(57)【要約】【課題】一つのコアに３個のコイルを取り付け、同期して動作させる３個のリアクトルとして利用することができる複合リアクトルを提供する。【解決手段】本明細書で開示する複合リアクトル１０は、６本の磁脚２１−２６が正三角錐を形成するコア２０と、３個のコイル３１、３４、３７とを備える。第１コイル３１は、磁脚２１、２２に夫々捲回されるサブコイル３２、３３を直列に接続して構成する。第２コイル３４は、磁脚２３、２４に夫々捲回されるサブコイル３５、３６を直列に接続して構成する。第３コイル３７は、磁脚２５、２６に夫々捲回されるサブコイル３８、３９を直列に接続して構成する。これらのコイル３１、３４、３７は、夫々、他のコイルに対する幾何学的関係が同じであるため、これらを３つのリアクトルとして利用する場合、夫々の磁気特性が同じになることから、並列動作させる３つの回路に利用するのに適している。【選択図】図１
2017112214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
６本の磁脚が正三角錐を形成するように組み合わされているコアと、
前記正三角錐の前記コアの一の頂点（以下「第１頂点」という）と他の頂点（以下「第２頂点」という）を接続する第１磁脚に捲回される一の巻線部及び前記第２頂点と前記第１頂点以外の他の頂点（以下「第３頂点」という）を接続する第２磁脚に捲回される他の巻線部を直列に接続して構成する第１コイルと、
前記第１頂点と前記第３頂点を接続する第３磁脚に捲回される一の巻線部及び前記第３頂点と前記第１〜第３頂点以外の他の頂点（以下「第４頂点」という）を接続する第４磁脚に捲回される他の巻線部を直列に接続して構成する第２コイルと、
前記第１頂点と前記第４頂点を接続する第５磁脚に捲回される一の巻線部及び前記第４頂点と前記第２頂点を接続する第６磁脚に捲回される他の巻線部を直列に接続して構成する第３コイルと、を備えることを特徴とする複合リアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、複数のコイルを備えた複合リアクトルに関する。複合リアクトルとは、一つのコアに複数のコイルを取り付け、複数のリアクトルとして利用可能な磁気部品を意味する。
【背景技術】
【０００２】
リアクトルは、例えば、電気自動車やハイブリッド車などに搭載される電圧コンバータの要素部品として用いられる。一例では、メインバッテリの出力電圧が２００Ｖ前後である場合には電圧コンバータは、これを走行用モータに適した電圧（例えば、６００Ｖ程度）まで昇圧する。リアクトルは、このような電圧コンバータの昇圧チョッパ回路などのインダクタとして使用される。
【０００３】
これらの電気自動車などでは、走行用モータの駆動力を増大させるニーズが高まると、メインバッテリの蓄電容量や走行用モータの最大出力を増大させたり走行用モータの個数を増加させたりする検討がなされる場合がある。このようなメインバッテリや走行用モータの出力の増大や個数の増加は、電圧コンバータによる変換電力の増大に直結するため、それに用いられるリアクトルの大型化にも繋がり得る。リアクトルの大型化を抑制するため、例えば、リアクトルの並列化、リアクトルを含む電圧コンバータの並列化、あるいは直流電源の多重化などが考えられる。ところが、これらの実現には多数の回路部品が必要になることから、部品点数の増加や製品コストの増大を招いてしまう。
【０００４】
そこで、例えば、１つのコアに複数のコイルを備えることによって小型化が可能な磁気部品（複合リアクトル）が下記特許文献１に提案されている（特許文献１；図５参照）。特許文献１の磁気部品１００では、３本の脚部１５１、１５２、１５３を有するコア１５０に３つの巻線（コイル）１２１ａ、１２１ｂ、１２２が捲回されており、そのうち直列接続された２つの巻線１２１ａ、１２１ｂに電流が流れると互いの磁束を打ち消し、他の１つの巻線１２２に電流が流れると直列接続の２つの巻線１２１ａ、１２１ｂに夫々生じる誘起電圧を互いに打ち消し合う。また、巻線１２１ａ、１２１ｂと巻線１２２が一つのコア１５０を共用しつつ、巻線１２１ａ、１２１ｂとコア１５０で構成される第１リアクトルと、巻線１２２とコア１５０で構成される第２リアクトルを、非干渉で独立に利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１９８２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述したように、回路の並列化を図る場合、並列接続された複数の回路は、同じ動きをする。したがって、各回路に組み込まれているリアクトルも同期して動作すればよく、特許文献１のように独立している必要はない。一方、並列動作を前提にするのであれば、複数のリアクトルは同じ特性を備えていることが望ましい。本明細書は、一つのコアに３個のコイルを取り付け、同期して動作させる３個のリアクトルとして利用することができる複合リアクトルを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する複合リアクトルは、６本の磁脚が正三角錐を形成するように組み合わされているコアと、３個のコイル（第１コイル、第２コイル、第３コイル）を備える。