(57)【要約】【課題】  組立作業の負担の増加、及びコスト上昇を招くことなく、より放熱効率を向上させることのできるリアクトルを提供することを目的とする。【解決手段】  リアクトル１を、第一磁気回路を形成する第一鉄心部２と、同第一鉄心部２と直交するようにして配設され第二磁気回路を形成する第二鉄心部３及び第一鉄心部２と直交するようにして配設され第三磁気回路を形成する第三鉄心部４と、これらの磁脚に巻回されたコイル１０とから形成し、鉄心の総体積に比しての放熱面積の比が大きくなるようにして放熱効率を向上させる。【選択図】図１
2010192742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一磁気回路を形成する第一鉄心部と、同第一鉄心部の一側に、垂直となるように配設され第二磁気回路を形成する第二鉄心部と、第一鉄心部の他側に、垂直となるように配設され第三磁気回路を形成する第三鉄心部と、これら第一鉄心部、第二鉄心部及び第三鉄心部の磁脚に巻回されたコイルとから形成されることを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
前記第一鉄心部は、Ｅ型形状に形成された第一下部鉄心と、Ｉ型形状に形成され前記第一下部鉄心と突き合わされて接合される第一上部鉄心とからなり、前記第二鉄心部は、Ｕ字状に形成された第二下部鉄心と、Ｉ型形状に形成され前記第二下部鉄心と突き合わされて接合される第二上部鉄心とからなり、第三鉄心部は、Ｕ字状に形成された第三下部鉄心と、Ｉ型形状に形成され前記第三下部鉄心と突き合わされて接合される第三上部鉄心とからなることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
【請求項３】
Ｅ型形状に形成された下部鉄心と、Ｉ型形状に形成され前記下部鉄心と突き合わされて接合される上部鉄心と、これらに直交するように配設される、Ｃ型形状に形成された前後一対のＣ型鉄心と、前記下部鉄心の中央磁脚に巻回されるコイルとから形成されることを特徴とするリアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアクトルに関わり、より詳細には、放熱効率を向上させた構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機の電源回路等において、インバータ部等には、力率改善を行うため、鉄心と、同鉄心に巻回されたコイルとからなるリアクトルが用いられている。従来のリアクトルは、例えば図５（Ａ）で示すように、基底部３１ａと、同基底部３１ａの両端に立設された左右一対の外磁脚３１ｂと、基底部３１ａの中央に立設された中央磁脚３１ｃとからなりＥ型形状に形成された下部鉄心３１と、Ｉ型形状に形成され、下部鉄心３１と突き合わせて接合される上部鉄心３２と、下部鉄心３１の中央磁脚３１ｃに巻回され、巻線３３ａを導出したコイル３３とで構成されており、また、下部鉄心３１の中央磁脚３１ｃの先端部と上部鉄心３２との間には、磁気飽和特性を改善するため、所定距離のギャップが設けられ、ギャップには非磁性体からなるスペーサ３４が配置されている。
【０００３】
コイル３３に交流電流が印加されると、図５（Ｂ）で示すように、強磁性材料からなる下部鉄心３１の中央磁脚３１ｃから上部鉄心３２を介して外磁脚３１ｂへとループ状の磁束が流れ、磁束は交流電源の極性に伴って磁束方向が周期的に反転するようになっている。磁束方向が周期的に反転すると、下部鉄心３１と上部鉄心３２には、磁界の向きを変えることによる損失であるヒステリシス損と、鉄心内に生じる渦電流損とによる熱が発生する。また、コイル３３も導線内の電気抵抗によって発熱する。発生した熱はリアクトルの性能低下及び劣化の原因となるばかりでなく、安全性基準にも抵触する虞があるため、リアクトルには、効果的な放熱対策が求められている。
【０００４】
リアクトルの放熱対策として、例えば特許文献１には、リアクトルはＥ型鉄心とＩ型鉄心とが組み合わせられ、Ｅ型鉄心の中央脚部には巻線が巻回されて構成されるとともに、基底部である放熱板と、これに立設された一対の伝熱部とからなる伝熱部材が設けられている。この伝熱部材は非磁性材で形成され、夫々の伝熱部は中央脚部と巻線との間に挿入された状態で設けられ、一方の伝熱部は中央脚部の正面側に設けられ、他方の伝熱部は中央脚部の背面側に設けられるようになっている。
【０００５】
