リアクトル
【課題】リアクトルにおいて、高性能化を図ることである。
【解決手段】リアクトル１０は、互いにコア間ギャップＧ１２を介して対向するように設けられた第１コア１４及び第２コア１６と、各コア１４，１６にまたがって巻回されたコイル１２とを含む。第１コア１４は、磁性材製の第１コア要素１８を含み、第２コア１６は、磁性材製の第２コア要素２６を含む。第１コア１４は、予め設定された所定電流値よりも低電流域の電流がコイル１２に流れる場合に第２コア１６よりも低い磁気抵抗を有する。第２コア１６は、所定電流値よりも高電流域の電流がコイル１２に流れる場合に第１コア１４よりも低い磁気抵抗を有する。
【解決手段】リアクトル１０は、互いにコア間ギャップＧ１２を介して対向するように設けられた第１コア１４及び第２コア１６と、各コア１４，１６にまたがって巻回されたコイル１２とを含む。第１コア１４は、磁性材製の第１コア要素１８を含み、第２コア１６は、磁性材製の第２コア要素２６を含む。第１コア１４は、予め設定された所定電流値よりも低電流域の電流がコイル１２に流れる場合に第２コア１６よりも低い磁気抵抗を有する。第２コア１６は、所定電流値よりも高電流域の電流がコイル１２に流れる場合に第１コア１４よりも低い磁気抵抗を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに空間または非磁性材製のギャップ材であるコア間ギャップを介して対向するように設けられた２つのコアと、２つのコアに巻回されたコイルとを備えるリアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンと走行用モータとを搭載し、エンジン及び走行用モータの一方または両方を主駆動源として使用するハイブリッド車両（ＨＶ）や、電気自動車（ＥＶ）、燃料電池車両等において電池電圧と、走行用モータに接続されたインバータの駆動電圧との最適化を図るために、昇圧回路等の電圧変換器が使用されている。
【０００３】
このような電圧変換器は、コアと、そのコアの周囲に巻装されたコイルとを含むリアクトルを備えている。また、コアは、複数の磁性体により構成され、複数の磁性体の一部をギャップ板と呼ばれるスペーサや空間（ギャップ空間）を介して対向させることが考えられている。
【０００４】
また、リアクトルの従来構造としては、例えば特許文献１に記載された構成が知られている。特許文献１に記載のリアクトルは、互いに間隔をあけて対向配置された一対の磁性材製のコアと、一対のコイルとを含む。各コアは、略Ｕ字形の複数のけい素鋼等の電磁鋼板等の鋼板を積層することにより構成されたり、磁性体圧粉を焼結した圧粉磁心等により構成するとされている。各コアの両端部に設けられた一対の脚部の先端を、一対のコア同士で非磁性の弾性材を介して対向させている。一対のコア同士で、一対の脚部を対向させた部分の周囲にそれぞれコイルが巻装されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２８９７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなリアクトルのさらなる高性能化を図るために高電流域の電流をコイルに流した場合でも、コアの磁気飽和を生じにくくすることが求められる。これに対して、本発明者は、電流域に応じて磁気経路に使用されるコアを使い分ける構成で、広い電流域で全体として磁気抵抗の変動が小さいコア構造を実現することにより、より広い電流域でリアクトル電流値に対してインダクタンスを一定値に近づけることができ、リアクトルの高性能化を図れると考えるに至った。
【０００７】
本発明の目的は、リアクトルにおいて高性能化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るリアクトルは、互いに空間または非磁性材製のギャップ材であるコア間ギャップを介して対向するように設けられた２つのコアと、前記２つのコアにまたがって巻回されたコイルとを備え、前記２つのコアは、磁性材製の第１コア要素を含む第１コアと、磁性材製の第２コア要素を含む第２コアとにより構成され、前記第１コアは、予め設定された所定電流値よりも低電流域の電流が前記コイルに流れる場合に前記第２コアよりも低い磁気抵抗を有し、前記第２コアは、前記所定電流値よりも高電流域の電流が前記コイルに流れる場合に前記第１コアよりも低い磁気抵抗を有することを特徴とするリアクトルである。なお、「ギャップ材」とは、例えば非磁性材のギャップ板、充填材等である（本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする）。
【０００９】
本発明に係るリアクトルによれば、電流−磁気抵抗特性の異なる２つのコアを電流域に応じて磁気経路に使い分ける構成で、より広い電流域で全体として磁気抵抗の変動を小さくでき、リアクトル全体の磁気特性が向上する。このため、より広い電流域でリアクトル電流値に対してインダクタンスを一定値に近づけることができ、リアクトルにおいて高性能化を図れる。
【００１０】
また、本発明に係るリアクトルにおいて、好ましくは、前記第１コアは、１または複数の磁性材製の第１コア要素が第１空間または非磁性材製の第１ギャップ材である第１ギャップを介して対向することにより構成され、前記第２コアは、１または複数の第２コア要素が第２空間または非磁性材製の第２ギャップ材である第２ギャップを介して対向することにより構成され、前記第１ギャップ及び前記第２ギャップは、互いに対向する位置に設けられ、前記第１ギャップのギャップ長は、前記第２ギャップのギャップ長よりも小さくしている。
【００１１】
上記のリアクトルによれば、第１ギャップのギャップ長が小さいことで、第１ギャップでの漏れ磁束を低減でき、コイルに対する渦損抑制を図れる。また、第２ギャップのギャップ長が大きいことで、第２ギャップを含む第２コアの磁気抵抗が大きくなるため、第２コアの電流−磁気抵抗特性において、電流変化に対する磁気抵抗の変化を小さくして、磁気抵抗一定の直線に近づけることができる。また、第２コアの磁気抵抗は高く、通電電流増加による第１コアの磁束密度上昇に伴う磁気抵抗増加が第２コアの磁気抵抗を超えない限り、第２コアでの鎖交磁束量は小さく、第２ギャップが大きなギャップであってもコイル渦損が小さい。すなわち燃費を左右する低電流では、コイル渦損は小さくなる。
【００１２】
また、本発明に係るリアクトルにおいて、好ましくは、前記第２コア要素を形成する磁性材料として、前記第２コアの周囲に配置される前記コイルに流す電流と、第２コア要素の磁気抵抗との関係を表す電流−磁気抵抗特性において、磁気抵抗一定直線に近い程度を表す磁気抵抗線形性が、前記第１コア要素を形成する磁性材料の場合よりも高い磁性材料が使用されている。
【００１３】
上記のリアクトルによれば、第１ギャップのギャップ長が第２ギャップのギャップ長よりも小さい場合に限定されることなく、電流−磁気抵抗特性の異なる２つのコアを電流域に応じて使い分ける構成を実現できる。
【００１４】
また、本発明に係るリアクトルにおいて、好ましくは、前記第１コア要素は、けい素鋼よりも鉄損の低い材料により形成されている。例えば、第１コア要素は、アモルファス等の鉄損の低い材料により形成されている。
【００１５】
上記のリアクトルによれば、特に第１コア要素にリプル磁束が集中する低電流条件下でのリアクトルの鉄損をより低減できる。
【００１６】
また、本発明に係るリアクトルにおいて、好ましくは、前記第２コア要素は、前記第１コア要素を形成する磁性材料よりも鉄損の高い磁性材料により形成されている。
【００１７】
上記のリアクトルによれば、第１コアと第２コアとのうち、一部のコアである第１コアのみに低損失コア材を使用すればよく、リアクトル１０のコスト低減を図りやすい。また、この場合でも通常多く使用される低電流域でのコア損失の低減を図れ、実用上のコア損失を有効に低減できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のリアクトルによれば、高性能化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るリアクトルを示す概略斜視図である。
【図２】図１の上方から下方に見た図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１のリアクトルにおいて、各コアの電流負荷に対する磁気抵抗の関係の１例を示す図である。
【図５】図１のリアクトルにおいて、各コアの電流負荷に対する透磁率の関係の１例を示す図である。
【図６】比較例の第１例のリアクトルにおいて、磁気飽和を生じやすい部分と生じにくい部分とを説明するための概略断面図である。
【図７】比較例の第２例のリアクトルにおいて、概略断面図（ａ）と、等価磁気回路（ｂ）（ｃ）とを示す図である。
【図８】第１の実施形態のリアクトルにおいて、概略断面図（ａ）と、等価磁気回路（ｂ）とを示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るリアクトルにおいて、低磁場領域の電流をコイルに流す場合の磁束流れ状態を示す概略断面図である。
【図１０】第２の実施形態に係るリアクトルにおいて、高磁場領域の電流をコイルに流す場合の磁束流れ状態を示す概略断面図である。
【図１１】第２の実施形態のリアクトルにおいて、各コアの電流負荷に対する磁気抵抗の関係の１例を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係るリアクトルにおいて、複数のギャップ長の関係を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１の実施形態］
以下、本発明の実施形態のリアクトルを、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態のリアクトルは、例えばハイブリッド車両や、電気自動車、燃料電池車両等の電動車両の電気回路を構成する昇圧コンバータや昇降圧コンバータ等の電圧変換器に組み込んで使用できる。ただし、リアクトルは、このような使用形態で使用するものに限定せず、種々の電気回路に組み込んで使用できる。
【００２１】
図１〜５は、本発明の第１の実施形態を示している。図１〜３に示すように、リアクトル１０は、コイル１２の外側にコアが存在するいわゆる「外鉄型」であり、それぞれ断面の外形が略矩形状の第１コア１４及び第２コア１６と、第１コア１４及び第２コア１６にまたがって巻回されたコイル１２とを備える。
【００２２】
第１コア１４は、断面が略Ｃ字形で、角部が直角に形成された形状を有し、磁性材料により造られた第１コア要素１８と、第１ギャップＧ１（図３）とを含む。すなわち、第１コア要素１８は、互いに平行な一対の断面Ｉ字形の板状の基部２０と、各基部２０の一端同士を連結し、各基部２０に対して直交する方向に設けられた断面Ｉ字形の板状の外側脚部２２と、各基部２０の他端に外側脚部２２と平行に配置するように、各基部２０に対し直交する方向に結合された一対の断面Ｉ字形の板状の内側脚部２４とを含む。各内側脚部２４の先端同士は第１ギャップＧ１を介して対向している。また、第１コア要素１８は、長さ方向、すなわち周方向に対し直交する平面で切断した場合の断面形状を矩形としている。ただし、この断面形状は矩形に限定するものではなく、円形等種々の形状とすることもできる。また、第１コア要素１８は、断面が略Ｃ字形で、角部が直角に形成された形状を有する場合に限定せず、少なくとも一部が断面円弧形となっていてもよい。
【００２３】
図３に示すように、第１ギャップＧ１は、第１ギャップ長Ｇｐ１の厚さを有する第１空間または非磁性材製の第１ギャップ材である。すなわち、第１ギャップＧ１は空間とする場合に限定せず、第１ギャップ長Ｇｐ１の厚さを有する樹脂等の非磁性材により構成されるギャップ板、または非磁性材の充填材により構成することもできる。第１コア要素１８は、従来から多くのコアで使用されるけい素鋼（例えば各種のけい素鋼のうちで最も鉄損の低いけい素鋼）よりも鉄損の低い材料により形成されている。例えば、第１コア要素１８は、アモルファス金属またはフェライト等により形成される。例えば、第１コア要素１８を、高透磁率で低鉄損な材料である粉体アモルファス金属を樹脂等のバインダで結着してなる加圧成形体の圧粉コアにより形成できる。
【００２４】
