(57)【要約】【課題】車両搭載用の昇圧コンバータに用いられる昇圧インダクタのコアの総体積を低減することを目的とする。【解決手段】複数の昇圧コイルを備える車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいて、各昇圧コイルに対応して設けられ、対応する昇圧コイルが巻かれる環状の自己インダクタンスコアと、複数の昇圧コイルから２つを選択する組み合わせに対応して設けられ、組をなす２つの昇圧コイルが巻かれ、組をなす当該２つの昇圧コイルに対応する各自己インダクタンスコアを含む環状の相互インダクタンスコアと、を備え、自己インダクタンスコアおよび相互インダクタンスコアは、それぞれの周回方向線を切断するギャップを有することを特徴とする。【選択図】図２
2010252539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の昇圧コイルと、
各昇圧コイルに流れる電流のスイッチングにより各昇圧コイルに誘導起電力を発生させるスイッチング回路と、を備え、
各昇圧コイルに発生した誘導起電力に基づく出力電圧を車両駆動回路に印加する、車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいて、
各昇圧コイルに対応して設けられ、対応する昇圧コイルが巻かれる環状の自己インダクタンスコアと、
前記複数の昇圧コイルから２つを選択する組み合わせに対応して設けられ、組をなす２つの昇圧コイルが巻かれ、組をなす当該２つの昇圧コイルに対応する各自己インダクタンスコアの一部を含む環状の相互インダクタンスコアと、
を備えることを特徴とする車両搭載用マルチフェーズコンバータ。
【請求項２】
請求項１に記載の車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいて、
前記自己インダクタンスコアおよび前記相互インダクタンスコアは、
それぞれの周回方向線を切断するギャップを有することを特徴とする車両搭載用マルチフェーズコンバータ。
【請求項３】
複数の昇圧コイルと、
各昇圧コイルに流れる電流のスイッチングにより各昇圧コイルに誘導起電力を発生させるスイッチング回路と、を備え、
各昇圧コイルに発生した誘導起電力に基づく出力電圧を車両駆動回路に印加する、車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいて、
環状コアと、
前記昇圧コイルに対応して設けられ、一端が前記環状コアに接続され、前記環状コアの中心方向に延伸するコイル巻き柱コアと、
各コイル巻き柱コアに対応して設けられ、一端が対応するコイル巻き柱コアの他端に接続され、前記環状コアの周方向に垂直な方向に延伸し、他端が前記環状コアに接続される補助柱コアと、
を備えることを特徴とする車両搭載用マルチフェーズコンバータ。
【請求項４】
請求項３に記載の車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいて、
前記コイル巻き柱コアおよび当該コイル巻き柱コアに対応する前記補助柱コアは、対応する昇圧コイルが巻かれる環状の自己インダクタンスコアを前記環状コアと共に形成し、
一つの自己インダクタンスコアを形成するコイル巻き柱コアおよび補助柱コアの接続部と、他の自己インダクタンスコアを形成するコイル巻き柱コアおよび補助柱コアの接続部との間にはギャップが設けられ、
各コイル巻き柱コアは、
延伸方向線を切断するギャップを有することを特徴とする車両搭載用マルチフェーズコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに磁気結合する複数の昇圧コイルを備え、各昇圧コイルの誘導起電力に応じた電圧を出力する車両搭載用マルチフェーズコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータの駆動力によって走行するハイブリッド自動車、電気自動車等が広く用いられている。このようなモータ駆動車両は、電池電圧を昇圧し、昇圧した電圧をモータ駆動回路に出力する昇圧コンバータを備える。
【０００３】
昇圧コンバータは、昇圧インダクタ、昇圧インダクタに流れる電流をスイッチングするスイッチング回路等を備える。昇圧インダクタは電流のスイッチングにより誘導起電力を発生する。昇圧コンバータは、入力電圧に誘導起電力を加えた昇圧電圧をモータ駆動回路に出力する。これによって、昇圧コンバータは、電池電圧より大きい電圧をモータ駆動回路に出力することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６５３８４号公報
【特許文献２】特開２００８−２２５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
