JP7442975B2 - リアクトル及び昇圧回路 - Google Patents
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Description
第1コイルと、第2コイルと、コアとを備えるリアクトルであって、
前記第1コイル及び前記第2コイルの夫々は、前記コアに埋設されており、
前記第1コイルは、上下方向に延びる第1巻軸を有する第1コイル本体部を備えており、
前記第2コイルは、前記上下方向に延びる第2巻軸を有する第2コイル本体部を備えており、
前記第1コイル本体部及び前記第2コイル本体部は、前記上下方向と直交する横方向に離間して並置されており、
前記コアは、上側高比透磁率部材と、下側高比透磁率部材と、低比透磁率部材とを備えており、
前記上側高比透磁率部材及び前記下側高比透磁率部材の夫々は、前記低比透磁率部材よりも高い比透磁率を有しており、
前記上側高比透磁率部材は、第1上側コアと、第2上側コアとを有しており、
前記下側高比透磁率部材は、第1下側コアと、第2下側コアとを有しており、
前記第1上側コアは、前記上下方向において前記第1コイル本体部の上端よりも上側に位置する領域に少なくとも部分的に配置されており、
前記第1下側コアは、前記上下方向において前記第1コイル本体部の下端よりも下側に位置する領域に少なくとも部分的に配置されており、
前記第2上側コアは、前記上下方向において前記第2コイル本体部の上端よりも上側に位置する領域に少なくとも部分的に配置されており、
前記第2下側コアは、前記上下方向において前記第2コイル本体部の下端よりも下側に位置する領域に少なくとも部分的に配置されており、
前記低比透磁率部材は、前記第1コイル本体部の内周の内側と、前記第1コイル本体部の外周の外側と、前記第2コイル本体部の内周の内側と、前記第2コイル本体部の外周の外側とに少なくとも配置されている
リアクトルを提供する。
前記第1上側コア及び前記第2上側コアの夫々は、前記上下方向及び前記横方向の双方と直交するスリットを有している
リアクトルを提供する。
前記第1下側コア及び前記第2下側コアの夫々は、前記上下方向及び前記横方向の双方と直交するスリットを有している
リアクトルを提供する。
前記上側高比透磁率部材は、前記横方向における前記第1上側コアと前記第2上側コアとの間にギャップを有している
リアクトルを提供する。
前記下側高比透磁率部材は、前記横方向における前記第1下側コアと前記第2下側コアとの間にギャップを有している
リアクトルを提供する。
前記上側高比透磁率部材は、前記横方向と平行なスリットを有している
リアクトルを提供する。
前記下側高比透磁率部材は、前記横方向と平行なスリットを有している
リアクトルを提供する。
前記第1コイル及び前記第2コイルの夫々は、フラットワイズダブルパンケーキ巻きコイルである
リアクトルを提供する。
前記上側高比透磁率部材及び前記下側高比透磁率部材の夫々は、圧粉コアであり、
前記低比透磁率部材は、硬化した結合剤と、前記結合剤内部に分散配置された軟磁性体粉末とを有する複合磁性体からなるコアである
リアクトルを提供する。
前記第1コイル本体部と前記第2コイル本体部との結合係数をkとするとき、零磁界において0.1≦k≦0.4を満たす
リアクトルを提供する。
前記低比透磁率部材の比透磁率をμLとするとき、3≦μL≦30を満たす
リアクトルを提供する。
前記上側高比透磁率部材の比透磁率をμhaとするとき、30<μha≦300を満たし、
前記下側高比透磁率部材の比透磁率をμhbとするとき、30<μhb≦300を満たす
リアクトルを提供する。
前記リアクトルは、ケースを更に有しており、
前記第1コイル、前記第2コイル及び前記コアは、前記ケース内に配置されている
リアクトルを提供する。
前記ケースは、開口部を有しており、
前記開口部は、前記上下方向と直交する方向に開口している
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電源と、第1スイッチング素子と、第2スイッチング素子と、第1整流素子と、第2整流素子と、請求項1から請求項14までのいずれかに記載のリアクトルとを備える昇圧回路であって、
前記第1スイッチング素子と、前記第1整流素子と、前記リアクトルの前記第1コイルとは、前記電源の出力をチョッピングして昇圧する第1昇圧チョッパ回路を構成しており、
前記第2スイッチング素子と、前記第2整流素子と、前記リアクトルの前記第2コイルとは、前記電源の出力をチョッピングして昇圧する第2昇圧チョッパ回路を構成しており、
前記第1昇圧チョッパ回路と前記第2昇圧チョッパ回路とは、並列に接続されており、
前記第1昇圧チョッパ回路及び前記第2昇圧チョッパ回路の夫々をインターリーブ動作させる
昇圧回路を提供する。
