(57)【要約】【課題】ギャップ周縁部において生じる漏れ磁束を減少させることにより、損失を減少させ、また磁束密度の偏在を緩和して、エネルギ変換効率を向上させることのできるリアクトル及びリアクトル用スペーサを提供する。【解決手段】磁性体から形成された複数のコアブロック４ａ，４ｂを、スペーサ７を介して組み付けることにより形成される環状コア２と、この環状コアの外周に設けられたコイルとを備えるリアクトルであって、上記スペーサ７を、２以上の非磁性体層８ａ，８ｂの間に磁性体層９を設けて構成した。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料から形成された複数のコアブロックをスペーサを介して組み付けることにより形成される環状コアと、この環状コアの外周に設けられたコイルとを備えるリアクトルであって、
上記スペーサは、２以上の非磁性体層と、これら非磁性体層の間に設けられる磁性体層とを備えて形成されている、リアクトル。
【請求項２】
上記磁性体層は、上記非磁性体層を構成する複数の板状部材の間に磁性材料を挟持させることにより形成されている、請求項１に記載のリアクトル。
【請求項３】
上記磁性体層は、上記非磁性体層間の一部又は全部に設けられている、請求項１又は請求項２のいずれかに記載のリアクトル。
【請求項４】
上記磁性体層は、薄膜状の磁性材料から形成されている、請求項１から請求項３のいずれかに記載のリアクトル。
【請求項５】
上記磁性体層は、磁性材料を所定の密度をもって配置したドットパターンから形成されている、請求項１から請求項３のいずれかに記載のリアクトル。
【請求項６】
環状コアを構成する複数のコアブロック間に介挿されるリアクトル用スペーサであって、
非磁性材料から形成された２以上の非磁性体層と、
これら非磁性体層の間に配置されるとともに、磁性材料から形成された磁性体層とを備える、リアクトル用スペーサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ハイブリッド車や燃料電池車のような電気自動車に搭載されるリアクトル及びリアクトル用スペーサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題からハイブリッド車や燃料電池自動車等の直流電源でモータを駆動して走行する自動車が開発されている。これら自動車においては、直流電源であるバッテリーの電圧を昇圧する昇圧コンバータが搭載されており、リアクトルはこの昇圧コンバータの主要部品である。
【０００３】
上記リアクトルは、特許文献１に記載されているように、環状のコアとこのコアの所定部分に巻き回されたコイルとを備えて構成されている。車載用リアクトルでは、搭載スペースや製造方法等の制限から、２以上のコアブロックを、それぞれ組み付けることにより一対の平行状Ｉ字部を構成するとともに、これらＩ字部の両端部に略Ｕ字状コアブロックを接続して構成される略長円形状の環状コアが採用されることが多い。上記各コアブロック間には、上記磁気回路のインダクタンスを調整するために、非磁性体から形成されたスペーサが介挿されている。上記コイルに電流を流すことにより、上記コア内に環状の磁気回路が形成される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４１４７５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記スペーサは、非磁性材料から形成されているため、ギャップの周縁部から漏れ磁束が生じやすい。漏れ磁束が生じるとコイルやコアブロックに渦電流が発生して損失が増加し、リアクトルのエネルギ変換効率が低下する。また、上記漏れ磁束によって、コア内部の磁束密度に偏在が生じ、上記コアの振動や騒音が誘起される。
【０００６】
一方、上記スペーサは、上記リアクトルのインダクタンスを調整するために設けられるものであり、所要の性能を得るためにはコア全長に対して所定の長さでギャップを設けなければならない。
【０００７】
