JP2011138938A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ギャップが無く、より小型化が可能であって、加えて、電流制御性がより良くなるリアクトルを提供する。
【解決手段】本発明のリアクトルＤは、第１コア部１と、第１コア部１の外側に配される第１コイル２と、第１コイル２の外側に配される第２コア部３と、第２コア部３の外側に配される第２コイル４と、第２コイル４の外側に配される第３コア部５と、第１および第２コイル２、４の各両端部を覆うように、第１ないし第３コア部１、３、５を相互に連結する連結コア部６、６とを備え、第１コイル２と第２コイル４とは、電気的に直列に接続され、第１コア部１の透磁率は、第３コア部５および連結コア部６、６の各透磁率よりも低く、かつ、第２コア部３の透磁率は、第３コア部５および連結コア部６、６の各透磁率よりも低い。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電気回路や電子回路等に好適に用いられるリアクトルに関する。

リアクトルは、巻き線を利用した受動素子であり、例えば、力率改善回路における高調波電流の防止、電流型インバータやチョッパ制御における電流脈動の平滑化およびコンバータにおける直流電圧の昇圧等に用いられている。そして、近年では、様々な製品分野で小型化が要求されているため、リアクトルもその小型化が要望されている。

このようなリアクトルは、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示のリアクトルは、コイルを巻回したボビンの中空孔に組み込まれ、コイルの取付け巻回軸となっている棒状の一対の軟磁性合金圧粉コアと、前記一対の軟磁性合金圧粉コアにおける各両端に組み合わされ、前記一対の軟磁性合金圧粉コアとで四辺形の複合コアを形成する板状の一対のソフトフェライトコアとを備えて構成されている。このような構成によって特許文献１に開示のリアクトルでは、小型化および低損失化が図られている。そして、特許文献１に開示のリアクトルでは、０Ａ時に約２ｍＨのインダクタンスとなるように、軟磁性合金圧粉コアとソフトフェライトコアとの対向部分にギャップが設けられている。

このようなギャップをコア部に設けると、一般に、騒音や漏れ磁束の問題が生じてしまう。また、コア部のギャップは、その寸法精度がリアクトルのインダクタンス特性に影響するため、精度よく前記ギャップを形成する必要がある。このため、リアクトルの加工コストが高くなると言う不都合も生じてしまう。前記騒音対策としてギャップ部分にセラミック素材を用いることが挙げられるが、このような騒音対策では、リアクトルの加工コストが高くなってしまう。

そこで、例えば、特許文献２には、騒音対策や漏れ磁束対策を目的としたリアクトルが開示されている。この特許文献２に開示のリアクトルは、コア部と、前記コア部の外側に配されるコイルとを備え、前記コイルの励磁により前記コア部を通る閉磁路が形成されるリアクトルであって、前記コア部は、比透磁率が５〜５０の材料で実質的に構成される。このような構成によって特許文献２に開示のリアクトルでは、コア部にギャップが無く、ギャップを有することによって生じる騒音や漏れ磁束の問題が解消されている。

特開２００７−１２８９５１号公報 特開２００８−１１２９３５号公報

しかしながら、特許文献２に開示のリアクトルでは、コア部の比透磁率が低いため、コア部自体から比較的大きな漏れ磁束が生じてしまう。そして、この漏れ磁束によってリアクトルの周辺機器に発熱を生じさせてしまう虞もある。その一方で、リアクトルの周辺機器の配置によってリアクトルのインダクタンス特性が影響され易いという不都合もある。このような不都合を軽減させるためには、リアクトルにおけるコア部の体積を大きくする必要があり、リアクトルの小型化の目的に対し有効とは言えない。

また、リアクトルを電気回路や電子回路等に利用する場合、リアクトルに流す電流の変化率が一定である場合に電流の制御性が良くなるため、いわゆるＢ−Ｈカーブの直線性が望まれる。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、騒音や漏れ磁束の原因となるギャップが無く、より小型化可能であって、加えて、電流制御性のより良いリアクトルを提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかるリアクトルは、第１コア部と、第２コア部と、前記第１コア部のみに巻き回された第１コイルと、少なくとも前記第１コア部および前記第２コア部の両方を含むように巻き回された第２コイルと、前記第１および第２コア部を相互に連結する連結コア部とを備え、前記第１コイルと前記第２コイルとは、電気的に直列に接続され、前記第１コア部の透磁率は、前記連結コア部の透磁率よりも低く、かつ、前記第２コア部の透磁率は、前記連結コア部の透磁率よりも低いことを特徴とする。

このような構成のリアクトルは、第１コア部および第２コア部が連結コア部で連結され、騒音や漏れ磁束の原因となるギャップを無くした構造である。このため、本発明にかかるリアクトルは、リアクトルから外部空間に漏れる漏れ磁束を抑制することが可能となる。そして、このようなギャップを無くした構造を採用するとともに、第１コア部の透磁率および第２コア部の透磁率が相対的に低くされる一方、連結コア部の透磁率が相対的に高くされる。このため、本発明にかかるリアクトルは、飽和磁束の点で有利であり、より小型化が可能である。そして、上記のように、第１コア部の透磁率および第２コア部の透磁率が相対的に低くされる一方、連結コア部の透磁率が相対的に高くされる。このため、相対的に高い透磁率の連結コア部における磁束密度の変化に対する透磁率の変化を、相対的に低い透磁率の第１コア部および第２コア部によって補償することで、リアクトルにおける、いわゆるＢ−Ｈカーブ（励磁磁場と磁束密度との関係）の直線性が改善されるので、加えて、電流制御性がより良くなる。したがって、本発明にかかるリアクトルは、騒音や漏れ磁束の原因となるギャップが無く、より小型化が可能であって、加えて、電流制御性がより良くなる。

