CN112534526A - 电抗器 - Google Patents

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Abstract

在将形成有主绕组的配线基板和形成有控制绕组的配线基板呈层状装配于平面型铁芯而成的电抗器中，使由控制绕组的控制电流形成的磁通密度均等，并通过控制绕组的控制电流来设定电抗器的电感。电抗器是将形成有主绕组的配线基板和形成有控制绕组的配线基板呈层状装配于平面型铁芯而成的电抗器，其通过使(a)主绕组所形成的磁通、以及(b)控制绕组所形成的磁通成为以下的状态，从而使控制电流所形成的磁通密度均等。在主绕组中流通的作为高频电流的主绕组电流在一对内脚中各自形成相互抵消的磁场朝向相反的交流磁通，在控制绕组中流通的作为直流电流的控制电流在抵消了交流磁通的一对内脚中形成均等的磁通密度的直流磁通。

Description

电抗器
技术领域
本发明涉及一种电抗器，并涉及一种通过磁通控制而使电感可变的磁通控制型电抗器。
背景技术
在从高频发生装置向负载提供高频电力时，为了使高频发生装置的阻抗与负载的阻抗匹配而设置有阻抗匹配装置。
以往公知有一种阻抗匹配装置，其由可变电容元件与可变电感元件构成。阻抗匹配使可变电容元件的电容值和可变电感元件的电感值变化。
在对高电力进行处理的阻抗匹配装置中，使用可变电容器作为可变电容元件，并使用线圈作为可变电感元件，通过电动机驱动而使可变电容器的电容值变化，并通过电动机驱动来改变与线圈进行滑动接触的接点而使线圈的电感值变化。在这样以机械方式使阻抗变化的阻抗匹配装置中，电容值、电感值的变化速度取决于电动机的运转速度，因此存在阻抗匹配所需的时间受到限制的问题。
针对上述的以机械方式使阻抗变化的机构所存在的问题，提出了一种使用磁通控制型电抗器来改变阻抗值的阻抗匹配装置的方案。
磁通控制型电抗器在铁芯上卷绕有主绕组和控制绕组，并将由在控制绕组中流通的直流电流产生的直流磁通作为偏置磁通，利用在控制绕组中流通的直流电流的大小来改变主绕组的电感值。
图11的(a)示出了现有的磁通控制型的可变电抗器的一结构例。可变电抗器100在两个铁芯101a、101b上卷绕有主绕组102a、102b并流通高频电流，并以两个铁芯101a、101b贯通的方式卷绕有控制绕组103并流通直流电流。通过在主绕组102a、102b中流通高频电流，并在铁芯101a、101b相邻的铁芯部分产生磁通方向为相反的磁通，从而使该部分的磁通相互抵消。通过在控制绕组103中流通直流电流，从而在抵消了高频电流的交流磁通的铁芯部分形成直流磁通。利用该直流磁通来改变主绕组102a、102b的电感值，从而使阻抗变化(专利文献1)。
另外，在向电感提供高频电力的高频变压器等装置中，提出了以平面型变压器取代绕组变压器的方案。图11的(b)示出了平面型变压器110的一结构例。平面型变压器110例如具备使E铁芯或U铁芯的突起部分彼此对置地配置的平面状的平面型铁芯111、112。图11的(c)的平面型EE铁芯111由E型铁芯111a和E型铁芯111b构成，图11的(d)的平面型UU铁芯112由U型铁芯112a～U型铁芯112d构成。平面型铁芯构成为以冷却翼片或者冷却板从两侧夹持呈层状配置的铁芯的平面部分，从而提高对因高频而产生的热量进行冷却的效率。另外，在平面型变压器中，由设置有线圈图案的印刷基板形成一次绕组和二次绕组而多层化(专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利6，211，749
专利文献2:日本特开2016－15453
发明内容
发明所要解决的课题
在阻抗匹配装置等所使用的可变电抗器中，就采用平面型铁芯的结构而言，由于形成主绕组的印刷基板等的配线基板从铁芯的侧部向外侧突出，因此存在如下问题。
(i)由于配线基板的一部分向铁芯的外侧突出，因此电抗器的安装面积会增大。
(ii)从在向铁芯的外侧部突出的配线基板上形成的线圈产生漏磁通。
(i)电抗器的安装面积的问题
图12是使平面型铁芯121与配线基板(124、125)组合的可变电抗器120的结构例，图12的(a)表示概要结构，图12的(b)表示形成有主绕组122的主绕组基板124，图12的(c)表示形成有控制绕组123的控制绕组基板125。
平面型铁芯121具备在中央配置的中央脚121a和在两侧部配置的侧部脚121b、121c的各脚部。中央脚121a、侧部脚121b、121c以及平坦部构成了用于设置主绕组基板124和控制绕组基板125的开口部。主绕组基板124具备：供中央脚121a通过的开口部126a、以及供侧部脚121b和121c通过的开口部126b和126c。另外，控制绕组基板125具备供中央脚121a通过的开口部127。
相对于平面型铁芯121的横向的长度WA而言，主绕组基板124从侧部向外侧分别突出长度WB、WC，因此电抗器的安装面积与平面型铁芯121的面积相比而言增大了向外侧突出的量(长度WB、WC)。
(ii)漏磁通的问题
在向平面型铁芯121的外侧部突出的配线基板上形成有主绕组的一部分。因此，在通过向主绕组流通高频电流而产生的磁通中，由铁芯外侧的绕组产生的磁通会向电抗器的外部泄漏即存在漏磁通的问题。
