JP2012190891A - 一体化リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化を達成する一体化リアクトルを提供する。
【解決手段】それぞれの巻線を有するｎ個（ｎは２以上の自然数）のリアクトル素子（１１、１２，１３）を有し、ｎ本の巻線（１１ａ、１２ａ、１３ａ）は同じ巻数を有すると共に円周上に配置され、隣り合う巻線（１１ａ、１２ａ、１３ａ）同士は重なると共に所定の巻数ずつ交互に巻かれ、ｎ個の巻線（１１ａ、１２ａ、１３ａ）はｎ回対称をなす。
【選択図】図３

Description

この発明は、例えば、電車の電源回路用多相チョッパ装置に用いられる一体化リアクトルに関する。

近年、ブレーキ時の回生電気エネルギーの有効利用を目的とした架線ハイブリッド電車が開発された。架線ハイブリッド電車とは、走行に必要な電力を、架線と車載蓄電装置とから同時に供給することが可能な電車であり、車載蓄電装置のパワーやエネルギー量次第で無架線区間での架線レス走行が可能な電車である。

このような架線ハイブリッド電車において、主電動機等の電源回路には、チョッパ装置が用いられている。そして、チョッパ装置を多相化することによりチョッパによる電流リップルの抑制を図っていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３４０５６１号公報

しかしながら、多相化によって、電流リップルの平滑化を図るためのリアクトル素子の搭載数が増加する。このリアクトル素子の増加は車体重量を増加させる。

そこで、本発明の目的は軽量化を達成する一体化リアクトルを提供することにある。

以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。

本発明の特徴に係る一体化リアクトルは、それぞれの巻線を有するｎ個（ｎは２以上の自然数）のリアクトル素子（１１、１２，１３）を有し、ｎ本の巻線（１１ａ、１２ａ、１３ａ）は同じ巻数を有すると共に円周上に配置され、隣り合う巻線（１１ａ、１２ａ、１３ａ）同士は重なると共に所定の巻数ずつ交互に巻かれ、ｎ個の巻線（１１ａ、１２ａ、１３ａ）はｎ回対称をなす。

以上の特徴において、前記ｎ個のリアクトル素子は、第１の巻線（１１ａ）を有する第１のリアクトル素子（１１）と、第２の巻線（１２ａ）を有する第２のリアクトル素子（１２）と、第３の巻線（１３ａ）を有する第３のリアクトル素子（１３）を有する。第１のリアクトル素子（１１）は第１の巻線（１１ａ）が単独で巻かれた第１の単独巻部（Ｒａ）を有し、第２のリアクトル素子（１２）は第２の巻線（１２ａ）が単独で巻かれた第２の単独巻部（Ｒｂ）を有し、第３のリアクトル素子（１３）は第３の巻線（１３ａ）が単独で巻かれた第３の単独巻部（Ｒｃ）を有し、第１の単独巻部（Ｒａ）、第２の単独巻部（Ｒｂ）および第３の単独巻部（Ｒｃ）は３回対称をなす。第１のリアクトル素子（１１）および第２のリアクトル素子（１２）は第1の巻線（１１ａ）および第２の巻線（１２ａ）が所定の巻数ごとに交互に巻かれると共に第１の単独巻部（Ｒａ）および第２の単独巻部（Ｒｂ）の間に配置された第１の二相交互巻部（Ｒａｂ）を有する。第２のリアクトル素子（１２）および第３のリアクトル素子（１３）は第２の巻線（１２ａ）および第３の巻線（１３ａ）が所定の巻数ごとに交互に巻かれると共に第２の単独巻部（１２ａ）および第３の単独巻部（１３ａ）の間に配置された第２の二相交互巻部（Ｒｂｃ）を有する。第３のリアクトル素子（１３）および第１のリアクトル素子（１１）は第３の巻線（１３ａ）および第１の巻線（１１ａ）が所定の巻数ごとに交互に巻かれると共に第３の単独巻部（Ｒｃ）および第１の単独巻部（Ｒａ）の間に配置された第３の二相交互巻部（Ｒｃａ）を有する。第１の二相交互巻部（Ｒａｂ）、第２の二相交互巻部（Ｒｂｃ）および第３の二相交互巻部（Ｒｃａ）は３回対称をなす。

