(57)【要約】【解決手段】リアクトルまたは変圧器は、２つの対向するヨーク鉄心と、コイルを巻回させ、ギャップ調整手段が設けられている複数の磁脚鉄心と、を備え、前記２つの対向するヨーク鉄心同士は、前記複数の磁脚鉄心で接続され、該接続部の少なくとも一方に、等方磁性材料からなる等方磁性体を有する。また、電力変換器は、前記リアクトルまたは変圧器を備える。
2013065095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの対向するヨーク鉄心と、
コイルを巻回させ、ギャップ調整手段が設けられている複数の磁脚鉄心と、
を備え、
前記２つの対向するヨーク鉄心同士は、前記複数の磁脚鉄心で接続され、該接続部の少なくとも一方に、等方磁性材料からなる等方磁性体を有することを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載のリアクトルにおいて、
前記等方磁性体は、磁性金属を主成分とする圧粉磁心、またはフェライト等の焼結磁心から構成されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項３】
請求の範囲第１項に記載のリアクトルにおいて、
前記等方磁性体は、略薄板状であって、かつ当該等方磁性体の前記磁脚鉄心との接触面に平行な方向における断面形状が前記磁脚鉄心の断面形状と略同一であることを特徴とするリアクトル。
【請求項４】
請求の範囲第１項に記載のリアクトルにおいて、
前記複数の磁脚鉄心は、所定の角度をもって略円周上に配置されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項５】
請求の範囲第１項に記載のリアクトルにおいて、
前記ヨーク鉄心は、薄帯状磁性材料を略トロイダル状に巻いて構成されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項６】
請求の範囲第１項に記載のリアクトルにおいて、
前記複数の磁脚鉄心は、薄帯状磁性材料を略円柱状に巻いて形成され、その円柱の長手方向に、少なくとも１ヵ所のスリットが設けられていることを特徴とするリアクトル。
【請求項７】
請求の範囲第３項に記載のリアクトルにおいて、
前記略薄板状の等方磁性体の厚さは、該等方磁性体の前記磁脚鉄心との接触面に平行な方向における断面の直径の０．２９倍以上であることを特徴とするリアクトル。
【請求項８】
請求の範囲第１項に記載のリアクトルにおいて、
前記複数の磁脚鉄心は、薄帯状磁性材料を複数枚積層させた略直方体状であることを特徴とするリアクトル。
【請求項９】
請求の範囲第１項に記載のリアクトルにおいて、
前記複数の磁脚鉄心は、薄帯状磁性材料をトロイダル状に巻き、該トロイダル状の動径方向に切断して得られる所定の頂角を持つ略扇形状であることを特徴とするリアクトル。
【請求項１０】
請求の範囲第１項に記載のリアクトルにおいて、
前記複数の磁脚鉄心と前記２つのヨーク鉄心は、それぞれ薄帯状磁性材料を積層して構成され、それぞれの積層方向が同一であることを特徴とするリアクトル。
【請求項１１】
請求の範囲第１項に記載のリアクトルにおいて、
前記コイルは、絶縁部材を備えた線状導体、または板状導体により構成されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項１２】
請求の範囲第１項に記載のリアクトルが、半導体素子から構成されるブリッジ回路にコンデンサとともに接続されてフィルタ回路を構成し、該フィルタ回路は、該ブリッジ回路から発生する高調波電流成分を除去する機能を有することを特徴とするリアクトル。
【請求項１３】
２つの対向するヨーク鉄心と、
コイルを巻回させた複数の磁脚鉄心と、
を備え、
前記２つの対向するヨーク鉄心同士は、前記複数の磁脚鉄心で接続され、該接続部の少なくとも一方に、等方磁性材料からなる等方磁性体を有することを特徴とする変圧器。
【請求項１４】
請求の範囲第１項に記載の変圧器において、
前記等方磁性体は、磁性金属を主成分とする圧粉磁心、またはフェライト等の焼結磁心から構成されていることを特徴とする変圧器。
【請求項１５】
請求の範囲第１４項に記載の変圧器において、
前記複数の磁脚鉄心は、所定の角度をもって略円周上に配置されていることを特徴とする変圧器。
【請求項１６】
請求の範囲第１４項に記載の変圧器において、
前記ヨーク鉄心は、薄帯状磁性材料を略トロイダル状に巻いて構成されていることを特徴とする変圧器。
【請求項１７】
請求の範囲第１４項に記載の変圧器において、
前記複数の磁脚鉄心は、薄帯状磁性材料を略円柱状に巻いて形成され、その円柱の長手方向に、少なくとも１ヵ所のスリットが設けられていることを特徴とする変圧器。
【請求項１８】
