JP2016100397A - リアクトル、コンバータ、及び電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性コアからコイルの導体への磁束を遮蔽できるリアクトルを提供する。【解決手段】導体の外周に絶縁被覆を備える巻線を螺旋状に巻回した部分を有するコイルと、前記コイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとを備えるリアクトルであって、磁性粉末と樹脂とを含む混合材料で構成され、前記磁性コアから前記導体への磁束を遮蔽する磁気シールド部を備え、前記磁気シールド部は、前記コイルの端面を被覆する端面被覆部と、前記コイルの内周面を被覆すると共に、前記コイルの複数のターンを一体化する内周面被覆部とを備えるリアクトル。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド自動車などの車両に搭載される車載用ＤＣ−ＤＣコンバータといった電力変換装置の構成部品などに利用されるリアクトル、リアクトルを備えるコンバータ、及びコンバータを備える電力変換装置に関する。特に、磁性コアからコイルの導体への漏れ磁束を遮蔽できるリアクトルに関する。

電圧の昇圧動作や降圧動作を行う回路の部品の一つに、リアクトルがある。リアクトルは、ハイブリッド自動車などの車両に搭載されるコンバータに利用される。

例えば、特許文献１には、コイル成形体と、このコイル成形体の中空孔に挿入されるコアとを備えるリアクトルが開示されている。コイル成形体は、導体と導体の周囲を覆う絶縁被覆とからなる巻線を螺旋状に巻回したコイルと、このコイルを覆い、コイルを圧縮状態に保持する樹脂モールド部とを備える。

一方、特許文献２、３には、リアクトルからそのリアクトルの近傍に配置される電気機器への磁束の漏れを抑制する技術が開示されている。具体的には、特許文献２では、コイルの外周側に配置される磁性コア（外側コア部）の表面に遮蔽板を固定している。特許文献３では、リアクトルと電気機器（回路部品）との間に電磁遮蔽部として機能する仕切り部を設けている。

特開２００９−２１８２９３号公報 特開２０１３−１４９９４３号公報 特開２０１３−１４３４５３号公報

磁性コアからコイルの導体への漏れ磁束を遮蔽することが望まれている。磁性コアからの漏れ磁束がコイルの導体に侵入すればコイルでのジュール損が増大し、リアクトルの磁気特性が低下するからである。

そこで、磁性コアからコイルの導体への磁束を遮蔽できるリアクトルを提供することを目的とする。

また、上記リアクトルを備えるコンバータ、コンバータを備える電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るリアクトルは、導体の外周に絶縁被覆を備える巻線を螺旋状に巻回した部分を有するコイルと、コイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとを備える。このリアクトルは、磁性粉末と樹脂とを含む混合材料で構成され、磁性コアから導体への磁束を遮蔽する磁気シールド部を備える。磁気シールド部は、コイルの端面を被覆する端面被覆部と、コイルの内周面を被覆すると共に、コイルの複数のターンを一体化する内周面被覆部とを備える。

上記リアクトルは、磁性コアからコイルの導体への磁束を遮蔽できる。

実施形態に係るリアクトルの概略斜視図である。 実施形態に係るリアクトルの分解斜視図である。 図１に示すリアクトルの（ＩＩＩ）−（ＩＩＩ）断面図である。 図３に示すリアクトルの破線円内の拡大図である。 ハイブリッド自動車の電源系統を模式的に示す概略構成図である。 コンバータを備える電力変換装置の一例を示す概略回路図である。

《本発明の実施形態の説明》
最初に本発明の実施態様の内容を列記して説明する。

（１）本発明の一態様に係るリアクトルは、導体の外周に絶縁被覆を備える巻線を螺旋状に巻回した部分を有するコイルと、コイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとを備える。このリアクトルは、磁性粉末と樹脂とを含む混合材料で構成され、磁性コアから導体への磁束を遮蔽する磁気シールド部を備える。磁気シールド部は、コイルの端面を被覆する端面被覆部と、コイルの内周面を被覆すると共に、コイルの複数のターンを一体化する内周面被覆部とを備える。

上記の構成によれば、磁性コアからコイルの導体への漏れ磁束を遮蔽できる。端面被覆部と内周面被覆部とを備えることで、コイルの端面及び内周面を構成する巻線の導体への磁性コアからの漏れ磁束を遮蔽できるからである。従って、コイルでのジュール損失を抑制でき、リアクトルの磁気特性を向上できる。