第１コイルは、正三角錐のコアの一の頂点（以下「第１頂点」という）と他の頂点（以下「第２頂点」という）を接続する第１磁脚に捲回される一の巻線部と、第２頂点と第１頂点以外のその他の頂点（以下「第３頂点」という）を接続する第２磁脚に捲回される他の巻線部と、を直列に接続して構成する。第２コイルは、第１頂点と第３頂点を接続する第３磁脚に捲回される一の巻線部と、第３頂点と第１〜第３頂点以外のその他の頂点（以下「第４頂点」という）を接続する第４磁脚に捲回される他の巻線部と、を直列に接続して構成する。第３コイルは、第１頂点と第４頂点を接続する第５磁脚に捲回される一の巻線部と、第４頂点と第２頂点を接続する第６磁脚に捲回される他の巻線部と、を直列に接続して構成する。これら３個のコイル（第１コイル、第２コイル、第３コイル）の夫々は、他のコイルに対する幾何学的関係が同じであるため、３個のコイルの夫々をリアクトルとして利用する場合、３個のリアクトルの磁気特性が同じになる。それゆえ、並列動作に利用するのに適している。
【０００８】
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例の複合リアクトルの構成概念の例を示す説明図である。
【図２】実施例の複合リアクトルを多重電圧コンバータに使用した例を示す回路図である。
【図３】実施例の複合リアクトルの電気的及び磁気的な構成例を示す回路図である。
【図４】実施例の複合リアクトルのうち第１コイルのみに電流を流した場合に生じる磁束の例を表した説明図である。
【図５】実施例の複合リアクトルのうち第１コイル及び第２コイルに電流を流した場合に生じる磁束の例を表した説明図である。
【図６】実施例の複合リアクトルの全てのコイルに電流を流した場合に生じる磁束の例を表した説明図である。
【図７】比較例の複合リアクトルの構成例を示す断面図である。
【図８】（Ａ）は、コアのＢ−Ｈ特性の例を示す説明図であり、（Ｂ）は、電流に対するインダクタンス特性の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して実施例の複合リアクトルを説明する。まず、図１を参照して、実施例の複合リアクトル１０の構成を説明する。図１に、複合リアクトル１０の構成概念の例を表した説明図を示す。複合リアクトル１０は、６本の磁脚２１−２６が正三角錐を形成するように組み合わされているコア２０と、夫々別個のリアクトルとして機能し得る３個のコイル３１、３４、３７を備えている。この複合リアクトル１０は、一つのコア２０に複数のコイル３１、３４、３７を取り付けており、これらのコイル３１、３４、３７は、夫々独立した複数のリアクトルとして利用可能に構成されている。名称の「リアクトル」の前に「複合」を付けているのは、そのためである。
【００１１】
コア２０は、正三角錐を構成する６辺に対応した６つの磁脚２１−２６を備えている。コア２０は正四面体でもある。それゆえ、コア２０は正三角形を４面に備えている。実施例では、そのうちの１つの正三角形を３本の磁脚２１、２２、２３により構成している。また、磁脚２３を共通にする別の正三角形を磁脚２３、２４、２５により構成している。さらに、磁脚２１と磁脚２５を共通にする別の正三角形を磁脚２１、２５、２６により構成している。そして、これら３つの正三角形の各辺を共通にする正三角形を磁脚２２、２４、２６により構成している。
【００１２】
コア２０は、６つの磁脚２１−２６で正三角錐の６辺を構成するため、４つの頂点２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを備えている。そのため、磁脚２１、２２、２３により構成される正三角形は、第１頂点２０ａ、第２頂点２０ｂ及び第３頂点２０ｃを備えている。また、磁脚２３、２４、２５により構成される正三角形は、第１頂点２０ａ、第３頂点２０ｃ及び第４頂点２０ｄを備えている。さらに、磁脚２１、２５、２６により構成される正三角形は、第１頂点２０ａ、第２頂点２０ｂ及び第４頂点２０ｄを備えている。そして、磁脚２２、２４、２６により構成されて正三角錐の底面に相当する正三角形は、第２頂点２０ｂ、第３頂点２０ｃ及び第４頂点２０ｄを備えている。
【００１３】
このように構成されるコア２０には、６つのコイルが捲回されている。実施例では、６つの磁脚２１−２６に対して、夫々サブコイル３２、３３、３５、３６、３８、３９が捲回されており、２つのサブコイルでリアクトルとして機能する１つのコイルを構成する。例えば、第１コイル３１は、相互に連結されている磁脚２１、２２の夫々に捲回されるサブコイル３２、３３を直列に接続して構成する。同様に、第２コイル３４は、相互に連結されている磁脚２３、２４の夫々に捲回されるサブコイル３５、３６を直列に接続して構成する。また、第３コイル３７は、相互に連結されている磁脚２５、２６の夫々に捲回されるサブコイル３８、３９を直列に接続して構成する。
【００１４】
