CN111418136A - 用于至少两个交错开关的电力电子转换器的绕组装置和转换器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于至少两个交错开关的电力电子转换器(1)的绕组装置。该绕组装置包括具有至少两个子元件(110，120；210，220)的绕组芯(100；200)，其中，两个子元件(110，120；210，220)以通过气隙(131，132；231)彼此分开的方式，布置在彼此相对的端面(114，124；115，125；217，227)的区域中。该绕组装置包括至少两个绕组(116，126；218，228)，至少两个绕组缠绕在绕组芯(100；200)上，使得在电力电子转换器(1)运行时通过至少两个绕组(116，126；218，228)产生的磁通的直流分量相互抵消。至少两个绕组(116，126；218，228)被构造为带状绕组。至少两个绕组(116，126；218，228)的相应的绕组窗口布置在绕组芯(100；200)的不跨越气隙(131，132；231)的部段中。

Description

用于至少两个交错开关的电力电子转换器的绕组装置和转换 器装置
技术领域
本发明涉及一种用于至少两个交错开关的电力电子转换器的绕组装置。该绕组装置包括绕组芯，绕组芯包括至少两个子元件，其中，两个子元件以经由气隙彼此分开的方式，布置在彼此相对的端面的区域中。至少两个绕组缠绕在绕组芯上，使得至少两个绕组在电力电子转换器运行时产生的磁通的直流分量相互抵消。本发明还涉及一种转换器装置，该转换器装置具有至少两个交错开关的电力电子转换器和绕组装置。
背景技术
诸如升压转换器或者降压转换器的电力电子电路，可以划分为多个相同地构建的电力电子转换器并且并行地运行。然后，以所谓的“交错模式(Interleaved-Mode)”对电力电子转换器进行控制，在这种模式下，有源开关元件以相同的占空比、但是以并联地设置的电力电子转换器的数量偏移(交错)的方式进行开关。在两个电力电子转换器(也称为级)并联地布置的情况下，两个电力电子转换器的开关元件以50％的偏移量运行。在三个级的情况下，偏移量为33％。
图1示例性地示出了由两个相同的级构成的降压-升压转换器(英语：Buck-Boost-Converter)。在图1中示出的转换器装置1包括用附图标记10表示的第一电力电子转换器和用附图标记20表示的第二电力电子转换器。第一电力电子转换器10包括具有电感L1的绕组11、第一开关元件12以及第二开关元件13。与此类似，第二电力电子转换器20包括具有电感L2的绕组21、第一开关元件22以及与其串联连接的第二开关元件23。特别是，绕组11、21具有相同的电感L1、L2。
第一以及第二电力电子转换器10、20的第一和第二开关元件12、13或者22、23的串联电路，连接在输出连接端4与参考电势连接端3之间。此外，与电力电子转换器10、20并联地，因此在参考电势连接端3与输出连接端4之间，布置有(平滑)电容器。第一电力电子转换器10的第一开关元件12与第二开关元件13之间的节点，经由绕组11与电源电势连接端2连接。与此类似，第二电力电子转换器20的第一开关元件22与第二开关元件23之间的节点，经由绕组21与电源电势连接端2连接。在电源电势连接端2与参考电势连接端3之间连接有电容器5。
当在电源电势连接端2与参考电势连接端3之间施加输入电压Vin时，在输出连接端4与参考电势连接端3之间，可以获得输出电压Vout。
在电力电子转换器1运行时，在作为降压-升压转换器实现的情况下，仅使用第二开关元件13和23的开关功能(因此，在图1中也将它们标记为S1和S2)，同时第一开关元件12、22被切换为持续关断，从而仅使用它们在关断运行中的二极管特性(这在图1中通过D1和D2来表示)。
电感L1和L2通常由单独的绕组装置形成，其中，绕组11和12分别安装在单独的绕组芯上。原则上，可以用通过共同的绕组芯耦合的单个电感来代替电感L1和L2。这种配置的优点是绕组装置的结构体积更小，因为绕组芯中的磁通的直流分量可以抵消，由此可以使磁芯横截面显著减小。
在图2中示意性地示出了这种过程。示出了具有绕组芯100的绕组装置，绕组芯100包括U形的第一子元件110和相应地构造的U形的第二子元件120。第一和第二子元件110、120分别包括中间部分111、121，平行地延伸的芯柱部分112、113和122、123从中间部分111、121的相对的端部开始延伸。芯柱部分112、122的彼此相对的端面114、124以及芯柱部分113、123的彼此相对的端面115、125通过气隙131和132彼此间隔开。
沿着布置在一个轴上的第一和第二子元件110和120的芯柱部分112和122，设置用于形成第一电感L1的绕组11。以相应的方式，用于形成第二电感L2的绕组12延伸通过在轴向上依次布置的第一和第二子元件110和120的芯柱部分113和123。显而易见，在此，绕组11和12桥接分别在彼此相对的芯柱部分之间形成的气隙131和132。