（２）上記リアクトルの一形態として、磁性コアと磁気シールド部の比透磁率が異なることが挙げられる。

上記の構成によれば、磁気シールド部の比透磁率が磁性コアに比較して大きい場合、磁気遮蔽効果を高め易い。磁気シールド部の比透磁率が磁性コアに比較して小さい場合、磁性コアからの漏れ磁束を少なくし易い。また、磁性コアを通る磁束が磁気シールド部側へ振られ難いため、磁束密度の偏在の抑制を期待できる。

（３）上記リアクトルの一形態として、磁性コアと磁気シールド部の比透磁率が異なる場合、磁気シールド部の比透磁率は、磁性コアの比透磁率よりも小さいことが挙げられる。

上記の構成によれば、磁性コアからコイルの導体への磁束を遮蔽しつつも、上述のように磁束密度の偏在を抑制し易い。

（４）上記リアクトルの一形態として、磁気シールド部の厚さは、５ｍｍ以下であることが挙げられる。

上記の構成によれば、磁性コアのサイズを同じとする場合、リアクトルの大型化を抑制し易い。また、リアクトルのサイズを同じとする場合、磁性コアのサイズ（磁路面積）が小さくなることを抑制し易い。

（５）上記リアクトルの一形態として、磁気シールド部の厚さは、５ｍｍ以下であり、内周面被覆部の厚さが均一であることが挙げられる。

上記の構成によれば、内周面被覆部の全域に亘って均等に磁気遮蔽できる。また、厚さが均一であれば、コイルと磁性コアとの間隔を均一にでき、磁性コアを組み合わせ易い。

（６）上記リアクトルの一形態として、磁気シールド部は、コイルのターン間に介在される介在部を備えることが挙げられる。この場合、介在部には、磁性粉末が含まれていることが好ましい。

上記の構成によれば、コイルの隣り合うターンの一方の導体により生じる磁束が他方の導体へ侵入することでジュール損が増加する近接効果を抑制し易い。ターン間に磁性粉末を含む介在部が形成されていることで、その磁束を遮蔽し易いからである。従って、コイルの損失をより一層低減し易い。

（７）本発明の一態様に係るコンバータは、上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載のリアクトルを備える。

上記の構成によれば、低損失なリアクトルを備えるため、磁気特性の向上が期待できる。

（８）本発明の一態様に係る電力変換装置は、上記（７）に記載のコンバータを備える。

上記の構成によれば、低損失なリアクトルを有するコンバータを備えるため、磁気特性の向上が期待できる。

《本発明の実施形態の詳細》
本発明の実施形態に係るリアクトル、コンバータ及び電力変換装置の具体例を、以下に適宜図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

《実施形態１》
〔リアクトルの全体構成〕
図１〜４を参照して、実施形態１のリアクトル１を説明する。リアクトル１は、コイル２と、コイル２の内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コア３とを備える。リアクトル１の主たる特徴とするところは、コイル２の特定の箇所を覆って、磁性コア３からコイル２の導体への磁束を遮蔽する磁気シールド部２０を備える点にある。即ち、このリアクトル１は、コイル２及び磁気シールド部２０を有するコイル成形体と、磁性コア３とを備える。以下、リアクトル１の各構成を詳細に説明する。ここでは、リアクトル１の設置対象側を設置側（下側）、その反対側を対向側（上側）とする。図中の同一符号は同一名称物を示す。

［コイル］
コイル２は、接合部の無い１本の連続する巻線２ｗを螺旋状に巻回してなる一対の巻回部２ａ，２ｂと、巻線２ｗの一部から形成されて両巻回部２ａ，２ｂを連結する連結部２ｒとを備える（図１）。巻線２ｗは、平角線の導体（銅など）と、この導体の外周を覆う絶縁被覆（ポリアミドイミドなど）とを備える被覆平角線（所謂エナメル線）である。巻回部２ａ，２ｂは、この被覆平角線をエッジワイズ巻きしたエッジワイズコイルである。各巻回部２ａ，２ｂの形状は、互いに同一の巻数の中空の筒状体であり、各巻回部２ａ，２ｂの端面形状は、矩形枠の角部を丸めた形状としている。各巻回部２ａ，２ｂの配置は、各軸方向が平行するように並列（横並び）した状態としている。

連結部２ｒは、コイル２の軸方向一端側（図１、２紙面右側）の上側で、巻線の一部をＵ字状に屈曲して構成している。各巻回部２ａ，２ｂを形成する巻線２ｗの両端部２ｅは、連結部２ｒ側と反対側（コイル２の軸方向他端側）の上側でターン形成部分から引き延ばされている。両端部２ｅは、その先端の絶縁被覆が剥されて露出した導体に端子部材（図示略）が接続される。コイル２は、この端子部材を介してコイル２に電力供給を行なう電源などの外部装置（図示略）が接続される。

