(57)【要約】【課題】直流電圧コンバータのインダクタから漏洩する磁束を低減することを目的とする。【解決手段】巻線フレーム３２は、それぞれが直線形状を有する巻線コア３６Ａ、上側接合コア３８Ａ、巻線コア３６Ｂ、および下側接合コア３８Ｂによって環状に形成される。側路コア３４Ａは、上側横方向に延伸する部分の先端部の下側面が巻線コア３６Ａの上端面との間にギャップ４２Ａを形成し、下側横方向に延伸する部分の先端部の上側面が巻線コア３６Ａの下端面との間にギャップ４２Ｂを形成するよう配置される。側路コア３４Ｂは、上側横方向に延伸する部分の先端部の下側面が巻線コア３６Ｂの上端面との間にギャップ４２Ａを形成し、下側横方向に延伸する部分の先端部の上側面が巻線コア３６Ｂの下端面との間にギャップ４２Ｂを形成するよう配置される。【選択図】図２
2011086718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧と誘導起電力とに基づく電圧を出力する直流電圧コンバータに用いられ、誘導起電力を発生する複数の巻線を備えるコンバータ用インダクタにおいて、
対応する巻線が巻き付けられ、延伸方向を上下方向に揃えて配置される線状の巻線芯部材と、
各巻線芯部材の上端を共通に接合する線状の上側接合部材と、
各巻線芯部材の下端を共通に接合する線状の下側接合部材と、
各巻線芯部材に対応して設けられ、対応する巻線芯部材の上端との間に一端が磁気結合ギャップを形成し、対応する巻線芯部材の下端との間に他端が磁気結合ギャップ形成する線状の側路部材と、
を備えることを特徴とするコンバータ用インダクタ。
【請求項２】
入力電圧と誘導起電力とに基づく電圧を出力する直流電圧コンバータに用いられ、誘導起電力を発生する複数の巻線を備えるコンバータ用インダクタにおいて、
対応する巻線が巻き付けられ、延伸方向を上下方向に揃えて配置される線状の巻線芯部材と、
各巻線芯部材の上端を共通に接合する線状の上側接合部材と、
各巻線芯部材の下端を共通に接合する線状の下側接合部材と、
をそれぞれが備える複数の巻線フレームを備え、
前記複数の巻線フレームは、
各巻線フレームが備える巻線芯部材の延伸方向が揃えられ、同一の巻線フレームに属する複数の巻線芯部材が行をなし、互いに異なる巻線フレームに属する複数の巻線芯部材が列をなすよう配置され、
前記コンバータ用インダクタは、
互いに異なる巻線フレームに属し、１つの列をなす複数の巻線芯部材のそれぞれの上端に沿って延伸し、当該複数の巻線芯部材のそれぞれの上端との間に磁気結合ギャップを形成する上側フレーム間結合部材と、
当該複数の巻線芯部材のそれぞれの下端に沿って延伸し、当該複数の巻線芯部材のそれぞれの下端との間に磁気結合ギャップを形成する下側フレーム間結合部材と、
を備えることを特徴とするコンバータ用インダクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧コンバータに用いられるコンバータ用インダクタに関する。
【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直流電圧コンバータを備える。直流電圧コンバータは、電池とモータ駆動回路との間に設けられ、電池とモータ駆動回路との間で電圧変換を行う。
【０００３】
直流電圧コンバータは、インダクタ、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。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。直流電圧コンバータは、電池から与えられた電圧に誘導起電力を加えた電圧をモータ駆動回路に印加する。これによって、直流電圧コンバータは、電池電圧より大きい電圧をモータ駆動回路に印加する。なお、以下の特許文献１および２には、直流電圧コンバータに関する技術につき記載されている。
【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】
直流電圧コンバータは、他の周辺機器と共にモータ駆動車両に搭載される。直流電圧コンバータのインダクタから漏洩した磁束が周辺機器に到達すると、周辺機器の動作性能に影響を及ぼすことがある。
