JP2006319176A - 複合リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】 ノルマルモードリアクトルとコモンモードリアクトルとの機能を１つのリアクトルで実現し、容積を縮小する。
【解決手段】 コア１０は、Ｅ字型の形状を有し、先端に空隙Ｇ１を有するように対向したリップ部１２，１３を有している。また、コア１０は、内側底部の中央から空隙Ｇ１に向かって伸びた脚部１１を有している。Ｐ側コイル１４ａとＮ側コイル１４ｂは、コア１０の脚部１０ａ，１０ｂに、互いの磁束が同方向を向くように巻回されている。これによって、Ｐ側コイル１４ａとＮ側コイル１４ｂの同じ方向を向く磁束によってノルマルモードリアクトルが実現され、脚部１１を通る磁束によってコモンモードリアクトルが実現される。
【選択図】 図１

Description

本発明は複合リアクトルに関し、特に交流を直流に整流した後、整流した直流から交流を得る電力変換装置の整流回路出力側に接続される複合リアクトルに関する。

電力変換装置では、直流リアクトルや交流リアクトルを用いて電流に含まれる高調波を抑制している。この直流リアクトルには、永久磁石で磁気バイアスをするものがあり、特許文献１、特許文献２などに記載がある。特許文献１に記載されているインダクタンス素子の発明は、磁心空隙に永久磁石を挿入して、磁気バイアスを与えるようにし、インダクタンスの低下を少なくしたものである。また、特許文献２に記載されている発明は、同じく永久磁石で磁気バイアスをする直流リアクトルにおいて、脈動電圧の平滑化に適した小型のインダクタンス素子を提供するものである。

また、これらの発明に共通する課題として、コイル磁束による永久磁石の減磁が生じるという問題点があった。永久磁石の減磁を抑制するための方法については、特許文献３ないし５に記載があり、例えば、一対の永久磁石による磁気バイアス式で、磁石磁束を磁気的空隙でバイパスさせるものがある。また、特許文献６のような外鉄型リアクトルでは、外側磁心の開口部の両側リップ部に永久磁石を取り付けて、巻き線の作る磁束と永久磁石の作る磁束が、リップ部で分岐するようにしている。

ところで、電力変換装置がスイッチングすることで発生する高周波漏れ電流の抑制には、前述のリアクトルとは別にコモンモードリアクトルを接続していた。
図１４は、電力変換装置の回路図を示した図である。図に示すように電力変換装置は、ダイオードＤ３１〜Ｄ４２、ノルマルモードリアクトル（直流リアクトル）Ｌ３１、コモンモードリアクトルＬ３２、コンデンサＣ３１，Ｃ３２、電解コンデンサＣ３３、およびトランジスタＴｒ３１〜Ｔｒ３６を有している。また、三相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）の電力が供給される端子Ｒ，Ｓ，Ｔおよび三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電力を出力する端子Ｕ，Ｖ，Ｗを有している。

ダイオードＤ３１〜Ｄ３６は整流器を構成し、端子Ｒ，Ｓ，Ｔに入力される三相の電力を整流する。ノルマルモードリアクトルＬ３１は、直流電流に含まれる電源高調波成分を平滑化する。トランジスタＴｒ３１〜Ｔｒ３６およびダイオードＤ３７〜Ｄ４２は変換器を構成し、直流から交流に電力変換をする。

端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続される配線または負荷は、グランドとの間に浮遊容量が存在する。そのため、トランジスタＴｒ３１〜３６のスイッチングによる高周波漏れ電流が、コンデンサＣ３１，３２が接続されている中性点または端子Ｒ，Ｓ，Ｔに接続されている電源を介して流入する。コモンモードリアクトルＬ３２は、この高周波漏れ電流を抑制する。
特開昭５４−３２６９６号公報 特開昭６１−１９０９８号公報 特開２００３−３１８０４６号公報 特許第３３１４９０８号公報 特許第３２３０６４７号公報 特開平０９−２１３５４６号公報