［磁気シールド部］
磁気シールド部２０は、磁性コア３からコイル２の導体への磁束（漏れ磁束）を遮蔽する。それにより、コイル２でのジュール損失を低減できる。磁気シールド部２０は、少なくともコイル２の磁性コア３との対向面を被覆してコイル２と一体化されていて、かつ磁性コア３とは独立した別部材で構成されている。磁気シールド部２０は、磁性コア３との間に隙間を形成するようにコイル２の表面を覆っている（図３，４）。磁気シールド部２０は、コイル２の端面を覆う端面被覆部２０ｅと、コイル２の内周面を覆う内周面被覆部２０ｉとを備える（図４）。

（端面被覆部）
端面被覆部２０ｅは、磁性コア３からコイル２の端面の巻線２ｗの導体への磁束を遮蔽する。端面被覆部２０ｅの被覆領域は、コイル２の端面全域である。端面被覆部２０ｅは、その表面が巻線２ｗを螺旋状に沿うように形成してもよいし、その表面がコイル２の軸方向に直交するように形成してもよい。前者の場合、端面被覆部２０ｅの厚さは、略均一にし易い。後者の場合、端面被覆部２０ｅの厚さは、巻線２ｗの巻回方向の一方に沿って厚く（薄く）なる。ここでは、端面被覆部２０ｅの表面がコイル２の軸方向に直交するように形成している。

〈厚さ〉
端面被覆部２０ｅの厚さは、磁気遮蔽効果が得られる程度の厚さであればよい。それは、端面被覆部２０ｅに磁性コア３としての機能を期待しなくてよいからである。磁気シールド部２０の厚さは、厚いほど磁性コア３から巻線２ｗの導体への磁束を遮蔽し易い。しかし、磁性コア３のサイズを同じとする場合、端面被覆部２０ｅの厚さは厚いほどリアクトル１が大型化する。このため、リアクトル１のサイズを同じとする場合、端面被覆部２０ｅの厚さは厚いほど磁性コア３のサイズ（磁路面積）が小さくなる。したがって、端面被覆部２０ｅの厚さは、厚すぎない方が望ましい。そこで、端面被覆部２０ｅの厚さは、５ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以下がより好ましい。そうすれば、上記したようなリアクトル１の大型化、又は磁路面積の縮小化を抑制し易い。一方、端面被覆部２０ｅの厚さは、０．１ｍｍ以上が好ましい。そうすれば、磁性コア３から巻線２ｗの導体への磁束を遮蔽し易い。以上の観点から、端面被覆部２０ｅの厚さは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下が特に好ましい。ここで、端面被覆部２０ｅの厚さとは、４箇所以上の厚さを測定し、そのうち最も薄い厚さとする。測定箇所同士の間の間隔は、等間隔にすることが挙げられる。端面被覆部２０ｅの厚さは、１ｍｍ以上とすることもできる。

（内周面被覆部）
内周面被覆部２０ｉは、コイル２の内周面を覆って磁性コア３から内周面を構成する導体への磁束を遮蔽する。この内周面被覆部２０ｉは、磁気遮蔽に加えて、コイル２の複数のターンを一体化する。それにより、コイル２を保形できる。そのため、コイル２と磁性コア３とを組み合わせる際、コイル２の取り扱いが容易である。また、リアクトル１の作動時には、振動に伴う騒音などを抑制し易い。内周面被覆部２０ｉの被覆領域は、コイル２の内周面全域である。この内周面被覆２０ｉは、接続部（界面）を介することなく端面被覆部２０ｅと一連に形成されている。

〈厚さ〉
内周面被覆部２０ｉの厚さは、端面被覆部２０ｅと同様、磁気遮蔽効果が得られる程度の厚さであればよく、薄くてよい。内周面被覆部２０ｉの厚さは、端面被覆部２０ｉと同様、５ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以下がより好ましい。そうすれば、上記したようなリアクトル１の大型化、又は磁路面積の縮小化を抑制し易い。内周面被覆部２０ｉの厚さは、端面被覆部２０ｅと同様０．１ｍｍ以上が好ましい。そうすれば、磁性コア３から巻線２ｗの導体への磁束を遮蔽し易い。内周面被覆部２０ｉの厚さは、端面被覆部２０ｅと同様、１ｍｍ以上とすることもできる。内周面被覆部２０ｉの厚さは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下が特に好ましい。ここで、内周面被覆部２０ｉの厚さとは、コイル２の軸方向に沿う３箇所と、コイル２の周方向に沿う４箇所との合計１２箇所の厚さを測定し、そのうち最も薄い厚さとする。各測定箇所同士の間の間隔は、等間隔にすることが挙げられる。

