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技術 リアクトル

出願人 株式会社京三製作所
発明者 相川諭
出願日 2018年8月6日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2018-147940
公開日 2020年2月13日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-024997
状態 未査定
技術分野 通信用コイル・変成器 可変変成器一般 変成器又はリアクトル一般
主要キーワード 巻き線パターン 可変インダクタンス素子 固定インダクタンス 巻き線電流 巻き線トランス 各巻き線 磁束形成 概略平板状
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図面 (13)

課題

主巻き線を形成した配線基板および制御巻き線を形成した配線基板をプレーナ型コアに層状に組み込んでなるリアクトルにおいて、制御巻き線の制御電流により形成される磁束密度を均等とし、制御巻き線の制御電流によってリアクトルのインダクタンスを設定する。

解決手段

リアクトルは、主巻き線を形成した配線基板および制御巻き線を形成した配線基板をプレーナ型コアに層状に組み込んでなるリアクトルにおいて、(a)主巻き線が形成する磁束、および(b)制御巻き線が形成する磁束を以下の状態とすることにより、制御電流が形成する磁束密度を均等なものとする。主巻き線を流れる高周波電流の主巻き線電流は、一対の各内脚において互いに相殺す磁界の向きが逆方向の交流磁束を形成し、制御巻き線を流れる直流電流の制御電流は、交流磁束が相殺された一対の内脚において均等な磁束密度の直流磁束を形成する。

概要

背景

高周波発生装置から負荷高周波電力を供給する際に、高周波発生装置のインピーダンスと負荷のインピーダンスを整合するためにインピーダンス整合装置が設けられている。従来、可変容量素子可変インダクタンス素子とから構成されるインピーダンス整合装置が知られている。インピーダンス整合は、可変容量素子の容量値および可変インダクタンス素子のインダクタンス値を変化させている。

高い電力を扱うインピーダンス整合装置では、可変容量素子として可変コンデンサを用い、可変インダクタンス素子としてコイルを用い、可変コンデンサの容量値をモータ駆動で変化させ、コイルのインダクタンス値をコイルと摺動接触する接点をモータ駆動で変化させている。このような機械的にインピーダンスを変化させるインピーダンス整合装置では、容量値やインダクタンス値の変化速度モータの動作速度に依存するため、インピーダンス整合に要する時間が制限されるという問題があった。

上記のインピーダンスを機械的に変化させる機構が有する問題に対して、磁束制御リアクトルを用いてインピーダンス値を変えるインピーダンス整合装置が提案されている。磁束制御型リアクトルは、コア主巻き線と制御巻き線巻回し、制御巻き線に流れる直流電流により発生する直流磁束バイアス磁束とし、制御巻き線に流れる直流電流の大きさによって主巻き線のインダクタンス値を変える。

図11(a)は従来の磁束制御型の可変リアクトルの一構成例を示している。可変リアクトル100は、2つのコア101a,101bに主巻き線102a,102bを巻回して高周波電流を流し、2つのコア101a,101bが貫通するように制御巻き線103を巻回して直流電流を流す。主巻き線102a,102bに高周波電流を流し、コア101a,101bが隣り合うコア部分に磁束方向が逆方向の磁束を発生させることにより、この部分の磁束を互い相殺させる。制御巻き線103に直流電流を流すことで、高周波電流による交流磁束が相殺されたコア部分に直流磁束が形成される。この直流磁束により、主巻き線102a,102bのインダクタンス値を変えることでインピーダンスを変化させる(特許文献1)。

また、インダクタンスに高周波電力を供給する高周波トランス等の装置において、巻き線トランスに代えてプレーナトランスが提案されている。図11(b)はプレーナトランス110の一構成例を示している。プレーナトランス110は、例えば、EコアやUコアの突起部分を互いに対向して配置させた平面状のプレーナ型コア111、112を備える。図11(c)のプレーナ型EEコア111は、E型コア111aとE型コア111bとにより構成され、図11(d)のプレーナ型UUコア112は、U型コア112a〜U型コア112dにより構成される。プレーナ型コアは、層状に配置されたコアの平面部分を両側から冷却フィンあるいは冷却プレートで挟む構成とし、これによって高周波により発生する熱の冷却効率を高めている。また、プレーナトランスでは、コイルパターンを設けたプリント基板により1次巻き線および2次巻き線を形成して多層化している(特許文献2)。

概要

主巻き線を形成した配線基板および制御巻き線を形成した配線基板をプレーナ型コアに層状に組み込んでなるリアクトルにおいて、制御巻き線の制御電流により形成される磁束密度を均等とし、制御巻き線の制御電流によってリアクトルのインダクタンスを設定する。リアクトルは、主巻き線を形成した配線基板および制御巻き線を形成した配線基板をプレーナ型コアに層状に組み込んでなるリアクトルにおいて、(a)主巻き線が形成する磁束、および(b)制御巻き線が形成する磁束を以下の状態とすることにより、制御電流が形成する磁束密度を均等なものとする。主巻き線を流れる高周波電流の主巻き線電流は、一対の各内脚において互いに相殺す磁界の向きが逆方向の交流磁束を形成し、制御巻き線を流れる直流電流の制御電流は、交流磁束が相殺された一対の内脚において均等な磁束密度の直流磁束を形成する。

目的

本発明は前記した従来の問題点を解決し、主巻き線を形成した配線基板および制御巻き線を形成した配線基板をプレーナ型コアに層状に組み込んでなるリアクトルにおいて、実装面積を低減することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

主巻き線を形成した主巻き線基板制御巻き線を形成した制御巻き線基板、およびプレーナ型コアを備え、前記主巻き線基板と前記制御巻き線基板は前記プレーナ型コア内に層状に組み込まれ、前記プレーナ型コアは、中央脚と、当該中央脚の両側に配置された一対の内脚と、前記内脚の外側に配置された一対の外脚とを有し、前記主巻き線を流れる高周波電流の主巻き線電流は、前記一対の各内脚において互いに相殺す磁界の向きが逆方向の交流磁束を形成し、前記制御巻き線を流れる直流電流制御電流は、コアの全脚部に均等な磁束密度直流磁束を形成することを特徴とするリアクトル

請求項2

前記主巻き線基板は、前記制御巻き線基板を上下方向で挟む第1の主巻き線基板と第2の主巻き線基板とを備え、前記第1の主巻き線基板の主巻き線は、前記中央脚と前記一対の内脚の一方の第1の内脚とを一体で囲んで形成され、前記第2の主巻き線基板の主巻き線は、前記中央脚と前記一対の内脚の他方の第2の内脚とを一体で囲んで形成され、前記制御巻き線基板の制御巻き線は、前記一対の第1の内脚と第2の内脚とを個別に囲んで形成されることを特徴とする請求項1に記載のリアクトル。

請求項3

前記主巻き線基板は、前記制御巻き線基板を上下方向で挟む第1の主巻き線基板と第2の主巻き線基板とを備え、前記第1の主巻き線基板の主巻き線は、前記中央脚と前記一対の第1の内脚および第2の内脚を一体で囲んで形成され、前記第2の主巻き線基板の主巻き線は、前記中央脚を囲んで形成され、前記制御巻き線基板の制御巻き線は、前記一対の第1の内脚と第2の内脚とを個別に囲んで形成されることを特徴とする請求項1に記載のリアクトル。

