JPWO2012111153A1

JPWO2012111153A1 - リアクトル

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Publication number: JPWO2012111153A1
Application number: JP2012557763A
Authority: JP
Inventors: 伸樹篠原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2031-02-18
Also published as: EP2677525A4; CN103370753B; US20130320757A1; WO2012111153A1; CN103370753A; JP5605442B2; EP2677525A1; US9082542B2

Abstract

ＨＶ車等の電動車両に特有の仕様を確保しながらコスト低減を図ることができるリアクトルを提供する。ＨＶ車用のリアクトルは、Ｆｅ−Ｓｉ系磁性粉末により一体成形された一対の略Ｕ字状のコア部材５６が、各コア部材５６の２つの脚部５８をそれぞれギャップＧ１を介して突き合わせて環状に構成されるリアクトルコア５２と、ギャップＧ１を介して対向配置される各コア部材５６の脚部５８の周囲に巻装されるコイル５４とを含む。

Description

本発明は、リアクトルに係り、特に、動力出力源である回転電機と、この回転電機に駆動電力を供給する電源と、この電源から供給される直流電圧を変換して回転電機へ出力するコンバータとを備える電動車両において上記コンバータに用いられるリアクトルに関する。

従来、エンジンおよびモータを動力源として搭載したハイブリッド車両（以下、ＨＶ車ともいう）が知られている。ＨＶ車は充放電可能な二次電池等の直流電源を備えており、この直流電源から供給される電力によって上記モータを駆動する。この場合、車両の走行性能を向上させるために、直流電源からの直流電圧を昇圧してモータへ供給するための昇圧装置として、昇圧コンバータが用いられることがある。

ＨＶ車用の昇圧コンバータは、一般に、リアクトルと、例えばＩＧＢＴ等の電力用スイッチング素子とを含む。リアクトルは、磁性材からなる複数のコア部材がギャップを介して環状に連なって配置されるリアクトルコアと、コア部材の周囲に巻装されるコイルとを有する。このように構成されるリアクトルでは、スイッチング素子を高速周期でオンオフ制御することにより、直流電源から供給される電気エネルギーがリアクトルコアに磁気エネルギーとして一時的に蓄えられて放出するチョッパ昇圧動作が行われるようになっている。

上記のようなリアクトルに関連する先行技術文献として、例えば特開２００６−２３７０３０号公報（以下、特許文献１という）には、全領域に亘って磁路方向に沿った磁化容易軸を有すると共に、鉄心片を直線領域毎に分割することなく、必要最小限の数の鉄心片から構成することを課題とした鉄心が開示されている。この鉄心は、磁路に沿って磁化容易軸を有する一対のＵ字状の鉄心片から構成され、各鉄心片は、複数枚の方向性電磁鋼板を磁化容易軸とは直交する方向に積層して構成されている。鉄心片は、磁化容易軸方向に連続する３つの鉄心部からなり、隣接する２つの鉄心部は、Ｕ字状磁路の外周側の端部に設けられた連結部にて互いに連結されると共に、両鉄心部の磁化容易軸方向の端部に磁化容易軸とは交差して形成された端面どうしが互いに突き合わされて、両鉄心部の磁化容易軸が前記磁路に沿って連続している。

また、別の先行技術文献として特開２００９−７１２４８号公報（以下、特許文献２という）には、フェライト材磁心と圧粉磁心とを組み合わせた複合磁心リアクトルの磁心構成を最良とし、リアクトル銅損を低減することを課題とするリアクトルが開示されている。このリアクトルは、フェライト材で構成された２つの対向する磁心継部と、上記磁心継部の間に配置された、軟磁性粉末と樹脂からなる圧粉体で構成された複数の磁心脚部と、上記磁心脚部の周囲に巻かれたコイルからなる環状のリアクトルであって、上記磁心脚部はギャップを介して併設される複数のブロックからなり、かつ、上記ギャップが前記コイルの内部になるように配置されることを特徴としている。

特開２００６−２３７０３０号公報特開２００９−７１２４８号公報

上記特許文献１の鉄心では、鉄心片が電磁鋼板を積層して形成されるものであるため、材料および加工に要するコストが高くなるという不都合がある。このことは、フェライト材磁心および圧粉磁心という異なる材料からなる磁心を組み合わせて構成される上記特許文献２の複合磁心リアクトルについても同様である。

その一方、ＨＶ車等の電動車両に搭載される昇圧コンバータのリアクトルでは、コスト低減を図るだけでは不十分であって、車両走行性能等の観点から求められる特有の仕様を確保することが求められる。

