JP2021044313A - Magnetic coupling reactor and power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気結合リアクトル及び電力変換装置に関する。 The present invention relates to a magnetic coupling reactor and a power converter.
下記特許文献１には、電力変換効率の低下を抑制することができる多並列磁気相殺型変圧器及び電力変換回路が開示されている。この多並列磁気相殺型変圧器及び電力変換回路は、通電時に磁束を生じる複数の巻線が巻かれており、複数の巻線と、当該巻線が巻き回しされる複数の磁脚部及び当該磁脚部を固定する基部を有するコアとを備え、複数の巻線で生じる磁束の磁束方向が互いに逆向きになるように巻線を磁脚部に巻かれており、磁脚部と基部とにより複数の閉磁路が形成され、これら閉磁路の磁気抵抗がすべて等しいことを特徴とする。
ところで、上記背景技術は、各磁脚部で発生する漏れ磁束が相互に強め合うように巻線が各磁脚部に巻回されているので、コアの外部に発生する漏れ磁束が比較的大きいという問題がある。このようなコアからの漏れ磁束は、センサ等の周囲素子に悪影響を与えるので低減させる必要がある。 By the way, in the above background technique, since the winding is wound around each magnetic leg so that the leakage flux generated in each magnetic leg mutually strengthens each other, the leakage flux generated outside the core is relatively large. There is a problem. Such leakage flux from the core adversely affects peripheral elements such as sensors, and therefore needs to be reduced.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、コアに複数のインダクタを形成する場合のコアからの漏れ磁束を従来よりも低減することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the leakage flux from the core when a plurality of inductors are formed in the core.
上記目的を達成するために、本発明では、磁気結合リアクトルに係る第１の解決手段として、第１〜第ｎ（ｎ：２以上の自然数）ティース部と、当該ティース部の片端あるいは両端に各々設けられ、前記ティース部の端部を接続するヨーク部とを備えるコアと、第１〜第（ｎ−１）ティース部に第1方向かつ第1巻き数分が巻回され、第２〜第ｎティース部に前記第1方向とは逆の第２方向かつ前記第1巻き数分とは異なる第２巻き数分が巻回される第１〜第（ｎ−１）巻線と、第ｎティース部に前記第１方向または前記第２方向かつ前記第1巻き数分が巻回され、第１ティース部に前記第２方向または前記第1方向かつ前記第２巻き数分が巻回される第ｎ巻線とを備える、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, as the first solution for the magnetic coupling reactor, the first to nth (n: 2 or more natural number) teeth portions and one end or both ends of the teeth portions are respectively. A core provided with a yoke portion for connecting the end portions of the teeth portion and the first to first (n-1) teeth portions are wound in the first direction by the number of first turns, and the second to second turns. The first to first (n-1) windings in which the second direction opposite to the first direction and the second winding number different from the first winding number are wound around the n teeth portion, and the nth The first direction or the second direction and the first number of turns are wound around the teeth portion, and the second direction or the first direction and the second number of turns are wound around the first teeth portion. A means of providing the nth winding is adopted.
本発明では、磁気結合リアクトルに係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記第１巻き数と記第２巻き数との巻数比は、全てＮ：１（Ｎは１を超える正の数）である、という手段を採用する。 In the present invention, as a second solution for the magnetic coupling reactor, in the first solution, the turns ratio between the first turn and the second turn is all N: 1 (N is 1). Adopt the means that it is a positive number that exceeds).
本発明では、磁気結合リアクトルに係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記ｎは３である、という手段を採用する。 In the present invention, as the third solution for the magnetic coupling reactor, in the first or second solution, the means that n is 3 is adopted.
本発明では、磁気結合リアクトルに係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記ヨーク部は、ティース部の両端に各々設けられる、という手段を採用する。 In the present invention, as a fourth solution for the magnetic coupling reactor, in any of the first to third solutions, the yoke portion is provided at both ends of the tooth portion.
また、本発明では、電力変換装置に係る解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段に係る磁気結合リアクトルと、一対の第１入出力端と、一端が前記第１入出力端の一方及び前記第１〜第ｎ巻線の一端に接続され、他端が前記第１入出力端の他方に接続される第１コンデンサと、直列接続された上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子との接続部に前記第１〜第ｎ巻線の他端が各々接続する第１〜第ｎスイッチングレグと、一端が前記第１〜第ｎスイッチングレグの一端に接続され、他端が前記第１〜第ｎスイッチングレグの他端、前記第１コンデンサの他端及び前記第１入出力端の他方に接続される第２コンデンサと、一方が前記第１〜第ｎスイッチングレグの一端に接続され、他方が前記第１〜第ｎスイッチングレグの他端に接続される一対の第２入出力端とを備える、という手段を採用する。 Further, in the present invention, as a solution means for a power conversion device, a magnetic coupling reactor according to any one of the first to fourth solutions, a pair of first input / output ends, and one end thereof are the first input / output. A first capacitor connected to one of the ends and one end of the first to nth windings, and the other end to the other of the first input / output ends, and an upper arm switching element and a lower arm connected in series. The 1st to nth switching legs in which the other ends of the 1st to nth windings are connected to the connection portion with the switching element for use, and one end is connected to one end of the 1st to nth switching legs and the other end. Is the other end of the first to nth switching legs, the other end of the first capacitor, the second capacitor connected to the other of the first input / output ends, and one end of the first to nth switching legs. The other is provided with a pair of second input / output ends connected to the other end of the first to nth switching legs.
