JP2010153705A - 巻線装置用コア、巻線装置およびインバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線装置用コアを適正量のコア材料で構成することによりコスト削減を図る。
【解決手段】巻線装置用コア２００は、第１脚部２２０と、第２脚部２４０と、第３脚部２６０と、連結部２８０とを含んでいる。第２脚部２４０は、第１脚部２２０の延在方向Ｄ１と平行に延在し、延在方向Ｄ１に直交する方向を配列方向Ｄ２として第１脚部２２０の一方側に位置している。第３脚部２６０は、延在方向Ｄ１と平行に延在し、配列方向Ｄ２において第１脚部２２０の他方側に位置している。連結部２８０は、第１ないし第３の脚部２２０，２４０，２６０をこれらの一端において連結している。第２および第３の脚部２４０，２６０は、配列方向Ｄ２に平行な線Ｌ１上における幅ｂ２４０，ｂ２６０が当該線Ｌ１上における第１脚部２２０の幅ｂ２２０の半分となる形状をそれぞれ有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、巻線装置用コア、巻線装置およびインバータ装置に係る。

下記特許文献１には、スイッチング電源等に使用されるＥ型形状の電源用コアが紹介されている。かかる従来のコアの斜視図および上面図を図１２および図１３に示す。

図１２および図１３に示すコア１Ｚは、コア中足３Ｚと、コア中足３Ｚの両側に位置しコア中足３Ｚと平行に延在したコア外足２Ｚとを有している。コア中足３Ｚは円柱形状をしている。コア外足２Ｚは、四角柱を基本形状としつつ、コア中足３Ｚに対向する面が円筒面状に窪んでいる。コア１Ｚはいわゆる圧粉成形によって形成されている。

Ｅ型コア１Ｚは２個を一組として、各コア足の端面を付き合わせるように組み立てられる。コア中足３Ｚに不図示のコイルが装着される。コイルで発生した磁束は、コア中足３Ｚからコア外足２Ｚを二等分して流れ、再びコア中足３Ｚへ合流する。

特開２００５−１５０４１３号公報

従来のコア１Ｚについて各コア足２Ｚ，３Ｚの形状をさらに考察する。図１３中の符号５Ｚはコア足２Ｚ，３Ｚの配列方向に伸びコア中足３Ｚの中心を通る中心線である。中心線５Ｚに平行な同一平面でコア足２Ｚ，３Ｚを縦方向（図１３において紙面垂直方向）に切断した場合を考える。

コア足２Ｚ，３Ｚの上記形状によれば、切断面が中心線５Ｚから遠ざかるに従って、コア中足３Ｚの幅（図１３において左右方向の長さ）は小さくなる一方で、コア外足２Ｚの幅は大きくなる。

このため、切断面によっては、コア外足２Ｚでの磁束密度（切断面内をコア足延在方向に沿って流れる磁束の密度）の方がコア中足３Ｚでの磁束密度よりも高くなり、または逆に低くなる。換言すれば、コア外足２Ｚには幅が過大な部分や過小な部分が在る。このため、コア材料が有効に使用されておらず、例えばコスト増大を招いてしまう。

本発明は、各種の巻線装置に用いられるコア（巻線装置用コア）を適正量のコア材料で構成することによりコスト削減を図ることを目的とする。

また、本発明は、そのような巻線装置用コアを採用することにより巻線装置およびインバータ装置の低コスト化を図ることを目的とする。

本発明に係る巻線装置用コアの第１の態様は、第１脚部（２２０）と、前記第１脚部の延在方向（Ｄ１）と平行に延在し前記延在方向に直交する方向を配列方向（Ｄ２）として前記第１脚部の一方側に位置する第２脚部（２４０）と、前記延在方向と平行に延在し前記配列方向において前記第１脚部の他方側に位置する第３脚部（２６０）と、前記第１ないし第３の脚部をこれらの一端（２２１，２４１，２６１）において連結している連結部（２８０）とを備え、前記第２および第３の脚部は、前記配列方向に平行な線（Ｌ１，Ｌ２）上における幅（ｂ２４０，ｂ２６０）が当該線上における前記第１脚部の幅（ｂ２２０）の半分となる形状をそれぞれ有する。

本発明に係る巻線装置用コアの第２の態様は、前記第１の態様の巻線装置用コア（２００〜２０４）であって、前記第２および第３脚部のうちの少なくとも一方は、前記第１脚部に対向する内向き面（２４６，２６６）と、前記内向き面よりも前記第１脚部から遠い側に位置する非平面状の外向き面（２４７，２６７）とを有する。

本発明に係る巻線装置用コアの第３の態様は、前記第１または第２の態様の巻線装置用コア（２０４）であって、当該巻線装置用コアは、前記延在方向と前記配列方向との両方に直交する方向である奥行き方向（Ｄ３）に積層された複数の平板部材（５００）を含み、前記各平板部材は、前記第１ないし第３の脚部を構成する第１ないし第３の部分（５２０，５４０，５６０）を有し、前記各平板部材において、前記第２および第３の部分は、前記配列方向に平行な前記線上における幅（ｂ５４０，ｂ５６０）が当該線上における前記第１部分の幅（ｂ５２０）の半分となる形状をそれぞれ有する。

本発明に係る巻線装置の第１の態様は、前記第１ないし第３のいずれか１つの態様の巻線装置用コア（２００〜２０４）と、前記巻線装置用コアの前記第１脚部に挿入されている巻線（４００）とを備える。

本発明に係る巻線装置の第２の態様は、前記第１の態様の巻線装置（１００）であって、前記第２および第３脚部のうちの少なくとも一方は、前記巻線に対向し前記巻線の当該対向部分と同形状の面（２４６，２６６）を有する。

本発明に係る巻線装置の第３の態様は、前記第１または第２の態様の巻線装置（１００）であって、前記第１脚部は円柱形状をしており、前記巻線は前記円柱形状をした第１脚部の直径（ａ２２０）に略等しい内径（ａ４２２）を有した円筒形状に巻回されている。

