(57)【要約】【課題】本願発明は、略Ｕ字状コアブロック５ａ，５ｂ近傍のギャップ７ａ，７ｄからの漏れ磁束が非常に多いことに着目し、このギャップの漏れ磁束を低減させるとともに、複数のブロックを組付けて構成される環状コア２Ａの磁束密度の偏在を全体として緩和することのできるリアクトルを提供する。【解決手段】２以上のコアブロック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５ａ，５ｂを接続して形成される環状コア２Ａを備えるリアクトルにおいて、上記Ｉ字部の両端部と上記略Ｕ字状コアブロックとの間に設けられるギャップ７ａ，７ｄの厚さを、中央部に設けられるギャップ７ｂ，７ｃの厚さより小さく設定した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上のコアブロックが組み付けられた一対の平行状Ｉ字部と、一対の略Ｕ字状コアブロックと、上記Ｉ字部の外周に巻き回されたコイルとを備え、上記Ｉ字部の両端部に上記略Ｕ字状コアブロックが接続されたリアクトルであって、
上記各コアブロック間にスペーサを介在させたギャップを設けるとともに、
上記Ｉ字部の両端部と上記略Ｕ字状コアブロックの間に設けられるギャップ厚さを、中央部に設けられるギャップ厚さより小さく設定した、リアクトル。
【請求項２】
上記Ｉ字部の両端部と上記略Ｕ字状コアブロックの間に設けられるギャップ厚さを、中央部に設けられるギャップ厚さの２分の１以下に設定した、請求項１に記載のリアクトル。
【請求項３】
上記Ｉ字部の両端部と上記略Ｕ字状コアブロックとの間に設けられるギャップを、Ｕ字最奥部より上記Ｉ字部の軸方向に、上記Ｕ字開口幅寸法の２分の１以上の距離を離して設けた、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Ｉ字部の両端部と上記略Ｕ字状コアブロックとの間に設けられるギャップを、コア内周部側が上記Ｕ字最奥部から離れる方向に傾斜させて設けた、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】
上記略Ｕ字状コアブロックの透磁率を、上記Ｉ字部を構成する各コアブロックの透磁率より高く設定した、請求項１から請求項４のいずれかに記載のリアクトル。
【請求項６】
上記Ｉ字部を構成する各コアブロックを圧粉成形によって形成する一方、
上記略Ｕ字状コアブロックを積層鋼板から形成した、請求項５に記載のリアクトル。
【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自動車のような電気自動車に搭載されるリアクトルに関する。
【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いる。上記昇圧コンバータは、リアクトルとスイッチング回路とを備えて構成されている。
【０００３】
上記リアクトルは、環状のコアとこのコアに装着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。
【０００４】
上記昇圧コンバータにおいては、上記スイッチング回路のオン−オフ動作の繰り返しが頻繁に行われるため、このスイッチングの周期と連動して上記コアの振動が誘起される。
【０００５】
上記振動が生じる原因としていくつかのものが考えられるが、上記各コアブロック間に作用する電磁吸引力によるものが主要な原因である。すなわち、上記のような形態のリアクトルのコイルに通電されると、上記コアの形状や各コアブロックの形状に起因して、コアブロックの接合面における電磁吸引力に偏在が生じる。この電磁吸引力の偏在は、コア接合面間にモーメント力を発生させ、コアを変位させる。一方、リアクトルに通電が行われていない間は、各コアブロックは反発力によって元の位置に戻ろうとする。この現象がスイッチング回路のオン−オフ動作に応じて周期的に繰り返されるため、環状コアに振動が生じる。
【０００６】
