(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と負荷との間に設けられ、前記直流電源と並列に接続されるスイッチと、
該スイッチの前記負荷側に設けられ、前記直流電源と並列に接続されるコンデンサと、
前記直流電源の正極側ラインのうち、前記スイッチと前記コンデンサとの間に直列に接続されるダイオードと、
前記直流電源の正極側ラインのうち、前記直流電源と前記スイッチとの間に直列に接続されるリアクトルと、を有し、
前記リアクトルの磁心は、最大粒径２５μｍ以上１５０μｍ以下のＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属で構成され、かつ表面が無機バインダで被覆された軟磁性粉末を、前記無機バインダにより結着してなる加圧成形体であって、圧粉体密度が５．０〜６．０Ｍｇ／ｍ３である加圧成形体で構成されており、
前記スイッチを開閉する際の周波数を５〜１００ｋＨｚとし、電圧が１００Ｖ以上の前記直流電源に接続して使用されるものであり、
前記直流電源の電圧を、時間的に連続して昇圧可能であることを特徴とする昇圧回路。
【請求項２】
前記スイッチを開閉する際のＯＮデューティは、９５％以下に設定される請求項１に記載の昇圧回路。
【請求項３】
前記負荷の大きさによらず、前記直流電源の電圧を連続発振モードで昇圧可能である請求項１または２に記載の昇圧回路。
【請求項４】
前記リアクトルのインダクタンスは、０．０１〜５ｍＨである請求項１ないし３のいずれかに記載の昇圧回路。
【請求項５】
前記リアクトルの通電中の温度が、−４０℃以上１００℃以下に維持される請求項１ないし４のいずれかに記載の昇圧回路。
【請求項６】
前記無機バインダは、酸化ケイ素である請求項１ないし５のいずれかに記載の昇圧回路。
【請求項７】
前記磁心は、表面が前記無機バインダで被覆された前記軟磁性粉末を圧粉成形した後、非還元性雰囲気中において、４００〜５００℃の温度で１０〜３０分間の熱処理を施すことにより作製されたものである請求項１ないし６のいずれかに記載の昇圧回路。
【請求項８】
前記軟磁性粉末の最大粒径は、２５μｍ以上５３μｍ以下である請求項１ないし７のいずれかに記載の昇圧回路。
【請求項９】
前記磁心は、２００Ａの直流を重畳したときのインダクタンスが、直流を重畳しなかった時のインダクタンスの５〜２０％となるものである請求項１ないし８のいずれかに記載の昇圧回路。
【請求項１０】
前記磁心は、１００ｋＨｚの交流を印加したときの透磁率が、５０Ｈｚの交流を印加したときの透磁率の７０％以上となるものである請求項１ないし９のいずれかに記載の昇圧回路。
【請求項１１】
前記磁心は、全体を一体的にトロイダル形状に成形することにより作製されたものである請求項１ないし１０のいずれかに記載の昇圧回路。
【請求項１２】
前記直流電源は電圧が１５０Ｖ以上のものである請求項１ないし１１のいずれかに記載の昇圧回路。
【請求項１３】
さらに、前記直流電源の正極側とリアクトルとの間と、前記直流電源の負極側と前記スイッチとの間とに、前記直流電源と並列に接続され、
前記直流電源から出力される電流のノイズを低減するノイズフィルタを有する請求項１ないし１２のいずれかに記載の昇圧回路。
【請求項１４】
前記ノイズフィルタは、
前記直流電源に対してそれぞれ並列に接続された２つのコンデンサと、
該２つのコンデンサの前記直流電源側に、前記直流電源に対して並列に接続されたコモンモードチョークコイルと、
前記直流電源の正極側の経路のうち、前記２つのコンデンサの間に直列に接続されたノーマルモードチョークコイルとを有する請求項１３に記載の昇圧回路。
【請求項１５】
前記スイッチが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成されている請求項１ないし１４のいずれかに記載の昇圧回路。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれかに記載の昇圧回路と、
該昇圧回路の入力側に接続されたバッテリとを有することを特徴とする電源装置。
【請求項１７】
さらに、前記昇圧回路の出力側に接続され、前記昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ部を有する請求項１６に記載の電源装置。
【請求項１８】
車両駆動用のモータに、前記昇圧回路の出力側を接続し、前記モータに電力を供給するのに用いられる請求項１６または１７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、昇圧回路および電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池車、電気自動車、ハイブリッド自動車等のいわゆる低公害車の開発が進められている。特に、ハイブリッド自動車は、国内外で普及が進みつつある。
例えば、ハイブリッド自動車は、駆動源として内燃機関（エンジン）と、電気モータとを併用することにより、燃料の消費率を低減し、低燃費を実現可能な自動車である。
このようなハイブリッド自動車については、近年、低燃費を実現するのみでなく、走行性能を高めることにも市場の要求が拡大している。このため、電気モータの出力向上を図ることによって走行性能を高めるべく、電気モータを駆動する電圧の高電圧化が望まれている。
そこで、搭載されたバッテリの電圧を昇圧することにより、電気モータに高電圧を印加することができる昇圧回路を備えたハイブリッド自動車が実用化されている。この昇圧回路は、バッテリと、車両駆動用モータに交流電力を供給するインバータとの間に設けられている。
【０００３】
このような昇圧回路は、昇圧チョッパ回路とも呼ばれ、リアクトル、コンデンサ、ダイオードおよびスイッチを備えている。そして、スイッチがＯＮのときには、バッテリのエネルギーをリアクトルに蓄え、スイッチがＯＦＦのときには、リアクトルに蓄えられたエネルギーをバッテリのエネルギーに重畳させて、バッテリの電圧より高い電圧をコンデンサとインバータとに出力することができる。また、再びスイッチをＯＮにすると、リアクトルにエネルギーが蓄えられるとともに、コンデンサに蓄えられたエネルギーをインバータに供給することができる。
したがって、スイッチのＯＮ／ＯＦＦ（スイッチング）を高い周波数で繰り返すことにより、インバータに対して高電圧を連続的に出力することができる。
【０００４】
ところで、このような昇圧回路が有するリアクトルの磁心として、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系の軟磁性粉末とバインダとを加圧成形してなる圧粉成形体で構成された圧粉磁心が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このような従来の圧粉磁心には、一般に、結晶質の軟磁性粉末が用いられている。
しかしながら、スイッチングの周波数が高くなると、リアクトルの磁心に渦電流が発生する。磁心に渦電流が流れると、ジュール熱による発熱を生じ、リアクトルの温度が急激に上昇する。このため、リアクトルの温度が高くなり過ぎて、磁心の磁気特性が低下するばかりでなく、磁心が変質・劣化し、リアクトルとしての機能が損なわれるおそれがある。
【０００５】
例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系の結晶質の軟磁性粉末で構成された磁心では、比抵抗が小さいため、渦電流が増大し、発熱が大きいという問題がある。
したがって、従来の昇圧回路では、この発熱を考慮して、定期的に通電を止めることによって、リアクトルの温度が耐熱温度以上にならないよう制御されている。このため、インバータに対して、高電圧を連続的に印加することができないという問題がある。
【０００６】
また、このような圧粉成形された磁心の他に、帯状の珪素鋼板（Ｆｅ−Ｓｉ系材料）を複数枚積層することにより形成した磁心が知られている。
しかしながら、珪素鋼板は、最大透磁率が非常に高いという特徴を有する。このため、珪素鋼板を複数枚積層して磁心を形成した場合、低磁場側では優れた特性を示すものの、中磁場または高磁場側では、珪素鋼板の透磁率が極めて低くなり、優れた特性が得られないという問題がある。
【０００７】
そこで、高磁場側でも高い透磁率が得られるよう、磁心にギャップを設けたギャップ付き磁心が提案されている。
しかしながら、磁心のギャップにおいて磁束が漏れ出るおそれがあり、漏れ出た磁束が他の電子部品の誤作動を招いたり、鉄損の増大を招くおそれがある。
さらに、帯状のアモルファス金属（アモルファスリボン）を複数枚積層することにより形成した磁心も知られている。
