(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに磁気的に順結合される、順結合側第１相コイル及び順結合側第２相コイルを含み、２相リアクトルとして使用される順結合リアクトルと、
互いに磁気的に逆結合される、逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルを含み、２相リアクトルとして使用される逆結合リアクトルと、を備え、
順結合側第１相コイル及び逆結合側第１相コイルは、直列に接続されることにより第１要素を構成しており、
順結合側第２相コイル及び逆結合側第２相コイルは、直列に接続されることにより第２要素を構成しており、
順結合リアクトルは、順結合側コアに順結合側第１相コイル及び順結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されており、
逆結合リアクトルは、逆結合側コアに逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されており、
逆結合側コアは、順結合側コアを構成する材料よりも、少なくとも予め設定した所定の磁束密度範囲で鉄損が低い低損失の材料により構成されていることを特徴とする複数相コンバータ用リアクトルユニット。
【請求項２】
互いに磁気的に順結合される、順結合側第１相コイル及び順結合側第２相コイルを含み、２相リアクトルとして使用される順結合リアクトルと、
互いに磁気的に逆結合される、逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルを含み、２相リアクトルとして使用される逆結合リアクトルと、を備え、
順結合側第１相コイル及び逆結合側第１相コイルは、直列に接続されることにより第１要素を構成しており、
順結合側第２相コイル及び逆結合側第２相コイルは、直列に接続されることにより第２要素を構成しており、
順結合リアクトル及び逆結合リアクトルは、非磁性材製の支持部材を介して一体に結合されていることを特徴とする複数相コンバータ用リアクトルユニット。
【請求項３】
請求項２に記載の複数相コンバータ用リアクトルユニットにおいて、
順結合側コア及び逆結合側コアは、それぞれ基部と、基部の長さ方向に対し直交する方向に、互いに平行に結合した２の脚部とを含み、２の脚部のうち、一方の脚部は、互いにギャップ板またはギャップ空間を介して対向する２の脚要素を有し、
順結合リアクトルは、順結合側コアに設けた一方の脚部に、順結合側第１相コイル及び順結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されており、
逆結合リアクトルは、逆結合側コアに設けた一方の脚部に、逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されており、
順結合リアクトル及び逆結合リアクトルは、それぞれの一方の脚部同士が隣り合い、それぞれの他方の脚部同士が離れるように、平面上に配置されていることを特徴とする複数相コンバータ用リアクトルユニット。
【請求項４】
互いに磁気的に順結合される、順結合側第１相コイル及び順結合側第２相コイルを含み、２相リアクトルとして使用される順結合リアクトルと、
互いに磁気的に逆結合される、逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルを含み、２相リアクトルとして使用される逆結合リアクトルと、を備え、
順結合側第１相コイル及び逆結合側第１相コイルは、直列に接続されることにより第１要素を構成しており、
順結合側第２相コイル及び逆結合側第２相コイルは、直列に接続されることにより第２要素を構成しており、
順結合リアクトル及び逆結合リアクトルは、磁気的に結合されていることを特徴とする複数相コンバータ用リアクトルユニット。
【請求項５】
請求項４に記載の複数相コンバータ用リアクトルユニットにおいて、
順結合リアクトル及び逆結合リアクトルは、単一のコアに順結合側第１相コイル、順結合側第２相コイル、逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されていることを特徴とする複数相コンバータ用リアクトルユニット。
【請求項６】
請求項５に記載の複数相コンバータ用リアクトルユニットにおいて、
コアは、基部と、基部の長さ方向に対し直交する方向に、互いに平行に結合した２の内側脚部及び２の外側脚部とを含み、
各内側脚部は、それぞれ互いにギャップ板またはギャップ空間を介して対向する２の脚要素を有し、
逆結合リアクトルは、２の内側脚部の一方の脚部に、逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されており、
順結合リアクトルは、２の内側脚部の他方の脚部に、順結合側第１相コイル及び順結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されていることを特徴とする複数相コンバータ用リアクトルユニット。
【請求項７】
請求項５に記載の複数相コンバータ用リアクトルユニットにおいて、
コアは、基部と、基部の長さ方向に対し直交する方向に、互いに平行に結合した内側脚部及び２の外側脚部とを含み、
内側脚部及び２の外側脚部の一方の外側脚部は、それぞれ互いにギャップ板またはギャップ空間を介して対向する２の脚要素を有し、
逆結合リアクトルは、内側脚部または一方の外側脚部に、逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されており、
順結合リアクトルは、一方の外側脚部または内側脚部に、順結合側第１相コイル及び順結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されていることを特徴とする複数相コンバータ用リアクトルユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ハイブリッド車両、電気自動車、燃料電池車両等の回転電機等の電動機構を有する車両の二次電池等の蓄電部と回転電機との電圧を調整するための電力変換装置である複数相コンバータ及び複数相コンバータに使用するリアクトルユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンと走行用モータとを搭載し、エンジン及び走行用モータの一方または両方を主駆動源として使用するハイブリッド車両（ＨＶ）や、電気自動車（ＥＶ）、燃料電池車両（ＦＣＶ）等において電池電圧と、走行用モータに接続されたインバータの駆動電圧との最適化を図るために、昇圧コンバータ等の電圧変換器が使用されている。すなわち、電力回路における、回路電圧を昇圧または降圧する電圧変換器であるコンバータが、産業界において広く使用されている。
【０００３】
また、チョッパ方式の昇圧コンバータである昇圧チョッパの容量を１／Ｎにして、Ｎ個の昇圧チョッパを並列に接続し、駆動パルスの位相を２π／Ｎずつずらした構成は、Ｎ相の複数相コンバータである、マルチフェーズコンバータと呼ばれている。例えば、コンバータを多相化した構成は、パーソナルコンピュータ等のＣＰＵの電圧を得る方式として、広く使用されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、パーソナルコンピュータで低電圧化及び高速処理化が進むことに対応して、スイッチング素子によってスイッチングされた電圧を出力する出力回路を有し、互いに並列に接続された一対のコンバータ回路を含むスイッチング電源装置が記載されている。この電源装置では、一対のコンバータ回路でそれぞれ異なる巻き数の２のインダクタが直列接続され、一対のコンバータ回路の巻き数の異なる第１インダクタ同士が逆結合され、一対のコンバータ回路の巻き数の異なる第２インダクタ同士が逆結合されている。
【０００５】