本発明に係るインバータ装置の一態様は、コンバータ部（４０）と、前記コンバータ部の出力端（４３，４４）に接続されたインバータ部（５０）とを備え、前記コンバータ部は、整流回路（６０）と、前記整流回路の入力端（６５）または出力端（６７）に接続されており、前記第１ないし第３のいずれか１つの態様の巻線装置（１００）を含んで構成されたリアクトル（８０）とを含む。

本発明に係る巻線装置用コアの第１の態様によれば、巻線（コイル）が第１脚部に挿入され駆動された場合、生じた磁束は第１ないし第３の脚部を同じ磁束密度で流れる。つまり、第２および第３の脚部は、幅が過小であるために磁束密度が第１脚部に比べて高くなる部位、および、幅が過大であるために磁束密度が第１脚部に比べて低くなる部位を有していない。このため、適切量のコア材料で巻線装置用コアを構成することができる。したがって、コア材料のコストを削減できる。

本発明に係る巻線装置用コアの第２の態様によれば、第２または／および第３の脚部の外向き面が平坦である構成に比べて、当該面の面積が広くなる。このため、かかる広い面が放熱面として働くことによって、放熱性の良好な巻線装置を構成できる。

本発明に係る巻線装置用コアの第３の態様によれば、各平板部材の磁束密度は等しくなる。このため、隣接する平板部材間の磁束密度の相違に起因して当該隣接平板部材間を磁束が渡る現象を防止することができる。したがって、当該現象で生じる磁束に伴った渦電流、換言すれば渦電流損が防止される。その結果、高効率の巻線装置を提供できる。

本発明に係る巻線装置の第１の態様によれば、上記の巻線装置用コアを採用しているので、低コストで巻線装置を提供できる。

本発明に係る巻線装置の第２の態様によれば、第２または／および第３の脚部において巻線に対向する面の全体を巻線に近接または接触させることが可能である。かかる近接／接触により、巻線での発熱を効率良く第２または／および第３の脚部へ伝達させて巻線装置用コアから放熱させることができる。このため、放熱性の良好な巻線装置を提供できる。

本発明に係る巻線装置の第３の態様によれば、いわゆる巻太りが抑制され、同じ巻数に対する巻線長（線材長）を短くできる。これにより、線材のコストを削減できる。また、巻太りが抑制される結果、第１脚部と巻線とを、より広い面積を以て近接または接触させることができる。このため、巻線での発熱を効率良く第１脚部へ伝達させて巻線装置用コアから放熱させることができる。これにより、放熱性の良好な巻線装置を提供できる。

本発明に係るインバータ装置の一態様によれば、上記の巻線装置を採用しているので、低コストでインバータ装置を提供できる。

図１に本発明の実施の形態に係る巻線装置１００を概説する分解斜視図を示し、図２に巻線装置１００を概説する上面図を示す。

ここでは巻線装置１００としてリアクトル１００を例示する。図１に例示するように、リアクトル１００は、巻線装置用コア（以下、コアと称する）２００，３００と、巻線（すなわちコイル）４００とを含んでいる。巻線４００は、図１等において、その外形を以て模式的に図示している。なお、図２は、リアクトル１００をコア３００（図１参照）の側から見た図に相当し、コア２００の一部と巻線４００とを抽出して図示している。

コア２００は、Ｅ型形状をしたいわゆるＥ型コアであり、例えば磁性材料を圧粉成形することにより形成される。Ｅ型コア２００は、第１脚部２２０と、第２脚部２４０と、第３脚部２６０と、連結部２８０とを含んでいる。

第１脚部２２０は、ここでは円柱形状が例示される。第２および第３の脚部２４０，２６０は、後に詳述するが、第１脚部２２０の形状に応じて決まる形状をしている。第２および第３の脚部２４０，２６０は、第１脚部２２０の延在方向Ｄ１に平行に延在している。第２脚部２４０は、延在方向Ｄ１に直交する方向Ｄ２において、第１脚部２２０の一方側に位置している。第３脚部２６０は、同方向Ｄ２において、第１脚部２２０の他方側に位置している。

なお、延在方向Ｄ１に直交する上記方向Ｄ２を配列方向Ｄ２と称し、延在方向Ｄ１と配列方向Ｄ２との両方に直交する方向を奥行き方向Ｄ３と称することにする。また、延在方向Ｄ１をＤ１方向、配列方向Ｄ２をＤ２方向、奥行き方向Ｄ３をＤ３方向とも称することにする。

３本の脚部２２０，２４０，２６０は延在方向Ｄ１に沿って同じ長さを有している。また、脚部２２０，２４０，２６０の一端２２１，２４１，２６１の位置は延在方向Ｄ１において揃っており、脚部２２０，２４０，２６０の他端２２２，２４２，２６２の位置も延在方向Ｄ１において揃っている。

第２および第３の脚部２４０，２６０は、図１および図２に示すように、面２４６，２６６と面２４７，２６７とで構成された側面２４５，２６５を有している。面２４６，２６６は、第１脚部２２０に対向する面であり、以下、内向き面２４６，２６６と称することにする。面２４７，２６７は、内向き面２４６，２６６に比して第１脚部２２０から遠い側に位置する面（換言すれば遠い側へ膨出した面）であり、以下、外向き面２４７，２６７と称することにする。

第２脚部２４０において内向き面２４６と外向き面２４７とはＤ１方向に延在する両者の端辺どうしが結合しており、第３脚部２６０においても同様である。

内向き面２４６，２６６および外向き面２４７，２６７については後にさらに説明する。

連結部２８０は、脚部２２０，２４０，２６０の配列方向Ｄ２に延在しており、３本の脚部２２０，２４０，２６０をこれらの一端２２１，２４１，２６１において連結している。換言すれば、３本の脚部２２０，２４０，２６０は、連結部２８０に立設されており、連結部２８０の同じ側から突出している。

ここでは、３本の脚部２２０，２４０，２６０は等間隔に配列されており、第１脚部２２０は連結部２８０の中央部に位置し、第２および第３の脚部２４０，２６０はそれぞれ連結部２８０の端部に位置している場合を例示する。

これに対し、例えば、３本の脚部２２０，２４０，２６０を不等間隔に配列することも可能である。また、例えば、第２および／または第３の脚部２４０，２６０を連結部２８０の端部から中央部寄りの位置に設ける（換言すれば、連結部２８０を第２および／または第３の脚部２４０，２６０を越えて延在させる）ことも可能である。

