(57)【要約】【課題】略Ｕ字状コアブロックとＩ字部間のギッャプにおいて生じる漏れ磁束が、コイルに進入するのを防止するとともに、コア自体の損失を低下させて効率を向上させ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５ａ，５ｂ，５ｃが組み付けられた一対の平行状Ｉ字部５と、これらＩ字部の両端部に接続される一対の略Ｕ字状コアブロック４から構成される環状コア２と、上記Ｉ字部の外周にそれぞれ巻き回されるコイル３とを備えるリアクトル１であって、上記コイルの両端が、上記略Ｕ字状コアブロックの接続面から、上記Ｉ字部と上記略Ｕ字状コアブロックの間に介挿されるスペーサ６の厚さ以上の距離を離間させた位置に配置されている。【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、これらＩ字部の両端部に接続される一対の略Ｕ字状コアブロックから構成される環状コアと、上記Ｉ字部の外周にそれぞれ巻き回されるコイルとを備えるリアクトルであって、
上記コイルの両端が、上記略Ｕ字状コアブロックの接続面から、上記Ｉ字部と上記略Ｕ字状コアブロックの間に介挿されるスペーサの厚さ以上の距離を離間させた位置に配置されている、リアクトル。
【請求項２】
上記距離が、上記スペーサの厚さの２倍以上である、請求項１に記載のリアクトル。
【請求項３】
上記略Ｕ字状コアブロックの磁束方向と直交するコア断面積を、上記Ｉ字部のコア断面積より大きく設定した、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】
上記略Ｕ字状コアブロックの内周側を除く方向に上記コア断面積を増加させた、請求項３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上記Ｉ字部に対する接続端面の周縁部が欠けている、請求項３又は請求項４のいずれかに記載のリアクトル。
【請求項６】
少なくとも、上記一対の略Ｕ字状コアブロックが、磁性粉末の圧粉成形体から形成されている、請求項１から請求項５のいずれか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以上の直方体状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ギャップが設けられており、このギャップ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体から形成されているため、上記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】
特に、上記略長円状の環状コアを採用した場合、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縁部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。
【０００７】
しかも、上記コイルが上記ギャップの外周部に巻き回されていると、図７に示すように、上記略Ｕ字状コアの内周面に向かう上記漏れ磁束が上記コイルに進入するため、より大きな損失が発生する。
【０００８】
本願発明は、上記略Ｕ字状コアブロックと上記Ｉ字部間のギッャプにおいて生じる漏れ磁束が、上記コイルに進入するのを防止できるとともに、コア自体の損失を低下させて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課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載した発明は、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、これらＩ字部の両端部に接続される一対の略Ｕ字状コアブロックから構成される環状コアと、上記Ｉ字部の外周に巻き回されるコイルとを備えるリアクトルであって、上記コイルの両端を、上記略Ｕ字状コアブロックの接続面から、上記Ｉ字部と上記略Ｕ字状コアブロックの間に介挿されるスペーサの厚さ以上の距離を離間させた位置に配置したものである。
【００１０】
上記構成を採用することにより、上記略Ｕ字状コアブロックと上記Ｉ字部間のギャップの外周にコイルが位置することがなくなり、ギャップの縁部から上記略Ｕ字状コアブロックに向かう上記漏れ磁束が上記コイルに進入しにくくなる。特に、上記Ｉ字部の内周側縁部から上記略Ｕ字状コアブロックの内周部に向かう漏れ磁束に対して効果が大きい。このため、上記漏れ磁束がコイルに進入することによる損失を防止して、リアクトルの効率の低下を防止できる。
【００１１】
さらに、請求項２に記載した発明のように、上記距離を、上記スペーサの厚さの２倍以上に設定することにより、漏れ磁束が上記コイルに進入するのをより効果的に防止できる。
【００１２】
本願の請求項３に記載した発明は、上記略Ｕ字状コアブロックの磁束方向と直交するコア断面積を、上記Ｉ字部のコア断面積より大きく設定したものである。
【００１３】