昇圧コンバータの昇圧インダクタは、車両のエンジンコンパートメントに配置されることが多い。昇圧インダクタは、コアと、コアに巻き付けられる昇圧コイルとを備える。コアの体積が大きい場合、エンジンコンパートメントの容積を大きくする必要が生じ、車室を狭くせざるを得ない場合がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、車両搭載用の昇圧コンバータに用いられる昇圧インダクタのコアの総体積を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の昇圧コイルと、各昇圧コイルに流れる電流のスイッチングにより各昇圧コイルに誘導起電力を発生させるスイッチング回路と、を備え、各昇圧コイルに発生した誘導起電力に基づく出力電圧を車両駆動回路に印加する、車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいて、各昇圧コイルに対応して設けられ、対応する昇圧コイルが巻かれる環状の自己インダクタンスコアと、前記複数の昇圧コイルから２つを選択する組み合わせに対応して設けられ、組をなす２つの昇圧コイルが巻かれ、組をなす当該２つの昇圧コイルに対応する各自己インダクタンスコアの一部を含む環状の相互インダクタンスコアと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいては、前記自己インダクタンスコアおよび前記相互インダクタンスコアは、それぞれの周回方向線を切断するギャップを有することが好適である。
【０００９】
また、本発明は、複数の昇圧コイルと、各昇圧コイルに流れる電流のスイッチングにより各昇圧コイルに誘導起電力を発生させるスイッチング回路と、を備え、各昇圧コイルに発生した誘導起電力に基づく出力電圧を車両駆動回路に印加する、車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいて、環状コアと、前記昇圧コイルに対応して設けられ、一端が前記環状コアに接続され、前記環状コアの中心方向に延伸するコイル巻き柱コアと、各コイル巻き柱コアに対応して設けられ、一端が対応するコイル巻き柱コアの他端に接続され、前記環状コアの周方向に垂直な方向に延伸し、他端が前記環状コアに接続される補助柱コアと、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいては、前記コイル巻き柱コアおよび当該コイル巻き柱コアに対応する前記補助柱コアは、対応する昇圧コイルが巻かれる環状の自己インダクタンスコアを前記環状コアと共に形成し、一つの自己インダクタンスコアを形成するコイル巻き柱コアおよび補助柱コアの接続部と、他の自己インダクタンスコアを形成するコイル巻き柱コアおよび補助柱コアの接続部との間にはギャップが設けられ、各コイル巻き柱コアは、延伸方向線を切断するギャップを有することが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、車両搭載用の昇圧コンバータに用いられる昇圧インダクタのコアの総体積を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る２相マルチフェーズコンバータの構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４に対する磁気等価回路を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る３相マルチフェーズコンバータの構成を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る昇圧インダクタブロックの構成を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る昇圧インダクタブロックに対する磁気等価回路を示す図である。
【図７】変形例に係る昇圧インダクタブロックの構成を示す図である。
【図８】結合ハブコアを取り除いた場合の昇圧インダクタブロックの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に本発明の第１の実施形態に係る２相マルチフェーズコンバータの構成を示す。２相マルチフェーズコンバータは、互いに磁気結合する２つの昇圧インダクタを備え、各昇圧インダクタに流れる電流を異なるタイミングでスイッチング制御するものである。出力端子からは各昇圧インダクタの誘導起電力に応じた電圧が出力される。
【００１４】
２相マルチフェーズコンバータの構成について説明する。上スイッチ１６−１の一端は下スイッチ１８−１の一端に接続される。下スイッチ１８−１の他端は電池１０の負極端子に接続され、上スイッチ１６−１の他端と下スイッチ１８−１の他端との間には、コンデンサ２０が接続される。第１昇圧インダクタ１２の一端は電池１０の正極端子に接続され、他端は上スイッチ１６−１および下スイッチ１８−１の接続点に接続される。
【００１５】
同様に、上スイッチ１６−２の一端は下スイッチ１８−２の一端に接続される。下スイッチ１８−２の他端は電池１０の負極端子に接続され、上スイッチ１６−２の他端と下スイッチ１８−２の他端との間には、コンデンサ２０が接続される。第２昇圧インダクタ１４の一端は電池１０の正極端子に接続され、他端は上スイッチ１６−２および下スイッチ１８−２の接続点に接続される。