請求の範囲第１４項に記載の変圧器は、固定冶具によりヨーク鉄心を上下から圧着固定され、該ヨーク鉄心の同心軸上に冷却手段を備えていることを特徴とする変圧器。
【請求項１９】
請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれか一項に記載の前記リアクトルを備えた電力変換器。
【請求項２０】
請求の範囲第１３項乃至第１８項のいずれか一項に記載の前記変圧器を備えた電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合鉄心によるリアクトルと変圧器、およびこれを用いた電力変換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に大容量リアクトル装置や変圧器等の磁性部品の鉄心は、動作時の損失（鉄損）を減らすために薄い珪素鋼板やアモルファス等の薄帯状磁性材料を複数枚重ねて構成される積層鉄心から構成される。
前記磁性部品の鉄心は、複数の積層鉄心を組み合わせて磁束が通る磁路が形成され、コイルを巻回させた磁脚部と、磁脚同士を接続するヨーク部からなる。前記コイルに電流を流したとき、積層鉄心内を通る磁束の方向と、薄帯状磁性材料の面内方向が一致しない箇所があると、その箇所の薄帯の面内に渦電流が誘起される。その結果、鉄心には渦電流損失が発生し、磁性部品の鉄損が増加する。
この渦電流損失の発生を抑制する方法として、例えば特許文献１がある。特許文献１においては、巻き線を施す脚部には方向性電磁鋼板を、ヨーク部には、圧粉磁心、焼結磁心、無方向性電磁鋼板のいずれか一つをそれぞれ用いる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１７４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のように同一の磁性材料をヨーク鉄心と磁脚鉄心に用いれば、前記したように鉄心には渦電流損失が発生し、磁性部品の鉄損が増加するという問題がある。
また、特許文献１に示された構成のリアクトル装置（以下、「リアクトル」と適宜、簡略化して表記する）では、ヨーク鉄心と磁脚鉄心とは異なる磁性材料で構成する必要があるため、大容量のリアクトル用の鉄心、または変圧器用の鉄心として用いる場合、２種の磁性材料を大量に使用することとなり、製造コストの上昇を招くという問題がある。
また、ヨーク鉄心の材料として圧粉磁心、または焼結磁心を用いる場合には、その製作可能な大きさには限界があるため、大容量のリアクトル装置、または変圧器用鉄心に適用することが困難であるという問題がある。【０００５】
そこで、本発明はこのような問題点を解決するものであって、その目的は、製造コストが低廉で、低損失特性に優れたリアクトル、または変圧器と、それを使った電力変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために、各発明を以下のような構成にした。
すなわち、本発明のリアクトルは、２つの対向するヨーク鉄心と、コイルを巻回させ、ギャップ調整手段が設けられている複数の磁脚鉄心と、を備え、前記２つの対向するヨーク鉄心同士は、前記複数の磁脚鉄心で接続され、該接続部の少なくとも一方に、等方磁性材料からなる等方磁性体を有する。
また、本発明の変圧器は、２つの対向するヨーク鉄心と、コイルを巻回させ、ギャップ調整手段が設けられている複数の磁脚鉄心と、を備え、前記２つの対向するヨーク鉄心同士は、前記複数の磁脚鉄心で接続され、該接続部の少なくとも一方に、等方磁性材料からなる等方磁性体を有する。
また、本発明の電力変換器は、前記リアクトルまたは前記変圧器を備える。
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、製造コストが低廉で、低損失特性に優れたリアクトル、または変圧器と、それを使った電力変換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態のリアクトルの構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態のリアクトルの構造を示す縦断面である。
【図３】本発明の第２実施形態の変圧器の構造を示す縦断面図である。
【図４】本実施形態の効果を有限要素法による電磁界計算で検証する際の、構造と寸法、磁束特性、および座標系の定義を示した図であり、（ａ）はヨーク鉄心１ａと、磁脚鉄心３の接続部の構造と寸法と座標系を示す図、（ｂ）は接続部付近の磁脚鉄心３における磁束Ｂのベクトル図、（ｃ）はヨーク鉄心１ａと、磁脚鉄心３の接続部の座標系と斜視図である。
【図５】図４に示した構造と寸法における本実施形態の鉄心において、磁脚鉄心３と円盤状の等方磁性体４の接続面における磁束のθ方向成分の分布を、有限要素法による電磁界計算で求めた特性図である。