上記コア材料に起因する損失は、磁束密度のほぼ２乗に比例して増加する。一方、磁束密度は磁束に直交するコア断面積に反比例する。コア全体の損失は、上記材料損失にコア全体の体積を乗じたものである。したがって、理論的には、コア断面積を大きくして、磁束密度を低下させるとコアの損失は減少することになる。上記略Ｕ字状コアブロックは、コイルが巻き回されていないため、断面積を増加させても従来のリアクトルの寸法や形態をほとんど変更することなく、損失を低減させることが可能である。
【００１４】
ところが、上記略Ｕ字状コアブロックの断面積を増加させると、上記略Ｕ字状コアブロックと上記Ｉ字部との間のギャップから、上記略Ｕ字状コアブロックへ向かう漏れ磁束も大きくなる。特に、上記Ｉ字部の内周縁からＵ字状コアブロックの内周面に向かう漏れ磁束が大きくなる。このため、従来のように、上記ギャップの外周部にコイルが存在すると、上記漏れ磁束が上記コイルに進入し、非常に大きな損失が発生する。したがって、上記略Ｕ字状コアブロックの断面積を増加させても、充分な効果は得られなかった。
【００１５】
本願発明では、上記コイルの両端を、上記略Ｕ字状コアブロックの接続面から、上記Ｉ字部と上記略Ｕ字状コアブロックの間に介挿されるスペーサの厚さ以上の距離を離間させているため、上記漏れ磁束が上記コイルに進入することはない。したがって、上記部分で漏れ磁束がコイルに進入することによる損失を防止することが可能となり、リアクトルの効率を向上させることができる。
【００１６】
上記略Ｕ字状コアブロックの断面積は、上記略Ｕ字状コアの断面を四方に拡張して増加させることができるが、環状コアの内方に向けて増加させると、略Ｕ字状コアブロックの内周面に向かう漏れ磁束が大きくなる。したがって、請求項４に記載した発明のように、上記略Ｕ字状コアの内周側を除く方向に上記コア断面積を増加させるのが好ましい。
【００１７】
また、上記略Ｕ字状コアブロックの断面積を上記Ｉ字状部の断面積に対して増加させると、上記略Ｕ字状コアブロックと上記Ｉ字状部の接続部において、略Ｕ字状部が上記Ｉ字状部の外周面から立ち上がるような形態となる。このため、上記Ｉ字状部から上記立ち上がり壁に向かう漏れ磁束も生じやすくなる。
【００１８】
上記不都合を回避するため、請求項５に記載した発明のように、上記略Ｕ字状コアブロックの上記Ｉ字部に対する接続端面の周縁部が欠けた形態に形成するのが好ましい。
【００１９】
上記周縁部が欠けた形態は特に限定されることはない。たとえば、面取り状に形成することもできるし、アールを持たせるように形成することもできる。また、上記コイルの端部から離間した段付き状に形成することもできる。
【００２０】
本願発明は、種々の材料から形成された環状コアを備えるリアクトルに適用することができる。たとえば、磁性体の粉末を圧粉成形して形成されるコアや、ケイ素鋼板を積層したコア、あるいはこれらの材料を組み合わせて構成されるコアを備えるリアクトルに適用できる。
【００２１】
磁性体の粉末を圧粉成形して形成されるコアは、形状等の自由度が高く、種々の形態のコアを形成することができる。特に、請求項６に記載した発明のように、少なくとも、上記一対の略Ｕ字状コアを、磁性粉末の圧粉成形体から形成するのが好ましい。これにより、寸法や磁気回路に応じてコア断面積を増加させることが可能となり、装置の寸法や形態をほとんど変更することなく、損失を低減させてリアクトルの性能を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
Ｉ字状部の外周に巻き回される上記コイルの両端を、上記略Ｕ字状コアブロックの接続面から、上記Ｉ字部と上記略Ｕ字状コアブロックの間に介挿されるスペーサの厚さ以上の距離を離間させることにより、漏れ磁束が上記コイルに進入するのを防止して損失を低減させ、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】
【００２３】
図１から図３に、本願発明の第１の実施例を示す。
【００２４】
図１及び図２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図示しない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。
【００２５】
図２に、図１におけるII−II線に沿う断面を示す。
【００２６】
本実施例では、３つの直方体状のコアブロック５ａ，５ｂ，５ｃを組み付けることにより一対の平行状Ｉ字部５を構成するとともに、これらＩ字部５の両端部に略Ｕ字状コアブロック４，４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間に設定されるギャップには、非磁性材料であるセラミック材料から形成されたスペーサ６がそれぞれ介挿されている。
【００２７】
図３に示すように、本実施例では、上記コイル３の端部３ａが、上記略Ｕ字状コアブロック４の接続面４ａから、スペーサ６の厚さＴ以上の距離Ｈを離間させた位置に配置されている。
【００２８】
上記構成を採用することにより、上記Ｉ字部５の縁部から上記略Ｕ字状コアブック４の内周面に向かう漏れ磁束Ｆが生じても、上記漏れ磁束Ｆが上記コイル３に進入しなくなる。また、コイル３に上記漏れ磁束に起因する渦電流が発生しないため、これに起因するリアクトルの損失が増加することはない。さらに、上記距離Ｈを、上記スペーサの厚さＴの２倍以上に設定することにより、効果をより確実なものとすることができる。
【００２９】