上記接合面における電磁吸引力の偏在、換言すると、磁束密度の偏在が大きくなるほど上記振動が発生しやすくなる。また、コアが振動することにより、接合面におけるコアブロックとギャップに挿入されるスペーサとの摩擦音が発生する。さらに、上述の振動がコアの周囲に設けられるボビンやケース等に伝わることにより、二次的、三次的な騒音が発生する。また、上記振動が生じるとリアクトル自体のエネルギ変換効率が低下するのも明らかである。
【０００７】
上記磁束密度の偏在は、スペーサを介在させたギャップの周縁部において生じる漏れ磁束が大きく影響している。特許文献１に記載されている発明では、各コアブロックの接合面端部に面取部を設けることにより、コアブロック間における漏れ磁束を減少させ、上記磁束密度の偏在を緩和しようとしている。また、環状コアの外周側の透磁率が小さくなるようにコアブロックの材質を内周側から外周側へ変化させたコアを採用している。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１９７６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記漏れ磁束は、コイル巻線の形状、コアの形状や材質、ギャップの大きさ等に依存して生じる。このため、上記各ギャップにおいて、漏れ磁束が均等に生じるとは限らない。また、漏れ磁束が生じなくとも、スペーサのギャプ間において磁束密度の偏在が生じると、各コアブロック間にモーメント力が発生して振動等が生じる。したがって、上記特許文献１に記載されているような面取部を、各コアブロックの周縁部に設けることのみによっては、充分な効果を期待することはできない。
【００１０】
本願発明は、略Ｕ字状コアブロック近傍のギャップからの漏れ磁束が非常に多いことに着目し、このギャップの漏れ磁束を低減させるとともに、複数のブロックを組付けて構成される環状コア内の磁束密度の偏在を全体として緩和することのできるリアクトルを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述したように、車載用のリアクトルでは、搭載スペースや製造工程の制限から、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形成される環状コアが採用されることが多い。
【００１２】
本願発明の発明者らは、上記形態の環状コアの漏れ磁束を調査した結果、上記略Ｕ字状コアブロックにより近いギャップの周縁部から、より多くの漏れ磁束が生じていることを発見した。また、上記ギャップの厚さが大きいほど、磁気回路の抵抗が大きくなり、厚さの大きいギャップの周縁部からの漏れ磁束が多くなる傾向があることが判明している。本願発明は、これら現象に基づいて案出されたものである。
【００１３】
請求項１に記載した発明は、上記形態の環状コアにおいて、上記Ｉ字部の両端部と上記略Ｕ字状コアブロックとの間に設けられるギャップ厚さを、中央部に設けられるギャップ厚さより小さく設定したものである。
【００１４】
リアクトルの容量は、ギャップの合計厚さによって決定される。したがって、このギャップの合計厚さを一定に保ったまま、上記略Ｕ字状コアブロックとの間に設けられるギャップの厚さを、中央部に設けられるギャップの厚さより小さくなるように設定することにより、上記ギャップにおける漏れ磁束を減少させることができる。また、ギャップ厚さが小さくなるほど、磁気回路の抵抗が少なくなることから、コアブロック接合面における磁束密度も均一化される。このため、上記接合面において発生する磁気吸引力の偏在を緩和することが可能となり、振動等の原因となるコアブロック接合面におけるモーメント力の発生を抑制することができる。一方、Ｉ字部の中央部では、もともと漏れ磁束が少なく、磁束密度の偏在も小さいため、ギャップ厚さを大きく設定しても振動を増大させる恐れはない。
【００１５】