しかし、従来では、ノルマルモードリアクトルとコモンモードリアクトルは別々のものであり、それぞれを用いて直流電流に含まれる高調波成分と高周波漏れ電流とを抑制するため、容積が大きくなるという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、電源高調波を抑制するノルマルモードリアクトルと高周波漏れ電流を抑制するコモンモードリアクトルとを１つに複合し、容積を縮小した複合リアクトルを提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、電力変換装置に用いられる複合リアクトルにおいて、外側の２つの外脚部に空隙を有するように対向したリップ部を有し、内側底部の中央から前記空隙に向かって伸びた内脚部を有するＥ字型コアと、前記２つの外脚部に磁束が同方向を向くように巻回されたコイルと、を有することを特徴とする複合リアクトルが提供される。

このような複合リアクトルによれば、Ｅ字型コアの内脚部において、コモンモードリアクトルの機能が実現され、Ｅ字型コアの外周においてノルマルモードリアクトルの機能が実現される。これによって、ノルマルモードリアクトルとコモンモードリアクトルの機能が１つのリアクトルで実現される。

本発明の複合リアクトルでは、Ｅ字型コアの内脚部において、コモンモードリアクトルの機能を実現し、Ｅ字型コアの外周においてノルマルモードリアクトルの機能を実現するようにした。これによって、ノルマルモードリアクトルとコモンモードリアクトルの機能が１つのリアクトルで実現され、リアクトルの容積を縮小することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る複合リアクトルの正面図である。図に示すようにコア１０は、Ｅ字型の形状を有しており、Ｅ字型の内側底の中央部分に、外側の脚部１０ａ，１０ｂと並行に伸びた脚部１１を有している。また、コア１０は、脚部１０ａ，１０ｂの先端から内向きに形成されたリップ部１２，１３を有している。これらリップ部１２，１３は、磁気的ギャップを構成する空隙Ｇ１を挟んで互いに対向している。前述した脚部１１は、空隙Ｇ１に向かって伸びており、その先端部分は空隙Ｇ２を有し、磁気的ギャップを構成している。

コア１０の脚部１０ａ，１０ｂには、磁束が同じ方向を向くようにＰ側コイル１４ａ、Ｎ側コイル１４ｂが巻回してある。Ｐ側コイル１４ａは、端子Ｐ１，Ｐ（＋）を有し、Ｎ側コイル１４ｂは、端子Ｎ１，Ｎ（−）を有している。コア１０には、Ｐ側コイル１４ａによって、図に示すように磁束φ_Pが発生し、Ｎ側コイル１４ｂによって、磁束φ_Nが発生する。

なお、図に示すＲ_g＿Ｎ、Ｒ_g＿Ｃ、Ｒ_P＿Ｎ、Ｒ_N＿Ｎ、およびＲ＿Ｃは、それぞれに対応して示されている両矢印間の磁気抵抗を示している。つまりそれぞれ、空隙Ｇ１の磁気抵抗、空隙Ｇ２の磁気抵抗、Ｐ側コイル１４ａが巻かれているコア１０の図中左半分の磁気抵抗、Ｎ側コイル１４ｂが巻かれているコア１０の図中右半分の磁気抵抗、および脚部１１の磁気抵抗を示している。

図２は、図１の複合リアクトルを適用した電力変換装置の回路例を示した図である。図に示すように電力変換装置は、ダイオードＤ１〜Ｄ１２、図１で示した複合リアクトルＺ１、コンデンサＣ１，Ｃ２、電解コンデンサＣ３、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を有している。また、三相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）の電力が供給される端子Ｒ，Ｓ，Ｔおよび三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電力を出力する端子Ｕ，Ｖ，Ｗを有している。

ダイオードＤ１〜Ｄ６は整流器を構成し、端子Ｒ，Ｓ，Ｔに入力される三相の電力を整流する。トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６およびダイオードＤ７〜Ｄ１２は変換器を構成し、直流から交流に電力変換をする。

