(57)【要約】【課題】脚部材料に高価なコア材料を用いるが全体として最小のリアクトル損失に抑制して安価な構成のリアクトルを提供する。【解決手段】対向する一対のヨーク部と、前記対向する一対のヨーク部間に配置された３つ以上の脚部と、を含み、これら脚部のうち両ヨーク部側に位置する２つのサイド脚部を除いた他の脚部の内の少なくとも１つの脚部（特定脚部）の材料として、サイド脚部を構成する材料の損失よりも低損失な材料を用いると共に、少なくともこの特定脚部にコイルを巻装した構成。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する一対のヨーク部と、前記対向する一対のヨーク部間に配置された脚部セットと、を含み、前記脚部セットを３つ以上の脚部で構成すると共に、これら脚部のうち両ヨーク部側に位置する２つのサイド脚部のコア材料として汎用コア材料を用いる一方、両サイド脚部に挟まれたセンタ脚部のコア材料として汎用コア材料よりも損失が低い低損失コア材料を用いると共に少なくともセンタ脚部にコイルを巻装した、ことを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
前記サイド脚部と前記ヨーク部との間に磁気ギャップを設けた、請求項１に記載のリアクトル。
【請求項３】
前記ヨーク部および脚部にダストコアを用いると共に、前記ヨーク部およびサイド脚部の材料にＦｅ−Ｓｉ系材料を用い、また、前記特定脚部の材料にＦｅ−Ｎｉ系あるいはＭｏパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ）系あるいはアモルファス系を用いた、請求項１または２に記載のリアクトル。
【請求項４】
前記ヨーク部および脚部にダストコアを用いると共に、前記ヨーク部の材料にフェライトコアを用い、サイド脚部の材料にＦｅ−Ｓｉ系材料を用い、また、前記特定脚部の材料にＦｅ−Ｎｉ系あるいはＭｏパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ）系あるいはアモルファス系を用いた、請求項１または２に記載のリアクトル。
【請求項５】
対向する一対のヨーク部と、前記対向する一対のヨーク部間に配置された脚部セットと、を含み、前記脚部セットを３つ以上の脚部で構成すると共に、これら脚部のうち両ヨーク部側に位置する２つのサイド脚部のコア材料として汎用コア材料を用いる一方、両サイド脚部に挟まれたセンタ脚部のコア材料として汎用コア材料よりも損失が低い低損失コア材料を用いた、ことを特徴とするリアクトル用コア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気エネルギの蓄積と放出とを交互に行う受動素子であるリアクトルに関するものであり、このリアクトルは、特に、コア（磁心）とこのコアに巻装されたコイルとを含むリアクトルである。
【背景技術】
【０００２】
例えばリアクトルには、対向する一対のヨーク部と、両ヨーク部間に配置された、複数の脚部からなる脚部セットとを磁気回路として含み、また、ヨーク部と脚部セットとの対向間や、脚部セット内の脚部同士の対向間に非磁性絶縁体を介装して磁気ギャップを設けると共に、これら脚部にコイルを巻装して構成されるものがある。
【０００３】
こうしたリアクトルの用途として例えばハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、電気自動車等において、モータの高出力化のための昇圧コンバータが必要であるが、こうした昇圧コンバータではエネルギーの充放電をさせるリアクトルが必須の基幹部品となっている。また、太陽光発電システム等においても、太陽電池出力をＤＣ・ＤＣ変換し、次いでＤＣ・ＡＣ変換した後、その変換出力を平滑にするためにリアクトルが必須の基幹部品となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−４０４３４号公報
【特許文献２】特開２００９−７１２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
