JP2015065346A

JP2015065346A - リアクトル装置及び電力変換装置

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Publication number: JP2015065346A
Application number: JP2013198967A
Authority: JP
Inventors: 文紀棚橋; Noritoshi Tanahashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2015-04-09
Also published as: CN104465035A; US20150085533A1

Abstract

【課題】コイルに印加される電流値の変動に伴う結合係数の変動量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】リアクトル装置は、磁性コアと、前記磁性コアに巻回される第１コイルと、前記磁性コアに巻回される第２コイルと、前記磁性コアとは別に前記第１コイルと前記第２コイルとの間に設けられ、前記第１コイルと前記第２コイルとの間の結合係数を低減する磁性体とを備える、
【選択図】図３

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、絶縁コンバータトランスのギャップ長を1.5mm程度として結合係数を0.79にまで低下させる複合共振形コンバータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開2005-057925号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の構成は、ギャップ長の寸法管理により結合係数を低下させる構成であり、かかる構成では、コイルに印加される電流値が増加されると、それに伴って漏れ磁束が増加するため、結合係数が低減していくという問題がある。

そこで、本開示は、コイルに印加される電流値の変動に伴う結合係数の変動量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、磁性コアと、
前記磁性コアに巻回される第１コイルと、
前記磁性コアに巻回される第２コイルと、
前記磁性コアとは別に前記第１コイルと前記第２コイルとの間に設けられ、前記第１コイルと前記第２コイルとの間の結合係数を低減する磁性体とを備える、リアクトル装置が提供される。

本開示によれば、コイルに印加される電流値の変動に伴う結合係数の変動量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の断面図（磁性コア要素７２ａ，７２ｂのＵ字の面を含む面に沿った断面）である。結合係数と電流（第１コイル８０及び第２コイル９０に印加する電流）との関係の解析結果を示す図である。漏れ磁束と結合磁束との関係を示す図である。磁性体１００の搭載方法の一例を示す図である。磁性体１００の搭載方法の他の一例を示す図である。他の一実施例（実施例２）によるリアクトル装置７０Ｂを示す断面図である。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。

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。図３は、リアクトル装置７０Ａの断面図（磁性コア要素７２ａ，７２ｂの断面がＵ字になる方向の断面図）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、磁性体１００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、U型のコアであり、スロット７２ｃ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、同一の部品を使用することができる。尚、磁性コア７２は、U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し、リング状のコアであってもよい。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は、スロット７２ｃを通る態様で、磁性コア７２の第１脚部７３ａまわりに巻回される。この場合、第１脚部７３ａは、第１コイル８０が巻回される第１軸を画成する。第２コイル９０は、スロット７２ｃを通る態様で、磁性コア７２の第２脚部７３ｂまわりに巻回される。第２脚部７３ｂは、第２コイル９０が巻回される第２軸を画成する。尚、以下の説明において、「Ｘ方向」とは、第１軸及び第２軸に平行な方向に対応する。

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、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。また、第１コイル８０及び第２コイル９０のそれぞれは、単層巻きの構成であってもよいし、多層巻きの構成であってもよい。

磁性体１００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。磁性体１００は、Ｙ方向で第１コイル８０及び第２コイル９０の間に設けられる。尚、Ｙ方向は、磁性コア要素７２ａ，７２ｂのＵ字の面内における第１脚部７３ａ（第２脚部７３ｂ）の延在方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向である。磁性体１００は、第１コイル８０及び第２コイル９０の間の結合係数を低減する機能を備える。磁性体１００の形状は、第１コイル８０及び第２コイル９０の間の結合係数を低減する機能を備える限り、任意である。図２に示す例では、磁性体１００は、平板状の部材（Ｙ方向を法線とする平板）であり、磁性コア７２のスロット７２ｃ内に配置されている。尚、磁性体１００が平板状の部材の場合、板厚は例えば０．１ｍｍ程度であってよい。磁性体１００のＺ方向の延在範囲は任意である。例えば、磁性体１００は、磁性コア７２のＺ方向（図１参照）の両端面間でスロット７２ｃ内を延在してもよいし、磁性コア７２のＺ方向の両端面からＺ方向にはみ出す態様で延在してもよいし、磁性コア７２のＺ方向の両端面よりもＺ方向で内側に留まる態様で延在してもよい。