本発明の目的は、ＨＶ車等の電動車両に特有の仕様を確保しながらコスト低減を図ることができるリアクトルを提供することにある。

本発明に係るリアクトルは、動力出力源である回転電機と、前記回転電機に駆動電力を供給する電源と、前記電源から供給される直流電圧を変換して前記回転電機へ出力するコンバータとを備える電動車両において前記コンバータに用いられるリアクトルであって、Ｆｅ−Ｓｉ系磁性粉末により一体成形された一対の略Ｕ字状のコア部材が、各コア部材の２つの脚部をそれぞれギャップを介して突き合わせて環状に構成されるリアクトルコアと、前記ギャップを介して対向配置される前記各コア部材の脚部の周囲に巻装されるコイルと、を含むものである。

本発明に係るリアクトルにおいて、前記ギャップの長さが２〜３ｍｍで前記リアクトルコアに含まれる２つのギャップの合計長が６ｍｍ以下、前記コア部材の断面積が４００〜２０００ｍｍ²、および、前記コイルのターン数が２０〜６０回であることが好ましい。

また、本発明に係るリアクトルにおいて、前記コア部材は矩形状の断面形状および脚部端面形状を有しており、前記環状をなすリアクトルコアの外周に面する前記脚部の外周側面と前記コイルの内周部との間の距離が、前記リアクトルコアの内周に面する前記脚部の内周側面と前記コイルの内周部との間の距離よりも大きく設定されていてもよい。

また、本発明に係るリアクトルにおいて、前記コア部材は矩形状の断面形状および脚部端面形状を有しており、前記コア部材の脚部間のギャップが前記脚部の内周側面および外周側面に接近する位置ほど大きくなるように、前記脚部の端面と内外周側面とによって規定される辺部が角落とし処理されていてもよい。

さらに、本発明に係るリアクトルにおいて、前記コア部材は、上下面を水平に配置したとき縦長の長方形をなす一様な縦断面を有しており、前記脚部の突出長さが前記長方形の縦方向長さよりも短く形成されていてもよい。

本発明に係るリアクトルによれば、Ｆｅ−Ｓｉ系磁性粉末により一体成形された一対の略Ｕ字状のコア部材が２つのギャップを介して突き合わせて環状に構成されるリアクトルコアと、ギャップを介して対向配置される各コア部材の脚部の周囲に巻装されるコイルとを含んで構成されることで、例えばＨＶ車等の電動車両に特有の仕様を確保しながら電磁鋼板積層鉄心や複合磁心リアクトルに比べて材料および加工に要するコストを低減できる。

ＨＶ車の概略構成図である。図１中の昇圧コンバータを示す回路図である。本発明の一実施形態であるリアクトルのコアを示す斜視図である。本実施形態のリアクトルの横断面を示す図である。本実施形態のリアクトルの縦断面を示す図である。本実施形態のリアクトルを構成するコイルの斜視図である。従来例のリアクトルのコアを示す斜視図である。従来例のリアクトルの横断面を示す図である。従来例のリアクトルの縦断面を示す図である。Ｆｅ−Ｓｉ系圧粉磁心からなる本実施形態のリアクトルと、電磁鋼板積層磁心からなる図７−９に示す従来例のリアクトルとについて、磁場と磁束密度の関係を示すグラフである。本実施形態のリアクトルコアにおけるコア損失を説明するための図である。コア部材とコイルとの間隔を外周側で広く形成したリアクトルの一部横断面を示す図である。コア部材の脚部について角落とし処理を施したリアクトルの一部横断面を示す図である。

以下に、本発明に係る実施の形態（以下、実施形態という）について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

以下では、１台でモータ機能と発電機機能とを有するモータ・ジェネレータ（回転電機）が２台搭載されているハイブリッド車両について説明するが、これは例示であって、モータ機能のみを有するモータを１台、発電機機能のみを有するモータを１台用いるものとしてもよいし、あるいは、モータ・ジェネレータを１台のみ又は３台以上用いるものとしてもよい。また、以下ではエンジンおよびモータを動力出力源として搭載したハイブリッド車両を例に説明するが、本発明はモータのみを動力出力源とする電気自動車等の電動車両に適用されてもよい。

図１は、本実施形態のリアクトル５０が用いられた昇圧コンバータ（以下、適宜にコンバータとだけいう）３５を搭載したハイブリッド車両１０の概略構成図である。図２は、コンバータ３５の回路構成を示す図である。図１中、動力伝達系は丸棒状の軸要素として図示され、電力系は実線で図示され、信号系は破線で図示されている。