コア３００は、Ｉ型形状をしたいわゆるＩ型コアであり、例えば磁性材料を圧粉成形することにより形成される。Ｉ型コア３００は、リアクトル１００において、配列方向Ｄ２に延在し３本の脚部２２０，２４０，２６０の他端２２２，２４２，２６２に接触する態様で配設されている。これにより、Ｉ型コア３００とＥ型コア２００とによってリアクトル１００の閉磁路が構成される。

ここではＩ型コア３００の両端部が第２および第３の脚部２４０，２６０の位置に在る場合を例示する。

これに対し、Ｉ型コア３００を第２および／または第３の脚部２４０，２６０を越えて延在させることも可能である。

巻線４００は、絶縁性の外被膜を有した導線が巻回されて構成されている。なお、不図示のボビンに導線を巻回して巻線４００を構成してもよい。巻線４００は巻回の中心部にコア挿入穴４２１を有しており、リアクトル１００では当該コア挿入穴４２１にＥ型コア２００の第１脚部２２０が挿入されている。

ここでは巻線４００が円筒形状をしている場合（断面視が円形の場合）、すなわち内側面４２２（換言すればコア挿入穴４２１）および外側面４２３が円筒形状の場合を例示する。

このとき、図２に例示するように、第１脚部２２０の直径ａ２２０と巻線４００の内径ａ４２２とが略等しいことが好ましい。かかる構成によれば、いわゆる巻太りが抑制され、同じ巻数に対する巻線長（線材長）を短くなる。これにより、線材のコストを削減できる。

また、巻太りが抑制される結果、第１脚部２２０と巻線４００とを、より広い面積を以て近接させることができる。なお、図２には第１脚部２２０と巻線４００とが空隙を介して近接する場合を例示しているが、第１脚部２２０と巻線４００とを接触させることも可能である。かかる近接／接触により、巻線４００での発熱を効率良く第１脚部２２０へ伝達させてＥ型コア２００から放熱させることができる。これにより、放熱性の良好なリアクトル１００を提供することができる。

図１および図２に加え、図３および図４を参照して、Ｅ型コア２００をさらに説明する。図３および図４は、図２中の３−３線および４−４線におけるＥ型コア２００の断面図である。図３および図４には奥行き方向Ｄ３に直交する断面が図示されるが、図３と図４とは奥行き方向Ｄ３における位置が異なる。なお、図３および図４には巻線４００の駆動により第１脚部２２０に生じた磁束２１０が連結部２８０を介して第２および第３の脚部２４０，２６０へ流れる様子を模式的に例示している。

３本の脚部２２０，２４０，２６０の幅（配列方向Ｄ２に沿った長さ）ｂ２２０，ｂ２４０，ｂ２６０は次の関係または条件を満たす。すなわち、配列方向Ｄ２に平行な線Ｌ１，Ｌ２上における第２および第３の脚部２４０，２６０の幅ｂ２４０，ｂ２６０は、当該線Ｌ１，Ｌ２上における第１脚部２２０の幅ｂ２２０の半分の寸法を有している。

ここでは説明を分かりやすくするために図３および図４に例示される異なる断面に対して異なる符号Ｌ１，Ｌ２を用いているが、線Ｌ１，Ｌ２は配列方向Ｄ２に平行に選定される点において共通する。

また、上記線Ｌ１，Ｌ２の選定位置は図示の例に限定されるものではない。すなわち、線Ｌ１，Ｌ２は、配列方向Ｄ２に平行を成し３本の脚部２２０，２４０，２６０に交差する限り、任意に選定可能である。このとき、線Ｌ１，Ｌ２の選定は、図２ないし図４に例示される断面位置に限定されない。

したがって、脚部２２０，２４０，２６０はそれぞれの脚部全体において上記の幅関係を満足する形状をしている。

図１ないし図４に例示の第１脚部２２０は円柱形状であるため、第１ないし第３の脚部２２０，２４０，２６０の幅ｂ２２０，ｂ２４０，ｂ２６０は、奥行き方向Ｄ３の中央部において最大であり、奥行き方向Ｄ３の両端部へ行くに従って小さくなり、両最端部において０（ゼロ）である。

このとき、奥行き方向Ｄ３に直交するいずれの断面（３本の脚部２２０，２４０，２６０に共通する断面であり、図３および図４の断面に限定されない）においても、第２および第３の脚部２４０，２６０の幅ｂ２４０，ｂ２６０は等しい。このため、当該断面に沿って流れる磁束２１０、換言すれば当該断面の表層を流れる磁束２１０は、第１脚部２２０から第２および第３の脚部２４０，２６０へ二等分される。しかも、第２および第３の脚部２４０，２６０の幅ｂ２４０，ｂ２６０は第１脚部２２０の幅ｂ２２０の半分である。したがって、奥行き方向Ｄ３に直交するいずれの断面においても、磁束２１０は３本の脚部２２０，２４０，２６０を同じ磁束密度で流れる。

すなわち、第２および第３の脚部２４０，２６０は、幅ｂ２４０，ｂ２６０が過小であるために磁束密度が第１脚部２２０に比べて高くなる部位を有していないし、また、幅ｂ２４０，ｂ２６０が過大であるために磁束密度が第１脚部２２０に比べて低くなる部位も有していない。

このようにＥ型コア２００は適切量のコア材料で以て構成されているので、コア材料のコストを削減して低コストでＥ型コア２００およびリアクトル１００を構成することができる。

第２および第３の脚部２４０，２６０は、上記の幅関係を満足しつつ、種々の形状に構成可能である。

図１ないし図４の例示では、第２および第３の脚部２４０，２６０は、略半円柱形状をしている。なお、半円柱形状とは自身の延在方向（図１等では延在方向Ｄ１が相当する）に垂直な断面視が半円形状をした柱形状を言うものとする。また、略半円柱形状とは、半円柱形状に類似した形状を言うものとする。

