JP2015065345A - リアクトル装置及び電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つのコイルを同軸まわりに巻回しつつ、熱を効率的に拡散すること又は発熱を低減することができるリアクトル装置及び電力変換装置の提供。
【解決手段】リアクトル装置７０Ａは、所定軸を画成する磁性コア７２と、前記所定軸まわりに巻回される第１コイル８０と、前記所定軸まわりに巻回され、前記第１コイルに対向して配置される第２コイル９０とを備え、前記第１コイルの両端に形成される第１引き出し部及び第２引き出し部は、前記第１コイルにおける前記第２コイルと対向する側に配置される。
【選択図】図２

Description

本開示は、リアクトル装置及び電力変換装置に関する。

従来から、コイルの形状を特定の形状とすると共に、放熱経路となるケースを備え、このケースにコイルの外周面の一部が接する構成とすることで、放熱性を高めようとしたリアクトルの構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、１次側回路と、１次側回路と変圧器で磁気結合する２次側回路とを備える電力変換装置において、１次側回路と２次側回路のそれぞれに、磁気結合される２つのリアクトルを設けた回路が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開2012-039099号公報 特開2011-193713号公報

ところで、上記の特許文献１に記載のリアクトルは、単一のリアクトルであり、コイルの両端に形成される２つの引き出し部は、軸方向で同一側ではなく、軸方向で逆側に配置されている。

このような構成を、上記の特許文献２に記載のような磁気結合される２つのリアクトルのそれぞれに適用し、且つ、２つのリアクトルを同軸に形成した場合、２つのリアクトルの対向面側において、発熱量が大きくなるという問題が生じる。即ち、２つのリアクトルの対向面側では、それぞれの磁束が集中し、各コイルの対向側の表面で渦電流が発生し易くなり、発熱量が大きくなるという問題が生じる。

そこで、本開示は、２つのコイルを同軸まわりに巻回しつつ、熱を効率的に拡散すること又は発熱を低減することができるリアクトル装置及び電力変換装置の提供を目的とする。

本開示の一局面によれば、所定軸を画成する磁性コアと、
前記所定軸まわりに巻回される第１コイルと、
前記所定軸まわりに巻回され、前記第１コイルに対向して配置される第２コイルとを備え、
前記第１コイルの両端に形成される第１引き出し部及び第２引き出し部は、前記第１コイルにおける前記第２コイルと対向する側に配置される、リアクトル装置が提供される。

本開示によれば、２つのコイルを同軸まわりに巻回しつつ、熱を効率的に拡散すること又は発熱を低減することができるリアクトル装置及び電力変換装置が得られる。

一実施例による電力変換装置１０の構成を示したブロック図である。 一実施例（実施例１）によるリアクトル装置７０Ａを示す斜視図である。 リアクトル装置７０Ａにおける第１コイル８０及び第２コイル９０を模式的に示す図である。 第１コイル８０及び第２コイル９０の巻き方の一例を示す図である。 第１コイル８０及び第２コイル９０の巻き方の他の例を示す図である。 比較例による第１コイル８０'及び第２コイル９０'を模式的に示す図である。 第１コイル８０及び第２コイル９０の対向部において発熱が増加する理由の説明図である。 他の一実施例（実施例２）によるリアクトル装置７０Ｂを概略的に示す上面図である。 他の一実施例（実施例３）によるリアクトル装置７０Ｃを示す断面図である。 リアクトル装置７０Ｃにおける第１コイル８００及び第２コイル９００を模式的に示す図である。 リアクトル装置７０Ｃにおいて発生する磁束の状態を模式的に示す図である。 他の一実施例（実施例４）によるリアクトル装置７０Ｄを概略的に示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

図１は、一実施例による電力変換装置１０の構成を示したブロック図である。電力変換装置１０は、例えば、自動車等の車両に搭載され、車載の各負荷に配電するシステムで使用されてよい。

電力変換装置１０は、例えば、１次側高電圧系負荷６１ａが接続される第１入出力ポート６０ａと、１次側低電圧系負荷６１ｃ及び１次側低電圧系電源６２ｃが接続される第２入出力ポート６０ｃとを、１次側ポートとして有している。１次側低電圧系電源６２ｃは、１次側低電圧系電源６２ｃと同じ電圧系（例えば、１２Ｖ系）で動作する１次側低電圧系負荷６１ｃに電力を供給する。また、１次側低電圧系電源６２ｃは、１次側低電圧系電源６２ｃと異なる電圧系（例えば、１２Ｖ系よりも高い４８Ｖ系）で動作する１次側高電圧系負荷６１ａに、電力変換装置１０に構成される１次側変換回路２０によって昇圧された電力を供給する。１次側低電圧系電源６２ｃの具体例として、鉛バッテリ等の二次電池が挙げられる。