請求項4

前記中央脚の磁束と前記内脚の磁束は磁界の向きが互いに逆方向であることを特徴とする請求項1から3の何れか一つに記載のリアクトル。

請求項5

前記制御電流は可変電流により可変インダクタンスとすることを特徴とする請求項1から4の何れか一つに記載のリアクトル。

請求項6

前記制御電流は固定電流により固定インダクタンスとすることを特徴とする請求項1から4の何れか一つに記載のリアクトル。

請求項7

前記プレーナ型コアは、E型コア又はU型コアの突起部分を互いに対向配置してなるEE型コア又はUU型コアを横方向に配列した構成、あるいはE型コア又はU型コアの突起部分にI型コアを配置してなるEI型コア又はUI型コアを横方向に配列した構成であることを特徴とする請求項1から6の何れか一つに記載のリアクトル。

技術分野

0001

本発明はリアクトルに関し、磁束制御によりインダクタンス可変とする磁束制御型リアクトルに関する。

背景技術

0002

高周波発生装置から負荷高周波電力を供給する際に、高周波発生装置のインピーダンスと負荷のインピーダンスを整合するためにインピーダンス整合装置が設けられている。従来、可変容量素子可変インダクタンス素子とから構成されるインピーダンス整合装置が知られている。インピーダンス整合は、可変容量素子の容量値および可変インダクタンス素子のインダクタンス値を変化させている。

0003

高い電力を扱うインピーダンス整合装置では、可変容量素子として可変コンデンサを用い、可変インダクタンス素子としてコイルを用い、可変コンデンサの容量値をモータ駆動で変化させ、コイルのインダクタンス値をコイルと摺動接触する接点をモータ駆動で変化させている。このような機械的にインピーダンスを変化させるインピーダンス整合装置では、容量値やインダクタンス値の変化速度モータの動作速度に依存するため、インピーダンス整合に要する時間が制限されるという問題があった。

0004

上記のインピーダンスを機械的に変化させる機構が有する問題に対して、磁束制御型リアクトルを用いてインピーダンス値を変えるインピーダンス整合装置が提案されている。磁束制御型リアクトルは、コア主巻き線と制御巻き線巻回し、制御巻き線に流れる直流電流により発生する直流磁束バイアス磁束とし、制御巻き線に流れる直流電流の大きさによって主巻き線のインダクタンス値を変える。

0005

図11(a)は従来の磁束制御型の可変リアクトルの一構成例を示している。可変リアクトル100は、2つのコア101a,101bに主巻き線102a,102bを巻回して高周波電流を流し、2つのコア101a,101bが貫通するように制御巻き線103を巻回して直流電流を流す。主巻き線102a,102bに高周波電流を流し、コア101a,101bが隣り合うコア部分に磁束方向が逆方向の磁束を発生させることにより、この部分の磁束を互い相殺させる。制御巻き線103に直流電流を流すことで、高周波電流による交流磁束が相殺されたコア部分に直流磁束が形成される。この直流磁束により、主巻き線102a,102bのインダクタンス値を変えることでインピーダンスを変化させる(特許文献1)。

0006

また、インダクタンスに高周波電力を供給する高周波トランス等の装置において、巻き線トランスに代えてプレーナトランスが提案されている。図11(b)はプレーナトランス110の一構成例を示している。プレーナトランス110は、例えば、EコアやUコアの突起部分を互いに対向して配置させた平面状のプレーナ型コア111、112を備える。図11(c)のプレーナ型EEコア111は、E型コア111aとE型コア111bとにより構成され、図11(d)のプレーナ型UUコア112は、U型コア112a〜U型コア112dにより構成される。プレーナ型コアは、層状に配置されたコアの平面部分を両側から冷却フィンあるいは冷却プレートで挟む構成とし、これによって高周波により発生する熱の冷却効率を高めている。また、プレーナトランスでは、コイルパターンを設けたプリント基板により1次巻き線および2次巻き線を形成して多層化している(特許文献2)。

先行技術

0007

米国特許6,211,749
特開2016−15453

発明が解決しようとする課題

0008

インピーダンス整合装置等に用いる可変リアクトルにおいて、プレーナ型コアを用いた構成では主巻き線を形成するプリント基板等の配線基板がコアの側部から外側にはみ出るため、以下のような問題がある。
(i)配線基板の一部がコアの外側にはみ出るため、リアクトルの実装面積が大きくなる。
(ii)コアの外側部にはみ出た配線基板に形成されたコイルから漏れ磁束が発生する。

0009

(i)リアクトルの実装面積の問題
図12は、プレーナ型コア121と配線基板(124,125)とを組み合わせた可変リアクトル120の構成例であり、図12(a)は概略構成を示し、図12(b)は主巻き線122が形成された主巻き線基板124を示し、図12(c)は制御巻き線123が形成された制御巻き線基板125を示している。

0010

プレーナ型コア121は、中央に配置された中央脚121aと両側部に配置された側部脚121b,121cの各脚部を備える。中央脚121a、側部脚121b,121c、及び平坦部は、主巻き線基板124および制御巻き線基板125を設けるための開口部を構成する。主巻き線基板124は、中央脚121aを通す開口部126aと、側部脚121bおよび121cを通す開口部126b及び126cを備える。また、制御巻き線基板125は、中央脚121aを通す開口部127を備える。

0011

プレーナ型コア121の横方向の長さWAに対して、主巻き線基板124は側部から外側にそれぞれ長さWB,WCだけはみ出るため、リアクトルの実装面積はプレーナ型コア121の面積より外側にはみ出した分(長さWB,WC)だけ大きくなる。

0012

(ii)漏れ磁束の問題
プレーナ型コア121の外側部にはみ出した配線基板上には、主巻き線の一部が形成されている。そのため、主巻き線に高周波電流が流れることで発生する磁束の内、コアの外側の巻き線で発生する磁束がリアクトルの外部に漏れるという漏れ磁束の問題がある。

0013

本発明は前記した従来の問題点を解決し、主巻き線を形成した配線基板および制御巻き線を形成した配線基板をプレーナ型コアに層状に組み込んでなるリアクトルにおいて、実装面積を低減することを目的とする。また、主巻き線により発生する磁束がリアクトルの外に漏れる漏れ磁束を抑制することを目的とする。

課題を解決するための手段

0014

本発明のリアクトルは、主巻き線を形成した主巻き線基板、制御巻き線を形成した制御巻き線基板、およびプレーナ型コアを備える。

0015

本発明のリアクトルのプレーナ型コアは、フェライト等の磁性材料で形成された概略平板状の部材である。平板状部材は中央で分割された2つのコア部材から構成され、各コア部材の一方の面は平面形状であり、他方の面には平面形状に対してほぼ直角の方向に突出した突起部分を有する。2つのコア部材の互いの突起部分を対向配置して層状のコアが形成される。本発明のリアクトルのプレーナ型コアは、E型コアまたはU型コアの突起部分を互いに対向して配置させる構成とすることができる。プレーナ型コアは両側の平面部分を冷却フィンで挟むことにより、冷却効果を高めることができる。突起部分間の凹部はコア内に貫通孔を形成する。貫通孔には、主巻き線基板および制御巻き線基板の配線基板が配置される。