図１に示すように、ハイブリッド車両１０は、走行用動力源としてのエンジン１２と、別の走行用動力源であるモータ（図１中「ＭＧ２」と表示）１４と、エンジン１２の出力軸１８が連結される動力分配機構２０を介して回転軸２２が接続されるモータ（図１中「ＭＧ１」と表示）２４と、各モータ１４，２４に駆動電力を供給可能なバッテリ（電源）１６と、上記エンジン１２およびモータ１４，２４の各作動を統括的に制御するとともに、バッテリ１６の充放電を制御する制御装置１００とを備える。

エンジン１２は、ガソリンや軽油等を燃料とする内燃機関であり、制御装置１００からの指令に基づいてクラッキング、スロットル開度、燃料噴射量、点火タイミング等が制御されて、エンジン１２の始動、運転、停止等が制御される。

エンジン１２から動力分配機構２０へと延伸する出力軸１８の近傍にはエンジン回転数Ｎｅを検出する回転数センサ２８が設けられている。また、エンジン１２には、エンジン冷却媒体である冷却水の温度Ｔｗを検出する温度センサ１３が設けられている。回転数センサ２８および温度センサ１３による各検出値は、制御装置１００に送信されるようになっている。

動力分配機構２０は、例えば遊星歯車機構によって好適に構成されることができる。エンジン１２から出力軸１８を介して動力分配機構２０に入力された動力は、変速機３０および車軸３２を介して駆動輪３４に伝達されて、車両１０がエンジン動力によって走行することができる。

変速機３０は、エンジン１２およびモータ１４の少なくとも一方から入力される回転を減速して車軸３２に出力する機能を有し、制御装置１００からの指令に応じて複数の変速段の間で切り替え可能であってもよい。変速機３０に用いられる変速機構は、如何なる公知構成のものが用いられてもよく、また、階段状の変速ではなく滑らかに連続して変速する無段階変速機構が用いられてもよい。

上記動力分配機構２０は、出力軸１８を介して入力されるエンジン１２の動力の一部または全部を、回転軸２２を介してモータ２４に入力することができる。このとき、例えば三相同期型交流モータによって好適に構成されるモータ２４は発電機として機能することができる。モータ２４で発電された三相交流電圧は、インバータ３６によって直流電圧に変換されてバッテリ１６に充電されるか、または、モータ１４の駆動電圧として用いられる。

また、モータ２４は、バッテリ１６からコンバータ３５およびインバータ３６を介して供給された電力により回転駆動される電動機としても機能することができる。モータ２４が回転駆動されて回転軸２２に出力される動力は、動力分配機構２０および出力軸１８を介してエンジン１２に入力されてクランキングを行うことができる。さらに、モータ２４をバッテリ１６から供給される電力により回転駆動して、その動力を動力分配機構２０および変速機３０を介して車軸３２に出力することにより走行用動力として用いることも可能である。

主として電動機として機能するモータ１４は、例えば三相同期型交流モータによって好適に構成されることができる。モータ１４は、バッテリ１６から供給される直流電圧が、必要に応じてコンバータ３５で昇圧され、その後インバータ３８で三相交流電圧に変換されて駆動電圧として印加されることにより回転駆動される。モータ１４が駆動されて回転軸１５に出力される動力は、変速機３０および車軸３２を介して駆動輪３４に伝達され、これによりエンジン１２が停止した状態でいわゆるＥＶ走行が行われる。また、モータ１４は、運転者のアクセル操作により急加速要求があった場合等に、走行用動力を出力してエンジン出力をアシストする機能も有する。

バッテリ１６としては、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の充放電可能な二次電池、または、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を好適に用いることができる。バッテリ１６には、バッテリ電圧Ｖｂを検出する電圧センサ４０と、バッテリ１６に出入りするバッテリ電流Ｉｂを検出する電流センサ４２と、バッテリ温度Ｔｂを検出する温度センサ４１とが設けられている。各センサ４０，４１，４２による検出値は、制御装置１００に入力されてバッテリ１６の充電状態（ＳＯＣ）を制御するために用いられる。

図２に示すように、バッテリ１６の正極および負極の各端子には正極母線４３と負極母線４４がそれぞれ接続されている。正極母線４３および負極母線４４には、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２が設けられている。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、モータ１４，２４の運転停止等のときに高圧の電源系をモータ１４，２４等から切り離すことができるようにするための遮断と接続の切替が可能なリレーである。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、制御装置１００から送信される制御信号に応じて、その遮断と接続が制御される。