具体的には、脚部２４０，２６０の内向き面２４６，２６６は、半円柱形状の側面のうちの平面部（断面視において半円形状の弦部）に相当するが、図１および図２に例示されるように巻線４００の外側面４２３に沿って窪んで（凹んで）いる。すなわち、内向き面２４６，２６６は、巻線４００のうちで当該内向き面２４６，２６６が対向（対面）する部分と同形状をしている。

脚部２４０，２６０の外向き面２４７，２６７は、非平面状（非平坦状）をしている。より具体的には、外向き面２４７，２６７はＤ２方向において第１脚部２２０および巻線４００から遠ざかる方向へ隆起し（突出し）、当該隆起形状の頂上部は奥行き方向Ｄ３における中央部に位置しＤ１方向に延在している。

外向き面２４７，２６７は、半円柱形状の側面のうちの曲面部（断面視において半円形状の円弧部）に相当するが、外向き面２４７，２６７の断面視は正円の円弧（半円弧）とは異なる。これは、内向き面２４６，２６６が上記のように窪んでおり、かつ、脚部２２０，２４０，２６０間には上記の幅関係があるからである。このため、外向き面２４７，２６７の断面視は、内向き面２４６，２６６の窪み形状（窪み量）に応じて正円の円弧を外側へ（正円の中心から遠ざかる方向へ）押し出したような形状している。

図１ないし図４の例示に対し、内向き面２４６，２６６を平面状（平坦状）にすることも可能である。かかる場合、第２および第３の脚部２４０，２６０は半円柱形状になり、円柱形状の第１脚部２２０を中心軸を通りＤ２方向に直交する平面で二等分して得られる各片の形状に相当する。

また、内向き面２４６，２６６を巻線４００の側、換言すれば第１脚部２２０の側へ隆起した形状にすることも可能である。

このように内向き面２４６，２６６は種々の形状に構成可能であるが、図１および図２に例示の上記形状は放熱性の観点において好ましい。すなわち、図１および図２に例示の形状によれば、内向き面２４６，２６６の全体を巻線４００に近接させることが可能である。なお、図２には内向き面２４６，２６６が巻線４００と空隙を介して近接する場合を例示しているが、内向き面２４６，２６６を巻線４００に接触させることも可能である。かかる近接／接触により、巻線４００での発熱を効率良く第２および第３の脚部２４０，２６０へ伝達させてＥ型コア２００から放熱させることができる。このため、放熱性の良好なリアクトル１００を提供できる。

ここでは内向き面２４６，２６６の両方が巻線４００に近接／接触する場合を例示したが、内向き面２４６，２６６の一方のみを巻線４００に近接／接触させることも可能である。なお、内向き面２４６，２６６の両方が巻線４００に近接／接触している方が、巻線４００から脚部２４０，２６０への熱伝達がより効果的である。

他方、図１ないし図４の例示に対し、外向き面２４７，２６７を、巻線４００の側、換言すれば第１脚部２２０の側へ窪んだ形状にすることにより、非平面状とすることも可能である。

また、外向き面２４７，２６７を平面状（平坦状）にすることも可能である。かかる場合、第２および第３の脚部２４０，２６０は半円柱形状になり、半円柱形状の曲面部を第１脚部２２０および巻線４００に対向させた態様で設けられることになる。

このように外向き面２４７，２６７は種々の形状に構成可能であるが、非平面状の外向き面２４７，２６７は放熱性の観点において好ましい。すなわち、非平面状の外向き面２４７，２６７よれば、外向き面２４７，２６７が平坦である構成に比べて、当該外向き面２４７，２６７の面積が広くなる。このため、かかる広い面が放熱面として働くことによって、放熱性の良好なリアクトル１００を構成することができる。

ここで、外向き面２４７，２６７について隆起形状と窪み形状とを比較すると、次の観点から、隆起した外向き面２４７，２６７の方がより好ましい。

すなわち、隆起した外向き面２４７，２６７によれば、当該外向き面２４７，２６７の法線が交差しないので、窪んだ外向き面２４７，２６７に比べて熱を広く発散させることができる。このため、より高い放熱性が得られる。

また、上記のように３本の脚部２２０，２４０，２６０は上記幅関係を満足しているので、第２および第３の脚部２４０，２６０は奥行き方向Ｄ３において端部ほど幅狭になっている。このため、外向き面２４７，２６７を窪んだ形状にした場合には、内向き面２４６，２６６が巻線４００の側へ隆起した形状となるので、巻線４００から脚部２４０，２６０への熱伝達が低下してしまう。このため、巻線４００から脚部２４０，２６０への熱伝達と脚部２４０，２６０からの放熱との両方を良好にするためには、隆起した外向き面２４７，２６７の方がより好ましい。

ここでは外向き面２４７，２６７の両方が同じ形状をしている場合を例示したが、外向き面２４７，２６７を別々の形状にすることも可能である。なお、上記のように放熱性の観点から、外向き面２４７，２６７の両方が非平面状である方が、さらには外向き面２４７，２６７の両方が隆起した形状である方が好ましい。

上記では第１脚部２２０が円柱形状の場合を例示したが、第１脚部２２０を断面視が多角形の柱形状とすることも可能である。ここでは、図５および図６を参照して、第１脚部２２０が断面視正方形の場合を例示する。但し、第１脚部２２０の断面視形状は他の四角形、三角形、五角形以上の多角形であってもよいことは言うまでもない。

図５および図６は図２と同様の上面図である。図５に例示のＥ型コア２０１と図６に例示のＥ型コア２０２とは、第１脚部２２０が断面視正方形の角柱形状である点で共通する。

これに対し、Ｅ型コア２０１，２０２において、第１脚部２２０の側面２２５の向き（当該側面２２５を構成する４つの平面の向き）が相違する。具体的には、図５のＥ型コア２０１の第１脚部２２０では、側面２２５を成す各平面がＤ２方向とＤ３方向とのうちの一方にのみ交差する（直交する）。これに対し、図６のＥ型コア２０２の第１脚部２２０では、側面２２５を成す各平面がＤ２方向とＤ３方向との両方に交差する（図示の例では４５°を成して交差する）。

