JP6438454B2 - 鉄心を有するリアクトル、並びにこれを備える整流器、ｌｃフィルタ及びモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄心を有するリアクトル、並びにこれを備える整流器、ＬＣフィルタ及びモータ駆動装置に関する。

鉄心を有するリアクトルは、鉄心に巻線が巻回されており、巻線に電流を流すことによって磁束を発生させ、その磁束となった磁気エネルギーの大部分を鉄心間に設けられたギャップに一時的に蓄えるものである。

例えば、工作機械、鍛圧機械、射出成形機、産業機械、あるいは各種ロボット内のモータを駆動するモータ駆動装置においては、交流電源側から供給された交流電力を整流器にて直流電力に一旦変換したのちさらに逆変換器にて交流電力に変換し、この交流電力を駆動軸ごとに設けられたモータの駆動電力として用いている。モータ駆動装置内の整流器の交流入力側に設けられる交流リアクトル、整流器の直流出力側に設けられる平滑リアクトル、あるいは逆変換器の交流出力側のＬＣフィルタを構成するリアクトルといったように、産業界においてリアクトルの適用範囲は広い。

従来より、少ない鉄心と巻線で多くの磁気エネルギーを蓄えることが試みられてきた。また、ギャップ近傍からの漏れ磁束により巻線内に発生する渦電流に起因する渦電流損失を低減するための様々な方法も提案されてきた。

例えば、より多くの磁気エネルギーを蓄えるために、鉄心間に設けられたギャップが軸方向に対して鋭角に傾斜するようにして鉄心断面積よりもギャップの面積を広くしたリアクトルがある（例えば、特許文献１参照。）。

また例えば、ギャップからの漏れ磁束に起因する巻線の渦電流損失を抑制するために、ギャップ近傍から巻線を遠ざけたり、もしくはギャップ近傍に巻線を配置しないリアクトルが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開昭５５−５３４０４号公報 特開２００８−２１０９９８号公報

鉄心に巻回された巻線に電流が流れると、リアクトルの鉄心内及び鉄心間のギャップには磁束が流れ、いわゆる磁路が形成される。磁束がギャップを通過する際、磁束はギャップ両側の鉄心に対してできるだけ垂直方向に出入りしようとする性質がある。そのため、従来のリアクトルのギャップ形状では、ギャップ近傍において、漏れ磁束が巻線に対して放射され易いという問題があった。この問題について、特許文献１（特開昭５５−５３４０４号公報）に記載されたリアクトルを例にとり説明すると次の通りである。

図３０は、特許文献１（特開昭５５−５３４０４号公報）に記載されたリアクトルにおける漏れ磁束を説明する図であって、（Ａ）はリアクトルの構造を模式的に示した全断面図であり、（Ｂ）は、リアクトルに発生する磁束を模式的に示した部分断面図である。図３０（Ａ）に示すように、特許文献１に記載されたリアクトル１０１は、ギャップ１２０を挟むように凹側鉄心１１１及び凸側鉄心１１２が設けられ、凹側鉄心１１１及び凸側鉄心１１２の周りに巻線１１３が巻回された構造を有する。凹側鉄心１１１は、ギャップ１２０に対向する面として凹側ギャップ対向面１２１を有し、凸側鉄心１１２は、ギャップ１２０に対向する面として凸側ギャップ対向面１２２を有する。巻線１１３に電流が流れると磁束が発生する。図示の例では、点線の矢印の向きに磁束が発生した場合を示している。リアクトル１０１の凹側鉄心１１１及び凸側鉄心１１２内には主磁束が流れる。凸側鉄心１１２の凸側ギャップ対向面１２２から垂直に出た磁束は、主として凹側鉄心１１１の凹側ギャップ対向面１２１に垂直に入るが、一部は凹側鉄心１１１の側面（すなわち凹側ギャップ対向面１２１ではない面）に垂直に入る。この凹側鉄心１１１の側面に垂直に入る磁束が、漏れ磁束である。このように、特許文献１に記載されたリアクトル１０１によれば、漏れ磁束が多く発生する問題がある。

したがって、漏れ磁束が多く発生する構造を有する従来のリアクトルにて、より多くの磁気エネルギーを蓄えかつ渦電流損失を低減させようとした場合、巻線の形状を大型化せざるを得ず、必然的にリアクトルが大型化するという問題があった。

したがって本発明の目的は、上記問題に鑑み、ギャップ近傍の漏れ磁束の発生を抑制しつつ、より多くの磁気エネルギーを蓄えかつ渦電流損失を低減させることができるリアクトル、並びにこれを備える整流器、ＬＣフィルタ及びモータ駆動装置を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明においては、リアクトルは、複数の鉄心と、複数の鉄心のうちのいずれかに巻回された巻線と、を含み、対向する２つの鉄心間にギャップが構成され、一方の鉄心のギャップ対向面がもう一方の鉄心のギャップ対向面よりも広い面積を有する。

ここで、各鉄心は、ギャップ対向面以外の部位で接触もしくは一体化してもよい。

また、複数の鉄心は、第１ギャップ対向面を有する第１鉄心と、第１ギャップ対向面に対向する面として第２ギャップ対向面を有する第２鉄心と、を含み、巻線は、第１鉄心及び第２鉄心のいずれか一方もしくは両方に巻回され、第１鉄心の第１ギャップ対向面の外縁部近傍と軸方向とが第１鉄心内方に鋭角をなし、第２鉄心の第２ギャップ対向面の外縁部近傍と軸方向とが第２鉄心内方に鈍角をなし、第１ギャップ対向面が、第２ギャップ対向面よりも広い面積を有するようにしてもよい。

また、略周方向に並んで配置された鉄心間にギャップが構成され、各鉄心は、当該鉄心の一方に並んで配置された鉄心に対向する第１ギャップ対向面と、当該鉄心のもう一方に並んで配置された鉄心に対向する第２ギャップ対向面と、が設けられ、並んで配置された２つの鉄心において、一方の鉄心の第１ギャップ対向面がもう一方の鉄心の第２ギャップ対向面と対向し、第１ギャップ対向面が、第２ギャップ対向面よりも広い面積を有するようにしてもよい。

また、複数の鉄心は、２つの第１ギャップ対向面を有する複数の第１鉄心と、第１ギャップ対向面に対向する面として２つの第２ギャップ対向面を有する複数の第２鉄心と、を含み、第１鉄心は、略周方向に並んで配置され、第２鉄心は、当該第２鉄心の第２ギャップ対向面のそれぞれが、当該第２鉄心と隣接する第１鉄心の第１ギャップ対向面のうちの１つと対向するように、略周方向に並んで配置され、巻線は、第２鉄心に巻回され、第１ギャップ対向面及び第２ギャップ対向面のうちいずれか一方が他方よりも広い面積を有するようにしてもよい。

また、複数の鉄心は、２つの第２ギャップ対向面を有する複数の第２鉄心と、複数の第２鉄心の第２のギャップ対向面の総数と同数の第１のギャップ対向面を有する第１鉄心と、を含み、第２鉄心は、当該第２鉄心の第２ギャップ対向面のそれぞれが、第１鉄心の第１ギャップ対向面のいずれかと対向するように、略周方向に並んで配置され、巻線は、第２鉄心に巻回され、第１ギャップ対向面及び第２ギャップ対向面のうちいずれか一方が他方よりも広い面積を有するようにしてもよい。

また、第１ギャップ対向面は凹形状を有し、第２ギャップ対向面は凸形状を有するようにしてもよい。

また、第１ギャップ対向面に、凹形状及びそれより１つ少ない数の凸形状が交互に設けられ、第２ギャップ対向面に、凹形状及びそれより１つ多い数の凸形状が交互に設けられてもよい。

また、凹形状における底部は曲面形状を有し、凸形状における頂部は曲面形状を有してもよい。

また、本発明による整流器では、上記リアクトルが、整流器の交流入力側の交流リアクトルもしくは整流器の直流出力側の平滑リアクトルとして設けられる。

また、本発明によるＬＣフィルタでは、上記リアクトルが、ＬＣフィルタを構成するリアクトルとして設けられる。

また、本発明によるモータ駆動装置では、上記リアクトルが、交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換する整流器の交流入力側の交流リアクトル、整流器の直流出力側の平滑リアクトル、または、整流器から出力された直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換する逆変換器の交流出力側のＬＣフィルタを構成するリアクトル、のうちの少なくとも１つとして設けられる。

