(57)【要約】【課題】コンバータの大型化を防止することができると共に、部品点数を増加させることがなく、スイッチング損失を低減できるトランス、該トランスと接続してなるスイッチング装置、及び該スイッチング装置を用いたコンバータの提供を課題とする。【解決手段】１次側コイル４２０と２次側コイル４３０とを磁性体コア４１０と共に配置してなるトランス４００であって、前記１次側コイル４２０と前記２次側コイル４３０との間に磁性体コア４１０の一部を利用してなる凸部４１１で構成される漏れ磁束誘導手段を設けてあることを特徴とするトランスである。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側コイルと２次側コイルとを磁性体コアと共に配置してなるトランスであって、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの間に漏れ磁束誘導手段を設けてあることを特徴とするトランス。
【請求項２】
前記１次側コイルと前記２次側コイルとを同心円状に配置してあることを特徴とする請求項１に記載のトランス。
【請求項３】
前記漏れ磁束誘導手段は、磁性体コアの一部を利用してなることを特徴とする請求項１又は２に記載のトランス。
【請求項４】
前記磁性体コアは、１対のＥ型コア体を両側から嵌め合わすことで内部に空間を形成してなると共に、該空間内に前記１次側コイルと前記２次側コイルとを配置してあることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のトランス。
【請求項５】
前記漏れ磁束誘導手段は、前記磁性体コアの一部を前記１次側コイルと前記２次側コイルとの間に突出させてなる凸部で構成し、これにより２次側コイルを通ることなく、１次側コイルのみを循環する漏れ磁束を発生させるようにしたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のトランス。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のトランスの１次側コイルにスイッチング回路を接続してなるスイッチング装置。
【請求項７】
請求項６に記載のスイッチング装置を用いたことを特徴とするコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランス、該トランスと接続してなるスイッチング装置、及び該スイッチング装置を用いたコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車／電気自動車はモータを駆動する為、大容量のバッテリを搭載している。また補機類を駆動する為、コンバータを搭載し、バッテリ電源を降圧している。
近年、ハイブリッド車／電気自動車に用いられるモータは小型化され、スイッチング速度の高速化が進んでいる。しかし高周波化に伴い、スイッチング損失が増加してしまう為、その対策に様々な試みがなされている。
従来、共振用インダクタを用いることでスイッチング損失を低減させるものがあった。そのようなものとして、例えば下記特許文献１がある。
下記特許文献１は、コンバータに関する発明で、電力変換効率に優れたＤＣ／ＤＣコンバータに関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５３１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１においては、トランス内部の放熱特性を改善することで、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力変換効率を低下させないメリットがある。
しかしながら、共振用インダクタを別個に設ける構成であるので、ＤＣ／ＤＣコンバータが大型化すると共に、部品点数が多くなり、コストアップを招くという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は上記従来における問題点を解決し、コンバータの大型化を防止することができると共に、部品点数を増加させることがなく、スイッチング損失を低減できるトランス、該トランスと接続してなるスイッチング装置、及び該スイッチング装置を用いたコンバータの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のトランスは、１次側コイルと２次側コイルとを磁性体コアと共に配置してなるトランスであって、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの間に漏れ磁束誘導手段を設けてあることを第１の特徴としている。
【０００７】
上記本発明の第１の特徴によれば、１次側コイルと２次側コイルとを磁性体コアと共に配置してなるトランスであって、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの間に漏れ磁束誘導手段を設けてあることから、漏れ磁束誘導手段により漏れインダクタンスを誘発させることができる。
