(57)【要約】【課題】本発明は並列巻線型リアクトルとトランス及びコモンモードチョークコイルにおいて,巻線の線間容量が小さく高周波特性にすぐれ、ギャップ近傍から発生する漏れ磁束による渦電流損失を低減させ、安価な材料を使用でき製造工数を少なくすることができる巻線構造を目的とする。【解決手段】絶縁被覆を有する複数の丸線材８を一列に並列に並べて構成した線材ブロック１７を具備し該線材ブロック１７を一列に並列に並べた長手方向に対して、磁性体１０と垂直方向に、筒状に積層して巻き回したコイル１４を具備することを特徴としたリアクトルとトランス及びコモンモードチョークコイル【選択図】図１
2011044534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの磁性体と前記磁性体に少なくとも１回巻きつけた巻線を有するコイルを含むリアクトル素子であって、前記巻線は、絶縁被覆を有する丸線材からなり、前記コイルは、前記巻線を一列に並列に並べて構成した線材ブロックを構成する前記巻線の並ぶ方向を、前記磁性体に対して垂直方向に前記磁性体に沿って筒状に積層して構成されることを特徴とするリアクトル素子。
【請求項２】
２つ以上の脚をもつ、少なくとも１つの磁性体と、前記磁性体のそれぞれの脚に少なくとも１回づつ巻きつけた巻き線を有するコイルを含むリアクトル素子であって、前記巻き線は、絶縁被覆を有する丸線材からなり、前記コイルは、前記巻線を一列に並列に並べて構成した線材ブロックを構成する前記巻線の並ぶ方向を、前記磁性体のそれぞれの脚に対して垂直方向に前記磁性体の脚に沿って筒状に積層し、前記磁性体の１つの脚に巻きつけたコイルの巻き方向に対して、その他の脚に巻きつけたコイルの巻き方向を逆として構成されることを特徴とするリアクトル素子。 
【請求項３】
少なくとも１つの磁性体と、前記磁性体の脚に少なくとも３回巻きつけた巻線を有するコイルを含むリアクトル素子であって、前記巻線は、絶縁被覆を有する丸線材からなり、前記コイルは、前記巻き線を一列に並列に並べて構成した線材ブロックを構成する前記巻線の並ぶ方向を、前記磁性体のそれぞれの脚に対して垂直方向に前記磁性体の脚に沿って筒状に積層し、巻きつけの途中にて、前記線材ブロックの前記複数の丸線材の並ぶ順番に対して、前記複数の丸線材を逆の順番に並べ代え、続けて前記線材ブロックを前記垂直方向に巻きつけて構成されることを特徴とするリアクトル素子。
【請求項４】
(公知の説明)
請求項１に記載のあるコイルによって構成されたトランス
【請求項５】
(公知の説明)
請求項３に記載のあるコイルによって構成されたトランス
【請求項６】
(公知の説明)
請求項１に記載のあるコイルによって構成されたコモンモードチョーク
【請求項７】
(公知の説明)
請求項２に記載のあるコイルによって構成されたコモンモードチョーク
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換回路等に使用されるリアクトル素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電力用スイッチで構成され、直流電力を、ＰＷＭ制御によって交流電力に変換する電力変換装置は、モーター駆動用インバータ、無停電電源装置などに用いられている。    半導体を使用した電力変換装置にはほとんどの場合、リアクトルを使うことが多い。中でもパワー系の電力変換器には大型のリアクトルを使用することが多い。このリアクトルは電力変換装置の中でも電力損失が大きく、エネルギ−問題やCO2削減の問題からもリアクトルの損失低減に注目が集まっている。
また、スイッチングにより発生する電磁ノイズに関しても問題が多く。スイッチングを改善する方法（特開2000-262066）なども提案されており注目が集まっている。またリアクトルの浮遊容量を減らすことで高周波特性のよいコイルを実現でき、この提案も行われている(実開平6-55212)。
