(57)【要約】【課題】コア間にギャップを有するリアクトルにおいて振動及び音の発生を抑制する。【解決手段】不動点間においてＮｃ個に分割され、ｊ番目のコアは伸び方向の長さＬc[j]を有するコア１０と、コア間にＮｇ個設けられ、ｉ番目のギャップはヤング率Ｅg[i][k]及び厚みＬg[i][k]を有するＮm[i]個のギャップ層で構成されるギャップ１２と、を有し、数式（９）を満たすことを特徴とするリアクトルとする。【選択図】図１
2013197362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不動点間においてＮｃ個に分割され、ｊ番目のコアは伸び方向の長さＬc[j]を有するコア群と、
前記コア間にＮｇ個設けられ、ｉ番目のギャップはヤング率Ｅg[i][k]及び厚みＬg[i][k]を有するＮm[i]個のギャップ層で構成されるギャップ群と、
を有し、
2013197362.tif 000019
ただし、μ0は各ギャップ層の透磁率、αはコアの磁歪係数、
を満たすことを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
請求項１に記載のリアクトルであって、
前記コア間の少なくとも１つに異なるヤング率Ｅg[i][k]を有する複数のギャップが設けられていることを特徴とするリアクトル。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のリアクトルであって、
前記不動点は、リアクトルの両端部のコアに設けられていることを特徴とするリアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動の発生を抑制したリアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
リアクトル（昇圧器）は、インダクタ−電流特性、損失、サイズ、製造コスト、動作温度範囲等の設計要件によりコアの形状が決定される。このとき、コアを分割し、コア間にギャップを設けることにより、サイズ、材質等の設計の許容範囲を広げることができる。
【０００３】
しかしながら、コアを分割したリアクトルを磁場下に置くと、コアに生ずる磁歪及びギャップに生じる電磁力のためにリアクトルから振動や音が発生する。そこで、このような磁歪によって生ずる振動や音を抑制する技術が開発されている。
【０００４】
特許文献１には、磁歪による振動を抑制するギャップのないコア形状を設計する方法が開示されている。電磁力による長路方向の変形により短路方向の変形が抑制されるので、ケースとの接触が減少し、騒音を抑制できるとされている。また、特許文献２には、鉄心同士を直列につなぎ合わせることにより、ギャップに働く吸引力を相殺させる構成が開示されている。また、特許文献３には、鉄心の磁歪量と最大透過率が特定の関係となるようなリアクトル用の電磁鋼板が開示されている。また、特許文献４には、ギャップ部が特定の強度を有するスペーサと特定の接着強度を有する接着剤からなるリアクトルが開示されている。また、特許文献５には、平板のギャップではなく、曲面や複数平面を有するギャップを用い、スペーサとして軟質樹脂剤を充填することで振動を低減したリアクトルが開示されている。特許文献６には、Ｅ型のコアのギャップに挿入するスペーサに凸部を設け、コア側には対応する形状の凹部を設け、スペーサを圧入することにより、両者を機械的に強固に結合させた構成が開示されている。また、特許文献７には、リアクトルのギャップにセラミック等の高弾性体を用いることにより振動を抑制する技術が開示されている。また、特許文献８には、ギャップに非磁性のギャップ板と樹脂シートを配置して磁路長を保持することができるリアクトルが開示されている。特許文献９には、ギャップにおける厚み管理が困難である接着層をなくし、ギャップでの発泡金属内部の気泡による振動を抑制したリアクトルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３２９９５号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２４４７号公報
【特許文献３】特開２００２−２５８３０号公報
【特許文献４】特開平８−１１１３２２号公報
【特許文献５】特開２００８−１３０９６４号公報
【特許文献６】特開２０１０−１１８４９６号公報
【特許文献７】特開２００６−３５１６７９号公報
【特許文献８】特開２０１０−１０３３０７号公報
【特許文献９】特開２０１１−１５９８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来のリアクトルでは、コアに生ずる磁歪やギャップに生ずる電磁力による振動や音の発生を十分に抑制することができていない。
【０００７】