【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、直流電圧コンバータのインダクタから漏洩する磁束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、入力電圧と誘導起電力とに基づく電圧を出力する直流電圧コンバータに用いられ、誘導起電力を発生する複数の巻線を備えるコンバータ用インダクタにおいて、対応する巻線が巻き付けられ、延伸方向を上下方向に揃えて配置される線状の巻線芯部材と、各巻線芯部材の上端を共通に接合する線状の上側接合部材と、各巻線芯部材の下端を共通に接合する線状の下側接合部材と、各巻線芯部材に対応して設けられ、対応する巻線芯部材の上端との間に一端が磁気結合ギャップを形成し、対応する巻線芯部材の下端との間に他端が磁気結合ギャップ形成する線状の側路部材と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、入力電圧と誘導起電力とに基づく電圧を出力する直流電圧コンバータに用いられ、誘導起電力を発生する複数の巻線を備えるコンバータ用インダクタにおいて、対応する巻線が巻き付けられ、延伸方向を上下方向に揃えて配置される線状の巻線芯部材と、各巻線芯部材の上端を共通に接合する線状の上側接合部材と、各巻線芯部材の下端を共通に接合する線状の下側接合部材と、をそれぞれが備える複数の巻線フレームを備え、前記複数の巻線フレームは、各巻線フレームが備える巻線芯部材の延伸方向が揃えられ、同一の巻線フレームに属する複数の巻線芯部材が行をなし、互いに異なる巻線フレームに属する複数の巻線芯部材が列をなすよう配置され、前記コンバータ用インダクタは、互いに異なる巻線フレームに属し、１つの列をなす複数の巻線芯部材のそれぞれの上端に沿って延伸し、当該複数の巻線芯部材のそれぞれの上端との間に磁気結合ギャップを形成する上側フレーム間結合部材と、当該複数の巻線芯部材のそれぞれの下端に沿って延伸し、当該複数の巻線芯部材のそれぞれの下端との間に磁気結合ギャップを形成する下側フレーム間結合部材と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、直流電圧コンバータのインダクタから漏洩する磁束を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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実施形態に係るインダクタユニットの構成を示す図である。
【図３】変形例に係るインダクタユニットの構成を示す図である。
【図４】別の変形例に係るインダクタユニットの構成を示す図である。
【図５】第２実施形態に係るインダクタユニットの構成を示す図である。
【図６】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７】第３実施形態に係るインダクタユニットの構成を示す図である。
【図８】第４実施形態に係るインダクタユニットの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に本発明の第１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つの電圧変換用インダクタを備え、各電圧変換用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。出力端子からは各電圧変換用インダクタの誘導起電力に応じた電圧が出力される。
【００１２】
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電圧変換用インダクタ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。
【００１３】
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電圧変換用インダクタ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。
【００１４】
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。
【００１５】
第１電圧変換用インダクタ１２および第２電圧変換用インダクタ１４は、電池１０から各電圧変換用インダクタに電流が流れた場合または各電圧変換用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電圧変換用インダクタ１２および第２電圧変換用インダクタ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電圧変換用インダクタ１２の誘導起電力が、第２電圧変換用インダクタ１４の端子間電圧に寄与する割合、および、第２電圧変換用インダクタ１４の誘導起電力が、第１電圧変換用インダクタ１２の端子間電圧に寄与する割合を示す。すなわち、Ｌは各電圧変換用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電圧変換用インダクタ１２および第２電圧変換用インダクタ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。