複合リアクトルＺ１は、直流電流に含まれる電源高調波成分を平滑化するとともに、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６およびダイオードＤ７〜Ｄ１２より構成される変換器のスイッチングによって発生する高周波漏れ電流を抑制する。複合リアクトルＺ１の端子Ｐ１は、ダイオードＤ１〜Ｄ６の整流器の正側と接続され、複合リアクトルＺ１の端子Ｎ１は、ダイオードＤ１〜Ｄ６の整流器の負側と接続される。また、複合リアクトルＺ１の端子Ｐ（＋）および端子Ｎ（−）は、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６およびダイオードＤ７〜Ｄ１２より構成される変換器と接続される。なお、端子Ｐ１から端子Ｐ（＋）、端子Ｎ（−）から端子Ｎに向かって電流が流れるので、図１に示したＰ側コイル１４ａおよびＮ側コイル１４ｂには図１で示したように磁束φ_P、φ_Nが発生する。

図１において、高周波漏れ電流が流れていない（平衡状態）とすると、Ｐ側コイル１４ａとＮ側コイル１４ｂにより発生する磁束φ_P、φ_Nは大きさが同一でコア１０の外周を通過する。高周波漏れ電流が流れると、Ｐ側コイル１４ａとＮ側コイル１４ｂの磁束φ_P、φ_Nの大きさが崩れ、図１に示すように脚部１１に高周波漏れ電流に相当するコモンモード磁束φ_Cが発生する。すなわち、脚部１１により、高周波漏れ電流による磁束を通過させる磁路を設けることによって、コモンモードリアクトルの機能を実現することができる。なお、ノルマルモードリアクトルは、コア１０の外周の磁路によってその機能を実現することができる。

複合リアクトルの磁気等価回路を用いて、上記のコモンモードリアクトルの形成について説明する。図３は、図１の複合リアクトルの磁気等価回路を示した図である。図３に示す磁気抵抗Ｒ_g＿Ｎ、Ｒ_g＿Ｃ、Ｒ_P＿Ｎ、Ｒ_N＿Ｎ、およびＲ＿Ｃは、図１で説明した磁気抵抗を示している。また、図３に示すＮＩ_Pは、Ｐ側コイル１４ａによる起磁力、ＮＩ_Nは、Ｎ側コイル１４ｂによる起磁力を示し、φ_PはＰ側コイル１４ａによって発生する磁束φ_P、φ_NはＮ側コイル１４ｂによって発生する磁束φ_N、φ_Cは高周波漏れ電流によって発生するコモンモード磁束φ_Cを示している。

図３より次の式（１）、（２）が成立する。
ＮＩ_P＝φ_P（Ｒ_g＿Ｎ＋Ｒ_P＿Ｎ）−φ_C（Ｒ_g＿Ｃ＋Ｒ＿Ｃ） … （１）
ＮＩ_N＝φ_N（Ｒ_g＿Ｎ＋Ｒ_P＿Ｎ）−φ_C（Ｒ_g＿Ｃ＋Ｒ＿Ｃ） … （２）
ここで、コア１０の脚部１０ａ，１０ｂの磁路長は等しく、同一コア材料のため、次の式（３）が成立する。

Ｒ_P＿Ｎ＝Ｒ_N＿Ｎ … （３）
Ｐ側コイル１４ａとＮ側コイル１４ｂの起磁力が等しい（Ｉ_P＝Ｉ_N）場合に、式（１）〜（３）より、コモンモード磁束φ_Cを求めると次の式（４）が成り立つ。

（Ｒ_g＿Ｎ＋Ｒ_P＿Ｎ）（φ_P−φ_N）−２（Ｒ_g＿Ｃ＋Ｒ＿Ｃ）φ_C＝０ … （４）
式（４）が恒等的に成立するためには、φ_C＝０かつφ_P＝φ_Nとなる。つまり、起磁力が平衡していれば、コモンモード磁束φ_Cは発生しない。

一方、高周波漏れ電流が発生すると、Ｐ側コイル１４ａとＮ側コイル１４ｂの起磁力は異なり（Ｉ_P≠Ｉ_N）、次の式（５）に示すコモンモード磁束φ_Cが脚部１１に発生することになる。