また、上述のリアクトルにおいて、好ましくは、第３コア部をさらに備え、前記第１コイルは、前記第１コア部の外側に配され、前記第２コア部は、前記第１コイルの外側に配され、前記第２コイルは、前記第２コア部の外側に配され、前記第３コア部は、前記第２コイルの外側に配され、前記連結コア部は、前記第１および第２コイルの各両端部を覆うように、前記第１ないし第３コア部を相互に連結し、前記第１コア部の透磁率は、前記第３コア部および前記連結コア部の各透磁率よりも低く、かつ、前記第２コア部の透磁率は、前記第３コア部および前記連結コア部の各透磁率よりも低いことである。

このような構成のリアクトルは、第１コア部を備える第１コイルおよび第２コア部を備える第２コイルが第３コア部および連結コア部で囲まれ、騒音や漏れ磁束の原因となるギャップを無くした構造となっている。このため、本態様にかかるリアクトルは、リアクトルから外部空間に漏れる漏れ磁束を抑制することが可能となる。そして、このようなギャップを無くした構造を採用するとともに、第１コア部の透磁率および第２コア部の透磁率が相対的に低くされる一方、第３コア部の透磁率および連結コア部の透磁率が相対的に高くされる。このため、本態様にかかるリアクトルは、飽和磁束の点で有利であり、より小型化が可能である。そして、上記のように、第１コア部の透磁率および第２コア部の透磁率が相対的に低くされる一方、第３コア部の透磁率および連結コア部の透磁率が相対的に高くされる。このため、相対的に高い透磁率の第３コア部および連結コア部における磁束密度の変化に対する透磁率の変化を、相対的に低い透磁率の第１コア部および第２コア部によって補償することで、リアクトルにおける、いわゆるＢ−Ｈカーブ（励磁磁場と磁束密度との関係）の直線性が改善されるので、加えて、電流制御性がより良くなる。したがって、本態様にかかるリアクトルは、騒音や漏れ磁束の原因となるギャップが無く、より小型化が可能であって、加えて、電流制御性がより良くなる。

また、上述のリアクトルにおいて、好ましくは、前記第１コア部は、一対の棒状の第１コア部材によって構成され、前記第１コイルは、前記一対の第１コア部材のそれぞれに巻き回された一対のコイルによって構成され、かつ、該一対のコイルが電気的に直列に接続され、前記第２コア部は、一対の棒状の第２コア部材によって構成され、かつ、該一対の第２コア部材のそれぞれが前記第１コイルを構成する前記一対のコイルよりも外側に配され、前記第２コイルは、電気的に直列に接続された一対のコイルによって構成され、かつ、該一対のコイルの一方が前記第１コイルを構成する前記一対のコイルの一方と前記一対の第２コア部材の一方とを含むように巻き回されるとともに、該一対のコイルの他方が前記第１コイルを構成する前記一対のコイルの他方と前記一対の第２コア部材の他方とを含むように巻き回され、前記連結コア部は、前記第１コア部を構成する前記一対の第１コア部材および前記第２コア部を構成する前記一対の第２コア部材の全てを相互に連結することである。

このような構成のリアクトルは、前記構成のリアクトルと構造的には別構成であるが磁気回路的には等価な構成であり、前記構成のリアクトルと同様の効果を奏する。

また、上述のリアクトルにおいて、前記第１および第２コア部は、軟磁性体粉末と非磁性体粉末との混合物を成形したものであることを特徴とする。この構成によれば、第１および第２コア部について、所望の磁気特性（低透磁率）が比較的容易に得られるとともに、所望の形状が比較的容易に成形され得る。

また、これら上述のリアクトルにおいて、前記連結コア部は、軟磁性体粉末を成形したものであることを特徴とする。あるいは、前記第３コア部は、軟磁性体粉末を成形したものであることを特徴とする。この構成によれば、第３コア部や連結コア部について、所望の磁気特性（高透磁率）が比較的容易に得られるとともに、所望の形状が比較的容易に成形され得る。

また、これら上述のリアクトルにおいて、前記第１および第２コア部は、同一材料であることを特徴とする。この構成によれば、複数の材料種を使用しないので、低コスト化が可能となる。

また、これら上述の第３コア部を有する態様のリアクトルにおいて、前記第３コア部および連結コア部は、同一材料であることを特徴とする。この構成によれば、複数の材料種を使用しないので、低コスト化が可能となる。

ここで、これら前記同一材料は、その組成が同一である場合だけでなく、電磁気的に同一であればその組成が異なっていてもよい。

また、これら上述のリアクトルにおいて、前記第１および第２コア部の各初期比透磁率は、それぞれ２〜２０であり、前記連結コア部の初期比透磁率は、それぞれ５０〜２５０であることを特徴とする。あるいは、前記第１および第２コア部の各初期比透磁率は、それぞれ２〜２０であり、前記第３コア部の初期比透磁率は、それぞれ５０〜２５０であることを特徴とする。

この構成によれば、リアクトルに一般的に要求される電流−インダクタンス特性、すなわち、電流の変化に対してインダクタンスが略一定（微小な所定の範囲内である場合を含む）となる電流−インダクタンス特性を実現することが可能となる。

