JP6048789B2 - リアクトルおよび電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、昇圧装置等の電源装置に用いられるリアクトルに関するものである。

近年、急速に普及しはじめたハイブリッド車や電気自動車等のモータ駆動の車両や太陽光発電装置などに搭載されている電源装置では、大電流に耐えるリアクトルが用いられている。リアクトルにおいては、高い飽和磁束密度を有する磁心材料を用いるとともに、磁心材料間にギャップを設けることで実効透磁率を下げて、大電流でも磁気飽和しにくい構成が用いられている。

電源装置用リアクトルの磁心材料として、一般に２０ｋＨｚ以下の領域では、主に珪素鋼板、非晶質軟磁性薄帯、微結晶質軟磁性薄帯が、２０ｋＨｚを超える領域では、Ｍｎ−Ｚｎ系やＮｉ−Ｚｎ系などのフェライトが広く用いられている。前者は、飽和磁束密度Ｂｓと透磁率μが高いという長所を持ち、後者のフェライトは、高周波磁心損失が小さく、形状自由度が高く、量産性に優れるという長所を持つ。また、５ｋＨｚから１００ｋＨｚまでの領域においては、圧粉磁心も用いられている。圧粉磁心は、磁性粉末の表面を絶縁処理したのち成形して得られたもので、絶縁処理により電気抵抗が高められ、渦電流損失が抑制されている。

特許文献１には、かかる圧粉磁心等を用いたリアクトルの損失を低減する技術として、コイルを巻回する磁脚部を、ギャップを介して配置された複数の圧粉体で構成したリアクトルが開示されている。ギャップ数を増やすことによって、ギャップ一ヶ所当たりの漏れ磁束を低減し、損失を抑えることが可能である。そのため、圧粉磁心を用いた大電流用途のリアクトルにおいては、磁脚とそれ以外の部分とで、上記のような長所・短所を合わせ持つ磁性材料を使い分けるとともに、磁脚に複数のギャップを設けて構成が用いられている。

特開２００８−１７２１１６号公報

一方、大電流用途のリアクトルでは、磁気飽和しにくいことや低損失であることに加えて、低騒音であることが重要な要素の一つである。しかしながら、磁気飽和や損失の観点から上記のようにリアクトルを構成しても、リアクトルから発生する騒音も同時に低減することは困難であった。また、磁気飽和や騒音の問題を解決する際にも、リアクトルのサイズが大きくならないように配慮する必要があった。

そこで、上記課題に鑑み、本発明は、大電流用途等のリアクトルにおいて、小型化に有利であるとともに、磁気飽和しにくく、騒音低減に好適なリアクトルの構成を提供することを目的とした。

本発明のリアクトルは、平行に対置された一組の柱状の磁心脚部と、前記磁心脚部に巻装されたコイルと、前記磁心脚部の一端同士および他端同士を磁気的に繋ぐ一対の磁心継部とを備えたリアクトルであって、前記各磁心脚部は、前記磁心継部を構成する磁性材料よりも飽和磁束密度が高く、且つ、飽和磁束密度が異なる磁性材料を用いた複数の圧粉磁心で構成され、前記各磁心継部は、前記磁心脚部の前記一端または他端を支持するための段差を、少なくとも前記対置された一対の磁心脚部の間に備えるとともに、前記磁心脚部の一端または他端を挟んだ反対側には前記段差を備えず、前記磁心脚部の両端側の圧粉磁心に用いる磁性材料の飽和磁束密度が中間部の圧粉磁心よりも低く、前記磁心脚部の前記一端または他端の端面が磁気ギャップを介して前記磁心継部と対向し、前記磁心脚部の前記一端または他端の側面が、磁気ギャップを介して前記段差の側面と対向していることを特徴とする。磁心脚部はコイルが巻装されるため、磁心継部よりも飽和磁束密度が高い磁性材料を用いることでリアクトル全体が大型化することを防ぐことができる。一方、磁心継部は、相対的に飽和磁束密度が低く、磁気飽和しやすい。そこで、磁心継部に前記段差を設けることで、磁心脚部との対向面積を増やし、磁気飽和しにくくする。さらに、磁心脚部を一体で構成すること、すなわち、磁路中に設ける磁気ギャップを磁心脚部と磁心継部との間に限定して配置することで、磁気ギャップの数を低減し、騒音の抑制にも寄与する。