【００１６】
コンデンサ２０の一端は出力端子２２に接続され、他端は出力端子２４に接続される。出力端子２２および２４には、車両駆動用モータジェネレータを駆動する車両駆動回路２６が接続される。
【００１７】
第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４は、電池１０から各昇圧インダクタに電流が流れた場合または各昇圧インダクタから電池１０に電流が流れた場合に、一方で発生した磁束が他方における磁束を減少させるよう負に磁気結合する。第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４は、それぞれ、結合部ａＬおよび単独部（１−ａ）Ｌを直列接続したインダクタによって表される。ここで、ａは結合率であり０以上１以下の値をとる。結合率ａは、第１昇圧インダクタ１２の誘導起電力が、第２昇圧インダクタ１４の端子間電圧に寄与する割合、および、第２昇圧インダクタ１４の誘導起電力が、第１昇圧インダクタ１２の端子間電圧に寄与する割合を示す。すなわち、Ｌは各昇圧インダクタの自己インダクタンスを示し、結合部ａＬは、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の相互インダクタンスを示す。図１において結合部ａＬの傍らに付した点は、一方の結合部ａＬにおいて、点が付されている側の端子を正とする誘導起電力が発生したときに、他方の結合部ａＬに点が付されている側の端子を正とする誘導起電力が発生することを意味する。
【００１８】
なお、図１の回路は等価回路による表現であり、実際の第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４は、コイル導線のあらゆる部分で分布的に磁気結合する構成とすることができる。
【００１９】
２相マルチフェーズコンバータの動作について説明する。コントロールユニット２８は、各スイッチのオンオフ制御を行う。下スイッチ１８−１をオンとすることにより、第１昇圧インダクタ１２には電池１０の正極から電流が流れ、続いて下スイッチ１８−１をオフとすることにより、第１昇圧インダクタ１２には電流変化に基づく誘導起電力が発生する。そして、上スイッチ１６−１をオンとすることにより、電池電圧Ｖｂに第１昇圧インダクタ１２の誘導起電力が加えられた電圧がコンデンサ２０に印加される。
【００２０】
また、下スイッチ１８−２をオンとすることにより、第２昇圧インダクタ１４には電池１０の正極から電流が流れ、続いて下スイッチ１８−２をオフとすることにより、第２昇圧インダクタ１４には電流変化に基づく誘導起電力が発生する。そして、上スイッチ１６−２をオンとすることにより、電池電圧Ｖｂに第２昇圧インダクタ１４の誘導起電力が加えられた電圧がコンデンサ２０に印加される。
【００２１】
第１昇圧インダクタ１２に生じた誘導起電力は、結合率ａに応じて第２昇圧インダクタ１４に電圧を誘起し、第２昇圧インダクタ１４に生じた誘導起電力は、結合率ａに応じて第１昇圧インダクタ１２に電圧を誘起する。
【００２２】
このような構成によれば、コントロールユニット２８による各スイッチの制御によって、電池電圧Ｖｂより大きい電圧Ｖｈでコンデンサ２０を充電し、電池電圧Ｖｂより大きい電圧Ｖｈを出力端子２２および２４から車両駆動回路２６に出力することができる。また、車両駆動回路２６に出力する電圧Ｖｈは、各スイッチの制御タイミングを変化させることで調整することができる。
【００２３】
したがって、車両の走行制御に応じて２相マルチフェーズコンバータの出力電力を調整し、車両駆動回路２６に与える電圧を調整することができる。車両駆動回路２６は、２相マルチフェーズコンバータから出力された電圧に基づいてモータジェネレータに加速トルクを発生させて車両を加速し、または、モータジェネレータに制動トルクを発生させて車両を減速する。
【００２４】
次に、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の構成について図２を参照して説明する。各昇圧インダクタは、コアと、コアに巻き付けられた昇圧コイルによって構成される。コアには、ダストコア、フェライト、アモルファス等の材料を用いることが好適である。
【００２５】
第１昇圧インダクタ１２の単独部（１−ａ）Ｌは、第１リング形状コア３０、および第１リング形状コア３０に巻き付けられた第１昇圧コイル３２によって構成される。図２の例では、第１リング形状コア３０は、４つの直線状コア３０−１〜３０−４によって四角形状に形成される。直線状コア３０−４と直線状コア３０−１との間には自己インダクタンス調整ギャップ３４が設けられる。第１リング形状コア３０のリング形状は、四角形状に限られず、円環形状、多角形状等、一般的なリング形状とすることができる。また、第１リング形状コア３０の周回方向に垂直な断面は、円形、四角形等、任意の形状とすることができる。直線状コア３０−１には、第１リング形状コア３０の内側をくぐるよう第１昇圧コイル３２が巻き付けられる。