バッテリ１６からコンバータ３５へは、電圧および電流の変動を抑制し平滑化する平滑コンデンサ４５を介して電力が供給される。コンバータ３５は、リアクトル５０と、それぞれダイオード４６，４７が逆並列接続された２つのスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）４８，４９を含んで構成される。コンバータ３５は、バッテリ１６から供給される直流電圧をリアクトル５０のエネルギー蓄積作用を利用して昇圧する機能を有する回路である。なお、コンバータ３５は双方向機能を有し、インバータ３６，３８側からの電力をバッテリ１６側に充電電力として供給するときには、インバータ３６，３８側の高圧をバッテリ１６の充電に適した電圧に降圧する機能も有する。

コンバータ３５の出力電圧は、電圧および電流の変動を抑制し平滑化する平滑コンデンサ５１を介してインバータ３６，３８へ供給される。そして、インバータ３６，３８において交流電圧に変換されて、モータ１４，２４に駆動電圧として印加されることになる。

制御装置１００は、各種の制御プログラムを実行するＣＰＵ、制御プログラムや制御用マップ等を予め記憶するＲＯＭ、このＲＯＭから読み出された制御プログラムや各センサによる検出値などを一時的に記憶するＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータにより好適に構成される。制御装置１００は、エンジン回転数Ｎｅ、バッテリ電流Ｉｂ、バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ温度Ｔｂ、アクセル開度信号Ａｃｃ、車速Ｓｖ、ブレーキ操作信号Ｂｒ、エンジン冷却水の水温Ｔｗ、コンバータ３５の出力電圧またはインバータ３６，３８の入力電圧であるシステム電圧、およびモータ１４，２４を流れるモータ電流等が入力される入力ポート、ならびに、エンジン１２、コンバータ３５およびインバータ３６，３８等の運転または作動を制御する制御信号を出力する出力ポートを含む。

なお、本実施形態では、１つの制御装置１００でエンジン１２、モータ１４，２４、コンバータ３５、インバータ３６，３８、バッテリ１６等の作動制御や状態監視を行うものとして説明するが、例えば、エンジン１２の運転状態を制御するエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit、以下に同じ）、コンバータ３５およびインバータ３６，３８を作動制御してモータ１４，２４の駆動を制御するモータＥＣＵ、バッテリ１６のＳＯＣを管理するバッテリＥＣＵ等を個別に設けて、上記制御装置１００がハイブリッドＥＣＵとして上記個別の各ＥＣＵを統括制御するように構成してもよい。

また、上記ハイブリッド車両１０において、エンジン１２と動力分配機構２０との間、動力分配機構２０とモータ２４との間、動力分配機構２０と変速機３０との間、および、モータ１４と変速機３０との間の少なくとも１つに動力伝達を断続するクラッチ機構を設けてもよい。

次に、図３〜６を参照して、本実施形態のリアクトル５０について説明する。図３は、本実施形態のリアクトル５０のリアクトルコア５２を示す斜視図である。図４はリアクトル５０の横断面を示す図であり、図５は図４中のＡ−Ａ線縦断面を示す図である。また、図６は、リアクトル５０を構成するコイル５４の斜視図である。

リアクトル５０は、リアクトルコア５２とコイル５４とを有する。リアクトルコア５２は、略Ｕ字状または略ブラケット状の上下面形状（および横断面形状）をなす一対のコア部材５６から構成されている。コア部材５６は、平行に突出した２つの脚部５８，５８と、これら脚部５８間を連結する基部５９とを含む。各脚部５８の端面６０は、上下面を水平に配置して矢印Ｘ方向からコア部材５６を見たとき、縦長の長方形状に形成されている。また、コア部材５６は、一方の脚部５８の端面から他方の脚部５８の端面に至るまで一様に、端面６０と同じ長方形状の断面を有する。

コア部材５６は、線形性の高い電磁気特性を有する圧粉磁心により構成されている。詳細には、絶縁皮膜で覆われたＦｅ−Ｓｉ系磁性粉末にバインダを加えたものを加圧成形することによって一体に形成されている。Ｆｅ−Ｓｉ系磁性粉末としては、例えば、Ｆｅ−３％Ｓｉ磁性粉末を用いるのが好ましい。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、Ｆｅ−１％Ｓｉ磁性粉末、Ｆｅ−６．５％Ｓｉ磁性粉末、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ磁性粉末等が用いられてもよい。