0016

本発明のリアクトルは以下の構成を備える。
(a)主巻き線基板と制御巻き線基板はプレーナ型コア内に層状に組み込まれる。
(b)プレーナ型コアは、中央脚と、中央脚の両側に配置された一対の内脚と、内脚の外側に配置された一対の外脚の各脚部を有する。
(c)主巻き線を流れる高周波電流の主巻き線電流は、一対の各内脚において互いに相殺す磁界の向きが逆方向の交流磁束を形成する。
(d)制御巻き線を流れる直流電流の制御電流は、コアの全脚部に均等な磁束密度の直流磁束を形成する。

0017

本発明のリアクトルは、上記構成により前記した(i),(ii)の課題を解決する他、リアクトルに有効な効果を奏する。

0018

(i)リアクトルの実装面積の低減
本発明のリアクトルにおいて、(a)主巻き線基板と制御巻き線基板はプレーナ型コア内に層状に組み込まれる構成、及び(b)プレーナ型コアは、中央脚と、中央脚の両側に配置された一対の内脚と、内脚の外側に配置された一対の外脚との各脚部を有する構成により、リアクトルの実装面積の低減が図られる。

0019

図12(a)に示したリアクトルの構成例は、従来のコア(図11(a))を単にプレーナ型コア(図11(b))に置き換えた構成である。このプレーナ型コアの構成例において、印加電流を変えずに磁束を増加させるには、奥行き方向にプレーナ型コアを追加配置する構成となるが、この奥行き方向の配置ではリアクトルの実装面積が増大するという課題がある。

0020

本発明のリアクトルは、プレーナ型コアを、中央脚と、中央脚の両側に配置された一対の内脚と、内脚の外側に配置された一対の外脚の各脚部を有する構成であり、この構成は外形的には2つのプレーナ型コアを奥行き方向の配置に代えて横方向の配置を構成する。この横方向の配置の構成は、コアの個数や実装面積を増加させることなく行うことができる。

0021

本発明のプレーナ型コアの横方向配置において、コアの奥行き方向の長さを半分とした場合のコアの平面面積は、図12(a)のプレーナ型コアの平面面積と同面積となり、コア部分の実装面積の拡大することなく構成することができる。

0022

更に、本発明のリアクトルは、前記したコア部分の実装面積を拡大することなく構成できることに合わせて、主巻き線基板及び制御巻き線基板をプレーナ型コア内に層状に組み込む構成とすることにより、コアの外側に設けられる配線基板を廃し、リアクトルの実装面積を低減することができる。

0023

(ii)漏れ磁束の抑制
本発明のリアクトルにおいて、(a)主巻き線基板と制御巻き線基板はプレーナ型コア内に層状に組み込まれる構成により、磁束がリアクトルの外部に漏れるという漏れ磁束の抑制が図られる。更に、本発明のリアクトルは、均等な磁束の形成、及び磁界ノイズの低減が図られる。

0024

(iii)均等な磁束の形成
(c)の主巻き線による磁束において、主巻き線に高周波電流が流れると制御巻き線に高周波成分が誘起される。この高周波成分の誘起により、制御回路に対して高周波電流が印加される支障、制御巻き線に過大電圧が発生するといった支障が発生する。このような支障を抑制するために、主巻き線による磁束形成において、制御巻き線に高周波成分が誘起しない磁束状態とする。均等な磁束密度は、各脚部を巻回する主巻き線に均等のインダクタンスを発生させ、リアクトルのインダクタンスを制御電流に応じて可変とすることができることから、高周波成分を誘起しない磁束状態を構成する。

0025

本発明のリアクトルは、主巻き線を形成した配線基板および制御巻き線を形成した配線基板をプレーナ型コアに層状に組み込んでなるリアクトルにおいて、(c)主巻き線が形成する磁束、及び、(d)制御巻き線が形成する磁束を以下の状態とすることにより、制御電流が形成する磁束を均等な磁束密度とする。

0026

(d)の制御巻き線による磁束において、高周波成分が除かれたコアの脚部において、制御巻き線を形成する。制御巻き線を流れる直流電流の制御電流は、交流磁束が相殺された一対の内脚を含む全脚部において均等な磁束密度の直流磁束を形成する。制御巻き線により形成される直流磁束の磁束密度をコアの全脚部において均等とすることによって、主巻き線に対するインダクタンスの変化を均等とする。

0027

本発明のリアクトルが備える配線基板は、主巻き線基板および制御巻き線基板であり、これらの配線基板を積層させることで構成される。主巻き線基板は第1の主巻き線基板と第2の主巻き線基板とを備える。制御巻き線基板は、第1の主巻き線基板と第2の主巻き線基板により上下方向が挟まれた配置とする他、第1の主巻き線基板と第2の主巻き線基板の積層の何れか一方側に配置してもよい。

0028

本発明のリアクトルが備える配線基板は、制御巻き線基板を2枚の主巻き線基板で挟む構成とすることにより、主巻き線と制御巻き線との間において磁界の結合度を高めることができる。

0029

(iv)磁界ノイズの低減
本発明のリアクトルは、各主巻き線に高周波電流が流れることにより制御巻き線に高周波成分が誘起されるが、(c)主巻き線を流れる高周波電流の主巻き線電流は、一対の各内脚において互いに磁界の向きが逆方向の交流磁束を形成することにより、制御巻き線に誘起された高周波成分は相殺される。

0030

2つの主巻き線の高周波電流による制御巻き線に対する誘起において、一方の主巻き線に高周波電流が流れることにより制御巻き線に誘起される高周波成分の方向と、他方の主巻き線に高周波電流が流れることにより制御巻き線に誘起される高周波成分は、大きさが等しく、方向が互いに逆方向であるため、それぞれに発生する高周波成分が互いに相殺して高周波成分が除去される。

0031

これにより、制御巻き線から制御回路に対して高周波電流が流入することが抑えられる。また、制御巻き線の高周波成分が相殺されるので、制御巻き線において局所的に発生する過大電圧が抑制される。

0032

更に、本発明のリアクトルが備えるプレーナ型コアは、(a)コアが内部に備える貫通孔内に配線基板を収納する構成とすることにより、漏れ磁束による磁界ノイズを低減させることができる。コアからの磁界ノイズの低減により、回路部品等をリアクトルに隣接させて配置させることが可能となり、装置全体における実装密度を高めることができる。

0033

本発明のリアクトルは第1の形態及び第2の形態を備える。
(第1の形態)
本発明のリアクトルの第1の形態において、第1の主巻き線基板の主巻き線は、中央脚と一対の内脚の一方の第1の内脚とを一体で囲んで形成され、第2の主巻き線基板の主巻き線は、中央脚と前記一対の内脚の他方の第2の内脚とを一体で囲んで形成される。また、制御巻き線基板の制御巻き線は、一対の第1の内脚と第2の内脚とを個別に囲んで形成される。

0034

第1の主巻き線基板の主巻き線を中央脚と第1の内脚を囲む巻き線パターンとし、第2の主巻き線基板の主巻き線を中央脚と第2の内脚を囲む巻き線パターンとすることにより、第1の内脚および第2の内脚における磁束は相殺される。また、制御巻き線基板の巻き線を第1の内脚と第2の内脚とを個別に囲む巻き線パターンとすることにより、中央脚、および一対の外脚における交流磁束は均等となる。