第１脚部２２０の配設態様の相違に起因して、Ｅ型コア２０１，２０２の間にはさらに以下のような相違がある。

まず、図５のＥ型コア２０１を説明する。Ｅ型コア２０１では第１脚部２２０の幅ｂ２２０（図３および図４参照）は、奥行き方向Ｄ３に沿って均一であり（等幅であり）、奥行き方向Ｄ３の両最端部においても０ではない。

このため、上記の幅関係に従うことにより、第２および第３の脚部２４０，２６０の幅ｂ２４０，ｂ２６０（図３および図４参照）は、奥行き方向Ｄ３の両最端部においても０にならない。すなわち、図５に示すように、第２および第３の脚部２４０，２６０の側面２４５，２６５において、内向き面２４６，２６６と外向き面２４７，２６７とは直接結合していない。

より具体的には、側面２４５，２６５は、内向き面２４６，２６６および外向き面２４７，２６７に加えて、平面２４８，２６８と平面２４９，２６９とを有している。平面２４８，２６８，２４９，２６９はいずれも奥行き方向Ｄ３に直交する面である。このとき、内向き面２４６，２６６と外向き面２４７，２６７とは、一方側において平面２４８，２６８を介して繋がっており、他方側において平面２４９，２６９を介して繋がっている。

これに対し、図６のＥ型コア２０２では第１脚部２２０の幅ｂ２２０（図３および図４参照）は、奥行き方向Ｄ３の中央部において最大であり、奥行き方向Ｄ３の両端部へ行くに従って小さくなり、両最端部において０である。

このため、上記の幅関係に従うことにより、第２および第３の脚部２４０，２６０の幅ｂ２４０，ｂ２６０（図３および図４参照）は、奥行き方向Ｄ３の中央部において最大であり、奥行き方向Ｄ３の両端部へ行くに従って小さくなり、両最端部において０である。すなわち、内向き面２４６，２６６と外向き面２４７，２６７とが直接結合している。

Ｅ型コア２０１，２０２においても、内向き面２４６，２６６および外向き面２４７，２６７は種々の形状に構成可能である。図５および図６には、内向き面２４６，２６６が巻線４００の外側面４２３に沿って窪み、外向き面２４７，２６７が第１脚部２２０から遠ざかる方向へ隆起している場合を例示している。

このとき、第１脚部２２０の幅ｂ２２０（図３および図４参照）の態様の相違に起因して、図５では略長方形の第２および第３の脚部２４０，２６０が例示され、図６では略三角形の第２および第３の脚部２４０，２６０が例示される。

上記では第１脚部２２０の断面視形状が曲線のみから成る場合（図２参照）および直線のみから成る場合（図５および図６参照）を例示した。

しかしながら、第１脚部２２０の断面視を、曲線と直線とを組み合わせた形状にすることも可能である。換言すれば、第１脚部２２０の側面２２５を曲面と平面とを組み合わせた形状とすることも可能である。そのような例を図７を参照して説明する。なお、図７は図２と同様の上面図である。

図７に例示のＥ型コア２０３では、第１脚部２２０の断面視がいわゆるレーストラック形状をしている。なお、レーストラック形状とは、陸上競技における周回走路（トラック）の形状に対応し、平行な２本の直線部と、当該２本の直線部を一端側および他端側で繋ぐ円形部（曲線部）とで構成される形状である。断面視がレーストラック形状の第１脚部２２０では、その側面２２５は、上記直線部に対応する平面と、上記円形部に対応する曲面（半円筒面）とで構成される。

図７の例では、レーストラック形状の直線部が奥行き方向Ｄ３に平行になるように、換言すればレーストラック形状の長手方向が奥行き方向Ｄ３に平行になるように、第１脚部２２０が配設されている。

図７のＥ型コア２０３では、第１脚部２２０の幅ｂ２２０（図３および図４参照）は、奥行き方向Ｄ３に沿って中央部からその近隣部において均一であり、該近隣部から奥行き方向Ｄ３の両端部へ行くに従って小さくなり、両最端部において０である。

このため、上記の幅関係に従うことにより、第２および第３の脚部２４０，２６０の幅ｂ２４０，ｂ２６０（図３および図４参照）も、奥行き方向Ｄ３に沿って中央部からその近隣部において均一であり、該近隣部から奥行き方向Ｄ３の両端部へ行くに従って小さくなり、両最端部において０である。このとき、第２および第３の脚部２４０，２６０において内向き面２４６，２６６と外向き面２４７，２６７とが直接結合している。

Ｅ型コア２０３においても、内向き面２４６，２６６および外向き面２４７，２６７は種々の形状に構成可能である。図７には、内向き面２４６，２６６が巻線４００の外側面４２３に沿って窪み、外向き面２４７，２６７が第１脚部２２０から遠ざかる方向へ隆起している場合を例示している。

ここで、図７には、第１脚部２２０の形状に対応して、巻線４００もレーストラック形状に巻回されている場合を例示している。すなわち、巻線４００の内側面４２２および外側面４２３の断面視がレーストラック形状である場合を例示している。

これに対し、断面視がレーストラック形状の第１脚部２２０と円筒形状に巻回された巻線４００（図２参照）とを組み合わせることも可能である。但し、この場合は第１脚部２２０に対して巻線４００が巻太り状態になる。

上記のレーストラック形状では直線部が１対だけであるが、対向する直線部を２対にすることも可能である。すなわち、四角形において角部を丸めた形状であり、そのような形状は角丸四角形と呼ばれる。また、角丸形状は四角形以外の多角形にも適用可能である。

また、第１脚部２２０の断面形状をレーストラック形状以外の長手形状とすることも可能である。長手形状として、例えば長方形や楕円形が挙げられる。断面視長手形状の第１脚部２２０は、図７に例示のレーストラック形状のように、その長手方向を奥行き方向Ｄ３に平行にして配設可能である。あるいは、該長手方向を配列方向Ｄ２に平行にして、または配列方向Ｄ２に対して傾斜させて、第１脚部２２０を配設することも可能である。

上記のＥ型コア２０１〜２０３等はＥ型コア２００に代えてリアクトル１００に適用可能である。また、上記のＥ型コア２０１〜２０３等によっても、Ｅ型コア２００と同様の効果を得ることができる。

