(57)【要約】      （修正有）【課題】インダクタの小型化・薄型化を阻害することなく、又、発熱による安全性の低下も発生しない方法でギャップでの漏れ磁束を低減するインダクタを提供する。【解決手段】励磁コイル４に励磁電流が流れた際にギャップ７で発生し励磁電流の大きさに比例した大きさで発生する磁気吸引力でギャップに挿入された圧電素子に力Ｆを加えて発電を行い、この電力で打消しコイル６に電流を流して打消し磁束Φｃを発生させる。このため、励磁コイル４の線径や励磁電流の大きさを考慮せず、所定の打消し磁束Φｃを発生させることができ打消しコイル６の巻線の線径を自由に選択することができるため、打消しコイル６を小型化することができ、打消しコイル６の設置性が向上すると共に、リアクトル１の小型化・薄型化を阻害することがない。【選択図】図２
2011096744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料からなり一部にギャップを有するコアと、同コアに巻装される励磁コイルと、前記ギャップに配置された圧電素子と、同圧電素子に接続されると共に前記ギャップの近傍に配置された打消しコイルとを備え、
前記ギャップで発生する漏れ磁束を、前記打消しコイルで発生させる打消し磁束で打消すことを特徴とするインダクタ。
【請求項２】
前記圧電素子と前記打消しコイルとの間に、前記打消し磁束を調整するための調整回路を備えたことを特徴とする請求項１記載のインダクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアにギャップを設けたインダクタに係り、特に、ギャップに圧電素子を挿入し、圧電素子から供給される電力を用いて磁気特性の改善を行うインダクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リアクトル及びチョークコイルといったインダクタにおいては、コアの磁気飽和特性を改善するためにコアにギャップを設けて、コアに所定回数巻回するコイル（以下、励磁コイルと記載する）に大電流が流れた際に、ギャップでの磁気抵抗を大きくすることによってコアで磁気飽和が発生しないようにしている。しかし、コアにギャップを設けるとギャップから漏れ磁束が発生し、リアクトルあるいはチョークコイル周辺に設置されている電子機器に漏れ磁束が影響を及ぼして電子機器の誤動作等不具合が発生するという問題があった。
【０００３】
この漏れ磁束による影響を防ぐために、リアクトルあるいはチョークコイルを鉄等の軟磁性材料で形成されたケースに挿入してシールドすることによって、漏れ磁束がケースより外側に漏れないようにすることが行なわれている。しかし、このような方法ではケースを設けることによってリアクトル及びチョークコイルの小型化・薄型化が困難となり、リアクトルあるいはチョークコイルを設ける電気機器の小型化・薄型化を阻害するという問題があった。
【０００４】
このような問題点を解決する方法として、コアのギャップ近傍に、ギャップで発生する漏れ磁束と反対の方向の磁束（以下、打消し磁束と記載する）が発生するよう巻回されたコイル（以下、打消しコイルと記載する）を設けて漏れ磁束を低減する方法（例えば、特許文献１参照）や、ギャップ断面積より少し大きい軟磁性材料で形成された箔を複数枚重ねてギャップに挿入して漏れ磁束を低減する方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【０００５】
特許文献１に開示されているのは、ギャップを設けたトロイダルコアに励磁コイルを巻回してなる大電流用インダクタにおいて、ギャップ近傍に打消し磁束を発生する打消しコイルを配置し、打消しコイルと励磁コイルとを直列接続している。トロイダルコア内に生じる磁束は励磁コイルを流れる励磁電流の上昇に伴って大きくなり、これによって漏れ磁束も大きくなるが、打消しコイルは励磁コイルと直列接続されているため、励磁電流の上昇に伴って打消しコイルで生じる打消し磁束も大きくなるので、インダクタの動作に対し追随性のよい漏れ磁束の低減を行なうことができる。