【００１６】
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電圧変換用インダクタ１２および第２電圧変換用インダクタ１４は、巻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。
【００１７】
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電圧変換用インダクタ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電圧変換用インダクタ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電圧変換用インダクタ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。
【００１８】
また、下スイッチ１８−２をオンとすることにより、第２電圧変換用インダクタ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電圧変換用インダクタ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電圧変換用インダクタ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。
【００１９】
第１電圧変換用インダクタ１２に生じた誘導起電力は、結合率ａに応じて第２電圧変換用インダクタ１４に電圧を誘起し、第２電圧変換用インダクタ１４に生じた誘導起電力は、結合率ａに応じて第１電圧変換用インダクタ１２に電圧を誘起する。これによって、各電圧変換用インダクタにおける磁気飽和を抑制することができる。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
次に、第１電圧変換用インダクタ１２および第２電圧変換用インダクタ１４を構成するインダクタユニット３０Ａについて図２を参照して説明する。各電圧変換用インダクタは、巻線フレーム３２、側路コア３４Ａ、側路コア３４Ｂ、巻線フレーム３２に巻き付けられた巻線４０Ａおよび４０Ｂによって構成される。これらのコア部材には、ダストコア、フェライト、アモルファス等の磁性体を用いることが好適である。また、各コア部材の断面形状は、多角形、円形、楕円形等であってもよい。
【００２３】
巻線フレーム３２は、それぞれが直線形状を有する巻線コア３６Ａ、上側接合コア３８Ａ、巻線コア３６Ｂ、および下側接合コア３８Ｂによって環状に形成される。すなわち、巻線コア３６Ａの上端右側と、巻線コア３６Ｂの上端左側との間には、上側接合コア３８Ａが接合される。巻線コア３６Ａの下端右側と、巻線コア３６Ｂの下端左側との間には、下側接合コア３８Ｂが接合される。
【００２４】
側路コア３４Ａおよび３４ＢはＵ字形状を有する。側路コア３４Ａは、図２の上側横方向に延伸する部分の先端部の下側面が巻線コア３６Ａの上端面との間にギャップ４２Ａを形成し、図２の下側横方向に延伸する部分の先端部の上側面が巻線コア３６Ａの下端面との間にギャップ４２Ｂを形成するよう配置される。
【００２５】
側路コア３４Ｂは、図２の上側横方向に延伸する部分の先端部の下側面が巻線コア３６Ｂの上端面との間にギャップ４２Ａを形成し、図２の下側横方向に延伸する部分の先端部の上側面が巻線コア３６Ｂの下端面との間にギャップ４２Ｂを形成するよう配置される。
【００２６】
巻線４０Ａに電流が流れると、巻線フレーム３２によって形成される磁路を通る自己鎖交磁束と、巻線コア３６Ａ、ギャップ４２Ａ、側路コア３４Ａおよびギャップ４２Ｂによって形成される磁路を通る自己鎖交磁束が発生する。これによって、第１電圧変換用インダクタ１２の自己インダクタンスＬが構成される。
【００２７】
巻線４０Ｂに電流が流れると、巻線フレーム３２によって形成される磁路を通る自己鎖交磁束と、巻線コア３６Ｂ、ギャップ４２Ａ、側路コア３４Ｂおよびギャップ４２Ｂによって形成される磁路を通る自己鎖交磁束が発生する。これによって、第２電圧変換用インダクタ１４の自己インダクタンスＬが構成される。
【００２８】