【００２６】
第２昇圧インダクタ１４の単独部（１−ａ）Ｌは、第２リング形状コア３６、および第２リング形状コア３６に巻き付けられた第２昇圧コイル３８によって構成される。図２の例では、第２リング形状コア３６は、４つの直線状コア３６−１〜３６−４によって四角形状に形成される。直線状コア３６−４と直線状コア３６−１との間には自己インダクタンス調整ギャップ４０が設けられる。第２リング形状コア３６のリング形状は、四角形状に限られず、円環形状、多角形状等、一般的なリング形状とすることができる。また、第２リング形状コア３６の周回方向に垂直な断面は、円形、四角形等任意の形状とすることができる。直線状コア３６−３には、第２リング形状コア３６の内側をくぐるよう第２昇圧コイル３８が巻き付けられる。
【００２７】
第１リング形状コア３０および第２リング形状コア３６は、直線状コア３０−１および直線状コア３６−３が同一直線上に配置され、直線状コア３０−３および直線状コア３６−１が同一直線上に配置されるよう配置される。
【００２８】
直線状コア３０−１は、直線状コア３０−４との間で自己インダクタンス調整ギャップ３４が形成される部分から更に第２リング形状コア３６の方向に向かって延びた結合用突起部３０−５を有する。直線状コア３０−３は、直線状コア３０−４と接する部分から更に第２リング形状コア３６の方向に向かって延びた結合用突起部３０−６を有する。
【００２９】
直線状コア３６−１は、直線状コア３６−４との間で自己インダクタンス調整ギャップ４０が形成される部分から更に第１リング形状コア３０の方向に向かって延びた結合用突起部３６−５を有する。直線状コア３６−３は、直線状コア３６−４と接する部分から更に第１リング形状コア３０の方向に向かって延びた結合用突起部３６−６を有する。
【００３０】
結合用突起部３０−５の終端面および結合用突起部３６−６の終端面は互いに向き合い、結合調整ギャップ４２を形成する。また、結合用突起部３０−６の終端面および結合用突起部３６−５の終端面は互いに向き合い、結合調整ギャップ４４を形成する。
【００３１】
第１リング形状コア３０および第２リング形状コア３６は、それぞれの周回方向に沿った磁気経路を形成する。また、第１リング形状コア３０および第２リング形状コア３６が、結合調整ギャップ４２および４４によって磁気的に結合することにより、直線状コア３０−１，３０−２，３０−３，３６−１，３６−２，および３６−３に沿った磁気経路が形成される。
【００３２】
これによって、第１昇圧コイル３２は、電流が流れることによって、第１リング形状コア３０の周回方向に沿って閉じる自己鎖交磁束の他、直線状コア３０−１，３０−２，３０−３，３６−１，３６−２，および３６−３によって形成される経路に沿って閉じ、第２昇圧コイル３８と鎖交する結合磁束を発生する。
【００３３】
同様に、第２昇圧コイル３８は、電流が流れることによって、第２リング形状コア３６の周回方向に沿って閉じる自己鎖交磁束の他、直線状コア３６−３，３６−２，３６−１，３０−３，３０−２，および３０−１によって形成される経路に沿って閉じ、第１昇圧コイル３２と鎖交する結合磁束を発生する。
【００３４】
第１昇圧コイル３２および第２昇圧コイル３８が、それぞれ、他方のコイルと鎖交する結合磁束を発生することにより、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の結合部ａＬを構成することができる。
【００３５】
第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の自己インダクタンスＬは、自己インダクタンス調整ギャップ３４および４０のギャップ空間体積（磁気経路方向の長さ、幅等）を変化させることで調整することができる。また、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の相互インダクタンスａＬは、結合調整ギャップ４２および４４のギャップ空間体積を変化させることで調整することができる。
【００３６】
第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４を磁気等価回路によって表すと図３のようになる。起磁力発生源ＦＬ１およびＦＬ２には、それぞれ、磁気抵抗Ｒｍ１−１およびＲｍ１−２が並列接続される。起磁力発生源ＦＬ１の正極端子と起磁力発生源ＦＬ２の正極端子との間には、磁気抵抗Ｒｍ２−１が接続される。起磁力発生源ＦＬ１の負極端子と起磁力発生源ＦＬ２の負極端子との間には、磁気抵抗Ｒｍ２−２が接続される。
【００３７】
起磁力発生源ＦＬ１およびＦＬ２は、それぞれ、第１昇圧コイル３２および第２昇圧コイル３８に対応する。磁気抵抗Ｒｍ１−１およびＲｍ１−２は、それぞれ、自己インダクタンス調整ギャップ３４および４０に対応する。また、磁気抵抗Ｒｍ２−１およびＲｍ２−２は、それぞれ結合調整ギャップ４４および４２に対応する。各起磁力は、昇圧コイルの巻回数および電流値によって定まり、各磁気抵抗の大きさは、ギャップ部分の透磁率、ギャップの大きさ等によって定まる。磁気等価回路を用いることで、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の設計を容易に行うことができる。