上記ではＥ型コア２００〜２０３等が圧粉成形された磁性体で構成される場合を例示したが、他の構成を採用することも可能である。以下では、Ｅ型コア２００をいわゆる積層鋼板タイプで構成する場合を例示する。もちろん、他のＥ型コア２０１〜２０３等を積層鋼板タイプで構成することも可能である。

図８に積層鋼板タイプのＥ型コア２０４を概説する上面図を示す。図８は図２に対応する。

Ｅ型コア２０４は、複数の平板部材５００が奥行き方向Ｄ３に積層されることにより構成されている。このとき、各平板部材５００は、Ｄ３方向に直交する主面を有し、Ｄ３方向に厚さを有している。図８ではその図示方向の関係上、平板部材５００の端面が図示されている。なお、平板部材５００の枚数は図示の例に限定されるものではない。

平板部材５００は各種の磁性材料で構成可能である。隣接する平板部材５００は互いに絶縁されている。かかる絶縁は例えば平板部材５００を絶縁性の接着剤で接着することにより実現可能である。

各平板部材５００は、主面がＥ型をしており（すなわちＤ３方向からの平面視がＥ型をしており）、Ｅ型コア２０４の第１ないし第３の脚部２２０，２４０，２６０に対応する第１ないし第３の部分５２０，５４０，５６０を有している。複数の第１部分５２０が積層されることにより第１脚部２２０が構成され、同様に複数の第２部分５４０および複数の第３部分５６０がそれぞれ積層されて第２脚部２４０および第３脚部２６０が構成される。

各平板部材５００はＥ型コア２０４の連結部２８０（図１参照）に対応する部分も有しているが、図８では図面の煩雑化を避けるため図示を省略している。

各平板部材５００において、第１ないし第３の部分５２０，５４０，５６０の幅（Ｄ２方向に沿った長さ）ｂ５２０，ｂ５４０，ｂ５６０は次の関係または条件を満たす。すなわち、Ｄ２方向に平行な線（図３および図４に例示の線Ｌ１，Ｌ２に相当する）上における第２および第３の部分５４０，５６０の幅ｂ５４０，ｂ５６０は、当該線上における第１部分５２０の幅ｂ５２０の半分の寸法を有している。

なお、図８では、図面の煩雑化を避けるために、１枚の平板部材５００についてのみ符号ｂ５２０，ｂ５４０，ｂ５６０を図示している。

例示のＥ型コア２０４では各平板部材５００の第１部分５２０の幅ｂ５２０が、幅ｂ５２０，ｂ５４０，ｂ５６０についての上記関係を満足しつつ、第１脚部２２０が円柱形状になるように、選定されている。これにより、積層鋼板タイプのＥ型コア２０４を、圧粉成形タイプのＥ型コア２０１と同形状に構成可能である。

したがって、Ｅ型コア２０４によれば、Ｅ型コア２０１と同様の効果が得られる。

また、Ｅ型コア２０４によれば次の効果も得られる。すなわち、Ｅ型コア２０４では、各平板部材５００の磁束密度は等しくなる。このため、隣接する平板部材５００間の磁束密度の相違に起因して当該隣接平板部材５００間を磁束が渡る現象（以下、磁束渡り現象と称する）を防止することができる。したがって、当該現象で生じる磁束に伴った渦電流、換言すれば渦電流損が防止される。その結果、高効率のリアクトル１００を提供することができる。

ここで、上記の磁束渡り現象を図９および図１０を参照して考察する。図９は磁束渡り現象を説明するための参考用のＥ型コア２０Ｚの上面図であり、図８と同様に図示される。図１０は磁束渡り現象を説明するための磁気回路図である。

参考用のＥ型コア２０Ｚは、複数の平板部材５０ＺがＤ３方向に積層されることにより構成されている。各平板部材５０Ｚは磁性材料から成り、隣接する平板部材５０Ｚは互いに絶縁されている。各平板部材５０Ｚは、参考用Ｅ型コア２０Ｚの第１ないし第３の脚部２２Ｚ，２４Ｚ，２６Ｚに対応する第１ないし第３の部分５２Ｚ，５４Ｚ，５６Ｚを有している。

特に、平板部材５０Ｚの部分５２Ｚ，５４Ｚ，５６Ｚの幅（Ｄ２方向に沿った長さ）は、図８の平板部材５００について説明した幅関係を満たしていない。

以下では、説明を簡単にするため、図９において最上層（１層目）および上から２層目の平板部材５０Ｚを例に挙げて説明する。

ここで、１層目の平板部材５０Ｚにおいて、第１部分５２Ｚの右半分の部位を部位１ａと呼び、第３部分５６を部位１ｂと呼ぶことにする。また、２層目の平板部材５０Ｚにおいて、第１部分５２Ｚの右半分の部位を部位２ａと呼び、第３部分５６を部位２ｂと呼ぶことにする。

また、部位１ａの幅：部位１ｂの幅：部位２ａの幅：部位２ｂの幅＝４：１１：９：１０であり、各部位１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂのＤ１方向に沿った長さおよびＤ３方向に沿った長さ（厚さ）が等しい場合を例示する。また、部位１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ間のヨークは無視する。

１層目の平板部材５０Ｚに関し、部位１ａ，１ｂを含む閉磁路についての磁気回路は図１０のように概説される。図１０の磁気回路は２層目の平板部材５０Ｚに関しても当てはまる。図１０において、Ｒａは部位１ａまたは部位２ａの磁気抵抗であり、Ｒｂは部位１ｂまたは部位２ｂの磁気抵抗である。また、Ｎは巻線４００の巻数、Ｉは巻線４００を流れる電流であり、その積ＮＩは起磁力を表す。

このとき、１層目の平板部材５０Ｚの磁気回路について、
ＮＩ＝（Ｒａ＋Ｒｂ）Φ１
＝（Ｒ／４＋Ｒ／１１）Φ１
＝（１５／４４）×ＲΦ１ …（１−１）
が成り立つ。なお、Φ１は部位１ａ，１ｂを貫く磁束である。Ｒは部位１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの幅の上記比率に基づいた磁気抵抗であり、部位１ａの磁気抵抗の４倍の値が相当する。