即ち、第１コイル３１、第２コイル３４及び第３コイル３７は、そのうちの一方のサブコイル３２、３５、３８が、図１において三角錐の高さ方向に立ち上がる３つの磁脚２１、２３、２５に夫々捲回されており、また他方のサブコイル３３、３６、３９が、三角錐の底面の正三角形を構成する３つの磁脚２２、２４、２６に夫々捲回されている。これらのサブコイル３２、３３、３５、３６、３８、３９は、例えば、平角線をその平坦面がコイルの軸線方向に向けて重なるようにエッジワイズ巻きに捲回したものである。これらのサブコイル３２、３３、３５、３６、３８、３９は、その線材や巻数など、コイル単体としての電気的及び磁気的な特性が夫々同様に設定されている。
【００１５】
なお、図１には、図示してないが、一方のサブコイル３２、３５、３８の巻き終わり端（終端）と他方のサブコイル３３、３６、３９の巻き始め端（始端）は、夫々、接続線によって電気的に接続されている。このように構成されている３個のコイル３１、３４、３７は、例えば、図２に示すような回路において、夫々別個のリアクトルとして機能する。サブコイル３２、３５、３８の始端とサブコイル３３、３６、３９の終端を電気的に接続してもよい。
【００１６】
図２に、実施例の複合リアクトル１０を多重電圧コンバータ２に使用した例を表す回路図を示す。多重電圧コンバータ２は、例えば、コンデンサ４、８とリアクトル１０と半導体モジュール５、６、７とコントローラ１５により構成されており、メインバッテリ３から入力された電圧（例えば約２００ボルト）を所定電圧（例えば約６００ボルト）に昇圧して負荷９に出力する。負荷９は、例えば、電気自動車やハイブリッド車などの走行用の三相交流モータに対し、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の交流電流を生成可能に構成されるインバータである。
【００１７】
半導体モジュール５、６、７には、夫々、直列接続されている２つのスイッチング素子５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂとこれらに逆並列に接続されている還流ダイオードが収容されている。スイッチング素子は、例えば、ＩＧＢＴや電力用ＭＯＳトランジスタあるいはＳｉＣやＧａＮなどの半導体からなるスイッチングデバイスである。これら２つのスイッチング素子５ａ、５ｂなどは３つのスイッチングアームを構成している。コントローラ１５は、半導体モジュール５、６、７に接続されており、３つのスイッチングアームを構成する、スイッチング素子５ａ、５ｂなどを交互にオンオフ制御する。
【００１８】
電圧コンバータは、基本的には、スイッチングアームを構成する２つのスイッチング素子と入力側のリアクトルとコンデンサによる昇圧チョッパ回路を構成する。例えば、図２の回路図においては、スイッチング素子５ａ、５ｂ、第１コイル３１及びコンデンサ４により昇圧チョッパ回路を構成する。多重電圧コンバータ２では、このような昇圧チョッパ回路のうち、コンデンサ４を除いた２つのスイッチング素子と１つのリアクトルを３組備えている。
【００１９】
即ち、多重電圧コンバータ２は、スイッチング素子５ａ、５ｂなどのほかに、スイッチング素子６ａ、６ｂとこれに接続される第２コイル３４、及び、スイッチング素子７ａ、７ｂとこれに接続される第３コイル３７を備えており、コンデンサ８に対してこれらを電気的に並列に接続することで、コンデンサ４を共用する３組の昇圧チョッパ回路を構成している。そして、スイッチング素子５ａ、６ａ、７ａがコントローラ１５により同じタイミングでオンオフ制御される。同様にスイッチング素子５ｂ、６ｂ、７ｂがコントローラ１５により同じタイミングでオンオフ制御される。これにより、これら３組の昇圧チョッパ回路は、同期して並列に動作する。
【００２０】
このように多重電圧コンバータ２では、同じ構成からなる３組の昇圧チョッパ回路が、同時に並列動作することにより負荷９に供給可能な電力を多重化している。そのため、第１コイル３１、第２コイル３４及び第３コイル３７は、リアクトルとして磁気特性が同じであることが望ましい。そこで、実施例の複合リアクトル１０をこのような多重電圧コンバータ２に使用することによって、ほぼ同様の磁気特性を有する、第１コイル３１、第２コイル３４及び第３コイル３７を３組の昇圧チョッパ回路において利用可能にする。また、一つの昇圧チョッパ回路で電圧コンバータを構成する場合に比べて、スイッチング素子やリアクトルに流れる電流を１／３（三分の一）に軽減することを可能にし、かつ、それらの体格が大型になることを抑制可能にする。
【００２１】
ここで、実施例の複合リアクトル１０を構成する、第１コイル３１、第２コイル３４及び第３コイル３７が、リアクトルとしてほぼ同様の磁気特性を有することについて、図３−６を参照して説明する。図３に、複合リアクトル１０の電気的及び磁気的な構成例を表した回路図を示す。また図４に、複合リアクトル１０のうち第１コイル３１のみに電流を流した場合に生じる磁束の例を表した説明図を示す。図５に、複合リアクトル１０のうち第１コイル３１及び第２コイル３４に電流を流した場合に生じる磁束の例を表した説明図を示す。さらに図６に、複合リアクトル１０の全てのコイル３１、３４、３７に電流を流した場合に生じる磁束の例を表した説明図を示す。
【００２２】
