 1st Embodiment in the vertical direction, or the shape which connected 3 or more in the vertical direction.
  • FIG. 10 shows a seventh embodiment.
  • symbol is attached
  • the reactor 33 of this 7th Embodiment is comprised in the shape which connected the reactor 1 of 4th Embodiment, for example in the horizontal direction.
  • the configuration of the seventh embodiment other than that described above is the same as the configuration of the fourth embodiment or the sixth embodiment. Therefore, also in the seventh embodiment, substantially the same operational effects as the configuration of the fourth embodiment or the sixth embodiment can be obtained.

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Abstract

磁気回路部品は、2個のE型の磁性コア部(4、5)を対向して組み合わせてなるコア(2)と、コア(2)の中央コア部(7)に巻回されたコイル(3)と、2個のE型の磁性コア部(4、5)の端部コア部(8,9)の先端部に設けられ、高磁気抵抗となる隙間(10)と、2個のE型の磁性コア部(4、5)の中央コア部(7)に設けられた反磁界発生装置(12、15、16、17、18)とを備えた。そして、コイル(3)により発生する磁界の方向と反磁界発生装置(12、15、16、17、18)により発生する磁界の方向が反対となるように構成した。

Description

磁気回路部品 関連出願の相互参照
 本出願は、2016年1月12日に出願された日本出願番号2016-3498号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、DC-DCコンバータやフィルタ等に使用される磁気回路部品に関する。
 磁気回路部品例えば直流リアクトルにおいては、特許文献1に記載されているように、広い電流範囲で安定したインダクタンスを有するために、界磁磁束に対して反対方向に永久磁石の磁束が印加されるようにコアギャップ部に磁石を配置した構成が知られている。この構成によれば、広い電流範囲でコアの飽和を回避することができ、安定且つ十分大きなインダクタンスを得ることができる。
特開2008-130945号公報
 大電流、大インダクタンスが要求される直流リアクトルにおいては、コアギャップ部に配置する磁石として、耐熱性や低損失が要求されると共に、反磁界下において磁気特性の安定性が要求される。このコアギャップ部用の磁石として、保持力の低いフェライト磁石を用いた場合、熱や反磁界による減磁のため、磁気特性の安定性を確保できない。また、保持力の高い焼結ネオジム磁石を用いた場合、磁石の電気抵抗が低いため、大きな損失や発熱が生じるという不具合がある。
 このように大きな損失が発生する理由は、磁石がコイルギャップ全体に配置されているため、コイルで界磁された磁束の大部分が磁石に鎖交する構成となっているためである。尚、特許文献1の構成においては、磁石材料の高抵抗化により発生する損失を抑制しているが、上記構成の場合、コイル電流の周波数が大きくなって磁石に鎖交する磁束が増加していくと、損失も増加していくという問題がある。
 本開示の目的は、広電流範囲で安定的なインダクタンスを確保することができると共に、反磁界発生部分の損失を抑制することができる磁気回路部品を提供することにある。
 本開示の第1の態様は、2個のE型の磁性コア部を対向して組み合わせてなるコアと、コアの中央コア部に巻回されたコイルと、2個のE型の磁性コア部の端部コア部の先端部に設けられ、高磁気抵抗となる隙間と、2個のE型の磁性コア部の中央コア部に設けられた反磁界発生装置とを備え、コイルにより発生する磁界の方向と反磁界発生装置により発生する磁界の方向が反対となるように構成したものである。
