JP2015141975A

JP2015141975A - リアクトル

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Publication number: JP2015141975A
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Inventors: 朋史黒田; Tomofumi Kuroda; 優櫻井; Yu Sakurai; 秀幸伊藤; Hideyuki Ito
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Filing date: 2014-01-28
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Abstract

【課題】フェライトコアと軟磁性金属コアを組み合わせた複合磁心を用いたリアクトルにおいて、直流電流重畳下でのインダクタンスを改善したリアクトルを提供する。【解決手段】フェライトで構成された一対のヨーク部コアと、前記ヨーク部コアの対向する平面間に配置された巻回部コアと、前記巻回部コアの周囲に巻回されたコイルからなるリアクトルであって、前記巻回部コアはコア断面積が略一定である軟磁性金属コアで構成され、前記巻回部コアが前記ヨーク部コアと対向する間隙に板状の軟磁性金属圧粉コアで構成される接合部コアが配置され、前記接合部コアが前記ヨーク部コアに対向する部分の面積を前記巻回部コアの断面積の１．３〜４．０倍とすることにより、リアクトルの小型化を損なうことなく直流電流重畳下のインダクタンスを高めることができる。【選択図】図１

Description

本発明は電源回路や太陽光発電システムのパワーコンディショナなどに用いられるリアクトルに関し、特にインダクタンスの直流重畳特性の改善に関する。

従来のリアクトル用の磁心材料としては、積層電磁鋼板や軟磁性金属圧粉コアが用いられている。積層電磁鋼板は飽和磁束密度が高いものの、電源回路の駆動周波数が１０ｋHzを超えると鉄損が大きくなり、効率の低下を招くという問題があった。軟磁性金属圧粉コアは高周波の鉄損が積層電磁鋼板よりも小さいことから、駆動周波数の高周波化に伴い広く用いられるようになっているが、十分に低損失であるとは言い難く、また飽和磁束密度は電磁鋼板に及ばない、などの問題を有している。

一方、高周波損鉄損の小さい磁心材料としてフェライトコアが広く知られている。しかし、積層電磁鋼板や軟磁性金属圧粉コアに比較して飽和磁束密度が低いことから、大電流を印加した際の磁気飽和を避けるために、コア断面積を大きく取る設計が必要となることから、形状が大きくなってしまうという問題があった。

特許文献１では磁心材料として、コイル巻回部に軟磁性金属圧粉コアを、ヨーク部にフェライトコアを組み合わせた複合磁心を用いることにより、損失、サイズ、コア重量を低減したリアクトルが示されている。

特開２００７−１２８９５１号公報

フェライトコアと軟磁性金属コアを組み合わせた複合磁心とすることにより、高周波損失は低減する。しかし、軟磁性金属コアとして、飽和磁束密度の高いＦｅ圧粉磁心やＦｅＳｉ合金圧粉磁心を使用した場合、それらをフェライトコアと組み合わせて用いた複合磁心のインダクタンスの直流重畳特性は、軟磁性金属コアだけを用いた場合に比べて劣るという問題があった。特許文献１にも記載の通り、フェライトコアの飽和磁束密度は軟磁性金属コアよりも低いことから、フェライトコアのコア断面積を大きくすることで一定の改善効果は見られるが、根本的な解決は得られていない。

図４〜図５は従来の形態の一例を示す。フェライトコアと軟磁性金属コアを組み合わせた複合磁心におけるインダクタンスの直流重畳特性の低下の原因の考察を図４〜図５を用いて説明する。図４〜図５はフェライトコア２１と軟磁性金属コア２２の接合部の構造と磁束２３の流れを模式的に表したものである。

図中の矢印は磁束２３を表し、軟磁性金属コア２２の磁束２３がフェライトコア２１の磁束２３と等しい場合にはそれぞれのコアの中での矢印の数は同数で表される。単位面積あたりの磁束２３が磁束密度であることから、矢印の間隔が狭いほど磁束密度が高いことを表す。

フェライトコア２１は軟磁性金属コア２２に比べて飽和磁束密度が低いことから、フェライトコア中で大きな磁束を流すために、フェライトコア２１の磁束方向に直交する断面積は軟磁性金属コア２２の磁束方向に直交する断面積よりも大きく設定している。軟磁性金属コアの端部はフェライトコアと接合しており、軟磁性金属コア２２とフェライトコア２１の対向する部分の面積は、軟磁性金属コア２２の断面積に等しい。