コア２０は、正三角錐（又は正四面体）形状を有する。そのため、このような立体的な形状に基づいて各磁脚２１−２６を通る磁束を説明することは容易ではない。よって、ここでは、図３に示すように、コア２０を平面形状に展開した展開図を用いて各磁脚２１−２６を通る磁束について説明する。図３において、太実線がコア２０を表し、黒丸が各第１頂点２０ａ−第４頂点２０ｄを表す。また、細破線や白丸は、立体形状時には存在する磁脚２１、２３、２５や第１頂点２０ａを仮想的に表す。さらに、黒三角は、各コイル３１、３４、３７を電流の向きを表す。
【００２３】
第１コイル３１は、既に説明したように、磁脚２１に捲回されるサブコイル３２と、磁脚２２に捲回されるサブコイル３３とにより構成されている。そのため、サブコイル３２の一端（始端）からサブコイル３３の他端（終端）に向けて電流を流すことによって、正三角形の各頂点を第１頂点２０ａ→第２頂点２０ｂ→第３頂点２０ｃ→第１頂点２０ａの向きに磁脚２１、２２、２３を通る磁束が生じる（太破線、細破線）。また、第３頂点２０ｃから第４頂点２０ｄを経由して第１頂点２０ａに戻るように磁脚２４、２５を通る磁束が生じる（細破線）。
【００２４】
第２コイル３４は、磁脚２３に捲回されるサブコイル３５と、磁脚２４に捲回されるサブコイル３６とにより構成されている。そのため、サブコイル３５の一端（始端）からサブコイル３６の他端（終端）に向けて電流を流すことによって、正三角形の各頂点を第１頂点２０ａ→第３頂点２０ｃ→第４頂点２０ｄ→第１頂点２０ａの向きに磁脚２３、２４、２５を通る磁束が生じる（太一点鎖線、細一点鎖線）。また、第４頂点２０ｄから第２頂点２０ｂを経由して第１頂点２０ａに戻るように磁脚２６、２１を通る磁束が生じる（細一点鎖線）。
【００２５】
第３コイル３７は、磁脚２５に捲回されるサブコイル３８と、磁脚２６に捲回されるサブコイル３９とにより構成されている。そのため、サブコイル３８の一端（始端）からサブコイル３９の他端（終端）に向けて電流を流すことによって、正三角形の各頂点を第１頂点２０ａ→第４頂点２０ｄ→第２頂点２０ｂ→第１頂点２０ａの向きに磁脚２５、２６、２１を通る磁束が生じる（太二点鎖線、細二点鎖線）。また、第２頂点２０ｂから第３頂点２０ｃを経由して第１頂点２０ａに戻るように磁脚２２、２３を通る磁束が生じる（細二点鎖線）。
【００２６】
換言すると、第１コイル３１は、磁脚２１のサブコイル３２が発生する磁束と磁脚２２のサブコイル３３が発生する磁束（太破線）が、磁脚２１と磁脚２２と磁脚２３によって構成される三角環状コアにおいて同じ方向を向くように捲回されている。また、第２コイル３４は、磁脚２３のサブコイル３５が発生する磁束と磁脚２４のサブコイル３６が発生する磁束（太一点鎖線）が、磁脚２３と磁脚２４と磁脚２５によって構成される三角環状コアにおいて同じ方向を向くように捲回されている。さらに、第３コイル３７は、磁脚２５のサブコイル３８が発生する磁束と磁脚２６のサブコイル３９が発生する磁束（太二点鎖線）が、磁脚２５と磁脚２６と磁脚２１によって構成される三角環状コアにおいて同じ方向を向くように捲回されている。
【００２７】
また、第１コイル３１は、それを流れる電流によって磁脚２５に発生する磁束（細破線）が、第３コイル３７を流れる電流によって磁脚２５に発生する磁束に対して逆方向を向くように捲回されている。また、第２コイル３４は、それを流れる電流によって磁脚２１に発生する磁束（細一点鎖線）が、第１コイル３１を流れる電流によって磁脚２１に発生する磁束に対して逆方向を向くように捲回されている。さらに、第３コイル３７は、それを流れる電流によって磁脚２３に発生する磁束（細二点鎖線）が、第２コイル３４を流れる電流によって磁脚２３に発生する磁束に対して逆方向を向くように捲回されている。図２を使って説明したように、第１コイル３１、第２コイル３４、第３コイル３７は、並列動作させる３つの回路に用いられているので、３つのコイルに流れる電流の相対的な向きは決まっている。具体的には、図１において第１コイル３１に図中の左から右へ電流が流れるとき、第２コイル３４、第３コイル３７でも図中の左から右へ電流が流れる。従って上記したように、一のコイルに流れる電流が発生する磁束と、他のコイルに流れる電流が発生する磁束が互いに逆方向を向くように規定できるのである。
【００２８】
これにより、磁脚２１、２３、２５では、次のような磁気干渉が生じる。磁脚２１においては、第１コイル３１の通電により生じる磁束（太破線）が、第２コイル３４の通電により逆向きに生じる磁束（細一点鎖線）によって弱められる。磁脚２３においては、第２コイル３４の通電により生じる磁束（太一点鎖線）が、第３コイル３７の通電により逆向きに生じる磁束（細二点鎖線）によって弱められる。磁脚２５においては、第３コイル３７の通電により生じる磁束（太二点鎖線）が、第１コイル３１の通電により逆向きに生じる磁束（細破線）によって弱められる。つまり、磁脚２１、２３、２５は、磁束の弱干渉部位に該当する。なお、弱干渉とは、２つの磁束が逆方向を向き、互いに弱めあうことをいう。強干渉とは、２つの磁束が同じ方向を向き、互いに強め合うことをいう。
【００２９】
さらに、第１コイル３１は、それを流れる電流によって磁脚２４に発生する磁束（細破線）が、第２コイル３４を流れる電流によって磁脚２４に発生する磁束に対して同じ方向を向くように捲回されている。また、第２コイル３４は、それを流れる電流によって磁脚２６に発生する磁束（細一点鎖線）が、第３コイル３７を流れる電流によって磁脚２６に発生する磁束に対して同じ方向を向くように捲回されている。さらに、第３コイル３７は、それを流れる電流によって磁脚２２に発生する磁束（細二点鎖線）が、第１コイル３１を流れる電流によって磁脚２２に発生する磁束に対して同じ方向を向くように捲回されている。