本发明的目的在于解决上述的现有技术问题，即：在使形成有主绕组的配线基板和形成有控制绕组的配线基板呈层状装配于平面型铁芯而构成的电抗器中减小安装面积。另外，本发明的目的还在于对由主绕组产生的磁通向电抗器外泄漏的漏磁通进行抑制。
用于解决课题的方案
本发明的电抗器具备：形成有主绕组的主绕组基板、形成有控制绕组的控制绕组基板、以及平面型铁芯。
本发明的电抗器的平面型铁芯是由铁氧体等磁性材料形成的大致平板状的部件。平板状部件由在中央分割的两个铁芯部件构成，各铁芯部件的一面为平面形状，并在另一面上具有向与平面形状大致成直角的方向突出的突起部分。使两个铁芯部件彼此的突起部分对置配置而形成层状的铁芯。本发明的电抗器的平面型铁芯可以采用使E型铁芯或者U型铁芯的突起部分彼此对置地配置的结构。平面型铁芯由于两侧的平面部分被冷却翼片夹持而能够提高冷却效果。突起部分间的凹部在铁芯内形成贯通孔。在贯通孔内配置主绕组基板和控制绕组基板的配线基板。
本发明的电抗器具备以下的结构。
(a)主绕组基板和控制绕组基板在平面型铁芯内呈层状装配。
(b)平面型铁芯具有中央脚、在中央脚的两侧配置的一对内脚、以及在内脚的外侧配置的一对外脚的各脚部。
(c)在主绕组中流通的高频电流的主绕组电流在一对内脚中各自形成相互抵消的磁场朝向相反的交流磁通。
(d)在控制绕组中流通的直流电流的控制电流在铁芯的全部脚部中形成均等的磁通密度的直流磁通。
本发明的电抗器采用上述结构来解决上述(i)、(ii)的课题，在电抗器中发挥有效的效果。
(i)电抗器的安装面积的减小
在本发明的电抗器中，通过如下的(a)和(b)的结构来减小电抗器的安装面积，其中(a)是使主绕组基板和控制绕组基板在平面型铁芯内呈层状装配的结构；(b)是平面型铁芯具有中央脚、在中央脚的两侧配置的一对内脚、以及在内脚的外侧配置的一对外脚的各脚部的结构。
在图12的(a)所示的电抗器的结构例中，是仅以平面型铁芯(图11的(b))置换了以往的铁芯(图11的(a))的结构。在该平面型铁芯的结构例中，为了以不改变施加电流的方式增加磁通，采用了沿着进深方向追加配置平面型铁芯的结构，但是就该进深方向的配置而言，存在电抗器的安装面积増大的问题。
本发明的电抗器是平面型铁芯具有中央脚、在中央脚的两侧配置的一对内脚、以及在内脚的外侧配置的一对外脚的各脚部的结构，该结构是就外形而言两个平面型铁芯取代进深方向的配置而采用横向的配置的结构。
该横向的配置的结构能够避免铁芯的个数或安装面积增加。
就本发明的平面型铁芯的横向配置而言，在使铁芯的进深方向的长度为一半的情况下，铁芯的平面面积与图12的(a)的平面型铁芯的平面面积相等，能够避免铁芯部分的安装面积扩大。
此外，本发明的电抗器是上述的能够避免铁芯部分的安装面积扩大的结构，并且是主绕组基板和控制绕组基板在平面型铁芯内呈层状装配的结构，从而能够取消在铁芯外侧设置的配线基板，减小电抗器的安装面积。
(ii)漏磁通的抑制
在本发明的电抗器中，能够通过(a)主绕组基板和控制绕组基板在平面型铁芯内呈层状装配的结构，来抑制磁通向电抗器的外部泄漏的漏磁通。此外，本发明的电抗器能够形成均等的磁通并减小磁场噪声。
(iii)均等的磁通的形成
在(c)的主绕组的磁通中，当主绕组中流通高频电流时，则会在控制绕组中感应高频成分。由于该高频成分的感应，会导致高频电流施加于控制电路的问题、以及在控制绕组中产生过大电压的问题。为了抑制这样的问题，使主绕组所形成的磁通成为不会在控制绕组中感应高频成分的磁通状态。均等的磁通密度会在卷绕于各脚部的主绕组中产生均等的电感，并能够根据控制电流来改变电抗器的电感，因此构成了不会感应高频成分的磁通状态。
就本发明的电抗器而言，在使形成有主绕组的配线基板和形成有控制绕组的配线基板呈层状装配于平面型铁芯而构成的电抗器中，通过使(c)主绕组所形成的磁通、以及(d)控制绕组所形成的磁通成为以下的状态，从而使控制电流所形成的磁通成为均等的磁通密度。
在(d)的控制绕组的磁通中，在除去了高频成分的铁芯的脚部形成控制绕组。就在控制绕组中流通的作为直流电流的控制电流而言，在包含抵消了交流磁通的一对内脚的全部脚部中形成均等的磁通密度的直流磁通。通过使由控制绕组形成的直流磁通的磁通密度在铁芯的全部脚部中均等，从而使电感相对于主绕组的变化均等。
本发明的电抗器所具备的配线基板是主绕组基板和控制绕组基板，并通过使它们的配线基板层叠而构成。主绕组基板具备第一主绕组基板和第二主绕组基板。控制绕组基板配置为被第一主绕组基板和第二主绕组基板沿着上下方向夹持，此外也可以配置于第一主绕组基板和第二主绕组基板的层叠的任意一方侧。
本发明的电抗器所具备的配线基板构成为控制绕组基板被两枚主绕组基板夹持，从而能够在主绕组与控制绕组之间提高磁场的耦合度。
(iv)磁场噪声的减小
本发明的电抗器虽然会由于在各主绕组中流通高频电流而在控制绕组中感应高频成分，但是由于(c)在主绕组中流通的作为高频电流的主绕组电流会在一对内脚中各自形成磁场朝向彼此相反的交流磁通，从而抵消在控制绕组中感应的高频成分。
就两个主绕组的高频电流对控制绕组的感应而言，因在一个主绕组中流通高频电流而在控制绕组中感应的高频成分的方向、与因在另一个主绕组中流通高频电流而在控制绕组中感应的高频成分大小相等且方向彼此相反，从而使各自产生的高频成分相互抵消而除去高频成分。
由此，可抑制高频电流从控制绕组流入控制电路。另外，由于抵消了控制绕组的高频成分，因此能够抑制在控制绕组中局部性地产生的过大电压。