【０００６】
しかしながら、この方法では打消しコイルは励磁コイルと直列接続されているため、打消しコイルにも励磁コイルに流れる励磁電流が流れることとなる。励磁電流は通常値が大きい（例えば１０（Ａ））ため、励磁コイルに使用されている巻線（一般的に銅線が使用される）は流れる励磁電流による発熱や抵抗値変化を考慮して線径が決められており、例えば直径が１．５ｍｍや２．０ｍｍといった比較的線径の大きい巻線が選択されるが、同じ励磁電流が流れる打消しコイルの巻線も励磁コイルと同等かそれ以上の線径とする必要がある。
【０００７】
打消しコイルは漏れ磁束を打ち消せるだけの打消し磁束を発生させるために、巻き回数を数十〜数百回とする必要があるが、上述したように打消しコイルの巻線径は大きいため、打消しコイルが非常に大きなものとなってしまう。このため、打消しコイルをインダクタのギャップ近傍に配置することが困難となったり、配置できた場合でもインダクタの小型化・薄型化の障害になるという問題があった。
【０００８】
一方、特許文献２に開示されているのは、ギャップを設けたトロイダルコアに励磁コイルを巻回してなるインダクタにおいて、ギャップ断面積より少し大きく、鉄や珪素鋼等の保磁力が小さく透磁率が大きい軟磁性材料で形成された箔を複数枚重ねてギャップに挿入している。軟磁性材料で形成された箔はギャップ断面積より大きいため、ギャップで生じた漏れ磁束は軟磁性材料で形成された箔を通ってトロイダルコアに引き込まれるので、漏れ磁束の低減を行なうことができると共に、挿入する軟磁性材料箔はギャップ断面積より少し大きい程度であるためインダクタの小型化・薄型化に対して障害とはならない。
【０００９】
しかしながら、このような方法では、軟磁性材料箔を漏れ磁束が通過する際に渦電流が発生するため、渦電流損により軟磁性材料箔が発熱しトロイダルコアを加熱する虞があり、安全性の確保に問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−１２１２３９号公報（第２〜３頁、第１図）
【特許文献２】特開平１１−１２１２４０号公報（第２頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は以上述べた問題点を解決し、インダクタの小型化・薄型化を阻害することなく、又、発熱による安全性の低下も発生しない方法でギャップでの漏れ磁束を低減するインダクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上述の課題を解決するものであって、本発明のインダクタは、コアに設けられたギャップに圧力が加わると発電する圧電素子を挿入し、圧電素子で発生した電圧をギャップ近傍に配置された打消しコイルに印加することで、ギャップから発生する漏れ磁束を打消すための打消し磁束を打消しコイルから発生させて漏れ磁束を低減するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のインダクタは、励磁コイルに励磁電流が流れた際にギャップで発生し励磁電流の大きさに比例した大きさで発生する磁気吸引力でギャップに挿入された圧電素子に力を加えて発電を行い、発生した電圧を打消しコイルに印加して打消し磁束を発生させている。打消しコイルに流れる電流は、励磁電流に比べてはるかに小さいので、所定の打消し磁束を発生させることができれば打消しコイル巻線の線径を自由に選択することができるため、打消しコイルを小型化することができ、打消しコイルの設置性が向上すると共に、インダクタの小型化・薄型化を阻害することがない。
【００１４】
