(57)【要約】      （修正有）【課題】大型化することなく、磁気飽和を抑制してインダクタンスを改善し損失を低減した、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動用の電源系統に用いられるリアクトルを提供する。【解決手段】磁性体より形成されたコア２と、コアに巻きまわされたコイル４を有し、コアとコイルの間には、空隙が設けられ、コイルが巻回された部分のコアの断面積をＳｃ、巻回したコイルが取り囲む空隙の面積とコアの断面積をあわせた領域の面積をＳｒとすると、下式をみたす。1.1≦Ｓｒ／Ｓｃ【選択図】図３
2015008236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動用の電源系統に用いられるリアクトルであって、
磁性体より形成されたコアと、前記コアに巻きまわされたコイルを有し、
前記コアと前記コイルの間には、空隙が設けられ、
コイルが巻回された部分のコアの断面積をSc、巻回したコイルが取り囲む空隙の面積と前記コアの断面積をあわせた領域の面積をSrとすると、下式をみたすことを特徴とするリアクトル。
1.1≦Sr/Sc
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車または電気自動車の電源系統に用いられるリアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動電源系統には、高出力のリアクトルが用いられている。例えば、特許文献１には、ハイブリッド自動車又は電気自動車の駆動用の電源系統に用いられるリアクトルであって、圧粉磁性材料により形成され、ギャップが介挿されていない略トロイダル形状のコアと、コアの外周に設けられたコイルとを有するリアクトルが開示されている。
【０００３】
リアクトルは、コアにギャップを設けることで、インダクタンスを調整することができる。ここで、リアクトルのインダクタンスとリアクトル損失との関係について述べる。リアクトル損失とは、コアの磁束密度変化により発生する鉄損と、コイルに通電することにより発生する銅損の合計である。
【０００４】
一般に、インダクタンスが小さくなると、流れる電流の電流リップル（電流波形の傾き、電流値の変動）は大きくなる。リアクトル損失は、電流変化により発生する磁束密度変化の二乗に比例して大きくなる。すなわち、リアクトル損失は、インダクタンスが低減するほど増大する。
【０００５】
リアクトル損失を低減させるには、インダクタンスを大きくしなければならない。これは、ハイブリッド自動車の使用電流範囲内における低電流側、すなわち、バッテリが連続的に出力可能な電流値である連続通電電流範囲（約０〜５０Ａ）において、特に必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３４４８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、例えば、ハイブリッド自動車の電源系統で用いられる昇圧コンバータでは、連続通電電流範囲において、熱容量の大きいリアクトルの発熱（すなわち、損失）が問題となる。しかしながら、磁気飽和を抑制するためのギャップを大きくとりすぎると、連続通電電流範囲（約０〜５０Ａ）におけるインダクタンスが低下してしまう。
【０００８】
一方でリアクトルのギャップが小さいと、大電流側（１００Ａ以上）において、コアの磁気飽和に起因するインダクタンス低下代が大きくなってしまい、大電流側において必要な特性が得られない。すなわち、ギャップをとるという方策では、磁気飽和抑制には有効であるが、それに伴うインダクタンスの低下は避けられない。
【０００９】
ギャップを設ける以外のインダクタンス改善のための方策として、リアクトル全体の磁気抵抗を減らすために、磁束進行方向に垂直な面のコア断面積を大きくし、磁束を通りやすくする方法が考えられる。しかしながら、この方法ではリアクトル自体が大きくなってしまうので、燃費改善のために小型化が要求されるハイブリッド自動車用に適用するのは難しい。
【００１０】
本発明は、このような問題点に対しなされてものであり、リアクトルを大型化することなく、磁気飽和を抑制してインダクタンスを改善し、リアクトルの損失を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記のような目的を達成するために、以下のような特徴を有している。
［１］ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動用の電源系統に用いられるリアクトルであって、
磁性体より形成されたコアと、前記コアに巻きまわされたコイルを有し、
前記コアと前記コイルの間には、空隙が設けられ、
コイルが巻回された部分のコアの断面積をSc、巻回したコイルが取り囲む空隙の面積と前記コアの断面積をあわせた領域の面積をSrとすると、下式をみたすことを特徴とするリアクトル。
【００１２】
1.1≦Sr/Sc
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、リアクトルを大型化することなく、磁気飽和を抑制してインダクタンスを改善し、リアクトルの損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るリアクトルの構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るリアクトルの構成を示すＡ−Ａ矢視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るリアクトルの構成を示す断面図であり、図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るリアクトルの構成を示す平面図である。
【図５】リアクトルのSr/Scとインダクタンスとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付した図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るリアクトルの平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視図である。このリアクトル１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動用の電源系統に用いられる。