図2に示されるように、本発明の第1の実施の形態によるリアクトル100は、第1コイル230と、第2コイル240と、コア300と、ケース600とを備えている。ここで、第1コイル230及び第2コイル240は、コア300に埋設されている。
第1下側コア332は、上下方向において第1コイル本体部232の下端2326と接している。なお、本発明はこれに限定されず、第1下側コア332は、上下方向において第1コイル本体部232の下端2326よりも下側に位置する領域732に少なくとも部分的に配置されていればよい。
図4に示されるように、本発明の第2の実施の形態によるリアクトル100Aは、コア300Aを除き、上述した第1の実施の形態によるリアクトル100(図1及び図2参照)と同じ構成を備えている。そのため、図4及び図5に示される構成要素のうち、第1の実施の形態と同様の構成要素に対しては同一の参照符号を付すこととする。
図6に示されるように、本発明の第3の実施の形態によるリアクトル100Bは、コア300Bを除き、上述した第1の実施の形態によるリアクトル100(図1及び図2参照)と同じ構成を備えている。そのため、図6及び図7に示される構成要素のうち、第1の実施の形態と同様の構成要素に対しては同一の参照符号を付すこととする。
図8に示されるように、本発明の第4の実施の形態によるリアクトル100Cは、コア300Cを除き、上述した第1の実施の形態によるリアクトル100(図1及び図2参照)と同じ構成を備えている。そのため、図8から図10までに示される構成要素のうち、第1の実施の形態と同様の構成要素に対しては同一の参照符号を付すこととする。
図11に示されるように、本発明の第5の実施の形態によるリアクトル100Dは、コア300Dを除き、上述した第1の実施の形態によるリアクトル100(図1及び図2参照)と同じ構成を備えている。そのため、図11から図13までに示される構成要素のうち、第1の実施の形態と同様の構成要素に対しては同一の参照符号を付すこととする。
図14に示されるように、本発明の第6の実施の形態によるリアクトル100Eは、コア300Eを除き、上述した第1の実施の形態によるリアクトル100(図1及び図2参照)と同じ構成を備えている。そのため、図14及び図15に示される構成要素のうち、第1の実施の形態と同様の構成要素に対しては同一の参照符号を付すこととする。
本実施の形態のリアクトル100,100B,100Eに係る実施例1~3について、結合係数のシミュレーションを行った。ここで、第1の実施の形態のリアクトル100は、実施例1に対応している。第3の実施の形態のリアクトル100Bは、実施例2に対応している。第6の実施の形態のリアクトル100Eは、実施例3に対応している。シミュレーション結果を表1に示す。
実施例1~3に係るリップル電流及び交流銅損のシミュレーションを行った。シミュレーションにおいては、直流電流値Idc=200A、周波数20kHz、低比透磁率部材400,400B,400Eの比透磁率を10、高比透磁率部材500,500B,500Eの比透磁率を100に設定した。またシミュレーション条件として、入力電圧300V及び出力電圧700Vとした。ここで、このシミュレーション条件における昇圧比(Duty比(=1-入力電圧/出力電圧))は約0.57となる。シミュレーション結果を表2に示す。
本実施の形態のリアクトル100A,100Cにおいて、上側高比透磁率部材310A,310C及び下側高比透磁率部材330A,330Cの夫々の摺動面に対し、切り欠きを設けた場合と、エッチング処理した場合と、エッチング処理しなかった場合の、摺動面における損失のシミュレーションを行った。ここで、摺動面とは、圧粉コアの作製の際における摺動面、即ち、第1から第6までの実施の形態の上側高比透磁率部材310,310A,310B,310C,310D,310E及び下側高比透磁率部材330,330A,330B,330C,330D,330Eにおいて、上下方向に平行な面である側面部分を意味している。また、摺動面における損失は、ショートリングによる誘導電流損失と、磁束が摺動面を貫通することによって発生する渦電流損失とがあり、ショートリングによる誘導電流損失は、圧粉コアの摺動面に対して、切り欠きを設けたりエッチング処理することにより抑制できるものである。シミュレーション条件として、入力電圧300V及び出力電圧600Vとした。ここで、このシミュレーション条件における昇圧比(Duty比(=1-入力電圧/出力電圧))は0.5となる。このシミュレーションの結果、リアクトル100Aにおいて、切り欠きを設けた場合の摺動面における損失は64W、エッチング処理した場合の摺動面における損失は0W、エッチング処理しなかった場合の摺動面における損失は174Wと、夫々算出された。また、リアクトル100Cにおいて、切り欠きを設けた場合の摺動面における損失は4W、エッチング処理した場合の摺動面における損失は0W、エッチング処理しなかった場合の摺動面における損失は5Wと、夫々算出された。