(57)【要約】      （修正有）【課題】高い電力供給効率を達成することができる技術を提供する。【解決手段】１次コイルとして用いられる第１コイル２１０と、他のもう１つの１次コイルとして用いられる第２コイル２２０と、第１コイル２１０によって取り巻かれる環状の第１コア３１０と、第２コイル２２０によって取り巻かれる環状の第２コア３２０と、２次コイルとして用いられる第３コイル２３０と、を備えるコイル構造体１００である。第１コア３１０は、第３コイル２３０を貫通する第１貫通部３１１を含む。第２コア３２０は、第３コイル２３０を貫通する第２貫通部３２１を含む。第１貫通部３１１は、第２貫通部３２１から離間している。【選択図】図１
2015233033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次コイルとして用いられる第１コイルと、
他のもう１つの１次コイルとして用いられる第２コイルと、
前記第１コイルによって取り巻かれる環状の第１コアと、
前記第２コイルによって取り巻かれる環状の第２コアと、
２次コイルとして用いられる第３コイルと、を備え、
前記第１コアは、前記第３コイルを貫通する第１貫通部を含み、
前記第２コアは、前記第３コイルを貫通する第２貫通部を含み、
前記第１貫通部は、前記第２貫通部から離間していることを特徴とするコイル構造体。
【請求項２】
前記第１貫通部と前記第２貫通部との間に配置された絶縁部材を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のコイル構造体。
【請求項３】
前記第３コイルは、前記第１コイルと前記第２コイルとの間に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル構造体。
【請求項４】
前記第１コアは、前記第１コイルを貫通する第３貫通部を含み、
前記第１貫通部は、前記第３貫通部に接続する第１接続端と、前記第１接続端とは反対側の第１反対端と、を含み、
前記第２コアは、前記第２コイルを貫通する第４貫通部を含み、
前記第２貫通部は、前記第４貫通部に接続する第２接続端と、前記第２接続端とは反対側の第２反対端と、を含み、
前記第１接続端と前記第２接続端との間の距離は、前記第１反対端と前記第２接続端との間の距離より長いことを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル構造体。
【請求項５】
前記第１コアは、前記第１コイルを貫通する第３貫通部を含み、
前記第１貫通部は、前記第３貫通部に接続する第１接続端と、前記第１接続端とは反対側の第１反対端と、を含み、
前記第２コアは、前記第２コイルを貫通する第４貫通部を含み、
前記第２貫通部は、前記第４貫通部に接続する第２接続端と、前記第２接続端とは反対側の第２反対端と、を含み、
前記第１接続端と前記第２接続端との間の距離は、前記第１反対端と前記第２接続端との間の距離より短いことを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル構造体。
【請求項６】
前記第１貫通部は、前記第２貫通部から０．２ｍｍ以上離間していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のコイル構造体。
【請求項７】
他のもう１つの１次コイルとして用いられる第４コイルと、
前記第４コイルによって取り巻かれる環状の第３コアと、を更に備え、
前記第３コアは、前記第３コイルを貫通する第５貫通部を含み、
前記第５貫通部は、前記第１貫通部及び前記第２貫通部から離間していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のコイル構造体。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のコイル構造体が組み込まれた電源装置であって、
前記第１コイルを含む第１入力部と、
前記第２コイルを含む第２入力部と、
前記第３コイルを含む出力部と、
前記第１入力部と前記第２入力部とを制御する制御部と、を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記第１入力部を制御し、前記第１貫通部に沿う第１方向に流れる第１磁束を生じさせる第１期間と、前記第２入力部を制御し、前記第２貫通部に沿い、且つ、前記第１方向とは反対の第２方向に流れる第２磁束を生じさせる第２期間と、を設定し、
前記第２期間は、前記第１期間から隔てられていることを特徴とする請求項８に記載の電源装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第２期間において、前記第１入力部を制御し、前記第１貫通部を沿い、且つ、前記第２方向に流れる第３磁束を発生させることを特徴とする請求項９に記載の電源装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記第１期間において、前記第２入力部を制御し、前記第２貫通部を沿い、且つ、前記第１方向に流れる第４磁束を発生させることを特徴とする請求項９又は１０に記載の電源装置。
【請求項１２】
前記第１入力部は、第１直流電力を出力する第１電源と、前記第１電源に並列に接続された第１スイッチ回路部と、前記第１電源及び前記第１スイッチ回路部に並列に接続された第２スイッチ回路部と、を含み、
前記第１スイッチ回路部は、第１スイッチ素子と、前記第１スイッチ素子に直列に接続された第２スイッチ素子と、を含み、
前記第２スイッチ回路部は、第３スイッチ素子と、前記第３スイッチ素子に直列に接続された第４スイッチ素子と、を含み、
前記第１コイルは、前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子との間の第１接続点と、前記第３スイッチ素子と前記第４スイッチ素子との間の第２接続点と、に接続され、
前記制御部は、前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子を制御することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項１３】
前記第２入力部は、第２直流電力を供給する第２電源と、前記第２電源に並列に接続された第３スイッチ回路部と、前記第２電源及び前記第３スイッチ回路部に並列に接続された第４スイッチ回路部と、を含み、
前記第３スイッチ回路部は、第５スイッチ素子と、前記第５スイッチ素子に直列に接続された第６スイッチ素子と、を含み、
前記第４スイッチ回路部は、第７スイッチ素子と、前記第７スイッチ素子に直列に接続された第８スイッチ素子と、を含み、
前記第２コイルは、前記第５スイッチ素子と前記第６スイッチ素子との間の第３接続点と、前記第７スイッチ素子と前記第８スイッチ素子との間の第４接続点と、に接続され、
前記制御部は、前記第５スイッチ素子、前記第６スイッチ素子、前記第７スイッチ素子及び前記第８スイッチ素子を制御することを特徴とする請求項１２に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルを有するコイル構造体と、コイル構造体が組み込まれた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油や石炭といった化石燃料の消費の低減を目的として、様々なパワーエレクトロニクス技術が開発されている。パワーエレクトロニクス技術は、電気エネルギから機械的エネルギへの高い変換効率を達成することができるので、例えば、パワーエレクトロニクス技術は、電気自動車に適用される。パワーエレクトロニクス技術の自動車への適用の結果、炭素の排出量は大幅に低減される。
【０００３】
コイル構造体は、パワーエレクトロニクス技術の分野で利用される。コイル構造体として例示されるトランスは、一般的に、入力用の回路に接続される入力部と、出力用の回路に接続される出力部と、を含む。出力部は、入力部から絶縁されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５３６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者等は、従来のコイル構造体が低い電力供給効率の課題に直面していることを見出した。
【０００６】
本発明は、高い電力供給効率を達成することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面に係るコイル構造体は、１次コイルとして用いられる第１コイルと、他のもう１つの１次コイルとして用いられる第２コイルと、前記第１コイルによって取り巻かれる環状の第１コアと、前記第２コイルによって取り巻かれる環状の第２コアと、２次コイルとして用いられる第３コイルと、を備える。前記第１コアは、前記第３コイルを貫通する第１貫通部を含む。前記第２コアは、前記第３コイルを貫通する第２貫通部を含む。前記第１貫通部は、前記第２貫通部から離間している。
【０００８】
上記構成によれば、第１貫通部は、第２貫通部から離間しているので、１次コイル間の結合係数は、非常に小さな値となる。したがって、電力は、第１コイルと第２コイルとに略同期して供給可能となる。この結果、コイル構造体は、高い電力供給効率を達成することができる。
【０００９】
上記構成において、前記第１貫通部と前記第２貫通部との間に配置された絶縁部材を更に備えてもよい。
【００１０】
上記構成によれば、絶縁部材が、第１貫通部と第２貫通部との間に配置されるので、１次コイル間の結合係数は、非常に小さな値となる。したがって、電力は、第１コイルと第２コイルとに略同期して供給可能となる。この結果、コイル構造体は、高い電力供給効率を達成することができる。
【００１１】
上記構成において、前記第３コイルは、前記第１コイルと前記第２コイルとの間に配置されてもよい。
【００１２】
上記構成によれば、第３コイルは、第１コイルと第２コイルとの間に配置されるので、設計者は、第１コイルを、第２コイルから大きく離すことができる。したがって、１次コイル間の結合係数は、非常に小さな値となる。電力は、第１コイルと第２コイルとに略同期して供給可能となるので、コイル構造体は、高い電力供給効率を達成することができる。
【００１３】
上記構成において、前記第１コアは、前記第１コイルを貫通する第３貫通部を含んでもよい。前記第１貫通部は、前記第３貫通部に接続する第１接続端と、前記第１接続端とは反対側の第１反対端と、を含んでもよい。前記第２コアは、前記第２コイルを貫通する第４貫通部を含んでもよい。前記第２貫通部は、前記第４貫通部に接続する第２接続端と、前記第２接続端とは反対側の第２反対端と、を含んでもよい。前記第１接続端と前記第２接続端との間の距離は、前記第１反対端と前記第２接続端との間の距離より長くてもよい。
【００１４】
上記構成によれば、第１接続端と第２接続端との間の距離は、第１反対端と第２接続端との間の距離より長いので、設計者は、第１コイルを、第２コイルから大きく離すことができる。したがって、１次コイル間の結合係数は、非常に小さな値となる。電力は、第１コイルと第２コイルとに略同期して供給可能となるので、コイル構造体は、高い電力供給効率を達成することができる。
【００１５】
上記構成において、前記第１コアは、前記第１コイルを貫通する第３貫通部を含んでもよい。前記第１貫通部は、前記第３貫通部に接続する第１接続端と、前記第１接続端とは反対側の第１反対端と、を含んでもよい。前記第２コアは、前記第２コイルを貫通する第４貫通部を含んでもよい。前記第２貫通部は、前記第４貫通部に接続する第２接続端と、前記第２接続端とは反対側の第２反対端と、を含んでもよい。前記第１接続端と前記第２接続端との間の距離は、前記第１反対端と前記第２接続端との間の距離より短くてもよい。