また、ギャップで発生する漏れ磁束を打消しコイルで発生する打消し磁界で打ち消すことによって低減しているため、漏れ磁束が軟磁性材料を通過して発生する渦電流損による発熱を防ぐことができ、インダクタの安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施例であるリアクトルの説明図であり、（Ａ）はリアクトルの要部断面図、（Ｂ）は打消しコイルの概略図、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例における漏れ磁束低減の原理を説明する図であり、（Ａ）はギャップでの漏れ磁束説明図、（Ｂ）は圧電素子に加わる力の説明図、（Ｃ）は打消し磁束の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施例における漏れ磁束と打消し磁束の位相関係を説明する図であり、（Ａ）は漏れ磁束と圧電素子の出力電圧の位相を表す位相関係図１、（Ｂ）は漏れ磁束と調整手段前／中での出力電圧及び打消し磁束の位相を表す位相関係図２である。
【図４】本発明の第１の実施例における打消し磁束の周期及び位相を調整する調整回路のブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施例であるチョークコイルの説明図であり、（Ａ）はチョークコイルの要部断面図、（Ｂ）は打消しコイルの概略図、（Ｃ）は漏れ磁束低減の原理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、実施例としては、インダクタの一種であり、空気調和機等に力率改善用等として使用されるリアクトルや、ノイズフィルタやインバータ回路等に使用されるチョークコイルを例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。
【実施例１】
【００１７】
図１は、第１の実施例であるリアクトルの構成を示している。図１（Ａ）の要部断面図に示すように、このリアクトル１は、Ｅ型コア２と、Ｉ型コア３と、励磁コイル４と、圧電素子５と、打消しコイル６とで構成されている。また、図示は省略するが、励磁コイル４に巻き付けられてＥ型コア２及びＩ型コア３と励磁コイル４とを絶縁するための絶縁紙や、リアクトル１を電気機器に取り付けるための底板、リアクトル１を電気機器の制御基板と接続するためのリード線や端子及び端子台がそれぞれ設けられている。
【００１８】
Ｅ型コア２は珪素鋼鈑等の軟磁性材料を積層して形成され、正面から見て略Ｅ型の形状を有し所定の奥行き寸法とされている。このＥ型コア２は、中央部に設けられた中脚２ａと、その両側に設けられた外脚２ｂを供えており、中脚２ａは図１（Ａ）に示すように外脚２ｂに比べて短く形成されている。また、外脚２ｂの幅寸法Ｈに対し中脚２ａの幅寸法は２倍の２Ｈとされている。
【００１９】
Ｉ型コア３は珪素鋼鈑等の軟磁性材料を積層して形成され、所定の寸法で略直方体形状とされている。このＩ型コア３の厚み寸法はＥ型コア２の外脚２ｂの幅寸法Ｈと、Ｉ型コア３の奥行き寸法はＥ型コア２の奥行き寸法Ｈとそれぞれ同じ寸法とされており、図１（Ａ）に示すようにＥ型コア２の外脚２ｂの先端部の端面が、Ｉ型コア３の対応する面と溶接等によって接合されて長さがｌ２の磁路を有するコアが形成される。
【００２０】
また、Ｅ型コア２の中脚２ａの先端面とＩ型コア３の対応する面によって、図１（Ａ）に示すようにギャップ７が形成される。ギャップ７を設けることにより、ギャップ７での磁気抵抗を大きくしてコアで磁気飽和が発生しないようにすることで、リアクトル１の磁気飽和特性を改善している。ギャップ７の寸法は、幅寸法がＥ型コア２の中脚２ａの幅寸法であるＨ、高さ寸法は中脚２ａの先端部とＩ型コア３下面との距離であるｌ１、奥行き寸法がＥ型コア２の奥行き寸法と同じ寸法となっている。
【００２１】
励磁コイル４は、銅等の導体にポリエステル系の絶縁被膜を設けた絶縁電線、所謂マグネットワイヤーを所定の回数／形状に巻回して形成されている。この励磁コイル４には上述したように、Ｅ型コア２及びＩ型コア３と接触する箇所に紙等の絶縁体で形成された絶縁紙が巻装されており、Ｅ型コア２及びＩ型コア３と励磁コイル４とが絶縁されている。
【００２２】