【０００３】
リアクトルの損失は大きく(1)銅損失、(2)鉄損失、(3)渦電流損失の３つに分けられる。
(1)の銅損失は銅材に流れる電流量と周波数によって変わる抵抗値による損失である。
(2)の鉄損失は磁性体内のヒステリシス損失とコア内の渦電流損失による損失である。
(3)の渦電流損失はエアギャップなどから発生するリアクトルの漏れ磁束により、コイルなどに渦電流が流れ、その損失である。渦電流損失の現象は従来からわかっていた内容であるがその対策については未開な部分も多い。
また、リアクトルの浮遊容量については、低浮遊容量であれば、高周波を伝達しにくくできるためコモンモードチョークにて構成する場合、電磁ノイズを低減しやすい。また、インバータのリアクトルとして使用した場合も、高周波を伝達しにくくできるため、リアクトルにて電磁ノイズの低減が可能である。さらに浮遊容量の少ないリアクトルは高周波を伝達しにくいため、高周波スイッチング時に損失が少ない。
これらに使われる線材は銅線に絶縁被覆をコーティングしたものを使用するが、エッジワイズ型のコイルに使う平角線材は断面が四角く角があるため、絶縁被覆が均一にコーティングできない問題があり、絶縁方法が難しく、高価なものとなってしまい、さらに信頼性が低い。丸線材は断面が丸いため角も無く絶縁被覆のコーティングは容易に均一にできるため、安価で絶縁の信頼性が高い。
【０００４】
図１，２のエッジワイズリアクトルは銅断面積を大きくしたものである。
(1)の銅損失についてはエッジワイズリアクトルのように巻線の断面積を大きくしたり、高周波の場合は表皮効果によりリッツ線を使用して抵抗値を減らす工夫はおこなわれている。
(2)の鉄損失については、鉄（コア）形状を変えたり、磁性体の断面積を大きくすることで損失改善をする工夫はおこなわれている。
(3)の渦電流損失については特開H7-302720にあるように特に高周波で使われるボビンにて検討される例がある。
これは、エアギャップ付近に渦電流損失が発生するため、巻線をおこなうボビンをあらかじめ、ボビン成型時に凸型にし、この部分に巻線をおこなわない工夫をしているものである。ただし、これはボビンを使用する小型のリアクトルに対する技術である。ボビンを使用しない大型のリアクトルに対する技術は未開である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図1、２の構成ではエアギャップ９付近の漏れ磁束３により、渦電流４が流れ易くなる。
この場合、渦電流損失がコイルにて多く発生するため、前記(3)の渦電流損失が大きくなる。
図3の従来の層間巻きコイルでは、下の層から巻いていくことができるため、特に太い線材の場合では製造上非常に作りやすく従来この製造方法が取られてきた。しかし層間接触があり端子間距離が近く浮遊容量が大きくなる、図1のエッジワイズリアクトルに使われている図4のエッジワイズコイルでは端子間距離が遠くなるものの、巻線同士が面接触しているため、浮遊容量は若干大きい。この場合、浮遊容量が大きいため電磁ノイズが大きくなる。さらに超高周波スイッチング時の損失が大きくなる。さらに線材に平角線材を使用する場合、丸線の絶縁よりも絶縁被覆のコーティングが難しく絶縁被覆を厚くする必要がある。また、外側と内側の収縮が大きく違うため、巻線加工のスピードをあげられない。この場合、線材が高価となり、さらに巻線加工スピードをあげられないため、製造時間が長くなり高価となる。また、絶縁被覆の信頼性が低くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
(請求項１)
少なくとも１つの磁性体と、前記磁性体に少なくとも１回巻きつけた巻き線を有するコイルを含むリアクトル素子であって、前記巻き線は、絶縁被覆を有する丸線材からなり、前記コイルは、前記巻き線を一列に並列に並べて構成した線材ブロックを構成する前記複数の丸線材の並ぶ方向を、前記磁性体に対して垂直方向に前記磁性体に沿って筒状に積層して構成されるリアクトル素子であることを特徴とする。
