WO2016190319A1

WO2016190319A1 - 限流回路用インダクタ

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Publication number: WO2016190319A1
Application number: PCT/JP2016/065343
Authority: WO
Inventors: 祥吾神戸; 島津　英一郎
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2017-11-28

Abstract

小さなサイズでありながら、瞬時の大電流通電時に大きなインダクタンスを保持し、電流を制限する効果を発揮できる限流回路用インダクタを提供する。特に、通常運転時はインダクタンスを必要としない電気回路にこの限流回路用インダクタは適する。この限流回路用インダクタ(1)は、磁心(2)と、コイル(3)とを備え、限流回路に用いられる。磁心(2)は、その少なくとも一部に、低体積抵抗率かつ高透磁率の軟磁性材料からなる部分を有する。軟磁性材料は、例えば焼結製純鉄である。

Description

限流回路用インダクタ

関連出願

　本出願は、２０１５年５月２８日出願の特願２０１５－１０８３７０および特願２０１５－１０８３７１ならびに２０１５年１１月５日出願の特願２０１５－２１７４５６および特願２０１５－２１７５１２の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

　この発明は、漏電発生時もしくはブレーカ動作時、または落雷等により発生する瞬時の大電流ノイズに対する対策として電流の突入速度を低減するためのインダクタとして用いられる限流回路用のインダクタであって、特に通常運転時にはインダクタとして機能しない事が望ましい限流回路用インダクタに関する。

　種々の電気設備、例えば、太陽光発電や風力発電用のコンバータ、およびデータセンターの電気設備では、大出力化に伴い大電力を扱う用途が拡大してきている。これら電気設備の機器では大電力を扱うことから、高度な安全対策が求められることもある。そのため、これら機器は高価である場合多い。また、近年ではサージ電流と呼ばれる、雷等の瞬時の大電流ノイズに対する安全面の対策として、装置の保護対策が重要になってきている。

　漏電発生時もしくはブレーカ動作時、または落雷等により発生する瞬間的な電流ノイズは、対象回路の定格電流の数倍以上の大電流になる場合が多い。回路への大電流の突入を防止するために回路上に直列にインダクタを設ける場合がある。
　なお、遮断装置において、限流装置を設けることがある（例えば、特許文献１）。

特開２００５－２３７１１２号公報

　従来の瞬間的な電流ノイズの対策として用いられるインダクタは、いずれも、大電流により磁気飽和させないために、大きいサイズを有する。

　サージ電流に代表される様な、電流変化速度が速くかつ極めて大きな電流がインダクタに流れると、磁心の磁気飽和に伴う透磁率の低下によりインダクタンスが減少し電流の抑制効果（インピーダンス）が小さくなる。インダクタを磁気飽和させないためには、用いる磁心のサイズを非常に大きくし、大電流により発生する磁束密度を十分小さく抑える必要がある。なお、この明細書で言う「インダクタンス」とは、磁心形状とコイルの巻き数および磁心の材料特性に準ずる透磁率により決まるインダクタの重要特性である。インダクタンス値が大きいほどインダクタのインピーダンスが大きくなることから、インダクタンス値が大きいほどインダクタに流れる電流変化速度は小さく、電流抑制効果は大きい。

　この発明は、上記課題を解消するものであり、瞬時の大電流通電時に、小さな体格のインダクタでありながら大きなインダクタンスならびにインピーダンスを保持し電流の抑制効果を発揮することができる限流回路用インダクタを提供することを目的とする。

　この発明の一構成に係る限流回路用インダクタは、磁心と、この磁心に巻回された導線からなるコイルとを備え、限流回路に用いられるインダクタであって、前記磁心は、その少なくとも一部に、低体積抵抗率かつ高透磁率の軟磁性材料からなる部分を有する。前記軟磁性材料は、好ましくは、高周波時の鉄損が大きい軟磁性材である。