また、非特許文献１には、自動車用のコンバータとしてＮ相を使用する、すなわちマルチフェーズ化させることで、リアクトルの全容積を１／Ｎに減少させ、体積を小さくできる、すなわち小型化を図れるコンバータと、そのコンバータを用いた実験例とが記載されている。
【０００６】
また、特許文献２及び非特許文献２には、より小型化することを目的として考えられた昇圧コンバータが記載されている。非特許文献２の回路構成は、特許文献２の回路構成と同様である。次に、図１６を用いて、非特許文献２の回路を利用した昇降圧コンバータを説明する。なお、非特許文献２のコンバータは、単なる昇圧コンバータであるが、図１６では、非特許文献２の従来構成を昇降圧コンバータに利用した場合を説明する。
【０００７】
図１６に示す昇降圧コンバータ１０は、直流電圧を出力する蓄電部１２と、図示しないインバータ等の駆動部との間に設けて、駆動部の駆動電圧の最適化を図るために使用する。すなわち、図１６に示す電源回路１４は、昇降圧コンバータ１０と、蓄電部１２とを含む。昇降圧コンバータ１０は、小インダクタである第１リアクトル１６と、磁気結合コイル部である、第２リアクトル１８と、第１アーム２０及び第２アーム２２とを含む。昇降圧コンバータ１０の高圧側(図１６の右側)にコンデンサＣ１を接続している。各アーム２０，２２は、上側スイッチング素子Ｓ１ａ，Ｓ２ａ及び下側スイッチング素子Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂを直列に接続しており、各アーム２０，２２を互いに並列にコンデンサＣ１に接続している。
【０００８】
また、第２リアクトル１８は、図示しないコアと、コアに巻装した第１相コイル２６及び第２相コイル２８とを含み、各相コイル２６，２８の一端を、第１リアクトル１６の一端に接続し、第１リアクトル１６の他端を蓄電部１２の正極側に接続している。各相コイル２６，２８は、コアを介して互いに磁気的に逆結合している。なお、図１６で示す各相コイル２６，２８に付されたドットの記号は、各相コイル２６，２８に電圧が誘起された場合の高電位側を示すものである。
【０００９】
また、第１相コイル２６の他端を第１アーム２０の上側スイッチング素子Ｓ１ａ及び下側スイッチング素子Ｓ１ｂの中点に接続し、第２相コイル２８の他端を第２アーム２２の上側スイッチング素子Ｓ２ａ及び下側スイッチング素子Ｓ２ｂの中点に接続している。各スイッチング素子Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂは、ＩＧＢＴ、またはトランジスタ等を使用でき、それぞれダイオードを逆並列に接続している。なお、各スイッチング素子Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂのオンオフ動作は、図示しない制御部により制御される。
【００１０】
このような昇降圧コンバータ１０を含む電源回路１４では、各アーム２０，２２の下側スイッチング素子Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂを交互にオンすることで、オンデューティ比に応じて蓄電部１２の電圧を昇圧してコンデンサＣ１の両端間に供給することができる。また、各リアクトル１６，１８を構成するコイル２６，２８には、電力を伝達するための直流電流に、スイッチング素子Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂのオンオフ動作に基づくチョッピング作用により形成される電流リップルが重畳される。この場合、第１リアクトル１６での磁束密度Ｂｓは、第１リアクトル１６に関して直流電流に基づく直流磁束密度と、電流リップルに基づく交流磁束密度との和になる。第１リアクトル１６に関する直流磁束密度は、第１リアクトル１６のインダクタンスＬｓと、第１リアクトル１６に入力される電流Ｉinとの積に影響される。第１リアクトル１６に関する交流磁束密度は、第１リアクトル１６のインダクタンスＬｓと、第１リアクトル１６の電流リップルのピーク間幅（peak-to-peak amplitude）との積に影響される。
【００１１】
これに対して、第２リアクトル１８での磁束密度Ｂｃは、第２リアクトル１８に関する交流磁束密度と等しくなる。第２リアクトル１８に関する交流磁束密度は、第２リアクトル１８のインダクタンスと、各相コイル２６，２８の電流リップルの差分との積に影響される。このような昇降圧コンバータ１０では、第２リアクトル１８のコアに発生する磁束を小さくでき、昇降圧コンバータ１０の小型化を図れる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−６５３８４号公報
【特許文献２】特開２００９−２７３２８０号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】B.Eckardt他、「Automotive Powertrain DC/DC Converter with 25kw/dm3 by using Sic Diodes」、International Conference on Integrated Power Electronics Systems(CIPS) 2006
【非特許文献２】M.Hirakawa他、「High Power Density DC/DC Converter using the Close-Coupled Inductors」、ECCE2009、san Jose、IEEE 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記の特許文献２及び非特許文献２に記載された構成の場合、図１６に示した構成の場合と同様に、１のコアに２相のコイルを巻装し、互いに電流方向に対し磁束方向が同じになる順結合したリアクトル（以下、「従来型２相リアクトル」という。）を使用するコンバータに比べて、コンバータ構成の簡素化を図れる可能性はある。ただし、特許文献２及び非特許文献２に記載された構成の場合、入力側である電源側が１となる１入力に限定されるという問題がある。この場合、電源が１の種類に限定されるだけでなく、一部の電源に不具合があれば、使用が不可能になったり、電源として電池を使用する場合に電池劣化時の交換頻度が高くなるという問題が生じる可能性がある。このため、入力側の電源についての利便性を向上することが望まれている。特許文献１，２、及び非特許文献１，２には、このような問題を解消できる手段は開示されていない。
【００１５】
また、上記の特許文献２及び非特許文献２に記載された構成では、リアクトルが２つとなるため、製造及び組み付け作業に手間を要し、製造及び組み付けに要するコストが高くなる可能性があるという問題がある。本発明は、これらの問題のうち、少なくともコンバータの小型化を可能とするとともに、入力側の電源についての利便性を向上するために考えられたものである。
【００１６】
本発明の目的は、複数相コンバータ用リアクトルユニットにおいて、コンバータの小型化を可能とするとともに、入力側の電源についての利便性を向上することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る複数相コンバータ用リアクトルユニットは、互いに磁気的に順結合される、順結合側第１相コイル及び順結合側第２相コイルを含み、２相リアクトルとして使用される順結合リアクトルと、互いに磁気的に逆結合される、逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルを含み、２相リアクトルとして使用される逆結合リアクトルと、を備え、順結合側第１相コイル及び逆結合側第１相コイルは、直列に接続されることにより第１要素を構成しており、順結合側第２相コイル及び逆結合側第２相コイルは、直列に接続されることにより第２要素を構成している。
【００１８】