【００１６】
上記構成によれば、第１接続端と第２接続端との間の距離は、第１反対端と第２接続端との間の距離より短いので、設計者は、第１コイルは、第２コイルの近くに配置することができる。したがって、設計者は、コイル構造体に小さな寸法を与えることができる。
【００１７】
上記構成において、前記第１貫通部は、前記第２貫通部から０．２ｍｍ以上離間していてもよい。
【００１８】
上記構成によれば、第１貫通部は、第２貫通部から０．２ｍｍ以上離間しているので、１次コイル間の結合係数は、非常に小さな値となる。したがって、電力は、第１コイルと第２コイルとに略同期して供給可能となる。この結果、コイル構造体は、高い電力供給効率を達成することができる。
【００１９】
上記構成において、コイル構造体は、他のもう１つの１次コイルとして用いられる第４コイルと、前記第４コイルによって取り巻かれる環状の第３コアと、を更に備えてもよい。前記第３コアは、前記第３コイルを貫通する第５貫通部を含んでもよい。前記第５貫通部は、前記第１貫通部及び前記第２貫通部から離間してもよい。
【００２０】
上記構成によれば、コイル構造体は、他のもう１つの１次コイルとして用いられる第４コイルと、第４コイルによって取り巻かれる環状の第３コアと、を更に備えるので、コイル構造体は、大きな電力を受け取り、且つ、大きな電力を出力することができる。
【００２１】
本発明の他の局面に係る電源装置は、上述のコイル構造体を含む。電源装置は、前記第１コイルを含む第１入力部と、前記第２コイルを含む第２入力部と、前記第３コイルを含む出力部と、前記第１入力部と前記第２入力部とを制御する制御部と、を備える。
【００２２】
上記構成によれば、電源装置は、上述のコイル構造体を含むので、高い電力供給効率を達成することができる。
【００２３】
上記構成において、前記制御部は、前記第１入力部を制御し、前記第１貫通部に沿う第１方向に流れる第１磁束を生じさせる第１期間と、前記第２入力部を制御し、前記第２貫通部に沿い、且つ、前記第１方向とは反対の第２方向に流れる第２磁束を生じさせる第２期間と、を設定する。前記第２期間は、前記第１期間から隔てられていてもよい。
【００２４】
上記構成によれば、第２期間は、第１期間から隔てられているので、第２方向に流れる第２磁束は、第１方向に流れる第１磁束と同時に発生しにくくなる。したがって、電源装置は、高い電力供給効率を達成することができる。
【００２５】
上記構成において、前記制御部は、前記第２期間において、前記第１入力部を制御し、前記第１貫通部を沿い、且つ、前記第２方向に流れる第３磁束を発生させてもよい。
【００２６】
上記構成によれば、第２磁束及び第３磁束は、第２期間において、第２方向に流れるので、電源装置は、高い電力供給効率を達成することができる。
【００２７】
上記構成において、前記制御部は、前記第１期間において、前記第２入力部を制御し、前記第２貫通部を沿い、且つ、前記第１方向に流れる第４磁束を発生させてもよい。
【００２８】
上記構成によれば、第１磁束及び第４磁束は、第１期間において、第１方向に流れるので、電源装置は、高い電力供給効率を達成することができる。
【００２９】
上記構成において、前記第１入力部は、第１直流電力を出力する第１電源と、前記第１電源に並列に接続された第１スイッチ回路部と、前記第１電源及び前記第１スイッチ回路部に並列に接続された第２スイッチ回路部と、を含んでもよい。前記第１スイッチ回路部は、第１スイッチ素子と、前記第１スイッチ素子に直列に接続された第２スイッチ素子と、を含んでもよい。前記第２スイッチ回路部は、第３スイッチ素子と、前記第３スイッチ素子に直列に接続された第４スイッチ素子と、を含んでもよい。前記第１コイルは、前記第１スイッチ素子と前記第２スイッチ素子との間の第１接続点と、前記第３スイッチ素子と前記第４スイッチ素子との間の第２接続点と、に接続されてもよい。前記制御部は、前記第１スイッチ素子、前記第２スイッチ素子、前記第３スイッチ素子及び前記第４スイッチ素子を制御してもよい。
【００３０】
上記構成によれば、制御部は、第１スイッチ素子、第２スイッチ素子、第３スイッチ素子及び第４スイッチ素子を制御するので、第１コイルへ流れる電流の方向を適切に切り替えることができる。
【００３１】
上記構成において、前記第２入力部は、第２直流電力を供給する第２電源と、前記第２電源に並列に接続された第３スイッチ回路部と、前記第２電源及び前記第３スイッチ回路部に並列に接続された第４スイッチ回路部と、を含んでもよい。前記第３スイッチ回路部は、第５スイッチ素子と、前記第５スイッチ素子に直列に接続された第６スイッチ素子と、を含んでもよい。前記第４スイッチ回路部は、第７スイッチ素子と、前記第７スイッチ素子に直列に接続された第８スイッチ素子と、を含んでもよい。前記第２コイルは、前記第５スイッチ素子と前記第６スイッチ素子との間の第３接続点と、前記第７スイッチ素子と前記第８スイッチ素子との間の第４接続点と、に接続されてもよい。前記制御部は、前記第５スイッチ素子、前記第６スイッチ素子、前記第７スイッチ素子及び前記第８スイッチ素子を制御してもよい。
【００３２】
上記構成によれば、制御部は、第５スイッチ素子、第６スイッチ素子、第７スイッチ素子及び第８スイッチ素子を制御するので、第２コイルへ流れる電流の方向を適切に切り替えることができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明は、高い電力供給効率を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態のコイル構造体の概念図である。
【図２】結合係数とギャップとの間の関係を表すグラフである（第２実施形態）。
【図３】第３実施形態のコイル構造体の概念図である。
【図４】第４実施形態のコイル構造体の概略的な正面図である。
【図５】第５実施形態のコイル構造体の概略的な正面図である。
【図６Ａ】第６実施形態のコイル構造体の概略的な正面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示されるコイル構造体の概略的な斜視図である。
【図７Ａ】第７実施形態のコイル構造体の概略的な正面図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示されるコイル構造体の概略的な側面図である。
【図８】第８実施形態のコイル構造体の概略的な斜視図である。
【図９】第９実施形態の電源装置の概略的なブロック図である。
【図１０】図９に示される電源装置の制御の概念を表す概略的なタイミングチャートである（第１０実施形態）。
【図１１Ａ】図６Ｂに示されるコイル構造体の概略的な斜視断面図である。
【図１１Ｂ】図６Ｂに示されるコイル構造体の概略的な斜視断面図である。
【図１２】図９に示される電源装置の処理部の概略的な回路図である（第１１実施形態）。
【図１３】図９に示される電源装置の制御の概念を表す概略的なタイミングチャートである（第１２実施形態）。
【図１４】図９に示される電源装置の処理部の概略的な回路図である（第１３実施形態）。
【図１５】図９に示される電源装置の制御の概念を表す概略的なタイミングチャートである（第１４実施形態）。
【図１６】従来のコンバータ回路の概略的な回路図である。
【図１７】図１６に示されるコンバータ回路のトランスの概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
添付の図面を参照して、コイル構造体及び電力装置に関する様々な実施形態が以下に説明される。コイル構造体及び電力装置は、以下の説明によって、明確に理解可能である。「上」、「下」、「左」や「右」といった方向を表す用語は、単に、説明の明瞭化を目的とする。したがって、これらの用語は、限定的に解釈されるべきものではない。
【００３６】
＜従来技術の課題＞
本発明者等は、従来技術のコイル構造体が組み込まれた電力変換回路を研究し、従来技術が、低い電力供給効率の課題に直面していることを見出した。従来の電力変換回路が有する課題が、以下に説明される。
【００３７】
図１６は、従来のコンバータ回路９００（プッシュプル型）の概略的な回路図である。図１６を参照して、コンバータ回路９００が説明される。
【００３８】
コンバータ回路９００は、直流電源９１０と、トランス９２０と、第１スイッチ９３１と、第２スイッチ９３２と、ブリッジ回路９４０と、チョークコイル９５０と、平滑コンデンサ９６０と、を備える。
【００３９】
トランス９２０は、第１コイル９２１と、第２コイル９２２と、第３コイル９２３と、センタータップ９２４と、を含む。第１コイル９２１及び第２コイル９２２は、１次コイルとして用いられる。第３コイル９２３は、２次コイルとして用いられる。
【００４０】
第１コイル９２１は、センタータップ９２４を通じて、直流電源９１０に接続される。第１コイル９２１は、第１スイッチ９３１にも接続される。したがって、直流電源９１０からの電流は、第１スイッチ９３１のオン動作に応じて、第１コイル９２１に流れる。
【００４１】
第２コイル９２２は、センタータップ９２４を通じて、直流電源９１０に接続される。第２コイル９２２は、第２スイッチ９３２にも接続される。したがって、直流電源９１０からの電流は、第２スイッチ９３２のオン動作に応じて、第２コイル９２２に流れる。
【００４２】
ブリッジ回路９４０は、４つのダイオード９４１，９４２，９４３，９４４を含む。ブリッジ回路９４０は、第３コイル９２３に接続される。第１コイル９２１又は第２コイル９２２への電力の供給は、第３コイル９２３に誘導電流を生じさせる。誘導電流は、ブリッジ回路９４０へ流れる。ブリッジ回路９４０は、誘導電流を整流する。
【００４３】
チョークコイル９５０は、ブリッジ回路９４０と平滑コンデンサ９６０とに接続される。ブリッジ回路９４０によって整流された電流は、チョークコイル９５０を通じて出力される。平滑コンデンサ９６０は、出力電圧の変動を低減する。
【００４４】
図１７は、トランス９２０の概略的な断面図である。図１６及び図１７を参照して、コンバータ回路９００が更に説明される。
【００４５】
トランス９２０は、磁性コア９７０と、第１ボビン９８１と、第２ボビン９８２と、第３ボビン９８３と、を備える。第１コイル９２１は、第１ボビン９８１に巻き付けられた線材から形成される。第２コイル９２２は、第２ボビン９８２に巻き付けられた線材から形成される。第３コイル９２３は、第３ボビン９８３に巻き付けられた線材から形成される。
【００４６】
磁性コア９７０は、右コア９７１と、左コア９７２と、を含む。右コア９７１及び左コア９７２はともに、略Ｅ字形状をなす。
【００４７】
右コア９７１は、上コア脚９７３と、下コア脚９７４と、中間コア脚９７５と、連結部９７６と、を含む。上コア脚９７３は、連結部９７６の上端から左コア９７２へ向けて延びる。下コア脚９７４は、連結部９７６の下端から左コア９７２へ向けて延びる。上コア脚９７３と下コア脚９７４との間の中間コア脚９７５は、連結部９７６から左コア９７２へ向けて延びる。
【００４８】
左コア９７２は、上コア脚９７７と、下コア脚９７８と、中間コア脚９７９と、連結部９９１と、を含む。上コア脚９７７は、連結部９９１の上端から右コア９７１へ向けて延びる。下コア脚９７８は、連結部９９１の下端から右コア９７１へ向けて延びる。上コア脚９７７と下コア脚９７８との間の中間コア脚９７９は、連結部９９１から右コア９７１へ向けて延びる。
【００４９】