また、巻線フレーム３２によって形成される磁路を通る磁束は、巻線４０Ａおよび４０Ｂのうち磁束を発生した一方のみならず他方にも鎖交する。これによって、第１電圧変換用インダクタ１２および第２電圧変換用インダクタ１４のそれぞれの結合部ａＬが構成される。
【００２９】
本実施形態に係るインダクタユニット３０Ａでは、巻線フレーム３２の他、側路コア３４Ａおよび３４Ｂによっても磁路が形成される。これによって、コア部材外の空間を通る磁束が低減され、インダクタユニット３０Ａからの漏れ磁束を低減することができる。
【００３０】
一般に、折れ曲がり形状を含む環状のコア部材による磁路では、コア部材が折れ曲がった角において、巻線の位置から延伸した方向に磁束が漏洩する傾向が強い。本実施形態に係るインダクタユニット３０Ａでは、磁束の漏洩傾向が強い位置で側路コア３４Ａおよび３４Ｂと巻線フレーム３２とがギャップを介して磁気的に結合する。これによって、側路コア３４Ａおよび３４Ｂに磁束を導くことができ、漏洩する磁束を低減することができる。
【００３１】
次に、第１実施形態の変形例について説明する。図３に変形例に係るインダクタユニット３０Ｂの構成を示す。図２に示すインダクタユニット３０Ａの構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。ただし、図３では巻線４０Ａおよび４０Ｂを取り除いたものを示している。
【００３２】
巻線フレーム３２を構成する巻線コア３６Ａ、上側接合コア３８Ａ、巻線コア３６Ｂ、および下側接合コア３８Ｂのそれぞれには、ギャップ４４が設けられる。各ギャップ４４における隙間幅を調整することで、自己インダクタンスＬおよび結合率ａを調整することができる。例えば、ギャップ４２Ａおよび４２Ｂにおける隙間幅を大きくした場合、側路コアを通る磁束が低減され、巻線フレーム３２を通る磁束が増加する。これによって、結合率ａを増加させることができる。
【００３３】
また、上側接合コア３８Ａまたは下側接合コア３８Ｂのギャップ４４における隙間幅を大きくした場合、巻線４０Ａおよび４０Ｂのうち一方の巻線から発せられ他方の巻線に鎖交する磁束が低減される。これによって、結合率ａを低減させることができる。さらに、巻線コア３６Ａまたは３６Ｂのギャップ４４における隙間幅を大きくした場合、巻線４０Ａまたは４０Ｂに対する自己鎖交磁束が低減される。これによって、各巻線の自己インダクタンスを小さくすることができる。なお、ギャップ４４は、必ずしもこれら総てを設ける必要はなく、要求される性能に応じてこれらのうちいずれかを設けることとしてもよい。
【００３４】
図４に別の変形例に係るインダクタユニット３０Ｃの構成を示す。図２に示すインダクタユニット３０Ａの構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３５】
巻線コア３６Ａは、図４の左斜め上を臨む面が形成されるよう上端を切り欠き、左斜め下を臨む面が形成されるよう下端を切り欠いた形状を有する。側路コア３４Ａには、巻線コア３６Ａの両端に形成された面にほぼ平行に向き合う斜めの端面が両端に形成される。また、側路コア３４Ａは、上側横方向に延伸する部分と下側横方向に延伸する部分との間隔が、上側接合コア３８Ａと下側接合コア３８Ｂとの間隔に等しくなるよう形成され、上側横方向に延伸する部分と上側接合コア３８Ａとが共通の直線上に位置し、下側横方向に延伸する部分と下側接合コア３８Ｂとが共通の直線上に位置するよう配置される。
【００３６】
巻線コア３６Ｂは、図４の右斜め上を臨む面が形成されるよう上端を切り欠き、右斜め下を臨む面が形成されるよう下端を切り欠いた形状を有する。側路コア３４Ｂには、巻線コア３６Ｂの両端に形成された面にほぼ平行に向き合う斜めの端面が両端に形成される。また、側路コア３４Ｂは、上側横方向に延伸する部分と下側横方向に延伸する部分との間隔が、上側接合コア３８Ａと下側接合コア３８Ｂとの間隔に等しくなるよう形成され、上側横方向に延伸する部分と上側接合コア３８Ａとが共通の直線上に位置し、下側横方向に延伸する部分と下側接合コア３８Ｂとが共通の直線上に位置するよう配置される。このような構成によれば、図２に示すインダクタユニット３０Ａよりも規模を小さくすることができる。
【００３７】
図５に第２実施形態に係るインダクタユニット３０Ｄの構成を示す。このインダクタユニット３０Ｄは、２相マルチフェーズコンバータの第１電圧変換用インダクタ１２および第２電圧変換用インダクタ１４を構成する。図２に示すインダクタユニット３０Ａの構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
