(57)【要約】      （修正有）【課題】コイルでの発熱を低下させたリアクトルを提供する。【解決手段】リアクトルは、複数の脚部７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂと複数のヨーク部８ａ、８ｂとからなるＵ字型コア３ａ、３ｂと、脚部７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂの軸方向に沿って同心上に巻装されるコイル４ａ、４ｂと、コイル４ａ、４ｂを覆うように設置される磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂと、を備える。コイル４ａ、４ｂは、脚部７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂに巻装されており、コイル４ａ、４ｂは、発生した磁束が反発し合う向きでそれぞれ磁束を発生させる。磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂは、コイルから発生する磁束が反発しあう領域と、コイル４ａ、４ｂとの間に設置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の脚部と、一対のヨーク部と、からなる環状コアと
前記脚部に軸方向に沿って同心上に巻装される複数のコイルと、
前記コイルと対になり、前記コイルを覆うように設置される複数の磁気シールドと、
を備え、
発生した磁束が反発し合う向きで前記複数のコイルからそれぞれ磁束を発生させ、
前記複数の磁気シールドは、それぞれの磁気シールドとの間と、前記磁気シールドと前記ヨーク部との間に隙間を設け、且つ前記コイルから発生する磁束が反発しあう領域と前記コイルとの間に設置されることを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
前記磁気シールドは、１つのコイルに対して２つ設置され、
前記磁気シールドは、前記コイルの両端に設置されることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
【請求項３】
前記磁気シールドは、磁性体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリアクトル。
【請求項４】
前記磁気シールドは、前記脚部と接するように設置されることを特徴とする請求項１または請求項３に記載のリアクトル。
【請求項５】
前記磁気シールドと前記環状コアとは、一続きの同一の部材であることを特徴とする請求項４に記載のリアクトル。
【請求項６】
前記脚部に対して装着され、前記コイルが巻装される筒状のボビンを更に備え、
前記ボビンの両端に、それぞれ前記磁気シールドが接するように設置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリアクトル。
【請求項７】
前記ボビンと前記磁気シールドとは、一続きの同一の部材であることを特徴とする請求項６に記載のリアクトル。
【請求項８】
前記環状コアの周囲を覆う樹脂部材を更に備え、
前記磁気シールドは、前記樹脂部材により前記環状コアとの相対位置を固定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリアクトル。
【請求項９】
前記脚部は、平行であることを特徴する請求項１乃至８のいずれか１項に記載のリアクトル。
【請求項１０】
前記磁気シールドは、長方形であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のリアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアクトルに関する。
【０００２】
リアクトルは、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動システム等をはじめ、種々の用途で使用されている。例えば、車載用の昇圧回路に用いられるリアクトルとして、コアの周囲に配置した樹脂製のボビンにコイルを巻回したものが多く用いられる。
【０００３】
この種のリアクトルとして、磁気結合型リアクトルが知られている。磁気結合型リアクトルは、磁束を相殺方向に発生させることでコアが飽和し難くし、且つ、漏れインダクタンスを利用してリップルを抑制することで小型化を可能としている。この磁気結合型リアクトルは、図１７に示すように、環状コア１０１と、環状コア１０１の対向する脚部のそれぞれに装着された一対のコイル１０５を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２４２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁気結合型リアクトルは、前記のような利点を有する反面、磁束を相殺方向に発生させている。そのため、コイル１０５内には、磁束の通り道がなく、２つのコイルから発生した磁束は、互いに反発しあい再びコイルに戻ってくる。コイルに戻ってきた磁束は、渦電流損失を上昇させ、コイルを発熱させる。