本発明に係る複数相コンバータ用リアクトルユニットによれば、従来型２相リアクトルに対して体積を(例えば５０％程度に)十分に小さくでき、コンバータの小型化が可能になる。すなわち、コンバータを構成するコイルには、電力を伝達するための直流電流に、コイルに接続されるスイッチング素子のオンオフ動作に基づくチョッピング作用により形成される電流リップルが重畳される。この場合、順結合リアクトルを、直流電流による磁束成分の制御用に使用でき、逆結合リアクトルを、電流リップルによる磁束成分の制御用に使用できる。順結合リアクトルに加わる電圧変動は、逆結合リアクトルにより平均化されるので、順結合リアクトルでは、小さなインダクタ成分による磁束を考慮して、体格が小さくなるように決定できる。すなわち、順結合リアクトルでは、電流リップルによる磁束密度が生成されず、体格を小さくできる。また、電流リップルは、逆結合リアクトルに印加される最大電流の数分の１と十分に小さくなる。このため、逆結合リアクトルでは、電流リップルによって発生する２相コイルの電流差分の最大値である小さい最大差分で磁気飽和するように、逆結合リアクトルを設計すればよく、体格を十分に小さくできる。このため、本発明によれば、従来型２相リアクトルに対して体積を十分に小さくでき、コンバータの小型化が可能になる。
【００１９】
さらに、それぞれ１ずつの順結合側コイル及び逆結合側コイルを有する第１要素及び第２要素に、別の電源を接続することができ、２入力型とすることができる。このため、第１要素及び第２要素のそれぞれに接続する電源の種類を異ならせることができ、応用範囲を拡大できるとともに、電池劣化時の交換頻度を低くできる。例えば、１の電源として、性能は劣るが急速充電が可能な電池を使用するとともに、別の電源として、従来型の標準的な電池を使用することができる。また、２の電源として２の電池や電池組が使用可能となるので、例えば電池劣化時の電池交換頻度を従来の１／２とすることができる。すなわち、一部の電源に不具合がある場合でも、使用が可能となる。このため、入力側の電源についての利便性を向上できる。
【００２０】
また、本発明に係る第１の複数相コンバータ用リアクトルユニットは、順結合リアクトルは、順結合側コアに順結合側第１相コイル及び順結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されており、逆結合リアクトルは、逆結合側コアに逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されており、逆結合側コアは、順結合側コアを構成する材料よりも少なくとも予め設定した所定の磁束密度範囲で鉄損が低い低損失の材料により構成されている。
【００２１】
上記の第１の複数相コンバータ用リアクトルユニットによれば、逆結合リアクトルで電流リップルによる磁束成分の制御用に使用するのにもかかわらず、電流リップルによる鉄損を小さくできる。すなわち、逆結合側コア及び順結合側コアを構成する材料を互いに同じ高い鉄損の材料により構成する場合、電流リップルにより逆結合リアクトルでの鉄損が大きくなる可能性がある。これに対して、上記の第１の複数相コンバータ用リアクトルユニットによれば、コアでの飽和磁束密度が小さくてもよい逆結合リアクトルのコアで鉄損の低い材料を使用し、コアでの飽和磁束密度が高くなる順結合リアクトルのコアで鉄損の高い材料を使用するので、全体として鉄損を十分に小さくできるとともに、体格をより小さくでき、上記のような不都合が生じない。例えば、順結合リアクトルを構成するコアを薄型ケイ素鋼板の積層体や圧粉磁心により構成し、逆結合リアクトルを、薄型ケイ素鋼板や圧粉磁心よりも鉄損が低い日立金属社製のファインメット(商品名)等を使用することができる。
【００２２】
また、本発明に係る第２の複数相コンバータ用リアクトルユニットは、順結合リアクトル及び逆結合リアクトルは、非磁性材製の支持部材を介して一体に結合されている。
【００２３】
上記構成によれば、順結合リアクトル及び逆結合リアクトルを一体化でき、部品点数が少なくなり、取り扱い作業が容易になるとともに、製造及び組み付けに要するコストを低下することができる。
【００２４】
また、本発明に係る第２の複数相コンバータ用リアクトルユニットにおいて、好ましくは、順結合側コア及び逆結合側コアは、それぞれ基部と、基部の長さ方向に対し直交する方向に、互いに平行に結合した２の脚部とを含み、２の脚部のうち、一方の脚部は、互いにギャップ板またはギャップ空間を介して対向する２の脚要素を有し、順結合リアクトルは、順結合側コアに設けた一方の脚部に、順結合側第１相コイル及び順結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されており、逆結合リアクトルは、逆結合側コアに設けた一方の脚部に、逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されており、順結合リアクトル及び逆結合リアクトルは、それぞれの一方の脚部同士が隣り合い、それぞれの他方の脚部同士が離れるように、平面上に配置されている。
【００２５】
上記構成によれば、順結合側、逆結合側のリアクトルのそれぞれで生じた漏れ磁束を相手側のリアクトルに通過させることができ、漏れ磁束がリアクトルユニット外に漏れ出ることを防止できる。
【００２６】
また、本発明に係る第３の複数相コンバータ用リアクトルユニットは、順結合リアクトル及び逆結合リアクトルは、磁気的に結合されている。
【００２７】
上記構成によれば、順結合リアクトル及び逆結合リアクトルを一体化でき、部品点数が少なくなり、取り扱い作業が容易になるとともに、製造及び組み付けに要するコストを低下することができる。
【００２８】
また、本発明に係る第３の複数相コンバータ用リアクトルユニットにおいて、好ましくは、順結合リアクトル及び逆結合リアクトルは、単一のコアに順結合側第１相コイル、順結合側第２相コイル、逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されている。
【００２９】
また、本発明に係る第３の複数相コンバータ用リアクトルユニットにおいて、好ましくは、コアは、基部と、基部の長さ方向に対し直交する方向に、互いに平行に結合した２の内側脚部及び２の外側脚部とを含み、各内側脚部は、それぞれ互いにギャップ板またはギャップ空間を介して対向する２の脚要素を有し、逆結合リアクトルは、２の内側脚部の一方の脚部に、逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されており、順結合リアクトルは、２の内側脚部の他方の脚部に、順結合側第１相コイル及び順結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されている。
【００３０】
また、本発明に係る第３の複数相コンバータ用リアクトルユニットにおいて、好ましくは、コアは、基部と、基部の長さ方向に対し直交する方向に、互いに平行に結合した内側脚部及び２の外側脚部とを含み、内側脚部及び２の外側脚部の一方の外側脚部は、それぞれ互いにギャップ板またはギャップ空間を介して対向する２の脚要素を有し、逆結合リアクトルは、内側脚部または一方の外側脚部に、逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されており、順結合リアクトルは、一方の外側脚部または内側脚部に、順結合側第１相コイル及び順結合側第２相コイルが巻装されることにより構成されている。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の複数相コンバータ用リアクトルユニットによれば、コンバータの小型化を可能とするとともに、入力側の電源についての利便性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態の１例に係る複数相コンバータ用リアクトルユニットである、２相コンバータ用リアクトルユニットを有する２相昇降圧コンバータを含む電源回路の図である。
【図２Ａ】図１の構成を用いてスイッチング素子の駆動電圧波形と、逆結合側の各相コイルに流れる電流波形とを、第１の条件でシミュレーションした結果を示す図である。