　本発明者は、軸心の少なくとも一部を上記材質の軟磁性材料にすることで、電流が増加するにつれてインダクタンスが大きくなる従来のインダクタ特性とは逆の特性となることを見いだした。この特性は、従来のインダクタの特性とは異なり、瞬時の大電流通電時でも、大きなインピーダンスを保持できることから、小さな体格のインダクタで、大きな電流の抑制効果を発揮できる。なお、通常運転時に通電される電流は、本インダクタが機能すべき大電流と比べると十分小さいことから、通常運転時には、本構成のインダクタは低いインダクタンスとなる。また大電流ノイズと比べると通常運転時の電流は、直流や５０Ｈｚ程度の低周波数の交流の場合が多いことから、電流変化速度も小さく、低インピーダンスとなる。したがって、本構成のインダクタは、異常時のみ機能する限流回路用インダクタとして望ましい。

　なお、限流回路用インダクタは、「限流コイル」とも呼ばれる。前記「低体積抵抗率」とは、フェライトに較べて体積抵抗率が低いものを言う。また、前記「高透磁率」とは最大透磁率が１０００以上のものを言う。

　好ましい実施形態において、前記コイルは、前記磁心に互いに逆向きに導線を巻いた少なくとも２個のコイルからなり、これら２個のコイルはコモンモードコイルとして用いられる。

　上述したインダクタ特性により、瞬時の大電流に対して磁気飽和することなく大きなインピーダンスを保持できることから、電流の突入速度を低減することができる。

　好ましい実施形態において、前記磁心の全体が前記軟磁性材料であっても良い。磁心の全体に前記材質の軟磁性材料を用いれば、瞬時の大電流通電時でも、小さな体格のインダクタで、大きなインダクタンスおよびインピーダンスを保持し電流の抑制効果を発揮することができるという利点が得られる。

　好ましい実施形態において、前記軟磁性材料が焼結製純鉄であっても良い。前記磁心に用いる材料として、低体積抵抗率でかつ高透磁率の軟磁性材料であれば、特に材質の限定はないが、体積抵抗率が低くかつ高透磁率で飽和磁束密度も大きい材料としては、純鉄が好ましい。特に、低体積抵抗率で高透磁率となり易いことから、高純度純鉄粉を圧縮成形し焼結させた焼結製高純度純鉄がより好ましい。

　さらに好ましい実施形態において、前記焼結製純鉄の密度が７．４×１０^３ｋｇ／ｍ^３（＝７．４ｇ／ｃｍ^３）以上であることが好ましい。前記焼結製純鉄の密度が７．４×１０^３ｋｇ／ｍ^３以上であると、試験の結果、瞬時の大電流の通電時においてインダクタンスが増大することが確認された。

　好ましい実施形態において、前記軟磁性材料は、体積抵抗率が７．０×１０^－７Ω・ｍ以下で、かつ最大透磁率が２８００以上である。このように体積抵抗率が小さく、最大透磁率が大きいと、瞬時の大電流通電時でも、小さな体格のインダクタで、大きなインダクタンスおよびインピーダンスを保持し電流の抑制効果を発揮することができると言う利点が、より一層効果的に得られる。

　好ましい実施形態において、前記磁心の磁路断面積／磁路長の比が０．９以上であっても良い。試験によると、磁路断面積／磁路長の比によってインピーダンスが変わり、前記の比が０．９以上である場合に、効率良くインピーダンスが得られた。