また、図１〜３に示すように、第２コア１６は、磁性材料により造られた第２コア要素２６と、第２ギャップＧ２（図３）とを含む。すなわち、第２コア要素２６は、第１コア要素１８と同様の基本形状により形成されており、断面が略Ｃ字形で、角部が直角に形成された形状を有する。また、第２コア要素２６は、互いに平行な一対の断面Ｉ字形の板状の第２基部２８と、各第２基部２８の一端同士を連結し、各第２基部２８に対して直交する方向に設けられた断面Ｉ字形の板状の第２外側脚部３０と、各第２基部２８の他端から第２外側脚部３０と平行に配置するように、各第２基部２８に対し直交する方向に結合された一対の断面Ｉ字形の板状の第２内側脚部３２とを含む。各第２内側脚部３２の先端同士は第２ギャップＧ２を介して対向している。また、第２コア要素２６は、長さ方向、すなわち周方向に対し直交する平面で切断した場合の断面形状を矩形としている。ただし、この断面形状は矩形に限定するものではなく、円形等種々の形状とすることもできる。また、第２コア要素２６は、断面が略Ｃ字形で、角部が直角に形成された形状を有する場合に限定せず、少なくとも一部が断面円弧形となっていてもよい。
【００２５】
図３に示すように、第２ギャップＧ２は、第２ギャップ長Ｇｐ２の厚さを有する第２空間または非磁性材製の第２ギャップ材である。すなわち、第２ギャップＧ２は空間とする場合に限定せず、第２ギャップ長Ｇｐ２の厚さを有する樹脂等の非磁性材により構成されるギャップ板、または非磁性材の充填材により構成することもできる。第２コア要素２６は、第１コア要素１８よりも鉄損の高い材料により形成する。また、第２コア要素２６を形成する磁性材料として、第２コア１６の周囲に配置するコイルに流す電流と、第２コア要素２６の磁気抵抗との関係を表す電流−磁気抵抗特性において、磁気抵抗一定直線に近い程度、すなわち磁気抵抗の変化が小さい程度を表す、「コア要素の磁気抵抗線形性」が、第１コア要素１８を形成する磁性材料の場合よりも高い、すなわち磁気抵抗一定直線に近い磁性材料が使用されている。また、第２コア要素２６には、飽和磁化が第１コア要素１８の磁性材料よりも高く、磁気抵抗線形性が高い線形領域を使用可能な磁性材料を使用することができる。例えば、第２コア要素２６を構成する材料として、けい素鋼や圧粉磁心等を使用する。例えば、第２コア要素２６は、けい素鋼からなる磁性鋼板の積層体や、圧粉磁心等により構成されることができる。
【００２６】
また、第１コア１４及び第２コア１６は、互いに空間または非磁性材のギャップ材であり、ギャップ長Ｇｐ１２を有するコア間ギャップＧ１２を介して対向するように設けられている。すなわち、リアクトル１０は、コア間ギャップＧ１２を介して対向するように設けられた２つのコアを備え、２つのコアは、第１コア１４と第２コア１６とにより構成されている。
【００２７】
また、図３に示すように、第１ギャップＧ１及び第２ギャップＧ２は、互いにコア間ギャップＧ１２のギャップ長Ｇｐ１２の方向、すなわち厚さ方向である、図３の左右方向に対向する位置に設けられている。また、第１ギャップＧ１の磁路方向（図３の上下方向）長さである第１ギャップ長Ｇｐ１は、前記第２ギャップＧ２の磁路方向（図３の上下方向）長さである第２ギャップ長Ｇｐ２よりも小さくしている（Ｇｐ１＜Ｇｐ２）。
【００２８】
また、コイル１２は、第１コア１４及び第２コア１６にまたがって巻回されている。具体的には、コイル１２は、第１コア１４の各内側脚部２４と、第２コア１６の各第２内側脚部３２との周囲にまたがって巻回されている。コイル１２は、第１コア１４及び第２コア１６に、樹脂等の非磁性材製の図示しないボビン等を介して巻回することもできる。コイル１２は、例えば軸方向に複数のターンが設けられ、図１、図２に示すように軸方向に見た形状が略矩形である、エッジワイズコイルにより構成されている。なお、コイル１２は、軸方向に見た形状が略円形等の矩形以外の形状であるエッジワイズコイルにより構成することもできる。また、コイル１２は、断面丸形のソレノイドコイルや、フラットワイズコイル等のエッジワイズコイル以外により構成することもできる。コイル１２の両端にそれぞれ図示しない外部端子を接続可能としている。例えば、直流電源である図示しないバッテリの正極側に接続された、コイル１２の図示しない一端から電流を入力し、図示しない他端から電流を出力する。
【００２９】
また、第１コア１４は、予め設定された所定電流値よりも低電流域の電流がコイル１２に流れる場合に第２コア１６よりも低い磁気抵抗を有し、第２コア１６は、所定電流値よりも高電流域の電流がコイル１２に流れる場合に第１コア１４よりも低い磁気抵抗を有するようにしている。具体的には、一部の動作領域であり、実用上頻繁に使用される低負荷側の動作領域である主要動作領域で、第１コア１４の磁気抵抗を、第２コア１６の磁気抵抗よりも低くしている。図４は、図１のリアクトル１０において、電流負荷であるバッテリ電流、すなわちバッテリからコイル１２へ入力される電流に対する、各コア１４，１６の磁気抵抗の関係の１例を示す図である。なお、以下の説明では、図１から図３で示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
【００３０】
図４では、各コア１４，１６にまたがるように巻装されたコイル１２に電流を流した場合の電流負荷と、各コア１４，１６の磁気抵抗との関係を示しており、主要動作領域で、第２コア１６の磁気抵抗が高く、第１コア１４の磁気抵抗が低くなっている。また、第２コア１６の磁気抵抗は、電流負荷にかかわらず一定値に近くなっている、すなわち磁気抵抗線形性が高くなっている。
【００３１】
また、主要動作領域から高負荷側（図４の右側）に外れた領域に、第１コア１４及び第２コア１６の磁気特性が交差するクロスポイントＰ１が設定されるように、ギャップ長Ｇｐ１，Ｇｐ２や、各コア要素１８，２６の材料が設定されている。
【００３２】
図５は、図１のリアクトル１０において、電流負荷であるバッテリ電流に対する各コア１４，１６の透磁率であるコア透磁率の関係の１例を示す図である。コア透磁率は、コア１４，１６の磁気抵抗に対し逆数の関係にあるので、図５では、バッテリ電流値が低い領域で、第１コア１４の透磁率が第２コア１６の透磁率よりも高く、バッテリ電流値が高い領域で、第１コア１４の透磁率が第２コア１６の透磁率よりも低くなっている。
【００３３】
また、上記のように各コア１４，１６同士でギャップ長Ｇｐ１，Ｇｐ２の関係を調整することで、各コア１４，１６の磁気抵抗バランスを、上記の図４の関係に設定することができる。これにより、第１コア１４の電流負荷に対する磁気抵抗特性が一定定数から大きく外れる程度を表す「コアの磁気抵抗非線形性」を許容することができる。第１コア１４と第２コア１６とは、その配置関係を逆にすることもできる。
【００３４】
このようなリアクトル１０によれば、低電流域の電流がコイル１２に流れる場合、第１コア１４の磁気抵抗が第２コア１６の磁気抵抗よりも低く、主に第１コア１４に磁束が流れる。これに対して、高電流域の電流がコイル１２に流れる場合、第２コア１６の磁気抵抗が第１コア１４の磁気抵抗よりも低く、主に第２コア１６に磁束が流れる。
【００３５】
このように電流−磁気抵抗特性の異なる２つのコアである、第１コア１４及び第２コア１６を電流域に応じて磁気経路に使い分ける構成で、より広い電流域で全体として磁気抵抗の変動を小さくでき、リアクトル１０全体の磁気特性が向上する。このため、より広い電流域でリアクトル電流値に対してインダクタンスを一定値に近づけることができ、リアクトル１０において高性能化を図れる。特に、電流域で第１コア１４及び第２コア１６を使い分けるため、高電流域で磁気飽和せずに使用できる領域が拡大して、高磁場領域でもリアクトル１０を有効活用できる。
【００３６】
また、リアクトル１０は、透磁率が互いに異なる、第１コア１４及び第２コア１６を備え、第１コア１４及び第２コア１６間にコア間ギャップＧ１２が設けられている。また、クロスポイントＰ１（図４）を含む一部の電流域を除く多くの電流域で、第１コア１４及び第２コア１６は異なる透磁率を有し、かつ、互いの磁気抵抗差が大きくなる。リアクトル１０にコア間ギャップＧ１２を設けることで、例えば低電流域で、片側のコアである第１コア１４を含む第１磁路を流れる磁束が他側のコアである第２コア１６を含む第２磁路に、容易に流れ込まないようにできる。
【００３７】
また、第１コア１４は、磁性材製の第１コア要素１８の両端が第１空間または非磁性材製の第１ギャップ材である第１ギャップＧ１を介して対向することにより構成され、第２コア１６は、磁性材製の第２コア要素２６の両端が第２空間または非磁性材製の第２ギャップ材である第２ギャップＧ２を介して対向することにより構成されている。また、第１ギャップＧ１及び第２ギャップＧ２は、互いに対向する位置に設けられ、第１ギャップ長Ｇｐ１は、第２ギャップ長Ｇｐ２よりも小さくしている（Ｇｐ１＜Ｇｐ２）。このため、低電流域の電流をコイル１２に流す場合でのみ第１コア１４を使用することで、第１コア１４の電流−磁気抵抗特性において、電流変化に対して磁気抵抗が大きく変化し、磁気抵抗一定の直線から大きく外れる程度を表す「コアの磁気抵抗非線形性」を許容でき、第１ギャップＧ１を小さくできる。
【００３８】
また、第１ギャップ長Ｇｐ１が小さいことで、第１ギャップＧ１での漏れ磁束を低減でき、コイル１２に対する渦損抑制を図れる。
【００３９】
また、コイル１２に入力される電流、例えばバッテリ電流が小さいときには、第２コア１６を含む第２磁路に磁束が多くは流れないので、第２磁路に隣接するコイル１２に対する漏れ磁束による渦損が低減される。
【００４０】
また、高電流域の電流をコイル１２に流す場合、第２コア１６を主に使用するが、第２ギャップ長Ｇｐ２を大きくすることで、第２ギャップＧ２を含む第２コア１６の磁気抵抗が大きくなる。このため、第２コア１６の電流−磁気抵抗特性において、電流変化に対する磁気抵抗の変化を小さくして、磁気抵抗一定の直線に近づけることができる。また、第２コア１６の磁気抵抗は高く、通電電流増加による第１コア１４の磁束密度上昇に伴う磁気抵抗増加が第２コア１６の磁気抵抗を超えない限り、第２コア１６での鎖交磁束量は小さく、第２ギャップＧ２が大きなギャップであってもコイル渦損が小さい。すなわち燃費を左右する低電流では、コイル渦損は小さくなる。
【００４１】
また、第１コア要素１８は、けい素鋼よりも鉄損の低い材料、例えばアモルファス等により形成されている。このため、実用上頻繁に使用される主要動作領域で、低電流域の電流をコイル１２に流す場合に、第２コア要素２６に磁束が流れ込みにくくなるが、上記のように第１コア要素１８に鉄損の低い材料を使用することで、コア損失の低減を図れる。
【００４２】
また、第１コア要素１８は、高透磁率、すなわち磁気抵抗が低く、かつ、低鉄損の材料であるアモルファス金属等により形成されているので、損失を低くしつつ、第１ギャップ長Ｇｐ１を十分に小さくして、電流−磁気抵抗特性において磁気抵抗一定直線から大きく外れる程度を表す「コアの磁気抵抗非線形性」を許容できる。
【００４３】
また、第２コア要素２６を形成する磁性材料として、第２コア１６の周囲に配置するコイルに流す電流と、第２コア要素２６の磁気抵抗との関係を表す電流−磁気抵抗特性において、磁気抵抗一定直線に近い程度、すなわち磁気抵抗の変化が小さい程度を表す、「コア要素の磁気抵抗線形性」が、第１コア要素１８を形成する磁性材料の場合よりも高い磁性材料が使用されている。このため、第１ギャップＧ１のギャップ長Ｇｐ１が第２ギャップＧ２のギャップ長Ｇｐ２よりも小さい（Ｇｐ１＜Ｇｐ２）場合に限定されることなく、電流−磁気抵抗特性の異なる２つのコア１４，１６を電流域に応じて使い分ける構成を実現できる。すなわち、本実施形態では、ギャップ長Ｇｐ１をギャップ長Ｇｐ２よりも小さく（Ｇｐ１＜Ｇｐ２）しているが、ギャップ長Ｇｐ１をギャップ長Ｇｐ２と同じ（Ｇｐ１＝Ｇｐ２）か、またはギャップ長Ｇｐ２よりも大きくする（Ｇｐ１＞Ｇｐ２）こともできる。ただし、本実施形態のように、ギャップ長Ｇｐ１をギャップ長Ｇｐ２よりも小さくする（Ｇｐ１＜Ｇｐ２）のが、コア１４，１６同士の磁気抵抗非線形性の違いを大きくする面からより好ましい。
【００４４】
すなわち、本実施形態では、第２コア要素２６を形成する磁性材料として、磁気抵抗一定直線に大きく近づく程度を表す、「コア要素の磁気抵抗線形性」の高い材料を使用して、しかも、第２コア１６は、第１コア１４の第１ギャップＧ１よりも大きなギャップ長Ｇｐ２を有する第２ギャップＧ２を含むので、磁気抵抗を増加でき、コアの磁気抵抗線形性を高くできる。
【００４５】
図６は、比較例の第１例のリアクトルにおいて、磁気飽和を生じやすい部分と生じにくい部分とを説明するための概略断面図である。図６の比較例のリアクトル３４は、断面矩形のコア３６と、コア３６に巻装された一対のコイル１２とを含んでいる。一対のコイル１２は電気的に直列に接続されている。コア３６は、一対の磁性材である鉄製のコア要素３８と、一対の非磁性材製のギャップ板４０とを含む。各コア要素３８は、断面Ｉ字形の基部４２の両端に互いに平行に一対のＩ字形の脚部４４が結合されている。各コア要素３８の各脚部４４が、互いにギャップ板４０を介して結合されている。また、図６では、コア要素３８において、矢印が多く、かつ密度の高い部分により磁束が多く流れる部分を示している。