このようなアモルファスリボンは、厚さが１０〜３０μｍと非常に薄いため、複数枚のアモルファスリボンを緻密に積層する必要があり、多大な手間とコストを要している。また、リアクトルに通電したとき、アモルファスリボンの層間において、電磁騒音が発生するという問題もある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２８８９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高電圧の直流電力を安定的かつ連続的に出力可能な昇圧回路、およびかかる昇圧回路を備え、高性能で信頼性の高い電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の昇圧回路は、直流電源と負荷との間に設けられ、前記直流電源と並列に接続されるスイッチと、
該スイッチの前記負荷側に設けられ、前記直流電源と並列に接続されるコンデンサと、
前記直流電源の正極側ラインのうち、前記スイッチと前記コンデンサとの間に直列に接続されるダイオードと、
前記直流電源の正極側ラインのうち、前記直流電源と前記スイッチとの間に直列に接続されるリアクトルと、を有し、
前記リアクトルの磁心は、最大粒径２５μｍ以上１５０μｍ以下のＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属で構成され、かつ表面が無機バインダで被覆された軟磁性粉末を、前記無機バインダにより結着してなる加圧成形体であって、圧粉体密度が５．０〜６．０Ｍｇ／ｍ３である加圧成形体で構成されており、
前記スイッチを開閉する際の周波数を５〜１００ｋＨｚとし、電圧が１００Ｖ以上の前記直流電源に接続して使用されるものであり、
前記直流電源の電圧を、時間的に連続して昇圧可能であることを特徴とする。
これにより、高電圧の直流電力を安定的かつ連続的に出力可能な昇圧回路が得られる。
また、前記軟磁性粉末をＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属で構成したことにより、前記磁心は、飽和磁束密度が高く、かつ、低磁場から高磁場まで比較的高い透磁率を示すものとなる。これにより、磁心およびリアクトルをより小型化することができる。
また、圧粉体密度を前記範囲内に設定したことにより、前記磁心は、８００００Ａ／ｍの高磁場においても、磁束密度が飽和しないものとなる。そして、このような磁心を備えた昇圧回路は、直流電源の電圧を、より安定的に昇圧可能なものとなる。
【００１１】
本発明の昇圧回路では、前記スイッチを開閉する際のＯＮデューティは、９５％以下に設定されることが好ましい。
これにより、直流電源の電圧を、より幅広い昇圧比で安定的に昇圧することができる。
本発明の昇圧回路では、前記負荷の大きさによらず、前記直流電源の電圧を連続発振モードで昇圧可能であることが好ましい。
これにより、直流電源の電圧を、負荷に対して安定的かつ連続的に高電圧を印加することができる。
【００１２】
本発明の昇圧回路では、前記リアクトルのインダクタンスは、０．０１〜５ｍＨであることが好ましい。
これにより、例えば、昇圧回路を、ハイブリッド自動車の車両駆動用モータに電力を供給する電源装置内に設けられる昇圧回路に適用した場合、より大電力を車両駆動用モータに供給することができ、ハイブリッド自動車の走行性能を高めることができる。
【００１３】
本発明の昇圧回路では、前記リアクトルの通電中の温度が、−４０℃以上１００℃以下に維持されることが好ましい。
これにより、磁心の磁気特性が著しく低下するのを防止するとともに、熱による磁心の変質・劣化を確実に防止することができる。その結果、直流電源の電圧を、時間的に連続して昇圧可能な昇圧回路が得られる。
【００１４】
本発明の昇圧回路では、前記無機バインダは、酸化ケイ素であることが好ましい。
【００１５】
本発明の昇圧回路では、前記磁心は、表面が前記無機バインダで被覆された前記軟磁性粉末を圧粉成形した後、非還元性雰囲気中において、４００〜５００℃の温度で１０〜３０分間の熱処理を施すことにより作製されたものであることが好ましい。
これにより、磁心が、ヒステリシス損失が小さく、８００００Ａ／ｍの高磁場においても、磁束密度が飽和しないものとなる。そして、このような磁心を備えた昇圧回路は、直流電源の電圧を、より安定的に昇圧可能なものとなる。
本発明の昇圧回路では、前記軟磁性粉末の最大粒径は、２５μｍ以上５３μｍ以下であることが好ましい。
これにより、磁心において、渦電流が流れる経路を特に短縮することができるため、渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
【００１６】
本発明の昇圧回路では、前記磁心は、２００Ａの直流を重畳したときのインダクタンスが、直流を重畳しなかった時のインダクタンスの５〜２０％となるものであることが好ましい。
これにより、このような磁心を備えた昇圧回路は、高電流であっても、確実に昇圧可能なものとなる。
【００１７】
本発明の昇圧回路では、前記磁心は、１００ｋＨｚの交流を印加したときの透磁率が、５０Ｈｚの交流を印加したときの透磁率の７０％以上となるものであることが好ましい。
これにより、磁心は、低周波から高周波まで安定した透磁率を示すものとなる。したがって、このような磁心を備えた昇圧回路では、スイッチング周波数の設定値の幅を広くしても、確実に昇圧することができる。
【００１８】
本発明の昇圧回路では、前記磁心は、全体を一体的にトロイダル形状に成形することにより作製されたものであることが好ましい。
これにより、磁束の漏れが少ない磁心が得られる。その結果、漏れ出た磁束が隣接する電子部品に悪影響を及ぼしたり、鉄損が増大したりするのを防止することができる。
また、これにより、磁心は、内部にギャップを有しないギャップレス構造となり、磁束の漏れをより確実に防止することができる。
本発明の昇圧回路では、前記直流電源は電圧が１５０Ｖ以上のものであることが好ましい。
【００１９】
本発明の昇圧回路では、さらに、前記直流電源の正極側とリアクトルとの間と、前記直流電源の負極側と前記スイッチとの間とに、前記直流電源と並列に接続され、
前記直流電源から出力される電流のノイズを低減するノイズフィルタを有することが好ましい。
これにより、昇圧回路は、例えば、直流電源からスパイク成分を含む電流が供給された場合でも、スイッチが破壊されたり、昇圧回路の発振が不安定になるのを防止することができる。
【００２０】
本発明の昇圧回路では、前記ノイズフィルタは、
前記直流電源に対してそれぞれ並列に接続された２つのコンデンサと、
該２つのコンデンサの前記直流電源側に、前記直流電源に対して並列に接続されたコモンモードチョークコイルと、
前記直流電源の正極側の経路のうち、前記２つのコンデンサの間に直列に接続されたノーマルモードチョークコイルとを有することが好ましい。
これにより、ノイズフィルタは、簡単な構成で、確実なフィルタリング作用を示すことができる。
本発明の昇圧回路では、前記スイッチが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成されていることが好ましい。
これにより、比較的大きな電力のスイッチングを高速で行うことができる。その結果、昇圧回路に流れる電流の制御を、より高速かつ高精度に行うことができる。
【００２１】
本発明の電源装置は、本発明の昇圧回路と、
該昇圧回路の入力側に接続されたバッテリとを有することを特徴とする。
これにより、より高い出力の直流電力を発生し得る電源装置が得られる。
本発明の電源装置では、さらに、前記昇圧回路の出力側に接続され、前記昇圧回路から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ部を有することが好ましい。
これにより、より高い出力の交流電力を発生し得る電源装置が得られる。
【００２２】
本発明の電源装置では、車両駆動用のモータに、前記昇圧回路の出力側を接続し、前記モータに電力を供給するのに用いられることが好ましい。
これにより、例えば、登坂路のような車両駆動用モータを長時間にわたって高い出力で駆動する必要があるときでも、休止させることなく、連続駆動が可能な電源装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の昇圧回路および電源装置について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
本発明の昇圧回路は、各種昇圧回路のうち、特に昇圧チョッパ回路と呼ばれるものである。