例えば、特許文献１では、コアの長路方向の振動は抑制されず、騒音抑制効果は限定的である。また、特許文献２では、複数のリアクトルを直列に繋ぎ合わせることが必要であり、単体のリアクトルにおいて振動等を抑制することはできない。また、特許文献３では、電磁鋼板を用いたリアクトルに適用範囲が限定される。また、特許文献４では、ギャップを構成する層の一つが接着層からなるので、厚みのコントロールが困難である。また、特許文献５では、ギャップは単一の層からなり、振動抑制効果は限定的である。また、特許文献６では、コアの形状の変更を伴うので、磁気特性を踏まえてコアの再設計が必要となる。また、特許文献７では、ギャップはセラミックの単一の層からなり、振動抑制効果は限定的である。また、特許文献８では、ギャップを構成する複数の層の厚みの関係等は開示されておらず、振動抑制効果は限定的である。また、特許文献９では、特殊な金属素材が必要であり、振動抑制効果も限定的である。
【０００８】
本発明は、これらの課題を鑑み、振動及び音の発生を効果的に抑制することができるリアクトル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】
【０００９】
本発明の１つの態様は、不動点間においてＮｃ個に分割され、ｊ番目のコアは伸び方向の長さＬc[j]を有するコア群と、前記コア間にＮｇ個設けられ、ｉ番目のギャップはヤング率Ｅg[i][k]及び厚みＬg[i][k]を有するＮm[i]個のギャップ層で構成されるギャップ群と、を有し、
【数１】
2013197362.tif 000003
ただし、μ0は各ギャップ層の透磁率、αはコアの磁歪係数、を満たすことを特徴とするリアクトルである。
【００１０】
ここで、前記コア間の少なくとも１つに異なるヤング率Ｅg[i][k]を有する複数のギャップが設けられていることが好適である。
【００１１】
また、前記不動点は、リアクトルの両端部のコアに設けられていることが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コア間にギャップを有するリアクトルにおいて振動及び音の発生を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態におけるリアクトルの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるリアクトルの例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるリアクトルの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態におけるリアクトル１００は、図１に示すように、コア１０、ギャップ１２及びコイル１４を含んで構成される。リアクトル１００は、不動点Ａ及びＢにおいて外部のハウジング等に固定されて支持される。
【００１５】
コア１０は、電磁鋼板等の飽和磁束密度が高く、高周波での鉄損が小さい材料で構成される。本実施の形態では、コア１０は、不動点Ａ−Ｂ間において、コア１０−１、コア１０−２・・・コア１０−ＮｃとＮｃ個に分割されて直列に配置される。ｊ番目のコア１０−ｊは、伸び方向（直列方向）の長さＬc[j]を有するものとする。なお、不動点Ａ及びＢが設けられた両端部のコア１０−１及びコア１０−Ｎｃの長さは、不動点Ａ−Ｂ間に挟まれた部分の長さＬc[1]及びＬc[Nc]とする。
【００１６】
ギャップ１２は、コア１０間に設けられ、セラミックや樹脂等の材料からなる層である。本実施の形態では、ギャップ１２は、Ｎｇ個のギャップ１２−１〜１２−Ｎｇから構成されるものとする。また、各ギャップ１２は、複数の層（以下、ギャップ層という）で構成されるとし、ｉ番目のギャップ１２−ｉを構成するギャップ層の総数をＮm[i]とする。ギャップ１２−ｉを構成するｋ層目のギャップ層のヤング率Ｅg[i][k]及び伸び方向（直列方向）の厚みをＬg[i][k]とする。
【００１７】
なお、図２に示すように、１つのコア１０間に互いに異なるヤング率を有するギャップ１２ａ，１２ｂを配置してもよい。もちろん、１つのコア１０間に互いに異なるヤング率を有する３つ以上のギャップ１２を配置してもよい。また、図３に示すように、複数のコア１０間に互いに異なるヤング率を有するギャップ１２ａ，１２ｂをそれぞれ配置してもよい。
【００１８】
コイル１４は、リアクトル１００に磁界を生じさせたり、リアクトル１００の磁界によって電流を発生させたりするために設けられる。コイル１４は、コア１０及びギャップ１２の周囲に巻回された導電性部材とされる。
【００１９】
本実施の形態のリアクトル１００では、コア１０の伸び量とギャップ１２の縮み量とをバランスさせることによってリアクトル１００の振動や音の発生を抑制する。
【００２０】
コア１０の伸び量は以下のように求められる。コア１０の各々は、磁歪により変形し、ｊ番目のコア１０−ｊの伸び量（直列方向の伸び）δc[j]は数式（１）で表される。