図４はコイルに流れる電流が小さい場合、すなわち巻回部の軟磁性金属コアに励磁される磁束２３が小さい場合を示している。軟磁性金属コア２２の磁束密度がフェライトコア２１の飽和磁束密度に比べて小さいため、軟磁性金属コア２２から流出する磁束２３がそのままフェライトコア２１に流入することができ、磁束２３の漏れはない。コイルに流れる電流が小さい場合には、インダクタンスの低下は小さく抑えられる。

図５はコイルに流れる電流が大きい場合、すなわち巻回部コアに励磁される磁束が大きい場合を示している。軟磁性金属コア２２の磁束密度がフェライトコア２１の飽和磁束密度に比べて大きくなると、軟磁性金属コア２２から流出する磁束２３が接合部を介してそのままフェライトコア２１に流入することができず、破線矢印で示すように周囲の空間を介して磁束２３が流れることになる。すなわち比透磁率が１の空間を磁束２３が流れるため、実効透磁率が低下し、インダクタンスが急激に低下してしまう。つまり、軟磁性金属コア２２の磁束密度がフェライトコア２１の飽和磁束密度に比べて大きくなるような大きな電流を重畳した場合には、インダクタンスが低下してしまうという問題がある。また、磁束２３の漏れが発生するため、その磁束とコイルの鎖交によって銅損が増大するという問題もある。

このように従来の技術では、フェライトコアと軟磁性金属コアの断面積だけを考慮していたため、接合部における磁気飽和の問題が見過ごされ、インダクタンスの直流重畳特性が不十分であった。

本発明では、上記の問題を解決するために案出されたものであって、フェライトコアと軟磁性金属コアを組み合わせた複合磁心を用いたリアクトルにおいて、インダクタンスの直流重畳特性を改善することを課題とする。

本発明のリアクトルは、フェライトで構成された一対のヨーク部コアと、前記ヨーク部コアの対向する平面間に配置された巻回部コアと、前記巻回部コアの周囲に巻回されたコイルからなるリアクトルであって、前記巻回部コアはコア断面積が略一定である軟磁性金属コアで構成され、前記巻回部コアが前記ヨーク部コアと対向する間隙に板状の軟磁性金属圧粉コアからなる接合部コアが配置され、前記接合部コアが前記ヨーク部コアと対向する部分の面積を前記巻回部コアの断面積の１．３〜４．０倍とする。こうすることにより、フェライトコアと軟磁性金属コアを組み合わせて用いる複合磁心のリアクトルにおいて、インダクタンスの直流重畳特性を改善することができる。

また、本発明のリアクトルは、ヨーク部コアと接合部コアとが対向する間隙、あるいは、巻回部コアと接合部コアとが対向する間隙にギャップを設けることが好ましい。こうすることにより透磁率の調整ができ、リアクトルのインダクタンスを任意のインダクタンスに調整することが容易にできる。

本発明によれば、フェライトコアと軟磁性金属コアを組み合わせて用いる複合磁心のリアクトルにおいて、インダクタンスの直流重畳特性を改善することができる。

図１（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るリアクトルの構造を示す断面図である。図２（ａ）（ｂ）は、本発明の別の実施形態に係るリアクトルの構造を示す断面図である。図３（ａ）（ｂ）は、従来例に係るリアクトルの構造を示す断面図である。図４は、従来例に係るフェライトコアと軟磁性金属コアの接合部の構造と磁束の流れを模式的に表した図である。図５は、従来例に係るフェライトコアと軟磁性金属コアの接合部の構造と磁束の流れを模式的に表した図である。図６は、本発明の一実施形態に係るフェライトコアと軟磁性金属コアの接合部の構造と磁束の流れを模式的に表した図である。

本発明は、フェライトコアと軟磁性金属コアを組み合わせた複合磁心において、フェライトコアと軟磁性金属コアの間で磁束が流出あるいは流入する面におけるフェライトの磁気飽和を防止することで、直流電流重畳下でのインダクタンスを向上させることを可能にしたものである。本発明による、インダクタンスの直流重畳特性の改善効果について、図６を用いて説明する。

図６は、フェライトコア２１と軟磁性金属コア２２との間に板状の軟磁性金属圧粉コアからなる接合部コア２４が挿入されており、接合部コア２４の磁束に直交する断面積は軟磁性金属コア２２のコア断面積よりも大きいことが特徴である。

