JP6619926B2 - 複合型リアクトル - Google Patents

Description

本発明は、周囲に発生する漏れ磁束が小さな複合型リアクトルに関する。

特許文献１には、昇圧装置用複合型リアクトル及び昇圧装置が開示されている。この昇圧装置用複合型リアクトルは、コア（第１磁脚及び第２磁脚と、中央磁脚と、第１磁継部及び第２磁継部）と、第１巻線及び第２巻線とから構成される。第１巻線はコアの第１磁継部に巻回され、第２巻線はコアの第２磁継部に巻回されている。また、第１磁継部及び第２磁継部には空隙が配設されている。

当該複合型リアクトルを昇圧装置に用いて駆動した場合、第１巻線及び第２巻線の周囲には、入力電流に比例した磁束が発生する。第１巻線の周囲に発生する磁束は第１磁脚内に形成される第１磁路以外に、第２磁脚内を通過する第１漏れ磁路へも流れようとする。しかし、第１磁路に、４つの空隙が配設されているのに対し、第１漏れ磁路には、８つの空隙が配設されて、第１磁路より磁気抵抗が非常に大きく、第１漏れ磁路の磁束は、第１磁路の磁束に較べ著しく少なくなる。第２巻線の発生する磁束においても、第２磁路に対して第２漏れ磁路の磁束を空隙により少なくしている。その結果、第１巻線と第２巻線との間の磁気的な相互影響を抑制して、それぞれ独立したリアクトルとして動作することができる。

特開２００５−８０４４２号公報

特許文献１の複合型リアクトルは、第１巻線と第２巻線との間の磁気的な相互影響を抑制して、それぞれ独立したリアクトルとして動作可能な構成であるが、リアクトルの周囲に発生する漏れ磁束を抑制するための対策については何ら講じられていない。このため、特許文献１の複合型リアクトルを昇圧装置に用いて駆動すると、当該複合型リアクトルの周囲に発生した漏れ磁束が、昇圧装置の構成要素の内、磁束の影響を受けやすい素子（例えば、電流センサやパルストランス方式の絶縁素子等）に望ましくない影響を与える可能性がある。