伝熱部を中央脚部と巻線との間に設けることにより、中央脚部付近で発生した熱を伝熱部によって、これに連結された放熱板に効率的に伝達して放出することができ、高い放熱効果を得ることができるようになっている。
【０００６】
このように伝熱部材をリアクトルに設けると、より高い放熱効果を得ることができるが、部品点数が増加するため組立が煩雑となり、またコスト上昇を招く懸念があった。
【０００７】
また、特許文献２には、積層Ｅ型鉄心と積層Ｉ型鉄心を有し、積層Ｉ型鉄心と突き合わせしない積層Ｅ型鉄心の外形積層面が凹凸形状になるよう鉄心ヨーク寸法の異なるＥ型鉄心を数枚ごとに交互に積層するとともに、中央磁脚の周囲に、絶縁材を巻き付けたコイルを巻装させている。これにより、積層Ｅ型鉄心の表面積を増大でき、コイルから絶縁紙を介して熱伝導する熱量を対流と放射により効率的に発散し、コイルの銅損が増加してもコイル温度が規定される温度限度値以下に制限されるようになっている。
【０００８】
しかしながら、組立時に、鉄心ヨーク寸法の異なるＥ型鉄心を数枚ごとに交互に積層することは、組立作業の負担が増すばかりでなく、積層Ｅ型鉄心での磁気飽和を考慮すると、凹凸状の大きさには限界があるため、より放熱効果を得られるリアクトルが求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−４１８８２号（４頁、図１）
【特許文献２】特開２００５−３１０８１３号（３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み、組立作業の負担の増加、及びコスト上昇を招くことなく、より放熱効率を向上させることのできるリアクトルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するため、第一磁気回路を形成する第一鉄心部と、同第一鉄心部の一側に、垂直となるように配設され第二磁気回路を形成する第二鉄心部と、第一鉄心部の他側に、垂直となるように配設され第三磁気回路を形成する第三鉄心部と、これら第一鉄心部、第二鉄心部及び第三鉄心部の磁脚に巻回されたコイルとから形成される構成となっている。
【００１２】
また、前記第一鉄心部は、Ｅ型形状に形成された第一下部鉄心と、Ｉ型形状に形成され前記第一下部鉄心と突き合わされて接合される第一上部鉄心とからなり、前記第二鉄心部は、Ｕ字状に形成された第二下部鉄心と、Ｉ型形状に形成され前記第二下部鉄心と突き合わされて接合される第二上部鉄心とからなり、第三鉄心部は、Ｕ字状に形成された第三下部鉄心と、Ｉ型形状に形成され前記第三下部鉄心と突き合わされて接合される第三上部鉄心とからなる構成となっている。
【００１３】
また、Ｅ型形状に形成された下部鉄心と、Ｉ型形状に形成され前記下部鉄心と突き合わされて接合される上部鉄心と、これらに直交するように配設される、Ｃ型形状に形成された前後一対のＣ型鉄心と、前記下部鉄心の中央磁脚に巻回されるコイルとから形成される構成となっている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載及びの請求項２記載の発明によれば、リアクトルの鉄心部を複数の鉄心部を組み合わせて構成することにより、鉄心の総体積に比して鉄心の放熱面積を大きくすることができ、放熱効率を向上させることができる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、強磁性材料を圧粉成型して鉄心を形成することにより、磁束の形成方向に制限が生じず、放熱効率を向上させ、且つ簡素化した形状でコストを低減したリアクトルを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるリアクトルの第一実施例における外観斜視図である。
【図２】本発明によるリアクトルの第一実施例における分解斜視図である。
【図３】本発明によるリアクトルの第一実施例における磁束の流れを説明する説明図である。
【図４】本発明によるリアクトルの第二実施例における分解斜視図である。
【図５】従来のリアクトルの外観斜視図と磁束の流れを説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の第一実施例におけるによるリアクトル１は、図１の外観斜視図で示すように、第一磁気回路を形成する第一鉄心部２と、同第一鉄心部２と垂直となるように配設され第二磁気回路を形成する第二鉄心部３と、同第二鉄心部３と同様に、第一鉄心部２と垂直となるように配設され第三磁気回路を形成する第三鉄心部４と、これらの磁脚に巻回され、一対の巻線１０ａを導出したコイル１０と、これらを収納するとともに、巻線１０ａが接続される接続端子を備えた、図示しないケースとから構成されている。