圧電素子５は、プラスチックの一種であるポリフッ化ビリニデン（ＰＶＤＦ）やセラミックスの一種であるジルコン酸チタン酸鉛等といった誘電体の一種である圧電体を２枚の電極で挟んでなる素子であり、一般にピエゾ素子とも呼ばれるものである。この圧電素子５は、加えられた力を電圧に変換する圧電効果を有しており、加えられる力が大きいほど発生する電圧値も大きくなる。図１（Ａ）に示すように、圧電素子５はリアクトル１のギャップ７に挿入されており、大きさがＥ型コア２の中脚２ａ断面積Ｓ（＝中脚２ａの先端部面積）とされた圧電体を複数枚重ねて２枚の電極で挟みギャップ７の寸法であるｌ１と略同じ寸法とされている。
【００２３】
打消しコイル６は、図１（Ｂ）の打消しコイル概略図および図１（Ｃ）の（Ｂ）におけるＤ−Ｄ断面図に示すように、銅等の導体にポリエステル系の絶縁被膜を設けた絶縁電線、所謂マグネットワイヤーである巻線６ｃを所定の回数／形状に巻回してコイル部６ａが形成されており、巻線６ｃの巻き始め及び巻き終わりの一部を所定の長さでコイル部６ａより引き出して、圧電素子５と接続するためのリード線６ｂが形成されている。図１（Ａ）に示すように、打消しコイル６はギャップ７の近傍、より具体的にはＥ型コア２の中脚２ａの一部及び圧電素子５を囲むように設置されている。
【００２４】
次に図１乃至図４を用いて、リアクトル１のギャップ７で発生する漏れ磁束を、圧電素子５及び打消しコイル６の動作により低減する原理について説明する。励磁コイル４に交流電流である励磁電流が流れると、励磁電流の向きによってＥ型コア２の中脚２ａ→ギャップ７→Ｉ型コア３→Ｅ型コア２の外脚２ｂの順あるいはこの逆順でコアを磁束が通過する。この時、図２（Ａ）に矢印で示すように、ギャップ７の外側にはコアを流れる磁束の一部が漏れて漏れ磁束Φｍが発生する。尚、図２（Ａ）では漏れ磁束の発生状態をわかりやすくするために圧電素子５及び打消しコイル６の記載は省略している。
【００２５】
一方、図２（Ｂ）に示すように、ギャップ７ではＥ型コア２及びＩ型コア３を磁束が通過することにより発生する磁気吸引力（励磁電流の向きによって、Ｅ型コア２の中脚２ａ先端面がＮ極／Ｉ型コア３の対応する面がＳ極、あるいはその逆となって互いに引き付けあう力が発生する）によって、ギャップ７に挿入されている圧電素子５に力Ｆが加わる。
【００２６】
圧電素子５に力Ｆが加わると、圧電素子５で電圧が発生する。この電圧が圧電素子５に接続されている打消しコイル６に印加され打消しコイル６に電流が流れると、図２（Ｃ）に矢印で示すように打消しコイル６では打消し磁束Φｃが発生する。打消し磁束Φｃの大きさは、打消しコイル６に加わる電圧値に応じて巻線６ｃの巻回数を決定することで漏れ磁束Φｍと同じ大きさに調整できるが、打消し磁束Φｃの位相は漏れ磁束Φｍからずれるため、別途位相の調整を行なわないと打消し磁束Φｃで漏れ磁束Φｍを打ち消すことができない。この位相を調整する方法について次に説明する。
【００２７】
図３は、漏れ磁束Φｍと打消し磁束Φｃの位相関係を説明する波形図であり、図３（Ａ）は漏れ磁束Φｍと圧電素子５の出力電圧Ｅｃの波形を、（Ｂ）は漏れ磁束Φｍと後述する調整手段前／中での出力電圧Ｅｃ１／Ｅｃ２及び打消し磁束Φｃの波形を、それぞれ示している。尚、図３（Ａ）／（Ｂ）共に横軸は時間（ωｔ）、縦軸は振幅を表しており、ここでは主に位相関係についての説明を行なうため、縦軸は任意の値とし単位の記載等は省略している。
【００２８】
漏れ磁束Φｍはコアを通過する磁束と同位相であり、リアクトル１のコアを通過する磁束は励磁コイル４を流れる励磁電流（交流電流）によって発生するため、コアを流れる磁束と励磁電流は同位相となる。従って、漏れ磁束Φｍは励磁電流と同位相であり、図３（Ａ）に示すように漏れ磁束Φｍの波形は漏れ磁束Φｍ５０のようになる。また、漏れ磁束Φｍの振幅値がプラスの場合とマイナスの場合とでは、リアクトル１のコアを通過する磁束の向きは逆となる。
【００２９】
一方、圧電素子５に加わる力Ｆは、リアクトル１のコアを通過する磁束の向き（＝漏れ磁束Φｍの向き）がどちらであってもギャップ７で発生する磁気吸引力は同様に発生するため、漏れ磁束Φｍの振幅がプラス側であってもマイナス側であっても同じ大きさの力Ｆが発生する。従って、力Ｆを受けて圧電素子５で発生する出力電圧Ｅｃも力Ｆと同位相となり、図３（Ａ）に示すように出力電圧Ｅｃの波形は、プラス側に直流バイアスされ、かつ漏れ磁束Φｍの波形に対して周期が１／２の出力電圧Ｅｃ５１のようになる。