【００３８】
一般に、コアとそれに巻き付けたコイルとから構成される昇圧インダクタでは、電流がある飽和閾値に達するとインダクタンス値が電流に対して変化する磁気飽和が生じる。コアの体積と飽和閾値との間には、コアの体積が大きい程、飽和閾値が大きくなるという関係がある。したがって、飽和閾値を小さくすることができればコアの体積を小さくし昇圧インダクタの体積を小さくすることができる。しかし、飽和閾値を小さくするためには、昇圧性能を損ねることなく昇圧インダクタに流れる電流を低減する必要が生じる。
【００３９】
ここで、昇圧インダクタに流れる電流は直流成分とリップル成分とを含む。このうち、リップル成分が、昇圧インダクタにおける誘導起電力の発生、すなわち、昇圧動作に寄与する。したがって、昇圧インダクタに流れる電流の直流成分を低減すれば、２相マルチフェーズコンバータにおける昇圧性能を損ねることなく、昇圧インダクタに流れる電流を低減することができる。
【００４０】
そこで、本実施形態に係る２相マルチフェーズコンバータでは、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４を負に磁気結合させることにより、各昇圧インダクタに流れる電流の直流成分を低減する。昇圧インダクタに流れる電流の直流成分を小さくすることにより、昇圧性能を損ねることなく、昇圧インダクタに流れる電流の大きさを低減することができる。これによって、飽和閾値を小さくすることができ、コアの体積を低減することができる。
【００４１】
従来の２相マルチフェーズコンバータでは、単独部（１−ａ）Ｌに対するコアと、結合部ａＬに対するコアとを互いに結合させることなく別個に設け、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４を構成していた。これによって、第１昇圧インダクタ１２の単独部に対するコア、第２昇圧インダクタ１４の単独部に対するコア、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の結合部に対するコアの合計３つのコアが必要とされ、コアの総体積が大きいものとなっていた。
【００４２】
本実施形態に係る２相マルチフェーズコンバータでは、第１リング形状コア３０と、第２リング形状コア３６とを磁気結合させることによって結合磁束の経路を形成する。これによって、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の自己鎖交磁束の経路と、結合磁束の経路とを共通化することができる。したがって、第１昇圧インダクタ１２の結合部および第２昇圧インダクタ１４の各結合部に対するコアを別途設ける必要がなく、２相マルチフェーズコンバータに含まれるコアの体積を低減することができる。
【００４３】
例えば、ａ＝０．２とした場合、結合部ａＬと単独部（１−ａ）Ｌとの、巻線比で定まる体積比はａ／（１−ａ）の平方根より０．５である。したがって、２つの結合部ａＬと２つの単独部（１−ａ）Ｌとから構成される従来構成に比して、２つの結合部ａＬの体積が削減された本実施形態では、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の総体積をおよそ３分の２とすることができる。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４に第２の実施形態に係る３相マルチフェーズコンバータの構成を示す。３相マルチフェーズコンバータは、互いに磁気結合する３つの昇圧インダクタを備え、各昇圧インダクタに流れる電流を異なるタイミングでスイッチング制御するものである。図１に示す２相マルチフェーズコンバータと同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
３相マルチフェーズコンバータは、２相マルチフェーズコンバータに、さらに、第３昇圧インダクタ４６、上スイッチ１６−３、下スイッチ１８−３を設けた構成を有する。上スイッチ１６−３の一端は下スイッチ１８−３の一端に接続される。下スイッチ１８−３の他端は電池１０の負極端子に接続され、上スイッチ１６−３の他端および下スイッチ１８−３の他端は、コンデンサ２０の両端に接続される。また、第３昇圧インダクタ４６の一端は電池１０の正極端子に接続され、他端は上スイッチ１６−３および下スイッチ１８−３の接続点に接続される。
【００４６】