本発明にかかるリアクトルは、騒音や漏れ磁束の原因となるギャップが無く、より小型化が可能であって、加えて、電流制御性がより良くなる。

実施形態におけるリアクトルの構成を示す図である。 実施形態におけるリアクトルの磁気等価回路を示す回路図である。 実施形態のリアクトルに使用される、磁性体の密度が比較的低い材料における磁気特性を示す図である。 実施形態のリアクトルに使用される、磁性体の密度が比較的高い材料における磁気特性を示す図である。 一実施例におけるリアクトルの構成を示す図である。 一実施例のリアクトルにおけるコイルの構成を説明するための図である。 前記コイルの巻き方を説明するための図である。 一実施例のリアクトルにおけるバイアス電流−インダクタンス特性を示す図である。 一比較例におけるリアクトルの構成を示す断面図である。 他の一比較例におけるリアクトルの構成を示す断面図である。 磁性体の密度が比較的高い他の材料における磁気特性を示す図である。 鉄粉を含む磁性体における密度と磁束密度−比透磁率特性との関係を示す図である。 別の実施形態におけるリアクトルの構成を示す図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。

本実施形態におけるリアクトルは、第１コア部と、第２コア部と、前記第１コア部のみに巻き回された第１コイルと、少なくとも前記第１コア部および前記第２コア部の両方を含むように巻き回された第２コイルと、前記第１および第２コア部を相互に連結する連結コア部とを備え、前記第１コイルと前記第２コイルとは、電気的に直列に接続され、前記第１コア部の透磁率は、前記連結コア部の透磁率よりも低く、かつ、前記第２コア部の透磁率は、前記連結コア部の透磁率よりも低いものである。

このような態様のリアクトルにおけるより具体的な一態様として、第３コア部をさらに備え、前記第１コイルは、前記第１コア部の外側に配され、前記第２コア部は、前記第１コイルの外側に配され、前記第２コイルは、前記第２コア部の外側に配され、前記第３コア部は、前記第２コイルの外側に配され、前記連結コア部は、前記第１および第２コイルの各両端部を覆うように、前記第１ないし第３コア部を相互に連結し、前記第１コア部の透磁率は、前記第３コア部および前記連結コア部の各透磁率よりも低く、かつ、前記第２コア部の透磁率は、前記第３コア部および前記連結コア部の各透磁率よりも低いリアクトルについて、以下に、説明するが、このような構造のリアクトルに限定されるものではなく、上記一態様のリアクトルと構造的には別構成であるが磁気回路的には等価な構成でも上記一態様のリアクトルと同様の効果を奏する。

図１は、実施形態におけるリアクトルの構成を示す図である。図１（Ａ）は、連結コア部を取り除いた場合における上面図を示し、図１（Ｂ）は、中心軸を含む径方向で切断した断面図を示す。図２は、実施形態におけるリアクトルの磁気等価回路を示す回路図である。図３は、実施形態のリアクトルに使用される、磁性体の密度が比較的低い材料における磁気特性を示す図である。図４は、実施形態のリアクトルに使用される、磁性体の密度が比較的高い材料における磁気特性を示す図である。図３および図４の横軸は、磁束密度であり、その縦軸は、比透磁率である。

図１において、実施形態のリアクトルＤは、第１コア部１と、第１コア部１の外側に配される第１コイル２と、第１コイル２の外側に配される第２コア部３と、第２コア部３の外側に配される第２コイル４と、第２コイル４の外側に配される第３コア部５と、第１および第２コイル２、４の各両端部を覆うように、第１ないし第３コア部１、３、５を相互に連結する連結コア部６、６とを備えている。すなわち、リアクトルＤは、第１コア部１を備える第１コイル２および第２コア部３を備える第２コイル４が第３コア部５および連結コア部６、６で囲まれており、いわゆるポット型のリアクトルである。

第１コア部１は、後述する所定の磁気特性を有する中実円柱形状であり、第２コア部３は、後述する所定の磁気特性を有し、第１コア部１と同じ高さの円筒形状であり、そして、第３コア部５は、後述する所定の磁気特性を有し、第１コア部１（第２コア部３）と同じ高さの円筒形状である。第２コア部３は、第１コア部１をコア（磁芯）として備える第１コイル２を内包し得る内径であり、第３コア部５は、第２コア部３をコア（磁芯）として備える第２コイル４を内包し得る内径である。したがって、第２コア部３の内径は、第１コア部１の外径よりも第１コイル２の厚みだけ少なくとも大きく、第３コア部５の内径は、第２コア部３の外径よりも第２コイル４の厚みだけ少なくとも大きい。

連結コア部６、６は、後述する所定の磁気特性を有する円板であり、その外形は、第３コア部５の内径よりも大きい。連結コア部６、６の一方（上部連結コア部６）は、略隙間が生じないように、第１コア部１の一方端部、第２コア部３の一方端部および第３コア部５の一方端部にそれぞれ連結され、そして、連結コア部６、６の他方（下部連結コア部６）は、略隙間が生じないように、第１コア部１の他方端部、第２コア部３の他方端部および第３コア部５の他方端部にそれぞれ連結されている。なお、連結コア部６、６は、それぞれ個別に成形されてもよく、また、連結コア部６、６のうちのいずれか一方は、第３コア部５と一体に成形されてもよい。

第１コイル２は、導体線または導体シート等を所定回数だけ第１コア部１の外周に巻回した部材であり、第１コア部１の外周面、連結コア部６、６の各内面および第２コア部３の内周面によって形成された第１空間に配置されている。第２コイル４は、導体線または導体シート等を所定回数だけ第２コア部３の外周に巻回した部材であり、第２コア部３の外周面、連結コア部６、６の各内面および第３コア部５の内周面によって形成された第２空間に配置されている。そして、第１コイル２と第２コイル４とは、電気的に直列に接続される。

