(57)【要約】【課題】漏れ磁束による銅損の低減が可能なリアクトルを提供する。【解決手段】リアクトル１は、コア２と被覆部材４と導線５とを備える。コア２は、磁性材料で構成され、磁気ギャップ３を介して配置される複数のブロック２０を有する。被覆部材４は、電気絶縁性を有する非磁性材料で構成され、磁気ギャップ３を覆う。導線５は、複数のブロック２０のうち少なくとも１つのブロック２０、及び被覆部材４にコイル状に巻き付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料で構成され、磁気ギャップを介して配置される複数のブロックを有するコアと、
電気絶縁性を有する非磁性材料で構成され、前記磁気ギャップを覆う被覆部材と、
前記複数のブロックのうち少なくとも１つのブロック、及び前記被覆部材にコイル状に巻き付けられている導線とを備える
ことを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
前記被覆部材は、枠状に形成され、周方向と交差する断面が矩形状である
ことを特徴とする請求項１記載のリアクトル。
【請求項３】
前記被覆部材は、枠状に形成され、周方向と交差する断面における外側の辺が円弧状である
ことを特徴とする請求項１記載のリアクトル。
【請求項４】
前記被覆部材は、前記複数のブロックのうち２つのブロック間に介在し磁気ギャップ長を規定するスペーサを有する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁路にエアギャップ（磁気ギャップ）が設けられた鉄心を磁性コアとして使用するリアクトルがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−４６５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁気ギャップから漏れる磁束（漏れ磁束）が導線を鎖交することにより、銅損が発生する。この分野において、銅損の低減が望まれている。
【０００５】
本発明は、上記事由に鑑みてなされており、その目的は、漏れ磁束による銅損の低減が可能なリアクトルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のリアクトルは、磁性材料で構成され、磁気ギャップを介して配置される複数のブロックを有するコアと、電気絶縁性を有する非磁性材料で構成され、前記磁気ギャップを覆う被覆部材と、前記複数のブロックのうち少なくとも１つのブロック、及び前記被覆部材にコイル状に巻き付けられている導線とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のリアクトルは、漏れ磁束による銅損の低減が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１Ａは、本発明の一実施形態に係るリアクトルにおける導線を取り外した状態の斜視図である。図１Ｂは、同上のリアクトルの斜視図である。
【図２】図２は、図１ＢのＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、同上のリアクトルにおける電磁界シミュレーションの解析モデルである。
【図４】図４は、同上のリアクトルにおける電磁界シミュレーションの解析結果である。
【図５】図５は、比較例のリアクトルにおける電磁界シミュレーションの解析モデルである。
【図６】図６は、比較例のリアクトルにおける電磁界シミュレーションの解析結果である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態の第１変形例に係るリアクトルの断面図である。
【図８】図８は、本発明の一実施形態の第２変形例に係るリアクトルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態は、一般にリアクトル、より詳細には導線が巻き付けられるコアを有するリアクトルに関する。なお、以下の実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、各構成要素の寸法比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
【００１０】
（実施形態）
本実施形態のリアクトル１における導線５を取り外した状態の斜視図を図１Ａ、コア２に導線５を巻き付けた状態の斜視図を図１Ｂ、図１ＢのＡ−Ａ線断面図を図２に示す。本実施形態のリアクトル１は、磁心コイルであり、例えば直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の回路素子に用いられる。なお、リアクトル１の使用用途は、電力変換装置に限らず、他の装置の回路素子に用いられてもよい。