第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４、および第３昇圧インダクタ４６は、電池１０から各昇圧インダクタに電流が流れた場合または各昇圧インダクタから電池１０に電流が流れた場合に、１つの昇圧インダクタで発生した磁束が他の２つの昇圧インダクタにおける磁束を減少させるよう、負に磁気結合する。第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４、第３昇圧インダクタ４６は、それぞれ、２つの結合部ａＬおよび単独部（１−２ａ）Ｌを直列接続したインダクタによって表される。ここで、ａは結合率であり０以上０．５以下の値をとる。結合率ａは、１つの昇圧インダクタの誘導起電力が、他の２つの昇圧インダクタの誘導起電力にそれぞれ寄与する割合を示す。すなわち、Ｌは各昇圧インダクタの自己インダクタンスを示し、結合部ａＬは、３つの昇圧インダクタのうちの２つの間での相互インダクタンスを示す。なお、図４の回路は等価回路による表現であり、実際の第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４、および第３昇圧インダクタ４６は、コイル導線のあらゆる部分で分布的に磁気結合する構成とすることができる。
【００４７】
３相マルチフェーズコンバータの動作について説明する。コントロールユニット２８は、各スイッチのオンオフ制御を行う。下スイッチ１８−１をオンとすることにより、第１昇圧インダクタ１２には電池１０の正極から電流が流れ、続いて下スイッチ１８−１をオフとすることにより、第１昇圧インダクタ１２には電流変化に基づく誘導起電力が発生する。そして、上スイッチ１６−１をオンとすることにより、電池電圧Ｖｂに第１昇圧インダクタ１２の誘導起電力が加えられた電圧がコンデンサ２０に印加される。
【００４８】
また、下スイッチ１８−２をオンとすることにより、第２昇圧インダクタ１４には電池１０の正極から電流が流れ、続いて下スイッチ１８−２をオフとすることにより、第２昇圧インダクタ１４には電流変化に基づく誘導起電力が発生する。そして、上スイッチ１６−２をオンとすることにより、電池電圧Ｖｂに第２昇圧インダクタ１４の誘導起電力が加えられた電圧がコンデンサ２０に印加される。
【００４９】
さらに、下スイッチ１８−３をオンとすることにより、第３昇圧インダクタ４６には電池１０の正極から電流が流れ、続いて下スイッチ１８−３をオフとすることにより、第３昇圧インダクタ４６には電流変化に基づく誘導起電力が発生する。そして、上スイッチ１６−３をオンとすることにより、電池電圧Ｖｂに第２昇圧インダクタ１４の誘導起電力が加えられた電圧がコンデンサ２０に印加される。
【００５０】
各昇圧インダクタに生じた誘導起電力は、結合率ａに応じて他の２つの昇圧インダクタに電圧を誘起する。
【００５１】
このような構成によれば、コントロールユニット２８による各スイッチの制御によって、電池電圧Ｖｂより大きい電圧Ｖｈでコンデンサ２０が充電され、電池電圧Ｖｂより大きい電圧Ｖｈを出力端子２２および２４から車両駆動回路２６に出力することができる。また、車両駆動回路２６に出力する電圧Ｖｈは、各スイッチの制御タイミングを変化させることで調整することができる。したがって、車両の走行制御に応じて３相マルチフェーズコンバータの出力電力を調整し、車両駆動回路２６に与える電圧を調整することができる。
【００５２】
次に、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４、および第３昇圧インダクタ４６の構成について図５を参照して説明する。図５（ａ）は各昇圧インダクタを構成する昇圧インダクタブロック４８の正面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）を右側から見た図である。
【００５３】
昇圧インダクタブロック４８を構成するコアは、図５（ｃ）に示す櫛型コア５０、結合コア５８、および図５（ｄ）に示すＵ字コア６０を備えて構成される。
【００５４】
櫛型コア５０は、直線状の接続コア５２、接続コア５２の延伸方向に対して垂直な方向に延伸し、接続コア５２の両端および中点に一端が接合される柱コア５４−１〜５４−３から構成される。結合コア５８は、各柱コアの他端との間に結合調整ギャップ５６を形成し、接続コア５２と平行に配置される。
【００５５】
柱コア５４−１、５４−２、および５４−３には、それぞれ、第１昇圧コイル６４−１、第２昇圧コイル６４−２、および第３昇圧コイル６４−３が巻き付けられる。
【００５６】
各柱コアの両端付近にはＵ字コア６０が接合される。Ｕ字コア６０は、自己インダクタンス調整ギャップ６２を有する。
【００５７】
なお、ここでは、コアの延伸方向に垂直な断面の形状を四角形としているが、この形状は一般的な多角形、円形等、任意の形状とすることができる。
【００５８】
各昇圧コイルは、電流が流れることによって、その昇圧コイルが巻き付けられた柱コア、および、その柱コアに対応して設けられたＵ字コアに沿って、自己鎖交磁束を発生する。
【００５９】
さらに、１つの柱コアの結合調整ギャップ５６が形成される一端を始点とし、その柱コアを経て接続コア５２へと至り、接続コア５２からさらに他の柱コアを経て、その柱コアの一端に形成される結合調整ギャップ５６を介して結合コア５８へと至り、再び先の結合調整ギャップ５６を介して先の柱コアの始点へと戻る磁気経路が形成される。
【００６０】