【０００８】
また本発明のトランスは、上記本発明の第１の特徴に加えて、前記１次側コイルと前記２次側コイルとを同心円状に配置してあることを第２の特徴としている。
【０００９】
上記本発明の第２の特徴によれば、上記本発明の第１の特徴による作用効果に加えて、前記１次側コイルと前記２次側コイルとを同心円状に配置してあることから、トランスを薄肉なものとすることができ、トランスの大型化を防止することができる。
【００１０】
また本発明のトランスは、上記本発明の第１又は第２の特徴に加えて、前記漏れ磁束誘導手段は、磁性体コアの一部を利用してなることを第３の特徴としている。
【００１１】
上記本発明の第３の特徴によれば、上記本発明の第１又は第２の特徴による作用効果に加えて、前記漏れ磁束誘導手段は、磁性体コアの一部を利用してなることから、部品点数を増加させることなく漏れインダクタンスを誘発させることができるトランスとすることができる。
【００１２】
また本発明のトランスは、上記本発明の第１〜第３の何れか１つの特徴に加えて、前記磁性体コアは、１対のＥ型コア体を両側から嵌め合わすことで内部に空間を形成してなると共に、該空間内に前記１次側コイルと前記２次側コイルとを配置してあることを第４の特徴としている。
【００１３】
上記本発明の第４の特徴によれば、上記本発明の第１〜第３の何れか１つの特徴による作用効果に加えて、前記磁性体コアは、１対のＥ型コア体を両側から嵌め合わすことで内部に空間を形成してなると共に、該空間内に前記１次側コイルと前記２次側コイルとを配置してあることから、製造容易なトランスとすることができる。
【００１４】
また本発明のトランスは、上記本発明の第１〜第４の何れか１つの特徴に加えて、前記漏れ磁束誘導手段は、前記磁性体コアの一部を前記１次側コイルと前記２次側コイルとの間に突出させてなる凸部で構成し、これにより２次側コイルを通ることなく、１次側コイルのみを循環する漏れ磁束を発生させるようにしたことを第５の特徴としている。
【００１５】
上記本発明の第５の特徴によれば、上記本発明の第１〜第４の何れか１つの特徴による作用効果に加えて、前記漏れ磁束誘導手段は、前記磁性体コアの一部を前記１次側コイルと前記２次側コイルとの間に突出させてなる凸部で構成し、これにより２次側コイルを通ることなく、１次側コイルのみを循環する漏れ磁束を発生させるようにしたことから、部品点数を増加させることがなく、１次側コイルと２次側コイルとの間に突出させてなる凸部により１次側コイルのみを循環する漏れ磁束を確実に発生させ、漏れインダクタンスを誘発させることができる。
【００１６】
また本発明のスイッチング装置は、第１から第５の何れか１つの特徴に記載のトランスの１次側コイルにスイッチング回路を接続してなることを第６の特徴としている。
【００１７】
上記本発明の第６の特徴によれば、スイッチング装置は、第１から第５の何れか１つの特徴に記載のトランスの１次側コイルにスイッチング回路を接続してなることから、大型化を防止することができると共に、部品点数を増加させることがなく、スイッチング損失を低減できるスイッチング装置とすることができる。
【００１８】
また本発明のコンバータは、第６の特徴に記載のスイッチング装置を用いたことを第７の特徴としている。
【００１９】
上記本発明の第７の特徴によれば、コンバータは、第６の特徴に記載のスイッチング装置を用いたことから、大型化を防止することができると共に、部品点数を増加させることがなく、スイッチング損失を低減できるコンバータとすることができる。また変換効率に優れたコンバータとすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のトランス、該トランスと接続してなるスイッチング装置、及び該スイッチング装置を用いたコンバータによれば、大型化を防止することができると共に、部品点数を増加させることがなく、スイッチング損失を低減できるトランス、該トランスと接続してなるスイッチング装置、及び該スイッチング装置を用いたコンバータとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示した回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係るトランスの内部構造を簡略化して示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るトランスの内部構造を簡略化して示す図で、１対のＥ型コア体が嵌め合される前の状態を示す平面図である。
【図４】ＤＣ／ＤＣコンバータ等に用いられる従来のトランスの内部構造を簡略化して示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の図面を参照して、本発明の実施形態に係るトランス、該トランスと接続してなるスイッチング装置、及び該スイッチング装置を用いたＤＣ／ＤＣコンバータを説明し、本発明の理解に供する。しかし、以下の説明は本発明の実施形態であって、特許請求の範囲に記載の内容を限定するものではない。