断面積の大きな接合部コア２４を挿入したことにより、軟磁性金属コア２２の磁束密度に対して、接合部コア２４の磁束密度を小さくすることができる。コイルに流れる電流が大きい場合であっても、接合部コア２４で磁束密度を低減することにより、軟磁性金属コア２２から流出する磁束２３を、周囲に漏らすことなくフェライトコア２１に流入させることができ、実効透磁率の低下を抑制することができる。その結果、直流重畳下でも高いインダクタンスを得ることが可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を説明する。

図１は、リアクトル１０の構造を示す図である。図１の（ａ）をＡ−Ａ´で切った断面図を図１の（ｂ）に示す。リアクトル１０は２個の対向するヨーク部コア１１とそのヨーク部コア１１の間に配置された巻回部コア１２と巻回部コア１２に巻き回されたコイル１３とを有し、さらにヨーク部コア１１と巻回部コア１２の間隙に接合部コア１４が配置される。コイル１３は巻回部コア１２に直接巻回された形態であっても、ボビンに巻回された形態であってもよい。

ヨーク部コア１１にはフェライトコアを使用する。フェライトコアは、軟磁性金属コアに比べて、損失が非常に小さいが、飽和磁束密度が低い。ヨーク部コア１１にはコイル１３が巻回されないことから、幅や厚みを大きくしてもコイル１３の寸法には影響がない。よってヨーク部コア１１の断面積を大きくすることで、飽和磁束密度の低さを補うことができる。ヨーク部コア１１の断面積は磁束の方向に対して直交する断面積であり、幅ｘ厚さが断面積に相当する。フェライトコアは軟磁性金属コアに比べて成形が容易であることから、コア断面積の大きなコアも製造が容易である。フェライトコアはＭｎＺｎ系フェライトを使用することが好ましい。ＭｎＺｎ系フェライトは他のフェライトに比べて損失が小さく、飽和磁束密度も高いため、コアの小型化に有利となる。

巻回部コア１２は軟磁性金属コアを使用する。軟磁性金属コアは、鉄圧粉コアやＦｅＳｉ合金圧粉コア、積層電磁鋼板、アモルファスコアを使用することが好ましい。これらの軟磁性金属コアはフェライトコアに比べて飽和磁束密度が高いため、コア断面積を小さくすることができ、小型化に有利となる。巻回部コア１２のコア断面積は磁束方向に略同一である。そうすることにより、巻回部コア１２の均等な励磁が可能となる。磁束方向とはコイル１３の作る磁界の方向と同義であり、コイル１３の軸方向に相当する。

接合部コア１４は板状の軟磁性金属圧粉コアを使用する。接合部コア１４は巻回部コア１２と同種のコアである必要はない。軟磁性金属圧粉コアは鉄圧粉コアやＦｅＳｉ合金圧粉コアを使用することが好ましい。鉄圧粉コアやＦｅＳｉ合金圧粉コアは飽和磁束密度が高いことから、磁束の流れを改善する効果が十分に得られる。また、軟磁性金属圧粉コアは電気抵抗が比較的高いことから、板状のコアの面内に渦電流が流れにくいため、損失が増大することもない。特に、板状のコアを比較的低い圧力でも成形できることから、軟磁性金属圧粉コアは鉄圧粉コアを用いることが好ましい。

接合部コア１４の面積は、巻回部コア１２のコア断面積の１．３〜４．０倍とする。接合部コア１４の面積がこれより小さい場合には、巻回部コア１２から流出する磁束の磁束密度を低減する効果が十分に得られず、直流電流重畳下でのインダクタンスが低下してしまう。接合部コア１４の面積がこれより大きい場合には、対向するヨーク部コア１１を大きくする必要があり、小型化の効果が得られなくなる。

接合部コア１４の厚みは０．５ｍｍ以上とするのが好ましい。接合部コア１４の厚みが０．５ｍｍより小さい場合には、巻回部コア１２から流出する磁束の磁束密度を低減する効果が十分に得られず、直流電流重畳下でのインダクタンスが低下してしまう。接合部コア１４の厚みが厚い場合にはインダクタンスの改善効果は十分に得られるが、厚くなりすぎると小型化の効果が小さくなる。また、板状の軟磁性金属圧粉コアの厚みが１．０ｍｍよりも薄くなると、成形が難しく、取り扱い時の割れも発生しやすいことから、厚みは１．０〜２．０ｍｍ程度とするのが適当である。