【０００７】
(請求項２)
２つ以上の脚をもつ、少なくとも１つの磁性体と、前記磁性体のそれぞれの脚に少なくとも１回づつ巻きつけた巻き線を有するコイルを含むリアクトル素子であって、前記巻き線は、絶縁被覆を有する丸線材からなり、前記コイルは、前記巻き線を一列に並列に並べて構成した線材ブロックを構成する前記複数の丸線材の並ぶ方向を、前記磁性体のそれぞれの脚に対して垂直方向に前記磁性体の脚に沿って筒状に積層し、前記磁性体の１つの脚に巻きつけたコイルの巻き方向に対して、その他の脚に巻きつけたコイルの巻き方向を逆として構成されるリアクトル素子であることを特徴とする。
【０００８】
(請求項３)
少なくとも１つの磁性体と前記磁性体の脚に少なくとも３回巻きつけた巻き線を有するコイルを含むリアクトル素子であって、前記巻き線は、絶縁被覆を有する丸線材からなり、前記コイルは、前記巻き線を一列に並列に並べて構成した線材ブロックを構成する前記複数の丸線材の並ぶ方向を、前記磁性体のそれぞれの脚に対して垂直方向に前記磁性体の脚に沿って筒状に積層し、巻きつけの途中にて、前記線材ブロックの前記複数の丸線材の並ぶ順番に対して、前記複数の丸線材を逆の順番に並べ代え、続けて前記線材ブロックを前記垂直方向に巻きつけて構成されるリアクトル素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この様な構成では，丸線を並列にした線材ブロックを使用しているため、エッジワイズリアクトルなどの縦巻き平角線の場合の渦電流損失より、本提案品では損失改善する。これは本巻線構造によるリアクトルはエアギャップ部の漏れ磁束から発生する渦電流損失を低減することができるためである。
また、平角線を使用した面接触に比べて、本線材ブロックを使用した場合、巻線間は線接触であるため、浮遊容量を低減できる。特に層間巻きコイルに比べると浮遊容量が少ないため、電力変換装置に使用した場合、電磁ノイズを抑制できる。また、浮遊容量による損失が大きい高周波の電力変換装置に、本コイルを使用した場合では、損失を減らす効果が大きい。
材料を平角線材を使用せず、丸線材を使用できるため材料が安価に構成でき、巻線加工スピードを早めることができるため、安価にできる。特にエッジワイズ巻線と比較すると、丸線材を使用できるため材料が安価に構成でき、絶縁被覆に負荷が少ないため、巻線加工スピードを早めることができるため、層間巻きコイルと同様に安価にできる。
これらの効果はリアクトルにて使用したとき意外でも、トランス、コモンモードチョークについても同様の効果を得られる。このため、低コスト、低損失、低ノイズな製品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の対象となる従来のエッジワイズリアクトル構成図(１脚)
【図２】本発明の対象となる従来のエッジワイズリアクトル断面図(１脚)
【図３】本発明の対象となる従来の層間巻きコイル構成図
【図４】本発明の対象となる従来のエッジワイズコイル構成図
【図５】本発明の係わる第１実施例における提案コイル構成図
【図６】本発明の係わる第１実施例における提案リアクトル断面図(１脚)
【図７】本発明の対象となる従来のエッジワイズリアクトル断面図(２脚)
【図８】本発明の係わる第２実施例における提案リアクトル断面図(２脚)
【図９】本発明の係わる第３実施例における提案リアクトル断面図(１脚)
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の第１実施例について図２、４、５、６を用いて説明する．
【実施例１】
【００１２】
図５、図６において，８は丸線材、１７は線材ブロック、６は巻き始め端子１，７は巻き終わり端子２、１０はフェライトコア、１４がコイル、９がエアギャップ、に対応する。