【００２３】
まず図１を参照して、本発明の実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ１を説明する。
【００２４】
図１を参照して、本発明の実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ１は、直流をスイッチングして得たスイッチング電流をトランスに流し、同トランスで発生した２次電流を整流回路、平滑回路を用いて所定の電圧の直流に降圧して出力するためのものである。
このＤＣ／ＤＣコンバータ１は、図１に示すように、バッテリ電源１００、ノイズフィルタ２００、スイッチング回路３００、トランス４００、両波整流回路５００、平滑回路６００、電流検出回路７００、制御部８００、ドライブ回路９００、バッテリ電源１０００とから構成される。
【００２５】
前記バッテリ電源１００は、高電圧（例えば、２００Ｖ）を供給するための電源である。
【００２６】
前記ノイズフィルタ２００は、高周波ノイズを除去するためのフィルタである。
【００２７】
前記スイッチング回路３００は、トランス４００の１次側コイルにスイッチング電流を供給するためのものであり、図１に示すように、４つのスイッチング素子３１０を備え、後述するトランス４００の１次側コイル４２０と接続されている。
このようにトランス４００の１次側コイル４２０にスイッチング回路３００を接続することで、図１に示すように、スイッチング装置３０が形成される。
【００２８】
前記トランス４００は、変圧器としての役割に加え、共振用インダクタの役割を果たすためのものである。
【００２９】
以下図２〜図４も参照してトランス４００を更に詳細に説明する。
【００３０】
図２、図３に示すように、トランス４００は、磁性体コア４１０と、１次側コイル４２０と、２次側コイル４３０とから構成される。
【００３１】
前記磁性体コア４１０は、トランス４００のコアとなるもので、フェライト等の高透磁率磁性体で形成されている。
また図２において破線で示すように、磁性体コア４１０は、１対のＥ型コア体４１０ａ、４１０ｂを両側から嵌め合わすことで内部に空間Ｓを形成してなると共に、該空間Ｓ内に１次側コイル４２０と２次側コイル４３０とを配置してある。このような構成とすることで、製造容易なトランス４００とすることができる。
【００３２】
更に図３に示すように、空間Ｓ内に配置してある１次側コイル４２０と２次側コイル４３０とは、磁性体コア４１０の中心を中心点とした場合、同心円状に配置してある。より具体的には、図３に示すように、磁性体コア４１０の中心を中心点とした場合、２次側コイル４３０を内側に、１次側コイル４２０を外側に配置してある。
ここで、図４に示すように、従来のトランス４０においては、１次側コイル４２の上下を２次側コイル４３で挟む構成とするものが一般的であった。つまり１次側コイル４２と２次側コイル４３とは、１対のＥ型コア体４１ａ、４１ｂの接合箇所を示す破線に対して垂直に配置されていた。このような構成とした場合、トランス４０は厚肉なものとなる。
これに対して、図２に示すように、１次側コイル４２０と２次側コイル４３０とを１対のＥ型コア体４１０ａ、４１０ｂの接合箇所を示す破線に対して水平に配置することで、トランス４００を薄肉なものとすることができる。よってトランス４００の大型化を防止することができる。
【００３３】
なお本実施形態においては、磁性体コア４１０の中心を中心点とした場合、２次側コイル４３０を内側に、１次側コイル４２０を外側に配置する構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、１次側コイル４２０を内側に、２次側コイル４３０を外側に配置する構成であってもよい。
【００３４】
また図２、図３に示すように、磁性体コア４１０の一部を利用して１次側コイル４２０と２次側コイル４３０との間で、且つ空間Ｓ側に突出させてなる略環状の凸部４１１を上下に１対設けることで漏れ磁束誘導手段を構成している。
このような構成とすることで、２次側コイル４３０を通ることなく、１次側コイル４２０のみを循環する漏れ磁束を確実に発生させることができる。よって漏れ磁束誘導手段により漏れインダクタンスを誘発させることができ、スイッチング損失を低減させることができる。この場合、元々ある空間Ｓを利用して凸部４１１を形成し、漏れ磁束誘導手段としているので、トランスの体積を全く増加させることなく、また厚みを全く増加させることなく、漏れ磁束誘導手段を導入することができる。
【００３５】
更に磁性体コア４１０の一部を利用して漏れ磁束誘導手段を構成することで、共振用インダクタを別部品として設ける必要がない。よって部品点数を増加させることなく、トランス４００に共振用インダクタとしての役割を兼ねさせることができる。よってトランス４００及びＤＣ／ＤＣコンバータ１の部品点数の増加及び大型化を防止することができる。