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、コイルでの発熱を低下させたリアクトルを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明のリアクトルは、一対の脚部と、一対のヨーク部と、からなる環状コアと、前記脚部に軸方向に沿って同心上に巻装される複数のコイルと、前記コイルと対になり、前記コイルを覆うように設置される複数の磁気シールドと、を備え、発生した磁束が反発し合う向きで前記複数のコイルからそれぞれ磁束を発生させ、前記複数の磁気シールドは、それぞれの磁気シールドとの間と、前記磁気シールドと前記ヨーク部との間に隙間を設け、且つ前記コイルから発生する磁束が反発しあう領域と前記コイルとの間に設置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、リアクトルにおいて、コイルの発熱を抑制したリアクトルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係るリアクトルの全体構成を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係る環状コアの構成を示す分解斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係る環状コアの構成を示す上面図である。
【図４】第１の実施形態の環状コアの側面図である。
【図５】従来のリアクトルから発生する磁束の様子を示す上面図である。
【図６】第１の実施形態のリアクトルから発生する磁束の様子を示す上面図である。
【図７】第１の実施形態のリアクトルから発生する磁束の様子を示すプロット図である。
【図８】第１の実施形態のリアクトルにおける損失を示すグラフである。
【図９】第１の実施形態のリアクトルにおけるインダクタンス電流の重畳特性を示すグラフである。
【図１０】第１の実施形態のリアクトルにおける磁気結合係数を示すグラフである。
【図１１】第１の実施形態のリアクトルにおける各コイルにおけるリップル電流波形を示すグラフである。
【図１２】第１の実施形態の他の構成を示す上面図である。
【図１３】第１の実施形態のリアクトルの変形例１、２の構成を示す上面図である。
【図１４】第２の実施形態に係る環状コアの構成を示す上面図である。
【図１５】第２の実施形態のリアクトルから発生する磁束の様子を示すプロット図である。
【図１６】第２の実施形態のリアクトルにおける損失を示すグラフである。
【図１７】従来のリアクトルにおける環状コアの構成を示す上面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態のリアクトルについて説明する。
【００１１】
［１．第１の実施形態］
本実施形態のリアクトルにおいては、コイルから発生した磁束が反発しあう領域とコイルとの間に、反発した漏れ磁束をコイルに戻さないための磁気シールドを配置した。
【００１２】
［１−１．概略構成］
本実施形態のリアクトルの磁気シールド構成について、図１、２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るリアクトルの全体構成を示す斜視図であり、図２は、その分解斜視図である。なお、本明細書において、各部材の構成を説明するのに、図１に示すｚ軸方向を「上」側、その逆方向を「下」側と称する。また、「下」を「底」とも称する。ｚ軸方向は、リアクトルの上下方向であり、リアクトルの高さ方向である。
【００１３】
リアクトル１は、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換して蓄積及び放出する電磁気部品であり、電圧の昇降圧等に使用される。本実施形態のリアクトルは、例えばハイブリッド自動車や電気自動車の駆動システム等で使用される大容量のリアクトルである。リアクトルは、これら自動車に搭載される昇圧回路の主要部品である。本実施形態では、リアクトル本体１０の個数を１つとしているが、２つ以上であっても良い。
【００１４】
リアクトル１は、環状コア３、コイル４ａ、４ｂ、磁気シールド５を備える。環状コア３は、圧粉磁心、フェライト磁心、又は積層鋼板などの磁性体を含み構成される。環状コア３の一部の外周には、コイル４ａ、４ｂが装着され、コイル４ａ、４ｂの各々を覆うように磁気シールド５が配置される。
【００１５】
（環状コア）
環状コア３は、端部がない環状のコアである。環状コア３は、圧粉磁心、フェライトコア、又は積層鋼板などの磁性体からなる。ここでは、環状コア３は圧粉磁心である。環状
コア３においては、コイル４ａ、４ｂが巻回された脚部７ａ、７ｂで磁束が発生する。一方、コイル４ａ、４ｂが巻回されていないＵ字形状の連結部分は、脚部７ａ、７ｂで発生した磁束が通過するヨーク部８ａ、８ｂである。
【００１６】
環状コア３は、一対の平行な脚部７ａ、７ｂと一対のヨーク部８からなる。便宜上、図１中奥側の脚部を脚部７ａ、手前側の脚部を脚部７ｂとする。図１中左側のヨーク部をヨーク部８ａ、右側のヨーク部８ｂとする。
【００１７】
脚部７ａ、７ｂは、コイル４ａ、４ｂを巻装する部分である。脚部７ａと脚部７ｂとは同一の形状であり、脚部７ａ、７ｂは、一定の長さを有する柱状の部材である。脚部７ａ、７ｂの断面の形状は、任意でよく、例えば、角が丸い矩形で良い。ヨーク部８ａ、８ｂは、脚部７ａと脚部７ｂとを繋ぐ連結部となる。ヨーク部８ａとヨーク部８ｂとは同一の形状である。ヨーク部と脚部とは一体に成形された一続きの部材としても良い。
【００１８】
環状コア３は、複数のコア部材を組み合わせて形成しても良い。図２に示すように、本実施形態の環状コア２は、コア部材３ａ、３ｂから形成され、コア部材３ａ、３ｂは、それぞれを接着する接着面３ｃを有し、接着面３ｃ同士を接着し環状になるように接続される。本実施形態において、コア部材３ａ、３ｂは、Ｕ字型形状のコア部材であり、２つのＵ字型形状のコア部材を２つ組み合わせて環状のコアとしている。以下、コア部材３ａ、３ｂをＵ字型コア３ａ、３ｂとする。この場合、脚部７ａは、２つのＵ字型コア３ａ、３ｂの一部を合わせて成る。脚部７ａは、Ｕ字型コア３ａの一部である脚部７１ａとＵ字型コア３ｂの一部である脚部７２ａとを合わせたものである。同様に、脚部７ｂは、脚部７１ｂと脚部７２ｂとからなる。
【００１９】