【図２Ｂ】図１の構成を用いてスイッチング素子の駆動電圧波形と、逆結合側の各相コイルに流れる電流波形とを、第２の条件でシミュレーションした結果を示す図である。
【図３】図１の２相コンバータ用リアクトルユニットを含む、２入力である別の電源回路を示す図である。
【図４】図１のリアクトルユニットの具体例の第１例を示す図である。
【図５】図４のリアクトルユニットを構成する逆結合リアクトルを示す図である。
【図６】図５の逆結合リアクトルを構成するコアを示す図である。
【図７】図４のリアクトルユニットを構成する順結合リアクトルを示す図である。
【図８】リアクトルユニットの具体例の第２例を構成する１のリアクトルを示す略図断面図である。
【図９】リアクトルユニットの具体例の第３例の１のリアクトルを構成する、第１相コイル及び第２相コイルを示す略図断面図である。
【図１０】リアクトルユニットの具体例の第４例を示す図である。
【図１１】リアクトルユニットの具体例の第５例を示す図である。
【図１２】図１１のリアクトルユニットを構成するコアを示す図である。
【図１３】図１１のリアクトルユニットにおいて、逆結合側各相コイルが形成する磁束を示す図である。
【図１４】図１１のリアクトルユニットにおいて、順結合側各相コイルが形成する磁束を示す図である。
【図１５】リアクトルユニットの具体例の第６例を示す図である。
【図１６】従来の回路を利用した昇降圧コンバータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。以下では、複数相コンバータ用リアクトルユニットとして、２相コンバータ用リアクトルユニットについて説明するが、複数相コンバータを構成するものであればよく、２相以外の複数相、例えば３相等であってもよい。
【００３４】
なお、以下に説明する複数相コンバータ用リアクトルユニットは、例えばハイブリッド車両の駆動源として使用する回転電機である、走行用モータに接続されたインバータを駆動するために使用できる。ただし、複数相コンバータ用リアクトルユニットを使用する回転電機は、電気自動車、燃料自動車等の、ハイブリッド車両以外を駆動するためのものでもよい。また、回転電機は、車両駆動以外の補機駆動用でもよい。また、回転電機を２個とし、２の回転電機に接続された２のインバータと、二次電池等の蓄電部との間にコンバータを設ける構成に本発明に係るリアクトルユニットを使用することもできる。
【００３５】
図１は、本発明の実施の形態の１例に係る複数相コンバータ用リアクトルユニットである、２相コンバータ用リアクトルユニットを有する２相昇降圧コンバータを含む電源回路の図である。なお、以下の説明では、２相コンバータ用リアクトルユニットを、昇降圧用として使用する場合を説明するが、本発明に係る複数相コンバータ用リアクトルユニットは、昇降圧用に限定するものではなく、昇圧用または降圧用の単独の用途に使用することもできる。
【００３６】
電源回路１４は、直流電源である蓄電部１２と、蓄電部１２に接続された複数相コンバータ用リアクトルユニットである、２相コンバータ用のリアクトルユニット３０を含む昇降圧コンバータ１０とを備える。昇降圧コンバータ１０は、リアクトルユニット３０と、第１アーム２０及び第２アーム２２と、コンデンサＣ１とを含む。昇降圧コンバータ１０を昇圧用として使用する場合、蓄電部１２から出力された電圧が昇圧され、図１の左側の端子ＴＡ１，ＴＡ２に接続された図示しないインバータ等の回路に、昇圧された電力を供給する。逆に、昇降圧コンバータ１０を降圧用として使用する場合、端子ＴＡ１，ＴＡ２に接続された回路から供給される高電圧を降圧して、蓄電部１２に供給し、蓄電部１２を充電する。
【００３７】
蓄電部１２は、充放電可能な二次電池であり、例えば２００Ｖから３２５Ｖの大きさの端子電圧を有するリチウムイオン組電池、ニッケル水素組電池等のいずれかを採用できるが、キャパシタ等を用いることもできる。
【００３８】
コンデンサＣ１は、端子ＴＡ１，ＴＡ２の間に接続される。なお、図１に破線ａで示す、蓄電部１２と昇降圧コンバータ１０との間に別のコンデンサＣ２を接続することもできる。各アーム２０，２２は、それぞれ上側スイッチング素子Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ及び下側スイッチング素子Ｓ２ａ，Ｓ２ｂを直列に接続しており、各アーム２０，２２は、互いに並列にコンデンサＣ１に接続されている。なお、蓄電部１２の正極側と負極側とに、それぞれ制御部により制御されるリレースイッチを設けることもできる。
【００３９】
また、リアクトルユニット３０は、逆結合リアクトル３２と、順結合リアクトル３４とを含み、互いに非磁性材製の支持部材(図示せず)を介して一体に結合している。逆結合リアクトル３２は、２相リアクトルとして使用されるもので、逆結合側第１相コイル３６及び逆結合側第２相コイル３８を含み、これら各相コイル３６，３８は、図示しない逆結合側コアを介して互いに磁気的に逆結合されている。また、順結合リアクトル３４は、２相リアクトルとして使用されるもので、順結合側第１相コイル４０及び順結合側第２相コイル４２を含み、これら各相コイル４０，４２は、図示しない順結合側コアを介して互いに磁気的に順結合されている。また、逆結合側第１相コイル３６及び順結合側第１相コイル４０は、電気的に直列に接続されており、逆結合側第２相コイル３８及び順結合側第２相コイル４２も、電気的に直列に接続されている。
【００４０】
逆結合側第１相コイル３６及び逆結合側第２相コイル３８の巻き数比は、好ましくは１：１とする。また、順結合側第１相コイル４０及び順結合側第２相コイル４２の巻き数比も、好ましくは１：１とする。ただし、互いに磁気結合するコイル同士の巻き数比は、異ならせることもできる。なお、図１で示すコイル３６，３８，４０，４２に付されたドットの記号は、コイル３６，３８，４０，４２に電圧が誘起された場合の高電位側を示すものである。後述する図３で同様である。
【００４１】
逆結合側第１相コイル３６及び順結合側第１相コイル４０を直列に接続することにより、第１要素４４を構成している。また、逆結合側第２相コイル３８及び順結合側第２相コイル４２を直列に接続することにより、第２要素４６を構成している。第１要素４４及び第２要素４６の一端は、蓄電部１２の正極側に接続されている。また、第１要素４４の他端は、第１アーム２０の上側スイッチング素子Ｓ１ａ及び下側スイッチング素子Ｓ１ｂの中点に接続されている。第２要素４６の他端は、第２アーム２２の上側スイッチング素子Ｓ２ａ及び下側スイッチング素子Ｓ２ｂの中点に接続されている。各スイッチング素子Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂは、ＩＧＢＴまたはトランジスタ等であり、それぞれダイオードを逆並列に接続している。なお、各スイッチング素子Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂのオンオフ動作は、図示しない制御部により制御される。
【００４２】
このような昇降圧コンバータ１０では、いずれかのアーム２０（または２２）の下側スイッチング素子Ｓ１ｂ（またはＳ２ｂ）がオンされ、逆結合側各相コイル３６，３８の一方のコイルに励磁電流が流れると、その電流の変化に応じて、一方のコイルと、一方のコイル側の順結合側のコイル４０（または４２）とに電圧が誘起される。この場合、逆結合側各相コイル３６，３８の他方のコイルに相互誘導作用で電圧が誘起される。このため、端子ＴＡ１、ＴＡ２側に、蓄電部１２の出力電圧が昇圧された電圧が生じ、昇圧動作が可能となる。このような誘起電圧は、下側スイッチング素子Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂのオンデューティ比に応じて変化する。このため、各アーム２０，２２の下側スイッチング素子Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂを、各アーム２０，２２同士で交互にオンオフすることにより、適切に昇圧された昇圧動作が可能となる。この場合、例えば各アーム２０，２２の上側スイッチング素子Ｓ１ａ，Ｓ２ａはオフのままとする。このように、各アーム２０，２２の下側スイッチング素子Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂは、互いに１８０度位相をずらせた状態でスイッチングされ、スイッチングのオンデューティ比に応じて蓄電部１２からの電圧が昇圧され、端子ＴＡ１，ＴＡ２側へ昇圧された電圧が供給される。
