JP2010252539A - Onboard multi-phase converter - Google Patents

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弘雄 夫馬
Yuji Nishibe
祐司 西部
Kota Manabe
晃太 真鍋
Nobuyuki Kitamura
伸之 北村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the total volume of cores of a step-up inductor to be used for an onboard step-up converter. <P>SOLUTION: An onboard multi-phase converter, having a plurality of voltage step-up coils, includes: annular self-inductance cores which are provided corresponding to each voltage step-up coil and around which the corresponding voltage step-up coil is wound; and annular mutual inductance cores which are provided corresponding to each combination of selecting two voltage step-up coils from the plurality of voltage step-up coils, around which the paired two voltage step-up coils are wound, and which include each self-inductance core corresponding to the paired two voltage step-up coils. Each of the self-inductance cores and each of the mutual inductance cores have a gap that divides each of their lines in the circumferential direction. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、互いに磁気結合する複数の昇圧コイルを備え、各昇圧コイルの誘導起電力に応じた電圧を出力する車両搭載用マルチフェーズコンバータに関する。   The present invention relates to a vehicle-mounted multiphase converter that includes a plurality of booster coils that are magnetically coupled to each other and outputs a voltage corresponding to an induced electromotive force of each booster coil.

モータの駆動力によって走行するハイブリッド自動車、電気自動車等が広く用いられている。このようなモータ駆動車両は、電池電圧を昇圧し、昇圧した電圧をモータ駆動回路に出力する昇圧コンバータを備える。   Hybrid vehicles, electric vehicles, and the like that travel with the driving force of a motor are widely used. Such a motor-driven vehicle includes a boost converter that boosts the battery voltage and outputs the boosted voltage to the motor drive circuit.

昇圧コンバータは、昇圧インダクタ、昇圧インダクタに流れる電流をスイッチングするスイッチング回路等を備える。昇圧インダクタは電流のスイッチングにより誘導起電力を発生する。昇圧コンバータは、入力電圧に誘導起電力を加えた昇圧電圧をモータ駆動回路に出力する。これによって、昇圧コンバータは、電池電圧より大きい電圧をモータ駆動回路に出力することができる。   The step-up converter includes a step-up inductor, a switching circuit that switches a current flowing through the step-up inductor, and the like. The step-up inductor generates an induced electromotive force by switching current. The boost converter outputs a boosted voltage obtained by adding an induced electromotive force to the input voltage to the motor drive circuit. Thereby, the boost converter can output a voltage higher than the battery voltage to the motor drive circuit.

特開２００５−６５３８４号公報JP 2005-65384 A 特開２００８−２２５９４号公報JP 2008-22594 A

昇圧コンバータの昇圧インダクタは、車両のエンジンコンパートメントに配置されることが多い。昇圧インダクタは、コアと、コアに巻き付けられる昇圧コイルとを備える。コアの体積が大きい場合、エンジンコンパートメントの容積を大きくする必要が生じ、車室を狭くせざるを得ない場合がある。   The boost inductor of a boost converter is often placed in the engine compartment of a vehicle. The step-up inductor includes a core and a step-up coil wound around the core. When the volume of the core is large, it is necessary to increase the volume of the engine compartment, and there is a case where it is necessary to narrow the passenger compartment.

本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、車両搭載用の昇圧コンバータに用いられる昇圧インダクタのコアの総体積を低減することを目的とする。   The present invention has been made for such a problem. That is, an object is to reduce the total volume of the core of the boost inductor used in the boost converter for mounting on a vehicle.

本発明は、複数の昇圧コイルと、各昇圧コイルに流れる電流のスイッチングにより各昇圧コイルに誘導起電力を発生させるスイッチング回路と、を備え、各昇圧コイルに発生した誘導起電力に基づく出力電圧を車両駆動回路に印加する、車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいて、各昇圧コイルに対応して設けられ、対応する昇圧コイルが巻かれる環状の自己インダクタンスコアと、前記複数の昇圧コイルから２つを選択する組み合わせに対応して設けられ、組をなす２つの昇圧コイルが巻かれ、組をなす当該２つの昇圧コイルに対応する各自己インダクタンスコアの一部を含む環状の相互インダクタンスコアと、を備えることを特徴とする。   The present invention includes a plurality of booster coils and a switching circuit that generates an induced electromotive force in each booster coil by switching current flowing in each booster coil, and outputs an output voltage based on the induced electromotive force generated in each booster coil. In a vehicle-mounted multi-phase converter to be applied to a vehicle drive circuit, an annular self-inductance core provided corresponding to each boost coil and wound with the corresponding boost coil, and two of the plurality of boost coils are selected. An annular mutual inductance core provided corresponding to the combination, wound with two boosting coils forming a set, and including a part of each self-inductance core corresponding to the two boosting coils forming the set. Features.

また、本発明に係る車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいては、前記自己インダクタンスコアおよび前記相互インダクタンスコアは、それぞれの周回方向線を切断するギャップを有することが好適である。   In the vehicle-mounted multi-phase converter according to the present invention, it is preferable that the self-inductance core and the mutual inductance core have a gap that cuts a respective circumferential direction line.

また、本発明は、複数の昇圧コイルと、各昇圧コイルに流れる電流のスイッチングにより各昇圧コイルに誘導起電力を発生させるスイッチング回路と、を備え、各昇圧コイルに発生した誘導起電力に基づく出力電圧を車両駆動回路に印加する、車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいて、環状コアと、前記昇圧コイルに対応して設けられ、一端が前記環状コアに接続され、前記環状コアの中心方向に延伸するコイル巻き柱コアと、各コイル巻き柱コアに対応して設けられ、一端が対応するコイル巻き柱コアの他端に接続され、前記環状コアの周方向に垂直な方向に延伸し、他端が前記環状コアに接続される補助柱コアと、を備えることを特徴とする。   In addition, the present invention includes a plurality of booster coils and a switching circuit that generates an induced electromotive force in each booster coil by switching current flowing in each booster coil, and outputs based on the induced electromotive force generated in each booster coil In a vehicle-mounted multi-phase converter that applies a voltage to a vehicle drive circuit, a coil that is provided corresponding to the annular core and the booster coil, one end of which is connected to the annular core, and extends in the center direction of the annular core A winding column core, provided corresponding to each coil winding column core, one end connected to the other end of the corresponding coil winding column core, extending in a direction perpendicular to the circumferential direction of the annular core, the other end And an auxiliary pillar core connected to the annular core.

また、本発明に係る車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいては、前記コイル巻き柱コアおよび当該コイル巻き柱コアに対応する前記補助柱コアは、対応する昇圧コイルが巻かれる環状の自己インダクタンスコアを前記環状コアと共に形成し、一つの自己インダクタンスコアを形成するコイル巻き柱コアおよび補助柱コアの接続部と、他の自己インダクタンスコアを形成するコイル巻き柱コアおよび補助柱コアの接続部との間にはギャップが設けられ、各コイル巻き柱コアは、延伸方向線を切断するギャップを有することが好適である。   In the vehicle-mounted multi-phase converter according to the present invention, the coiled column core and the auxiliary column core corresponding to the coiled column core include the annular self-inductance core around which the corresponding booster coil is wound. Between the connecting part of the coiled column core and auxiliary column core that form together with the core and forms one self-inductance core, and the connecting part of the coiled column core and auxiliary column core that forms the other self-inductance core It is preferable that a gap is provided and each coiled pillar core has a gap that cuts the extending direction line.

本発明によれば、車両搭載用の昇圧コンバータに用いられる昇圧インダクタのコアの総体積を低減することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the total volume of the core of the boost inductor used for the boost converter for vehicle mounting can be reduced.

第１の実施形態に係る２相マルチフェーズコンバータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the two-phase multiphase converter which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a first boost inductor 12 and a second boost inductor 14 according to the first embodiment. 第１の実施形態に係る第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４に対する磁気等価回路を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a magnetic equivalent circuit for a first boost inductor 12 and a second boost inductor 14 according to the first embodiment. 第２の実施形態に係る３相マルチフェーズコンバータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the three-phase multiphase converter which concerns on 2nd Embodiment. 第２の実施形態に係る昇圧インダクタブロックの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the step-up inductor block which concerns on 2nd Embodiment. 第２の実施形態に係る昇圧インダクタブロックに対する磁気等価回路を示す図である。It is a figure which shows the magnetic equivalent circuit with respect to the step-up inductor block which concerns on 2nd Embodiment. 変形例に係る昇圧インダクタブロックの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the step-up inductor block which concerns on a modification. 結合ハブコアを取り除いた場合の昇圧インダクタブロックの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the step-up inductor block at the time of removing a coupling hub core.