 本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、第1実施形態を示すリアクトルの断面図であり、 図2は、コアの分解斜視図であり、 図3は、第2実施形態を示すE型の磁性コア部の部分斜視図であり、 図4は、磁性コア部の溝部に永久磁石を収容した状態を示す図であり、 図5は、第3実施形態を示すもので、E型の磁性コア部に永久磁石を取り付けた状態を示す図であり、 図6は、第4実施形態を示すリアクトルの断面図であり、 図7は、電力変換器の電気的構成図であり、 図8は、第5実施形態を示す電力変換器の電気的構成図であり、 図9は、第6実施形態を示すリアクトルの断面図であり、 図10は、第7実施形態を示すリアクトルの断面図である。
 (第1実施形態)
 以下、第1実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。図1に示すように、本実施形態のリアクトル1は、コア2と、コイル3とから構成されている。コア2は、図2にも示すように、2個のE型の磁性コア部4、5から構成されている。各磁性コア部4、5は、例えばFeとSiの合金、FeとSiとAlの合金、Feのアモルファス、FeとSiの合金の粉からなる圧粉または非圧粉の磁心、FeとSiとAlの合金の粉からなる圧粉または非圧粉の磁心、Feのアモルファスの粉からなる圧粉または非圧粉の磁心、フェライト、または、積層鉄心等で形成されている。
 各E型の磁性コア部4、5は、同じ形状であり、図2に示すように、連結コア部6と、連結コア部6の中央部に設けられた中央コア部7と、連結コア部6の両端部に設けられた端部コア部8、9とを有する。磁性コア部4の中央コア部7の先端面と、磁性コア部5の中央コア部7の先端面とを当接させて例えば接着すると共に、磁性コア部4の2個の端部コア部8、9の先端面と、磁性コア部5の2個の端部コア部8、9の先端面とをそれぞれ所定の隙間10を介して対向させることにより、コア2を構成している。尚、隙間10は、例えば1mm程度の隙間であり、空気層のままとしても良いし、低透磁率で導通の少ない材料(例えばセラミック材や樹脂材等)や低透磁率で導通の少ない軟磁性材で埋めるように構成しても良い。
 コア2の中央コア部7にコイル3が巻回されている。この場合、コイル3は、図示しないボビン(即ち、巻枠)に巻回されており、コイル3が巻回されたボビンの貫通孔内にコア2の中央コア部7が挿入されるように構成されている。尚、コイル3は、一体化する前の2個の磁性コア部4、5の中央コア部7に挿入しながら、2個の磁性コア部4、5を接着して一体化するように構成されている。コイル3からは一対の引出線が引き出されており、これら一対の引出線は、リアクトル1の一対の端子に相当し、電力変換器の他の電気素子に接続されている。
 また、2個の磁性コア部4、5の中央コア部7の先端面における中心部には、図2に示すように、例えば矩形状の孔11が形成されている。この孔11内には、反磁界発生装置としての磁石例えば棒状の永久磁石12が収容されている。孔11の深さ寸法は、永久磁石12の長手方向の長さの半分が収容される深さになっている。これにより、2個の磁性コア部4、5を一体化したときに、2個の中央コア部7の孔11の内部に永久磁石12が埋設される構成となっている。
 この構成の場合、コイル3に、図1に示す電流方向に、直流を通電したときに、実線の矢印で示すように、2つの閉磁路をもつ磁束、即ち、磁界13がコア2内に発生する。永久磁石12は、上記コイル3の磁界13と反対方向(即ち、破線の矢印で示す方向)の磁界14を発生するように配設されており、永久磁石12の図1中の上端部がN極、図1中の下端部がS極となっている。永久磁石12は、電気抵抗の高い材料で形成された磁石であると共に、透磁率がコア2の透磁率よりも低い材料で形成された磁石であり、例えばネオジボンド磁石やフェライト磁石等で構成されている。
 上記構成の場合、コア2内において、コイル3によって発生する磁界13の磁束密度Bは、磁界13の強さHと比例関係、即ち、B=μHにあることから、コイル3の近傍部分で磁束密度が高くなり、コイル3から遠くなるほど、磁束密度が低くなる。このため、磁性コア部4、5の中央コア部7においては、コイル3に近接する周縁部分で磁束密度が高くなり、コイル3から遠くなる中心部分で磁束密度が低くなる。従って、本実施形態では、コイル3による磁束密度が低い中央コア部7の中心部分に、永久磁石12を配置するように構成した。この構成によれば、永久磁石12に鎖交する磁束が少なくなるので、永久磁石12の損失を低減することができる。更に、本実施形態では、永久磁石12を電気抵抗の低い材料で形成したので、永久磁石12で発生する損失を低減することができる。加えて、本実施形態では、永久磁石12を透磁率がコア2の透磁率よりも低い材料で形成したので、コイル3による磁束は、コア2内を通り易くなり、永久磁石12内を通り難くなることから、永久磁石12で発生する損失を低減することができる。