右コア９７１の上コア脚９７３の端面は、左コア９７２の上コア脚９７７の端面に当接される。上コア脚９７３，９７７は、第１ボビン９８１へ挿入される。
【００５０】
右コア９７１の下コア脚９７４の端面は、左コア９７２の下コア脚９７８の端面に当接される。下コア脚９７４，９７８は、第２ボビン９８２へ挿入される。
【００５１】
右コア９７１の中間コア脚９７５の端面は、左コア９７２の中間コア脚９７９の端面から離間している。中間コア脚９７５，９７９はともに、第３ボビン９８３へ挿入される。
【００５２】
第１スイッチ９３１及び第２スイッチ９３２は、制御回路（図示せず）によって制御される。制御回路が、第１スイッチ９３１をオンモードに設定している間、第２スイッチ９３２は、オフモードに設定される。制御回路が、第１スイッチ９３１をオフモードに設定している間、第２スイッチ９３２は、オンモードに設定される。すなわち、制御回路は、第１スイッチ９３１のオンモードを、第２スイッチ９３２のオンモードに同期させない。
【００５３】
第１スイッチ９３１及び第２スイッチ９３２に対する上述の制御の結果、１次コイル（すなわち、第１コイル９２１及び第２コイル９２２の組）に、脈動電圧が生ずる。
【００５４】
制御回路が、第１スイッチ９３１をオンモードに設定している間、上コア脚９７３，９７７、連結部９７６，９９１及び中間コア脚９７５，９７９によって規定される磁路に沿って流れる上側磁束が発生する。制御回路が、第２スイッチ９３２をオンモードに設定している間、下コア脚９７４，９７８、連結部９７６，９９１及び中間コア脚９７５，９７９によって規定される磁路に沿って流れる下側磁束が発生する。
【００５５】
第１スイッチ９３１及び第２スイッチ９３２に対する上述の制御の結果、上側磁束及び下側磁束は、交互に発生する。この結果、第３コイル９２３にも脈動電圧が発生する。
【００５６】
第１スイッチ９３１のオンモードが、第２スイッチ９３２のオンモードに同期するならば、上側磁束は、下側磁束を打ち消す。この結果、第１スイッチ９３１及び第２スイッチ９３２の組と第１コイル９２１及び第２コイル９２２の組との間のインピーダンスは、非常に低くなる。このことは、第１スイッチ９３１及び第２スイッチ９３２に流れる過度に大きな貫通電流に帰結する。過度に大きな貫通電流は、第１スイッチ９３１及び第２スイッチ９３２を破壊することもある。
【００５７】
上述の如く、コンバータ回路９００は、第１スイッチ９３１のオンモードを、第２スイッチ９３２のオンモードに同期させることができない。したがって、電力供給のための期間は、第１コイル９２１への電力供給のための期間と第２コイル９２２への電力供給のための期間とに配分される必要がある。したがって、電力供給効率は、非常に低くなる。
【００５８】
第１コイル９２１と第２コイル９２２との結合係数は、上側磁束（又は、下側磁束）の一部が、下コア脚９７４，９７８（又は、上コア脚９７３，９７７）へ流れることを防止するほど十分に低くない。したがって、１次コイル（すなわち、第１コイル９２１及び第２コイル９２２の組）から２次コイル（すなわち、第３コイル９２３）への電力供給にロスが生ずる。したがって、この点においても、電力供給効率は、非常に低くなる。
【００５９】
＜第１実施形態＞
本発明者等は、上述の課題を適切に解消することができるコイル構造体を開発した。第１実施形態において、コイル構造体の設計原理が説明される。
【００６０】
図１は、第１実施形態のコイル構造体１００の概念図である。図１を参照して、コイル構造体１００が説明される。
【００６１】
コイル構造体１００は、第１コイル２１０と、第２コイル２２０と、第３コイル２３０と、環状の第１コア３１０と、環状の第２コア３２０と、を備える。第１コイル２１０及び第２コイル２２０は、１次コイルとして用いられる。第３コイル２３０は、２次コイルとして用いられる。
【００６２】
第１コア３１０は、磁性材料から形成される。第１コイル２１０は、第１コア３１０の一部を取り巻く。第１コア３１０は、第１コイル２１０への電力供給に起因して生じた磁束が流れる環状の磁路ＭＰ１を規定する。コイル構造体１００を設計する設計者は、第１コア３１０に様々な形状を与えてもよい。例えば、第１コア３１０は、三角形状の輪郭、矩形状の輪郭や他の多角形状の輪郭を有してもよい。更に代替的に、第１コア３１０は、曲線を含む輪郭（例えば、円形や楕円形）を有してもよい。本実施形態の原理は、第１コア３１０の特定の形状に限定されない。
【００６３】
コイル構造体１００を製造する製造者は、第１コア３１０を単一の磁性片から形成してもよい。代替的に、製造者は、複数の磁性片を用いて形成してもよい。例えば、製造者は、２つのＵ字型の磁性片を用いて、第１コア３１０を形成してもよい。代替的に、製造者は、Ｕ字型の磁性片と、Ｉ字型の磁性片と、を用いて、第１コア３１０を形成してもよい。本実施形態の原理は、第１コア３１０の特定の構造に限定されない。
【００６４】
第２コア３２０は、磁性材料から形成される。第２コイル２２０は、第２コア３２０の一部を取り巻く。第２コア３２０は、第２コイル２２０への電力供給に起因して生じた磁束が流れる環状の磁路ＭＰ２を規定する。コイル構造体１００を設計する設計者は、第２コア３２０に様々な形状を与えてもよい。例えば、第２コア３２０は、三角形状の輪郭、矩形状の輪郭や他の多角形状の輪郭を有してもよい。更に代替的に、第２コア３２０は、曲線を含む輪郭（例えば、円形や楕円形）を有してもよい。本実施形態の原理は、第２コア３２０の特定の形状に限定されない。
【００６５】
コイル構造体１００を製造する製造者は、第２コア３２０を単一の磁性片から形成してもよい。代替的に、製造者は、複数の磁性片を用いて形成してもよい。例えば、製造者は、２つのＵ字型の磁性片を用いて、第２コア３２０を形成してもよい。代替的に、製造者は、Ｕ字型の磁性片と、Ｉ字型の磁性片と、を用いて、第２コア３２０を形成してもよい。本実施形態の原理は、第２コア３２０の特定の構造に限定されない。
【００６６】
第１コア３１０は、第３コイル２３０を貫通する貫通部３１１を含む。第２コア３２０は、第３コイル２３０を貫通する貫通部３２１を含む。本実施形態において、第１貫通部は、貫通部３１１によって例示される。第２貫通部は、貫通部３２１によって例示される。
【００６７】
貫通部３１１は、貫通部３２１から離間している。したがって、第１コイル２１０と第２コイル２２０との間の結合係数は、非常に小さくなる。第１コイル２１０への電力供給は、第２コア３２０に、磁束をほとんど生じさせない。第２コイル２２０への電力供給は、第１コア３１０に、磁束をほとんど生じさせない。
【００６８】
コイル構造体１００の上述の特性は、第１コイル２１０及び第２コイル２２０への同期した電力供給を許容する。したがって、コイル構造体１００は、高い電力供給効率の達成に貢献することができる。
【００６９】
＜第２実施形態＞
本発明者等は、２つの１次コイル間の結合係数と２つの環状コアの間のギャップとの間の関係を調査した。第２実施形態において、２つの環状コアの間のギャップの適切な大きさが説明される。
【００７０】
図２は、結合係数とギャップＧＰ（図１を参照）との間の関係を表すグラフである。図１及び図２を参照して、結合係数とギャップＧＰとの間の関係が説明される。
【００７１】
図２のグラフは、有限要素法を用いた電磁界解析の結果を表す。図２のグラフの横軸は、貫通部３１１，３２１間のギャップＧＰを表す。図２のグラフの縦軸は、第１コイル２１０と第２コイル２２０との間の結合係数を表す。
【００７２】
ギャップＧＰが、０ｍｍ以上０．２ｍｍ未満である第１条件下において、結合係数は、ギャップＧＰの増加に伴って、急激に減少する。このことは、第１コイル２１０への電力供給によって第１コア３１０に生じた磁束が、第２コア３２０にも流れることと、第２コイル２２０への電力供給によって第２コア３２０に生じた磁束が、第１コア３１０にも流れることと、を意味する。
【００７３】
ギャップＧＰが、０．２ｍｍ以上である第２条件下において、結合係数は、０．０１以下の低いレベルに保たれる。このことは、第１コイル２１０への電力供給によって第１コア３１０に生じた磁束のほとんどは、第１コア３１０内に閉じ込められることと、第２コイル２２０への電力供給によって第２コア３２０に生じた磁束のほとんどは、第２コア３２０内に閉じ込められることと、を意味する。したがって、ギャップＧＰが、０．２ｍｍ以上の値に設定されるならば、第１コイル２１０及び第２コイル２２０へ供給された電力は、第３コイル２３０へ効率的に伝達される。
【００７４】
コイル構造体１００を設計する設計者は、図２に示されるシミュレーション結果に基づいて、貫通部３１１，３２１間のギャップＧＰを０．２ｍｍ以上の値に設定してもよい。この結果、コイル構造体１００は、高い電力供給効率の達成に貢献することができる。
【００７５】
＜第３実施形態＞
設計者は、２つの環状コアの間に絶縁部材を配置してもよい。絶縁部材は、一方の環状コアから他方の環状コアへの磁束の流入を生じさせにくくするので、コイル構造体の電力供給効率は、高くなる。第３実施形態において、絶縁部材を備えるコイル構造体の設計原理が説明される。
【００７６】
図３は、第３実施形態のコイル構造体１００Ａの概念図である。図３を参照して、コイル構造体１００Ａが説明される。第１実施形態及び第３実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第１実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第１実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【００７７】
第１実施形態と同様に、コイル構造体１００Ａは、第１コイル２１０と、第２コイル２２０と、第３コイル２３０と、環状の第１コア３１０と、環状の第２コア３２０と、を備える。第１実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【００７８】
コイル構造体１００Ａは、貫通部３１１，３２１の間に配置された絶縁部材１１０を更に備える。絶縁部材１１０は、第１コア３１０から第２コア３２０へ流れる磁束及び第２コア３２０から第１コア３１０へ流れる磁束を低減する絶縁特性を有する。したがって、第１コイル２１０への電力供給によって生じた磁束は、第１コア３１０内に適切に閉じ込められる。第２コイル２２０への電力供給によって生じた磁束は、第２コア３２０内に適切に閉じ込められる。
【００７９】
絶縁部材１１０は、一般的なトランスに用いられる絶縁テープであってもよい。本実施形態の原理は、絶縁部材１１０の特定の種類に限定されない。
【００８０】
＜第４実施形態＞
設計者は、第１実施形態に関連して説明された設計原理に基づいて、様々なコイル構造体を設計することができる。設計者は、第１コイルを第２コイルから離間させ、第１コイルと第２コイルとの間の結合を弱めてもよい。第４実施形態において、例示的なコイル構造体の設計原理が説明される。
【００８１】
図４は、第４実施形態のコイル構造体１００Ｂの概略的な正面図である。図１及び図４を参照して、コイル構造体１００Ｂが説明される。
【００８２】
コイル構造体１００Ｂは、第１コイル２１０Ｂと、第２コイル２２０Ｂと、第３コイル２３０Ｂと、第１コア３１０Ｂと、第２コア３２０Ｂと、を備える。第１コイル２１０Ｂは、図１を参照して説明された第１コイル２１０に対応する。第２コイル２２０Ｂは、図１を参照して説明された第２コイル２２０に対応する。第３コイル２３０Ｂは、図１を参照して説明された第３コイル２３０に対応する。第１コア３１０Ｂは、図１を参照して説明された第１コア３１０に対応する。第２コア３２０Ｂは、図１を参照して説明された第２コア３２０に対応する。