【図６】本発明の第３実施形態のリアクトルにおいて、磁脚鉄心が、複数枚の薄帯状磁性材料が絶縁を施されながら積層された略扇形状をしている構造を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態のリアクトルにおいて、磁脚鉄心が、複数枚の薄帯状磁性材料が絶縁を施されながら積層された略直方体状をしている構造を示す図である。
【図８】本発明の第５実施形態のリアクトルにおいて、リアクトルの固定装置の構造を示す図である。
【図９】本発明の第６実施形態の電力変換器に、本実施形態のリアクトルを電力変換器に備えた構成を示す図である。
【図１０】従来のリアクトルの構造例の概要を示す参考図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。
【００１０】
(第１実施形態・リアクトル)
本発明の第１実施形態を、図１と図２を参照して説明する。
図１は、第１実施形態のリアクトル（リアクトル装置、三相リアクトル装置）の構造を示す斜視図である。また、後記する第２実施形態の変圧器（変圧器装置、三相変圧器装置）の構造を示す斜視図でもある。
図２は、第１実施形態のリアクトルの構造を示す縦断面図である。
【００１１】
図１において、ヨーク鉄心１ａ、１ｂは、複数枚の薄帯状磁性材料が絶縁を施されながら積層され略トロイダル状（円環状）に巻かれて形成される。
磁脚鉄心３は、薄帯状磁性材料が絶縁を施されながら積層され略円柱状に巻かれて形成されている。磁脚鉄心３には、略円柱の形状の少なくとも１ヵ所に縦方向のスリット３ａが設けられる。また、少なくとも１ヵ所以上のギャップ調整手段５によるギャップ（間隙、空隙）が設けられる。
３本の磁脚鉄心３は、互いに１２０度の角度をもって円周上に配置され、２つのヨーク鉄心１ａと１ｂを接続する。なお、３本の磁脚鉄心３を前記位置関係に配置するのは、本実施形態のリアクトル装置が、３相交流用の３相のリアクトルとして機能させるためであり、その際の電気的な対称性を確保するためである。
【００１２】
また、磁脚鉄心３とヨーク鉄心１ａ、１ｂとの間には、等方磁性体４が挟まれて備えられている。
等方磁性体４は、等方磁性材料からなる略薄板状の部品であり、磁性金属を主成分とする圧粉磁心、または、フェライト（ferrite）などの焼結磁心等により構成される。圧粉や焼結の工程を経た材料は、多結晶に近い形態となって、等方性の特徴がでやすいことによる。
【００１３】
なお、図１においては、ヨーク鉄心１ａ、１ｂと、等方磁性体４と、磁脚鉄心３を分離して示している。また、図１における矢印は、ヨーク鉄心１ａ、１ｂと、等方磁性体４と、磁脚鉄心３を組み立てて接続（接合）する際に、ヨーク鉄心１ａ、１ｂと等方磁性体４との対応する箇所をおおよそ示すものである。
また、図１のリアクトルの磁脚を構成する鉄心は、前記したように、磁脚鉄心３、スリット３ａ、等方磁性体４、ギャップ調整手段５を備えた「複合鉄心」であるが、以下においても、単に「鉄心」と適宜、表記する。
なお、図１において、図２に示すコイル２は表記上の都合により記載を省略している。
【００１４】
図２において、ヨーク鉄心１ａ、１ｂ、磁脚鉄心３、等方磁性体４、ギャップ調整手段５は、斜視図の図１において説明したものであって、縦方向からの断面で表記したものである。
ただし、図１においては、ヨーク鉄心１ａ、１ｂと、等方磁性体４と、磁脚鉄心３を分離して示しているが、図２においては、ヨーク鉄心１ａ、１ｂと、等方磁性体４と、磁脚鉄心３はそれぞれ接していて組み立てられた状態を表記している。
また、磁脚鉄心３は表記上の都合により２本のみを示している。
図２において、コイル２は、磁脚鉄心３の略円柱の形状の円周方向に巻回されている。この構成により、電気的には、透磁率の高い鉄心の周りにコイルが巻かれているリアクトルの基本構造が具現化される。
なお、コイル２は、励磁用コイルであって、絶縁部材を備えた線状導体、または板状導体から構成されている。
【００１５】
コイル（励磁用コイル）２に電流を流すと磁脚鉄心３の略円柱の形状の長手方向に磁束が発生するが、その磁束により磁脚鉄心３の円周方向に渦電流が流れて、リアクトルとしての損失が増加する。したがって、この渦電流が流れること、または発生することを防止するために、磁脚鉄心３の長手方向に、少なくとも１ヵ所に前記したスリット３ａが設けられる。
また、磁脚鉄心３の磁気飽和によるインダクタンス値の変化や損失の増加を防止するため、磁脚鉄心３には図２（および図１）に示すように、少なくとも１ヵ所以上の前記したギャップ調整手段５が設けられる。リアクトルとしての所望の特性（飽和特性、インダクタンス値）を得るために、組み立て時において、ギャップ調整手段５のギャップは調整される。
【００１６】
磁脚鉄心３とヨーク鉄心１ａ、１ｂの接続部を流れる磁束は、その向きを大きく変えるため、鉄心を構成する薄帯面を磁束が貫いて走行し、薄帯面内に渦電流が誘起される。この渦電流を軽減するために、等方磁性体４が備えられる。