インダクタユニット３０Ｄは、第１巻線フレーム４６、第２巻線フレーム４８、巻線５０Ａ〜５０Ｄ、および磁気結合コア５２Ａ〜５２Ｄを備えて構成される。
【００３９】
第１巻線フレーム４６および第２巻線フレーム４８は、第１実施形態に係る巻線フレームと同様の構成を有する。巻線５０Ａおよび５０Ｂは、第１巻線フレーム４６が備える巻線コア３６Ａおよび３６Ｂにそれぞれ巻き付けられる。巻線５０Ｃおよび５０Ｄは、第２巻線フレーム４８が備える巻線コア３６Ａおよび３６Ｂにそれぞれ巻き付けられる。
【００４０】
第１巻線フレーム４６および第２巻線フレーム４８は、それぞれの巻線コア３６Ａおよび３６Ｂが上下方向に延伸し、第１巻線フレーム４６の巻線コア３６Ａが第２巻線フレーム４８の巻線コア３６Ａと対向し、第１巻線フレーム４６の巻線コア３６Ｂが第２巻線フレーム４８の巻線コア３６Ｂと対向するよう配置される。図５の上から見た場合、同一巻線フレームに属する巻線コアは行をなし、異なる巻線フレームに属する巻線コアは列をなす。
【００４１】
磁気結合コア５２Ａは、一方の先端部の下側面と第１巻線フレーム４６の巻線コア３６Ａ上端面との間にギャップが形成され、他方の先端部の下側面と第２巻線フレーム４８の巻線コア３６Ａ上端面との間にギャップが形成されるよう配置される。
【００４２】
磁気結合コア５２Ｂは、一方の先端部の上側面と第１巻線フレーム４６の巻線コア３６Ａ下端面との間にギャップが形成され、他方の先端部の上側面と第２巻線フレーム４８の巻線コア３６Ａ下端面との間にギャップが形成されるよう配置される。
【００４３】
磁気結合コア５２Ｃは、一方の先端部の下側面と第１巻線フレーム４６の巻線コア３６Ｂ上端面との間にギャップが形成され、他方の先端部の下側面と第２巻線フレーム４８の巻線コア３６Ｂ上端面との間にギャップが形成されるよう配置される。
【００４４】
磁気結合コア５２Ｄは、一方の先端部の上側面と第１巻線フレーム４６の巻線コア３６Ｂ下端面との間にギャップが形成され、他方の先端部の上側面と第２巻線フレーム４８の巻線コア３６Ｂ下端面との間にギャップが形成されるよう配置される。
【００４５】
インダクタユニット３０Ｄにおける巻線５０Ａ〜５０Ｄについては、次の２つの接続例がある。
【００４６】
第１の接続例では巻線５０Ａおよび５０Ｂが直列に接続され、第１電圧変換用インダクタ１２を構成する。また、巻線５０Ｃおよび５０Ｄが直列に接続され、第２電圧変換用インダクタ１４を構成する。巻線５０Ａおよび５０Ｂに電流が流れると、第１巻線フレーム４６によって形成される磁路を通る自己鎖交磁束が発生する。また、第１巻線フレーム４６の巻線コア３６Ａ、磁気結合コア５２Ａ、第２巻線フレーム４８の巻線コア３６Ａ、および磁気結合コア５２Ｂによって形成される磁路Ｒ１を通る自己鎖交磁束が発生する。さらに、第１巻線フレーム４６の巻線コア３６Ｂ、磁気結合コア５２Ｃ、第２巻線フレーム４８の巻線コア３６Ｂ、および磁気結合コア５２Ｄによって形成される磁路Ｒ２を通る自己鎖交磁束が発生する。これによって、第１電圧変換用インダクタ１２の自己インダクタンスＬが構成される。
【００４７】
巻線５０Ｃおよび５０Ｄに電流が流れると、第２巻線フレーム４８によって形成される磁路を通る自己鎖交磁束が発生する。また、磁路Ｒ１を通る自己鎖交磁束および磁路Ｒ２を通る自己鎖交磁束が発生する。これによって、第２電圧変換用インダクタ１４の自己インダクタンスＬが構成される。
【００４８】
磁路Ｒ１およびＲ２は、巻線５０Ａおよび５０Ｂによる直列接続巻線と巻線５０Ｃおよび５０Ｄによる直列接続巻線との間を磁気的に結合する。これによって、第１電圧変換用インダクタ１２および第２電圧変換用インダクタ１４の各結合部ａＬが構成される。
【００４９】
一方、第２の接続例では巻線５０Ａおよび５０Ｃが直列に接続され、第１電圧変換用インダクタ１２を構成する。また、巻線５０Ｂおよび５０Ｄが直列に接続され、第２電圧変換用インダクタ１４を構成する。巻線５０Ａおよび５０Ｃに電流が流れると、磁路Ｒ１を通る自己鎖交磁束、第１巻線フレーム４６によって形成される磁路を通る自己鎖交磁束、および第２巻線フレーム４８によって形成される磁路を通る自己鎖交磁束が発生する。これによって、第１電圧変換用インダクタ１２の自己インダクタンスＬが構成される。
【００５０】
巻線５０Ｂおよび５０Ｄに電流が流れると、磁路Ｒ２を通る自己鎖交磁束、第１巻線フレーム４６によって形成される磁路を通る自己鎖交磁束、および第２巻線フレーム４８によって形成される磁路を通る自己鎖交磁束が発生する。これによって、第２電圧変換用インダクタ１４の自己インダクタンスＬが構成される。