本発明の目的は、周囲に発生する漏れ磁束を低減可能な複合型リアクトルを提供することである。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
一端が共通の電源に接続される第１コイル（例えば、後述の実施形態でのコイル１２）及び第２コイル（例えば、後述の実施形態でのコイル１３）と、
前記第１コイル及び前記第２コイルが巻回された矩形ループ状の磁性コア（例えば、後述の実施形態での磁性コア１１）と、を備えた、インターリーブ型のＤＣ／ＤＣコンバータに用いられる複合型リアクトル（例えば、後述の実施形態での複合型リアクトル１０）であって、
前記磁性コアは、前記第１コイルの巻線が巻回される略Ｕ字状の第１コア部（例えば、後述の実施形態での第１コア部１１ａ）と、前記第２コイルの巻線が巻回される略Ｕ字状の第２コア部（例えば、後述の実施形態での第２コア部１１ｂ）とが、巻線中心軸方向から見て対向する端面が重なる位置に配置されており、
前記第１コイルは、前記第１コア部の対向する２辺を構成する巻回部に分割巻きされた第１巻線部（例えば、後述の実施形態での第１巻線部１２ａ）及び第２巻線部（例えば、後述の実施形態での第２巻線部１２ｂ）を有し、
前記第２コイルは、前記第２コア部の対向する２辺を構成する巻回部に分割巻きされた第３巻線部（例えば、後述の実施形態での第３巻線部１３ａ）及び第４巻線部（例えば、後述の実施形態での第４巻線部１３ｂ）を有し、
前記第１コア部の前記第１巻線部が巻回された巻回部側の端面と、前記第２コア部の前記第３巻線部が巻回された巻回部側の端面とが重なる位置に配置され、
前記第１コア部の前記第２巻線部が巻回された巻回部側の端面と、前記第２コア部の前記第４巻線部が巻回された巻回部側の端面とが重なる位置に配置され、
前記第１巻線部の一端及び前記第３巻線部の一端は、前記電源に接続され、
前記第１巻線部の他端及び前記第３巻線部の他端は、それぞれ前記第２巻線部の一端及び第４巻線部の一端に接続され、
前記第１コア部は、前記第１巻線部から突出する第１コア端部と、前記第２巻線部から突出する第２コア端部と、を有し、
前記第２コア部は、前記第３巻線部から突出する第３コア端部と、前記第４巻線部から突出する第４コア端部と、を有し、
前記第１巻線部は、巻線中心軸方向の一方向を見て時計回りと反時計回りの内の一方の巻回方向で巻回され、
前記第２巻線部は、巻線中心軸方向の前記一方向を見て時計回りと反時計回りの内の他方の巻回方向で巻回され、
前記第３巻線部は、巻線中心軸方向の前記一方向を見て時計回りと反時計回りの内の前記他方の巻回方向で巻回され、
前記第４巻線部は、巻線中心軸方向の前記一方向を見て時計回りと反時計回りの内の前記一方の巻回方向で巻回される。
請求項２に記載の発明は、
一端が共通の電源に接続される第１コイル（例えば、後述の実施形態でのコイル１２）及び第２コイル（例えば、後述の実施形態でのコイル１３）と、
前記第１コイル及び前記第２コイルが巻回された矩形ループ状の磁性コア（例えば、後述の実施形態での磁性コア１１）と、を備えた、インターリーブ型のＤＣ／ＤＣコンバータに用いられる複合型リアクトル（例えば、後述の実施形態での複合型リアクトル１０）であって、
前記磁性コアは、
前記第１コイルの巻線が巻回される略Ｕ字状の第１コア部（例えば、後述の実施形態での第１コア部１１ａ）と、
前記第２コイルの巻線が巻回される略Ｕ字状の第２コア部（例えば、後述の実施形態での第２コア部１１ｂ）とが、巻線中心軸方向から見て対向する端面が重なる位置に配置されており、
前記第１コイルは、前記第１コア部の対向する２辺を構成する巻回部に分割巻きされた第１巻線部（例えば、後述の実施形態での第１巻線部１２ａ）及び第２巻線部（例えば、後述の実施形態での第２巻線部１２ｂ）を有し、
前記第１巻線部及び前記第２巻線部は、前記第１コイルの周囲に発生磁束が互いに打ち消し合う向きにそれぞれ配設され、
前記第２コイルは、前記第２コア部の対向する２辺を構成する巻回部に分割巻きされた第３巻線部（例えば、後述の実施形態での第３巻線部１３ａ）及び第４巻線部（例えば、後述の実施形態での第４巻線部１３ｂ）を有し、
前記第３巻線部及び前記第４巻線部は、前記第２コイルの周囲に発生磁束が互いに打ち消し合う向きにそれぞれ配設され、
前記第１コア部の前記第１巻線部が巻回された巻回部側の端面と、前記第２コア部の前記第３巻線部が巻回された巻回部側の端面とが重なる位置に配置され、
前記第１コア部の前記第２巻線部が巻回された巻回部側の端面と、前記第２コア部の前記第４巻線部が巻回された巻回部側の端面とが重なる位置に配置され、
前記第１巻線部の一端及び前記第３巻線部の一端は、前記電源に接続され、
前記第１巻線部の他端及び前記第３巻線部の他端は、それぞれ前記第２巻線部の一端及び第４巻線部の一端に接続され、
前記第１コア部は、前記第１巻線部から突出する第１コア端部と、前記第２巻線部から突出する第２コア端部と、を有し、
前記第２コア部は、前記第３巻線部から突出する第３コア端部と、前記第４巻線部から突出する第４コア端部と、を有し、
前記第１巻線部及び前記第３巻線部は、
前記第１巻線部のの前記一端から前記他端へ電流が流れた際に、前記第１コア部に発生する磁束の向きと、
前記第３巻線部の前記一端から前記他端へ電流が流れた際に、前記第２コア部に発生する磁束の向きと、が相反するように巻回され、
前記第２巻線部及び前記第４巻線部は、
前記第２巻線部の前記一端から前記他端へ電流が流れた際に、前記第１コア部に発生する磁束の向きと、
前記第４巻線部の前記一端から前記他端へ電流が流れた際に、前記第２コア部に発生する磁束の向きと、が相反するように巻回されている。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記第１コイルと前記第２コイルとには、互いに位相のずれた電流が入力される。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、
前記第１巻線部の巻線中心軸（例えば、後述の実施形態での巻線中心軸Ｚ１１，Ｚ４１）と前記第３巻線部の巻線中心軸（例えば、後述の実施形態での巻線中心軸Ｚ１３，Ｚ４３）とが共通し、かつ、前記第２巻線部の巻線中心軸（例えば、後述の実施形態での巻線中心軸Ｚ１２，Ｚ４２）と前記第４巻線部の巻線中心軸（例えば、後述の実施形態での巻線中心軸Ｚ１４，Ｚ４４）とが共通する。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、
前記第１巻線部の巻線中心軸（例えば、後述の実施形態での巻線中心軸Ｚ１１，Ｚ４１，Ｚ５１）と前記第２巻線部の巻線中心軸（例えば、後述の実施形態での巻線中心軸Ｚ１２，Ｚ４２，Ｚ５２）とが互いに平行であり、前記第３巻線部の巻線中心軸（例えば、後述の実施形態での巻線中心軸Ｚ１３，Ｚ４３，Ｚ５３）と前記第４巻線部の巻線中心軸（例えば、後述の実施形態での巻線中心軸Ｚ１４，Ｚ４４，Ｚ５４）とが互いに平行である。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、
前記第１巻線部、前記第２巻線部、前記第３巻線部及び前記第４巻線部の各巻線中心軸（例えば、後述の実施形態での巻線中心軸Ｚ１１〜Ｚ１４，Ｚ２１〜Ｚ２４）が同一平面上に含まれる。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、
前記第１コイルにより生じる磁束の前記磁性コアでの磁路長と、前記第２コイルにより生じる磁束の前記磁性コアでの磁路長とは等しい。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、
前記第１コイルにより生じる磁束の前記磁性コアでの磁路及び前記第２コイルにより生じる磁束の前記磁性コアでの磁路は、矩形ループ状の共通形状を有する。

請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか一項に記載の発明において、
前記第１コア部及び前記第２コア部はそれぞれ同形状に形成され、前記第１コア部と前記第２コア部とを組み合わせて前記磁性コアを構成する。

請求項１の発明及び請求項２の発明によれば、第１コイルの分割巻きされた第１巻線部及び第２巻線部の周囲に発生する磁束が互いに打ち消し合うことで、第１コイルの周囲の漏れ磁束を低減できる。同様に、第２コイルの分割巻きされた第３巻線部及び第４巻線部の周囲に発生する磁束が互いに打ち消し合うことで、第２コイルの周囲の漏れ磁束を低減できる。さらに、第１コイルによる第１コア部における磁束の向きと、第２コイルによる第２コア部における磁束の向きが相反するため、磁性コアの磁気飽和が起こりにくくなり、本発明に係る複合型リアクトルは、磁気結合型リアクトルとして十分に機能する。