0035

本発明のリアクトルの第1の形態によれば、第1の主巻き線基板と第2の主巻き線基板とは共通の配線基板を用いることが可能であるため、部品の共通化により製造コストを低減することができる。

0036

(第2の形態)
本発明のリアクトルの第2の形態において、第1の主巻き線基板の主巻き線は、中央脚と一対の第1の内脚および第2の内脚を一体で囲んで形成され、第2の主巻き線基板の主巻き線は、中央脚を囲んで形成される。また、制御巻き線基板の制御巻き線は、一対の第1の内脚と第2の内脚とを個別に囲んで形成される。

0037

第1の主巻き線基板の主巻き線を中央脚と第一対の第1の内脚および第2の内脚を一体で囲む巻き線パターンとし、第2の主巻き線基板の主巻き線において中央脚を囲む巻き線パターンとすることにより、第1の内脚および第2の内脚における交流磁束は相殺される。

0038

また、制御巻き線基板の巻き線を一対の第1の内脚と第2の内脚とを個別に囲む巻き線パターンとすることにより、中央脚、および第1,2の内脚を含む全脚部における磁束密度は均等となる。

0039

本発明のリアクトルの第2の形態によれば、第2の主巻き線基板の巻き線パターンは中央脚を囲む構成であるため、配線基板の面積を縮小させることができる。

0040

第1の形態および第2の形態において、第1の内脚及び第2の内脚における交流磁束は磁界の向きが互いに逆方向である。

0041

本発明のリアクトルにおいて、制御電流は可変あるいは固定とすることができる。制御電流を可変とすることにより磁束制御型可変インダクタンスを構成することができ、制御電流を固定とすることにより磁束制御型固定インダクタンスを構成することができる。磁束制御型固定インダクタンスでは、制御電流を調整することで固定インダクタンスのインダクタンス値を所定値に設定することができる。

発明の効果

0042

本発明のリアクトルによれば、主巻き線を形成した配線基板および制御巻き線を形成した配線基板をプレーナ型コアに層状に組み込んでなるリアクトルにおいて、実装面積を低減することができる。また、主巻き線により発生する磁束がリアクトルの外に漏れる漏れ磁束を抑制することができる。

図面の簡単な説明

0043

本発明のリアクトルの概略構成を説明するための図である。
本発明のリアクトルによる実装面積の低減を説明するための図である。
プレーナ型コアによるリアクトルの想定される構成例を説明するための図である。
本発明のリアクトルの第1の形態を説明するための図である。
本発明のリアクトルの第1の形態において各電流状態および各磁束状態を説明するための図である。
本発明のリアクトルの第1の形態において各電流状態および各磁束状態を説明するための図である。
本発明のリアクトルの第2の形態を説明するための図である。
本発明のリアクトルの第2の形態において各電流状態および各磁束状態を説明するための図である。
本発明のリアクトルの第2の形態において各電流状態および各磁束状態を説明するための図である。
本発明のリアクトルの制御巻き線が備える巻き線パターンの他の例を説明するための図である。
従来の可変リアクトルの一構成例を示す図である。
プレーナ型コアと配線基板とを組み合わせたリアクトルの構成例を説明するための図である。

実施例

0044

本発明のリアクトルについて図を用いて説明する。以下、図1を用いて本発明のリアクトルの概略構成を説明し、図2を用いてリアクトルの実装面積の低減を説明し、図3を用いて均等磁束を説明する。更に、図4〜6を用いて本発明のリアクトルの第1の形態を説明し、図7〜9を用いて本発明のリアクトルの第2の形態を説明し、図10を用いて制御巻き線が備える巻き線パターンの他の例を説明する。

0045

(本発明のリアクトルの概略構成)
本発明のリアクトルの概略構成について図1を用いて説明する。図1(a)はリアクトルが備えるプレーナ型コアの概略形状を示し、図1(b),(c),(d)は本発明のリアクトルが備える第1巻き線基板、制御巻き線基板、および第2巻き線基板を示している。図1(e)は、各巻き線によりコアに形成される磁束状態を概略的に示している。

0046

図1(a)において、リアクトル10のプレーナ型コア11は、フェライト等の磁性材料で形成された概略平板状の部材であり、平板状部材は中央の平面で分割された2つのコア部材から構成される。各コア部材の一方の面は平面形状であり、他方の面には平面形状に対してほぼ直角の方向に突出した突起部分を有し、突起部分はコアの脚部を構成する。

0047

2つのコア部材の互いの突起部分を対向配置することにより層状のコアが形成される。突起部分間の凹部はコア内に貫通孔を形成する。貫通孔には、第1主巻き線基板14A,第2主巻き線基板14B、および制御巻き線基板15の配線基板が配置される。

0048

図1(a)に示されるプレーナ型コア11は、コア部材として4個のE型コアを用い、それぞれ2つのE型コアの突起部分を対向配置して構成される2つのプレーナ型コア11a,11bを備えた構成例を示している。なお、ここではE型コアを用いたEE型コアの構成例を示しているが、8個のU型コアを用いたUU型コアの構成としてもよい。

0049

プレーナ型コア11は、中央脚16aと、この中央脚16aの両側に配置された一対の内脚16b,16c、さらに内脚16b,16cの外側に配置された一対の外脚16d,16eを有し、隣接する脚部の間の貫通孔には配線基板が配置される。

0050

図1(b)に示される第1主巻き線基板14Aの配線基板上には、第1主巻き線12bの巻き線パターンが形成され、図1(d)に示される第2主巻き線基板14Bの配線基板上には、第2主巻き線12cの巻き線パターンが形成される。また、図1(c)に示される制御巻き線基板15の配線基板上には、制御巻き線13a,13bの巻き線パターンが形成される。

0051

第1主巻き線基板14A,第2主巻き線基板14B、および制御巻き線基板15には開口部が形成され、この開口部にプレーナ型コア11の各脚部が通されることにより、配線基板はプレーナ型コア11内に層状に組み込まれる。なお、図1(b),(c),(d)に示される配線基板は、本発明のリアクトルの第1の形態に対応した構成を示している。

0052

図1(e)に示されるプレーナ型コア11は各巻き線に流れる巻き線電流により形成される磁束状態を概略的に示している。

0053

プレーナ型コア11は、一方の側部から順に外脚16d,内脚16b,中央脚16a,内脚16c,外脚16eの各脚部を備え、各脚には主巻き線12b,12cに流れる高周波電流により交流磁界の磁束が形成され、制御巻き線13に流れる直流電流により直流磁界の磁束が形成される。

0054

本発明のリアクトルによれば、内脚16bおよび内脚16cには主巻き線12bおよび主巻き線12cの各主巻き線に高周波電流が流れることにより制御巻き線に高周波成分が誘起されるが、各内脚において互いに逆方向の磁界が形成され、制御巻き線に誘起された高周波成分は相殺される。

0055

制御巻き線13(13a,13b)の巻き線パターンは内脚16b,16cを囲むように設けられているため、全脚部に直流磁界による磁束を形成する。全脚部に形成される磁束は、制御巻き線13(13a,13b)に等電流値の制御電流を供給することで均等とすることができる。