本発明によれば、ギャップ近傍の漏れ磁束の発生を抑制しつつ、より多くの磁気エネルギーを蓄えかつ渦電流損失を低減させることができるリアクトル、並びにこれを備える整流器、ＬＣフィルタ及びモータ駆動装置を実現することができる。

本発明によれば、複数の鉄心と、複数の鉄心のうちのいずれかに巻回された巻線とを含むリアクトルにおいて、互いに隣接する鉄心間において、一方の鉄心のギャップ対向面がもう一方の鉄心のギャップ対向面よりも広い面積を有するように構成することで、ギャップ近傍の漏れ磁束の発生を抑制しつつ、より多くの磁気エネルギーを蓄えかつ渦電流損失を低減させることができる。

本発明の第１の実施形態によるリアクトルを示す図であって、（Ａ）はリアクトルの構造を模式的に示した全断面図であり、（Ｂ）は、リアクトルに発生する磁束を模式的に示した部分断面図である。 図１に示した本発明の第１の実施形態によるリアクトルの脚部の形状が円筒形リアクトルである場合の斜視図である。 図１に示した本発明の第１の実施形態によるリアクトルの脚部の形状が方形リアクトルである場合の斜視図である。 図１に示した本発明の第１の実施形態によるリアクトルと特許文献１（特開昭５５−５３４０４号公報）に記載されたリアクトルとを比較説明する図であって、（Ａ）は図１に示した本発明の第１の実施形態によるリアクトルに発生する磁束を模式的に示した部分断面図であり、（Ｂ）は特許文献１（特開昭５５−５３４０４号公報）に記載されたリアクトルに発生する磁束を模式的に示した部分断面図である。 本発明の第２の実施形態によるリアクトルを示す図であって、（Ａ）はリアクトルの構造を模式的に示した全断面図であり、（Ｂ）は、リアクトルに発生する磁束を模式的に示した部分断面図である。 本発明の第１の実施形態によるリアクトルにおける磁束密度のシミュレーション結果を示す図であって、ギャップ形状の変化に伴う磁束密度の変化を説明する図である。 本発明の第１の実施形態によるリアクトルにおける磁束密度のシミュレーション結果を示す図であって、インダクタンス一定の下におけるギャップ形状の変化に伴う磁束密度の変化を説明する図である。 本発明の第１の実施形態によるリアクトルにおける磁束密度のシミュレーション結果を示す図であって、インダクタンス一定の下におけるギャップ形状の変化に伴う、ギャップ近傍の磁束密度の変化を説明する図である。 本発明の第２の実施形態によるリアクトルにおける磁束密度のシミュレーション結果を示す図であって、ギャップ形状の変化に伴う磁束密度の変化を説明する図である。 本発明の第２の実施形態によるリアクトルにおける磁束密度のシミュレーション結果を示す図であって、インダクタンス一定の下におけるギャップ形状の変化に伴う磁束密度の変化を説明する図である。 本発明の第２の実施形態によるリアクトルにおける磁束密度のシミュレーション結果を示す図であって、インダクタンス一定の下におけるギャップ形状の変化に伴う、ギャップ近傍の磁束密度の変化を説明する図である。 特許文献１（特開昭５５−５３４０４号公報）に記載された発明によるリアクトルにおける磁束密度のシミュレーション結果を示す図であって、ギャップ形状の変化に伴う磁束密度の変化を説明する図である。 特許文献１（特開昭５５−５３４０４号公報）に記載された発明によるリアクトルにおける磁束密度のシミュレーション結果を示す図であって、インダクタンス一定の下におけるギャップ形状の変化に伴う磁束密度の変化を説明する図である。 特許文献１（特開昭５５−５３４０４号公報）に記載された発明によるリアクトルにおける磁束密度のシミュレーション結果を示す図であって、インダクタンス一定の下におけるギャップ形状の変化に伴う、ギャップ近傍の磁束密度の変化を説明する図である。 シミュレーション解析におけるリアクトル内の磁束密度の観測点を示す図である。 本発明の第３の実施形態によるリアクトルを示す部分断面図である。 本発明の第４の実施形態によるリアクトルを示す部分断面図である。 本発明の第５の実施形態によるリアクトルを示す部分断面図である。 本発明の第６の実施形態によるリアクトルを示す部分断面図である。 本発明の第７の実施形態によるリアクトルを示す部分断面図である。 本発明の第８の実施形態によるリアクトルを示す部分断面図である。 本発明の第９の実施形態によるリアクトルを示す全断面図である。 本発明の第１０の実施形態によるリアクトルを示す図であって、（Ａ）は全断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の二点鎖線内の箇所の拡大断面図である。 本発明の第１１の実施形態によるリアクトルを示す全断面図である。 本発明の第１２の実施形態によるリアクトルを示す全断面図であって、（Ａ）は全ての鉄心に巻線を巻回した例を示し、（Ｂ）は一部の鉄心に巻線を巻回した例を示す。 本発明の第１３の実施形態によるリアクトルを示す全断面図であって、（Ａ）は全ての鉄心に巻線を巻回した例を示し、（Ｂ）は一部の鉄心に巻線を巻回した例を示す。 本発明の第１４の実施形態によるリアクトルを示す図であって、（Ａ）は全断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の二点鎖線内の箇所の拡大断面図である。 本発明の第１５の実施形態によるリアクトルを示す図であって、（Ａ）は全断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の二点鎖線内の箇所の拡大断面図である。 本発明の第１０の実施形態によるリアクトルの変形例を示す全断面図である。 本発明の第１１の実施形態によるリアクトルの変形例を示す全断面図である。 本発明の第１２の実施形態によるリアクトルの変形例を示す全断面図であって、（Ａ）は全ての鉄心に巻線を巻回した例を示し、（Ｂ）は一部の鉄心に巻線を巻回した例を示す。 本発明の第１３の実施形態によるリアクトルの変形例を示す全断面図であって、（Ａ）は全ての鉄心に巻線を巻回した例を示し、（Ｂ）は一部の鉄心に巻線を巻回した例を示す。 本発明の第１４の実施形態によるリアクトルの変形例を示す全断面図である。 本発明の第１５の実施形態によるリアクトルの変形例を示す全断面図である。 本発明によるリアクトルを備えるモータ駆動装置を示す図である。 特許文献１（特開昭５５−５３４０４号公報）に記載されたリアクトルにおける漏れ磁束を説明する図であって、（Ａ）はリアクトルの構造を模式的に示した全断面図であり、（Ｂ）は、リアクトルに発生する磁束を模式的に示した部分断面図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。理解を容易にするために、以下の図面においては縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。

また、本明細書において、「軸方向」は、リアクトルの鉄心に流れる主磁束の方向を指す。また、本明細書において、第１のギャップ対向面及び第２ギャップ対向面それぞれに関して、「面の外縁部近傍と軸方向とのなす角のうち内方の角」と記載したときは、当該面うちの外縁部近傍の面と軸心側における軸方向とがなす２つの角のうち、劣角（「ｍｉｎｏｒ ａｎｇｌｅ」もしくは「ｉｎｆｅｒｉｏｒ ａｎｇｌｅ」）を意味し、優角（「ｍａｊｏｒ ａｎｇｌｅ」もしくは「ｓｕｐｅｒｉｅｒ ａｎｇｌｅ」）を意味しない。本明細書において、劣角は、いわゆる内角（「ｉｎｔｅｒｉｏｒ ａｎｇｌｅ」）と同義に捉えてもよい。

本発明によるリアクトルは、複数の鉄心と、複数の鉄心のうちのいずれかに巻回された巻線と、を含み、対向する２つの鉄心間にギャップが構成され、一方の鉄心のギャップ対向面がもう一方の鉄心のギャップ対向面よりも広い面積を有する。以下、具体的な構成について、第１〜第１５の実施形態にて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態によるリアクトルを示す図であって、（Ａ）はリアクトルの構造を模式的に示した全断面図であり、（Ｂ）は、リアクトルに発生する磁束を模式的に示した部分断面図である。図２は、図１に示した本発明の第１の実施形態によるリアクトルの脚部の形状が円筒形リアクトルである場合の斜視図であり、図３は、図１に示した本発明の第１の実施形態によるリアクトルの脚部の形状が方形リアクトルである場合の斜視図である。