【００４３】
これに対して、降圧動作を行う場合、各アーム２０，２２の上側スイッチング素子Ｓ１ａ，Ｓ２ａをオンオフすることで、端子ＴＡ１，ＴＡ２間に供給される高電圧を降圧して、蓄電部１２側に降圧した電力を供給する。この場合、各アーム２０，２２の下側スイッチング素子Ｓ１ｂ，Ｓ２ｂはオフのままとする。このように、各アーム２０，２２の上側スイッチング素子Ｓ１ａ，Ｓ２ａは、互いに１８０度位相をずらせた状態でスイッチングされ、スイッチングのオンデューティ比に応じて端子ＴＡ１，ＴＡ２側からの電圧が降圧され、蓄電部１２側へ供給される。
【００４４】
このような昇降圧コンバータ１０の回路は、上記の図１６に示した回路の場合と同様に作用する。これを説明するために、図１に示す回路での電圧方程式と、図１６に示す回路での電圧方程式とを比較する。なお、以下の電圧方程式では、単純化して比較するため、図１の回路での逆結合リアクトル３２及び順結合リアクトル３４は、それぞれ強結合したものとし、それぞれでの漏れインダクタンスは無視する。また、図１６の回路での第２リアクトル１８は強結合したものとし、漏れインダクタンスは無視する。まず、図１に示す回路において、第１要素４４での電圧方程式は、次式で表される。
【００４５】
【数１】
0005694748.tif 000002
【００４６】
ここで、Ｖ１は第１要素４４の電圧であり、Ｌは第１要素４４のインダクタンスであり、Ｌ＝Ｍ１＋Ｍ２である。Ｍ１は逆結合リアクトル３２の相互インダクタンスであり、Ｍ２は順結合リアクトル３４の相互インダクタンスである。また、ｉ１は第１要素４４を流れる電流であり、ｉ２は第２要素４６を流れる電流である。
【００４７】
また、図１に示す回路の第２要素４６での電圧方程式は、次式で表される。なお、Ｖ２は第２要素４６の電圧である。(２)式において、他の記号は (１)式の場合と同様である。
【００４８】
【数２】
0005694748.tif 000003
【００４９】
これに対して、図１６に示す回路の第１リアクトル１６と、第２リアクトル１８の第１相コイル２６とを接続した部分の電圧方程式は、次式で表される。なお、Ｖ１´は第１リアクトル１６と、第１相コイル２６とを接続した部分の電圧であり、Ｌｓは第１リアクトル１６のインダクタンスであり、Ｌｃは第２リアクトル１８の自己インダクタンスであり、Ｍは第２リアクトル１８の相互インダクタンスである。第２リアクトル１８は強結合のため、Ｌｃ＝Ｍとなる。また、ｉ１は第２リアクトル１８の第１相コイル２６を流れる電流であり、ｉ２は第２リアクトル１８の第２相コイル２８を流れる電流である。
【００５０】
【数３】
0005694748.tif 000004
【００５１】
また、図１６に示す回路の第１リアクトル１６と、第２リアクトル１８の第２相コイル２８とを接続した部分の電圧方程式は、次式で表される。なお、Ｖ２´は、第１リアクトル１６と、第２相コイル２８とを接続した部分の電圧である。(４)式において、他の記号は、(３)式の場合と同様である。
【００５２】
【数４】
0005694748.tif 000005
【００５３】
ここで、 (１)式及び(２)式での順結合側の相互インダクタンスＭ２が、(３)式及び(４)式での第１リアクトル１６のインダクタンスＬｓと等しく（Ｍ２＝Ｌｓ）、かつ、(１)式及び(２)式での逆結合側での相互インダクタンスＭ１が、(３)式及び(４)式での第２リアクトル１８の相互インダクタンスＭと等しい（Ｍ１＝Ｍ(Ｌｃ)）と仮定すると、(１)式及び(３)式と、(２)式及び(４)式とはそれぞれ同じになる。このため、図１の回路は、図１６の回路と等価であることが分かる。すなわち、図１の回路は、非特許文献２に記載された回路構成と同じように動作することが分かる。非特許文献２には、開示された回路が正常に動作することが報告されているので、本実施の形態に係る回路も同様に動作することが分かる。
【００５４】
また、本実施の形態の動作状態をシミュレーションによっても確認した。シミュレーションでは、図１の回路を用いて、順結合リアクトル３４のインダクタンスを５０μＨとし、逆結合リアクトル３２のインダクタンスを３５０μＨと２００μＨとの２種類で異ならせた２例で動作確認した。また、シミュレーションは、キャリア周波数を１５ｋＨｚとし、２００Ｖから６５０Ｖに昇圧する場合で行った。図２Ａは、逆結合リアクトル３２のインダクタンスを３５０μＨとした第１の条件で行ったシミュレーション結果を示しており、図２Ｂは、逆結合リアクトル３２のインダクタンスを２００μＨとした第２の条件で行ったシミュレーション結果を示している。なお、以下の説明では、図１と同等の要素には同一の符号を付して説明する。
【００５５】
なお、図２Ａ、図２Ｂで、横軸のｕは単位時間を表している。また、縦軸は、電圧値または電流値を表している。図２Ａ、図２Ｂにおいて、細い実線は第１アーム２０の下側スイッチング素子Ｓ１ｂの駆動電圧である、第１相下側ＩＧＢＴのゲート電圧を示しており、破線は第２アーム２２の下側スイッチング素子Ｓ２ｂの駆動電圧である、第２相下側ＩＧＢＴのゲート電圧を示している。また、図２Ａ、図２Ｂにおいて、太い実線は第１要素４４の電流である第１相コイル電流を示しており、一点鎖線は第２要素４６の電流である第２相コイル電流を示している。
【００５６】
また、図２Ａの第１の条件のシミュレーションでは、逆結合側各相コイル３６，３８の電流変動の最大幅Ｄ１(ピーク−トゥ−ピーク電流)は３４Ａｐｐとなり、逆結合側各相コイル３６，３８の電流の最大差分は９．７Ａとなった。また、図２Ｂの第２の条件のシミュレーションでは、逆結合側各相コイル３６，３８の電流変動の最大幅Ｄ２(ピーク−トゥ−ピーク電流)は４１Ａｐｐとなり、逆結合側各相コイル３６，３８の電流の最大差分は１８．４Ａとなり、いずれも図２Ａの場合よりも大きくなった。
【００５７】
このように本実施の形態では、上記の図１６の場合と同様に動作することを確認できた。このような、本実施の形態によれば、従来型２相リアクトルに対して体積を(例えば５０％程度に)十分に小さくでき、昇降圧コンバータ１０の小型化が可能になる。すなわち、コンバータを構成するコイルには、電力を伝達するための直流電流に、コイルに接続されるスイッチング素子のオンオフ動作に基づくチョッピング作用により形成される電流リップルが重畳される。これに対して、本実施の形態では、順結合リアクトル３４を、直流電流による磁束成分の制御用に使用でき、逆結合リアクトル３２を、電流リップルによる磁束成分の制御用に使用できる。順結合リアクトル３４に加わる電圧変動は、逆結合リアクトル３２により平均化されるので、順結合リアクトル３４では、小さなインダクタ成分による磁束を考慮して、体格が小さくなるように決定できる。すなわち、順結合リアクトル３４では、電流リップルによる磁束密度が生成されず、体格を小さくできる。
【００５８】
また、電流リップルは、逆結合リアクトル３２に印加される最大電流の数分の１と十分に小さくなる。このため、逆結合リアクトル３２では、電流リップルによって発生する２相コイルである、逆結合側各相コイル３６，３８の電流差分の最大値である小さい最大差分で磁気飽和するように、逆結合リアクトル３２を設計すればよく、体格を十分に小さくできる。このため、本実施の形態によれば、従来型２相リアクトルに対して体積を十分に小さくでき、昇降圧コンバータ１０の小型化が可能になる。
【００５９】