こうしたリアクトルにおいては、ヨーク部と脚部セットとからなる磁気回路内での損失を出来る限り小さくし、また、性能を向上させることが望ましい。そのため、特許文献１ではヨーク部形状をカタカナの「コ」の字状にしたり、また、特許文献２では脚部間に磁気ギャップを設けると共にコア材料にダストコアを用いたりしている。ところでリアクトルでは、一般には磁気ギャップを設けることで磁気飽和が起こりにくくして交流を整流した脈流を平滑にするためなどに使用される。そのため、従来ではヨーク部と脚部との間とか、あるいは脚部間に磁気ギャップを設けることが行われている。
【０００６】
ここでリアクトル損失には、主に、コイルによる損失（銅損）とコアによる損失（鉄損）とがある。銅損は、直流抵抗損と交流抵抗損とコアの漏れ磁束がコイルに鎖交することによる損失である。鉄損には、ヒステリシス損と、渦電流損がある。
【０００７】
こうしたリアクトル損失の軽減においては、それのコア材料に低損失コア材料を用いることが考えられるが、こうした材料は一般には高価であるために、リアクトルのコストを高くする要因の１つともなり、そのことから量産に不向きなリアクトルになるという課題がある。一方、汎用コア材料は安価であるがリアクトル損失が増加するという課題がある。
【０００８】
そこで本発明では、低損失コア材料と汎用コア材料それぞれの長所を活用することでリアクトル損失を効果的に抑制できる構造を備えたリアクトルを提供することを解決すべき１つの課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるリアクトルは、対向する一対のヨーク部と、前記対向する一対のヨーク部間に配置された脚部セットと、を含み、前記脚部セットを３つ以上の脚部で構成すると共に、これら脚部のうち両ヨーク部側に位置する２つのサイド脚部のコア材料として汎用コア材料を用いる一方、両サイド脚部に挟まれたセンタ脚部のコア材料として汎用コア材料よりも損失が低い低損失コア材料を用いた、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明では、サイド脚部を除いた脚部の材料に低損失コア材料を用いたから、すべての脚部に損失が大きい材料を用いた場合と比較して損失が多少大きくなるものの、これよりも価格が十分に低くすることが出来る一方で、これ以外の材料の組合わせと比較して損失が最小に抑制できると同時に価格も低価格に済む。
【００１１】
好ましい態様は、前記サイド脚部と前記ヨーク部との間に磁気ギャップを設けることである。
【００１２】
より好ましい態様は、前記ヨーク部および脚部にダストコアを用いると共に、前記ヨーク部およびサイド脚部の材料にＦｅ−Ｓｉ系材料を用い、また、前記特定脚部の材料にＦｅ−Ｎｉ系あるいはＭｏパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ系）あるいはアモルファス系を用いることである。
【００１３】
より好ましい態様は、前記ヨーク部および脚部にダストコアを用いると共に、前記ヨーク部の材料にフェライトコアを用い、サイド脚部の材料にＦｅ−Ｓｉ系材料を用い、また、前記特定脚部の材料にＦｅ−Ｎｉ系あるいはＭｏパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ系）あるいはアモルファス系を用いることである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、リアクトル損失を安価な構成で抑制できる構造を備え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】
【００１５】
【図１】図１は本発明の実施の形態にかかるリアクトルの側面構成を示す図である。
【図２】図２は上記リアクトルのコイルが無い状態での外観構成を示す図である。
【図３】図３（ａ）はハッチングで示す片サイド脚部に低損失コア材料を用いたリアクトル、図３（ｂ）はハッチングで示す両サイド脚部に低損失コア材料を用いたリアクトル、図３（ｃ）はハッチングで示すセンタ脚部に低損失コア材料を用いたリアクトルを示す図である。
【図４】図４は図３（ａ）（ｂ）（ｃ）それぞれの各リアクトルＡ，Ｂ，Ｃの損失特性を示す図である。
【図５】図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は各種構成のリアクトルを示す図である。
【図６】図６は本発明の他の実施の形態にかかるリアクトルの側面構成を示す図である。