図４は、結合係数と電流（第１コイル８０及び第２コイル９０に印加する電流）との関係の解析結果を示す図である。図５は、第２コイル９０の通電時の漏れ磁束と結合磁束との関係を示す図であり、（Ａ）は比較例の場合を示し、（Ｂ）は本実施例の場合を示す。尚、図４は、本発明者によるＣＡＥ（computer-aided engineering）解析に基づく解析結果である。図４には、対比として比較例の解析結果についても図示されている。比較例は、磁性体１００を設けない構成である。即ち、比較例は、リアクトル装置７０Ａから磁性体１００を除いた構成である。尚、結合係数とは、一方のコイルから発生する磁束が他方のコイルに鎖交する割合を表す。尚、ここでは、第２コイル９０の通電時の漏れ磁束と結合磁束との関係を説明するが、第１コイル８０の通電時の漏れ磁束と結合磁束との関係も実質的に同様である。

比較例の場合、第２コイル９０に比較的低い電流が印加されると、図５（Ａ）に模式的に示すように、結合磁束が発生する。この際、比較例の場合、図５（Ａ）に示すように、Ｙ方向で第１コイル８０及び第２コイル９０の間はエアギャップであるので、この間を通る漏れ磁束（点線にて模式的に図示）は小さい。従って、図４に示すように、比較例の場合、結合係数は、比較的高くなる（略９６％）。

これに対して、本実施例の場合、第２コイル９０に比較的低い電流が印加されると、図５（Ｂ）に模式的に示すように、結合磁束と漏れ磁束が発生する。本実施例の場合、図５（Ｂ）に示すように、Ｙ方向で第１コイル８０及び第２コイル９０の間には磁性体１００が設けられるので、磁性体１００が磁路を形成し、漏れ磁束が大きくなる。従って、図４に示すように、本実施例の場合、結合係数は、比較的低くなる（略９０％）。このように、本実施例によれば、Ｙ方向で第１コイル８０及び第２コイル９０の間には磁性体１００を設けることで、低電流領域における結合係数を比較例に比べて低減することができる。このような低い結合係数は、１次側磁気結合リアクトル２０４に電流フィルタ機能を持たせるときに特に好適となる。

また、比較例の場合、第２コイル９０に印加される電流が増加されると、空気を通る磁束（漏れ磁束）の割合が徐々に増加していくので（磁性コア７２を通る磁束の割合が徐々に低減していくので）、図４に示すように、結合係数は低減していく。例えば、図４に示す例では、電流が使用範囲の最大値（点線参照）まで増加すると、結合率が１％以上変化（低減）する。

これに対して、本実施例の場合、第２コイル９０に印加される電流が増加されると、磁性コア７２を通る磁束の割合と磁性体１００を通る磁束の割合が共に低減していくので、図４に示すように、結合係数は略一定に保たれる。即ち、磁性コア７２の漏れ磁束の割合の増加が、磁性体１００を通る磁束の割合の減少によりキャンセルされ、結合係数は略一定に保たれる。この結果、本実施例の場合、低電流領域から高電流領域（使用範囲の全域に亘って）結合係数を一定にすることができる。尚、ここで、"一定"とは、厳密な一定ではなく、例えば変動が１％未満の範囲内に抑えられていること意味する（図４参照）。

尚、図４に示す特性は、磁性コア７２の体格（例えば、磁気飽和するときの電流値）、磁性体１００の磁気飽和特性（例えば、磁気飽和するときの電流値）、磁性コア７２と磁性体１００との間のＸ方向のクリアランスΔ（図３参照）の大きさ等に依存する。従って、例えばクリアランスΔの大きさを調整することで、使用範囲の全域に亘って結合係数が一定となるような特性（電流と結合係数との関係）を実現することとしてもよい。尚、磁性コア７２と磁性体１００との間のＸ方向のクリアランスΔが小さいほど、磁性体１００が早く飽和する（磁気飽和するときの電流値が小さくなる）。