【００３０】
この出力電圧Ｅｃが打消しコイル６に印加されても、発生する打消し磁束Φｃが一方向のみの磁束となってしまい、漏れ磁束Φｍを十分に打ち消すことができない。そこで、圧電素子５と打消しコイル６との間に、図４に示す調整回路を挿入し、出力電圧Ｅｃの直流バイアスを補正すると共に、周期／位相を調整して打消しコイル６から漏れ磁束Φｍを十分に打ち消すことができる打消し磁束Φｃを発生させるよう調整を行なう。
【００３１】
図４に示すように、調整回路は出力電圧Ｅｃの直流分をカットするためのコンデンサ８（容量は任意）と、オペアンプ等で構成される周期変更手段９ａと同じくオペアンプ等から構成される位相反転手段９ｂとからなる調整手段９で構成されている。尚、周期変更手段９ａ及び位相反転手段９ｂはいずれも公知の技術であるため、詳細な説明は省略しここではそれぞれの効果のみ記載する。
【００３２】
圧電素子５で発生した出力電圧Ｅｃは、コンデンサ８によって直流バイアスが補正された補正出力電圧Ｅｃ１となり、その波形は図３（Ｂ）に示すような補正出力電圧Ｅｃ１（５２）のようになる。次に、この補正出力電圧Ｅｃ１は調整手段９の周期変更手段９ａにより周期が２倍とされて補正出力電圧Ｅｃ２となり、その波形は図３（Ｂ）に示すような補正出力電圧Ｅｃ２（５３）のようになる。
【００３３】
さらに、この補正出力電圧Ｅｃ２は調整手段９の位相反転手段９ｂにより位相が１８０°反転された補正出力電圧Ｅｃ３となり打消しコイル６に印加される。補正出力電圧Ｅｃ３により打消しコイル６に流れる電流は、補正出力電圧Ｅｃ３より位相が９０°遅れた波形となり、この時打消しコイル６から発生する打消し磁束Φｃも打消しコイル６を流れる電流と同位相となるため、打消し磁束Φｃの波形は図３（Ｂ）に示すような打消し磁束Φｃ５４のようになる。
【００３４】
図３（Ｂ）に示すように、この打消し磁束Φｃ５４の波形は、漏れ磁束Φｍ波形５０の波形と振幅や周期が同じであり、位相が１８０°異なった波形となる。従って、漏れ磁束Φｍは打消し磁束Φｃによって打ち消され、漏れ磁束Φｍを大幅に低減することができる。
尚、上述した調整回路に圧電素子５の出力電圧Ｅｃの振幅を調整する振幅調整手段を設けて、打消しコイル６で発生する打消し磁束Φｃの大きさを漏れ磁束Φｍの大きさと合わせるようにしてもよい。
【００３５】
次に、漏れ磁束Φｍを打ち消す打消し磁束Φｃを発生させるための打消しコイル６の巻回数を決定する方法について、図１を用いて説明する。尚、以下の説明では、圧電素子５を構成する圧電体として、厚さ３０（μｍ）で、５００（Ｎ）の力が加わった際の発電効率が１００（ｍＷ／ｍ２）のポリフッ化ビリニデン（ＰＶＤＦ）を使用し、この圧電素子５を励磁電流：１０（Ａ）でインダクタンス：３（ｍＨ）が得られるリアクトル１に挿入した場合を例に挙げて説明する。尚、以下に説明する方法は、他のリアクトル及びチョークコイルについても同様に適用することができる。
【００３６】
図１（Ａ）に示すように、リアクトル１の仕様を、励磁電流Ｉ：１０（Ａ）、インダクタンスＬ：３．０（ｍＨ）、励磁コイル巻回数Ｎ：５６（ターン）、ギャップ寸法ｌ１：２．０（ｍｍ）、コアを磁束が通過する際の経路である磁路の長さｌ２：９４（ｍｍ）、Ｅ型コア中脚断面積Ｓ：５７６（ｍｍ２）、真空の透磁率μ０：４π×１０−７（Ｈ／ｍ）、比透磁率μｓ：７，０００、として、打消しコイル６の巻回数を算出する。
【００３７】
まず、圧電素子５に加わる力Ｆを求める。リアクトル１のコアの磁気抵抗Ｒｍは、ギャップ寸法ｌ１、磁路長さｌ２、Ｅ型コア中脚断面積Ｓ、真空の透磁率μ０、比透磁率μｓ、を使用して「数１」式により求めることができる。
【００３８】
【数１】
2011096744.tif 000003
【００３９】
磁路を通過する磁束Φは、磁気抵抗Ｒｍ、励磁電流Ｉ、励磁コイル巻回数Ｎを使用して「数２」式により求めることができる。
【００４０】
【数２】
2011096744.tif 000004
【００４１】