電力変換装置１０は、上述の４つの入出力ポートを有し、それらの４つの入出力ポートのうちから任意の２つの入出力ポートが選択され、当該２つの入出力ポートの間で電力変換を行う機能を有する電力変換回路である。

ポート電力Ｐａ，Ｐｃ，Ｐｂ，Ｐｄは、それぞれ、第１入出力ポート６０ａ，第２入出力ポート６０ｃ，第３入出力ポート６０ｂ，第４入出力ポート６０ｄにおける入出力電力（入力電力又は出力電力）である。ポート電圧Ｖａ，Ｖｃ，Ｖｂ，Ｖｄは、それぞれ、第１入出力ポート６０ａ，第２入出力ポート６０ｃ，第３入出力ポート６０ｂ，第４入出力ポート６０ｄにおける入出力電圧（入力電圧又は出力電圧）である。ポート電流Ｉａ，Ｉｃ，Ｉｂ，Ｉｄは、それぞれ、第１入出力ポート６０ａ，第２入出力ポート６０ｃ，第３入出力ポート６０ｂ，第４入出力ポート６０ｄにおける入出力電流（入力電流又は出力電流）である。

電力変換装置１０は、第１入出力ポート６０ａに設けられるキャパシタＣ１と、第２入出力ポート６０ｃに設けられるキャパシタＣ３と、第３入出力ポート６０ｂに設けられるキャパシタＣ２と、第４入出力ポート６０ｄに設けられるキャパシタＣ４とを備えている。キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の具体例として、フィルムコンデンサ、アルミニウム電解コンデンサ、セラミックコンデンサ、固体高分子コンデンサなどが挙げられる。

キャパシタＣ１は、第１入出力ポート６０ａの高電位側の端子６１３と、第１入出力ポート６０ａ及び第２入出力ポート６０ｃの低電位側の端子６１４との間に挿入される。キャパシタＣ３は、第２入出力ポート６０ｃの高電位側の端子６１６と、第１入出力ポート６０ａ及び第２入出力ポート６０ｃの低電位側の端子６１４との間に挿入される。キャパシタＣ２は、第３入出力ポート６０ｂの高電位側の端子６１８と、第３入出力ポート６０ｂ及び第４入出力ポート６０ｄの低電位側の端子６２０との間に挿入される。キャパシタＣ４は、第４入出力ポート６０ｄの高電位側の端子６２２と、第３入出力ポート６０ｂ及び第４入出力ポート６０ｄの低電位側の端子６２０との間に挿入される。

電力変換装置１０は、１次側変換回路２０と、２次側変換回路３０とを含んで構成された電力変換回路である。なお、１次側変換回路２０と２次側変換回路３０とは、１次側磁気結合リアクトル２０４及び２次側磁気結合リアクトル３０４を介して接続され、且つ、変圧器４００（センタータップ式変圧器）で磁気結合されている。

１次側変換回路２０は、１次側フルブリッジ回路２００と、第１入出力ポート６０ａと、第２入出力ポート６０ｃとを含んで構成された１次側回路である。１次側フルブリッジ回路２００は、変圧器４００の１次側コイル２０２と、１次側磁気結合リアクトル２０４と、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１と、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１とを含んで構成された１次側電力変換部である。ここで、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１と、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１は、それぞれ、例えば、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴと、当該ＭＯＳＦＥＴの寄生素子であるボディダイオードとを含んで構成されたスイッチング素子である。当該ＭＯＳＦＥＴに並列にダイオードが追加接続されてもよい。

１次側フルブリッジ回路２００は、第１入出力ポート６０ａの高電位側の端子６１３に接続される１次側正極母線２９８と、第１入出力ポート６０ａ及び第２入出力ポート６０ｃの低電位側の端子６１４に接続される１次側負極母線２９９とを有している。

１次側正極母線２９８と１次側負極母線２９９との間には、１次側第１上アームＵ１と、１次側第１下アーム／Ｕ１とを直列接続した１次側第１アーム回路２０７が取り付けられている。１次側第１アーム回路２０７は、１次側第１上アームＵ１及び１次側第１下アーム／Ｕ１のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な１次側第１電力変換回路部（１次側Ｕ相電力変換回路部）である。さらに、１次側正極母線２９８と１次側負極母線２９９との間には、１次側第２上アームＶ１と、１次側第２下アーム／Ｖ１とを直列接続した１次側第２アーム回路２１１が１次側第１アーム回路２０７と並列に取り付けられている。１次側第２アーム回路２１１は、１次側第２上アームＶ１及び１次側第２下アーム／Ｖ１のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な１次側第２電力変換回路部（１次側Ｖ相電力変換回路部）である。