対向するヨーク部コア１１の間に配置される巻回部コア１２は少なくとも１組以上あればよい。小型化設計の観点から巻回部コア１２は１組もしくは２組であることが好ましい。

巻回部コア１２の組数に応じて、ヨーク部コア１１と巻回部コア１２の対向する部分の数が変化するが、その全ての箇所において前述の接合部コア１４を挿入した場合に、最もインダクタンスの改善効果が得られる。

１組の巻回部コア１２は１個の軟磁性金属コアで形成しても、２個以上に分割して形成してもよい。

ヨーク部コア１１と巻回部コア１２で形成される磁気回路の途中に、透磁率調整のためのギャップ１５を設けてもよい。ギャップ１５の有無にかかわらず、本発明によるインダクタンスの改善効果は同様に得られ、ギャップ１５を使用することでリアクトル１０を任意のインダクタンスに設計するための自由度を増すことができる。ギャップ１５を入れる位置は特に限定されないが、作業性の観点から、ヨーク部コア１１と接合部コア１４の間隙、もしくは、巻回部コア１２と接合部コア１４の間隙に挿入されるのが好ましい。ギャップ１５は巻回部コアの透磁率よりも低い透磁率を有する材料で形成すればよく、樹脂材料やセラミクス材料などの非磁性かつ絶縁性材料などを用いるのが好適である。

図２は、本発明の別の実施形態に係るリアクトルの構造を示す断面図である。図２の（ａ）をＢ−Ｂ´で切った断面図を図２の（ｂ）に示す。ヨーク部コア１１はコの字状のフェライトコアであり、背面部とその両端に脚部を備えている。巻回部コア１２は軟磁性金属コアであり、図２のようにロの字状の磁気回路を形成するようにコの字状のヨーク部コア１１を対向させ、ヨーク部コア１１の中央部に、１組の巻回部コア１２を配置し、ヨーク部コア１１と巻回部コア１２の対向する２箇所の間隙に接合部コア１４を配置する。接合部コアの面積は巻回部コアのコア断面積の１．３〜４．０倍である。巻回部コア１２に所定ターン数のコイル１３を巻回してリアクトル１０となる。図２の実施形態は、ヨーク部コア１１の形状以外は図１の実施形態と大略同様である。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

＜実施例１＞
図１の形態において、接合部コア１４の形状（面積と厚み）およびギャップ１５の有無を変化させて特性を比較した。

（実施例１−１〜１−５、比較例１−１〜１−２）
ヨーク部コアには直方体のＭｎＺｎフェライトコア（ＴＤＫ製ＰＥ２２材）を使用し、その寸法を長さ８０ｍｍ、幅４５ｍｍ、厚さ２０ｍｍとしたものを２個用意した。

巻回部コアには鉄圧粉コアを使用した。鉄圧粉コアの寸法は高さ２５ｍｍ、巻回部の直径が２４ｍｍとした。鉄粉はヘガネスＡＢ社製Ｓｏｍａｌｏｙ１１０ｉを使用し、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を塗布した金型に充填し、成形圧７８０ＭＰａで加圧成形して、所定形状の成形体を得た。成形体を５００℃でアニールを行い、鉄圧粉コアを得た。得られた２個の鉄圧粉コアを接着して１組の巻回部コアとしたものを２組用意した。

接合部コアには板状の鉄圧粉コアを使用した。接合部コアは表1に示した形状（面積および厚み）とし、４枚の接合部コアを用意した。厚みに対して面積が大きなコアは、成形時の粉末充填が不均一となるため、実施例１−４と１−５については面積が半分のコアを２枚、接着剤で貼り合わせることにより表１の形状寸法に作製した。接合部コアに使用した鉄圧粉コアも形状以外は巻回部コアに使用した鉄圧粉コアと同様に作製した。

２個の対向するヨーク部コアの間に、２組の巻回部コアを配置し、ヨーク部コアと巻回部コアが対向する４箇所の間隙に接合部コアを配置した。接合部コアの面積が巻回部コアのコア断面積よりも大きい場合には、巻回部コアの端部全体が接合部コアに対向するように接合部コアを配置した。接合部コアとヨーク部コアが対向する部分は、接合部コアの面積全体がヨーク部コアに対向するように、接合部コアを配置した。