此外，就本发明的电抗器所具备的平面型铁芯而言，通过构成为(a)在铁芯内部所具备的贯通孔内收纳配线基板，从而能够减小漏磁通的磁场噪声。通过减小来自铁芯的磁场噪声，从而能够使电抗器与电路部件等相邻配置，提高装置整体的安装密度。
本发明的电抗器具备第一方式和第二方式。
(第一方式)
在本发明的电抗器的第一方式中，第一主绕组基板的主绕组以将中央脚和一对内脚中一方的第一内脚一体地围绕的方式形成，第二主绕组基板的主绕组以将中央脚和上述一对内脚中另一方的第二内脚一体地围绕的方式形成。另外，控制绕组基板的控制绕组以将一对的第一内脚和第二内脚分别围绕的方式形成。
第一主绕组基板的主绕组采用将中央脚和第一内脚围绕的绕组图案，第二主绕组基板的主绕组采用将中央脚和第二内脚围绕的绕组图案，从而使第一内脚和第二内脚中的磁通抵消。另外，控制绕组基板的绕组采用将第一内脚和第二内脚分别围绕的绕组图案，从而使中央脚和一对外脚中的交流磁通均等。
根据本发明的电抗器的第一方式，第一主绕组基板和第二主绕组基板可以使用通用的配线基板，因此能够通过部件的通用化来降低制造成本。
(第二方式)
在本发明的电抗器的第二方式中，第一主绕组基板的主绕组以将中央脚和一对的第一内脚及第二内脚一体地围绕的方式形成，第二主绕组基板的主绕组以围绕中央脚的方式形成。另外，控制绕组基板的控制绕组以将一对的第一内脚和第二内脚分别围绕的方式形成。
第一主绕组基板的主绕组采用将中央脚和一对的第一内脚及第二内脚一体地围绕的绕组图案，在第二主绕组基板的主绕组中采用围绕中央脚的绕组图案，从而使第一内脚和第二内脚中的交流磁通抵消。
另外，控制绕组基板的绕组采用将一对的第一内脚和第二内脚分别围绕的绕组图案，从而使包含中央脚和第一内脚及第二内脚的全部脚部中的磁通密度均等。
根据本发明的电抗器的第二方式，是第二主绕组基板的绕组图案围绕中央脚的结构，因此能够缩小配线基板的面积。
在第一方式和第二方式中，第一内脚和第二内脚中的交流磁通的磁场朝向彼此相反。
在本发明的电抗器中，能够使控制电流可变或者固定。通过使控制电流可变而能够构成磁通控制型可变电感，通过使控制电流固定而能够构成磁通控制型固定电感。在磁通控制型固定电感中，能够通过调整控制电流而将固定电感的电感值设定为预定值。
发明的效果
根据本发明的电抗器，能够在使形成有主绕组的配线基板和形成有控制绕组的配线基板呈层状装配于平面型铁芯而构成的电抗器中减小安装面积。另外，能够抑制由主绕组产生的磁通向电抗器外泄漏的漏磁通。
附图说明
图1是用于对本发明的电抗器的概要结构进行说明的图。
图2是用于对本发明的电抗器的安装面积的减小进行说明的图。
图3是用于对平面型铁芯的电抗器的设想结构例进行说明的图。
图4是用于对本发明的电抗器的第一方式进行说明的图。
图5是用于对本发明的电抗器的第一方式的各电流状态和各磁通状态进行说明的图。
图6是用于对本发明的电抗器的第一方式的各电流状态和各磁通状态进行说明的图。
图7是用于对本发明的电抗器的第二方式进行说明的图。
图8是用于对本发明的电抗器的第二方式的各电流状态和各磁通状态进行说明的图。
图9是用于对本发明的电抗器的第二方式的各电流状态和各磁通状态进行说明的图。
图10是用于对本发明的电抗器的控制绕组所具备的绕组图案的另一例进行说明的图。
图11是表示现有的可变电抗器的一结构例的图。
图12是用于对使平面型铁芯与配线基板组合的电抗器的结构例进行说明的图。
具体实施方式
参照附图对本发明的电抗器进行说明。以下使用图1对本发明的电抗器的概要结构进行说明，使用图2对电抗器的安装面积的减小进行说明，使用图3对均等磁通进行说明。此外，使用图4～图6对本发明的电抗器的第一方式进行说明，使用图7～图9对本发明的电抗器的第二方式进行说明，使用图10对控制绕组所具备的绕组图案的另一例进行说明。
(本发明的电抗器的概要结构)
使用图1对本发明的电抗器的概要结构进行说明。图1的(a)表示电抗器所具备的平面型铁芯的大致形状，图1的(b)、(c)、(d)示出了本发明的电抗器所具备的第一绕组基板、控制绕组基板、以及第二绕组基板。图1的(e)概要示出了由各绕组在铁芯中形成的磁通状态。
在图1的(a)中，电抗器10的平面型铁芯11是由铁氧体等磁性材料形成的大致平板状的部件，平板状部件由通过中央的平面进行分割的两个铁芯部件构成。各铁芯部件的一面为平面形状，并在另一面上具有向与平面形状大致成直角的方向突出的突起部分，突起部分构成了铁芯的脚部。
通过使两个铁芯部件彼此的突起部分对置配置而形成层状的铁芯。突起部分间的凹部在铁芯内形成贯通孔。在贯通孔内可配置第一主绕组基板14A、第二主绕组基板14B以及控制绕组基板15的配线基板。
图1的(a)所示的平面型铁芯11示出了作为铁芯部件具备两个平面型铁芯11a、11b的结构例，这两个平面型铁芯11a、11b使用了四个E型铁芯，且分别使各两个E型铁芯的突起部分对置配置而构成。此外，虽然这里示出了使用E型铁芯的EE型铁芯的结构例，但是也可以构成为使用八个U型铁芯的UU型铁芯。
平面型铁芯11具有：中央脚16a、在该中央脚16a的两侧配置的一对内脚16b、16c、以及在内脚16b、16c的外侧配置的一对外脚16d、16e，可在相邻的脚部之间的贯通孔内配置配线基板。