除了绕组装置之外，还示出了在图1中示出并描述的元件S1、D1和S2、D2，以及它们相对于输出连接端4和参考电势连接端3的连接。
因此，图2示出了如下的布置，在这种布置中，在转换器装置的两个级并联连接的情况下，转换器装置的绕组安装在绕组芯100的气隙侧的芯柱部分上。由此得到开头描述的期望的效果：通过这种布置，绕组芯中的磁通的直流分量可以抵消。这通过在第一子元件110中标记的磁通φ1和φ2示出，由于流过绕组11、12的电流i1和i2，磁通φ1和φ2沿相反的方向运行。
由于磁通φ1和φ2的抵消作用，实现电力电子电路(在此为：降压-升压转换器)的功能所需的电感仅通过漏感φS产生，漏感φS由沿着在图3中用从上到下延伸的箭头表示的泄露路径延伸的不确定的漏磁通产生。为了清楚起见，在图3中没有示出元件S1、D1和S2、D2以及它们相对于输出连接端4和参考电势连接端3的连接。
由于气隙131和132上的漏感φS而产生的场隆起(未示出)以不期望的方式贡献了显著部分的绕组损耗，因此必须使用相对昂贵的HF绞合线绕组(HF-Litzenwicklung)来实现绕组11、12。然而，在较大的功率或者电流通过电力电子电路时，由于不能足够大地实现的绕组窗口WF，这可能产生限制。绕组窗口WF由在芯柱部分的轴向方向上延伸的、绕组11或12的相应的绕组体的宽度得出。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，给出一种用于至少两个交错开关的电力电子转换器的绕组装置，以及具有至少两个交错开关的电力电子转换器和绕组装置的转换器装置，其使得绕组损耗能够减小，并且使得可由绕组引导的电流能够增大。
上述技术问题通过根据权利要求1的特征的绕组装置和根据权利要求13的特征的转换器装置来解决。有利的设计方案根据从属权利要求得到。
提出了一种用于至少两个交错开关的电力电子转换器的绕组装置，该绕组装置包括具有至少两个子元件的绕组芯和至少两个绕组。两个子元件以通过气隙彼此分开的方式，布置在彼此相对的端面的区域中。至少两个绕组缠绕在绕组芯上，使得在电力电子转换器运行时通过至少两个绕组产生的磁通的直流分量相互抵消。根据本发明，至少两个绕组被构造为带状绕组。至少两个绕组的相应的绕组窗口布置在绕组芯的不跨越气隙的部段中。
根据本发明的用于至少两个交错开关的电力电子转换器的绕组装置以如下方式来实现：分别对绕组芯的通常不使用的部段设置绕组。因此，相对于开头根据现有技术描述的布置(图2和3)，绕组旋转了90°。绕组在绕组芯的不跨越气隙的部段中的这种新型的布置，避免了气隙附近的磁场隆起的负面影响，由此可以避免对绕组损耗的影响。由此，可以代替绞合线绕组，针对大电流应用，使用带状绕组。
由于绕组损耗减小，绕组装置可以以更大的电流运行。此外，由于带状绕组相对于高频绞合线绕组明显更便宜，所以绕组装置可以以更低的成本来实现。通过使用带状绕组，又可以非常有效地使由绕组电流的大的直流分量引起的损耗减小。通过在电力电子转换器运行时基于抵消使磁通的直流分量减小，可以减小绕组芯的横截面，由此可以进一步使结构空间减小。
运行转换器装置所需的电感由开头描述的本身不期望的漏磁场来产生。在所提出的配置中，针对性地使本身不希望的漏磁场增大，这具有使在带状绕组中感生的损耗减小的效果。
在一个有利的设计方案中，至少两个绕组的绕组轴彼此平行地延伸。在两个交错开关的电力电子转换器和相应数量的两个绕组(即每个电力电子转换器一个绕组)的情况下，绕组布置在相应地不跨越气隙的相对的芯柱部段上。
特别是，彼此相对的端面的尺寸，仅通过在电力电子转换器运行时产生的波纹电流(Rippelstrom)的大小来确定。换言之，仅由电流的直流分量与交流分量产生的电流大小的差，对于绕组芯的横截面的面积的尺寸确定是重要的。
在根据本发明的绕组装置的第一设计方案中，至少两个绕组的绕组轴与气隙的延伸方向垂直地延伸。
根据一个有利的设计方案，至少两个子元件具有U形的形状，U形的形状具有中间部分和从中间部分的相对的端部开始平行地延伸的芯柱部分，其中，至少两个绕组的绕组窗口在中间部分的区域中延伸。具有U形形状的相应的子元件可以由一个(即单件式的)U形子部件、两个L形的子部件或者三个I形的子部件形成。在多于一个的子部件的情况下，将这些部件彼此连接，使得在这些部件之间没有气隙，从而不以不期望的方式影响磁通。通过相对布置的两个U形子元件，在相应的两个相关联的芯柱部分的彼此相对的端面的区域中，分别产生两个(长度相同的)的气隙。
有利的是，至少两个子元件彼此相对，使得面对的芯柱的彼此相对的端面通过气隙彼此间隔开。其结果是，绕组芯由此具有环形的形状，但是环形在两个相对的侧面被相应的气隙中断。
根据另一个有利的设计方案，气隙(或者多个气隙)的长度等于或者大于预定的最小长度，由此磁通的交流分量沿其延伸的泄漏路径，与至少两个绕组的绕组轴平行地延伸。因此，选择气隙，使得漏磁通不从一个子元件进入另一个子元件，而是替代地从子元件的一个芯柱部分延伸到其另一个芯柱部分。