【００５１】
第１巻線フレーム４６および第２巻線フレーム４８は、巻線５０Ａおよび５０Ｃによる直列接続巻線と巻線５０Ｂおよび５０Ｄによる直列接続巻線との間を磁気的に結合する。これによって、第１電圧変換用インダクタ１２および第２電圧変換用インダクタ１４の各結合部ａＬが構成される。
【００５２】
第１の接続例では、電圧変換用インダクタ１２と電圧変換用インダクタ１４との磁気的結合にギャップを用いる。ギャップの部分は、コア部材よりも透磁率が小さく磁気抵抗が大きい。そのため、結合率ａを小さくした構成、例えば、ａ＜０．３〜０．５が成立する構成とする場合に好適である。
【００５３】
一方、第２の接続例では、電圧変換用インダクタ１２と電圧変換用インダクタ１４との磁気的結合にギャップを用いない。そのため、結合率ａを大きくした構成、例えば、ａ＞０．３〜０．５が成立する構成とする場合に好適である。
【００５４】
このようなインダクタユニット３０Ｄの構成においては、各巻線から発せされた磁束は、巻線フレームによる磁路、および巻線コアと磁気結合コアとによる磁路に導かれる。上述のように、折れ曲がり形状を含む環状のコア部材による磁路では、コア部材が折れ曲がった角において、巻線の位置から延伸した方向に磁束が漏洩する傾向が強い。本実施形態に係るインダクタユニットでは、巻線フレームにおける磁束の漏洩傾向が強い位置には、磁気結合コアがギャップを介して磁気的に結合する。これによって、磁気結合コアが存在しなければコア部材の外側に分布するであろう磁束を、磁気結合コアへと導き、漏洩する磁束を低減することができる。
【００５５】
図４に第３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つの電圧変換用インダクタを備え、各電圧変換用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の構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５６】
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電圧変換用インダクタ５４、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電圧変換用インダクタ５４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。
【００５７】
第１電圧変換用インダクタ１２、第２電圧変換用インダクタ１４、および第３電圧変換用インダクタ５４は、電池１０から各電圧変換用インダクタに電流が流れた場合または各電圧変換用インダクタから電池１０に電流が流れた場合に、１つの電圧変換用インダクタで発生した磁束が他の２つの電圧変換用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電圧変換用インダクタ１２、第２電圧変換用インダクタ１４、第３電圧変換用インダクタ５４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つの電圧変換用インダクタの誘導起電力が、他の２つの電圧変換用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は各電圧変換用インダクタの自己インダクタンスを示し、結合部ａＬは、３つの電圧変換用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電圧変換用インダクタ１２、第２電圧変換用インダクタ１４、および第３電圧変換用インダクタ５４は、巻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。
【００５８】
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電圧変換用インダクタ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電圧変換用インダクタ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電圧変換用インダクタ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。
【００５９】