図１に本発明の第１の実施形態に係る２相マルチフェーズコンバータの構成を示す。２相マルチフェーズコンバータは、互いに磁気結合する２つの昇圧インダクタを備え、各昇圧インダクタに流れる電流を異なるタイミングでスイッチング制御するものである。出力端子からは各昇圧インダクタの誘導起電力に応じた電圧が出力される。   FIG. 1 shows a configuration of a two-phase multiphase converter according to the first embodiment of the present invention. The two-phase multi-phase converter includes two boost inductors that are magnetically coupled to each other, and performs switching control of the current flowing through each boost inductor at different timings. A voltage corresponding to the induced electromotive force of each boost inductor is output from the output terminal.

２相マルチフェーズコンバータの構成について説明する。上スイッチ１６−１の一端は下スイッチ１８−１の一端に接続される。下スイッチ１８−１の他端は電池１０の負極端子に接続され、上スイッチ１６−１の他端と下スイッチ１８−１の他端との間には、コンデンサ２０が接続される。第１昇圧インダクタ１２の一端は電池１０の正極端子に接続され、他端は上スイッチ１６−１および下スイッチ１８−１の接続点に接続される。   The configuration of the two-phase multiphase converter will be described. One end of the upper switch 16-1 is connected to one end of the lower switch 18-1. The other end of the lower switch 18-1 is connected to the negative terminal of the battery 10, and a capacitor 20 is connected between the other end of the upper switch 16-1 and the other end of the lower switch 18-1. One end of the first boost inductor 12 is connected to the positive terminal of the battery 10, and the other end is connected to a connection point of the upper switch 16-1 and the lower switch 18-1.

同様に、上スイッチ１６−２の一端は下スイッチ１８−２の一端に接続される。下スイッチ１８−２の他端は電池１０の負極端子に接続され、上スイッチ１６−２の他端と下スイッチ１８−２の他端との間には、コンデンサ２０が接続される。第２昇圧インダクタ１４の一端は電池１０の正極端子に接続され、他端は上スイッチ１６−２および下スイッチ１８−２の接続点に接続される。   Similarly, one end of the upper switch 16-2 is connected to one end of the lower switch 18-2. The other end of the lower switch 18-2 is connected to the negative terminal of the battery 10, and the capacitor 20 is connected between the other end of the upper switch 16-2 and the other end of the lower switch 18-2. One end of the second boost inductor 14 is connected to the positive terminal of the battery 10, and the other end is connected to the connection point of the upper switch 16-2 and the lower switch 18-2.

コンデンサ２０の一端は出力端子２２に接続され、他端は出力端子２４に接続される。出力端子２２および２４には、車両駆動用モータジェネレータを駆動する車両駆動回路２６が接続される。   One end of the capacitor 20 is connected to the output terminal 22, and the other end is connected to the output terminal 24. A vehicle drive circuit 26 for driving the vehicle drive motor generator is connected to the output terminals 22 and 24.

第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４は、電池１０から各昇圧インダクタに電流が流れた場合または各昇圧インダクタから電池１０に電流が流れた場合に、一方で発生した磁束が他方における磁束を減少させるよう負に磁気結合する。第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４は、それぞれ、結合部ａＬおよび単独部（１−ａ）Ｌを直列接続したインダクタによって表される。ここで、ａは結合率であり０以上１以下の値をとる。結合率ａは、第１昇圧インダクタ１２の誘導起電力が、第２昇圧インダクタ１４の端子間電圧に寄与する割合、および、第２昇圧インダクタ１４の誘導起電力が、第１昇圧インダクタ１２の端子間電圧に寄与する割合を示す。すなわち、Ｌは各昇圧インダクタの自己インダクタンスを示し、結合部ａＬは、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の相互インダクタンスを示す。図１において結合部ａＬの傍らに付した点は、一方の結合部ａＬにおいて、点が付されている側の端子を正とする誘導起電力が発生したときに、他方の結合部ａＬに点が付されている側の端子を正とする誘導起電力が発生することを意味する。   The first boost inductor 12 and the second boost inductor 14 are configured such that when current flows from the battery 10 to each boost inductor or when current flows from each boost inductor to the battery 10, the magnetic flux generated on one side becomes the magnetic flux on the other side. Negatively magnetically coupled to reduce. The first boost inductor 12 and the second boost inductor 14 are respectively represented by inductors in which a coupling part aL and a single part (1-a) L are connected in series. Here, a is a coupling ratio and takes a value of 0 or more and 1 or less. The coupling ratio a is a ratio in which the induced electromotive force of the first boost inductor 12 contributes to the inter-terminal voltage of the second boost inductor 14, and the induced electromotive force of the second boost inductor 14 is the terminal of the first boost inductor 12. The ratio which contributes to the inter-voltage That is, L represents the self-inductance of each boost inductor, and the coupling part aL represents the mutual inductance of the first boost inductor 12 and the second boost inductor 14. In FIG. 1, a point attached to the side of the coupling part aL is a point in the other coupling part aL when an induced electromotive force is generated in which the terminal on the side to which the point is attached is positive. This means that an induced electromotive force is generated with the terminal on the side marked with a positive sign.

なお、図１の回路は等価回路による表現であり、実際の第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４は、コイル導線のあらゆる部分で分布的に磁気結合する構成とすることができる。   Note that the circuit of FIG. 1 is expressed by an equivalent circuit, and the actual first boost inductor 12 and second boost inductor 14 can be configured to be distributed and magnetically coupled in all parts of the coil conductor.

２相マルチフェーズコンバータの動作について説明する。コントロールユニット２８は、各スイッチのオンオフ制御を行う。下スイッチ１８−１をオンとすることにより、第１昇圧インダクタ１２には電池１０の正極から電流が流れ、続いて下スイッチ１８−１をオフとすることにより、第１昇圧インダクタ１２には電流変化に基づく誘導起電力が発生する。そして、上スイッチ１６−１をオンとすることにより、電池電圧Ｖｂに第１昇圧インダクタ１２の誘導起電力が加えられた電圧がコンデンサ２０に印加される。   The operation of the two-phase multiphase converter will be described. The control unit 28 performs on / off control of each switch. When the lower switch 18-1 is turned on, a current flows from the positive electrode of the battery 10 to the first boost inductor 12, and subsequently, when the lower switch 18-1 is turned off, a current flows through the first boost inductor 12. An induced electromotive force based on the change is generated. When the upper switch 16-1 is turned on, a voltage obtained by adding the induced electromotive force of the first boost inductor 12 to the battery voltage Vb is applied to the capacitor 20.

また、下スイッチ１８−２をオンとすることにより、第２昇圧インダクタ１４には電池１０の正極から電流が流れ、続いて下スイッチ１８−２をオフとすることにより、第２昇圧インダクタ１４には電流変化に基づく誘導起電力が発生する。そして、上スイッチ１６−２をオンとすることにより、電池電圧Ｖｂに第２昇圧インダクタ１４の誘導起電力が加えられた電圧がコンデンサ２０に印加される。   Further, when the lower switch 18-2 is turned on, a current flows from the positive electrode of the battery 10 to the second boost inductor 14, and subsequently, when the lower switch 18-2 is turned off, the second boost inductor 14 is turned on. Generates an induced electromotive force based on a current change. Then, by turning on the upper switch 16-2, a voltage obtained by adding the induced electromotive force of the second boost inductor 14 to the battery voltage Vb is applied to the capacitor 20.

第１昇圧インダクタ１２に生じた誘導起電力は、結合率ａに応じて第２昇圧インダクタ１４に電圧を誘起し、第２昇圧インダクタ１４に生じた誘導起電力は、結合率ａに応じて第１昇圧インダクタ１２に電圧を誘起する。   The induced electromotive force generated in the first boost inductor 12 induces a voltage in the second boost inductor 14 according to the coupling rate a, and the induced electromotive force generated in the second boost inductor 14 corresponds to the first rate according to the coupling rate a. 1 A voltage is induced in the boost inductor 12.

このような構成によれば、コントロールユニット２８による各スイッチの制御によって、電池電圧Ｖｂより大きい電圧Ｖｈでコンデンサ２０を充電し、電池電圧Ｖｂより大きい電圧Ｖｈを出力端子２２および２４から車両駆動回路２６に出力することができる。また、車両駆動回路２６に出力する電圧Ｖｈは、各スイッチの制御タイミングを変化させることで調整することができる。   According to such a configuration, the control unit 28 controls each switch to charge the capacitor 20 with a voltage Vh that is higher than the battery voltage Vb, and the voltage Vh that is higher than the battery voltage Vb is output from the output terminals 22 and 24 to the vehicle drive circuit 26. Can be output. Moreover, the voltage Vh output to the vehicle drive circuit 26 can be adjusted by changing the control timing of each switch.