 また、永久磁石12の図1中の上下方向の長さ寸法L1は、コイル3の図1中の上下方向(即ち、コイル3の軸方向)の長さ寸法L2以下となるように構成されている。尚、L1がL2よりも長い構成であると、永久磁石12のうちの、L2よりも長い部分で、コイル3の磁界13と永久磁石12の磁界が同方向となり、コア2の飽和が促進されてしまうという不具合が発生する。本実施形態では、L1≦L2と構成することにより、上記不具合の発生を防止するようにしている。
 また、磁性コア部4、5の中央コア部7の先端面の面積(即ち、中央コア部7の断面積)をS1とし、磁性コア部4、5の端部コア部8、9の先端面の面積(即ち、端部コア部8、9の断面積)をそれぞれS2、S3とすると、S1≧S2+S3が成立するように構成されている。尚、本実施形態の場合、S2=S3であるから、S1≧2S2が成立する構成となっている。そして、このように構成すると、磁性コア部4、5の中央コア部7において、永久磁石12に鎖交する磁束を少なくすることができる。
 尚、リアクトル1で発生した熱、即ち、リアクトル1駆動時の損失による発熱を放熱するために、リアクトル1は、空冷、自然空冷、水冷または油冷で冷却されるように構成されている。リアクトル1を冷却するための構成として、リアクトル1のコイル3の一方の側面または両側面に、熱伝導率の高い材料(例えばアルミや銅等)で形成された放熱部材が接触するように配設されており、この放熱部材を、空冷またはリアクトル1の温度よりも低い液体(例えば水や油等)で冷却するように構成されている。放熱部材のうちのコイル3と接触する面(即ち、冷却面)と、コイル3の側面または両側面との間には、熱伝導率が高い絶縁層が形成されている。この絶縁層の膜厚は、例えば数μmから数mm程度である。上記絶縁層によってコイル3に印加した電圧が放熱部材の冷却面に放電することを防止できると共に、コイル3の側面の平面度が低い場合に、上記絶縁層を利用して放熱部材の冷却面とコイル3の側面との接触性を向上させることができる。
 上記した構成の本実施形態においては、コア2におけるコイル3による磁束密度が低い中央コア部7の中心部分、即ち、コイル3から離れた部分に、永久磁石12を配置するように構成した。この構成によれば、永久磁石12に鎖交する磁束が少なくなるので、永久磁石12で発生する損失を低減することができる。
 尚、上記実施形態では、コア2の中央コア部7だけにコイル3を巻回したが、これに限られるものではなく、隙間10が存在する端部コア部8、9にも、コイルを巻回するように構成しても良い。
 (第2実施形態)
 図3及び図4は、第2実施形態を示すものである。尚、第1実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第2実施形態では、2個の磁性コア部4、5の中央コア部7に、孔11の代わりに、図3及び図4中の上下方向に貫通する矩形状の溝部14を形成した。そして、2個の磁性コア部4、5を一体化したときに、2個の中央コア部7の溝部14の内部(即ち、コイル3から離れた部分)に板状の永久磁石15を溝部14内を埋めるように設ける構成となっている。
 尚、上述した以外の第2実施形態の構成は、第1実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第2実施形態においても、第1実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
 (第3実施形態)
 図5は、第3実施形態を示すものである。尚、第1実施形態または第2実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第3実施形態では、2個の磁性コア部4、5の中央コア部7に、孔11や溝部14を形成することを止めて、中央コア部7の図5中の上下両面における前記溝部14に対応する部位(即ち、コイル3から離れた部分)に、薄板状の永久磁石16、17を例えば接着して貼り付けた。この構成の場合、2個の磁性コア部4、5を一体化した後、2個の中央コア部7の上下両面に永久磁石16、17を接着することが好ましい。
 尚、上述した以外の第3実施形態の構成は、第1実施形態または第2実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第3実施形態においても、第1実施形態または第2実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