【００１１】
本実施形態のリアクトル１は、コア２と被覆部材４と導線５とを備えている。
【００１２】
コア２は、磁性材料（例えばフェライト等）で構成されており、複数のブロック２０で磁気回路を形成している。複数のブロック２０は、円柱状に形成された４つの円柱ブロック２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと、矩形体状に形成された２つの矩形体ブロック２２ａ，２２ｂとで構成されている。なお、４つの円柱ブロック２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを区別しない場合、円柱ブロック２１という。２つの矩形体ブロック２２ａ，２２ｂを区別しない場合、矩形体ブロック２２という。円柱ブロック２１、矩形体ブロック２２を区別しない場合、ブロック２０という。
【００１３】
円柱ブロック２１ａと円柱ブロック２１ｂとは、互いの端面が対向するように第１方向Ｄ１に並べて配置されている。円柱ブロック２１ａと円柱ブロック２１ｂとは、互いの端面同士が接着剤３０（例えばエポキシ系接着剤等）で接着されており、導線５がコイル状に巻き付けられる円柱状の胴部２１０ａを構成している。また、円柱ブロック２１ｃと円柱ブロック２１ｄとは、互いに端面の対向するように第１方向Ｄ１に並べて配置されている。円柱ブロック２１ｃと円柱ブロック２１ｄとは、互いの端面同士が接着剤３０で接着されており、導線５がコイル状に巻き付けられる円柱状の胴部２１０ｂを構成している。胴部２１０ａと胴部２１０ｂとは、第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に並べて配置されている。胴部２１０ａ，２１０ｂを区別しない場合、胴部２１０という。
【００１４】
矩形体ブロック２２ａは、胴部２１０ａ，２１０ｂの各々に対して第１方向Ｄ１の一方側に配置されている。矩形体ブロック２２ａは、第１方向Ｄ１と交差する一面に、胴部２１０ａの端面（円柱ブロック２１ａの端面）と胴部２１０ｂの端面（円柱ブロック２１ｃの端面）とのそれぞれが接着剤３０（図２参照）で接着されている。また、矩形体ブロック２２ｂは、胴部２１０ａ，２１０ｂの各々に対して第１方向Ｄ１の他方側に配置されている。矩形体ブロック２２ｂは、第１方向Ｄ１と交差する一面に、胴部２１０ａの端面（円柱ブロック２１ｂの端面）と胴部２１０ｂの端面（円柱ブロック２１ｄの端面）とのそれぞれが接着剤３０（図２参照）で接着されている。
【００１５】
コア２は、各ブロック２０が第１方向Ｄ１に隣接するブロック２０と接着剤３０で接着されることにより、磁気回路を形成している。したがって、各ブロック２０は、接着剤３０の厚み（例えば３０μｍ〜４０μｍ程度）分だけ隣接するブロック２０と離れて配置される。すなわち、コア２が形成する磁気回路には、接着剤３０が磁路として含まれる。接着剤３０は、コア２（各ブロック２０）よりも透磁率が低いため磁気ギャップ３となる。本実施形態における「磁気ギャップ」とは、コア２（各ブロック２０）よりも透磁率が低い、言い換えればコア２（各ブロック２０）よりも磁気抵抗が大きい磁路を示す。
【００１６】
被覆部材４は、電気絶縁性を有する非磁性材料（例えばフェノール樹脂等）で構成されている。被覆部材４は、円形の枠状、言い換えればリング状に形成されており、内径が円柱ブロック２１の径と略同一である。また、被覆部材４は、周方向と交差する断面４１（図２参照）が矩形状に形成されている。被覆部材４は、磁気ギャップ３（接着剤３０）を全周にわたって覆うように円柱ブロック２１に嵌められている。本実施形態のリアクトル１は、６つの磁気ギャップ３が形成されており、各磁気ギャップ３を個別に覆うように６つの被覆部材４を備えている。なお、必要に応じて、２つの円柱ブロック２１間の磁気ギャップ３を磁気ギャップ３ａといい、磁気ギャップ３ａを覆う被覆部材４を被覆部材４ａという。また、円柱ブロック２１と矩形体ブロック２２との間の磁気ギャップ３を磁気ギャップ３ｂといい、磁気ギャップ３ｂを覆う被覆部材４を被覆部材４ｂという。
【００１７】
被覆部材４ａは、第１方向Ｄ１に並ぶ２つの円柱ブロック２１に跨って配置されることで、磁気ギャップ３ａを覆っている。なお、被覆部材４ａは、第１方向Ｄ１の中央部が磁気ギャップ３ａと対向するように配置されることが好ましい。
【００１８】