これらの結果から、第4の実施の形態のリアクトル100Cは、第2の実施の形態のリアクトル100Aと比較して、エッチング処理を行わなくても摺動面における損失を抑制することができることが分かる。また、第4の実施の形態のリアクトル100Cにおいて、切り欠きを設けた場合の摺動面における損失(4W)は、磁束が摺動面を貫通することによって発生する渦電流損失に相当するため、第4の実施の形態のリアクトル100Cでは磁束が摺動面を貫通することによって発生する渦電流損失を特に抑制できることが分かる。加えて、第2及び第4の実施の形態のリアクトル100A,100Cにおいて、切り欠きを設けた場合の摺動面における損失は、エッチング処理しなかった場合の摺動面における損失よりも小さいため、摺動面における損失を抑制するために圧粉コアの摺動面に切り欠きを設けることも効果があることが分かる。
本実施の形態のリアクトル100,100A,100B,100C,100D,100Eを利用して、昇圧回路800を構成することができる。本実施の形態の昇圧回路800について、以下に詳述する。
230 第1コイル
231 第1巻軸
232 第1コイル本体部
2321 コイル
2322 上端
2325 コイル
2326 下端
2327 内周
2329 外周
234 第1端部
235 平角線
240 第2コイル
241 第2巻軸
242 第2コイル本体部
2421 コイル
2422 上端
2425 コイル
2426 下端
2427 内周
2429 外周
244 第2端部
245 平角線
300,300A,300B,300C,300D,300E コア
310,310A,310B,310C,310D,310E 上側高比透磁率部材
312,312A,312B,312C,312D,312E 第1上側コア
316,316A,316B,316C,316D,316E 第2上側コア
320 スリット
322 スリット
342 スリット
325 ギャップ
330,330A,330B,330C,330D,330E 下側高比透磁率部材
332,332A,332B,332C,332D,332E 第1下側コア
336,336A,336B,336C,336D,336E 第2下側コア
340 スリット
345 ギャップ
400,400A,400B,400C,400D,400E 低比透磁率部材
410,410A,410B,410C,410D,410E 複合磁性体
412 結合剤
414 軟磁性体粉末
600 ケース
610 上面
630 下面
640 開口部
712 領域
732 領域
716 領域
736 領域
800 昇圧回路
E 電源
820 第1昇圧チョッパ回路
S1 第1スイッチング素子
D1 第1整流素子
850 第2昇圧チョッパ回路
S2 第2スイッチング素子
D2 第2整流素子
C 平滑コンデンサ
Claims (15)
- 第1コイルと、第2コイルと、コアとを備えるリアクトルであって、
前記第1コイル及び前記第2コイルの夫々は、前記コアに埋設されており、
前記第1コイルは、上下方向に延びる第1巻軸を有する第1コイル本体部を備えており、
前記第2コイルは、前記上下方向に延びる第2巻軸を有する第2コイル本体部を備えており、
前記第1コイル本体部及び前記第2コイル本体部は、前記上下方向と直交する横方向に離間して並置されており、
前記コアは、上側高比透磁率部材と、下側高比透磁率部材と、低比透磁率部材とを備えており、
前記上側高比透磁率部材及び前記下側高比透磁率部材の夫々は、前記低比透磁率部材よりも高い比透磁率を有しており、
前記上側高比透磁率部材は、第1上側コアと、第2上側コアとを有しており、
前記下側高比透磁率部材は、第1下側コアと、第2下側コアとを有しており、
前記第1上側コアは、前記上下方向において前記第1コイル本体部の上端よりも上側に位置する領域に少なくとも部分的に配置されており、
前記第1下側コアは、前記上下方向において前記第1コイル本体部の下端よりも下側に位置する領域に少なくとも部分的に配置されており、
前記第2上側コアは、前記上下方向において前記第2コイル本体部の上端よりも上側に位置する領域に少なくとも部分的に配置されており、
前記第2下側コアは、前記上下方向において前記第2コイル本体部の下端よりも下側に位置する領域に少なくとも部分的に配置されており、
前記低比透磁率部材は、前記第1コイル本体部の内周の内側と、前記第1コイル本体部の外周の外側と、前記第2コイル本体部の内周の内側と、前記第2コイル本体部の外周の外側とに少なくとも配置されており、
前記上側高比透磁率部材は、前記横方向と平行なスリットを有している
リアクトル。 - 請求項1記載のリアクトルであって、
前記下側高比透磁率部材は、前記横方向と平行なスリットを有している
リアクトル。 - 第1コイルと、第2コイルと、コアとを備えるリアクトルであって、
前記第1コイル及び前記第2コイルの夫々は、前記コアに埋設されており、
前記第1コイルは、上下方向に延びる第1巻軸を有する第1コイル本体部を備えており、
