JP6358557B2 - リアクトル、磁性体、コンバータ、および電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁部品を構成する磁性コアなどに利用される磁性体、磁性体を用いたリアクトル、リアクトルを用いたコンバータ、コンバータを用いた電力変換装置に関するものである。

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。そのリアクトルは、コイルと、コイルの内部に挿通される部分を有する磁性コアと、を組み合わせた組合体を備える。磁性コアは通常、コイルの内部に挿通させる部分を備える必要性から、複数のコア片を組み合わせて構成される。

特許文献１には、巻線を巻回してなるコイル、およびこのコイルに挿通される磁性コアを備えるリアクトルが開示されており、その磁性コアは、複数のコア片を組み合わせて構成されている。また、特許文献１には、漏れ磁束を低減するために、各コア片の比透磁率を異ならせることが開示されており、コア片としては、軟磁性粉末を加圧成形してなる圧粉成形体、軟磁性粉末と樹脂とを含む成形硬化体、電磁鋼板を積層した積層体などを挙げている。

特許文献２には、ＦｅやＦｅ−Ｓｉ合金などの軟磁性金属粉末とこの粉末を分散した状態で内包する樹脂とを有する軟磁性複合材料が開示され、樹脂としてはポリアミドなどが挙げられている。また、軟磁性粉末の充填率は３０体積％以上７０体積％以下であり、軟磁性粉末の平均粒径は１０μｍ〜１００μｍが好ましいことが開示されている。

特許文献３にはＦｅ−Ｓｉ合金を用いた低磁歪の圧粉成形体が開示されている。

特開２００９−３３０５５号公報 特開２００８−１４７４０３号公報 特開２００６−３３２３２８号公報

上記リアクトルは、交流の通電を受けて動作する。そのため、交流の通電に伴う交番磁界が、リアクトルを構成する磁性コア（磁性体）に作用する。この交番磁界下の磁性体には磁歪と呼ばれる微小な伸縮現象が生じる。そのため、磁歪が生じる磁性体をリアクトルの磁性コアに利用した場合、磁歪に伴ってリアクトルが振動し、リアクトルの構成部材同士が衝突するなどして騒音が発生する。このような事情から磁歪の生じ難い磁性体を用いた低騒音のリアクトルの開発が望まれている。

特許文献１に開示されている成形硬化体や特許文献２に開示されている軟磁性複合材料は、混合比率を広範囲に設定でき、圧粉成形体と比べて成形圧力が低く、作製が比較的容易で、比透磁率なども比較的容易に変化させることができる。しかし、特許文献１や特許文献２には成形硬化体や軟磁性複合材料の磁歪を小さくすることについては全く記載が無い。

特許文献３では圧粉成形体を用いた低磁歪体が開示されているが、圧粉成形体に比べて樹脂含有量が多い成形硬化体等での低磁歪体については全く記載されていない。したがって、圧粉成形体ではない材料において、無限に近い構成の中から、低磁歪となる材料を探し出すことは極めて困難である。

そこで、上記事情に鑑み、低磁歪の磁性体を備える低騒音のリアクトルを提供する。また、軟磁性金属粒子が樹脂中に分散された磁性体であって、低騒音のリアクトルを作製することができる低磁歪の磁性体を提供する。さらに、低騒音のリアクトルを用いたコンバータ、およびそのコンバータを利用した電力変換装置を提供する。

本発明の一態様に係るリアクトルは、コイルと、コイルの内部に挿通される部分を有する磁性コアと、を組み合わせた組合体を備えるリアクトルであって、磁性コアの少なくとも一部が、Ｆｅ−Ｓｉ合金の複数の軟磁性金属粒子が樹脂中に分散された磁性体であるリアクトルである。この本発明の一態様に係るリアクトルでは、磁性体に占める軟磁性金属粒子の含有量が、５０体積％以上、８５体積％以下、軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０（質量基準）が、２０μｍ以上、１００μｍ以下、軟磁性金属粒子におけるＳｉ含有量が、４．５質量％以上、８．０質量％未満である。さらに、本発明の一態様に係るリアクトルでは、磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下における磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐが０．９ｐｐｍ以下である。

上記によれば、静粛性に優れるリアクトルを提供することが可能となる。

実施形態に記載されるリアクトルの概略斜視図である。 実施形態に記載されるリアクトルの概略分解斜視図である。 図２とは異なるリアクトルの概略分解斜視図である。 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である。 試験例の磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐの測定方法の概略説明図である。 磁歪量λ_ｐ−ｐに及ぼす軟磁性金属粒子中のＳｉ含有量の影響を示すグラフである。 磁歪量λ_ｐ−ｐに及ぼす軟磁性金属粒子の平均粒径の影響を示すグラフである。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明に係る実施形態の内容を列記して説明する。