被覆部材４ｂは、円柱ブロック２１の端面から矩形体ブロック２２側に一部がはみ出すように配置されることで、磁気ギャップ３ｂを覆っている。
【００１９】
導線５は、例えば銅等で構成されており、被覆部材４が取り付けられた状態の各胴部２１０にコイル状に巻き付けられている。言い換えれば、導線５は、各円柱ブロック２１、及び各被覆部材４にコイル状に巻き付けられている。
【００２０】
図２に示すように、被覆部材４は、磁気ギャップ３を覆うように配置されているので、導線５は、被覆部材４の外側に配置される。したがって、導線５は、被覆部材４の断面４１の寸法に応じて磁気ギャップ３から離れて配置される。
【００２１】
次に、本実施形態のリアクトル１における銅損について図３〜図６を用いて説明する。導線５に電流が流れることにより、各ブロック２０及び各磁気ギャップ３を含む磁気回路に磁束が発生する。また、磁気ギャップ３から漏れた磁束（漏れ磁束）が、導線５を鎖交することにより銅損が生じる。導線５に流れる電流の周波数が高くなるほど漏れ磁束が大きくなり、銅損が発生しやすくなる。導線５における銅損の分布については、例えば電磁界シミュレーションにより解析することができる。
【００２２】
図３は、本実施形態のリアクトル１における電磁界シミュレーションの解析モデルである。図４は、本実施形態のリアクトル１における電磁界シミュレーションの解析結果である。また、図５は、比較例のリアクトル１００における電磁界シミュレーションの解析モデルである。比較例のリアクトル１００は、被覆部材４を備えていない点が本実施形態のリアクトル１と異なる。図６は、比較例のリアクトル１Ａにおける電磁界シミュレーションの解析結果である。
【００２３】
図３、図５に示す解析モデルは、リアクトル１，１００の対称性により、リアクトル１，１００を１／４に分割した領域を解析領域としている。具体的には、解析モデルは、リアクトル１，１００を第２方向Ｄ２に１／２、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２と直交する第３方向Ｄ３（図１Ａ，図１Ｂ参照）に１／２に分割した領域を解析領域としている。また、解析モデルにおいて、導線５は、径が２．４ｍｍ、胴部２１０への巻き数が３８ターンであり、２０ｋＨｚの交流電流が流れるとする。図４、図６に示す解析結果は、導線５における銅損の分布を濃淡で表しており、濃い領域が銅損の大きい領域であり、淡い領域が銅損の小さい領域である。
【００２４】
漏れ磁束は、磁気ギャップ３から漏れるため、磁気ギャップ３に近いほど大きな銅損が発生する。比較例のリアクトル１００は、被覆部材４を備えていないため、導線５が磁気ギャップ３の近傍にも位置する。したがって、図６に示すように、比較例のリアクトル１００は、導線５における磁気ギャップ３の近傍の部位において大きな銅損が発生している。
【００２５】
一方、本実施形態のリアクトル１は、磁気ギャップ３を覆う被覆部材４により、導線５は磁気ギャップ３の近傍に位置しない、言い換えれば導線５は、磁気ギャップ３から離れて配置される。すなわち、被覆部材４は、漏れ磁束が大きい空間に導線５が配置されないように、導線５の位置を制限している。これにより、導線５を鎖交する漏れ磁束が抑制されるので、図４、図６に示すように、本実施形態のリアクトル１は、比較例のリアクトル１００に比べて銅損が低減している。
【００２６】
次に、本実施形態のリアクトル１の効果について説明する。
【００２７】
本実施形態のリアクトル１は、コア２と被覆部材４と導線５とを備える。コア２は、磁性材料で構成され、磁気ギャップ３を介して配置される複数のブロック２０を有する。被覆部材４は、電気絶縁性を有する非磁性材料で構成され、磁気ギャップ３を覆う。導線５は、複数のブロック２０のうち少なくとも１つのブロック２０、及び被覆部材４にコイル状に巻き付けられている。
【００２８】
上記構成により、本実施形態のリアクトル１は、磁気ギャップ３を覆う被覆部材４によって導線５が磁気ギャップ３から離れて配置されているので、磁気ギャップ３からの漏れ磁束による銅損の低減が可能となる。
【００２９】
また、本実施形態のリアクトル１において、被覆部材４は、枠状に形成され、周方向と交差する断面４１が矩形状である。上記構成により、導線５が巻き付けられるブロック２０（円柱ブロック２１）の外周面と、被覆部材４の外周面とを平行にすることが可能となり、導線５の巻ずれを抑制することが可能となる。
【００３０】
また、被覆部材４のサイズ、具体的には被覆部材４の断面４１の寸法が、導線５に流す電流量、電流の周波数等に応じて適宜設定されることにより、銅損を調整することが可能となる。