φ_C＝（１／２）｛（Ｒ_g＿Ｎ＋Ｒ_P＿Ｎ）／（Ｒ_g＿Ｃ＋Ｒ＿Ｃ）｝（φ_P−φ_N）
… （５）
このように、脚部１０ａ，１０ｂの先端から内向きに形成されたリップ部１２，１３を有するＥ字型のコア１０の内側底の中央部分に、脚部１０ａ，１０ｂに平行の脚部１１を設け、脚部１０ａ，１０ｂに磁束が同一方向となるようにコイルを巻回すようにした。これによって、電源高調波を抑制するノルマルモードリアクトルと高周波漏れ電流を抑制するコモンモードリアクトルとが１つに複合され、リアクトルの容積を縮小することができる。

なお、図１のコア１０は、２つのＬ字型コアを離してコの字となるように線対称に配置し、配置したことによって形成される小開口（２つのＬ字型コアが最も近接してできる開口）と大開口（２つのＬ字型コアによって形成されるコの字の口が開いている側の開口）との大開口を、Ｔ字型コアの中央部の脚をコの字の内側に向けてふさぐように配置して形成するようにしてもよい。このとき、Ｔ字型コアの中心部にある脚の端と、Ｌ字型コアの小開口の部分には、空隙（図１の空隙Ｇ２に対応）ができるようにする。これによって、Ｌ字型コアにコイルを巻いてからＴ字型コアを付けて複合リアクトルを組み立てることができ、コイルが巻きやすくなる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、第２の実施の形態に係る複合リアクトルの正面図である。図４において図１と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

図に示すように脚部１１には、コイル２１が巻回されている。コイル２１の両端には、抵抗Ｒ１が接続されている。脚部１１にコイル２１を設けることによって、コモンモード磁束φ_Cの発生を抑制し、高周波漏れ電流を抑制する。

図５は、図４の複合リアクトルを適用した電力変換装置の回路例を示した図である。図に示す電力変換装置には、図４に示す複合リアクトルＺ２が適用されている。複合リアクトルＺ２以外の部分は、図２の回路例と同じであり、その説明を省略する。なお、図５の複合リアクトルＺ２に示すコイルと抵抗の図は、図４で示したコイル２１と抵抗Ｒ１を表し、脚部１１に発生するコモンモード磁束φ_Cがコイル２１と抵抗Ｒ１によって抑制されることを示している。

このように、コモンモード磁束φ_Cが発生する脚部１１に、コイル巻き損失が発生するようにコイル２１を巻回すことによって、コモンモード磁束φ_Cを抑制することができ、高周波漏れ電流の発生をより抑制することができる。なお、抵抗Ｒ１を省略し、コイル２１の両端を短絡するようにしてもよい。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図６は、第３の実施の形態に係る複合リアクトルの正面図である。図６において図１と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

図に示すように脚部１０ａ，１０ｂの端は、リップ部１２，１３を超えて突出し、この突出した部分に、直方体の永久磁石３１が挟み込まれている。永久磁石３１は、リップ部１２，１３との間に、空隙が設けられようにして取り付けられている。

永久磁石３１は、Ｎ極が脚部１０ａ側に、Ｓ極が脚部１０ｂ側にした状態でコア１０に取り付けられている。これによって、図の点線矢印に示すように、Ｐ側コイル１４ａおよびＮ側コイル１４ｂのコイル磁路とは反対向きの磁束φ_Mgの永久磁石磁路が形成される。

ノルマルモード電流（電源高調波による電流）による磁束は、コモンモード磁束φ_Cより大きく、ノルマルモード電流による磁束を抑制するためには、コア１０の断面積を大きくする必要がある。しかし、ノルマルモード電流による磁束方向は決まっているので、永久磁石３１により磁気バイアスをすることで、コア１０の断面積を小さくできる。

このように、永久磁石３１によって、Ｐ側コイル１４ａおよびＮ側コイル１４ｂのコイル磁路とは反対向きとなる磁束φ_Mgをバイアスすることにより、コア１０の断面積を小さくでき、リアクトルの容積を小さくすることができる。