　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。

　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第１の実施形態にかかる限流回路用インダクタの一部分を切り離して表した断面斜視図である。図１の限流回路用インダクタの試験回路図である。図２の回路に適用した図１の限流回路用インダクタに通電したときの時間と電流との関係を示すグラフである。図２の回路に適用した図１の限流回路用インダクタに通電したときの時間とインピーダンスとの関係を示すグラフである。図２の回路に適用した図１の限流回路用インダクタに通電したときの時間とインピーダンスとの関係を示すグラフの拡大図である。図２の回路に適用した図１の限流回路用インダクタに通電したときの時間とインダクタンスとの関係を示すグラフである。この発明の第２の実施形態における限流回路用インダクタの磁心であって、試験体として用いた磁心の斜視図である。図７Ａの磁心の上面図である。図７Ａおよび７Ｂの磁心につき、異なる形状係数αを有する各試験体の、形状係数αに対するインピーダンス（Ｚ／α）を示す試験結果のグラフである。図１の限流回路用インダクタの磁心における、磁路断面積および磁路長を示す説明図である。この発明の第３の実施形態にかかる限流回路用インダクタの斜視図である。図１０の限流回路用インダクタの磁心の斜視図である。図２の回路に適用した図１０の限流回路用インダクタに通電したときの時間と電流との関係を示すグラフである。図２の回路に適用した図１０の限流回路用インダクタに通電したときの時間とインピーダンスとの関係を示すグラフである。図２の回路に適用した図１０の限流回路用インダクタに通電したときの時間とインピーダンスとの関係を示すグラフの拡大図である。図２の回路に適用した図１０の限流回路用インダクタに通電したときの時間とインダクタンスとの関係を示すグラフである。この発明の第４の実施形態に係る限流回路用インダクタの磁心につき、異なる形状計数αを有する各試験体の、形状係数αに対するインピーダンス（Ｚ／α）を示す試験結果のグラフである。

　この発明の第１の実施形態に係る限流回路用インダクタを図面と共に説明する。なお、この限流回路用インダクタは、チョークコイルまたはリアクトルと呼ばれることがある。

　図１は、この発明の第１の実施形態にかかる限流回路用インダクタを、一部分を切り離して表わした斜視図である。この限流回路用インダクタ１は、ポットコア型であって、所謂Ｐ形の磁心２と、この磁心２に内蔵された円筒形のコイル３とを備える。コイル３は、導線（図示せず）からなり、この導線は、磁心２の中心軸Ｏと同軸で巻回されている。導線の両端から引き出し線（図示せず）が磁心２の外に取り出されている。

　磁心２は、中心軸Ｏと直交する分割面４により２つの分割体２Ａ，２Ｂに分割される。各分割体２Ａ，２Ｂにそれぞれ形成された環状溝５Ａ，５Ｂが互いに協働してコイル３の収容空間を構成する。分割状態にある磁心２の収容空間にコイル３を収容した後、分割体２Ａ，２Ｂを分割面４で接着する。接着には、例えば無溶剤型のエポキシ系接着材やシリコーン系接着剤等が要求される耐熱性等に応じて用いられる。

　前記磁心２には、低体積抵抗率で、かつ高透磁率で、さらに一般的なインダクタとは異なり高周波時の鉄損が大きい軟磁性材料が使用される。このような軟磁性材料であれば、特に材質は限定されないが、体積抵抗率が低く、かつ高透磁率で、飽和磁束密度も大きい材質である、純鉄が好ましい。特に、低体積抵抗率で高透磁率となり易いことから、高純度の純鉄粉を圧縮成形し焼結させた焼結製純鉄が好ましい。その場合、焼結製純鉄の密度が７．４×１０^３ｋｇ／ｍ^３以上であるのが良い。また、軟磁性材料は、体積抵抗率が７．０×１０^－７Ω・ｍ以下で、かつ最大透磁率が２８００以上であるのが良い。

　この第１の実施形態では、磁心２の全体に同じ材質の軟磁性材料を使用したが、磁心２の一部にだけ、例えば磁心２におけるコイル３よりも内周側の部分、または外周側の部分だけに軟磁性材料を使用し、残り部分には他の材質の磁性材料を使用しても良い。

　前記コイル３の導線としては、例えば銅エナメル線が用いられる。詳しくは、ウレタン線（ＵＥＷ）、ホルマール線（ＰＶＦ）、ポリエステル線（ＰＥＷ）、ポリエステルイミド線（ＥＩＷ）、ポリアミドイミド線（ＡＩＷ）、ポリイミド線（ＰＩＷ）、これらを組み合わせた二重被覆線、または自己融着線、リッツ線等を使用できる。銅エナメル線としては、丸線や角線を使用できる。特に、平角線の断面形状の短径側を圧縮成形磁性体の周囲に接して重ね巻きすることにより、巻線密度を向上させたコイル３が得られる。