0056

プレーナ型コア11は、片側に3つの突起部分を備える断面形状がE字状のE型コア、片側に2つの突起部分を備える断面形状がU字状のU型コア、及び突起部分を備えない断面形状がI字形状のI型コアを組み合わせることにより構成することができる。
図1(f)の構成例では、2つのE型コアの突起部分を互いに対向配置してEE型コアを構成し、このEE型コアを2つ横方向に配列することによりプレーナ型コア11を構成している。
図1(g)の構成例では、2つのU型コアの突起部分を互いに対向配置してU型コアを構成し、このU型コアを4つ横方向に配列することによりプレーナ型コア11を構成している。
図1(h)の構成例では、1つのE型コアの突起部分にI型コアを配置してEI型コアを構成し、このEI型コアを横方向に2つ配列することによりプレーナ型コア11を構成している。
図1(i)の構成例では、1つのU型コアの突起部分にI型コアを配置してUI型コアを構成し、このUI型コアを横方向に4つ配列することによりプレーナ型コア11を構成している。

0057

(i)リアクトルの実装面積
本発明のリアクトルは、外形的には2つのプレーナ型コアを横方向に配置した構成であり、この横方向配置による、リアクトルのコア部分の実装面積の抑制について図2を用いて説明する。なお、プレーナ型コアを横方向配置は、本発明のリアクトルが備える、中央脚、中央脚の両側に配置された一対の内脚、及び内脚の外側に配置された一対の外脚により構成される。

0058

図2は本発明のリアクトルによる実装面積の低減を説明するための図である。図2(a)はプレーナ型コアに配線基板を適用した構成を示し、図12に示した構成例である。ここで、コアの横方向の幅はW、奥行き方向の長さはLであり、配線基板はコアの側部からΔWだけはみ出している。コアの平面面積Sに対して、はみ出した配線基板の面積(図中の地模様)は両側部でそれぞれΔSであるため、図2(a)のプレーナ型コアによる実装面積は(S+2ΔS)である。

0059

一方、図2(b)は本発明のリアクトルの構成を示している。本発明のリアクトルは形状からは、図2(a)のプレーナ型コアを奥行き方向で二等分して横方向に配置した構成に対応している。コアの配置形態の観点から見ると、本発明のリアクトルの構成は横方向配置に相当し、従来のリアクトルの構成は縦方向配列に相当する。図2(b)の構成は、図2(a)の構成のコアの平面面積との比較を行うために、奥行き方向の長さをL/2とし、図2(a)のプレーナ型コアの平面面積Sに合わせた構成としている。

0060

図2(b)の本発明のリアクトルのコアの平面面積と、図2(a)の構成のコアの平面面積とを比較すると、図2(a)の構成のコアの実装面積は、コアの平面面積Sとはみ出し分2ΔSとを合わせた(S+2ΔS)である。これに対して、本発明のリアクトルの実装面積は、はみ出し分2ΔSを有していないので、コアの平面面積Sのみである。したがって、実装面積を比較すると、本発明のリアクトルの実装面積はSであるのに対して、プレーナ型コアを横方向配置した構成の実装面積は(S+2ΔS)であるため、本発明のリアクトルによれば2ΔSの実装面積が低減される。

0061

したがって、本発明のリアクトルは、コアの個数を増加させることなく構成することができ、同面積のコアの平面面積を有するプレーナ型コアの縦方向配置と比較したとき、リアクトルの実装面積の拡大を抑えることができる。

0062

また、本発明のリアクトルが備えるプレーナ型コアは、コアが内部に備える貫通孔内に配線基板を収納する構成とすることにより、漏れ磁束による磁界ノイズを低減させることができる。コアからの磁界ノイズの低減により、回路部品等をリアクトルに隣接させて配置させることが可能となり、装置全体における実装密度を高めることができる。

0063

(ii)漏れ磁束の抑制
本発明のリアクトルにおいて、主巻き線基板と制御巻き線基板はプレーナ型コア内に層状に組み込まれる構成により、磁束がリアクトルの外部に漏れるという漏れ磁束の抑制が図られる。

0064

(iii)不均等磁束の解消
コアの外側部の巻き線から漏れ出る漏れ磁束を解決する一手段として、プレーナ型コアの側部を横方向に延長し、主巻き線のコイルをコア内に納める構成が考えられる。しかしながら、プレーナ型コアの側部を単に横方向に延長してコアを形成する構成では、コアを通る磁束が磁路によって不均等となり、インダクタンスが不均等となるため、磁束制御型リアクトルとして機能しないという問題がある。

0065

磁束制御型リアクトルとして機能するためには、コアの磁路のインダクタンスが均等であることが求められる。インダクタンスが均等であるためには、交流磁束及び直流磁束の磁束密度がコアの主磁路で均等であることが必要である。また、交流磁束が流れる磁路には、制御電流による直流磁束がバイアス磁束として印加される必要がある。

0066

以下、構成例における交流磁束及び直流磁束の磁束密度の不均等、及び直流磁束によるバイアス磁束の不均等について説明する。

0067

(交流磁束の磁束密度の不均等)
図3はプレーナ型コアによるリアクトルの想定される構成例を示している。図3(a)の概略構成において、プレーナ型コアは両側部をWBおよびWCだけ延長することにより主巻き線(実線)をコア内に納める。なお、図3(a)中の破線は制御巻き線のコイルを示している。図3(b),(c)は主巻き線により形成される交流磁束の磁束状態を示している。

0068

図3(b)は主巻き線により発生する交流磁束の磁束状態を示し、図3(c)は等価的な磁束状態を示している。コアは、中央脚a,内脚b,c、及び外脚d,eを備え、内脚b,cには第1の主巻き線及び第2の主巻き線がそれぞれ巻回される。図3(b),(c)に示す矢印は主巻き線に流れる交流電流により発生する交流磁束の一例を示す。中央脚aの磁束は第1の主巻き線と第2の主巻き線による磁束方向が逆方向となるため、互いに打ち消し合って相殺される。図3(c)の等価磁束状態に示すように、中央脚aの磁束が相殺されるため、交流磁束の磁路として、外磁路dと内磁路bを通る磁路、内脚bと内脚cを通る磁路、及び内脚cと外脚eを通る磁路の各磁路が形成される。これらの磁路の内、外側の磁路の磁路長はl1であり、内側の磁路の磁路長はl2であり、磁路長l2は磁路長l1よりも長くなる。磁束密度Bは、μを磁束係数、Nをコイルの巻き数、Iを電流、lを磁路長としたとき、B=μ×N×I/lで表され、各磁路のインダクタンスLは、Sを断面積、Nを巻き線の巻き数としたとき、L=μ×S×N2/lで表される。この磁束密度B、インダクタンスLの関係式から、磁路長lが異なる磁路の磁束密度B及びインダクタンスLは異なることを示している。