本発明の第１の実施形態によるリアクトル１は、第１鉄心１１と、第２鉄心１２と、巻線１３とを備える。対向する第１鉄心１１と第２鉄心１２との間には、ギャップ２０が構成される。

第１鉄心１１は、第２鉄心１２との間に構成されるギャップ２０に対向する面として、第１ギャップ対向面２１を有する。第１鉄心１１の第１ギャップ対向面２１の外縁部近傍と軸方向とが第１鉄心１１の内方に鋭角をなす。すなわち、第１ギャップ対向面２１の外縁部近傍と軸方向とのなす角のうち内方の角が鋭角をなすことで、第１ギャップ対向面２１は、その外縁部近傍の面が、軸方向に対して鋭角をなして傾斜した構造を有する。

第２鉄心１２は、第１鉄心１１が有する第１ギャップ対向面２１にギャップ２０を介して対向する面として、第２ギャップ対向面２２を有する。第２鉄心１２の第２ギャップ対向面２２の外縁部近傍と軸方向とが第２鉄心１２の内方に鈍角をなす。すなわち、第２ギャップ対向面２２の外縁部近傍と軸方向とのなす角のうち内方の角が鈍角をなすことで、第２ギャップ対向面２２は、その外縁部近傍の面が、軸方向に対して鈍角をなして傾斜した構造を有する。図示の例では、第１鉄心１１の第１ギャップ対向面２１は凹形状を有し、第２鉄心１２の第２ギャップ対向面２２は凸形状を有する。

なお、第１鉄心１１と第２鉄心１２とは、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２以外の部位で接触してもよくあるいは一体化して構成されてもよい。

巻線１３は第１鉄心１１及び第２鉄心１２のいずれか一方もしくは両方に巻回されるものであるが、図示の例では、巻線１３は、第１鉄心１１及び第２鉄心１２に巻回される。両方に巻回される場合は、後述する図１６（Ｂ）のようにギャップ近傍で巻線が分割されていてもよい。

本発明の第１の実施形態によるリアクトル１において、第１鉄心１１の第１ギャップ対向面２１は、第２鉄心１２の第２ギャップ対向面２２よりも広い面積を有するように構成される。換言すれば、第１鉄心１１及び第２鉄心１２は、第１鉄心１１の第１ギャップ対向面２１とこの第１ギャップ対向面２１に隣接する面３１との交線からなる外周縁の長さが、第２鉄心１２の第２ギャップ対向面２２とこの第２ギャップ対向面２２に隣接する面３２との交線からなる外周縁の長さよりも長くなるような構成を有する。したがって、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、第１鉄心１１は、ギャップ２０近傍に突出部４０を有する構成となり、第１鉄心１１のギャップ近傍付近の太さは、第１鉄心１１の当該ギャップ近傍付近及び第２鉄心１２よりも太くなる。なお、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、第１鉄心１１及び第２鉄心１２の上記構成の一例を示しており、第１鉄心１１及び第２鉄心１２の上記構成例のバリエーションについては後述する。

図１（Ｂ）において、巻線１３に電流が流れたときに発生する磁束を点線の矢印で示している。巻線１３（図１（Ｂ）では図示せず）に電流が流れると、リアクトル１の第１鉄心１１及び第２鉄心１２内並びにこれら鉄心間のギャップ２０には磁束が流れ、いわゆる磁路が形成される。第１鉄心１１及び第２鉄心１２の透磁率は、非磁性体であるギャップ２０よりも高いため、磁束がギャップ２０を通過する際に磁束同士が離れようとするため、ギャップ２０の磁束密度は鉄心内の磁束密度よりも低くなる。また、磁束は第１鉄心１１及び第２鉄心１２にできるだけ垂直方向に出入りしようとする性質もある。そのため、リアクトル１の第１鉄心１１及び第２鉄心１２内に主磁束が流れる際、第２鉄心１２から第１鉄心１１に向かう主磁束は、第２鉄心１２内を流れていた時よりも広い面積を必要とするので、第２ギャップ対向面だけでなく、第２鉄心１２の側面３２からも主磁束の一部が飛び出し、第１鉄心１１の第１ギャップ対向面２１と隣接する面３１や、突起４０の面３１に隣接する面や第１鉄心１１の側面に垂直に入る。これについて図４を参照してより詳細に説明する。

図４は、図１に示したリアクトルと特許文献１（特開昭５５−５３４０４号公報）に記載されたリアクトルとを比較説明する図であって、（Ａ）は図１に示したリアクトルに発生する磁束を模式的に示した部分断面図であり、（Ｂ）は特許文献１（特開昭５５−５３４０４号公報）に記載されたリアクトルに発生する磁束を模式的に示した部分断面図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）では巻線１３の図示を省略している。

図１に示した本発明の第１の実施形態によるリアクトル１と特許文献１に記載されたリアクトル１０１との比較に際し、鉄心（第１鉄心１１、第２鉄心１２、凹側鉄心１１１及び凸側鉄心１１２）内の磁束密度をＢ１、鉄心（第１鉄心１１、第２鉄心１２、凹側鉄心１１１及び凸側鉄心１１２）内の断面積をＳ、ギャップ長をＬｄとし、これら各パラメータは図１に示したリアクトルと特許文献１に記載されたリアクトルとで等しいと仮定する。また、第１鉄心１１と第２鉄心１２との間のギャップ２０の磁束密度をＢ２、凹側鉄心１１１と凸側鉄心１１２との間のギャップ１２０との磁束密度をＢ３とする。

図１に示した本発明の第１の実施形態によるリアクトル１の第１ギャップ対向面２１と第２ギャップ対向面２２との有効面積を２Ｐ（＝Ｐ×２）とする。一方、特許文献１に記載されたリアクトル１０１については、ギャップ対向面の有効面積は、「２Ｐ（１−α）」となる。凸側鉄心１１２のギャップ対向面の外周部近傍から出た磁束が凹側鉄心１１１のギャップ対向面に入らないが、この凹側鉄心１１１のギャップ対向面に入らない磁束が出る凸側鉄心１１２のギャップ対向面の面積は、２Ｐαで表される。

図１に示した本発明の第１の実施形態によるリアクトル１において、第１鉄心１１もしくは第２鉄心１２の断面積Ｓを貫く磁束は、第１ギャップ対向面２１と第２ギャップ対向面２２との有効面積２Ｐを貫く磁束と漏れ磁束との和に等しいので、漏れ磁束と漏れ磁束の発生している面積との積をＸとすると、式１の関係が成り立つ。

ギャップの磁束密度は鉄心内の磁束密度Ｂ１とギャップ長Ｌｄによって決まるので、ギャップの磁束密度Ｂ２とＢ３は式２のように表すことができる。

よって、図１に示した本発明の第１の実施形態によるリアクトル１のギャップ２０に蓄積される磁気エネルギーＷ１は、透磁率をμ₀としたとき、式３のように表される。

一方、特許文献１に記載されたリアクトル１０１において、凹側鉄心１１１もしくは凸側鉄心１１２の断面積Ｓを貫く磁束は、ギャップ対向面の有効面積「２Ｐ（１−α）」を貫く磁束と漏れ磁束との和に等しいので、漏れ磁束と漏れ磁束の発生している面積との積をＹとすると、式４の関係が成り立つ。

よって、特許文献１に記載されたリアクトル１０１のギャップ１２０に蓄積される磁気エネルギーＷ２は、透磁率をμ₀としたとき、式５のように表される。

ギャップの磁束密度については、「Ｂ２＝Ｂ３」の関係がある。よって式３と式５とを比較すると、ギャップに蓄積される磁気エネルギーは、図１に示した本発明の第１の実施形態によるリアクトル１の方が特許文献１に記載されたリアクトル１０１よりも大きくなる。