【００１７】
リアクトル１は、コア２と、コイル３、４を備えている。コア２は、磁性体により構成され、平面視において、中心部に穴が形成されたドーナツ形状を有している。ドーナツ形状のコア２は、平面視において、略Ｕ字形の２つの磁性体２１、２２の先端同士を接合することにより構成されている。実施の形態１のリアクトル１、コア２にギャップを介挿しない構成となっている。
【００１８】
コア２の外周には、コイル３及び４が巻き回されている。具体的には、コイル３、４は、磁性体２１、２２の接合部の外周を取り囲むように巻き回されている。コイル３、４は、コア２との間に所定の空隙を有している。
【００１９】
図３は、図１の実施の形態１に係るリアクトル１のＢ−Ｂ断面図である。前述したように、コイル３、４は、コア２との間に所定の空隙を有している。ここで、コイル３、４が巻き回された部分のコア２の断面積をSc、巻回したコイル３、４が取り囲む空隙の面積とコアの断面積をあわせた領域の面積をSrとすると、本実施の形態１に係るリアクトル１は、以下の関係式を満たしている。
1.1≦Sr/Sc      ・・・(1)
本実施の形態１に係るリアクトル１では、1.1≦Sr/Scを満たすことで、コア２の体積を大きくすることなく、ハイブリッド自動車の連続通電電流範囲におけるインダクタンスを増大させることができる。なお、1.1≦Sr/Scとした理由については、実施例１において説明する。
【００２０】
なお、巻回したコイル径が大きくなりすぎると、コイルによって生じる起磁力が小さくなってしまう。そのため、Sr/Scの上限値は、2.0とすることが望ましい。
【００２１】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係るリアクトルについて説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係るリアクトルの平面図である。実施の形態１のリアクトル１は、コア２にギャップを介挿しない構成であったが、実施の形態２のリアクトル１１は、磁性体２１、２２の先端の接合部それぞれに、ギャップが設けられている。ギャップは、厚みが１ｍｍ程度のセラミック５を、磁性体２１、２２の接合部に挿入することにより構成されている。コイル３、４は、ギャップ（セラミック５）部分の外周を取り囲むように配置される。
【００２２】
実施の形態２においても実施の形態１と同様に、巻回したコイル３、４が取り囲む空隙の面積とコア２の断面積をあわせた領域の面積Srと、コア２の断面積Scが式(1)を満たすように構成されている。
【００２３】
なお、他の構成については、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。
【００２４】
実施の形態２に係るリアクトル１１では、ギャップの長さを調整することで、透磁率の微調整を行うことができる。
【実施例】
【００２５】
次に、本発明の実施例について説明する。実施例として、ハイブリッド自動車のバッテリを用いた。このバッテリの電圧は、約288〜300Ｖである。また、このハイブリッド自動車の電源系統にて使用される電流範囲（使用電流範囲）を約0〜200Ａとした。バッテリが連続的に出力できる電流範囲（連続通電電流範囲）を約0〜50Ａとした。
【００２６】
図１及び図２に示すリアクトル１を用い、直流重畳特性を計測した。コア２の素材は、珪素を4〜7質量%含有する高珪素鋼板とした。また、コイル３及び４のそれぞれの断面積は2500mm2であり、コア２１の体積は700cm3である。
【００２７】
実施例では、コア２１に対し、コイル断面積を一定としたまま、コイル径を変化させることでSr/Scを1.0、1.05、1.1、1.3、1.5と変化させ、それぞれの直流重畳特性を測定した。
【００２８】
図５は、計測した直流重畳特性を示す図であり、リアクトルのSr/Scとインダクタンスとの関係を示す図である。なお、Sr/Sc＝1.0の時は、コア２に直接コイル３、４を巻回させた状態、すなわち空隙がない状態である。なお、図５の横軸は電流値［Ａ］、縦軸はインダクタンス［μＨ］である。
【００２９】
図５に示すとおり、Sr/Scが1.0と、1.05の場合とでは、殆ど特性に変化が見られない。しかしながら、Sr/Scが1.1以上であれば、特に大電流下（特に１３０Ａ以上、より望ましくは１５０Ａ以上）における直流重畳特性が改善していることがわかる。
【００３０】
大電流になるほどコイルによって発生する起磁力が大きくなり、その分磁気飽和を招きやすい。磁気飽和するとインダクタンス値が大きく低下するので、これを防ぐ必要がある。そこで、Sr/Scを1.1以上に大きくとれば、同じ電流を流しても、それによって発生する起磁力が小さくなるので、その分磁気飽和を抑制させることができる。その結果、大電流下、特に１３０Ａ以上、より望ましくは１５０Ａ以上におけるインダクタンスの低下代を小さくすることができ、直流重畳特性を改善させることができる。Sr/Scが1.1未満では、上記の効果は小さく、インダクタンス低下を抑制する効果は十分に得ることができない。
【００３１】
このように、1.1≦Sr/Scとすることで、インダクタンスを増大させることができるため、ギャップを大きくすることなく、ハイブリッド自動車の連続通電電流範囲におけるインダクタンスを増大させることができる。従って、本発明を適用すれば、リアクトルを大型化することなく、連続通電電流範囲のリアクトル損失を低減できる。
【００３２】
なお、本発明は、上記のような実施の形態に限られるものではなく、種々設計変更を実施することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１、１１  リアクトル
２  コア
２１、２２  磁性体
３、４  コア
５  セラミック
【図１】
2015008236.tif 000003
【図２】
2015008236.tif 000004
【図３】
2015008236.tif 000005
【図４】
2015008236.tif 000006
【図５】
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