内周面被覆部２０ｉの厚さは均一であることが好ましい。内周面被覆部２０ｉの厚さが均一であれば、内周面被覆部２０ｉの全域に亘って均等な磁気遮蔽を行える。また、コイル２と磁性コア３との間隔を均一にでき、磁性コア３を組み合わせ易い。ここでいう均一とは、上記１２箇所の測定結果から平均値を求め、その平均値が最も薄い厚さに対して０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下を満たすことをいう。

（介在部）
磁気シールド部２０は、コイル２のターン間に介在される介在部２０ｂを備えることが好ましい（図４）。そうすれば、コイル２のターン間を所定の間隔に保持し易い。この介在部２０ｂには、磁性粉末２１が含まれていることが好ましい。そうすれば、コイル２の隣り合うターンの一方の導体により生じる磁束が他方の導体へ侵入することでジュール損が増加する近接効果を抑制し易い。ターン間に磁性粉末２１を含む介在部２０ｂが形成されていることで、その磁束を遮蔽し易いからである。従って、コイル２の損失をより一層低減し易い。

（その他の被覆部）
磁気シールド部２０は、更に、コイル２の外周面を覆う外周面被覆部２０ｏを備えていてもよい。本形態のリアクトル１では、コイル２の外周面に対向する磁性コアは備えていないため、外周面被覆部２０ｏは必須の構成ではない。換言すれば、外周面被覆部自体が存在せず、コイル２の外周面が露出されている場合や、コイル２の外周面が磁性粉末２１の含有されない樹脂被覆で構成されている場合であってもよい。磁性コア３からコイル２の外周面への磁束の遮蔽を考慮しなくてよいからである。しかし、この外周面被覆部２０ｏを備えることで、外周面被覆部２０ｏを備えない場合に比較して、その被覆領域にもよるが、以下の点で好ましい。
（１）リアクトル１の周辺機器からコイル２の外周面への磁束を遮蔽し易い。
（２）複数のターンの一体化を強化でき、コイル２を保形し易い。
（３）外部環境から機械的に保護し易い。

外周面被覆部２０ｏの被覆領域は、コイル２の外周面の全域としてもよいし、コイル２の外周面の一部が露出されるようにその外周面の一部の領域としてもよい。外周面被覆部２０ｏの被覆領域をコイル２の外周面の全域とすれば、外周面の一部の領域とする場合に比較して、外部から巻線２ｗの導体への磁束を遮蔽し易い。その上、外部環境からの機械的な保護も十分に期待できる。外周面被覆部２０ｏの被覆領域をコイル２の外周面の一部とすれば、外部から巻線２ｗの導体への磁束の遮蔽は被覆箇所のみである。しかし、コイル２の一部が外周面被覆部２０ｏから露出されていることで、外周面の全域を被覆領域とする場合に比較して放熱性を高め易い。ここでは、外周面被覆部２０ｏを備え、その被覆領域をコイル２の外周面全域としている。

外周面被覆部２０ｏの厚さは、特に限定されず、端面被覆部２０ｅや内周面被覆部２０ｉと同程度としてもよいし、それよりも薄くしてもよい。外周面被覆部２０ｏは、接続部（界面）を介することなく端面被覆部２０ｅ、内周面被覆部２０ｉ、及び介在部２０ｂと一連に形成されている。

（構成材料）
磁気シールド部２０の構成材料は、磁性粉末２１と樹脂２２との混合材料が挙げられる。

〈磁性粉末〉
磁性粉末２１は、磁性コア３からの漏れ磁束を通す磁路を形成することで、磁性コア３から巻線２ｗの導体への磁束を遮蔽する。磁性粉末２１は、例えば、鉄族金属、Ｆｅを主成分とするＦｅ基合金、フェライト、アモルファス金属から選択される少なくとも一種が挙げられる。鉄族金属は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉが挙げられる。Ｆｅ基合金は、添加元素としてＳｉ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｃｏ，及びＣｒから選択される１種以上の元素を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有することが挙げられる。Ｆｅ基合金は、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系合金，Ｆｅ−Ｎｉ系合金，Ｆｅ−Ａｌ系合金，Ｆｅ−Ｃｏ系合金，Ｆｅ−Ｃｒ系合金，Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金（センダスト）などが挙げられる。

〈形状・サイズ〉
磁性粉末２１の形状は、特に限定されず適宜選択できる。磁性粉末２１の形状は、例えば、球状、表面に凹凸が形成された異形状、薄片、針、棒などの非球状など種々の形状が挙げられる。磁性粉末２１の形状は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）での表面又は断面の画像から判別できる。