１次側第１アーム回路２０７の中点２０７ｍと１次側第２アーム回路２１１の中点２１１ｍを接続するブリッジ部分には、１次側コイル２０２と１次側磁気結合リアクトル２０４とが設けられている。ブリッジ部分についてより詳細に接続関係について説明すると、１次側第１アーム回路２０７の中点２０７ｍには、１次側磁気結合リアクトル２０４の１次側第１リアクトル２０４ａの一方端が接続される。そして、１次側第１リアクトル２０４ａの他方端には、１次側コイル２０２の一方端が接続される。さらに、１次側コイル２０２の他方端には、１次側磁気結合リアクトル２０４の１次側第２リアクトル２０４ｂの一方端が接続される。それから、１次側第２リアクトル２０４ｂの他方端が１次側第２アーム回路２１１の中点２１１ｍに接続される。なお、１次側磁気結合リアクトル２０４は、１次側第１リアクトル２０４ａと、１次側第１リアクトル２０４ａと結合係数ｋ_１で磁気結合する１次側第２リアクトル２０４ｂとを含んで構成される。

中点２０７ｍは、１次側第１上アームＵ１と１次側第１下アーム／Ｕ１との間の１次側第１中間ノードであり、中点２１１ｍは、１次側第２上アームＶ１と１次側第２下アーム／Ｖ１との間の１次側第２中間ノードである。

第１入出力ポート６０ａは、１次側正極母線２９８と１次側負極母線２９９との間に設けられるポートである。第１入出力ポート６０ａは、端子６１３と端子６１４とを含んで構成される。第２入出力ポート６０ｃは、１次側負極母線２９９と１次側コイル２０２のセンタータップ２０２ｍとの間に設けられるポートである。第２入出力ポート６０ｃは、端子６１４と端子６１６とを含んで構成される。

センタータップ２０２ｍは、第２入出力ポート６０ｃの高電位側の端子６１６に接続されている。センタータップ２０２ｍは、１次側コイル２０２に構成される１次側第１巻線２０２ａと１次側第２巻線２０２ｂとの中間接続点である。

２次側変換回路３０は、２次側フルブリッジ回路３００と、第３入出力ポート６０ｂと、第４入出力ポート６０ｄとを含んで構成された２次側回路である。２次側フルブリッジ回路３００は、変圧器４００の２次側コイル３０２と、２次側磁気結合リアクトル３０４と、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２と、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２とを含んで構成された２次側電力変換部である。ここで、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２と、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２は、それぞれ、例えば、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴと、当該ＭＯＳＦＥＴの寄生素子であるボディダイオードとを含んで構成されたスイッチング素子である。

２次側フルブリッジ回路３００は、第３入出力ポート６０ｂの高電位側の端子６１８に接続される２次側正極母線３９８と、第３入出力ポート６０ｂ及び第４入出力ポート６０ｄの低電位側の端子６２０に接続される２次側負極母線３９９とを有している。

２次側正極母線３９８と２次側負極母線３９９との間には、２次側第１上アームＵ２と、２次側第１下アーム／Ｕ２とを直列接続した２次側第１アーム回路３０７が取り付けられている。２次側第１アーム回路３０７は、２次側第１上アームＵ２及び２次側第１下アーム／Ｕ２のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な２次側第１電力変換回路部（２次側Ｕ相電力変換回路部）である。さらに、２次側正極母線３９８と２次側負極母線３９９との間には、２次側第２上アームＶ２と、２次側第２下アーム／Ｖ２とを直列接続した２次側第２アーム回路３１１が２次側第１アーム回路３０７と並列に取り付けられている。２次側第２アーム回路３１１は、２次側第２上アームＶ２及び２次側第２下アーム／Ｖ２のオンオフのスイッチング動作による電力変換動作が可能な２次側第２電力変換回路部（２次側Ｖ相電力変換回路部）である。

２次側第１アーム回路３０７の中点３０７ｍと２次側第２アーム回路３１１の中点３１１ｍを接続するブリッジ部分には、２次側コイル３０２と２次側磁気結合リアクトル３０４とが設けられている。ブリッジ部分についてより詳細に接続関係について説明すると、２次側第１アーム回路３０７の中点３０７ｍには、２次側磁気結合リアクトル３０４の２次側第１リアクトル３０４ａの一方端が接続される。そして、２次側第１リアクトル３０４ａの他方端には、２次側コイル３０２の一方端が接続される。さらに、２次側コイル３０２の他方端には、２次側磁気結合リアクトル３０４の２次側第２リアクトル３０４ｂの一方端が接続される。それから、２次側第２リアクトル３０４ｂの他方端が２次側第２アーム回路３１１の中点３１１ｍに接続される。なお、２次側磁気結合リアクトル３０４は、２次側第１リアクトル３０４ａと、２次側第１リアクトル３０４ａと結合係数ｋ_２で磁気結合する２次側第２リアクトル３０４ｂとを含んで構成される。

中点３０７ｍは、２次側第１上アームＵ２と２次側第１下アーム／Ｕ２との間の２次側第１中間ノードであり、中点３１１ｍは、２次側第２上アームＶ２と２次側第２下アーム／Ｖ２との間の２次側第２中間ノードである。