　コイル３は、この第１の実施形態では所謂絶縁ケースとなる樹脂成形体６に内包された形態としている。樹脂成形体６の樹脂材としては、コイル３を固定し、絶縁性を付与できるものであればいかなる樹脂材であってもよい。ただし、好ましくは、射出成形が可能な熱可塑性樹脂である。さらに好ましくは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）である。

　コイル３を内包する樹脂成形体６の樹脂材としては、上記熱可塑性樹脂以外に、磁心２の結着材として使用されるエポキシ樹脂、またはフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂も使用でき、所謂樹脂封止の形態とすることもできる。

　この第１の実施形態に係る限流コイル１の特性を確かめるために、以下の試験を行った。
（実施例１および比較例１）
　実施例１において、密度が７．４×１０^３ｋｇ／ｍ^３の焼結製純鉄からなる外径２０．２ｍｍ、内径１２．６ｍｍ、高さ６．４ｍｍのトロイダルコアにコイル３を巻線したインダクタからなる試験体を用いた。また、比較例１として、密度が５．７×１０^３ｋｇ／ｍ^３のアモルファスダストコアからなり、実施例１のトロイダルコアと同一サイズのトロイダルコアにコイル３を巻線したインダクタからなる試験体を用いた。この比較例１には、磁気飽和し難い材料として、圧粉成形アモルファスを用いた。その上で、実施例１の試験体が比較例１の試験体よりも優れていることを確認した。

　図２は試験回路を示す。始めに、スイッチＳＷを接点ａの位置にして、コンデンサＣを充電した。次に、スイッチＳＷを接点ｂの位置に切り換えて、コンデンサＣへの充電を終了すると共に、ＲＬＣ回路を形成して試験体Ｌ１に通電した（図２の状態）。電源Ｖの電圧は５０ボルトとした。前記各試験体Ｌ１に瞬時の大電流を通電し、電流およびインダクタの端子管電圧の時間変化を測定した。なお、試験において各試験体の磁心が異なる以外は同条件とした。

　図３は、通電時における時間と前記各試験体Ｌ１の電流との関係を示すグラフである。磁心にアモルファスを使用した限流回路用インダクタ（以下、「アモルファス系限流インダクタ」と称する）つまり比較例１の試験体Ｌ１は、電流が小さいときは大きな電流抑制効果が得られるが、電流が増加するのに伴い電流抑制効果が減少する。これに対し、磁心に焼結製純鉄を使用した実施例１の限流回路用インダクタ（以下、純鉄系限流インダクタ）は、低電流時に電流抑制効果が小さく、電流が増加するにつれ電流抑制効果が大きくなる。

　図４および５は、通電時における時間と前記各試験体Ｌ１のインピーダンスとの関係を示すグラフである。アモルファス系限流インダクタは、純鉄系限流インダクタに較べ通電直後は高いインピーダンスであるが、時間経過（電流の増加）に伴い逆転する。

　図６は、通電時における時間と前記各試験体Ｌ１のインダクタンスとの関係を示すグラフである。アモルファス系限流インダクタは、通電直後は大きなインダクタンスであるが、時間経過（電流の増加）に伴いインダクタンスが減少する。これに対し、純鉄系限流インダクタは、通電直後はインダクタンスが極めて小さく、時間経過に伴いインダクタンスが大きくなる。

　磁気飽和し難いアモルファスを磁心に使用した限流回路用インダクタと比較しても、実施例１の限流回路用インダクタは、瞬時の大電流を通電時におけるインダクタンスの増大特性が優れている。

　このように、この第１の実施形態の限流回路用インダクタ１は、磁心２に低体積抵抗率で、かつ高透磁率の軟磁性材料である焼結製純鉄を使用することで、磁心にフェライトを用いた従来の限流回路用インダクタとは逆の特性となり、電流が増加するにつれてインダクタンスが大きくなる。このため、保護対象とする電気回路と直列にこの実施形態の限流回路用インダクタ１を有する限流回路を設けることにより、瞬間的な電流ノイズが発生した場合に、対象とする電気回路に大電流が流れるのを抑制することができる。