従って、Ｅ型コア２の中脚２ａでの磁束密度Ｂは、磁束ΦとＥ型コア中脚断面積Ｓを使用して、また、ギャップ７に加わる力すなわち圧電素子５に加わる力Ｆは、Ｅ型コア２の中脚２ａでの磁束密度Ｂ、Ｅ型コア中脚断面積Ｓ、真空の透磁率μ０、を使用して、それぞれ「数３」式により求めることができる。
【００４２】
【数３】
2011096744.tif 000005
2011096744.tif 000006
【００４３】
「数３」式の圧電素子５に加わる力Ｆを求める式に上述した仕様（数値）を代入して、実際に圧電素子５に加わる力Ｆを求めると、「数４」式に示すように圧電素子５に加わる力Ｆは最大で５０（Ｎ）と算出される。
【００４４】
【数４】
2011096744.tif 000007
【００４５】
次に、圧電素子５での発電量Ｗを求める。上述したように、圧電体の厚さが３０（μｍ）でありギャップ７の寸法ｌ１が２．０（ｍｍ）であるため、圧電体に取り付ける端子の厚さを考慮し圧電体を６０枚積層して圧電素子５が形成されているとして計算する。圧電体１枚の発電効率は上述したように５００（Ｎ）の力が加わった際に１００（ｍＷ／ｍ２）であるため、単位力当たりの発電効率は０．２（ｍＷ／ｍ２Ｎ）となる。
【００４６】
圧電素子５は、Ｅ型コア２の中脚３ａ断面積Ｓと同じ大きさとされているので、圧電体を６０枚積層した際の圧電体の総面積は、３．５×１０−２（ｍ２）となる。従って、単位力当たりの発電効率：０．２（ｍＷ／ｍ２Ｎ）、圧電体の総面積：３．５×１０−２（ｍ２）、圧電素子５に加わる力Ｆ：５０（Ｎ）を使用して、「数５」式に示すように圧電素子５での発電量Ｗは０．３５（ｍＷ）と算出される。
【００４７】
【数５】
2011096744.tif 000008
【００４８】
次に、打消しコイル６の巻回数ｎを求める。打消しコイル６で発生する打消し磁束Φｃは、打消しコイル６のインダクタンスＬｃと打消しコイル６に流れる電流Ｉｃを使用して「数６」式により求めることができる。
【００４９】
【数６】
2011096744.tif 000009
【００５０】
圧電素子５の出力電圧Ｅｃは、「数７」式に示すように、打消し磁束Φｃを時間微分することにより求めることができる。
【００５１】
【数７】
2011096744.tif 000010
【００５２】
打消しコイル６に流れる電流Ｉｃは、圧電素子５での発電量Ｗと圧電素子５の出力電圧Ｅｃを使用して「数８」式により求めることができる。
【００５３】
【数８】
2011096744.tif 000011
【００５４】
従って、打消しコイル６で発生する打消し磁束Φｃは、「数６」式、「数７」式、「数８」式より、「数９」式で求めることができる。
【００５５】
【数９】
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【００５６】
一方、ギャップ７での漏れ磁束Φｍは、リアクトル１で発生する磁束Φの１％が漏れるとして実際の値を計算すると、「数１０」式に示すように、３×１０−４（Ｗｂ）となる。
【００５７】
【数１０】
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【００５８】
ここで漏れ磁束Φｍ＝打消し磁束Φｃとして、「数９」式を変形した「数１１」式に実際の数値を代入することによって、漏れ磁束Φｍを打消すことができる打消し磁束Φｃを発生することができる打消しコイル６のインダクタンスＬｃを求めることができ、その値は５．２５×１０−７（Ｈ）となる。
【００５９】
【数１１】
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【００６０】
また、打消しコイル６のインダクタンスＬｃは、真空の透磁率μ０、打消しコイル６の巻回数ｎ、打消しコイル６の断面積Ｓ’、打消しコイル６の巻幅ｌ’を使用して「数１２」式で求めることができる。
【００６１】
【数１２】
2011096744.tif 000015
【００６２】