リアクトルコア５２は、上記２つのコア部材５６が各脚部５８の端面６０をそれぞれ所定幅のギャップＧ１を介して突き合わせて対向するように環状に構成に構成されている。各ギャップＧ１には、それぞれ、例えばセラミックス等の非磁性材料からなるギャップ板６２が挟まれて接着固定されている。このようにギャップ板６２を介装することによってギャップＧ１の幅ｌｇ₁を正確に規定することができる。本実施形態のリアクトル５０では、ギャップＧ１の長さｌｇ₁が２〜３ｍｍで、２つのギャップの合計長（すなわち２×ｌｇ₁）が６ｍｍ以下に設定されるのが好ましい。

本実施形態のリアクトルコア５２では、コア部材５６における脚部５８の基部５９からの突出長さＡが、コア部材５６の縦断面の縦方向長さＢ（図５参照）よりも短く形成されている。このようにすることで、２つのコア部材５６がギャップＧ１を介して連結されてなるリアクトルコア５２の横方向（Ｘ方向）の長さを短くすることができ、２片のＵ字型コア部材５６からなるリアクトル５０において上記Ｘ方向での小型化を図れる。また、本実施形態のリアクトル５０では、上記長方形状をなすコア縦断面積が４００〜２０００ｍｍ²に設定されるのが好ましい。

コイル５４は、図４および図６に示すように、２つのコイル部分５４ａ，５４ｂに分かれている。コイル５４は、２つのコイル部分５４ａ，５４ｂを合わせたターン数Ｎが２０〜６０に設定されるのが好ましい。コイル部分５４ａはバッテリ１６側に接続される入力端部６４ａを有し、コイル部分５４ｂはスイッチング素子４８，４９側に接続される出力端部６４ｂを有する。そして、各コイル部分５４ａ，５４ｂは連絡部６６によって互いに電気接続されている。

上記コイル部分５４ａ，５４ｂは、ギャップＧ１を挟んで対向する一対のコア部材５６の脚部５８の周囲にそれぞれ巻装されている。コイル５４は、平角銅線等からなる導線が巻回されてなるエッジワイズコイルにより構成されている。コイル５４の隣接する各ターン間は、それ自身に被覆形成されたエナメル等の絶縁材料によって電気的絶縁が確保されている。また、コイル５４の各ターン間に絶縁紙等の絶縁部材を介在させて密着巻きすることによって、各ターン間の電気的絶縁が一層強化されてもよい。さらに、コイル５４の隣接するターン間に隙間を形成して巻回し、後に施される樹脂モールドのモールディング材料が上記隙間に充填されることによって、各ターン間の電気的絶縁がより一層強化されてもよい。

なお、本実施形態ではコイル５４がエッジワイズコイルにより構成されるものとして説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、コイルは円形断面を有する導線を巻回して構成されてもよい。また、コイル５４を構成するコイル部分５４ａ，５４ｂは、例えば樹脂製のボビンの外周に巻かれた状態でリアクトルコア５２の周囲に配置されてもよい。

図５に示すように、コイル部分５４ａ，５４ｂの内周とコア部材５６の外周面との間には、距離Ｄの間隔６８が設けられている。本実施形態では、コア部材５６の脚部５８の四方周囲にわった上記間隔６８が一様に形成されている。この間隔６８が小さいとギャップＧ１に対応する位置でコア部材５６の脚部５８から外側へ広がって漏れ出る漏れ磁束が鎖交することによるコイル損失が増加することになる。一方、上記間隔６８が大きくなると、コイル導線が長くなってコストが増加すると共にリアクトル５０の体格が大型化する。したがって上記間隔６８の距離Ｄは、コイル損失、コスト、リアクトルの体格等を総合的に考慮して最適に設定されるのが好ましい。

図７〜９は、従来公知のＨＶ車用リアクトル７０を本実施形態との比較例として示す。図７はリアクトル７０のリアクトルコア７２を示す斜視図、図８はリアクトル７０の横断面を示す図、図９は図８中のＥ−Ｅ線縦断面を示す図である。

このリアクトル７０は、リアクトルコア７２とコイル７４とを有する。リアクトルコア７２は、一対のＵ字型コア部材７６の各脚部間に、それぞれ、直方体状のコアブロック７７を３つずつ連ねて環状に構成されている。コア部材７６および各コアブロック７７の間にはギャップ板８２がそれぞれ挟まれており、全体で８ヶ所のギャップＧ２が形成されている。すなわち、リアクトル７０では、１つのギャップＧ２の距離または長さｌｇ₂とすると、環状の磁路中に含まれるギャップ合計長は８×ｌｇ₂となる。