【００８３】
第１コイル２１０Ｂ、第２コイル２２０Ｂ及び第３コイル２３０Ｂは、回路基板（図示せず）に印刷された導電層であってもよい。代替的に、第１コイル２１０Ｂ、第２コイル２２０Ｂ及び第３コイル２３０Ｂは、ボビン（図示せず）に巻き付けられた線材から形成されてもよい。本実施形態の原理は、第１コイル２１０Ｂ、第２コイル２２０Ｂ及び第３コイル２３０Ｂの特定の構造に限定されない。
【００８４】
第１コア３１０Ｂは、上磁性棒３１２と、下磁性棒３１３と、右磁性棒３１４と、左磁性棒３１５と、を含む。上磁性棒３１２は、下磁性棒３１３の上方で略水平に延びる。下磁性棒３１３は、上磁性棒３１２の下方で略水平に延びる。右磁性棒３１４は、上磁性棒３１２の右端と下磁性棒３１３の右端との間で、略垂直に延びる。左磁性棒３１５は、上磁性棒３１２の左端と下磁性棒３１３の左端との間で、略垂直に延びる。したがって、第１コア３１０Ｂは、略矩形環状の磁路を規定する。
【００８５】
第２コア３２０Ｂは、上磁性棒３２２と、下磁性棒３２３と、右磁性棒３２４と、左磁性棒３２５と、を含む。上磁性棒３２２は、下磁性棒３２３の上方で略水平に延びる。下磁性棒３２３は、上磁性棒３２２の下方で略水平に延びる。右磁性棒３２４は、上磁性棒３２２の右端と下磁性棒３２３の右端との間で、略垂直に延びる。左磁性棒３２５は、上磁性棒３２２の左端と下磁性棒３２３の左端との間で、略垂直に延びる。したがって、第２コア３２０Ｂは、略矩形環状の磁路を規定する。
【００８６】
第１コイル２１０Ｂは、第１コア３１０Ｂの右磁性棒３１４を取り巻く。第２コイル２２０Ｂは、第２コア３２０Ｂの左磁性棒３２５を取り巻く。第３コイル２３０Ｂは、第１コア３１０Ｂの左磁性棒３１５と第２コア３２０Ｂの右磁性棒３２４とを取り巻く。第１コア３１０Ｂの左磁性棒３１５及び第２コア３２０Ｂの右磁性棒３２４が、第１コア３１０Ｂの右磁性棒３１４と第２コア３２０Ｂの左磁性棒３２５との間に配置されるように、第１コア３１０Ｂと第２コア３２０Ｂとの間の位置関係が設定される。したがって、第３コイル２３０Ｂは、第１コイル２１０Ｂと第２コイル２２０Ｂとの間に形成される。第１コア３１０Ｂの左磁性棒３１５は、図１を参照して説明された貫通部３１１に対応する。第２コア３２０Ｂの右磁性棒３２４は、図１を参照して説明された貫通部３２１に対応する。
【００８７】
コイル構造体１００Ｂは、第１コイル２１０Ｂが、第２コイル２２０Ｂから離れた位置に配置されることを可能にする。したがって、第１コイル２１０Ｂと第２コイル２２０Ｂとの間の磁気的結合は非常に弱くなる。
【００８８】
＜第５実施形態＞
設計者は、第１実施形態に関連して説明された設計原理に基づいて、様々なコイル構造体を設計することができる。設計者は、第１コイルを第２コイルから離間させ、第１コイルと第２コイルとの間の結合を弱めてもよい。第５実施形態において、例示的なコイル構造体の設計原理が説明される。
【００８９】
図５は、第５実施形態のコイル構造体１００Ｃの概略的な正面図である。図１及び図５を参照して、コイル構造体１００Ｃが説明される。第４実施形態及び第５実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第４実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第４実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【００９０】
第４実施形態と同様に、コイル構造体１００Ｃは、第３コイル２３０Ｂと、第１コア３１０Ｂと、第２コア３２０Ｂと、を備える。第４実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【００９１】
コイル構造体１００Ｃは、第１コイル２１０Ｃと、第２コイル２２０Ｃと、を更に備える。第１コイル２１０Ｃは、第１コア３１０Ｂの上磁性棒３１２によって貫通される。第２コイル２２０Ｃは、第２コア３２０Ｂの下磁性棒３２３によって貫通される。第１コイル２１０Ｃは、図１を参照して説明された第１コイル２１０に対応する。第２コイル２２０Ｃは、図１を参照して説明された第２コイル２２０に対応する。本実施形態において、第３貫通部は、第１コア３１０Ｂの上磁性棒３１２によって例示される。第４貫通部は、第２コア３２０Ｂの下磁性棒３２３によって例示される。
【００９２】
第１コア３１０Ｂの上磁性棒３１２は、第１コア３１０Ｂの左磁性棒３１５に接続され、上角隅部３１６を形成する。第１コア３１０Ｂの下磁性棒３１３は、第１コア３１０Ｂの左磁性棒３１５に接続され、上角隅部３１６とは反対側の下角隅部３１７を形成する。本実施形態において、第１接続端は、上角隅部３１６によって例示される。第１反対端は、下角隅部３１７によって例示される。
【００９３】
第２コア３２０Ｂの上磁性棒３２２は、第２コア３２０Ｂの右磁性棒３２４に接続され、上角隅部３２６を形成する。第２コア３２０Ｂの下磁性棒３２３は、第２コア３２０Ｂの右磁性棒３２４に接続され、上角隅部３２６とは反対側の下角隅部３２７を形成する。本実施形態において、第２接続端は、下角隅部３２７によって例示される。第２反対端は、上角隅部３２６によって例示される。
【００９４】
第１コア３１０Ｂの上角隅部３１６と第２コア３２０Ｂの下角隅部３２７との間の距離は、上角隅部３１６，３２６間の距離よりも長いので、コイル構造体１００Ｃは、第１コイル２１０Ｃが、第２コイル２２０Ｃから離れた位置に配置されることを可能にする。したがって、第１コイル２１０Ｃと第２コイル２２０Ｃとの間の磁気的結合は非常に弱くなる。
【００９５】
＜第６実施形態＞
設計者は、第１実施形態に関連して説明された設計原理に基づいて、様々なコイル構造体を設計することができる。設計者は、第１コイルを第２コイルの近くに配置し、小型のコイル構造体を設計することができる。第６実施形態において、例示的なコイル構造体の設計原理が説明される。
【００９６】
図６Ａは、第６実施形態のコイル構造体１００Ｄの概略的な正面図である。図６Ｂは、コイル構造体１００Ｄの概略的な斜視図である。図１、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、コイル構造体１００Ｄが説明される。第５実施形態及び第６実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第５実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第５実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【００９７】
第５実施形態と同様に、コイル構造体１００Ｄは、第１コイル２１０Ｃと、第３コイル２３０Ｂと、第１コア３１０Ｂと、第２コア３２０Ｂと、を備える。第５実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【００９８】
コイル構造体１００Ｄは、第２コイル２２０Ｄを更に備える。第２コイル２２０Ｄは、第２コア３２０Ｂの上磁性棒３２２によって貫通される。第２コイル２２０Ｄは、図１を参照して説明された第２コイル２２０に対応する。本実施形態において、第４貫通部は、第２コア３２０Ｂの上磁性棒３２２によって例示される。
【００９９】
第１コア３１０Ｂの上角隅部３１６と第２コア３２０Ｂの上角隅部３２６との間の距離は、第１コア３１０Ｂの上角隅部３１６と第２コア３２０Ｂの下角隅部３２７との間の距離よりも短いので、コイル構造体１００Ｄは、第１コイル２１０Ｃが、第２コイル２２０Ｄの近くに配置されることを可能にする。したがって、設計者は、コイル構造体１００Ｄに小さな寸法を与えることができる。本実施形態において、第２接続端は、第２コア３２０Ｂの上角隅部３２６によって例示される。第２反対端は、第２コア３２０Ｂの下角隅部３２７によって例示される。
【０１００】
第１コイル２１０Ｃ及び第２コイル２２０Ｄはともに、上磁性棒３１２，３２２に取り付けられる。したがって、設計者は、第１コイル２１０Ｃ及び第２コイル２２０Ｄへ電力を供給するための配線構造を簡素化することができる。
【０１０１】
＜第７実施形態＞
設計者は、第１実施形態に関連して説明された設計原理に基づいて、様々なコイル構造体を設計することができる。設計者は、第１コイルを第２コイルの近くに配置し、小型のコイル構造体を設計することができる。第７実施形態において、例示的なコイル構造体の設計原理が説明される。
【０１０２】
図７Ａは、第７実施形態のコイル構造体１００Ｅの概略的な正面図である。図７Ｂは、コイル構造体１００Ｅの概略的な側面図である。図１、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、コイル構造体１００Ｅが説明される。第６実施形態及び第７実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第６実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第６実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１０３】
第６実施形態と同様に、コイル構造体１００Ｅは、第３コイル２３０Ｂと、第２コア３２０Ｂと、を備える。第６実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１０４】
コイル構造体１００Ｅは、第１コイル２１０Ｅと、第２コイル２２０Ｅと、第１コア３１０Ｅと、を更に備える。第１コア３１０Ｅは、上磁性棒３１２Ｅと、下磁性棒３１３Ｅと、右磁性棒３１４Ｅと、左磁性棒３１５Ｅと、を含む。第１コア３１０Ｅの上磁性棒３１２Ｅは、第２コア３２０Ｂの上磁性棒３２２の隣で略水平に延びる。第１コア３１０Ｅの下磁性棒３１３Ｅは、第２コア３２０Ｂの下磁性棒３２３の隣で略水平に延びる。第１コア３１０Ｅの右磁性棒３１４Ｅは、第２コア３２０Ｂの右磁性棒３２４の隣で略垂直に延びる。第１コア３１０Ｅの左磁性棒３１５Ｅは、第２コア３２０Ｂの左磁性棒３２５の隣で略垂直に延びる。第１コア３１０Ｅは、第２コア３２０Ｂに対して奥行き方向に整列するので、設計者は、コイル構造体１００Ｅに水平方向の小さな寸法値を与えることができる。第１コイル２１０Ｅは、図１を参照して説明された第１コイル２１０に対応する。第２コイル２２０Ｅは、図１を参照して説明された第２コイル２２０に対応する。第１コア３１０Ｅは、図１を参照して説明された第１コア３１０に対応する。
【０１０５】
第１コア３１０Ｅの右磁性棒３１４Ｅは、第１コイル２１０Ｅと第３コイル２３０Ｂとを貫く。第２コア３２０Ｂの右磁性棒３２４は、第２コイル２２０Ｅと第３コイル２３０Ｂとを貫く。第１コイル２１０Ｅ、第２コイル２２０Ｅ及び第３コイル２３０Ｂは、右磁性棒３１４Ｅ，３２４の周りに集中的に配置されるので、コイル構造体１００Ｅを製造する製造者は、小型のボビン構造体（図示せず）を用いて、第１コイル２１０Ｅ、第２コイル２２０Ｅ及び第３コイル２３０Ｂを形成してもよい。
【０１０６】
＜第８実施形態＞
設計者は、コイル構造体に、３以上の１次コイルを組み込んでもよい。多数の１次コイルが用いられるならば、コイル構造体は、大きな電力を受け取ることができる。第８実施形態において、４つの１次コイルを有するコイル構造体の設計原理が説明される。
【０１０７】