また、前記リアクトルにおいて、前記一組の磁心脚部は、それぞれ材質が異なる複数の磁性材料ブロックを接着して構成されていることが好ましい。かかる構成によれば、磁心脚部の構成の自由度が高く、特性、コストに照らして磁心脚部の構成の最適化を図ることができる。

さらに、前記リアクトルにおいて、前記磁心継部はフェライトで構成され、前記一組の磁心脚部は、中間部の圧粉磁心をＦｅ−Ｓｉ系圧粉磁心とし、それを挟むように配置された両端側の圧粉磁心をＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系圧粉磁心として構成されていることが好ましい。かかる構成は、損失、騒音およびコストの低減等の観点から好ましい。

さらに、前記リアクトルにおいて、前記磁心脚部を支持した前記一対の磁心継部を、前記磁心脚部を挟む方向から押圧する締め付け具を有し、前記締め付け具と前記磁心継部との間に、弾性シートが介在することが好ましい。かかる構成によれば騒音をいっそう抑制することができる。

本発明の電源装置は、上記いずれかのリアクトルを用いたことを特徴とする。上記リアクトルは、小型化や騒音低減に有利であるため、かかるリアクトルを用いることで電源装置の小型化や騒音低減に寄与する。

本発明によれば、大電流用途等のリアクトルにおいて、小型化に有利であるとともに、磁気飽和しにくく、騒音低減に好適なリアクトルの構成を提供することができる。

本発明に係るリアクトルの実施形態を示す図である。 本発明に係るリアクトルに用いる磁心継部の実施形態を示す図である。 本発明に係るリアクトルの他の実施形態を示す図である。 本発明に係るリアクトルの他の実施形態を示す図である。 本発明に係るリアクトルを用いた電源装置であるＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。

以下、本発明に係るリアクトルの実施形態を、図を用いて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、各実施形態において説明する構成は、他の実施形態の趣旨を損なわない限りにおいて他の実施形態においても適用することが可能であり、その場合、重複する説明は適宜省略する。

（リアクトルの第１の実施形態）
図１（ａ）は本発明のリアクトルの実施形態を示す図である。図１（ａ）に示すリアクトル１００は、平行に対置された一組の柱状の磁心脚部１ａ、１ｂと、磁心脚部１ａ、１ｂにそれぞれ巻装されたコイル２ａ、２ｂと、磁心脚部１ａ、１ｂの一端同士および他端同士を磁気的に繋ぐ一対の磁心継部３ａ、３ｂとを備える。磁心脚部１ａ、１ｂと、磁心継部３ａ、３ｂによって、環状の磁路が構成される。図１（ａ）では、柱状の磁心脚部１ａ、１ｂの対置方向に切断した状態の断面図でリアクトル１００を示してある。柱状の磁心脚部の形状としては、円柱、楕円柱、角柱等、種々のものを適用できるが、コイルを形成する導線の全長を小さくすることができる点で、柱方向（長手方向）に垂直な断面が真円である円柱が優れる。図１に示す実施形態を含め、以下円柱状の磁心脚部を用いたリアクトルを例として説明する。

各磁心脚部１ａ、１ｂは、磁心継部３ａ、３ｂを構成する磁性材料よりも飽和磁束密度が高い磁性材料を用いて、それぞれ一体で構成されている。磁心脚部１ａ、１ｂ、磁心継部３ａ、３ｂを構成する磁性材料は、フェライト、圧粉磁心、軟磁性合金薄帯等、種々の磁性材料を用いることができる。ただし、コイルが巻装される磁心脚部に比べて、磁心継部は寸法の自由度が高いため、コストを犠牲にして過度に飽和磁束密度が高い磁性材料を用いる必要がない。そのため、例えば、コスト的に有利で、かつ形状の自由度の高いフェライトを用いることができる。フェライトは、損失が低い点でも磁心継部の磁性材料として好適である。フェライトはＭｎ−Ｚｎ系フェライト焼結体、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト焼結体等、種々のものを用いることができるが、１００ｋＨｚ以下のような比較的低い周波数帯の用途では、飽和磁束密度および透磁率が高く、損失も低いＭｎ−Ｚｎ系フェライト焼結体がより好ましい。例えば、１００ｋＨｚ以下の用途では、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト焼結体は、圧粉磁心との組み合わせに好適である。