また、コイル７４を構成する２つのコイル部分７４ａ，７４ｂは、それぞれ、一方のコア部材７６の脚部７８の周囲から他方のコア部材７６の脚部７８の周囲まで連続して配置されている。さらに、図９に示すように、リアクトルコア７２の縦断面は略正方形状をなしており、この縦断面形状は環状をなすリアクトルコア７２の全周について一様である。

この比較例では、例えば、コア部材７６およびコアブロック７７は板厚０．３ｍｍの珪素鋼板の積層体によって構成されており、コイルターン数が６０〜８０回、コア縦断面積が約６００ｍｍ²、ギャップ長ｌｇ₂が約２ｍｍでギャップ合計長（すなわち８×ｌｇ₂）が約１６ｍｍ以上に設定されている。

次に、本実施形態のリアクトル５０の性能について説明する。一般に、リアクトルのインダクタンスＬは、次式（１）、（２）で求められる。

式（１）では、インダクタンスＬが、コイルターン数Ｎと、コア断面積Ｓと、コイル電流Ｉに対する磁束密度変化（ｄＢ／ｄＩ）との積によって導出される。一方、式（２）では、インダクタンスＬが、磁束密度変化に代えて、コア磁路長ｌcore、ギャップ合計長ｌgap、真空透磁率μ₀および比透磁率μ´を用いて導出されるが、この場合、分母におけるｌcore／μ´はｌgapに対して十分に小さいことから無視することができる。そうすると、インダクタスＬの設計パラメータが、コイルターン数Ｎ、コア断面積Ｓおよびギャップ合計長ｌgapであることが判る。

また、本実施形態のリアクトル５０は、ＨＶ車に搭載される昇圧コンバータ３５に用いられるものであり、ＨＶ車に特有の仕様を満たす必要がある。例えば、コンバータ３５のスイッチング素子４８，４９には、駆動周波数ｆが５〜１５ｋＨｚのものが用いられる。このような周波数帯でスイッチングされることによってコイル５４にリプル電流が流れることになるが、その場合でもリアクトルコア５２は磁気飽和を生じない程度のインダクタンスＬを有することが求められる。さらに、リアクトル５０は、ＨＶ車の良好な走行性能を確保するうえで、走行用モータ１４の規格にもよるが、例えば１００〜２００Ａ程度の直流重畳特性を有することが好ましい。本実施形態のリアクトル５０では、上記のようなＨＶ車用リアクトルとしての仕様を満たしたうえで、材料コストおよび加工コストの低減ならびにＮＶ性能の向上を図ることを企図している。

図１０は、Ｆｅ−Ｓｉ系圧粉磁心からなる本実施形態のリアクトル５０と従来例のリアクトル７０とについて、磁場と磁束密度の関係を示すグラフで示したものである。２本のグラフには、リアクトル５０，７０と同一の符合を付している。

電磁鋼板積層体でコアが構成されるリアクトル７０では磁場のわずかな変化に対して磁束密度が急激に大きくなって磁気飽和が生じやすいことがわかる。これに対し、本実施形態のリアクトル５０では、リアクトルコア５２をＦｅ−Ｓｉ系磁性粉末からなる圧粉磁心で構成したことにより、磁場強度の広い範囲について磁束密度変化がほぼ一定となっており、磁気飽和の発生およびそれによるリアクトルの性能低下を回避できることができる。

また、材料コスト面において、Ｆｅ−Ｓｉ系磁性粉末からなるリアクトルコア５２は、電磁鋼板製のリアクトルコアに対して大幅にコスト低減を図ることができる。

さらに、本実施形態のコア部材５６は、一種類の磁性粉末によって一体成形されるものであるため、２種類以上の磁心を組み合わせて構成される複合磁心リアクトルに対して材料コストだけでなく加工コストも低減することができる。

さらにまた、図７〜９に示す従来例のリアクトル７０との対比において、本実施形態のリアクトル５０は、コア構成部品を大幅に減らすことができ、材料、加工、管理等のコストを低減できるとともに、組付性が向上するメリットもある。加えて、リアクトル５０では、ギャップ数が８つから２つに減ることで、ギャップでの漏れ磁束の鎖交によるコイル損失を大幅に低減でき、燃費の向上を図れる。これに伴ってギャップ板の使用数も減らせるので、その分のコスト低減も図れる。