また、磁気抵抗は、ギャップ長÷透磁率÷面積で表され、図１に示した本発明の第１の実施形態によるリアクトル１のギャップの有効面積の方が特許文献１に記載されたリアクトル１０１のギャップの有効面積よりも広く「Ｐ（１−α）＜Ｐ」である。したがって、磁気抵抗については、図１に示した本発明の第１の実施形態によるリアクトル１の方が特許文献１に記載されたリアクトル１０１よりも小さくなる。すなわち、ギャップの磁気抵抗は本発明の第１の実施形態によるリアクトル１が小さく、同じ電流条件ならば、磁束、磁束密度を大きくすることができ、インダクタンスも大きくすることができる。したがって、小型のリアクトル１を実現することができる。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態によるリアクトル１では、第１鉄心１１のギャップ近傍付近の太さを第１鉄心１１の当該ギャップ近傍付近及び第２鉄心１２の太さより太くすることによって、第１ギャップ対向面２１が第２ギャップ対向面２２よりも広い面積を有する構成（すなわち第１ギャップ対向面２１とこの第１ギャップ対向面２１に隣接する面３１との交線からなる外周縁の長さが、第２ギャップ対向面２２とこの第２ギャップ対向面２２に隣接する面３２との交線からなる外周縁の長さよりも長くなる構成）となるようにしている。

続いて、本発明の第２の実施形態として、本発明の第１の実施形態の第１ギャップ対向面２１の面積をより広くした例について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態によるリアクトルを示す図であって、（Ａ）はリアクトルの構造を模式的に示した全断面図であり、（Ｂ）は、リアクトルに発生する磁束を模式的に示した部分断面図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、本発明の第２の実施形態では、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示した本発明の第１の実施形態における突出部４０をさらに延長して、突出部４１を構成している。このように構成することによって、図５（Ｂ）に示すように、第２鉄心１２の第２ギャップ対向面２２に隣接する面（すなわち第２鉄心１２の側面）３２から垂直に出た磁束のうち、ギャップ近傍の面３２から出る磁束Ｎは、第１鉄心１１の第１ギャップ対向面２１に垂直に入るようになる。またさらに、突出部４１がより大型化することにより、ギャップ近傍からより離れた面３２か出る磁束Ｍについては、第１鉄心１１の第１ギャップ対向面２１に隣接する面３１に垂直に入るようになる。したがって、第１の実施形態では漏れ磁束になっていた磁束についても第１鉄心１１の第１ギャップ対向面２１に隣接する面３１に垂直に入って第１鉄心１１を通過することになるので、本発明の第２の実施形態によれば、第１鉄心１１内の磁束密度が、本発明の第１の実施形態よりも大きくなる。突出部４１が大きければ大きいほど（すなわち第１ギャップ対向面２１の面積が第２ギャップ対向面２２の面積よりも１．５倍程度まで広ければ広いほど）、第１鉄心１１内の磁束密度は大きくなる。なお、第２の実施形態においても、第１鉄心１１と第２鉄心１２とは、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２以外の部位で接触してもよくあるいは一体化して構成されてもよい。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態によるリアクトルと本発明の第２の実施形態によるリアクトルと特許文献１（特開昭５５−５３４０４号公報）に記載された発明におけるリアクトルとでは、ギャップ対向面の形状（面積含む）が異なるので、鉄心間のギャップの形状が異なる。ここで、本発明の第１及び第２の実施形態によるリアクトル並びに特許文献１（特開昭５５−５３４０４号公報）に記載された発明におけるリアクトルのギャップ変化に関するシミュレーション解析結果を図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃを用いて説明する。図９は、シミュレーション解析におけるリアクトル内の磁束密度の観測点を示す図である。図９は、図３０（Ａ）に示した特許文献１（特開昭５５−５３４０４号公報）に記載された発明によるリアクトルを例にとったが、第１及び第２の実施形態によるリアクトルについても同様の位置を磁束密度の観測点とした。Ｃ点は鉄心内磁束密度の観測点を示し、Ｄ点は巻線内磁束密度の観測点を示す。

図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、本発明の第１の実施形態によるリアクトルにおける磁束密度のシミュレーション結果を示す図であって、図６Ａはギャップ形状の変化に伴う磁束密度の変化を説明する図であり、図６Ｂはインダクタンス一定の下におけるギャップ形状の変化に伴う磁束密度の変化を説明する図であり、図６Ｃはインダクタンス一定の下におけるギャップ形状の変化に伴う、ギャップ近傍の磁束密度の変化を説明する図である。図６Ｃでは、図６Ｂに示すリアクトルの中央の脚部のギャップ近傍の巻線内の漏れ磁束の磁束密度を等値線で表示している。また、図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃは、本発明の第２の実施形態によるリアクトルにおける磁束密度のシミュレーション結果を示す図であって、図７Ａはギャップ形状の変化に伴う磁束密度の変化を説明する図であり、図７Ｂはインダクタンス一定の下におけるギャップ形状の変化に伴う磁束密度の変化を説明する図であり、図７Ｃはインダクタンス一定の下におけるギャップ形状の変化に伴う、ギャップ近傍の磁束密度の変化を説明する図である。図７Ｃでは、図７Ｂに示すリアクトルの中央の脚部のギャップ近傍の巻線内の漏れ磁束の磁束密度を等値線で表示している。また、図８Ａ、図８及び図８Ｃは、特許文献１（特開昭５５−５３４０４号公報）に記載された発明によるリアクトルにおける磁束密度のシミュレーション結果を示す図であって、図８Ａはギャップ形状の変化に伴う磁束密度の変化を説明する図であり、図８Ｂはインダクタンス一定の下におけるギャップ形状の変化に伴う磁束密度の変化を説明する図であり、図８Ｃはインダクタンス一定の下におけるギャップ形状の変化に伴う、ギャップ近傍の磁束密度の変化を説明する図である。図８Ｃでは、図８Ｂに示すリアクトルの中央の脚部のギャップ近傍の巻線内の漏れ磁束の磁束密度を等値線で表示している。

表１は、図６Ａ、図７Ａ及び図８Ａにおけるギャップ形状の変化に伴う鉄心内の磁束密度の変化を数値として表したものである。

特許文献１に記載された発明によるリアクトル（図８Ａ）、本発明の第１の実施形態によるリアクトル（図６Ａ）、本発明の第２の実施形態によるリアクトル（図７Ａ）の順に、鉄心間のギャップの有効面積が大きくなることは既に説明した通りであるが、これらの図及び表１から、鉄心間のギャップの有効面積が大きくなるほど、鉄心内の磁束密度が増加することがわかる。これは、突出部４１が大きければ大きいほど（すなわち第１ギャップ対向面２１の面積が第２ギャップ対向面２２の面積よりも広ければ広いほど）、一方の鉄心（第２鉄心１２）のギャップ近傍からより離れた面３２か出る磁束Ｍが、もう一方の鉄心（第１鉄心１１）のギャップ対向面に隣接する面に垂直に入る機会が増えるからである。また、特許文献１に記載された発明によるリアクトル（図８Ａ））、本発明の第１の実施形態によるリアクトル（図６Ａ）、本発明の第２の実施形態によるリアクトル（図７Ａ）の順に、インダクタンスが大きくなる。これは、突出部４１が大きければ大きいほど（すなわち、第１ギャップ対向面２１の面積が第２ギャップ対向面２２の面積よりも広ければ広いほど）、式５のαが小さくなり、したがってインダクタンスが大きくなるからである。

表２は、図６Ｂ及び図６Ｃ、図７Ｂ及び図７Ｃ、並びに図８Ｂ及び図８Ｃにおけるインダクタンス一定の下におけるギャップ形状の変化に伴う鉄心内磁束密度及び巻線内最大磁束密度の変化を数値として表したものである。