一方、コイルが巻装される磁心脚部１ａ、１ｂに、磁心継部３ａ、３ｂを構成する磁性材料よりも飽和磁束密度が高い磁性材料を用いることで、磁心脚部の断面寸法、ひいてはリアクトル全体が大きくなることを抑制することができる。例えば、磁心継部にフェライトを用いる場合であれば、それよりも飽和磁束密度が高い圧粉磁心を磁心脚部に用いればよい。また、磁心継部に圧粉磁心を用いる場合であれば、それよりも相対的に飽和磁束密度が高い圧粉磁心を磁心脚部に用いればよい。上述のように各磁心脚部１ａ、１ｂは、実質的な磁気ギャップが形成されないように一体で構成されている。ここで、一体で構成されている、とは、各磁心脚部が一つのコア部材で構成されている場合の他、複数のコア部材を、一定の形状のスペーサ部材を介さないで接着して一体化している場合も含む趣旨である。なお、接着剤自体はここでいうスペーサ部材には含まれない。別体で構成された磁性部材の不連続部分（繋ぎ目）は騒音の原因となる。磁心脚部を一体で構成することで、かかる不連続部分を減らし、騒音を低減することができる。図１に示す実施形態では、各磁心脚部を一つの圧粉磁心で構成しているが、同じ材質の圧粉磁心を複数接着して磁心脚部を構成してもよい。長尺の圧粉磁心の成形は困難であるため、各圧粉磁心において、柱状の圧粉磁心の柱軸に垂直な断面の直径または最大寸法に対する柱軸方向の長さの比を０．５〜２．０倍の範囲にするとよい。

各磁心継部３ａ、３ｂは、磁心脚部１ａ、１ｂの一端または他端を支持するための段差４を、少なくとも対置された一対の磁心脚部１ａ、１ｂの間に備える。すなわち、磁心継部３ａ、３ｂは、対置された磁心脚部１ａ、１ｂを結ぶ方向（ｘ方向）において、磁心脚部１ａ、１ｂの端面が対向する左右両端側の面よりも中央側の面が高くなっている。段差４の側面（段差面）は、磁心脚部１ａ、１ｂの端面に対向する面、すなわち該磁心脚部１ａ、１ｂを支持する面に垂直に立ち上がっている。磁心継部３ａ、３ｂに段差４を設けることで、磁心継部３ａ、３ｂは磁心脚部１ａ、１ｂの端面近傍の側面とも対向するようになる。上述のように、磁心継部は、磁心脚部に比べて相対的に飽和磁束密度が低い磁性材料で構成されており、磁心脚部に比べて磁気飽和しやすい。そこで、磁心継部３ａ、３ｂが、磁心脚部１ａ、１ｂの円形の端面と対向する部分に加えて、磁心脚部１ａ、１ｂの側面の一部とも対向する部分を有することによって、磁心脚部との対向面積を増やし、磁気飽和しにくくなる。また、段差４を設けることで、磁心継部３ａ、３ｂに対する磁心脚部１ａ、１ｂの位置決めが容易になる。

一方、磁心脚部１ａ、１ｂに挟まれた前記段差４の、磁心脚部１ａ、１ｂの一端または他端を挟んだ反対側、すなわち対置された磁心脚部１ａ、１ｂの外側には、段差４に相当するような段差は設けられていない。かかる部分は、磁心脚部１ａ、１ｂおよび磁心継部３ａ、３ｂで構成される磁路の外側に相当し、流れる磁束量が少ないため、段差を設けても磁路としての実効に乏しい。そこで、かかる部分には段差を設けないようにして、リアクトル全体を小型化する。また、中央の段差４のｘ方向両側には段差を設けないことで、磁心脚部１ａ、１ｂはｘ方向にスライドさせることができるため、磁気ギャップＧ３の調整の自由度が高くなる。かかる観点からは、少なくとも、磁心脚部１ａ、１ｂをｘ方向にスライドさせることが可能な範囲で段差を設けないことが好ましい。また、中央の段差４のｘ方向両側には段差を設けないことで、加圧成形を採用する場合の磁心継部３ａ、３ｂの製造も容易になる。

