(57)【要約】【課題】小型で低損失、しかも直流重畳特性に優れたリアクトルなどとして用いて好適なコイル装置を提供すること。【解決手段】リアクトル１０は、軸方向に沿って柱状に配置してある巻芯コア部２０と、巻芯コア部２０の軸方向の両端にそれぞれ配置される鍔状の鍔コア部３０ａ，３０ｂと、巻芯コア部２０の外周に配置されるコイル５０と、鍔コア部３０ａ，３０ｂの対向面３２ａ，３２ｂとコイル５０の軸方向端部５２ａ，５２ｂとの間に配置され、巻芯コア部の軸方向の端部がそれぞれ入り込む貫通孔６８ａ，６８ｂが形成してあり、コイル５０の外形と同等以上の外形を有し、鍔コア部３０ａ，３０ｂの対向面３２ａ，３２ｂとコイルの軸方向端部５２ａ，５２ｂとの双方に接触する軸方向凸部６４ａ，６４ｂが形成してある絶縁性のカバー部材６０ａ，６０ｂと、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に沿って柱状に配置してある巻芯コア部と、
前記巻芯コア部の軸方向の両端にそれぞれ配置される鍔状の鍔コア部と、
前記巻芯コア部の外周に配置されるコイルと、
前記鍔コア部の対向面と前記コイルの軸方向端部との間に配置され、前記巻芯コア部の軸方向の端部がそれぞれ入り込む貫通孔が形成してあり、前記コイルの外形よりも大きな外形を有し、前記鍔コア部の対向面と前記コイルの軸方向端部との距離を確保する軸方向凸部が形成してある絶縁性のカバー部材と、
を有するコイル装置。
【請求項２】
少なくともいずれか一方の前記巻芯コア部と、鍔コア部とは、所定の隙間にて連結してある請求項１に記載のコイル装置。
【請求項３】
少なくともいずれか一方の前記巻芯コア部と、鍔コア部との間には、所定厚みで絶縁性のギャップ材が介在してある請求項１または２に記載のコイル装置。
【請求項４】
前記カバー部材は、前記貫通孔以外で前記対向面の全面を覆うように、前記鍔コア部に取り付けられる請求項１または２に記載のコイル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばインバータ回路やアクティブフィルタ回路などに用いられるリアクトルを構成するコイル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ回路やアクティブフィルタ回路などに用いられるリアクトルのためのコイル装置としては、中央脚にコイルを巻回したＥ字型のコアに、Ｉ字型のコアを組み合わせたものや、コイルを巻回した２つのコアを、２つの外部コアで接続したもの等が提案されている。
【０００３】
さらに、コアとコアの接続部にギャップを設け、リアクトルのインダクタンス特性を調整する技術も提案されている（特許文献１、特許文献２等参照）。
【０００４】
従来技術において、コアとコアの接続部にギャップを設けるリアクトルでは、インダクタンス特性を容易に調整できるという効果がある一方で、ギャップからの漏れ磁束がコイルを流れる電流と鎖交し、損失が大きくなるという問題が発生している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１４８３５３号公報
【特許文献２】特開２０００−１００６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、小型で低損失、しかも直流重畳特性に優れたリアクトルなどとして用いて好適なコイル装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るコイル装置は、
軸方向に沿って柱状に配置してある巻芯コア部と、
前記巻芯コア部の軸方向の両端にそれぞれ配置される鍔状の鍔コア部と、
前記巻芯コア部の外周に配置されるコイルと、
前記鍔コア部の対向面と前記コイルの軸方向端部との間に配置され、前記巻芯コア部の軸方向の端部がそれぞれ入り込む貫通孔が形成してあり、前記コイルの外形と同等以上の外形を有し、前記鍔コア部の対向面と前記コイルの軸方向端部との双方に接触する軸方向凸部が形成してある絶縁性のカバー部材と、を有する。
【０００８】