【００２４】
＜昇圧回路および電源装置＞
＜第１実施形態＞
まず、本発明の昇圧回路および電源装置の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の昇圧回路とこの回路に接続された直流電源および負荷を示すブロック図、図２は、本発明の昇圧回路の第１実施形態を示す回路図、図３は、図２に示す昇圧回路が有するリアクトルを説明するための概略図である。
【００２５】
図１に示す昇圧回路１は、直流電源Ｓと負荷Ｌとの間に並列に接続されている。このような昇圧回路１は、直流電源Ｓの電圧を昇圧し、直流電源Ｓの電圧より高い電圧を負荷Ｌに対して印加することができる。
なお、直流電源Ｓとしては、例えば、バッテリ（一次電池または二次電池）、光電変換素子（太陽電池）、燃料電池等が挙げられる。
また、負荷Ｌは、いかなるものであってもよいが、本実施形態では、インバータＩＮＶが用いられている。さらに、インバータＩＮＶには、交流モータＭが接続されている。
そして、昇圧回路１から出力された高電圧は、インバータＩＮＶによって交流に変換された後、交流モータＭを高い出力で駆動することができる。
【００２６】
ここで、直流電源Ｓおよび昇圧回路１で構成される一連の回路は、高出力の直流電力を発生し得る電源装置８を構成する。
また、直流電源Ｓ、昇圧回路１およびインバータ（負荷Ｌ）で構成される一連の回路は、高出力の交流電力を発生し得る電源装置９を構成する。
また、直流電源Ｓと負荷Ｌとは、正極側ライン１１および負極側ライン１２の２本の経路によって電気的に接続されている。そして、昇圧回路１は、これらの各ライン１１、１２上に構築されている。
具体的には、昇圧回路１は、スイッチング素子（スイッチ）２、コンデンサ３、ダイオード４およびリアクトル５を有している。
【００２７】
以下、図２に示す昇圧回路１の各部について順次詳述する。
図２に示すスイッチング素子２は、直流電源Ｓに並列に接続されており、正極側ライン１１から負極側ライン１２への電流のＯＮ／ＯＦＦ制御を担っている。
このようなスイッチング素子２には、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のようなバイポーラトランジスタ、金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のような電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、サイリスタ、ＳＣＲ等を用いることができる。
【００２８】
これらのスイッチング素子２のうち、特に、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴを用いるのが好ましい。これらのスイッチング素子２によれば、比較的大きな電力のスイッチングを高速で行うことができる。このため、昇圧回路１に流れる電流の制御をより高速かつ高精度に行うことができる。
また、本実施形態にかかる昇圧回路１は、スイッチング素子２を跨ぐように設けられたコンデンサ２５を有している。
【００２９】
コンデンサ３は、スイッチング素子２の負荷Ｌ側に設けられ、直流電源Ｓに並列に接続されている。コンデンサ３は、負荷に供給される電力の一部を一時的に充電し、スイッチング素子２のＯＮ／ＯＦＦ制御に応じて放電することにより、充電していた電力を負荷に供給する。
このようなコンデンサ３には、例えば、図２に示すような電界コンデンサの他、フィルムコンデンサ、セラミックコンデンサ等を用いることができる。
【００３０】
ダイオード４は、正極側ライン１１上のスイッチング素子２とコンデンサ３との間に、直列に接続されている。このとき、ダイオード４のアノードが直流電源Ｓ側に、カソードが負荷Ｌ側に、それぞれ接続されている。ダイオード４は、正極側ライン１１上の電流の方向を制御し、負荷Ｌ側から直流電源Ｓ側への電流を阻止する。
このようなダイオード４は、特に限定されず、整流作用のある各種素子で代替することもできる。
【００３１】
リアクトル５は、正極側ライン１１上の直流電源Ｓとスイッチング素子２との間に、直列に接続されている。リアクトル５は、直流電源Ｓからの電流を、スイッチング素子２によってＯＮ／ＯＦＦ制御されることによって発生する自己誘導起電力を充電する。そして、スイッチング素子２のＯＮ／ＯＦＦ制御に応じて放電することにより、充電していた電力を負荷に供給する。
【００３２】
図３に示すリアクトル５は、トロイダル形状の圧粉磁心（コア）５１と、圧粉磁心５１の外周に沿って螺旋状に巻き回された導線（コイル）５２とを有する。
このうち、本発明では、圧粉磁心５１が、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末５１０をバインダ５１１で結着してなる加圧成形体で構成されている。
なお、リアクトル５については、後に詳述する。
【００３３】
次に、昇圧回路１の動作（作用）について説明する。
図４は、図２に示す昇圧回路の動作原理を説明するための図である。
図４に示す昇圧回路１で、直流電源Ｓの電圧Ｖｉを昇圧して負荷Ｌに印加する場合、まず、スイッチング素子２を、所定の周波数でＯＮとＯＦＦとを繰り返すように操作する。
まず、スイッチング素子２をＯＮにすると、図４（ａ）に示すように、昇圧回路１の正極側ライン１１と負極側ライン１２とが短絡し、リアクトル５を流れる電流が急激に立ち上がる。この電流は、リアクトル５に、逆方向への電流を増加させるように、逆起電力ＶＬを誘起する。これにより、リアクトル５にエネルギーが蓄積される。
【００３４】
このタイミングで、スイッチング素子２をＯＦＦすると、図４（ｂ）に示すように、リアクトル５に蓄積されたエネルギーが、負荷Ｌに供給される。この際、リアクトル５に誘起された逆起電力ＶＬは、直流電源Ｓの電圧Ｖｉに加わることとなるため、負荷Ｌに印加される電圧は、直流電源Ｓの電圧Ｖｉより、リアクトル５に誘起された逆起電力ＶＬの分だけ高い電圧Ｖｉ＋ＶＬとなる。
また、それとともに、電圧Ｖｉ＋ＶＬで、コンデンサ３が充電される。
その後、再び、スイッチング素子２をＯＮにすると、リアクトル５に流れる電流が再び急激に立ち上がり、リアクトル５にエネルギーが蓄積される。
また、それとともに、図４（ｃ）に示すように、コンデンサ３に充電されたエネルギーが、負荷Ｌに供給される。これにより、負荷Ｌには、電圧Ｖｉ＋ＶＬが印加される。
【００３５】
以上のようにして、スイッチング素子２を所定の周波数でＯＮ／ＯＦＦすると、負荷Ｌには、常時、直流電源Ｓの電圧Ｖｉを昇圧した電圧Ｖｉ＋ＶＬが印加されることとなる。
ここで、スイッチング素子２のＯＮとＯＦＦとを繰り返す周波数、すなわち、スイッチング素子２を開閉する際の周波数（スイッチング周波数）は、５〜１００ｋＨｚとされる。このような高い周波数でスイッチング素子２をＯＮ／ＯＦＦすると、リアクトル５の圧粉磁心５１には、短時間で変化する磁束が生じることとなる。
このような磁束の変化は、従来のリアクトルでは、磁心に大きな渦電流を発生させ、この渦電流によるジュール熱によって磁心の発熱を招いていた。そして、磁心の温度が高温になると、磁心の磁気特性が低下するばかりでなく、磁心が変質・劣化し、リアクトルとしての機能が損なわれるという問題が発生していた。
【００３６】
これに対し、本発明では、前述したように、リアクトル５の圧粉磁心５１を、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末５１０をバインダ５１１で結着してなる加圧成形体で構成することとした（図３参照）。
このような圧粉磁心５１では、軟磁性粉末５１０の各粒子同士の間にバインダ５１１が介在することとなり、各粒子間の絶縁が確保される。その結果、圧粉磁心５１では、発生する渦電流が各粒子間で分断されることとなるため、リアクトル５を、たとえ前述したような高い周波数で使用したとしても、渦電流損失によるジュール熱の発生を抑制することができる。その結果、圧粉磁心５１の温度上昇を抑制することができる。
なお、スイッチング素子２を開閉する際の周波数は、好ましくは２０〜５０ｋＨｚ程度とされる。
【００３７】
また、アモルファス金属は、例えば珪素鋼板のようなＦｅ−Ｓｉ系の結晶金属材料に比べて、比抵抗が大きいため、渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
さらに、アモルファス金属は、保磁力が比較的小さい。このため、（ａ）アモルファス金属で構成された圧粉磁心５１と、（ｂ）Ｆｅ−Ｓｉ系の結晶金属材料で構成された従来の圧粉磁心とについて、磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）を評価すると、図５に示すように、従来の圧粉磁心に比べて、圧粉磁心５１のヒステリシス損失を低減することができる。なお、図５は、前記（ａ）、（ｂ）における磁化曲線（Ｂ−Ｈ特性）を示すグラフである。