前記第１空間は、第１コイル２によって略隙間無く満たされていてもよく、また、第１コイル２を配置された状態で隙間があってもよい。同様に、前記第２空間は、第２コイル４によって略隙間無く満たされていてもよく、また、第２コイル４を配置された状態で隙間があってもよい。第１および第２コイル２、４それぞれで生じた熱を外部へ向けて伝導して外部へ放熱する観点から、前記第１および第２空間は、比較的熱伝導性のよい樹脂（比較的高伝導率の樹脂）で充填されることが好ましい。

このような構造のリアクトルＤは、磁気等価回路を考えた場合、図２に示す並列磁気回路となる。リアクトルＤの磁気等価回路は、第３磁気抵抗（＝Ｌ１／（μ_１×Ｓ_１）と第２磁気抵抗（＝Ｌ３／（μ_３×Ｓ_３）との直列接続回路が起磁力ｎ_１×Ｉの両端に接続されるとともに、起磁力ｎ_２×Ｉと第１磁気抵抗（＝Ｌ２／（μ_２×Ｓ_２）との直列接続回路が第２磁気抵抗に並列に接続されている。

ここで、ｎ_１は、第２コイル４の巻き数であり、ｎ_２は、第１コイル２の巻き数である。μ_１およびＳ_１は、それぞれ、第３コア部５における透磁率および断面積であり、Ｌ_１は、上部連結コア部６の中心から第３コア部５を介して下部連結コア部６の中心までの磁路長であり、μ_２およびＳ_２は、それぞれ、第１コア部１における透磁率および断面積であり、Ｌ_２は、第１コア部１の高さに等しく、そして、μ_３およびＳ_３は、それぞれ、第２コア部３における透磁率および断面積であり、Ｌ_３は、上部連結コア部６の中心から第２コア部３を介して下部連結コア部６の中心までの磁路長である。また、Ｉは、第１および第２コイルに流れる電流である。

ここで、注目すべきは、第１コア部１の透磁率は、第３コア部５および連結コア部６、６の各透磁率よりも低く、かつ、第２コア部２の透磁率は、第３コア部５および連結コア部６の各透磁率よりも低くなるように、設けられていることである。

例えば、第１および第２コア部１、３は、所望の磁気特性（低透磁率）の実現容易性および所望の形状の成形容易性の観点から、軟磁性体粉末と非磁性体粉末との混合物を成形したものであることが好ましい。軟磁性体粉末と非磁性体粉末との混合率比を比較的容易に調整することができ、前記混合比率を適宜に調整することによって、第１コア部１の磁気特性や第２コア部３の磁気特性をそれぞれ所望の磁気特性（低透磁率）に容易に実現することが可能となる。また、軟磁性体粉末と非磁性体粉末との混合物であるので、様々な形状に成形することができ、第１コア部１の形状や第２コア部３の形状をそれぞれ所望の形状に容易に成形することが可能となる。また、第１および第２コア部１、３は、低コスト化の観点から、同一材料であることが好ましい。

この軟磁性粉末は、第３コア部５および連結コア部６、６の軟磁性粉末も同様に、強磁性の金属粉末であり、より具体的には、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）およびアモルファス粉末、さらには、表面にリン酸系化成皮膜などの電気絶縁皮膜が形成された鉄粉等が挙げられる。これら軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法等によって微粒子化する方法や、酸化鉄等を微粉砕した後にこれを還元する方法等によって製造することができる。また、一般に、透磁率が同一である場合に飽和磁束密度が大きいので、軟磁性粉末は、例えば上記純鉄粉、鉄基合金粉末およびアモルファス粉末等の金属系材料であることが特に好ましい。

このような第１および第２コア部１、３は、例えば、公知の常套手段を用いることによって、軟磁性体粉末としての鉄粉と、非磁性体粉末としての樹脂とを混合して成形した密度２．７ｇ／ｃｃの部材（低透磁率部材）であり、この部材は、例えば、図３に示す磁束密度−比透磁率特性を有している。なお、磁束密度−比透磁率特性は、磁束密度の変化に対する比透磁率の変化である。この第１および第２コア部１、３に用いられた低透磁率部材における磁束密度−比透磁率特性は、約２．８の初期比透磁率から、磁束密度が微小増加すると、磁束密度が約０．０２Ｔで比透磁率が約３．５まで急激に増加し、その後、磁束密度の増加に従って緩やかに比透磁率が減少して行くプロファイルである。図３に示す例では、比透磁率が、初期比透磁率から磁束密度の増加に従って再び初期比透磁率となる磁束密度は、約０．５２Ｔである。

一方、例えば、第３コア部５および連結コア部６、６は、所望の磁気特性（高透磁率）の実現容易性および所望の形状の成形容易性の観点から、軟磁性体粉末を成形したものであることが好ましく、また、低コスト化の観点から、同一材料であることが好ましい。

このような第３コア部５および連結コア部６、６は、例えば、公知の常套手段を用いることによって、鉄粉を圧粉成形した密度７．０ｇ／ｃｃの部材（高透磁率部材）であり、この部材は、例えば、図４に示す磁束密度−比透磁率特性を有している。この第３コア部５および連結コア部６、６に用いられた高透磁率部材における磁束密度−比透磁率特性は、約１２０の初期比透磁率から、磁束密度が増加すると、磁束密度が約０．３５Ｔで比透磁率が約２００まで徐々に増加し、その後、磁束密度の増加に従って徐々に比透磁率が減少して行くプロファイルである。図４に示す例では、比透磁率が、初期比透磁率から磁束密度の増加に従って再び初期比透磁率となる磁束密度は、約１Ｔである。