巻回部コアの巻回部に巻数４４ターンのコイルを巻回してリアクトル（実施例１−１〜１−５、比較例１−１〜１−２）とした。

（比較例１−３）
また、図３の形態において、ヨーク部コアと巻回部コアとの間隙に接合部コアを配置しない従来の構造での特性を評価した。なお、図３の（ｂ）は、図３の（ａ）をＣ−Ｃ´で切った断面図である。ヨーク部コアと巻回部コアとの間隙に接合部コアを配置しないこと以外は比較例１−２と同じ形態でリアクトル（比較例１−３）を作製した。

（比較例１−４）
図１の形態において、接合部コアとして積層電磁鋼板を使用した場合の特性を評価した。積層電磁鋼板は厚さ０．１ｍｍの無方向性電磁鋼板を３０ｍｍｘ３０ｍｍの寸法に切断し、それを１０枚積層することで1個の接合部コアとした。接合部コアの材質以外は実施例１−３と同じ形態でリアクトル（比較例１−４）を作製した。

得られたリアクトル（実施例１−１〜１−５、比較例１−１〜１−４）について、インダクタンスと高周波鉄損の評価を行った。

ＬＣＲメータ（アジレント・テクノロジー社製４２８４Ａ）と直流バイアス電源（アジレント・テクノロジー社製４２８４１Ａ）を用いて、インダクタンスの直流重畳特性を測定した。必要に応じて直流電流を印加しない状態の初期インダクタンスが６００μＨとなるように、実施例１−２および１−４では、ヨーク部コアと接合部コアの間の４箇所にギャップ材を挿入した。ギャップ材は厚さ０．１５ｍｍのＰＥＴフィルムを一辺４０ｍｍの四角形に切断したものを用いた。直流重畳特性は定格電流２０Ａのときのインダクタンスを測定した。ギャップ材の厚みおよび、直流重畳特性を表１に示した。

ＢＨアナライザ（岩通計測社製ＳＹ−８２５８）を用いて、高周波の鉄損を測定した。コアロスの測定条件は、ｆ＝２０ｋＨｚ、Ｂｍ＝５０ｍＴとした。励磁コイルは２５ターン、サーチコイルは５ターンとして、片方の巻回部コアに巻回して測定を行った。鉄損の測定結果を表１に示した。

表１から明らかなように、従来の構造の比較例１−３においては、直流重畳電流２０Ａにおけるインダクタンスが初期インダクタンス（６００μＨ）よりも４０％近く低下し、３７０μＨの低いインダクタンスしか得られない。比較例１−１〜１−２においては接合部コアを配置しているが、接合部コアの面積が、巻回部コアのコア断面積の１．３倍よりも小さいため、直流重畳下（直流重畳電流２０Ａ）でのインダクタンスが低下し、初期インダクタンス（６００μＨ）に対し３０％以上低下している。実施例１−１〜１−５のリアクトルでは接合部コアを配置し、その接合部コアの面積が１．３〜４．０の範囲にあることから、直流重畳電流２０Ａにおけるインダクタンスの改善効果が十分であり、インダクタンス値は５００μＨ以上得られ、初期インダクタンスの３０％以内の低下に抑えられている。また、高周波鉄損の増大も見られないことも確認された。

比較例１−４は接合部コアの材質が積層電磁鋼板の場合である。比較例１−４ではギャップを挿入していないにもかかわらず、初期インダクタンスが２７０μＨしか得られず、設計値の６００μＨに到達していない。また、比較例１−４の高周波鉄損は、実施例１−３の高周波鉄損の約１０倍に増大している。積層電磁鋼板で板状コアを作製することは比較的容易であるが、鋼板の面内方向では電気抵抗が低いという問題がある。高周波では磁束に垂直な面内に非常に大きな渦電流が流れるため、その渦電流によってインダクタンスが低下し、損失も増大する。これに対して実施例１−３は鉄圧粉コアで同形状の接合部コアとした場合であるが、直流重畳電流２０Ａにおけるインダクタンス値は５００μＨ以上得られ、初期インダクタンスの３０％以内の低下に抑えられており、高周波鉄損の増大も見られない。よって接合部コアには、電気抵抗が等方的に比較的高い軟磁性金属圧粉コアを用いることが必要である。