本願発明は、上記ギャップ周縁部において生じる漏れ磁束を減少させることにより、損失を減少させ、また磁束密度の偏在を緩和して、エネルギ変換効率を向上させることのできるリアクトル及びリアクトル用スペーサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載した発明は、磁性材料から形成された複数のコアブロックを、スペーサを介して組み付けることにより形成される環状コアと、この環状コアの外周に設けられたコイルとを備えるリアクトルであって、上記スペーサを、２以上の非磁性体層と、これら非磁性体層の間に設けられる磁性体層とを備えて形成したものである。
【０００９】
コアは磁性体から形成されているため、磁束はコア断面に対して直交する方向に流れる。一方、上記スペーサは、セラミック等の非磁性材料から形成されているため、外部空間に臨む周縁部を回り込むようにして漏れ磁束が生じる。特に、上記スペーサの厚さが大きい場合には、漏れ磁束が大きくなる傾向がある。
【００１０】
本願発明においては、上記スペーサを２以上の非磁性体層と、これら非磁性体層の間に設けられる磁性体層とを備えて形成しているため、コアの縁部からスペーサ周縁部に漏れ出ようとする磁束が上記磁性体層によって引き戻される。このため、漏れ磁束を減少させて損失を低下させ、エネルギ変換効率を高めることができる。
【００１１】
また、磁束が流れる上記スペーサからの漏れ磁束を減少させることができるため、コア内部の磁束密度の偏在化を緩和する効果を期待することができる。
【００１２】
請求項２に記載した発明のように、上記磁性体層を、上記非磁性体層を構成する複数の板状部材の間に磁性材料を挟持させることにより形成することができる。
【００１３】
上記非磁性体層を、セラミックや樹脂等の従来から採用されている種々のスペーサ材料から形成することができる。また、上記磁性体層を構成する材料として、種々の磁性材料を採用できる。たとえば、フェライト、センダスト等を採用することができる。
【００１４】
上記非磁性体層の間に保持できるものであれば、上記磁性体層を構成する磁性材料の形態も限定されることはない。たとえば、膜状の磁性材料や、粉体状の磁性材料を採用することができる。また、コーティング等によって、板状の非磁性材料の表面に磁性体等を設けることができる。
【００１５】
上記非磁性体層間における磁性体層を設ける位置及び範囲も限定されることはない。すなわち、請求項３に記載した発明のように、上記磁性体層を、上記非磁性体層間の一部又は全部に設けることができる。
【００１６】
たとえば、上記磁性体層を、スペーサの周縁部に配置することにより、コアの縁部から漏れ出ようとする磁束を引き戻して、漏れ磁束を減少させることができる。
【００１７】
さらに、コアの形状やコイルの配置等に起因して磁束密度に偏在が生じる場合には、磁束密度が低下しやすい部分に選択的に上記磁性体層を配置することができる。たとえば、両側に略Ｕ字状コアブロックを接続して構成される略長円形状の環状コアを採用したリアクトルの場合、略Ｕ字状コアの形態に起因してこの略Ｕ字状コアブロック近傍に設けられるギャップ内周部において漏れ磁束が大きくなる。したがって、この部分に設けられるスペーサの内周縁部に上記磁性体層を設けることにより、上記部分における漏れ磁束を減少させることができる。なお、上記磁性体層の形態は、環状コアの形態や介挿される位置に応じて設定することができる。上記磁性体層の密度や厚さを部分によって異ならせることもできる。
【００１８】
上記構成を採用することにより、スペーサ全体として、部分によって透磁率が異なるものを製作し、漏れ磁束を低減させるとともに、コア内部の磁束密度の偏在を緩和することが可能となる。
【００１９】
スペーサを形成する手法も限定されることはない。たとえば、請求項４に記載した発明のように、薄膜状の磁性材料を上記板状の非磁性材料の間に挟んで接着等により一体化してスペーサを形成することができる。
【００２０】
また、非磁性体である板状のセラミックの接合面の一方又は双方に磁性材料をコーティングした後、上記コーティング層を挟むように重ね合わせて接着材等により接合することによって、本願発明に係るスペーサを形成することができる。さらに、２枚のセラミックグリーン体の間に粉体の磁性材料を配置して一体的に焼結成形することにより、本願発明に係るスペーサを形成してもよい。
【００２１】