また、図３と図４とを比較すると分かるように、低透磁率部材の方が高透磁率部材よりも磁束密度の変化に従って比透磁率が早く（より小さい磁束密度で）最大値となっている。

このような構成のリアクトルＤは、第１コア部１を備える第１コイル２および第２コア部３を備える第２コイル４が第３コア部５および連結コア部６、６で囲まれた、いわゆるポット型であり、騒音や漏れ磁束の原因となるギャップを無くした構造である。このため、本実施形態のリアクトルＤは、リアクトルＤから外部空間に漏れる漏れ磁束を抑制することが可能となる。そして、このようなギャップを無くした構造を採用するとともに、第１コア部１の透磁率および第２コア部３の透磁率が相対的に低くされる一方、第３コア部５の透磁率および連結コア部６、６の透磁率が相対的に高くされる。このため、本実施形態のリアクトルＤは、飽和磁束の点で有利であり、より小型化が可能である。そして、上記のように、第１コア部１の透磁率および第２コア部３の透磁率が相対的に低くされる一方、第３コア部５の透磁率および連結コア部６、６の透磁率が相対的に高くされる。相対的に高い透磁率の第３コア部５および連結コア部６、６における磁束密度−比透磁率特性は、比透磁率が磁束密度の増加に従って、例えば、図４に示すプロファイルとなるが、これを相対的に低い透磁率の第１コア部１および第２コア部３における磁束密度−比透磁率特性によって補償することで、リアクトルＤにおける、いわゆるＢ−Ｈカーブ（励磁磁場と磁束密度との関係）の直線性がより良くなる。すなわち、図３および図４に示す例では、上述したように、第３コア部５および連結コア部６、６に用いられる高比透磁率部材は、比透磁率が初期比透磁率以上の範囲では、磁束密度の増加に従って初期比透磁率から徐々に増加して比透磁率が最大値を取った後に徐々に減少する一方、第１および第２コア部１、３に用いられる低比透磁率部材は、比透磁率が初期比透磁率以上の範囲では、磁束密度の増加に従って初期比透磁率から比較的急激に増加して比透磁率が最大値を取った後に緩やかに減少するので、これら比透磁率の最大値を取り得る磁束密度が互いに異なるとともに、磁束密度の変化に対する比透磁率の変化の割合が互いに異なることから、これらを合わせることによって、リアクトルＤにおけるＢ−Ｈカーブの直線性がより良くなる。このため、Ｂ−Ｈカーブの直線性が良くなるほど、リアクトルＤに流す電流の変化率がより一定となるため、例えば昇圧回路等における電流の制御性がより良くなる。この結果、回路がより安定的に動作し得る。

以上、説明したように、本実施形態のリアクトルＤは、騒音や漏れ磁束の原因となるギャップが無く、より小型化が可能であって、加えて、電流制御性がより良くなる。

次に、本発明の一実施例およびその比較例について説明する。
（実施例および比較例）
図５は、一実施例におけるリアクトルの構成を示す図である。図５（Ａ）は、中心軸を含む径方向で切断した断面図を示し、図５（Ｂ）は、連結コア部を取り除いた場合における上面図を示す。図６は、一実施例のリアクトルにおけるコイルの構成を説明するための図である。図７は、前記コイルの巻き方を説明するための図である。図８は、一実施例のリアクトルにおけるバイアス電流−インダクタンス特性を示す図である。図８の横軸は、バイアス電流（Ａ）であり、その縦軸は、インダクタンス（μＨ）である。図９は、一比較例におけるリアクトルの構成を示す断面図である。図１０は、他の一比較例におけるリアクトルの構成を示す断面図である。

一実施例におけるリアクトルＤ１は、リアクトル電流が０〜１００Ａの範囲でインダクタンスが１９５μＨ±１５μＨであって、周囲への漏れ磁束が、リアクトルＤ１の第３コア部５の壁面から距離１０ｍｍの地点で１００Ｇ（ガウス）以内に収まる仕様となるように設計された。なお、漏れ磁場は、周囲の機器へ影響を与える磁場の一指標となり得る。そして、第１コア部１および第２コア部３の低透磁率部材は、その比透磁率が初期比透磁率以上となる範囲で使用され、第３コア部５および連結コア部６、６の高透磁率部材は、その比透磁率が初期比透磁率以上となる範囲で使用される。

このような仕様に応じて図１に示す構造のリアクトルＤを設計すると、この一実施例のリアクトルＤ１は、図５および図６に示す寸法となり、その結果、図８に示す磁気特性が得られる。すなわち、この一実施例のリアクトルＤ１において、図５および図６に示すように、第１コア部１は、半径（外径）１２ｍｍで高さ２２ｍｍの中実円柱形状であり、図３に示す磁気特性を持つ密度２．７ｇ／ｃｃの低透磁率部材で形成される。第２コア部３は、内径２０ｍｍおよび外径４５ｍｍで高さ２２ｍｍの円筒形状であり、図３に示す磁気特性を持つ密度２．７ｇ／ｃｃの低透磁率部材で形成される。第３コア部５は、内径５０ｍｍおよび外径６２ｍｍで高さ２２ｍｍの円筒形状であり、図４に示す磁気特性を持つ密度７．０ｇ／ｃｃの高透磁率部材で形成される。連結コア部６、６は、半径（外径）６２ｍｍで厚さ１０ｍｍの円板であり、図４に示す磁気特性を持つ密度７．０ｇ／ｃｃの高透磁率部材で形成される。そして、第１コイル２（内側コイル）は、その巻き数が９ターンであり、第１コア部１の外周に径方向に８ｍｍ（＝２０ｍｍ−１２ｍｍ）の長さで形成される第１空間に収容される。また、第２コイル４（外側コイル）は、その巻き数が１５ターンであり、第２コア部３の外周に径方向に５ｍｍ（＝５０ｍｍ−４５ｍｍ）の長さで形成される第２空間に収容される。