Ｕ字型コア３ａ、３ｂの接着面３ｃには、接着剤が塗布されＵ字型コア３ａ、３ｂを接着する。接着剤としては、特に限定されないが、熱硬化型の接着剤を用いることができる。接着剤としては、例えば、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系の接着剤が挙げられる。例示した中でも、エポキシ系の接着剤は強度が高いので好ましい。なお、本実施形態では、Ｕ字型コア３ａ、３ｂ間にスペーサを設けていないが、Ｕ字型コア３ａ、３ｂ間にスペーサを挟んでいても良い。
【００２０】
（コイル）
コイル４ａ、４ｂは、所定のコイル長を有するコイルであり、絶縁被覆を有する導線を数ターン巻回したものである。コイル４ａ、４ｂは、それらの構成において左右の一対であり、平行な脚部７ａ及び７ｂに巻回される。コイル４ａ、４ｂは、環状コア３の脚部の周囲を囲うように装着される。コイル４ａとコイル４ｂの巻回方向は、同一方向とする。コイル４ａ、４ｂは、脚部の長さ方向に沿って複数ターン巻回されることにより、そのコイル長を実現する。コイル４ａ、４ｂにおいて、それぞれのコイルにおいて、コイルの長さ方向、換言すれば脚部の長さ方向に延びる軸を巻軸とすると、コイル４ａ、４ｂの巻軸は、平行となる。コイル４ａ、４ｂは、平角線を巻回したエッジワイズコイルである。但し、コイル４ａ、４ｂの線材や巻き方は平角線のエッジワイズコイルに限定されず、他の形態であっても良い。
【００２１】
また、コイル４ａ、４ｂは、磁気的にも左右の一対である。換言すれば、コイル４ａで発生した磁束と、コイル４ｂで発生した磁束は、互いに反発し合う。同一方向に巻かれるコイル４ａ、４ｂから発生する磁束の向きは、電流の向きにより変化する。コイル４ａ、４ｂに対して、印加する電流の向きを制御することにより、コイル４ａで発生した磁束とコイル４ｂで発生した磁束を、互いに反発させる。
【００２２】
コイル４ａ、４ｂは、それぞれ個別の電源（図示せず）に接続される。コイル４ａ、４ｂの端部は、リアクトルの外部に引き出されており、外部電源などの外部機器と配線され接続される。外部電源からは、それぞれのコイルから反発し合う向きの磁束が発生するような電流がコイル４ａ、４ｂに対して供給される。すなわち、コイル４ａとコイル４ｂには、同じ向きの電流が供給される。コイル４ａ、４ｂに電流が流れると、コイル４ａ、４ｂを突き抜ける磁束が発生する。コイル４ａ、４ｂから発生した磁束は、ヨーク部８ａまたはヨーク部８ｂ上で反発し合う。つまり、リアクトル１を構成するコイル４ａ、４ｂから発生する磁束は互いに反発し合う。本実施形態のリアクトル１は、所謂反発磁気回路を形成する磁気反発型のリアクトルと言い換えることができる。
【００２３】
領域αの位置は、コイル４ａ、４ｂにおける磁束密度の関係によって移動するが、コイル４ａ、４ｂにおける磁束密度が同じ場合には、領域αの位置は、コイル４ａ、４ｂから等距離にあるヨーク部８ａの部分となる。その場合、図３においては、ヨーク部８ａの外周方向、及び内周方向に放出される。このなかで、内周方向に放出される磁束が、コイル４ａ、４ｂ方向に延びる。
【００２４】
（磁気シールド）
図２に示すように、環状コアには、４つの磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂが設けられる。磁気シールドは、領域αから内周方向に向かって放出された磁束の通り道となり、コイル４ａ、４ｂへ戻ることを抑制する。磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂは、板状の部材である。磁気シールドは、磁性体である。磁気シールドを磁性体とすることにより、磁束が流れ込んだ場合における渦電流の発生を抑制することができる。
【００２５】
磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂの形状は、領域αから内周方向に向かって放出された磁束を塞ぐ形状であれば、任意の形状で良い。例えば、脚部の周囲に突出するように配置される矩形の平面を有する板状の部材で良い。磁気シールド６１ａ、６２ａは、脚部から垂直方向に立設する。
【００２６】
また、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂは、コイル４ａ、４ｂを覆うように配置される。１つのコイルに対しては、２つの磁気シールドが配置される。コイルを覆うようにとは、挟み込むようにとも換言でき、例えば、磁気シールド６１ａ及び６２ａは、コイル４ａの巻軸方向の延長上、且つコイル４ａの両端に配置される。コイル４ａの視点では、コイル４ａの巻軸方向の延長線上側の一方には磁気シールド６１ａが配置され、コイル４ａの巻軸方向の延長線上の他方には磁気シールド６２ａが配置される。これは、コイル４ｂに配置されるコイル６１ｂ、６２ｂも同様である。また、それぞれの磁気シールドは、他の磁気シールドと所定の隙間を保って配置される。
【００２７】
磁気シールド６１ａ、６２ａの間にコイルが巻装されるが、コイル４ａ、４ｂと磁気シールド６１ａ、６２ａとは、所定の隙間を空けて配置される。コイル４ａがエッジワイズコイルの場合、板状のコイルは、脚部に対して垂直となるように巻き連ねられる。磁気シールド６１ａ及び６２ａが立設する箇所は、コイルの端部から離れた箇所であり、磁気シールド６１ａ及び６２ａは、コイル４ａから所定の距離を設けて配置される。そのため、コイルと磁気シールド６１ａ、６２ａの間には、所定の隙間ができる。
【００２８】
図３は、本実施形態のリアクトルのＵ字型コア３ａを上側から見た平面図であり、図４は、本実施形態のリアクトルを側面から見たＵ字型コアの側面図である。図３に示すように、1つのＵ字型コア３ａには、2つの磁気シールド６１ａ、６１ｂが配置される。Ｕ字型コア３ａの形状は、脚部７１ａ、７１ｂが板状の磁気シールド６１ａ、６１ｂの中央部分を貫くような形状である。すなわち、磁気シールド６１ａ、６１ｂは、中央部分で脚部７１ａ、７１ｂと接している。また、磁気シールド６１ａ、６１ｂの厚み方向には、ヨーク部８ａが存在する。厚み方向において、磁気シールド６１ａ、６１ｂとヨーク部８ａとの間には、長さＤ１の隙間が設けられる。この隙間を第１の隙間とする。また、磁気シールド６１ａ、６１ｂとの間には、長さＤ２の隙間が設けられる。この隙間を第２の隙間とする。