実施例１−１は接合部コアの形状が円板の場合、実施例１−２〜１−５は接合部コアの形状が角板の場合である。いずれの場合においても直流重畳下のインダクタンスは５００μＨ以上得られ、初期インダクタンス（６００μＨ）の３０％以内の低下に抑えられている。接合部コアの形状によらず、インダクタンスの改善効果が得られることが確認できる。

実施例１−３および１−５は接合部コアの厚みが１．０ｍｍの角板の場合、実施例１−２および１−４は接合部コアの厚みが２．０ｍｍの角板の場合である。いずれの場合においても直流重畳下のインダクタンスは５００μＨ以上得られ、初期インダクタンス（６００μＨ）の３０％以内の低下に抑えられている。接合部コアの厚みによらず、インダクタンスの改善効果が得られることが確認できる。

実施例１−４の接合部コア（３５ｍｍｘ４０ｍｍ）は、２枚の板状コア（３５ｍｍｘ２０ｍｍ）を、接着剤で貼り合わせて構成したものである。このような場合でも直流重畳下のインダクタンスは５００μＨ以上得られ、初期インダクタンス（６００μＨ）の３０％以内の低下に抑えられている。よって、接合部コアは小さな面積の板状コアを２枚以上貼り合わせて所定の面積の板状コアとしてもよい。

実施例１−５の接合部コア（一辺４０ｍｍ）をヨーク部コアに対向して配置した場合には、ヨーク部コアの長さが８０ｍｍであるため、２個の接合部コア同士が接触するような配置となる。このような場合でも直流重畳下のインダクタンスは５００μＨ以上得られ、初期インダクタンス（６００μＨ）の３０％以内の低下に抑えられている。よって、接合部コア同士が接触するような配置であってもよい。

なお、接合部コアの面積が巻回部コアのコア断面積の４．０倍を超える場合には接合部コアの面積が１８１０ｍｍ^２を超える。２個合わせると３６２０ｍｍ^２を超えるため、ヨーク部コアの底面積３６００ｍｍ^２（＝長さ８０ｍｍ×幅４５ｍｍ）よりも大きくなってしまうことから、ヨーク部コアを大きくしなければ組立できず、小型化の要求を満たしえなくなる。

実施例１−２および１−４はヨーク部コアと接合部コアの間にギャップ（ギャップ量０．１５ｍｍ）を挿入した場合、実施例１−３および１−５はギャップを挿入しない場合である。いずれの場合においてもインダクタンスは５００μＨ以上得られ、初期インダクタンス（６００μＨ）の３０％以内の低下に抑えられている。よって、ヨーク部コアと接合部コアとの間隙にギャップを設けることで、インダクタンスの改善効果を損なうことなく、容易に初期インダクタンスを調整することができる。

＜実施例２＞
図２の形態において、接合部コア１４の有無による特性の比較を行った。

（実施例２−１）
ヨーク部コア１１はコの字状のＭｎＺｎフェライトコア（ＴＤＫ製ＰＣ９０材）であり、背面部は長さ８０ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍとし、脚部は長さ１４ｍｍ、幅６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍとした。

巻回部コアにはＦｅＳｉ合金圧粉コアを使用した。ＦｅＳｉ合金粉の組成はＦｅ−４．５％Ｓｉとし、水アトマイズ法にて合金粉を作製し、篩い分けによって粒子径を調整して、平均粒径を５０μｍとした。得られたＦｅＳｉ合金粉にシリコーン樹脂を２質量％添加し、これを加圧ニーダーにて室温で３０分間混合し、軟磁性粉末表面に樹脂をコーティングした。得られた混合物を目開き３５５μｍのメッシュにて整粒し、顆粒を得た。潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を塗布した金型に充填し、成形圧９８０ＭＰａで加圧成形して高さ２４ｍｍ、直径２４ｍｍの成形体を得た。これを７００℃、窒素雰囲気でアニールを行い、得られたＦｅＳｉ合金圧粉コアを２個接着して１組の巻回部コアとした。