さらに、上記のように本実施形態のリアクトルコア５２では、コア部材５６における脚部５８の基部５９からの突出長さＡが、コア部材５６の縦断面の縦方向長さＢよりも短く形成されているため、２つのコア部材５６からなるリアクトルコア５２の横方向（Ｘ方向）の長さをリアクトル７０よりも大幅に短くして小型化することができる。これにより、コイル電流のリプルによってリアクトルコア５２に生じる振動および騒音を低減することも可能である。

図１１は、本実施形態のリアクトルコア５２におけるコア損失を説明するための図である。一般に、リアクトルでは、コイルにリプル電流が流れることによりコア磁束密度変化が生じて、コア損失が発生する。このコア損失には、磁束を変化させるために必要なエネルギーであるヒステリシス損と、磁束密度変化により磁性粉末内で発生する誘導電流（渦電流）によるジュール損である渦電流損とに分けられる。

図１１中の符合８４は、上記リアクトル７０において、コア断面積Ｓ：２４ｍｍ×２５ｍｍ＝６００ｍｍ²、ギャップ合計長ｌgap：２．１ｍｍ×８＝１６．８ｍｍ、コイルターン数Ｎ：７０回、コイル電流Ｉ＝７０Ａ、コア材料特性：６００ｋＷ／ｍ³、スイッチング周波数ｆ：１０ｋＨｚ、および、磁束密度変化ΔＢ：０．１Ｔの条件の下でのコア損失を示す。これに対し、図１１中の符合８６は、本実施形態のリアクトル５０において、コア断面積Ｓ：５０ｍｍ×２３ｍｍ＝１１５０ｍｍ²、ギャップ合計長ｌgap：２．７ｍｍ×２＝５．４ｍｍ、コイルターン数Ｎ：３０回とし、その他の条件を同じにしたときのコア損失を示す。

本実施形態のリアクトル５０では、上記リアクトル７０に比べて、ヒステリシス損が低下しているものの、コア断面積が大きくなっていることで渦電流損が増加しているのがわかる。これに対し、コア部材５６の材料特性が４００ｋＷ／ｍ³のものを作製して評価したところのコア損失が図１１中の符合８８で示される。これを後者（符合８６）と比較すると、渦電流損を約半分程度に低減でき、全体として前者（符合８４）とほぼ同じコア損失に抑えることができることを確認できた。したがって、本実施形態のリアクトル５０では、コア部材５６を構成する圧粉磁心の材料特性を４００ｋＷ／ｍ³以下にするのが好ましい。

このようにコア部材の材料特性を改良するには、Ｆｅ−Ｓｉ系磁性粉末中のＳｉ組成量を多くする、磁性粉末粉末化工程で磁性粉末の形状（例えば球状）および大きさをできるだけ揃えて粉末間での相互接触面積を小さくする、磁性粉末周囲の絶縁皮膜を厚く形成する等の手法が有効であった。

上述したように、本実施形態のリアクトル５０によれば、Ｆｅ−Ｓｉ系磁性粉末により一体成形された一対の略Ｕ字状のコア部材５６が２つのギャップＧ１を介して突き合わせて環状に構成されるリアクトルコア５２と、ギャップＧ１を介して対向配置される各コア部材５６の脚部５８の周囲に巻装されるコイル５４とを含んで構成されることで、ＨＶ車に特有の仕様を確保しながら電磁鋼板積層鉄心や複合磁心リアクトルに比べて材料および加工に要するコストを低減できる。

また、リアクトルコア５２を構成するコア部材５６の材料特性を４００ｋＷ／ｍ³以下とすることにより、コア損失を従来以下に抑制することが可能になり、燃費の維持または向上を図れる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更または改良が可能である。

例えば、上記実施形態では、コイル内周部とコア部材の外周面との間の距離Ｄが四方周囲において一様であるものと説明したが、これに限定されるものではなく、図１２に示すように、環状をなすリアクトルコア５２の外周に面するコア部材５６の脚部５８の外周側面とコイル５４の内周部との間の距離Ｄ１が、リアクトルコア５２の内周に面するコア部材５６の脚部５８の内周側面とコイル５４の内周部との間の距離Ｄ２よりも大きく設定されていてもよい。