【００３１】
なお、本実施形態のリアクトル１において、導線５が巻き付けられる胴部２１０は、２つのブロック２０（円柱ブロック２１）で構成されているが、３つ以上のブロック２０（円柱ブロック２１）で構成されていてもよい。あるいは、胴部２１０は、１つのブロック２０（円柱ブロック２１）で構成されていてもよい。
【００３２】
また、本実施形態のリアクトル１における被覆部材４は、磁気ギャップ３を覆うようにブロック２０（円柱ブロック２１）に嵌められる枠状部材で構成されているが、この構成に限らない。例えば、被覆部材４は、磁気ギャップ３を覆うようにブロック２０（円柱ブロック２１）に巻き付けられる帯状部材（テープ）で構成されていてもよい。
【００３３】
次に、リアクトル１の変形例について説明する。
【００３４】
（第１変形例）
図７に示す第１変形例のリアクトル１Ａは、被覆部材４Ａの形状が、上記実施形態のリアクトル１における被覆部材４の形状と異なる。図７に示すように、本変形例のリアクトル１Ａにおける被覆部材４Ａは、枠状に形成され、周方向と交差する断面４１Ａにおける外側の辺４２Ａが円弧状である。
【００３５】
具体的には、２つの円柱ブロック２１間の磁気ギャップ３ａを覆う被覆部材４Ａ（４ａＡ）は、周方向と交差する断面４１Ａ（４１ａＡ）が半円状に形成されている。また、円柱ブロック２１と矩形体ブロック２２との間の磁気ギャップ３ｂを覆う被覆部材４Ａ（４ｂＡ）は、周方向と交差する断面４１Ａ（４１ｂＡ）が四半円状（円の１／４）に形成されている。
【００３６】
漏れ磁束は、磁気ギャップ３から放射状に漏れる。本変形例のリアクトル１Ａにおける被覆部材４Ａは、断面４１Ａにおける外側の辺４２Ａが円弧状に形成されているため、被覆部材４Ａが導線５の位置を不要に制限しすぎることが抑制される。これにより、導線５の巻き太りを抑制することが可能となり、リアクトル１Ａの小型化を図ることが可能となる。
【００３７】
（第２変形例）
図８に示す第２変形例のリアクトル１Ｂは、被覆部材４Ａの形状が、上記実施形態のリアクトル１における被覆部材４、及び第１変形例におけるリアクトル１Ａの被覆部材４Ａの形状と異なる。図８に示すように、本変形例のリアクトル１Ｂにおける被覆部材４Ｂは、２つのブロック２０間に介在し磁気ギャップ長Ｌ１を規定するスペーサ４４Ｂを有する。
【００３８】
具体的には、被覆部材４Ｂは、磁気ギャップ３を覆う枠部４３Ｂと、枠部４３Ｂの内側に形成され２つのブロック２０間に介在するスペーサ４４Ｂとを有している。スペーサ４４Ｂは、２つのブロック２０それぞれの端面と対向する板部４４１Ｂと、板部４４１Ｂの一面及び他面それぞれから突出した複数の突部４４２Ｂとを有している。複数の突部４４２Ｂのそれぞれは、半球状に形成されている。複数の突部４４２Ｂのそれぞれは、第１方向Ｄ１に隣接するブロック２０と接触する。また、接着剤３０は、複数の突部４４２Ｂを避けて、板部４４１とブロック２０との間に設けられ、板部４４１とブロック２０とを接着する。本変形例のリアクトル１Ｂにおいて、コア２（各ブロック２０）よりも透磁率が低い接着剤３０及びスペーサ４４Ｂが磁気ギャップ３となる。
【００３９】
上記構成により、２つのブロック２０間の寸法、言い換えれば磁気ギャップ３の磁気ギャップ長Ｌ１を、第１方向Ｄ１におけるスペーサ４４Ｂの寸法（板部４４１の厚みと、突部４４２Ｂの半径×２との合計）に規定される。これにより、磁気ギャップ長Ｌ１のばらつきが抑制されるので、リアクトル１Ｂのインダクタンスのばらつきを抑制することが可能となる。
【００４０】
なお、上述した実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態、及び各変形例に限定されることはなく、この実施形態、及び各変形例以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんのことである。
【符号の説明】
【００４１】
１，１Ａ，１Ｂ  リアクトル
２  コア
２０  ブロック
３（３ａ，３ｂ）  磁気ギャップ
４（４ａ，４ｂ），４Ａ（４ａＡ，４ｂＡ），４Ｂ  被覆部材
４１，４１Ａ（４１ａＡ，４１ｂＡ）  断面
４２Ａ  辺
４４Ｂ  スペーサ
５  導線
Ｌ１  磁気ギャップ長
【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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【図８】
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