根据一个替换设计方案，至少两个绕组的绕组轴与气隙的延伸方向平行地延伸。特别是，至少两个子元件具有E形的形状，E形的形状具有中央部分、从中央部分的相对的端部开始平行地延伸的芯柱部分和与芯柱部分平行地延伸的中间部分，其中，位于两个平行的芯柱部分之间的相应的中间部分比同一子元件的两个芯柱部分短。特别是，中间部分居中地布置在同一子元件的两个芯柱部分之间。
如果至少两个子元件相对，使得至少两个子元件的彼此相对的芯柱部分的端面相对，以分别形成小的气隙，则在两个子元件的彼此相关联的并且在轴向方向上布置的中间部分之间，产生期望的(相对更大或者更长的)气隙，泄漏路径在该气隙上延伸。通过这种设计方案，可以使产生的漏感增大。
根据另一个有利的设计方案，在彼此相对的芯柱部分的区域中形成相应的绕组窗口。换言之，这意味着，绕组窗口在一个子元件的芯柱部分并且在相同的轴向方向上布置的另一个子元件的另一个芯柱部分上延伸。
根据本发明的转换器装置的特征在于，绕组装置根据这里呈现的描述来构造。
附图说明
下面，借助附图中的实施例来详细描述本发明。在此，在附图中，对相同的元素设置相同的附图标记。
图1示出了由两个电力电子转换器(级)构成的降压-升压转换器形式的已知的转换器装置的等效电路图；
图2示出了绕组装置的示意图，其中，为两个电力电子转换器的电感设置了共同的绕组芯；
图3示出了根据图2的绕组装置的示意图，其中示出了产生的漏磁路径；
图4示出了根据本发明的第一设计变形方案的绕组装置；以及
图5示出了根据本发明的第二设计变形方案的绕组装置。
具体实施方式
示例性地针对在图1中示出并且在开头已经描述的、具有两个电力电子转换器的电力电子电路，来描述下面描述的根据本发明的绕组装置100的变形方案。
根据在图4中示出的第一设计变形方案，绕组芯100包括两个U形的子元件110、120，因此在结构上对应于结合图2和图3示出的绕组芯。第一子元件110包括中间部分111，两个芯柱部分112、113从中间部分111的相对的端部开始，平行地向第二子元件120的方向延伸。第二子元件120具有与第一子元件110的形状相同的形状。以相应的方式，第二子元件120包括中间部分121，两个芯柱部分122、123从中间部分121的相对的端部开始，平行地向第一子元件110的方向延伸。
第一子元件110的芯柱部分112、113和第二子元件120的芯柱部分122、123具有相应的端面114、115和124、125。在此，相对地布置两个子元件110、120，使得芯柱部分112、122的端面114和124以及芯柱部分113和123的端面115、125相对。在此，在相应的端面114、124和115、125之间形成具有相同的长度l的气隙131和132。长度l大于预定的最小长度，该最小长度例如可以通过试验或者数值计算来确定。该最小长度使得漏磁通不能从一个子元件跨越到另一个子元件。
第一带状绕组116缠绕在第一子元件110的中间部分111上。以相应的方式，第二带状绕组126围绕第二子元件120的中间部分121形成。电流流向带状绕组116、126中，使得产生在两个子元件110、120中用箭头φ1和φ2表示的沿相反的方向延伸的磁通。
通过所示出的绕组装置的结构以及气隙131、132的气隙长度l的尺寸，产生漏磁场φS，漏磁场φS相应地不延伸通过气隙131、132，而是对于第一子元件110从第一芯柱部分112延伸到芯柱部分113，并且对于第二子元件120从芯柱部分122延伸到芯柱部分123。漏磁场φS的大小可以通过空气路径的长度l来调节。本身不期望的、但是在此人为地产生的漏磁场φS提供电力电子电路运行所需的电感。
然而，由于绕组116、126布置在中间部分111、122上，因此在气隙附近出现的场隆起不影响绕组损耗。由于该原因，可以使用成本低并且非常合适用于大电流应用的带状绕组116、126。特别是，带状绕组可以非常有效地使由于绕组电流的大的直流分量而产生的损耗减小。
图5示出了根据本发明的示例性地用于两个电力电子转换器的绕组装置的第二变形方案。绕组芯200同样包括两个子元件210、220。两个子元件210、220具有E形的形状。在此，对于第一子元件210，从(在页面平面中从上向下延伸的)中央部分221开始，第一芯柱部分222和第二芯柱部分223以从中央部分221的相对的端部开始平行地延伸的方式，向第二子元件220的方向延伸。中间部分214与芯柱部分212、213平行地向第二子元件220的方向延伸，中间部分214具有比平行延伸的两个芯柱部分212、213短的长度。
以相应的方式，第二子元件220包括(在页面平面中从上向下延伸的)中央部分221，平行地延伸的两个芯柱部分222、223从中央部分221的相对的端部开始，向第一子元件210的方向延伸。中间部分224与芯柱部分222、223平行地向第一子元件210的方向延伸。