　また、焼結製純鉄は低体積抵抗率で高透磁率となり易いため、この限流回路用インダクタ１は、低電流時はインダクタンスが極めて小さいという特性を持つ。このため、通常の電流値では低インダクタンス部品として利用することができる。したがって、この第１の実施形態に係るインダクタは、異常時のみ機能することが望ましい限流回路用インダクタ１として有利である。また、上記のように、この限流回路用インダクタ１は、低体積抵抗率で高透磁率となり易いため、小さな体格で大きなインダクタンスが得られる。

　なお、上記試験例では、焼結製純鉄の密度が７．４×１０^３ｋｇ／ｍ^３の焼結純鉄を用いたが、密度が７．４×１０^３ｋｇ／ｍ^３よりも大きい焼結製純鉄を用いると、より一層、低体積抵抗率で高透磁率となる。

ここで、焼結体の製造方法は、圧粉成形工程と、これに続く焼結工程とを含む。圧粉成形体の密度が６．８程度以上あれば焼結工程の対象になり得るが、これよりも低密度の場合、強度不足で取り扱えなくなる。また圧粉成形で粉を押し固めて製造することから、空孔が内部に残るため、真密度に近いものは製造不可能である。現時点では最大で９７％程度で、実際には密度７．６を超える焼結体を製造することは極めて困難である。

　また、この第１の実施形態では、軟磁性材料は、体積抵抗率が７．０×１０^－７Ω・ｍ以下で、かつ最大透磁率が２８００以上であるため、小さな体格のインダクタで、大きなインダクタンスを得ることができる。

　なお、上記第１の実施形態では、磁心２を、内部にコイル３を埋め込む円筒形としたが、第２の磁心２は、コイル３の内周または外周のいずれか一方のみに設けても良い。磁心２はまた、ポット型に限らず、他の種々の形状の磁心２であっても良い。第２の実施形態に係る限流回路用インダクタは、図７Ａおよび７Ｂに示す円筒形の磁心２を備える。図７Ａおよび７Ｂの磁心２を有する限流回路用インダクタは、特に説明する事項を除き、図１と共に前述した第１の実施形態と同様である。

　他の試験例につき説明する。
（実施・比較例２）
　図７Ａおよび７Ｂの限流回路用インダクタのトロイダルコアからなる磁心２を用いて、磁路長に対する磁路断面積の比（磁路断面積／磁路長）が、インピーダンスにどのような影響を与えるかにつき試験を行った。図７Ａおよび７Ｂにおいて、符号Ｓで示す断面は、磁路断面積を有する断面であり、符号ｌ（図７Ｂにて点線にて表記）で示す円は、内径と外径の平均径の円周であって、磁路長を成す線からなる。

　試験体は、密度７．７０ｇ／ｃｍ^３の焼結系純鉄の上記トロイダルコアからなる磁心２を備えたインダクタであって、次の表３に示すサイズのものを用意し、試験体Ｌ２（Ｎｏ．１～Ｎｏ．５）とした。

　（試験方法）
　試験体Ｌ２に瞬時の大電流を通電し、電流の時間変化を測定した。
　通電時の試験回路は、前述した図２に示す回路である。同図のスイッチＳＷを同図のように接点ｂに接続した状態でコンデンサＣを充電し、スイッチＳＷの切り替えによってコンデンサＣの充電を終了すると共に、ＲＬＣ回路を形成することで試験体に電流を通電した。

　試験の結果を表４に示す。具体的には、形状係数αと、形状係数αに対するインピーダンスＺの比（以下、Ｚ／αとする）との関係を表４および図８に示す。なお、形状係数αは、磁路長ｌに対する磁路断面積Ｓの比（磁路断面積Ｓ／磁路長ｌ）である。
　Ｚ／αは、形状係数αを加味したインピーダンスを示し、大きい値ほど理想状態に近く、効率の良いことを示す。ピーク電流の小さいものほど、電流と電圧より求めたインピーダンスが大きく、形状係数αが０．９以上のときに、効率よくインピーダンスが得られていた。