図８は、第８実施形態のコイル構造体１００Ｆの概略的な斜視図である。図１及び図８を参照して、コイル構造体１００Ｆが説明される。第６実施形態及び第８実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第６実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第６実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１０８】
第６実施形態と同様に、コイル構造体１００Ｆは、第３コイル２３０Ｂと、第１コア３１０Ｂと、第２コア３２０Ｂと、を備える。第６実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１０９】
コイル構造体１００Ｆは、第１コイル２１０Ｆと、第２コイル２２０Ｆと、を更に備える。第１コイル２１０Ｆは、図１を参照して説明された第１コイル２１０に対応する。第２コイル２２０Ｆは、図１を参照して説明された第２コイル２２０に対応する。
【０１１０】
コイル構造体１００Ｆは、第４コイル２４０と、第５コイル２５０と、第３コア３３０と、第４コア３４０と、を更に備える。第１コイル２１０Ｆ及び第２コイル２２０Ｆと同様に、第４コイル２４０及び第５コイル２５０は、１次コイルとして利用される。第４コイル２４０は、第３コア３３０の一部を取り巻く。第５コイル２５０は、第４コア３４０の一部を取り巻く。第１コア３１０Ｂ及び第２コア３２０Ｂと同様に、第３コア３３０及び第４コア３４０は、矩形環を描く。
【０１１１】
第３コア３３０は、上磁性棒３３２と、下磁性棒３３３と、右磁性棒３３４と、左磁性棒３３５と、を含む。第３コア３３０の上磁性棒３３２は、第１コア３１０Ｂの上磁性棒３１２の隣で略水平に延びる。第３コア３３０の下磁性棒３３３は、第１コア３１０Ｂの下磁性棒３１３の隣で略水平に延びる。第３コア３３０の右磁性棒３３４は、第１コア３１０Ｂの右磁性棒３１４の隣で略垂直に延びる。第３コア３３０の左磁性棒３３５は、第１コア３１０Ｂの左磁性棒３１５の隣で略垂直に延びる。
【０１１２】
第４コア３４０は、上磁性棒３４２と、下磁性棒３４３と、右磁性棒３４４と、左磁性棒３４５と、を含む。第４コア３４０の上磁性棒３４２は、第２コア３２０Ｂの上磁性棒３２２の隣で略水平に延びる。第４コア３４０の下磁性棒３４３は、第２コア３２０Ｂの下磁性棒３２３の隣で略水平に延びる。第４コア３４０の右磁性棒３４４は、第２コア３２０Ｂの右磁性棒３２４の隣で略垂直に延びる。第４コア３４０の左磁性棒３４５は、第２コア３２０Ｂの左磁性棒３２５の隣で略垂直に延びる。
【０１１３】
第１コア３１０Ｂの左磁性棒３１５は、第１コイル２１０Ｆと第３コイル２３０Ｂとを貫く。第２コア３２０Ｂの右磁性棒３２４は、第２コイル２２０Ｆと第３コイル２３０Ｂとを貫く。第３コア３３０の左磁性棒３３５は、第４コイル２４０と第３コイル２３０Ｂとを貫く。第４コア３４０の右磁性棒３４４は、第５コイル２５０と第３コイル２３０Ｂとを貫く。本実施形態において、第５貫通部は、第３コア３３０の左磁性棒３３５によって例示される。
【０１１４】
第１コア３１０Ｂの左磁性棒３１５は、第２コア３２０Ｂの右磁性棒３２４、第３コア３３０の左磁性棒３３５及び第４コア３４０の右磁性棒３４４のそれぞれから離間している。第２コア３２０Ｂの右磁性棒３２４は、第１コア３１０Ｂの左磁性棒３１５、第３コア３３０の左磁性棒３３５及び第４コア３４０の右磁性棒３４４のそれぞれから離間している。第３コア３３０の左磁性棒３３５は、第１コア３１０Ｂの左磁性棒３１５、第２コア３２０Ｂの右磁性棒３２４及び第４コア３４０の右磁性棒３４４のそれぞれから離間している。第４コア３４０の右磁性棒３４４は、第１コア３１０Ｂの左磁性棒３１５、第２コア３２０Ｂの右磁性棒３２４及び第３コア３３０の左磁性棒３３５のそれぞれから離間している。
【０１１５】
＜第９実施形態＞
第１実施形態乃至第８実施形態に関連して説明されたコイル構造体は、電源装置に好適に利用可能である。第９実施形態において、電源装置が説明される。
【０１１６】
図９は、第９実施形態の電源装置４００の概略的なブロック図である。図９を参照して、電源装置４００が説明される。
【０１１７】
電源装置４００は、制御部５００と、処理部６００と、を備える。処理部６００は、制御部５００の制御下で、電力を出力する。
【０１１８】
処理部６００は、第１入力部６１０と、第２入力部６２０と、出力部６３０と、を含む。制御部５００は、第１入力部６１０及び第２入力部６２０を制御し、脈動電圧を発生させる。出力部６３０は、脈動電圧の発生に応じて、電力を出力する。
【０１１９】
第１実施形態乃至第８実施形態に関連して説明された第１コイルは、第１入力部６１０に割り当てられる。第１実施形態乃至第８実施形態に関連して説明された第２コイルは、第２入力部６２０に割り当てられる。第１実施形態乃至第８実施形態に関連して説明された第３コイルは、出力部６３０に割り当てられる。したがって、処理部６００の回路構造は、トランスを利用して電力を出力する一般的な回路であってもよい。本実施形態の原理は、処理部６００の特定の回路構造に限定されない。
【０１２０】
＜第１０実施形態＞
第９実施形態に関連して説明された電源装置は、様々な制御の下で、電力を出力することができる。第１０実施形態において、電源装置の例示的な制御技術が説明される。
【０１２１】
図１０は、電源装置４００の制御の概念を表す概略的なタイミングチャートである。図１１Ａ及び図１１Ｂは、第６実施形態に関連して説明されたコイル構造体１００Ｄの概略的な斜視断面図である。図９乃至図１１Ｂを参照して、電源装置４００の制御が説明される。
【０１２２】
本実施形態において、コイル構造体１００Ｄは、電源装置４００に組み込まれる。第１入力部６１０は、第１コイル２１０Ｃを含む。第２入力部６２０は、第２コイル２２０Ｄを含む。出力部６３０は、第３コイル２３０Ｂを含む。
【０１２３】
制御部５００は、第１期間と、第２期間と、を設定する。第２期間は、第１期間とは重畳しない。第１期間及び第２期間は、交互に繰り返されてもよい。
【０１２４】
制御部５００は、第１期間において、第１入力部６１０を制御し、第１コイル２１０Ｃへ電力を供給する。この結果、第１コア３１０Ｂには、反時計回りの磁束ＭＦ１が発生する。制御部５００は、第２期間において、第２入力部６２０を制御し、第２コイル２２０Ｄへ電力を供給する。この結果、第２コア３２０Ｂには、反時計回りの磁束ＭＦ２が発生する。本実施形態において、第１磁束は、磁束ＭＦ１によって例示される。第２磁束は、磁束ＭＦ２によって例示される。
【０１２５】
図１１Ａに示される如く、磁束ＭＦ１は、第１コア３１０Ｂの左磁性棒３１５に沿って下向きに流れる。図１１Ｂに示される如く、磁束ＭＦ２は、第２コア３２０Ｂの右磁性棒３２４に沿って上向きに流れる。上述の如く、第２期間は、第１期間から隔てられているので、磁束ＭＦ１は、磁束ＭＦ２によって相殺されにくくなる。したがって、電源装置４００は、高い電力供給効率を達成することができる。本実施形態において、第１方向は、下方向であってもよい。第２方向は、上方向であってもよい。
【０１２６】
制御部５００は、第２期間において、第１入力部６１０を制御し、第１コイル２１０Ｃを流れる電流の向きを切り替える。この結果、第１コア３１０Ｂには、時計回りの磁束ＭＦ３が発生する。図１１Ｂに示される如く、磁束ＭＦ３は、第１コア３１０Ｂの左磁性棒３１５に沿って上向きに流れる。本実施形態において、第３磁束は、磁束ＭＦ３によって例示される。
【０１２７】
制御部５００は、第１期間において、第２入力部６２０を制御し、第２コイル２２０Ｄを流れる電流の向きを切り替える。この結果、第２コア３２０Ｂには、時計回りの磁束ＭＦ４が発生する。図１１Ａに示される如く、磁束ＭＦ４は、第２コア３２０Ｂの右磁性棒３２４に沿って下向きに流れる。本実施形態において、第４磁束は、磁束ＭＦ４によって例示される。
【０１２８】
＜第１１実施形態＞
設計者は、電源装置用に様々な制御回路を設計することができる。第１１実施形態において、電源装置の例示的な回路が説明される。
【０１２９】
図１２は、電源装置４００の処理部６００の概略的な回路図である。図９、図１１Ａ乃至図１２を参照して、電源装置４００の制御が説明される。
【０１３０】
本実施形態において、コイル構造体１００Ｄは、電源装置４００に組み込まれる。第１入力部６１０は、第１コイル２１０Ｃを含む。第２入力部６２０は、第２コイル２２０Ｄを含む。出力部６３０は、第３コイル２３０Ｂを含む。
【０１３１】
第１入力部６１０は、第１電源６１１と、第１スイッチ回路部６１２と、第２スイッチ回路部６１３と、を含む。第１電源６１１は、直流電力を出力する。第１スイッチ回路部６１２は、第１電源６１１に並列に接続される。第２スイッチ回路部６１３は、第１電源６１１及び第１スイッチ回路部６１２に並列に接続される。本実施形態において、第１直流電力は、第１電源６１１から出力される直流電力によって例示される。
【０１３２】
第１スイッチ回路部６１２は、第１スイッチ素子６１４と第２スイッチ素子６１５とを含む。第２スイッチ素子６１５は、第１スイッチ素子６１４に直列に接続される。制御部５００は、第１スイッチ素子６１４及び第２スイッチ素子６１５を制御する。
【０１３３】
第２スイッチ回路部６１３は、第３スイッチ素子６１６と第４スイッチ素子６１７とを含む。第４スイッチ素子６１７は、第３スイッチ素子６１６に直列に接続される。制御部５００は、第３スイッチ素子６１６及び第４スイッチ素子６１７を制御する。
【０１３４】
第１スイッチ回路部６１２は、第１スイッチ素子６１４と第２スイッチ素子６１５との間の第１接続点６１８を含む。第２スイッチ回路部６１３は、第３スイッチ素子６１６と第４スイッチ素子６１７との間の第２接続点６１９を含む。第１コイル２１０Ｃは、第１接続点６１８と第２接続点６１９とに接続される。
【０１３５】
制御部５００は、第１スイッチ素子６１４、第２スイッチ素子６１５、第３スイッチ素子６１６及び第４スイッチ素子６１７を制御し、第１コイル２１０Ｃへ電力を供給することができる。制御部５００は、第１スイッチ素子６１４、第２スイッチ素子６１５、第３スイッチ素子６１６及び第４スイッチ素子６１７を制御し、第１コイル２１０Ｃを流れる電流の向きを適切に切り替えることができる。
【０１３６】
第２入力部６２０は、第２電源６２１と、第３スイッチ回路部６２２と、第４スイッチ回路部６２３と、を含む。第２電源６２１は、直流電力を出力する。第３スイッチ回路部６２２は、第２電源６２１に並列に接続される。第４スイッチ回路部６２３は、第２電源６２１及び第３スイッチ回路部６２２に並列に接続される。本実施形態において、第２直流電力は、第２電源６２１から出力される直流電力によって例示される。
【０１３７】
第３スイッチ回路部６２２は、第５スイッチ素子６２４と第６スイッチ素子６２５とを含む。第６スイッチ素子６２５は、第５スイッチ素子６２４に直列に接続される。制御部５００は、第５スイッチ素子６２４及び第６スイッチ素子６２５を制御する。
【０１３８】
第４スイッチ回路部６２３は、第７スイッチ素子６２６と第８スイッチ素子６２７とを含む。第８スイッチ素子６２７は、第７スイッチ素子６２６に直列に接続される。制御部５００は、第７スイッチ素子６２６及び第８スイッチ素子６２７を制御する。
【０１３９】
第３スイッチ回路部６２２は、第５スイッチ素子６２４と第６スイッチ素子６２５との間の第３接続点６２８を含む。第２スイッチ回路部６１３は、第７スイッチ素子６２６と第８スイッチ素子６２７との間の第４接続点６２９を含む。第２コイル２２０Ｄは、第３接続点６２８と第４接続点６２９とに接続される。
【０１４０】