磁性粉末２１の平均粒径は、磁気シールド部２０の厚さに応じて適宜選択できる。磁性粉末２１の平均粒径が大きいほど、製造時に取り扱い易く、磁性粉末２１の平均粒径が小さいほど、磁性粉末２１を含む介在部２０ｂを形成し易い。磁性粉末２１の平均粒径は、例えば、１μｍ以上１０００μｍ以下が挙げられ、更に１０μｍ以上５００μｍ以下、特に５０μｍ以上３００μｍ以下が挙げられる。磁性粉末２１の平均粒径の測定は、ＳＥＭで断面の画像を取得し、市販の画像解析ソフトを用いて解析することで行える。その際、円相当径を磁性粒子の粒径とする。円相当径とは、粒子の輪郭を特定し、その輪郭で囲まれる面積Ｓと同一の面積を有する円の径とする。つまり、円相当径＝２×｛上記輪郭内の面積Ｓ／π｝^１／２で表される。

〈含有量〉
磁性粉末２１の含有量は、磁気シールド部２０を１００体積％とするとき、２０体積％以上７５体積％以下が挙げられる。磁性粉末２１の含有量を２０体積％以上とすることで、磁気遮蔽効果を高め易い。磁性粉末２１の含有量を７５体積％以下とすることで、磁性粉末２１の含有量が多くなりすぎないため、製造時の構成材料の流動性を高められ、磁気シールド部２０の製造性に優れる。磁性粉末２１の含有量は、３０体積％以上、更に４０体積％以上とすることが挙げられる。また、磁性粉末２１の含有量は、７０体積％以下、更に６５体積％以下、６０体積％以下とすることが挙げられる。ここでいう「磁性粉末の含有量」は、磁気シールド部２０の断面の顕微鏡観察像から、磁気シールド部２０に占める磁性粉末２１の面積比率を測定し、その面積比率から体積比率（体積含有量）を換算することで求めることができる。ここでは、磁性粉末２１の面積比率を体積含有量とみなす。

〈樹脂〉
樹脂２２は、磁性粉末２１を分散した状態で保持する。樹脂２２には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアミド樹脂（例えば、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン９Ｔ、ナイロン１０Ｔ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。その他、常温硬化性樹脂や低温硬化性樹脂、不飽和ポリエステルに炭酸カルシウムやガラス繊維が混合されたＢＭＣ（Ｂｕｌｋ ｍｏｌｄｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ミラブル型シリコーンゴム、ミラブル型ウレタンゴムなどを用いることもできる。特に、樹脂としては熱可塑性樹脂が好適である。この樹脂２２を備えることで、コイル２（導体）と磁性粉末２１とを絶縁させやすい。

〈その他〉
磁気シールド部２０は、アルミナやシリカなどのセラミックスといった非磁性体からなる粉末（フィラー）を含有していてもよい。フィラーは、放熱性の向上、磁性粉末２１の偏在の抑制（均一的な分散）に寄与する。フィラーは、磁性粉末２１よりも微粒であると、フィラーの含有による磁性粉末２１の割合の低下を抑制できる。フィラーの含有量は、磁気シールド部２０を１００質量％とするとき、０．２質量％以上２０質量％以下が好ましく、更に０．３質量％以上１５質量％以下が好ましく、特に０．５質量％以上１０質量％以下が好ましい。

（比透磁率）
磁気シールド部２０の比透磁率は、磁性コア３と同程度であってもよいが、磁性コア３とは異なっていることが好ましい。例えば、磁気シールド部２０の比透磁率が磁性コア３に比較して大きい場合、磁気遮蔽効果を高め易い。一方、磁気シールド部２０の比透磁率が磁性コア３に比較して小さい場合、磁性コア３からの漏れ磁束を少なくし易い。また、磁性コア３を通る磁束が磁気シールド部２０側へ振られ難いため、磁束密度の偏在の抑制を期待できる。両部材３，２０の比透磁率が異なる場合、磁気シールド部２０の比透磁率が、磁性コア３の比透磁率よりも小さいことがより好ましい。磁気シールド部２０の具体的な比透磁率は、１．５以上２０以下が挙げられ、更には１．５以上１０以下が挙げられる。

（製造）
磁気シールド部２０の製造は、代表的には、射出成形、トランスファー成形、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）などで行える。具体的には、コイル２の金型内への配置と、コイル２の内周への中子の挿入とを経た後、金型内に磁気シールド部２０の構成材料を充填して固化することで行える。構成樹脂の充填前に、必要に応じて金型内でコイル２のターン間を所定の間隔となるように圧縮したりしてコイル２を所定の形状に保持してもよい。磁気シールド部２０の製造は、特許文献１のコイル成形体の製造方法と同様の方法で行える。