　上記試験の結果からわかるように、磁路断面積／磁路長に従ってインピーダンスが変わり、この比が０．９以上である場合に、効率良くインピーダンスが得られる。
　なお、前記試験は、図７Ａおよび７Ｂに示すトロイダル型の磁心における試験であるが、図１に示すポットコア型の磁心２であっても、同様の結果であると推測される。

　図１の実施形態における限流回路用インダクタの場合、その磁心２の磁路断面積および磁路長は、図９に示す面積および長さとなる。具体的には、磁路断面積は、磁心２の外側部分の断面２ａａの第１の断面積Ｓ１と、磁心２の内側部分の断面２ｂｂの第２の断面積Ｓ２と、磁心２の上側部分の断面２ｃｃの第３の断面積Ｓ３と、磁心２の下側部分の断面２ｄｄの第４の断面積Ｓ４との平均である。なお、磁心２の上側部分および下側部分それぞれの断面２ｃｃ，２ｄｄの各第３の断面積Ｓ３および第４の断面積Ｓ４は、各部分の高さｄ１およびｄ２それぞれに、磁心２の内側部分の外径ｒ１と、磁心２の外側部分の内径ｒ２との平均径（（ｒ２－ｒ１）／２）についての周長を乗じて求められる。磁路断面積を求める式は、以下のとおりとなる。
　Ｓ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４）／４

　磁路長ｌは、各磁路断面の中央に沿った経路に基づいて求められる。

　磁路断面積／磁路長が０．９以上であるのが好ましい点は、磁心の形状に関わらずに当てはまる。

　次に、この発明の第３の実施形態に係る限流回路用インダクタを図面と共に説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態に関して説明した構成要素と共通する構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。

　図１０は、この発明の第３の実施形態にかかる限流回路用インダクタの斜視図である。この限流回路用インダクタ１Ａは、トロイダルコア型である中空の円筒形の磁心２と、この磁心２に巻き付けられた２本の巻線３Ａ，３Ｂとを有する。２本巻線３Ａ，３Ｂを有するため、この限流回路用インダクタ１Ａは４端子型である。これら２本巻線３Ａ，３Ｂは、コモンモードコイルとして限流回路に用いられる。各巻線３Ａ，３Ｂは、中空円筒形である磁心２の断面の外周に巻回されており、それぞれの巻き方向は互いに逆向きである。各巻線３Ａ，３Ｂの両端部は、それぞれ引出し線とされ、これら巻線３Ａ，３Ｂの両方の先端がそれぞれ端子３Ａａ，３Ａｂ，３Ｂａ，３Ｂｂを構成する。各巻線３Ａ，３Ｂは、コイルボビン（図示せず）を介して磁心２に巻付けられていても良い。各巻線の巻き方はバイファイラ巻きであっても良い。

　図１１は、磁心２だけを示す図である。図示の磁心２は、均一厚さの内周部分４と、外周部分５とから構成される２層構造である。

　内周部分４には、低体積抵抗率および高透磁率で、かつ高周波時の鉄損が大きい軟磁性材料が使用される。このような軟磁性材料であれば、特に材質は限定されないが、体積抵抗率が低く、かつ高透磁率で、飽和磁束密度も大きい材質である、鉄系焼結金属（例えば純鉄や低炭素鋼、ＳＫＤ１１等の鉄分を主成分とする金属）が好ましい。特に、低体積抵抗率で高透磁率となり易いことから、高純度の純鉄粉を圧縮成形し焼結させた焼結製純鉄がより好ましい。その場合、焼結製純鉄の密度が７．４ｇ／ｃｍ^３以上であるのが良い。また、軟磁性材料は、体積抵抗率が７．０×１０^－７Ω・ｍ以下で、かつ最大透磁率が２８００以上であるのが良い。