請求項４の発明によれば、各コイルの周囲に発生する磁束の打ち消し合い効果をさらに高めることができ、漏れ磁束をより低減できる。

請求項５の発明によれば、各コイルの周囲に発生する磁束の打ち消し合い効果をさらに高めることができ、漏れ磁束をより低減できる。

請求項６の発明によれば、各巻線中心軸が同一平面上に含まれるため、各コイルの各巻線部の巻き数や磁性コアの寸法等の設計を容易に行うことができる。

請求項７の発明によれば、各コア部に形成される磁束が等しいため、漏れ磁束を低減できる。

請求項８の発明によれば、各コア部に形成される磁路の形状が共通であるため、各コイルの周囲に発生する磁束が互いに均衡し、漏れ磁束を効率的に低減できる。

請求項９の発明によれば、一体化されていない各コア部にコイルの巻線を巻回した後にこれら２つのコア部を組み合わせることで、容易に本発明に係る複合型リアクトルを製造することができる。

［図１］本発明に係る複合型リアクトルを適用可能な２相インターリーブ型のＤＣ／ＤＣ
コンバータの一例を示す回路図である。
［図２］図１に示すＤＣ／ＤＣコンバータにおける各スイッチ部のスイッチング制御に応
じた電流変化の一例を示すグラフである。
［図３］第１実施形態の複合型リアクトルを模式的に示す図である。
［図４］第１実施形態の複合型リアクトルの各コイルの巻線部の分割巻き構成を説明する
分解斜視図である。
［図５］第１実施形態の複合型リアクトルにおいて、一方のコイルと第１コア部とから構
成されたリアクトルの周囲に発生する磁束の一部を示す図である。
［図６］第１実施形態の複合型リアクトルの周囲に発生する漏れ磁束の分布の一例を示す
図である。
［図７］従来の複合型リアクトルの一例を模式的に示す図である。
［図８］図７の複合型リアクトルの周囲に発生する漏れ磁束の分布を示す図である。
［図９］複合型リアクトルの参考例を模式的に示す図である。
［図１０］複合型リアクトルの他の参考例を模式的に示す図である。
［図１１］他の複合型リアクトルを模式的に示す図である。
［図１２］他の複合型リアクトルを模式的に示す斜視図である。
［図１３］他の複合型リアクトルを模式的に示す斜視図である。

以下、本発明に係る複合型リアクトルの実施形態を説明する。

図１は、本発明に係る複合型リアクトルを適用可能な２相インターリーブ型のＤＣ／ＤＣコンバータの一例を示す回路図である。図１に示す２相インターリーブ型のＤＣ／ＤＣコンバータは、平滑コンデンサＣ１と、２つのコイル２，３を有する複合型リアクトル１と、スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４と、平滑コンデンサＣ２とを備える。当該ＤＣ／ＤＣコンバータは、平滑コンデンサＣ１側の電圧Ｖ１を入力電圧とし、平滑コンデンサＣ２側の電圧Ｖ２を出力電圧として作動する場合、入力電圧Ｖ１を昇圧する。逆に、平滑コンデンサＣ２側の電圧Ｖ２を入力電圧とし、平滑コンデンサＣ１側の電圧Ｖ１を出力電圧として作動する場合、当該ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力電圧Ｖ２を降圧する。

複合型リアクトル１のコイル２にはスイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２が接続され、複合型リアクトル１のコイル３にはスイッチ部ＳＷ３，ＳＷ４が接続されている。スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は、それぞれＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング素子と、このスイッチング素子に並列接続された還流ダイオードとを有する。

スイッチ部ＳＷ１〜ＳＷ４の各スイッチング素子は、図示しないスイッチング制御部からの信号によってオンオフ制御される。但し、スイッチング制御部は、スイッチ部ＳＷ１のスイッチング素子をオン制御する際には、スイッチ部ＳＷ２のスイッチング素子をオフ制御し、逆に、スイッチ部ＳＷ１のスイッチング素子をオフ制御する際には、スイッチ部ＳＷ２のスイッチング素子をオン制御する。同様に、スイッチング制御部は、スイッチ部ＳＷ３のスイッチング素子をオン制御する際には、スイッチ部ＳＷ４のスイッチング素子をオフ制御し、逆に、スイッチ部ＳＷ３のスイッチング素子をオフ制御する際には、スイッチ部ＳＷ４のスイッチング素子をオン制御する。

図２は、図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータにおけるスイッチ部ＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチング制御に応じた電流変化の一例を示すグラフである。図２には、スイッチ部ＳＷ１〜ＳＷ４のスイッチング制御に応じた、複合型リアクトル１のコイル２を流れる電流Ｉ１、複合型リアクトル１のコイル３を流れる電流Ｉ２、及び電流Ｉ１，Ｉ２の合成電流Ｉｃの各変化が示される。図２に示すように、スイッチ部ＳＷ２がオン制御、スイッチ部ＳＷ１がオフ制御されると、複合型リアクトル１のコイル２を流れる電流Ｉ１は増加し、スイッチ部ＳＷ２がオフ制御、スイッチ部ＳＷ１がオン制御されると電流Ｉ１は低下する。同様に、スイッチ部ＳＷ４がオン制御、スイッチ部ＳＷ３がオフ制御されると、複合型リアクトル１のコイル３を流れる電流Ｉ２は増加し、スイッチ部ＳＷ４がオフ制御、スイッチ部ＳＷ３がオン制御されると電流Ｉ２は低下する。なお、当該電流の増減は、図２に示したスイッチ部ＳＷ２，ＳＷ４の時比率（デューティ比）と、複合型リアクトル１のインダクタンス及び結合率とに応じて異なる。