図６Ｂ及び図６Ｃ、図７Ｂ及び図７Ｃ、並びに図８Ｂ及び図８Ｃについてのシミュレーションでは、各リアクトルについての鉄心内の磁束密度が略一定（インダクタンスが略一定）となるよう巻線の巻数と電流値を調整している。また、鉄心１１の突出部４０または鉄心１１１の縁面から近傍の巻線までの距離が同じ距離になるように寸法を調整している。特許文献１に記載された発明によるリアクトル（図８Ｂ及び図８Ｃ）、本発明の第１の実施形態によるリアクトル（図６Ｂ及び図６Ｃ）、本発明の第２の実施形態によるリアクトル（図７Ｂ及び図７Ｃ）の順に、鉄心間のギャップの有効面積が大きくなることは既に説明した通りであるが、これらの図及び表２から、鉄心間のギャップの有効面積が大きくなるほど、巻線内の最大磁束密度が減少することがわかる。また、図６Ｃ、図７Ｃ及び図８Ｃを比較して分かるように、本発明の第１の実施形態によるリアクトル（図６Ｃ）本発明の第２の実施形態によるリアクトル（図７Ｃ）は、特許文献１に記載された発明によるリアクトル（図８Ｃ）よりも、巻線内の磁束密度が低い範囲が広いことがわかる。これは、突出部４１が大きければ大きいほど（すなわち第１ギャップ対向面２１の面積が第２ギャップ対向面２２の面積よりも広ければ広いほど）、一方の鉄心（第２鉄心１２）のギャップ近傍からより離れた面３２か出る磁束Ｍが、もう一方の鉄心（第１鉄心１１）のギャップ対向面に隣接する面に垂直に入る機会が増えて、巻線に対する漏れ磁束が減少するからである。

続いて、上述した第１及び第２の実施形態の第１ギャップ対向面及び第２ギャップ対向面の形状のさらなるバリエーションとして、第３〜第８の実施形態を図１０〜図１５を参照して説明する。図１０〜図１５では巻線１３の図示を省略している。

まず、本発明の第３の実施形態は、第１の第１ギャップ対向面及び第２ギャップ対向面それぞれにおいて、傾斜した面にて構成される凹形状における底部（すなわち窪み部）及び凸形状における頂部（すなわち突出部）が曲面形状を有するようにしたものである。

図１０は、本発明の第３の実施形態によるリアクトルを示す部分断面図である。ここでは、一例として図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照して説明した第１の実施形態における第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２について説明するが、前述もしくは後述の他の実施形態のギャップ対向面にも適用可能である。図１０に示すように、第１鉄心１１の第１ギャップ対向面２１の凹形状における底部は曲面形状５１を有し、第２鉄心１２の第２ギャップ対向面２２の凸形状における頂部は曲面形状５２を有する。

また、本発明の第４〜第６の実施形態は、一方の鉄心自体の太さをもう一方の鉄心自体よりも太くすることで、ギャップ対向面の有効面積を広くしたものである。

図１１は、本発明の第４の実施形態によるリアクトルを示す部分断面図である。図１２は、本発明の第５の実施形態によるリアクトルを示す部分断面図である。図１３は、本発明の第６の実施形態によるリアクトルを示す部分断面図である。第４〜第６の実施形態のいずれについても、第１鉄心１１自体の太さを第２鉄心１２自体よりも太くすることで、第１ギャップ対向面２１が第２ギャップ対向面２２よりも広い面積を有するように構成される。なお、図１２に示す第５の実施形態によるリアクトル１及び図１３に示す第６の実施形態によるリアクトル１については、第３の実施形態をさらに適用し、第１ギャップ対向面２１の凹形状における底部が曲面形状５１を有し、第２ギャップ対向面２２の凸形状における頂部が曲面形状５２を有するようにしている。

また、本発明の第７及び第８の実施形態は、ギャップ対向面の更なる変形例である。

図１４は、本発明の第７の実施形態によるリアクトルを示す部分断面図である。図１４に示す本発明の第７の実施形態では、第１鉄心１１の第１ギャップ対向面２１とこの第１ギャップ対向面２１に隣接する面３１との交線からなる外周縁の長さは、第２鉄心１２の第２ギャップ対向面２２とこの第２ギャップ対向面２２に隣接する面３２との交線からなる外周縁の長さよりも長くなるような構成とした上で、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２が湾曲した形状を有する。

図１５は、本発明の第８の実施形態によるリアクトルを示す部分断面図である。図１５に示す本発明の第８の実施形態では、第１ギャップ対向面２１が第２ギャップ対向面２２よりも広い面積を有するように構成した上で、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２が凹形状及び凸形状が交互に設けられる。より詳しくは、第１ギャップ対向面２１が第２ギャップ対向面２２よりも広い面積を有するようにするためには、第１ギャップ対向面２１に、凹形状及びそれより１つ少ない数の凸形状が交互に設けられ、第２ギャップ対向面２２に、凹形状及びそれより１つ多い数の凸形状が交互に設けられる。図１５に示す例では、第１ギャップ対向面２１には、凹形状が２つ設けられかつ凸形状が１つ設けられ、第２ギャップ対向面２２には、凹形状が１つ設けられかつ凸形状が２つ設けられる。なお、図１５に示す第８の実施形態によるリアクトル１については、第３の実施形態をさらに適用し、第１ギャップ対向面２１の凹形状における底部が曲面形状５１を有し、第２ギャップ対向面２２の凸形状における頂部が曲面形状５２を有するようにしている。

なお、上述の第３〜８の実施形態においても、第１鉄心１１と第２鉄心１２とは、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２以外の部位で接触してもよくあるいは一体化して構成されてもよい。

上述の第１〜第８の実施形態によるリアクトルは三相リアクトルである場合について説明したが、本発明によるリアクトルを単相リアクトルとして実現してよい。図１６は、本発明の第９の実施形態によるリアクトルを示す全断面図である。本発明の第９の実施形態による単相リアクトルとして実現されるリアクトル１は、例えば図１６（Ａ）に示すように、その構成は、図１を参照して説明した第１の実施形態による三相リアクトルに準じている。また例えば、第１鉄心１１の第１ギャップ対向面２１の外縁部近傍と軸方向とが第１鉄心１１の内方に鋭角をなすとともに、第２鉄心１２の第２ギャップ対向面２２の外縁部近傍と軸方向とが第２鉄心１２の内方に鈍角をなし、かつ、第１鉄心１１の第１ギャップ対向面２１は、第２鉄心１２の第２ギャップ対向面２２よりも広い面積を有するように構成されれば、図１６（Ａ）に示す構造以外で単相リアクトルを実現してもよく、例えば図１６（Ｂ）に示すように構成してもよい。なお、第９の実施形態においても、第１鉄心１１と第２鉄心１２とは、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２以外の部位で接触してもよくあるいは一体化して構成されてもよい。

続いて、本発明によるリアクトルを角柱形リアクトルとして実現するバリエーションについて第１０〜第１５の実施形態として図１７〜図２８を参照して説明する。

図１７は、本発明の第１０の実施形態によるリアクトルを示す図であって、（Ａ）は全断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の二点鎖線内の箇所の拡大断面図である。本発明の第１０の実施形態によるリアクトル１は角柱形三相リアクトルとして実現される。本発明の第１０の実施形態によるリアクトル１では、図１７に示すように、略周方向に並んで配置された鉄心１４−１と鉄心１４−２との間、鉄心１４−２と鉄心１４−３との間、及び鉄心１４−３と鉄心１４−１との間には、それぞれギャップ２０が構成される。そして、各鉄心１４−１、１４−２及び１４−３は、当該鉄心の一方に並んで配置された鉄心に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心のもう一方に並んで配置された鉄心に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。より詳しくは、鉄心１４−１には、当該鉄心１４−１の一方に並んで配置された鉄心１４−２に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心１４−１のもう一方に隣接する鉄心１４−３に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。鉄心１４−２には、当該鉄心１４−２の一方に並んで配置された鉄心１４−３に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心１４−２のもう一方に並んで配置された鉄心１４−１に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。鉄心１４−３には、当該鉄心１４−３の一方に並んで配置された鉄心１４−１に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心１４−１のもう一方に並んで配置された鉄心１４−２に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。このように、本発明の第１０の実施形態では、並んで配置された２つの鉄心において、一方の鉄心の第１ギャップ対向面２１がもう一方の鉄心の第２ギャップ対向面２２と対向し、かつ、第１ギャップ対向面２１が、第２ギャップ対向面２２よりも広い面積を有する。なお、鉄心の個数はリアクトル１の極数で決まる。例えば、極数が２である場合は鉄心の個数は２個であり、極数が６である場合は鉄心の個数は６個である。図示の例では、リアクトル１の極数を３としたが、極数自体は本発明を限定するものではなく、その他の極数であってもよい。また、図１７に示した鉄心１４−１、１４−２及び１４−３の形状は一例であり、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２が上述の関係を満たす形状であれば、どのような形状であってもよい。極数及び鉄心の形状の例示的な他の実施形態については図１８〜図２０を参照して後述する。複数組の第１ギャップ対向面と第２ギャップ対向面が存在する場合、少なくとも一組の鉄心間のギャップ対向面が上述の関係を満たす形状であればインダクタンスを増加させ、漏れ磁束を低減する効果は発揮されるが、全てのギャップ対向面の組が上述の関係を満たしているとその効果は最大となることは容易に想像できるであろう。