＜１＞実施形態のリアクトルは、コイルと、コイルの内部に挿通される部分を有する磁性コアと、を組み合わせた組合体を備えるリアクトルであって、磁性コアの少なくとも一部が、Ｆｅ−Ｓｉ合金の複数の軟磁性金属粒子が樹脂中に分散された磁性体であるリアクトルである。このリアクトルでは、磁性体に占める軟磁性金属粒子の含有量が、５０体積％以上、８５体積％以下、軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０（質量基準）が、２０μｍ以上、１００μｍ以下、軟磁性金属粒子におけるＳｉ含有量が、４．５質量％以上、８．０質量％未満である。さらに、このリアクトルでは、磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下における磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐが０．９ｐｐｍ以下である。

上記実施形態のリアクトルは、使用時に発生する騒音が小さいリアクトル、即ち静粛性に優れるリアクトルである。それは、リアクトルの磁性コアの少なくとも一部が、後述する実施形態の磁性体で構成されており、その磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐが小さいからである。通常、リアクトルの磁性コアは複数のコア片を組み合わせてなるため、各コア片の磁歪量λ_ｐ−ｐが大きいと、騒音が発生し易い。これに対して、磁歪量λ_ｐ−ｐの小さい実施形態の磁性体を用いて磁性コアのコア片を構成すれば、リアクトルの使用時に発生する騒音を低減することができる。

ここで、実施形態の磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐが小さいのは、全体に占める軟磁性金属粒子の含有量、軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０、および軟磁性金属粒子のＳｉ含有量の三つのパラメーターが所定範囲内にあるからである。この点に関しては後述する。

＜２＞実施形態のリアクトルとして、磁性体における軟磁性金属粒子の含有量が、５５体積％以上、６５体積％以下、軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０が、５５μｍ以上、９０μｍ以下、軟磁性金属粒子におけるＳｉ含有量が、６．０質量％以上、７．０質量％未満である形態を挙げることができる。さらに、このリアクトルでは、磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下における磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐが０．５ｐｐｍ以下である。

上記構成に示すように、磁性体に係る三つのパラメーターをさらに限定することで、磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐをさらに低い値にすることができる。

＜３＞実施形態の磁性体は、Ｆｅ−Ｓｉ合金の複数の軟磁性金属粒子が樹脂中に分散された磁性体であって、全体に占める軟磁性金属粒子の含有量が、５０体積％以上、８５体積％以下であり、軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０（質量基準）が、２０μｍ以上、１００μｍ以下、軟磁性金属粒子におけるＳｉ含有量が、４．５質量％以上、８．０質量％未満である。さらに、磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下におけるこの磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐは０．９ｐｐｍ以下である。

上記構成に示すように、全体に占める軟磁性金属粒子の含有量、軟磁性金属粒子の平均粒径、および軟磁性金属粒子のＳｉ含有量の三つのパラメーターが所定範囲内にある場合、磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐが非常に低い値になる。具体的には、磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界における本実施形態の磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐは、０．９ｐｐｍ以下となる。

＜４＞実施形態のコンバータは、上記実施形態のリアクトルを備える。

上記コンバータは、静粛性に優れる。それは、静粛性に優れる実施形態のリアクトルを備えるからである。この実施形態のコンバータを、例えばハイブリッド自動車に適用することで、ハイブリッド自動車の静粛性を高めることができる。

＜５＞実施形態の電力変換装置は、上記実施形態のコンバータを備える。

上記電力変換装置は、静粛性に優れる。それは、静粛性に優れる実施形態のコンバータを備えるからである。この実施形態の電力変換装置を、例えばハイブリッド自動車に適用することで、ハイブリッド自動車の静粛性を高めることができる。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、実施形態に係る磁性体を説明し、次いでその磁性体を用いたリアクトルを説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるわけではなく、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の全ての変更が含まれることを意図する。

＜磁性体＞
本実施形態の磁性体は、Ｆｅ−Ｓｉ合金の複数の軟磁性金属粒子が樹脂中に分散された磁性体である。その最も特徴とするところは、磁性体における軟磁性金属粒子の含有量、軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０、および軟磁性金属粒子におけるＳｉ含有量の三つのパラメーターが下記所定範囲に限定されていることである。その結果として、本実施形態の磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐは、非常に低い値に抑えられる。三つのパラメーターのいずれか一つであっても下記所定範囲を外れると、磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐは、高い値になる傾向にある。