下スイッチ１８−２および上スイッチ１６−２の組、および下スイッチ１８−３および上スイッチ１６−３の組についても、下スイッチ１８−１および上スイッチ１６−１の組に対する制御と同様の制御を行うことで、電池電圧Ｖｂに第２電圧変換用インダクタ１２または第３電圧変換用インダクタ５４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。
【００６０】
各電圧変換用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つの電圧変換用インダクタに電圧を誘起する。これによって、各電圧変換用インダクタにおける磁気飽和を抑制することができる。
【００６１】
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。
【００６２】
次に、第１電圧変換用インダクタ１２、第２電圧変換用インダクタ１４、および第３電圧変換用インダクタ５４を構成するインダクタユニット３０Ｅについて図７を参照して説明する。図５に示すインダクタユニット３０Ｄの構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６３】
図７のインダクタユニット３０Ｅは、図５のインダクタユニット３０Ｄの磁気結合コアを巻線フレーム４８の側から延長し、延長した部分の終端部に巻線フレーム５６を設けたものである。巻線フレーム５６は巻線フレーム４６および４８と同一の構成を有する。
【００６４】
巻線フレーム５６は、巻線コア３６Ａおよび３６Ｂの各上端面と、磁気結合コア５２Ａおよび５２Ｃの先端部との間にそれぞれギャップが形成され、巻線コア３６Ａおよび３６Ｂの各下端面と、磁気結合コア５２Ｂおよび５２Ｄの先端部との間にそれぞれギャップが形成されるよう配置される。
【００６５】
巻線フレーム５６の巻線コア３６Ａおよび３６Ｂには、それぞれ巻線５０Ｅおよび５０Ｆが巻き付けられる。巻線５０Ｅおよび５０Ｆは直列に接続され、第３電圧変換用インダクタ５４を構成する。巻線５０Ａおよび５０Ｂは直列に接続され、第１電圧変換用インダクタ１２を構成する。また、巻線５０Ｃおよび５０Ｄは直列に接続され、第２電圧変換用インダクタ１４を構成する。
【００６６】
各巻線フレームが形成する磁路には、各巻線フレームに巻き付けられた巻線についての自己鎖交磁束が通る。また、１つの巻線コアと、その巻線コアの上下端で磁気的に結合する２つの磁気結合コアと、その２つの磁気結合コアと磁気的に結合する他の２つの巻線コアとが形成する磁路には、その１つの巻線コアに巻き付けられた巻線についての自己鎖交磁束が通る。これによって、第１電圧変換用インダクタ１２、第２電圧変換用インダクタ１４、および第３電圧変換用インダクタ５４の自己インダクタンスＬが構成される。
【００６７】
また、各巻線フレームが備える巻線コア３６Ａと、各巻線コア３６Ａとギャップを介して磁気的に結合する磁気結合コア５２Ａおよび５２Ｂは、第１電圧変換用インダクタ１２、第２電圧変換用インダクタ１４、および第３電圧変換用インダクタ５４を相互に磁気的に結合し、同様に、各巻線フレームが備える巻線コア３６Ｂと、各巻線コア３６Ｂとギャップを介して磁気的に結合する磁気結合コア５２Ｃおよび５２Ｄは、第１電圧変換用インダクタ１２、第２電圧変換用インダクタ１４、および第３電圧変換用インダクタ５４を相互に磁気的に結合する。これによって、第１電圧変換用インダクタ１２、第２電圧変換用インダクタ１４、および第３電圧変換用インダクタ５４のそれぞれの磁気結合部Ｌ（１−２ａ）が構成される。
【００６８】
このような構成によれば、図５のインダクタユニット３０Ｄと同様の原理により、漏洩する磁束を低減することができる。
【００６９】
次に、第４実施形態に係るインダクタユニット３０Ｆついて図８を参照して説明する。インダクタユニット３０Ｆは、図７のインダクタユニット３０Ｅについて、磁気結合コアとギャップとの上下位置関係を入れ換えた構成を有する。すなわち、インダクタユニット３０Ｆは、インダクタユニット３０Ｅの磁気結合コアと巻線コアとの間のギャップを詰めて直接接合し、各巻線フレームの上側接合コア３８Ａおよび下側接合コア３８Ｂを取り除くと共に、磁気結合コア５２Ａ〜５２Ｄとの間にギャップが形成されるよう、磁気結合コアＥ〜Ｊを配置したものである。
【００７０】
磁気結合コア５２Ｅは、巻線５０Ａおよび５０Ｂがそれぞれ巻き付けられる巻線コア３６Ａおよび３６Ｂの上端を結ぶ直線と平行に、その直線の上方に配置され、磁気結合コア５２Ｈは、巻線５０Ａおよび５０Ｂがそれぞれ巻き付けられる巻線コア３６Ａおよび３６Ｂの下端を結ぶ直線と平行に、その直線の下方に配置される。
【００７１】