等方磁性体４は、磁脚鉄心３とヨーク鉄心１ａ、１ｂとの間にあって、磁脚鉄心３の磁束の方向がヨーク鉄心１ａ、１ｂの磁束の方向へ略９０度変化するにあたって、等方磁性材料の特性により磁束の方向の変化を等方磁性体４内部で受け持つ。
これによって、磁脚鉄心３やヨーク鉄心１ａ、１ｂにおける磁束の変化を少なくして、磁脚鉄心３における渦電流の発生が抑制され、渦電流損失を低減することが可能となる。
等方磁性体４を磁脚鉄心３とヨーク鉄心１ａ、１ｂとの間に備えたのが、本実施形態の大きな特徴である。
なお、等方磁性体４における磁束の変化についての詳細は後述する。
【００１７】
(第２実施形態・変圧器)
本発明の第２実施形態を、図１と図３を参照して説明する。
図１は、前述したように、第２実施形態の変圧器（変圧器装置、三相変圧器装置）の構造を示す斜視図でもある。ただし、第２実施形態においては、後記する理由により、ギャップ調整手段５は必須要素ではないので図３には表記されていない。
なお、大型の変圧器の場合には、図１に示すとおりにギャップ調整手段５を備えることもある。
図３は、第２実施形態の変圧器（変圧器装置、三相変圧器装置）の構造を示す縦断面図である。
図３において、ヨーク鉄心１ａ、１ｂ、磁脚鉄心３、等方磁性体４は、斜視図である図１において説明したものであり、縦方向の断面で表記したものである。
【００１８】
また、図３において、１次コイル２ａが磁脚鉄心３の略円柱の形状の円周方向に巻回されている。そして、さらにその周囲を２次コイル２ｂが円周方向に巻回されている。１次コイル２ａと２次コイル２ｂは、絶縁部材を備えた線状導体、または板状導体から構成されている。
このとき、１次コイル２ａは励磁用コイルとなるが、励磁用コイルは特に絶縁部材を備えた線状導体、または板状導体の構成が望ましい。
なお、以下においては変圧器（変圧器装置、三相変圧器装置）が装置を示す場合においても、適宜、「変圧器」と簡略化して表記する。
【００１９】
図３において、１次コイル２ａに電流を流すと、２次コイル２ｂにはこのコイルの電極に接続される負荷の大きさに応じた、１次コイル２ａと逆向きの電流が誘起され、磁脚鉄心３内の磁束を打ち消す、または弱める作用が現れるため、磁気飽和は起こりにくい。
したがって、磁脚鉄心３にギャップ調整手段（５、図２）を必ずしも設ける必要はない。すなわち、図３において、磁脚鉄心３は、ギャップ調整手段（５、図２）がなく、一体型の略円柱状となって、ヨーク鉄心１ａ、および１ｂを接続するように配置されている。
ただし、前記したように大型の変圧器の場合には、ギャップ調整手段（５、図１、図２）を備えることもある。
図３の場合にも、等方磁性体４を磁脚鉄心３とヨーク鉄心１ａ、１ｂとの間に備えることにより、磁脚鉄心３における渦電流の発生が抑制され、渦電流損失を低減する。
【００２０】
≪等方磁性体の効果≫
次に第１実施形態と第２実施形態において、等方磁性体４を磁脚鉄心３とヨーク鉄心１ａ、１ｂとの間に備えた効果について、図４および図５を用いて説明する。
図４は、本実施形態の効果を有限要素法による電磁界計算で検証する際の、構造と寸法、磁束特性、および座標系の定義を示した図であり、（ａ）はヨーク鉄心１ａと、磁脚鉄心３の接続部の構造と寸法と座標系を示す図、（ｂ）は接続部付近の磁脚鉄心３における磁束Ｂのベクトル図、（ｃ）はヨーク鉄心１ａと、磁脚鉄心３の接続部の座標系と斜視図である。
【００２１】
図４において、ヨーク鉄心１ａの円周方向をθ、動径方向をｒ、さらに磁脚鉄心３の軸方向をｚとする円筒座標系を定義する。
また、図４（ａ）、（ｃ）に示すように、ヨーク鉄心１ａと磁脚鉄心３の接続部には、厚さｔ、直径Ｄの円盤状の等方磁性体４がはさまれている。なお、円盤状の等方磁性体４と、磁脚鉄心３の直径は略同一であり、ヨーク鉄心１ａの厚さは円盤状の等方磁性体４の直径Ｄの０．４倍、幅は前記直径Ｄと略同一である。また、磁脚鉄心３内部の中空部の直径は、等方磁性体４の直径Ｄの０．１倍である。
なお、円盤状の等方磁性体４の直径（Ｄ）とヨーク鉄心１ａの幅（Ｄ）が等しいことは、ヨーク鉄心１ａの幅に磁脚鉄心３の直径（つまり円盤状の等方磁性体４の直径）がほぼ重なることに対応している。
【００２２】
磁脚鉄心３からヨーク鉄心１ａに向かう磁束Ｂは、円盤状の等方磁性体４を貫いて図４（ａ）に示した矢印のような経路をたどる。この矢印で示した磁束Ｂの経路は、ヨーク鉄心１ａ付近の磁脚鉄心３内部で方向の変化を生ずる。
つまり、図４（ｂ）に示すように、ヨーク鉄心１ａ付近の磁脚鉄心３内部の磁束Ｂは、その向きが変化する影響を受けるため、ｚ方向成分の他にθ方向成分も持つこととなる。
磁脚鉄心３は、ｚ方向を面内とする薄帯状磁性材料を略円柱状に巻いて構成されているため、磁束Ｂのθ方向成分Ｂθは薄帯を貫き、渦電流損失を発生させる原因となる。