また、スイッチング周波数が前記範囲のように大きいと、ＯＮ時間が短くなり、圧粉磁心５１における磁束密度の変化量も小さくなる。そして、圧粉磁心５１のヒステリシス損失を低減することができる。したがって、これらの作用により、昇圧回路１の無駄な電力消費を低減することができる。
【００３８】
圧粉磁心５１の鉄損は、以上のような渦電流損失およびヒステリシス損失が要因となっている。
なお、図６は、圧粉磁心５１と、Ｆｅ−Ｓｉ系の結晶金属材料粉末で構成された圧粉磁心（従来の磁心）と、珪素鋼板で構成された磁心（従来の磁心）とについて、印加する交流の周波数に対する各磁心の鉄損を示すグラフである。
【００３９】
図６によれば、特に高い周波数領域において、圧粉磁心５１の鉄損が、従来の磁心に比べて著しく小さくなっていることが認められる。
また、昇圧回路１（本発明の昇圧回路）は、電圧が１００Ｖ以上であるような高電圧を発生させる直流電源Ｓに接続されて使用される。
すなわち、従来の昇圧回路では、直流電源Ｓの電圧を前記範囲のように高くした場合、渦電流が大きくなるため、渦電流損失が著しく増大するという問題があった。このため、例えば、珪素鋼板のように、複数枚の金属板を積層して形成された従来の磁心では、金属板の厚さを薄くすることによって渦電流損失を低減する試みがなされているが、金属板の機械的強度および加工技術の限界から、金属板の厚さを十分に薄くすることができなかった。このため、珪素鋼板で構成された磁心に、前記範囲のような高電圧を印加した場合、リアクトルが極めて高温になってしまうという問題があった。
【００４０】
リアクトルが高温になると、磁心の磁気特性が著しく低下するとともに、磁心中のバインダが変質・劣化してしまい、磁心としての機能が損なわれる。
このような問題点を考慮して、従来の昇圧回路では、定期的に通電を止めることによって、リアクトルの温度が耐熱温度以上にならないよう制御されていた。このため、従来の昇圧回路では、時間的に連続して昇圧を行うことができなかった。
【００４１】
これに対し、昇圧回路１では、前述したように、圧粉磁心５１の作用により渦電流損失を低減することができる。このため、前記範囲のような高電圧で使用されても、リアクトル５の温度が著しく上昇するのを防止することができる。その結果、昇圧回路１では、通電を止めることなく、時間的に連続して昇圧を行うことができる。
なお、直流電源Ｓの電圧は、好ましくは１５０Ｖ以上とされる。また、直流電源Ｓの電圧の上限値は、特に限定されないが、好ましくは１０００Ｖ以下とされる。
【００４２】
ところで、スイッチング素子２を前述したような周波数で開閉したとき、リアクトル５に流れる電流の波形は、直流電流に、前記周波数でＯＮ／ＯＦＦしたときの高周波リップルが重畳した波形となる。
ここで、図７（ａ）は、図２に示す昇圧回路１（本発明の昇圧回路）が備えるスイッチング素子２を前記範囲の周波数で開閉したときに、リアクトル５に流れる電流波形の一例を示している。
また、図７（ｂ）は、図２に示すリアクトル５を、複数枚のアモルファスリボンを積層することにより形成した磁心を備えたリアクトルで置き換えた昇圧回路（従来の昇圧回路）のスイッチング素子を、前記範囲の周波数で開閉したときに、リアクトル５に流れる電流波形の一例を示している。
【００４３】
このうち、従来の昇圧回路の場合、昇圧回路１を流れる平均電流が大きければ、すなわち、負荷Ｌが重負荷であれば、図７（ｂ）に示すように、リアクトルに流れる電流は途切れることなく流れ続ける。これに対し、昇圧回路１が流れる平均電流が小さい場合、すなわち、負荷Ｌが軽負荷であれば、リアクトルに流れる電流が、図７（ｂ）に示すように、一時的に０になる時間帯が生じる。
【００４４】
リアクトルに流れる電流が、このような断続的な電流になると、昇圧回路は間欠発振モードになってしまい、安定的に昇圧することができないという問題があった。
これに対し、図７（ａ）に示す本発明の昇圧回路の場合、昇圧回路１を流れる平均電流の大きさによらず、すなわち、負荷Ｌが重負荷および軽負荷にかかわらず、リアクトル５に流れる電流は途切れることなく流れ続けることができる。これは、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末５１０を含む圧粉磁心５１を有するリアクトル５では、負荷が軽くなるにつれて、そのインダクタンスが大きくなる現象が発現するためである。リアクトル５のインダクタンスが大きくなると、リアクトル５に流れる電流の波形に重畳していた高周波リップルの高さが低くなる。このため、電流が一時的に０になる時間帯がなくなって、昇圧回路１は連続発振モードを維持することができる。
【００４５】
したがって、昇圧回路１（本発明の昇圧回路）では、直流電源Ｓの電圧を、連続発振モードで昇圧し、負荷Ｌに対して安定的かつ連続的に高電圧を印加することができる。
なお、上記の重負荷とは、例えば、負荷Ｌの最大負荷の５０％以上のことを言い、上記の軽負荷とは、例えば、負荷Ｌの最大負荷の５０％未満のことを言う。
また、スイッチング素子２を開閉する際の周波数を、前述したような比較的高い周波数に設定すれば、スイッチング素子２のＯＮ時間およびＯＦＦ時間をそれぞれ短くすることができ、それに伴って高周波リップルの時間幅を小さくすることができる。これにより、高周波リップルの高さが小さくなる。このような作用によっても、昇圧回路１が間欠発振モードに移行するのが防止され、連続発振モードを確実に維持することができる。
【００４６】
なお、スイッチング素子２を開閉する際の周波数（スイッチング周波数）が、前記下限値を下回った場合、昇圧回路１が間欠発振モードになるおそれがある。一方、スイッチング周波数が前記上限値を上回った場合、渦電流損失が著しく増大し、リアクトル５の温度上昇が顕著になるおそれがある。したがって、スイッチング周波数が前記範囲内であれば、昇圧回路１が間欠発振モードになるのを防止しつつ、リアクトル５の温度上昇を最小限に抑えることができる。
【００４７】
また、このようなスイッチング素子２の周波数と高周波リップルの高さとの関係を考慮すると、本発明の昇圧回路では、軽負荷のときに、リアクトル５のインダクタンスが大きくなり、間欠発振モードになり難くなるので、その分、スイッチング素子２を開閉する際の周波数を低下させることもできる。これにより、圧粉磁心５１に発生する渦電流損失を低減することができる。その結果、昇圧回路１の効率を高め、消費電力の低減を図るとともに、圧粉磁心５１の温度上昇を抑制することができる。
【００４８】
また、スイッチング素子２を開閉する際のＯＮデューティは、９５％以下に設定するのが好ましく、９０％以下に設定するのがより好ましい。昇圧回路１では、スイッチング素子２を開閉する際のＯＮデューティに応じて、昇圧比を制御することができる。そして、昇圧回路１では、スイッチング素子２を開閉する際のＯＮデューティを前記範囲のような広い範囲に設定しても、安定的に昇圧を行うことができる。すなわち、直流電源Ｓの電圧を、より幅広い昇圧比で安定的に昇圧することができる。
なお、前記ＯＮデューティが前記上限値を上回った場合、スイッチング素子２を流れる電流量が大きい場合には、スイッチング素子２をＯＮからＯＦＦに切り替えた際に、電流を確実に遮断することができなくなるおそれがある。
【００４９】
このような昇圧回路１によれば、通電中のリアクトル５の温度を、好ましくは−４０℃以上１５０℃以下に維持することができ、より好ましくは０℃以上１００℃以下に維持することができる。リアクトル５の温度を前記範囲内に維持するようにすれば、圧粉磁心５１の磁気特性が著しく低下するのを防止するとともに、熱による圧粉磁心５１の変質・劣化を確実に防止することができる。また、昇圧回路１によれば、スイッチング素子２の周波数および直流電源Ｓの電圧を、それぞれ前記範囲のように高くしても、リアクトル５の温度を前記範囲内に確実に維持することができる。これにより、直流電源Ｓの電圧を、時間的に連続して昇圧可能な昇圧回路１が得られる。
また、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末５１０を用いることにより、磁気特性が同一であれば、珪素鋼板で構成された従来の磁心に比べて、圧粉磁心５１の体積を大幅に小さくすることができる。これにより、リアクトル５および昇圧回路１の大幅な小型化を図ることができる。
【００５０】