本発明のコイル装置では、鍔コア部の対向面とコイルの軸方向端部との距離を確保する軸方向凸部が形成してあることから、カバー部材を鍔コア部の対向面に設置するのみで、コイルの軸方向の位置決めを容易に行うことができる。また、コア部の放熱性を低下させることなく、コイルとコア部との沿面距離を確保することができる。
【０００９】
本発明に係るコイル装置は、鍔コア部と鍔コア部との間が、単一の巻芯コア部で連結され、コイルにより発生する磁界は、コア部以外の部分では空中を伝搬する開磁路となる。従来では、一本の巻芯コア部で開磁路のコイル装置の場合には、仮に鍔コア部と巻芯コア部との間にギャップ材を介在させても、インダクタンスの直流重畳特性は向上することがないと考えられていた。
【００１０】
しかしながら、本発明者等の研究により、鍔コア部と巻芯コア部との間に、隙間を設けたり、ギャップ材を介在させることで、インダクタンスの直流重畳特性が向上することが見出された。したがって、本発明に係るコイル装置は、リアクトルとして好適に用いられ、直流重畳特性が良好で、小型且つ低損失のリアクトルを実現することができる。
【００１１】
好ましくは、少なくともいずれか一方の前記巻芯コア部と、鍔コア部とは、所定の隙間にて連結してある。また、さらに好ましくは、少なくともいずれか一方の前記巻芯コア部と、鍔コア部との間には、所定厚みで絶縁性のギャップ材が介在してある。
【００１２】
本発明に係るコイル装置では、鍔コア部の対向面とコイルの軸方向端部との距離を確保する軸方向凸部が形成してあることから、隙間またはギャップ材とコイルとの距離を確保することが可能になる。そのため、隙間またはギャップ材からの漏れ磁束がコイルを流れる電流と鎖交することを効果的に防止することができる。したがって、損失を低減し、リアクトル効率を向上させることができる。
【００１３】
前記カバー部材は、前記貫通孔以外で前記対向面の全面を覆うように、前記鍔コア部に取り付けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るコイル装置としてのリアクトルの断面図である。
【図２】図２は図１に示すリアクトルの分解斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは図２に示すカバー部材の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは図３Ａに示すカバー部材の変形例を示す斜視図である。
【図４】図４は図３Ａに示すカバー部材のさらなる変形例を示す平面図である。
【図５】図５は図１は示すリアクトルの要部拡大断面図である。
【図６】図６は図１に示すリアクトルの変形例を示す断面図である。
【図７】図７は図１に示すリアクトルの用途を示す回路図である。
【図８】図８（Ａ）および図８（Ｂ）はインダクタンスの直流重畳特性を示すグラフである。
【図９】図９は本発明の実施例および比較例に係るリアクトルの効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１および図２に示すように、本発明の一実施形態に係るコイル部品としてのリアクトル１０は、軸方向（Ｚ軸の方向）に沿って柱状に配置してある巻芯コア部２０を有する。なお、Ｚ軸を含めて、相互に垂直な方向をＸ軸およびＹ軸とする。
【００１６】
この実施形態では、巻芯コア部２０は、軸方向Ｚに沿って３つのコア部２０ａ〜２０ｃに分割されているが、３つに限らず、２つまたは４つ以上に分割されていても良く、さらには、分割されていなくとも良い。ただし、巻芯コア部２０を分割させて構成することで、筒状のボビン４０の内部に巻芯コア部２０を配置しやすくなると共に、コア間にギャップを設ける場合も容易であるなどの利点がある。
【００１７】
巻芯コア部２０の軸方向の両端には、磁気ギャップを形成するギャップ材７０ａ，７０ｂを介して、鍔状の鍔コア部３０ａ，３０ｂが配置してある。ギャップ材７０ａ，７０ｂの形状は、本実施形態では、円形シート状であるが、その形状は、特に限定されず、その他の形状であっても良い。また、鍔コア部３０ａ，３０ｂは、本実施形態では、四角板形状であるが、その他の多角形状、あるいは円形板形状、あるいは楕円板形状であっても良い。