上記磁性体層の密度や厚さを部分によって異ならせることもできる。たとえば、請求項５に記載した発明のように、上記磁性体層を、磁性材料を所定の密度をもって配置したドットパターンから形成することにより、所要の密度の磁性体層を所要の部分に設けることが可能となる。上記ドットパターンを形成する手法も限定されることはなく、上記非磁性体層を構成する板状のセラミックの表面に、印刷の手法等によって形成することができる。この手法を採用することにより、スペーサ全体として部分によって透磁率が異なるスペーサを容易に形成することができる。
【００２２】
請求項６に記載した発明は、環状コアを構成する複数のコアブロック間に介挿されるリアクトル用スペーサに係る発明であり、非磁性材料から形成された２以上の非磁性体層と、これら非磁性体層の間に配置されるとともに、磁性材料から形成された磁性体層とを備えて構成したものである。
【００２３】
上記スペーサの磁性体層を、上記非磁性体層間の一部又は全部に設けることができる。
【００２４】
また、上記スペーサの磁性体層を、上記非磁性体層を構成する複数の板状部材の間に磁性材料を挟持して構成することができる。
【００２５】
また、上記スペーサの磁性体層を、薄膜状の磁性材料から形成することもできる。
【００２６】
さらに、上記スペーサの磁性体層を、磁性材料を所定の密度をもって配置したドットパターンから形成することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本願発明によって、上記ギャップ周縁部において生じる漏れ磁束を減少させることにより損失を減少させ、また磁束密度の偏在を緩和して、エネルギ変換効率を向上させることのできるリアクトル及びリアクトル用スペーサを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１に示すように、リアクトル１は、環状のコア２と、このコア２の周囲に装着されたコイル３とを備えて構成される。上記コア２と上記コイル３との間には、上記コイル３を上記コア２の外周部に所定間隔をあけて保持するためのボビンが介挿されるとともに全体が図示しない箱状のケースに収容されている。
【００２９】
図２は、上記環状コア２の全体斜視図である。本実施例では、３個の矩形状コアブロック４ａ，４ｂ，４ｃをそれぞれ組み付けることにより一対の平行状Ｉ字部４，４を構成するとともに、これらＩ字部の両端部に略Ｕ字状のコアブロック５，５を接続して略長円状の環状コア２が形成されている。上記各コアブロック５，４ａ，４ｂ，４ｃの間に設けられたギャップ６には、板状のスペーサ７がそれぞれ介挿されている。
【００３０】
図１０に、コアブロックＣ，Ｃの間に設けられるギャップＧに従来のスペーサＳを介挿した場合の磁束漏れの状態を模式的に示す。この図に示すように、ギャップＧの周縁部においては、略円弧を描くようにして磁束ＦがコアＣ，Ｃの縁部から漏れ出ているのが判る。
【００３１】
図３に示すように、本実施例に係るスペーサ７は、外側に配置される一対の非磁性体層８ａ，８ｂと、これら非磁性体層８ａ，８ｂの間に設けられる磁性体層９とを備えて構成されている。本実施例では、上記非磁性体層８ａ，８ｂを焼結成形された板状セラミックから形成するとともに、これら板状セラミックの間に磁性材料であるフェライト薄膜を挟持させることにより上記磁性体層９を構成し、これら部材を接着等により一体化して３層構造の上記スペーサ７を形成している。本実施例では、図４に示すように、上記非磁性体層８ａ，８ｂの間の全部に上記非磁性体層９を設けている。
【００３２】
図５に、上記スペーサ７を上記コアブロック４ａ，４ｂ間に介挿してリアクトルを作動させた場合におけるギャップ周縁部の磁束の状態を模式的に示す。この図に示すように、上記コア４ａの縁部からギャップ６の外方に漏れ出ようとする磁束Ｆが、上記磁性体層９に引き戻されているのが判る。図５と図１０を比較すると明らかなように、本願発明に係るスペーサを採用することにより、磁束漏れを大幅に減少させることができる。
【００３３】
図６は、本願発明に係るスペーサの第２の実施例を示す図であり、第１の実施例の図４に相当する断面図である。また、図７は、図６における VII−VII 線に沿う断面図である。
【００３４】