上述の段差を設けた磁心継部の例を図２に示す。図２（ａ）は磁心脚部を支持するための主面の法線方向から見た平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のｙ方向から見た正面図である。図２に示した磁心継部２００は、磁心脚部を支持するための一対の支持面７を長手方向両端に有し、各支持面７の、他方の支持面側には円弧状に形成された段差４が設けられている。各支持面の段差４に挟まれた中央部６の表面は、支持面７よりもｚ方向に、一段高くなっている。図中の点線の円は、磁心脚部の端面８を表している。円柱状の磁心脚部の側面との磁気ギャップが磁心脚部の周囲で一定に形成できるように、円弧状の段差４は、磁心脚部の端面の円と同心になるように形成されている。段差４の円弧は円周の５０％以下で構成すればよい。円弧の比率は小さくすることも可能であるが、磁路断面積の確保、位置決めの効果の確保の観点からは、円周の４０％以上にすることが好ましい。なお、段差４は円弧状に形成しないで、磁心脚部の対置方向（ｘ方向）に垂直な方向に延びる直線状に形成することもできる。また、磁心脚部を角柱で構成し、段差４をその側面形状に倣って、互いに直交する三つの直線で構成されたコの字状にしてもよいし、磁心脚部の対置方向（ｘ方向）に垂直な方向に延びる直線状に形成してもよい。ただし、磁心脚部の側面形状に倣った円弧やコの字状のように、磁心脚部の対置方向（ｘ方向）に垂直な方向（ｙ方向）で磁心脚部を挟むように段差４を構成することで、磁心脚部の対置方向（ｘ方向）のみならず、それに垂直な方向（ｙ方向）においても、磁心脚部の位置決めを行うことができる。また、図２に示す磁心継部では、長方形の主面の四隅を直線に沿って落として、全体の小型化を図っているが、曲線に沿って落としてもよい。また、磁心継部の主面の形状は、図２に示す実施形態のような多角形に限らず、長方形や楕円形等でもよい。

図１に示す実施形態では、磁心脚部１ａ、１ｂの一端または他端の端面が磁気ギャップを介して磁心継部３ａ、３ｂと対向し、さらに磁心脚部１ａ、１ｂの一端または他端の側面が、磁気ギャップを介して段差４の側面と対向している。磁心脚部と磁心継部との繋ぎの形態を説明するために、図１（ａ）の破線で表された、磁心脚部１ｂと磁心継部３ｂとの対向部分の拡大図を図１（ｂ）に示した。磁心継部３ａ、３ｂが磁心脚部１ａ、１ｂの側面の少なくとも一部と対向するように、段差４の大きさＧ１は、磁心脚部１ａ、１ｂの一端または他端の端面と磁心継部３ａ、３ｂとのｚ方向の磁気ギャップＧ２よりも大きくする。また、磁心脚部１ａ、１ｂの一端または他端の側面と、磁心継部３ａ、３ｂの段差４の側面との間（ｘ方向）の磁気ギャップＧ３の大きさは、ｚ方向の磁気ギャップＧ２の大きさと同じにすると、両磁気ギャップの形成のための部材の共通化が図れるなど、磁気ギャップの形成方法が簡略化される。段差４を設けることの実効を高めるうえでは磁気ギャップＧ３を磁気ギャップＧ２よりも小さくするとよい。一方、磁心脚部に巻装されるコイルとの位置関係の観点から、磁心脚部１ａ、１ｂの端面から離れた位置での側面方向の漏れ磁束を減らす必要がある場合は、磁気ギャップＧ３を磁気ギャップＧ２よりも大きくするとよい。

リアクトルにおける騒音は、磁歪や磁気吸引力による構成部材の相対的変位によって生じ、磁気ギャップを構成する部分もかかる変位が生じうる部分である。図１に示す実施形態のように、磁心脚部１ａ、１ｂをそれぞれ一体で構成し、磁路中に設ける磁気ギャップを磁心脚部１ａ、１ｂと磁心継部３ａ、３ｂとの間に限定して配置することで、磁路中の磁気ギャップの数を低減し、騒音を抑制することができる。

なお、図示はしていないが、磁気ギャップは、所定の間隔を維持できる樹脂プレート、セラミックスなどの非磁性体を配置して構成すればよい。ギャップ寸法精度や強度の観点からはセラミックスを用いることがより好ましい。また、ギャップ形成に用いる非磁性体は、磁心脚部と磁心継部との対向面と同じ形状・寸法にすることも可能であるが、所定の間隔が形成されればよいので、対向面よりも小さい形状のスペーサを用いてもよい。対向面が曲面の場合は、対向面よりも小さい形状のスペーサを用いて対向面の複数箇所に配置する方が、精度の高いギャップを簡易に構成しやすい。