【００３０】
これにより、磁脚２２、２４、２６では、次のような磁気干渉が生じる。磁脚２２においては、第１コイル３１の通電により生じる磁束（太破線）が、第３コイル３７の通電により同じ向きに生じる磁束（細二点鎖線）によって強められる。磁脚２４においては、第２コイル３４の通電により生じる磁束（太一点鎖線）が、第１コイル３１の通電により同じ向きに生じる磁束（細破線）によって強められる。磁脚２６においては、第３コイル３７の通電により生じる磁束（太二点鎖線）が、第２コイル３４の通電により同じ向きに生じる磁束（細一点鎖線）によって強められる。つまり、磁脚２２、２４、２６は、磁束の強干渉部位に該当する。
【００３１】
図４−図６には、このような磁気干渉によって磁束の弱干渉部位及び強干渉部位が生じる様子を、磁束の強弱としてコンピュータシミュレーションにより視覚的に把握可能に表している。これらの図では、円錐形状をなす矢印の方向と大きさ（色の濃淡）により、磁束の方向と強弱を表現している。即ち、これらの図では、磁束が強いほど矢印が大きくなるとともに色が濃くなり、また磁束が弱いほど矢印が小さくなるとともに色が薄くなるように表現されている。なお、これらの図に表されている、太破線、細破線、太一点鎖線、細一点鎖線、太二点鎖線、及び細二点鎖線は、図３を参照して説明した磁束の向きを表現した太破線、細破線、太一点鎖線などに夫々対応する。
【００３２】
図４では、複合リアクトル１０において、第１コイル３１のみに電流を流した場合に生じる磁束の例を表している。この場合には、第１コイル３１を構成するサブコイル３２、３３だけに通電される。そのため、前述したように、正三角形の第１頂点２０ａ→第２頂点２０ｂ→第３頂点２０ｃ→第１頂点２０ａの向きに磁脚２１、２２、２３を通る磁束が生じ、また第３頂点２０ｃから第４頂点２０ｄを経由して第１頂点２０ａに戻るように磁脚２４、２５を通る磁束が生じる。この図からは、正三角形を形成する磁脚２１、２２、２３のうち、サブコイル３２、３３が捲回されている磁脚２１、２２が磁束が強く（太破線）、これらよりも弱い磁束（細破線）が両磁脚２１、２２を最短ルートで接続する磁脚２３に通っていることがわかる。また、両磁脚２１、２２を別ルートで接続する磁脚２４及び磁脚２５にも弱いながら磁束（細破線）が通っていることがわかる。
【００３３】
図５では、複合リアクトル１０において、第１コイル３１及び第２コイル３４に同じ値の電流を流した場合に生じる磁束の例を表している。この場合には、第１コイル３１を構成するサブコイル３２、３３と第２コイル３４を構成するサブコイル３５、３６に通電される。そのため、第１頂点２０ａ、第２頂点２０ｂ及び第３頂点２０ｃを頂点とする正三角形の磁脚２１−２３に加えて、正三角形の第１頂点２０ａ→第３頂点２０ｃ→第４頂点２０ｄ→第１頂点２０ａの向きに磁脚２３、２４、２５を通る磁束も生じる。また、第３頂点２０ｃから第４頂点２０ｄを経由して第１頂点２０ａに戻るように磁脚２４、２５を通る磁束が生じ、さらに第４頂点２０ｄから第２頂点２０ｂを経由して第１頂点２０ａに戻るように磁脚２６、２１を通る磁束が生じる。
【００３４】
これらの磁束のうち、サブコイル３２の通電により第１頂点２０ａから第２頂点２０ｂに向かう磁束（太破線）は、磁脚２１を通って第２頂点２０ｂから第１頂点２０ａに戻る磁束（細一点鎖線）により弱められる磁束の弱干渉を受ける。そのため、図４と図５を比較すると、磁脚２１を通る磁束は、図５に表された方が図４に表された方よりも弱くなっている（色が薄くなっている）ことがわかる。サブコイル３５の通電により第１頂点２０ａから第３頂点２０ｃに向かう磁束（太一点鎖線）は、磁脚２３を通って第３頂点２０ｃから第１頂点２０ａに戻る磁束（細破線）により弱められる磁束の弱干渉を受ける。これらに対して、サブコイル３６の通電により第３頂点２０ｃから第４頂点２０ｄに向かう磁束（太一点鎖線）は、同方向に向かう磁束（細破線）によりさらに強められる磁束の強干渉を受ける。そのため、磁脚２４を通る磁束が最も強い（色が濃い）ことが図５からわかる。なお、図５から、磁脚２５においても、第４頂点２０ｄから第１頂点２０ａに向かう磁束が強干渉を生じているように見えるが、磁脚２５に捲回されているサブコイル３８は、通電されると、これらの磁束とは逆方向に向く磁束が磁脚２５に発生する。これについては、図６に図示されている。
【００３５】
図６では、複合リアクトル１０において、全てのコイル、即ち第１コイル３１、第２コイル３４及び第３コイル３７に同じ値の電流を流した場合に生じる磁束の例を表している。この場合には、第１頂点２０ａ、第２頂点２０ｂ及び第３頂点２０ｃを頂点とする正三角形の磁脚２１、２２、２３を通る磁束（太破線、細破線）、第１頂点２０ａ、第３頂点２０ｃ及び第４頂点２０ｄを頂点とする正三角形の磁脚２３、２４、２５を通る磁束（太一点鎖線、細一点鎖線）、及び、第１頂点２０ａ、第４頂点２０ｄ及び第２頂点２０ｂを頂点とする正三角形の磁脚２５、２６、２１を通る磁束（太二点鎖線、細二点鎖線）が生じる。また、第３頂点２０ｃから磁脚２４、２５を通って第１頂点２０ａに戻る磁束（細破線）、第４頂点２０ｄから磁脚２６、２１を通って第１頂点２０ａに戻る磁束（細一点鎖線）、及び、第２頂点２０ｂから磁脚２２、２３を通って第１頂点２０ａに戻る磁束（細二点鎖線）が生じる。