第１の単独巻部（Ｒａ）は第１の巻線（１１ａ）の全巻数の１／２の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなす。第２の単独巻部（Ｒｂ）は第２の巻線（１２ａ）の全巻数の１／２の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなす。第３の単独巻部（Ｒｃ）は第３の巻線（１３ａ）の全巻数の１／２の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなす。第１の交互巻部（Ｒａｂ）は第１の巻線（１１ａ）の全巻数の１／４の巻数と第２の巻線（１２ａ）の全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなす。第２の交互巻部（Ｒｂｃ）は第２の巻線（１２ａ）の全巻数の１／４の巻数と第３の巻線（１３ａ）の全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなす。第３の交互巻部（Ｒｃａ）は第３の巻線（１３ａ）の全巻数の１／４の巻数と第１の巻線（１１ａ）の全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなす。

前記ｎ個のリアクトル素子は、第１の巻線（１１ａ）を有する第１のリアクトル素子（１１）と、第２の巻線（１２ａ）を有する第２のリアクトル素子（１１）と、第３の巻線（１３ａ）を有する第３のリアクトル素子（１３）を有する。第１のリアクトル素子（１１）、第２のリアクトル素子（１２）および第３のリアクトル素子（１３）は第１の巻線（１１ａ）、第２の巻線（１２ａ）および第３の巻線（１３ａ）が第１の巻数ごと交互に巻かれ、３回対称をなす第１の三相交互巻部（Ｒａｂｃ）、第２の三相交互巻部（Ｒａｂｃ）および第３の三相交互巻部（Ｒａｂｃ）を有する。第１のリアクトル素子（１１）および第２のリアクトル素子（１２）は第１の巻線（１１ａ）および第２の巻線（１２ａ）が第２の巻数毎に交互に巻かれると共に第１の三相交互巻部（Ｒａｂｃ）および第２の三相交互巻部（Ｒａｂｃ）の間に配置された第１の二相交互巻部（Ｒａｂ）を有する。第２のリアクトル素子（１２）および第３のリアクトル素子（１３）は第２の巻線（１２ａ）および第３の巻線（１３ａ）が第２の巻数毎に交互に巻かれると共に第２の三相交互巻部（Ｒａｂｃ）および第３の三相交互巻部（Ｒａｂｃ）の間に配置された第２の二相交互巻部（Ｒｂｃ）を有する。第３のリアクトル素子（１３）および第１のリアクトル素子（１１）は第３の巻線（１３ａ）および第１の巻線（１１ａ）が第２の巻数毎に交互に巻かれると共に第３の三相交互巻部（Ｒａｂｃ）および第１の三相交互巻部（Ｒａｂｃ）の間に配置された第３の二相交互巻部（Ｒｃａ）を有する。第１の二相交互巻部（Ｒａｂ）、第２の二相交互巻部（Ｒｂｃ）および第３の二相交互巻部（Ｒｃａ）は３回対称をなす。

第１の三相交互巻部（Ｒａｂｃ）、第２の三相交互巻部（Ｒａｂｃ）および第３の三相交互巻部（Ｒａｂｃ）は第１の巻線（１１ａ）、第２の巻線（１２ａ）および第３の巻線（１３ａ）のそれぞれの全巻数の１／６の巻数を有すると共にそれぞれ１／３πラジアンの中心角をなす。第１の二相交互巻部（Ｒａｂ）は第１の巻線（１１ａ）および第２の巻線（１２ａ）のそれぞれの全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなす。第２の二相交互巻部（Ｒｂｃ）は第２の巻線（１２ａ）および第３の巻線（１３ａ）のそれぞれの全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなす。

第３の二相交互巻部（Ｒｃａ）は第３の巻線（１３ａ）および第１の巻線（１１ａ）のそれぞれの全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなす。 前記ｎ個のリアクトル素子は、第１の巻線（１１ａ）を有する第１のリアクトル素子（１１）と、第２の巻線（１２ａ）を有する第２のリアクトル素子（１２）を有する。第１のリアクトル素子（１１）は第1の巻線（１１ａ）が単独で巻かれた第１の単独巻部（Ｒａ）を有する。第２のリアクトル素子（１２）は第２の巻線（１２ａ）が単独で巻かれた第２の単独巻部（Ｒｂ）を有する。第１の単独巻部（Ｒａ）と第２の単独巻部（Ｒｂ）とは２回対称を有する。第１のリアクトル素子（１１）および第２のリアクトル素子（１２）は第１の巻線（１１ａ）および第２の巻線（１２ａ）が所定の巻数ごとに交互に巻かれると共に第１の単独巻部（Ｒａ）および第２の単独巻部（Ｒｂ）の間に配置されて２回対称をなす第１の二相交互巻部（Ｒａｂ）および第２の二相交互巻部（Ｒａｂ）を有する。