磁心脚部１ａ、１ｂに巻装されたコイル２ａ、２ｂの形態もこれを特に限定するものではない。コイルに使用する導線は、断面形状が長方形の平角線、円形の丸線など種々の形態のものを用いることができる。丸線は、柔軟性に優れ、巻回が容易である。一方、平角線を用いたエッジワイズコイルでは、丸線に比べて線間に不要な空隙が生じないため、占積率が高いコイルが得られ、リアクトルの小型化に寄与する。コイルは、絶縁シートを介して磁心脚部に導線を巻回して構成してもよいし、樹脂製のボビンに導線を巻回して構成してもよい。絶縁性確保の観点からは鍔を有するボビンを用いることがより好ましい。ボビンの内周側または外周側に軸方向に突出した突起を設けておけば、該突起を段差４の側面または磁心脚部の外側の側面に当接させ、磁心脚部の対置方向の動きを拘束することで、磁気ギャップＧ３の大きさを制御することができる。かかる構成によって、磁心脚部１ａ、１ｂの側面と段差４の側面との間の磁気ギャップを構成するためのスペーサを省略することもできる。

（リアクトルの第２の実施形態）
磁心脚部の構成が図１に示す実施形態と異なる他のリアクトル（第２の実施形態）を図３に示す。磁心脚部以外の部分は図１に示す実施形態と同じであるので説明を省略する。図３に示すリアクトル３００では、一組の磁心脚部５ａ、５ｂは、それぞれ材質が異なる複数の磁性材料ブロック５ａ−１〜３、５ｂ−１〜３を接着して構成されている。例えば、コイルの外部では磁束の漏れがリアクトルの特性に影響する。そこで、コイルの外部に位置する磁性材料ブロックとして、コイル内部の磁性材料ブロックよりも透磁率が高いものを用いてもよい。また、磁路断面積の自由度の高さに応じて、すなわち磁心継部、磁心継部に隣接する磁性材料ブロック、コイル内部に位置する磁性材料ブロックの順に、飽和磁束密度が高い材料を配置してもよい。一組の磁心脚部を、それぞれ材質が異なる複数の磁性材料ブロックで構成すれば、磁心脚部の構成の自由度が高く、特性、コストに照らして磁心脚部の構成の最適化を図ることができる。各磁性材料ブロックは接着剤を用いて一体化されており、該接着部分には実質的な磁気ギャップは形成されていない。また、各磁性材料ブロックの接着部分は全てコイルの内側になるように配置してある。

図３に示す実施形態では、各磁心脚部は三つの磁性材料ブロックで構成されているが、構成する磁性材料ブロック数はこれに限らず、二つでもよいし、四つ以上でもよい。また、図３に示す実施形態では、磁心脚部は三等分されており、各磁性材料ブロックの長さは略同一であるが、各磁性材料ブロックの長さの関係は、必要とされる特性等に応じて決めればよい。例えば、騒音低減に観点からは、磁歪の大きさが異なる材料を用いる場合であれば、磁歪の大きい方の磁性材料ブロックの長さを相対的に小さくするとよい。

複数の磁性材料ブロックで構成する場合も含めて、磁心脚部の磁性材料としては、飽和磁束密度が高く、渦電流損失も低い圧粉磁心が好適である。圧粉磁心用の磁性粉末としては、例えば純鉄の粉、Ｆｅ−６．５％Ｓｉで代表されるＳｉを６〜７％含むＦｅ−Ｓｉ合金粉、Ｆｅ−Ａｌ合金粉、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金粉、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉、Ｆｅ−Ｃｏ合金粉、非晶質軟磁性合金粉、微結晶質軟磁性合金粉などが挙げられ、これらは各々単独で用いてもよいし、適宜、組合せて用いても良い。圧粉磁心部は通常の製造プロセスによって作製することができる。例えば、絶縁性を付与するとともに、粉末を結着するバインダーとしても機能する樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂などを用いればよい。圧粉磁心部の成型方法としても種々のものを適用できるが、金型中に磁性粉末と有機物又は無機物からなる結合材の混合物を充填し加圧して圧粉磁心を成型するプレス成型法が一般的である。