第一和第二子元件210、220的结构相同。
第一和第二子元件210、220在彼此相关联的芯柱部分212、222和213、223的端面215、225和216、226处结合在一起，分别形成小的气隙l1,l2。在这种布置中，中间部分214、224位于轴向方向上。由于中间部分214、224的较小的长度，产生与绕组218、228的绕组轴平行地延伸的具有长度l的气隙231，气隙231大于气隙l1,l2。
从图5中很容易看到，用于形成电感L1的第一带状绕组218被构造为带状绕组，并沿轴向布置的芯柱部分212、222延伸。绕组228沿轴向方向在芯柱部分213、223上延伸。
对绕组218、228通电，使得磁通的直流分量沿在图5中用箭φ1,φ2表示的方向延伸并相互抵消。漏磁场φS跨过气隙231，从中间部分214延伸到第二子元件220的中间部分224。通过在图5中示出的具有单独的泄露路径的芯形状，可以产生漏感增大，因为可以使磁阻减小。由此得到更大的电感值。气隙231的最佳长度以及中间部分214、224的端面217和227的尺寸可以通过试验或者仿真来确定。
使用具有两个E形的子元件的绕组芯，产生附加的定义的漏磁场，通过该漏磁场，要实现的泄漏的值相对于传统的芯几何形状可以明显增大。

Claims (13)

1.一种用于至少两个交错开关的电力电子转换器(1)的绕组装置，所述绕组装置包括
-具有至少两个子元件(110，120；210，220)的绕组芯(100；200)，其中，所述两个子元件(110，120；210，220)以通过气隙(131，132；231)彼此分开的方式，布置在彼此相对的端面(114，124；115，125；217，227)的区域中；以及
-至少两个绕组(116，126；218，228)，所述至少两个绕组缠绕在所述绕组芯(100；200)上，使得在所述电力电子转换器(1)运行时通过所述至少两个绕组(116，126；218，228)产生的磁通的直流分量相互抵消；
其中，
-所述至少两个绕组(116，126；218，228)被构造为带状绕组；并且
-所述至少两个绕组(116，126；218，228)的相应的绕组窗口布置在所述绕组芯(100；200)的不跨越气隙(131，132；231)的部段中。
2.根据权利要求1所述的绕组装置，其中，所述至少两个绕组(116，126；218，228)的绕组轴彼此平行地延伸。
3.根据权利要求1或2所述的绕组装置，其中，彼此相对的端面(114，124；115，125；217，227)的尺寸，仅通过在所述电力电子转换器(1)运行时产生的波纹电流的大小来确定。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的绕组装置，其中，所述至少两个绕组(116，126)的绕组轴与气隙(131，132)的延伸方向垂直地延伸。
5.根据权利要求4所述的绕组装置，其中，所述至少两个子元件(110，120)具有U形的形状，所述U形的形状具有中间部分(111，121)和从所述中间部分(111，121)的相对的端部开始平行地延伸的芯柱部分(112，113；122，123)，其中，所述至少两个绕组(116，126)的绕组窗口在所述中间部分(111，121)的区域中延伸。
6.根据权利要求4或5所述的绕组装置，其中，所述至少两个子元件(110，120)相对，使得面对的芯柱的彼此相对的端面(114，124；115，125)通过气隙(131，132)彼此间隔开。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的绕组装置，其中，气隙(131，132)的长度(l)等于或者大于预定的最小长度，由此磁通的交流分量沿其延伸的泄漏路径(φS)与所述至少两个绕组(116，126)的绕组轴平行地延伸。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的绕组装置，其中，所述至少两个绕组(216，226)的绕组轴与气隙(231)的延伸方向平行地延伸。
9.根据权利要求8所述的绕组装置，其中，所述至少两个子元件(210，220)具有E形的形状，所述E形的形状具有中央部分(211，221)、从所述中央部分(211，221)的相对的端部开始平行地延伸的芯柱部分(212，213，222，223)和与所述芯柱部分(212，213，222，223)平行地延伸的中间部分(214，224)，其中，相应的中间部分(214，224)比同一子元件(210，220)的两个芯柱部分(212，213，222，223)短。
10.根据权利要求9所述的绕组装置，其中，所述至少两个子元件(210，220)相对，使得所述至少两个子元件(210，220)的彼此相对的芯柱部分的端面分别相对，以形成小的气隙(l1，l2)。