≪軟磁性金属粒子≫
本実施形態における磁性体では、軟磁性金属粒子の材質として、Ｆｅ−Ｓｉ合金を利用する。そのＦｅ−Ｓｉ合金におけるＳｉ含有量は、４．５質量％以上、８．０質量％未満とする。好ましいＳｉ含有量は、６．０質量％以上、８．０質量％未満であり、より好ましいＳｉ含有量は、６．０質量％以上、７．０質量％以下であり、さらに好ましいＳｉ含有量は、６．０質量％以上、７．０質量％未満である。

軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０（質量基準）は、２０μｍ以上、１００μｍ以下とする。好ましい平均粒径は、５５μｍ以上、９０μｍ以下である。なお、磁性体における軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０は、光学的手法（例えば、光学顕微鏡による観察）による画像をもとに、画像処理を行ない、粒径の分布を特定することで求めると良い。

軟磁性金属粒子の表面には、絶縁被膜が形成されていてもよい。絶縁被膜を形成することで、磁性体における軟磁性金属粒子同士の絶縁を確保し易い。その結果、磁性体を例えばリアクトルの磁性コアに利用した際、磁性コアに生じる渦電流損を効果的に抑制することができる。絶縁被膜としては、リン酸化合物、珪素化合物（シリコーンを含む）、ジルコニウム化合物、アルミニウム化合物、あるいは硼素化合物などでできた絶縁被膜を挙げることができる。リン酸化合物としては、リン酸鉄やリン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウムなどのリン酸金属塩を利用することができる。

絶縁被膜の平均厚さは、１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下とすることが好ましい。絶縁被膜の平均厚さを１０ｎｍ以上とすることで、軟磁性金属粒子間の絶縁を十分に確保することができる。一方、絶縁被膜の平均厚さを５００ｎｍ以下とすることで、磁性体における軟磁性金属粒子の含有量が低下することを回避することができる。

≪樹脂≫
軟磁性金属粒子が分散される樹脂としては、熱硬化性樹脂、光（紫外線）硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、湿気硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが利用できる可能性がある。

熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。

光硬化性樹脂のオリゴマーとしては、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系、エステルアクリレート系、アクリレート系、エポキシ系、ビニルエーテル系の樹脂が挙げられる。

電子線硬化性樹脂のオリゴマーとしては、不飽和ポリエステル、不飽和アクリル、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、ポリエン／ポリチオールなどが挙げられる。

湿気硬化性樹脂としては、湿気硬化型エポキシ樹脂や湿気硬化型ポリウレタン樹脂などが挙げられる。

熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリルブタジエン共重合樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリイミド、メタクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイドなどが挙げられる。

≪軟磁性金属粒子の割合≫
磁性体における軟磁性金属粒子の含有量は、５０体積％以上、８５体積％以下とする。好ましい軟磁性金属粒子の含有量は、５０体積％以上、７５体積％以下であり、より好ましい軟磁性金属粒子の含有量は、５５体積％以上、６５体積％以下である。磁性体における軟磁性金属粒子以外の部分は、基本的に樹脂で構成されていると考えて良いが、微量であれば、フィラーなどの樹脂以外の物を含んでいても良い。

≪磁性体に係る三つのパラメーターの組合せ≫
磁性体に係る三つのパラメーターは、上述した所定範囲内で適宜選択することができる。例えば、下記磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐは、磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下で０．９ｐｐｍ以下となる。
・軟磁性金属粒子の含有量＝５０体積％以上、８５体積％以下
・軟磁性金属粒子のＳｉ含有量＝４．５質量％以上、８．０質量％未満
・軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０＝２０μｍ以上、１００μｍ以下

また、下記磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐは、磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下で０．９ｐｐｍ以下となる。
・軟磁性金属粒子の含有量＝５０体積％以上、７５体積％以下
・軟磁性金属粒子のＳｉ含有量＝６．０質量％以上、８．０質量％未満
・軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０＝２０μｍ以上、１００μｍ以下

また、下記磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐは、磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下で０．５ｐｐｍ以下となる。
・軟磁性金属粒子の含有量＝５５体積％以上、６５体積％以下
・軟磁性金属粒子のＳｉ含有量＝６．０質量％以上、７．０質量％未満
・軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０＝５５μｍ以上、９０μｍ以下

さらに、下記磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐは、磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下で０．３５ｐｐｍ以下となる。
・軟磁性金属粒子の含有量＝６０体積％以上、６５体積％以下
・軟磁性金属粒子のＳｉ含有量＝６．０質量％以上、７．０質量％未満
・軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０＝８０μｍ以上、９０μｍ以下

≪磁性体の製造方法≫
上記磁性体を作製するには、例えば射出成形を利用することができる。例えば、ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂を加熱し、軟化した熱可塑性樹脂と軟磁性金属粉末（軟磁性金属粒子の集合体）とを混合する。その混合物を金型内に射出することで上記磁性体を得ることができる。その他、上記磁性体は、混合物を金型内で圧縮する圧縮成形や、混合物をダイから押し出す押出成形によって得ることができる可能性がある。