　外周部分５は、アモルファス粉末を用いた所謂ダストコアであり、絶縁被膜処理されたアモルファス合金粉末を圧縮成形したものを焼鈍して作られている。

　なお、磁心２は、この第３の実施形態のように内周部分４に前記材質の軟磁性材料を使用した構成に代えて、内外の材質を互いに逆に、つまり外周部分５に前記材質の軟磁性材料を用い、内周部分４に前記アモルファス合金粉製のダストコアを用いても良い。また、第２の実施形態に関して説明した図７Ａおよび７Ｂの磁心２のように全体を同じ材質とし、前述した低体積抵抗率、高透磁率で、かつ高周波時の鉄損が大きい軟磁性材料を用いても良い。

　前記コイル３の巻線３Ａ，３Ｂは、第１の実施形態に係るインダクタ１のコイル３と同様の特徴を有する。

　この第３の実施形態に係る限流回路用インダクタの特性を確かめるために、次の試験を行った。
（実施例３および比較例３）
　試験体には、第３の実施形態に含まれるインダクタの実施例３の試験体Ｌ３として、図１１に示す内周部分４が鉄系材料（ＳＫＤ１１）で、他の部分５がアモルファス合金粉末に樹脂バインダを用いて射出成形により成形したポット型コア（外径１２０ｍｍ、内径２８ｍｍ、高さ９３ｍｍ）である磁心を含むインダクタを用意した。また、比較例３となる試験体Ｌ３として、実施例３の試験体と同形同寸法で全体がアモルファスのポット型コアである磁心を含むインダクタを用意した。これらのコアに同じ仕様のコモンモードの空心コイルをセットしてそれぞれ試験体とした。前記比較例３には、図１１に示す内周部分４に磁気飽和し難い材料として、アモルファスのポット型コアを用いた。その上で、実施例３の試験体が比較例３の試験体よりも優れていることを確認した。

　試験回路としては、実施例１、比較例１および実施・比較例２で用いた図２の試験回路を用いた。

　図１２は、通電時における時間と前記各試験体Ｌ３の電流との関係を示すグラフである。磁心にアモルファス合金粉末を用いたダストコアのみを使用した限流回路用インダクタ（以下、「アモルファス系限流インダクタ」と称する）つまり比較例３の試験体Ｌ３は、電流が小さいときは大きな電流抑制効果が得られるが、電流が増加するのに伴い電流抑制効果が減少する。これに対し、図１１の内周部分が鉄系材料、他の部分がアモルファス系合金粉末を用いたダストコアを使用した限流回路用インダクタ（以下、一部純鉄系限流インダクタ）つまり実施例３の試験体Ｌ３は、低電流時に電流抑制効果が小さく、電流が増加するにつれ電流抑制効果が大きくなる。

　図１３および１４は、通電時における時間と前記各試験体Ｌ３のインピーダンスとの関係を示すグラフである。アモルファス系限流インダクタは、一部純鉄系限流インダクタに較べ通電直後は高いインピーダンスであるが、時間経過（電流の増加）に伴い逆転する。

　図１５は、通電時における時間と前記各試験体Ｌ３のインダクタンスとの関係を示すグラフである。アモルファス系限流インダクタは、通電直後は大きなインダクタンスであるが、時間経過（電流の増加）に伴いインダクタンスが減少する。これに対し、一部純鉄系限流インダクタは、通電直後の低電流時はインダクタンスが極めて小さく、時間経過に伴い電流値が大きくなるとインダクタンスが大きくなる。

　磁気飽和し難い磁心にアモルファス合金粉末を用いたダストコアのみを使用した限流回路用インダクタと比較しても、実施例３の限流回路用インダクタは、瞬時の大電流を通電時におけるインダクタンスの増大特性が優れている。

　このように、この第３の実施形態の限流回路用インダクタ１Ａは、磁心２の少なくとも一部に低体積抵抗率で、かつ高透磁率の軟磁性材料である焼結製純鉄を使用することで、磁心にフェライトを用いた従来の限流コイルとは逆の特性となり、電流が増加するにつれてインダクタンスが大きくなる。このため、対象とする電気回路と直列にこの第３の実施形態の限流回路用インダクタ１Ａを有する限流回路を設けることにより、瞬間的な電流ノイズが発生した場合に、対象とする電気回路に大電流が流れるのを制限することができる。