なお、上記の特許文献２の図７、図８では、互いに磁気的に逆結合される、逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルを含む逆結合リアクトルと、逆結合側第１相コイル及び逆結合側第２相コイルのそれぞれに互いに別の電流変化率抑制用リアクトルとを直列に接続することが記載されている。ただし、この構成では、リアクトルの数が３つと増えるだけでなく、各電流変化率抑制用リアクトルで、直流電流による磁束密度と、電流リップルによるコア損失を低減させる磁束密度との兼ね合いから体積を決定することが必要となる。コア損失を低減させるためには、コア体積を大きくして磁束密度を下げる必要があるため、リアクトル全体の体積が大きくなるという不都合がある。これに対して、本実施の形態では、各電流変化率抑制用リアクトルの代わりに、互いに磁気的に順結合した順結合リアクトル３４を備えるので、順結合リアクトル３４は、電流リップルによる磁束密度に基づいて体積を決定する必要がなく、リアクトル３２，３４全体の数を２つまたは１つに少なくできるとともに、リアクトル３２，３４全体の体積を小さくできるという利点がある。
【００６０】
また、本実施の形態では、２入力型とすることが可能になる。すなわち、図３に示すように、図１の回路を利用して１入力型から２入力型に変更することができ、この場合も昇降圧コンバータ１０の回路は、図１の場合と等価になる。図３では、第１要素４４側に第１蓄電部４８を接続し、第２要素４６側に第２蓄電部５０を接続している。このように、第１要素４４及び第２要素４６に、別の電源を接続することができ、２入力型とすることができる。このため、第１要素４４及び第２要素４６のそれぞれに接続する電源の種類を互いに異ならせることができ、応用範囲を拡大できるとともに、電池劣化時の交換頻度を低くできる。例えば、第１要素４４に接続する第１蓄電部４８として、性能は劣るが急速充電が可能な二次電池を使用するとともに、第２要素４６に接続する第２蓄電部５０として、従来型の標準的な二次電池を使用することができる。また、２の蓄電部４８，５０として２の電池や電池組が使用可能となるので、電池劣化時の電池交換頻度を従来の１／２とすることができる。すなわち、一部の蓄電部４８（または５０）に不具合がある場合でも、第２要素４６または第１要素４４の使用により、昇降圧コンバータ１０の使用が可能となる。このため、入力側の電源についての利便性を向上できる。
【００６１】
次に、図４から図１５を用いて、図１の回路に使用可能な２相コンバータ用であるリアクトルユニットの具体例を説明する。まず、図４から図７は、リアクトルユニット３０の具体例の第１例を示している。図４は、図１のリアクトルユニットの具体例の第１例を示す図である。図５は、図４のリアクトルユニットを構成する逆結合リアクトルを示す図である。図６は、図５の逆結合リアクトルを構成するコアを示す図である。図７は、図４のリアクトルユニットを構成する順結合リアクトルを示す図である。
【００６２】
図４に示すように、リアクトルユニット３０は、逆結合リアクトル３２と、順結合リアクトル３４とを含み、逆結合、順結合の両リアクトル３２，３４を非磁性材製の支持部材５２を介して一体に結合固定することにより構成されている。図５に示すように、１のリアクトルである逆結合リアクトル３２は、逆結合側コア５４に逆結合側第１相コイル３６及び逆結合側第２相コイル３８が巻装されることにより構成されている。図６に示すように、逆結合側コア５４は、磁性材であるコア材料により構成したもので、互いに平行に配置した２の基部５６の長さ方向に対し直交する方向に３の脚部である端脚部５８と中央脚部６０とを結合している。すなわち、逆結合側コア５４の幅方向（図６の左右方向)両端に２の端脚部５８を設け、２の端脚部５８の間に中央脚部６０を設けている。中央脚部６０は、それぞれ２の基部５６から互いに対向する側に結合した２の脚要素６２を含み、２の脚要素６２同士をギャップであるギャップ空間６４を介して対向させている。ただし、２の脚要素６２同士を、非磁性材製のギャップ板を介して対向させ、結合することもできる。
【００６３】
図５に戻って示すように、逆結合リアクトル３２は、中央脚部６０（図６）の各脚要素６２（図６）に逆結合側第１相コイル３６及び逆結合側第２相コイル３８を巻装し、互いに磁気的に逆結合されるようにしている。すなわち、それぞれ蓄電部１２側から電流が流れた場合にそれぞれのコイル３６，３８で生成される磁束の方向が、図５で矢印で示すように逆方向となるようにしている。言い換えれば、２相のコイルである逆結合側第１相コイル３６と逆結合側第２相コイル３８とを、同一方向に通電した場合に磁束が形成され難い、逆相に設置している。
【００６４】
また、図７に示すように、別のリアクトルである順結合リアクトル３４は、順結合側コア６６に順結合側第１相コイル４０及び順結合側第２相コイル４２が巻装されることにより構成されている。順結合側コア６６の形状自体は、逆結合側コア５４の形状と同様であり、磁性材であるコア材料により構成されている。また、順結合側コア６６の中央脚部６０(図６参照)の各脚要素６２(図６参照)に順結合側第１相コイル４０と順結合側第２相コイル４２とを巻装し、互いに磁気的に順結合されるようにしている。すなわち、それぞれ蓄電部１２側から電流が流れた場合にそれぞれのコイル４０，４２で生成される磁束の方向が、図７で矢印で示すように、同方向となるようにしている。言い換えれば、２相のコイルである順結合側第１相コイル４０と順結合側第２相コイル４２とを、同一方向に通電した場合に磁束が形成されやすい、同相に設置している。
【００６５】
逆結合リアクトル３２及び順結合リアクトル３４の構造は、互いに基本的にコイル以外は同じであるが、コア寸法や、コイルの巻き数は異ならせている。さらに、逆結合側コア５４は、順結合側コア６６を構成する材料よりも鉄損が低い低損失の材料により構成されている。例えば、順結合側コア６６を、鉄を基材とする磁性粉末を加圧成形することにより構成する圧粉磁心により構成するダストコアとする。また、この場合に、逆結合側コア５４を、圧粉磁心よりも少なくとも予め設定した所定の磁束密度範囲（例えば、１Ｔ以下の範囲）でコアロスである、鉄損が低い低損失の日立金属社製のファインメット(商品名)等の、アモルファス合金を熱処理により結晶化させ、約１０ｎｍの微細結晶とアモルファス相とを混在させた材料である、ナノ結晶軟磁性材料により構成する。
【００６６】
このようなリアクトルユニット３０によれば、損失を小さくできるとともに、体格をより小さくできる。すなわち、図４から図７の構成の場合と異なり、逆結合側コア及び順結合側コアを構成する材料を互いに同じ高い鉄損の材料により構成すると仮定すると、電流リップルにより逆結合リアクトルでの鉄損が大きくなる可能性がある。これに対して、上記の図４から図７の構成によれば、コアでの飽和磁束密度が小さくてもよい逆結合リアクトル３２の逆結合側コア５４で鉄損の低い材料を使用し、コアでの飽和磁束密度が高くなる順結合リアクトル３４の順結合側コア６６で鉄損の高い材料を使用するので、全体として鉄損を十分に小さくできるとともに、体格をより小さくでき、上記のような不都合が生じない。
【００６７】
例えば、上記のように、順結合側コア６６を圧粉磁心により構成し、逆結合側コア５４を圧粉磁心よりも鉄損が低いファインメット等を使用する場合、例えば、リアクトルユニット３０を含む昇降圧コンバータ１０で、１０ｋＨｚのキャリア周波数で駆動した場合に、鉄損を約１／１０〜１／２０と少なくできる。このため、損失を小さくできるとともに、体格をより小さくできる。なお、順結合側コア６６は、圧粉磁心ではなく、ケイ素が３〜６．５％で厚さが０．０５ｍｍの薄型ケイ素鋼板の積層体等により構成することもできる。
【００６８】