【００４６】
このような比較例では、例えば高電流がコイル１２に入力される高磁場領域で使用される場合に、コア３６内での磁気飽和を生じにくくする必要がある。このためには、コア要素３８の断面積を大きくするか、またはギャップ板４０の厚さであるギャップ長を大きくするとともに、コイル１２の巻き数を大きくする必要がある。前者の課題は、コア体積増に伴う体格増であり、後者の課題は、ギャップ長が大きくなることに伴う漏れ磁束によりコイル渦損が大きくなることである。特にコア要素３８の断面積を大きくした場合、図６に矢印で示すように、磁束は同一物質中で最短距離を通過しようとするので、図６でαで示す丸で囲んだ部分であるコア３６の内周部に磁束が集中し、内側が磁気飽和しやすくなる。逆に図６のβで示す丸で囲んだ部分であるコア３６の外周部には磁束が少なくなる。
【００４７】
これに対して、鉄損が小さいアモルファス系の材料をコア要素３８に使用すると、コア３６において、電流変化に対するインダクタンスの非線形性が大きくなるので、コア体格を大きくしてコア３６中の磁束密度を小さくし、鉄損の低減とインダクタンスの線形性向上との両立を図れる可能性がある。ただし、この場合には、コア体格が大きくなるため、好ましくない。
【００４８】
また、上記のようにコア要素３８に鉄を使用し、コア体格を大きくすることで磁束密度を低くすることも考えられるが、コア体格が大きくなることは好ましくない。また、ギャップ板４０とコイル１２との間の図６の左右方向の距離を大きくすることで、渦損を低減することも考えられる。ただし、この場合もコア体格が大きくなるので好ましくない。上記の本実施形態によれば、電流負荷に対するインダクタンスの非線形性が大きくなるのを抑制できるとともに、損失の低減を図れ、さらに体格を小さくでき、上記の不都合を解消できる。
【００４９】
次に、本実施形態のリアクトル１０（図１等）で第１コア１４及び第２コア１６間にコア間ギャップＧ１２を設けたことにより得られる効果を、図７、図８に示す比較例と本実施形態とでの等価磁気回路を用いて説明する。図７は、比較例の第２例のリアクトルにおいて、概略断面図（ａ）と、等価磁気回路（ｂ）（ｃ）とを示す図である。図８は、本実施形態のリアクトルにおいて、概略断面図（ａ）と、等価磁気回路（ｂ）とを示す図である。図７（ａ）の比較例のリアクトル４６は、図８（ａ）の実施形態のリアクトル１０でコア間ギャップＧ１２をなくしてコア要素４８を単一の磁性材料により構成したのと同様である。すなわち、図７（ａ）のリアクトル４６は、磁性材料製のコア要素４８と、コイル１２とを含み、コア要素４８は、断面略矩形で中間部内面の一対の断面Ｉ字形の基部５０の対向する位置からギャップＧａを介して対向するように、Ｉ字形の中間脚部５２が突出している。コイル１２は、コア要素４８の内側で各中間脚部５２の周囲に巻回されている。図７（ａ）のリアクトル４６を等価磁気回路で示すと、図７（ｂ）（ｃ）のようになる。すなわちコア要素４８をコイル１２の中心Ｏ（図７（ａ））に関して両側を第１部分５４及び第２部分５６で区別した場合に、起磁力Ｂに対して互いに並列に第１部分５４及び第２部分５６の小さい磁気抵抗Ｒ１，Ｒ２が接続され、磁気抵抗Ｒ１，Ｒ２の並列接続部分に対し直列にギャップＧａの大きな磁気抵抗Ｒ３が接続されたのと磁気的に等価となる。磁気抵抗Ｒ３は、磁気抵抗Ｒ１，Ｒ２よりも大きい。
【００５０】
これに対して、図８（ａ）に示す本実施形態のリアクトル１０では、第１コア１４及び第２コア１６間にコア間ギャップＧ１２が設けられている。このリアクトル１０を等価磁気回路で示すと、図８（ｂ）のようになる。すなわち第１コア要素１８の磁気抵抗Ｒ１ａに対し直列に第１ギャップＧ１の磁気抵抗Ｒ１ｂが接続され、同様に、第２コア要素２６の磁気抵抗Ｒ２ａに対し直列に第２ギャップＧ２の磁気抵抗Ｒ２ｂが接続される。磁気抵抗Ｒ１ｂは磁気抵抗Ｒ１ａよりも大きく、磁気抵抗Ｒ２ｂは磁気抵抗Ｒ２ａよりも大きい。
【００５１】
起磁力Ｂの片側に磁気抵抗Ｒ１ｂ、Ｒ２ｂの一端が接続され、起磁力Ｂの他側に磁気抵抗Ｒ１ａ、Ｒ２ａの一端が接続される。図８（ｂ）の等価磁気回路から明らかなように、第１ギャップＧ１のギャップ長Ｇｐ１を第２ギャップＧ２のギャップ長Ｇｐ２よりも小さくすることで、第１コア１４側のギャップＧ１の磁気抵抗Ｒ１ｂが第２コア１６側のギャップＧ２の磁気抵抗Ｒ２ｂよりも小さくなる。このため、図８（ｂ）に２つの矢印の太さの差で示すように、第１コア１４側に磁束が流れやすくなる。
【００５２】
また、第１コア１４及び第２コア１６間にコア間ギャップＧ１２を設けることで、第１コア１４の磁気回路が第２コア１６の磁気回路に対して独立し、第１コア１４及び第２コア１６間で磁束が移動しにくくなる。また、図７の比較例の第２例では、コア要素４８の第１部分５４と第２部分５６とが同一磁気抵抗であるため、第１部分５４と第２部分５６とに起磁力Ｂから磁束が同じ分流れるが、仮に第１部分５４及び第２部分５６の材料を異ならせ、異なる２つの材料を接着した場合には、材料の磁気抵抗に応じて第１部分５４及び第２部分５６に流れる磁束の比率を変更することはできる。ただし、この場合、コア要素４８の製造作業が複雑になる。
【００５３】
いずれにしても本実施形態では、第２コア１６の磁気抵抗は高く、通電電流増加による第１コア１４の磁束密度上昇に伴う磁気抵抗増加が第２コア１６の磁気抵抗を超えない限り、第２コア１６での鎖交磁束量は小さく、第２ギャップＧ２が大きなギャップであってもコイル渦損が小さい。すなわち燃費を左右する低電流では、コイル渦損は小さくなる。
【００５４】
また、第１コア要素１８は、けい素鋼（例えば各種のけい素鋼のうちで最も鉄損の低いけい素鋼）よりも鉄損の低い磁性材料、例えばアモルファス金属等により形成されているので、リアクトル１０の損失をより低減できる。さらに、第２コア要素は、第１コア要素を形成する磁性材料よりも鉄損の高い磁性材料、例えばけい素鋼等により形成されている。このため、第１コア１４及び第２コア１６のうち、一部のコアである第１コア１４のみに、コストが高くなりやすい低損失コア材を使用すればよく、リアクトル１０のコスト低減を図りやすい。また、この場合でも通常多く使用される低電流域でのコア損失の低減を図れ、実用上のコア損失を有効に低減できる。
【００５５】
なお、上記では、第１コア１４を構成する第１コア要素１８が１つであり、第２コア１６を構成する第２コア要素２６が１つである場合を説明したが、第１コアおよび第２コアは、それぞれ複数の磁性材製のコア要素を第１ギャップまたは第２ギャップを介して対向することにより構成されることもできる。また、上記では、第１コア要素１８と第２コア要素２６との材料を異ならせる場合を説明したが、第１ギャップ長Ｇｐ１を第２ギャップ長Ｇｐ２よりも小さくする（Ｇｐ１＜Ｇｐ２）ことを前提とする等により、第２コア要素２６は、第１コア要素１８と同じ磁性材料により形成することもできる。すなわち、本実施形態では、第１コア１４は、予め設定された所定電流値よりも低電流域の電流がコイル１２に流れる場合に第２コア１６よりも低い磁気抵抗を有し、第２コア１６は、所定電流値よりも高電流域の電流がコイル１２に流れる場合に第１コア１４よりも低い磁気抵抗を有するものであればよい。
【００５６】
［第２の実施形態］
図９〜１１は、本発明の第２の実施形態に係るリアクトルを示している。図９は、本実施形態のリアクトルにおいて、低磁場領域の電流をコイル１２に流す場合の磁束流れ状態を示す概略断面図である。図１０は、本実施形態に係るリアクトルにおいて、高磁場領域の電流をコイルに流す場合の磁束流れ状態を示す概略断面図である。なお、図９、図１０では、コア中の矢印により、磁束が流れる方向を模式的に示している。
【００５７】
本実施形態のリアクトル５８は、いわゆる２コイル式の４脚型である。すなわち、リアクトル５８は、３つのコアである、第１コア６０、第２コア６２及び第３コア６４と、２つのコイルである第１コイル６６及び第２コイル６８とを備える。第１コア６０は、上記の第１実施形態のリアクトル１０を構成する第１コア１４と同様に構成され、けい素鋼（例えば各種のけい素鋼のうちで最も鉄損の低いけい素鋼）よりも鉄損の低い磁性材料、例えばアモルファス金属、フェライト等により造られた第１コア要素７０と、第１コア要素７０の両端部を構成する断面Ｉ字形の板状の内側脚部７２間に設けられた第１ギャップＧ１とを含む。例えば、第１コア要素７０を、高透磁率で低鉄損な材料である粉体アモルファス金属を樹脂等のバインダで結着してなる加圧成形体の圧粉コアにより形成できる。
【００５８】
第３コア６４も、第１コア６０と同じ磁性材料により、同じ形状に造られている。すなわち、第３コア６４は、上記の第１実施形態のリアクトル５８を構成する第１コア６０と同様に構成され、第１コア要素１８の場合と同じ磁性材料により造られた第３コア要素７４と、第３コア要素７４の両端部を構成する一対の断面Ｉ字形の板状の内側脚部７６間に設けられた第３ギャップＧ３とを含む。例えば、第３コア要素７４を、高透磁率で低鉄損な材料である粉体アモルファス金属を樹脂等のバインダで結着してなる加圧成形体の圧粉コアにより形成できる。第１コア６０及び第３コア６４は、互いに内側脚部７２，７６が内側に配置されるように互いに平行に配置し、第１コア６０及び第３コア６４の間に第２コア６２が配置されている。
【００５９】
第２コア６２は、上記の図６に示した比較例のリアクトル３４を構成するコア３６と同様に形成されている。すなわち、第２コア６２は、全体が断面矩形に形成され、一対の磁性材料製の第２コア要素７８と、一対の第２ギャップである第２ギャップ材８０とを含む。各第２コア要素７８は、断面Ｉ字形の板状の基部８２の両端に互いに平行な一対の断面Ｉ字形の板状の脚部８４が直角方向に結合されている。各第２コア要素７８の各脚部８４が、互いに第２ギャップ材８０を介して結合されている。各第２コア要素７８は、例えば第１コア要素７０及び第３コア要素７４を構成する磁性材料よりも鉄損が高い磁性材料、例えばけい素鋼からなる磁性鋼板の積層体等により造られている。第２コア６２の各脚部８４が、第１コア６０及び第３コア６４の各内側脚部７２，７６及び各外側脚部と平行になるように、第１コア６０及び第３コア６４の間に第２コア６２が配置されている。
【００６０】
また、第１コイル６６は、第１コア６０及び第２コア６２にまたがるように、第１コア６０の内側脚部７２及び第２コア６２の片側（図９、図１０の左側）の脚部８４の周囲に巻回されている。また、第２コイル６８は、第３コア６４及び第２コア６２にまたがるように、第３コア６４の内側脚部７６及び第２コア６２の他側（図９、図１０の右側）の脚部８４の周囲に巻回されている。第１コイル１２及び第２コイル１２は電気的に直列に接続されるとともに、巻き方向を互いに逆にしている。
【００６１】
このようなリアクトル５８では、第１コイル６６の磁路として、第１コア６０を含む第１磁路と、第２コア６２を含む第２磁路とを有する。また、第２コイル６８の磁路として、第３コア６４を含む第３磁路と、第２コア６２を含む第２磁路とを有する。すなわち、第２磁路は、第１コイル１２の磁路と第２コイル１２の磁路とで共通に使用される。また、第１コア６０と第２コア６２とは空間または非磁性材のギャップ材であるコア間ギャップＧ１２を介して対向しており、第２コア６２と第３コア６４とは空間または非磁性材のギャップ材であるコア間ギャップＧ２３を介して対向している。各コア間ギャップＧ１２，Ｇ２３のギャップ長Ｇｐ１２，Ｇｐ２３は互いに同じとすることができる。
【００６２】
また、第１ギャップＧ１の第１ギャップ長Ｇｐ１及び第３ギャップＧ３の第２ギャップ長Ｇｐ３を互いに同じとし、各第２ギャップ材８０の厚さである第２ギャップ長Ｇｐ２を互いに同じとし、各第２ギャップ長Ｇｐ２を第１ギャップ長Ｇｐ１及び第３ギャップ長Ｇｐ３のいずれよりも大きくすることができる。また、第１ギャップＧ１及び第２ギャップ材８０は、互いに対向する位置に設けられている。また、別の第２ギャップ材８０及び第３ギャップＧ３は、互いに対向する位置に設けられている。
【００６３】
図１１は、本実施形態のリアクトルにおいて、各コアの電流負荷に対する磁気抵抗の関係の１例を示す図である。なお、以下の説明では、図９、図１０に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。図１１に示すように、予め設定された所定電流値よりも低電流域の電流が第１コイル６６及び第２コイル６８にそれぞれ流れる主要動作領域で、第１コア６０及び第３コア６４のそれぞれは、第２コア６２よりも低い磁気抵抗を有する。また、所定電流値よりも高電流域の電流が第１コイル６６及び第２コイル６８にそれぞれ流れる、クロスポイントＰ２よりも電流負荷の高い領域で、第２コア６２は、第１コア６０及び第３コア６４のそれぞれよりも低い磁気抵抗を有する。すなわち、各ギャップ長や、各コア６０，６２，６４を構成する材料の設定等により、磁気抵抗のクロスポイントＰ２を主要動作領域よりも電流負荷の高い領域に設定する。