なお、図６の複合リアクトルを電力変換装置に適用すると、図２と同様の回路図となる。この場合、図２の複合リアクトルＺ１は図６で示した複合リアクトルとなる。
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図７は、第４の実施の形態に係る複合リアクトルの正面図である。図７において図６と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

図に示すように脚部１１には、コイル４１が巻回されている。コイル４１の両端には、抵抗Ｒ１１が接続されている。脚部１１にコイル４１を設けることによって、コモンモード磁束φ_Cの発生を抑制し、高周波漏れ電流を抑制する。

このように、永久磁石３１により磁気バイアスを発生してコア１０の断面積を小さくするとともに、コモンモード磁束φ_Cが発生する脚部１１に、コイル巻き損失が発生するようにコイル４１を巻回し、コモンモード磁束φ_Cを抑制するようにした。これにより、リアクトルの容積をより縮小できるとともに、高周波漏れ電流の発生をより抑制することができる。

次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図８は、第５の実施の形態に係る複合リアクトルを示した図である。図の（Ａ）は複合リアクトルの正面図であり、図の（Ｂ）は底面図であり、図の（Ｃ）は背面図である。

図に示すように複合リアクトルは長方形のコア５１を有している。また、磁気的ギャップを構成する空隙を挟み互いに対向しているリップ部を有したＵ字型のコア５２ａ，５２ｂを有している。コア５１とコア５２ａ，５２ｂの透磁率は、異なる周波数特性を有している。具体的には、コア５１は、変換器のスイッチング周波数を越えて減衰する透磁率の周波数特性を有し、コア５２ａ，５２ｂは、電源高調波による整流リプル周波数を超えて減衰する透磁率の周波数特性を有している。なお、コア５１は、例えば、周波数特性の高いフェライトから構成され、コア５２ａ，５２ｂは、例えば、フェライトより周波数特性の低い珪素鋼板より構成される。

コア５１とコア５２ａ，５２ｂは、外周が重なるように取り付けられている。また、コア５２ａ，５２ｂのリップ部が、コア５１の１辺上にあるように取り付けられている。Ｐ側コイル５３ａは、コア５１とコア５２ａの脚部の部分を覆うように巻回され、Ｎ側コイル５３ｂは、コア５１とコア５２ｂの脚部の部分を覆うように巻回されている。Ｐ側コイル５３ａとＮ側コイル５３ｂは、磁束φ_P、φ_Nの方向が互いに逆向きとなるように巻回されている。Ｐ側コイル５３ａは、端子Ｐ１，Ｐ（＋）を有し、Ｎ側コイル５３ｂは、端子Ｎ１，Ｎ（−）を有している。

長方形のコア５１には、Ｐ側コイル５３ａとＮ側コイル５３ｂとによって、逆向きとなった磁束φ_P、φ_Nが発生する。これにより、コモンモードリアクトルは、コア５１によって実現される。一方、コア５２ａ，５２ｂは、それぞれにおいてＰ側コイル５３ａ、Ｎ側コイル５３ｂが巻回されているため、それぞれのコア５２ａ，５２ｂにおいて磁束φ_P、φ_Nが発生する。これにより、ノルマルモードリアクトルは、コア５２ａ，５２ｂによって実現される。

図９は、図８の複合リアクトルを適用した電力変換装置の回路例を示した図である。図に示す電力変換装置には、図８に示す複合リアクトルＺ３が適用されている。複合リアクトルＺ３以外の部分は、図２の回路例と同じであり、その説明を省略する。

このように、磁束φ_P、φ_Nが逆向きとなるように長方形のコア５１にＰ側コイル５３ａとＮ側コイル５３ｂを巻回してコモンモードリアクトルの機能を実現し、コア５２ａ，５２ｂのそれぞれにおいて磁束φ_P、φ_Nが発生するようにしてノルマルモードリアクトルの機能を実現するようにした。これによって、電源高調波を抑制するノルマルモードリアクトルと高周波漏れ電流を抑制するコモンモードリアクトルとが１つに複合され、リアクトルの容積を縮小することができる。