第３入出力ポート６０ｂは、２次側正極母線３９８と２次側負極母線３９９との間に設けられるポートである。第３入出力ポート６０ｂは、端子６１８と端子６２０とを含んで構成される。第４入出力ポート６０ｄは、２次側負極母線３９９と２次側コイル３０２のセンタータップ３０２ｍとの間に設けられるポートである。第４入出力ポート６０ｄは、端子６２０と端子６２２とを含んで構成される。

センタータップ３０２ｍは、第４入出力ポート６０ｄの高電位側の端子６２２に接続されている。センタータップ３０２ｍは、２次側コイル３０２に構成される２次側第１巻線３０２ａと２次側第２巻線３０２ｂとの中間接続点である。

ここで、１次側変換回路２０の昇降圧機能について説明する。第２入出力ポート６０ｃと第１入出力ポート６０ａについて着目すると、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６は、１次側第１巻線２０２ａと、１次側第１巻線２０２ａに直列接続される１次側第１リアクトル２０４ａを介して、１次側第１アーム回路２０７の中点２０７ｍに接続される。そして、１次側第１アーム回路２０７の両端は、第１入出力ポート６０ａに接続されているため、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６と第１入出力ポート６０ａとの間には昇降圧回路が取り付けられていることとなる。

さらに、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６は、１次側第２巻線２０２ｂと、１次側第２巻線２０２ｂに直列接続される１次側第２リアクトル２０４ｂを介して、１次側第２アーム回路２１１の中点２１１ｍに接続される。そして、１次側第２アーム回路２１１の両端は、第１入出力ポート６０ａに接続されているため、第２入出力ポート６０ｃの端子６１６と第１入出力ポート６０ａとの間には、昇降圧回路が並列に取り付けられていることとなる。なお、２次側変換回路３０は、１次側変換回路２０とほぼ同様の構成を有する回路であるため、第４入出力ポート６０ｄの端子６２２と第３入出力ポート６０ｂとの間には、２つの昇降圧回路が並列に接続されていることとなる。したがって、２次側変換回路３０は、１次側変換回路２０と同様に昇降圧機能を有する。

次に、リアクトル装置について説明する。以下で説明したリアクトル装置は、上述した電力変換装置１０において好適に使用することができる。例えば、リアクトル装置は、１次側磁気結合リアクトル２０４として用いられてもよいし、２次側磁気結合リアクトル３０４として用いられてもよい。以下では、一例として、リアクトル装置は、１次側磁気結合リアクトル２０４を形成するものとして、説明を行う。

図２は、一実施例（実施例１）によるリアクトル装置７０Ａを示す斜視図である。

リアクトル装置７０Ａは、磁性コア７２と、第１コイル８０と、第２コイル９０とを含む。

磁性コア７２は、任意の磁性材料（例えば、フェライトのような酸化鉄を含む材料）により形成されてよい。図２に示す例では、磁性コア７２は、２つの磁性コア要素７２ａ，７２ｂを含む。磁性コア要素７２ａ，７２ｂは、それぞれ、Ｅ型のコアであり、２つのスロット７２ｃ、７２ｄが画成される態様で、互いに対向する向きに配置されている。かかる構成では、磁性コア要素７２ａ，７２ｂは、同一の部品であることができる。尚、磁性コア７２は、Ｅ型のコアとＩ型のコアとを組み合わせて形成されてもよい（即ちＥＩ型のコア）。また、磁性コア７２は、打ち抜き形成されたコアであってもよいし、積層コアであってもよい。

第１コイル８０及び第２コイル９０は、所定軸まわりに同軸に配置される。図２に示す例では、第１コイル８０及び第２コイル９０は、２つのスロット７２ｃ、７２ｄを通る態様で、磁性コア７２の中央脚部７３まわりに巻回されている。この場合、中央脚部７３が所定軸Ｉ（図３参照）を画成することになる。第１コイル８０及び第２コイル９０は、典型的には、同一の素材により形成される。第１コイル８０及び第２コイル９０のそれぞれは、好ましくは、図２に示すように、丸断面の細い丸線に比べて大きな電流を扱うことができる矩形断面の角線により形成される。但し、第１コイル８０及び第２コイル９０のそれぞれは、丸断面の細い丸線により形成されてもよい。

図３は、リアクトル装置７０Ａにおける第１コイル８０及び第２コイル９０を模式的に示す図である。図３は、図２に示したリアクトル装置７０Ａから第１コイル８０及び第２コイル９０を抜き出して模式的に示す斜視図である。

第１コイル８０及び第２コイル９０は、上述の如く、所定軸Ｉまわりに同軸に配置されるので、所定軸Ｉの方向（Ｘ方向）で互いに対向し合う。以下では、説明の便宜上、所定軸Ｉの方向で、第１コイル８０及び第２コイル９０における互いに対向する側を、「対向側」と称し、第１コイル８０及び第２コイル９０における対向側とは逆側を、「非対向側」と称する。例えば、図３において、第１コイル８０にとっては、所定軸Ｉの方向でＸ２側が「対向側」であり、Ｘ１側が「非対向側」である。