【００６４】
このようなリアクトル５８では、第１コア６０及び第３コア６４で、第１ギャップ長Ｇｐ１及び第３ギャップ長Ｇｐ３を小さくすることで、電流負荷の変化に対して磁気抵抗が大きく変化する、大きな非線形性を許容させる。これに対して、第２コア６２を形成する第２コア要素７８として、電流負荷と磁気抵抗との関係を表す電流−磁気抵抗特性において、磁気抵抗一定の直線に近づく程度を表す「コア要素の磁気抵抗線形性」が、第１コア要素７０及び第３コア要素７４の場合よりも高い材料を使用して、第１ギャップ長Ｇｐ１及び第３ギャップ長Ｇｐ３よりも大きな第２ギャップ長Ｇｐ２を有する第２ギャップ材８０を使用することができる。
【００６５】
また、第２ギャップ長Ｇｐ２と、コア間ギャップＧ１２、Ｇ２３のギャップ長Ｇｐ１２、Ｇｐ２３との関係は次式を満たすようにするのが好ましい。
Ｇｐ２≦２Ｇｐ１２ ・・・（１）
Ｇｐ２≦２Ｇｐ２３ ・・・（２）
【００６６】
なお、コア間ギャップＧ１２、Ｇ２３のギャップ長Ｇｐ１２、Ｇｐ２３は互いに同じとすることもできる。また、第１ギャップ長Ｇｐ１及び第３ギャップ長Ｇｐ３を同じとすることもできる。
【００６７】
また、第２ギャップ長Ｇｐ２が大きくなり過ぎる場合、第２コア６２の図９、図１０の左右両端のＩ字形部分において、非磁性材製の第２ギャップ材８０を設ける位置を１個所から複数個所に変更し、３つ以上の磁性材の脚部間に第２ギャップ材をそれぞれ設けることもできる。
【００６８】
この結果、図９に示すように、各コイル６６，６８に低電流域の電流が流れる低磁場領域では、第１コア６０、第２コア６２及び第３コア６４の透磁率μ１、μ２、μ３の関係が次式を満たすようになる。
μ１＞μ２ ・・・（３）
μ３＞μ２ ・・・（４）
【００６９】
このため、低負荷領域、すなわち低磁場領域では、第１コア６０及び第３コア６４に磁束が主に流れ、基本的にリアクトル５８では、インダクタンスとして、第１コア６０及び第３コア６４を用いる自己インダクタンスのみが作用する。
【００７０】
これに対して、図１０に示すように、各コイル６６，６８に高電流域の電流が流れる高磁場領域では、第１コア６０、第２コア６２及び第３コア６４の透磁率μ１、μ２、μ３の関係が次式を満たすようになる。
μ１＜μ２ ・・・（５）
μ３＜μ２ ・・・（６）
【００７１】
このため、高負荷領域において、第２コア６２では透磁率の変化が少なく、μ２＞μ１、μ３となり、第２コア６２に磁束が多く分流するようになる。なお、第１コア６０及び第３コア６４の透磁率μ１、μ３は、互いに同じとすることができるが、互いに異ならせることもできる。
【００７２】
このようなリアクトル５８では、第１コア６０及び第２コア６２の間、第２コア６２及び第３コア６４の間に、それぞれコア間ギャップＧ１２及び第２コア間ギャップＧ２３が設けられるため、第１コア６０及び第２コア６２の間、第２コア６２及び第３コア６４の間のそれぞれでの磁気抵抗差を大きくすることで、例えば低負荷領域で第１コア６０を含む第１磁路から第２コア６２を含む第２磁路に磁束が容易に流れ込まないようにできるとともに、第３コア６４を含む第３磁路から第２磁路に磁束が容易に流れ込まないようにできる。
【００７３】
また、電流負荷の小さい低負荷領域では、磁気抵抗の低い第１磁路及び第３磁路に磁束が流れ、第２磁路には磁束が流れにくいが、第１磁路及び第３磁路を構成するコア要素７０，７４に低鉄損の材料を使用することで、低負荷領域での鉄損の低減を図れる。
【００７４】
また、磁気抵抗が低いとインダクタンスが上昇することが知られており、磁気抵抗に大きな非線形性があると、電流負荷の変化に対するインダクタンスのフラット性を確保できなくなり、リアクトル５８の性能低下が生じる可能性がある。本実施形態では、磁気回路が低負荷領域で第１磁路及び第３磁路のみを使用するために、第１磁路及び第３磁路の磁気抵抗を第２磁路の磁気抵抗よりも低くする必要がある。ただし、この場合、インダクタンスの非線形性が大きくなる可能性がある。これに対して、第１磁路及び第３磁路のインダクタンスＬ１は次式で表される。ここで、Ｓは磁路の断面積、Ｎは第２磁路についてのコイル６６，６８の巻き数であり、０．５Ｎは第１磁路及び第２磁路それぞれについてのコイル６６（または６８）の巻き数に相当する。ここで、各コイル６６，６８の巻き数は同じとしている。また、ν１は第１磁路及び第３磁路の磁気抵抗、ｄは磁路長である。
（Ｌ１）＝Ｓ（０．５Ｎ）2／（ν１×ｄ）＝（ＳＮ2）／（４νｄ） ・・・（７）
【００７５】
第２磁路のインダクタンスＬ２は次式で表される。ν２は第２磁路の磁気抵抗である。その他の記号の意味は（７）式と同様である。
（Ｌ２）＝（ＳＮ2）／（ν２×ｄ） ・・・（８）
【００７６】
また、（７）式、（８）式から、ν１＝ν２ならば、次式が成立することが分かる。
（Ｌ１）＝（Ｌ２）／４ ・・・（９）
【００７７】
このため、第１磁路及び第３磁路で非線形性が高く、低負荷領域で磁気抵抗ν１が低くても、インダクタンス変化の影響、すなわち寄与度は第２磁路の１／４と小さいため、第２磁路の磁気抵抗の線形性を高くできれば、全体のインダクタンスの線形性を高く維持できることが分かる。
【００７８】
また、第１磁路及び第３磁路では磁気抵抗の非線形性を許容しているため、第１ギャップＧ１及び第３ギャップＧ３が小さく，これらのギャップＧ１，Ｇ３に隣接するコイル６６，６８に対して漏れ磁束が少なくなる。このため、コイル６６，６８に対する渦損を小さくできる。また、低負荷領域では、第２磁路に磁束があまり流れないので、この第２磁路に隣接するコイル６６，６８に対する渦損も小さくできる。
【００７９】
さらに、低損失コア材はコストが高くなりやすいが、各コア６０，６２，６４のうち、一部のコアである第１コア６０及び第３コア６４のみに低損失コア材を使用すればよく、リアクトル５８のコスト低減を図りやすい。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施形態と同様である。
【００８０】
なお、上記では、第１コア要素７０及び第３コア要素７４と、第２コア要素７８との材料を異ならせる場合を説明したが、第２コア要素７８は、第１コア要素７０及び第３コア要素７４と同じ磁性材料により形成することもできる。また、第１コア要素７０及び第３コア要素７４同士で異なる磁性材料を用いることもできる。すなわち、本実施形態では、第１コア６０及び第３コア６４は、予め設定された所定電流値よりも低電流域の電流がコイル６６，６８に流れる場合に第２コア６２よりも低い磁気抵抗を有し、第２コア６２は、所定電流値よりも高電流域の電流がコイル６６，６８に流れる場合に第１コア６０及び第３コア６４よりも低い磁気抵抗を有するものであればよい。
【００８１】
［第３の実施形態］
図１２は、本発明の第３の実施形態に係るリアクトルにおいて、複数のギャップ長の関係を説明するための模式図である。なお、図１２では、各コイル６６，６８を模式的に示しており、「＋」は図１２の裏側から表側に電流が流れることを、「−」は図１２の表側から裏側に電流が流れることを示している。
【００８２】
本実施形態のリアクトル５８は、上記の図９〜１１に示した第２の実施形態において、各第２コア要素７８に設けられた断面Ｉ字形の基部８２が、図１２の左右方向である幅方向両側部分に分割されたような形状としている。すなわち、第２コア６２は、４つの磁性材料製の断面Ｌ字形の板状の第２コア要素８８と、４つの非磁性材料製の第２ギャップである第２ギャップ材８０，９０とを含み、４つの第２コア要素８８が、第２ギャップ材８０，９０を介して全体が断面矩形になるように結合されている。各第２コア要素８８は、第１コア要素７０及び第３コア要素７４を構成する磁性材料よりも鉄損が高い材料を使用する。また、各第２コア要素８８を形成する磁性材料として、第２コア６２の周囲に配置するコイル６６，６８に流す電流と第２コア要素８８の磁気抵抗との関係を表す、電流−磁気抵抗特性において、磁気抵抗一定直線に近い程度を表す「コア要素の磁気抵抗線形性」が、第１コア要素７０及び第３コア要素７４のそれぞれの磁性材料よりも高い磁性材料を使用することができる。また、各第２コア要素８８には、飽和磁化が第１コア要素７０及び第３コア要素７４のそれぞれの磁性材料よりも高く、磁気抵抗線形性が高い線形領域を使用可能な材料を使用することもできる。例えば各第２コア要素８８は、けい素鋼からなる磁性鋼板の積層体や圧粉磁心等により構成される。
【００８３】
また、４つの第２コア要素８８のうち、第１コア６０側の２つの第２コア要素８８と、第３コア６４側の２つの第２コア要素８８との間に設けられた第２ギャップ材９０は、第２ギャップ長Ｇｐ２ａを有する。第２ギャップ長Ｇｐ２ａを有する第２ギャップ材９０も、第２ギャップ長Ｇｐ２を有する第２ギャップ材８０と同様に、第２コア６２内での磁気抵抗を増加するとともに、磁気抵抗線形性を高くする機能を有する。
【００８４】
また、第１ギャップ長Ｇｐ１及び第２ギャップ長Ｇｐ２、Ｇｐ２ａの関係は次式を満たすようにするのが好ましい。
Ｇｐ１≦（Ｇｐ２＋Ｇｐ２ａ）×２ ・・・（１０）
また、第３ギャップ長Ｇｐ３及び第２ギャップ長Ｇｐ２、Ｇｐ２ａの関係は次式を満たすようにするのが好ましい。
Ｇｐ３≦（Ｇｐ２＋Ｇｐ２ａ）×２ ・・・（１１）
【００８５】
その他の構成及び作用は、上記の図９〜１１に示した第２の実施形態と同様である。なお、上記の図９〜１１に示した第２の実施形態、または、上記の図１２に示した第３の実施形態では、第２コア６２に、第２ギャップとして第２ギャップ材８０、９０が設けられている。ただし、第２コア６２を構成する第２ギャップの少なくとも一部として、第２ギャップ材８０（または９０）の代わりに、第２ギャップ長Ｇｐ２（またはＧｐ２ａ）を有する第２空間を設けることもできる。
【００８６】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００８７】
１０ リアクトル、１２ コイル、１４ 第１コア、１６ 第２コア、１８ 第１コア要素、２０ 基部、２２ 外側脚部、２４ 内側脚部、２６ 第２コア要素、２８ 第２基部、３０ 第２外側脚部、３２ 第２内側脚部、３４ リアクトル、３６ コア、３８ コア要素、４０ ギャップ板、４２ 基部、４４ 脚部、４６ リアクトル、４８ コア要素、５０ 基部、５２ 中間脚部、５４ 第１部分、５６ 第２部分、５８ リアクトル、６０ 第１コア、６２ 第２コア、６４ 第３コア、６６ 第１コイル、６８ 第２コイル、７０ 第１コア要素、７２ 内側脚部、７４ 第３コア要素、７６ 内側脚部、７８ 第２コア要素、８０ 第２ギャップ材、８２ 基部、８４ 脚部、８６ リアクトル、８８ 第２コア要素、９０ 第２ギャップ材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに空間または非磁性材製のギャップ材であるコア間ギャップを介して対向するように設けられた２つのコアと、２つのコアに巻回されたコイルとを備えるリアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンと走行用モータとを搭載し、エンジン及び走行用モータの一方または両方を主駆動源として使用するハイブリッド車両（ＨＶ）や、電気自動車（ＥＶ）、燃料電池車両等において電池電圧と、走行用モータに接続されたインバータの駆動電圧との最適化を図るために、昇圧回路等の電圧変換器が使用されている。
【０００３】
このような電圧変換器は、コアと、そのコアの周囲に巻装されたコイルとを含むリアクトルを備えている。また、コアは、複数の磁性体により構成され、複数の磁性体の一部をギャップ板と呼ばれるスペーサや空間（ギャップ空間）を介して対向させることが考えられている。
【０００４】
また、リアクトルの従来構造としては、例えば特許文献１に記載された構成が知られている。特許文献１に記載のリアクトルは、互いに間隔をあけて対向配置された一対の磁性材製のコアと、一対のコイルとを含む。各コアは、略Ｕ字形の複数のけい素鋼等の電磁鋼板等の鋼板を積層することにより構成されたり、磁性体圧粉を焼結した圧粉磁心等により構成するとされている。各コアの両端部に設けられた一対の脚部の先端を、一対のコア同士で非磁性の弾性材を介して対向させている。一対のコア同士で、一対の脚部を対向させた部分の周囲にそれぞれコイルが巻装されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２８９７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなリアクトルのさらなる高性能化を図るために高電流域の電流をコイルに流した場合でも、コアの磁気飽和を生じにくくすることが求められる。これに対して、本発明者は、電流域に応じて磁気経路に使用されるコアを使い分ける構成で、広い電流域で全体として磁気抵抗の変動が小さいコア構造を実現することにより、より広い電流域でリアクトル電流値に対してインダクタンスを一定値に近づけることができ、リアクトルの高性能化を図れると考えるに至った。