また、周波数特性の異なる透磁率のコア５１とコア５２ａ，５２ｂとを用いることにより、高周波漏れ電流と電源高調波による磁束が、それぞれのコア５１とコア５２ａ，５２ｂとを通過するようにすることによって、効率的に高周波漏れ電流と電源高調波を抑制することができる。

次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図１０は、第６の実施の形態に係る複合リアクトルを示した図である。図の（Ａ）は複合リアクトルの正面図であり、図の（Ｂ）は底面図である。図１０において図８と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

図に示すようにコア５２ａの脚部の端は、リップ部を超えて突出し、この突出した部分に直方体の永久磁石６１ａが取り付けられている。永久磁石６１ａは、コア５２ａのリップ部との間に、空隙が設けられようにして取り付けられている。同様に、コア５２ｂの脚部の端は、リップ部を超えて突出し、この突出した部分に直方体の永久磁石６１ｂが取り付けられている。永久磁石６１ｂは、コア５２ｂのリップ部との間に、空隙が設けられようにして取り付けられている。

永久磁石６１ａは、Ｓ極がＰ側コイル５３ａ側にした状態でコア５２ａに取り付けられている。これによって、コア５２ａの磁束φ_Pの方向とは逆方向の永久磁石磁路が形成される。同様に、永久磁石６１ｂは、Ｓ極がＮ側コイル５３ｂ側にした状態でコア５２ｂに取り付けられている。これによって、コア５２ｂの磁束φ_Nの方向とは逆方向の永久磁石磁路が形成される。

ノルマルモード電流による磁束は、コモンモード磁束より大きく、ノルマルモード電流による磁束を抑制するためには、コア５２ａ，５２ｂの断面積を大きくする必要がある。しかし、ノルマルモード電流による磁束方向は決まっているので、永久磁石６１ａ，６１ｂにより磁気バイアスをすることで、コア５２ａ，５２ｂの断面積を小さくできる。

このように、永久磁石６１ａ，６１ｂによって、Ｐ側コイル５３ａおよびＮ側コイル５３ｂのコイル磁路とは反対向きの磁束をバイアスすることにより、コア５２ａ，５２ｂの断面積を小さくでき、リアクトルの容積を小さくすることができる。

なお、図１０の複合リアクトルを電力変換装置に適用すると、図９と同様の回路図となる。この場合、図９の複合リアクトルＺ３は図１０で示した複合リアクトルとなる。
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。図１１は、第７の実施の形態に係る複合リアクトルを示した図である。図に示すようにコア７１は、外周が四角形状を有し、対向している辺の中央部において、中心部に向かって伸びる脚部７２ａ，７２ｂを有している。脚部７２ａ，７２ｂは、磁気的ギャップを構成する空隙Ｇ３を挟んで互いに対向するように伸びている。

コア７１の脚部７２ａ，７２ｂと並行の脚部７１ａには、Ｐ側コイル７３ａが巻回されている。コア７１の脚部７２ａ，７２ｂと並行の脚部７１ｂには、Ｎ側コイル７３ｂが巻回されている。Ｐ側コイル７３ａとＮ側コイル７３ｂは、磁束が互いに逆方向となるように巻回されている。Ｐ側コイル７３ａは、端子Ｐ１，Ｐ（＋）を有し、Ｎ側コイル７３ｂは、端子Ｎ１，Ｎ（−）を有している。コア７１には、Ｐ側コイル７３ａによって、図に示すように磁束φ_Pが発生し、Ｎ側コイル７３ｂによって、磁束φ_Nが発生する。

コア７１の脚部７２ａ，７２ｂが設けられている辺の一方には、コイル７４が巻回されている。コイル７４の両端には、抵抗Ｒ２１が接続されている。
図１２は、図１１の複合リアクトルを適用した電力変換装置の回路例を示した図である。図に示す電力変換装置には、図１１に示す複合リアクトルＺ４が適用されている。複合リアクトルＺ４以外の部分は、図２の回路例と同じであり、その説明を省略する。図の複合リアクトルＺ４は、図１２に示すように接続されて、１つでノルマルモードリアクトルとコモンモードリアクトルの機能を有し、直流電流に含まれる電源高調波成分を平滑化するとともに、高周波漏れ電流を抑制する。