これに対して、ヨーク鉄心１ａ内の磁束の方向は、薄帯面に対して平行であるため、渦電流損失はほとんど発生しない。
なお、図４（ａ）において、磁脚鉄心３の中央に中空部分が存在しているので、「円柱状」より「円筒状」に近いが、理想としては中空部分が存在しないことが望ましいので敢えて「円柱状」と表記している。
【００２３】
≪有限要素法による電磁界計算結果≫
図５は、図４に示した構造と寸法における本実施形態の鉄心において、磁脚鉄心３と円盤状の等方磁性体４の接続面におけるθ方向の中心線ａ-ａ’に沿った磁束のθ方向成分の絶対値｜Ｂθ｜の分布を、有限要素法による電磁界計算で求めた特性図である。
図５において、横軸は磁脚鉄心３と円盤状の等方磁性体４の接続面におけるθ方向の中心線ａ-ａ’における位置を表し、縦軸は磁束のθ方向成分の絶対値｜Ｂθ｜（単位は［Ｔ］（Ｔ：Tesla、テスラ、磁束密度））を表している。
なお、図５のほぼ中央付近において、空白となっていてデータ値が示されていない部分は、図４における磁脚鉄心３の中央の中空部分に対応している。この中空部分においては、鉄心が存在していないので、計算から除外されている領域である。
【００２４】
本計算では、図４に示した円盤状の等方磁性体４の直径Ｄを一定とし、円盤状の等方磁性体４の厚さｔを変化させ、円盤状の等方磁性体４が存在しない条件（ｔ／Ｄ＝０．００）から、ｔ／Ｄ＝０．０８、ｔ／Ｄ＝０．１６、ｔ／Ｄ＝０．２５、ｔ／Ｄ＝０．２９、ｔ／Ｄ＝０．４５まで、等方磁性体４の厚みｔを次第に増加させ、ｔ／Ｄをパラメータとして６通りの計算（シミュレーション）結果を示している。
図５においては、この６通りの計算結果を、実線や破線や一点鎖線などの各種の表記による特性線として示している。
なお、磁脚鉄心３の内部の磁束のｚ方向成分Ｂｚの平均値が０．８２［Ｔ］となるように、コイルの起磁力を定めている。また、磁脚鉄心３、ヨーク鉄心１ａ、等方磁性体４の磁気飽和特性は、すべて日立金属社製Ｍｅｔｇｌａｓアモルファス薄帯２６０５ＳＡ１のそれと同一であると仮定して計算した。
【００２５】
円盤状の等方磁性体４が存在しない、つまり、ｔ＝０、したがって、ｔ／Ｄ＝０の場合は、前記の６通りの計算（シミュレーション）結果において、磁束のθ方向成分の絶対値｜Ｂθ｜の最大値が得られている。
これは、等方磁性体４が存在しないときには、磁脚鉄心３の最外周部と内部の中空部近傍での｜Ｂθ｜が増加し、磁束が薄帯状磁性材料の薄帯面を貫いて渦電流損失が増加する傾向が特に顕著である結果であると推定される。
それに対して、円盤状の等方磁性体４の厚さｔを増やすことに相当する図５のｔ／Ｄ＝０．０８、ｔ／Ｄ＝０．１６、ｔ／Ｄ＝０．２５の条件では、ｔ／Ｄの値の増加とともに｜Ｂθ｜は小さくなっている。
これは、円盤状の等方磁性体４の厚さｔを増やすことで、磁脚鉄心３と等方磁性体４の接続面における｜Ｂθ｜の増加が抑制されることに対応している。
【００２６】
そして、ｔ／Ｄ＝０．２９の条件では、磁脚鉄心の最外周部と内部の中空部近傍での｜Ｂθ｜の増加は、ほぼなくなり、またｔ／Ｄ＝０．４５の条件では｜Ｂθ｜はさらに低減していることが図５の特性図から読み取れる。
したがって、ｔ／Ｄ＝０．２９以上では、磁脚鉄心３の渦電流損失の発生がほぼ抑制されることが期待できる。
つまり、等方磁性体４の厚さ（ｔ）が大きい方が、効果が大きいことを意味している。
なお、以上の効果は、リアクトルでも変圧器でも同様に効果がある。
【００２７】
(第３実施形態・リアクトル)
次に、本発明の第３実施形態（リアクトル）について述べる。
図６は、本発明の第３実施形態において、コイル２を巻回させた磁脚鉄心３が、複数枚の薄帯状磁性材料が絶縁を施されながら積層された略扇形状をしている構造を示す図である。
図６において、磁脚鉄心３が１本のみで示されているが、図１のように磁脚鉄心が３本であってもよい。図６が図１と異なるのは、磁脚鉄心３が略扇形状であることである。
略扇形状の磁脚鉄心３は、例えば薄帯状磁性材料が絶縁を施されながら積層されトロイダル状に巻いて形成されたトロイダルコア１ｃを、適当な角度をもってその動径方向に切断することにより形成される。
【００２８】
図６における磁脚鉄心３が略扇形状であるので、図１の磁脚鉄心３が略円柱状であるのに比較して、磁脚鉄心３が３本で構成された場合においては、３本の中心部における磁脚鉄心３の占有面積効率が改善される。また、磁脚鉄心３が略扇形状の場合には、ヨーク鉄心１ａ、１ｂと磁脚鉄心３との薄帯状磁性材料の積層方向が一致しやすくなり、三相リアクトル装置とした場合には、コンパクトな構造となるとともに低損失特性が得られやすいという特徴がある。
【００２９】
また、磁脚鉄心３が略扇形状となっていることにともない磁脚鉄心３とヨーク鉄心１ａ、１ｂとの接続部には、磁脚鉄心３と同一の断面形状である略扇形状で厚みのある薄板状の等方磁性体４が備えられる。