第１コイル８０は、第１引き出し部８１及び第２引き出し部８２を備える。第１引き出し部８１及び第２引き出し部８２の長さは任意であってよい。第１引き出し部８１及び第２引き出し部８２は、それぞれ、端子となり、他の構成要素（電気回路の要素）に接続される。例えば、第１コイル８０が１次側第１リアクトル２０４ａを形成する場合、第１引き出し部８１及び第２引き出し部８２は、それぞれ、１次側第１アーム回路２０７の中点２０７ｍと、１次側第１巻線２０２ａの一端とに接続されてよい。

第１コイル８０の第１引き出し部８１及び第２引き出し部８２は、第１コイル８０における対向側に配置される。即ち、第１引き出し部８１及び第２引き出し部８２の双方とも対向側に配置される。尚、第１引き出し部８１及び第２引き出し部８２は、対向側に配置されている限り、対向側において任意の方向に引き出されてもよい。例えば、図３に示す例では、第１引き出し部８１及び第２引き出し部８２は、Ｚ方向でＺ１側に引き出されているが、例えば、第１引き出し部８１は、Ｚ方向でＺ１側に引き出され、第２引き出し部８２は、Ｚ方向でＺ２側に引き出されてもよい。

第２コイル９０は、第３引き出し部９１及び第４引き出し部９２を備える。第３引き出し部９１及び第４引き出し部９２の長さは任意であってよい。第３引き出し部９１及び第４引き出し部９２は、それぞれ、端子となり、他の構成要素（電気回路の要素）に接続される。例えば、第２コイル９０が１次側第２リアクトル２０４ｂを形成する場合、第３引き出し部９１及び第４引き出し部９２は、それぞれ、１次側第２アーム回路２１１の中点２１１ｍと、１次側第２巻線２０２ｂの一端とに接続されてよい。

第２コイル９０の第３引き出し部９１及び第４引き出し部９２は、第２コイル９０における対向側に配置される。即ち、第３引き出し部９１及び第４引き出し部９２の双方とも対向側に配置される。尚、第３引き出し部９１及び第４引き出し部９２は、対向側に配置されている限り、対向側において任意の方向に引き出されてもよい。例えば、図３に示す例では、第３引き出し部９１及び第４引き出し部９２は、Ｚ方向でＺ１側に引き出されているが、例えば、第３引き出し部９１は、Ｚ方向でＺ１側に引き出され、第４引き出し部９２は、Ｚ方向でＺ２側に引き出されてもよい。

図４は、第１コイル８０及び第２コイル９０の巻き方の一例を示す図であり、（Ａ）は、磁性コア７２に巻かれた状態を概略的に示し、（Ｂ）は、第１コイル８０及び第２コイル９０を抜き出した状態を概略的に示す。図４は、第１コイル８０及び第２コイル９０を上面視（図３のＺ方向に沿ったビュー）で示す。図４において、Ｐは、第１コイル８０及び第２コイル９０の対向側の面を示す。ここでは、代表として、第２コイル９０の巻き方（及びそれに関連する構成）についてのみ説明するが、第１コイル８０の巻き方についても同様であってよい。尚、図４において、第１コイル８０及び第２コイル９０の点線部分は、裏側で巻かれた部分を表す。

第２コイル９０は、図４に示すように（図３も参照）、第３引き出し部９１及び第４引き出し部９２に加えて、巻回部９３を含む。

巻回部９３は、所定軸Ｉまわりに巻回される部位であり、第１コイル８０の磁束形成機能を実質的に実現する本体部である。第３引き出し部９１及び第４引き出し部９２は、巻回部９３の両端に形成される。尚、巻回部９３の巻き数は、任意である。

巻回部９３は、単層巻きされる単層巻き部９３ａと、交差部９４とを含む。交差部９４は、単層巻き部９３ａの内径側または外径側（所定軸Ｉを中心とした径方向で、所定軸Ｉに近い側を内径側）を通って単層巻き部９３ａに交差する。図４（及び図３）に示す例では、交差部９４は、単層巻き部９３ａの外径側を通る。尚、交差部９４は、磁性コア７２のスロット７２ｃ、７２ｄ内の限られたスペースを考慮して、磁性コア７２のスロット７２ｃ、７２ｄの外部で形成されてよい。

交差部９４は、第３引き出し部９１及び第４引き出し部９２の双方を上述の如く対向側に配置するために形成される。図４に示す例では、第２コイル９０は、第３引き出し部９１から３ターンで巻回部９３の単層巻き部９３ａ（交差部９４を除く部位）が形成され、非対向側から対向側に向けて折り返すように交差部９４が形成されている。この際、交差部９４は、単層巻き部９３ａを外径側から乗り越えて対向側へと延在する。これにより、第４引き出し部９２を対向側に形成することができる。