0069

したがって、図3(a)の構成のリアクトルでは、磁路において交流磁束の磁束密度及びインダクタンスは不均等となる。

0070

(直流磁束によるバイアス磁束の不均等)
図3(d)は制御巻き線により形成される直流磁束の磁束状態を示している。制御巻き線は中央脚aに巻回され、この制御巻き線に直流電流が流れることにより、内脚bと中央脚aを通る磁路、及び内脚cと中央脚aを通る磁路に磁束が形成される。中央脚aには2つの磁束が通るため、中央脚aを通る磁束密度は、内脚b及び内脚cの磁路を通る磁束密度よりも高くなる。このため、図3(a)の構成のリアクトルでは、各磁石路に形成されるバイアス磁束の磁束密度は不均等となる。

0071

図3(e)は制御巻き線の磁束と制御巻き線の磁束とを合わせた磁束状態を示している。外脚d及び外脚eには制御巻き線による直流磁束が形成されないため、主磁束が形成する交流磁束にバイアス磁束が印加されない磁路が生じる。

0072

一方、図3(f),(g)は本発明のリアクトルの構成及び磁束状態を示している。図3(f)は、本発明のリアクトルの概略構成を示し、主巻き線の配線基板及び制御巻き線の配線基板は、リアクトルのコア内に配置される。図3(g)は、本発明のリアクトルによる制御巻き線の磁束と制御巻き線の磁束とを合わせた磁束状態を示している。外脚d及び外脚eにも制御巻き線による直流磁束が形成され、主磁束が形成する全ての交流磁束にバイアス磁束が印加される。これにより、配線基板をプレーナ型コアに層状に組み込んでなるリアクトルにおいて、制御巻き線の制御電流により形成される磁束密度を均等とし、制御巻き線の制御電流によってリアクトルのインダクタンスを設定する。

0073

本発明のリアクトルは、主巻き線を形成した配線基板および制御巻き線を形成した配線基板をプレーナ型コアに層状に組み込んでなるリアクトルにおいて、(a)主巻き線が形成する磁束、及び、(b)制御巻き線が形成する磁束を以下の状態とすることにより、制御電流が形成する磁束密度を均等なものとする。

0074

(a)主巻き線に高周波電流が流れると制御巻き線に高周波成分が誘起され、この高周波成分の誘起により、制御回路に対して高周波電流が印加される支障、制御巻き線に過大電圧が発生するといった支障が発生する。このような支障を抑制するために、主巻き線による磁束形成において、制御巻き線に高周波成分が誘起しない磁束状態とする。
(b)高周波成分が除かれたコアの脚部において、制御巻き線を形成する。

0075

均等な磁束密度により、各脚部を巻回する主巻き線に均等のインダクタンスが発生し、リアクトルのインダクタンスを制御電流に応じて可変とすることができる。主巻き線を流れる高周波電流の主巻き線電流は、一対の各内脚において互いに磁界の向きが逆方向の交流磁束を形成し、互いに相殺される。

0076

つまり、2つの主巻き線の高周波電流による制御巻き線に対する誘起において、一方の主巻き線に高周波電流が流れることにより制御巻き線に誘起される高周波成分の方向と、他方の主巻き線に高周波電流が流れることにより制御巻き線に誘起される高周波成分は、大きさが等しく、方向が互いに逆方向であるため、それぞれに発生する高周波成分が互いに相殺して高周波成分が除去される。

0077

各主巻き線に高周波電流が流れることにより制御巻き線に高周波成分が誘起されるが、各内脚において互いに逆方向の磁界を形成することにより、制御巻き線に誘起された高周波成分は相殺される。

0078

これにより、制御巻き線から制御回路に対して高周波電流が流入することが抑えられる。また、制御巻き線の高周波成分が相殺されるので、制御巻き線において局所的に発生する過大電圧が抑制される。

0079

制御巻き線を流れる直流電流の制御電流は、交流磁束が相殺された一対の内脚を含む全脚部において均等な磁束密度の直流磁束を形成する。制御巻き線により形成される直流磁束の磁束密度をコアの全脚部において均等とすることによって、主巻き線に対するインダクタンスの変化を均等とすることができる。

0080

本発明のリアクトルが備える配線基板は、主巻き線基板および制御巻き線基板であり、これらの配線基板を積層させることで構成される。主巻き線基板は第1の主巻き線基板と第2の主巻き線基板とを備える。制御巻き線基板は第1の主巻き線基板と第2の主巻き線基板により上下方向が挟まれた配置とする他、第1の主巻き線基板と第2の主巻き線基板の積層の何れか一方側に配置してもよい。

0081

本発明のリアクトルが備える配線基板は、制御巻き線基板を2枚の主巻き線基板で挟む構成とすることにより、主巻き線と制御巻き線との間において磁界の結合度を高めることができる。

0082

(リアクトルの第1の形態)
図4〜6を用いて本発明のリアクトルの第1の形態を説明する。図4は本発明のリアクトルの第1の形態の概略を示している。なお、ここでは図1の構成と共通する部分には同様の符号を付している。

0083

図4(a)はリアクトル10のプレーナ型コア11の概略構成を示している。プレーナ型コア11は図1(a)で示した構成と同様であり、4つのE型コアをコア部材として用い、2つのE型コアの突起部分を対向配置させることにより2つのプレーナ型コア11a,11bを構成している。ここではE型コアを用いたEE型コアの構成を示しているが、E型コアに限らず、U型コアを用いたUU型コアの構成としてもよい。

0084

プレーナ型コア11は、中央脚16aと、中央脚16aの両側に配置された一対の内脚16b,16cを備え、さらに内脚16b,16cの外側に一対の外脚16d,16eを備える。隣接する脚部の間には貫通孔が形成され、この貫通孔内には第1主巻き線基板14A,第2主巻き線基板14B、および制御巻き線基板15の配線基板が配置される。

0085

図4(b)は第1主巻き線基板14A,第2主巻き線基板14B、および制御巻き線基板15の各配線基板を示し、図4(c)は第1主巻き線基板14A,第2主巻き線基板14B、および制御巻き線基板15の各配線基板に形成される巻き線パターンを示している。

0086

第1主巻き線基板14Aには、第1主巻き線12bの巻き線パターンが形成されると共に、内脚16bと中央脚16aを通すための2つの開口部が形成される。巻き線パターンはこの2つの開口部を囲むように形成される。

0087

第2主巻き線基板14Bには、第2主巻き線12cの巻き線パターンが形成されと共に、内脚16cと中央脚16aを通すための2つの開口部が形成される。巻き線パターンはこの2つの開口部を囲むように形成される。

0088

制御巻き線基板15には、制御巻き線13a、13bの巻き線パターンが形成されと共に、内脚16bおよび内脚16cと中央脚16aを通すための3つの開口部が形成される。巻き線パターンはこの3つの開口部の内、内脚16bおよび内脚16cを通す開口部を囲むように形成される。

0089

第1主巻き線12bと第2主巻き線12cには、図示していない高周波電源から分岐された高周波電流が供給され、プレーナ型コア11の中央脚16a、内脚16b,16c、および外脚16d,16eの各脚部を通る交流磁束を形成する。一方、制御巻き線13a,13bには直流電流が供給され、プレーナ型コア11の中央脚16a、内脚16b,16c、および外脚16d,16eの各脚部を通る直流磁束を形成する。