前記第2コイルは、前記上下方向に延びる第2巻軸を有する第2コイル本体部を備えており、
前記第1コイル本体部及び前記第2コイル本体部は、前記上下方向と直交する横方向に離間して並置されており、
前記コアは、上側高比透磁率部材と、下側高比透磁率部材と、低比透磁率部材とを備えており、
前記上側高比透磁率部材及び前記下側高比透磁率部材の夫々は、前記低比透磁率部材よりも高い比透磁率を有しており、
前記上側高比透磁率部材は、第1上側コアと、第2上側コアとを有しており、
前記下側高比透磁率部材は、第1下側コアと、第2下側コアとを有しており、
前記第1上側コアは、前記上下方向において前記第1コイル本体部の上端よりも上側に位置する領域に少なくとも部分的に配置されており、
前記第1下側コアは、前記上下方向において前記第1コイル本体部の下端よりも下側に位置する領域に少なくとも部分的に配置されており、
前記第2上側コアは、前記上下方向において前記第2コイル本体部の上端よりも上側に位置する領域に少なくとも部分的に配置されており、
前記第2下側コアは、前記上下方向において前記第2コイル本体部の下端よりも下側に位置する領域に少なくとも部分的に配置されており、
前記低比透磁率部材は、前記第1コイル本体部の内周の内側と、前記第1コイル本体部の外周の外側と、前記第2コイル本体部の内周の内側と、前記第2コイル本体部の外周の外側とに少なくとも配置されており、
前記下側高比透磁率部材は、前記横方向と平行なスリットを有している
リアクトル。 - 請求項1から請求項3までのいずれかに記載のリアクトルであって、
前記第1上側コア及び前記第2上側コアの夫々は、前記上下方向及び前記横方向の双方と直交するスリットを有している
リアクトル。 - 請求項1から請求項4までのいずれかに記載のリアクトルであって、
前記第1下側コア及び前記第2下側コアの夫々は、前記上下方向及び前記横方向の双方と直交するスリットを有している
リアクトル。 - 請求項1から請求項5までのいずれかに記載のリアクトルであって、
前記上側高比透磁率部材は、前記横方向における前記第1上側コアと前記第2上側コアとの間にギャップを有している
リアクトル。 - 請求項1から請求項6までのいずれかに記載のリアクトルであって、
前記下側高比透磁率部材は、前記横方向における前記第1下側コアと前記第2下側コアとの間にギャップを有している
リアクトル。 - 請求項1から請求項7までのいずれかに記載のリアクトルであって、
前記第1コイル及び前記第2コイルの夫々は、フラットワイズダブルパンケーキ巻きコイルである
リアクトル。 - 請求項1から請求項8までのいずれかに記載のリアクトルであって、
前記上側高比透磁率部材及び前記下側高比透磁率部材の夫々は、圧粉コアであり、
前記低比透磁率部材は、硬化した結合剤と、前記結合剤内部に分散配置された軟磁性体粉末とを有する複合磁性体からなるコアである
リアクトル。 - 請求項1から請求項9までのいずれかに記載のリアクトルであって、
前記第1コイル本体部と前記第2コイル本体部との結合係数をkとするとき、零磁界において0.1≦k≦0.4を満たす
リアクトル。 - 請求項1から請求項10までのいずれかに記載のリアクトルであって、
前記低比透磁率部材の比透磁率をμLとするとき、3≦μL≦30を満たす
リアクトル。 - 請求項1から請求項11までのいずれかに記載のリアクトルであって、
前記上側高比透磁率部材の比透磁率をμhaとするとき、30<μha≦300を満たし、
前記下側高比透磁率部材の比透磁率をμhbとするとき、30<μhb≦300を満たす
リアクトル。 - 請求項1から請求項12までのいずれかに記載のリアクトルであって、
前記リアクトルは、ケースを更に有しており、
前記第1コイル、前記第2コイル及び前記コアは、前記ケース内に配置されている
リアクトル。 - 請求項13記載のリアクトルであって、
前記ケースは、開口部を有しており、
前記開口部は、前記上下方向と直交する方向に開口している
リアクトル。 - 電源と、第1スイッチング素子と、第2スイッチング素子と、第1整流素子と、第2整流素子と、請求項1から請求項14までのいずれかに記載のリアクトルとを備える昇圧回路であって、
前記第1スイッチング素子と、前記第1整流素子と、前記リアクトルの前記第1コイルとは、前記電源の出力をチョッピングして昇圧する第1昇圧チョッパ回路を構成しており、
前記第2スイッチング素子と、前記第2整流素子と、前記リアクトルの前記第2コイルとは、前記電源の出力をチョッピングして昇圧する第2昇圧チョッパ回路を構成しており、
前記第1昇圧チョッパ回路と前記第2昇圧チョッパ回路とは、並列に接続されており、
前記第1昇圧チョッパ回路及び前記第2昇圧チョッパ回路の夫々をインターリーブ動作させる
昇圧回路。
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