次に、上記の図４から図７のリアクトルユニット３０を用いて図１の昇降圧コンバータ１０を構成した場合の設計例と、従来型２相リアクトルとにおいて、体積比やコア損比等を比較した計算結果を説明する。設計例では、順結合側コア６６をＪＦＥスチール社製のスーパーＥコア（商品名）とし、逆結合側コア５４をファインメットにより構成した。また、リアクトルユニット３０の駆動条件を、３２５Ｖから６５０Ｖへの昇圧とし、キャリア周波数を１０ｋＨｚとした。また、順結合リアクトル３４では、順結合側各相コイル４０，４２にそれぞれ１００Ａを通電する場合に、順結合側コア６６の磁束密度が１Ｔとなるようにした。また、逆結合リアクトル３２では、逆結合側各相コイル３６，３８の電流差分の最大値が１８Ａで、逆結合側コア５４の磁束密度が０．６Ｔとなるようにした。
【００６９】
このような設計例のリアクトルユニット３０を従来型２相リアクトルと比較した計算結果を表１に示している。なお、従来型２相リアクトルを構成するコアには、ＪＦＥスチール社製のスーパーＥコア(商品名)を使用している。
【００７０】
【表１】
0005694748.tif 000006
【００７１】
表１に計算結果を示す例では、３２５Ｖから６５０Ｖの昇圧であり、昇圧比は２倍である。この場合、２相である第１要素４４と第２要素４６とを流れる電流波形は互いに完全に反転した形となるため、第１要素４４と第２要素４６とでの電流和は常に０になる。このため、順結合側第１相コイル４０及び順結合側第２相コイル４２を流れる電流和で磁束が生成される順結合リアクトル３４には正規の磁束が生成されず、漏れ磁束のみが発生する。このため、表１ではコア損比は０とした。また、設計例では、それぞれのコア５４，６６での磁束密度を十分に小さく設計できたので、リアクトルユニット３０の体積比を、従来型２相リアクトルに比べて合計で約２／３と小さくでき、さらに、コア損比を、従来型２相リアクトルに比べて約１／４と十分に小さくできた。
【００７２】
なお、従来型２相リアクトルを構成するコアでも、ファインメットにより構成できると仮定すれば、低損失の低減が期待できる。ただし、従来型２相リアクトルのコアでは実際には磁束密度が高くなるため、飽和磁束密度を１．５Ｔ等と、高く設定する必要がある。これに対して、ファインメットで構成したコアを構成した場合の飽和磁束密度は１．２Ｔ等、低く制限されるため、飽和磁束密度が低いファインメット材を使用して従来型２相リアクトルのコアを構成することはできない。これに対して、本実施の形態で使用する逆結合リアクトル３２の場合、逆結合側コア５４での磁束密度が十分に低くなるため、飽和磁束密度が低いファインメット材を使用することができる。この結果、表１で示した結果から明らかなように、本実施の形態のリアクトルユニット３０では、小型化かつ低損失化が可能となる。なお、表１で示した設計例の結果は、必ずしも最適化されているものではなく、適用構成の仕様によってはさらに小型化できる可能性があることは勿論である。
【００７３】
また、リアクトルユニット３０のコイルの配置構造は、上記の図４から図７に示した例のように、第１相コイル３６（または４０）と第２相コイル３８（または４２）とを中央脚部６０に縦方向に積むように巻装する構成に限定するものではない。例えば、図示は省略するが、第１相コイルと第２相コイルとを、各コア５４，６６の中央脚部６０に重ね巻きで巻装することもできる。このように重ね巻きの構成とする場合には、単に縦方向に積むように巻装する場合に比べて、各相コイル間での誘導損失を低減できる面で好ましい。
【００７４】
なお、このような重ね巻きでは、各相コイル間の絶縁機能を十分に確保することが難しい場合がある。このような事情を考慮して、図８のように１のリアクトルを構成することもできる。図８は、図１のリアクトルユニット３０の具体例の第２例を構成する１のリアクトルの略断面図を示している。図８に示すリアクトルは、逆結合リアクトル３２または順結合リアクトル３４であるが、以下の説明では、逆結合リアクトル３２を代表して説明する。逆結合リアクトル３２を構成する逆結合側コア５４の構成自体は、上記の図６に示したコアと同様である。
【００７５】
図８に示す例では、逆結合側第２相コイル３８の内側に、径方向に対向させるように逆結合側第１相コイル３６を配置することで、各相コイル３８，３６を同心円状に配置している。このような例では、各相コイル３８，３６間での誘導損失を低減しやすくなる。
【００７６】
また、図９は、図１のリアクトルユニット３０の具体例の第３例の１のリアクトルを構成する、第１相コイル及び第２相コイルを示す図である。図９に示すコイルは、逆結合側各相コイル３６，３８または順結合側各相コイル４０，４２であるが、以下の説明では、逆結合側各相コイル３６，３８を代表して説明する。逆結合リアクトル３２を構成する逆結合側コア５４の構成自体は、上記の図６に示したコアと同様である。
【００７７】
図９に示す例では、逆結合側第１相コイル３６は、軸方向片側(図９の上側)の径方向外側に設けられる第１相片側コイル要素６８と、軸方向他側(図９の下側)の径方向内側に設けられる第１相他側コイル要素７０とを、互いに電気的に接続することにより構成している。また、逆結合側第２相コイル３８は、軸方向片側の第１相片側コイル要素６８の径方向内側に設けられる第２相片側コイル要素７２と、軸方向他側の第１相他側コイル要素７０の径方向外側に設けられる第２相他側コイル要素７３とを、互いに電気的に接続することにより構成している。
【００７８】
このように、図９に示す例では、図８に示す例において、同心円状に配置された各相コイル３６，３８を軸方向片側と軸方向他側とで各要素６８，７０，７２，７３に分離し、径方向外側と径方向内側とを、軸方向片側と軸方向他側とで逆にし、それぞれ同じ相のコイル要素６８，７０（または７２，７３）同士を接続している。このような例では、第１相コイル３６と第２相コイル３８とが、対称配置となるので、対称性が必要とされる場合に好適である。
【００７９】
次に、図１０を用いて、順結合側、逆結合側の２のリアクトルを一体化した構成の具体例を説明する。すなわち、図１０は、図１のリアクトルユニット３０の具体例の第４例を示す図である。上記の図４から図７に示した例では、それぞれのリアクトル３２，３４で３つの脚部５８，６０のうち、中央脚部６０にコイル３６，３８，４０，４２を巻装したものを２つのリアクトル３２，３４とし、２つのリアクトル３２，３４を一体化させることによりリアクトルユニット３０を構成していた。これに対して、図１０に示す例では、２つのリアクトルである逆結合、順結合の各リアクトル３２，３４を構成する逆結合側コア７４及び順結合側コア７６は、それぞれ磁性材のコア材料、例えばファインメットにより、基部７８の長さ方向に対し直交する方向に、互いに平行に結合された２の脚部８０，８２を含む。２の脚部８０，８２のうち、一方の脚部である片側脚部８０は、図６の中央脚部６０に対応するもので、それぞれ２の基部７８から互いに対向する側に結合した２の脚要素８４を含み、２の脚要素８４同士をギャップであるギャップ空間６４を介して対向させている。ただし、２の脚要素８４同士を、非磁性材製のギャップ板を介して対向させ、結合することもできる。なお、各コア７４，７６は両方をファインメットにより構成するものに限定するものではなく、例えば、逆結合側コア７４をファインメットにより構成し、順結合側コア７６を圧粉磁心や薄型ケイ素鋼板の積層体やスーパーＥコア(商品名)等により構成することもできる。
【００８０】
そして、逆結合リアクトル３２は、逆結合側コア７４に設けた片側脚部８０の各脚要素８４に逆結合側第１相コイル３６と逆結合側第２相コイル３８とがそれぞれ巻装され、互いに磁気的に逆結合されることにより構成されている。また、順結合リアクトル３４は、順結合側コア７６に設けた片側脚部８０の各脚要素８４に順結合側第１相コイル４０と順結合側第２相コイル４２とがそれぞれ巻装され、互いに磁気的に順結合されることにより構成されている。
【００８１】
逆結合リアクトル３２及び順結合リアクトル３４は、それぞれの片側脚部８０同士が隣り合い、それぞれの２の脚部８０，８２の他方の脚部である他側脚部８２同士が離れるように、平面上に配置されており、この状態で、逆結合側、順結合側両リアクトル３２，３４は、図示しない非磁性材製の支持部材を介して一体に結合固定されることにより、リアクトルユニットが構成されている。