図６は、磁性体１００の搭載方法の一例を示す図である。

図６に示す例では、磁性体１００は、ボビン１１０と一体に形成（インサート成形）される。ボビン１１０の樹脂部分は、第１コイル保持部１１２と、第２コイル保持部１１４と、ベース部１１６と、被覆部１１８とを含む。第１コイル保持部１１２及び第２コイル保持部１１４は、Ｘ方向に延在する態様でベース部１１６に立設される。第１コイル保持部１１２及び第２コイル保持部１１４は、中空の円筒状であり、ベース部１１６には、第１コイル保持部１１２及び第２コイル保持部１１４の中空部に対応した貫通穴１１６ａ，１１６ｂが形成される。被覆部１１８は、磁性体１００を覆う。第１コイル保持部１１２及び第２コイル保持部１１４のそれぞれの外周には、第１コイル８０及び第２コイル９０が巻回される。また、第１コイル保持部１１２及び第２コイル保持部１１４のそれぞれの中空内部には、磁性コア７２の第１脚部７３ａ及び第２脚部７３ｂが挿通される。

尚、ボビン１１０は、１つのリアクトル装置７０Ａに対して１つだけ使用することも可能であるし、１つのリアクトル装置７０Ａに対して２つ使用することも可能である。２つのボビン１１０を用いる場合、２つのボビン１１０は、ベース部１１６同士がＸ方向で合わせられる態様で対向配置されてよい。この場合、２つのボビン１１０のＸ方向の両側から磁性コア要素７２ａ，７２ｂがそれぞれ装着される。

図７は、磁性体１００の搭載方法の他の一例を示す図である。

磁性体１００は、第１コイル８０及び第２コイル９０の任意の一方に接着材又はテープ等により貼り付けられてもよい。図７に示す例では、磁性体１００は、第１コイル８０の外周面（Ｙ方向で第２コイル９０と対向する外周面）に貼り付けられている。Ｙ方向で磁性体１００の両面には、絶縁層１２１，１２２が形成される。絶縁層１２１，１２２は、例えば１０μｍ以上の厚みのテープ状の絶縁材又は樹脂塗装を施すことにより形成されてもよい。尚、磁性体１００を第１コイル８０の外周面にテープで貼り付ける場合は、絶縁層１２１は省略されてもよい。

図８は、他の一実施例（実施例２）によるリアクトル装置７０Ｂを示す断面図であり、上述した実施例１の図３に対応する断面図である。

リアクトル装置７０Ｂは、第１コイル８０及び第２コイル９０の配置が、上述した実施例１のリアクトル装置７０Ａと異なる。それに伴い、磁性体１００の配置の仕方が上述した実施例１と異なる。他の構成は同様であってよい。

具体的には、第１コイル８０は、スロット７２ｃを通る態様で、磁性コア７２の第２脚部７３ｂまわりに巻回される。また、第２コイル９０は、スロット７２ｃを通る態様で、磁性コア７２の第２脚部７３ｂまわりに巻回される。第１コイル８０及び第２コイル９０は、Ｘ方向に離間した態様で同軸まわりに巻回される。尚、図８に示す例では、第１コイル８０及び第２コイル９０は、磁性コア７２の第２脚部７３ｂまわりに巻回されているが、第１脚部７３ａまわりに巻回されてもよい。

磁性体１００は、Ｘ方向で第１コイル８０及び第２コイル９０の間に設けられる。図８に示す例では、磁性体１００は、同様に、磁性コア７２のスロット７２ｃ内に配置されている。図８に示す例では、磁性体１００は、Ｘ方向を法線とする平板状の形態である。磁性体１００は、上述の実施例１で説明したように、第１コイル８０及び第２コイル９０の間の結合係数を低減する機能を備える。

本実施例２によるリアクトル装置７０Ｂによっても、上述の実施例１によるリアクトル装置７０Ａと同様の効果を得ることができる。即ち、本実施例２によれば、第１コイル８０及び第２コイル９０の間には磁性体１００を設けることで、結合係数を低減しつつ、通電電流変化に対する結合係数の変化を抑制することができる。この結果、低電流領域から高電流領域（使用範囲の全域に亘って）結合係数を一定にすることができる。