本発明によれば、コアに複数のインダクタを形成する場合のコアからの漏れ磁束を従来よりも低減することが可能である。 According to the present invention, it is possible to reduce the leakage flux from the core when a plurality of inductors are formed in the core as compared with the conventional case.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
最初に、図１を参照して本実施形態に係る三相昇降圧装置について説明する。この三相昇降圧装置は、本発明に係る電力変換装置に相当するものであり、図示するように一対の第１入出力端Ｐ１，Ｐ２、第１コンデンサ１、三相磁気結合リアクトル２、第１〜第３スイッチングレグ３〜５、第２コンデンサ６及び一対の第２入出力端Ｐ３，Ｐ４を備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the three-phase buck-boost device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. This three-phase buck-boost device corresponds to the power conversion device according to the present invention, and as shown in the figure, a pair of first input / output terminals P1 and P2, a
一対の第１入出力端Ｐ１，Ｐ２は、三相昇降圧装置を二次電池等の第１外部機器に接続すための接続端子である。第１コンデンサ１は、一端が一対の第１入出力端Ｐ１，Ｐ２の一方つまり第１入出力端Ｐ１に接続され、他端が一対の第１入出力端Ｐ１，Ｐ２の他方つまり第１入出力端Ｐ２に接続されている。また、この第１コンデンサ１は、一端が三相磁気結合リアクトル２の一端、つまり３つの端子Ｔ１１，Ｔ２１，Ｔ３１にそれぞれ接続されている。
The pair of first input / output terminals P1 and P2 are connection terminals for connecting a three-phase buck-boost device to a first external device such as a secondary battery. One end of the
三相磁気結合リアクトル２は、三相に対応する３つの相巻線（第１〜第３相巻線２ａ〜２ｃ）を備える受動素子であり、本発明に係る磁気結合リアクトルに相当する。この三相磁気結合リアクトル２は、第１〜第３相巻線２ａ〜２ｃの一端つまり３つの端子Ｔ１１，Ｔ２１，Ｔ３１が第１入出力端Ｐ１及び第１コンデンサ１に接続されている。また、この三相磁気結合リアクトル２は、第１〜第３相巻線２ａ〜２ｃの他端つまり３つの端子Ｔ１２，Ｔ２２，Ｔ３２が第１〜第３スイッチングレグ３〜５の中間接続部に各々接続されている。
The three-phase
第１スイッチングレグ３は、上アーム用スイッチング素子３ａと下アーム用スイッチング素子３ｂとが直列接続され、これら上アーム用スイッチング素子３ａと下アーム用スイッチング素子３ｂとの接続部には第１相巻線２ａの他端が接続されている。上アーム用スイッチング素子３ａ及び下アーム用スイッチング素子３ｂは、電力スイッチング用の半導体素子であり、図示するように例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。
In the
第２スイッチングレグ４は、上アーム用スイッチング素子４ａと下アーム用スイッチング素子４ｂとが直列接続され、これら上アーム用スイッチング素子４ａと下アーム用スイッチング素子４ｂとの接続部には第２相巻線２ｂの他端が接続されている。上アーム用スイッチング素子４ａ及び下アーム用スイッチング素子４ｂは、電力スイッチング用の半導体素子であり、図示するように例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。
In the
第３スイッチングレグ５は、上アーム用スイッチング素子５ａと下アーム用スイッチング素子５ｂとが直列接続され、これら上アーム用スイッチング素子５ａと下アーム用スイッチング素子５ｂとの接続部には第３相巻線２ｃの他端が接続されている。上アーム用スイッチング素子５ａ及び下アーム用スイッチング素子５ｂは、電力スイッチング用の半導体素子であり、図示するように例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。
In the
第２コンデンサ６は、一端が第１〜第３スイッチングレグ３〜５の各一端に接続され、他端が第１〜第３スイッチングレグ３〜５の各他端、第１コンデンサ１の他端及び第１入出力端の他方つまり第１入出力端Ｐ２に接続されている。
One end of the
第２入出力端Ｐ３，Ｐ４は、一方つまり第２入出力端Ｐ３が第１〜第３スイッチングレグ３〜５の各一端に接続され、他方まり第２入出力端Ｐ４が前記第１〜第ｎのスイッチングレグの他端に接続されている。この第２入出力端Ｐ３，Ｐ４は、三相昇降圧装置を負荷等の第２外部機器に接続すための接続端子である。
One of the second input / output ends P3 and P4, that is, the second input / output end P3 is connected to each end of the first to