エアギャップはフェライトコアの中央磁脚を研磨して幅を設けたり、複数のエアギャップを設けたりする。
コイル１４は絶縁被覆を有する複数の丸線材８を一列に並列に並べて構成した線材ブロック１７によって構成される。
コイルは端子１より線材ブロック１７を巻き始め所望のターン数を巻き、巻き終わりに端子２を構成する。
本コイルをフェライトコアの中脚部分に取り付ける。
本実施例はこのような形態となる。
また、同図の作用は以下の通りである。
端子１から端子２へ高周波電流を導通させるとエアギャップ９の漏れ磁束３が発生する。漏れ磁束３の磁路の銅材が、図２のように従来平角線エッジワイズリアクトルの場合には渦電流ループが大きいため流れやすく損失が大きかったが、本実施例の場合は丸線材を複数に構成しているため、渦電流ループが小さくなる。これにより渦電流が小さくなり損失が減る。
端子１と端子２間にある浮遊容量は、図４の従来の平角線エッジワイズコイルの場合の面接触の場合と比べると、本方式の丸線材の場合、線接触となるため、この浮遊容量は小さくなる。また、この場合、平角線より安価な丸線材を使用できる。
【実施例２】
【００１３】
本発明の第２実施例について図４、５、７、８を用いて説明する．
図５、図８において，１０は珪素鋼板のカットコア、１４はコイル、６巻き始め端子１、７巻き終り端子２、９がエアギャップに対応する。
エアギャップはカットコアの２つの磁脚に同じエアギャップ材(ノーメックス、ルミラーなど)を使用してエアギャップ幅を設ける。
２４、２５のコイル１、２は絶縁被覆を有する複数の丸線材８を一列に並列に並べて構成した線材ブロック１７によって構成される。
筒状に積層して反時計回方向に巻き回したコイル１と同様に筒状に積層して時計回方向に巻き回したコイル２で構成されている。
全体構成は磁性体の第一の脚２０にコイル１を構成し、前記磁性体の第二の脚２１にコイル２を構成している。
本実施例はこのような形態となる。
また、同図の作用は以下の通りである。
第１実施例と同様に渦電流損失が少なくなる。
第１実施例と同様に電磁ノイズ抑制ができる。
第１実施例と同様に安価な丸線材を使用できる。
【実施例３】
【００１４】
本発明の第３実施例について図９を用いて説明する．
図５，図９において，１０はフェライトコア、１４がコイル、９がエアギャップ、に対応する。磁性体の構成は第１実施例と同様である。
コイル１、２は絶縁被覆を有する複数の丸線材８を一列に並列に並べて構成した線材ブロック１７によって構成される。
コイルは端子１より線材ブロック１７を巻き始め所望のターン数を巻き、巻き終わりに端子２を構成する。
コイル１で線材ブロックの磁性体側の部分が、コイル２ではコイルの外側に、入替点１５にて入れ替えられる。全体構成は第１実施例と同様である。
本実施例はこのような形態となる。
また、同図の作用は以下の通りである。
第１実施例と同様に渦電流損失が少なくなる。
第１実施例と同様に電磁ノイズ抑制ができる。
第１実施例と同様に安価な丸線材を使用できる。
【符号の説明】
【００１５】
１    エッジワイズコイル
３    漏れ磁束
４    渦電流
５    絶縁被覆
６    端子１(巻き始め側)
７    端子２(巻き終り側)
８    丸線材
９    エアギャップ
１０  磁性体
１２  中央磁脚
１４  コイル
１５  入替点
１７  線材ブロック
２０  磁性体の第一の脚
２１  磁性体の第二の脚
２４  第一のコイル
２５  第二のコイル
【図１】
2011044534.tif 000003
【図２】
2011044534.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011044534.tif 000008
【図７】
2011044534.tif 000009
【図８】
2011044534.tif 000010
【図９】
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