次に、昇圧回路１のうち、特にリアクトル５について詳細に説明する。
図３に示すリアクトル５は、前述したように、トロイダル形状をなす圧粉磁心５１を有する。トロイダル形状の磁心は、その他の形状の磁心に比べて磁束の漏れが少ない。このため、漏れ出た磁束が隣接する電子部品に悪影響を及ぼしたり、鉄損が増大するのを防止することができる。
【００５１】
また、圧粉磁心５１は、前述したように、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末５１０をバインダ５１１で結着してなる加圧成形体で構成されている。すなわち、圧粉磁心５１は、その全体が一体的に成形されて作製されている。これにより、圧粉磁心５１は、内部にギャップを有しないギャップレス構造となり、磁束の漏れをより確実に防止することができる。
圧粉磁心５１は、各種成形方法により成形することができるが、例えば、プレス成形法、射出成形法、押出成形法等の方法により成形することができる。
ここでは、一例として、プレス成形法により圧粉磁心５１を作製する方法について説明する。
【００５２】
［１］まず、軟磁性粉末５１０とバインダ５１１とを用意する。そして、軟磁性粉末５１０の各粒子の表面をバインダ５１１で被覆する。
ここで、軟磁性粉末５１０を構成するアモルファス金属としては、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ−Ｃ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｚｒ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ系、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系等の各アモルファス金属が挙げられる。
これらの中でも、特に、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属が好ましい。Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属は、保磁力が小さいものである。このため、圧粉磁心５１のヒステリシス損失の低減を図ることができる。
【００５３】
また、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属で構成された軟磁性粉末５１０を有する圧粉磁心５１は、飽和磁束密度が高く、かつ、低磁場から高磁場まで比較的高い透磁率を示すものとなる。これにより、圧粉磁心５１およびリアクトル５をより小型化することができる。
また、このようなＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属は、Ｆｅを主成分とし、Ｓｉを４〜９重量％程度の含有率で含みＢを１〜５重量％程度の含有率で含むものが好ましく、Ｆｅを主成分とし、Ｓｉを４．５〜８．５重量％程度の含有率で含み、Ｂを２〜４重量％程度の含有率で含むものがより好ましい。このような組成のＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス金属は、保磁力が特に小さいため、圧粉磁心５１のヒステリシス損失を特に小さくすることができる。
【００５４】
なお、軟磁性粉末５１０を構成するアモルファス金属は、その他の成分、例えば、製造過程で不可避的に混入する成分（不可避不純物）を含んでいてもよい。その場合、その他の成分の含有率の総和は、１重量％以下とするのが好ましい。
このような軟磁性粉末５１０は、いかなる方法で製造されたものでもよいが、例えば、アトマイズ法、冷却ロール法等の方法で製造されたものを用いることができる。
【００５５】
このうち、圧粉磁心５１に用いる軟磁性粉末５１０としては、アトマイズ法で製造されたものが好ましく用いられる。
アトマイズ法は、溶融物（溶湯）を、冷却媒（液体やガス等）に衝突させることにより粉末化する方法である。溶湯は、噴霧されたり、冷却媒と衝突させることにより、微細な液滴となるとともに、この液滴が冷却媒と接触することにより急速に冷却され固化する。このとき、液滴の冷却が極めて急速に行われるため、各原子が液体状態の無秩序な原子配置を保存したまま固化に至る。その結果、アモルファス金属で構成された軟磁性粉末を効率よく製造することができる。
なお、アトマイズ法としては、例えば、水アトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法、ガスアトマイズ法、真空溶解ガスアトマイズ法、ガス−水アトマイズ法、超音波アトマイズ法等が挙げられる。
【００５６】
また、軟磁性粉末５１０の粒径は、その組成や製造条件によって多少は異なるが、１５０μｍ以下であるのが好ましく、５３μｍ以下であるのがより好ましい。軟磁性粉末５１０の粒径を前記範囲内とすることにより、渦電流が流れる経路を特に短縮することができるため、圧粉磁心５１における渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
さらに、軟磁性粉末５１０の粒径が前記範囲内であれば、負荷が軽くなったとき、リアクトル５のインダクタンスがより大きくなるので、高周波リップルの高さをより低くすることができる。
【００５７】
なお、軟磁性粉末５１０の下限値は、特に限定されないが、好ましくは２５μｍとされる。軟磁性粉末５１０がこの下限値未満の粒径の粉末のみで構成されていると、軟磁性粉末５１０を加圧成形する際に、軟磁性粉末５１０の圧縮性が著しく悪化するおそれがある。このため、得られる圧粉体の密度が著しく低下し、最終的に得られる圧粉磁心のインダクタンスの絶対値が小さくなりすぎるおそれがある。
【００５８】
一方、バインダ５１１としては、例えば、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、リン酸マンガン、リン酸カドミウムのようなリン酸塩、ケイ酸ナトリウムのようなケイ酸塩（水ガラス）、酸化ケイ素等の無機バインダ、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂等の有機バインダ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、バインダ５１１としては、特に、無機バインダを用いるのが好ましい。これにより、圧粉磁心５１の耐熱性を高めることができる。
【００５９】
なお、バインダ５１１の重量は、バインダ５１１の組成に応じて若干異なるが、軟磁性粉末５１０の重量１ｋｇ当たり０．５〜５０ｇ程度であるのが好ましく、１０〜３０ｇ程度であるのがより好ましい。
また、軟磁性粉末５１０の各粒子の表面をバインダ５１１で被覆する方法としては、特に限定されないが、例えば、ボールミルのような各種混合法や、噴霧法、転動法、転動流動法のような各種造粒法等を用いるようにすればよい。
【００６０】
［２］次に、プレス成形装置のキャビティ内に、表面をバインダ５１１で被覆した軟磁性粉末５１０を投入し、プレス成形する。これにより、圧粉体を得る。
ここで、プレス成形の際の荷重は、プレス成形後の圧粉体の密度が５．０〜６．０Ｍｇ／ｍ３になるように調整されるのが好ましい。この場合、事前に、荷重を何段階かに変えてプレス成形を行い、得られた圧粉体の密度を測定することにより、プレス成形の荷重と圧粉体の密度との関係を把握しておけばよい。
【００６１】
プレス成形の荷重を前記範囲内とすることにより、８００００Ａ／ｍの高磁場においても、磁束密度が飽和しない圧粉磁心５１が得られる。これにより、低磁場側から高磁場側まで、比較的高い透磁率を示す圧粉磁心５１が得られる。このような特性は、圧粉磁心５１の内部に適度な量の気孔が分散していることにより得られるものである。そして、このような圧粉磁心５１を備えた昇圧回路１は、直流電源Ｓの電圧を、より安定的に昇圧可能なものとなる。
なお、圧粉体の密度が前記下限値を下回った場合、圧粉磁心５１の透磁率が全体的に低くなりすぎるおそれがある。一方、圧粉体の密度が前記上限値を上回った場合、高磁場側において磁束密度が飽和してしまい、透磁率が小さくなるおそれがある。
【００６２】
［３］次に、得られた圧粉体に対し、非還元性雰囲気中において熱処理を施す。これにより、圧粉磁心５１が得られる。
この熱処理の条件は、温度が４００〜５００℃で、１０〜３０分間程度であるのが好ましい。このような条件で圧粉体に熱処理を施すことにより、ヒステリシス現象をほとんど示さない圧粉磁心５１が得られる。したがって、このような圧粉磁心５１は、ヒステリシス損失が特に抑制されたものとなる。
【００６３】