このような第１および第２コイル２、４は、例えば、次の手法によって、第１ないし第３コア部１、３、５に組み込まれる。まず、図７（Ａ）に示すように、両端からそれぞれ巻回されたリボン状の導体シートが用意され、その中間部分が例えば塑性成形によって導体シートを含む平面内において長尺方向と直交する方向に所定角度だけ曲げられる。続いて、図７（Ｂ）に示すように、この曲げた部分が第１コア部１の外周面に当接され、この導体シートが、この当接点を起点に、第１コイル２の巻き数、この例では９ターンとなるように、第１コア部１の外周面に巻き付けられ、第１コア部１を巻枠としてＤＰ巻きされる。続いて、図７（Ｃ）に示すように、前記導体シートを第１コイル２として巻回した第１コア部１が、前記導体シートを取り出すための間隙が形成された第２コア部（バイパス）３に、前記間隙を介して前記導体シートの巻き残しが外部に取り出されるように、挿入される。続いて、図７（Ｄ）に示すように、外部に取り出された導体シートの巻き残しが、前記間隙からの取り出し点を起点に、第２コイル４の巻き数、この例では１５ターンとなるように、第２コア部３の外周面に巻き付けられ、第２コア部３を巻枠としてＤＰ巻きされる。続いて、図７（Ｅ）に示すように、接続端用（口出し用）に一部を残して導体シートが切断される。続いて、図７（Ｆ）に示すように、前記導体シートを第２コイル４として巻回した第２コア部３（第１コア部１および第１コイル２を含む）が、前記接続端用の導体シートを取り出すための間隙が形成された第３コア部５に、前記間隙を介して前記接続端用の導体シートが外部に取り出されるように、挿入される。このような手順によって、第１および第２コイル２、４が第１ないし第３コア部１、３、５に組み込まれる。

このような設計値によって構成された一実施例のリアクトルＤ１は、その磁気特性が図８に示すプロファイルとなり、バイアス電流が約０〜１００Ａの範囲において、そのインダクタンスが、バイアス電流約１００Ａで約１８０μＨ（最小値）であってバイアス電流約１８Ａで約２１０μＨ（最大値）であり、１９５μＨ±１５μＨの仕様を満たしている。そして、この一実施例のリアクトルＤ１では、漏れ磁場がリアクトルＤ１の第３コア部５の壁面から距離１０ｍｍの地点で最大５５Ｇであった。また、この一実施例のリアクトルＤにおける体積は、約５０７ｃｃ（＝６２ｍｍ×６２ｍｍ×３．１４×４２ｍｍ）となる。

一方、一比較例のリアクトルＤｃ１は、図９に示すように、内側コア部１１と、内側コア部１１の外側に配されたコイル１２と、コイル１２の外側に配された外側コア部１３と、前記コイル１２の各両端部を覆うように、内側コア部１１および外側コア部１３を相互に連結する連結コア部１４、１４とを備えた、並列構造ではないギャップレスのリアクトルである。

このような図９に示す構成のリアクトルＤｃ１において、一実施例のリアクトルＤ１と同様に、リアクトル電流が０〜１００Ａの範囲でインダクタンスが１９５μＨ±１５μＨであって、周囲への漏れ磁束が、リアクトルＤｃ１の外側コア部１３の壁面から距離１０ｍｍの地点で１００Ｇ（ガウス）以内に収まる仕様となるように設計すると、各設計値は、次のようになる。すなわち、内側コア部１１は、半径（外径）３５ｍｍで高さ２５ｍｍの中実円柱形状であり、図３に示す磁気特性を持つ密度２．７ｇ／ｃｃの低透磁率部材で形成される。外側コア部１３は、内径４６ｍｍおよび外径５８ｍｍで高さ２５ｍｍの円筒形状であり、図４に示す磁気特性を持つ密度７．０ｇ／ｃｃの高透磁率部材で形成される。連結コア部１４、１４は、半径（外径）５８ｍｍで厚さ２０ｍｍの円板であり、図４に示す磁気特性を持つ密度７．０ｇ／ｃｃの高透磁率部材で形成される。そして、コイル１２は、その巻き数が１９ターンであり、内側コア部１１の外周に径方向に１１ｍｍ（＝４６ｍｍ−３５ｍｍ）の長さで形成される空間に収容される。

この一比較例のリアクトルＤｃ１における体積は、約６８７ｃｃ（＝５８ｍｍ×５８ｍｍ×３．１４×６５ｍｍ）となる。そして、この一比較例のリアクトルＤｃ１では、漏れ磁場がリアクトルＤｃ１の外側コア部１３の壁面から距離１０ｍｍの地点で最大１８Ｇであった。

したがって、前記一実施例のリアクトルＤ１は、前記一比較例のリアクトルＤｃ１と対比すると、その体積が約２６％（＝（６８７−５０７）／６８７×１００）削減されている。