図４から図６に、本願発明に係るリアクトルの第２の実施例を示す。図４は、環状コア２２の外観斜視図であり、図５は、上記環状コア２２にコイルを巻き回した状態の図２に相当する断面図である。
【００３０】
本実施例に係るリアクトル２１においても、第１の実施例と同様に、３つの矩形状のコアブロック２５ａ，２５ｂ，２５ｃを組み付けることにより一対の平行状Ｉ字部２５を構成するとともに、これらＩ字部２５の両端部に略Ｕ字状コアブロック２４，２４を接続して略長円状の環状コア２２が形成されている。上記各コアブロック間に設定されるギャップには、非磁性材料であるセラミック材料から形成されたスペーサ２６がそれぞれ介挿されている。
【００３１】
上記略Ｕ字状コアブロック２４は、上記Ｉ字部２５の断面に対して、略Ｕ字状コアブロックのＵ字軸芯から外周に向かう方向へのコア断面積と、軸方向（図４の紙面では上下方法）へのコア断面積を大きくした形態に形成されている。
【００３２】
図５における二点鎖線は、上記環状コア２２に生じる磁束３０の状態を示している。この図に示すように、コイル２３が巻き回されたＩ字部２５においては、直線状の磁束が生じている。一方、上記略Ｕ字状コアブロック２４では、コア断面積が、Ｉ字部より大きくなるため、その分磁束が広がって磁束密度が低下している。これにより、上記略Ｕ字状コアブロック２４の部分における材料損失を低下させて、リアクトルの効率を向上させることが可能となる。
【００３３】
また、図５に示すように、本実施例では、上記略Ｕ字状コアブロック２４のコア断面を、上記Ｉ字部２５に巻き回されたコイル２３の厚さに対応した分だけ増加させ、コイル２３を、上記断面積の増加に対応した段落ち部分を埋めるように巻き回している。このため、リアクトル２１の全体寸法や形態をほとんど変更することなく、損失を低下させて性能を向上させることができる。
【００３４】
また、本実施例では、上記略Ｕ字状コアブロック２４の接続端部に面取部２８、２９を設けている。上記面取部２８，２９は，上記略Ｕ字状コアブロックの上記断面積増加に伴う段付き部を傾斜状に切欠くことにより形成されている。
【００３５】
上記面取部２８，２９を設けることにより、上記Ｉ字部２５の端縁部と、上記略Ｕ字状コアブロック２４の断面積増加による段付壁部との距離を大きくして、これら部分間の漏れ磁束を生じにくくしている。また、上記略Ｕ字状コアブロックク２４に圧粉成形体を採用しているため、角部が欠けるのを防止できるとともに、コア全体の重量を減少させることができる。
【００３６】
さらに、図６に示すように、上記コイル２３の端部２３ａを、上記略Ｕ字状コアブロック２４の接続面２４ａから、スペーサ２６の厚さＴ以上の距離Ｈだけ離間させた位置に配置している。
【００３７】
したがって、上記第１の実施例と同様に、上記Ｉ字部２５の内周縁から上記略Ｕ字状コアブック２４の内周面に向かう漏れ磁束Ｆが生じたとしても、上記漏れ磁束Ｆが上記コイル２３に進入することはない。このため、コイル２３に上記漏れ磁束に起因する渦電流が発生せず、これに起因するリアクトルの損失が増加することもない。
【００３８】
なお、上述の実施例では、圧粉成形されたコアを備えるリアクトルに本願発明を適用したが、ケイ素鋼板を積層して形成されるコアを備えるリアクトルや、異なる材料から形成されたコアを備えるリアクトルに本願発明を適用できる。
【００３９】
さらに、本実施例では、上記略Ｕ字状コアブロックの接続端部を傾斜状に切欠いて、面取部２８、２９を設けたが、切欠く範囲及び形態も限定されることはない。
【００４０】
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、上記説明した意味ではなく、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。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本願発明によって、漏れ磁束がコイルに進入することによる損失を防止して、効率のよいリアクトルを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本願発明に係るリアクトルの第１の実施例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II−II線に沿う断面図である。
【図３】本願発明の作用を説明する図であり、図２の要部の拡大図である。
【図４】第２の実施例に係る環状コアの全体斜視図である。
【図５】図４に示す環状コアを備えるリアクトルの図２に相当する断面図である。
【図６】本願発明の作用を説明する図であり、図５の要部の拡大図である。
【図７】従来例を示す図であり、図３に相当する断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    リアクトル
２    環状コア
３    コイル
４    略Ｕ字状コアブロック
５ａ  コアブロック
５ｂ  コアブロック
５ｃ  コアブロック
５    Ｉ字部
６    スペーサ
【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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