【０００７】
本発明の目的は、リアクトルにおいて高性能化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るリアクトルは、互いに空間または非磁性材製のギャップ材であるコア間ギャップを介して対向するように設けられた２つのコアと、前記２つのコアにまたがって巻回されたコイルとを備え、前記２つのコアは、磁性材製の第１コア要素を含む第１コアと、磁性材製の第２コア要素を含む第２コアとにより構成され、前記第１コアは、予め設定された所定電流値よりも低電流域の電流が前記コイルに流れる場合に前記第２コアよりも低い磁気抵抗を有し、前記第２コアは、前記所定電流値よりも高電流域の電流が前記コイルに流れる場合に前記第１コアよりも低い磁気抵抗を有することを特徴とするリアクトルである。なお、「ギャップ材」とは、例えば非磁性材のギャップ板、充填材等である（本明細書全体及び特許請求の範囲で同じとする）。
【０００９】
本発明に係るリアクトルによれば、電流−磁気抵抗特性の異なる２つのコアを電流域に応じて磁気経路に使い分ける構成で、より広い電流域で全体として磁気抵抗の変動を小さくでき、リアクトル全体の磁気特性が向上する。このため、より広い電流域でリアクトル電流値に対してインダクタンスを一定値に近づけることができ、リアクトルにおいて高性能化を図れる。
【００１０】
また、本発明に係るリアクトルにおいて、好ましくは、前記第１コアは、１または複数の磁性材製の第１コア要素が第１空間または非磁性材製の第１ギャップ材である第１ギャップを介して対向することにより構成され、前記第２コアは、１または複数の第２コア要素が第２空間または非磁性材製の第２ギャップ材である第２ギャップを介して対向することにより構成され、前記第１ギャップ及び前記第２ギャップは、互いに対向する位置に設けられ、前記第１ギャップのギャップ長は、前記第２ギャップのギャップ長よりも小さくしている。
【００１１】
上記のリアクトルによれば、第１ギャップのギャップ長が小さいことで、第１ギャップでの漏れ磁束を低減でき、コイルに対する渦損抑制を図れる。また、第２ギャップのギャップ長が大きいことで、第２ギャップを含む第２コアの磁気抵抗が大きくなるため、第２コアの電流−磁気抵抗特性において、電流変化に対する磁気抵抗の変化を小さくして、磁気抵抗一定の直線に近づけることができる。また、第２コアの磁気抵抗は高く、通電電流増加による第１コアの磁束密度上昇に伴う磁気抵抗増加が第２コアの磁気抵抗を超えない限り、第２コアでの鎖交磁束量は小さく、第２ギャップが大きなギャップであってもコイル渦損が小さい。すなわち燃費を左右する低電流では、コイル渦損は小さくなる。
【００１２】
また、本発明に係るリアクトルにおいて、好ましくは、前記第２コア要素を形成する磁性材料として、前記第２コアの周囲に配置される前記コイルに流す電流と、第２コア要素の磁気抵抗との関係を表す電流−磁気抵抗特性において、磁気抵抗一定直線に近い程度を表す磁気抵抗線形性が、前記第１コア要素を形成する磁性材料の場合よりも高い磁性材料が使用されている。
【００１３】
上記のリアクトルによれば、第１ギャップのギャップ長が第２ギャップのギャップ長よりも小さい場合に限定されることなく、電流−磁気抵抗特性の異なる２つのコアを電流域に応じて使い分ける構成を実現できる。
【００１４】
また、本発明に係るリアクトルにおいて、好ましくは、前記第１コア要素は、けい素鋼よりも鉄損の低い材料により形成されている。例えば、第１コア要素は、アモルファス等の鉄損の低い材料により形成されている。
【００１５】
上記のリアクトルによれば、特に第１コア要素にリプル磁束が集中する低電流条件下でのリアクトルの鉄損をより低減できる。
【００１６】
また、本発明に係るリアクトルにおいて、好ましくは、前記第２コア要素は、前記第１コア要素を形成する磁性材料よりも鉄損の高い磁性材料により形成されている。
【００１７】
上記のリアクトルによれば、第１コアと第２コアとのうち、一部のコアである第１コアのみに低損失コア材を使用すればよく、リアクトル１０のコスト低減を図りやすい。また、この場合でも通常多く使用される低電流域でのコア損失の低減を図れ、実用上のコア損失を有効に低減できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のリアクトルによれば、高性能化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るリアクトルを示す概略斜視図である。
【図２】図１の上方から下方に見た図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１のリアクトルにおいて、各コアの電流負荷に対する磁気抵抗の関係の１例を示す図である。
【図５】図１のリアクトルにおいて、各コアの電流負荷に対する透磁率の関係の１例を示す図である。
【図６】比較例の第１例のリアクトルにおいて、磁気飽和を生じやすい部分と生じにくい部分とを説明するための概略断面図である。
【図７】比較例の第２例のリアクトルにおいて、概略断面図（ａ）と、等価磁気回路（ｂ）（ｃ）とを示す図である。
【図８】第１の実施形態のリアクトルにおいて、概略断面図（ａ）と、等価磁気回路（ｂ）とを示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るリアクトルにおいて、低磁場領域の電流をコイルに流す場合の磁束流れ状態を示す概略断面図である。
【図１０】第２の実施形態に係るリアクトルにおいて、高磁場領域の電流をコイルに流す場合の磁束流れ状態を示す概略断面図である。
【図１１】第２の実施形態のリアクトルにおいて、各コアの電流負荷に対する磁気抵抗の関係の１例を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係るリアクトルにおいて、複数のギャップ長の関係を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１の実施形態］
以下、本発明の実施形態のリアクトルを、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態のリアクトルは、例えばハイブリッド車両や、電気自動車、燃料電池車両等の電動車両の電気回路を構成する昇圧コンバータや昇降圧コンバータ等の電圧変換器に組み込んで使用できる。ただし、リアクトルは、このような使用形態で使用するものに限定せず、種々の電気回路に組み込んで使用できる。
【００２１】
図１〜５は、本発明の第１の実施形態を示している。図１〜３に示すように、リアクトル１０は、コイル１２の外側にコアが存在するいわゆる「外鉄型」であり、それぞれ断面の外形が略矩形状の第１コア１４及び第２コア１６と、第１コア１４及び第２コア１６にまたがって巻回されたコイル１２とを備える。
【００２２】
第１コア１４は、断面が略Ｃ字形で、角部が直角に形成された形状を有し、磁性材料により造られた第１コア要素１８と、第１ギャップＧ１（図３）とを含む。すなわち、第１コア要素１８は、互いに平行な一対の断面Ｉ字形の板状の基部２０と、各基部２０の一端同士を連結し、各基部２０に対して直交する方向に設けられた断面Ｉ字形の板状の外側脚部２２と、各基部２０の他端に外側脚部２２と平行に配置するように、各基部２０に対し直交する方向に結合された一対の断面Ｉ字形の板状の内側脚部２４とを含む。各内側脚部２４の先端同士は第１ギャップＧ１を介して対向している。また、第１コア要素１８は、長さ方向、すなわち周方向に対し直交する平面で切断した場合の断面形状を矩形としている。ただし、この断面形状は矩形に限定するものではなく、円形等種々の形状とすることもできる。また、第１コア要素１８は、断面が略Ｃ字形で、角部が直角に形成された形状を有する場合に限定せず、少なくとも一部が断面円弧形となっていてもよい。
【００２３】
図３に示すように、第１ギャップＧ１は、第１ギャップ長Ｇｐ１の厚さを有する第１空間または非磁性材製の第１ギャップ材である。すなわち、第１ギャップＧ１は空間とする場合に限定せず、第１ギャップ長Ｇｐ１の厚さを有する樹脂等の非磁性材により構成されるギャップ板、または非磁性材の充填材により構成することもできる。第１コア要素１８は、従来から多くのコアで使用されるけい素鋼（例えば各種のけい素鋼のうちで最も鉄損の低いけい素鋼）よりも鉄損の低い材料により形成されている。例えば、第１コア要素１８は、アモルファス金属またはフェライト等により形成される。例えば、第１コア要素１８を、高透磁率で低鉄損な材料である粉体アモルファス金属を樹脂等のバインダで結着してなる加圧成形体の圧粉コアにより形成できる。
【００２４】
また、図１〜３に示すように、第２コア１６は、磁性材料により造られた第２コア要素２６と、第２ギャップＧ２（図３）とを含む。すなわち、第２コア要素２６は、第１コア要素１８と同様の基本形状により形成されており、断面が略Ｃ字形で、角部が直角に形成された形状を有する。また、第２コア要素２６は、互いに平行な一対の断面Ｉ字形の板状の第２基部２８と、各第２基部２８の一端同士を連結し、各第２基部２８に対して直交する方向に設けられた断面Ｉ字形の板状の第２外側脚部３０と、各第２基部２８の他端から第２外側脚部３０と平行に配置するように、各第２基部２８に対し直交する方向に結合された一対の断面Ｉ字形の板状の第２内側脚部３２とを含む。各第２内側脚部３２の先端同士は第２ギャップＧ２を介して対向している。また、第２コア要素２６は、長さ方向、すなわち周方向に対し直交する平面で切断した場合の断面形状を矩形としている。ただし、この断面形状は矩形に限定するものではなく、円形等種々の形状とすることもできる。また、第２コア要素２６は、断面が略Ｃ字形で、角部が直角に形成された形状を有する場合に限定せず、少なくとも一部が断面円弧形となっていてもよい。
【００２５】
図３に示すように、第２ギャップＧ２は、第２ギャップ長Ｇｐ２の厚さを有する第２空間または非磁性材製の第２ギャップ材である。すなわち、第２ギャップＧ２は空間とする場合に限定せず、第２ギャップ長Ｇｐ２の厚さを有する樹脂等の非磁性材により構成されるギャップ板、または非磁性材の充填材により構成することもできる。第２コア要素２６は、第１コア要素１８よりも鉄損の高い材料により形成する。また、第２コア要素２６を形成する磁性材料として、第２コア１６の周囲に配置するコイルに流す電流と、第２コア要素２６の磁気抵抗との関係を表す電流−磁気抵抗特性において、磁気抵抗一定直線に近い程度、すなわち磁気抵抗の変化が小さい程度を表す、「コア要素の磁気抵抗線形性」が、第１コア要素１８を形成する磁性材料の場合よりも高い、すなわち磁気抵抗一定直線に近い磁性材料が使用されている。また、第２コア要素２６には、飽和磁化が第１コア要素１８の磁性材料よりも高く、磁気抵抗線形性が高い線形領域を使用可能な磁性材料を使用することができる。例えば、第２コア要素２６を構成する材料として、けい素鋼や圧粉磁心等を使用する。例えば、第２コア要素２６は、けい素鋼からなる磁性鋼板の積層体や、圧粉磁心等により構成されることができる。
【００２６】
また、第１コア１４及び第２コア１６は、互いに空間または非磁性材のギャップ材であり、ギャップ長Ｇｐ１２を有するコア間ギャップＧ１２を介して対向するように設けられている。すなわち、リアクトル１０は、コア間ギャップＧ１２を介して対向するように設けられた２つのコアを備え、２つのコアは、第１コア１４と第２コア１６とにより構成されている。
【００２７】
また、図３に示すように、第１ギャップＧ１及び第２ギャップＧ２は、互いにコア間ギャップＧ１２のギャップ長Ｇｐ１２の方向、すなわち厚さ方向である、図３の左右方向に対向する位置に設けられている。また、第１ギャップＧ１の磁路方向（図３の上下方向）長さである第１ギャップ長Ｇｐ１は、前記第２ギャップＧ２の磁路方向（図３の上下方向）長さである第２ギャップ長Ｇｐ２よりも小さくしている（Ｇｐ１＜Ｇｐ２）。
【００２８】