在图1的(b)所示的第一主绕组基板14A的配线基板上形成有第一主绕组12b的绕组图案，在图1的(d)所示的第二主绕组基板14B的配线基板上形成有第二主绕组12c的绕组图案。另外，在图1的(c)所示的控制绕组基板15的配线基板上形成有控制绕组13a、13b的绕组图案。
在第一主绕组基板14A、第二主绕组基板14B以及控制绕组基板15形成有开口部，在该开口部内可贯通平面型铁芯11的各脚部，从而将配线基板在平面型铁芯11内呈层状装配。此外，图1的(b)、(c)、(d)所示的配线基板示出了与本发明的电抗器的第一方式对应的结构。
图1的(e)所示的平面型铁芯11概要示出了由在各绕组中流通的绕组电流形成的磁通状态。
平面型铁芯11从一侧部起依次具备外脚16d、内脚16b、中央脚16a、内脚16c、外脚16e的各脚部，在各脚中由在主绕组12b、12c中流通的高频电流形成交流磁场的磁通，并由在控制绕组13中流通的直流电流形成直流磁场的磁通。
根据本发明的电抗器，虽然会由于在主绕组12b和主绕组12c的各主绕组中流通高频电流而在控制绕组中感应高频成分，但是在内脚16b和内脚16c的各内脚中形成彼此相反方向的磁场，抵消在控制绕组中感应的高频成分。
控制绕组13(13a、13b)的绕组图案以将内脚16b、16c围绕的方式设置，因此在全部脚部中形成直流磁场的磁通。在全部脚部中形成的磁通能够通过向控制绕组13(13a、13b)提供等电流值的控制电流而均等。
平面型铁芯11可以通过使在单侧具备三个突起部分的断面形状呈E字状的E型铁芯、在单侧具备两个突起部分的断面形状呈U字状的U型铁芯、以及不具备突起部分的断面形状呈I字形状的I型铁芯组合而构成。
在图1的(f)的结构例中，使两个E型铁芯的突起部分彼此对置配置而构成EE型铁芯，并使两个该EE型铁芯横向排列而构成了平面型铁芯11。
在图1的(g)的结构例中，使两个U型铁芯的突起部分彼此对置配置而构成U型铁芯，并使四个该U型铁芯横向排列而构成了平面型铁芯11。
在图1的(h)的结构例中，在一个E型铁芯的突起部分配置I型铁芯而构成EI型铁芯，并使两个该EI型铁芯横向排列而构成了平面型铁芯11。
在图1的(i)的结构例中，在一个U型铁芯的突起部分配置I型铁芯而构成UI型铁芯，并使四个该UI型铁芯横向排列而构成了平面型铁芯11。
(i)电抗器的安装面积
本发明的电抗器就外形而言是将两个平面型铁芯横向配置的结构，使用图2来说明通过该横向配置对电抗器的铁芯部分的安装面积的抑制。此外，平面型铁芯的横向配置由本发明的电抗器所具备的中央脚、在中央脚的两侧配置的一对内脚、以及在内脚的外侧配置的一对外脚构成。
图2是用于对本发明的电抗器的安装面积的减小进行说明的图。图2的(a)示出了对平面型铁芯应用配线基板的结构，且为图12所示的结构例。这里，铁芯的横向的宽度为W，进深方向的长度为L，配线基板从铁芯的侧部突出ΔW。相对于铁芯的平面面积S而言，突出的配线基板的面积(图中的底影图案)在两侧部分别为ΔS，因此图2的(a)的平面型铁芯的安装面积为(S+2ΔS)。
另一方面，图2的(b)示出了本发明的电抗器的结构。本发明的电抗器的形状对应于将图2的(a)的平面型铁芯沿着进深方向二等分且横向配置的结构。就铁芯的配置方式而言，本发明的电抗器的结构相当于横向配置，现有电抗器的结构相当于纵向排列。为了与图2的(a)的结构的铁芯的平面面积进行比较，图2的(b)的结构是进深方向的长度为L/2且与图2的(a)的平面型铁芯的平面面积S相符的结构。
对于图2的(b)的本发明的电抗器的铁芯的平面面积、和图2的(a)的结构的铁芯的平面面积进行比较可知：图2的(a)的结构的铁芯的安装面积是铁芯的平面面积S与突出量2ΔS之和(S+2ΔS)。与此相对，本发明的电抗器的安装面积不含突出量2ΔS，因此仅为铁芯的平面面积S。因此，对安装面积进行比较可知：本发明的电抗器的安装面积为S，而平面型铁芯横向配置的结构的安装面积为(S+2ΔS)，因此采用本发明的电抗器可减小2ΔS的安装面积。
因此，本发明的电抗器能够避免铁芯的个数增加，且与具有相同面积的铁芯的平面面积的平面型铁芯的纵向配置相比，能够抑制电抗器的安装面积扩大。
另外，就本发明的电抗器所具备的平面型铁芯而言，由于采用在铁芯内部所具备的贯通孔内收纳配线基板的结构，从而能够减小漏磁通的磁场噪声。通过减小来自铁芯的磁场噪声，从而能够使电路部件等与电抗器相邻配置，提高装置整体的安装密度。
(ii)漏磁通的抑制
在本发明的电抗器中，主绕组基板与控制绕组基板在平面型铁芯内呈层状装配的结构，从而能够抑制磁通向电抗器的外部泄漏的漏磁通。
(iii)不均等磁通的消除
作为从铁芯的外侧部的绕组漏出的漏磁通的解决手段之一，可以考虑使平面型铁芯的侧部横向延长并将主绕组的线圈收纳在铁芯内的结构。但是，在仅使平面型铁芯的侧部横向延长来形成铁芯的结构中，存在如下问题，即：通过铁芯的磁通会因磁路而不均等，导致电感不均等，从而无法作为磁通控制型电抗器发挥功能。
为了作为磁通控制型电抗器发挥功能，需要使铁芯的磁路的电感均等。为了使电感均等，需要使交流磁通和直流磁通的磁通密度在铁芯的主磁路中均等。另外，需要向流通有交流磁通的磁路施加控制电流的直流磁通作为偏置磁通。
以下对结构例的交流磁通和直流磁通的磁通密度的不均等、以及作为直流磁通的偏置磁通的不均等进行说明。
(交流磁通的磁通密度的不均等)