図２に示すように、スイッチ部ＳＷ１，ＳＷ２のスイッチング制御の１周期（Ｔｓ）と、スイッチ部ＳＷ３，ＳＷ４のスイッチング制御の１周期（Ｔｓ）とは位相が半周期（Ｔｓ／２）ずれている。その結果、電流Ｉ１と電流Ｉ２の合成電流Ｉｃは半周期（Ｔｓ／２）毎に値が増加するため、２相インターリーブ型のＤＣ／ＤＣコンバータは、インダクタンス値が同様の単相の場合と比較して、リプルの小さい安定した電流を出力できる。

なお、図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータでは、コイル２とコイル３は互いに磁気結合しており、巻数比が１：１であるので、コイル３にはコイル２と同じ電圧が誘起される。また、コイル２，３の巻線の巻回方向はドットによって示される。図１に示した構成では、コイル３の巻線の端子ｃは電源（Ｖｉｎ）の正極側であり、巻回方向が異なるコイル２の巻線の端子ａも電源（Ｖｉｎ）の正極側である。このため、スイッチ部ＳＷ２がオン制御されてコイル２に電流Ｉ１が流れる状態の時、コイル３には電流Ｉ２がコアの磁化を相殺する方向に発生する。同様に、スイッチ部ＳＷ４がオン制御されてコイル３に電流Ｉ２が流れる状態の時、コイル２には電流Ｉ１がコアの磁化を相殺する方向に発生する。

以下、上記説明した２相インターリーブ型のＤＣ／ＤＣコンバータに適用可能な複合型リアクトル１の複数の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態の複合型リアクトル１０について、図３〜図６を参照して説明する。図３は、第１実施形態の複合型リアクトルを模式的に示す図である。図３に示すように、第１実施形態の複合型リアクトル１０は、磁性コア１１と、共通コアとしての磁性コア１１に巻回される２つのコイル１２，１３とを備える。

磁性コア１１は、平面視で略Ｕ字状に形成された、分割可能な同形状の第１コア部１１ａ及び第２コア部１１ｂを有する。なお、第１コア部１１ａ及び第２コア部１１ｂは、磁性材である珪素鋼板又はダストコア等を積層してそれぞれ構成される。第１コア部１１ａと第２コア部１１ｂとは、各コア部の凹部がそれぞれ対向し、一方のコア部の２つの端面に他方のコア部の対向する２つの端面を重ねた状態で結合される。第１コア部１１ａと第２コア部１１ｂとを結合した磁性コア１１の平面視形状は、四隅の角を落とした矩形ループ状である。第１コア部１１ａにはコイル１２の巻線が巻回され、第２コア部１１ｂにはコイル１３の巻線が巻回される。なお、磁性コア１１の平面視形状は、四隅の角部を有する完全な矩形ループ状であっても良い。

コイル１２は、第１巻線部１２ａと第２巻線部１２ｂとに分割巻きされる。第１巻線部１２ａ及び第２巻線部１２ｂは、第１コア部１１ａの対向する２辺を構成する巻回部に、各巻回部の巻線中心軸Ｚ１１，Ｚ１２を中心に巻回される。図３に示す例では、第１巻線部１２ａの巻線は、第１コア部１１ａの一方の巻回部に、巻線中心軸Ｚ１１を中心に巻回される。また、第２巻線部１２ｂの巻線は、第１コア部１１ａの他方の巻回部に、巻線中心軸Ｚ１２を中心に巻回される。なお、第１巻線部１２ａ及び第２巻線部１２ｂの各巻き数は同数である。

同様に、コイル１３は、第３巻線部１３ａと第４巻線部１３ｂとに分割巻きされる。第３巻線部１３ａ及び第４巻線部１３ｂは、第２コア部１１ｂの対向する２辺を構成する巻回部に、各巻回部の巻線中心軸Ｚ１３，Ｚ１４を中心に巻回される。図３に示す例では、第３巻線部１３ａの巻線は、第２コア部１１ｂの一方の巻回部に、巻線中心軸Ｚ１３を中心に巻回される。また、第４巻線部１３ｂの巻線は、第２コア部１１ｂの他方の巻回部に、巻線中心軸Ｚ１４を中心に巻回される。なお、第３巻線部１３ａ及び第４巻線部１３ｂの各巻き数は同数である。

なお、本実施形態の磁性コア１１によれば、第１コア部１１ａの一方の巻回部の巻線中心軸Ｚ１１と、第２コア部１１ｂの一方の巻回部の巻線中心軸Ｚ１３は共通し、第１コア部１１ａの他方の巻回部の巻線中心軸Ｚ１２と、第２コア部１１ｂの他方の巻回部の巻線中心軸Ｚ１４は共通する。また、巻線中心軸Ｚ１１と巻線中心軸Ｚ１２は平行であり、巻線中心軸Ｚ１３と巻線中心軸Ｚ１４は平行である。また、巻線中心軸Ｚ１１〜Ｚ１４は全て同一平面上に含まれる。

図４は、第１実施形態の複合型リアクトル１０の各コイルの巻線部の分割巻き構成を説明する分解斜視図である。図４に示す端子ａはコイル１２の巻線の始点を示し、端子ｂはコイル１２の巻線の終点を示す。端子ａは、コイル１２の第１巻線部１２ａの始点でもあり、端子ｂは、コイル１２の第２巻線部１２ｂの終点でもある。なお、端子ａ，ｂは、図１に示した端子ａ，ｂの関係と同様である。また、図４に示す端子ｃはコイル１３の巻線の始点を示し、端子ｄはコイル１３の巻線の終点を示す。端子ｃは、コイル１３の第３巻線部１３ａの始点でもあり、端子ｄは、コイル１３の第４巻線部１３ｂの終点でもある。なお、端子ｃ，ｄは、図１に示した端子ｃ，ｄの関係と同様である。