このような構成によれば、各昇圧コイルは、電流が流れることにより、自らと鎖交する自己鎖交磁束の他、他の２つの昇圧コイルと鎖交する結合磁束を発生する。各昇圧コイルが、自己鎖交磁束を発生することにより、各インダクタの単独部（１−２ａ）Ｌを構成することができる。また、各昇圧コイルが、他のコイルと鎖交する結合磁束を発生することにより、各インダクタの結合部ａＬを構成することができる。
【００６１】
各昇圧インダクタの自己インダクタンスＬは、自己インダクタンス調整ギャップ６２のギャップ空間体積を変化させることで調整することができる。また、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４および第３昇圧インダクタ４６の相互間の相互インダクタンスａＬは、結合調整ギャップ５６のギャップ空間体積を変化させることで調整することができる。
【００６２】
昇圧インダクタブロック４８を磁気等価回路によって表すと図６のようになる。起磁力発生源ＦＬ１〜ＦＬ３には、それぞれ、磁気抵抗Ｒｍ１−１〜Ｒｍ１−３が並列接続される。起磁力発生源ＦＬ１〜ＦＬ３の各正極端子には、それぞれ、磁気抵抗Ｒｍ２−１〜Ｒｍ２−３の一端が接続される。磁気抵抗Ｒｍ２−１〜Ｒｍ２−３の他端は共通に接続される。
【００６３】
起磁力発生源ＦＬ１、ＦＬ２およびＦＬ３は、それぞれ、第１昇圧コイル６４−１、第２昇圧コイル６４−２および第３昇圧コイル６４−３に対応する。磁気抵抗Ｒｍ１−１〜Ｒｍ１−３は、それぞれ、柱コア５４−１〜５４−３に対応して設けられたＵ字コア６０の自己インダクタンス調整ギャップ６２に対応する。また、磁気抵抗Ｒｍ２−１〜Ｒｍ２−３は、それぞれ、柱コア５４−１〜５４−３の一端に形成される結合調整ギャップ５６に対応する。
【００６４】
磁気等価回路を用いることで、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４および第３昇圧インダクタ４６の設計を容易に行うことができる。
【００６５】
本実施形態に係る３相マルチフェーズコンバータでは、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４および第３昇圧インダクタ４６を相互に負に磁気結合させることにより、各昇圧インダクタに流れる電流の直流成分を低減する。各昇圧インダクタに流れる電流の直流成分を小さくすることにより、昇圧性能を損ねることなく、各昇圧インダクタに流れる電流の大きさを低減することができる。これによって、飽和閾値を小さくすることができ、コアの体積を低減することができる。
【００６６】
従来の３相マルチフェーズコンバータでは、単独部（１−２ａ）Ｌに対するコアと、結合部ａＬに対するコアとを互いに結合させることなく別個に設け、各昇圧インダクタを構成していた。これによって、各昇圧インダクタの単独部に対するコア、昇圧インダクタの相互間の結合部に対するコアの合計６つのコアが必要とされ、コアの総体積が大きいものとなっていた。
【００６７】
本実施形態に係る昇圧インダクタブロック４８によれば、各昇圧インダクタの自己鎖交磁束の経路と、結合磁束の経路とを共通化することができる。これによって、昇圧インダクタの相互間の結合部に対するコアを別途設ける必要がなく、３相マルチフェーズコンバータに含まれるコアの総体積を低減することができる。
【００６８】
例えば、ａ＝０．２とした場合、結合部ａＬと単独部（１−２ａ）Ｌとの、巻線比で定まる体積比はａ／（１−２ａ）の平方根より０．５８である。したがって、６つの結合部ａＬと３つの単独部（１−２ａ）Ｌとから構成される従来構成に比して、６つの結合部ａＬの体積が削減された本実施形態では、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４および第３昇圧インダクタ４６の総体積をおよそ４６％とすることができる。
【００６９】
次に、昇圧インダクタブロック４８の変形例について説明する。図７（ａ）に、変形例に係る昇圧インダクタブロック６６の構成を示す。昇圧インダクタブロック６６は、図５に示す昇圧インダクタブロック４８を平面状に変形したものである。図５の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を簡略化する。図７（ｂ）は昇圧インダクタブロック６６から昇圧コイルを取り除いた状態を示す。
【００７０】
昇圧インダクタブロック６６は、環状コア６８、環状コア６８の中心に設けられた円形の結合ハブコア７４、一端が結合ハブコア７４との間で結合調整ギャップ５６を形成し、結合調整ギャップ５６から環状コア６８の周方向に垂直な方向に延伸し、他端が環状コア６８に接合される３本のコイル巻き柱コア７０、および各コイル巻き柱コア７０に対応して設けられ、一端がコイル巻き柱コア７０に接合され、結合ハブコア７４の円形形状に沿って結合調整ギャップ５６を形成し、さらに、環状コア６８の周方向に垂直な方向に延伸し、他端が環状コア６８に接合される補助柱コア７２を備える。各コイル巻き柱コア７０と補助柱コア７２とを６０°の角度をなすＶ字形状に形成し、これらのＶ字形状を、先端を中心に位置させて環状コア６８の内側に１２０°間隔で配置することで、３本のコイル巻き柱コア７０および３本の補助柱コア７２が配置される。