第１の単独巻部（Ｒａ）は第１の巻線（１１ａ）の全巻数の１／２の巻数を有すると共に１／２πラジアンの中心角をなす。第２の単独巻部（Ｒｂ）は第２の巻線（１２ａ）の全巻数の１／２の巻数を有すると共に１／２πラジアンの中心角をなす。第１の交互巻部（Ｒａｂ）は第１の巻線（１１ａ）の全巻数の１／４の巻数および第２の巻線（１２ａ）の全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／２πラジアンの中心角をなす。第２の交互巻部（Ｒａｂ）は第１の巻線（１１ａ）の全巻数の１／４の巻数および第２の巻線（１２ａ）の全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／２πラジアンの中心角をなす。

本発明の特徴によれば、漏れ磁束を少なくし、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの結合係数が大きくなり、相互インダクタンスが大きくなるので、合成電流リップルをより低減させる。これにより、一体化リアクトルの長さ及び巻線の巻数を低減させ、一体化リアクトルの軽量化を達成することができる。

第１の実施形態に係る電気車両システムの概要図である。 図１に示す三相多重チョッパの回路図である。 図２に示す一体化リアクトルの拡大平面図である。 図３に示す一体化リアクトルの概要展開説明図である。 第２の実施形態に係る一体化リアクトルの拡大平面図である。 図５に示す一体化リアクトルの概要説明図である。 第３の実施形態に係る一体化リアクトルの拡大平面図である。 図７に示す一体化リアクトルの概要説明図である。 結合係数に対する合成電流リップルを示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

第１の実施形態
図１に示すように、電気車両システム１００は、架線Ｔ１、一体化リアクトル１０を有すると共にパンタグラフＰ１を経由する直流電流を制御する三相多重チョッパ２０と、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ３０と、交流電圧によって駆動されると共にレールＲ１上の車輪Ｗ１に車軸を経由してトルクを与える電機子群４０を有する。

図２に示すように、３相多重チョッパ２０は、並列に接続した第１、第２、第３のチョッパ回路２１、２２、２３を有する。第１のチョッパ回路２１は、直列に接続されたスイッチとしてのＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２１ａ、２１ｂと、ＩＧＢＴ２１ａ、２１ｂと並列に接続されたダイオード２１ｃ、２１ｄを有する。第２のチョッパ回路２２は、直列に接続されたスイッチとしてのＩＧＢＴ２２ａ、２２ｂと、ＩＧＢＴ２２ａ、２２ｂと並列に接続されたダイオード２２ｃ、２２ｄを有する。第３のチョッパ回路２３は、直列に接続されたスイッチとしてのＩＧＢＴ２３ａ、２３ｂと、ＩＧＢＴ２３ａ、２３ｂと並列に接続されたダイオード２３ｃ、２３ｄを有する。ＩＢＧＴ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂのスイッチングのタイミングが制御されて、位相の異なるＡ相、Ｂ相、Ｃ相のパルス電圧を発生する。

一体化リアクトル１０は、互いに並列に接続された第１のリアクトル素子１１と、第２のリアクトル素子１２と、第３のリアクトル素子１３を有する。第１のリアクトル素子１１は第１のチョッパ回路２１に接続される。第２のリアクトル素子１２は第２のチョッパ回路２２に接続される。第３のリアクトル素子１３は第３のチョッパ回路２３に接続される。

図３、４に示すように、第１のリアクトル素子１１は第１の巻線１１ａを有する。第２のリアクトル素子１２は第２の巻線１２ａを有する。第３のリアクトル素子１３は第３の巻線１３ａを有する。第１の巻線１１ａ、第２の巻線１２ａ、第３の巻線１３ａはそれぞれ螺旋状に巻かれ、中心Ｏ１についての円周上に配置される。第１の巻線１１ａ、第２の巻線１２ａ、第３の巻線１３ａの巻数は、それぞれ、例えば、２１６巻である。

第１の巻線１１ａは、全巻数（２１６巻）の１／２の巻数（１０８巻）で巻線同士が隣り合うように単独で巻かれている第１の単独巻部Ｒａを有する。第１の単独巻部Ｒａは中心Ｏ１について１／３πラジアンの中心角をなすように配置される。第２の巻線１２ａは全巻数の１／２の巻数で巻線同士が隣り合うように単独で巻かれている第２の単独巻部Ｒｂを有する。第２の単独巻部Ｒｂは中心Ｏ１について１／３πラジアンの中心角をなすように配置される。第３の巻線１３ａは、全巻数の１／２の巻数で巻線同士が隣り合うように単独で巻かれている第３の単独巻部Ｒｃを有する。第３の単独巻部Ｒｃは中心Ｏ１について１／３πラジアンの中心角をなすように配置される。