コイル１２の巻線は、第１コア部１１ａの一方の巻回部に、巻線中心軸Ｚ１１と平行な図４に示す矢印Ａ方向に見て反時計回りに巻回されて、第１巻線部１２ａを構成した後、第１コア部１１ａの他方の巻回部側に案内され、当該他方の巻回部に、巻線中心軸Ｚ１２とも平行な矢印Ａ方向に見て時計回りに巻回されて、第２巻線部１２ｂを構成する。また、コイル１３の巻線は、第２コア部１１ｂの一方の巻回部に、巻線中心軸Ｚ１３と平行な矢印Ａ方向に見て時計回りに巻回されて、第３巻線部１３ａを構成した後、第２コア部１１ｂの他方の巻回部側に案内され、当該他方の巻回部に、巻線中心軸Ｚ１４とも平行な矢印Ａ方向に見て反時計回りに巻回されて、第４巻線部１３ｂを構成する。したがって、第１巻線部１２ａによる第１コア部１１ａにおける磁束の向きは、第３巻線部１３ａによる第２コア部１１ｂにおける磁束の向きに相反する。同様に、第２巻線部１２ｂによる第１コア部１１ａにおける磁束の向きは、第４巻線部１３ｂによる第２コア部１１ｂにおける磁束の向きに相反する。

また、第１コア部１１ａの形状と第２コア部１１ｂの形状が等しく、各コア部には結合面を中心にコイル１２，１３が対称に配設されているため、コイル１２により生じる磁束の第１コア部１１ａでの磁路ＭＰ２と、コイル１３により生じる磁束の第２コア部１１ｂでの磁路ＭＰ３とは共通の矩形形状を有し、２つの磁路ＭＰ２，ＭＰ３の磁路長は等しい。

図５は、第１実施形態の複合型リアクトル１０において、コイル１２と第１コア部１１ａとから構成されたリアクトルの周囲に発生する磁束の一部を示す図である。コイル１２の第１巻線部１２ａ及び第２巻線部１２ｂは、第１コア部１１ａの巻線中心軸Ｚ１１，Ｚ１２に沿った各巻回部に、巻線中心軸Ｚ１１，Ｚ１２を中心に同巻き数で巻回されている。また、図４に示したように、第１巻線部１２ａの巻線中心軸Ｚ１１を中心とした巻き方向は、第２巻線部１２ｂの巻線中心軸Ｚ１２を中心とした巻き方向と逆向きである。したがって、図５に示すように、第１巻線部１２ａの周囲に発生する磁束Φ１と、第２巻線部１２ｂの周囲に発生する磁束Φ２とは、コイル１２の周囲で互いに打ち消し合うよう作用する。

同様に、コイル１３の第３巻線部１３ａ及び第４巻線部１３ｂは、第２コア部１１ｂの巻線中心軸Ｚ１３，Ｚ１４に沿った各巻回部に、巻線中心軸Ｚ１３，Ｚ１４を中心に同巻き数で巻回されている。また、図４に示したように、第３巻線部１３ａの巻線中心軸Ｚ１３を中心とした巻き方向は、第４巻線部１３ｂの巻線中心軸Ｚ１４を中心とした巻き方向と逆向きである。したがって、第３巻線部１３ａの周囲に発生する磁束と、第４巻線部１３ｂの周囲に発生する磁束とは、コイル１３の周囲で互いに打ち消し合うよう作用する。

図６は、第１実施形態の複合型リアクトル１０の周囲に発生する漏れ磁束の分布の一例を示す図である。上記説明したように、コイル１２側では第１巻線部１２ａの周囲に発生する磁束と第２巻線部１２ｂの周囲に発生する磁束とが互いに打ち消し合い、コイル１３側では第３巻線部１３ａの周囲に発生する磁束と第４巻線部１３ｂの周囲に発生する磁束とが互いに打ち消し合う。一方、本実施形態の複合型リアクトル１０の周囲に発生する漏れ磁束の比較として、従来の複合型リアクトルの構成を図７に示し、当該複合型リアクトルの周囲に発生する漏れ磁束の分布の一例を図８に示す。図８に示すように、図７に示した複合型リアクトルの周囲の磁界には、一方のコイルからの漏れ磁束と、他方のコイルからの漏れ磁束とが含まれ、漏れ磁束は互いに打ち消し合っていない。このように、本実施形態では、本実施形態の複合型リアクトル１０の周囲に発生する漏れ磁束は、各コイルの一方の巻線部による磁束が他方の巻線部による磁束を打ち消すことにより低減されている。なお、本実施形態で用いられる磁性コア１１が従来のものと同様であっても、上記説明したように、各コイルの分割巻きされた各巻線部の巻き方向を上記構成とすることで、漏れ磁束の低減を実現できる。

また、本実施形態では、図３に示したように、第１巻線部１２ａによる第１コア部１１ａにおける磁束の向きは、第３巻線部１３ａによる第２コア部１１ｂにおける磁束の向きに相反し、第２巻線部１２ｂによる第１コア部１１ａにおける磁束の向きは、第４巻線部１３ｂによる第２コア部１１ｂにおける磁束の向きに相反している。このため、磁性コア１１の磁気飽和が起こりにくくなり、本実施形態の複合型リアクトル１０は、磁気結合型リアクトルとして十分に機能する。