【００１８】
ただし、鍔コア部３０ａ，３０ｂの外径は、巻芯コア部２０の外径よりも大きく、巻芯コア部２０の外形に対して鍔コア部３０ａ，３０ｂの外形が、Ｘ−Ｙ軸平面において、突き出た形状になる。なお、鍔コア部３０ａ，３０ｂが円形板形状以外の場合には、鍔コア部３０ａ，３０ｂの外径とは、内接円の径を意味する。巻芯コア部２０の外径も同様である。
【００１９】
本実施形態では、鍔コア部３０ａ，３０ｂと巻芯コア部２０との間には、ギャップ材７０ａ，７０ｂが配置してあるが、いずれかのギャップ材７０ａ，７０ｂは、必ずしも設けなくとも良い。
【００２０】
巻芯コア部２０の外周には、筒状のボビン４０が配置してある。ボビン４０の外周には、コイル５０が巻回して配置してある。ボビン４０は、巻芯コア部２０の形状に合わせて円筒形状に成形してあるが、巻芯コア部２０が多角柱形状である場合には、ボビン４０の形状も、それに合わせて多角筒形状であっても良い。また、ボビン４０の外周に巻回してあるコイル５０は、ボビン４０の外周に配置する前に、コイル状に巻回してあることが好ましい。コイル５０は、たとえば絶縁層によって被覆された導線を巻回することによって作製されるが、特に限定されない。
【００２１】
本実施形態では、鍔コア部３０ａ，３０ｂの対向面３２ａ，３２ｂとコイル５０の軸方向端部５２ａ，５２ｂとの間には、絶縁性のカバー部材６０ａ，６０ｂが配置してある。各カバー部材６０ａ，６０ｂは、平板状のベース板部６２ａ，６２ｂを各々有し、その中央部に、巻芯コア部２０の軸方向の端部がそれぞれ入り込む貫通孔６８ａ，６８ｂがそれぞれ形成してある。
【００２２】
本実施形態では、ベース板部６２ａ，６２ｂは、鍔コア部３０ａ，３０ｂの形状に合わせて、四角形状にしてあり、その外周に、側壁部６６ａ，６６ｂが一体に形成してある。ベース板部６２ａ，６２ｂと側壁部６６ａ，６６ｂとで、各鍔コア部３０ａ，３０ｂの対向面３２ａ，３２ｂを一体的に覆うようになっている。
【００２３】
また、ベース板部６２ａ，６２ｂの貫通孔６８ａ，６８ｂの周囲には、鍔コア部３０ａ，３０ｂの対向面３２ａ，３２ｂとコイル５０の軸方向端部５２ａ，５２ｂとの距離を確保する軸方向凸部６４ａ，６４ｂが一体に形成してある。軸方向凸部６４ａ，６４ｂは、鍔コア部３０ａ，３０ｂの対向面３２ａ，３２ｂとコイルの軸方向端部５２ａ，５２ｂとの双方に接触するようになっている。
【００２４】
軸方向凸部６４ａ，６４ｂは、図３Ａに示すように、本実施形態では、円筒形状であるが、図３（Ｂ）に示すように、多角筒形状でも良く、あるいは、その他の形状でも良い。また、軸方向凸部６４ａ，６４ｂは、必ずしも周方向に連続して形成する必要はなく、図４に示すように、貫通孔６８ａ，６８ｂの周方向に沿って、断続的に形成しても良い。
【００２５】
本実施形態では、巻芯コア部２０のＺ軸方向の両端部に配置される一対のカバー部材６０ａ，６０ｂは、形状が同一のカバー部材で構成されるが、必ずしも同一である必要はなく、たとえば一方が、図３Ａに示すカバー部材であり、他方が、図３Ｂに示すカバー部材であっても良い。
【００２６】
カバー部材６０ａ，６０ｂは、たとえばＰＢＴ、フェノール樹脂、ナイロン樹脂、ＰＰＳ、ＰＣなどの絶縁性部材により成形される。巻芯コア部２０および鍔コア部３０ａ，３０ｂは、それぞれ、フェライトあるいは金属磁性材料などで構成され、同じ磁性材料で構成することもできるが、好ましくは、巻芯コア部２０が、金属磁性材料で構成され、鍔コア部３０ａ，３０ｂがフェライトで構成される。
【００２７】
すなわち、コイル５０が巻回される巻芯コア部２０では、磁束密度が高くなりやすいことから、飽和磁束密度が高い金属磁性材料を使い、磁束密度が上がりにくい鍔コア部３０ａ，３０ｂでは、低損失のフェライト材料を使用することで、小型で低損失なリアクトルを実現することができる。
【００２８】
なお、金属磁性材料としては、鉄粉、センダスト、Ｆｅ−Ｓｉ合金、パーマロイ、アモルファスなどを用いることが可能であり、フェライトとしては、高飽和磁束密度材、低損失材などを用いることが可能である。