図１８は、本発明の第１１の実施形態によるリアクトルを示す全断面図である。本発明の第１１の実施形態によるリアクトル１は角柱形三相リアクトルとして実現される。相数に比べて鉄心の極数が多い場合、これら複数の鉄心のうち、相数分（もしくはその倍数分）の鉄心に巻線１３が巻回される。図１８に示す例では、６極の鉄心６１−１、６１−２、６１−３、６１−４、６１−５及び６１−６が略周方向に並んで配置されるが、リアクトル１は三相リアクトルとして実現されることから６個のうちの３個の鉄心（図示の例では参照符号６１−２、６１−４及び６１−６）に巻線１３が巻回されている。また、図１８に示す例では、鉄心６１−１、６１−２、６１−３、６１−４、６１−５及び６１−６は、半径方向に沿って中心に向かうにつれて先がとがるように第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２が形成されている。略周方向に並んで配置された鉄心６１−１と鉄心６１−２との間、鉄心６１−２と鉄心６１−３との間、鉄心６１−３と鉄心６１−４との間、鉄心６１−４と鉄心６１−５との間、鉄心６１−５と鉄心６１−６との間、及び鉄心６１−６と鉄心６１−１との間には、それぞれギャップ２０が構成される。各鉄心６１−１、６１−２、６１−３、６１−４、６１−５及び６１−６は、当該鉄心の一方に並んで配置された鉄心に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心のもう一方に並んで配置された鉄心に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。より詳しくは、鉄心６１−１には、当該鉄心６１−１の一方に並んで配置された鉄心６１−２に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心６１−１のもう一方に隣接する鉄心６１−６に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。鉄心６１−２には、当該鉄心６１−２の一方に並んで配置された鉄心６１−３に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心６１−２のもう一方に並んで配置された鉄心６１−１に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。鉄心６１−３には、当該鉄心６１−３の一方に並んで配置された鉄心６１−４に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心６１−３のもう一方に並んで配置された鉄心６１−２に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。鉄心６１−４には、当該鉄心６１−４の一方に並んで配置された鉄心６１−５に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心６１−４のもう一方に並んで配置された鉄心６１−３に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。鉄心６１−５には、当該鉄心６１−５の一方に並んで配置された鉄心６１−６に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心６１−５のもう一方に並んで配置された鉄心６１−４に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。鉄心６１−６には、当該鉄心６１−６の一方に並んで配置された鉄心６１−１に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心６１−６のもう一方に並んで配置された鉄心６１−５に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。このように、本発明の第１１の実施形態においても、上述の第１０の実施形態と同様、並んで配置された２つの鉄心において、一方の鉄心の第１ギャップ対向面２１がもう一方の鉄心の第２ギャップ対向面２２と対向し、かつ、第１ギャップ対向面２１が、第２ギャップ対向面２２よりも広い面積を有する。

図１９は、本発明の第１２の実施形態によるリアクトルを示す全断面図であって、（Ａ）は全ての鉄心に巻線を巻回した例を示し、（Ｂ）は一部の鉄心に巻線を巻回した例を示す。本発明の第１２の実施形態によるリアクトル１は角柱形単相リアクトルとして実現される。図１９（Ａ）に示す例では、４極の鉄心６２−１、６２−２、６２−３及び６２−４が略周方向に並んで配置され、これら全ての鉄心に巻線１３が巻回されている。略周方向に並んで配置された鉄心６２−１と鉄心６２−２との間、鉄心６２−２と鉄心６２−３との間、鉄心６２−３と鉄心６２−４との間、及び鉄心６２−４と鉄心６２−１との間には、それぞれギャップ２０が構成される。各鉄心６２−１、６２−２、６２−３及び６２−４は、当該鉄心の一方に並んで配置された鉄心に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心のもう一方に並んで配置された鉄心に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。より詳しくは、鉄心６２−１には、当該鉄心６２−１の一方に並んで配置された鉄心６２−２に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心６２−１のもう一方に隣接する鉄心６２−４に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。鉄心６２−２には、当該鉄心６２−２の一方に並んで配置された鉄心６２−３に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心６２−２のもう一方に並んで配置された鉄心６２−１に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。鉄心６２−３には、当該鉄心６２−３の一方に並んで配置された鉄心６２−４に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心６２−３のもう一方に並んで配置された鉄心６２−２に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。鉄心６２−４には、当該鉄心６２−４の一方に並んで配置された鉄心６２−１に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心６２−４のもう一方に並んで配置された鉄心６２−３に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。このように、本発明の第１２の実施形態においても、上述の第１１の実施形態と同様、並んで配置された２つの鉄心において、一方の鉄心の第１ギャップ対向面２１がもう一方の鉄心の第２ギャップ対向面２２と対向し、かつ、第１ギャップ対向面２１が、第２ギャップ対向面２２よりも広い面積を有する。また、図１９（Ｂ）に示す例では、４極の鉄心６２−１、６２−２、６２−３及び６２−４が略周方向に並んで配置され、４個のうちの２個の鉄心（図示の例では参照符号６２−１及び６２−３）に巻線１３が巻回される。これ以外の構成要素については図１９（Ａ）に示す構成要素と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。

図２０は、本発明の第１３の実施形態によるリアクトルを示す全断面図であって、（Ａ）は全ての鉄心に巻線を巻回した例を示し、（Ｂ）は一部の鉄心に巻線を巻回した例を示す。本発明の第１３の実施形態によるリアクトル１は、図１９を参照して説明した第１２の実施形態と同様、角柱形単相リアクトルとして実現されるが、鉄心の形状が第１２の実施形態とは異なる。図２０（Ａ）に示す例では、４極の鉄心６３−１、６３−２、６３−３及び６３−４が略周方向に並んで配置され、これら全ての鉄心に巻線１３が巻回されている。略周方向に並んで配置された鉄心６３−１と鉄心６３−２との間、鉄心６３−２と鉄心６３−３との間、鉄心６３−３と鉄心６３−４との間、及び鉄心６３−４と鉄心６３−１との間には、それぞれギャップ２０が構成される。各鉄心６３−１、６３−２、６３−３及び６３−４は、当該鉄心の一方に並んで配置された鉄心に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心のもう一方に並んで配置された鉄心に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。より詳しくは、鉄心６３−１には、当該鉄心６３−１の一方に並んで配置された鉄心６３−２に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心６３−１のもう一方に隣接する鉄心６３−４に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。鉄心６３−２には、当該鉄心６３−２の一方に並んで配置された鉄心６３−３に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心６３−２のもう一方に並んで配置された鉄心６３−１に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。鉄心６３−３には、当該鉄心６３−３の一方に並んで配置された鉄心６３−４に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心６３−３のもう一方に並んで配置された鉄心６３−２に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。鉄心６３−４には、当該鉄心６３−４の一方に並んで配置された鉄心６３−１に対向する第１ギャップ対向面２１と、当該鉄心６３−４のもう一方に並んで配置された鉄心６３−３に対向する第２ギャップ対向面２２と、が設けられる。このように、本発明の第１３の実施形態においても、上述の第１２の実施形態と同様、並んで配置された２つの鉄心において、一方の鉄心の第１ギャップ対向面２１がもう一方の鉄心の第２ギャップ対向面２２と対向し、かつ、第１ギャップ対向面２１が、第２ギャップ対向面２２よりも広い面積を有する。また、図２０（Ｂ）に示す例では、４極の鉄心６３−１、６３−２、６３−３及び６３−４が略周方向に並んで配置され、４個のうちの２個の鉄心（図示の例では参照符号６３−１及び６３−３）に巻線１３が巻回される。これ以外の構成要素については図２０（Ａ）に示す構成要素と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。