したがって、車両の走行制御に応じて２相マルチフェーズコンバータの出力電力を調整し、車両駆動回路２６に与える電圧を調整することができる。車両駆動回路２６は、２相マルチフェーズコンバータから出力された電圧に基づいてモータジェネレータに加速トルクを発生させて車両を加速し、または、モータジェネレータに制動トルクを発生させて車両を減速する。   Therefore, the output power of the two-phase multi-phase converter can be adjusted according to the traveling control of the vehicle, and the voltage applied to the vehicle drive circuit 26 can be adjusted. The vehicle drive circuit 26 generates acceleration torque in the motor generator based on the voltage output from the two-phase multi-phase converter to accelerate the vehicle, or generates braking torque in the motor generator to decelerate the vehicle.

次に、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の構成について図２を参照して説明する。各昇圧インダクタは、コアと、コアに巻き付けられた昇圧コイルによって構成される。コアには、ダストコア、フェライト、アモルファス等の材料を用いることが好適である。   Next, the configuration of the first boost inductor 12 and the second boost inductor 14 will be described with reference to FIG. Each boost inductor includes a core and a boost coil wound around the core. It is preferable to use a material such as a dust core, ferrite, or amorphous for the core.

第１昇圧インダクタ１２の単独部（１−ａ）Ｌは、第１リング形状コア３０、および第１リング形状コア３０に巻き付けられた第１昇圧コイル３２によって構成される。図２の例では、第１リング形状コア３０は、４つの直線状コア３０−１〜３０−４によって四角形状に形成される。直線状コア３０−４と直線状コア３０−１との間には自己インダクタンス調整ギャップ３４が設けられる。第１リング形状コア３０のリング形状は、四角形状に限られず、円環形状、多角形状等、一般的なリング形状とすることができる。また、第１リング形状コア３０の周回方向に垂直な断面は、円形、四角形等、任意の形状とすることができる。直線状コア３０−１には、第１リング形状コア３０の内側をくぐるよう第１昇圧コイル３２が巻き付けられる。   The single part (1-a) L of the first boost inductor 12 includes a first ring-shaped core 30 and a first boost coil 32 wound around the first ring-shaped core 30. In the example of FIG. 2, the first ring-shaped core 30 is formed in a quadrangular shape by four linear cores 30-1 to 30-4. A self-inductance adjustment gap 34 is provided between the linear core 30-4 and the linear core 30-1. The ring shape of the first ring-shaped core 30 is not limited to a square shape, and may be a general ring shape such as an annular shape or a polygonal shape. Moreover, the cross section perpendicular | vertical to the circumference direction of the 1st ring-shaped core 30 can be made into arbitrary shapes, such as circular and a square. A first booster coil 32 is wound around the linear core 30-1 so as to pass through the inside of the first ring-shaped core 30.

第２昇圧インダクタ１４の単独部（１−ａ）Ｌは、第２リング形状コア３６、および第２リング形状コア３６に巻き付けられた第２昇圧コイル３８によって構成される。図２の例では、第２リング形状コア３６は、４つの直線状コア３６−１〜３６−４によって四角形状に形成される。直線状コア３６−４と直線状コア３６−１との間には自己インダクタンス調整ギャップ４０が設けられる。第２リング形状コア３６のリング形状は、四角形状に限られず、円環形状、多角形状等、一般的なリング形状とすることができる。また、第２リング形状コア３６の周回方向に垂直な断面は、円形、四角形等任意の形状とすることができる。直線状コア３６−３には、第２リング形状コア３６の内側をくぐるよう第２昇圧コイル３８が巻き付けられる。   The single part (1-a) L of the second boost inductor 14 includes a second ring-shaped core 36 and a second boost coil 38 wound around the second ring-shaped core 36. In the example of FIG. 2, the second ring-shaped core 36 is formed in a quadrangular shape by four linear cores 36-1 to 36-4. A self-inductance adjustment gap 40 is provided between the linear core 36-4 and the linear core 36-1. The ring shape of the second ring-shaped core 36 is not limited to a square shape, and may be a general ring shape such as an annular shape or a polygonal shape. Further, the cross section of the second ring-shaped core 36 perpendicular to the circumferential direction can be an arbitrary shape such as a circle or a rectangle. A second booster coil 38 is wound around the linear core 36-3 so as to pass through the inside of the second ring-shaped core 36.

第１リング形状コア３０および第２リング形状コア３６は、直線状コア３０−１および直線状コア３６−３が同一直線上に配置され、直線状コア３０−３および直線状コア３６−１が同一直線上に配置されるよう配置される。   In the first ring-shaped core 30 and the second ring-shaped core 36, the linear core 30-1 and the linear core 36-3 are arranged on the same straight line, and the linear core 30-3 and the linear core 36-1 are arranged. It arrange | positions so that it may arrange | position on the same straight line.

直線状コア３０−１は、直線状コア３０−４との間で自己インダクタンス調整ギャップ３４が形成される部分から更に第２リング形状コア３６の方向に向かって延びた結合用突起部３０−５を有する。直線状コア３０−３は、直線状コア３０−４と接する部分から更に第２リング形状コア３６の方向に向かって延びた結合用突起部３０−６を有する。   The linear core 30-1 is further extended in the direction of the second ring-shaped core 36 from the portion where the self-inductance adjustment gap 34 is formed with the linear core 30-4. Have The linear core 30-3 includes a coupling protrusion 30-6 that extends further from the portion in contact with the linear core 30-4 toward the second ring-shaped core 36.

直線状コア３６−１は、直線状コア３６−４との間で自己インダクタンス調整ギャップ４０が形成される部分から更に第１リング形状コア３０の方向に向かって延びた結合用突起部３６−５を有する。直線状コア３６−３は、直線状コア３６−４と接する部分から更に第１リング形状コア３０の方向に向かって延びた結合用突起部３６−６を有する。   The linear core 36-1 is a coupling protrusion 36-5 that extends further in the direction of the first ring-shaped core 30 from the portion where the self-inductance adjustment gap 40 is formed between the linear core 36-1 and the linear core 36-4. Have The linear core 36-3 includes a coupling protrusion 36-6 that extends further from the portion in contact with the linear core 36-4 toward the first ring-shaped core 30.

結合用突起部３０−５の終端面および結合用突起部３６−６の終端面は互いに向き合い、結合調整ギャップ４２を形成する。また、結合用突起部３０−６の終端面および結合用突起部３６−５の終端面は互いに向き合い、結合調整ギャップ４４を形成する。   The termination surface of the coupling protrusion 30-5 and the termination surface of the coupling projection 36-6 face each other to form a coupling adjustment gap 42. Further, the end surface of the coupling protrusion 30-6 and the end surface of the coupling protrusion 36-5 face each other to form a coupling adjustment gap 44.

第１リング形状コア３０および第２リング形状コア３６は、それぞれの周回方向に沿った磁気経路を形成する。また、第１リング形状コア３０および第２リング形状コア３６が、結合調整ギャップ４２および４４によって磁気的に結合することにより、直線状コア３０−１，３０−２，３０−３，３６−１，３６−２，および３６−３に沿った磁気経路が形成される。   The 1st ring shape core 30 and the 2nd ring shape core 36 form the magnetic path along each circumference direction. Further, the first ring-shaped core 30 and the second ring-shaped core 36 are magnetically coupled by the coupling adjustment gaps 42 and 44, so that the linear cores 30-1, 30-2, 30-3, 36-1 are obtained. , 36-2, and 36-3 are formed.

これによって、第１昇圧コイル３２は、電流が流れることによって、第１リング形状コア３０の周回方向に沿って閉じる自己鎖交磁束の他、直線状コア３０−１，３０−２，３０−３，３６−１，３６−２，および３６−３によって形成される経路に沿って閉じ、第２昇圧コイル３８と鎖交する結合磁束を発生する。   As a result, the first booster coil 32 causes the linear cores 30-1, 30-2, and 30-3 in addition to the self-linkage magnetic flux that closes along the circumferential direction of the first ring-shaped core 30 when a current flows. , 36-1, 36-2, and 36-3, and generates a coupling magnetic flux that closes along the path formed by the second step-up coil 38.

同様に、第２昇圧コイル３８は、電流が流れることによって、第２リング形状コア３６の周回方向に沿って閉じる自己鎖交磁束の他、直線状コア３６−３，３６−２，３６−１，３０−３，３０−２，および３０−１によって形成される経路に沿って閉じ、第１昇圧コイル３２と鎖交する結合磁束を発生する。   Similarly, the second booster coil 38 has linear cores 36-3, 36-2, and 36-1 as well as self-linkage magnetic fluxes that close along the circumferential direction of the second ring-shaped core 36 when a current flows. , 30-3, 30-2, and 30-1, and generates a coupling magnetic flux that closes along the path formed by the first step-up coil 32.