また、コイル１２は、第１コア１４及び第２コア１６にまたがって巻回されている。具体的には、コイル１２は、第１コア１４の各内側脚部２４と、第２コア１６の各第２内側脚部３２との周囲にまたがって巻回されている。コイル１２は、第１コア１４及び第２コア１６に、樹脂等の非磁性材製の図示しないボビン等を介して巻回することもできる。コイル１２は、例えば軸方向に複数のターンが設けられ、図１、図２に示すように軸方向に見た形状が略矩形である、エッジワイズコイルにより構成されている。なお、コイル１２は、軸方向に見た形状が略円形等の矩形以外の形状であるエッジワイズコイルにより構成することもできる。また、コイル１２は、断面丸形のソレノイドコイルや、フラットワイズコイル等のエッジワイズコイル以外により構成することもできる。コイル１２の両端にそれぞれ図示しない外部端子を接続可能としている。例えば、直流電源である図示しないバッテリの正極側に接続された、コイル１２の図示しない一端から電流を入力し、図示しない他端から電流を出力する。
【００２９】
また、第１コア１４は、予め設定された所定電流値よりも低電流域の電流がコイル１２に流れる場合に第２コア１６よりも低い磁気抵抗を有し、第２コア１６は、所定電流値よりも高電流域の電流がコイル１２に流れる場合に第１コア１４よりも低い磁気抵抗を有するようにしている。具体的には、一部の動作領域であり、実用上頻繁に使用される低負荷側の動作領域である主要動作領域で、第１コア１４の磁気抵抗を、第２コア１６の磁気抵抗よりも低くしている。図４は、図１のリアクトル１０において、電流負荷であるバッテリ電流、すなわちバッテリからコイル１２へ入力される電流に対する、各コア１４，１６の磁気抵抗の関係の１例を示す図である。なお、以下の説明では、図１から図３で示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
【００３０】
図４では、各コア１４，１６にまたがるように巻装されたコイル１２に電流を流した場合の電流負荷と、各コア１４，１６の磁気抵抗との関係を示しており、主要動作領域で、第２コア１６の磁気抵抗が高く、第１コア１４の磁気抵抗が低くなっている。また、第２コア１６の磁気抵抗は、電流負荷にかかわらず一定値に近くなっている、すなわち磁気抵抗線形性が高くなっている。
【００３１】
また、主要動作領域から高負荷側（図４の右側）に外れた領域に、第１コア１４及び第２コア１６の磁気特性が交差するクロスポイントＰ１が設定されるように、ギャップ長Ｇｐ１，Ｇｐ２や、各コア要素１８，２６の材料が設定されている。
【００３２】
図５は、図１のリアクトル１０において、電流負荷であるバッテリ電流に対する各コア１４，１６の透磁率であるコア透磁率の関係の１例を示す図である。コア透磁率は、コア１４，１６の磁気抵抗に対し逆数の関係にあるので、図５では、バッテリ電流値が低い領域で、第１コア１４の透磁率が第２コア１６の透磁率よりも高く、バッテリ電流値が高い領域で、第１コア１４の透磁率が第２コア１６の透磁率よりも低くなっている。
【００３３】
また、上記のように各コア１４，１６同士でギャップ長Ｇｐ１，Ｇｐ２の関係を調整することで、各コア１４，１６の磁気抵抗バランスを、上記の図４の関係に設定することができる。これにより、第１コア１４の電流負荷に対する磁気抵抗特性が一定定数から大きく外れる程度を表す「コアの磁気抵抗非線形性」を許容することができる。第１コア１４と第２コア１６とは、その配置関係を逆にすることもできる。
【００３４】
このようなリアクトル１０によれば、低電流域の電流がコイル１２に流れる場合、第１コア１４の磁気抵抗が第２コア１６の磁気抵抗よりも低く、主に第１コア１４に磁束が流れる。これに対して、高電流域の電流がコイル１２に流れる場合、第２コア１６の磁気抵抗が第１コア１４の磁気抵抗よりも低く、主に第２コア１６に磁束が流れる。
【００３５】
このように電流−磁気抵抗特性の異なる２つのコアである、第１コア１４及び第２コア１６を電流域に応じて磁気経路に使い分ける構成で、より広い電流域で全体として磁気抵抗の変動を小さくでき、リアクトル１０全体の磁気特性が向上する。このため、より広い電流域でリアクトル電流値に対してインダクタンスを一定値に近づけることができ、リアクトル１０において高性能化を図れる。特に、電流域で第１コア１４及び第２コア１６を使い分けるため、高電流域で磁気飽和せずに使用できる領域が拡大して、高磁場領域でもリアクトル１０を有効活用できる。
【００３６】
また、リアクトル１０は、透磁率が互いに異なる、第１コア１４及び第２コア１６を備え、第１コア１４及び第２コア１６間にコア間ギャップＧ１２が設けられている。また、クロスポイントＰ１（図４）を含む一部の電流域を除く多くの電流域で、第１コア１４及び第２コア１６は異なる透磁率を有し、かつ、互いの磁気抵抗差が大きくなる。リアクトル１０にコア間ギャップＧ１２を設けることで、例えば低電流域で、片側のコアである第１コア１４を含む第１磁路を流れる磁束が他側のコアである第２コア１６を含む第２磁路に、容易に流れ込まないようにできる。
【００３７】
また、第１コア１４は、磁性材製の第１コア要素１８の両端が第１空間または非磁性材製の第１ギャップ材である第１ギャップＧ１を介して対向することにより構成され、第２コア１６は、磁性材製の第２コア要素２６の両端が第２空間または非磁性材製の第２ギャップ材である第２ギャップＧ２を介して対向することにより構成されている。また、第１ギャップＧ１及び第２ギャップＧ２は、互いに対向する位置に設けられ、第１ギャップ長Ｇｐ１は、第２ギャップ長Ｇｐ２よりも小さくしている（Ｇｐ１＜Ｇｐ２）。このため、低電流域の電流をコイル１２に流す場合でのみ第１コア１４を使用することで、第１コア１４の電流−磁気抵抗特性において、電流変化に対して磁気抵抗が大きく変化し、磁気抵抗一定の直線から大きく外れる程度を表す「コアの磁気抵抗非線形性」を許容でき、第１ギャップＧ１を小さくできる。
【００３８】
また、第１ギャップ長Ｇｐ１が小さいことで、第１ギャップＧ１での漏れ磁束を低減でき、コイル１２に対する渦損抑制を図れる。
【００３９】
また、コイル１２に入力される電流、例えばバッテリ電流が小さいときには、第２コア１６を含む第２磁路に磁束が多くは流れないので、第２磁路に隣接するコイル１２に対する漏れ磁束による渦損が低減される。
【００４０】
また、高電流域の電流をコイル１２に流す場合、第２コア１６を主に使用するが、第２ギャップ長Ｇｐ２を大きくすることで、第２ギャップＧ２を含む第２コア１６の磁気抵抗が大きくなる。このため、第２コア１６の電流−磁気抵抗特性において、電流変化に対する磁気抵抗の変化を小さくして、磁気抵抗一定の直線に近づけることができる。また、第２コア１６の磁気抵抗は高く、通電電流増加による第１コア１４の磁束密度上昇に伴う磁気抵抗増加が第２コア１６の磁気抵抗を超えない限り、第２コア１６での鎖交磁束量は小さく、第２ギャップＧ２が大きなギャップであってもコイル渦損が小さい。すなわち燃費を左右する低電流では、コイル渦損は小さくなる。
【００４１】
また、第１コア要素１８は、けい素鋼よりも鉄損の低い材料、例えばアモルファス等により形成されている。このため、実用上頻繁に使用される主要動作領域で、低電流域の電流をコイル１２に流す場合に、第２コア要素２６に磁束が流れ込みにくくなるが、上記のように第１コア要素１８に鉄損の低い材料を使用することで、コア損失の低減を図れる。
【００４２】
また、第１コア要素１８は、高透磁率、すなわち磁気抵抗が低く、かつ、低鉄損の材料であるアモルファス金属等により形成されているので、損失を低くしつつ、第１ギャップ長Ｇｐ１を十分に小さくして、電流−磁気抵抗特性において磁気抵抗一定直線から大きく外れる程度を表す「コアの磁気抵抗非線形性」を許容できる。
【００４３】
また、第２コア要素２６を形成する磁性材料として、第２コア１６の周囲に配置するコイルに流す電流と、第２コア要素２６の磁気抵抗との関係を表す電流−磁気抵抗特性において、磁気抵抗一定直線に近い程度、すなわち磁気抵抗の変化が小さい程度を表す、「コア要素の磁気抵抗線形性」が、第１コア要素１８を形成する磁性材料の場合よりも高い磁性材料が使用されている。このため、第１ギャップＧ１のギャップ長Ｇｐ１が第２ギャップＧ２のギャップ長Ｇｐ２よりも小さい（Ｇｐ１＜Ｇｐ２）場合に限定されることなく、電流−磁気抵抗特性の異なる２つのコア１４，１６を電流域に応じて使い分ける構成を実現できる。すなわち、本実施形態では、ギャップ長Ｇｐ１をギャップ長Ｇｐ２よりも小さく（Ｇｐ１＜Ｇｐ２）しているが、ギャップ長Ｇｐ１をギャップ長Ｇｐ２と同じ（Ｇｐ１＝Ｇｐ２）か、またはギャップ長Ｇｐ２よりも大きくする（Ｇｐ１＞Ｇｐ２）こともできる。ただし、本実施形態のように、ギャップ長Ｇｐ１をギャップ長Ｇｐ２よりも小さくする（Ｇｐ１＜Ｇｐ２）のが、コア１４，１６同士の磁気抵抗非線形性の違いを大きくする面からより好ましい。
【００４４】
すなわち、本実施形態では、第２コア要素２６を形成する磁性材料として、磁気抵抗一定直線に大きく近づく程度を表す、「コア要素の磁気抵抗線形性」の高い材料を使用して、しかも、第２コア１６は、第１コア１４の第１ギャップＧ１よりも大きなギャップ長Ｇｐ２を有する第２ギャップＧ２を含むので、磁気抵抗を増加でき、コアの磁気抵抗線形性を高くできる。
【００４５】
図６は、比較例の第１例のリアクトルにおいて、磁気飽和を生じやすい部分と生じにくい部分とを説明するための概略断面図である。図６の比較例のリアクトル３４は、断面矩形のコア３６と、コア３６に巻装された一対のコイル１２とを含んでいる。一対のコイル１２は電気的に直列に接続されている。コア３６は、一対の磁性材である鉄製のコア要素３８と、一対の非磁性材製のギャップ板４０とを含む。各コア要素３８は、断面Ｉ字形の基部４２の両端に互いに平行に一対のＩ字形の脚部４４が結合されている。各コア要素３８の各脚部４４が、互いにギャップ板４０を介して結合されている。また、図６では、コア要素３８において、矢印が多く、かつ密度の高い部分により磁束が多く流れる部分を示している。
【００４６】
このような比較例では、例えば高電流がコイル１２に入力される高磁場領域で使用される場合に、コア３６内での磁気飽和を生じにくくする必要がある。このためには、コア要素３８の断面積を大きくするか、またはギャップ板４０の厚さであるギャップ長を大きくするとともに、コイル１２の巻き数を大きくする必要がある。前者の課題は、コア体積増に伴う体格増であり、後者の課題は、ギャップ長が大きくなることに伴う漏れ磁束によりコイル渦損が大きくなることである。特にコア要素３８の断面積を大きくした場合、図６に矢印で示すように、磁束は同一物質中で最短距離を通過しようとするので、図６でαで示す丸で囲んだ部分であるコア３６の内周部に磁束が集中し、内側が磁気飽和しやすくなる。逆に図６のβで示す丸で囲んだ部分であるコア３６の外周部には磁束が少なくなる。
【００４７】
これに対して、鉄損が小さいアモルファス系の材料をコア要素３８に使用すると、コア３６において、電流変化に対するインダクタンスの非線形性が大きくなるので、コア体格を大きくしてコア３６中の磁束密度を小さくし、鉄損の低減とインダクタンスの線形性向上との両立を図れる可能性がある。ただし、この場合には、コア体格が大きくなるため、好ましくない。
【００４８】
また、上記のようにコア要素３８に鉄を使用し、コア体格を大きくすることで磁束密度を低くすることも考えられるが、コア体格が大きくなることは好ましくない。また、ギャップ板４０とコイル１２との間の図６の左右方向の距離を大きくすることで、渦損を低減することも考えられる。ただし、この場合もコア体格が大きくなるので好ましくない。上記の本実施形態によれば、電流負荷に対するインダクタンスの非線形性が大きくなるのを抑制できるとともに、損失の低減を図れ、さらに体格を小さくでき、上記の不都合を解消できる。
【００４９】
次に、本実施形態のリアクトル１０（図１等）で第１コア１４及び第２コア１６間にコア間ギャップＧ１２を設けたことにより得られる効果を、図７、図８に示す比較例と本実施形態とでの等価磁気回路を用いて説明する。図７は、比較例の第２例のリアクトルにおいて、概略断面図（ａ）と、等価磁気回路（ｂ）（ｃ）とを示す図である。図８は、本実施形態のリアクトルにおいて、概略断面図（ａ）と、等価磁気回路（ｂ）とを示す図である。図７（ａ）の比較例のリアクトル４６は、図８（ａ）の実施形態のリアクトル１０でコア間ギャップＧ１２をなくしてコア要素４８を単一の磁性材料により構成したのと同様である。すなわち、図７（ａ）のリアクトル４６は、磁性材料製のコア要素４８と、コイル１２とを含み、コア要素４８は、断面略矩形で中間部内面の一対の断面Ｉ字形の基部５０の対向する位置からギャップＧａを介して対向するように、Ｉ字形の中間脚部５２が突出している。コイル１２は、コア要素４８の内側で各中間脚部５２の周囲に巻回されている。図７（ａ）のリアクトル４６を等価磁気回路で示すと、図７（ｂ）（ｃ）のようになる。すなわちコア要素４８をコイル１２の中心Ｏ（図７（ａ））に関して両側を第１部分５４及び第２部分５６で区別した場合に、起磁力Ｂに対して互いに並列に第１部分５４及び第２部分５６の小さい磁気抵抗Ｒ１，Ｒ２が接続され、磁気抵抗Ｒ１，Ｒ２の並列接続部分に対し直列にギャップＧａの大きな磁気抵抗Ｒ３が接続されたのと磁気的に等価となる。磁気抵抗Ｒ３は、磁気抵抗Ｒ１，Ｒ２よりも大きい。