上記ギャップ周辺の漏れ磁束の大きさは、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｒｉｎｇ）解析によって求めることができる。複数のギャップを設ける場合、各部位のギャップ厚さを上記ＣＡＥ解析による漏れ磁束が最小となるように設定することができる。略長円形状の環状コアを有する車載用のリアクトルにおいては、Ｉ字状部は３〜４個のコアブロックから構成される場合が多い。この場合、請求項２に記載した発明のように、Ｉ字状部の端部に設けられるギャップ厚さを、中央部に設けられるギャップ厚さの２分の１以下に設定するのが好ましい。これにより、漏れ磁束を大幅に減少させることができるとともに、接合面における磁束密度の偏在を防止することが可能となる。
【００１６】
また、本願発明の発明者らは、ギャップをＵ字の最奥部に近づけるほど、ギャップの環状内側部からの漏れ磁束が大きくなることを発見した。請求項３に記載した発明は、上記現象に基づいて案出されたものである。
【００１７】
すなわち、請求項３に記載した発明は、上記Ｉ字部の両端部と上記略Ｕ字状コアブロックとの間に設けられるギャップを、Ｕ字最奥部より上記Ｉ字部の軸方向に、上記Ｕ字開口幅寸法の２分の１以上の距離を離した位置に設けたものである。
【００１８】
上記形態の環状コアにおいては、上記略Ｕ字状コアブロックのＵ字形状に沿って磁束の方向が１８０度変更される。Ｕ字最奥部に近いギャップにおいては、Ｕ字状コアブロックの内周面が、上記ギャップ内周部側の斜め前方に近接して位置するため、上記Ｕ字状コアブロックの内周面に向かう漏れ磁束が増加すると考えられる。すなわち、上記略Ｕ字状コア内周面の上記ギャップに対する一種の近接効果によって、上記漏れ磁束が増加すると考えられる。したがって、上記近接効果を緩和するために、上記Ｕ字最奥部からＵ字開口幅の大きさに応じて、上記ギャップを設ける位置を設定するのが好ましい。
【００１９】
上記漏れ磁束を減少させるには、上記Ｉ字部の両端と上記略Ｕ字状コアブロックとの間に設けられるギャップを、上記Ｕ字最奥部よりＵ字開口幅寸法の２分の１以上離して設けるのが好ましい。これにより、ギャップ内周部に対する上記略Ｕ字状コア内周部の上記近接効果が薄れ、漏れ磁束を減少させることができる。
【００２０】
請求項４に記載した発明は、上記Ｉ字部の両端部と上記略Ｕ字状コアブロックとの間に設けられるギャップを、コア内周部側が上記Ｕ字最奥部から離れる方向に傾斜させて設けたものである。
【００２１】
上述したように、漏れ磁束を減少させるには、上記Ｉ字部の両端部と上記略Ｕ字状コアブロックとの間に設けられるギャップを、上記Ｕ字最奥部よりできるだけ離して設けるのが好ましい。しかしながら、Ｉ字部の中央部にギャップを集中させると、Ｉ字部を構成するコアブロックの厚さが薄くなったりギャップ厚さが過度に増加し、逆に漏れ磁束を増加させることになる。したがって、上記ギャップを略Ｕ字状コアから離して設けるにも限度がある。
【００２２】
請求項４に記載した発明は、ギャップの内周部のみを上記Ｕ字最奥部から離間させるように、ギャップ自体を傾斜させて設けたものである。
【００２３】
上記構成を採用することにより、コアブロックの分割形態をそれほど変更することなく、上記略Ｕ字状コアブロックの形態に起因する漏れ磁束を減少させることができる。
【００２４】
請求項５に記載した発明は、上記略Ｕ字状コアブロックの透磁率を、上記Ｉ字部を構成する各コアブロックの透磁率より高く設定したものである。
【００２５】
漏れ磁束が生じるのは、磁束が抵抗の少ない方向へ向かうためである。したがって、漏れ磁束が生じやすい部分に透磁率が大きな材料で形成したコアを配置することにより、上記漏れ磁束を減少させることができる。
【００２６】
たとえば、請求項６に記載した発明のように、上記Ｉ字部を構成する各コアブロックを圧粉成形によって形成する一方、上記略Ｕ字状コアブロックを積層鋼板から形成することができる。
【００２７】
一般に、圧粉成形により形成したコアブロックより、積層鋼板で形成したコアブロックの方が透磁率は高い。このため、上記構成を採用することにより、Ｉ字部の両端部と上記略Ｕ字状コアブロックの間に設けられるギャップから生じる漏れ磁束を減少させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