第１の単独巻部Ｒａ、第２の単独巻部Ｒｂおよび第３の単独巻部位Ｒｃは、それぞれ中心Ｏ１について２／３πラジアン間隔で配置され、中心０１について３回対称をなす。

第１の巻線１１ａおよび第２の巻線１２ａは、それぞれ全巻数（２１６巻）の１／４の巻数（５４巻）を有すると共に１回巻毎に交互に巻かれている第１の二相交互巻部Ｒａｂを有する。第１の二相交互巻部Ｒａｂは、第１および第２の巻線１１ａ、１２ａの第１および単独巻部Ｒａ、Ｒｂ同士の間で中心０１について１／３πラジアンの中心角をなすように配置される。

第２の巻線１２ａおよび第３の巻線１３ａは、それぞれ全巻数の１／４の巻数を有すると共に１回巻毎に交互に巻かれている第２の二相交互巻部Ｒｂｃを有する。第２の二相交互巻部Ｒｂｃは、第２および第３の巻線１２ａ、１３ａの単独巻部Ｒｂ、Ｒｃ同士の間で中心０１について１／３πラジアンの中心角をなすように配置される。

第３の巻線１３ａと第１の巻線１１ａとは、それぞれ全巻数の１／４の巻数で１回巻毎に交互に巻かれている第３の二相交互巻部Ｒｃａを有する。第３の二相交互巻部Ｒｃａは、第３および第１の巻線１３ａ、１１ａの単独巻部Ｒｃ、Ｒａ同士の間で中心０１について１／３πラジアンの中心角をなすように配置される。

第１の交互巻部Ｒａｂ、第２の交互巻部Ｒｂｃおよび第３の交互巻部Ｒｃａはそれぞれ中心Ｏについて２／３π間隔で配置され、中心Ｏ１について３回対称をなす。

以上から、第１のリアクトル素子１１、第２のリアクトル素子１２、第３のリアクトル素子１３の自己インダクタンスは互いに等しくなる。第１のリアクトル素子１１、第２のリアクトル素子１２および第３のリアクトル素子１３の相互インダクタンスも等しくなる。よって、第１のリアクトル素子１１、第２のリアクトル素子１２、第３のリアクトル素子は回路の対称性を有する。

また、第１のリアクトル素子１１、第２のリアクトル素子１２、第３のリアクトル素子１３の巻線１１ａ、１２ａ、１３ａは、中心Ｏ１について３回対称（１２０度対称）を有する。これにより、漏れ磁束を少なくなり、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの結合係数は大きくなり、相互インダクタンスを大きくする。

なお、単独巻部と交互巻部との割合は任意に設定してもよい。単独巻部と交互巻部の巻数を変えることで、電磁結合係数（自己インダクタンスに対する相互インダクタンスの割合）を調整することができる。

また、各交互巻部において、第１、第２、第３の巻線１１ａ、１２ａ、１３ａは１回巻毎に限られず２以上の複数回巻毎に交互に巻いてもよい。

次に、電気車両システム１００の動作について説明する。

図１、２において、直流電流が架線Ｔ１からパンタグラフＰ１を経由して三相多重チョッパ２０に入力される。ＩＧＢＴ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂのスイッチのタイミングを制御して、ＩＧＢＴ２１ａ、２１ｂはＡ相、ＩＧＢＴ２２ａ、２２ｂはＢ相、ＩＧＢＴ２３ａ、２３ｂはＣ相のパルス電圧を生じさせる。このとき、各リアクトル素子１１、１２、１３は、電流リップルを低減する。インバータ３０は直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧は電機子群４０を駆動する。

ここで、図４において、第１の巻線１１ａにＡ相の電流が流れるとき、第１の巻線１１ａは自己誘導により起電力を生じ、第２の巻線１２ａ、第３の巻線１３ａは相互誘導により起電力を生じる。同様に、第２の巻線１２ａにＢ相の電流が通過するとき、第２の巻線１２ａは自己誘導により起電力を生じ、第１の巻線１１ａ、第３の巻線１３ａは相互誘導により起電力を生じる。第３の巻線１３ａにＣ相の電流が通過するとき、第３の巻線１３Ｃは自己誘導により起電力を生じ、第１の巻線１１ａ、第２の巻線１２ａは相互誘導されて起電力を生じる。第１、第２、第３の巻線１１ａ、１２ａ、１３ａのそれぞれにおいて、自己誘導による起電力と相互誘導による起電力とは合わされて、各相電流リップルを低減する。