0090

図5は各配線基板の巻き線に流れる電流状態と、電流により誘起される磁束状態を示している。図5(a)は、リアクトル10のプレーナ型コア11の概略構成を示し、図5(a)と同様である。図5(b)は第1主巻き線基板14A,第2主巻き線基板14B、および制御巻き線基板15の電流状態および磁束状態を示している。

0091

なお、図5では、電流方向については、紙面に対して前方に進む電流方向を丸の中に●を設けた記号で表し、紙面に対して後方に進む電流方向を丸の中に×印を設けた記号を用いて表し、また、磁束方向については、紙面に対して前方に進む磁束方向を四角の中に●を設けた記号で表し、紙面に対して後方に進む磁束方向を四角の中に×印を設けた記号を用いて表している。

0092

・主巻き線により形成される磁束状態:
第1主巻き線基板14Aでは、主巻き線12bに流れる高周波電流により、外脚16d、内脚16b、中央脚16a、および内脚16cに磁束が形成され、第2主巻き線基板14Bでは、主巻き線12cに流れる高周波電流により、内脚16b、中央脚16a、内脚16c、および外脚16eに磁束が形成される。

0093

主巻き線12bの高周波電流が矢印で示す方向であるときには、各脚には図で示す方向の磁束が形成される。内脚16bには、主巻き線12bに流れる高周波電流により紙面に対して後方に進む磁束方向の磁束が形成され、主巻き線12cに流れる高周波電流により紙面に対して前方に進む磁束方向の磁束が形成される。内脚16bに形成される2つの磁束は方向逆であるため、主巻き線12bと主巻き線12cの巻き線数および電流値が等しい場合には、両磁束は互いに相殺される。同様に、内脚16cには、主巻き線12bに流れる高周波電流により紙面に対して前方に進む磁束方向の磁束が形成され、主巻き線12cに流れる高周波電流により紙面に対して後方に進む磁束方向の磁束が形成される。内脚16cに形成される2つの磁束は方向逆であるため、主巻き線12bと主巻き線12cの巻き線数および電流値が等しい場合には、両磁束は互いに相殺される。

0094

また、中央脚16aには、主巻き線12bに流れる高周波電流により紙面に対して後方に進む磁束方向の磁束が形成され、主巻き線12cに流れる高周波電流により紙面に対して後方に進む磁束方向の磁束が形成される。

0095

図5(c)は高周波電流で形成される磁束状態を示し、高周波電流により内脚16bおよび内脚16cに形成される磁束は互いに相殺されることを示している。

0096

・制御巻き線により形成される磁束状態:
制御巻き線基板15では、制御巻き線13aに流れる直流電流により、外脚16d、内脚16b、および中央脚16aに磁束が形成され、制御巻き線13bに流れる直流電流により、中央脚16a、内脚16c、および外脚16eに磁束が形成される。なお、図5では、制御巻き線13a,13bの直流電流が矢印で示す方向であるときには、各脚には図で示す方向の磁束が形成される。

0097

内脚16bおよび内脚16cには、制御巻き線13a、13bに流れる直流電流により紙面に対して後方に進む磁束方向の磁束が形成される。内脚16bおよび内脚16cには高周波電流により形成される交流磁束が相殺された状態にあるため、制御巻き線13a、13bには交流磁束によって電流は誘起されず、制御回路(図示していない)への高周波電流の流入や過大電圧に発生が抑制される。

0098

図5(d)は直流電流で形成される磁束状態を示し、直流電流により内脚16b,16c、および中央脚16aを含むコアの全脚部には均等な磁束密度の直流磁束が形成される。

0099

したがって、第1の形態の構成では、各配線基板を積層してプレーナ型コア11に組み込むことにより、第1主巻き線12bと第2主巻き線12cの巻き線パターンは共に中央脚16aを囲むことになる。また、内脚16bにおいて、第1主巻き線12bと第2主巻き線12cに流れる主巻き線電流が形成する磁界は逆方向となり、磁束は互いに相殺される。同様に、内脚16cにおいて、第1主巻き線12bと第2主巻き線12cに流れる主巻き線電流が形成する磁界は逆方向となり、磁束は互いに相殺される。

0100

図6はプレーナ型コアの各脚部での磁束状態を概略的に示し、図6(a)、(b)はそれぞれ第1主巻き線、第2主巻き線により形成される磁束状態を示し、図6(c)は2つの主巻き線による磁束を合わせた状態を示し、図6(d)は制御巻き線により形成される磁束状態を示し、図6(e)は2つの主巻き線および制御巻き線による磁束を合わせた状態を示している。

0101

第1主巻き線により形成される磁束は、図6(a)に示すように、外脚16dおよび内脚16bを巡る経路、および中央脚16aおよび内脚16cを巡る経路を通り、第2主巻き線により形成される磁束は、図6(b)に示すように、内脚16bおよび中央脚16aを巡る経路、および内脚16cおよび外脚16eを巡る経路を通る。内脚16b、16cにおいて2つの主巻き線により形成される交流磁束は相殺される。図6(c)中の破線の矢印は相殺状態を示している。

0102

制御巻き線により形成される直流磁束は、図6(d)に示すように、交流磁束が相殺された内脚16bおよび内脚16cを通り、中央脚16a、および外脚16d,16eには均等な磁束密度が形成される。

0103

(リアクトルの第2の形態)
リアクトルの第2の形態は、主巻き線基板の構成を除いては第1の形態とほぼ同様の構成とし、第1の形態と同様の磁束状態を奏する。図7〜9を用いて本発明のリアクトルの第2の形態を説明する。図7は本発明のリアクトルの第2の形態の概略を示している。なお、ここでは図1、および図4〜6の構成と共通する部分には同様の符号を付している。

0104

図7(a)はリアクトル10のプレーナ型コア11の概略構成を示している。プレーナ型コア11は図4(a)で示した構成と同様であり、中央脚16aと、中央脚16aの両側に配置された一対の内脚16b,16cを備え、さらに内脚16b,16cの外側に一対の外脚16d,16eを備える。隣接する脚部の間には貫通孔が形成され、この貫通孔内には第1主巻き線基板14A,第2主巻き線基板14B、および制御巻き線基板15の配線基板が配置される。

0105

図7(b)は第1主巻き線基板14A,第2主巻き線基板14B、および制御巻き線基板15の各配線基板を示し、図7(c)は第1主巻き線基板14A,第2主巻き線基板14B、および制御巻き線基板15の各配線基板に形成される巻き線パターンを示している。

0106

第1主巻き線基板14Aには、第1主巻き線12bの巻き線パターンが形成されると共に、内脚16b、16cと中央脚16aを通すための3つの開口部が形成される。巻き線パターンはこの3つの開口部を囲むように形成される。

0107

第2主巻き線基板14Bには、第1主巻き線12cの巻き線パターンが形成されると共に、中央脚16aを通すための1つの開口部が形成される。巻き線パターンはこの1つの開口部を囲むように形成される。

0108

制御巻き線基板15には、制御巻き線13a、13bの巻き線パターンが形成されと共に、内脚16bおよび内脚16cと中央脚16aを通すための3つの開口部が形成される。巻き線パターンはこの3つの開口部の内、内脚16bおよび内脚16cを通す開口部を囲むように形成される。この制御巻き線基板15の構成は第1の形態と同様である。