11.根据权利要求9或10所述的绕组装置，其中，在两个彼此相对的中间部分(214，224)的区域中形成气隙(231)。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的绕组装置，其中，在彼此相对的芯柱部分的区域中形成相应的绕组窗口。
13.一种转换器装置，所述转换器装置具有至少两个交错开关的电力电子转换器(1)和绕组装置，其特征在于，所述绕组装置根据上述权利要求中任一项所述来构造。
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Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4930059A (en) * 1986-10-31 1990-05-29 Elektronische Anlagen Gmbh Switched-mode DC-to-DC power converter
JP2000150255A (ja) * 1998-11-12 2000-05-30 Tokin Corp 巻線部品
CN101197205A (zh) * 2006-09-21 2008-06-11 福特环球技术公司 具有较大的共模和差模电感的电感器拓扑结构
US20090180305A1 (en) * 2008-01-16 2009-07-16 Honda Motor Co., Ltd. Multi-parallel magnetic-field cancellation type transformer
US20100067263A1 (en) * 2008-06-16 2010-03-18 Northeastern University Dual interleaved flyback converter for high input voltage
JP2011010519A (ja) * 2009-06-29 2011-01-13 Honda Motor Co Ltd Ｄｃ／ｄｃコンバータ
US20120249280A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 Bose Corporation Power converter using soft composite magnetic structure
US20130033351A1 (en) * 2011-08-04 2013-02-07 Eun Soo Kim Power supply apparatus
EP2565883A1 (en) * 2011-09-02 2013-03-06 University College Cork A split winding transformer
JP2014078577A (ja) * 2012-10-10 2014-05-01 Hitachi Metals Ltd マルチフェーズコンバータ用の複合リアクトル及びそれを用いたマルチフェーズコンバータ
JP2014123639A (ja) * 2012-12-21 2014-07-03 Nagano Japan Radio Co インターリーブ用ｐｆｃチョークコイル
DE112013006227T5 (de) * 2012-12-26 2015-10-01 Ngk Insulators, Ltd. Verbundsubstrat, Herstellungsverfahren dafür und akustische-Wellen-Vorrichtung
CN104979081A (zh) * 2014-04-03 2015-10-14 胜美达集团有限公司 扼流器和扼流器铁芯
CN106057401A (zh) * 2015-04-10 2016-10-26 台达电子工业股份有限公司 磁性元件及其磁芯
WO2017149776A1 (ja) * 2016-03-04 2017-09-08 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP2017195684A (ja) * 2016-04-19 2017-10-26 京都電機器株式会社 マルチフェーズ型コンバータ用リアクトル

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4257087A (en) * 1979-04-02 1981-03-17 California Institute Of Technology DC-to-DC switching converter with zero input and output current ripple and integrated magnetics circuits
US5168255A (en) * 1992-03-24 1992-12-01 Poulsen Peder Ulrik Three phase transformer