　また、焼結製純鉄は低体積抵抗率で高透磁率となり易いが、この限流回路用インダクタ１Ａは、低電流時はインダクタンスが極めて小さいという特性を持つ。したがって、通常の電流値では低インダクタンス部品として利用することができる。そのため、この第３の実施形態に係るインダクタは、異常時のみ機能することが望まれる限流回路用インダクタとして有利である。また、上記のように、この限流回路用インダクタ１は、低体積抵抗率で高透磁率となり易いため、小さな体格で大きなインダクタンスが得られる。

　なお、この第３の実施形態では、軟磁性材料は、体積抵抗率が７．０×１０^－７Ω・ｍ以下で、かつ最大透磁率が２８００以上であるため、小さな体格のインダクタで、大きなインダクタンスを得ることができる。なお、体積低効率および透磁率に対する限流効果の関係は、第１実施形態に関して示した表２の関係が当てはまる。

　他の試験例につき説明する。
（実施・比較例４）
　磁心２としては、上記実施・比較例２と同一のものを用い、上記実施・比較例２と同様に、磁路断面積／磁路長が、インピーダンスにどのような影響を与えるかにつき試験を行った。試験体の磁心２として、上記実施・比較例２と同一で、表３で示したサイズのものを用意した。これら磁心２に、バイファイラ巻線（２重巻線）を行い、上記実施・比較例２と同一で、表３で示した試験体Ｌ４（Ｎｏ．１～Ｎｏ．５）とした。

（削除）

　（試験方法）
　試験方法も、実施・比較例２と同一の方法であった。

　試験の結果を表５に示す。具体的には、形状係数αと、形状係数αに対するインピーダンスＺの比（以下、形状係数αとする）との関係を表５および図１６に示す。なお、形状係数αは、磁路長ｌに対する磁路断面積Ｓの比（磁路断面積Ｓ／磁路長ｌ）である。
　Ｚ／αは、形状係数αを加味したインピーダンスを示し、大きい値ほど理想状態に近く、効率の良いことを示す。ピーク電流の小さいものほど、電流と電圧より求めたインピーダンスが大きく、形状係数αが０．９以上のときに、効率よくインピーダンスが得られていた。

　上記試験の結果からわかるように、磁路断面積／磁路長に従ってインピーダンスが変わり、この比が０．９以上である場合に、効率良くインピーダンスが得られる。

　なお、上記各実施形態では、磁心２を、外周に巻線３Ａ，３Ｂを巻く円筒形としたが、磁心２は、コイル３の内周または外周のいずれか一方のみに設ける形状であっても良い。磁心２には、また、種々の形状を採用することができる。

　以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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。

１（１Ａ）　　　　限流回路用インダクタ
２　　　　　　　　磁心
３（３Ａ，３Ｂ）　コイル

Claims

　磁心と、コイルとを備え、限流回路に用いられるインダクタであって、
　前記磁心は、その少なくとも一部に、低体積抵抗率かつ高透磁率の軟磁性材料からなる部分を有する限流回路用インダクタ。
　請求項１に記載の限流回路用インダクタにおいて、
　前記コイルは、前記磁心に導線を互いに逆向きに巻いた少なくとも２個のコイルからなり、これら２個のコイルはコモンモードコイルとして用いられる、限流回路用インダクタ。
　請求項１または２に記載の限流回路用インダクタにおいて、前記磁心の全体が前記軟磁性材料である限流回路用インダクタ。
　請求項１ないし請求項３に記載の限流回路用インダクタにおいて、前記軟磁性材料が焼結製純鉄である限流回路用インダクタ。
　請求項４に記載の限流回路用インダクタにおいて、前記焼結製純鉄の密度が７．４×１０^３ｋｇ／ｍ^３以上である限流回路用インダクタ。
　請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の限流回路用インダクタにおいて、前記軟磁性材料は、体積抵抗率が７．０×１０^－７Ω・ｍ以下で、かつ最大透磁率が２８００以上である限流回路用インダクタ。
　請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の限流回路用インダクタにおいて、前記磁心の磁路断面積／磁路長の比が０．９以上である限流回路用インダクタ。