0109

第1主巻き線12bと第2主巻き線12cには、図示していない高周波電源から分岐された高周波電流が供給され、プレーナ型コア11の中央脚16a、内脚16b,16c、および外脚16d,16eの各脚部を通る交流磁束を形成する。一方、制御巻き線13a,13bには直流電流が供給され、プレーナ型コア11の中央脚16a、および内脚16b,16cの各脚部を含む全脚部に同じ磁束密度の直流磁束を形成する。

0110

図8は各配線基板の巻き線に流れる電流状態と、電流により誘起される磁束状態を示している。図8(a)は、リアクトル10のプレーナ型コア11の概略構成を示し、図7(a)と同様である。図8(b)は第1主巻き線基板14A,第2主巻き線基板14B、および制御巻き線基板15の電流状態および磁束状態を示している。

0111

なお、図8においても、電流方向を表す記号、および磁束方向を表す記号は第1の形態と同様の記号を用いている。

0112

・主巻き線により形成される磁束状態:
第1主巻き線基板14Aでは、主巻き線12bに流れる高周波電流により、外脚16d、内脚16b、内脚16cおよび外脚16eに磁束が形成され、第2主巻き線基板14Bでは、主巻き線12cに流れる高周波電流により、内脚16b、中央脚16a、および内脚16cに磁束が形成される。

0113

主巻き線12bの高周波電流が矢印で示す方向であるときには、各脚には図で示す方向の磁束が形成される。内脚16bには、主巻き線12bに流れる高周波電流により紙面に対して後方に進む磁束方向の磁束が形成され、主巻き線12cに流れる高周波電流により紙面に対して前方に進む磁束方向の磁束が形成される。内脚16bに形成される2つの磁束は方向逆であるため、主巻き線12bと主巻き線12cの巻き線数および電流値が等しい場合には、両磁束は互いに相殺される。同様に、内脚16cには、主巻き線12bに流れる高周波電流により紙面に対して後方に進む磁束方向の磁束が形成され、主巻き線12cに流れる高周波電流により紙面に対して前方に進む磁束方向の磁束が形成される。内脚16cに形成される2つの磁束は方向逆であるため、主巻き線12bと主巻き線12cの巻き線数および電流値が等しい場合には、両磁束は互いに相殺される。

0114

また、中央脚16aには、主巻き線12cに流れる高周波電流により紙面に対して後方に進む磁束方向の磁束が形成される。

0115

図8(c)は高周波電流で形成される磁束状態を示し、高周波電流により内脚16bおよび内脚16cに形成される磁束は互いに相殺されることを示している。

0116

・制御巻き線により形成される磁束状態:
制御巻き線基板15では、制御巻き線13aに流れる直流電流により、外脚16d、内脚16b、および中央脚16aに磁束が形成され、制御巻き線13bに流れる直流電流により、中央脚16a、内脚16c、および外脚16eに磁束が形成される。第2の形態の制御巻き線による磁束状態は第1の形態の制御巻き線による磁束状態と同様である。図8では、制御巻き線13a,13bの直流電流が矢印で示す方向であるときには、各脚には図で示す方向の磁束が形成される。

0117

内脚16bおよび内脚16cには、制御巻き線13a、13bに流れる直流電流により紙面に対して後方に進む磁束方向の磁束が形成される。内脚16bおよび内脚16cには高周波電流により形成される交流磁束が相殺された状態にあるため、制御巻き線13a、13bには交流磁束によって電流は誘起されず、制御回路(図示していない)への高周波電流の流入や過大電圧に発生が抑制される。

0118

図8(d)は直流電流で形成される磁束状態を示し、直流電流により内脚16b,16c、および中央脚16aを含む全脚部に同じ磁束密の直流磁束が形成される。

0119

したがって、第2の形態の構成では、各配線基板を積層してプレーナ型コア11に組み込むことにより、内脚16bにおいて、第1主巻き線12bと第2主巻き線12cに流れる主巻き線電流が形成する磁界は逆方向となり、磁束は互いに相殺される。同様に、内脚16cにおいて、第1主巻き線12bと第2主巻き線12cに流れる主巻き線電流が形成する磁界は逆方向となり、磁束は互いに相殺される。

0120

図9はプレーナ型コアの各脚部での磁束状態を概略的に示し、図9(a)、(b)はそれぞれ第1主巻き線、第2主巻き線により形成される磁束状態を示し、図9(c)は2つの主巻き線による磁束を合わせた状態を示し、図9(d)は制御巻き線により形成される磁束状態を示し、図9(e)は2つの主巻き線および制御巻き線による磁束を合わせた状態を示している。

0121

第1主巻き線により形成される磁束は、図9(a)に示すように、外脚16dおよび内脚16bを巡る経路、および内脚16cおよび外脚16eを巡る経路を通り、第2主巻き線により形成される磁束は、図9(b)に示すように、内脚16bおよび中央脚16aを巡る経路、および中央脚16aおよび内脚16cを巡る経路を通る。内脚16b、16cにおいて2つの主巻き線により形成される交流磁束は相殺される。図9(c)中の破線の矢印は相殺状態を示している。

0122

制御巻き線により形成される直流磁束は、図9(d)に示すように、交流磁束が相殺された内脚16bおよび内脚16cを通り、中央脚16a、および外脚16d,16eには同じ磁束密度の均等な磁束が形成される。

0123

(制御巻き線の巻き線パターン)
制御巻き線の巻き線パターンは、前記した第1の形態および第2の形態で示した構成の他に別の構成とすることができる。

0124

図10(a)は第1の形態および第2の形態の制御巻き線の巻き線パターンを示している。この巻き線パターンは、内脚16bの周囲を図面上において右回り所定回数だけ巻回した後、内脚16cの周囲を同じく図面上において右回りに所定回数巻回して形成される。

0125

図10(b)は制御巻き線の巻き線パターンについて別の構成を示している。この巻き線パターンは、内脚16bの周囲を図面上において右回りに1ターン巻回した後、内脚16cの周囲を同じく図面上において右回りに1ターン巻回し、再び内脚16bに戻って内脚16b,16cの周囲を1ターン巻回する。この両内脚を跨ぐ巻回を所定回数だけ行うことで形成される。

0126

図10(a)の巻き線パターン、および図10(b)の巻き線パターンのいずれにおいても、全脚部に対して同様の磁束が形成される。

0127

なお、上記実施の形態及び変形例における記述は、本発明に係るリアクトルの一例であり、本発明は各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形することが可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

0128

本発明のリアクトルは、インピーダンス整合装置等に適用することができる。

0129

10リアクトル
11,11a,11bプレーナ型コア
12b,12c主巻き線
13a,13b制御巻き線
14A 第1主巻き線基板
14B 第2主巻き線基板
15 制御巻き線基板
16a中央脚
16b,16c 内脚
16d,16e外脚
100可変リアクトル
101a,101b コア
102a,102b 主巻き線
103 制御巻き線
110プレーナトランス
111 プレーナ型EEコア
111a,111b E型コア
112 プレーナ型UUコア
112a,112b,112c,112d U型コア
121 プレーナ型コア
121a 中央脚
121b,121c 側部脚
122 主巻き線
123 制御巻き線
124 主巻き線基板
125 制御巻き線基板
126a,126b,126c 開口部

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