【００３６】
この図６から、複合リアクトル１０において、全てのコイル３１、３４、３７に同電流値の電流を流した場合には、正三角錐の底面に相当して正三角形を構成する磁脚２２、２４、２６を通る磁束の方が、正三角錐の高さ方向に立ち上がる磁脚２１、２３、２５を通る磁束に比べて強いことがわかる。これは、磁脚２２、２４、２６を通る磁束が強干渉を受ける一方で、磁脚２１、２３、２５を通る磁束が弱干渉を受けるためである。
【００３７】
即ち、第１コイル３１の通電により磁脚２２に生じる磁束（太破線）は、第３コイル３７の通電により磁脚２２で同方向に向かう磁束（細二点鎖線）により磁束の強干渉を受ける。また、第２コイル３４の通電により磁脚２４に生じる磁束（太一点鎖線）は、第１コイル３１の通電により磁脚２４で同方向に向かう磁束（細破線）により磁束の強干渉を受ける。さらに、第３コイル３７の通電により磁脚２６に生じる磁束（太二点鎖線）は、第２コイル３４の通電により磁脚２６で同方向に向かう磁束（細一点鎖線）により磁束の強干渉を受ける。これにより、磁脚２２、２４、２６は、それらを通る各磁束が強められる磁束の強干渉部位になる。
【００３８】
これに対して、第１コイル３１の通電により磁脚２１に生じる磁束（太破線）は、第２コイル３４及び第３コイル３７の通電により磁脚２１で逆方向に向かう磁束（細一点鎖線、細二点鎖線）により磁束の弱干渉を受ける。また、第２コイル３４の通電により磁脚２３に生じる磁束（太一点鎖線）は、第１コイル３１及び第３コイル３７の通電により磁脚２１で逆方向に向かう磁束（細破線、細二点鎖線）により磁束の弱干渉を受ける。さらに、第３コイル３７の通電により磁脚２５に生じる磁束（太二点鎖線）は、第１コイル３１及び第２コイル３４の通電により磁脚２５で逆方向に向かう磁束（細破線、細一点鎖線）により磁束の弱干渉を受ける。これにより、磁脚２１、２３、２５は、それらを通る各磁束が弱められる磁束の弱干渉部位になる。
【００３９】
このように複合リアクトル１０は、磁束の弱干渉部位と強干渉部位の双方を備えるとともに、各コイル３１、３４、３７に同電流値を通電した場合には、第１コイル３１、第２コイル３４及び第３コイル３７が、リアクトルとしてほぼ同様の磁気特性を有することが図６からわかる。各コイル３１、３４、３７に同じ電流値の電流を流す典型的な構成例は、各コイル３１、３４、３７（サブコイル３２、３５、３７）の一端（始端）を電気的に接続することである。
【００４０】
ところで、［背景技術］の欄で述べた特許文献１（特開２０１３−１９８２４６号公報）の図５に開示されている磁気部品１００では、３つの巻線１２１ａ、１２１ｂ、１２２のうち、２つの巻線１２１ａ、１２１ｂは互いに直列に接続されている。しかし、このように直列接続することなく、これら３つの巻線１２１ａ、１２１ｂ、１２２をいずれも独立して機能するコイルとして磁気部品（比較例の複合リアクトル）を構成した場合には、一部の巻線において良好なインダクタンス特性が得られ難い。図７に、比較例の複合リアクトルの構成例を表した断面図を示す。
【００４１】
即ち、コア１５０の３本の脚部１５１、１５２、１５３に捲回される３つの巻線１２１ａ、１２１ｂ、１２２に対して、例えば、図７に示す方向に電流を流す（×印は紙面表から裏に向かう電流方向を表し、黒丸印は紙面裏から表に向かう電流方向を表す）。すると、脚部１５１、１５２、１５３には、夫々磁束が矢印方向に通る。そのため、巻線１２１ａは、隣接する巻線１２２に対しては同方向に干渉して磁束を強め合う強干渉を生じさせる一方で、巻線１２２を介して隣接する巻線１２１ｂに対しては反対方向に干渉して磁束を弱め合う弱干渉を生じさせる。同様に、巻線１２１ｂは、隣接する巻線１２２に対しては磁束を強め合う強干渉を生じさせる一方で、巻線１２２を介して隣接する巻線１２１ａに対しては磁束を弱め合う弱干渉を生じさせる。巻線１２１ａ、１２１ｂに対して、中央の脚部１５２に捲回される巻線１２２は、隣接する巻線１２１ａ及び巻線１２１ｂの両方に対して磁束を強め合う強干渉を生じさせる。つまり、巻線１２２は、隣接する巻線１２１ａ、１２１ｂに対し磁束の強干渉だけを生じさせて磁束の弱干渉は生じさせない。
【００４２】
このようにＥＩコアやＥＥコアと称される３本の脚部を有するコアにおいては、隣接する他の巻線に対して、磁束の強干渉だけが生じたり弱干渉だけが生じたりする巻線は、夫々の巻線に流す電流の向きを様々に組み合わせても必ず存在する。そのため、磁束の強干渉又は弱干渉だけが生じる巻線においては、図８（Ａ）に示すＢ−Ｈ特性により表される飽和磁束領域（破線楕円内）におけるインダクタンス制御をこのような磁束の弱干渉と強干渉の組み合わせにより行い得る構成を採ることができない。図８（Ａ）に、コアのＢ−Ｈ特性の例を表した説明図を示し、図８（Ｂ）に、電流に対するインダクタンス特性の例を表した説明図を示す。
【００４３】