また、他の比較例として、図１０に示すように、図９に示す前記一比較例のリアクトルＤｃ１と同一構造であって、内側コア部１１、外側コア部１３および連結コア部１４、１４を低透磁率部材で形成した他の比較例のリアクトルＤｃ２は、一実施例のリアクトルＤ１と同様に、リアクトル電流が０〜１００Ａの範囲でインダクタンスが１９５μＨ±１５μＨであって、周囲への漏れ磁束が、リアクトルＤｃ２の外側コア部１３の壁面から距離１０ｍｍの地点で１００Ｇ（ガウス）以内に収まる仕様となるように設計すると、各設計値は、次のようになる。すなわち、内側コア部１１は、半径（外径）３５ｍｍで高さ３０ｍｍの中実円柱形状であり、図３に示す磁気特性を持つ密度２．７ｇ／ｃｃの低透磁率部材で形成される。外側コア部１３は、内径４７ｍｍおよび外径７１ｍｍで高さ３０ｍｍの円筒形状であり、図３に示す磁気特性を持つ密度２．７ｇ／ｃｃの低透磁率部材で形成される。連結コア部１４、１４は、半径（外径）７１ｍｍで厚さ４５ｍｍの円板であり、図３に示す磁気特性を持つ密度２．７ｇ／ｃｃの低透磁率部材で形成される。そして、コイル１２は、その巻き数が２２ターンであり、内側コア部１１の外周に径方向に１２ｍｍ（＝４７ｍｍ−３５ｍｍ）の長さで形成される空間に収容される。

この他の一比較例のリアクトルＤｃ２における体積は、約１９００ｃｃ（＝７１ｍｍ×７１ｍｍ×３．１４×１２０ｍｍ）となる。そして、この他の一比較例のリアクトルＤｃ２では、漏れ磁場がリアクトルＤｃ２の外側コア部１３の壁面から距離１０ｍｍの地点で最大９８Ｇであった。

したがって、前記一実施例のリアクトルＤ１は、前記他の一比較例のリアクトルＤｃ２と対比すると、その体積が約７３％（＝（１９００−５０７）／１９００×１００）削減されている。

なお、リアクトルにおける各寸法は、ＦＥＭ解析によって求められた。ＦＥＭ解析は、公知の解析手法であり、インダクタンス特性を与えた場合に、最適化計算によって、その場合におけるリアクトルの体積を求める手法である。

なお、上述の一実施例のリアクトルＤ１は、図４に示す磁気特性を持つ高透磁率部材を用いたが、高透磁率部材として図１１に示す磁気特性を持つ部材を用いてもよい。

図１１は、磁性体の密度が比較的高い他の材料における磁気特性を示す図である。図１１の横軸は、磁束密度（Ｔ）を示し、その縦軸は、比透磁率を示す。

この高透磁率部材は、例えば、公知の常套手段を用いることによって、鉄粉を圧粉成形した密度７．５ｇ／ｃｃの部材であり、第３コア部５および連結コア部６、６に用いられる。この高透磁率部材における磁束密度−比透磁率特性は、図１１に示すように、約１２０の初期比透磁率から、磁束密度が増加すると、磁束密度が約０．３５Ｔで比透磁率が約２３０まで徐々に増加し、その後、磁束密度の増加に従って徐々に比透磁率が減少して行くプロファイルである。図１１に示す例では、比透磁率が、初期比透磁率から磁束密度の増加に従って再び初期比透磁率となる磁束密度は、約１．２５Ｔである。

図１２は、鉄粉を含む磁性体における密度と磁束密度−比透磁率特性との関係を示す図である。

また、上述の実施形態おいて、最終的にリアクトルＤに要求される特性にもよるが、一般的に要求される電流−インダクタンス特性の観点から、第１および第２コア部１、３の各初期比透磁率は、それぞれ２〜２０であり、第３コア部５および連結コア部６、６の各初期比透磁率は、それぞれ５０〜２５０であることが好ましい。このように構成することによって、リアクトルに一般的に要求される電流−インダクタンス特性、すなわち、電流の変化に対してインダクタンスが略一定（微小な所定の範囲内である場合を含む）となる電流−インダクタンス特性を実現することが可能となる。

例えば、鉄粉を含む磁性体における密度と磁束密度−比透磁率特性との関係は、例えば、図１２に示す関係となる。ここで、◆は、密度７．５ｇ／ｃｃの場合を示し、△は、密度７ｇ／ｃｃの場合を示し、×は、密度６．５ｇ／ｃｃの場合を示し、＊は、密度５．９９ｇ／ｃｃ（約６ｇ／ｃｃ）の場合を示し、○は、密度４．９８ｇ／ｃｃ（約５ｇ／ｃｃ）の場合を示し、＋は、密度３．６３ｇ／ｃｃ（約３．６ｇ／ｃｃ）の場合を示す。

上述したように、電流制御性の改善の観点から、図３に示すプロファイルの部材と図４に示すプロファイルの部材とが組み合わされて、リアクトル全体におけるＢ−Ｈカーブの直線性が改善される。したがって、この図１２から分かるように、初期比透磁率が約２〜２０である部材（密度約５ｇ／ｃｃ以下の部材）は、Ｂ−Ｈカーブが図３に示すＢ−Ｈカーブと同様の略平坦なプロファイルであることから、第１および第２コア部１、３の各初期比透磁率は、それぞれ２〜２０であることが好ましい。そして、この図１２から分かるように、初期比透磁率が約５０〜２５０である部材（密度約６ｇ／ｃｃ以上の部材）は、Ｂ−Ｈカーブが図４に示すＢ−Ｈカーブと同様の明らかに極大値を持つ上に凸なプロファイルであることから、第３コア部５および連結コア部６、６の各初期比透磁率は、それぞれ５０〜２５０であることが好ましい。

また、リアクトルＤの外部へ漏れる漏れ磁束を防止する観点から、第３コア部５および連結コア部６、６の初期比透磁率は、それぞれ、１５０〜２５０であることが好ましい。

なお、本実施形態では、図１に示す構造のリアクトルについて説明したが、上述したように、図１に示す構造のリアクトルに限定されるものではなく、この図１に示す構造のリアクトルと構造的には別構成であるが磁気回路的には等価な構成でもこの図１に示す構造のリアクトルと同様の効果を奏する。