また、本実施形態では、磁性コア１１を構成する第１コア部１１ａ及び第２コア部１１ｂは同形状であり、コイル１２の第１巻線部１２ａ及び第２巻線部１２ｂの各中心軸である巻線中心軸Ｚ１１，Ｚ１２、及びコイル１３の第３巻線部１３ａ及び第４巻線部１３ｂの各中心軸である巻線中心軸Ｚ１３，Ｚ１４は同一平面上に含まれる。また、巻線中心軸Ｚ１１と巻線中心軸Ｚ１３は共通し、巻線中心軸Ｚ１２と巻線中心軸Ｚ１４は共通する。また、巻線中心軸Ｚ１１と巻線中心軸Ｚ１２は平行であり、巻線中心軸Ｚ１３と巻線中心軸Ｚ１４は平行である。さらに、コイル１２により生じる磁束の第１コア部１１ａでの磁路と、コイル１３により生じる磁束の第２コア部１１ｂでの磁路とは共通の形状を有し、これら２つの磁路の磁路長は等しい。したがって、各コイルの周囲に発生する磁束が互いに均衡し、本実施形態の複合型リアクトル１０の周囲の漏れ磁束を効率的に低減できる。

さらに、磁性コア１１は、同形状の第１コア部１１ａ及び第２コア部１１ｂから構成されるため、一体化されていない各コア部にコイルの巻線を巻回した後にこれら２つのコア部を結合することで、容易に本実施形態の複合型リアクトル１０を製造することができる。

（複合型リアクトルの参考例）
図９は、複合型リアクトルの参考例を模式的に示す図である。参考例の複合型リアクトル２０が複合型リアクトル１０と異なる点は、コアの形状である。このため、複合型リアクトル１０と同一又は同等の構成要素には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

参考例の複合型リアクトル２０が備える磁性コア２１は、平面視で略Ｃ字状に形成された、分割可能な同形状の第１コア部２１ａ及び第２コア部２１ｂを有する。なお、第１コア部２１ａ及び第２コア部２１ｂは、磁性材である珪素鋼板又はダストコア等を積層してそれぞれ構成される。第１コア部２１ａと第２コア部２１ｂとは、各コア部の凹部がそれぞれ対向し、一方のコア部の２つの端面に他方のコア部の対向する２つの端面を重ねた状態で結合される。第１コア部２１ａと第２コア部２１ｂとを結合した磁性コア２１の平面視形状は円環状である。なお、図１０に示すように、第１コア部２１ａと第２コア部２１ｂとを結合した平面視形状が楕円に近い環状の磁性コアであっても良い。

また、第１コア部２１ａの形状と第２コア部２１ｂの形状が等しく、各コア部には結合面を中心にコイル１２，１３が対称に配設されているため、コイル１２により生じる磁束の第１コア部２１ａでの磁路と、コイル１３により生じる磁束の第２コア部２１ｂでの磁路とは共通の環状形状を有し、２つの磁路の磁路長は等しい。

本参考例の複合リアクトル２０でも、複合リアクトル１０と同様に、第１コア部２１ａにはコイル１２の巻線が分割巻きで巻回され、第２コア部２１ｂにはコイル１３の巻線が分割巻きで巻回される。コイル１２の第１巻線部１２ａ及び第２巻線部１２ｂは、図９に示す第１コア部２１ａの巻線中心軸Ｚ２１，Ｚ２２に沿った各巻回部に、巻線中心軸Ｚ２１，Ｚ２２を中心に同巻き数で巻回されている。第１巻線部１２ａの巻線中心軸Ｚ２１を中心とした巻き方向は、第２巻線部１２ｂの巻線中心軸Ｚ２２を中心とした巻き方向と逆向きである。したがって、第１巻線部１２ａの周囲に発生する磁束と、第２巻線部１２ｂの周囲に発生する磁束とは、コイル１２の周囲で互いに打ち消し合うよう作用する。

同様に、コイル１３の第３巻線部１３ａ及び第４巻線部１３ｂは、図９に示す第２コア部２１ｂの巻線中心軸Ｚ２３，Ｚ２４に沿った各巻回部に、巻線中心軸Ｚ２３，Ｚ２４を中心に同巻き数で巻回されている。また、第３巻線部１３ａの巻線中心軸Ｚ２３を中心とした巻き方向は、第４巻線部１３ｂの巻線中心軸Ｚ２４を中心とした巻き方向と逆向きである。したがって、第３巻線部１３ａの周囲に発生する磁束と、第４巻線部１３ｂの周囲に発生する磁束とは、コイル１３の周囲で互いに打ち消し合うよう作用する。

したがって、コイル１２側では第１巻線部１２ａの周囲に発生する磁束と第２巻線部１２ｂの周囲に発生する磁束とが互いに打ち消し合い、コイル１３側では第３巻線部１３ａの周囲に発生する磁束と第４巻線部１３ｂの周囲に発生する磁束とが互いに打ち消し合うため、本参考例の複合型リアクトル２０の周囲に発生する漏れ磁束は小さい。

また、本参考例の複合型リアクトル２０では、図９に示したように、コイル１２の第１巻線部１２ａによる第１コア部２１ａにおける磁束の向きは、コイル１３の第３巻線部１３ａによる第２コア部２１ｂにおける磁束の向きに略相反する。同様に、コイル１２の第２巻線部１２ｂによる第１コア部２１ａにおける磁束の向きは、コイル１３の第４巻線部１３ｂによる第２コア部２１ｂにおける磁束の向きに略相反する。このため、磁性コア２１の磁気飽和が起こりにくくなり、本参考例の複合型リアクトル２０は、磁気結合型リアクトルとして十分に機能することができる。

また、本参考例の複合型リアクトル２０では、図９に示すように、磁性コア２１を構成する第１コア部２１ａ及び第２コア部２１ｂは同形状であり、第１コア部２１ａの各巻回部の巻線中心軸Ｚ２１，Ｚ２２及び第２コア部２１ｂの各巻回部の巻線中心軸Ｚ２３，Ｚ２４は全て同一平面上に含まれる。さらに、コイル１２により生じる磁束の第１コア部２１ａでの磁路と、コイル１３により生じる磁束の第２コア部２１ｂでの磁路とは共通の形状を有し、これら２つの磁路の磁路長は等しい。したがって、各コイルの周囲に発生する磁束が互いに均衡し、本参考例の複合型リアクトル２０の周囲の漏れ磁束を効率的に低減できる。