制御部５００は、第５スイッチ素子６２４、第６スイッチ素子６２５、第７スイッチ素子６２６及び第８スイッチ素子６２７を制御し、第２コイル２２０Ｄへ電力を供給することができる。制御部５００は、第５スイッチ素子６２４、第６スイッチ素子６２５、第７スイッチ素子６２６及び第８スイッチ素子６２７を制御し、第２コイル２２０Ｄを流れる電流の向きを適切に切り替えることができる。
【０１４１】
出力部６３０は、ブリッジ回路６３１と、チョークコイル６３２と、平滑コンデンサ６３３と、を含む。ブリッジ回路６３１は、４つのダイオード６３４，６３５，６３６，６３７を含む。ブリッジ回路６３１は、第３コイル２３０Ｂに接続される。第１コイル２１０Ｃ及び／又は第２コイル２２０Ｄへの電力の供給は、第３コイル２３０Ｂに誘導電流を生じさせる。誘導電流は、ブリッジ回路６３１へ流れる。ブリッジ回路６３１は、誘導電流を整流する。
【０１４２】
チョークコイル６３２は、ブリッジ回路６３１と平滑コンデンサ６３３とに接続される。ブリッジ回路６３１によって整流された電流は、チョークコイル６３２を通じて出力される。平滑コンデンサ６３３は、出力電圧の変動を低減する。
【０１４３】
＜第１２実施形態＞
第１１実施形態に関連して説明された電源装置は、様々な制御の下で、電力を出力することができる。第１２実施形態において、電源装置の例示的な制御技術が説明される。
【０１４４】
図１３は、電源装置４００の制御の概念を表す概略的なタイミングチャートである。図９、図１１Ａ乃至図１３を参照して、電源装置４００の制御が説明される。
【０１４５】
図１３は、第１制御信号ＣＳ１と、第２制御信号ＣＳ２と、を示す。制御部５００は、第１制御信号ＣＳ１及び第２制御信号ＣＳ２を生成する。第１制御信号ＣＳ１及び第２制御信号ＣＳ２は、制御部５００から第１入力部６１０へ出力される。
【０１４６】
第１制御信号ＣＳ１及び第２制御信号ＣＳ２それぞれは、複数のパルス信号を含む。図１３は、パルス信号の出力周期を、記号「Ｔ」で表す。以下の説明において、各パルス信号の立ち上がり時刻から立ち下がり時刻までの期間は、「オン期間」と称される。他の期間は、「オフ期間」と称される。
【０１４７】
第１スイッチ素子６１４及び第４スイッチ素子６１７は、第１制御信号ＣＳ１に応じて動作する。オン期間において、第１スイッチ素子６１４及び第４スイッチ素子６１７は、電流の通過を許容する。オフ期間において、第１スイッチ素子６１４及び第４スイッチ素子６１７は、電流の通過を遮断する。図１３は、第１スイッチ素子６１４及び第４スイッチ素子６１７のオン期間を、記号「Ｔ１」で表す。
【０１４８】
第２スイッチ素子６１５及び第３スイッチ素子６１６は、第２制御信号ＣＳ２に応じて動作する。オン期間において、第２スイッチ素子６１５及び第３スイッチ素子６１６は、電流の通過を許容する。オフ期間において、第２スイッチ素子６１５及び第３スイッチ素子６１６は、電流の通過を遮断する。図１３は、第２スイッチ素子６１５及び第３スイッチ素子６１６のオン期間を、記号「Ｔ３」で表す。
【０１４９】
制御部５００は、第１スイッチ素子６１４及び第４スイッチ素子６１７のオン期間「Ｔ１」の終了から期間「Ｔ２」後に、第２スイッチ素子６１５及び第３スイッチ素子６１６のオン期間「Ｔ３」を設定する。制御部５００は、第２スイッチ素子６１５及び第３スイッチ素子６１６のオン期間「Ｔ３」の終了から期間「Ｔ４」後に、第１スイッチ素子６１４及び第４スイッチ素子６１７のオン期間「Ｔ１」を設定する。したがって、第１スイッチ素子６１４及び第４スイッチ素子６１７のオン期間「Ｔ１」は、第２スイッチ素子６１５及び第３スイッチ素子６１６のオン期間「Ｔ３」に、時間的に重畳しない。
【０１５０】
オン期間「Ｔ１」において、第１スイッチ素子６１４及び第４スイッチ素子６１７は、電流の通過を許容する。したがって、電流は、第１電源６１１、第１スイッチ素子６１４、第１コイル２１０Ｃ及び第４スイッチ素子６１７を順次通過し、最終的に、第１電源６１１に戻る。電流は、第１コイル２１０Ｃへ流れるので、図１１Ａを参照して説明された如く、磁束ＭＦ１が、第１コア３１０Ｂに発生する。オン期間「Ｔ１」は、図１１Ａを参照して説明された第１期間に対応してもよい。
【０１５１】
期間「Ｔ２」において、第１スイッチ素子６１４、第２スイッチ素子６１５、第３スイッチ素子６１６及び第４スイッチ素子６１７は、電流の通過を遮断する。したがって、電力は、第１コイル２１０Ｃへ供給されない。
【０１５２】
オン期間「Ｔ３」において、第２スイッチ素子６１５及び第３スイッチ素子６１６は、電流の通過を許容する。したがって、電流は、第１電源６１１、第３スイッチ素子６１６、第１コイル２１０Ｃ及び第２スイッチ素子６１５を通過し、最終的に、第１電源６１１に戻る。したがって、オン期間「Ｔ３」において第１コイル２１０Ｃを流れる電流の向きは、オン期間「Ｔ１」において第１コイル２１０Ｃを流れる電流の向きとは逆になる。
【０１５３】
オン期間「Ｔ１」における方向とは逆方向に流れる電流は、第１コイル２１０Ｃへ流れるので、図１１Ｂを参照して説明された如く、磁束ＭＦ３が、第１コア３１０Ｂに発生する。オン期間「Ｔ３」は、図１１Ｂを参照して説明された第２期間に対応してもよい。
【０１５４】
期間「Ｔ４」において、第１スイッチ素子６１４、第２スイッチ素子６１５及び第３スイッチ素子６１６及び第４スイッチ素子６１７は、電流の通過を遮断する。したがって、電力は、第１コイル２１０Ｃへ供給されない。
【０１５５】
図１３は、第１コイル２１０Ｃに印加される１次電圧の変動を表す。図１３に示される如く、オン期間「Ｔ１」，「Ｔ３」の間で、１次電圧の極性は、反転される。
【０１５６】
図１３は、第３制御信号ＣＳ３と、第４制御信号ＣＳ４と、を示す。制御部５００は、第３制御信号ＣＳ３及び第４制御信号ＣＳ４を生成する。第３制御信号ＣＳ３及び第４制御信号ＣＳ４は、制御部５００から第２入力部６２０へ出力される。
【０１５７】
第３制御信号ＣＳ３は、第１制御信号ＣＳ１の複数のパルス信号それぞれに同期する複数のパルス信号を含む。第４制御信号ＣＳ４は、第２制御信号ＣＳ２の複数のパルス信号それぞれに同期する複数のパルス信号を含む。
【０１５８】
第５スイッチ素子６２４及び第８スイッチ素子６２７は、第３制御信号ＣＳ３に応じて動作する。オン期間において、第５スイッチ素子６２４及び第８スイッチ素子６２７は、電流の通過を許容する。オフ期間において、第５スイッチ素子６２４及び第８スイッチ素子６２７は、電流の通過を遮断する。図１３は、第５スイッチ素子６２４及び第８スイッチ素子６２７のオン期間を、記号「Ｔ１」で表す。
【０１５９】
第６スイッチ素子６２５及び第７スイッチ素子６２６は、第４制御信号ＣＳ４に応じて動作する。オン期間において、第６スイッチ素子６２５及び第７スイッチ素子６２６は、電流の通過を許容する。オフ期間において、第６スイッチ素子６２５及び第７スイッチ素子６２６は、電流の通過を遮断する。図１３は、第６スイッチ素子６２５及び第７スイッチ素子６２６のオン期間を、記号「Ｔ３」で表す。
【０１６０】
制御部５００は、第５スイッチ素子６２４及び第８スイッチ素子６２７のオン期間「Ｔ１」の終了から期間「Ｔ２」後に、第６スイッチ素子６２５及び第７スイッチ素子６２６のオン期間「Ｔ３」を設定する。制御部５００は、第６スイッチ素子６２５及び第７スイッチ素子６２６のオン期間「Ｔ３」の終了から期間「Ｔ４」後に、第５スイッチ素子６２４及び第８スイッチ素子６２７のオン期間「Ｔ１」を設定する。したがって、第５スイッチ素子６２４及び第８スイッチ素子６２７のオン期間「Ｔ１」は、第６スイッチ素子６２５及び第７スイッチ素子６２６のオン期間「Ｔ３」に、時間的に重畳しない。
【０１６１】
オン期間「Ｔ１」において、第５スイッチ素子６２４及び第８スイッチ素子６２７は、電流の通過を許容する。したがって、電流は、第２電源６２１、第５スイッチ素子６２４、第２コイル２２０Ｄ及び第８スイッチ素子６２７を順次通過し、最終的に、第２電源６２１に戻る。電流は、第２コイル２２０Ｄへ流れるので、図１１Ａを参照して説明された如く、磁束ＭＦ４が、第２コア３２０Ｂに発生する。
【０１６２】
期間「Ｔ２」において、第５スイッチ素子６２４、第６スイッチ素子６２５及び第７スイッチ素子６２６及び第８スイッチ素子６２７は、電流の通過を遮断する。したがって、電力は、第２コイル２２０Ｄへ供給されない。
【０１６３】
オン期間「Ｔ３」において、第６スイッチ素子６２５及び第７スイッチ素子６２６は、電流の通過を許容する。したがって、電流は、第２電源６２１、第７スイッチ素子６２６、第２コイル２２０Ｄ及び第６スイッチ素子６２５を通過し、最終的に、第２電源６２１に戻る。したがって、オン期間「Ｔ３」において第１コイル２１０Ｃを流れる電流の向きは、オン期間「Ｔ１」において第１コイル２１０Ｃを流れる電流の向きとは逆になる。
【０１６４】
オン期間「Ｔ１」における方向とは逆方向に流れる電流は、第２コイル２２０Ｄへ流れるので、図１１Ｂを参照して説明された如く、磁束ＭＦ２が、第２コア３２０Ｂに発生する。オン期間「Ｔ３」は、図１１Ｂを参照して説明された第２期間に対応してもよい。
【０１６５】
期間「Ｔ４」において、第５スイッチ素子６２４、第６スイッチ素子６２５及び第７スイッチ素子６２６及び第８スイッチ素子６２７は、電流の通過を遮断する。したがって、電力は、第２コイル２２０Ｄへ供給されない。
【０１６６】
図１３は、第２コイル２２０Ｄに印加される１次電圧の変動を表す。図１３に示される如く、オン期間「Ｔ１」，「Ｔ３」の間で、１次電圧の極性は、反転される。
【０１６７】
図１３は、ブリッジ回路６３１から出力される２次電圧の変動と、電源装置４００から出力される出力電圧の変動と、を示す。図１１Ａに関連して説明された如く、第１コア３１０Ｂに生じた磁束ＭＦ１及び第２コア３２０Ｂに生じた磁束ＭＦ４は、互いに打ち消し合うことなく、第３コイル２３０Ｂを通過する。したがって、オン期間「Ｔ１」において、ブリッジ回路６３１は、高い２次電圧を出力することができる。図１１Ｂに関連して説明された如く、第１コア３１０Ｂに生じた磁束ＭＦ３及び第２コア３２０Ｂに生じた磁束ＭＦ２は、互いに打ち消し合うことなく、第３コイル２３０Ｂを通過する。したがって、オン期間「Ｔ３」において、ブリッジ回路６３１は、高い２次電圧を出力することができる。
【０１６８】
チョークコイル６３２及び平滑コンデンサ６３３は、２次電圧を平滑化する。この結果、電源装置４００は、高い直流電力を出力することができる。
【０１６９】
上述の如く、コイル構造体１００Ｄは、第１入力部６１０において発生した磁束と、第２入力部６２０において発生した磁束と、を合成することができる。したがって、第１入力部６１０及び第２入力部６２０において利用される電圧レベルが低くても、電源装置４００は、高い電圧を出力することができる。このことは、設計者が、小型の磁性コアや小型のコイルを用いて電源装置４００を設計することを許容する。
【０１７０】
電源装置４００は、低い入力電圧を許容するので、電源装置４００を設計する設計者は、廉価な電子部品を第１入力部６１０及び第２入力部６２０に利用してもよい。設計者は、第１スイッチ素子６１４乃至第４スイッチ素子６１７並びに第５スイッチ素子６２４乃至第８スイッチ素子６２７に、ＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。代替的に、設計者は、第１スイッチ素子６１４乃至第４スイッチ素子６１７並びに第５スイッチ素子６２４乃至第８スイッチ素子６２７に、ＩＧＢＴ、ワイドギャップ材料を用いたＧａＮやＳＩＣといったパワースイッチング素子を用いてもよい。
【０１７１】