第１昇圧コイル３２および第２昇圧コイル３８が、それぞれ、他方のコイルと鎖交する結合磁束を発生することにより、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の結合部ａＬを構成することができる。   The first booster coil 32 and the second booster coil 38 each generate a coupling magnetic flux interlinking with the other coil, thereby constituting the coupling portion aL of the first booster inductor 12 and the second booster inductor 14. it can.

第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の自己インダクタンスＬは、自己インダクタンス調整ギャップ３４および４０のギャップ空間体積（磁気経路方向の長さ、幅等）を変化させることで調整することができる。また、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の相互インダクタンスａＬは、結合調整ギャップ４２および４４のギャップ空間体積を変化させることで調整することができる。   The self-inductance L of the first boost inductor 12 and the second boost inductor 14 can be adjusted by changing the gap space volume (length, width, etc. in the magnetic path direction) of the self-inductance adjustment gaps 34 and 40. Further, the mutual inductance aL of the first boost inductor 12 and the second boost inductor 14 can be adjusted by changing the gap space volume of the coupling adjustment gaps 42 and 44.

第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４を磁気等価回路によって表すと図３のようになる。起磁力発生源ＦＬ１およびＦＬ２には、それぞれ、磁気抵抗Ｒｍ１−１およびＲｍ１−２が並列接続される。起磁力発生源ＦＬ１の正極端子と起磁力発生源ＦＬ２の正極端子との間には、磁気抵抗Ｒｍ２−１が接続される。起磁力発生源ＦＬ１の負極端子と起磁力発生源ＦＬ２の負極端子との間には、磁気抵抗Ｒｍ２−２が接続される。   The first boost inductor 12 and the second boost inductor 14 are represented by a magnetic equivalent circuit as shown in FIG. Magnetoresistance generating sources FL1 and FL2 are connected in parallel with magnetic resistances Rm1-1 and Rm1-2, respectively. A magnetic resistance Rm2-1 is connected between the positive terminal of the magnetomotive force generation source FL1 and the positive terminal of the magnetomotive force generation source FL2. A magnetic resistance Rm2-2 is connected between the negative terminal of the magnetomotive force generation source FL1 and the negative terminal of the magnetomotive force generation source FL2.

起磁力発生源ＦＬ１およびＦＬ２は、それぞれ、第１昇圧コイル３２および第２昇圧コイル３８に対応する。磁気抵抗Ｒｍ１−１およびＲｍ１−２は、それぞれ、自己インダクタンス調整ギャップ３４および４０に対応する。また、磁気抵抗Ｒｍ２−１およびＲｍ２−２は、それぞれ結合調整ギャップ４４および４２に対応する。各起磁力は、昇圧コイルの巻回数および電流値によって定まり、各磁気抵抗の大きさは、ギャップ部分の透磁率、ギャップの大きさ等によって定まる。磁気等価回路を用いることで、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の設計を容易に行うことができる。   Magnetomotive force generation sources FL1 and FL2 correspond to the first booster coil 32 and the second booster coil 38, respectively. The magnetic resistances Rm1-1 and Rm1-2 correspond to the self-inductance adjustment gaps 34 and 40, respectively. Magnetic resistances Rm2-1 and Rm2-2 correspond to the coupling adjustment gaps 44 and 42, respectively. Each magnetomotive force is determined by the number of turns of the booster coil and the current value, and the magnitude of each magnetic resistance is determined by the permeability of the gap portion, the size of the gap, and the like. By using a magnetic equivalent circuit, the first boost inductor 12 and the second boost inductor 14 can be easily designed.

一般に、コアとそれに巻き付けたコイルとから構成される昇圧インダクタでは、電流がある飽和閾値に達するとインダクタンス値が電流に対して変化する磁気飽和が生じる。コアの体積と飽和閾値との間には、コアの体積が大きい程、飽和閾値が大きくなるという関係がある。したがって、飽和閾値を小さくすることができればコアの体積を小さくし昇圧インダクタの体積を小さくすることができる。しかし、飽和閾値を小さくするためには、昇圧性能を損ねることなく昇圧インダクタに流れる電流を低減する必要が生じる。   In general, in a step-up inductor composed of a core and a coil wound around the core, magnetic saturation occurs in which the inductance value changes with respect to the current when the current reaches a certain saturation threshold. There is a relationship between the core volume and the saturation threshold that the saturation threshold increases as the core volume increases. Therefore, if the saturation threshold can be reduced, the volume of the core can be reduced and the volume of the boost inductor can be reduced. However, in order to reduce the saturation threshold, it is necessary to reduce the current flowing through the boost inductor without impairing the boost performance.

ここで、昇圧インダクタに流れる電流は直流成分とリップル成分とを含む。このうち、リップル成分が、昇圧インダクタにおける誘導起電力の発生、すなわち、昇圧動作に寄与する。したがって、昇圧インダクタに流れる電流の直流成分を低減すれば、２相マルチフェーズコンバータにおける昇圧性能を損ねることなく、昇圧インダクタに流れる電流を低減することができる。   Here, the current flowing through the boost inductor includes a DC component and a ripple component. Among these, the ripple component contributes to generation of induced electromotive force in the boost inductor, that is, boost operation. Therefore, if the direct current component of the current flowing through the boost inductor is reduced, the current flowing through the boost inductor can be reduced without impairing the boost performance in the two-phase multiphase converter.

そこで、本実施形態に係る２相マルチフェーズコンバータでは、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４を負に磁気結合させることにより、各昇圧インダクタに流れる電流の直流成分を低減する。昇圧インダクタに流れる電流の直流成分を小さくすることにより、昇圧性能を損ねることなく、昇圧インダクタに流れる電流の大きさを低減することができる。これによって、飽和閾値を小さくすることができ、コアの体積を低減することができる。   Therefore, in the two-phase multiphase converter according to this embodiment, the first boost inductor 12 and the second boost inductor 14 are negatively magnetically coupled to reduce the direct current component of the current flowing through each boost inductor. By reducing the DC component of the current flowing through the boost inductor, the magnitude of the current flowing through the boost inductor can be reduced without impairing the boost performance. Thereby, the saturation threshold can be reduced, and the volume of the core can be reduced.

従来の２相マルチフェーズコンバータでは、単独部（１−ａ）Ｌに対するコアと、結合部ａＬに対するコアとを互いに結合させることなく別個に設け、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４を構成していた。これによって、第１昇圧インダクタ１２の単独部に対するコア、第２昇圧インダクタ１４の単独部に対するコア、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の結合部に対するコアの合計３つのコアが必要とされ、コアの総体積が大きいものとなっていた。   In the conventional two-phase multiphase converter, the core for the single part (1-a) L and the core for the coupling part aL are separately provided without being coupled to each other, and the first boost inductor 12 and the second boost inductor 14 are configured. Was. This requires a total of three cores: a core for the single portion of the first boost inductor 12, a core for the single portion of the second boost inductor 14, and a core for the coupling portion of the first boost inductor 12 and the second boost inductor 14. The total volume of the core was large.

本実施形態に係る２相マルチフェーズコンバータでは、第１リング形状コア３０と、第２リング形状コア３６とを磁気結合させることによって結合磁束の経路を形成する。これによって、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の自己鎖交磁束の経路と、結合磁束の経路とを共通化することができる。したがって、第１昇圧インダクタ１２の結合部および第２昇圧インダクタ１４の各結合部に対するコアを別途設ける必要がなく、２相マルチフェーズコンバータに含まれるコアの体積を低減することができる。   In the two-phase multiphase converter according to the present embodiment, a path of a coupling magnetic flux is formed by magnetically coupling the first ring-shaped core 30 and the second ring-shaped core 36. Thereby, the path of the self-linkage magnetic flux and the path of the coupling magnetic flux of the first boost inductor 12 and the second boost inductor 14 can be made common. Therefore, it is not necessary to separately provide a core for the coupling portion of the first boost inductor 12 and each coupling portion of the second boost inductor 14, and the volume of the core included in the two-phase multiphase converter can be reduced.