上述したように、Ｐ側コイル７３ａで発生する磁束φ_PとＮ側コイル７３ｂで発生する磁束φ_Nは、コア７１の外周で互いに逆方向となるように発生する。この磁束φ_N、φ_Pのうち、コモンモードエネルギー（高周波漏れ電流）による磁束は、コイル７４および抵抗Ｒ２１によって抑制される。すなわち、コイル７４および抵抗Ｒ２１によって、コモンモードリアクトルの機能を実現している。一方、ノルマルモードリアクトルの機能は、脚部７２ａ，７２ｂに磁束を発生させることにより、その機能を実現している。

このように、外周が四角形状のコア７１の対向している辺に、空隙Ｇ３が形成されるように中心部に向かう脚部７２ａ，７２ｂを設け、脚部７２ａ，７２ｂが設けられている辺の一方に、コイル７４を設けるようにした。これによって、電源高調波を抑制するノルマルモードリアクトルと高周波漏れ電流を抑制するコモンモードリアクトルとが１つに複合され、リアクトルの容積を縮小することができる。なお、抵抗Ｒ２１を省略し、コイル７４の両端を短絡するようにしてもよい。

なお、内側の脚部に空隙が形成されるようにＥ字型コアを対向させてコア７１を形成するようにしてもよい。これによって、一方のＥ字型コアにコイルを巻いてから他方のＥ字型コアを取り付けて複合リアクトルを組み立てることができ、コイルが巻きやすくなる。

次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。図１３は、第８の実施の形態に係る複合リアクトルを示した図である。図１３において図１１と同じものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１３の複合リアクトルでは、直方体の永久磁石８１が、空隙Ｇ３を介して脚部７２ａ，７２ｂに取り付けられている。永久磁石８１は、Ｎ極が脚部７２ａ側に、Ｓ極が脚部７２ｂ側にした状態でコア７１に取り付けられている。これによって、図の点線矢印に示すように、Ｐ側コイル７３ａおよびＮ側コイル７３ｂのコイル磁路とは反対向きの磁束φ_Mgの永久磁石磁路が形成される。

ノルマルモード電流による磁束は、コモンモード磁束より大きく、ノルマルモード電流による磁束を抑制するためには、コア７１の断面積を大きくする必要がある。しかし、ノルマルモード電流による磁束方向は決まっているので、永久磁石８１により磁気バイアスをすることで、コア１０の断面積を小さくできる。

このように、永久磁石８１によって、Ｐ側コイル７３ａおよびＮ側コイル７３ｂのコイル磁路とは反対向きの磁束φ_Mgをバイアスすることにより、コア７１の断面積を小さくでき、リアクトルの容積を小さくすることができる。

なお、図１３の複合リアクトルを電力変換装置に適用すると、図１２と同様の回路図となる。この場合、図１２の複合リアクトルＺ３は図１３で示した複合リアクトルとなる。

第１の実施の形態に係る複合リアクトルの正面図である。 図１の複合リアクトルを適用した電力変換装置の回路例を示した図である。 図１の複合リアクトルの磁気等価回路を示した図である。 第２の実施の形態に係る複合リアクトルの正面図である。 図４の複合リアクトルを適用した電力変換装置の回路例を示した図である。 第３の実施の形態に係る複合リアクトルの正面図である。 第４の実施の形態に係る複合リアクトルの正面図である。 第５の実施の形態に係る複合リアクトルを示した図である。 図８の複合リアクトルを適用した電力変換装置の回路例を示した図である。 第６の実施の形態に係る複合リアクトルを示した図である。 第７の実施の形態に係る複合リアクトルを示した図である。 図１１の複合リアクトルを適用した電力変換装置の回路例を示した図である。 第８の実施の形態に係る複合リアクトルを示した図である。 電力変換装置の回路図を示した図である。