図５は、第１コイル８０及び第２コイル９０の巻き方の他の例を示す図である。以下でも、代表として、第２コイル９０の巻き方（及びそれに関連する構成）についてのみ説明するが、第１コイル８０の巻き方についても同様であってよい。

図５（Ａ）に示す例では、第２コイル９０は、２ターンで巻回されている。同様に、交差部９４は、単層巻き部９３ａの外径側を通って対向側へと延在する。これにより、第４引き出し部９２を対向側に形成することができる。

図５（Ｂ）に示す例では、第２コイル９０は、４ターンで巻回されている。同様に、交差部９４は、単層巻き部９３ａの外径側を通って対向側へと延在する。これにより、第４引き出し部９２を対向側に形成することができる。このように、第２コイル９０の巻き数は、任意である。

図５（Ｃ）に示す例では、第２コイル９０は、４ターンで巻回されている。図５（Ｃ）に示す例では、交差部９４は、第１交差部９４ａと、第２交差部９４ｂとを含む。第１交差部９４ａは、非対向側から１ターン分だけ対向側へと延在し、第２交差部９４ｂは、３ターン分だけ非対向側へと延在する。これにより、第４引き出し部９２を対向側に形成することができる。このように、交差部９４は、複数の交差部により構成されてもよい。

図６は、比較例による第１コイル８０'及び第２コイル９０'を模式的に示す図であり、（Ａ）は、図３との対比で示す図であり、（Ｂ）は、図４（Ｂ）との対比で示す図である。比較例では、第１コイル８０'は、非対向側に第１引き出し部８１'を備えると共に、対向側に第２引き出し部８２'を備える。また、第２コイル９０'は、非対向側に第３引き出し部９１'を備えると共に、対向側に第４引き出し部９２'を備える。

図７は、第１コイル８０及び第２コイル９０の対向部において発熱が増加する理由の説明図であり、図２のＺ方向に垂直な面で切断した際のリアクトル装置７０Ａの左半分（Ｙ方向で所定軸Ｉに関して左半分）を概略的に示す断面図である。

本実施例では、上述の如く、第１コイル８０及び第２コイル９０は、上述の如く、所定軸Ｉまわりに同軸に配置されるので、第１コイル８０及び第２コイル９０の対向側の端面同士は対向し合う。第１コイル８０及び第２コイル９０の通電時には、図７に概略的に示すように、それぞれ磁束Ｍ１，Ｍ２が形成されるが、この磁束Ｍ１，Ｍ２は、第１コイル８０及び第２コイル９０の対向側の端面間で集中する。これにより、第１コイル８０及び第２コイル９０の対向側の端面において、対向側の表面で渦電流が発生し易くなり、発熱量が大きくなるという問題が生じる。

この点、図６に示した比較例の場合、第１コイル８０'及び第２コイル９０'は、対向側には２つの引き出し部（第２引き出し部８２'及び第４引き出し部９２'）を備えるのみであるので、引き出し部を介して外部に逃がすことができる熱量が限定される。このため、第１コイル８０'及び第２コイル９０'の対向部での熱の集中（高温化）が問題となりうる。

これに対して、本実施例によれば、上述の如く、第１コイル８０及び第２コイル９０は、対向側に４つの引き出し部（第１引き出し部８１、第２引き出し部８２、第３引き出し部９１及び第４引き出し部９２）を備えるので、これらの引き出し部を介して外部に熱を効率的に逃がすことができる。これにより、第１コイル８０及び第２コイル９０の対向部での熱の集中（高温化）を低減することができる。

尚、図２及び図３等に示した例では、第１引き出し部８１、第２引き出し部８２、第３引き出し部９１及び第４引き出し部９２は、全てが対向側に配置されているが、これらのうちの任意の３つのみが対向側に配置されてもよい。また、第１引き出し部８１、第２引き出し部８２、第３引き出し部９１及び第４引き出し部９２は、Ｙ方向の両側に形成されているが、Ｙ方向の任意の位置に形成されてよい。

また、図２及び図３等に示した例では、交差部９４は、巻回部９３の一部を形成する態様で、Ｘ方向に対して斜め方向に延在しているが、Ｘ方向に平行に延在してもよい。この場合、交差部９４は、所定軸Ｉに平行に延在することになる。

図８は、他の一実施例（実施例２）によるリアクトル装置７０Ｂを概略的に示す上面図である。

本実施例２は、磁性コア７２ＢがＵ字型である点が主に上述した実施例１と異なる。その他の構成は、実質的に同一であってよく、同一の参照符合を付して説明を省略する。

磁性コア７２Ｂは、２つのＵ字型コアを向かい合わせに配置することで形成されてもよいし、リング状に一体的に形成されてもよい。また、磁性コア７２Ｂは、単一のＵ字型コアにより形成されてもよい。