【００２９】
また、図４に示すように、磁気シールド６１ａ、６１ｂの形状は、４つの辺からなる長方形である。４つの辺の長さは、脚部７１ａ、７１ｂに装巻されるコイル４ａ、４ｂの直径よりも長い。Ｕ字型コア３ａと磁気シールド６１ａ、６１ｂとが同一の材質の場合には、磁気シールド６１ａ、６１ｂは、Ｕ字型コア３ａと一体に成形しても良い。また、中央部にＵ字型コア３ａが嵌る孔を設けた別体の磁気シールド６１ａ、６１ｂを、Ｕ字型コア３ａと別に用意しておき、磁気シールド６１ａ、６１ｂをＵ字型コア３ａに嵌め込むようにして通すことで、形成しても良い。
【００３０】
［１−２．作用］
上記のような構成を有するリアクトル１のコイル４ａ、４ｂに電流を流し、磁束が発生した場合には、それぞれのコイル４ａ、４ｂから磁束が発生する。発生した磁束は、ぶつかり合い、ぶつかり合った磁束の一部は、コイル４ａ、４ｂ方向に漏れ出る。このコイル４ａ、４ｂに戻る磁束を漏れ磁束とする。漏れ磁束は、磁気シールド内を経由して、コイル４ａ、４ｂから発生した磁束の流れに戻る。
【００３１】
図５は、従来のリアクトルで発生する磁束の様子を示す模式図であり、図６は、リアクトル１で発生した磁束の様子を示す図である。図５では、コイル４ａ、４ｂで発生した磁束のうち、コイル４ａ、４ｂの軸を含む平面における２次元的な磁束の流れのみに着目した。図５に示すように、コイル４ａ、４ｂからは、それぞれ磁束が矢印Ａ方向に発生する。発生した磁束は、領域αにおいて、反発しあい、一部の磁束が漏れ磁束としてコイルへぶつかる。
【００３２】
図６では、コイル４ａ、４ｂで発生した磁束のうち、コイル４ａ、４ｂの軸を含む平面における２次元的な磁束の流れのみに着目した。図６に示すように、コイル４ａ、４ｂからは、それぞれ磁束が矢印Ａ方向に発生する。一部は、磁気シールド６１ａ、６１ｂ内を通過し、外周方向へと延びる。そして、磁気シールド外周より外部へ放出される。また、コイル４ａ、４ｂで発生した磁束は、領域αで反発し、一部の磁束が漏れ磁束と磁気シールド６１ａ、６１ｂ内に流入する。そして、磁気シールド６１ａ、６１ｂ内に流入した磁束は、脚部７１ａ、７１ｂへと流れ、コイル４ａ、４ｂから発生した磁束の流れに戻る。このように、磁気シールド６１ａ、６１ｂをコイルから発生した磁束が反発しあう領域αと、コイル４ａとの間に設置することで、漏れ磁束がコイル４ａ、４ｂに戻ることを防止することができる。
【００３３】
また、図７は、本実施形態のリアクトルの磁束の流れを示す平面図である。図７は、リアクトルにおける磁束の流れを可視化したベクトルプロットである。図７に示すように、２つのコイル４ａ、４ｂから発生した磁束が反発し合う領域αでは、ほとんど磁束を示す矢印が存在しない。わずかに磁束を示す矢印が存在するが、この矢印は反発し合った磁束を示し、垂直方向に延びる矢印となる。
【００３４】
一方、磁気シールド６１ａ、６１ｂの内周側に位置する領域βでは、領域αで反発し合った磁束の一部が、磁気シールド６１ａ、６１ｂへ流入している。領域βで磁気シールド６１ａ、６１ｂ内に流入した磁束は、それぞれ磁気シールド内を移動する。そして、磁束は、磁気シールド６１ａ、６１ｂの外周側に位置する領域γにおいて外部へ放出される。
【００３５】
［１−３．効果］
（１）本実施形態のリアクトルは、一対の脚部７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂと一対のヨーク部８ａ、８ｂとからなるＵ字型コア３ａ、３ｂと、脚部７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂの軸方向に沿って同心上に巻装されるコイル４ａ、４ｂと、コイル４ａ、４ｂを覆うように設置される磁気シールド６１ａ、６１ｂと、を備える。コイル４ａ、４ｂは、脚部７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂに巻装されており、コイル４ａ、４ｂから発生する磁束が互いに反発し合う向きで巻き線が巻かれる。磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂｂは、コイルから発生する磁束が反発しあう領域αと、コイル４ａ、４ｂとの間に設置される。
【００３６】
さらに、本実施形態では、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂは、脚部と接するとともに、ヨーク部との間には第１の隙間を設けた。磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂが、ヨーク部と接している場合には、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂとヨーク部とか磁気的には一体となり、反発し漏れ磁束が磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ内を通過して、コイル４ａ、４ｂに流入する。一方、本実施形態のように、磁束部とヨーク部との間に隙間を設けることで、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂに流入した磁束は、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ内を移動し、コイル４ａ、４ｂへ戻ることを防止することができる。これにより、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを設けることにより漏れ電流がコイル４ａ、４ｂに流入することを防止することででき、発熱を抑制したリアクトルを提供することができる。