＜本実施形態の磁性体の適用例＞
次に、本実施形態の磁性体をリアクトルの磁性コアに適用した例を図１〜３に基づいて説明する。図１はリアクトル１の概略斜視図、図２はリアクトル１に備わる組合体１０の概略分解斜視図、図３は磁性コア３の構成が図２とは異なる組合体１０’の概略分解斜視図である。まず、図１，２を参照してリアクトル１を説明する。なお、図１〜３を用いて説明するリアクトル１，１’とその構成部材の形状はあくまで一例に過ぎず、このような形状に限定されるわけではない。

≪リアクトルの全体構成≫
図１に示すリアクトル１は、コイル２と磁性コア３との組合体１０である。リアクトル１は、組合体１０を収納するケースを備える構成であっても良く、その場合にはケース内に配置される組合体１０を封止する封止樹脂を設けても良い。このリアクトル１のコイル２は一対のコイル素子２Ａ，２Ｂを有し、磁性コア３は一対の内側コア部３１，３１と一対の外側コア部３２，３２とを備える（特に図２を参照）。

≪コイル≫
組合体１０（リアクトル１）に備わるコイル２は、図２に示すように、一対のコイル素子２Ａ，２Ｂと、両コイル素子２Ａ，２Ｂを連結するコイル素子連結部２ｒと、を備える。コイル２は、銅やアルミニウム、その合金といった導電性材料からなる平角線や丸線などの導体の外周に、絶縁性材料からなる絶縁被膜を備える被覆線を好適に利用できる。

コイル２の両端部２ａ，２ｂは、ターン形成部分から引き延ばされて、図示しない端子部材に接続される。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（図示せず）が接続される。

≪磁性コア≫
組合体１０（リアクトル１）に備わる磁性コア３は、各コイル素子２Ａ，２Ｂの内部に挿入される一対の内側コア部３１，３１と、コイル素子２Ａ，２Ｂから露出し、内側コア部３１，３１をその両側から挟み込む一対の外側コア部３２，３２とを備える。本例では、内側コア部３１，３１は略直方体となっており、外側コア部３２，３２は上面と下面が略ドーム形状の柱状体となっている（もちろん、この形状に限定されるわけではない）。内側コア部３１はさらに複数のコア片から構成されていても良く、その場合、各コア片の間にギャップ材を介在させても良い。ギャップ材を介在させることで磁性コア３のインダクタンスを調整することができる。

内側コア部３１の外周には、ボビン部材５１（ボビン５）を配置することができる。また、外側コア部３２と内側コア部３１との間には、枠状ボビン５２（ボビン５）を配置することができる。これらボビン部材５１および枠状ボビン５２を用いることで、磁性コア３とコイル２との間の絶縁性を確保しやすくなる。

ここで、本実施形態の磁性体は、上記内側コア部３１と外側コア部３２のどちらに適用しても構わない。もちろん、両方のコア部３１，３２を本実施形態の磁性体としても良い。但し、内側コア部３１の比透磁率と外側コア部３２の比透磁率とを異ならせることで、磁性コア３全体の比透磁率を調整し、磁性コア３を磁気飽和し難くできる。本実施形態の磁性体における樹脂の割合は比較的高いため、本実施形態の磁性体の比透磁率は低い傾向にある。そこで、本実施形態の磁性体で内側コア部３１を構成し、比透磁率が比較的高い傾向にある圧粉成形体で外側コア部３２を構成する、あるいはその逆の構成とするなどして、磁性コア３全体の比透磁率を調整する。なお、圧粉成形体とは、軟磁性金属粒子を圧縮成形することで得られた磁性体である。

≪別構成のリアクトル≫
図２を用いて説明した組合体１０とは磁性コアの分割形状とボビンの形状が異なる組合体１０’を備えるリアクトル１’を図３に基づいて説明する。なお、図３のリアクトル１’に備わるコイル２は、図２のコイル２と全く同じ構成を備えるため、その説明は省略する。また、リアクトル１’の外観は、図１に示すリアクトル１とほぼ同じである。

≪磁性コア≫
図３に示すリアクトル１’の磁性コア３は、上方から見たときに概略Ｕ字状の二つの分割コア片３５，３５を組み合わせて構成される。各分割コア片３５は、基部３５Ａと、基部３５Ａからコイル２に向かって延びる一対の張出部３５Ｂ，３５Ｂと、を備える。