图3示出了采用平面型铁芯的电抗器的设想结构例。在图3的(a)的概要结构中，平面型铁芯通过使两侧部延长WB和WC而将主绕组(实线)收纳在铁芯内。此外，图3的(a)中的虚线表示控制绕组的线圈。图3的(b)、(c)表示由主绕组形成的交流磁通的磁通状态。
图3的(b)表示由主绕组产生的交流磁通的磁通状态，图3的(c)表示等价的磁通状态。铁芯具备中央脚a、内脚b、c以及外脚d、e，在内脚b、c分别卷绕有第一主绕组和第二主绕组。图3的(b)、(c)所示的箭头表示由在主绕组中流通的交流电流产生的交流磁通的一例。就中央脚a的磁通而言，第一主绕组和第二主绕组的磁通方向相反，因此彼此对冲抵消。如图3的(c)的等价磁通状态所示那样，中央脚a的磁通抵消，因此作为交流磁通的磁路而形成：通过外磁路d和内磁路b的磁路、通过内脚b和内脚c的磁路、以及通过内脚c和外脚e的磁路等各磁路。在这些磁路中，外侧的磁路的磁路长度为l1，内侧的磁路的磁路长度为l2，磁路长度l2比磁路长度l1长。当设定μ为磁通系数、N为线圈的匝数、I为电流、l为磁路长度时，则磁通密度B可表示为B＝μ×N×I/l，且当设定S为截面积、N为绕组的匝数时，则各磁路的电感L可表示为L＝μ×S×N2/l。根据该磁通密度B、电感L的关系式可知：磁路长度l不同的磁路的磁通密度B和电感L不同。
因此，在图3的(a)的结构的电抗器中，交流磁通的磁通密度和电感在磁路中不均等。
(作为直流磁通的偏置磁通的不均等)
图3的(d)示出了由控制绕组形成的直流磁通的磁通状态。控制绕组卷绕于中央脚a，通过在该控制绕组中流通直流电流，从而在通过内脚b和中央脚a的磁路、以及通过内脚c和中央脚a的磁路中形成磁通。在中央脚a中通过两个磁通，因此通过中央脚a的磁通密度比在内脚b和内脚c的磁路中通过的磁通密度高。因此，在图3的(a)的结构的电抗器中，在各磁石路中形成的偏置磁通的磁通密度不均等。
图3的(e)示出了控制绕组的磁通与控制绕组的磁通合成的磁通状态。在外脚d和外脚e中没有形成控制绕组的直流磁通，因此产生不会向主磁通所形成的交流磁通施加偏置磁通的磁路。
另一方面，图3的(f)、(g)示出了本发明的电抗器的结构和磁通状态。图3的(f)表示本发明的电抗器的概要结构，主绕组的配线基板和控制绕组的配线基板配置于电抗器的铁芯内。图3的(g)表示本发明的电抗器的控制绕组的磁通与控制绕组的磁通合成的磁通状态。在外脚d和外脚e中也形成控制绕组的直流磁通，向主磁通所形成的全部的交流磁通施加偏置磁通。由此，在将配线基板呈层状装配于平面型铁芯而构成的电抗器中，使由控制绕组的控制电流形成的磁通密度均等，并通过控制绕组的控制电流来设定电抗器的电感。
就本发明的电抗器而言，在将形成有主绕组的配线基板和形成有控制绕组的配线基板呈层状装配于平面型铁芯而构成的电抗器中，通过使(a)主绕组所形成的磁通、以及(b)控制绕组所形成的磁通成为以下的状态，从而使控制电流所形成的磁通密度均等。
(a)当在主绕组中流通高频电流时则会在控制绕组中感应高频成分，并由于该高频成分的感应而产生向控制电路施加高频电流的问题、在控制绕组中产生过大电压的问题。为了抑制这样的问题，在主绕组的磁通形成时成为不在控制绕组中感应高频成分的磁通状态。
(b)在除去了高频成分的铁芯的脚部形成控制绕组。
利用均等的磁通密度能够在卷绕各脚部的主绕组中产生均等的电感，并根据控制电流使电抗器的电感可变。在主绕组中流通的作为高频电流的主绕组电流在一对内脚中各自形成磁场朝向彼此相反的交流磁通并相互抵消。
即，就两个主绕组的高频电流对控制绕组的感应而言，因在一个主绕组中流通高频电流而在控制绕组中感应的高频成分的方向、与因在另一个主绕组中流通高频电流而在控制绕组中感应的高频成分大小相等且方向彼此相反，从而使各自产生的高频成分相互抵消而除去高频成分。
虽然会由于在各主绕组中流通高频电流而在控制绕组中感应高频成分，但是由于在各内脚中形成彼此相反方向的磁场，从而抵消在控制绕组中感应的高频成分。
由此，可抑制高频电流从控制绕组流入控制电路。另外，由于抵消了控制绕组的高频成分，因此能够抑制在控制绕组中局部性地产生的过大电压。
就在控制绕组中流通的作为直流电流的控制电流而言，在包含抵消了交流磁通的一对内脚的全部脚部中形成均等的磁通密度的直流磁通。通过使由控制绕组形成的直流磁通的磁通密度在铁芯的全部脚部中均等，从而能够使电感相对于主绕组的变化均等。
本发明的电抗器所具备的配线基板是主绕组基板和控制绕组基板，并通过使它们的配线基板层叠而构成。主绕组基板具备第一主绕组基板和第二主绕组基板。控制绕组基板配置为被第一主绕组基板和第二主绕组基板沿着上下方向夹持，此外也可以配置于第一主绕组基板和第二主绕组基板的层叠的任意一方侧。
本发明的电抗器所具备的配线基板构成为控制绕组基板被两枚主绕组基板夹持，从而能够在主绕组与控制绕组之间提高磁场的耦合度。
(电抗器的第一方式)
使用图4～图6对本发明的电抗器的第一方式进行说明。图4概要示出了本发明的电抗器的第一方式。此外，这里对于和图1的结构相同的部分标记了相同的符号。
图4的(a)示出了电抗器10的平面型铁芯11的概要结构。平面型铁芯11与图1的(a)所示的结构相同，使用了四个E型铁芯作为铁芯部件，并使两个E型铁芯的突起部分对置配置，从而构成了两个平面型铁芯11a、11b。虽然这里示出了采用E型铁芯的EE型铁芯的结构，但是不限于E型铁芯，也可以是采用U型铁芯的UU型铁芯的结构。