 (第4実施形態)
 図6及び図7は、第4実施形態を示すものである。尚、第1実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第4実施形態では、2個の磁性コア部4、5の中央コア部7の孔11内に、永久磁石12の代わりに、電磁石18を収容するように構成した。この構成の場合、コイル3に、図6に示すように、直流を通電したときに、実線の矢印で示すように、磁界13がコア2内に発生する。そこで、電磁石18が、上記コイル3の磁界13と反対方向(即ち、破線の矢印で示す方向)の磁界14を発生するように、即ち、図6に図示する方向に通電するように構成されている。そして、コイル3に図6と反対方向に通電する場合には、電磁石18についても図6と反対方向に通電する構成となっている。
 電磁石18は、ボビンに巻回された補助コイルと、ボビンの内部に収容された補助コアとから構成されている。電磁石18の補助コアとしては、リアクトル1のコア2の材料とほぼ同じ材料(即ち、非導通材料)で形成されたものであっても良いし、軟磁性材で形成されたものであっても良いが、電磁石18用の補助コアの透磁率は、コア2の透磁率よりも低く構成することが好ましい。このように構成すると、電磁石18の補助コアで発生する損失を低減できると共に、電磁石18の補助コア内を通過する磁束を少なくすることができる。
 また、電磁石18の図6中の上下方向の長さ寸法L1は、コイル3の図3中の上下方向の長さ寸法L2以下となるように構成されている。
 図7は、本実施形態のリアクトル1を組み込んだ電力変換器(例えば昇圧コンバータ)19の電気的構成を示す図である。尚、この電力変換器19は、例えばハイブリッド車両に搭載された場合、バッテリ電圧を昇圧して、モータ・ジェネレータを駆動する力行状態で動作する運転モードと、モータ・ジェネレータの回生時電圧を降圧して、バッテリに充電する回生状態で動作する運転モードとが実行可能に構成されている。
 電力変換器19は、図7に示すように、第1のコンデンサ20、リアクトル1、第1のIGBT21、第2のIGBT22、第2のコンデンサ23を図示するように接続して構成されている。電力変換器19の入力端子24、25はバッテリに接続され、電力変換器19の出力端子26、27はモータ・ジェネレータに接続される。
 電力変換器19は、リアクトル1の電磁石18の補助コイル28に通電する通電回路29と、リアクトル1のコイル3における入力端子24に接続される側の端子3aの極性、即ち、コイル3に流れる電流の平均電流の極性を判別する極性判別回路30とを備えている。極性判別回路30は、上記端子3aの極性判別結果を通電回路29に出力する。通電回路29は、極性判別回路30からの極性判別結果が、図6に示すコイル3の平均電流の通電方向と一致したときには、電磁石18の補助コイル28を図6に示す通電方向に通電するように構成されている。そして、通電回路29は、極性判別回路30からの極性判別結果が、図6に示すコイル3の平均電流の通電方向と反対方向であったときには、電磁石18の補助コイル28を図6に示す通電方向と反対方向に通電するように構成されている。
 尚、上述した以外の第4実施形態の構成は、第1実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第4実施形態においても、第1実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第4実施形態では、電力変換器19駆動時のリアクトル1のコイル3の通電方向を検出し、検出結果に応じて電磁石18の補助コイル28の通電方向を切り替えるように構成したので、力行の運転モード及び回生の運転モードの両方において、安定的なインダクタンスを確保することができる。
 また、第4実施形態では、2個の磁性コア部4、5の中央コア部7の孔11内に電磁石18を収容するように構成したが、これに限られるものではない。例えば、第2実施形態の2個の磁性コア部4、5の中央コア部7の溝部14内に、永久磁石15の代わりに、電磁石を収容するように構成しても良い。また、第3実施形態の中央コア部7の図5中の上下両面に、永久磁石16、17の代わりに、電磁石を例えば接着して貼り付けるように構成しても良い。
 また、第4実施形態では、電磁石18を磁性コア部4、5の中央コア部7の孔11内に収容する構成としたが、これに代えて、補助コイルとボビンで構成された空芯コイルを中央コア部7の孔11内に収容する構成としても良い。
 (第5実施形態)