上記式（１−１）から、
Φ１＝（４４／１５）×（ＮＩ／Ｒ） …（１−２）
が得られる。

部位１ａ，１ｂの磁束密度をＢ１ａ，Ｂ１ｂとすると、上記式（１−２）から、
Ｂ１ａ＝（１１／１５）×（ＮＩ／Ｒ）＝０．７３３×（ＮＩ／Ｒ） …（１−３）
Ｂ１ｂ＝ （４／１５）×（ＮＩ／Ｒ）＝０．２６６×（ＮＩ／Ｒ） …（１−４）
が得られる。

２層目の平板部材５０Ｚの磁気回路について同様に計算すると、上記式（１−１）〜（１−４）に対応して式（２−１）〜（２−４）が得られる。

ＮＩ＝（１９／９０）×ＲΦ２ …（２−１）
Φ２＝（９０／１９）×（ＮＩ／Ｒ） …（２−２）
Ｂ２ａ＝（１０／１９）×（ＮＩ／Ｒ）＝０．５２６×（ＮＩ／Ｒ） …（２−３）
Ｂ２ｂ＝ （９／１９）×（ＮＩ／Ｒ）＝０．４７４×（ＮＩ／Ｒ） …（２−４）
なお、Φ２は部位２ａ，２ｂを貫く磁束であり、Ｂ１ａ，Ｂ１ｂは部位２ａ，２ｂの磁束密度である。

上記式（１−３），（１−４），（２−３），（２−４）から分かるように、参考用コア２０Ｚでは、Ｄ３方向に隣接する部位１ａ，２ａで磁束密度Ｂ１ａ，Ｂ２ａが異なり、同様に部位１ｂ，２ｂで磁束密度Ｂ１ｂ，Ｂ２ｂが異なる。

このため、高負荷時に飽和度の高い平板部材５０Ｚから飽和度の低い隣の平板部材５０Ｚへ磁束が渡る（流れ込む）と考えられる（磁束渡り現象）。該現象の磁束はＤ３方向に流れるので、平板部材５０ＺにおいてＤ３方向に直交する面内に渦電流が生じ、渦電流損が発生すると考えられる。

これに対し、図８のＥ型コア２０４に対応させて、部位１ａの幅：部位１ｂの幅：部位２ａの幅：部位２ｂの幅＝４：４：９：９とすると、１層目の平板部材５０に関して、
ＮＩ＝（１／２）×ＲΦ１ …（３−１）
Φ１＝２×（ＮＩ／Ｒ） …（３−２）
Ｂ１ａ＝Ｂ１ｂ＝（１／２）×（ＮＩ／Ｒ） …（３−３）
が得られる。

また、２層目の平板部材５０に関して、
ＮＩ＝（２／９）×ＲΦ２ …（４−１）
Φ２＝（９／２）×（ＮＩ／Ｒ） …（４−２）
Ｂ２ａ＝Ｂ２ｂ＝（１／２）×（ＮＩ／Ｒ） …（４−３）
が得られる。

上記式（３−３），（４−３）から分かるように、Ｄ３方向において隣接する部位１ａ，２ａで磁束密度Ｂ１ａ，Ｂ２ａは等しく、同様に部位１ｂ，２ｂで磁束密度Ｂ１ｂ，Ｂ２ｂは等しくなる。

したがって、図８のＥ型コア２０４によれば、上記のように磁束渡り現象を防止できる。

以下に、上記のリアクトル１００（図１参照）の適用例として、インバータ装置を説明する。かかるインバータ装置の構成例を図１１に示す。

図１１に例示のインバータ装置３０は、コンバータ部４０と、コンバータ部４０の出力端４３，４４に接続されたインバータ部５０とを含んでいる。図１１では、説明のために、コンバータ部４０の入力端４１，４２に接続される交流電源２１と、インバータ部４０の出力端に接続される負荷２２とを図示している。負荷２２は例えばモータである。また、図１１ではインバータ部５０の出力が３相の場合を例示しているが、かかる例示に限定されるものではない。

コンバータ部４０は、リアクトル８０と、整流回路６０と、平滑回路７０とを含んでいる。なお、整流回路６０および平滑回路７０は図示の構成例に限定されるものではない。

リアクトル８０は、ここでは、上記のＥ型コア２００〜２０４等を採用したリアクトル１００で構成される。リアクトル８０は、一端がコンバータ部４０の一方の入力端４１に接続され、他端が整流回路５０の一方の入力端６５に接続されている。

整流回路６０は、例えば図１１の例のようにブリッジ全波整流回路で構成可能である。かかる例では整流回路６０はダイオード６１〜６４を含んでいる。ダイオード６１は、アノードが整流回路６０の一方の入力端６５に接続され、カソードが整流回路６０の一方の出力端６７に接続されている。ダイオード６２は、アノードが整流回路６０の他方の出力端６８に接続され、カソードが上記一方の入力端６５に接続されている。ダイオード６３は、アノードが整流回路６０の他方の入力端６６に接続され、カソードが上記一方の出力端６７に接続されている。ダイオード６４は、アノードが上記他方の出力端６８に接続され、カソードが上記一方の入力端６６に接続されている。

整流回路６０の出力端６７，６８は平滑回路７０を介してコンバータ部４０の出力端４３，４４に接続されている。

平滑回路７０は、例えば図１１の例のようにコンデンサ（キャパシタ）を用いて構成可能である。かかる例では平滑回路７０は電解コンデンサ７１〜７３を含んでいる。電解コンデンサ７１は、正極が整流回路６０の一方の出力端６７に接続され、負極が電解コンデンサ７２の正極に接続されている。電解コンデンサ７２は、負極が整流回路６０の他方の出力端６８に接続されている。電解コンデンサ７１の負極と電解コンデンサ７２の正極とは整流回路６０の他方の入力端６６にも接続されている。電解コンデンサ７３は、正極が電解コンデンサ７１の正極および平滑回路７０の一方の出力端４３に接続され、負極が電解コンデンサ７２の負極および平滑回路７０の他方の出力端４４に接続されている。

インバータ装置３０によれば、交流電源２１からの交流入力は、リアクトル８０によって高調波電流が低減され、整流回路６０によって整流され、平滑回路６０によって平滑化され、その後、インバータ部５０へ入力される。