図３に示す構成において、磁心継部３ａ、３ｂがフェライトで構成され、一組の磁心脚部５ａ、５ｂは、Ｆｅ−Ｓｉ系圧粉磁心（磁性材料ブロック５ａ−２、５ｂ−２）と、それを挟むように配置されたＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系圧粉磁心（磁性材料ブロック５ａ−１／５ａ−３、５ｂ−１／５ｂ−３）で構成されているリアクトルが、騒音・コスト低減等の観点から好ましい。上述のように、損失が低く、コスト、形状の自由度の点で有利なフェライトを複雑な形状の磁心継部に用いる。一方、高飽和磁束密度が求められる磁心脚部５ａ、５ｂには圧粉磁心を用い、かかる磁心脚部５ａ、５ｂのうち、磁心継部３ａ、３ｂに隣接する磁性材料ブロック５ａ−１／５ａ−３、５ｂ−１／５ｂ−３としてＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系圧粉磁心が配置されている。さらに、磁性材料ブロック５ａ−１／５ａ−３、５ｂ−１／５ｂ−３に挟まれ、コイル内部に位置する磁性材料ブロック５ａ−２、５ｂ−２として、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系圧粉磁心よりも飽和磁束密度が高いＦｅ−Ｓｉ系圧粉磁心が配置されている。Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系圧粉磁心およびＦｅ−Ｓｉ系圧粉磁心とも磁歪が非常に小さく、騒音低減に有効な磁心材料であるが、上記組み合わせが、騒音低減に特に有効である。

（リアクトルの第３の実施形態）
磁心脚部と磁心継部を備えたリアクトルは、これらを互いに固定して用いる。図４には固定部材の一部も含めてリアクトルの実施形態を示す（第３の実施形態）。固定部材以外の部分は図３に示す実施形態と同じであるので説明を省略する。図４に示すリアクトル４００は、磁心脚部５ａ、５ｂを支持した一対の磁心継部３ａ、３ｂを、磁心脚部５ａ、５ｂを挟む方向から押圧する締め付け具９ａ、９ｂを有する。図４においては、締め付け具９ａ、９ｂは磁心継部３ａ、３ｂを押圧するプレート部分のみ図示してあり、磁心継部のｙ方向の両側で、かかるプレート間に掛架してプレート同士を締め付ける部材は、図示を省略している。締め付け具９ａ、９ｂと磁心継部３ａ、３ｂとの間には、弾性シート１０ａ、１０ｂが介在している。弾性シートは、締め付け具による締め付けで寸法変化するものであり、例えば、不織布やゴムシートなどを用いることができる。不織布の場合であれば、例えばアラミド、ナイロン、ポリエステル等の材料を用いた不織布などを用いることができる。かかる弾性シートを配置することで、弾性シートを配置しない場合や樹脂スペーサのように締め付け具による締め付けでは寸法変化しないような硬い材料を配置する場合に比べて、騒音を低減することが可能である。弾性シートの大きさはこれを限定するものではないが、締め付け具９ａ、９ｂと磁心継部３ａ、３ｂとが直接接触しないように、押圧面で、十分広く配置するか、複数箇所に離間して配置する。

図５には本発明のリアクトル用いて構成する電源装置としてＤＣ−ＤＣコンバータの回路構成を示している。図中のインダクタＬ１に上述のリアクトルを用いる。なお、本発明のリアクトルはＡＣリアクトル、ＤＣリアクトルとして広く適用できるものであり、図５に示すようなＤＣ−ＤＣコンバータに限らず、フィルタや、それらを用いたパワーコンディショナー等、車両用、太陽光発電用等の各種の大電流電源装置に適用することができる。

磁心継部を図２に示す形状のＭｎ−Ｚｎ系フェライトを用い、図４に示すリアクトルを構成した。使用したＭｎ−Ｚｎ系フェライトの２５℃での飽和磁束密度は０．４８Ｔ、１００ｋＨｚでの初透磁率は２４００、１００ｋＨｚ／１００ｍＴでの損失が２００ｋＷ／ｍ^３であった。一組の磁心脚部５ａ、５ｂは、Ｆｅ−Ｓｉ系圧粉磁心（磁性材料ブロック５ａ−２、５ｂ−２）と、それを挟むように配置されたＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系圧粉磁心（磁性材料ブロック５ａ−１／５ａ−３、５ｂ−１／５ｂ−３）で構成した。Ｆｅ−Ｓｉ系圧粉磁心はＦｅ−６．５％Ｓｉの磁性粉を用いて構成されたものであり、飽和磁束密度Ｂｓは１．６５Ｔ、１００ｋＨｚでの初透磁率が５０、１００ｋＨｚ／１００ｍＴでの損失が１６００ｋＷ／ｍ^３のものを用いた。一方、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系圧粉磁心は、飽和磁束密度Ｂｓは０．９Ｔ、１００ｋＨｚでの初透磁率８０、１００ｋＨｚ／１００ｍＴでの損失が８５０ｋＷ／ｍ^３のものを用いた。円柱状の各圧粉磁心の断面の直径は２４ｍｍ、Ｆｅ−Ｓｉ系圧粉磁心の長さは２０ｍｍ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系圧粉磁心の長さは２１ｍｍとした。また、磁心脚部５ａ、５ｂの一端および他端の端面と磁心継部３ａ、３ｂとの磁気ギャップは０．７５ｍｍ、磁心脚部５ａ、５ｂの一端および他端の側面と段差４の側面との磁気ギャップは０．７５ｍｍとした。コイルは、ＰＥＴ製のボビンに導線を巻回して構成し、一対の磁心脚部にそれぞれ配した。さらに、締め付け具９ａ、９ｂと磁心継部３ａ、３ｂとの間に、弾性部材としてポリエステル製の不織布を配置した。