第１コイル８０及び第２コイル９０は、同様に、所定軸まわりに同軸に配置される。図８に示す例では、第１コイル８０及び第２コイル９０は、中央のスロット７２ｅを通る態様で、磁性コア７２の片側の脚部７３Ｂまわりに巻回されている。この場合、脚部７３Ｂが所定軸Ｉを画成することになる。所定軸Ｉまわりの第１コイル８０及び第２コイル９０の巻き方については、上述の実施例１と同様であってよい。

本実施例２によっても、上述の実施例１と同様の効果が得られる。即ち、第１コイル８０及び第２コイル９０は、対向側に４つの引き出し部（第１引き出し部８１、第２引き出し部８２、第３引き出し部９１及び第４引き出し部９２）を備えるので、これらの引き出し部を介して外部に熱を効率的に逃がすことができる。これにより、第１コイル８０及び第２コイル９０の対向部での熱の集中（高温化）を低減することができる。

図９は、他の一実施例（実施例３）によるリアクトル装置７０Ｃを示す断面図である。

リアクトル装置７０Ｃは、磁性コア７２と、第１コイル８００と、第２コイル９００とを含む。磁性コア７２は、上述した実施例１と同様であってよい。

第１コイル８００及び第２コイル９００は、所定軸まわりに同軸に配置される。図９に示す例では、第１コイル８００及び第２コイル９００は、磁性コア７２の２つのスロット７２ｃ、７２ｄを通る態様で、磁性コア７２の中央脚部７３まわりに巻回されている。この場合、中央脚部７３が所定軸Ｉ（図９、図１０参照）を画成することになる。第１コイル８００及び第２コイル９００は、典型的には、同一の素材により形成される。第１コイル８００及び第２コイル９００のそれぞれは、好ましくは、丸断面の細い丸線に比べて大きな電流を扱うことができる矩形断面の角線により形成される。但し、第１コイル８００及び第２コイル９００のそれぞれは、丸断面の細い丸線により形成されてもよい。

図１０は、リアクトル装置７０Ｃにおける第１コイル８００及び第２コイル９００を模式的に示す図である。図１０は、図９に示したリアクトル装置７０Ｃから第１コイル８００及び第２コイル９００を抜き出して模式的に示す斜視図である。

第１コイル８００及び第２コイル９００は、所定軸まわりに単層巻きされる。この際、第１コイル８００及び第２コイル９００は、図１０に示すように、所定軸の方向（Ｘ方向）で交互に巻回される。

第１コイル８００は、Ｘ方向のＸ１側に第１引き出し部８１０を備え、Ｘ方向のＸ２側に第２引き出し部８２０を備える。第１引き出し部８１０及び第２引き出し部８２０は、それぞれ、端子となり、他の構成要素（電気回路の要素）に接続される。例えば、第１コイル８００が１次側第１リアクトル２０４ａを形成する場合、第１引き出し部８１０及び第２引き出し部８２０は、それぞれ、１次側第１アーム回路２０７の中点２０７ｍと、１次側第１巻線２０２ａの一端とに接続されてよい。

第２コイル９００は、Ｘ方向のＸ１側に第３引き出し部９１０を備え、Ｘ方向のＸ２側に第４引き出し部９２０を備える。第３引き出し部９１０及び第４引き出し部９２０は、それぞれ、端子となり、他の構成要素（電気回路の要素）に接続される。例えば、第２コイル９００が１次側第２リアクトル２０４ｂを形成する場合、第３引き出し部９１０及び第４引き出し部９２０は、それぞれ、１次側第２アーム回路２１１の中点２１１ｍと、１次側第２巻線２０２ｂの一端とに接続されてよい。

尚、図示の例では、第１コイル８００及び第２コイル９００は、互いに巻き数は同一であるが、異なる巻き数であってもよい。また、図示の例では、第１引き出し部８１０及び第２引き出し部８２０は、Ｚ方向でＺ１側に引き出されているが、引き出される方向は任意である。例えば、第１引き出し部８１０は、Ｚ方向でＺ１側に引き出され、第２引き出し部８２０は、Ｚ方向でＺ２側に引き出されてもよい。同様に、第３引き出し部９１０及び第４引き出し部９２０は、Ｚ方向でＺ１側に引き出されているが、例えば、第３引き出し部９１０は、Ｚ方向でＺ１側に引き出され、第４引き出し部９２０は、Ｚ方向でＺ２側に引き出されてもよい。