このとき、第１の巻線１１ａ、第２の巻線１２ａ、第３の巻線１３ａは円周上で共通の磁路を有するので、磁束の漏れを少なくする。また、第１、第２および第３の単独巻部Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ並びに第１、第２および第３の二相交互巻部Ｒａｂ、Ｒｂｃ、Ｒｃａは中心Ｏ１について３回対称になるように配置されている。よって、第１の巻線１１ａ、第２の巻線１２ａ、第３の巻線１３ａの効率的な相互誘導を達成し、合成電流リップルを大きく低減させる。合成電流リップルとは、それぞれの相電流リップルを合わせたものである。

以上の実施形態によれば、第１のリアクトル素子１１、第２のリアクトル素子１２、第３のリアクトル素子１３の巻線１１ａ、１２ａ、１３ａは円周上に配置されると共に中心Ｏ１について３回の対称性を有する。これにより、漏れ磁束を少なくなり、第１のリアクトル素子１１、第２のリアクトル素子１２、第３のリアクトル素子１３の自己インダクタンスと相互インダクタンスとの結合係数が大きくなり、相互インダクタンスを大きくするので、合成電流リップルを著しく低減させる。これにより、一体化リアクトル１０の長さ及び巻数を低減させるので、一体化リアクトル１０の軽量化を達成することができる。

また、第１の巻線１１ａ、第２の巻線１２ａ、第３の巻線１３ａのそれぞれの単独巻部Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、並びに、第１の巻線１１ａ、第２の巻線１２ａおよび第３の巻線１３ａの交互巻部Ｒａｂ、Ｒｂｃ、Ｒｃａを組み合わることにより、電磁結合係数（自己インダクタンスに対する相互インダクタンスの割合）を調整して、合成電流リップルのみならず、各相電流リップルも減少させることができる。

第２の実施形態
図５、６に示すように、一体化リアクトル１０Ａは、中心Ｏ１の円周上に配置される共に螺旋状に巻かれた第１の巻線１１ａを有する第１のリアクトル素子１１Ａと、中心Ｏ１の円周上に配置される共に螺旋状に巻かれた第２の巻線１２ａを有する第２のリアクトル素子１２Ａと、中心Ｏ１の円周上に配置される共に螺旋状に巻かれた第３の巻線１３ａを有する第３のリアクトル素子１３Ａを有する。第１の巻線１１ａ、第２の巻線１２ａ、第３の巻線１３ａのそれぞれ巻数は、例えば、２１６巻である。第１の巻線１１ａには、Ａ相の電流が通過する。第２の巻線１２ａには、Ｂ相の電流が通過する。第３の巻線１３ａにはＣ相の電流が流れる。

第１、第２および第３のリアクトル素子１１Ａ、１２Ａ、１３Ａは、第１の巻線１１ａ、第２の巻線１２ａおよび第３の巻線１３ａがそれぞれ１回巻毎に順に交互に巻かれた第１、第２および第３の三相交互巻部Ｒａｂｃを有する。各三相交互巻部Ｒａｂｃは、第１の巻線１１ａ、第２の巻線１２ａ、第３の巻線１３ａのそれぞれの全巻数（２１６巻）の１／６の巻数（３６巻）からなる。各三相交互巻部Ｒａｂｃは中心Ｏ１について１／３πラジアンの中心角をなすと共に互いに１／３πラジアンの間隔で配置されている。第１、第２および第３の三相交互巻部Ｒａｂｃは中心Ｏ１について３回対称をなす。

第１および第２のリアクトル素子１１Ａ、１２Ａは、それぞれ１回巻毎に交互に巻かれた第１の二相交互巻部Ｒａｂを有する。第１の二相交互巻部Ｒａｂは、第１の巻線１１ａおよび第２の巻線１２ａのそれぞれの全巻数（２１６巻）の１／４の巻数（５４巻）を有する。第１の二相交互巻部Ｒａｂは、三相交互巻部Ｒａｂｃ同士の間で中心０１について１／３πラジアンの中心角の範囲に配置される。