例えば、ａ＝０．２とした場合、結合部ａＬと単独部（１−ａ）Ｌとの、巻線比で定まる体積比はａ／（１−ａ）の平方根より０．５である。したがって、２つの結合部ａＬと２つの単独部（１−ａ）Ｌとから構成される従来構成に比して、２つの結合部ａＬの体積が削減された本実施形態では、第１昇圧インダクタ１２および第２昇圧インダクタ１４の総体積をおよそ３分の２とすることができる。   For example, when a = 0.2, the volume ratio determined by the winding ratio between the coupling part aL and the single part (1-a) L is 0.5 from the square root of a / (1-a). Therefore, in the present embodiment in which the volume of the two coupling portions aL is reduced as compared with the conventional configuration including the two coupling portions aL and the two single portions (1-a) L, the first boost inductor The total volume of 12 and the second boost inductor 14 can be approximately two thirds.

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４に第２の実施形態に係る３相マルチフェーズコンバータの構成を示す。３相マルチフェーズコンバータは、互いに磁気結合する３つの昇圧インダクタを備え、各昇圧インダクタに流れる電流を異なるタイミングでスイッチング制御するものである。図１に示す２相マルチフェーズコンバータと同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 shows a configuration of a three-phase multiphase converter according to the second embodiment. The three-phase multiphase converter includes three boost inductors that are magnetically coupled to each other, and performs switching control of the current flowing through each boost inductor at different timings. The same components as those of the two-phase multiphase converter shown in FIG.

３相マルチフェーズコンバータは、２相マルチフェーズコンバータに、さらに、第３昇圧インダクタ４６、上スイッチ１６−３、下スイッチ１８−３を設けた構成を有する。上スイッチ１６−３の一端は下スイッチ１８−３の一端に接続される。下スイッチ１８−３の他端は電池１０の負極端子に接続され、上スイッチ１６−３の他端および下スイッチ１８−３の他端は、コンデンサ２０の両端に接続される。また、第３昇圧インダクタ４６の一端は電池１０の正極端子に接続され、他端は上スイッチ１６−３および下スイッチ１８−３の接続点に接続される。   The three-phase multiphase converter has a configuration in which a third boost inductor 46, an upper switch 16-3, and a lower switch 18-3 are further provided in the two-phase multiphase converter. One end of the upper switch 16-3 is connected to one end of the lower switch 18-3. The other end of the lower switch 18-3 is connected to the negative terminal of the battery 10, and the other end of the upper switch 16-3 and the other end of the lower switch 18-3 are connected to both ends of the capacitor 20. One end of the third boost inductor 46 is connected to the positive terminal of the battery 10, and the other end is connected to the connection point of the upper switch 16-3 and the lower switch 18-3.

第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４、および第３昇圧インダクタ４６は、電池１０から各昇圧インダクタに電流が流れた場合または各昇圧インダクタから電池１０に電流が流れた場合に、１つの昇圧インダクタで発生した磁束が他の２つの昇圧インダクタにおける磁束を減少させるよう、負に磁気結合する。第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４、第３昇圧インダクタ４６は、それぞれ、２つの結合部ａＬおよび単独部（１−２ａ）Ｌを直列接続したインダクタによって表される。ここで、ａは結合率であり０以上０．５以下の値をとる。結合率ａは、１つの昇圧インダクタの誘導起電力が、他の２つの昇圧インダクタの誘導起電力にそれぞれ寄与する割合を示す。すなわち、Ｌは各昇圧インダクタの自己インダクタンスを示し、結合部ａＬは、３つの昇圧インダクタのうちの２つの間での相互インダクタンスを示す。なお、図４の回路は等価回路による表現であり、実際の第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４、および第３昇圧インダクタ４６は、コイル導線のあらゆる部分で分布的に磁気結合する構成とすることができる。   The first boost inductor 12, the second boost inductor 14, and the third boost inductor 46 are one boost when current flows from the battery 10 to each boost inductor or when current flows from each boost inductor to the battery 10. The magnetic flux generated in the inductor is negatively magnetically coupled so that the magnetic flux in the other two boost inductors is reduced. The first boost inductor 12, the second boost inductor 14, and the third boost inductor 46 are each represented by an inductor in which two coupling parts aL and a single part (1-2a) L are connected in series. Here, a is a coupling rate and takes a value of 0 or more and 0.5 or less. The coupling factor a indicates the ratio at which the induced electromotive force of one boost inductor contributes to the induced electromotive forces of the other two boost inductors. That is, L indicates the self-inductance of each boost inductor, and the coupling part aL indicates the mutual inductance between two of the three boost inductors. 4 is expressed by an equivalent circuit, and the actual first boost inductor 12, the second boost inductor 14, and the third boost inductor 46 are distributed and magnetically coupled in all parts of the coil conductor. can do.

３相マルチフェーズコンバータの動作について説明する。コントロールユニット２８は、各スイッチのオンオフ制御を行う。下スイッチ１８−１をオンとすることにより、第１昇圧インダクタ１２には電池１０の正極から電流が流れ、続いて下スイッチ１８−１をオフとすることにより、第１昇圧インダクタ１２には電流変化に基づく誘導起電力が発生する。そして、上スイッチ１６−１をオンとすることにより、電池電圧Ｖｂに第１昇圧インダクタ１２の誘導起電力が加えられた電圧がコンデンサ２０に印加される。   The operation of the three-phase multiphase converter will be described. The control unit 28 performs on / off control of each switch. When the lower switch 18-1 is turned on, a current flows from the positive electrode of the battery 10 to the first boost inductor 12, and subsequently, when the lower switch 18-1 is turned off, a current flows through the first boost inductor 12. An induced electromotive force based on the change is generated. When the upper switch 16-1 is turned on, a voltage obtained by adding the induced electromotive force of the first boost inductor 12 to the battery voltage Vb is applied to the capacitor 20.

また、下スイッチ１８−２をオンとすることにより、第２昇圧インダクタ１４には電池１０の正極から電流が流れ、続いて下スイッチ１８−２をオフとすることにより、第２昇圧インダクタ１４には電流変化に基づく誘導起電力が発生する。そして、上スイッチ１６−２をオンとすることにより、電池電圧Ｖｂに第２昇圧インダクタ１４の誘導起電力が加えられた電圧がコンデンサ２０に印加される。   Further, when the lower switch 18-2 is turned on, a current flows from the positive electrode of the battery 10 to the second boost inductor 14, and subsequently, when the lower switch 18-2 is turned off, the second boost inductor 14 is turned on. Generates an induced electromotive force based on a current change. Then, by turning on the upper switch 16-2, a voltage obtained by adding the induced electromotive force of the second boost inductor 14 to the battery voltage Vb is applied to the capacitor 20.

さらに、下スイッチ１８−３をオンとすることにより、第３昇圧インダクタ４６には電池１０の正極から電流が流れ、続いて下スイッチ１８−３をオフとすることにより、第３昇圧インダクタ４６には電流変化に基づく誘導起電力が発生する。そして、上スイッチ１６−３をオンとすることにより、電池電圧Ｖｂに第２昇圧インダクタ１４の誘導起電力が加えられた電圧がコンデンサ２０に印加される。   Further, when the lower switch 18-3 is turned on, a current flows from the positive electrode of the battery 10 to the third boost inductor 46, and subsequently, when the lower switch 18-3 is turned off, the third boost inductor 46 is turned on. Generates an induced electromotive force based on a current change. Then, by turning on the upper switch 16-3, a voltage obtained by adding the induced electromotive force of the second boost inductor 14 to the battery voltage Vb is applied to the capacitor 20.

各昇圧インダクタに生じた誘導起電力は、結合率ａに応じて他の２つの昇圧インダクタに電圧を誘起する。   The induced electromotive force generated in each boost inductor induces a voltage in the other two boost inductors according to the coupling ratio a.

このような構成によれば、コントロールユニット２８による各スイッチの制御によって、電池電圧Ｖｂより大きい電圧Ｖｈでコンデンサ２０が充電され、電池電圧Ｖｂより大きい電圧Ｖｈを出力端子２２および２４から車両駆動回路２６に出力することができる。また、車両駆動回路２６に出力する電圧Ｖｈは、各スイッチの制御タイミングを変化させることで調整することができる。したがって、車両の走行制御に応じて３相マルチフェーズコンバータの出力電力を調整し、車両駆動回路２６に与える電圧を調整することができる。   According to such a configuration, the control unit 28 controls each switch to charge the capacitor 20 with the voltage Vh that is higher than the battery voltage Vb, and the voltage Vh that is higher than the battery voltage Vb is output from the output terminals 22 and 24 to the vehicle drive circuit 26. Can be output. Moreover, the voltage Vh output to the vehicle drive circuit 26 can be adjusted by changing the control timing of each switch. Therefore, the output power of the three-phase multi-phase converter can be adjusted according to the traveling control of the vehicle, and the voltage applied to the vehicle drive circuit 26 can be adjusted.

