(57)【要約】【課題】  渦電流による損失を低減し、電力鉄損を小さくできる磁気部品用コア、それを用いたリアクトル、および磁気部品用コアを構成するコアブロックを提供する。【解決手段】  コア２０は、磁性材料である複数のコアブロック２１と、非磁性材料で構成された少なくとも１箇所の磁気ギャップ２２とを有する。上記磁気ギャップ２２の両側に位置するコアブロック２１はそれぞれ鋼板５１を積層して構成された積層コアブロックであり、上記積層コアブロックの積層方向最上面と最下面には、上記鋼板よりも電気抵抗の大きい磁性材料で構成された高抵抗層５２が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料である複数のコアブロックと、非磁性材料で構成された少なくとも１箇所の磁気ギャップとを有する磁気部品用コアであって、
前記磁気ギャップの両側に位置するコアブロックはそれぞれ鋼板を積層して構成された積層コアブロックであり、
前記積層コアブロックの積層方向最上面と最下面には、前記鋼板よりも電気抵抗の大きい磁性材料で構成された高抵抗層が設けられていることを特徴とする磁気部品用コア。
【請求項２】
前記高抵抗層の厚さが、前記磁気ギャップの幅の０．５倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁気部品用コア。
【請求項３】
前記高抵抗層の抵抗率が０．１Ω・ｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気部品用コア。
【請求項４】
前記高抵抗層が、金属または合金の磁性粉末からなる圧粉磁性体、またはフェライトで構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁気部品用コア。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁気部品用コアに、少なくとも一つのコイルが外挿されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の磁気部品用コアに使用されるコアブロックであって、
鋼板を積層して構成され、
積層方向最上面と最下面には、前記鋼板よりも電気抵抗の大きい磁性材料で構成された高抵抗層が設けられていることを特徴とするコアブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車などの電源に用いられる磁気部品用コア、それを用いたリアクトル、および磁気部品用コアを構成するコアブロックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題からハイブリッド車や燃料電池自動車など、直流電源でモータを駆動して走行する自動車が開発されている。これらの自動車においては、直流電源であるバッテリーの電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータが搭載されており、リアクトルはこのＤＣ−ＤＣコンバータの主要部品である。
【０００３】
上記リアクトルは一般的に、環状のコアとこのコアの所定部分に巻き回されたコイルとを備えている。車載用のリアクトルでは、搭載スペースや製造方法などの制限から、複数のコアブロックを組み付けて構成されるコアが採用されることが多い。さらに所定の電気的仕様を満たすために、隣接する２つのコアブロックの間に、非磁性部材で形成される磁気ギャップを設ける場合が多い。上記コイルに電流を流すことにより、上記コア内に環状の磁気回路が形成される。
【０００４】
上記リアクトルのコアブロックとして、特許文献１に記載されているような鋼板を積層して形成されるものや、特許文献２に記載されているような圧粉磁性体により形成されるものが採用されている。
【０００５】
磁気ギャップと、異方性磁性体としての鋼板を積層して形成されたコアブロックとを有するコアでは、磁気ギャップ部で磁束が広がるために、鋼板の積層方向に対して斜め方向の磁束が生じ、鋼板に渦電流が発生する。この渦電流の発生は鋼板積層方向の最上面と最下面に集中し、この渦電流による損失はコアに生じる鉄損の大部分を占め、局部過熱や焼損事故の原因になっている。非特許文献１では、コアブロックの積層方向最上面と最下面の端部を斜めに切り落とした形状にすることによって、渦電流による損失の低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３２７４７９号公報
【特許文献２】特開２００５−３４７６２６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】中右貴明、他、「斜角端部による多段積層鉄心リアクトルの渦電流損の低減」、平成１９年電気学会全国大会  ５−２０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非特許文献１に記載されているように、コアブロックの積層方向最上面と最下面の端部を斜めに切り落とした形状にすれば、鋼板の積層方向に対して斜め方向の磁束が生じても、磁束が鋼板に対してより垂直に近い角度で進入することになるので、渦電流損がいくらかは低減できる。しかしながら、切り落とす部分の形状によって渦電流の発生量が増減するので、渦電流の抑制が困難であり、十分に損失の低減ができないという問題がある。また加工が容易でないため製造コストが高くなるという問題もある。