【００５０】
これに対して、図８（ａ）に示す本実施形態のリアクトル１０では、第１コア１４及び第２コア１６間にコア間ギャップＧ１２が設けられている。このリアクトル１０を等価磁気回路で示すと、図８（ｂ）のようになる。すなわち第１コア要素１８の磁気抵抗Ｒ１ａに対し直列に第１ギャップＧ１の磁気抵抗Ｒ１ｂが接続され、同様に、第２コア要素２６の磁気抵抗Ｒ２ａに対し直列に第２ギャップＧ２の磁気抵抗Ｒ２ｂが接続される。磁気抵抗Ｒ１ｂは磁気抵抗Ｒ１ａよりも大きく、磁気抵抗Ｒ２ｂは磁気抵抗Ｒ２ａよりも大きい。
【００５１】
起磁力Ｂの片側に磁気抵抗Ｒ１ｂ、Ｒ２ｂの一端が接続され、起磁力Ｂの他側に磁気抵抗Ｒ１ａ、Ｒ２ａの一端が接続される。図８（ｂ）の等価磁気回路から明らかなように、第１ギャップＧ１のギャップ長Ｇｐ１を第２ギャップＧ２のギャップ長Ｇｐ２よりも小さくすることで、第１コア１４側のギャップＧ１の磁気抵抗Ｒ１ｂが第２コア１６側のギャップＧ２の磁気抵抗Ｒ２ｂよりも小さくなる。このため、図８（ｂ）に２つの矢印の太さの差で示すように、第１コア１４側に磁束が流れやすくなる。
【００５２】
また、第１コア１４及び第２コア１６間にコア間ギャップＧ１２を設けることで、第１コア１４の磁気回路が第２コア１６の磁気回路に対して独立し、第１コア１４及び第２コア１６間で磁束が移動しにくくなる。また、図７の比較例の第２例では、コア要素４８の第１部分５４と第２部分５６とが同一磁気抵抗であるため、第１部分５４と第２部分５６とに起磁力Ｂから磁束が同じ分流れるが、仮に第１部分５４及び第２部分５６の材料を異ならせ、異なる２つの材料を接着した場合には、材料の磁気抵抗に応じて第１部分５４及び第２部分５６に流れる磁束の比率を変更することはできる。ただし、この場合、コア要素４８の製造作業が複雑になる。
【００５３】
いずれにしても本実施形態では、第２コア１６の磁気抵抗は高く、通電電流増加による第１コア１４の磁束密度上昇に伴う磁気抵抗増加が第２コア１６の磁気抵抗を超えない限り、第２コア１６での鎖交磁束量は小さく、第２ギャップＧ２が大きなギャップであってもコイル渦損が小さい。すなわち燃費を左右する低電流では、コイル渦損は小さくなる。
【００５４】
また、第１コア要素１８は、けい素鋼（例えば各種のけい素鋼のうちで最も鉄損の低いけい素鋼）よりも鉄損の低い磁性材料、例えばアモルファス金属等により形成されているので、リアクトル１０の損失をより低減できる。さらに、第２コア要素は、第１コア要素を形成する磁性材料よりも鉄損の高い磁性材料、例えばけい素鋼等により形成されている。このため、第１コア１４及び第２コア１６のうち、一部のコアである第１コア１４のみに、コストが高くなりやすい低損失コア材を使用すればよく、リアクトル１０のコスト低減を図りやすい。また、この場合でも通常多く使用される低電流域でのコア損失の低減を図れ、実用上のコア損失を有効に低減できる。
【００５５】
なお、上記では、第１コア１４を構成する第１コア要素１８が１つであり、第２コア１６を構成する第２コア要素２６が１つである場合を説明したが、第１コアおよび第２コアは、それぞれ複数の磁性材製のコア要素を第１ギャップまたは第２ギャップを介して対向することにより構成されることもできる。また、上記では、第１コア要素１８と第２コア要素２６との材料を異ならせる場合を説明したが、第１ギャップ長Ｇｐ１を第２ギャップ長Ｇｐ２よりも小さくする（Ｇｐ１＜Ｇｐ２）ことを前提とする等により、第２コア要素２６は、第１コア要素１８と同じ磁性材料により形成することもできる。すなわち、本実施形態では、第１コア１４は、予め設定された所定電流値よりも低電流域の電流がコイル１２に流れる場合に第２コア１６よりも低い磁気抵抗を有し、第２コア１６は、所定電流値よりも高電流域の電流がコイル１２に流れる場合に第１コア１４よりも低い磁気抵抗を有するものであればよい。
【００５６】
［第２の実施形態］
図９〜１１は、本発明の第２の実施形態に係るリアクトルを示している。図９は、本実施形態のリアクトルにおいて、低磁場領域の電流をコイル１２に流す場合の磁束流れ状態を示す概略断面図である。図１０は、本実施形態に係るリアクトルにおいて、高磁場領域の電流をコイルに流す場合の磁束流れ状態を示す概略断面図である。なお、図９、図１０では、コア中の矢印により、磁束が流れる方向を模式的に示している。
【００５７】
本実施形態のリアクトル５８は、いわゆる２コイル式の４脚型である。すなわち、リアクトル５８は、３つのコアである、第１コア６０、第２コア６２及び第３コア６４と、２つのコイルである第１コイル６６及び第２コイル６８とを備える。第１コア６０は、上記の第１実施形態のリアクトル１０を構成する第１コア１４と同様に構成され、けい素鋼（例えば各種のけい素鋼のうちで最も鉄損の低いけい素鋼）よりも鉄損の低い磁性材料、例えばアモルファス金属、フェライト等により造られた第１コア要素７０と、第１コア要素７０の両端部を構成する断面Ｉ字形の板状の内側脚部７２間に設けられた第１ギャップＧ１とを含む。例えば、第１コア要素７０を、高透磁率で低鉄損な材料である粉体アモルファス金属を樹脂等のバインダで結着してなる加圧成形体の圧粉コアにより形成できる。
【００５８】
第３コア６４も、第１コア６０と同じ磁性材料により、同じ形状に造られている。すなわち、第３コア６４は、上記の第１実施形態のリアクトル５８を構成する第１コア６０と同様に構成され、第１コア要素１８の場合と同じ磁性材料により造られた第３コア要素７４と、第３コア要素７４の両端部を構成する一対の断面Ｉ字形の板状の内側脚部７６間に設けられた第３ギャップＧ３とを含む。例えば、第３コア要素７４を、高透磁率で低鉄損な材料である粉体アモルファス金属を樹脂等のバインダで結着してなる加圧成形体の圧粉コアにより形成できる。第１コア６０及び第３コア６４は、互いに内側脚部７２，７６が内側に配置されるように互いに平行に配置し、第１コア６０及び第３コア６４の間に第２コア６２が配置されている。
【００５９】
第２コア６２は、上記の図６に示した比較例のリアクトル３４を構成するコア３６と同様に形成されている。すなわち、第２コア６２は、全体が断面矩形に形成され、一対の磁性材料製の第２コア要素７８と、一対の第２ギャップである第２ギャップ材８０とを含む。各第２コア要素７８は、断面Ｉ字形の板状の基部８２の両端に互いに平行な一対の断面Ｉ字形の板状の脚部８４が直角方向に結合されている。各第２コア要素７８の各脚部８４が、互いに第２ギャップ材８０を介して結合されている。各第２コア要素７８は、例えば第１コア要素７０及び第３コア要素７４を構成する磁性材料よりも鉄損が高い磁性材料、例えばけい素鋼からなる磁性鋼板の積層体等により造られている。第２コア６２の各脚部８４が、第１コア６０及び第３コア６４の各内側脚部７２，７６及び各外側脚部と平行になるように、第１コア６０及び第３コア６４の間に第２コア６２が配置されている。
【００６０】
また、第１コイル６６は、第１コア６０及び第２コア６２にまたがるように、第１コア６０の内側脚部７２及び第２コア６２の片側（図９、図１０の左側）の脚部８４の周囲に巻回されている。また、第２コイル６８は、第３コア６４及び第２コア６２にまたがるように、第３コア６４の内側脚部７６及び第２コア６２の他側（図９、図１０の右側）の脚部８４の周囲に巻回されている。第１コイル１２及び第２コイル１２は電気的に直列に接続されるとともに、巻き方向を互いに逆にしている。
【００６１】
このようなリアクトル５８では、第１コイル６６の磁路として、第１コア６０を含む第１磁路と、第２コア６２を含む第２磁路とを有する。また、第２コイル６８の磁路として、第３コア６４を含む第３磁路と、第２コア６２を含む第２磁路とを有する。すなわち、第２磁路は、第１コイル１２の磁路と第２コイル１２の磁路とで共通に使用される。また、第１コア６０と第２コア６２とは空間または非磁性材のギャップ材であるコア間ギャップＧ１２を介して対向しており、第２コア６２と第３コア６４とは空間または非磁性材のギャップ材であるコア間ギャップＧ２３を介して対向している。各コア間ギャップＧ１２，Ｇ２３のギャップ長Ｇｐ１２，Ｇｐ２３は互いに同じとすることができる。
【００６２】
また、第１ギャップＧ１の第１ギャップ長Ｇｐ１及び第３ギャップＧ３の第２ギャップ長Ｇｐ３を互いに同じとし、各第２ギャップ材８０の厚さである第２ギャップ長Ｇｐ２を互いに同じとし、各第２ギャップ長Ｇｐ２を第１ギャップ長Ｇｐ１及び第３ギャップ長Ｇｐ３のいずれよりも大きくすることができる。また、第１ギャップＧ１及び第２ギャップ材８０は、互いに対向する位置に設けられている。また、別の第２ギャップ材８０及び第３ギャップＧ３は、互いに対向する位置に設けられている。
【００６３】
図１１は、本実施形態のリアクトルにおいて、各コアの電流負荷に対する磁気抵抗の関係の１例を示す図である。なお、以下の説明では、図９、図１０に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。図１１に示すように、予め設定された所定電流値よりも低電流域の電流が第１コイル６６及び第２コイル６８にそれぞれ流れる主要動作領域で、第１コア６０及び第３コア６４のそれぞれは、第２コア６２よりも低い磁気抵抗を有する。また、所定電流値よりも高電流域の電流が第１コイル６６及び第２コイル６８にそれぞれ流れる、クロスポイントＰ２よりも電流負荷の高い領域で、第２コア６２は、第１コア６０及び第３コア６４のそれぞれよりも低い磁気抵抗を有する。すなわち、各ギャップ長や、各コア６０，６２，６４を構成する材料の設定等により、磁気抵抗のクロスポイントＰ２を主要動作領域よりも電流負荷の高い領域に設定する。
【００６４】
このようなリアクトル５８では、第１コア６０及び第３コア６４で、第１ギャップ長Ｇｐ１及び第３ギャップ長Ｇｐ３を小さくすることで、電流負荷の変化に対して磁気抵抗が大きく変化する、大きな非線形性を許容させる。これに対して、第２コア６２を形成する第２コア要素７８として、電流負荷と磁気抵抗との関係を表す電流−磁気抵抗特性において、磁気抵抗一定の直線に近づく程度を表す「コア要素の磁気抵抗線形性」が、第１コア要素７０及び第３コア要素７４の場合よりも高い材料を使用して、第１ギャップ長Ｇｐ１及び第３ギャップ長Ｇｐ３よりも大きな第２ギャップ長Ｇｐ２を有する第２ギャップ材８０を使用することができる。
【００６５】
また、第２ギャップ長Ｇｐ２と、コア間ギャップＧ１２、Ｇ２３のギャップ長Ｇｐ１２、Ｇｐ２３との関係は次式を満たすようにするのが好ましい。
Ｇｐ２≦２Ｇｐ１２ ・・・（１）
Ｇｐ２≦２Ｇｐ２３ ・・・（２）
【００６６】
なお、コア間ギャップＧ１２、Ｇ２３のギャップ長Ｇｐ１２、Ｇｐ２３は互いに同じとすることもできる。また、第１ギャップ長Ｇｐ１及び第３ギャップ長Ｇｐ３を同じとすることもできる。
【００６７】
また、第２ギャップ長Ｇｐ２が大きくなり過ぎる場合、第２コア６２の図９、図１０の左右両端のＩ字形部分において、非磁性材製の第２ギャップ材８０を設ける位置を１個所から複数個所に変更し、３つ以上の磁性材の脚部間に第２ギャップ材をそれぞれ設けることもできる。
【００６８】
この結果、図９に示すように、各コイル６６，６８に低電流域の電流が流れる低磁場領域では、第１コア６０、第２コア６２及び第３コア６４の透磁率μ１、μ２、μ３の関係が次式を満たすようになる。
μ１＞μ２ ・・・（３）
μ３＞μ２ ・・・（４）
【００６９】
このため、低負荷領域、すなわち低磁場領域では、第１コア６０及び第３コア６４に磁束が主に流れ、基本的にリアクトル５８では、インダクタンスとして、第１コア６０及び第３コア６４を用いる自己インダクタンスのみが作用する。
【００７０】
これに対して、図１０に示すように、各コイル６６，６８に高電流域の電流が流れる高磁場領域では、第１コア６０、第２コア６２及び第３コア６４の透磁率μ１、μ２、μ３の関係が次式を満たすようになる。
μ１＜μ２ ・・・（５）
μ３＜μ２ ・・・（６）
【００７１】
このため、高負荷領域において、第２コア６２では透磁率の変化が少なく、μ２＞μ１、μ３となり、第２コア６２に磁束が多く分流するようになる。なお、第１コア６０及び第３コア６４の透磁率μ１、μ３は、互いに同じとすることができるが、互いに異ならせることもできる。
【００７２】
このようなリアクトル５８では、第１コア６０及び第２コア６２の間、第２コア６２及び第３コア６４の間に、それぞれコア間ギャップＧ１２及び第２コア間ギャップＧ２３が設けられるため、第１コア６０及び第２コア６２の間、第２コア６２及び第３コア６４の間のそれぞれでの磁気抵抗差を大きくすることで、例えば低負荷領域で第１コア６０を含む第１磁路から第２コア６２を含む第２磁路に磁束が容易に流れ込まないようにできるとともに、第３コア６４を含む第３磁路から第２磁路に磁束が容易に流れ込まないようにできる。