US5790005A (en) * 1996-06-24 1998-08-04 Optimum Power Conversion, Inc. Low profile coupled inductors and integrated magnetics
US8279628B2 (en) * 2008-07-25 2012-10-02 Cirrus Logic, Inc. Audible noise suppression in a resonant switching power converter
JP6098870B2 (ja) * 2012-12-27 2017-03-22 株式会社オートネットワーク技術研究所 リアクトル、コンバータ、及び電力変換装置
CN103730230B (zh) * 2014-01-20 2016-03-16 田村（中国）企业管理有限公司 磁集成电感器
CN104980003B (zh) * 2014-04-01 2017-10-10 台达电子企业管理（上海）有限公司 电源模块及pol电源模块

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4930059A (en) * 1986-10-31 1990-05-29 Elektronische Anlagen Gmbh Switched-mode DC-to-DC power converter
JP2000150255A (ja) * 1998-11-12 2000-05-30 Tokin Corp 巻線部品
CN101197205A (zh) * 2006-09-21 2008-06-11 福特环球技术公司 具有较大的共模和差模电感的电感器拓扑结构
US20090180305A1 (en) * 2008-01-16 2009-07-16 Honda Motor Co., Ltd. Multi-parallel magnetic-field cancellation type transformer
US20100067263A1 (en) * 2008-06-16 2010-03-18 Northeastern University Dual interleaved flyback converter for high input voltage
JP2011010519A (ja) * 2009-06-29 2011-01-13 Honda Motor Co Ltd Ｄｃ／ｄｃコンバータ
US20120249280A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 Bose Corporation Power converter using soft composite magnetic structure
US20130033351A1 (en) * 2011-08-04 2013-02-07 Eun Soo Kim Power supply apparatus
EP2565883A1 (en) * 2011-09-02 2013-03-06 University College Cork A split winding transformer
JP2014078577A (ja) * 2012-10-10 2014-05-01 Hitachi Metals Ltd マルチフェーズコンバータ用の複合リアクトル及びそれを用いたマルチフェーズコンバータ
JP2014123639A (ja) * 2012-12-21 2014-07-03 Nagano Japan Radio Co インターリーブ用ｐｆｃチョークコイル
DE112013006227T5 (de) * 2012-12-26 2015-10-01 Ngk Insulators, Ltd. Verbundsubstrat, Herstellungsverfahren dafür und akustische-Wellen-Vorrichtung
CN104979081A (zh) * 2014-04-03 2015-10-14 胜美达集团有限公司 扼流器和扼流器铁芯
CN106057401A (zh) * 2015-04-10 2016-10-26 台达电子工业股份有限公司 磁性元件及其磁芯
WO2017149776A1 (ja) * 2016-03-04 2017-09-08 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP2017195684A (ja) * 2016-04-19 2017-10-26 京都電機器株式会社 マルチフェーズ型コンバータ用リアクトル

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