第２および第３のリアクトル素子１２Ａ、１３Ａは、それぞれ１回巻ずつ交互に巻かれた第２の二相交互巻部Ｒｂｃを有する。第２の二相交互巻部をＲｂｃは、第２の巻線１２ａおよび第３の巻線１３ａのそれぞれの全巻数（２１６巻）の１／４の巻数（５４巻）を有する。第２の二相交互巻部をＲｂｃは、三相交互巻部Ｒａｂｃ同士の間で中心Ｏ１について１／３πラジアンの中心角の範囲に配置される。

第３および第１のリアクトル素子１３Ａ、１１Ａは、それぞれ１回巻ずつ交互に巻かれた第３の二相交互巻部Ｒｃａを有する。第３の二相交互巻部をＲｂｃは、第３の巻線１３ａおよび第１の巻線１１ａのそれぞれの全巻数（２１６巻）の１／４の巻数（５４巻）を有する。第３の二相交互巻部Ｒｃａは三相交互巻部Ｒａｂｃ同士の間で１／３πラジアンの中心角の範囲に配置される。

第１の二相交互巻部Ｒａｂ、第２の二相交互巻部をＲｂｃおよび第３の二相交互巻部Ｒｃａは中心Ｏ１について３回対称をなす。

この実施形態よれば、第１の実施形態の一体化リアクトル１０と比較して一体化リアクトル１０Ａの自己インダクタンスと相互インダクタンスとの結合係数をより大きくし、相互インダクタンスをより大きくするので、合成電流リップルをより低減することができる。

第３の実施形態
図７、８に示すように、一体化リアクトル１０Ｂは、第１の巻線１１ａからなる第１のリアクトル素子１１Ｂと、第２の巻線１２ａからなる第２のリアクトル素子１２Ｂとを有する。第１および第２の巻線１１ａ、１２ａは中心Ｏ１の円周上に配置される。第１の巻線１１ａには、Ａ相の電流が通過する。第２の巻線１２ａには、Ｂ相の電流が通過する。

第１のリアクトル素子１１Ｂは、全巻数の１／２の巻数（１０８巻）は、第１の巻線１１ａ同士が隣り合うように単独で螺旋状に巻かれた第１の単独巻部Ｒａを有する。第１の単独巻部Ｒａは中心Ｏ１について円周上で１／２πラジアンの中心角をなすように配置される。

第２のリアクトル素子１２Ｂは、全巻数の１／２の巻数（１０８巻）は第２の巻線１２ａ同士が隣り合うように、単独で螺旋状に巻かれた第２の単独巻部Ｒｂを有する。第２の単独巻部Ｒｂは中心Ｏ１について円周上で１／２πラジアンの中心角をなすように配置される。

第１の単独巻部Ｒａと第２の単独巻部Ｒｂとは中心Ｏ１についてπラジアンの間隔で配置され、中心Ｏ１について２回対称をなす。

第１のリアクトル素子１１Ｂ、第２のリアクトル素子１２Ｂは、全巻数の１／４の巻数の第１の巻線１１ａと全巻数の１／４の巻数の第２の巻線１２ａとが１回巻毎に交互に巻かれた第１、第２の交互巻部Ｒａｂ、Ｒａｂを有する。第１、第２の交互巻部Ｒａｂ、Ｒａｂは、それぞれ、第１の単独巻部Ｒａと第２の単独巻部Ｒｂとの間で、中心Ｏ１について１／２πラジアンをなすように配置される。第１、第２の交互巻部Ｒａｂ、Ｒａｂは中Ｏ１についてπラジアン間隔で配置され、中心Ｏ１について２回対称をなす。

なお、第１の巻線１１ａ及び第２の巻線１２ａの単独巻部Ｒａ、Ｒｂと交互巻部Ｒａｂとの割合は任意に設定してよい。単独巻部Ｒａ、Ｒｂと交互巻部Ｒａｂの割合を変えることで、電磁結合係数を任意にすることができる。また、交互巻部Ｒａｂにおいて第１の巻線１１ａ、第２の巻線１２ａとは複数回巻毎に交互に巻いてもよい。

この実施形態よれば、漏れ磁束を減少させ、第１のリアクトル素子１１Ｂ、第２のリアクトル素子１２Ｂの自己インダクタンスと相互インダクタンスとの結合係数が大きくなり、相互インダクタンスを大きくするので、合成電流リップルを低減させる。これにより、一体化リアクトル１０Ｂの長さ及び巻数を低減させるので、一体化リアクトル１０の軽量化を達成することができる。