【図７】図７は本発明のさらに他の実施の形態にかかるリアクトルの側面構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るリアクトルを説明する。
【００１７】
まず図１および図２を参照して、本実施の形態のリアクトル１０は、平行に対向する一対の平板状のヨーク部１１ａ，１１ｂと、前記対向する一対のヨーク部１１ａ，１１ｂの両サイド間それぞれに配置された脚部セット１２，１３とを含む。一方の脚部セット１２はいずれも同じ大きさの四角柱ブロック形状をなす３つの脚部１２ａ，１２ｂ，１２ｃを磁気ギャップ無しで積層した構成を備え、もう１つの脚部セット１３も上記同様、いずれも同じ大きさの四角柱ブロック形状をなす３つの脚部１３ａ，１３ｂ，１３ｃを磁気ギャップ無しで積層した構成を備える。これら脚部１２，１３それぞれにはコイル１４，１５が破線で示すように巻装される。脚部形状は矩形ブロック形状に限定されず円柱ブロック形状でもよい。もちろん、これら脚部セット１２，１３それぞれの脚部はそのまま相互間に隙間無しの状態で積層するが、磁気ギャップが介在しないような態様で接着してもよい。
【００１８】
ヨーク部１１ａと一方の脚部セット１２との間に磁気ギャップ１６ａ、ヨーク部１１ｂと一方の脚部セット１２との間に磁気ギャップ１６ｂ、ヨーク部１１ａと他方の脚部セット１３との間に磁気ギャップ１７ａ、ヨーク部１１ｂと他方の脚部セット１３との間に磁気ギャップ１７ｂが設けられている。上記した磁気ギャップ間隔は適宜調整できることが好ましい。
【００１９】
各脚部セット１２，１３において、説明の都合で、ヨーク部１１ａ，１１ｂ寄りの脚部１２ａ，１２ｃ；１３ａ，１３ｃは、サイド脚部と称し、中央側の脚部１２ｂ，１３ｂは、センタ脚部と称する。もちろん、上記ではサイド脚部１２ａ，１２ｃ；１３ａ，１３ｃ間に挟まれた脚部の個数は１つであったが、この挟まれる脚部が複数の場合もサイド脚部に対してセンタ脚部と称することとする。
【００２０】
以上の構成を備えた実施の形態のリアクトル１０においては、ヨーク部１１ａ，１１ｂの材料にフェライトコアを用い、サイド脚部１２ａ，１２ｃ；１３ａ，１３ｃの材料に汎用コア材料を用い、センタ脚部１２ｂ，１３ｂに低損失コア材料を用いている。汎用コア材料の損失は低損失コア材料のそれより大きいが、コア材料価格は低損失コア材料より安価である。請求項では低損失コア材料を用いたセンタ脚部１２ｂ，１３ｂを特定脚部となる。そうすると、実施の形態のリアクトル１０では特定脚部の数は、脚部セットごとに１つとなる。
【００２１】
なお、上記低損失コア材料、汎用コア材料における「損失」とは鉄損と定義することができ、下記するＱ値では銅損と鉄損とを含むあらゆる損失の合計をＲ、リアクトルのインダクタンスをＬ、周波数をｆとすると、ωＬ/Ｒ＝2πｆＬ／Ｒと定義することができ、損失が小さいほどＱ値が大きい。
【００２２】
実施形態では、汎用コア材料は例えば一例としてＦｅ−Ｓｉ系ダストコアがあり、また、低損失コア材料は例えば一例としてＦｅ−Ｎｉ系あるいはＭｏパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ系）あるいはアモルファス系ダストコアがある。もちろん、汎用コア材料、低損失コア材料が上記例に限定されるものでないことはもちろんである。
【００２３】
これらサイド脚部１２ａ，１２ｃ；１３ａ，１３ｃ、センタ脚部１２ｂ，１３ｂのすべてを低損失コア材料を用いたリアクトルでは、当然、低損失であるがコストは相当に高価となり、また、サイド脚部１２ａ，１２ｃ；１３ａ，１３ｃ、センタ脚部１２ｂ，１３ｂのすべてを汎用コア材料を用いたリアクトルでは価格は低価格となるが損失がきわめて大きいリアクトルとなる。
【００２４】
そこで、本実施の形態では、両脚部セット１２，１３それぞれの両側サイド脚部１２ａ，１２ｃ；１３ａ，１３ｃと、両側サイド脚部１２ａ，１２ｃ；１３ａ，１３ｃ間に挟まれた１つのセンタ脚部１２ｂ，１３ｂに対して汎用コア材料と低損失コア材料とを共用し、その共用形態に格別の形態を持たせたことに特徴を備えたものである。
【００２５】
すなわち、本実施の形態では、両脚部セット１２，１３それぞれの両側サイド脚部１２ａ，１２ｃ；１３ａ，１３ｃには汎用コア材料を用いる一方、両側サイド脚部１２ａ，１２ｃ；１３ａ，１３ｃ間に挟まれた１つのセンタ脚部１２ｂ，１３ｂに低損失コア材料を用いることで、上記共用タイプの中では価格的には最小となる一方で損失が最小で済むリアクトル構成としたものである。