上記基部３５Ａは、図２の外側コア部３２に相当する部分である。この基部３５Ａの上端面は張出部３５Ｂ，３５Ｂの上端面と面一になっているが、基部３５Ａの下端面は張出部３５Ｂ，３５Ｂの下端面よりも低くなっている。そのため、分割コア片３５，３５をコイル２に組み付けたとき、分割コア片３５の基部３５Ａの下端面がコイル２の下端面と面一になる。

一方、張出部３５Ｂ，３５Ｂはそれぞれ、コイル素子２Ａ，２Ｂの約半分の長さを有する部分である。そのため、二つの分割コア片３５，３５をそれぞれ、コイル素子２Ａ，２Ｂの両端側からコイル素子２Ａ，２Ｂの内部に挿入したとき、一方の分割コア片３５の張出部３５Ｂと、他方の分割コア片３５の張出部３５Ｂとで、図２の内側コア部３１に相当する部分が形成される。

≪ボビン≫
図３のボビン５は、一対のボビン部材５５，５６で構成されている。両ボビン部材５５，５６は共に、枠状部５６０と一対の筒状部５６１，５６１とを備える。枠状部５６０は、図２の枠状ボビン５２と同様の役割を果たし、筒状部５６１は、図２のボビン部材５１と同様の役割を果たす。

≪リアクトルの効果≫
以上説明したリアクトル１は、動作時の騒音が小さいリアクトル１となる（後述する試験例２を参照）。それは、磁歪量λ_ｐ−ｐが小さい本実施形態の磁性体で内側コア３１を構成しているからである。

≪リアクトルの用途≫
上記構成を備えるリアクトル１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、代表的には電気自動車やハイブリッド自動車などの車載用電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。この用途では、直流通電が０Ａのときのインダクタンスが、１０μＨ以上２ｍＨ以下、最大電流通電時のインダクタンスが、０Ａのときのインダクタンスの１０％以上を満たすものが好適に利用できると期待される。

上記リアクトル１を、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両に載置される電力変換装置の構成部品に利用した例を、図４と図５に基づいて説明する。

ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両１２００は、図４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り駆動して走行に利用されるモータ（負荷）１２２０とを備える。モータ１２２０は、代表的には、３相交流モータであり、走行時、車輪１２５０を駆動し、回生時、発電機として機能する。ハイブリッド自動車の場合、車両１２００は、モータ１２２０に加えてエンジンを備える。なお、図４では、車両１２００の充電箇所としてインレットを示すが、プラグを備える形態としても良い。

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とを有する。この例に示すコンバータ１１１０は、車両１２００の走行時、２００Ｖ〜３００Ｖ程度のメインバッテリ１２１０の直流電圧（入力電圧）を４００Ｖ〜７００Ｖ程度にまで昇圧して、インバータ１１２０に給電する。また、コンバータ１１１０は、回生時、モータ１２２０からインバータ１１２０を介して出力される直流電圧（入力電圧）をメインバッテリ１２１０に適合した直流電圧に降圧して、メインバッテリ１２１０に充電させている。インバータ１１２０は、車両１２００の走行時、コンバータ１１１０で昇圧された直流を所定の交流に変換してモータ１２２０に給電し、回生時、モータ１２２０からの交流出力を直流に変換してコンバータ１１１０に出力している。

コンバータ１１１０は、図５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、リアクトルＬとを備え、ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し（スイッチング動作）により入力電圧の変換（ここでは昇降圧）を行う。スイッチング素子１１１１には、ＦＥＴ，ＩＧＢＴなどのパワーデバイスが利用される。リアクトルＬは、回路に流れようとする電流の変化を妨げようとするコイルの性質を利用し、スイッチング動作によって電流が増減しようとしたとき、その変化を滑らかにする機能を有する。このリアクトルＬとして、上記実施形態に記載のリアクトルを用いる。静粛性に優れるこれらリアクトルを用いることで、電力変換装置１１００（コンバータ１１１０を含む）の静粛性を向上させることができる。

ここで、上記車両１２００は、コンバータ１１１０の他、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、メインバッテリ１２１０の高圧を低圧に変換する補機電源用コンバータ１１６０を備える。コンバータ１１１０は、代表的には、ＤＣ−ＤＣ変換を行うが、給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０は、ＡＣ−ＤＣ変換を行う。給電装置用コンバータ１１５０のなかには、ＤＣ−ＤＣ変換を行うものもある。給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０のリアクトルに、上記実施形態のリアクトルなどと同様の構成を備え、適宜、大きさや形状などを変更したリアクトルを利用することができる。また、入力電力の変換を行うコンバータであって、昇圧のみを行うコンバータや降圧のみを行うコンバータに、上記実施形態のリアクトルなどを利用することもできる。