［磁性コア］
磁性コア３は、図２に示すように、コイル２（内周面被覆部２０ｉ）の内側に配置される一対の内側コア部３１と、コイル２が配置されず、コイル２の端面（端面被覆部２０ｅの表面）から突出（露出）されている一対の外側コア部３２とを備える。「コイルの内側に配置される内側コア部」とは、少なくとも一部がコイルの内部に配置されている内側コア部を意味する。磁性コア３は、離間して配置される内側コア部３１を挟むように外側コア部３２が配置され、内側コア部３１の端面と外側コア部３２の内端面とを接触させて環状に形成される。これら内側コア部３１及び外側コア部３２により、コイル２を励磁したとき、閉磁路を形成する。一対の内側コア部３１、及び一対の外側コア部３２は、各々独立した部材で構成される。内側コア部３１と外側コア部３２とは、接着剤により一体に連結できる。

（サイズ・形状）
内側コア部３１の形状、外側コア部３２の形状は適宜選択できる。ここでは、内側コア部３１の形状は、図２に示すように、直方体状であり、外側コア部３２の形状は、図２、３に示すように、上面・下面が略ドーム状（内端面３２ｅから外方に向かって断面積が小さくなる変形台形状）の柱状体としている。外側コア部３２の形状は、例えば、角柱状体とすることもできる。

外側コア部３２の上面は、内側コア部３２の上面と面一である。一方、外側コア部３２の下面は、コイル２の下面（外周被覆部２０ｏの下側表面）と面一になるように、外側コア部３２の大きさを調整している。そのため、磁性コア３を環状に形成した場合、外側コア部３２の下面は内側コア部３１の下面よりも突出している。組合体の下面は、主として、二つの外側コア部３２の下面と、コイル２の下面（外周被覆部２０ｏの下側表面）とで構成される。

（構成材料）
内側コア部３１は、ギャップ材を介さず、軟磁性材料を主成分とする一体物のコア片で構成してもよいし、軟磁性材料を主成分とする複数のコア片とコア片間に配置されるギャップ材やエアギャップとを有する積層体で構成してもよい。ギャップ材やエアギャップを有する磁性コア３を備える場合、磁気シールド部２０を備えることによるコイル２でのジュール損の低減効果が高い。ギャップ材やエアギャップの配置箇所から漏れ磁束が生じ易いためである。ここでは、内側コア部３１は、軟磁性材料を主成分とする複数のコア片３１ｍと、コア片３１ｍよりも比透磁率が小さい材料からなるギャップ材３１ｇとが交互に積層配置された積層体である（図２）。コア片３１ｍとギャップ材３１ｇとの一体化は、接着剤により行える。外側コア部３２は、軟磁性材料を主成分とする一体物のコア片３２ｍで構成する。

各コア片３１ｍ，３２ｍの主成分である軟磁性材料は、磁気シールド部２０の磁性粉末２１と同様、鉄や鉄合金、フェライトといった非金属などが挙げられる。コア片３１ｍ，３２ｍは、上記軟磁性材料からなる軟磁性粉末を用いた成形体や、絶縁被膜を有する磁性薄板（例えば、ケイ素鋼板に代表される電磁鋼板）を複数積層した積層体を利用できる。上記成形体は、圧粉成形体（圧粉磁心）の他、焼結体、軟磁性粉末と樹脂とを含む複合材料などが挙げられる。コア片３１ｍ，３２ｍは、これらのいずれで構成されていても、上述したように磁気シールド部２０とは別体に構成される。複合材料は、射出成形などを利用することで、複雑な立体形状であっても、容易に成形できる。複合材料中のバインダとなる樹脂は、磁気シールド部２０の樹脂２２と同様、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂やＰＰＳ樹脂などの熱可塑性樹脂を利用できる。上記複合材料中の軟磁性粉末の含有量は、複合材料を１００体積％とするとき、２０体積％以上７５体積％以下が挙げられる。残部は、樹脂やアルミナやシリカなどのセラミックスといった非金属有機材料、非金属無機材料などの非磁性材料である。上記複合材料中の軟磁性粉末の含有量は、３０体積％以上、更に４０体積％以上が挙げられ、７０体積％以下、更に６５体積％以下、６０体積％以下が挙げられる。ここでは、各コア片はいずれも複合材料としている。

ギャップ材３１ｇの具体的な材料は、アルミナや不飽和ポリエステルなどの非磁性材料、ＰＰＳ樹脂などの非磁性材料と磁性材料（磁性材料の例は、鉄粉などの軟磁性粉末）とを含む混合物などが挙げられる。