【００１９】
第一磁気回路を形成する第一鉄心部２は、図２の分解斜視図で示すように、基底部５ａと、同基底部５ａの両側に立設された左右一対の外磁脚５ｂと、基底部５ａの中央部から立設され、両側の外磁脚５ｂより所定長、長さが短い中央磁脚５ｃとからなりＥ型形状に形成された第一下部鉄心５と、Ｉ型形状に形成され第一下部鉄心５と突き合わされて接合される第一上部鉄心６と、中央磁脚５ｃと上部鉄心６との間に生じるギャップに配置される、矩形状の非磁性体からなるスペーサ９ａとからなっている。
【００２０】
第二磁気回路を形成する第二鉄心部３は、図２で示すように、基底部７ａと、同基底部７ａの両側に立設された外磁脚７ｃ及び外磁脚７ｃより所定長、長さが短い外磁脚７ｂとからＵ字状に形成された第二下部鉄心７と、Ｉ型形状に形成され、第二下部鉄心７と突き合わされて接合される第二上部鉄心８と、外磁脚７ｂと第二上部鉄心８との間に生じるギャップに配置される、矩形状の非磁性体からなるスペーサ９ｂとからなっている。
【００２１】
第三磁気回路を形成する第三鉄心部４は、上記した第二鉄心部３と同構成であり、基底部７ａ’と、同基底部７ａ’の両側に立設された外磁脚７ｃ’及び外磁脚７ｃ’より所定長、長さが短い外磁脚７ｂ’とからＵ字状に形成された第三下部鉄心７’と、Ｉ型形状に形成され、第二下部鉄心７’と突き合わされて接合される第三上部鉄心８’と、外磁脚７ｂ’と第二上部鉄心８’との間に生じるギャップに配置される、矩形状の非磁性体からなるスペーサ９ｂ’とからなっている。尚、これら第三鉄心部４を構成する各部材は、第二鉄心部３を構成する各部材と形状、寸法が同じであってもよいし、また、相違があってもよい。
【００２２】
上記した各鉄心は、各形状に打抜加工された珪素鋼板等の強磁性材料を積層させて形成されており、図１で示すように、第一鉄心部２の中央部に第二鉄心部３と第三鉄心部４とは突き合わされ溶接等により接合されるようになっている。コイル１０は絶縁皮膜を有する銅線を巻回して形成され、絶縁紙または絶縁シートを被覆して、第一鉄心部２の中央磁脚５ａと、同中央磁脚５ａと接合された第二鉄心部３及び第三鉄心部４の外磁脚７ｂとの外周部に挿入されるようになっている。
【００２３】
第一鉄心部２、第二鉄心部３及び第三鉄心部４に夫々設けられた、上記したギャップは、各下部鉄心と各上部鉄心とで形成される磁路において、磁気飽和現象を引き起こさないよう設けられている。磁気飽和現象が発生すると、コイル１０に流す電流を増加させても磁路の磁束密度が増加しない現象が発生し、リアクトルの性能に影響を及ぼす。また、リアクトルのインダクタンスはギャップ距離により規定され、ギャップ距離が変動するとリアクトルは所定の性能を満たせなくなる現象が生じる。
【００２４】
また、コイル１０に交流電流が流れると、後述するように、各鉄心にループ状の磁束が発生し、発生した磁束は交流電源の極性に伴って磁束方向が周期的に反転するようになっている。磁束方向が周期的に反転すると、ギャップ距離を変動させ、振動及び騒音発生の要因となる。これを防止するため、ギャップには直方体状に形成されたスペーサ９ａ、９ｂ及び９ｂ’が配置されるようになっている。尚、第二鉄心部３及び第三鉄心部４に設けられたスペーサ９ｂ及び９ｂ’は、第一鉄心部２に設けられたスペーサ９ａと一体化して形成してもよい。
【００２５】
図３（Ａ）はリアクトル１の上面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図３（Ｃ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図３（Ｂ）で示すように、Ｅ型形状に形成された第一下部鉄心５と、Ｉ型形状に形成された第一上部鉄心６とからなる第一鉄心部２において、コイル１０に交流電流が印加されると、矢印で示すように、強磁性材料からなる第一下部鉄心５の中央磁脚５ａから第一上部鉄心６を介して両側の外磁脚５ｂへ二股状のループ状磁束が発生し、第一磁気回路を形成するようになっており、発生した磁束は交流電源の極性に伴って磁束方向が周期的に反転するようになっている。
【００２６】
図３（Ｃ）で示すように、Ｕ字状に形成された第二下部鉄心７と、Ｉ型形状に形成された第二上部鉄心８とからなる第二鉄心部３には、矢印で示すように、外磁脚７ｂから第二上部鉄心８を介して外磁脚７ｃへと流れるループ状磁束が発生し、第二磁気回路を形成するようになっている。また、発生した磁束は交流電源に伴って磁束方向が周期的に反転するようになっている。同様に、第三鉄心部４には、外磁脚７ｂから第二上部鉄心８を介して外磁脚７ｃへと流れるループ状磁束が発生し、第三磁気回路を形成するようになっている。