【００２６】
こうした実施の形態のリアクトル１０は、両脚部セット１２，１３それぞれのセンタ脚部１２ｂ，１３ｂと、汎用コア材料からなる両サイド脚部１２ａ，１２ｃ；１３ａ，１３ｃとが混在するリアクトルであり、こうしたコア材料が混在する脚部を用いた実施の形態のリアクトルと、他のリアクトルとを図３および図４を参照して比較説明する。
【００２７】
図３、図４では説明の都合でリアクトルＡ，Ｂ，Ｃとし、実施の形態のリアクトル１０はリアクトルＣに対応する。リアクトルＡはヨーク部Ａ１，Ａ２、脚部セットＡ３，Ａ４を含み、リアクトルＢはヨーク部Ｂ１，Ｂ２、脚部セットＢ３，Ｂ４を含み、リアクトルＣはヨーク部Ｃ１，Ｃ２、脚部セットＣ３，Ｃ４を含む。
【００２８】
図３（ａ）のリアクトルＡでは両脚部セットＡ３，Ａ４それぞれの片サイド脚部（ハッチングで示す）に低損失コア材料を用いており、図３（ｂ）のリアクトルＢは両脚部セットＢ３，Ｂ４それぞれの両サイド脚部（ハッチングで示す）に低損失コア材料を用いており、図３（ｃ）のリアクトルＣは両脚部セットＣ３，Ｃ４それぞれのセンタ脚部（ハッチングで示す）に低損失コア材料を用いている。
【００２９】
図４は図３（ａ）（ｂ）（ｃ）それぞれの各リアクトルＡ，Ｂ，Ｃの損失特性を示す図である。低損失コア材料としてＦｅ−Ｎｉ系ダストコアを用いている。汎用コア材料としてＦｅ−Ｓｉ系ダストコアを用いている。ヨーク部１１ａ，１１ｂはＭｎ系フェライトコアである。
【００３０】
そして、図４にそれらリアクトルＡ，Ｂ，ＣそれぞれのＱ値を示す。図４において横軸はリアクトルＡ，Ｂ，Ｃ、縦軸に各リアクトルＡ，Ｂ，ＣのＱ値を示す。
【００３１】
損失曲線Ｌ１は、Ｑ値測定周波数が１５ｋＨｚ（Ｑ１５）、損失曲線Ｌ２は、Ｑ値測定周波数が２０ｋＨｚ（Ｑ２０）である。
【００３２】
この測定周波数とはＱ値を測定する測定器の周波数である。
【００３３】
Ｑ値を測定する方法は、例えばｈｐ製ＬＣＲメータ  ４２８４Ａを用い、Ｑ値を測定したいリアクトルの端子をこのＬＣＲメータの端子に接続する。
【００３４】
次にＬＣＲメータの測定周波数を１５ｋＨｚまたは２０ｋＨｚとし、測定電圧を１Ｖまたは測定電流を１０ｍＡに設定し、その時のＱ値を読み取ったものである。
【００３５】
損失曲線Ｌ１，Ｌ２において、リアクトルＡではＱ１５で５９．１、Ｑ２０で６３．５、リアクトルＢはＱ１５で６６．７、Ｑ２０で７２．４、リアクトルＣではＱ１５で７０．２、Ｑ２０で７３．４である。これらから実施の形態のリアクトルＣのＱ値は他のリアクトルＡ，Ｂのそれよりも大きいので、損失が最小であることが明らかである。
【００３６】
以上説明したように本実施の形態のリアクトルでは、対向する一対のヨーク部１１ａ，１１ｂと、対向する一対のヨーク部１１ａ，１１ｂ間にサイド脚部１２ａ，１２ｃ；１３ａ，１３ｃと、センタ脚部１２ｂ，１３ｂとを、を含み、サイド脚部１２ａ，１２ｃ；１３ａ，１３ｃを除いたセンタ脚部１２ｂ，１３ｂを特定脚部とし、そのコア材料として、サイド脚部１２ａ，１２ｃ；１３ａ，１３ｃを構成するコア材料よりも低損失な材料を用いたから、すべての脚部に損失が小さい材料を用いた場合と比較して損失が多少大きくなるものの、これよりも価格を十分に低くすることが出来る一方で、これ以外の材料の組合せと比較して損失が最小に抑制できると同時に価格も低価格に済む。
【００３７】
本発明は図１および図２で示すリアクトルに限定されず、例えば図５（ａ）で示すリアクトル２０の構成でもよい。このリアクトル２０はヨーク部２１ａ，２１ｂと、脚部セット２２，２３とを含み、かつヨーク部２１ａ，２１ｂと、脚部セット２２，２３との間に上記実施の形態と同様に、磁気ギャップ２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂを設けているが、脚部セット２２，２３を構成する各脚部２２ａ−２２ｃ；２３ａ−２３ｃ間にも磁気ギャップ２９ａ，２９ｂ，３０ａ，３０ｂを設けている。このリアクトル２０においては、磁気ギャップを分散できることと、および、コイル内に磁気ギャップを設けることができるため、磁束の漏れを減らせ、コイルに鎖交する磁束を減らせることにより損失を減らしたり、リアクトルのインダクタンス重畳特性を改善する効果がある。