【数２】
2013197362.tif 000004
【００２１】
ここで、εMSは磁歪を示し、磁束密度Ｂ及び磁歪係数αを用いて数式（２）で表される。
【数３】
2013197362.tif 000005
【００２２】
数式（２）を数式（１）に代入すると、伸び量δc[j]は数式（３）で表される。
【数４】
2013197362.tif 000006
【００２３】
一方、ギャップ１２の縮み量は以下のように求められる。ギャップ１２の断面積Ｓ及びギャップ１２に印加される電磁力Ｆｍは共通であるとすると、ｉ番目のギャップ１２−ｉに含まれるｋ層目のギャップ層の縮み量δg[i][k]を用いて応力と歪みの関係は数式（４）で表される。
【数５】
2013197362.tif 000007
【００２４】
電磁力Ｆｍは数式（５）で表されるので、縮み量δg[i][k]は数式（６）で表すことができる。ここで、各ギャップ層は、透磁率が低い（空気・真空の透磁率相当）材料を用いるとする。
【数６】
2013197362.tif 000008
【数７】
2013197362.tif 000009
【００２５】
したがって、ギャップ１２−ｉに含まれるＮm[i]個のギャップ層の縮み率の合計δg[i]は数式（７）で表される。
【数８】
2013197362.tif 000010
【００２６】
不動点Ａ−Ｂ間におけるコア１０の伸び量δc[j]の総和とギャップ１２の縮み量δg[i]の総和が等しいときに不動点Ａ−Ｂ間の距離は変動せず、振動の発生原因とならない。すなわち、数式（８）が成り立つときに、リアクトル１００では振動や音の発生が抑制できる。
【数９】
2013197362.tif 000011
【００２７】
数式（８）を展開すると数式（９）が得られる。
【数１０】
2013197362.tif 000012
【００２８】
例えば、図２において、コア１０がそれぞれ長さＬC[1]＝ＬC[2]＝ＬC／２であり、ギャップ１２ａ，１２ｂがそれぞれヤング率Ｅga，Ｅgb、長さＬga，Ｌgb、ギャップ全長Ｌg（＝Ｌga＋Ｌgb）及び共通の透磁率μである場合、数式（９）は数式（１０）で表される。
【数１１】
2013197362.tif 000013
【００２９】
数式（１０）を展開すると、数式（１１）及び数式（１２）がリアクトル１００で振動や音の発生を抑制する条件となる。
【数１２】
2013197362.tif 000014
【００３０】
具体的には、表１のような諸元例である場合、硬質のギャップ１２ａの厚さをＬｇａ＝１．７２ｍｍ及び軟質のギャップ１２ｂの厚さをＬｇｂ＝０．２８ｍｍとすることにより、磁歪によるコア１０の伸び量と電磁力によるギャップ１２の縮み量とが相殺されて、不動点Ａ及びＢ間全体の変位は非常に小さくなる。
【００３１】
【表１】
2013197362.tif 000015
【００３２】
このように、ギャップ１２としてコア１０に挟まれる材料及び膜厚が所定の条件を満たすようにすることで、コア１０の伸び量とギャップ１２の縮み量とを相殺させ、リアクトル１００からハウジングへの振動の伝搬を抑制することができる。これにより、振動による音の発生を抑制することができる。
【００３３】
なお、数式（９）及び数式（１１），（１２）の条件式を完全に満たすものでなくてもある程度は本発明の作用・効果を奏することかできる。コア１０の伸び量とギャップ１２の縮み量との比が１ｄＢ以下であれば実質的に振動や音の発生を従来より抑制することができる。すなわち、数式（１３）を満たすことが条件となる。
【数１３】
2013197362.tif 000016
【００３４】
具体的には、表１のような諸元例である場合、数式（１４）を満たせばよい。
【数１４】
2013197362.tif 000017
【００３５】
数式（１５）の拘束条件がある場合には、Ｌga及びＬgbについて数式（１６）及び数式（１７）の条件を満たせばよいことになる。
【数１５】
2013197362.tif 000018
【００３６】
また、リアクトル１００を支持する不動点Ａ及びＢは、コイル１４が巻回されている部分に設けることが難しい場合があるので、リアクトル１００の両端部のコア１０（１０−１及び１０−Ｎｉ）に設けることが好適である。図１に示すように、一般に、リアクトル１００の両端部はＵ字型のコア１０（１０−１及び１０−Ｎｉ）が配置されるが、このＵ字型のコアに不動点Ａ及びＢを設けることが好ましい。
【符号の説明】
【００３７】
１０  コア、１２（１２ａ，１２ｂ）  ギャップ、１４  コイル、１００  リアクトル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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