なお、熱処理の温度や時間が前記下限値を下回ると、プレス成形による歪みの除去が不十分となり、圧粉磁心５１のヒステリシス損失が増大するおそれがある。一方、熱処理の温度や時間が前記上限値を上回ると、圧粉体の結晶化が始まり、圧粉磁心５１のヒステリシス損失が増大するおそれがある。
また、熱処理を行う雰囲気は、前述したように、非還元性雰囲気中とされるが、この非還元性雰囲気としては、例えば、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性雰囲気、大気（空気）、酸素ガスのような酸化性雰囲気等が挙げられる。
【００６４】
このようにして作製された圧粉磁心５１は、リアクトル５の導線（コイル）５２に２００Ａの直流を重畳したときのインダクタンスが、直流を重畳しなかったときのインダクタンスの２０％以上であるのが好ましい。このような直流磁気特性を示す圧粉磁心５１は、高電流の直流重畳に対して安定したインダクタンスを示すものである。したがって、このような圧粉磁心５１を備えた昇圧回路１は、高電流であっても、確実に昇圧可能なものとなる。
【００６５】
また、圧粉磁心５１は、リアクトル５の導線（コイル）５２に１００ｋＨｚの交流を印加したときの透磁率が、５０Ｈｚの交流を印加したときの透磁率の７０％以上であるのが好ましく、８０％以上であるのがより好ましい。このような交流磁気特性を示す圧粉磁心５１は、低周波から高周波まで安定した透磁率を示すものとなる。したがって、このような圧粉磁心５１を備えた昇圧回路１では、スイッチング周波数の設定値の幅を広くしても、確実に昇圧することができる。
【００６６】
また、リアクトル５のインダクタンスは、好ましくは０．０１〜５ｍＨ程度とされる。このような大きなインダクタンスのリアクトル５であれば、例えば、昇圧回路１を、ハイブリッド自動車の車両駆動用モータに電力を供給する電源装置内に設けられる昇圧回路に適用した場合、より大電力を車両駆動用モータに供給することができ、ハイブリッド自動車の走行性能を高めることができる。
なお、本実施形態では、圧粉磁心５１の形状がトロイダル形状である場合について説明したが、これに限定されず、圧粉磁心５１の形状は、例えば、平面視で、楕円形、長円形のような閉磁路形状のほか、略Ｉ字状、略Ｔ字状、略Ｅ字状、略Ｕ字状等の形状であってもよい。
【００６７】
また、本実施形態では、圧粉磁心５１の全体が一体的に成形されている場合について説明したが、圧粉磁心５１は、複数個に分割されていて、これらが互いに接触または接着されたものでもよい。
この場合、例えば、２個の略Ｕ字状の磁心または２個の略Ｅ字状の磁心を、リング状になるように、または、８の字状になるように、それぞれ組み合わせることにより、閉磁路を形成するのが好ましい。このようにすれば、磁束が漏れ出るのを抑制することができ、圧粉磁心５１の鉄損の低減を図ることができる。
【００６８】
以上のような昇圧回路１を備えた電源装置８は、より高い出力の直流電力を発生し得るものとなる。このため、このような電源装置８は、例えば、直流モータを高出力で駆動することができる。
また、以上のような昇圧回路１を備えた電源装置９は、昇圧回路１を省略した場合に比べ、より高い出力の交流電力を発生し得るものとなる。
このような電源装置９によれば、電圧を上昇させるため、出力が一定であれば、電流が減少するため導線部での損失が増大するのを防止することができる。これにより、電源装置９の効率を高めることもできる。
【００６９】
また、電源装置９によれば、前述したような高いスイッチング周波数で駆動しても、リアクトル５の温度が著しく上昇するのを防止することができるので、駆動時間等において、熱によるリアクトル５の特性低下を考慮する必要がなく、連続駆動が可能になる。このため、例えば、電源装置９をハイブリッド自動車の車両駆動用モータの電源装置に適用した場合には、登坂路のような車両駆動用モータを長時間にわたって高い出力で駆動する必要があるときでも、電源装置９を休止させることなく、連続駆動が可能になる。
さらに、電源装置９によれば、ハイブリッド自動車の車両駆動用モータを低出力で駆動する場合、すなわち、軽負荷に対する電力供給を行う場合でも、昇圧回路１が間欠発振モードに陥ることなく、安定的に高電圧の電力を供給することができる。
【００７０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の昇圧回路および電源装置の第２実施形態について説明する。
図８は、本発明の昇圧回路の第２実施形態を示す回路図である。
以下、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態にかかる昇圧回路との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００７１】
本実施形態にかかる昇圧回路は、ノイズフィルタを備えたこと以外は、前記第１実施形態と同様である。
すなわち、図８に示す昇圧回路１０は、前記第１実施形態にかかる昇圧回路１と同様の回路構成を有し、この回路構成と直流電源Ｓとの間に、直流電源Ｓと並列に接続されたノイズフィルタ６を備えている。
【００７２】
以下、ノイズフィルタ６について詳述する。
このようなノイズフィルタ６は、２つのコンデンサ６１、６２と、コモンモードチョークコイル６３と、ノーマルモードチョークコイル６４とを有している。
このうち、２つのコンデンサ６１、６２は、直流電源Ｓと並列に接続されている。
また、コモンモードチョークコイル６３は、２つのコンデンサ６１、６２の直流電源Ｓ側に、直流電源Ｓと並列に接続されている。
さらに、ノーマルモードチョークコイル６４は、正極側ライン１１のうち、コンデンサ６１とコンデンサ６２との間に直列に接続されている。
【００７３】
このようなノイズフィルタ６は、直流電源Ｓから出力される電流のノイズを除去するものである。
そして、これを備えていることにより、昇圧回路１０は、例えば、直流電源Ｓからスパイク成分を含む電流が供給された場合でも、スイッチング素子２が破壊されたり、昇圧回路１０の発振が不安定になるのを防止することができる。また、図８に示す構成のノイズフィルタ６によれば、簡単な構成で、確実なフィルタリング作用を示す。
なお、以上のような第２実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００７４】
＜電池パックシステム＞
次に、電池パックシステムについて説明する。
この電池パックシステムは、本発明の昇圧回路を備えた電池（バッテリ）パックである。
図９は、この電池パックシステムを備えたハイブリッド自動車の実施形態を示す概略図（平面図）である。なお、ハイブリッド自動車とは、駆動源として内燃機関（エンジン）と、電気モータとを併用することにより、燃料の消費率を低減し、低燃費を実現可能な自動車である。
【００７５】
図９に示す電池パックシステム１００は、電池１１０と、電池１１０からの出力を開閉する開閉スイッチ１２０と、電池１１０からの電圧を昇圧する昇圧回路１３０（本発明の昇圧回路）と、電池１１０の状態をモニターするとともに、開閉スイッチ１２０および昇圧回路１３０の動作を制御する制御部１４０と、これらを収納するケース１５０とを有する。
【００７６】
また、図９に示すハイブリッド自動車２００は、上記の電池パックシステム１００と、２つの前輪２０１、２０１と、これらを連結する車軸２０３と、２つの後輪２０２、２０２と、これらを連結する車軸２０４とを有している。
さらに、ハイブリッド自動車２００は、電池パックシステム１００の出力先であるインバータ２１０と、車両駆動用モータ２２０と、エンジン２３０とを有している。そして、車両駆動用モータ２２０およびエンジン２３０の駆動力は、ギア２４０を介して、車軸２０３および前輪２０１に伝達される。これにより、ハイブリッド自動車２００が駆動される。
ここで、本実施形態では、電池パックシステム１００がハイブリッド自動車２００の車両後部に設けられている。そして、電池パックシステム１００の出力は、配線１６０と車両前部に設けられたインバータ２１０とを介して、車両駆動用モータ２２０に供給されるよう構成されている。
【００７７】
また、制御部１４０は、ハイブリッド自動車２００の車両駆動用モータ２２０の駆動を制御するＥＣＵ（電子式制御装置：Electronic Control Unit）２５０と電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ２５０は、インバータ２１０、エンジン２３０にも接続されている。