 図8は、第5実施形態を示すものである。尚、第4実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第5実施形態では、極性判別回路30の代わりに極性電流値検出回路31を設けた。極性電流値検出回路31は、リアクトル1のコイル3の入力端子24に接続される側の端子3aの極性(即ち、コイル3に流れる電流の平均電流の極性)を判別すると共に、コイル3に流れる電流の電流値(即ち、平均電流の電流値)を検出し、極性判別結果と電流値検出結果を通電回路29に出力する。
 通電回路29は、極性電流値検出回路31からの極性判別結果に基づいて、第4実施形態と同様にして電磁石18の補助コイル28の通電方向を切り替える。加えて、通電回路29は、極性電流値検出回路31からの電流値検出結果に基づいて、電磁石18の補助コイル28に通電する電流の大きさを可変制御するように構成されている。
 この場合、通電回路29は、コイル3に流れる電流の電流値が所定の閾値よりも小さいときには、大電流が通電されていないと判定し、電磁石18に通電する電流をゼロ、または、小さくするように構成されている。
 尚、上述した以外の第5実施形態の構成は、第4実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第5実施形態においても、第4実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第5実施形態では、コイル3に流れる電流の電流値を検出し、検出した電流値が所定の閾値よりも小さいときには、電磁石18に通電する電流をゼロ、または、小さくするように構成したので、電磁石18の補助コイル28や通電回路29に発生する損失を低減することができる。
 尚、上記第5実施形態では、リアクトル1のコイル3に流れる電流の電流値を検出し、検出した電流値に応じて電磁石18に通電する電流の大きさを2段階に切り替えるように構成したが、これに限られるものではなく、例えば、検出した電流値毎に電磁石18の補助コイル28に通電する電流の大きさを細かく制御するように構成しても良い。具体的には、予めリアクトル1のコイル3の電流値に対するインダクタンス特性をマップ化しておき、このマップに基づいて常にリアクトル1のインダクタンス特性が最大近傍となるように電磁石18の補助コイル28の電流値を決定するように構成することが好ましい。このように構成すると、電力変換器19の動作状態に対応するように、リアクトル1について安定的なインダクタンス確保が可能となる。
 (第6実施形態)
 図9は、第6実施形態を示すものである。尚、第1実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第6実施形態のリアクトル32では、第1実施形態のリアクトル1を例えば3個横方向に連結した形状に構成されている。このような形状のリアクトル32は、搭載上の制約で高さ方向を確保できない構成の場合、または、コアやコイルの冷却面積を大きく確保したい構成の場合に好適する形状である。
 リアクトル32は、E型の磁性コア部4を横方向に複数個連結した形状の連結磁性コア部41を一対対向して組み合わせてなる連結コア42を備え、この連結コア42の3個の中央コア部7に3個のコイル3を巻回して構成されている。
 また、上記3個連結した形状を製造するに際しては、第1実施形態のリアクトル1を3個横方向に例えば接着により連結しても良いし、E型の磁性コア部4を3個横方向に連結して一体化された形状の連結磁性コア部41を2個用意し、これら2個の連結磁性コア部41、41を一体化して連結コア42ひいてはリアクトル32を製造するように構成しても良い。
 尚、上述した以外の第6実施形態の構成は、第1実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第6実施形態においても、第1実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
 また、上記第6実施形態では、第1実施形態のリアクトル1を3個横方向に連結した形状に構成したが、これに限られるものではなく、第1実施形態のリアクトル1を2個横方向に連結した形状または4個以上横方向に連結した形状に構成しても良い。また、第1実施形態のリアクトル1を2個縦方向に連結した形状または3個以上縦方向に連結した形状に構成しても良い。
 (第7実施形態)