例えば、図８（Ｂ）に示す電流−インダクタンス特性において実線部分のカーブで表すように、巻線に流れる電流が増加してもインダクタンス値を減少させ難くするインダクタンス制御は、磁束の強干渉又は弱干渉だけが生じる巻線では行うことができない。そのため、このような巻線においては、電流が増加するに従ってインダクタンス値が低下してしまうことから（図８（Ｂ）に示す破線カーブ）、高電流域では良好なインダクタンス特性が得られ難い。即ち、リアクトルのインダクタンスＬは、理想的には磁束Φと電流Ｉの変化量に依存する（Ｌ＝ｄΦ／ｄＩ）が、コアを構成する磁性体材料の磁気的な特性から、図８（Ａ）に表したＢ−Ｈ特性を有することが一般的に知られており、同図の破線楕円内においては磁束の変化量が飽和する。つまり、高電流領域（磁場Ｈ：大）において磁束密度Ｂの増加が頭打ちになる。
【００４４】
これに対して、実施例の複合リアクトル１０では、上記のように磁気干渉が生じるように構成している。干渉部位において磁束の変化量が複数の磁束の足し算になる。そのため、複合リアクトル１０では、磁束の弱干渉部位と強干渉部位の双方を備えることによって低電流域及び高電流域の両域において安定したインダクタンスを得ることが可能になる。
【００４５】
即ち、低電流域（磁場Ｈ：小）においては、電流増加に従ってインダクタンス値も増大するとともに（図８（Ａ）参照）、強干渉部位で磁束の変化量を大きくすることができる。そのため、低電流域において比較的に大きなインダクタンス値を確保することが可能になる。一方、高電流域（磁場Ｈ：大）においては、強干渉部位では磁束飽和を生じるものの、弱干渉部位では互いの磁束が弱め合う。そのため、高電流域では、磁束の飽和が抑えられることから、図８（Ｂ）に示すように、磁気干渉がない場合（破線カーブ）に比べて、大きいインダクタンス値を得ることが可能になる（実線カーブ）。これにより、ＥＩコアなど３本の脚部を有するコアに捲回されるリアクトルにおいては、実現が困難であった、通電電流の低電流域及び高電流域の両域で安定した良好なインダクタンス特性を、実施例の複合リアクトル１０では得ることを可能にしている。
【００４６】
このように実施例の複合リアクトル１０では、６本の磁脚２１−２６が正三角錐を形成するように組み合わされているコア２０と、３個のコイル（第１コイル３１、第２コイル３４、第３コイル３７）を備える。この正三角錐は、第１頂点２０ａ、第２頂点２０ｂ、第３頂点２０ｃ及び第４頂点２０ｄを有する。第１コイル３１は、第１頂点２０ａと第２頂点２０ｂを接続する磁脚２１に捲回されるサブコイル３２と、第２頂点２０ｂと第３頂点２０ｃを接続する磁脚２２に捲回されるサブコイル３３と、を直列に接続して構成する。第２コイル３４は、第１頂点２０ａと第３頂点２０ｃを接続する磁脚２３に捲回されるサブコイル３５と、第２頂点２０ｂと第４頂点２０ｄを接続する磁脚２４に捲回されるサブコイル３６と、を直列に接続して構成する。第３コイル３７は、第１頂点２０ａと第４頂点２０ｄを接続する磁脚２５に捲回されるサブコイル３８と、第４頂点２０ｄと第２頂点２０ｂを接続する磁脚２６に捲回されるサブコイル３９と、を直列に接続して構成する。これら第１コイル３１、第２コイル３４、第３コイル３７の夫々は、他のコイルに対する幾何学的関係が同じであるため、これら３個のコイル３１、３４、３７の夫々をリアクトルとして利用する場合、３個のリアクトルの磁気特性が同じになることから、例えば、並列動作に利用するのに適している。
【００４７】
このような複合リアクトル１０において、第１コイル３１、第２コイル３４及び第３コイル３７の夫々に同じ方向に電流を流した場合には、磁脚２１を通る磁束のうち、第２コイル３４及び第３コイル３７により形成される磁束は、第１コイル３１により形成される磁束に対して逆方向を向き、磁脚２３を通る磁束のうち、第１コイル３１及び第３コイル３７により形成される磁束は、第２コイル３４により形成される磁束に対して逆方向を向き、磁脚２５を通る磁束のうち、第１コイル３１及び第２コイル３４により形成される磁束は、第３コイル３７により形成される磁束に対して逆方向を向く。また、磁脚２２、磁脚２４及び磁脚２６を通る磁束は、夫々同方向に向く。これにより、第１コイル３１、第２コイル３４及び第３コイル３７は、それらの磁路において、いずれも磁束を弱め合う弱干渉部位と磁束を強め合う強干渉部位の両方を有する。そのため、弱干渉部位だけや強干渉部位だけを有するコイルに比べて、低電流域及び高電流域のいずれにおいてインダクタンス値の低下が抑制される。したがって、小型であっても、低電流域及び高電流域のいずれについても良好なインダクタンス特性が得られるので、複合リアクトル１０の体格の大型化が抑制される。
【００４８】
なお、上記の実施例では、複合リアクトル１０に含まれる、第１コイル３１、第２コイル３４及び第３コイル３７の一端（サブコイル３２、３５、３８の始端）を電気的に接続して（束ねて）使用する構成を例示したが、各コイル３１、３４、３７の両端を束ねることなく、第１コイル３１、第２コイル３４及び第３コイル３７を夫々別回路の磁気部品として使用してもよい。また、第１コイル３１、第２コイル３４及び第３コイル３７の他端（サブコイル３３、３６、３９の終端）を電気的に接続してもよい。これら各コイル３１、３４、３７の両端を電気的に接続して３つのリアクトルを並列に接続してもよい。