打消しコイル６はＥ型コア２の中脚２ａ及びギャップ７の周りに巻回されるので、コイル６の断面積Ｓ’＝Ｅ型コア中脚断面積Ｓ、打消しコイル６の巻幅ｌ’＝ギャップ寸法ｌ１とし、「数１２」式を変形した「数１３」式に実際の数値を代入することによって、打消しコイル６の巻回数ｎを求めることができ、その値は６０２回となる。
【００６３】
【数１３】
2011096744.tif 000016
【００６４】
以上説明したように、打消し磁束Φｃを発生する打消しコイル６の巻回数が約６００回と求められる。次に、この巻回数で実際の打消しコイル６を作成した場合の形状やリアクトル１への設置性について説明する。打消しコイル６に流れる電流Ｉｃの実際の値は、「数８」式に数値を代入して求めると、７０（μＡ）となる。
【００６５】
このように電流Ｉｃの値が非常に小さいので電流Ｉｃによる打消しコイル６の発熱や抵抗値変化による影響も小さいため、打消しコイル６の巻線６ｃは線径の小さい絶縁電線を使用することができる。例えば、巻線６ｃの線径を０．１（ｍｍ）とし巻回数を６００回とした場合、図１（Ｃ）に示すように、１層当たりの巻回数を７５（ターン）として８層巻きにすることによって、打消しコイル６の寸法を、巻幅：７．５（ｍｍ）、コイル部６ａの厚み：０．８（ｍｍ）とすることができ、リアクトル１のギャップ７近傍に設置できる大きさとすることができる。
【実施例２】
【００６６】
次に、第２の実施例であるチョークコイルでの漏れ磁束の低減について説明する。尚、漏れ磁束と打消し磁束の位相を合わせる方法や、打消しコイルの巻回数を求める方法については、実施例１で説明した方法と同じであるため詳細な説明を省略し、チョークコイルの構成及び漏れ磁束低減の原理についてのみ説明する。
【００６７】
図５は、第２の実施例であるチョークコイルの構成を示している。図５（Ａ）の要部断面図に示すように、このチョークコイル１０は、トロイダルコア１１と、巻線１２と、圧電素子１３と、打消しコイル１４とで構成されている。また、図示は省略するが、チョークコイル１０を電気機器に取り付けるためのケース、電気機器の制御基板と接続するためのリード線や端子及びリード線を覆う耐熱チューブがそれぞれ設けられている。
【００６８】
トロイダルコア１１は鉄基アモルファス等の軟磁性材料で形成されており、ドーナツ状の形状を有している。具体的には、予め定められた透磁率を有し薄い板状に成形された軟磁性材料を巻き取り成形してドーナツ状の形状が形成されており、トロイダルコア１１の一部にギャップ１５を設け、ギャップ１５での磁気抵抗を大きくして磁気飽和が発生しないようにすることで、チョークコイル１０の磁気飽和特性を改善している。
【００６９】
巻線１２は、銅等の導体にポリエステル系の絶縁被膜を設けた絶縁電線、所謂マグネットワイヤーであり、トロイダルコア１１に所定の回数で巻回されている。この巻線１２に励磁電流が流れることで、トロイダルコア１１に磁束が発生する。圧電素子１３は、第１の実施例で説明した圧電素子５と同様のものであり、図５（Ａ）に示すように、チョークコイル１０のギャップ１５に挿入できるよう、トロイダルコア１０の断面積と同じ大きさとされた圧電体を複数枚重ねて２枚の電極で挟みギャップ１５の寸法と略同じ寸法とされている。
【００７０】
打消しコイル１４は、図５（Ｂ）の打消しコイル概略図に示すように、銅等の導体にポリエステル系の絶縁被膜を設けた絶縁電線からなる巻線を所定の回数／形状に巻回してコイル部１４ａが形成されており、巻線の巻き始め及び巻き終わりの一部を所定の長さでコイル部１４ａより引き出して、圧電素子１３と接続するためのリード線１４ｂが形成されている。図５（Ａ）に示すように、打消しコイル１４はギャップ１５の近傍に設置されており、より具体的には、トロイダルコア１０の一部及び圧電素子１３を囲むように設置されている。
【００７１】
次に図５を用いて、第２の実施例におけるギャップ１５で発生する漏れ磁束を、圧電素子１３及び打消しコイル１４の動作により低減する原理について説明する。巻線１２に交流電流である励磁電流が流れると、励磁電流の向きによってトロイダルコア１１を時計回りあるいは反時計回りで磁束が通過する。この時、図５（Ｃ）に矢印で示すように、ギャップ１５の外側にはトロイダルコア１１を流れる磁束の一部が漏れて漏れ磁束Φｍ’が発生する。