【００７３】
また、電流負荷の小さい低負荷領域では、磁気抵抗の低い第１磁路及び第３磁路に磁束が流れ、第２磁路には磁束が流れにくいが、第１磁路及び第３磁路を構成するコア要素７０，７４に低鉄損の材料を使用することで、低負荷領域での鉄損の低減を図れる。
【００７４】
また、磁気抵抗が低いとインダクタンスが上昇することが知られており、磁気抵抗に大きな非線形性があると、電流負荷の変化に対するインダクタンスのフラット性を確保できなくなり、リアクトル５８の性能低下が生じる可能性がある。本実施形態では、磁気回路が低負荷領域で第１磁路及び第３磁路のみを使用するために、第１磁路及び第３磁路の磁気抵抗を第２磁路の磁気抵抗よりも低くする必要がある。ただし、この場合、インダクタンスの非線形性が大きくなる可能性がある。これに対して、第１磁路及び第３磁路のインダクタンスＬ１は次式で表される。ここで、Ｓは磁路の断面積、Ｎは第２磁路についてのコイル６６，６８の巻き数であり、０．５Ｎは第１磁路及び第２磁路それぞれについてのコイル６６（または６８）の巻き数に相当する。ここで、各コイル６６，６８の巻き数は同じとしている。また、ν１は第１磁路及び第３磁路の磁気抵抗、ｄは磁路長である。
（Ｌ１）＝Ｓ（０．５Ｎ）2／（ν１×ｄ）＝（ＳＮ2）／（４νｄ） ・・・（７）
【００７５】
第２磁路のインダクタンスＬ２は次式で表される。ν２は第２磁路の磁気抵抗である。その他の記号の意味は（７）式と同様である。
（Ｌ２）＝（ＳＮ2）／（ν２×ｄ） ・・・（８）
【００７６】
また、（７）式、（８）式から、ν１＝ν２ならば、次式が成立することが分かる。
（Ｌ１）＝（Ｌ２）／４ ・・・（９）
【００７７】
このため、第１磁路及び第３磁路で非線形性が高く、低負荷領域で磁気抵抗ν１が低くても、インダクタンス変化の影響、すなわち寄与度は第２磁路の１／４と小さいため、第２磁路の磁気抵抗の線形性を高くできれば、全体のインダクタンスの線形性を高く維持できることが分かる。
【００７８】
また、第１磁路及び第３磁路では磁気抵抗の非線形性を許容しているため、第１ギャップＧ１及び第３ギャップＧ３が小さく，これらのギャップＧ１，Ｇ３に隣接するコイル６６，６８に対して漏れ磁束が少なくなる。このため、コイル６６，６８に対する渦損を小さくできる。また、低負荷領域では、第２磁路に磁束があまり流れないので、この第２磁路に隣接するコイル６６，６８に対する渦損も小さくできる。
【００７９】
さらに、低損失コア材はコストが高くなりやすいが、各コア６０，６２，６４のうち、一部のコアである第１コア６０及び第３コア６４のみに低損失コア材を使用すればよく、リアクトル５８のコスト低減を図りやすい。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施形態と同様である。
【００８０】
なお、上記では、第１コア要素７０及び第３コア要素７４と、第２コア要素７８との材料を異ならせる場合を説明したが、第２コア要素７８は、第１コア要素７０及び第３コア要素７４と同じ磁性材料により形成することもできる。また、第１コア要素７０及び第３コア要素７４同士で異なる磁性材料を用いることもできる。すなわち、本実施形態では、第１コア６０及び第３コア６４は、予め設定された所定電流値よりも低電流域の電流がコイル６６，６８に流れる場合に第２コア６２よりも低い磁気抵抗を有し、第２コア６２は、所定電流値よりも高電流域の電流がコイル６６，６８に流れる場合に第１コア６０及び第３コア６４よりも低い磁気抵抗を有するものであればよい。
【００８１】
［第３の実施形態］
図１２は、本発明の第３の実施形態に係るリアクトルにおいて、複数のギャップ長の関係を説明するための模式図である。なお、図１２では、各コイル６６，６８を模式的に示しており、「＋」は図１２の裏側から表側に電流が流れることを、「−」は図１２の表側から裏側に電流が流れることを示している。
【００８２】
本実施形態のリアクトル５８は、上記の図９〜１１に示した第２の実施形態において、各第２コア要素７８に設けられた断面Ｉ字形の基部８２が、図１２の左右方向である幅方向両側部分に分割されたような形状としている。すなわち、第２コア６２は、４つの磁性材料製の断面Ｌ字形の板状の第２コア要素８８と、４つの非磁性材料製の第２ギャップである第２ギャップ材８０，９０とを含み、４つの第２コア要素８８が、第２ギャップ材８０，９０を介して全体が断面矩形になるように結合されている。各第２コア要素８８は、第１コア要素７０及び第３コア要素７４を構成する磁性材料よりも鉄損が高い材料を使用する。また、各第２コア要素８８を形成する磁性材料として、第２コア６２の周囲に配置するコイル６６，６８に流す電流と第２コア要素８８の磁気抵抗との関係を表す、電流−磁気抵抗特性において、磁気抵抗一定直線に近い程度を表す「コア要素の磁気抵抗線形性」が、第１コア要素７０及び第３コア要素７４のそれぞれの磁性材料よりも高い磁性材料を使用することができる。また、各第２コア要素８８には、飽和磁化が第１コア要素７０及び第３コア要素７４のそれぞれの磁性材料よりも高く、磁気抵抗線形性が高い線形領域を使用可能な材料を使用することもできる。例えば各第２コア要素８８は、けい素鋼からなる磁性鋼板の積層体や圧粉磁心等により構成される。
【００８３】
また、４つの第２コア要素８８のうち、第１コア６０側の２つの第２コア要素８８と、第３コア６４側の２つの第２コア要素８８との間に設けられた第２ギャップ材９０は、第２ギャップ長Ｇｐ２ａを有する。第２ギャップ長Ｇｐ２ａを有する第２ギャップ材９０も、第２ギャップ長Ｇｐ２を有する第２ギャップ材８０と同様に、第２コア６２内での磁気抵抗を増加するとともに、磁気抵抗線形性を高くする機能を有する。
【００８４】
また、第１ギャップ長Ｇｐ１及び第２ギャップ長Ｇｐ２、Ｇｐ２ａの関係は次式を満たすようにするのが好ましい。
Ｇｐ１≦（Ｇｐ２＋Ｇｐ２ａ）×２ ・・・（１０）
また、第３ギャップ長Ｇｐ３及び第２ギャップ長Ｇｐ２、Ｇｐ２ａの関係は次式を満たすようにするのが好ましい。
Ｇｐ３≦（Ｇｐ２＋Ｇｐ２ａ）×２ ・・・（１１）
【００８５】
その他の構成及び作用は、上記の図９〜１１に示した第２の実施形態と同様である。なお、上記の図９〜１１に示した第２の実施形態、または、上記の図１２に示した第３の実施形態では、第２コア６２に、第２ギャップとして第２ギャップ材８０、９０が設けられている。ただし、第２コア６２を構成する第２ギャップの少なくとも一部として、第２ギャップ材８０（または９０）の代わりに、第２ギャップ長Ｇｐ２（またはＧｐ２ａ）を有する第２空間を設けることもできる。
【００８６】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００８７】
１０ リアクトル、１２ コイル、１４ 第１コア、１６ 第２コア、１８ 第１コア要素、２０ 基部、２２ 外側脚部、２４ 内側脚部、２６ 第２コア要素、２８ 第２基部、３０ 第２外側脚部、３２ 第２内側脚部、３４ リアクトル、３６ コア、３８ コア要素、４０ ギャップ板、４２ 基部、４４ 脚部、４６ リアクトル、４８ コア要素、５０ 基部、５２ 中間脚部、５４ 第１部分、５６ 第２部分、５８ リアクトル、６０ 第１コア、６２ 第２コア、６４ 第３コア、６６ 第１コイル、６８ 第２コイル、７０ 第１コア要素、７２ 内側脚部、７４ 第３コア要素、７６ 内側脚部、７８ 第２コア要素、８０ 第２ギャップ材、８２ 基部、８４ 脚部、８６ リアクトル、８８ 第２コア要素、９０ 第２ギャップ材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに空間または非磁性材製のギャップ材であるコア間ギャップを介して対向するように設けられた２つのコアと、
前記２つのコアにまたがって巻回されたコイルとを備え、
前記２つのコアは、磁性材製の第１コア要素を含む第１コアと、磁性材製の第２コア要素を含む第２コアとにより構成され、
前記第１コアは、予め設定された所定電流値よりも低電流域の電流が前記コイルに流れる場合に前記第２コアよりも低い磁気抵抗を有し、
前記第２コアは、前記所定電流値よりも高電流域の電流が前記コイルに流れる場合に前記第１コアよりも低い磁気抵抗を有することを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
請求項１に記載のリアクトルにおいて、
前記第１コアは、１または複数の磁性材製の第１コア要素が第１空間または非磁性材製の第１ギャップ材である第１ギャップを介して対向することにより構成され、
前記第２コアは、１または複数の第２コア要素が第２空間または非磁性材製の第２ギャップ材である第２ギャップを介して対向することにより構成され、
前記第１ギャップ及び前記第２ギャップは、互いに対向する位置に設けられ、
前記第１ギャップのギャップ長は、前記第２ギャップのギャップ長よりも小さくしていることを特徴とするリアクトル。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のリアクトルにおいて、
前記第２コア要素を形成する磁性材料として、前記第２コアの周囲に配置される前記コイルに流す電流と、第２コア要素の磁気抵抗との関係を表す電流−磁気抵抗特性において、磁気抵抗一定直線に近い程度を表す磁気抵抗線形性が、前記第１コア要素を形成する磁性材料の場合よりも高い磁性材料が使用されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載のリアクトルにおいて、
前記第１コア要素は、けい素鋼よりも鉄損の低い磁性材料により形成されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項５】
請求項４に記載のリアクトルにおいて、
前記第２コア要素は、前記第１コア要素を形成する磁性材料よりも鉄損の高い磁性材料により形成されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項１】
互いに空間または非磁性材製のギャップ材であるコア間ギャップを介して対向するように設けられた２つのコアと、
前記２つのコアにまたがって巻回されたコイルとを備え、
前記２つのコアは、磁性材製の第１コア要素を含む第１コアと、磁性材製の第２コア要素を含む第２コアとにより構成され、
前記第１コアは、予め設定された所定電流値よりも低電流域の電流が前記コイルに流れる場合に前記第２コアよりも低い磁気抵抗を有し、
前記第２コアは、前記所定電流値よりも高電流域の電流が前記コイルに流れる場合に前記第１コアよりも低い磁気抵抗を有することを特徴とするリアクトル。
【請求項２】
請求項１に記載のリアクトルにおいて、
前記第１コアは、１または複数の磁性材製の第１コア要素が第１空間または非磁性材製の第１ギャップ材である第１ギャップを介して対向することにより構成され、
前記第２コアは、１または複数の第２コア要素が第２空間または非磁性材製の第２ギャップ材である第２ギャップを介して対向することにより構成され、
前記第１ギャップ及び前記第２ギャップは、互いに対向する位置に設けられ、
前記第１ギャップのギャップ長は、前記第２ギャップのギャップ長よりも小さくしていることを特徴とするリアクトル。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のリアクトルにおいて、
前記第２コア要素を形成する磁性材料として、前記第２コアの周囲に配置される前記コイルに流す電流と、第２コア要素の磁気抵抗との関係を表す電流−磁気抵抗特性において、磁気抵抗一定直線に近い程度を表す磁気抵抗線形性が、前記第１コア要素を形成する磁性材料の場合よりも高い磁性材料が使用されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載のリアクトルにおいて、
前記第１コア要素は、けい素鋼よりも鉄損の低い磁性材料により形成されていることを特徴とするリアクトル。
【請求項５】
請求項４に記載のリアクトルにおいて、
前記第２コア要素は、前記第１コア要素を形成する磁性材料よりも鉄損の高い磁性材料により形成されていることを特徴とするリアクトル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−４１８８１（Ｐ２０１３−４１８８１Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７６１６５（Ｐ２０１１−１７６１６５）
【出願日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
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