【００８２】
このような図１０に示す例では、コア７４，７６の脚部８０，８２の総数が４となり、図４に示した例の場合にコア５４，６６の脚部の総数が６となっているのに対し、脚部の総数を少なくできる。このため、簡素化されるので、好適である。また、各相コイル３６，３８，４０，４２で生じた磁束は、順結合側、または逆結合側である相手側のリアクトル３４（または３２）に通過させることができ、漏れ磁束がリアクトルユニットの外部に漏れ出ることを防止できる。
【００８３】
上記のリアクトルユニット３０の各具体例では、順結合側、逆結合側の各リアクトル３２，３４同士でコア５４，６６，７４，７６を別体としているが、次に図１１から図１４に示すように、これらのコアを共通の単一のコアにより構成し、両リアクトル３２，３４を一体化させることもできる。すなわち、図１１は、リアクトルユニット３０の具体例の第５例を示す図である。図１２は、図１１のリアクトルユニット３０を構成するコア８６を示す図である。図１３は、図１１のリアクトルユニット３０において、逆結合側各相コイル３６，３８が形成する磁束を示す図である。図１４は、図１１のリアクトルユニット３０において、順結合側各相コイル４０，４２が形成する磁束を示す図である。
【００８４】
図１１に示すように、リアクトルユニット３０は、単一のコア８６と、コア８６に設けた複数の脚部に巻装した順結合側第１相コイル３６、順結合側第２相コイル３８、逆結合側第１相コイル４０、及び逆結合側第２相コイル４２とを備える。図１２に示すように、コア８６は、磁性材製のコア材料、例えばファインメットにより構成したもので、互いに平行に配置した２の基部の長さ方向両端部同士を互いに平行な２の外側脚部９０により結合している。また、２の基部８８において、２の外側脚部９０同士の間に２の内側脚部９２，９３を結合している。各内側脚部９２，９３は、図６の中央脚部６０に対応するもので、それぞれ２の基部８８から互いに対向する側に結合した２の脚要素９４を含み、２の脚要素９４同士をギャップであるギャップ空間６４を介して対向させている。ただし、２の脚要素９４同士を、非磁性材製のギャップ板を介して対向させ、結合することもできる。
【００８５】
そして、図１１に示すように、逆結合リアクトル３２は、２の内側脚部９２，９３の一方の内側脚部９２の各脚要素９４に逆結合側の各相コイル３６，３８が巻装され、互いに磁気的に逆結合されることにより構成されている。また、順結合リアクトル３４は、２の内側脚部９２，９３の他方の内側脚部９３の各脚要素９４に順結合側第１相コイル４０と順結合側第２相コイル４２とが巻装され、互いに磁気的に順結合されることにより構成されている。この結果、逆結合リアクトル３２及び順結合リアクトル３４は、磁気的に結合されている。この構成により、図１３に示すように、基本的には、逆結合側の各相コイル３６，３８により生成される磁束は、順結合側の内側脚部９３に大きな磁気抵抗を生じるギャップ空間６４があるため、順結合側の各相コイル４０，４２に鎖交しない。また、図１４に示すように、基本的には、順結合側の各相コイル４０，４２により生成される磁束は、逆結合側の内側脚部９２に大きな磁気抵抗を生じるギャップ空間６４があるため、逆結合側の各相コイル３６，３８に鎖交しない。このため、本例の構成は、上記の図１０に示した例の場合と同様の特性を有する。しかも、本例の構成では、コア８６が順結合側、逆結合側の両方で共通の単一のコアとなるので、製造作業が容易になるという利点を有する。
【００８６】
また、上記の図１１から図１４に示した例では、コア８６の脚部９０，９２，９３の総数を４つとしているが、図１５に示すように、コアの脚部の総数を３つとすることもできる。図１５は、リアクトルユニット３０の具体例の第６例を示す図である。図１５に示すリアクトルユニット３０は、上記の図１１から図１４に示したリアクトルユニット３０において、２の外側脚部９０のうち、１の外側脚部９０を省略したような形状を有する。すなわち、図１５に示すリアクトルユニット３０は、基部８８と、基部８８の長さ方向に対し直交する方向に、互いに平行に結合した１の内側脚部９６及び２の外側脚部９８，１００を含む。内側脚部９６及び一方の外側脚部９８は、それぞれ互いにギャップ空間６４を介して対向する２ずつの脚要素１０２，１０４を有する。なお、各脚部９６，９８をそれぞれ構成する２の脚要素１０２，１０４は、それぞれ非磁性材のギャップ板を介して対向させることもできる。また、逆結合リアクトル３２は、内側脚部９６（または一方の外側脚部９８）に、逆結合側第１相コイル３６及び逆結合側第２相コイル３８が巻装されることにより構成されている。また、順結合リアクトル３４は、一方の外側脚部９８（または内側脚部９６）に、順結合側第１相コイル４０及び順結合側第２相コイル４２が巻装されることにより構成されている。
【００８７】
このような構成では、リアクトルユニット３０の幅方向(図１５の左右方向)長さは、図１１から図１４に示したリアクトルユニット３０に比べて短くできる。このように構成する場合でも、図１１から図１４のリアクトルユニット３０と同様の特性を得られる。
【００８８】
なお、上記の説明では、逆結合リアクトル３２やコア８６を構成するコア材料の例として、ファインメットを使用できるとしたが、用途に対し最適化するようにコア材料を選択できることは勿論である。例えば、逆結合リアクトル３２を構成する逆結合側コア５４を構成するコア材料として、フェライト材を使用することもできる。この場合、フェライト材の飽和磁束密度の小ささから、リアクトルの体格的にはほとんど改善されないが、材料コストが安価になるという利点が得られる。
【００８９】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００９０】
１０  昇降圧コンバータ、１２  蓄電部、１４  電源回路、１６  第１リアクトル、１８  第２リアクトル、２０  第１アーム、２２  第２アーム、２６  第１相コイル、２８  第２相コイル、３０  リアクトルユニット、３２  逆結合リアクトル、３４  順結合リアクトル、３６  逆結合側第１相コイル、３８  逆結合側第２相コイル、４０  順結合側第１相コイル、４２  順結合側第２相コイル、４４  第１要素、４６  第２要素、４８  第１蓄電部、５０  第２蓄電部、５２  支持部材、５４  逆結合側コア、５６  基部、５８  端脚部、６０  中央脚部、６２  脚要素、６４  ギャップ空間、６６  順結合側コア、６８  第１相片側コイル要素、７０  第１相他側コイル要素、７２  第２相片側コイル要素、７３  第２相他側コイル要素、７４  逆結合側コア、７６  順結合側コア、７８  基部、８０，８２  脚部、８４  脚要素、８６  コア、８８  基部、９０  外側脚部、９２，９３  内側脚部、９４  脚要素、９６  内側脚部、９８，１００  外側脚部、１０２，１０４  脚要素、Ｓ１ａ，Ｓ２ａ  上側スイッチング素子。
【図１】
0005694748.tif 000007
【図２Ａ】
0005694748.tif 000008
【図２Ｂ】
0005694748.tif 000009
【図３】
0005694748.tif 000010
【図４】
0005694748.tif 000011
【図５】
0005694748.tif 000012
【図６】
0005694748.tif 000013
【図７】
0005694748.tif 000014
【図８】
0005694748.tif 000015
【図９】
0005694748.tif 000016
【図１０】
0005694748.tif 000017
【図１１】
0005694748.tif 000018
【図１２】
0005694748.tif 000019
【図１３】
0005694748.tif 000020
【図１４】
0005694748.tif 000021
【図１５】
0005694748.tif 000022
【図１６】
0005694748.tif 000023