また、比較のために、以下のリアクトルを作製した。磁心脚部の全ての磁性材料ブロックとしてＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系圧粉磁心を用いるとともに、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系圧粉磁心間には樹脂スペーサを配置して０．３５ｍｍの磁気ギャップを設けた。Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系圧粉磁心の断面形状は実施例と同じとし、中央のＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系圧粉磁心の長さは１８ｍｍ、その両側のＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系圧粉磁心の長さは２１ｍｍとした。また、磁心継部と磁心脚部との間の磁気ギャップも０．３５ｍｍとした。締め付け具９ａ、９ｂと磁心継部３ａ、３ｂとの間には、樹脂スペーサを配置した。その他の構成は実施例と同様にした。

実施例のリアクトルと比較例のリアクトルを用いて、ＡＣリアクトルとしての騒音評価を行った。スイッチング周波数である８ｋＨｚおよび１６ｋＨｚにおいて、騒音が発生するが、比較例のリアクトルに比べて、実施例リアクトルでは、特に、低周波側の８ｋＨｚの騒音が１０ｄＢ以上改善した。

１ａ、１ｂ：磁心脚部
２ａ、２ｂ：コイル
３ａ、３ｂ：磁心継部
４：段差
５ａ、５ｂ：磁心脚部
６：中央部
７：支持面
８：磁心脚部の端面
９ａ、９ｂ：締め付け具
１０ａ、１０ｂ：弾性シート
１００：リアクトル
２００：磁心継部
３００：リアクトル
４００：リアクトル

Claims (5)

1. 平行に対置された一組の柱状の磁心脚部と、
   前記磁心脚部に巻装されたコイルと、
   前記磁心脚部の一端同士および他端同士を磁気的に繋ぐ一対の磁心継部とを備えたリアクトルであって、
   前記各磁心脚部は、前記磁心継部を構成する磁性材料よりも飽和磁束密度が高く、且つ、飽和磁束密度が異なる磁性材料を用いた複数の圧粉磁心で構成され、
   前記各磁心継部は、前記磁心脚部の前記一端または他端を支持するための段差を、少なくとも前記対置された一対の磁心脚部の間に備えるとともに、前記磁心脚部の一端または他端を挟んだ反対側には前記段差を備えず、
   前記磁心脚部の両端側の圧粉磁心に用いる磁性材料の飽和磁束密度が中間部の圧粉磁心よりも低く、
   前記磁心脚部の前記一端または他端の端面が磁気ギャップを介して前記磁心継部と対向し、前記磁心脚部の前記一端または他端の側面が、磁気ギャップを介して前記段差の側面と対向していることを特徴とするリアクトル。
2. 前記一組の磁心脚部は、それぞれ材質が異なる複数の磁性材料ブロックを接着して構成されていることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記磁心継部はフェライトで構成され、前記一組の磁心脚部は、中間部の圧粉磁心をＦｅ−Ｓｉ系圧粉磁心とし、それを挟むように配置された両端側の圧粉磁心をＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系圧粉磁心として構成されていることを特徴とする請求項２に記載のリアクトル。
4. 前記磁心脚部を支持した前記一対の磁心継部を、前記磁心脚部を挟む方向から押圧する締め付け具を有し、
   前記締め付け具と前記磁心継部との間に、弾性シートが介在することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリアクトル。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のリアクトルを用いたことを特徴とする電源装置。

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