次に、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４、および第３昇圧インダクタ４６の構成について図５を参照して説明する。図５（ａ）は各昇圧インダクタを構成する昇圧インダクタブロック４８の正面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）を右側から見た図である。   Next, the configuration of the first boost inductor 12, the second boost inductor 14, and the third boost inductor 46 will be described with reference to FIG. FIG. 5A is a front view of the boost inductor block 48 constituting each boost inductor, and FIG. 5B is a view of FIG. 5A viewed from the right side.

昇圧インダクタブロック４８を構成するコアは、図５（ｃ）に示す櫛型コア５０、結合コア５８、および図５（ｄ）に示すＵ字コア６０を備えて構成される。   The core constituting the boost inductor block 48 includes a comb core 50, a coupling core 58 shown in FIG. 5C, and a U-shaped core 60 shown in FIG.

櫛型コア５０は、直線状の接続コア５２、接続コア５２の延伸方向に対して垂直な方向に延伸し、接続コア５２の両端および中点に一端が接合される柱コア５４−１〜５４−３から構成される。結合コア５８は、各柱コアの他端との間に結合調整ギャップ５６を形成し、接続コア５２と平行に配置される。   The comb-shaped core 50 extends in a direction perpendicular to the extending direction of the connecting core 52 and the connecting core 52, and the pillar cores 54-1 to 54-one whose ends are joined to both ends and a middle point of the connecting core 52. -3. The coupling core 58 forms a coupling adjustment gap 56 between the other end of each pillar core, and is arranged in parallel with the connection core 52.

柱コア５４−１、５４−２、および５４−３には、それぞれ、第１昇圧コイル６４−１、第２昇圧コイル６４−２、および第３昇圧コイル６４−３が巻き付けられる。   The first boost coil 64-1, the second boost coil 64-2, and the third boost coil 64-3 are wound around the column cores 54-1, 54-2, and 54-3, respectively.

各柱コアの両端付近にはＵ字コア６０が接合される。Ｕ字コア６０は、自己インダクタンス調整ギャップ６２を有する。   U-shaped cores 60 are joined near both ends of each column core. The U-shaped core 60 has a self-inductance adjustment gap 62.

なお、ここでは、コアの延伸方向に垂直な断面の形状を四角形としているが、この形状は一般的な多角形、円形等、任意の形状とすることができる。   In addition, although the shape of the cross section perpendicular | vertical to the extending | stretching direction of a core is made into square here, this shape can be made into arbitrary shapes, such as a general polygon and a circle.

各昇圧コイルは、電流が流れることによって、その昇圧コイルが巻き付けられた柱コア、および、その柱コアに対応して設けられたＵ字コアに沿って、自己鎖交磁束を発生する。   Each booster coil generates a self-linkage magnetic flux along a column core around which the booster coil is wound and a U-shaped core provided corresponding to the column core when current flows.

さらに、１つの柱コアの結合調整ギャップ５６が形成される一端を始点とし、その柱コアを経て接続コア５２へと至り、接続コア５２からさらに他の柱コアを経て、その柱コアの一端に形成される結合調整ギャップ５６を介して結合コア５８へと至り、再び先の結合調整ギャップ５６を介して先の柱コアの始点へと戻る磁気経路が形成される。   Furthermore, starting from one end where the coupling adjustment gap 56 of one column core is formed, it reaches the connection core 52 via the column core, and further passes through another column core to one end of the column core. A magnetic path is formed that leads to the coupling core 58 through the coupling adjustment gap 56 that is formed and returns to the starting point of the previous pillar core through the previous coupling adjustment gap 56 again.

このような構成によれば、各昇圧コイルは、電流が流れることにより、自らと鎖交する自己鎖交磁束の他、他の２つの昇圧コイルと鎖交する結合磁束を発生する。各昇圧コイルが、自己鎖交磁束を発生することにより、各インダクタの単独部（１−２ａ）Ｌを構成することができる。また、各昇圧コイルが、他のコイルと鎖交する結合磁束を発生することにより、各インダクタの結合部ａＬを構成することができる。   According to such a configuration, each step-up coil generates a combined magnetic flux interlinking with the other two step-up coils in addition to the self-linkage magnetic flux interlinking with itself when a current flows. Each boosting coil generates a self-linkage magnetic flux, whereby the single part (1-2a) L of each inductor can be configured. Further, each boosting coil generates a coupling magnetic flux interlinking with other coils, so that the coupling part aL of each inductor can be configured.

各昇圧インダクタの自己インダクタンスＬは、自己インダクタンス調整ギャップ６２のギャップ空間体積を変化させることで調整することができる。また、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４および第３昇圧インダクタ４６の相互間の相互インダクタンスａＬは、結合調整ギャップ５６のギャップ空間体積を変化させることで調整することができる。   The self-inductance L of each boost inductor can be adjusted by changing the gap space volume of the self-inductance adjusting gap 62. The mutual inductance aL among the first boost inductor 12, the second boost inductor 14, and the third boost inductor 46 can be adjusted by changing the gap space volume of the coupling adjustment gap 56.

昇圧インダクタブロック４８を磁気等価回路によって表すと図６のようになる。起磁力発生源ＦＬ１〜ＦＬ３には、それぞれ、磁気抵抗Ｒｍ１−１〜Ｒｍ１−３が並列接続される。起磁力発生源ＦＬ１〜ＦＬ３の各正極端子には、それぞれ、磁気抵抗Ｒｍ２−１〜Ｒｍ２−３の一端が接続される。磁気抵抗Ｒｍ２−１〜Ｒｍ２−３の他端は共通に接続される。   The boost inductor block 48 is represented by a magnetic equivalent circuit as shown in FIG. Magnetic resistances Rm1-1 to Rm1-3 are connected in parallel to the magnetomotive force generation sources FL1 to FL3, respectively. One end of each of magnetic resistances Rm2-1 to Rm2-3 is connected to each positive terminal of the magnetomotive force generation sources FL1 to FL3. The other ends of the magnetic resistances Rm2-1 to Rm2-3 are connected in common.

起磁力発生源ＦＬ１、ＦＬ２およびＦＬ３は、それぞれ、第１昇圧コイル６４−１、第２昇圧コイル６４−２および第３昇圧コイル６４−３に対応する。磁気抵抗Ｒｍ１−１〜Ｒｍ１−３は、それぞれ、柱コア５４−１〜５４−３に対応して設けられたＵ字コア６０の自己インダクタンス調整ギャップ６２に対応する。また、磁気抵抗Ｒｍ２−１〜Ｒｍ２−３は、それぞれ、柱コア５４−１〜５４−３の一端に形成される結合調整ギャップ５６に対応する。   The magnetomotive force generation sources FL1, FL2, and FL3 correspond to the first boost coil 64-1, the second boost coil 64-2, and the third boost coil 64-3, respectively. The magnetic resistances Rm1-1 to Rm1-3 correspond to the self-inductance adjustment gaps 62 of the U-shaped core 60 provided corresponding to the column cores 54-1 to 54-3, respectively. The magnetic resistances Rm2-1 to Rm2-3 correspond to the coupling adjustment gap 56 formed at one end of each of the column cores 54-1 to 54-3.

磁気等価回路を用いることで、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４および第３昇圧インダクタ４６の設計を容易に行うことができる。   By using the magnetic equivalent circuit, the first boost inductor 12, the second boost inductor 14, and the third boost inductor 46 can be easily designed.

本実施形態に係る３相マルチフェーズコンバータでは、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４および第３昇圧インダクタ４６を相互に負に磁気結合させることにより、各昇圧インダクタに流れる電流の直流成分を低減する。各昇圧インダクタに流れる電流の直流成分を小さくすることにより、昇圧性能を損ねることなく、各昇圧インダクタに流れる電流の大きさを低減することができる。これによって、飽和閾値を小さくすることができ、コアの体積を低減することができる。   In the three-phase multiphase converter according to the present embodiment, the first boost inductor 12, the second boost inductor 14, and the third boost inductor 46 are negatively magnetically coupled to each other, so that the DC component of the current flowing through each boost inductor is reduced. To reduce. By reducing the DC component of the current flowing through each boost inductor, the magnitude of the current flowing through each boost inductor can be reduced without impairing the boost performance. Thereby, the saturation threshold can be reduced, and the volume of the core can be reduced.

従来の３相マルチフェーズコンバータでは、単独部（１−２ａ）Ｌに対するコアと、結合部ａＬに対するコアとを互いに結合させることなく別個に設け、各昇圧インダクタを構成していた。これによって、各昇圧インダクタの単独部に対するコア、昇圧インダクタの相互間の結合部に対するコアの合計６つのコアが必要とされ、コアの総体積が大きいものとなっていた。   In the conventional three-phase multi-phase converter, the core for the single part (1-2a) L and the core for the coupling part aL are separately provided without being coupled to each other, thereby configuring each boost inductor. As a result, a total of six cores, that is, a core for a single portion of each boost inductor and a core for a coupling portion between the boost inductors, are required, and the total volume of the core is large.