【００３７】
また、環状コア３は、複数の脚部と１つのヨーク部とからなるＵ字状コアである。このＵ字状コアは、複数の磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを有し、磁気シールド６１ａ、６１ｂ間及び、磁気シールド６２ａ、６２ｂ間には、第２の隙間部を設けた。これにより、磁気シールドが離れていることで、それぞれのコイル４ａ、４ｂに対する磁気シールドとして機能する。異なるコイル４ａ、４ｂを覆う磁気シールド６１ａ、６１ｂ間及び、磁気シールド６２ａ、６２ｂが互いに接していると、漏れ磁束に対するシールドとならずに、漏れ磁束が磁気シールド内を通過し、コイル４ａ、４ｂに流入することとなる。つまり、各々のコイル４ａ、４ｂに設置されたそれぞれの磁気シールド６１ａ、６１ｂ間及び、磁気シールド６２ａ、６２ｂ間に隙間を設けることで、磁気シールドを機能させ発熱を抑制したリアクトルを提供することができる。
【００３８】
（コイルに流入する漏れ磁束の低減）
表１は、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂがある場合と、ない場合のコイル４ａ、４ｂのターン数における損失を比較した表であり、図８は、表１を基に、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂの有無で異なる損失を示した図である。表１及び図８において、ターン数とは巻き数であり、１ターンとは、端から１ターン目を示している
【表１】
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【００３９】
図８及び表１に示すように、１ターン目において、磁気シールドがない場合の損失は２６．９（Ｗ）であり、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂがある場合の損失は１８．２（Ｗ）である。そして、磁気シールド無し、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ有り共に、ターン数が１０ターンへ進むにつれて、損失は低下する。一方、ターン数が１５ターンを超えると、磁気シールド無し、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ有り共に、損失が増加する。そして、２５ターン目において、磁気シールドがない場合の損失は２６．９（Ｗ）であり、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂがある場合の損失は１８．８（Ｗ）である。以上のことより、磁気シールドの有無にかかわらず、漏れ磁束の影響は、コイルの端部において、影響が大きい。そして、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを設けることで、漏れ磁束による渦電流損失を低減させることができる。これより、渦電流損失に起因する発熱を抑制したリアクトルを提供することができる。
【００４０】
（２）本実施形態では、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂを磁性体とした。磁気シールドを磁性体とすることにより、リップル電流に起因する発熱を抑制したリアクトルを提供することができる。図９は、磁気シールドがある場合、及び磁気シールドがない場合のリアクトルにおけるインダクタンスの重畳特性を示す図である。図９は、電流に対するインダクタンスの大きさを示している。図９に示すように、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを設けることで自己インダクタンスＬの上昇効果が得られる。一方、相互インダクタンスについても上昇しているが、その上昇量は少ない。図１０は、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂｂがある場合、及び磁気シールドがない場合のリアクトルにおける結合係数について示す図である。図１０は、電流に対する結合係数を示している。結合係数は、自己インダクタンスと相互インダクタンスより、次の式（２）より算出される。
【００４１】
［式（２）］
磁気結合係数=相互インダクタンスM／自己インダクタンスL
【００４２】
磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを設けたリアクトルでは、自己インダクタンスＬが上昇する。よって、磁気結合係数の算出の際に、分母に位置する自己インダクタンスＬが上昇することで、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを設けた場合の磁気結合係数は低くなる。
【００４３】
図１１（ａ）は、コイル４ａ側のリップル電流波形を示し、図１１（ｂ）は、コイル４ｂ側のリップル電流波形を示す。図１１（ａ）（ｂ）は、時間（ｓ）に対する電流（Ａ）の波形を示す。図１１（ａ）（ｂ）に示すように、コイル４ａ、４ｂ側ともに、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを設けたリアクトルでは、磁気シールドを設けない場合と比較して、電流値の最大値と最小値の差が小さくなる。換言すれば、リップル電流を低く抑えられる。つまり、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを設けることにより磁気結合係数が低く抑えられ、磁気結合動作時のリップル電流が低下する。リップル電流は、コイルの発熱に関与し、リップル電流が大きくなると、コイルの発熱量が大きくなる。そのため、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを設けることによりリップル電流を抑えることで、リップル電流に起因する発熱を抑制したリアクトルを提供することができる。