尚、本実施例２においても、例えばクリアランスΔ２（磁性体１００と磁性コア７２との間のＹ方向のクリアランス）の大きさを調整することで、使用範囲の全域に亘って結合係数が一定となるような特性（電流と結合係数との関係）を実現することとしてもよい。

図９は、他の一実施例（実施例３）によるリアクトル装置７０Ｃを示す断面図であり、上述した実施例１の図３に対応する断面図である。

リアクトル装置７０Ｃは、主に磁性コア７２０がＥ型のコアで形成されている点が、上述した実施例１のリアクトル装置７０Ａと異なる。それに伴い、第１コイル８０及び第２コイル９０並びに磁性体１００の配置の仕方が上述した実施例１と異なる。他の構成は同様であってよい。

磁性コア７２０は、２つの磁性コア要素７２０ａ，７２０ｂを含む。磁性コア要素７２０ａ，７２０ｂは、それぞれ、Ｅ型のコアであり、２つのスロット７２０ｃ、７２０ｄ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７２０ａ，７２０ｂは、同一の部品であることができる。尚、磁性コア７２０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７２０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、２つのスロット７２０ｃ、７２０ｄを通る態様で、磁性コア７２０の中央脚部７３０まわりに巻回されている。第１コイル８０及び第２コイル９０は、Ｘ方向に離間した態様で同軸まわりに巻回される。

磁性体１００は、Ｘ方向で第１コイル８０及び第２コイル９０の間に設けられる。図９に示す例では、磁性体１００は、同様に、磁性コア７２０のスロット７２０ｃ、７２０ｄ内に配置されている。図９に示す例では、磁性体１００は、Ｘ方向を法線とする平板状の形態である。磁性体１００は、上述の実施例１で説明したように、第１コイル８０及び第２コイル９０の間の結合係数を低減する機能を備える。

本実施例３によるリアクトル装置７０Ｃによっても、上述の実施例１によるリアクトル装置７０Ａと同様の効果を得ることができる。即ち、本実施例３によれば、第１コイル８０及び第２コイル９０の間には磁性体１００を設けることで、結合係数を低減しつつ、通電電流変化に対する結合係数の変化を抑制することができる。この結果、低電流領域から高電流領域（使用範囲の全域に亘って）結合係数を一定にすることができる。

尚、本実施例３においても、例えばクリアランスΔ３（磁性体１００と磁性コア７２０との間のＹ方向のクリアランス）の大きさを調整することで、使用範囲の全域に亘って結合係数が一定となるような特性（電流と結合係数との関係）を実現することとしてもよい。

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。

１０電力変換装置
７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃリアクトル装置
７２，７２０磁性コア
８０第１コイル
９０第２コイル
１００磁性体

Claims

磁性コアと、
前記磁性コアに巻回される第１コイルと、
前記磁性コアに巻回される第２コイルと、
前記磁性コアとは別に前記第１コイルと前記第２コイルとの間に設けられ、前記第１コイルと前記第２コイルとの間の結合係数を低減する磁性体とを備える、リアクトル装置。
前記磁性体は、前記第１コイルの通電時に形成される磁束の一部が前記第２コイル内を通らないようにする磁路を形成する、請求項１に記載のリアクトル装置。
前記磁性コアは、互いに平行な第１軸と第２軸とを画成し、
前記第１コイルは、前記第１軸まわりに巻回され、
前記第２コイルは、前記第２軸まわりに巻回され、
前記磁性体は、前記第１軸に垂直な方向で前記第１コイルと前記第２コイルとの間に設けられる、請求項１に記載のリアクトル装置。
前記第１軸及び前記第２軸に平行な方向で前記磁性コアと前記磁性体との間に、ギャップが形成される、請求項３に記載のリアクトル装置。
前記ギャップの大きさは、前記第１コイルへの通電時における通電電流が所定範囲である間、前記結合係数が一定に維持されるように設計される、請求項４に記載のリアクトル装置。
前記第１コイル及び前記第２コイルは、軸方向に離間する態様で同軸まわりに巻回され、
前記磁性体は、軸方向で前記第１コイルと前記第２コイルとの間に設けられる、請求項１に記載のリアクトル装置。
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１〜６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。