【００７２】
一方、ギャップ１５ではトロイダルコア１１を磁束が通過することにより発生する磁気吸引力（励磁電流の向きによって、ギャップ１５近傍のトロイダルコア１１の一方がＮ極、他方がＳ極となって互いに引き付けあう磁力が発生する）によって、ギャップ１５に挿入されている圧電素子１３に力Ｆ’が加わる。
【００７３】
圧電素子１３に力Ｆ’が加わると、圧電素子１３で電圧が発生する。この電圧が圧電素子１３に接続されている打消しコイル１４に印加され打消しコイル１３に電流が流れると、図５（Ｃ）に矢印で示すように打消しコイル１４からは打消し磁束Φｃ’が発生する。打消し磁束Φｃ’の大きさは、打消しコイル６に流れる電流に応じて巻線の巻回数を決定することで漏れ磁束Φｍ’と同じ大きさに調整することができ、打消し磁束Φｃ’の漏れ磁束Φｍ’に対する位相のずれは、図４に示す調整回路を圧電素子１３と打消しコイル１４との間に挿入し、第１の実施例で説明した方法と同様の方法で調整を行なう。従って、漏れ磁束Φｍ’は打消し磁束Φｃ’によって打ち消され、漏れ磁束Φｍ’を大幅に低減することができる。
【００７４】
以上説明した通り、本発明によれば、励磁コイルに励磁電流が流れた際にギャップで発生し励磁電流の大きさに比例した大きさで発生する磁気吸引力でギャップに挿入された圧電素子に力を加えて発電を行い、発生した電圧を打消しコイルに印加し、打消しコイルに電流を流して打消し磁束を発生させている。このため、励磁コイルの線径や励磁電流の大きさを考慮せず、所定の打消し磁束を発生させることができれば打消しコイル巻線の線径を自由に選択することができるため、打消しコイルを小型化することができ、打消しコイルの設置性が向上すると共に、インダクタの小型化・薄型化を阻害することがない。
【００７５】
また、ギャップで発生する漏れ磁束を打消しコイルで発生する打消し磁界で打ち消すことによって低減しているため、漏れ磁束が軟磁性材料を通過して発生する渦電流損による発熱を防ぐことができ、インダクタの安全性を高めることができる。
【００７６】
以上説明した実施例では、第１の実施例としてＥ型コアとＩ型コアからなるリアクトルについて、第２の実施例ではドーナツ形状のトロイダルコアからなるチョークコイルについて、それぞれ説明したが、これに限るものではなく、リアクトルについては、コア形状がＥ型コアを２個使用したものやＵ型あるいはＣ型コアとＩ型コアからなるものであってもよい。また、チョークコイルについては、トロイダルコアの形状が正方形や長方形あるいは楕円形であってもよい。
【００７７】
また、第１の実施例及び第２の実施例では、軟磁性材料を積層もしくは巻回してコアを形成していたが、これに限るものではなく、フェライト等の磁性材料を圧粉成形することによって形成されたコアであってもよい。
【００７８】
また、第１の実施例及び第２の実施例では、打消しコイルをコアのギャップの周りに巻回して設置した場合について説明したが、打消しコイルをギャップ近傍の一部、例えば図５（Ａ）のトロイダルコア１１のギャップ右側（トロイダルコア１１の外周側）のみに配置して、インダクタの外側等一方向に漏れる磁束のみを打ち消すようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１  リアクトル
２  Ｅ型コア
２ａ  中脚
２ｂ  外脚
３  Ｉ型コア
４  励磁コイル
５  圧電素子
６  打消しコイル
６ａ  コイル部
６ｂ  リード線
６ｃ  巻線
７  ギャップ
８  コンデンサ
９  調整手段
９ａ  周期変更装置
９ｂ  位相反転装置
１０  チョークコイル
１１  トロイダルコア
１２  巻線
１３  圧電素子
１４  打消しコイル
１４ａ  コイル部
１４ｂ  リード線
１５  ギャップ
【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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