【００４４】
上述の通り本実施形態では、環状コア３と４つの磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂとを磁性体とした。環状コア３と磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂを一体成型する場合には、同一の材質としても良い。環状コア３と磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂの材質を同じ材質とすることで、環状コア３と磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂとを一体に成形することが可能となる。そのため、部品点数の削減が可能であり、それによる組立性向上を図ることが可能となる。一方、環状コア３と磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂを、異なる材質の磁性体とすることもできる。例えば、別体の磁気シールド６１ａ、６１ｂを、Ｕ字型コア３ａとは別に用意しておき、磁気シールド６１ａ、６１ｂをＵ字型コア３ａに嵌め込むようにして通すことで、形成しする場合などでは、それぞれを同一の材質とする必要はない。そのため、加工の観点、磁気特性の観点より、環状コア３に適した材質と、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂとに適した材質と選定することが可能なる。これにより、漏れ電流がコイル４ａ、４ｂに流入することを防止しつつも、加工性に優れたリアクトルや、より電流の流入を防止し発熱を抑制したリアクトルを提供することができる。
【００４５】
（３）本実施形態では、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂを磁性体としたが、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを設けることにより漏れ電流がコイル４ａ、４ｂに流入することを防止することでできれば、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ及び６２ｂは磁性体でなくても良い。例えば、アルミや銅などの導電性の良い金属とすることもできる。
【００４６】
（４）本実施形態では、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂは、コイルの両端部に設置した。磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂは、コイルから発生する磁束が反発し漏れた磁束が、コイルに流入することを防止するために設けられる。漏れ磁束がコイルに流入する際には、コイル４ａ、４ｂの両端近傍を通過する可能性が高い。そのため、コイル４ａ、４ｂに流入する漏れ磁束が通過する場所に磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを設けることで、効率よく、漏れ磁束がコイル４ａ、４ｂに流入することを防止することができる。これにより、漏れ磁束による渦電流損失の低減、及びリップル電流の低減を図ることができ、発熱を抑制したリアクトルを提供することができる。
【００４７】
本実施形態では、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂをコイル４ａ、４ｂの両端部に設置したが、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂがコイルを覆うように設置されていれば、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂは、コイルの両端部以外に設置しても良い。図１２（ａ）（ｂ）は、本実施形態の変形例１、２の構成を示す図である。図１２（ａ）では、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを、コイル４ａ、４ｂを覆うように設置している。図１２（ａ）では、１つのコイルの上下に、ボール形状の磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを設置する。図１２（ａ）では、断面がＬ字状の磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂをコイル４ａ、４ｂの上下に設置している。この際、上下の磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂの間には、一定の隙間が設けられる。また、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂは、脚部と接するが、コイル４ａ、４ｂ及びヨーク部とは接しない。
【００４８】