図２１は、本発明の第１４の実施形態によるリアクトルを示す図であって、（Ａ）は全断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の二点鎖線内の箇所の拡大断面図である。本発明の第１４の実施形態によるリアクトル１は角柱形三相リアクトルとして実現される。本発明の第１４の実施形態によれば、リアクトル１は、２つの第１ギャップ対向面２１を有する複数の第１鉄心１５−１、１５−２及び１５−３と、第１ギャップ対向面２１に対向する面として２つの第２ギャップ対向面２２を有する複数の第２鉄心１６−１、１６−２及び１６−３と、巻線１３と、を含む。第１鉄心１５−１、１５−２及び１５−３は、略周方向に並んで配置される。第２鉄心１６−１、１６−２及び１６−３も、略周方向に並んで配置される。図２１に示すように、略周方向に並んで配置された第１鉄心１５−１と第２鉄心１６−１との間、第２鉄心１６−１と第１鉄心１５−２との間、第１鉄心１５−２と第２鉄心１６−２との間、第２鉄心１６−２と第１鉄心１５−３との間、第１鉄心１５−３と第２鉄心１６−３との間、及び第２鉄心１６−３と第１鉄心１５−１との間には、それぞれギャップ２０が構成される。ここで、第２鉄心１６−１は、当該第２鉄心１６−１の第２ギャップ対向面２２のそれぞれが、当該第２鉄心１６−１と隣接する第１鉄心１５−１の第１ギャップ対向面２１、及び当該第２鉄心１６−１と隣接する第１鉄心１５−２の第１ギャップ対向面２１と、ギャップ２０を介して対向するように配置される。また、第２鉄心１６−２は、当該第２鉄心１６−２の第２ギャップ対向面２２のそれぞれが、当該第２鉄心１６−２と隣接する第１鉄心１５−２の第１ギャップ対向面２１、及び当該第２鉄心１６−２と隣接する第１鉄心１５−３の第１ギャップ対向面２１と、ギャップ２０を介して対向するように配置される。また、第２鉄心１６−３は、当該第２鉄心１６−３の第２ギャップ対向面２２のそれぞれが、当該第２鉄心１６−３と隣接する第１鉄心１５−１の第１ギャップ対向面２１、及び当該第２鉄心１６−３と隣接する第１鉄心１５−３の第１ギャップ対向面２１と、ギャップ２０を介して対向するように配置される。巻線１３は、第２鉄心１６−１、１６−２及び１６−３に巻回される。本発明の第１４の実施形態では、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２のうちいずれか一方が他方よりも広い面積を有する。図２１では一例として第１ギャップ対向面２１が第２ギャップ対向面２２よりも広い面積を有した実施形態を示している。なお、第１鉄心及び第２鉄心の個数はリアクトル１の極数で決まる。例えば、極数が２である場合は第１鉄心及び第２鉄心の個数はそれぞれ２個であり、極数が６である場合は第１鉄心及び第２鉄心の個数はそれぞれ６個である。図示の例では、リアクトル１の極数を３としたが、極数自体は本発明を限定するものではなく、その他の極数であってもよい。また、図２１に示した第１鉄心１５−１、１５−２及び１５−３並びに第２鉄心１６−１、１６−２及び１６−３の形状は一例であり、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２が上述の関係を満たす形状であれば、どのような形状であってもよい。

図２２は、本発明の第１５の実施形態によるリアクトルを示す図であって、（Ａ）は全断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の二点鎖線内の箇所の拡大断面図である。本発明の第１５の実施形態によるリアクトル１は角柱形三相リアクトルとして実現される。本発明の第１５の実施形態によれば、リアクトル１は、２つの第２ギャップ対向面２２を有する複数の第２鉄心１８−１、１８−２及び１８−３と、複数の第２鉄心１８−１、１８−２及び１８−３の第２のギャップ対向面２２の総数（図２２に示す例では６）と同数の第１のギャップ対向面２１を有する第１鉄心１７と、巻線１３と、を含む。第２鉄心１８−１、１８−２及び１８−３は、当該第２鉄心の第２ギャップ対向面２２のそれぞれが、第１鉄心１７の第１ギャップ対向面２１のいずれかとギャップ２０を介して対向するように、略周方向に並んで配置される。すなわち、図２２に示すように、略周方向に並んで配置された第２鉄心１８−１と第１鉄心１７との間、第２鉄心１８−２と第１鉄心１７との間、及び第２鉄心１８−３と第１鉄心１７との間には、それぞれギャップ２０が構成される。巻線１３は、第２鉄心１６−１、１６−２及び１６−３に巻回される。本発明の第１５の実施形態では、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２のうちいずれか一方が他方よりも広い面積を有する。図２２では一例として第１ギャップ対向面２１が第２ギャップ対向面２２よりも広い面積を有した実施形態を示している。なお、第１鉄心の第１ギャップ対向面及び第２鉄心の個数はリアクトル１の極数で決まる。例えば、極数が２である場合は第１鉄心の第１ギャップ対向面２１は４面で第２鉄心の個数はそれぞれ２個であり、極数が６である場合は第１鉄心の第１ギャップ対向面２１は１２面で第２鉄心の個数は６個である。図示の例では、リアクトル１の極数を３としたが、極数自体は本発明を限定するものではなく、その他の極数であってもよい。また、図２２に示した第１鉄心１７並びに第２鉄心１８−１、１８−２及び１８−３の形状は一例であり、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２が上述の関係を満たす形状であれば、どのような形状であってもよい。

上述の第１０〜１５の実施形態の変形例として、外周部に位置する鉄心を、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２以外の部位で接触もしくは一体化してもよく、これについて図２３〜図２８を参照して説明すると次の通りである。

図２３は、本発明の第１０の実施形態によるリアクトルの変形例を示す全断面図である。本変形例では、図１７を参照して説明した第１０の実施形態によるリアクトル１における鉄心１４−１、１４−２及び１４−３を、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２以外の部位で接触もしくは一体化してまとめて鉄心１４として構成する。なお、これ以外の構成要素については図１７に示す構成要素と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。

図２４は、本発明の第１１の実施形態によるリアクトルの変形例を示す全断面図である。本変形例では、図１８を参照して説明した第１１の実施形態によるリアクトル１における鉄心６１−１、６１−２、６１−３、６１−４、６１−５及び６１−６を、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２以外の部位で接触もしくは一体化してまとめて鉄心６１として構成する。なお、これ以外の構成要素については図１８に示す構成要素と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。

図２５は、本発明の第１２の実施形態によるリアクトルの変形例を示す全断面図であって、（Ａ）は全ての鉄心に巻線を巻回した例を示し、（Ｂ）は一部の鉄心に巻線を巻回した例を示す。本変形例では、図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）を参照して説明した第１２の実施形態によるリアクトル１における鉄心６２−１、６２−２、６２−３及び６２−４を、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２以外の部位で接触もしくは一体化してまとめて鉄心６２として構成する。なお、これ以外の構成要素については図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）に示す構成要素と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。

図２６は、本発明の第１３の実施形態によるリアクトルの変形例を示す全断面図であって、（Ａ）は全ての鉄心に巻線を巻回した例を示し、（Ｂ）は一部の鉄心に巻線を巻回した例を示す。本変形例では、図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）を参照して説明した第１３の実施形態によるリアクトル１における鉄心６３−１、６３−２、６３−３及び６３−４を、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２以外の部位で接触もしくは一体化してまとめて鉄心６３として構成する。なお、これ以外の構成要素については図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）に示す構成要素と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。

図２７は、本発明の第１４の実施形態によるリアクトルの変形例を示す全断面図である。本変形例では、図２１を参照して説明した第１４の実施形態によるリアクトル１における第２鉄心１６−１、１６−２及び１６−３を、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２以外の部位で接触もしくは一体化してまとめて鉄心１６として構成する。なお、これ以外の構成要素については図２１に示す構成要素と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。