第１の巻線１１ａ及び第２の巻線１２ａの単独巻部Ｒａ、Ｒｂ、並びに、第１の巻線１１ａと第２の巻線１２ａとの交互巻部Ｒａｂ、Ｒａｂとを組み合わることにより、電磁結合係数（自己インダクタンスに対する相互インダクタンスの割合）を調整して、合成電流リップルのみならず、各相電流リップルも減少させることができる。

まず、一体化リアクトルの原理について説明する。

図２に示す３相多重チョッパの回路図において、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相のＯＮ／ＯＦＦによって以下の方程式が成立する。

Ａ相ｏｎ

Ａ相ｏｆｆ

Ｂ相ｏｎ

Ｂ相ｏｆｆ

Ｃ相ｏｎ

Ｃ相ｏｆｆ
ここで、Ｅは電圧、ｉは電流、Ｌは自己インダクタンス、Ｍは相互インダクタンスを示す。

同相スイッチングの場合，ｉ_a＝ｉ_b＝ｉ_cとなるので（１０）式（（１２）式、（１４
）式）は次のように変形できる。

よって、
となる。電流リップルの振幅は
となる。通流率α、周波数ｆを用いると、
となる。

以上から、同相スイッチングの場合、相互インダクタンスを正に大きくすれば電流リップルが小さくなることが示される。

また、１２０°位相差を設けてスイッチングする際にも、例えば通流率α≦１／３の場合、合成したリップル振幅は
となり、相互インダクタンスを正に大きくすれば合成電流リップルが小さくなることが示される。

この傾向は、二相多重チョッパにおいても同様に、同相スイッチングでも位相差スイッチングでも相互インダクタンスを正に大きくすれば電流リップルが小さくなる傾向が得られている。

次に、第１の実施形態の各リアクトル素子１１、１２、１３において、巻線１１ａ、１２ａ、１３ａの２１６巻のうち単独巻部（ｘ巻）と交互巻部（ｙ巻）を任意の割合に変化させた実施例について説明する。

単独巻部（ｘ巻）と交互巻部（ｙ巻）の割合に対する自己インダクタンスＬ、相互インダクタンスＭ、結合係数ｋを表１に示す。

表１によれば、単独巻に対して交互巻の割合が増加するにつれて、自己インダクタンスは減少する一方、相互インダクタンス、結合係数は増加する。

図９は、結合係数に対する合成電流リップルの大きさを示す。この結果によれば、自己インダクタンスと相互インダクタンスとの結合係数が大きくなるにつれて合成電流リップルは小さくなることが分かる。すなわち、相互インダクタンスが大きくなるにつれて、合成電流リップルは減少する。

１０、１０Ａ、１０Ｂ 一体化リアクトル
１１、１１Ａ、１１Ｂ 第１のリアクトル素子
１２、１２Ａ、１２Ｂ 第２のリアクトル素子
１３、１３Ａ 第３のリアクトル素子
１１ａ 第１の巻線
１２ａ 第２の巻線
１３ａ 第３の巻線

Claims (7)