磁束の流れ方向が、コイルに用いられる線材の巻回方向に依存することは既知である。制御部５００からのパルス信号の出力パターンは、線材の巻回方向に応じて、決定される。したがって、本実施形態の原理は、パルス信号の特定の出力パターンに限定されない。
【０１７２】
＜第１３実施形態＞
設計者は、電源装置用に様々な制御回路を設計することができる。第１３実施形態において、電源装置の例示的な回路が説明される。
【０１７３】
図１４は、電源装置４００の処理部６００の概略的な回路図である。図９、図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１４を参照して、電源装置４００の制御が説明される。第１１実施形態及び第１３実施形態の間で共通して用いられる符号は、当該共通の符号が付された要素が、第１１実施形態と同一の機能を有することを意味する。したがって、第１１実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１７４】
第１１実施形態と同様に、コイル構造体１００Ｄは、電源装置４００に組み込まれる。第１入力部６１０は、第１コイル２１０Ｃを含む。第２入力部６２０は、第２コイル２２０Ｄを含む。出力部６３０は、第３コイル２３０Ｂを含む。
【０１７５】
第１１実施形態と同様に、第１入力部６１０は、第１電源６１１と、第１スイッチ回路部６１２と、第２スイッチ回路部６１３と、を含む。第１１実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１７６】
第１１実施形態と同様に、第２入力部６２０は、第２電源６２１と、第３スイッチ回路部６２２と、第４スイッチ回路部６２３と、を含む。第１１実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１７７】
第１１実施形態と同様に、出力部６３０は、ブリッジ回路６３１と、チョークコイル６３２と、平滑コンデンサ６３３と、を含む。第１１実施形態の説明は、これらの要素に援用される。
【０１７８】
第１入力部６１０は、第１リーケージインダクタ６４１を更に含む。第１リーケージインダクタ６４１は、第１接続点６１８と、第１コイル２１０Ｃと、に接続される。すなわち、第１コイル２１０Ｃは、第１リーケージインダクタ６４１を通じて、第１接続点６１８に接続される。
【０１７９】
第２入力部６２０は、第２リーケージインダクタ６４２を更に含む。第２リーケージインダクタ６４２は、第３接続点６２８と、第２コイル２２０Ｄと、に接続される。すなわち、第２コイル２２０Ｄは、第２リーケージインダクタ６４２を通じて、第３接続点６２８に接続される。
【０１８０】
＜第１４実施形態＞
第１３実施形態に関連して説明された電源装置は、様々な制御の下で、電力を出力することができる。第１４実施形態において、電源装置の例示的な制御技術が説明される。
【０１８１】
図１５は、電源装置４００の制御の概念を表す概略的なタイミングチャートである。図９、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１３乃至図１５を参照して、電源装置４００の制御が説明される。
【０１８２】
図１５は、第１制御信号ＣＳ１と、第２制御信号ＣＳ２と、第３制御信号ＣＳ３と、第４制御信号ＣＳ４と、を示す。制御部５００は、第１制御信号ＣＳ１、第２制御信号ＣＳ２、第３制御信号ＣＳ３及び第４制御信号ＣＳ４を生成する。第１制御信号ＣＳ１、第２制御信号ＣＳ２、第３制御信号ＣＳ３及び第４制御信号ＣＳ４は、制御部５００から第１入力部６１０へ出力される。
【０１８３】
第１制御信号ＣＳ１、第２制御信号ＣＳ２、第３制御信号ＣＳ３及び第４制御信号ＣＳ４それぞれは、複数のパルス信号を含む。図１５は、パルス信号の出力周期を、記号「Ｔ」で表す。以下の説明において、各パルス信号の立ち上がり時刻から立ち下がり時刻までの期間は、「オン期間」と称される。他の期間は、「オフ期間」と称される。
【０１８４】
第１スイッチ素子６１４は、第１制御信号ＣＳ１に応じて動作する。オン期間において、第１スイッチ素子６１４は、電流の通過を許容する。オフ期間において、第１スイッチ素子６１４は、電流の通過を遮断する。
【０１８５】
第２スイッチ素子６１５は、第２制御信号ＣＳ２に応じて動作する。オン期間において、第２スイッチ素子６１５は、電流の通過を許容する。オフ期間において、第２スイッチ素子６１５は、電流の通過を遮断する。
【０１８６】
第３スイッチ素子６１６は、第３制御信号ＣＳ３に応じて動作する。オン期間において、第３スイッチ素子６１６は、電流の通過を許容する。オフ期間において、第３スイッチ素子６１６は、電流の通過を遮断する。
【０１８７】
第４スイッチ素子６１７は、第４制御信号ＣＳ４に応じて動作する。オン期間において、第４スイッチ素子６１７は、電流の通過を許容する。オフ期間において、第４スイッチ素子６１７は、電流の通過を遮断する。
【０１８８】
第２制御信号ＣＳ２によって規定されるオン期間が、第１制御信号ＣＳ１によって規定されるオン期間に重ならないように、制御部５００は、第２制御信号ＣＳ２を生成する。第４制御信号ＣＳ４によって規定されるオン期間が、第３制御信号ＣＳ３によって規定されるオン期間に重ならないように、制御部５００は、第４制御信号ＣＳ４を生成する。
【０１８９】
第４制御信号ＣＳ４によって規定されるオン期間が、第１制御信号ＣＳ１によって規定されるオン期間に重なるように、制御部５００は、第４制御信号ＣＳ４を生成する。第４制御信号ＣＳ４によって規定されるオン期間は、第１制御信号ＣＳ１によって規定されるオン期間に遅れて開始する。第４制御信号ＣＳ４によって規定されるオン期間は、第１制御信号ＣＳ１によって規定されるオン期間に遅れて終了する。
【０１９０】
第３制御信号ＣＳ３によって規定されるオン期間が、第２制御信号ＣＳ２によって規定されるオン期間に重なるように、制御部５００は、第３制御信号ＣＳ３を生成する。第３制御信号ＣＳ３によって規定されるオン期間は、第２制御信号ＣＳ２によって規定されるオン期間に遅れて開始する。第３制御信号ＣＳ３によって規定されるオン期間は、第２制御信号ＣＳ２によって規定されるオン期間に遅れて終了する。
【０１９１】
図１５は、第１制御信号ＣＳ１によって規定されたオン期間と第４制御信号ＣＳ４によって規定されたオン期間とが重なる重畳期間を、記号「Ｔａｄ」で表す。重畳期間「Ｔａｄ」において、第１リーケージインダクタ６４１にエネルギが蓄積される。第１スイッチ素子６１４のオフ期間が開始すると、第１リーケージインダクタ６４１のエネルギが放出される。この結果、電流は、第１リーケージインダクタ６４１、第１コイル２１０Ｃ、第４スイッチ素子６１７、第２スイッチ素子６１５の寄生ダイオードを順次通過し、最終的に、第１リーケージインダクタ６４１に戻る。
【０１９２】
第２スイッチ素子６１５に印加された電圧が、「０」になった後、第２スイッチ素子６１５のオン期間が開始する。その後、第４スイッチ素子６１７のオフ期間が開始する。
【０１９３】
図１５は、第２制御信号ＣＳ２によって規定されたオン期間と第３制御信号ＣＳ３によって規定されたオン期間とが重なる重畳期間を、記号「Ｔｂｃ」で表す。重畳期間「Ｔｂｃ」において、第１リーケージインダクタ６４１にエネルギが蓄積される。第２スイッチ素子６１５のオフ期間が開始すると、第１リーケージインダクタ６４１のエネルギが放出される。この結果、電流は、第１リーケージインダクタ６４１、第１コイル２１０Ｃ、第３スイッチ素子６１６の寄生ダイオード、第１電源６１１を順次通過し、最終的に、第１リーケージインダクタ６４１に戻る。
【０１９４】
第２スイッチ素子６１５に印加された電圧が、「０」になった後、第２スイッチ素子６１５のオン期間が開始する。第２スイッチ素子６１５と同様に、第１スイッチ素子６１４、第３スイッチ素子６１６及び第４スイッチ素子６１７も、第１スイッチ素子６１４、第３スイッチ素子６１６及び第４スイッチ素子６１７それぞれに印加された電圧が「０」になった後、オンモードになる。
【０１９５】
図１５は、第１コイル２１０Ｃに印加される１次電圧の変動を表す。上述のソフトスイッチング動作の結果、スイッチングロスが低減される。したがって、図１５に示される１次電圧は、図１３に示される１次電圧よりも緩やかに変動する。
【０１９６】
図１５は、第５制御信号ＣＳ５と、第６制御信号ＣＳ６と、第７制御信号ＣＳ７と、第８制御信号ＣＳ８と、を示す。制御部５００は、第５制御信号ＣＳ５、第６制御信号ＣＳ６、第７制御信号ＣＳ７及び第８制御信号ＣＳ８を生成する。第５制御信号ＣＳ５、第６制御信号ＣＳ６、第７制御信号ＣＳ７及び第８制御信号ＣＳ８は、制御部５００から第２入力部６２０へ出力される。第５制御信号ＣＳ５、第６制御信号ＣＳ６、第７制御信号ＣＳ７及び第８制御信号ＣＳ８それぞれは、複数のパルス信号を含む。
【０１９７】
第５スイッチ素子６２４は、第５制御信号ＣＳ５に応じて動作する。オン期間において、第５スイッチ素子６２４は、電流の通過を許容する。オフ期間において、第５スイッチ素子６２４は、電流の通過を遮断する。
【０１９８】
第６スイッチ素子６２５は、第６制御信号ＣＳ６に応じて動作する。オン期間において、第６スイッチ素子６２５は、電流の通過を許容する。オフ期間において、第６スイッチ素子６２５は、電流の通過を遮断する。
【０１９９】
第７スイッチ素子６２６は、第７制御信号ＣＳ７に応じて動作する。オン期間において、第７スイッチ素子６２６は、電流の通過を許容する。オフ期間において、第７スイッチ素子６２６は、電流の通過を遮断する。
【０２００】
第８スイッチ素子６２７は、第８制御信号ＣＳ８に応じて動作する。オン期間において、第８スイッチ素子６２７は、電流の通過を許容する。オフ期間において、第８スイッチ素子６２７は、電流の通過を遮断する。
【０２０１】
第６制御信号ＣＳ６によって規定されるオン期間が、第５制御信号ＣＳ５によって規定されるオン期間に重ならないように、制御部５００は、第６制御信号ＣＳ６を生成する。第８制御信号ＣＳ８によって規定されるオン期間が、第７制御信号ＣＳ７によって規定されるオン期間に重ならないように、制御部５００は、第８制御信号ＣＳ８を生成する。
【０２０２】
第８制御信号ＣＳ８によって規定されるオン期間が、第５制御信号ＣＳ５によって規定されるオン期間に重なるように、制御部５００は、第８制御信号ＣＳ８を生成する。第８制御信号ＣＳ８によって規定されるオン期間は、第５制御信号ＣＳ５によって規定されるオン期間に遅れて開始する。第８制御信号ＣＳ８によって規定されるオン期間は、第５制御信号ＣＳ５によって規定されるオン期間に遅れて終了する。
【０２０３】
第７制御信号ＣＳ７によって規定されるオン期間が、第６制御信号ＣＳ６によって規定されるオン期間に重なるように、制御部５００は、第７制御信号ＣＳ７を生成する。第７制御信号ＣＳ７によって規定されるオン期間は、第６制御信号ＣＳ６によって規定されるオン期間に遅れて開始する。第７制御信号ＣＳ７によって規定されるオン期間は、第６制御信号ＣＳ６によって規定されるオン期間に遅れて終了する。
【０２０４】
図１５は、第５制御信号ＣＳ５によって規定されたオン期間と第８制御信号ＣＳ８によって規定されたオン期間とが重なる重畳期間を、記号「Ｔａｄ」で表す。重畳期間「Ｔａｄ」において、第２リーケージインダクタ６４２にエネルギが蓄積される。第５スイッチ素子６２４のオフ期間が開始すると、第２リーケージインダクタ６４２のエネルギが放出される。この結果、電流は、第２リーケージインダクタ６４２、第２コイル２２０Ｄ、第８スイッチ素子６２７、第６スイッチ素子６２５の寄生ダイオードを順次通過し、最終的に、第２リーケージインダクタ６４２に戻る。