【００３８】
なお、図５（ａ）のリアクトル２０での特定脚部の数は各脚部セットごとに１つであり、図５（ｂ）のリアクトル３０での特定脚部の数は各脚部セットごとに２つであり、図５（ｃ）のリアクトル４０での特定脚部の数は一方の脚部セットで１、他方の脚部セットで２つである。脚部セットを構成する脚部数は３つ以上であればよく、図５（ｂ）のリアクトル３０は、脚部セットを構成する脚部数は４つであり、図５（ｃ）のリアクトル４０では脚部数は５つである。また、これ以上の脚部数でもよい。リアクトル３０は、ヨーク部３１ａ，３１ｂと、脚部３２ａ−３２ｄからなる脚部セット３２と、脚部３３ａ−３３ｄからなる脚部３３とを含み、かつヨーク部３１ａ，３１ｂと、脚部セット３２，３３との間に上記実施の形態と同様に、磁気ギャップ３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂを設けている。リアクトル４０は、ヨーク部４１ａ，４１ｂと、脚部４２ａ−４２ｅからなる脚部セット４２と、脚部４３ａ−４３ｅからなる脚部４３とを含み、かつヨーク部４１ａ，４１ｂと、脚部セット４２，４３との間に上記実施の形態と同様に、磁気ギャップ４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂを設けている。
【００３９】
また、低損失コア材料の脚部はセンタ脚部であればよく、図５（ｂ）のリアクトル３０では、各脚部セット３２，３３それぞれは脚部３２ｂ，３２ｃ，３３ｂ，３３ｃがセンタ脚部となるが、これらセンタ脚部すべてに低損失コア材料を用いてよい。また。図５（ｃ）のリアクトル４０では、一方の脚部セット４２では３つのセンタ脚部４２ｂ−４２ｄのうちの２つに低損失コア材料、他方の脚部セット４３の３つのセンタ脚部４３ｂ−４３ｄのうちの１つに低損失コア材料を用いてもよい。
【００４０】
なお、低損失コア材料としてＳｉ含有量がおよそ６．５％である珪素鋼を用い、汎用コア材料としてＳｉ含有量が６．５％より少ない珪素鋼を用いることができる。Ｓｉを６．５％含有した珪素鋼は、低騒音、低損失、高透磁率を実現したコアである。
【００４１】
以上説明したように本実施の形態では、サイド脚部を除いた脚部の材料に低損失コア材料を用いたから、すべての脚部に損失が小さい材料を用いた場合と比較して損失が多少大きくなるものの、これよりも価格を十分に低くすることが出来る一方で、これ以外の材料の組合せと比較して損失が最小に抑制できると同時に価格も低価格に済む。
【００４２】
なお、実施の形態では、磁気回路はカタカナの「ロ」の字形状であるが、これに限定されず、例えば、図６のリアクトル５０で示すように「ロ」の字形状の磁気回路５１中に、サイド脚部５２ａ，５２ｃとセンタ脚部５２ｂとを含む脚部セット５２を入れて「日」の字形状とし、その脚部セット５２内のセンタ脚部５２ｂに低損失コア材料を用いると共にコイル５３を巻装した構成としてもよく、また、その他の形状でも同様にセンタ脚部となる脚部に低損失コア材料を用いるとよい。なお、５２ｄ，５２ｅは磁気ギャップである。
【００４３】
また、図７のリアクトル６０で示すように、ヨーク部６１ａ，６１ｂ間で、一方の脚部セット６２（サイド脚部６２ａ，６２ｃとセンタ脚部６２ｂからなる）と他方の脚部セット６３（サイド脚部６３ａ，６３ｃとセンタ脚部６３ｂからなる）とのうちの例えば一方側の脚部セット６２におけるセンタ脚部６２ｂにのみ低損失のコア材料を用いると共に、その低損失コア材料を用いたセンタ脚部６２ｂを有する脚部セット６２側にコイル６４を巻装する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０  リアクトル
１１ａ，１１ｂ  ヨーク部
１２  脚部セット
１２ａ，１２ｃ  サイド脚部
１２ｂ  センタ脚部
１３  脚部セット
１３ａ，１３ｃ  サイド脚部
１３ｂ  センタ脚部
【図１】
2011159851.tif 000003
【図２】
2011159851.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011159851.tif 000006
【図５】
2011159851.tif 000007
【図６】
2011159851.tif 000008
【図７】
2011159851.tif 000009