インバータ装置３０によれば、リアクトル８０として上記リアクトル１００を採用しているので、低コスト化等の上記各種効果を享受できる。

ここで、上記例示のコンバータ部４０はリアクトル８０をいわゆる交流リアクトルとして採用するものである。これに対し、リアクトル８０を、例えば、整流回路６０の出力端６７に接続することによって、いわゆる直流リアクトルとして採用することも可能である。

ところで、上記ではＥ型コア２００等とＩ型コア３００とを組み合わせる構成を例示した。これに対し、例えば、Ｉ型コア３００の代わりにＥ型コア２００等をもう一つ用い、２つのＥ型コア２００等を脚部２２０，２４０，２６０の端面を向き合わせて配設することにより、リアクトルを構成することも可能である。

また、上記では巻線装置としてリアクトル１００を例示した。これに対し、他の巻線装置、例えばトランスにもＥ型コア２００等を適用可能であり、上記の各種効果が得られる。

例えば、上記例示のリアクトル１００に対して巻線をもう一つ追加し、当該追加の巻線をＥ型コア２００等の第１脚部２２０に挿入することにより、トランスを構成することが可能である。

あるいは、例えば、巻線４００が挿入された状態のＥ型コア２００等を２組用意し、当該２組を脚部２２０，２４０，２６０の端面を向き合わせて配設することにより、トランスを構成することが可能である。

本発明の実施の形態に係る巻線装置を概説する分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る巻線装置を概説する上面図である。 図２中の３−３線における断面図である。 図２中の４−４線における断面図である。 本発明の実施の形態に係る巻線装置用コアを概説する上面図である。 本発明の実施の形態に係る巻線装置用コアを概説する上面図である。 本発明の実施の形態に係る巻線装置用コアを概説する上面図である。 本発明の実施の形態に係る巻線装置用コアを概説する上面図である。 磁束渡り現象を説明するための参考用コアの上面図である。 磁束渡り現象を説明するための磁気回路図である。 本発明の実施の形態に係るインバータ装置を概説する回路図である。 従来のコアの斜視図である。 従来のコアの上面図である。

符号の説明

３０ インバータ装置
４０ コンバータ部
４３，４４ コンバータ部の出力端
５０ インバータ部
６０ 整流回路
６５ 整流回路の入力端
６７ 整流回路の出力端
８０ リアクトル
１００ 巻線装置
２００〜２０４ 巻線装置用コア
２２０ 第１脚部
２２１，２４１，２６１ 脚部の一端
２４０ 第２脚部
２４６，２６６ 内向き面
２４７，２６７ 外向き面
２６０ 第３脚部
２８０ 連結部
４００ 巻線
５００ 平板部材
５２０ 第１部分
５４０ 第２部分
５６０ 第３部分
Ｄ１ 延在方向
Ｄ２ 配列方向
Ｄ３ 奥行き方向
Ｌ１，Ｌ２ 線
ａ２２０ 第１脚部の直径
ａ４２２ 巻線の内径
ｂ２２０，ｂ２４０，ｂ２６０，ｂ５２０，ｂ５４０，ｂ５６０ 幅

Claims (7)

1. 第１脚部（２２０）と、
   前記第１脚部の延在方向（Ｄ１）と平行に延在し前記延在方向に直交する方向を配列方向（Ｄ２）として前記第１脚部の一方側に位置する第２脚部（２４０）と、
   前記延在方向と平行に延在し前記配列方向において前記第１脚部の他方側に位置する第３脚部（２６０）と、
   前記第１ないし第３の脚部をこれらの一端（２２１，２４１，２６１）において連結している連結部（２８０）と
   を備え、
   前記第２および第３の脚部は、前記配列方向に平行な線（Ｌ１，Ｌ２）上における幅（ｂ２４０，ｂ２６０）が当該線上における前記第１脚部の幅（ｂ２２０）の半分となる形状をそれぞれ有する、
   巻線装置用コア（２００〜２０４）。
2. 請求項１に記載の巻線装置用コア（２００〜２０４）であって、
   前記第２および第３脚部のうちの少なくとも一方は、
   前記第１脚部に対向する内向き面（２４６，２６６）と、
   前記内向き面よりも前記第１脚部から遠い側に位置する非平面状の外向き面（２４７，２６７）と
   を有する、巻線装置用コア。
3. 請求項１または２に記載の巻線装置用コア（２０４）であって、
   当該巻線装置用コアは、前記延在方向と前記配列方向との両方に直交する方向である奥行き方向（Ｄ３）に積層された複数の平板部材（５００）を含み、
   前記各平板部材は、前記第１ないし第３の脚部を構成する第１ないし第３の部分（５２０，５４０，５６０）を有し、
   前記各平板部材において、前記第２および第３の部分は、前記配列方向に平行な前記線上における幅（ｂ５４０，ｂ５６０）が当該線上における前記第１部分の幅（ｂ５２０）の半分となる形状をそれぞれ有する、
   巻線装置用コア。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の巻線装置用コア（２００〜２０４）と、
   前記巻線装置用コアの前記第１脚部に挿入されている巻線（４００）と
   を備える、巻線装置（１００）。
5. 請求項４に記載の巻線装置（１００）であって、
   前記第２および第３脚部のうちの少なくとも一方は、前記巻線に対向し前記巻線の当該対向部分と同形状の面（２４６，２６６）を有する、巻線装置。
6. 請求項４または５に記載の巻線装置（１００）であって、
   前記第１脚部は円柱形状をしており、
   前記巻線は前記円柱形状をした第１脚部の直径（ａ２２０）に略等しい内径（ａ４２２）を有した円筒形状に巻回されている、巻線装置。
7. コンバータ部（４０）と、
   前記コンバータ部の出力端（４３，４４）に接続されたインバータ部（５０）と
   を備え、
   前記コンバータ部は、
   整流回路（６０）と、
   前記整流回路の入力端（６５）または出力端（６７）に接続されており、請求項４ないし６のいずれか１項に記載の巻線装置（１００）を含んで構成されたリアクトル（８０）と
   を含む、インバータ装置（３０）。

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