このようなハイブリッド自動車２００では、走行状態やアクセルの開度等の情報に基づいて、ＥＣＵ２５０から、電池パックシステム１００の制御部１４０を介して、電池パックシステム１００から出力される直流の出力を制御する。これにより、エンジン２３０の出力と車両駆動用モータ２２０の出力とを協調して制御することができ、燃料消費率の低減を図ることができる。
【００７８】
このような電池パックシステム１００では、電池１１０の電圧より高い所望の電圧に昇圧した直流を、電池パックシステム１００から直接出力することができる。なお、電池パックシステム１００から出力される直流の電圧は、制御部１４０からの信号により昇圧回路１３０中のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御条件を電気的に変更することにより、容易に調整することができる。
ここで、従来は、ハイブリッド自動車の車両駆動用モータの最高出力に応じて、車両側に搭載された昇圧回路の設計を変更する必要があった。このため、新型のハイブリッド自動車を開発するたびに、自動車メーカー側では、昇圧回路を設計し直していた。
【００７９】
これに対し、上記の電池パックシステム１００によれば、車両側から要求される電圧に応じて、所望の電圧を出力することができる。このため、自動車メーカー側としては、車両駆動用モータ２２０の最高出力に応じて、電池パックシステム１００の電圧を電気的に設定しさえすれば、所望の出力を発揮し得るハイブリッド自動車２００を容易に開発することができる。これにより、自動車メーカー側の設計工数はもちろん、組立工数も大幅に削減することができ、製造コストの低減を図ることができる。
また、電池１１０と昇圧回路１３０とを同一のケース１５０内に同梱したことから、必然的に、電池１１０と昇圧回路１３０との間の配線１１５の長さも短くすることができる。配線１１５には、電池１１０から出力された昇圧前の比較的低電圧ではあるが、大電流が流れている。
【００８０】
一般に、配線における損失・発熱は、電流の２乗に比例して増大する。このため、従来は、電池と昇圧回路との間の配線の径を大きくし、この配線における損失・発熱の低減を図っていた。このため、配線の重量が増大し、車両重量の増大を招いていた。
これに対し、上記の電池パックシステム１００によれば、配線１１５の長さを最小限に抑えることができるので、配線の重量を抑え、車両重量の増大を抑制することができる。
【００８１】
また、電池パックシステム１００内に設けられた昇圧回路１３０は、前述したように、リアクトルの発熱を抑制することができるので、リアクトルの放熱のために昇圧回路１３０への通電を定期的に止めたりすることなく、連続的に通電可能なものである。このため、本実施形態にかかる電池パックシステム１００のように、リアクトルをケース１５０内に封入し、リアクトルの放熱性が低下したとしても、リアクトルの磁気特性が低下することがなくなる。すなわち、本発明の昇圧回路によって初めて、昇圧機能を有する電池パックシステム１００を実現することができる。
【００８２】
さらに、従来は、車両後部に電池パックを備え、車両前部に昇圧回路を備えていた。このため、大径の配線の距離が長くなり、車両重量の増大を招くとともに、この配線をノイズが乗った電流が流れるという問題があった。これにより、このノイズが、配線の途中に接続された補機類や、補機類向けに電圧を降圧するためのコンバータに悪影響を及ぼしていた。
これに対し、電池パックシステム１００によれば、昇圧回路１３０においてノイズが除去または抑制されるため、配線１６０にノイズが発生するのを抑制することができる。その結果、配線１６０の途中に接続されたコンバータ（図示せず）が、ノイズの影響によって故障するのを確実に防止することができる。
【００８３】
また、電池パックシステム１００によれば、従来、車両前部（例えば、エンジンルーム内）に設けられていた昇圧回路を、車両後部に設けることができるようになる。これにより、昇圧回路の分だけ、エンジンルーム内のスペースを節約することができる。その結果、ハイブリッド自動車２００のエンジン２３０や車両駆動用モータ２２０の設計自由度を高めることができる。
また、これにより、昇圧回路の分だけ、ハイブリッド自動車２００の重心を後方に移動することができる。その結果、ハイブリッド自動車２００の駆動性能をより高めることができる。
【００８４】
以上、本発明の昇圧回路および電源装置について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の昇圧回路は、前記各実施形態にかかる回路構成に加え、任意の電子部品（ダイオード、コンデンサ、コイル、スイッチング素子等）を、１つ以上追加されたものであってもよい。
また、本発明の昇圧回路に接続される負荷Ｌは、前記各実施形態におけるインバータに限らず、例えば、直流モータのような直流で駆動し得る機器であってもよい。
【実施例】
【００８５】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．圧粉磁心の成形条件の評価
１．１  圧粉磁心の作製
（サンプル１Ａ）
＜１＞まず、Ｓｉ：５．３重量％、Ｂ：３重量％、およびＦｅ：残部と、不可避不純物とを含む組成であり、粒径が５３μｍ以下のＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス磁性粉末（軟磁性粉末）を用意し、このアモルファス磁性粉末の表面を酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で被覆する処理を行った。
【００８６】
＜２＞次いで、処理後のアモルファス磁性粉末を、プレス成形装置のキャビティ内に投入し、常温にてプレス成形を行った。これにより、内径φ２０ｍｍ×外径φ３０ｍｍ×厚さ（高さ）５ｍｍのトロイダル形状をなす試験片（圧粉体）を作製した。なお、試験片の密度は、４．８Ｍｇ／ｍ３であった。
＜３＞次いで、得られた試験片に対し、大気雰囲気中で熱処理を施した。これにより、圧粉磁心を得た。なお、熱処理の条件は、４５０℃で２０分間とした。
＜４＞次いで、得られた圧粉磁心に、導線を巻き回し、サンプル１Ａのリアクトルを得た。
【００８７】
（サンプル２Ａ〜５Ａ）
前記サンプル１Ａの製造時に、試験片の密度が、それぞれ、５．０Ｍｇ／ｍ３、５．５Ｍｇ／ｍ３、６．０Ｍｇ／ｍ３、６．２Ｍｇ／ｍ３となるように成形条件を設定した以外は、前記サンプル１Ａと同様にして、サンプル２Ａ〜５Ａのリアクトルを得た。
【００８８】
１．２  成形条件の評価
サンプル１Ａ〜５Ａのリアクトルについて、それぞれの磁化曲線（Ｂ−Ｈ特性）を評価した。評価結果を図１０に示す。
図１０から明らかなように、サンプル２Ａ〜４Ａのリアクトルは、８００００Ａ／ｍの高磁場においても、磁束密度が飽和せず、低磁場から高磁場まで安定した透磁率を示した。
一方、サンプル１Ａのリアクトルは、透磁率が全体的に低くなり過ぎた。
また、サンプル５Ａのリアクトルは、低磁場側での透磁率は高くなるものの、高磁場側では、磁束密度が飽和して透磁率が小さくなる。
【００８９】
２．リアクトルの磁気特性の評価
２．１  リアクトルの作製
（サンプル１Ｂ）
＜１＞まず、Ｓｉ：５．３重量％、Ｂ：３重量％、およびＦｅ：残部と、不可避不純物とを含む組成であり、粒径が５３μｍ以下のＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス磁性粉末（軟磁性粉末）を用意し、このアモルファス磁性粉末の表面を酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で被覆する処理を行った。
【００９０】
＜２＞次いで、処理後のアモルファス磁性粉末を、プレス成形装置のキャビティ内に投入し、常温にてプレス成形を行った。これにより、内径φ２０ｍｍ×外径φ３０ｍｍ×厚さ（高さ）５ｍｍのトロイダル形状をなす試験片（圧粉体）を作製した。なお、試験片の密度は、５．２Ｍｇ／ｍ３であった。
＜３＞次いで、得られた試験片に対し、大気雰囲気中で熱処理を施した。これにより、圧粉磁心を得た。なお、熱処理の条件は、４５０℃で２０分間とした。
＜４＞次いで、得られた圧粉磁心に、導線を巻き回し、サンプル１Ｂのリアクトルを得た。
【００９１】
（サンプル２Ｂ〜７Ｂ）
Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファス磁性粉末として、表１に示す粒径の粉末をそれぞれ用い、圧粉体の密度が表１に示す値になるように、プレス成形の荷重を調整してそれぞれプレス成形をした以外は、前記サンプル１Ｂの場合と同様にして、サンプル２Ｂ〜７Ｂのリアクトルを得た。
【００９２】
【表１】
0005148244.tif 000002
【００９３】