接合部コアには鉄圧粉コアを使用した。形状は面積９００ｍｍ^２（３０ｍｍｘ３０ｍｍ）、厚さ１ｍｍの角板とした。鉄圧粉コアの作製方法は実施例１と同様である。

図２のようにロの字状の磁気回路を形成するように対向させたヨーク部コアの中央部に、１組の巻回部コアを配置し、ヨーク部コアと巻回部コアが対向する２箇所の間隙に接合部コアを配置した。巻回部コアの端部全体が接合部コアに対向するように接合部コアを配置した。接合部コアの面積全体がヨーク部コアに対向するように、接合部コアを配置した。巻回部コアに巻数３８ターンのコイルを巻回してリアクトル（実施例２−１）とした。

（比較例２−１）
接合部コアを配置しないこと以外は実施例２−１と同様の形態でリアクトル（比較例２−１）を作製した。

得られたリアクトル（実施例２−１、比較例２−１）について、インダクタンスと高周波鉄損の評価を行った。

実施例１と同様にインダクタンスの直流重畳特性を測定した。直流電流を印加しない状態の初期インダクタンスが５７０μＨとなるように、実施例２−１の場合は接合部コアと巻回部コアの間の２箇所に、比較例２−１の場合はヨーク部コアと巻回部コアの間の２箇所に、ギャップ材を挿入した。ギャップ材は厚さ０．１ｍｍのＰＥＴフィルムを重ねて用いた。ギャップ材を挿入するにあたっては、対向するフェライトコアの脚部の間隙がなくなるように、脚部の高さを研削で調整した。直流重畳特性は定格電流２０Ａのときのインダクタンスを測定し、表２に示した。

実施例１と同様に高周波の鉄損を測定した。コアロスの測定条件は、ｆ＝２０ｋＨｚ、Ｂｍ＝５０ｍＴとした。励磁コイルは２５ターン、サーチコイルは５ターンとして、巻回部コアに巻回して測定を行った。鉄損の測定結果を表２に示した。

表２から明らかなように比較例２−１のリアクトルでは直流重畳電流２０Ａにおけるインダクタンスが、初期インダクタンス（５７０μＨ）から５０％以上低下し、２８０μＨの低いインダクタンスしか得られていない。一方、実施例２−１のリアクトルでは直流重畳電流２０Ａにおけるインダクタンスが４９０μＨとなり、初期インダクタンス（５７０μＨ）からの低下率は３０％以内に抑えられている。また、高周波鉄損の増大も見られないことも確認された。

面積比が同等となる（Ｓ２／Ｓ１＝１．９９）実施例１−３と実施例２−１を比較すると実施例２−１では高周波損失の低減が認められる。図２の形態のように、巻回部コアを１組で構成する場合には、複合磁心の磁路に占めるフェライトコアの割合が大きくなるため、フェライトの低損失を活かして損失を低減することが可能となる。

実施例２−１は巻回部コアと接合部コアの間にギャップ（ギャップ量０．５ｍｍ）を挿入した場合である。直流電流重畳下のインダクタンスは、初期インダクタンス（６００μＨ）の３０％以内の低下に抑えられている。よって、巻回部コアと接合部コアとの間隙にギャップを設けることで、インダクタンスの改善効果を損なうことなく、容易に初期インダクタンスを調整することができる。

以上説明した通り、本発明のリアクトルは、損失を低減するとともに直流電流重畳下でも高いインダクタンスを有することから、高効率化および小型化を実現できるので、電源回路やパワーコンディショナなどの電気・磁気デバイス等に広く且つ有効に利用可能である。

１０：リアクトル
１１：ヨーク部コア
１２：巻回部コア
１３：コイル
１４：接合部コア
１５：ギャップ
２１：フェライトコア
２２：軟磁性金属コア
２３：磁束
２４：接合部コア

Claims

フェライトで構成された一対のヨーク部コアと、前記ヨーク部コアの対向する平面間に配置された巻回部コアと、前記巻回部コアの周囲に巻回されたコイルからなるリアクトルであって、
前記巻回部コアはコア断面積が略一定である軟磁性金属コアで構成され、
前記巻回部コアが前記ヨーク部コアと対向する間隙に板状の軟磁性金属圧粉コアで構成される接合部コアが配置され、
前記接合部コアが前記ヨーク部コアに対向する部分の面積を前記巻回部コアの断面積の１．３〜４．０倍としたことを特徴とするリアクトル。
前記ヨーク部コアと前記接合部コアとが対向する間隙にギャップを設けたことを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
前記巻回部コアと前記接合部コアとが対向する間隙にギャップを設けたことを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。