図１２（ｂ）でも、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂがコイル４ａ、４ｂを覆うように設置している。図１２（ｂ）では、１つのコイル４ａ、４ｂの上下に、円盤状の磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを設置する。円盤状の磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂは、外周側の円の半径がコイルの半径より長い。また、円盤状の磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂは、図示しない磁性体の部材により脚部と接続しても良い。脚部と磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂとを磁性体の部材により接続することで、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂと脚部間との間で磁束が流れやすくする。
【００４９】
実施形態では、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂは、Ｕ字型コアと一体に成形したり、別体の磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを脚部にはめ込んで形成したが、他の方法により磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂをコイル４ａ、４ｂで覆うように設置しても良い。例えば、脚部にコイル４ａ、４ｂを巻装した後、コイル４ａ、４ｂとともに樹脂でモールドする場合には、脚部に対して位置決めした磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂとともに樹脂でモールドすることもできる。つまり、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂをコイル４ａ、４ｂで覆うように設置することで、漏れ電流がコイル４ａ、４ｂに流入することを防止することででき、発熱を抑制したリアクトルを提供することができる。
【００５０】
（５）本実施形態の脚部は平行に設置され、脚部に設けられる磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂは、長方形である。磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂは、コイル４ａ、４ｂのサイズより大きいほうが、効率よく漏れ磁束のコイル４ａ、４ｂへの流入を防止することができる。また、コイル４ａとコイル４ｂとの磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ間の隙間が小さいほど、効率的に漏れ磁束をシールドすることができる。脚部が平行なＵ字型コアにおいては、コイル４ａとコイル４ｂに設置する磁気シールドの形状を長方形とすることで、効率良く、磁気シールド間の隙間を小さくすることが可能である。
【００５１】
［第１の変形例］
第１の実施形態では、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを、Ｕ字型コアと一体に成形したり、別体の磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを脚部にはめ込んで形成した。本変形例では、磁気シールドの装着方法を変更したものである。本変形例では、コイルを巻装した筒状のボビン９を脚部に装着する。このボビン９の両端にそれぞれ磁気シールドを設ける。
【００５２】
図１３（ａ）は、本変形例の構成を示す断面図である。図１３（ａ）に示すように、脚部には、脚部外周に沿うようにボビン９が装着される。ボビン９は筒状であり、その内側の形状は、脚部の形状と一致している。ボビンは、樹脂、磁性材や金属などの材質でなる。
【００５３】
そのため、リアクトル作成時には、ボビン９に対して、未接着のＵ字形状の脚部を装着し、その状態で他のＵ字コアを接着する。このように、コイル４ａ、４ｂを直接、脚部に巻装するのではなく、ボビン９を介して巻装することで、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを脚部に接続して配置するための工程を別途用意する必要がなくなる。磁気シールドを備えたボビン９を使用することで、磁気シールドを別途組み付ける必要が無いため組立性が向上する。また、ボビン９の両端に磁気シールドを配置する場合、ボビン９と磁気シールドとは、一続きの同一の部材としても良い。
【００５４】
［第２の変形例］
第２の変形例のリアクトルでは、図１３（ｂ）に示すように、コア部材の周囲を樹脂部材５で覆う。コア部材３の周囲を樹脂部材５で覆う方法としては、樹脂でモールド成形する。この際に、環状コアに対して位置決めをした磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂとともに、樹脂でモールドする。言い換えると、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂは樹脂部材５に埋没し、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂと環状コアとの相対位置が前記樹脂部材により固定される。そのため、磁気シールド６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂを別途組み付ける必要が無いため組立性が向上する。
【００５５】
［２．第２の実施形態］
第２実施形態について説明する。第２実施形態は、環状コアの片側に直列にコイル１０ａ、１０ｂを配置した。この形態においても、コイル１０ａ、１０ｂから発生した磁束が反発しあう領域αとコイル１０ａ、１０ｂとの間に、反発した磁束をコイル１０ａ、１０ｂに戻さないための磁気シールド１１ａ、１１ｂを配置することで、前記実施形態と同様の効果を奏することが可能である。
【００５６】
［２−１．構成］
図１４は、第２の実施形態の構成を示す断面図である。なお、第１実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５７】