なお凸部４１１は必ずしも上下１対で設ける必要はなく、一方だけでもよい。要するに空間Ｓの隙間をその部分で狭くしてやればよい。
【００３６】
前記両波整流回路５００は、トランス４００の２次側コイル４３０に発生する電圧を整流するためのものである。
【００３７】
前記平滑回路６００は、両波整流回路５００の出力を平滑にするためのものである。
【００３８】
前記電流検出回路７００は、トランス４００の１次側コイル４２０に流れる電流を検出するためのものである。
【００３９】
前記制御部８００は、電流検出回路７００が検出した電流と平滑回路６００の出力電圧に基づいて出力電圧が所定電圧になるように、ドライブ回路９００を通してスイッチング回路３００を制御するためのものである。
【００４０】
前記ドライブ回路９００は、スイッチング回路３００のスイッチング素子３１０をスイッチングさせるためのものである。
【００４１】
前記バッテリ電源１０００は、低電圧（例えば、１４Ｖ）を供給するための電源である。
【００４２】
次に本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ１の動作について説明する。
【００４３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、既述したように、バッテリ電源１００、ノイズフィルタ２００、スイッチング回路３００、トランス４００、両波整流回路５００、平滑回路６００、電流検出回路７００、制御部８００、ドライブ回路９００、バッテリ電源１０００とから構成される。またスイッチング回路３００をトランス４００の１次側コイル４２０に接続することでスイッチング装置３０が構成される。スイッチング装置３０は、スイッチング回路３００のスイッチング素子３１０のスイッチングを行うためのものである。
【００４４】
バッテリ電源１００から供給された高電圧（２００Ｖ）は、ノイズフィルタ２００により高周波ノイズが除去され、スイッチング回路３００に供給される。スイッチング回路３００は、供給された直流電源をスイッチングしてトランス４００の１次側コイル４２０にスイッチング電流を流す。これによりトランス４００の２次側コイル４３０に降圧された電圧が発生し、この電圧は両波整流回路５００により整流され、平滑回路６００により平滑され、低電圧（１４Ｖ）の直流電源となって図示されない負荷側に供給される。
【００４５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１の動作中に、平滑回路６００から出力された出力電圧と電流検出回路７００により検出されたトランス４００の１次側に流れる電流は制御部８００に入力される。制御部８００は、これら出力電圧と検出電流に基づいてドライブ回路９００を通してスイッチング回路３００を構成するスイッチング素子３１０のスイッチング動作を制御することにより、平滑回路６００から出力される電圧を１４Ｖに保持する。
なおノイズフィルタ２００、スイッチング回路３００、両波整流回路５００、平滑回路６００は、図１に示されるものに限定されない。
【００４６】
なお本実施形態においては、コンバータは、ＤＣ／ＤＣコンバータとする構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではない。例えばＡＣ／ＤＣコンバータを用いる構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明はハイブリッド車／電気自動車等に利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１            ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０          スイッチング装置
４０          トランス
４１          磁性体コア
４１ａ        Ｅ型コア体
４１ｂ        Ｅ型コア体
４２          １次側コイル
４３          ２次側コイル
１００        バッテリ電源
２００        ノイズフィルタ
３００        スイッチング回路
３１０        スイッチング素子
４００        トランス
４１０        磁性体コア
４１０ａ      Ｅ型コア体
４１０ｂ      Ｅ型コア体
４１１        凸部
４２０        １次側コイル
４３０        ２次側コイル
５００        両波整流回路
６００        平滑回路
７００        電流検出回路
８００        制御部
９００        ドライブ回路
１０００      バッテリ電源
Ｓ            空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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