続いて、三相磁気結合リアクトル２の構成について、図２を参照して詳しく説明する。 この三相磁気結合リアクトル２は、上述した第１〜第３相巻線２ａ〜２ｃに加えて、コア２ｄを備える。このコア２ｄは、第１〜第３ティース部２ｄ１〜２ｄ３と、当該第１〜第３ティース部２ｄ１〜２ｄ３の両端に各々設けられ、第１〜第３ティース部２ｄ１〜２ｄ３の端部を接続する一対のヨーク部２ｄ４，２ｄ５とを備える。このコア２ｄは、鉄やフェライト等の磁性材料の粉末をプレス成型した圧粉磁心（圧粉コア）あるいは電磁鋼板を積層した積層磁心である。
Subsequently, the configuration of the three-phase magnetically coupled
第１〜第３ティース部２ｄ１〜２ｄ３は、図示するように所定間隔で互いに平行対峙する直線状部位であり、第１〜第３相巻線２ａ〜２ｃが巻回される部位である。第１〜第３相巻線２ａ〜２ｃのうち、第１相巻線２ａは、第１巻き数分だけが第１ティース部２ｄ１に第１巻き数部２ａ１として巻回され、第１巻き数とは異なる第２巻き数分だけが第２ティース部２ｄ２に第２巻き数部２ａ２として巻回される。
As shown in the figure, the first to third teeth portions 2d1 to 2d3 are linear portions that face each other in parallel at predetermined intervals, and are portions around which the first to
第２相巻線２ｂは、第１巻き数分だけが第２ティース部２ｄ２に第１巻き数部２ｂ１として巻回され、第１巻き数とは異なる第２巻き数分だけが第３ティース部２ｄ３に第２巻き数部２ｂ２として巻回される。第３相巻線２ｃは、第１巻き数分だけが第３ティース部２ｄ３に第１巻き数部２ｃ１として巻回され、第１巻き数とは異なる第２巻き数分だけが第１ティース部２ｄ１に第２巻き数部２ｃ２として巻回される。 In the second phase winding 2b, only the number of first turns is wound around the second teeth portion 2d2 as the first number of turns 2b1, and only the number of second turns different from the number of first turns is the third teeth portion. It is wound around 2d3 as a second winding number part 2b2. In the third phase winding 2c, only the number of first turns is wound around the third teeth portion 2d3 as the first number of turns 2c1, and only the number of second turns different from the number of first turns is the first teeth portion. It is wound around 2d1 as the second winding number part 2c2.
すなわち、第１〜第３ティース部２ｄ１〜２ｄ３のうち、第１ティース部２ｄ１は、コア２ｄにおいて、第１相巻線２ａの第１巻き数と第３相巻線２ｃの第２巻き数分とが巻回される直線状部位である。また、第２ティース部２ｄ２は、第１相巻線２ａの第２巻き数分と第２相巻線２ｂの第１巻き数分とが巻回される直線状部位である。さらに、第３ティース部２ｄ３は、第２相巻線２ｂの第２巻き数分と第３相巻線２ｃの第１巻き数分とが巻回される直線状部位である。
That is, of the first to third teeth portions 2d1 to 2d3, the first teeth portion 2d1 has the number of first turns of the first phase winding 2a and the number of second turns of the third phase winding 2c in the
ここで、第１相巻線２ａに着目すると、第１ティース部２ｄ１の第１巻き数部２ａ１と第２ティース部２ｄ２の第２巻き数部２ａ２とでは巻き方向が逆に設定されている。すなわち、第１相巻線２ａの第１巻き数部２ａ１は第１ティース部２ｄ１に対して第１方向に巻回され、第１相巻線２ａの第２巻き数部２ａ２は第２ティース部２ｄ２に対して第１方向とは逆の第２方向に巻回されている。 Here, focusing on the first phase winding 2a, the winding directions are set opposite to those of the first winding number portion 2a1 of the first teeth portion 2d1 and the second winding number portion 2a2 of the second teeth portion 2d2. That is, the first winding number portion 2a1 of the first phase winding 2a is wound in the first direction with respect to the first teeth portion 2d1, and the second winding number portion 2a2 of the first phase winding 2a is the second teeth portion. It is wound in the second direction opposite to the first direction with respect to 2d2.