第２の実施例は、磁束漏れが生じるコア周縁部に沿うように磁性体層２９を設けたものである。本実施例においては、スペーサ２７の周縁部に設けられるロ字状のフェライト薄膜を上記非磁性体層２８ａ，２８ｂを構成するセラミック板の合間に挟んで一体的に接着することにより、スペーサ２７が形成されている。なお、本実施例では、セラミック板の間にロ字状形態の膜状磁性材料を挟んで接着しているため、上記スペーサの断面中央部に空間３０ないしは接着材層が形成されている。
【００３５】
上記スペーサ２７の周縁部に上記磁性体層２９を配置することにより、コアブロック間に設けられるギャップ周縁部からの漏れ磁束を減少させることができる。
【００３６】
図８は、本願発明に係るスペーサの第３の実施例を示す図であり、第１の実施例の図４に相当する断面図である。また、図９は、図８におけるIX−IX線に沿う断面図である。
【００３７】
第３の実施例は、磁性体層３９を、磁性材料を所定の密度をもって配置したドットパターン３９ａから形成したものである。なお、図は、理解を容易にするため、各ドットを実際より大きく表している。
【００３８】
上記ドットパターン３９ａは、フェライト等の磁性体金属粉を印刷の手法により焼結前のセラミックグリーン体の表面に添着し、その後、上記ドットパターンを２枚のセラミックグリーン体の間に挟み込むようにして焼結することにより、一体化したものである。
【００３９】
本実施例では、上記ドットパターン３９ａは、スペーサの中央部よりも周縁部の密度が高くなるように設定されている。これにより、周縁部における磁束漏れを減少させるとともに、スペーサ内部における磁束密度の偏在を緩和することができる。
【００４０】
上記ドットパターンを利用することにより、磁束密度が低くなる部分に磁性体層を設け、その部分の磁束密度を高めることができる。これにより、コアの形状等に起因する漏れ磁束を減少させることができるとともに、コア内部における磁束密度の偏在を緩和することが可能となり、損失を減少させてエネルギ変換効率を向上させることができる。
【００４１】
なお、実施例では２層の非磁性体層の間に１層の磁性体層を設けたが、上記積層数は限定されることはない。３層以上の非磁性体層の間に２層以上の磁性体層を設けることができる。また、実施例では、磁性体層を軸対称の形態で設けたが、コアの磁束の流れや漏れ磁束の程度に応じて磁性体層を設ける位置を設定することができる。
【００４２】
さらに、実施例では、一定厚さの磁性体層を設けたが、部分によって厚さの異なる磁性体層を設けることもできる。
【００４３】
本願発明は、上述の実施例に限定されることはない。今回開示された実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本願発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本願発明に係るリアクトルの外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示すリアクトルのコアの外観を示す斜視図である。
【図３】第１の実施例に係るスペーサの全体斜視図である。
【図４】図３におけるIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】図３に示すスペーサを用いた場合の周縁部の磁束漏れの状態を示す断面図である。
【図６】本願の第２の実施例に係るスペーサを示す図であり、図４に相当する断面図である。
【図７】図６における VII−VII 線に沿う断面図である。
【図８】本願の第３の実施例に係るスペーサを示す図であり、図４に相当する断面図である。
【図９】図８におけるIX−IX線に沿う部分断面図である。
【図１０】従来のスペーサを用いた場合の磁束漏れの状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  リアクトル
２  環状コア
３  コイル
７  スペーサ
４ａ  コアブロック
４ｂ  コアブロック
８ａ  非磁性体層
８ｂ  非磁性体層
９  磁性体層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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