平面型铁芯11具备：中央脚16a、和在中央脚16a的两侧配置的一对内脚16b、16c，此外还在内脚16b、16c的外侧具备一对外脚16d、16e。在相邻的脚部之间形成有贯通孔，可在该贯通孔内配置：第一主绕组基板14A、第二主绕组基板14B、以及控制绕组基板15的配线基板。
图4的(b)示出了第一主绕组基板14A、第二主绕组基板14B、以及控制绕组基板15的各配线基板，图4的(c)示出了在第一主绕组基板14A，第二主绕组基板14B、以及控制绕组基板15的各配线基板上形成的绕组图案。
在第一主绕组基板14A形成有第一主绕组12b的绕组图案，并且形成有供内脚16b和中央脚16a通过的两个开口部。绕组图案以围绕该两个开口部的方式形成。
在第二主绕组基板14B形成有第二主绕组12c的绕组图案，并且形成有供内脚16c和中央脚16a通过的两个开口部。绕组图案以围绕该两个开口部的方式形成。
在控制绕组基板15形成有控制绕组13a、13b的绕组图案，并且形成有供内脚16b及内脚16c和中央脚16a通过的三个开口部。绕组图案以将该三个开口部其中的供内脚16b和内脚16c通过的开口部围绕的方式形成。
向第一主绕组12b和第二主绕组12c提供从未图示的高频电源分支的高频电流，形成了在平面型铁芯11的中央脚16a、内脚16b、16c以及外脚16d、16e的各脚部中通过的交流磁通。另一方面，向控制绕组13a、13b提供直流电流，形成了在平面型铁芯11的中央脚16a、内脚16b、16c以及外脚16d、16e的各脚部中通过的直流磁通。
图5示出了在各配线基板的绕组中流通的电流状态、和电流所感应的磁通状态。图5的(a)表示电抗器10的平面型铁芯11的概要结构，与图5的(a)是同样的。图5的(b)表示第一主绕组基板14A、第二主绕组基板14B以及控制绕组基板15的电流状态和磁通状态。
此外，在图5中对于电流方向以在圆中设置●的记号来表示相对于纸面向前方前进的电流方向，并以在圆中设置×号的记号来表示相对于纸面向后方前进的电流方向，另外，对于磁通方向以在方形中设置●的记号来表示相对于纸面向前方前进的磁通方向，并以在方形中设置×号的记号来表示相对于纸面向后方前进的磁通方向。
·由主绕组形成的磁通状态：
在第一主绕组基板14A中，由流通于主绕组12b的高频电流在外脚16d、内脚16b、中央脚16a以及内脚16c中形成磁通，在第二主绕组基板14B中，由流通于主绕组12c的高频电流在内脚16b、中央脚16a、内脚16c以及外脚16e中形成磁通。
当主绕组12b的高频电流为箭头所示方向时，在各脚中形成图示方向的磁通。在内脚16b中，由流通于主绕组12b的高频电流形成相对于纸面向后方前进的磁通方向的磁通，并由流通于主绕组12c的高频电流形成相对于纸面向前方前进的磁通方向的磁通。在内脚16b中形成的两个磁通方向相反，因此在主绕组12b和主绕组12c的匝数和电流值相等的情况下，两磁通相互抵消。同样地，在内脚16c中，由流通于主绕组12b的高频电流形成相对于纸面向前方前进的磁通方向的磁通，并由流通于主绕组12c的高频电流形成相对于纸面向后方前进的磁通方向的磁通。在内脚16c中形成的两个磁通方向相反，因此在主绕组12b和主绕组12c的匝数和电流值相等的情况下，两磁通相互抵消。
另外，在中央脚16a中，由流通于主绕组12b的高频电流形成相对于纸面向后方前进的磁通方向的磁通，并由流通于主绕组12c的高频电流形成相对于纸面向后方前进的磁通方向的磁通。
图5的(c)表示由高频电流形成的磁通状态，且示出了由高频电流在内脚16b和内脚16c中形成的磁通相互抵消。
·由控制绕组形成的磁通状态：
在控制绕组基板15中，由流通于控制绕组13a的直流电流在外脚16d、内脚16b以及中央脚16a中形成磁通，由流通于控制绕组13b的直流电流在中央脚16a、内脚16c以及外脚16e中形成磁通。此外，如图5所示，当控制绕组13a、13b的直流电流为箭头所示方向时，在各脚中形成图示方向的磁通。
在内脚16b和内脚16c中，由流通于控制绕组13a、13b的直流电流形成相对于纸面向后方前进的磁通方向的磁通。在内脚16b和内脚16c中处于由高频电流形成的交流磁通抵消的状态，因此在控制绕组13a、13b中不会因交流磁通而感应电流，可抑制高频电流向控制电路(未图示)的流入以及产生过大电压。
图5的(d)示出了由直流电流形成的磁通状态，由直流电流在包含内脚16b、16c及中央脚16a的铁芯的全部脚部中形成均等磁通密度的直流磁通。
因此，在第一方式的结构中，使各配线基板层叠并装配于平面型铁芯11，从而使第一主绕组12b和第二主绕组12c的绕组图案都围绕中央脚16a。另外，在第一主绕组12b和第二主绕组12c中流通的主绕组电流所形成的磁场为相反方向，磁通在内脚16b中相互抵消。同样地，在第一主绕组12b和第二主绕组12c中流通的主绕组电流所形成的磁场为相反方向，磁通在内脚16c中相互抵消。
图6概要示出了平面型铁芯的各脚部中的磁通状态，图6的(a)、(b)分别示出由第一主绕组、第二主绕组形成的磁通状态，图6的(c)表示两个主绕组的磁通合成的状态，图6的(d)表示由控制绕组形成的磁通状态，图6的(e)表示两个主绕组和控制绕组的磁通合成的状态。