＜試験例１＞
全体に占める軟磁性金属粒子の含有量、軟磁性金属粒子の平均粒径、および軟磁性金属粒子におけるＳｉ含有量の少なくとも一つが異なる複数の磁性体（試料１〜１０）を実際に作製し、それら磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐを測定した。

≪磁性体の作製≫
軟磁性金属粒子の含有量、軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０、および軟磁性金属粒子におけるＳｉ含有量のいずれかが異なる複数のペレットを用意した。ペレットは、ポリアミド樹脂（株式会社クラレ製のポリアミド ９Ｔ）に、Ｆｅ−Ｓｉ合金の軟磁性金属粒子を分散させたものである。軟磁性金属粒子の含有量、Ｓｉ含有量、および平均粒径については、後述する表１に示す。なお、磁性体における軟磁性金属粒子の含有量、および軟磁性金属粒子におけるＳｉ含有量は、ＩＣＰ発光分析（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で測定した。また、軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０は、光学的手法による画像をもとに、画像処理を行なうことで求めた。

用意したペレットを用いて射出成形を行ない、短冊状の試料１〜１０の磁性体を作製した。磁性体の長さ、幅、および厚さはそれぞれ、６０ｍｍ〜９０ｍｍ、１０ｍｍ〜１３ｍｍ、および２ｍｍ〜５ｍｍとすれば良く、このような寸法の磁性体であれば磁歪量λ_ｐ−ｐの測定に好適である。射出成形の条件は以下の通りであった。
・磁性体ペレットの温度…３２０℃
・金型の温度…１５０℃
・射出圧力…１００ＭＰａ

≪磁歪量の測定≫
レーザ・ドップラー計を用いて、磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下における試料１〜１０の磁歪量λ_ｐ−ｐ（ｐｐｍ）を測定した。具体的には、まず図６の説明図に示すように、試料１〜１０の磁性体で構成された測定サンプル６の側面にアルミ製の一対の反射板６１，６２を取り付けた試験部材を作製した。図６における紙面左右方向が磁性体（測定サンプル６）の長さ方向、奥行き方向が磁性体の幅方向、上下方向が磁性体の厚さ方向である。次に、その測定サンプル６を、一対のＵ字型のヨーク７１，７２で挟み込むと共に、測定サンプル６の外周を取り囲むように励磁コイル（図示せず）を配置した。つまり、励磁コイルによって生じる交番磁界の方向が磁性体の長さ方向に一致するようにした。そして、励磁コイルによって交番磁界を発生させつつ、測定サンプル６の各反射板６１，６２の変位をレーザ・ドップラー計（株式会社電子技研製Ｖ１００−Ｓ）８１，８２で測定し、両反射板６１，６２の変位の測定結果に基づいて測定サンプル６の磁歪量λ_ｐ−ｐを求めた。各試料の測定結果を表１に示す。

表１に示すように、軟磁性金属粒子の含有量が５０体積％以上、８５体積％以下で、軟磁性金属粒子のＳｉ含有量が４．５質量％以上、８．０質量％未満で、かつ軟磁性金属粒子の平均粒径が２０μｍ以上、１００μｍ以下である試料１〜６の磁歪量λ_ｐ−ｐは、０．９ｐｐｍ以下であった。また、軟磁性金属粒子の含有量が５５体積％以上、６５体積％以下で、軟磁性金属粒子のＳｉ含有量が６．０質量％以上、７．０質量％未満で、かつ軟磁性金属粒子の平均粒径が５５μｍ以上、９０μｍ以下である試料１〜４の磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐは、０．５ｐｐｍ以下であった。特に、軟磁性金属粒子の含有量が６０体積％以上、６５体積％以下で、軟磁性金属粒子のＳｉ含有量が６．０質量％以上、７．０質量％未満で、かつ軟磁性金属粒子の平均粒径が８０μｍ以上、９０μｍ以下である試料１，２の磁歪量λ_ｐ−ｐは０．３５ｐｐｍ以下であった。

特に、軟磁性金属粒子のＳｉ含有量に着目して試料６〜１０を比較すると、磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下における試料６の磁歪量λ_ｐ−ｐは、試料７〜１０の磁歪量λ_ｐ−ｐよりも有意に小さいことが明らかになった。従って、ここで設定した軟磁性金属粒子の平均粒径と含有量においては、Ｓｉ含有量を４．５質量％以上、８．０質量％未満とすることで、磁歪量λ_ｐ−ｐが非常に小さくなることが見出された。

以上のことから、磁性体に係る三つのパラメーターを所定範囲内に調整することで、磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐを低減できることが判った。