なお、磁脚鉄心３の薄帯帯状磁性材料の積層方向は、ヨーク鉄心１ａ、１ｂの積層方向と同じとし、動径方向とするのが電気的特性を良くする観点からは望ましい。
また、第３実施形態はリアクトル装置として説明したが、１次コイル２ａ（図３）と２次コイル２ｂ（図３）を備えれば、同一の磁脚鉄心３の構造を有する変圧器または三相変圧器が構成できる。
なお、この磁脚鉄心３が略扇形状となっていること以外の要素は、前記したものを除いて、例えば、ヨーク鉄心１ａ、１ｂや、ヨーク鉄心１ａ、１ｂの円周上の略１２０度の角度で配置されることや、ギャップ調整手段５に係ることは、図６と図１は同じであるので重複する説明は省略する。
【００３０】
(第４実施形態・リアクトル)
次に、本発明の第４実施形態（リアクトル）について述べる。
図７は、本発明の第４実施形態において、コイル２を巻回させた磁脚鉄心３が、複数枚の薄帯状磁性材料１ｄが絶縁を施されながら積層された略直方体状をしている構造を示す図である。
図７において、磁脚鉄心３が１本のみで示されているが、図７のように磁脚鉄心が３本であってもよい。図７が図１、図６と異なるのは、磁脚鉄心３が直方体状であることである。
略直方体状の磁脚鉄心３は、例えば薄帯状磁性材料１ｄが絶縁を施されながら積層されて形成されたものを、所定の大きさに切断することにより形成される。直方体状の形状としたことで、リアクトル装置としての小型化や製造工程における工程数の軽減、および製作コストの低減に効果をもたらす場合がある。
【００３１】
また、磁脚鉄心３が略直方体状となっていることにともない、磁脚鉄心３とヨーク鉄心１ａ、１ｂとの接続部には、磁脚鉄心３と同一の断面形状である略直方体状で厚みのある薄板状の等方磁性体４が備えられる。
なお、磁脚鉄心３の薄帯帯状磁性材料の積層方向は、ヨーク鉄心１ａ、１ｂの積層方向と同じとし、動径方向とするのがよい。
また、第３実施形態はリアクトルとして説明したが、１次コイル２ａ（図３）と２次コイル２ｂ（図３）を備えれば、同一の磁脚鉄心３の構造を有する変圧器、または三相変圧器が構成できる。
なお、この磁脚鉄心３が略扇形状となっていること以外の要素は、前記したものを除いて、図７と図１は同じであるので重複する説明は省略する。
【００３２】
(第５実施形態・リアクトル)
次に、本発明の第５実施形態（リアクトル、リアクトル装置）について述べる。
図８は、本発明の第５実施形態において、リアクトル装置の固定装置の構造を示す図である。なお、固定装置の構造以外のリアクトル装置そのものは、前記した第１実施形態、第３実施形態、第４実施形態が適用できる。
図８において、リアクトル装置（１ａ、１ｂ、２、３、４、５）は台座７に搭載され、上部から固定冶具６をかぶせ、固定手段８ａ、８ｂにより圧着固定される。
台座７、固定冶具６はリアクトル装置を完全に覆う板状部材で構成してもよいし、リアクトル装置を完全には覆わない、フレーム状部材から構成してもよい。
また、必要に応じてヨーク鉄心１ａ、１ｂの同心軸上に冷却手段９を設けてもよい。
なお、以上において、図８が磁脚鉄心３に複数のギャップ調整手段５を設けた、リアクトル装置（１ａ、１ｂ、２、３、４、５）を例として示しているが、本実施形態で示した固定装置の構造例は、図３に示した第２実施形態である変圧器装置についても、まったく同様の構成により適用できる。
【００３３】
(第６実施形態・電力変換器)
次に、本発明の第６実施形態として、前記した実施形態のリアクトルを用いた電力変換器について述べる。
図９は、本発明の第６実施形態の電力変換器の構成を示し、第１実施形態、第３〜第５実施形態で示したリアクトルを、電力変換器に適用した回路図である。図９に示した回路図は、常時インバータ給電方式の三相無停電電源装置としての電力変換器の回路構成を示している。
図９において、電力変換器は、交流電源１３と負荷１４との間に設けられている。
また、電力変換器は、交流電源１３の交流電力を直流電力に変換する整流回路１１と、直流電力を任意の電圧と任意の周波数の交流電力に変換するインバータ回路１２とを備えている。また、整流回路１１の出力端子とインバータ回路１２の入力端子の間には、平滑コンデンサ２２と、チョッパ回路１５が接続されている。
【００３４】
整流回路１１は、三相用のリアクトル２０と三相用のコンデンサ２１とを有するフィルタ回路２４と、半導体素子である複数のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のスイッチング素子１７をブリッジ接続したＡＣ／ＤＣ変換回路２３（ブリッジ回路）と、を備えて構成される。
インバータ回路１２は、複数のＩＧＢＴのスイッチング素子１７をブリッジ接続したＤＣ／ＡＣ変換回路２７（ブリッジ回路）と、三相用のリアクトル２０と三相用のコンデンサ２１とを有するフィルタ回路２４とを備えて構成される。