【０００９】
一方、圧粉のような等方性磁性体によって形成されたコアブロックの場合は、渦電流による損失は小さいが、そのコアブロックを用いたリアクトルの電力損失を比較すると、上記のように鋼板を積層して形成されたコアブロックを用いたリアクトルに比べて大きいという問題がある。
【００１０】
本発明は以上の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、渦電流による損失を低減させ、電力損失を小さくすることができる磁気部品用コア、それを用いたリアクトル、および磁気部品用コアを構成するコアブロックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る磁気部品用コアは、磁性材料である複数のコアブロックと、非磁性材料で構成された少なくとも１箇所の磁気ギャップとを有する。上記磁気ギャップの両側に位置するコアブロックはそれぞれ鋼板を積層して構成された積層コアブロックであり、上記積層コアブロックの積層方向最上面と最下面には、上記鋼板よりも電気抵抗の大きい磁性材料で構成された高抵抗層が設けられている。（請求項１）
【００１２】
このようにすれば、上記コアブロックの積層方向最上面と最下面に斜め方向の磁束が生じても、そこが電気抵抗の大きい磁性材料で構成された高抵抗層であるため、渦電流の発生を抑制することができる。
【００１３】
上述した磁気部品用コアは、上記高抵抗層（最上面および最下面）の厚さが、それぞれ上記磁気ギャップの幅の０．５倍以上であることが好ましい。（請求項２）
【００１４】
上記高抵抗層の厚さが、上記磁気ギャップの幅の０．５倍以上であれば、渦電流を発生させる原因となる斜め方向の磁束が存在する領域を、上記高抵抗層で占めることができる。したがって渦電流の発生を抑制する効果が大きい。
【００１５】
一方、高抵抗層の鉄損よりも鋼板の鉄損が大きいため、上記高抵抗層の厚さが大きいほど、コア全体の鉄損は大きくなる。そのため、上記高抵抗層の厚さの上限は、上記コアブロックに使用する材料（鋼板と高抵抗層）の鉄損の値によって決まる。
【００１６】
また上述した磁気部品用コアの上記高抵抗層の抵抗率は０．１Ω・ｍ以上であることが好ましい。（請求項３）
上記高抵抗層の抵抗率が０．１Ω・ｍ以上であれば、渦電流の発生をより効果的に抑制することができる。なお上記高抵抗層は、磁性材料で構成されていれば、抵抗率はいくら高くても構わない。
【００１７】
また上述した磁気部品用コアの上記高抵抗層は、金属または合金の磁性粉末からなる圧粉磁性体、またはフェライトで構成されていることが好ましい。（請求項４）
【００１８】
金属または合金の磁性粉末からなる圧粉磁性体は、一般的に使われる等方性磁性体の中では飽和磁束密度が大きいため、上記高抵抗層を金属または合金の磁性粉末からなる圧粉磁性体で構成することにより、コアやリアクトルを小型化することが可能となる。
【００１９】
またフェライトは、一般的に使われる等方性磁性体の中では損失が小さいため、上記高抵抗層をフェライトで構成すれば、電力損失の小さいコアやリアクトルを提供することができる。また他の等方性磁性体と比べてコストが安い。
【００２０】
本発明に係る上述の磁気部品用コアに、少なくとも一つのコイルを外挿させることにより、電力損失の小さいリアクトルを供給することができる。（請求項５）
【００２１】
本発明に係るコアブロックは、鋼板を積層して構成され、積層方向最上面と最下面には、上記鋼板よりも電気抵抗の大きい磁性材料で構成された高抵抗層が設けられている。（請求項６）
このようにすれば、上述の通り、上記コアブロックの積層方向最上面と最下面に斜め方向の磁束が生じても、そこが電気抵抗の大きい磁性材料で構成された高抵抗層であるため、渦電流の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、磁気部品用コアおよびコアブロックの渦電流による損失を低減させることができる。また本発明の磁気部品用コアに少なくとも一つのコイルを外挿させることにより、電力損失の小さいリアクトルを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るリアクトルの平面図である。
【図２】本発明に係るリアクトルの側面図である。
【図３】圧粉磁性体の表面を拡大して示した模式図である。
【図４】コア内の磁束の状態を模式的に示す断面図である。
【図５】図４中に点線で囲んだ「Ａ」の領域の拡大図である。
【図６】本発明に係るコアにおける磁気ギャップ部付近の磁束の状態を模式的に示した斜視図である。
【図７】従来のコアにおける磁気ギャップ部付近の磁束の状態を模式的に示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００２５】