さらに、磁性コア２１は、同形状の第１コア部２１ａ及び第２コア部２１ｂから構成されるため、一体化されていない各コア部にコイルの巻線を巻回した後にこれら２つのコア部を結合することで、容易に本参考例の複合型リアクトル２０を製造することができる。

上記説明した複合型リアクトル１０、２０では、磁性コア１１，２１を構成する２つのコア部がそれぞれ同じ形状であるが、図１１に示すように、端面の面積及び形状が異なる２つのコア部３１ａ，３１ｂを結合して矩形ループ状又は環状の磁性コア３１を構成しても良い。この場合、一方のコア部の２つの端面に他方のコア部の対向する２つの端面を重ねた状態で、各端面が完全には重ならず、端面の一部が重なっていれば良い。当該構成であっても、各コイル１２，１３において、一方の巻線部の周囲に発生する磁束と、他方の巻線部の周囲に発生する磁束とが互いに打ち消し合うよう作用し、磁気結合型リアクトルとして十分に機能する。

また、図１２に示すように、各コア部４１ａ，４１ｂの一方の巻回部と他方の巻回部との間に段差が設けられた構成であっても良い。この場合、第１コア部４１ａの一方の巻線部の巻線中心軸Ｚ４１及び第２コア部４１ｂの一方の巻線部の巻線中心軸Ｚ４３を含む平面と、第１コア部４１ａの他方の巻線部の巻線中心軸Ｚ４２及び第２コア部４１ｂの他方の巻線部の巻線中心軸Ｚ４４を含む平面とは異なる平面である。当該構成であっても、各コイル１２，１３において、一方の巻線部の周囲に発生する磁束と、他方の巻線部の周囲に発生する磁束とが互いに打ち消し合うよう作用、磁気結合型リアクトルとして十分に機能する。

また、図１３に示すように、磁性コア５１を構成する第１コア部５１ａ及び第２コア部５１ｂは同じ形状であるが、第１コア部５１ａに対して第２コア部５１ｂをずらして、第１コア部５１ａの巻線中心軸Ｚ５１，Ｚ５２と第２コア部５１ｂの巻線中心軸Ｚ５３，Ｚ５４とが互いにずれた状態で第１コア部５１ａと第２コア部５１ｂとを結合しても良い。この場合、第１コア部５１ａの一方の巻線部の巻線中心軸Ｚ５１及び他方の巻線部の巻線中心軸Ｚ５２を含む平面と、第２コア部５１ｂの一方の巻線部の巻線中心軸Ｚ５３及び他方の巻線部の巻線中心軸Ｚ５４を含む平面とは異なる平面である。当該構成であっても、各コイル１２，１３において、一方の巻線部の周囲に発生する磁束と、他方の巻線部の周囲に発生する磁束とが互いに打ち消し合うよう作用、磁気結合型リアクトルとして十分に機能する。

さらに、上記説明した磁性コアを構成する一方のコア部と他方のコア部との間にはエアギャップが設けられても良い。エアギャップを設けた構成であれば、エアギャップがない構成と比較して、コイル１２の第１巻線部１２ａとコイル１３の第３巻線部１３ａの間隔及びコイル１２の第２巻線部１２ｂとコイル１３の第４巻線部１３ｂの間隔を狭くできる。また、磁性コアの各コア部の巻線中心軸に垂直な断面形状は矩形であっても円形であっても良い。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、本発明に係る複合型リアクトルは、図１に示した昇降圧を行うＤＣ／ＤＣコンバータ以外に、昇圧のみを行うＤＣ／ＤＣコンバータ又は降圧のみを行うＤＣ／ＤＣコンバータにも適用可能である。

１０，２０ 複合型リアクトル
１１，２１，３１，４１，５１ 磁性コア
１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ 第１コア部
１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ，４１ｂ，５１ｂ 第２コア部
１２ コイル
１２ａ 第１巻線部
１２ｂ 第２巻線部
１３ コイル
１３ａ 第３巻線部
１３ｂ 第４巻線部
ＭＰ２，ＭＰ３ 磁路
Ｚ１１〜Ｚ１４，Ｚ２１〜Ｚ２４，Ｚ４１〜Ｚ４４，Ｚ５１〜Ｚ５４ 巻線中心軸

Claims (9)