符号の説明

１０ コア
１０ａ，１０ｂ 脚部
１１ 脚部
１２，１３ リップ部
１４ａ Ｐ側コイル
１４ｂ Ｎ側コイル
Ｇ１，Ｇ２ 空隙

Claims (13)

1. 電力変換装置に用いられる複合リアクトルにおいて、
   外側の２つの外脚部に空隙を有するように対向したリップ部を有し、内側底部の中央から前記空隙に向かって伸びた内脚部を有するＥ字型コアと、
   前記２つの外脚部に磁束が同方向を向くように巻回されたコイルと、
   を有することを特徴とする複合リアクトル。
2. 前記内脚部には、内脚部コイルが巻回されていることを特徴とする請求項１記載の複合リアクトル。
3. 前記内脚部コイルの両端には、抵抗が接続されることを特徴とする請求項２記載の複合リアクトル。
4. 前記Ｅ字型コアは、前記コイルによって発生する磁束と逆向きの磁束を発生する永久磁石を有することを特徴とする請求項１記載の複合リアクトル。
5. 電力変換装置に用いられる複合リアクトルにおいて、
   コの字となるように２つのＬ字型コアを離して配置し、前記Ｌ字型コアによるコの字の口が開いている側を、中心部にある脚が前記コの字の内側となるようにＴ字型コアでふさいで形成されるコアと、
   前記Ｌ字型コアの前記脚と並行となる部分に巻回されたコイルと、
   を有することを特徴とする複合リアクトル。
6. 電力変換装置に用いられる複合リアクトルにおいて、
   四角形状コアと、
   先端に空隙を有するように対向したリップ部を有し、外周が前記四角形状コアの外周と一致し、前記リップ部が前記四角形状コアの１辺上にあるようにして前記四角形状コアに取り付けられた２つのＵ字型コアと、
   互いの磁束が逆方向を向くように、前記Ｕ字型コアの脚部の部分において、前記脚部と前記四角形状コアとを覆うように巻回されたコイルと、
   を有することを特徴とする複合リアクトル。
7. 前記四角形状コアと前記Ｕ字型コアの透磁率の周波数特性は異なっていることを特徴とする請求項６記載の複合リアクトル。
8. 前記四角形状コアの透磁率は、前記電力変換装置の電力変換に用いられるスイッチング素子のスイッチング周波数に適した周波数特性を有し、
   前記Ｕ字型コアの透磁率は、前記電力変換装置の整流リプル周波数に適した周波数特性を有することを特徴とする請求項６記載の複合リアクトル。
9. 前記Ｕ字型コアのそれぞれは、前記コイルによって発生する磁束と逆向きの磁束を発生する永久磁石を有することを特徴とする請求項６記載の複合リアクトル。
10. 電力変換装置に用いられる複合リアクトルにおいて、
    外周が四角形状を有し、対向しているそれぞれの辺の中央部から、空隙を有するように前記四角形状の中心部に向かって伸びる内脚部を有するコアと、
    前記コアの前記内脚部と並行している２つの辺に、磁束が逆方向を向くように巻回された第１のコイルと、
    前記内脚部が伸びている辺の一方に巻回された第２のコイルと、
    を有することを特徴とする複合リアクトル。
11. 前記空隙には、前記第１のコイルによって発生する磁束と逆向きの磁束を発生する永久磁石が取り付けられることを特徴とする請求項１０記載の複合リアクトル。
12. 前記第２のコイルの両端には、抵抗が接続されることを特徴とする請求項１０記載の複合リアクトル。
13. 電力変換装置に用いられる複合リアクトルにおいて、
    内脚部の先端で空隙が形成されるように２つのＥ字型コアを対向させて形成されたコアと、
    前記コアの前記内脚部と並行している２つの辺に、磁束が逆方向を向くように巻回された第１のコイルと、
    前記内脚部が伸びている辺の一方に巻回された第２のコイルと、
    を有することを特徴とする複合リアクトル。
    

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