（環状コア）
本実施形態のコア部材は、２つのＵ字型コア３ａ、３ｂである。Ｕ字型コア３ａ、３ｂの脚部７１ａ、７２ａにはコイル１０ａ、１０ｂを巻装し、他方の脚部７１ｂ、７２ｂにはコイルを巻装しない。そして、コイル１０ａ、１０ｂが巻装された側の脚部７１ａ、７２ａ同士を接着することで、コア部材を形成する。換言すれば、環状コアの片方の脚部を構成する脚部７１ａ、７２ａには、２つのコイル１０ａ、１０ｂが装着される。
【００５８】
コイル１０ａ、１０ｂは、左右の一対のコイルであり、コイル１０ａ、１０ｂの巻装方向は、逆方向である。巻装方向が逆向きのコイル１０ａ、１０ｂに、外部電源から電力供給し、それぞれのコイル１０ａ、１０ｂに同方向の電流が流れることで、コイル１０ａ、１０ｂからは、図中矢印Ｂに示す方向、即ち対抗するコイルへと向かう方向に磁束が発生する。
【００５９】
（磁気シールド）
図１４に示すように、Ｕ字型コアの片側の脚部には、２つの磁気シールド１１ａ、１１ｂが設けられる。１つの磁気シールド１１ａは、コイル４ａの端部に位置し、１つの磁気シールド１１ｂは、コイル４ｂの端部に位置する。本実施形態の磁気シールド１１ａ、１１ｂの形状は、コイルの端部を覆う形状であればよい。
【００６０】
［２−２．作用］
上記のような構成を有するリアクトルでは、２つのコイル１０ａ、１０ｂから発生する磁束の向きを逆方向とした。そのため、コイル１０ａ、１０ｂに電流を流し、磁束が発生した場合には、それぞれのコイル１０ａ、１０ｂから発生した磁束が、ぶつかり合う。
【００６１】
図１５は、リアクトル１で発生した磁束の様子を示す図である。図１５に示すように、コイル１０ａ、１０ｂからは、それぞれ磁束が矢印Ｂ方向に発生する。コイル１０ａで発生した磁束は、領域αにおいて反発しあう。そして、磁気シールド１１ａ内を通過し、コイル１０ａが巻かれていない脚部へと流入する。そして、ヨーク部８ａを経由してコイル１０ａ内へと戻る。このように、磁気シールド１１ａ、１１ｂをコイル１０ａ、１０ｂから発生した磁束が反発しあう領域と、コイル１０ａ、１０ｂとの間に設置することで、磁気シールド１１ａ、１１ｂが磁束の通り道として作用する。これにより、漏れ磁束がコイル１０ａ、１０ｂに戻ることを防止することができる。
【００６２】
［２−３．効果］
（コイルに流入する漏れ磁束の低減）
表２は、磁気シールド１１ａ、１１ｂがある場合と、ない場合の１０ａ、１０ｂのターン数における損失を比較した表であり、図１６は、表２を基に、磁気シールド１１ａ、１１ｂの有無で異なる損失を示した図である。表２及び図１６において、ターン数とは巻き数であり、１ターンとは、端から１ターン目を示している。本実施形態では、１０ターン側に磁気シールドが設けられる。
【表２】
2018060831.tif 000004
【００６３】
図１６及び表２に示すように、磁気シールド無し、磁気シールド１１ａ、１１ｂ有り共に、ターン数が３ターンから１０ターンへ進むにつれて、損失が増大する。１０ターン目において、磁気シールドがない場合の損失は６．６（Ｗ）であり、磁気シールド１１ａ、１１ｂがある場合の損失は４．４（Ｗ）である。以上のことより、磁気シールド１１ａ、１１ｂの有無にかかわらず、漏れ磁束の影響は、コイル１０ａ、１０ｂの端部において、影響が大きい。そして、磁気シールド１１ａ、１１ｂを設けることで、漏れ磁束による渦電流損失を低減させることができる。これにより、本実施形態においても、渦電流損失に起因する発熱を抑制したリアクトルを提供することができる。
【００６４】
［３．他の実施形態］
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００６５】
例えば、第１の実施形態において、コイル４ａで発生した磁束とコイル４ｂで発生した磁束を、互いに反発させるために、同一方向に巻いたコイル４ａ、４ｂに対して、それぞれ同じ向きの電流を流した。しかしながら、コイル４ａで発生した磁束とコイル４ｂで発生した磁束とが、反発し合えば、コイルの巻く方向、及び電流の向きは、任意で良い。例えば、コイル４ａとコイル４ｂとを逆方向に巻き、コイル４ａとコイル４ｂとに逆方向の電流を流しても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１…リアクトル
３…環状コア
３ａ，３ｂ…Ｕ字型コア
３ｃ…接着層
４ａ，４ｂ…コイル
５…樹脂部材
７ａ，７ｂ…脚部
８ａ，８ｂ…ヨーク部
９…ボビン
１０ａ，１０ｂ…コイル
１０…リアクトル本体
１１ａ、１１ｂ…磁気シールド
６１ａ、６１ｂ…磁気シールド
６２ａ、６２ｂ…磁気シールド
６２ｂ…磁気シールド
７１ａ、７１ｂ…脚部
１０１…環状コア
１０５…コイル
【図１】
2018060831.tif 000005
【図２】
2018060831.tif 000006
【図３】
2018060831.tif 000007
【図４】
2018060831.tif 000008
【図５】
2018060831.tif 000009
【図６】
2018060831.tif 000010
【図７】
2018060831.tif 000011
【図８】
2018060831.tif 000012
【図９】
2018060831.tif 000013
【図１０】
2018060831.tif 000014
【図１１】
2018060831.tif 000015
【図１２】
2018060831.tif 000016
【図１３】
2018060831.tif 000017
【図１４】
2018060831.tif 000018
【図１５】
2018060831.tif 000019
【図１６】
2018060831.tif 000020
【図１７】
2018060831.tif 000021