このようにすることで、ギャップＧ１において外周側へ膨れるように流れる漏れ磁束がコイル５４と鎖交する量を減少させることができ、コイル損失をより低減できる。同様に、コア部材５６の脚部５８の上側面とコイル５４の内周部との間、および、コア部材５６の脚部の下側面とコイル５４の内周部との間の距離も、上記のように内周側の距離よりも大きく設定すれば、コイル損失をより大きく低減できる。

ここで、リアクトルコア５２のコア部材５６の内周側面とコイル５４の内周部との距離を上記実施形態のリアクトル５０よりも大きくしようとすると、隣接するコイル同士が接触しないようにコア部材５６を二点鎖線９０で示すように延長する必要があり、材料コストの増加およびリアクトルの大型化を招くために好ましくない。

また、上記においては、コア部材５６の脚部５８の端面６０間に形成されるギャップＧ１が、環状のリアクトルコア５２の外周から内周にかけて一定に形成されているように説明および図示したが、これに限定されるものではなく、図１３に示すように、ギャップＧ１がコア部材５６の脚部５８の内周側面５８ａおよび外周側面５８ｂに近い位置ほど広くなるように、脚部５８の端面６０と内外周側面５８ａ，５８ｂとによって規定される辺部が角落とし処理されていてもよい。ここでは、角部が曲率半径Ｒの湾曲面で形成される例を図示するが、面取り平面によって角落とし処理が施されてもよい。このようにすれば、ギャップＧ１の幅が大きくなることで漏れ磁束が外側へ膨れ出して通るのを抑制することができ、コイル損失の発生を低減できる。この角落とし処理を図１２に示した変形例と組み合わせて用いてもよいことは勿論である。

１０ハイブリッド車両またはＨＶ車、１２エンジン、１３温度センサ、１４，２４モータ、１５，２２回転軸、１６バッテリ、１８出力軸、２０動力分配機構、２８回転数センサ、３０変速機、３２車軸、３４駆動輪、３５昇圧コンバータ、３６，３８インバータ、４０電圧センサ、４１温度センサ、４２電流センサ、４３正極母線、４４負極母線、４５，５１平滑コンデンサ、４６，４７ダイオード、４８，４９スイッチング素子、５０，７０リアクトル、５２，７２リアクトルコア、５４，７４コイル、５４ａ，５４ｂコイル部分、５６，７６コア部材、５８，７８脚部、５８ａ内周側面、５９基部、６０脚部の端面、６２，８４ギャップ板、６４ａ入力端部、６４ｂ出力端部、６６連絡部、６８間隔、７７コアブロック、１００制御装置、Ｄ，Ｄ１，Ｄ２距離、Ｇ１，Ｇ２ギャップ。

Claims

動力出力源である回転電機と、前記回転電機に駆動電力を供給する電源と、前記電源から供給される直流電圧を変換して前記回転電機へ出力するコンバータとを備える電動車両において前記コンバータに用いられるリアクトルであって、
Ｆｅ−Ｓｉ系磁性粉末により一体成形された一対の略Ｕ字状のコア部材が、各コア部材の２つの脚部をそれぞれギャップを介して突き合わせて環状に構成されるリアクトルコアと、
前記ギャップを介して対向配置される前記各コア部材の脚部の周囲に巻装されるコイルと、
を含む、リアクトル。
請求項１に記載のリアクトルにおいて、
前記ギャップの長さが２〜３ｍｍで前記リアクトルコアに含まれる２つのギャップの合計長が６ｍｍ以下、前記コア部材の断面積が４００〜２０００ｍｍ²、および、前記コイルのターン数が２０〜６０回であることを特徴とするリアクトル。
請求項１または２に記載のリアクトルにおいて、
前記コア部材は矩形状の断面形状および脚部端面形状を有しており、前記環状をなすリアクトルコアの外周に面する前記脚部の外周側面と前記コイルの内周部との間の距離が、前記リアクトルコアの内周に面する前記脚部の内周側面と前記コイルの内周部との間の距離よりも大きく設定されていることを特徴とするリアクトル。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のリアクトルにおいて、
前記コア部材は矩形状の断面形状および脚部端面形状を有しており、前記コア部材の脚部間のギャップが前記脚部の内周側面および外周側面に近い位置ほど広くなるように、前記脚部の端面と内外周側面とによって規定される辺部が角落とし処理されていることを特徴とするリアクトル。
請求項１ないし４のいずれか一項に記載のリアクトルにおいて、
前記コア部材は、上下面を水平に配置したとき縦長の長方形をなす一様な縦断面を有しており、前記脚部の突出長さが前記長方形の縦方向長さよりも短く形成されていることを特徴とするリアクトル。