（磁気特性）
磁性コア３において、磁気特性は部分的に異なっていてもよいし、全体的に均一であってもよい。磁性コア３全体を上述の複合材料で構成する場合、複合材料の軟磁性粉末の材質や含有量、フィラーの有無などを上述した範囲で調整すれば、各コア部の磁気特性を容易に調整できる。複合材料の磁気特性は、例えば、飽和磁束密度が０．６Ｔ以上、更に１．０Ｔ以上、比透磁率が５以上５０以下、好ましくは１０以上３５以下が挙げられる。磁性コア３全体の比透磁率（ギャップ材を含む場合はギャップ材も含めた全体の比透磁率）は５以上５０以下が好ましい。

［その他］
（絶縁部材）
リアクトル１は、端面被覆部２０ｅや内周面被覆部２０ｉと磁性コア３との間を絶縁する絶縁部材（図示略）を備えてもよい。絶縁部材は、例えば、磁性コア３に対して被覆する絶縁テープ・絶縁紙・絶縁シートや、絶縁性樹脂（射出成形など）、絶縁塗装などが挙げられる。その他、別途作製される介在部材を端面被覆部２０ｅや内周面被覆部２０ｉと磁性コア３との間に介在させてもよい。介在部材は、上述の樹脂などの絶縁材料によって構成された成形品を利用できる。

〔作用効果〕
上述のリアクトル１は、以下の効果を奏することができる。
（１）コイル２でのジュール損失を低減し、リアクトル１の磁気特性を向上できる。磁気シールド部２０をコイル２の端面及び内周面に設けることで、コイル２の端面及び内周面を構成する巻線２ｗの導体への磁性コア３からの漏れ磁束を遮蔽できるからである。特に、比透磁率が低い、ギャップの数が多い、ギャップの厚さが厚い、複合材料における軟磁性粉末の含有量の少ない磁性コアなど、漏れ磁束が生じやすい磁性コアを備えるリアクトルほど効果的である。
（２）リアクトル１のサイズを従来のリアクトルと同等とする場合、インダクタンスの増加が期待できる。インダクタンスを従来のリアクトルと同等とする場合、リアクトル１の小型化が期待できる。磁気シールド部２０をコイル２の端面及び内周面に設けることで、磁性コア３ほどではないが、磁束の遮蔽により結果的に磁気シールド部２０が磁路として機能するからである。

〔シミュレーション〕
磁気シールド部の有無がコイルでのジュール損とリアクトルのインダクタンスに及ぼす影響をシミュレーションにより調べた。ここでは、導体の断面積が６．２ｍｍ^２の巻線を螺旋状に巻回したコイルの表面全域に、厚さ０．１ｍｍの磁気シールド部を形成したリアクトルと、上記コイルを備えるが、上記磁気シールド部を備えないリアクトルとの比較から、上記影響を調べた。その結果、磁気シールド部を備えるリアクトルは、磁気シールド部を備えないリアクトルに比較して、ジュール損が１０％低減し、インダクタンスが５％増加することがわかった。

〔コンバータ・電力変換装置〕
上述のリアクトルは、通電条件が、例えば、最大電流（直流）：１００Ａ〜１０００Ａ程度、平均電圧：１００Ｖ〜１０００Ｖ程度、使用周波数：５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度である用途に利用できる。代表的には電気自動車やハイブリッド自動車などの車両１２００（図５）などに載置されるコンバータ１１１０（図５、６）の構成部品や、このコンバータ１１１０を備える電力変換装置１１００（図５、６）の構成部品が挙げられる。以下、車両１２００、電力変換装置１１００、コンバータ１１１０の概略構成を説明する。

車両１２００は、図５に示すようにメインバッテリ１２１０と、メインバッテリ１２１０に接続される電力変換装置１１００と、メインバッテリ１２１０からの供給電力によって駆動するモータ（代表的には３相交流モータ）１２２０と、モータ１２２０に駆動されて走行に利用される車輪１２５０とを備える。ハイブリッド自動車では、更にエンジンを備える。その他、車両１２００は、メインバッテリ１２１０に接続された給電装置用コンバータ１１５０や、補機類１２４０の電力源となるサブバッテリ１２３０とメインバッテリ１２１０とに接続された補機電源用コンバータ１１６０などを備える。コンバータ１１５０，１１６０は代表的にはＡＣ−ＤＣ変換の昇降圧動作を行う。

電力変換装置１１００は、メインバッテリ１２１０に接続されるコンバータ１１１０と、コンバータ１１１０に接続されて、直流と交流との相互変換を行うインバータ１１２０とを備える。