本実施形態に係る昇圧インダクタブロック４８によれば、各昇圧インダクタの自己鎖交磁束の経路と、結合磁束の経路とを共通化することができる。これによって、昇圧インダクタの相互間の結合部に対するコアを別途設ける必要がなく、３相マルチフェーズコンバータに含まれるコアの総体積を低減することができる。   According to the step-up inductor block 48 according to the present embodiment, the self-linkage magnetic flux path and the coupling magnetic flux path of each step-up inductor can be shared. Accordingly, it is not necessary to separately provide a core for the coupling portion between the boost inductors, and the total volume of the core included in the three-phase multiphase converter can be reduced.

例えば、ａ＝０．２とした場合、結合部ａＬと単独部（１−２ａ）Ｌとの、巻線比で定まる体積比はａ／（１−２ａ）の平方根より０．５８である。したがって、６つの結合部ａＬと３つの単独部（１−２ａ）Ｌとから構成される従来構成に比して、６つの結合部ａＬの体積が削減された本実施形態では、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４および第３昇圧インダクタ４６の総体積をおよそ４６％とすることができる。   For example, when a = 0.2, the volume ratio determined by the winding ratio between the coupling part aL and the single part (1-2a) L is 0.58 from the square root of a / (1-2a). Therefore, in the present embodiment in which the volume of the six coupling portions aL is reduced as compared with the conventional configuration including the six coupling portions aL and the three single portions (1-2a) L, the first boost inductor is provided. 12, the total volume of the second boost inductor 14 and the third boost inductor 46 can be approximately 46%.

次に、昇圧インダクタブロック４８の変形例について説明する。図７（ａ）に、変形例に係る昇圧インダクタブロック６６の構成を示す。昇圧インダクタブロック６６は、図５に示す昇圧インダクタブロック４８を平面状に変形したものである。図５の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を簡略化する。図７（ｂ）は昇圧インダクタブロック６６から昇圧コイルを取り除いた状態を示す。   Next, a modified example of the boost inductor block 48 will be described. FIG. 7A shows a configuration of a boost inductor block 66 according to a modification. The boost inductor block 66 is obtained by deforming the boost inductor block 48 shown in FIG. 5 into a planar shape. The same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be simplified. FIG. 7B shows a state where the booster coil is removed from the booster inductor block 66.

昇圧インダクタブロック６６は、環状コア６８、環状コア６８の中心に設けられた円形の結合ハブコア７４、一端が結合ハブコア７４との間で結合調整ギャップ５６を形成し、結合調整ギャップ５６から環状コア６８の周方向に垂直な方向に延伸し、他端が環状コア６８に接合される３本のコイル巻き柱コア７０、および各コイル巻き柱コア７０に対応して設けられ、一端がコイル巻き柱コア７０に接合され、結合ハブコア７４の円形形状に沿って結合調整ギャップ５６を形成し、さらに、環状コア６８の周方向に垂直な方向に延伸し、他端が環状コア６８に接合される補助柱コア７２を備える。各コイル巻き柱コア７０と補助柱コア７２とを６０°の角度をなすＶ字形状に形成し、これらのＶ字形状を、先端を中心に位置させて環状コア６８の内側に１２０°間隔で配置することで、３本のコイル巻き柱コア７０および３本の補助柱コア７２が配置される。   The step-up inductor block 66 includes an annular core 68, a circular coupling hub core 74 provided at the center of the annular core 68, and one end forming a coupling adjustment gap 56 with the coupling hub core 74. Are provided in correspondence with the three coil winding cores 70 that extend in a direction perpendicular to the circumferential direction and the other end is joined to the annular core 68, and one end of the coil winding column core 70. 70, the coupling adjustment gap 56 is formed along the circular shape of the coupling hub core 74, and further extends in a direction perpendicular to the circumferential direction of the annular core 68, and the other end is joined to the annular core 68. A core 72 is provided. Each coiled column core 70 and auxiliary column core 72 are formed in a V-shape that forms an angle of 60 °, and these V-shapes are positioned at 120 ° intervals inside the annular core 68 with the tip positioned at the center. By arranging, three coiled column cores 70 and three auxiliary column cores 72 are arranged.

各補助柱コア７２は、自己インダクタンス調整ギャップ６２を有する。第１昇圧コイル６４−１、第２昇圧コイル６４−２、および第３昇圧コイル６４−３は、それぞれ、対応するコイル巻き柱コア７０に巻き付けられる。   Each auxiliary pillar core 72 has a self-inductance adjustment gap 62. The first booster coil 64-1, the second booster coil 64-2, and the third booster coil 64-3 are each wound around the corresponding coil winding core 70.

なお、環状コア６８および各柱コアの延伸方向に垂直な断面は、円形、四角形等任意の形状とすることができる。   In addition, the cross section perpendicular | vertical to the extending | stretching direction of the cyclic | annular core 68 and each pillar core can be made into arbitrary shapes, such as circular and a square.

各昇圧コイルは、電流が流れることによって、その昇圧コイルが巻き付けられたコイル巻き柱コア７０、および、そのコイル巻き柱コア７０に対応して設けられた補助柱コア７２、および、そのコイル巻き柱コア７０と補助柱コア７２との間に挟まれる環状コア６８の区間に沿って、自己鎖交磁束を発生する。   Each step-up coil has a coil winding core 70 around which the step-up coil is wound, an auxiliary column core 72 provided corresponding to the coil winding core 70, and the coil winding column. A self-linkage magnetic flux is generated along the section of the annular core 68 sandwiched between the core 70 and the auxiliary pillar core 72.

さらに、１つのコイル巻き柱コア７０の結合調整ギャップ５６が形成される一端を始点とし、そのコイル巻き柱コア７０を経て環状コア６８へと至り、環状コア６８からさらに他のコイル巻き柱コア７０を経て、そのコイル巻き柱コア７０の一端に形成される結合調整ギャップを５６介して結合ハブコア７４へと至り、再び先の結合調整ギャップ５６を介して先のコイル巻き柱コア７０の始点へと戻る磁気経路が形成される。   Further, one end where the coupling adjustment gap 56 of one coil winding column core 70 is formed is a starting point, and the coil winding column core 70 is reached to the annular core 68, and from the annular core 68 to another coil winding column core 70. Then, the coupling adjustment gap formed at one end of the coil winding column core 70 is led to the coupling hub core 74 through the coupling adjustment gap 56, and again to the starting point of the previous coil winding column core 70 through the coupling adjustment gap 56. A returning magnetic path is formed.

これによって、各昇圧コイルは、電流が流れることにより、自らと鎖交する自己鎖交磁束の他、他の２つの昇圧コイルと鎖交する結合磁束を発生する。各昇圧コイルが、自己鎖交磁束を発生することにより、各インダクタの単独部（１−２ａ）Ｌを構成することができる。また、各昇圧コイルが、他のコイルと鎖交する結合磁束を発生することにより、各インダクタの結合部ａＬを構成することができる。   As a result, each step-up coil generates a combined magnetic flux interlinking with the other two step-up coils in addition to the self-linkage magnetic flux interlinking with itself when a current flows. Each step-up coil generates a self-linkage magnetic flux, whereby the single part (1-2a) L of each inductor can be configured. Further, each boosting coil generates a coupling magnetic flux interlinking with other coils, so that the coupling part aL of each inductor can be configured.

各昇圧インダクタの自己インダクタンスＬは、自己インダクタンス調整ギャップ６２のギャップ空間体積を変化させることで調整することができる。また、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４および第３昇圧インダクタ４６の相互間の相互インダクタンスａＬは、結合調整ギャップ５６のギャップ空間体積を変化させることで調整することができる。   The self-inductance L of each boost inductor can be adjusted by changing the gap space volume of the self-inductance adjusting gap 62. The mutual inductance aL among the first boost inductor 12, the second boost inductor 14, and the third boost inductor 46 can be adjusted by changing the gap space volume of the coupling adjustment gap 56.

昇圧インダクタブロック６６を磁気等価回路によって表すと昇圧インダクタブロック４８と同様、図６のようになる。磁気抵抗Ｒｍ１−１〜Ｒｍ１−３は、補助柱コア７２が有する自己インダクタンス調整ギャップ６２に対応する。また、磁気抵抗Ｒｍ２−１〜Ｒｍ２−３は、結合調整ギャップ５６に対応する。   The boost inductor block 66 is represented by a magnetic equivalent circuit as shown in FIG. The magnetic resistances Rm1-1 to Rm1-3 correspond to the self-inductance adjustment gap 62 included in the auxiliary column core 72. In addition, the magnetic resistances Rm2-1 to Rm2-3 correspond to the coupling adjustment gap 56.