略Ｕ字状コアブロック近傍のギャップからの漏れ磁束を低減させるとともに、複数のブロックを組付けて構成される環状コア内の磁束密度の偏在を全体として緩和し、リアクトルの性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
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。通常、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箱状のケースに収容されている。
【００３０】
図２に、本願発明の第１の実施例に係るコア２Ａの断面図を示す。
【００３１】
本実施例では、複数のコアブロック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字状コアブロック５ａ，５ｂを接続して略長円状の環状コア２Ａが形成されている。
【００３２】
上記各コアブロック間には、非磁性体であるセラミック材料から形成されたスペーサ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄがそれぞれ介挿されたギャップ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが設けられている。なお、本実施例では、図２における上下のＩ字部の構成を同一に設定したが、異なる形態のコアを組付けて一対のＩ字部を構成することもできる。
【００３３】
上記構成のコア２Ａを備えるリアクトルにおいては、上記略Ｕ字状コアブロック５ａ，５ｂの影響によって上記Ｉ字部４の両端部と上記略Ｕ字状コアブロックに設けられるギャップ７ａ，７ｄの内周部側からの漏れ磁束が多くなり、これらギャップを挟むコアブロックの接合面における磁束密度に大きな偏在が生じて、振動・騒音等が誘起されていた。
【００３４】
本実施例では、上記ギャップのうち、上記Ｉ字部４の両端部と上記略Ｕ字状コアブロック５ａ，５ｂとの間に設けられるギャップ７ａ，７ｄの厚さＴ2 を、Ｉ字部の中央部のギャップ７ｂ，７ｃの厚さＴ1 より小さく設定している。一方、上記リアクトルの容量を確保するために、ギャップの合計厚さが所定の値となるように、上記ギャップ厚さが配分されている。すなわち、ギャップ厚さの合計値を一定に保ったまま、上記Ｉ字部４の端部に設けられるギャップ７ａ，７ｄの厚さを小さくなるように設定することにより、これらギャップ７ａ，７ｄにおける漏れ磁束を減少させることができる。
【００３５】
なお、本実施例では、Ｔ2 ＝１／２×Ｔ1 となるように設定しているが、上記略Ｕ字状コアブロック５ａ，５ｂの形態や各コアブロックの材質によって、漏れ磁束が最も少なくなる最適値を設定することができる。
【００３６】
また、上記略Ｕ字状コアブロック５ａ，５ｂの影響によって、上記ギャップをＵ字最奥部８に近接させるほど、上記漏れ磁束が多くなる。本実施例では、上記Ｉ字部４の両端に設けられるギャップ７ａ，７ｄを、略Ｕ字状コアブロック５ａ，５ｂの内側最奥部８より、Ｕ字開口部の幅寸法Ｌの２分の１以上の距離を離した位置に設定している。Ｕ字開口部の幅Ｌは、上記略Ｕ字状ブロック５ａ，５ｂの形態を決定する主要寸法である。したがって、上記Ｕ字開口部の幅Ｌを基準として、上記ギャップ７ａ，７ｄを設ける位置を決定することにより、種々の容量や形態のリアクトルに対応することができる。
【００３７】
上記Ｉ字部４の両端のギャップ７ａ，７ｄを、上記Ｕ字最奥部８から離して設けることにより、上記略Ｕ字状コアブロック５ａ，５ｂの内周面の影響が少なくなり、漏れ磁束も少なくなる。これにより、これらギャップを設けたコアブロックの接合面間での磁束密度の偏在が緩和されて磁気吸引力による振動等を減少させることができる。
【００３８】