【００２９】
ボビン４０は、たとえばＰＢＴ、フェノール樹脂、ナイロン樹脂、ＰＰＳ、ＰＣなどの絶縁性部材で構成される。ボビン４０の厚みは、特に限定されないが、好ましくは１〜２ｍｍである。
【００３０】
ギャップ材７０ａ，７０ｂは、たとえばＰＢＴ、フェノール樹脂、ナイロン樹脂、ＰＰＳ、ＰＣなどの非磁性材料で構成される。ギャップ材７０ａ，７０ｂの厚みｇ１（図５に示すように装着後の厚み）は、特に限定されないが、直流重畳特性を向上させるように決定され、好ましくは０．１〜２ｍｍである。
【００３１】
カバー部材６０ａ（６０ｂも同様）における軸方向凸部６４ａ（６４ｂも同じ）の突出高さは、図５に示すように、ギャップ材７０ａ（７０ｂも同様）の表面からコイル５０の軸方向端部５２ａ（５２ｂも同様）までの距離ｃ１が、好ましくは２〜１０ｍｍ、さらに好ましくは５〜１０ｍｍとなるように決定される。距離ｃ１を、このような範囲に設定することで、リアクトル効率が向上すると共に、リアクトルの小型化に寄与する。
【００３２】
本実施形態では、巻芯コア部２０のＸ-Ｙ軸横断面の面積Ｓ１と、鍔コア部３０ａ（３０ｂも同様）の対向面３２ａ（３２ｂも同様）の面積Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）は、好ましくは２〜６である。この面積比を、このような範囲に設定することで、リアクトル効率が向上すると共に、リアクトルの小型化に寄与する。
【００３３】
なお、上述した実施形態では、図１に示すように、カバー部材６０ａ，６０ｂのベース板部６２ａ，６２ｂは、各鍔コア部３０ａ，３０ｂの対向面３２ａ，３２ｂを一体的に覆うようになっているが、これに限らず、図６に示すように、対向面３２ａ，３２ｂの一部のみを覆うようにしても良い。
【００３４】
ただし、カバー部材６０ａ，６０ｂのベース板部６２ａ，６２ｂの外周部６３ａ，６３ｂは、コイル５０の外径形状よりもはみ出して大きいことが好ましい。
【００３５】
本実施形態のリアクトル１０では、鍔コア部３０ａ，３０ｂの対向面３２ａ，３２ｂとコイル５０の軸方向端部５２ａ，５２ｂとの距離を確保する軸方向凸部６４ａ，６４ｂが形成してあることから、カバー部材６０ａ，６０ｂを鍔コア部３０ａ，３０ｂの対向面３２ａ，３２ｂに設置するのみで、コイル５０の軸方向の位置決めを容易に行うことができる。また、コア部２０，３０ａ，３０ｂの放熱性を低下させることなく、コイル５０とコア部３０ａ，３０ｂとの沿面距離を確保することができる。
【００３６】
しかも本実施形態に係るリアクトル１０は、鍔コア部３０ａと鍔コア部３０ｂとの間が、一本の巻芯コア部２０で連結され、コイル２０により発生する磁界は、コア部以外の部分では空中を伝搬する開磁路となる。従来では、一本の巻芯コア部で開磁路のリアクトルの場合には、仮に鍔コア部と巻芯コア部との間にギャップ材を介在させても、インダクタンスの直流重畳特性は向上することがないと考えられていた。
【００３７】
しかしながら、本発明者等の研究により、鍔コア部３０ａ，３０ｂと巻芯コア部２０との間に、隙間を設けたり、ギャップ材７０ａ，７０ｂを介在させることで、インダクタンスの直流重畳特性が向上することが見出された。したがって、本実施形態では、直流重畳特性が良好で、小型且つ低損失のリアクトルを実現することができる。
【００３８】
本実施形態に係るリアクトル１０では、鍔コア部３０ａ，３０ｂの対向面３２ａ，３２ｂとコイル５０の軸方向端部５２ａ，５２ｂとの距離を確保する軸方向凸部６４ａ，６４ｂが形成してあることから、ギャップ材７０ａ，７０ｂとコイル５０との距離を確保することが可能になる。そのため、ギャップ材からの漏れ磁束がコイル５０を流れる電流と鎖交することを効果的に防止することができる。したがって、損失を低減し、リアクトル効率を向上させることができる。
【００３９】
本実施形態に係るリアクトル１０は、たとえば図７に示すように、太陽光発電におけるパワーコンディショナ１００の昇圧リアクトル１０Ａあるいは平滑リア本実施形態に係るリアクトル１０は、太陽光発電におけるＤＣ−ＤＣコンバータにおける大電力トランスとしても用いることができる。