図２８は、本発明の第１５の実施形態によるリアクトルの変形例を示す全断面図である。本変形例では、図２２を参照して説明した第１５の実施形態によるリアクトル１における第２鉄心１８−１、１８−２及び１８−３を、第１ギャップ対向面２１及び第２ギャップ対向面２２以外の部位で接触もしくは一体化してまとめて鉄心１８として構成する。なお、これ以外の構成要素については図２２に示す構成要素と同様であるので、同一の構成要素には同一符号を付して当該構成要素についての詳細な説明は省略する。

以上説明した本発明の各実施形態によるリアクトル１は、モータ駆動装置において、交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換する整流器の交流入力側の交流リアクトル、整流器の直流出力側の平滑リアクトル、または、整流器から出力された直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換する逆変換器の交流出力側のＬＣフィルタを構成するリアクトル、のうちの少なくとも１つとして用いられてもよい。これについて図２９を参照してより詳細に説明する。

図２９は、本発明によるリアクトルを備えるモータ駆動装置を示す図である。モータ駆動装置１０００は、交流電源１００３側から供給された交流電力を直流電力に変換して直流コンデンサ１００５が設けられた直流リンクへ出力する整流器１００１と、整流器１００１が出力した直流電力を、モータ駆動のための交流電力に変換して出力する逆変換器１００２とを備え、逆変換器１００２の交流出力側に接続されたモータ１００４の速度、トルク、もしくは回転子の位置を制御する。整流器１００１は、その交流入力側に、本発明によるリアクトル１を交流リアクトルとして備え、その直流出力側に本発明によるリアクトル１を平滑リアクトルとして備える。逆変換器１００２は、その交流出力側に、本発明によるリアクトル１を、交流出力側のＬＣフィルタ１００６を構成するリアクトルとして備える。なお、図示の例では、本発明によるリアクトル１を、整流器１００１の交流入力側に設けられる交流リアクトル、整流器１００１の直流出力側の平滑リアクトル、及び逆変換器１００２の交流出力側のＬＣフィルタ１００６を構成するリアクトル、の合計３種について用いたが、必ずしもこれら３種のリアクトル全てについて本発明によるリアクトル１を用いる必要はなく、これら３種のリアクトルのうちの１つもしくは２つに用いるとしてもよい。

１ リアクトル
１１、１５−１、１５−２、１５−３、１７ 第１鉄心
１２、１６、１６−１、１６−２、１６−３、１８、１８−１、１８−２、１８−３ 第２鉄心
１３ 巻線
１４、１４−１、１４−２、１４−３、６１、６１−１、６１−２、６１−３、６１−４、６１−５、６１−６、６２、６２−１、６２−２、６２−３、６２−４、６３、６３−１、６３−２、６３−３、６３−４ 鉄心
２０ ギャップ
２１ 第１ギャップ対向面
２２ 第２ギャップ対向面
３１ 第１ギャップ対向面に隣接する面
３２ 第２ギャップ対向面に隣接する面
４０、４１ 突出部
５１、４２ 曲面形状
１０００ モータ駆動装置
１００１ 整流器
１００２ 逆変換器
１００３ 交流電源
１００４ モータ
１００５ 直流コンデンサ
１００６ ＬＣフィルタ

Claims (11)

1. 複数の鉄心と、
   前記複数の鉄心のうちのいずれかに巻回された巻線と、
   を含み、
   対向する２つの前記鉄心間にギャップが構成され、一方の鉄心のギャップ対向面がもう一方の鉄心のギャップ対向面よりも広い面積を有し、
   略周方向に並んで配置された前記鉄心間にギャップが構成され、
   各前記鉄心は、当該鉄心の一方に並んで配置された鉄心に対向する第１ギャップ対向面と、当該鉄心のもう一方に並んで配置された鉄心に対向する第２ギャップ対向面と、が設けられ、
   並んで配置された２つの前記鉄心において、一方の鉄心の前記第１ギャップ対向面がもう一方の鉄心の前記第２ギャップ対向面と対向し、
   前記第１ギャップ対向面が、前記第２ギャップ対向面よりも広い面積を有する、リアクトル。
2. 複数の鉄心と、
   前記複数の鉄心のうちのいずれかに巻回された巻線と、
   を含み、
   対向する２つの前記鉄心間にギャップが構成され、一方の鉄心のギャップ対向面がもう一方の鉄心のギャップ対向面よりも広い面積を有し、
   前記複数の鉄心は、２つの第１ギャップ対向面を有する複数の第１鉄心と、前記第１ギャップ対向面に対向する面として２つの第２ギャップ対向面を有する複数の第２鉄心と、を含み、
   前記第１鉄心は、略周方向に並んで配置され、
   前記第２鉄心は、当該第２鉄心の前記第２ギャップ対向面のそれぞれが、当該第２鉄心と隣接する前記第１鉄心の前記第１ギャップ対向面のうちの１つと対向するように、略周方向に並んで配置され、
   前記巻線は、前記第２鉄心に巻回され、
   前記第１ギャップ対向面及び前記第２ギャップ対向面のうちいずれか一方が他方よりも広い面積を有する、リアクトル。
3. 複数の鉄心と、
   前記複数の鉄心のうちのいずれかに巻回された巻線と、
   を含み、
   対向する２つの前記鉄心間にギャップが構成され、一方の鉄心のギャップ対向面がもう一方の鉄心のギャップ対向面よりも広い面積を有し、
   前記複数の鉄心は、２つの第２ギャップ対向面を有する複数の第２鉄心と、前記複数の第２鉄心の前記第２のギャップ対向面の総数と同数の第１のギャップ対向面を有する第１鉄心と、を含み、
   前記第２鉄心は、当該第２鉄心の前記第２ギャップ対向面のそれぞれが、前記第１鉄心の第１ギャップ対向面のいずれかと対向するように、略周方向に並んで配置され、
   前記巻線は、前記第２鉄心に巻回され、
   前記第１ギャップ対向面及び前記第２ギャップ対向面のうちいずれか一方が他方よりも広い面積を有する、リアクトル。
4. 各前記鉄心は、ギャップ対向面以外の部位で接触もしくは一体化している、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のリアクトル。
5. 前記複数の鉄心は、前記第１ギャップ対向面を有する第１鉄心と、前記第１ギャップ対向面に対向する面として前記第２ギャップ対向面を有する第２鉄心と、を含み、
   前記巻線は、前記第１鉄心及び前記第２鉄心のいずれか一方もしくは両方に巻回され、
   前記第１鉄心の前記第１ギャップ対向面の外縁部近傍と軸方向とが前記第１鉄心内方に鋭角をなし、
   前記第２鉄心の前記第２ギャップ対向面の外縁部近傍と軸方向とが前記第２鉄心内方に鈍角をなし、
   前記第１ギャップ対向面が、前記第２ギャップ対向面よりも広い面積を有する、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のリアクトル。
6. 前記第１ギャップ対向面は凹形状を有し、前記第２ギャップ対向面は凸形状を有する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のリアクトル。
7. 前記第１ギャップ対向面に、凹形状及びそれより１つ少ない数の凸形状が交互に設けられ、前記第２ギャップ対向面に、凹形状及びそれより１つ多い数の凸形状が交互に設けられる、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のリアクトル。
8. 前記凹形状における底部は曲面形状を有し、前記凸形状における頂部は曲面形状を有する、請求項６または７に記載のリアクトル。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載のリアクトルを備える整流器であって、前記リアクトルが、前記整流器の交流入力側の交流リアクトルもしくは前記整流器の直流出力側の平滑リアクトルとして設けられることを特徴とする整流器。
10. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載のリアクトルを備えることを特徴とするＬＣフィルタ。
11. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載のリアクトルが、交流電源から入力された交流電力を直流電力に変換する整流器の交流入力側の交流リアクトル、前記整流器の直流出力側の平滑リアクトル、または、前記整流器から出力された直流電力をモータ駆動のための交流電力に変換する逆変換器の交流出力側のＬＣフィルタを構成するリアクトル、のうちの少なくとも１つとして設けられることを特徴とするモータ駆動装置。