図１および図２は本発明に係るリアクトルの平面図及び側面図である。ただし、説明のためコイルを図示せず、その領域のみ二点鎖線で表している。このリアクトル１０は、環状に構成されたコア２０と、コア２０の２箇所に外挿された２個のコイル３０とを備えている。
【００２６】
コア２０は、図１に示すように、平面視略矩形環状の形態を有し、磁性材料からなる８個のコアブロック２１ａ、２１ｂと、非磁性材料からなる４個の磁気ギャップ２２から構成されている。なおここではコアを平面視略矩形環状の形態としているが、必ずしも環状の形態である必要は無く、棒状の形態（平面視略Ｉ字形）でも構わない。
【００２７】
磁気ギャップを挟んでその両側に位置するコアブロック２１ａは、図１に示すように、鋼板５１を積層して構成されており、積層方向最上面と最下面には、鋼板５１よりも電気抵抗の大きい磁性材料で構成された高抵抗層５２が設けられている。なお図１では積層構造を模式的に表しており、鋼板５１および高抵抗層５２の層数は、図中の数に限定されるものではない。また積層方向も図１に示す方向に限定されるものではない。図１では、平面図の紙面上、上下方向に積層しているが、例えば、側面図（図２）の紙面上、上下方向に積層してもよい。
【００２８】
上記高抵抗層５２は、鋼板５１よりも電気抵抗の大きい磁性材料で構成され、例えば圧粉磁性体やフェライトなどの等方性磁性体から形成することができる。
【００２９】
本実施形態では、磁気ギャップ２２の両側に位置しないコアブロック２１ｂを圧粉磁性体５５で構成している。ただしコアブロック２１ｂは、フェライトなど圧粉磁性体以外の等方性磁性体で構成してもよいし、鋼板などの異方性磁性体で構成してもよい。また磁気ギャップ２２の両側に位置するコアブロック２１ａと同様に、積層方向最上面と最下面に鋼板５１よりも電気抵抗の大きい磁性材料で構成された高抵抗層５２を設けてもよい。
【００３０】
圧粉磁性体は、図３に示すように、複数の圧粉粒子６１と、複数の圧粉粒子６１の間に介在している有機物６７で構成されている。圧粉粒子６１の各々は、有機物６７によって接合されていたり、圧粉粒子６１が有する凹凸の噛み合わせによって接合されたりしている。圧粉粒子６１は、金属磁性粒子６３と、金属磁性粒子６３の表面を取り囲む絶縁被覆６５とを備えている。
【００３１】
金属磁性粒子６３は、例えば、鉄（Ｆｅ）、鉄（Ｆｅ）−シリコン（Ｓｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−窒素（Ｎ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−炭素（Ｃ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ホウ素（Ｂ）系合金、鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）系合金、鉄（Ｆｅ）−リン（Ｐ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）系合金、及び鉄（Ｆｅ）−アルミニウム（Ａｌ）−シリコン（Ｓｉ）系合金などから形成することができる。金属磁性粒子６３は、金属単体でも合金でもよい。
【００３２】
絶縁被覆６５は、金属磁性粒子６３をリン酸処理することによって形成されている。また好ましくは、絶縁被覆６５は酸化物を含有する。この酸化物を含有する絶縁被覆６５としては、リンと鉄とを含むリン酸鉄の他、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムなどの酸化物絶縁体を使用することができる。絶縁被覆６５は、図３に示すように１層に形成されてもよいし、多層に形成されてもよい。
【００３３】
有機物６７としては、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性ポリアミド、熱可塑性ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリエーテスルホン、ポリエーテルイミド又はポリエーテルエーチルケトンなどの熱可塑性樹脂や、全芳香族ポリエステル又は全芳香族ポリイミドなどの非熱可塑性樹脂や、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム、パルミチン酸リチウム、パルミチン酸カルシウム、オレイン酸リチウム又はオレイン酸カルシウムなどの高級脂肪酸を用いることができる。また、これらを互いに混合して用いることもできる。
【００３４】
フェライトは、酸化鉄を主成分とするセラミックスの総称である。例えばスピネル結晶構造を持つスピネルフェライトの場合、酸化鉄以外の成分として、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）などから形成することができる。またマグネトプランバイト型の六方晶型結晶構造を持つ六方晶フェライトの場合、酸化鉄以外の成分として、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、鉛（Ｐｂ）などから形成することができる。またガーネット型結晶構造を持つガーネットフェライトの場合、酸化鉄以外の成分として、イットリウム（Ｙ）などの希土類元素から形成することができる。