【００７１】
各補助柱コア７２は、自己インダクタンス調整ギャップ６２を有する。第１昇圧コイル６４−１、第２昇圧コイル６４−２、および第３昇圧コイル６４−３は、それぞれ、対応するコイル巻き柱コア７０に巻き付けられる。
【００７２】
なお、環状コア６８および各柱コアの延伸方向に垂直な断面は、円形、四角形等任意の形状とすることができる。
【００７３】
各昇圧コイルは、電流が流れることによって、その昇圧コイルが巻き付けられたコイル巻き柱コア７０、および、そのコイル巻き柱コア７０に対応して設けられた補助柱コア７２、および、そのコイル巻き柱コア７０と補助柱コア７２との間に挟まれる環状コア６８の区間に沿って、自己鎖交磁束を発生する。
【００７４】
さらに、１つのコイル巻き柱コア７０の結合調整ギャップ５６が形成される一端を始点とし、そのコイル巻き柱コア７０を経て環状コア６８へと至り、環状コア６８からさらに他のコイル巻き柱コア７０を経て、そのコイル巻き柱コア７０の一端に形成される結合調整ギャップを５６介して結合ハブコア７４へと至り、再び先の結合調整ギャップ５６を介して先のコイル巻き柱コア７０の始点へと戻る磁気経路が形成される。
【００７５】
これによって、各昇圧コイルは、電流が流れることにより、自らと鎖交する自己鎖交磁束の他、他の２つの昇圧コイルと鎖交する結合磁束を発生する。各昇圧コイルが、自己鎖交磁束を発生することにより、各インダクタの単独部（１−２ａ）Ｌを構成することができる。また、各昇圧コイルが、他のコイルと鎖交する結合磁束を発生することにより、各インダクタの結合部ａＬを構成することができる。
【００７６】
各昇圧インダクタの自己インダクタンスＬは、自己インダクタンス調整ギャップ６２のギャップ空間体積を変化させることで調整することができる。また、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４および第３昇圧インダクタ４６の相互間の相互インダクタンスａＬは、結合調整ギャップ５６のギャップ空間体積を変化させることで調整することができる。
【００７７】
昇圧インダクタブロック６６を磁気等価回路によって表すと昇圧インダクタブロック４８と同様、図６のようになる。磁気抵抗Ｒｍ１−１〜Ｒｍ１−３は、補助柱コア７２が有する自己インダクタンス調整ギャップ６２に対応する。また、磁気抵抗Ｒｍ２−１〜Ｒｍ２−３は、結合調整ギャップ５６に対応する。
【００７８】
変形例に係る昇圧インダクタブロック６６によれば、各昇圧インダクタの自己鎖交磁束の経路と、結合磁束の経路とを共通化することができる。これによって、昇圧インダクタの相互間の結合部に対するコアを別途設ける必要がなく、３相マルチフェーズコンバータに含まれるコアの総体積を低減することができる。
【００７９】
図７に示す昇圧インダクタブロック６６においては、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４および第３昇圧インダクタ４６の相互間の相互インダクタンスａＬとして所望の値が得られる場合には、結合ハブコア７４を取り除くことができる。
【００８０】
図８に結合ハブコア７４を取り除いた場合の昇圧インダクタブロック７６の構成を示す。図７の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。コイル巻き柱コア７０および補助柱コア７２の各組のＶ字形状の先端は、環状コア６８の中心に近接させている。これによって、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４および第３昇圧インダクタ４６の相互間の相互インダクタンスａＬの値を大きくすることができる。
【符号の説明】
【００８１】
１０  電池、１２  第１昇圧インダクタ、１４  第２昇圧インダクタ、１６−１〜１６−３  上スイッチ、１８−１〜１８−３  下スイッチ、２０  コンデンサ、２２，２４  出力端子、２６  車両駆動回路、２８  コントロールユニット、３０  第１リング形状コア、３０−１〜３０−４，３６−１〜３６−４  直線状コア、３０−５，３０−６，３６−５，３６−６  結合用突起部、３２，６４−１  第１昇圧コイル、３４，４０，６２  自己インダクタンス調整ギャップ、３６  第２リング形状コア、３８，６４−２  第２昇圧コイル、４２，４４，５６  結合調整ギャップ、４６  第３昇圧インダクタ、４８，６６，７６  昇圧インダクタブロック、５０  櫛型コア、５２  接続コア、５４−１〜５４−３  柱コア、５８  結合コア、６０  Ｕ字コア、６４−３  第３昇圧コイル、６８  環状コア、７０  コイル巻き柱コア、７２  補助柱コア、７４  結合ハブコア。
【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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