＜試験例２＞
試験例２では、特に、磁歪量λ_ｐ−ｐに及ぼすＳｉ含有量の影響を調べた。具体的には、Ｓｉ含有量が６．５質量％、７．０質量％、あるいは８．０質量％の軟磁性金属粒子を用いて三種類の磁性体を作製した。各磁性体における軟磁性金属粒子の含有量はいずれも６７体積％、軟磁性金属粒子の平均粒径はいずれも６０μｍであった。それら磁性体を交番磁界中に配置して、磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐをレーザ・ドップラー計で測定した（測定装置の構成は図６と同様である）。交番磁界の周波数は５００Ｈｚで固定し、交番磁界の磁束密度は０．３Ｔ〜０．８Ｔの間で変化させた。その結果を図７に示す。

図７の結果から、Ｓｉ含有量が６．５質量％（６．０質量％以上、７．０質量％未満）の磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐの絶対値が、交番磁界の磁束密度を０．３Ｔから０．８Ｔに増加させても、殆ど変化しなかった。これに対して、Ｓｉ含有量が７．０質量％、あるいは８．０質量％の磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐの絶対値は、交番磁界の磁束密度の増加に伴い、増加する傾向にあった。

＜試験例３＞
試験例３では、特に、磁歪量λ_ｐ−ｐに及ぼす軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０の影響を調べた。具体的には、平均粒径ｄ５０が６０μｍでＳｉ含有量が６．５質量％の軟磁性金属粒子の粉末を用意した。その粉末を二つに分け、一方の粉末を利用して磁性体を作製した。他方の粉末は、４４μｍ以下の軟磁性金属粒子からなる粉末となるように分級し、その分級粉末を利用して磁性体を作製した。分級しなかった粉末の軟磁性金属粒子の最大粒径は約２１２μｍである。一方、分級粉末の最大粒径は４４μｍであり、平均粒径ｄ５０は２０μｍであった。両磁性体における軟磁性金属粒子の含有量はいずれも６７体積％であった。それら磁性体を交番磁界中に配置して、磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐをレーザ・ドップラー計で測定した（測定装置の構成は図６と同様である）。交番磁界の周波数は５００Ｈｚで固定し、交番磁界の磁束密度は０．３Ｔ〜０．８Ｔの間で変化させた。その結果を図８に示す。

図８の結果から、軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０が６０μｍである磁性体（分級なし）では、交番磁界の磁束密度の増加に伴う磁歪量λ_ｐ−ｐの増加割合が小さい傾向にあることが判った。これに対して、軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０が２０μｍである磁性体（分級あり）では、磁歪量λ_ｐ−ｐが０．９ｐｐｍ以下であるものの、磁束密度の増加に伴って磁歪量λ_ｐ−ｐが徐々に増加する傾向にあった。以上のことから、軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０は、本発明に規定する範囲内で大きめに設定することが、磁歪量λ_ｐ−ｐの低減に寄与する傾向が見出された。

＜試験例４＞
試験例１の試料２，７の磁性体を図１，２に示す内側コア部３１に利用したリアクトル１を作製した。そして、作製したリアクトルを、磁束密度＝０．１Ｔ、周波数＝３ｋＨｚ（３０００Ｈｚ）の交番磁界中に載置し、リアクトルの騒音を測定した。暗騒音（バックグラウンドの騒音）は５５ｄＢであった。その結果、試料７の磁性体を備えるリアクトルでは７６ｄＢの騒音が生じた。これに対して、試料２の磁性体を備えるリアクトルの騒音は７０ｄＢであった。このように、軟磁性金属粒子の含有量、軟磁性金属粒子の平均粒径、および軟磁性金属粒子におけるＳｉ含有量を所定量に調節した磁性体は、リアクトルの静粛性の向上に大きく貢献することが判った。

＜付記＞
以上説明した本発明に係る実施形態に関連して、更に以下の付記を開示する。

≪付記１≫
コイルと、前記コイルの内部に挿通される部分を有する磁性コアと、を組み合わせた組合体を備えるリアクトルであって、
前記磁性コアの少なくとも一部が、Ｆｅ−Ｓｉ合金の複数の軟磁性金属粒子が樹脂中に分散された磁性体であり、
前記磁性体に占める前記軟磁性金属粒子の含有量が、５０体積％以上、８５体積％以下、
前記軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０が、２０μｍ以上、１００μｍ以下、
前記軟磁性金属粒子におけるＳｉ含有量が、３．０質量％以上、８．０質量％以下であり、
磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下における前記磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐが２．０ｐｐｍ以下であるリアクトル。

付記に係るリアクトルは、使用時に発生する騒音が小さいリアクトル、即ち静粛性に優れるリアクトルである。それは、リアクトルの磁性コアの少なくとも一部を構成する磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐが小さいからである。通常、リアクトルの磁性コアは複数のコア片を組み合わせてなるため、各コア片の磁歪量λ_ｐ−ｐが大きいと、騒音が発生し易い。これに対して、磁歪量λ_ｐ−ｐの小さい磁性体を用いて磁性コアのコア片を構成すれば、リアクトルの使用時に発生する騒音を低減することができる。