由第一主绕组形成的磁通如图6的(a)所示那样，通过了经由外脚16d和内脚16b的路径、以及经由中央脚16a和内脚16c的路径；由第二主绕组形成的磁通如图6的(b)所示那样，通过了经由内脚16b和中央脚16a的路径、以及经由内脚16c和外脚16e的路径。在内脚16b、16c中，由两个主绕组形成的交流磁通抵消。图6的(c)中的虚线的箭头示出了抵消状态。
由控制绕组形成的直流磁通如图6的(d)所示那样，在抵消了交流磁通的内脚16b和内脚16c中通过，并在中央脚16a及外脚16d、16e中形成均等的磁通密度。
(电抗器的第二方式)
电抗器的第二方式除了主绕组基板的结构之外是与第一方式大致相同的结构，并具有与第一方式相同的磁通状态。使用图7～图9对本发明的电抗器的第二方式进行说明。图7概要示出了本发明的电抗器的第二方式。此外，这里对于和图1、图4～图6的结构相同的部分标记了相同的符号。
图7的(a)示出了电抗器10的平面型铁芯11的概要结构。平面型铁芯11与图4的(a)所示的结构相同，具备中央脚16a、和在中央脚16a的两侧配置的一对内脚16b、16c，此外还在内脚16b、16c的外侧具备一对外脚16d、16e。在相邻的脚部之间形成有贯通孔，可在该贯通孔内配置：第一主绕组基板14A、第二主绕组基板14B、以及控制绕组基板15的配线基板。
图7的(b)示出了第一主绕组基板14A、第二主绕组基板14B、以及控制绕组基板15的各配线基板，图7的(c)示出了在第一主绕组基板14A、第二主绕组基板14B、以及控制绕组基板15的各配线基板上形成的绕组图案。
在第一主绕组基板14A形成有第一主绕组12b的绕组图案，并且形成有供内脚16b、16c和中央脚16a通过的三个开口部。绕组图案以围绕该三个开口部的方式形成。
在第二主绕组基板14B形成有第一主绕组12c的绕组图案，并且形成有供中央脚16a通过的一个开口部。绕组图案以围绕该一个开口部的方式形成。
在控制绕组基板15形成有控制绕组13a、13b的绕组图案，并且形成有供内脚16b及内脚16c和中央脚16a通过的三个开口部。绕组图案以将该三个开口部其中的供内脚16b和内脚16c通过的开口部围绕的方式形成。该控制绕组基板15的结构与第一方式相同。
向第一主绕组12b和第二主绕组12c提供从未图示的高频电源分支的高频电流，形成了在平面型铁芯11的中央脚16a、内脚16b、16c以及外脚16d、16e的各脚部中通过的交流磁通。另一方面，向控制绕组13a、13b提供直流电流，在平面型铁芯11的包含中央脚16a和内脚16b、16c的各脚部的全部脚部中形成相同磁通密度的直流磁通。
图8示出了在各配线基板的绕组中流通的电流状态、和电流所感应的磁通状态。图8的(a)表示电抗器10的平面型铁芯11的概要结构，与图7的(a)是同样的。图8的(b)表示第一主绕组基板14A、第二主绕组基板14B以及控制绕组基板15的电流状态和磁通状态。
此外，在图8中，表示电流方向的记号、以及表示磁通方向的记号也使用与第一方式相同的记号。
·由主绕组形成的磁通状态：
在第一主绕组基板14A中，由流通于主绕组12b的高频电流在外脚16d、内脚16b、内脚16c以及外脚16e中形成磁通，在第二主绕组基板14B中，由流通于主绕组12c的高频电流在内脚16b、中央脚16a以及内脚16c中形成磁通。
当主绕组12b的高频电流为箭头所示方向时，在各脚中形成图示方向的磁通。在内脚16b中，由流通于主绕组12b的高频电流形成相对于纸面向后方前进的磁通方向的磁通，并由流通于主绕组12c的高频电流形成相对于纸面向前方前进的磁通方向的磁通。在内脚16b中形成的两个磁通方向相反，因此在主绕组12b和主绕组12c的匝数和电流值相等的情况下，两磁通相互抵消。同样地，在内脚16c中，由流通于主绕组12b的高频电流形成相对于纸面向后方前进的磁通方向的磁通，并由流通于主绕组12c的高频电流形成相对于纸面向前方前进的磁通方向的磁通。在内脚16c中形成的两个磁通方向相反，因此在主绕组12b和主绕组12c的匝数和电流值相等的情况下，两磁通相互抵消。
另外，在中央脚16a中，由流通于主绕组12c的高频电流形成相对于纸面向后方前进的磁通方向的磁通。
图8的(c)表示由高频电流形成的磁通状态，且示出了由高频电流在内脚16b和内脚16c中形成的磁通相互抵消。
·由控制绕组形成的磁通状态：
在控制绕组基板15中，由流通于控制绕组13a的直流电流在外脚16d、内脚16b以及中央脚16a中形成磁通，由流通于控制绕组13b的直流电流在中央脚16a、内脚16c以及外脚16e中形成磁通。第二方式的控制绕组的磁通状态与第一方式的控制绕组的磁通状态相同。如图8所示，当控制绕组13a、13b的直流电流为箭头所示方向时，在各脚中形成图示方向的磁通。
在内脚16b和内脚16c中，由流通于控制绕组13a、13b的直流电流形成相对于纸面向后方前进的磁通方向的磁通。在内脚16b和内脚16c中处于由高频电流形成的交流磁通抵消的状态，因此在控制绕组13a、13b中不会因交流磁而通感应电流，可抑制高频电流向控制电路(未图示)的流入以及产生过大电压。
图8的(d)示出了由直流电流形成的磁通状态，由直流电流在包含内脚16b、16c及中央脚16a的全部脚部中形成相同磁通密的直流磁通。
因此，在第二方式的结构中，使各配线基板层叠并装配于平面型铁芯11，从而使在第一主绕组12b和第二主绕组12c中流通的主绕组电流所形成的磁场为相反方向，磁通在内脚16b中相互抵消。同样地，第一主绕组12b和第二主绕组12c中流通的主绕组电流所形成的磁场为相反方向，磁通在内脚16c中相互抵消。