 図10は、第7実施形態を示すものである。尚、第4実施形態または第6実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第7実施形態のリアクトル33は、第4実施形態のリアクトル1を例えば3個横方向に連結した形状に構成されている。上述した以外の第7実施形態の構成は、第4実施形態または第6実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第7実施形態においても、第4実施形態または第6実施形態の構成とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
 また、上記第7実施形態では、第4実施形態のリアクトル1を3個横方向に連結した形状に構成したが、これに限られるものではなく、第4実施形態のリアクトル1を2個横方向に連結した形状または4個以上横方向に連結した形状に構成しても良い。また、第4実施形態のリアクトル1を2個縦方向に連結した形状または3個以上縦方向に連結した形状に構成しても良い。
 尚、上記各実施形態では、本開示をリアクトルに適用したが、これに限られるものではなく、他の磁気回路部品に適用しても良い。
 本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
 

Claims (12)

  1.  2個のE型の磁性コア部(4、5)を対向して組み合わせてなるコア(2)と、
     前記コア(2)の中央コア部(7)に巻回されたコイル(3)と、
     前記2個のE型の磁性コア部(4、5)の端部コア部(8,9)の先端部に設けられ、高磁気抵抗となる隙間(10)と、
     前記2個のE型の磁性コア部(4、5)の中央コア部(7)に設けられた反磁界発生装置(12、15、16、17、18)とを備え、
     前記コイル(3)により発生する磁界の方向と前記反磁界発生装置(12、15、16、17、18)により発生する磁界の方向が反対となるように構成された磁気回路部品。
  2.  前記反磁界発生装置(12、15、16、17、18)は、前記2個のE型の磁性コア部(4、5)の中央コア部(7)における中心部または前記コイル(3)から離れた部分に配置されている請求項1記載の磁気回路部品。
  3.  前記反磁界発生装置(12、15、16、17、18)は、前記コア(2)の透磁率よりも低い透磁率の材料で構成されている請求項1または2記載の磁気回路部品。
  4.  前記反磁界発生装置(12、15、16、17、18)は、ネオジボンド磁石またはフェライト磁石で構成されている請求項1から3のいずれか一項記載の磁気回路部品。
  5.  前記反磁界発生装置(12、15、16、17、18)は、電磁石(18)または空芯コイルで構成されている請求項1から3のいずれか一項記載の磁気回路部品。
  6.  前記電磁石(18)または前記空芯コイルに通電する電流方向を、前記コイル(3)に流れる電流の平均電流の極性から決定することにより、前記コイル(3)により発生する磁界の方向と、前記電磁石(18)または前記空芯コイルにより発生する磁界の方向が反対となるように構成した請求項5記載の磁気回路部品。
  7.  前記電磁石(18)または前記空芯コイルに通電する電流方向と電流値を、前記コイル(3)に流れる電流の平均電流の極性と電流値から決定することにより、前記コイル(3)により発生する磁界の方向と、前記電磁石(18)または前記空芯コイルにより発生する磁界の方向が反対となるように構成した請求項6記載の磁気回路部品。
  8.  前記電磁石(18)または前記空芯コイルに通電する電流方向と電流値は、磁気回路部品のインダクタンス特性に基づいて、インダクタンスが最大近傍となるように決定されるように構成した請求項7記載の磁気回路部品。
  9.  前記隙間(10)には、セラミック、空気層、樹脂、または、導通が少ない部材が設けられている請求項1から8のいずれか一項記載の磁気回路部品。
  10.  前記E型の磁性コア部(4、5)の中央コア部(7)の断面積は、端部コア部(8、9)の断面積の2倍以上となるように構成されている請求項1から9のいずれか一項記載の磁気回路部品。
  11.  前記反磁界発生装置(12、15、16、17、18)の長手方向の長さ寸法は、前記コイル(3)の軸方向の長さ寸法以下となるように構成されている請求項1から10のいずれか一項記載の磁気回路部品。
  12.  前記E型の磁性コア部(4、5)を横方向に複数個連結した形状の連結磁性コア部を対向して組み合わせてなる連結コアと、
     前記連結コアの中央コア部に巻回された複数のコイル(3)とを備えた請求項1から11のいずれか一項記載の磁気回路部品。
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