≪付記２≫
Ｆｅ−Ｓｉ合金の複数の軟磁性金属粒子が樹脂中に分散された磁性体であって、
全体に占める前記軟磁性金属粒子の含有量が、５０体積％以上、８５体積％以下であり、
前記軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０が、２０μｍ以上、１００μｍ以下で、
前記軟磁性金属粒子におけるＳｉ含有量が、３．０質量％以上、８．０質量％以下であり、
磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下における磁歪量λ_ｐ−ｐが２．０ｐｐｍ以下である磁性体。

上記構成に示すように、全体に占める軟磁性金属粒子の含有量、軟磁性金属粒子の平均粒径、および軟磁性金属粒子のＳｉ含有量の三つのパラメーターが所定範囲内にある場合、磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐは２．０ｐｐｍ以下となる。そのため、この磁性体を用いれば、リアクトルの静粛性を向上させることができる。

付記１に係るリアクトル、および付記２に係る磁性体におけるＳｉ含有量は３．０質量％超であることがより好ましく、３．５質量％以上であることがさらに好ましく、４．０質量％以上であることがさらに好ましい。また、磁性体の磁歪量λ_ｐ−ｐは１．７ｐｐｍ以下であることがより好ましく、１．６ｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、１．５５ｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。

本発明の磁性体は、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池自動車といった車両に搭載される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータといった電力変換装置の構成部品であるリアクトルに利用することができる。その他、本発明の磁性体は、トランスやチョークコイルに利用することもできる。

１，１’ リアクトル
１０，１０’ 組合体
２ コイル
２Ａ，２Ｂ コイル素子 ２ｒ コイル素子連結部
２ａ，２ｂ 端部
３ 磁性コア
３１ 内側コア部 ３２ 外側コア部
３５ 分割コア片 ３５Ａ 基部 ３５Ｂ 張出部
５ ボビン
５１ ボビン部材 ５２ 枠状ボビン
５５，５６ ボビン部材 ５６０ 枠状体 ５６１ 筒状体
６ 測定サンプル ６１，６２ 反射板
７１，７２ ヨーク
８１，８２ レーザ・ドップラー計
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 (6)

1. コイルと、前記コイルの内部に挿通される部分を有する磁性コアと、を組み合わせた組合体を備えるリアクトルであって、
   前記磁性コアの少なくとも一部が、Ｆｅ−Ｓｉ合金の複数の軟磁性金属粒子が樹脂中に分散された磁性体であり、
   前記磁性体に占める前記軟磁性金属粒子の含有量が、５０体積％以上、７５体積％以下、
   前記軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０が、２０μｍ以上、９０μｍ以下、
   前記軟磁性金属粒子におけるＳｉ含有量が、６．０質量％以上、８．０質量％未満であり、
   磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下における前記磁性体の磁歪量λｐ−ｐが０．９０ｐｐｍ以下であるリアクトル。
2. 前記磁性体における前記軟磁性金属粒子の含有量が、５５体積％以上、６５体積％以下、
   前記軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０が、５５μｍ以上、９０μｍ以下、
   前記軟磁性金属粒子におけるＳｉ含有量が、６．０質量％以上、７．０質量％未満であり、
   磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下における前記磁性体の磁歪量λｐ−ｐが０．５ｐｐｍ以下である請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記磁性体における前記軟磁性金属粒子の含有量が、６０体積％以上、６５体積％以下、
   前記軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０が、８０μｍ以上、９０μｍ以下、
   前記軟磁性金属粒子におけるＳｉ含有量が、６．０質量％以上、７．０質量％未満であり、
   磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下における前記磁性体の磁歪量λｐ−ｐが０．３５ｐｐｍ以下である請求項１に記載のリアクトル。
4. Ｆｅ−Ｓｉ合金の複数の軟磁性金属粒子が樹脂中に分散された磁性体であって、
   全体に占める前記軟磁性金属粒子の含有量が、５０体積％以上、７５体積％以下であり、
   前記軟磁性金属粒子の平均粒径ｄ５０が、２０μｍ以上、９０μｍ以下で、
   前記軟磁性金属粒子におけるＳｉ含有量が、６．０質量％以上、８．０質量％未満であり、
   磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界下における磁歪量λｐ−ｐが０．９０ｐｐｍ以下である磁性体。
5. 請求項１に記載のリアクトルを備えるコンバータ。
6. 請求項５に記載のコンバータを備える電力変換装置。

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