【０２０５】
第６スイッチ素子６２５に印加された電圧が、「０」になった後、第６スイッチ素子６２５のオン期間が開始する。その後、第８スイッチ素子６２７のオフ期間が開始する。
【０２０６】
図１５は、第６制御信号ＣＳ６によって規定されたオン期間と第７制御信号ＣＳ７によって規定されたオン期間とが重なる重畳期間を、記号「Ｔｂｃ」で表す。重畳期間「Ｔｂｃ」において、第２リーケージインダクタ６４２にエネルギが蓄積される。第６スイッチ素子６２５のオフ期間が開始すると、第２リーケージインダクタ６４２のエネルギが放出される。この結果、電流は、第２リーケージインダクタ６４２、第２コイル２２０Ｄ、第７スイッチ素子６２６の寄生ダイオード、第２電源６２１を順次通過し、最終的に、第２リーケージインダクタ６４２に戻る。
【０２０７】
第６スイッチ素子６２５に印加された電圧が、「０」になった後、第６スイッチ素子６２５のオン期間が開始する。第６スイッチ素子６２５と同様に、第５スイッチ素子６２４、第７スイッチ素子６２６及び第８スイッチ素子６２７も、第５スイッチ素子６２４、第７スイッチ素子６２６及び第８スイッチ素子６２７それぞれに印加された電圧が「０」になった後、オンモードになる。
【０２０８】
図１５は、第２コイル２２０Ｄに印加される１次電圧の変動を表す。上述のソフトスイッチング動作の結果、スイッチングロスが低減される。したがって、図１５に示される１次電圧は、図１３に示される１次電圧よりも緩やかに変動する。
【０２０９】
図１５は、ブリッジ回路６３１から出力される２次電圧の変動と、電源装置４００から出力される出力電圧の変動と、を示す。図１１Ａに関連して説明された如く、第１コア３１０Ｂに生じた磁束ＭＦ１及び第２コア３２０Ｂに生じた磁束ＭＦ４は、互いに打ち消し合うことなく、第３コイル２３０Ｂを通過する。したがって、ブリッジ回路６３１は、高い２次電圧を出力することができる。図１１Ｂに関連して説明された如く、第１コア３１０Ｂに生じた磁束ＭＦ３及び第２コア３２０Ｂに生じた磁束ＭＦ２は、互いに打ち消し合うことなく、第３コイル２３０Ｂを通過する。したがって、ブリッジ回路６３１は、高い２次電圧を出力することができる。
【０２１０】
チョークコイル６３２及び平滑コンデンサ６３３は、２次電圧を平滑化する。この結果、電源装置４００は、高い直流電力を出力することができる。
【０２１１】
上述の如く、コイル構造体１００Ｄは、第１入力部６１０において発生した磁束と、第２入力部６２０において発生した磁束と、を合成することができる。したがって、第１入力部６１０及び第２入力部６２０において利用される電圧レベルが低くても、電源装置４００は、高い電圧を出力することができる。
【０２１２】
上述の様々な実施形態の原理は、コイル構造体及び／又は電源装置の用途やコイル構造体及び／又は電源装置に要求される特性に適合するように、組み合わされてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２１３】
上述の実施形態の原理は、電磁誘導を利用する様々な装置に好適に利用される。
【符号の説明】
【０２１４】
１００〜１００Ｆ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・コイル構造体
１１０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・絶縁部材
２１０，２１０Ｂ，２１０Ｃ，２１０Ｅ，２１０Ｆ・・・・・第１コイル
２２０，２２０Ｂ〜２２０Ｆ・・・・・・・・・・・・・・・第２コイル
２３０，２３０Ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第３コイル
２４０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第４コイル
３１０，３１０Ｂ，３１０Ｅ・・・・・・・・・・・・・・・第１コア
３１１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・貫通部
３１２，３１２Ｅ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・上磁性棒
３１３，３１３Ｅ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・下磁性棒
３１４，３１４Ｅ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・右磁性棒
３１５，３１５Ｅ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・左磁性棒
３１６・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・上角隅部
３１７・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・下角隅部
３２０，３２０Ｂ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第２コア
３２１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・貫通部
３２２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・上磁性棒
３２３・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・下磁性棒
３２４・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・右磁性棒
３２５・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・左磁性棒
３２６・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・上角隅部
３２７・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・下角隅部
３３０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第３コア
３３２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・上磁性棒
３３３・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・下磁性棒
３３４・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・右磁性棒
３３５・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・左磁性棒
４００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・電源装置
５００・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・制御部
６１０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第１入力部
６１１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第１電源
６１２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第１スイッチ回路部
６１３・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第２スイッチ回路部
６１４・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第１スイッチ素子
６１５・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第２スイッチ素子
６１６・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第３スイッチ素子
６１７・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第４スイッチ素子
６１８・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第１接続点
６１９・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第２接続点
６２０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第２入力部
６２１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第２電源
６２２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第３スイッチ回路部
６２３・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第４スイッチ回路部
６２４・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第５スイッチ素子
６２５・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第６スイッチ素子
６２６・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第７スイッチ素子
６２７・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第８スイッチ素子
６２８・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第３接続点
６２９・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・第４接続点
６３０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・出力部
ＭＦ１〜ＭＦ４・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・磁束
【図１】
2015233033.tif 000003
【図２】
2015233033.tif 000004
【図３】
2015233033.tif 000005
【図４】
2015233033.tif 000006
【図５】
2015233033.tif 000007
【図６Ａ】
2015233033.tif 000008
【図６Ｂ】
2015233033.tif 000009
【図７Ａ】
2015233033.tif 000010
【図７Ｂ】
2015233033.tif 000011
【図８】
2015233033.tif 000012
【図９】
2015233033.tif 000013
【図１０】
2015233033.tif 000014
【図１１Ａ】
2015233033.tif 000015
【図１１Ｂ】
2015233033.tif 000016
【図１２】
2015233033.tif 000017
【図１３】
2015233033.tif 000018
【図１４】
2015233033.tif 000019
【図１５】
2015233033.tif 000020
【図１６】
2015233033.tif 000021
【図１７】
2015233033.tif 000022