（サンプル８Ｂ）
Ｆｅ−Ｓｉ系の結晶質磁性粉末を用いた以外は、前記サンプル５Ｂの場合と同様にして、サンプル８Ｂのリアクトルを得た。
（サンプル９Ｂ）
圧粉磁心に代えて、珪素鋼板の磁心を用いた以外は、前記サンプル５Ｂの場合と同様にして、サンプル９Ｂのリアクトルを得た。
【００９４】
２．２  磁気特性の評価
２．２．１  直流重畳特性の評価
次に、作製したサンプル１Ｂ〜９Ｂのリアクトルに対し、直流重畳特性を測定した。
この直流重畳特性の測定では、まず、各リアクトルのコイル（導線）に１００ｋＨｚの交流を印加するとともに、２００Ａの直流電流を重畳した。そして、各リアクトルのインダクタンスを測定することにより、直流重畳特性を評価した。
評価結果を図１１のグラフに示す。なお、図１１のグラフの横軸は、直流重畳電流を示し、縦軸は、直流電流を重畳しない場合のインダクタンスを１００％としたときの、インダクタンスの変化率を示している。
【００９５】
図１１から明らかなように、比較例に相当するサンプル８Ｂ〜９Ｂのリアクトルでは、それぞれ、コイルに２００Ａの直流重畳電流を流したときのインダクタンスが、直流電流を重畳しない場合の５〜１０％程度と低かった。これに対し、実施例に相当するサンプル１Ｂ〜７Ｂのリアクトルでは、それぞれ、コイルに２００Ａの直流重畳電流を流したときのインダクタンスが、直流電流を重畳しない場合の１５％以上と高かった。特に、サンプル１Ｂ〜６Ｂのリアクトルでは、それぞれ、２０％以上であった。したがって、サンプル１Ｂ〜７Ｂのリアクトルは、低磁場から高磁場まで優れた直流重畳特性を示すことが認められた。
また、サンプル１Ｂ〜７Ｂにおいては、アモルファス磁性粉末の粒径が小さいほど、また、圧粉磁心の密度が低いほど、それぞれ高電流側でのインダクタンスの低下率が小さく、インダクタンスの安定性がより優れていた。
【００９６】
２．２．２  透磁率−周波数特性の評価
次に、作製したサンプル１Ｂ〜９Ｂのリアクトルに対し、透磁率−周波数特性を測定した。
この透磁率−周波数特性の測定では、各リアクトルのコイルに印加する交流の周波数を変化させたときの透磁率の変化を測定した。
測定結果を図１２のグラフに示す。なお、図１２のグラフの横軸は、コイルに印加する交流の周波数を示し、縦軸は、コイルに印加する交流の周波数が５０Ｈｚのときの透磁率を１００％としたときの、透磁率の変化率を示している。
【００９７】
図１２から明らかなように、比較例に相当するサンプル８Ｂ〜９Ｂのリアクトルでは、周波数が１ｋＨｚを超えると透磁率が急激に低下した。これに対し、実施例に相当するサンプル１Ｂ〜７Ｂのリアクトルでは、それぞれ、周波数が１００ｋＨｚと高くても、透磁率は５０Ｈｚのときの７０％以上であった。特に、サンプル１Ｂ〜６Ｂのリアクトルでは、それぞれ、８０％以上であった。
【００９８】
したがって、サンプル１Ｂ〜７Ｂのリアクトルでは、低周波から高周波まで安定して高い透磁率を示すことが認められた。
また、サンプル１Ｂ〜７Ｂのうち、アモルファス磁性粉末の粒径が１０６μｍ以下であるリアクトル（サンプル１Ｂ〜４Ｂ）では、それぞれ、１００ｋＨｚにおける透磁率が、５０Ｈｚにおける透磁率の９８％以上と特に高い値を示した。
【００９９】
３．昇圧回路および電源装置の評価
３．１  昇圧回路および電源装置の作製
（実施例１）
次に、作製したサンプル１Ｂのリアクトルを、図８に示す回路中のリアクトルとして用いることにより、昇圧回路を得た。
また、図８に示すように、得られた昇圧回路の入力側に電圧２００Ｖのバッテリ（直流電源）を接続し、昇圧回路の出力側にインバータを接続した。これにより、交流電力を出力する電源装置とした。
なお、スイッチング素子には、ＩＧＢＴを用いた。
また、リアクトルのインダクタンスは、０．５ｍＨであった。
【０１００】
（実施例２〜７）
サンプル２Ｂ〜７Ｂのリアクトルを用いた以外は、それぞれ、前記実施例１と同様にして、昇圧回路および電源装置を得た。
（比較例１〜２）
サンプル８Ｂ〜９Ｂのリアクトルを用いた以外は、それぞれ、前記実施例１と同様にして、昇圧回路および電源装置を得た。
【０１０１】
３．２  昇圧回路および電源装置の評価
次に、各実施例および各比較例で得られた電源装置の出力側に交流モータを接続した。そして、各電源装置について、３０ｋＨｚの繰り返し周波数でＩＧＢＴのＯＮ／ＯＦＦを行い、各電源装置を運転して交流モータを回転させた。
なお、評価は、リアクトルに流れる電流が２０Ａになるよう運転した場合（重負荷）と、３Ａになるよう運転した場合（軽負荷）とで、交流モータの回転の安定性と、リアクトルの表面温度とについて評価した。
【０１０２】
その結果、各実施例で得られた電源装置では、負荷の大きさによらず、交流モータを安定的に回転させることができた。また、運転中のリアクトルの表面温度は、いずれも１５０℃以下であった。特に、アモルファス磁性粉末の粒径が小さいほど、リアクトルの表面温度が低かった。
一方、各比較例で得られた電源装置では、軽負荷のときに、交流モータの回転が不安定になった。また、運転中のリアクトルの表面温度が急激に上昇し、いずれも１５０℃を超えた。
通電終了後、リアクトルを確認したところ、磁心に変色が認められた。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の昇圧回路とこの回路に接続された直流電源および負荷を示すブロック図である。
【図２】本発明の昇圧回路の第１実施形態を示す回路図である。
【図３】図２に示す昇圧回路が有するリアクトルを説明するための概略図である。
【図４】図２に示す昇圧回路の動作原理を説明するための図である。
【図５】（ａ）アモルファス金属で構成された圧粉磁心と、（ｂ）従来の圧粉磁心とにおける磁化曲線（Ｂ−Ｈ特性）をそれぞれ示すグラフである。
【図６】アモルファス金属で構成された圧粉磁心と、従来の圧粉磁心と、珪素鋼板で構成された従来の磁心とについて、印加する交流の周波数に対する各磁心の鉄損を示すグラフである。
【図７】（ａ）図２に示す昇圧回路のリアクトルに流れる電流波形の一例と、（ｂ）図２に示すリアクトルを、複数枚のアモルファスリボンを積層してなる磁心を備えたリアクトルで置き換えた昇圧回路（従来の昇圧回路）のリアクトルに流れる電流波形の一例とをそれぞれ示すグラフである。
【図８】本発明の昇圧回路の第２実施形態を示す回路図である。
【図９】本発明の昇圧回路を備えた電池パックシステムを有するハイブリッド自動車の実施形態を示す概略図（平面図）である。
【図１０】サンプル１Ａ〜５Ａのリアクトルの各磁化曲線（Ｂ−Ｈ特性）を示すグラフである。
【図１１】サンプル１Ｂ〜９Ｂのリアクトルの直流重畳特性を示すグラフである。
【図１２】サンプル１Ｂ〜９Ｂのリアクトルの透磁率−周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０４】
１、１０……昇圧回路  １１……正極側ライン  １２……負極側ライン  ２……スイッチング素子  ２５……コンデンサ  ３……コンデンサ  ４……ダイオード  ５……リアクトル  ５１……圧粉磁心（コア）  ５１０……軟磁性粉末  ５１１……バインダ  ５２……導線（コイル）  ６……ノイズフィルタ  ６１、６２……コンデンサ  ６３……コモンモードチョークコイル  ６４……ノーマルモードチョークコイル  ８、９……電源装置  １００……電池パックシステム  １１０……電池  １１５……配線  １２０……開閉スイッチ  １３０……昇圧回路  １４０……制御部  １５０……ケース  １６０……配線  ２００……ハイブリッド自動車  ２０１……前輪  ２０２……後輪  ２０３、２０４……車軸  ２１０……インバータ  ２２０……車両駆動用モータ  ２３０……エンジン  ２４０……ギア  ２５０……ＥＣＵ  Ｓ……直流電源  Ｌ……負荷  ＩＮＶ……インバータ  Ｍ……交流モータ
【図１】
0005148244.tif 000003
【図２】
0005148244.tif 000004
【図３】
0005148244.tif 000005
【図４】
0005148244.tif 000006
【図５】
0005148244.tif 000007
【図６】
0005148244.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
0005148244.tif 000011
【図１０】
0005148244.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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