【００２７】
コイル１０に交流電流が印加されると、同コイル１０は、導線内の電気抵抗によって発熱する。また、上記したループ状磁束が交流電源の極性に伴い磁束方向が周期的に反転すると、各鉄心には、磁束の向きを変えることによる損失であるヒステリシス損と、鉄心内に生じる渦電流損とによる熱が発生する。コイル１０及び各鉄心に発生した熱は、各鉄心の表面から周囲に放熱されることによりリアクトル１は冷却されるようになっている。
【００２８】
リアクトル１は、上記したように、第一磁気回路を形成する第一鉄心部２に直交するように第二鉄心部３と第三鉄心部４とを配置し、上面視が所謂、十字形の形状に形成されていることにより、鉄心の体積に比して、表面積、所謂放熱面積が従来の形状より増加している。例えば、従来例で説明したＥ型形状に形成された下部鉄心３１と、Ｉ型形状に形成された上部鉄心３２とからなるリアクトル３０と比較すると、同リアクトル３０は、放熱面積と体積の比が２．２〜２．４である。これに対し、リアクトル１の第一鉄心部２における積層厚さをリアクトル３０に対して略半分とし、残部で第二鉄心部３及び第三鉄心部４を形成すると仮定すると、リアクトル１の放熱面積と体積の比は２．６〜２．８となり、リアクトル３０に対して、体積が同じでも１５〜２０％程度、放熱面積が増加する。
【００２９】
以上、説明したように鉄心の体積に比較して放熱面積が増加することにより、放熱効率を向上させ、発熱によるリアクトルの性能低下及び劣化を極力、防止し、また、発熱に対する安全性基準も達成することができるようになっている。
【実施例２】
【００３０】
次に、第二実施例について説明する。第二実施例のリアクトル１１は、図４で示すように、基底部１２ａと、左右一対の外磁脚１２ｂと、中央磁脚１２ｃとからなりＥ型形状に形成された下部鉄心１２と、Ｉ型形状に形成され下部鉄心１２と突き合わされて接合される上部鉄心１３と、これらに直交し、且つ対向して配設される、Ｃ型形状に形成された一対のＣ型鉄心１４と、中央磁脚１２ｃに巻回されるコイル１５とから形成されており、中央磁脚１２ｃと上部鉄心１３との間にはスペーサ１６ａが配置されるとともに、Ｃ型鉄心１４の上部と、上部鉄心１３との間には夫々、非磁性体からなるスペーサ１６ｂが配置されている。
【００３１】
上記した下部鉄心１２、上部鉄心１３及び一対のＣ型鉄心１４は、フェライト等の強磁性材料を圧粉成型することにより形成されている。フェライトは、酸化鉄を主成分とするセラミックスであり、透磁率が高く、電気抵抗が高いことから高周波領域での渦電流損失が低い等の特性を有している。また、実施例１で説明したリアクトル１のように、打抜加工された珪素鋼板等の強磁性材料を積層させて鉄心を形成すると、積層させた方向には磁路が形成されず、磁路の形成方向に制限が生じるが、フェライト等の強磁性材料を圧粉成型して鉄心を形成すると、磁路の形成方向に制限が生じない。これにより、実施例１で必要であったＩ型形状に形成された第二上部鉄心８を用いることなく、Ｅ型形状の下部鉄心１２とＩ型形状の上部鉄心１３に対しＣ型鉄心１４を接合すれば磁路を形成することができ、軽量化及びこれに伴うコスト低減を行うことができるようになっている。また、上記したように、放熱面積と体積の比が大きくでき、放熱効率に優れたリアクトルとすることができるようになっている。
【符号の説明】
【００３２】
１  リアクトル
２  第一鉄心部
３  第二鉄心部
４  第三鉄心部
５  第一下部鉄心
５ａ  基底部
５ｂ  外磁脚
５ｃ  中央磁脚
６  第一上部鉄心
７  第二下部鉄心
７’第三下部鉄心
７ａ、７ａ’  基底部
７ｂ、７ｂ’、７ｃ  ７ｃ’  外磁脚
８  第二上部鉄心
８’第三上部鉄心
９ａ、９ｂ  ９ｂ’  スペーサ
１０  コイル
１０ａ  巻線
１１  リアクトル
１２  下部鉄心
１２ａ  基底部
１２ｂ  外磁脚
１２ｃ  中央磁脚
１３  上部鉄心
１４  Ｃ型鉄心
１５  コイル
１６ａ、１６ｂ  スペーサ
【図１】
2010192742.tif 000003
【図２】
2010192742.tif 000004
【図３】
2010192742.tif 000005
【図４】
2010192742.tif 000006
【図５】
2010192742.tif 000007