【実施例】
【００３５】
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
【００３６】
（実施例１）
本発明の実施例では、図１と同様にリアクトルを構成した。リアクトル１０は、環状に構成されたコア２０と、２個のコイル３０から構成されている。コア２０は、磁気ギャップ２２が６個、磁気ギャップ２２を挟んでその両側に位置するコアブロック２１ａが４個、磁気ギャップ２２の両側に位置していないコアブロック２１ｂが２個から構成されている。
【００３７】
磁気ギャップ２２としては、セラミック板を用いており、その幅は２mmである。コアブロック２１ａは、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの鋼板５１を２００枚積層し、その積層方向最上面と最下面に、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの圧粉磁性体を構成している。またコアブロック２１ｂは、圧粉磁性体で構成され、平面視略Ｕ字形の形態を有している。
【００３８】
コアブロック２１ａおよび２１ｂに使用されている圧粉磁性体は、上述の通り金属磁性粒子６３、絶縁被覆６５、有機物６７から構成されており、本発明の実施例では、金属磁性粒子６３には鉄を、絶縁被覆６５にはリン酸鉄を、有機物６７には熱可塑性ポリイミドを、それぞれ使用している。
【００３９】
コアブロック２１ａの圧粉磁性体（高抵抗層）の厚さは、磁気ギャップ２２の幅の１倍である。また上記高抵抗層の抵抗率は１Ω・ｍである。
【００４０】
図４は、コイル３５に電流を流したときの、コア２０内の磁束７０の状態を模式的に示した断面図である。磁束７０は磁性材料であるコアブロック２１ａおよび２１ｂの内部では滑らかな曲線で進んでいるが、非磁性材料である磁気ギャップ部では外方向に広がっている。図５は、図４中に点線で囲んだ「Ａ」の領域の拡大図である。磁束７０は、磁気ギャップ２２が無ければ理想的には平行な直線となるが、磁気ギャップ２２で拡がろうとするために、コアブロックの表面側（図５でコイル３５に対向する面）で曲線となっている。したがって、図５の特に「Ｂ」の領域において、積層方向（図４および図５の上下方向）に対して斜め方向の磁束が生じている。
【００４１】
実施例１のように構成したリアクトルでは、磁気ギャップの両側に位置するコアブロックの積層方向最上面と最下面に、鋼板よりも電気抵抗の大きい磁性材料で構成された高抵抗層（圧粉磁性体）が設けられているため、図５の「Ｂ」の領域において、積層方向に対して斜め方向の磁束が生じても、渦電流の発生が抑制される。
【００４２】
実施例１のように構成したリアクトルにおいて、周波数１０ｋＨｚの交流電流３０Ａをコイル３５に流したときの、損失を測定した。この結果、損失は、１００Ｗだった。
【００４３】
（比較例１）
比較例として、上記実施例１におけるコアブロック２１ａ（磁気ギャップを挟んでその両側に位置するコアブロック）を、積層方向最上面から最下面まで鋼板５１を２４０枚積層して構成したものとし、それ以外は実施例１と同様の構成とするリアクトルを準備した。
【００４４】
比較例１のように構成したリアクトルでは、図５の「Ｂ」の領域において、積層方向に対して斜め方向の磁束が生じると、図７に示すように、最上面と最下面に積層された鋼板には、渦電流が発生する。
【００４５】
比較例１のように構成したリアクトルで、実施例１と同じ条件で、損失を測定した。この結果、損失は、９０Ｗだった。
【００４６】
上記実施例１および比較例１の結果から、本発明に係るコアを用いた実施例１での損失は比較例１での損失よりも小さいことが示され、本発明に係るコアは、渦電流による損失を低減でき、鉄損を小さくできることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、磁気部品用コアにおける渦電流による損失を低減させ、リアクトルの電力鉄損を小さくさせる技術として特に優れているので、電気自動車などの電源用として好適である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  リアクトル、２０  コア、２１ａ、２１ｂ  コアブロック、２２  磁気ギャップ、３０、３５  コイル、５１  鋼板、５２  高抵抗層、５５  圧粉磁性体、６１  圧分粒子、６３  金属磁性粒子、６５  絶縁被覆、６７  有機物、７０  磁束、８０  渦電流
【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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【図６】
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【図７】
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