なお、ＡＣ／ＤＣ変換回路２３とＤＣ／ＡＣ変換回路２７における複数のＩＧＢＴからなるスイッチング素子１７は、それぞれゲート端子から統合的にＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御をされて、それぞれ前記した所望の機能を果たす。
また、ＩＧＢＴのスイッチング素子１７には、それぞれに、過電圧を保護するダイオードが付加もしくは寄生して、逆並列に接続されている。
【００３５】
また、整流回路１１とインバータ回路１２とに備えられたフィルタ回路２４が有する三相用のリアクトル２０に、第１実施形態、第３〜第５実施形態のいずれかのリアクトルを用いる。
また、チョッパ回路１５は、２個のＩＧＢＴ（２５）からなるスイッチング素子２５が直列に接続され、平滑コンデンサ２２の両端子間に接続されている。２個のスイッチング素子２５の接続点にコイルもしくはリアクトル２６の一端が接続され、コイルもしくはリアクトル２６の他端と１個のスイッチング素子２５のエミッタとの間にバッテリ１６が接続されている。
【００３６】
以上の電力変換器において、通常動作時には交流電源１３からの交流電力を整流回路１１により直流電力に変換し、インバータ回路１２により再び直流を、負荷１４に適した任意の電圧と任意の周波数の交流に変換して負荷１４に送られる。
また、通常動作時ではない動作（通常時以外の動作１）として、交流電源１３からの給電が遮断された際には、チョッパ回路１５の働きによりバッテリ１６とインバータ回路１２が接続され、負荷１４にはインバータ回路１２により交流電力に変換された、バッテリ１６からの電力が供給され続ける。
また、メンテナンス時等の動作（通常時以外の動作２）として、バイパスコンバータ回路１９が備えられたバイパス回路１８が接続されていて、整流回路１１やインバータ回路１２を介さずに、交流電源１３からバイパス回路１８を介して負荷１４に交流電力が供給される。
なお、バイパスコンバータ回路１９が備えられたバイパス回路１８にどの程度の機能を持たせるかは、電力変換器の仕様による。
【００３７】
前記したように、整流回路１１は三相交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路の機能を有し、インバータ回路１２は、直流電力を任意の電圧と任意の周波数の三相交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換回路の機能を有している。
これらの変換において、整流回路１１とインバータ回路１２は、ともにＰＷＭ制御をする複数のスイッチング素子を動作させている。これらのスイッチング動作の過程において、高調波成分（リップル成分）を発生させる。
これらの発生した高調波成分の除去と、交流電源１３とブリッジ回路を構成しているＡＣ／ＤＣ変換回路２３間、および負荷１４とブリッジ回路を構成しているＤＣ／ＡＣ変換回路２７間のインピーダンス整合とにフィルタ回路２４が用いられる。
【００３８】
フィルタ回路２４は、前記したように三相用のリアクトル２０と三相用のコンデンサ２１を用いて構成されている。この三相用のリアクトル２０に前記した本発明の第１実施形態、第３〜第５実施形態のいずれかのリアクトル（装置）を用いる。
本実施形態のリアクトルを用いることによって、低損失特性に優れ、製造コストが低廉な電力変換器が具現化し、提供できる。
【００３９】
（その他の実施形態）
本発明は前記の実施形態に限定されるものではない。以下に例をあげる。
【００４０】
以上の図１から図３、図６、図７において、等方磁性体４は、磁脚鉄心とヨーク鉄心１ａおよびヨーク鉄心１ｂの両方の間に備えられている実施形態を示したが、ヨーク鉄心１ａ側のみ、もしくはヨーク鉄心１ｂ側のみの、どちらか１箇所に等方磁性体４を備えだけでも渦電流損失の低減に効果がある。
【００４１】
また、図１、図６、図７の実施形態で示した磁脚鉄心３は、薄帯状磁性材料を積層させて構成した円柱状、扇形状、直方体状の例であるが、これらの形状の磁脚鉄心の任意の組み合わせでリアクトル装置を構成してもよい。
【００４２】
また、第３実施形態を示した図６において、略扇形の形状である磁脚鉄心３の形成方法として、「薄帯状磁性材料を、絶縁を施しながらトロイダル状に巻いて形成した鉄心を、適当な角度をもってその動径方向に切断する」としたが、図６に示す略扇形の形状が得られれば、他の方法でもよい。
【００４３】
図６において、第３実施形態、つまりリアクトルの磁脚鉄心３が略扇形の形状の効果について述べたが、この効果は、変圧器の磁脚鉄心でも同様の効果がある。
【００４４】
図７において、第４実施形態、つまりリアクトルの磁脚鉄心３が略直方体の形状の効果について述べたが、この効果は、変圧器の磁脚鉄心でも同様の効果がある。
【００４５】
また、図１の三相のリアクトル装置は、３本の磁脚のみを表記しているが、３本の磁脚のそれぞれの間に零相インピーダンスによる磁束を流す経路としての零相用磁脚鉄心（不図示）を備えた三相リアクトル装置においても、等方磁性体を磁脚鉄心とヨーク鉄心との間に備えることは、渦電流損失の低減に効果的である。