1. 一端が共通の電源に接続される第１コイル及び第２コイルと、
   前記第１コイル及び前記第２コイルが巻回された矩形ループ状の磁性コアと、を備えた、インターリーブ型のＤＣ／ＤＣコンバータに用いられる複合型リアクトルであって、
   前記磁性コアは、前記第１コイルの巻線が巻回される略Ｕ字状の第１コア部と、前記第２コイルの巻線が巻回される略Ｕ字状の第２コア部とが、巻線中心軸方向から見て対向する端面が重なる位置に配置されており、
   前記第１コイルは、前記第１コア部の対向する２辺を構成する巻回部に分割巻きされた第１巻線部及び第２巻線部を有し、
   前記第２コイルは、前記第２コア部の対向する２辺を構成する巻回部に分割巻きされた第３巻線部及び第４巻線部を有し、
   前記第１コア部の前記第１巻線部が巻回された巻回部側の端面と、前記第２コア部の前記第３巻線部が巻回された巻回部側の端面とが重なる位置に配置され、
   前記第１コア部の前記第２巻線部が巻回された巻回部側の端面と、前記第２コア部の前記第４巻線部が巻回された巻回部側の端面とが重なる位置に配置され、
   前記第１巻線部の一端及び前記第３巻線部の一端は、前記電源に接続され、
   前記第１巻線部の他端及び前記第３巻線部の他端は、それぞれ前記第２巻線部の一端及び第４巻線部の一端に接続され、
   前記第１コア部は、前記第１巻線部から突出する第１コア端部と、前記第２巻線部から突出する第２コア端部と、を有し、
   前記第２コア部は、前記第３巻線部から突出する第３コア端部と、前記第４巻線部から突出する第４コア端部と、を有し、
   前記第１巻線部は、巻線中心軸方向の一方向を見て時計回りと反時計回りの内の一方の巻回方向で巻回され、
   前記第２巻線部は、巻線中心軸方向の前記一方向を見て時計回りと反時計回りの内の他方の巻回方向で巻回され、
   前記第３巻線部は、巻線中心軸方向の前記一方向を見て時計回りと反時計回りの内の前記他方の巻回方向で巻回され、
   前記第４巻線部は、巻線中心軸方向の前記一方向を見て時計回りと反時計回りの内の前記一方の巻回方向で巻回された、インターリーブ型のＤＣ／ＤＣコンバータに用いられる複合型リアクトル。
2. 一端が共通の電源に接続される第１コイル及び第２コイルと、
   前記第１コイル及び前記第２コイルが巻回された矩形ループ状の磁性コアと、を備えた、インターリーブ型のＤＣ／ＤＣコンバータに用いられる複合型リアクトルであって、
   前記磁性コアは、前記第１コイルの巻線が巻回される略Ｕ字状の第１コア部と、前記第２コイルの巻線が巻回される略Ｕ字状の第２コア部とが、巻線中心軸方向から見て対向する端面が重なる位置に配置されており、
   前記第１コイルは、前記第１コア部の対向する２辺を構成する巻回部に分割巻きされた第１巻線部及び第２巻線部を有し、
   前記第１巻線部及び前記第２巻線部は、前記第１コイルの周囲に発生する磁束が互いに打ち消し合う向きにそれぞれ配設され、
   前記第２コイルは、前記第２コア部の対向する２辺を構成する巻回部に分割巻きされた第３巻線部及び第４巻線部を有し、
   前記第３巻線部及び前記第４巻線部は、前記第２コイルの周囲に発生する磁束が互いに打ち消し合う向きにそれぞれ配設され、
   前記第１コア部の前記第１巻線部が巻回された巻回部側の端面と、前記第２コア部の前記第３巻線部が巻回された巻回部側の端面とが重なる位置に配置され、
   前記第１コア部の前記第２巻線部が巻回された巻回部側の端面と、前記第２コア部の前記第４巻線部が巻回された巻回部側の端面とが重なる位置に配置され、
   前記第１巻線部の一端及び前記第３巻線部の一端は、前記電源に接続され、
   前記第１巻線部の他端及び前記第３巻線部の他端は、それぞれ前記第２巻線部の一端及び第４巻線部の一端に接続され、
   前記第１コア部は、前記第１巻線部から突出する第１コア端部と、前記第２巻線部から突出する第２コア端部と、を有し、
   前記第２コア部は、前記第３巻線部から突出する第３コア端部と、前記第４巻線部から突出する第４コア端部と、を有し、
   前記第１巻線部及び前記第３巻線部は、
   前記第１巻線部の前記一端から前記他端へ電流が流れた際に、前記第１コア部に発生する磁束の向きと、
   前記第３巻線部の前記一端から前記他端へ電流が流れた際に、前記第２コア部に発生する磁束の向きと、が相反するように巻回され、
   前記第２巻線部及び前記第４巻線部は、
   前記第２巻線部の前記一端から前記他端へ電流が流れた際に、前記第１コア部に発生する磁束の向きと、
   前記第４巻線部の前記一端から前記他端へ電流が流れた際に、前記第２コア部に発生する磁束の向きと、が相反するように巻回された、インターリーブ型のＤＣ／ＤＣコンバータに用いられる複合型リアクトル。
3. 請求項１又は２に記載の複合型リアクトルであって、
   前記第１コイルと前記第２コイルとには、互いに位相のずれた電流が入力される、複合型リアクトル。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の複合型リアクトルであって、
   前記第１巻線部の巻線中心軸と前記第３巻線部の巻線中心軸とが共通し、かつ、前記第２巻線部の巻線中心軸と前記第４巻線部の巻線中心軸とが共通する、複合型リアクトル。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の複合型リアクトルであって、
   前記第１巻線部の巻線中心軸と前記第２巻線部の巻線中心軸とが互いに平行であり、
   前記第３巻線部の巻線中心軸と前記第４巻線部の巻線中心軸とが互いに平行である、複合型リアクトル。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の複合型リアクトルであって、
   前記第１巻線部、前記第２巻線部、前記第３巻線部及び前記第４巻線部の各巻線中心軸が同一平面上に含まれる、複合型リアクトル。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の複合型リアクトルであって、
   前記第１コイルにより生じる磁束の前記磁性コアでの磁路長と、前記第２コイルにより生じる磁束の前記磁性コアでの磁路長とは等しい、複合型リアクトル。
8. 請求項７に記載の複合型リアクトルであって、
   前記第１コイルにより生じる磁束の前記磁性コアでの磁路及び前記第２コイルにより生じる磁束の前記磁性コアでの磁路は、矩形ループ状の共通形状を有する、複合型リアクトル。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の複合型リアクトルであって、
   前記第１コア部及び前記第２コア部はそれぞれ同形状に形成され、前記第１コア部と前記第２コア部とを組み合わせて前記磁性コアを構成する、複合型リアクトル。

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