图9概要示出了平面型铁芯的各脚部中的磁通状态，图9的(a)、(b)分别示出由第一主绕组、第二主绕组形成的磁通状态，图9的(c)表示两个主绕组的磁通合成的状态，图9的(d)表示由控制绕组形成的磁通状态，图9的(e)表示两个主绕组和控制绕组的磁通合成的状态。
由第一主绕组形成的磁通如图9的(a)所示那样，通过了经由外脚16d和内脚16b的路径、以及经由内脚16c和外脚16e的路径；由第二主绕组形成的磁通如图9的(b)所示那样，通过了经由内脚16b和中央脚16a的路径、以及经由中央脚16a和内脚16c的路径。在内脚16b、16c中，由两个主绕组形成的交流磁通抵消。图9的(c)中的虚线的箭头示出了抵消状态。
由控制绕组形成的直流磁通如图9的(d)所示那样，在抵消了交流磁通的内脚16b和内脚16c中通过，并在中央脚16a及外脚16d、16e中形成相同磁通密度的均等的磁通。
(控制绕组的绕组图案)
控制绕组的绕组图案可以采用除了上述的第一方式和第二方式所示结构之外的其他结构。
图10的(a)示出了第一方式和第二方式的控制绕组的绕组图案。该绕组图案形成为在内脚16b的周围如图示那样右旋卷绕预定圈数，之后在内脚16c的周围同样地如图示那样右旋卷绕预定圈数。
图10的(b)示出了控制绕组的绕组图案的另一结构。该绕组图案在内脚16b的周围如图示那样右旋卷绕一圈之后，在内脚16c的周围同样地如图示那样右旋卷绕一圈，再回到内脚16b并在内脚16b、16c的周围卷绕一圈。并跨该两内脚卷绕预定圈数而形成。
在图10的(a)的绕组图案、和图10的(b)的绕组图案中均相对于全部脚部形成相同的磁通。
此外，上述实施方式和变形例的记述仅为本发明的电抗器的例示，本发明不限于各实施方式，能够基于本发明的主旨进行各种变形，这些变形也包含于本发明的范围。
产业上的利用可能性
本发明的电抗器可适用于阻抗匹配装置等。
符号说明
10—电抗器；11、11a、11b—平面型铁芯；12b、12c—主绕组；13a、13b—控制绕组；14A—第一主绕组基板；14B—第二主绕组基板；15—控制绕组基板；16a—中央脚；16b、16c—内脚；16d、16e—外脚；100—可变电抗器；101a、101b—铁芯；102a、102b—主绕组；103—控制绕组；110—平面型变压器；111—平面型EE铁芯；111a、111b—E型铁芯；112—平面型UU铁芯；112a、112b、112c、112d—U型铁芯；121—平面型铁芯；121a—中央脚；121b、121c—侧部脚；122—主绕组；123—控制绕组；124—主绕组基板；125—控制绕组基板；126a、126b、126c—开口部。

Claims (7)

1.一种电抗器，其特征在于，
具备：形成有主绕组的主绕组基板；形成有控制绕组的控制绕组基板；以及平面型铁芯，
上述主绕组基板和上述控制绕组基板呈层状装配在上述平面型铁芯内，上述平面型铁芯具有中央脚、配置在该中央脚的两侧的一对内脚、以及配置在上述内脚的外侧的一对外脚，在上述主绕组中流通的高频电流的主绕组电流在上述一对内脚中各自形成相互抵消的磁场朝向相反的交流磁通，
在上述控制绕组中流通的直流电流的控制电流在铁芯的全部脚部中形成均等的磁通密度的直流磁通。
2.根据权利要求1所述的电抗器，其特征在于，
上述主绕组基板具备在上下方向上夹持上述控制绕组基板的第一主绕组基板和第二主绕组基板，
上述第一主绕组基板的主绕组形成为将上述中央脚和上述一对内脚中一方的第一内脚一体地围绕，
上述第二主绕组基板的主绕组形成为将上述中央脚和上述一对内脚中另一方的第二内脚一体地围绕，
上述控制绕组基板的控制绕组形成为分别围绕上述一对的第一内脚和第二内脚。
3.根据权利要求1所述的电抗器，其特征在于，
上述主绕组基板具备在上下方向上夹持上述控制绕组基板的第一主绕组基板和第二主绕组基板，
上述第一主绕组基板的主绕组形成为将上述中央脚和上述一对的第一内脚及第二内脚一体地围绕，
上述第二主绕组基板的主绕组形成为围绕上述中央脚，
上述控制绕组基板的控制绕组形成为分别围绕上述一对的第一内脚和第二内脚。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电抗器，其特征在于，
上述中央脚的磁通和上述内脚的磁通的磁场朝向彼此相反。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电抗器，其特征在于，
上述控制电流通过可变电流而实现可变电感。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的电抗器，其特征在于，
上述控制电流通过固定电流而实现固定电感。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电抗器，其特征在于，
上述平面型铁芯是在横向上排列将E型铁芯或U型铁芯的突起部分彼此对置配置而成的EE型铁芯或UU型铁芯的结构，或者是在横向上排列将I型铁芯配置于E型铁芯或U型铁芯的突起部分而成的EI型铁芯或UI型铁芯的结构。
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