コンバータ１１１０は、図６に示すように複数のスイッチング素子１１１１と、スイッチング素子１１１１の動作を制御する駆動回路１１１２と、メインバッテリ１２１０とスイッチング素子１１１１とに接続されるリアクトルＬとを備える。コンバータ１１１０は、スイッチング素子１１１１のＯＮ／ＯＦＦの繰り返しにより入力電圧の変換を行う。この例のコンバータ１１１０は、メインバッテリ１２１０とインバータ１１２０との間でＤＣ−ＤＣ変換の昇降圧動作を行う。昇圧動作のみ、降圧動作のみを行うコンバータとすることができる。

コンバータ１１１０に備えるリアクトルＬや、その他上述のコンバータ１１５０，１１６０に備えるリアクトル（図示せず）として、上述のリアクトル１を備えることができる。電力変換装置１１００やコンバータ１１１０は、低損失なリアクトル１を備えるため、磁気特性の向上を期待できる。

本発明は実施形態の詳細の冒頭で述べたようにこれらの例示に限定されるものではない。

例えば、磁性コアの連結・分離形態を、Ｕ−Ｉ型、Ｕ−Ｕ型、Ｌ−Ｌ型などとすることができる。Ｕ−Ｉ型の磁性コアは、一方の外側コア部及び両内側コア部を一体化したＵ字状のコア部品と、他方の外側コア部とを備える。Ｕ−Ｕ型の磁性コアは、一方の外側コア部と、コイルの軸方向の長さの略半分の長さを有し、一対の内側コア部３１のそれぞれを構成する一対のコア片を一体化したＵ字状のコア部品を一組備える。Ｌ−Ｌ型の磁性コアは、一方の外側コア部と一方の内側コア部を一体化したＬ字状のコア部品を一組備える。

また、巻回部が一つのみであるコイルと、Ｅ−Ｅ型やＥ−Ｉ型の磁性コアとを備えるリアクトルとすることができる。この場合、コイルの内側にはＥ字状のコアの中央脚部が挿通され、コイルの外周面はＥ字状のコアの外側脚部に対向する箇所を有する。磁気シールド部は、端面被覆部と、内周面被覆部と、コイルの外周面のうち磁性コアと対向する箇所に被覆される外周面被覆部とで構成する。

本発明のリアクトルは、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの車両に搭載される車載用コンバータ（代表的にはＤＣ−ＤＣコンバータ）や空調機のコンバータなどの種々のコンバータ、電力変換装置の構成部品に好適に利用できる。

１ リアクトル
２ コイル
２ａ、２ｂ 巻回部 ２ｒ 連結部 ２ｗ 巻線 ２ｅ 端部
２０ 磁気シールド部
２０ｅ 端面被覆部 ２０ｉ 内周面被覆部 ２０ｏ 外周面被覆部
２０ｂ 介在部
２１ 磁性粉末 ２２ 樹脂
３ 磁性コア
３１ 内側コア部 ３１ｍ コア片 ３１ｇ ギャップ材
３２ 外側コア部 ３２ｍ コア片
１１００ 電力変換装置 １１１０ コンバータ
１１１１ スイッチング素子 １１１２ 駆動回路
Ｌ リアクトル １１２０ インバータ
１１５０ 給電装置用コンバータ １１６０ 補機電源用コンバータ
１２００ 車両 １２１０ メインバッテリ １２２０ モータ
１２３０ サブバッテリ １２４０ 補機類 １２５０ 車輪

Claims (8)

1. 導体の外周に絶縁被覆を備える巻線を螺旋状に巻回した部分を有するコイルと、前記コイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとを備えるリアクトルであって、
   磁性粉末と樹脂とを含む混合材料で構成され、前記磁性コアから前記導体への磁束を遮蔽する磁気シールド部を備え、
   前記磁気シールド部は、
   前記コイルの端面を被覆する端面被覆部と、
   前記コイルの内周面を被覆すると共に、前記コイルの複数のターンを一体化する内周面被覆部とを備えるリアクトル。
2. 前記磁性コアと前記磁気シールド部の比透磁率が異なる請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記磁気シールド部の比透磁率は、前記磁性コアの比透磁率よりも小さい請求項２に記載のリアクトル。
4. 前記磁気シールド部の厚さは、５ｍｍ以下である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のリアクトル。
5. 前記内周面被覆部の厚さが均一である請求項４に記載のリアクトル。
6. 前記磁気シールド部は、前記コイルのターン間に介在される介在部を備え、
   前記介在部には、前記磁性粉末が含まれている請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のリアクトル。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のリアクトルを備えるコンバータ。
8. 請求項７に記載のコンバータを備える電力変換装置。

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