変形例に係る昇圧インダクタブロック６６によれば、各昇圧インダクタの自己鎖交磁束の経路と、結合磁束の経路とを共通化することができる。これによって、昇圧インダクタの相互間の結合部に対するコアを別途設ける必要がなく、３相マルチフェーズコンバータに含まれるコアの総体積を低減することができる。   According to the step-up inductor block 66 according to the modified example, the path of the self-linkage magnetic flux and the path of the coupling magnetic flux of each step-up inductor can be shared. Accordingly, it is not necessary to separately provide a core for the coupling portion between the boost inductors, and the total volume of the core included in the three-phase multiphase converter can be reduced.

図７に示す昇圧インダクタブロック６６においては、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４および第３昇圧インダクタ４６の相互間の相互インダクタンスａＬとして所望の値が得られる場合には、結合ハブコア７４を取り除くことができる。   In the boost inductor block 66 shown in FIG. 7, when a desired value is obtained as the mutual inductance aL among the first boost inductor 12, the second boost inductor 14, and the third boost inductor 46, the coupling hub core 74 is provided. Can be removed.

図８に結合ハブコア７４を取り除いた場合の昇圧インダクタブロック７６の構成を示す。図７の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。コイル巻き柱コア７０および補助柱コア７２の各組のＶ字形状の先端は、環状コア６８の中心に近接させている。これによって、第１昇圧インダクタ１２、第２昇圧インダクタ１４および第３昇圧インダクタ４６の相互間の相互インダクタンスａＬの値を大きくすることができる。   FIG. 8 shows the configuration of the step-up inductor block 76 when the coupling hub core 74 is removed. The same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The V-shaped tips of each set of the coil winding column core 70 and the auxiliary column core 72 are close to the center of the annular core 68. Thus, the value of the mutual inductance aL among the first boost inductor 12, the second boost inductor 14, and the third boost inductor 46 can be increased.

１０ 電池、１２ 第１昇圧インダクタ、１４ 第２昇圧インダクタ、１６−１〜１６−３ 上スイッチ、１８−１〜１８−３ 下スイッチ、２０ コンデンサ、２２，２４ 出力端子、２６ 車両駆動回路、２８ コントロールユニット、３０ 第１リング形状コア、３０−１〜３０−４，３６−１〜３６−４ 直線状コア、３０−５，３０−６，３６−５，３６−６ 結合用突起部、３２，６４−１ 第１昇圧コイル、３４，４０，６２ 自己インダクタンス調整ギャップ、３６ 第２リング形状コア、３８，６４−２ 第２昇圧コイル、４２，４４，５６ 結合調整ギャップ、４６ 第３昇圧インダクタ、４８，６６，７６ 昇圧インダクタブロック、５０ 櫛型コア、５２ 接続コア、５４−１〜５４−３ 柱コア、５８ 結合コア、６０ Ｕ字コア、６４−３ 第３昇圧コイル、６８ 環状コア、７０ コイル巻き柱コア、７２ 補助柱コア、７４ 結合ハブコア。   10 battery, 12 first boost inductor, 14 second boost inductor, 16-1 to 16-3 upper switch, 18-1 to 18-3 lower switch, 20 capacitor, 22, 24 output terminal, 26 vehicle drive circuit, 28 Control unit, 30 first ring-shaped core, 30-1 to 30-4, 36-1 to 36-4 linear core, 30-5, 30-6, 36-5, 36-6 coupling protrusion, 32 , 64-1 First boost coil, 34, 40, 62 Self-inductance adjustment gap, 36 Second ring-shaped core, 38, 64-2 Second boost coil, 42, 44, 56 Coupling adjustment gap, 46 Third boost inductor 48, 66, 76 Step-up inductor block, 50 comb core, 52 connecting core, 54-1 to 54-3 pillar core, 58 coupling core, 60 U-shaped core 64 - 3 3 booster coil, 68 annular core 70 coil wound columnar core, 72 an auxiliary pillar core 74 coupled hub core.

Claims (4)

複数の昇圧コイルと、
各昇圧コイルに流れる電流のスイッチングにより各昇圧コイルに誘導起電力を発生させるスイッチング回路と、を備え、
各昇圧コイルに発生した誘導起電力に基づく出力電圧を車両駆動回路に印加する、車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいて、
各昇圧コイルに対応して設けられ、対応する昇圧コイルが巻かれる環状の自己インダクタンスコアと、
前記複数の昇圧コイルから２つを選択する組み合わせに対応して設けられ、組をなす２つの昇圧コイルが巻かれ、組をなす当該２つの昇圧コイルに対応する各自己インダクタンスコアの一部を含む環状の相互インダクタンスコアと、
を備えることを特徴とする車両搭載用マルチフェーズコンバータ。 A plurality of boost coils;
A switching circuit for generating an induced electromotive force in each booster coil by switching current flowing in each booster coil,
In a vehicle-mounted multiphase converter that applies an output voltage based on an induced electromotive force generated in each booster coil to a vehicle drive circuit,
An annular self-inductance core provided corresponding to each booster coil, around which the corresponding booster coil is wound,
Provided in correspondence with a combination of selecting two of the plurality of boost coils, two boost coils forming a set are wound, and include a part of each self-inductance core corresponding to the two boost coils forming the set An annular mutual inductance core;
A multi-phase converter for mounting on a vehicle. 請求項１に記載の車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいて、
前記自己インダクタンスコアおよび前記相互インダクタンスコアは、
それぞれの周回方向線を切断するギャップを有することを特徴とする車両搭載用マルチフェーズコンバータ。 The multi-phase converter for mounting on a vehicle according to claim 1,
The self-inductance core and the mutual inductance core are:
A multi-phase converter for mounting on a vehicle, characterized by having a gap that cuts each circumferential direction line. 複数の昇圧コイルと、
各昇圧コイルに流れる電流のスイッチングにより各昇圧コイルに誘導起電力を発生させるスイッチング回路と、を備え、
各昇圧コイルに発生した誘導起電力に基づく出力電圧を車両駆動回路に印加する、車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいて、
環状コアと、
前記昇圧コイルに対応して設けられ、一端が前記環状コアに接続され、前記環状コアの中心方向に延伸するコイル巻き柱コアと、
各コイル巻き柱コアに対応して設けられ、一端が対応するコイル巻き柱コアの他端に接続され、前記環状コアの周方向に垂直な方向に延伸し、他端が前記環状コアに接続される補助柱コアと、
を備えることを特徴とする車両搭載用マルチフェーズコンバータ。 A plurality of boost coils;
A switching circuit for generating an induced electromotive force in each booster coil by switching current flowing in each booster coil,
In a vehicle-mounted multiphase converter that applies an output voltage based on an induced electromotive force generated in each booster coil to a vehicle drive circuit,
An annular core;
A coil-wound column core provided corresponding to the step-up coil, having one end connected to the annular core and extending in the center direction of the annular core;
Provided corresponding to each coiled pole core, one end is connected to the other end of the corresponding coiled pole core, extends in a direction perpendicular to the circumferential direction of the annular core, and the other end is connected to the annular core. Auxiliary column core,
A multi-phase converter for mounting on a vehicle. 請求項３に記載の車両搭載用マルチフェーズコンバータにおいて、
前記コイル巻き柱コアおよび当該コイル巻き柱コアに対応する前記補助柱コアは、対応する昇圧コイルが巻かれる環状の自己インダクタンスコアを前記環状コアと共に形成し、
一つの自己インダクタンスコアを形成するコイル巻き柱コアおよび補助柱コアの接続部と、他の自己インダクタンスコアを形成するコイル巻き柱コアおよび補助柱コアの接続部との間にはギャップが設けられ、
各コイル巻き柱コアは、
延伸方向線を切断するギャップを有することを特徴とする車両搭載用マルチフェーズコンバータ。 The multi-phase converter for mounting on a vehicle according to claim 3,
The coiled column core and the auxiliary column core corresponding to the coiled column core form an annular self-inductance core around which the corresponding booster coil is wound together with the annular core,
A gap is provided between the connecting part of the coiled pillar core and the auxiliary pillar core forming one self-inductance core and the connecting part of the coiled pillar core and the auxiliary pillar core forming the other self-inductance core,
Each coil pole core
A multi-phase converter for mounting on a vehicle, characterized by having a gap for cutting a drawing direction line.
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