【００４０】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【００４１】
たとえば、リアクトル１０の全体が樹脂で覆われている構成でも良く、あるいは、固定治具により固定されていても良い。さらに、ギャップ材７０ａ，７０ｂと軸方向凸部６４ａ，６４ｂとは、一体成形されていても良い。すなわち、ギャップ材７０ａ，７０ｂとカバー部材６０ａ，６０ｂとは、一体成形されていても良い。また、本発明に係るコイル装置は、リアクトルの用途以外に用いられても良い。
【００４２】
さらに、巻芯コア部２０を構成する軸方向に分割されたコア部２０ａ〜２０ｃの相互間にも、ギャップ材を介在させても良い。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
実施例１
【００４４】
図１〜図３（Ａ）に示すリアクトル１０を作製した。ＰＢＴで構成してあるギャップ材７０ａ，７０ｂの厚みは、それぞれ１．５ｍｍであった。リアクトル１０の直流重畳特性を測定した結果を、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示す実線で示す。
【００４５】
リアクトル１０の直流重畳特性の測定は、リアクトル１０に対して、直流電流Ｉｄｃを流しながら、インダクタンスを測定し、その変化を調べることで測定した。
【００４６】
ギャップ材７０ａ，７０ｂを設けない以外は、同様にして作製した比較例１に係るリアクトルの直流重畳特性を、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示す点線で示す。比較例１に比較して、実施例１では、電流（Ｉｄｃ）の大きさによらず、インダクタの変化が少なく、直流重畳特性が向上することが確認できた。
実施例２
【００４７】
巻芯コア部２０のＸ-Ｙ軸横断面の面積Ｓ１と、鍔コア部３０ａ（３０ｂも同様）の対向面３２ａ（３２ｂも同様）の面積Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）を、１．５倍とした以外は、実施例１と同様にして、リアクトル１０を作製した。この実施例２に係るリアクトルのリアクトル効率を測定した。結果を図９の点線で示す。特に入力電力が高い領域において、リアクトル効率が向上することが確認できた。
【００４８】
なお、リアクトル効率は、２ｃｈＰｏｗｅｒｍｅｔｅｒ（横河ＷＴ１８００）により測定した。リアクトル効率とは、入力電力に対する出力電力の比率である。
実施例３
【００４９】
面積比（Ｓ１／Ｓ２）を、実施例２の二倍とした以外は、実施例２と同様にして、リアクトル１０を作製した。この実施例３に係るリアクトルのリアクトル効率を測定した。結果を図９の実線で示す。特に入力電力が高い領域において、リアクトル効率が向上することが確認できた。
比較例２
【００５０】
鍔コア部３０ａと鍔コア部３０ｂとの間を、２つの巻芯コア部で連結するコア部を有する比較例２に係るリアクトルについて、リアクトル効率を測定した。結果を図９の２点鎖線で示す。特に入力電力が高い領域において、リアクトル効率が低下することが確認できた。
【符号の説明】
【００５１】
１０…  リアクトル
２０…  巻芯コア部
３０ａ，３０ｂ…  鍔コア部
３２ａ，３２ｂ…  対向面
４０…  ボビン
５０…  コイル
５２ａ，５２ｂ…  軸方向端部
６０ａ，６０ｂ…  カバー部材
６２ａ，６２ｂ…  ベース板部
６４ａ，６４ｂ…  軸方向凸部
６８ａ，６８ｂ…  貫通孔
７０ａ，７０ｂ…  ギャップ部材
【図１】
2013157352.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013157352.tif 000009
【図７】
2013157352.tif 000010
【図８】
2013157352.tif 000011
【図９】
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