1. それぞれの巻線を有するｎ個（ｎは２以上の自然数）のリアクトル素子を有し、
   ｎ本の巻線は同じ巻数を有すると共に円周上に配置され、
   隣り合う巻線同士は重なると共に所定の巻数ずつ交互に巻かれ、
   ｎ個の巻線はｎ回対称をなす、
   一体化リアクトル。
2. 前記ｎ個のリアクトル素子は、第１の巻線を有する第１のリアクトル素子と、第２の巻線を有する第２のリアクトル素子と、第３の巻線を有する第３のリアクトル素子を有し、
   第１のリアクトル素子は第１の巻線が単独で巻かれた第１の単独巻部を有し、
   第２のリアクトル素子は第２の巻線が単独で巻かれた第２の単独巻部を有し、
   第３のリアクトル素子は第３の巻線が単独で巻かれた第３の単独巻部を有し、
   第１の単独巻部、第２の単独巻部および第３の単独巻部は３回対称をなし、
   第１のリアクトル素子および第２のリアクトル素子は第1の巻線および第２の巻線が所定の巻数ごとに交互に巻かれると共に第１の単独巻部および第２の単独巻部の間に配置された第１の二相交互巻部を有し、
   第２のリアクトル素子および第３のリアクトル素子は第２の巻線および第３の巻線が所定の巻数ごとに交互に巻かれると共に第２の単独巻部および第３の単独巻部の間に配置された第２の二相交互巻部を有し、
   第３のリアクトル素子および第１のリアクトル素子は第３の巻線および第１の巻線が所定の巻数ごとに交互に巻かれると共に第３の単独巻部および第１の単独巻部の間に配置された第３の二相交互巻部を有し、
   第１の二相交互巻部、第２の二相交互巻部および第３の二相交互巻部は３回対称をなす、
   請求項１に記載の一体化リアクトル。
3. 第１の単独巻部は第１の巻線の全巻数の１／２の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなし、
   第２の単独巻部は第２の巻線の全巻数の１／２の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなし、
   第３の単独巻部は第３の巻線の全巻数の１／２の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなし、
   第１の交互巻部は第１の巻線の全巻数の１／４の巻数と第２の巻線の全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなし、
   第２の交互巻部は第２の巻線の全巻数の１／４の巻数と第３の巻線の全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなし、
   第３の交互巻部は第３の巻線の全巻数の１／４の巻数と第１の巻線の全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなし、
   請求項２に記載の一体化リアクトル。
4. 前記ｎ個のリアクトル素子は、第１の巻線を有する第１のリアクトル素子と、第２の巻線を有する第２のリアクトル素子と、第３の巻線を有する第３のリアクトル素子を有し、
   第１のリアクトル素子、第２のリアクトル素子および第３のリアクトル素子は第１の巻線、第２の巻線および第３の巻線が第１の巻数ごと交互に巻かれ、３回対称をなす第１の三相交互巻部、第２の三相交互巻部および第３の三相交互巻部を有し、
   第１のリアクトル素子および第２のリアクトル素子は第１の巻線および第２の巻線が第２の巻数毎に交互に巻かれると共に第１の三相交互巻部および第２の三相交互巻部の間に配置された第１の二相交互巻部を有し、
   第２のリアクトル素子および第３のリアクトル素子は第２の巻線および第３の巻線が第２の巻数毎に交互に巻かれると共に第２の三相交互巻部および第３の三相交互巻部の間に配置された第２の二相交互巻部を有し、
   第３のリアクトル素子および第１のリアクトル素子は第３の巻線および第１の巻線が第２の巻数毎に交互に巻かれると共に第３の三相交互巻部および第１の三相交互巻部の間に配置された第３の二相交互巻部を有し、
   第１の二相交互巻部、第２の二相交互巻部および第３の二相交互巻部は３回対称をなす、
   請求項１に記載の一体化リアクトル。
5. 第１の三相交互巻部、第２の三相交互巻部および第３の三相交互巻部は第１の巻線、第２の巻線および第３の巻線のそれぞれの全巻数の１／６の巻数を有すると共にそれぞれ１／３πラジアンの中心角をなし、
   第１の二相交互巻部は第１の巻線および第２の巻線のそれぞれの全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなし、
   第２の二相交互巻部は第２の巻線および第３の巻線のそれぞれの全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなし、
   第３の二相交互巻部は第３の巻線および第１の巻線のそれぞれの全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／３πラジアンの中心角をなす、
   請求項４に記載の一体化リアクトル。
6. 前記ｎ個のリアクトル素子は、第１の巻線を有する第１のリアクトル素子と、第２の巻線を有する第２のリアクトル素子を有し、
   第１のリアクトル素子は第1の巻線が単独で巻かれた第１の単独巻部を有し、
   第２のリアクトル素子は第２の巻線が単独で巻かれた第２の単独巻部を有し、
   第１の単独巻部と第２の単独巻部とは２回対称を有し、
   第１のリアクトル素子および第２のリアクトル素子は第１の巻線および第２の巻線が所定の巻数ごとに交互に巻かれると共に第１の単独巻部および第２の単独巻部の間に配置されて２回対称をなす第１の二相交互巻部および第２の二相交互巻部を有する、
   請求項１に記載の一体化リアクトル。
7. 前記第１の単独巻部は第１の巻線の全巻数の１／２の巻数を有すると共に１／２πラジアンの中心角をなし、
   前記第２の単独巻部は第２の巻線の全巻数の１／２の巻数を有すると共に１／２πラジアンの中心角をなし、
   第１の交互巻部は第１の巻線の全巻数の１／４の巻数および第２の巻線の全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／２πラジアンの中心角をなし、
   第２の交互巻部は第１の巻線の全巻数の１／４の巻数および第２の巻線の全巻数の１／４の巻数を有すると共に１／２πラジアンの中心角をなす、
   請求項６に記載の一体化リアクトル。