【００４６】
また、図１のリアクトル装置は、三相用として３本の磁脚を表記しているが、三相とは限らず三相を超した場合（例えば５相）には３本を超した複数本の磁脚を有するリアクトル装置においても、等方磁性体を磁脚鉄心とヨーク鉄心との間に備えることは、渦電流損失の低減に効果的である。
【００４７】
図９に示した電力変換器におけるＡＣ／ＤＣ変換回路２３、およびＤＣ／ＡＣ変換回路２７を構成する半導体素子のスイッチング素子１７は、ＩＧＢＴであるとしたが、ＩＧＢＴのみとは限らない。
半導体素子のスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やバイポーラトランジスタ（Bipolar junction transistor）やＢｉＣＭＯＳ（Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor）で構成してもよい。
【００４８】
本発明の実施形態のリアクトル装置の応用として、図９においては無停電電源装置の例を示したが、これに限定されるものではない。ブリッジ回路を用いる他の用途の電力変換器のフィルタ回路に、本発明のリアクトル装置を用いることで、低損失の電力変換器を提供することが可能となる。
【００４９】
また、図９においては本実施形態のリアクトル装置を電力変換器に備える形態例を示したが、本実施形態の変圧器を電力変換器に備えることも可能である。
【００５０】
＜従来のリアクトル装置の参考例＞
図１０は、従来のリアクトル（リアクトル装置）の構造の縦断面の概要を示す参考図である。
図１０において、ヨーク鉄心３１、磁脚鉄心３０、ギャップ調整手段３２、コイル２によってリアクトル装置が構成されている。
磁脚鉄心３０とヨーク鉄心３１は直接、もしくはギャップを介して接続されている。したがって、コイル２に電流が流れることによって発生した磁束は、磁脚鉄心３０では垂直方向であるががヨーク鉄心３１において水平方向となるために、磁脚鉄心３０とヨーク鉄心３１の接続部分の近傍の磁脚鉄心３０においては、垂直方向成分の磁束以外に、水平方向成分の磁束が生じ、磁脚鉄心３の円周方向に渦電流が流れて、リアクトルとしての損失が増加する。
つまり図１０に示した従来のリアクトル（リアクトル装置）の構造では、渦電流の発生による損失が大きかった。
【００５１】
（本発明、本実施形態の補足）
以上、本発明によれば、等方磁性体を磁脚鉄心とヨーク鉄心との間に備えることにより、磁脚鉄心における渦電流の発生を防止し、鉄心に発生する渦電流損失の低減を実現している。したがって、前記したように、従来の複合鉄心を用いるリアクトル、または変圧器に比べて製造コストが低廉で、低損失特性に優れたリアクトル、または変圧器と、それを使った電力変換器を提供することが可能になる。
しかも、それのみならず、従来技術である特許文献１のようにヨーク鉄心の材料として圧粉磁心や焼結磁心を用いる必要がないので、製作が容易で、かつ大容量に対応した鉄心が製造可能であって、大容量で低損失のリアクトル装置や変圧器装置が具現化し、提供できる。
【符号の説明】
【００５２】
１ａ、１ｂ、３１  ヨーク鉄心
１ｃ  トロイダルコア
１ｄ  薄帯状磁性体
２  コイル
２ａ  １次コイル
２ｂ  ２次コイル
３、３０  磁脚鉄心
３ａ  スリット
４  等方磁性体
５、３２  ギャップ調整手段
６  固定冶具
７  台座
８ａ、８ｂ  固定手段
９  冷却手段
１１  整流回路
１２  インバータ回路
１３  交流電源
１４  負荷
１５  チョッパ回路
１６  バッテリ
１７、２５  スイッチング素子、ＩＧＢＴ
１８  バイパス回路
１９  バイパスコンバータ回路
２０、２６  リアクトル、リアクトル装置
２１  コンデンサ
２２  平滑コンデンサ
２３  ＡＣ／ＤＣ変換回路（ブリッジ回路）
２４  フィルタ回路
２７  ＤＣ／ＡＣ変換回路（ブリッジ回路）
【図１】
2013065095.tif 000003
【図２】
2013065095.tif 000004
【図３】
2013065095.tif 000005
【図４】
2013065095.tif 000006
【図５】
2013065095.tif 000007
【図６】
2013065095.tif 000008
【図７】
2013065095.tif 000009
【図８】
2013065095.tif 000010
【図９】
2013065095.tif 000011
【図１０】
2013065095.tif 000012
【国際調査報告】
2013065095.tif 000013
2013065095.tif 000014
2013065095.tif 000015
2013065095.tif 000016