図１１は、リアクトル装置７０Ｃにおいて発生する磁束の状態を模式的に示す図であり、上述した実施例１における図７に対応する図である。

本実施例３では、上述の如く、第１コイル８００及び第２コイル９００は、所定軸Ｉまわりに交互に巻回される。第１コイル８００及び第２コイル９００の通電時には、図１１に概略的に示すように、それぞれ磁束Ｍ１，Ｍ２が形成されるが、磁束Ｍ１，Ｍ２の集中は緩和される（図７対比参照）。即ち、本実施例３では、第１コイル８００及び第２コイル９００の通電時における磁束Ｍ１，Ｍ２の集中が緩和され、発熱量が低減される。また、発熱部位も分散するので、冷却が容易となる。尚、本発明者のＣＡＥ（computer-aided engineering）解析によれば、本実施例３では、図６に示した比較例に比べてコイル発熱量が約１／４に低減されることが確認された。

図１２は、他の一実施例（実施例４）によるリアクトル装置７０Ｄを概略的に示す断面図である。本実施例４は、磁性コア７２ＢがＵ字型である点が主に上述した実施例３と異なる。その他の構成は、実質的に同一であってよく、同一の参照符合を付して説明を省略する。磁性コア７２Ｂは、上述した実施例２と同様であってよい。

磁性コア７２Ｂは、２つのＵ字型コアを向かい合わせに配置することで形成されてもよいし、リング状に一体的に形成されてもよい。また、磁性コア７２Ｂは、単一のＵ字型コアにより形成されてもよい。

第１コイル８００及び第２コイル９００は、同様に、所定軸まわりに同軸に配置される。図１２に示す例では、第１コイル８００及び第２コイル９００は、中央のスロット７２ｅを通る態様で、磁性コア７２の片側の脚部７３Ｂまわりに巻回されている。この場合、脚部７３Ｂが所定軸Ｉを画成することになる。所定軸Ｉまわりの第１コイル８００及び第２コイル９００の巻き方については、上述の実施例３と同様であってよい。

本実施例４によっても、上述の実施例３と同様の効果が得られる。即ち、第１コイル８００及び第２コイル９００の通電時における磁束の集中が緩和され、第１コイル８００及び第２コイル９００全体としての発熱量を低減することができる。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

例えば、上述した実施例によるリアクトル装置７０Ａ，７０Ｂは、図示された構成の電力変換装置１０における磁気結合リアクトルのみならず、他の構成の電力変換装置における磁気結合リアクトルとしても使用することができる。また、上述した実施例によるリアクトル装置７０Ａ，７０Ｂは、トランスとしても使用することができる。

また、上述した実施例３及び実施例４では、第１コイル８００及び第２コイル９００は、単層巻きの構成であったが、各層において同様に交互に巻回される態様の複数層巻きの構成であってよい。

１０ 電力変換装置
７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ リアクトル装置
７２，７２Ｂ 磁性コア
７３ 中央脚部
８０，８００ 第１コイル
８１，８１０ 第１引き出し部
８２，８２０ 第２引き出し部
９０，９００ 第２コイル
９１，９１０ 第３引き出し部
９２，９２０ 第４引き出し部
９３ 巻回部
９３ａ 単層巻き部
９４ 交差部

Claims (8)

1. 所定軸を画成する磁性コアと、
   前記所定軸まわりに巻回される第１コイルと、
   前記所定軸まわりに巻回され、前記第１コイルに対向して配置される第２コイルとを備え、
   前記第１コイルの両端に形成される第１引き出し部及び第２引き出し部は、前記第１コイルにおける前記第２コイルと対向する側に配置される、リアクトル装置。
2. 前記第１コイルは、前記第１引き出し部と、前記所定軸まわりに単層巻きされる単層巻き部と、前記第２引き出し部と、前記単層巻き部の内径側または外径側を通って前記単層巻き部に交差する交差部とを含む、請求項１に記載のリアクトル装置。
3. 前記第２コイルの両端に形成される第３引き出し部及び第４引き出し部は、前記第２コイルにおける前記第１コイルと対向する側に配置される、請求項１又は２に記載のリアクトル装置。
4. 前記第２コイルは、前記第３引き出し部と、前記所定軸まわりに単層巻きされる単層巻き部と、前記第４引き出し部と、前記単層巻き部の内径側または外径側を通って前記単層巻き部に交差する交差部とを含む、請求項３に記載のリアクトル装置。
5. 所定軸を画成する磁性コアと、
   前記所定軸まわりに巻回される第１コイルと、
   前記所定軸の方向で前記第１コイルと交互になる態様で、前記所定軸まわりに巻回される第２コイルとを備える、リアクトル装置。
6. 前記第１コイル及び前記第２コイルは、それぞれ、前記所定軸まわりに単層巻きされる、請求項５に記載のリアクトル装置。
7. 前記第１コイル及び前記第２コイルは、断面が矩形の角線から形成される、請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載のリアクトル装置。
8. １次側回路と、前記１次側回路と変圧器で磁気結合する２次側回路とを備える電力変換装置であって、
   前記１次側回路と前記２次側回路のそれぞれは、請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載のリアクトル装置を含む、電力変換装置。

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