上記Ｉ字部４の両端に設けられるギャップ７ａ，７ｄは、上記Ｕ字最奥部８からできるだけ離して設けるのが好ましい。しかしながら、上記ギャップ７ａ，７ｄを上記Ｉ字部４の中央部に集中させると、Ｉ字部４を構成するコアブロック４ａ，４ｂ，４ｃの厚さが薄くなりすぎて、逆に漏れ磁束が増加することになる。したがって、Ｉ字部４の端部に設けられる上記ギャップをＵ字最奥部８から離すにも限界がある。
【００３９】
図３に、本願発明の第２の実施例を示す。この実施例は、Ｉ字部２４の端部に設けられるギャップ２７ａ，２７ｄを、コア内周部側がＵ字最奥部２８から離れる方向に傾斜させて設けたものである。実施例では、上記ギャップ２７ａ，２７ｄの形態に応じて、接合面が傾斜する形態に各コアブロック２４ａ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂが成形されている。
【００４０】
本実施例では、上記略Ｕ字状コアブロック２５ａ，２５ｂの形態に起因する漏れ磁束が、上記ギャップ２７ａ，２７ｄのコア内周部側で多くなることに着目し、上記ギャップ２７ａ，２７ｄの内周部側を上記Ｕ字最奥部８から離れるように、ギャップ自体を傾斜させて設けたものである。
【００４１】
上記構成を採用することにより、Ｉ字部２４の両端部に設けられるギャップ２７ａ，２７ｄの漏れ磁束を減少させることが可能になる。また、上記Ｉ字部２４の中央部にギャップが過度に集中して、各コアブロック２４ａ，２４ｂ，２４ｃの厚さが薄くなることもない。したがって、中央部における漏れ磁束が増加することもない。これにより、磁束密度の偏在を緩和して、振動・騒音等を軽減することができる。
【００４２】
図４に、本願発明の第３の実施例を示す。この実施例では、図２に示した第２の実施例のギャップ厚さを調整する構成に加えて、Ｉ字部３４を構成する各ブロック３４ａ，３４ｂ，３４ｃを圧粉成形によって形成する一方、略Ｕ字状コアブロック３５ａ，３５ｂを積層鋼板から形成している。
【００４３】
圧粉成形した材料から形成されたコアブロック３４ａ，３４ｃ，３４ｃより、積層鋼板で形成されたコアブロック３５ａ，３５ｂの透磁率を大きく設定している。このため、上記Ｉ字部３４の両端部に設けられるギャップ３７ａ，３７ｄにおける磁気回路上の抵抗が少なくなり、ギャップ周縁部の漏れ磁束を抑制できる。したがって、磁束密度の偏在がより緩和され、振動等を抑制することができる。
【００４４】
上述した実施の形態では、Ｉ字部を３つのコアブロックで形成したが、コアブロックの数及び形態は実施例に限定されることはない。
【００４５】
また、第３の実施の形態において、Ｉ字部を構成するコアブロックを圧粉成形により形成するとともに、略Ｕ字状コアブロックを積層鋼板で形成したが、略Ｕ字状コアブロックの透磁率を大きく設定できれば、他の材料でコアブロックを形成することもできる。
【００４６】
また、実施の形態では、各Ｉ字部にそれぞれ４つのギャップを設けたが、５つ以上のギャップを設けることができる。この場合、上記略Ｕ字状コアブロックに近づくにしたがって、ギャップ厚さを段階的に減少させた構成とすることができる。
【００４７】
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】
【００４８】
【図１】リアクトルの要部を示す斜視図である。
【図２】第１の実施例に係る環状コアの断面図である。
【図３】第２の実施例に係る環状コアの断面図である。
【図４】第３の実施例に係る環状コアの斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
２Ａ  環状コア
４ａ  コアブロック
４ｂ  コアブロック
４ｃ  コアブロック
４    Ｉ字部
５ａ  略Ｕ字状コアブロック
５ｂ  略Ｕ字状コアブロック
７ａ  ギャップ
７ｂ  ギャップ
７ｃ  ギャップ
７ｄ  ギャップ
【図１】
2008053579.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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