図１３は、別の実施形態におけるリアクトルの構成を示す図である。図１３（Ｂ）は、縦断面図であり、図１３（Ａ）は、図１３（Ｂ）に示すＸＸで切断した場合における横断面である。例えば、図１３に示すように、第１コア部１は、一対の棒状の第１コア部材１Ａ、１Ｂによって構成され、第１コイル２は、一対の第１コア部材１Ａ、１Ｂのそれぞれに巻き回された一対のコイル２Ａ、２Ｂによって構成され、かつ、該一対のコイル２Ａ、２Ｂが電気的に直列に接続され、第２コア部３は、一対の棒状の第２コア部材３Ａ、３Ｂによって構成され、かつ、該一対の第２コア部材３Ａ、３Ｂのそれぞれが第１コイル２を構成する一対のコイル２Ａ、２Ｂよりも外側にそれぞれ配され、第２コイル４は、電気的に直列に接続された一対のコイル４Ａ、４Ｂによって構成され、かつ、該一対のコイル４Ａ、４Ｂの一方４Ａが第１コイル２を構成する一対のコイル２Ａ、２Ｂの一方２Ａと一対の第２コア部材３Ａ、３Ｂの一方３Ａとを含むように巻き回されるとともに、該一対のコイル４Ａ、４Ｂの他方４Ｂが第１コイル２を構成する前記一対のコイル２Ａ、２Ｂの他方２Ｂと一対の第２コア部材３Ａ、３Ｂの他方３Ｂとを含むように巻き回され、連結コア部６、６は、第１コア部１を構成する一対の第１コア部材１Ａ、１Ｂおよび第２コア部３を構成する一対の第２コア部材３Ａ、３Ｂの全てを相互に連結するものである。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｄ、Ｄ１、Ｄｃ１、Ｄｃ２ リアクトル
１ 第１コア部
２ 第１コイル
３ 第２コア部
４ 第２コイル
５ 第３コア部
６ 連結コア部

Claims (10)

1. 第１コア部と、
   第２コア部と、
   前記第１コア部のみに巻き回された第１コイルと、
   少なくとも前記第１コア部および前記第２コア部の両方を含むように巻き回された第２コイルと、
   前記第１および第２コア部を相互に連結する連結コア部とを備え、
   前記第１コイルと前記第２コイルとは、電気的に直列に接続され、
   前記第１コア部の透磁率は、前記連結コア部の透磁率よりも低く、かつ、前記第２コア部の透磁率は、前記連結コア部の透磁率よりも低いこと
   を特徴とするリアクトル。
2. 第３コア部をさらに備え、
   前記第１コイルは、前記第１コア部の外側に配され、
   前記第２コア部は、前記第１コイルの外側に配され、
   前記第２コイルは、前記第２コア部の外側に配され、
   前記第３コア部は、前記第２コイルの外側に配され、
   前記連結コア部は、前記第１および第２コイルの各両端部を覆うように、前記第１ないし第３コア部を相互に連結し、
   前記第１コア部の透磁率は、前記第３コア部および前記連結コア部の各透磁率よりも低く、かつ、前記第２コア部の透磁率は、前記第３コア部および前記連結コア部の各透磁率よりも低いこと
   を特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記第１コア部は、一対の棒状の第１コア部材によって構成され、
   前記第１コイルは、前記一対の第１コア部材のそれぞれに巻き回された一対のコイルによって構成され、かつ、該一対のコイルが電気的に直列に接続され、
   前記第２コア部は、一対の棒状の第２コア部材によって構成され、かつ、該一対の第２コア部材のそれぞれが前記第１コイルを構成する前記一対のコイルよりも外側に配され、
   前記第２コイルは、電気的に直列に接続された一対のコイルによって構成され、かつ、該一対のコイルの一方が前記第１コイルを構成する前記一対のコイルの一方と前記一対の第２コア部材の一方とを含むように巻き回されるとともに、該一対のコイルの他方が前記第１コイルを構成する前記一対のコイルの他方と前記一対の第２コア部材の他方とを含むように巻き回され、
   前記連結コア部は、前記第１コア部を構成する前記一対の第１コア部材および前記第２コア部を構成する前記一対の第２コア部材の全てを相互に連結すること
   を特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
4. 前記第１および第２コア部は、軟磁性体粉末と非磁性体粉末との混合物を成形したものであること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のリアクトル。
5. 前記連結コア部は、軟磁性体粉末を成形したものであること
   を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のリアクトル。
6. 前記第３コア部は、軟磁性体粉末を成形したものであること
   を特徴とする請求項２、請求項４および請求項５のいずれか１項に記載のリアクトル。
7. 前記第１および第２コア部は、同一材料であること
   を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のリアクトル。
8. 前記第３コア部および連結コア部は、同一材料であること
   を特徴とする請求項２、請求項４、請求項５および請求項６のいずれか１項に記載のリアクトル。
9. 前記第１および第２コア部の各初期比透磁率は、それぞれ２〜２０であり、
   前記連結コア部の初期比透磁率は、それぞれ５０〜２５０であること
   を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のリアクトル。
10. 前記第１および第２コア部の各初期比透磁率は、それぞれ２〜２０であり、
    前記第３コア部の初期比透磁率は、それぞれ５０〜２５０であること
    を特徴とする請求項２、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８および請求項９のいずれか１項に記載のリアクトル。

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