磁気結合コア５２Ｆは、巻線５０Ｃおよび５０Ｄがそれぞれ巻き付けられる巻線コア３６Ａおよび３６Ｂの上端を結ぶ直線と平行に、その直線の上方に配置され、磁気結合コア５２Ｉは、巻線５０Ｃおよび５０Ｄがそれぞれ巻き付けられる巻線コア３６Ａおよび３６Ｂの下端を結ぶ直線と平行に、その直線の下方に配置される。
【００７２】
磁気結合コア５２Ｇは、巻線５０Ｅおよび５０Ｆがそれぞれ巻き付けられる巻線コア３６Ａおよび３６Ｂの上端を結ぶ直線と平行に、その直線の上方に配置され、磁気結合コア５２Ｊは、巻線５０Ｅおよび５０Ｆがそれぞれ巻き付けられる巻線コア３６Ａおよび３６Ｂの下端を結ぶ直線と平行にその直線の下方に配置される。
【００７３】
巻線５０Ａおよび５０Ｂは直列に接続され、第１電圧変換用インダクタ１２を構成する。巻線５０Ｃおよび５０Ｄは直列に接続され、第２電圧変換用インダクタ１４を構成する。巻線５０Ｅおよび５０Ｆは直列に接続され、第３電圧変換用インダクタ５４を構成する。
【００７４】
各巻線コア３６Ａと、各巻線コア３６Ａに接合された磁気結合コア５２Ａおよび５２Ｂとが形成する磁路には、各巻線コア３６Ａに巻き付けられた巻線についての自己鎖交磁束が通り、各巻線コア３６Ｂと、各巻線コア３６Ｂに接合された磁気結合コア５２Ｃおよび５２Ｄとが形成する磁路には、各巻線コア３６Ｂに巻き付けられた巻線についての自己鎖交磁束が通る。また、直列接続巻線が巻き付けられる２つの巻線コアの上端間をギャップを介して磁気的に結合する磁気結合コア、直列接続巻線が巻き付けられる２つの巻線コアの下端間をギャップを介して磁気的に結合する磁気結合コア、およびその２つの巻線コアが形成する磁路には、その直列接続巻線に対する自己鎖交磁束が通る。これによって、第１電圧変換用インダクタ１２、第２電圧変換用インダクタ１４、および第３電圧変換用インダクタ５４の自己インダクタンスＬが構成される。
【００７５】
また、各巻線コア３６Ａと、各巻線コア３６Ａに接合された磁気結合コア５２Ａおよび５２Ｂは、第１電圧変換用インダクタ１２、第２電圧変換用インダクタ１４、および第３電圧変換用インダクタ５４を相互に磁気的に結合させる。同様に、各巻線コア３６Ｂと、各巻線コア３６Ｂに接合された磁気結合コア５２Ｃおよび５２Ｄは、第１電圧変換用インダクタ１２、第２電圧変換用インダクタ１４、および第３電圧変換用インダクタ５４を相互に磁気的に結合させる。これによって、第１電圧変換用インダクタ１２、第２電圧変換用インダクタ１４、および第３電圧変換用インダクタ５４それぞれの磁気結合部Ｌ（１−２ａ）が構成される。
【００７６】
このような構成によれば、図５のインダクタユニット３０Ｄと同様の原理により、漏洩する磁束を低減することができる。
【００７７】
図７に示すインダクタユニット３０Ｅでは、第１電圧変換用インダクタ１２、第２電圧変換用インダクタ１４、および第３電圧変換用インダクタ５４の相互間の磁気的結合にギャップを用いる。ギャップの部分は、コア部材よりも透磁率が小さく磁気抵抗が大きい。そのため、結合率ａを小さくした構成、例えば、ａ＜０．１５〜０．２５が成立する構成とする場合に好適である。
【００７８】
一方、図８に示すインダクタユニット３０Ｆでは、第１電圧変換用インダクタ１２、第２電圧変換用インダクタ１４、および第３電圧変換用インダクタ５４の相互間の磁気的結合にギャップを用いない。そのため、結合率ａを大きくした構成、例えば、ａ＞０．１５〜０．２５が成立する構成とする場合に好適である。なお、図５、図７、および図８に示す構成においては、磁気飽和を避けるため、側路コア３６Ａおよび３６Ｂに、または側路コア３６Ａもしくは３６Ｂのいずれかにギャップを設けてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１０  電池、１２  第１電圧変換用インダクタ、１４  第２電圧変換用インダクタ、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、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｆ  インダクタユニット、３２，４６，４８，５６  巻線フレーム、３４Ａ，３４Ｂ  側路コア、３６Ａ，３６Ｂ  巻線コア、３８Ａ  上側接合コア、３８Ｂ  下側接合コア、４０Ａ，４０Ｂ，５０Ａ〜５０Ｆ  巻線、４２Ａ，４２Ｂ，４４  ギャップ、５２Ａ〜５２Ｊ  磁気結合コア、５４  第３電圧変換用インダクタ。
【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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