【００４９】
実施例の複合リアクトル１０は、技術的思想の創作として、次の［１］−［３］のように把握することが可能である。
［１］６本の磁脚が正三角錐を形成するように組み合わされているコアと、
正三角錐のコアの第１頂点と第２頂点を接続する第１磁脚に捲回される一の巻線部、及び、第２頂点と第３頂点を接続する第２磁脚に捲回される他の巻線部、を直列に接続して構成する第１コイルと、
正三角錐のコアの第１頂点と第３頂点を接続する第３磁脚に捲回される一の巻線部、及び、第３頂点と第４頂点を接続する第４磁脚に捲回される他の巻線部、を直列に接続して構成する第２コイルと、
正三角錐のコアの第１頂点と第４頂点を接続する第５磁脚に捲回される一の巻線部、及び、第４頂点と第２頂点を接続する第６磁脚に捲回される他の巻線部、を直列に接続して構成する第３コイルと、を備えることを特徴とする複合リアクトル。
【００５０】
［２］上記［１］の複合リアクトルにおいて、
第１コイルは、第１磁脚の一の巻線部が発生する磁束と第２磁脚の他の巻線部が発生する磁束が、第１磁脚と第２磁脚と第３磁脚によって構成される環状コアにおいて同じ方向を向くように捲回されており、
第２コイルは、第３磁脚の一の巻線部が発生する磁束と第４磁脚の他の巻線部が発生する磁束が、第３磁脚と第４磁脚と第５磁脚によって構成される環状コアにおいて同じ方向を向くように捲回されており、
第３コイルは、第５磁脚の一の巻線部が発生する磁束と第６磁脚の他の巻線部が発生する磁束が、第１磁脚と第５磁脚と第６磁脚によって構成される環状コアにおいて同じ方向を向くように捲回されている、ことを特徴とする複合リアクトル。
【００５１】
［３］上記［２］の複合リアクトルにおいて、
第１コイルの一端と第２コイルの一端と第３コイルの一端が接続されており、
第１、第２、第３コイルは、接続されている一端から各コイルへ電流が流れたときに、
第１コイルを流れる電流によって第５磁脚に発生する磁束の方向が、第３コイルを流れる電流によって第５磁脚に発生する磁束の方向の逆を向き、
第２コイルを流れる電流によって第１磁脚に発生する磁束の方向が、第１コイルを流れる電流によって第１磁脚に発生する磁束の方向の逆を向き、
第３コイルを流れる電流によって第３磁脚に発生する磁束の方向が、第２コイルを流れる電流によって第３磁脚に発生する磁束の方向の逆を向くように、
捲回されている、ことを特徴とする複合リアクトル。
【００５２】
また、実施例の複合リアクトル１０を使用した多重電圧コンバータ２の回路は、技術的思想の創作として、次の［４］のように把握することが可能である。
［４］同じ回路構成を有する３個の回路が並列に接続されており、各回路がリアクトルを含んでいる並列回路であり、
上記［１］から［３］のいずれか一つの複合リアクトルの第１、第２、第３コイルが夫々、第１、第２、第３回路のリアクトルとして組み込まれており、これら３個の回路において、第１、第２、第３コイルの夫々に同じ方向に電流が流れたときに、
第１、第２、第３コイルは、
第１コイルを流れる電流によって第５磁脚に発生する磁束の方向が、第３コイルを流れる電流によって第５磁脚に発生する磁束の方向の逆を向き、
第２コイルを流れる電流によって第１磁脚に発生する磁束の方向が、第１コイルを流れる電流によって第１磁脚に発生する磁束の方向の逆を向き、
第３コイルを流れる電流によって第３磁脚に発生する磁束の方向が、第２コイルを流れる電流によって第３磁脚に発生する磁束の方向の逆を向くように、
捲回されている、ことを特徴とする並列回路。
【００５３】
実施例技術に関する留意点を述べる。磁脚２１が第１脚部の一例に相当し、磁脚２２が第２脚部の一例に相当し、磁脚２３が第３脚部の一例に相当する。また、磁脚２４が第４脚部の一例に相当し、磁脚２５が第５脚部の一例に相当し、磁脚２６が第６脚部の一例に相当する。サブコイル３２が第１コイルの一の巻線部の一例に相当し、サブコイル３３が第１コイルの他の巻線部の一例に相当する。サブコイル３５が第２コイルの一の巻線部の一例に相当し、サブコイル３６が第２コイルの他の巻線部の一例に相当する。サブコイル３８が第３コイルの一の巻線部の一例に相当し、サブコイル３９が第３コイルの他の巻線部の一例に相当する。多重電圧コンバータ２の３組の昇圧チョッパ回路が並列回路の一例に相当する。
【００５４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５５】
２：多重電圧コンバータ
３：メインバッテリ
４、８：コンデンサ
５、６、７：半導体モジュール
５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ：スイッチング素子
９：負荷
１０：複合リアクトル
１５：コントローラ
２０：コア
２０ａ：第１頂点
２０ｂ：第２頂点
２０ｃ：第３頂点
２０ｄ：第４頂点
２１−２６：磁脚
３１：第１コイル
３４：第２コイル
３７：第３コイル
３２、３３、３５、３６、３８、３９：サブコイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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