また、第２相巻線２ｂに着目すると、第２ティース部２ｄ２の第１巻き数部２ｂ１と第３ティース部２ｄ３の第２巻き数部２ｂ２とでは巻き方向が逆に設定されている。すなわち、第２相巻線２ｂの第１巻き数部２ｂ１は第２ティース部２ｄ２に対して第１方向に巻回され、第２相巻線２ｂの第２巻き数部２ｂ２は第３ティース部２ｄ３に対して第２方向に巻回されている。 Focusing on the second phase winding 2b, the winding directions are set opposite to those of the first winding number portion 2b1 of the second teeth portion 2d2 and the second winding number portion 2b2 of the third teeth portion 2d3. That is, the first winding number portion 2b1 of the second phase winding 2b is wound in the first direction with respect to the second teeth portion 2d2, and the second winding number portion 2b2 of the second phase winding 2b is the third teeth portion. It is wound in the second direction with respect to 2d3.
さらに、第３相巻線２ｃに着目すると、第３ティース部２ｄ３の第１巻き数部２ｃ１と第１ティース部２ｄ１の第２巻き数部２ｃ２とでは巻き方向が逆に設定されている。すなわち、第３相巻線２ｃの第１巻き数部２ｃ１は第３ティース部２ｄ３に対して第１方向に巻回され、第３相巻線２ｃの第２巻き数部２ｃ２は第１ティース部２ｄ１に対して第２方向に巻回されている。 Further, focusing on the third phase winding 2c, the winding direction is set opposite to that of the first winding number portion 2c1 of the third teeth portion 2d3 and the second winding number portion 2c2 of the first teeth portion 2d1. That is, the first winding number portion 2c1 of the third phase winding 2c is wound in the first direction with respect to the third teeth portion 2d3, and the second winding number portion 2c2 of the third phase winding 2c is the first teeth portion. It is wound in the second direction with respect to 2d1.
次に、本実施形態に係る三相磁気結合リアクトル２及び三相昇降圧装置の動作について、図３〜図５をも参照して詳しく説明する。
Next, the operation of the three-phase
本実施形態に係る三相昇降圧装置は、第１〜第３スイッチングレグ３〜５の駆動形態に応じて昇圧動作と降圧動作を行う。例えば第１入出力端Ｐ１，Ｐ２に入力された第１電圧を昇圧して第２入出力端Ｐ３，Ｐ４に出力する場合、第１〜第３スイッチングレグ３〜５を構成する上アーム用スイッチング素子３ａ〜５ａ及び下アーム用スイッチング素子３ｂ〜５ｂは、図３に示す駆動信号Ｓ３ａ〜Ｓ５ｂによって駆動される。
The three-phase buck-boost device according to the present embodiment performs a step-up operation and a step-down operation according to the drive modes of the first to
この図３において、駆動信号Ｓ３ａは、上アーム用スイッチング素子３ａに入力される信号であり、駆動信号Ｓ３ｂは、下アーム用スイッチング素子３ｂに入力される信号である。また、駆動信号Ｓ４ａは、上アーム用スイッチング素子４ａに入力される信号であり、駆動信号Ｓ４ｂは、下アーム用スイッチング素子４ｂに入力される信号である。また、駆動信号Ｓ５ａは、上アーム用スイッチング素子５ａに入力される信号であり、駆動信号Ｓ５ｂは、下アーム用スイッチング素子５ｂに入力される信号である。
In FIG. 3, the drive signal S3a is a signal input to the upper
図３に示すように、第１スイッチングレグ３に関する一対の駆動信号Ｓ３ａ、Ｓ３ｂのうち、駆動信号Ｓ３ａは、基本的に駆動信号Ｓ３ｂの反転信号であるが、上アーム用スイッチング素子３ａと下アーム用スイッチング素子３ｂとが同時にＯＮ状態となって第１スイッチングレグ３に貫通電流が流れないようにデッドタイムが設けられている。このことは、第２スイッチングレグ４に関する一対の駆動信号Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ及び第３スイッチングレグ５に関する一対の駆動信号Ｓ５ａ、Ｓ５ｂについても同様である。
As shown in FIG. 3, of the pair of drive signals S3a and S3b relating to the
また、このような駆動信号Ｓ３ａ〜Ｓ５ｂに基づいて第１相巻線２ａ、第２相巻線２ｂ及び第３相巻線２ｃに流れる電流（相電流）は、図３に示すように下アーム用スイッチング素子３ｂ〜５ｂのＯＮ／ＯＦＦに応じて変動するものとなる。なお、この図３では、第１相巻線２ａに流れる相電流（第１相電流）を実線で示し、第２相巻線２ｂに流れる相電流（第２相電流）を破線で示し、第３相巻線２ｃに流れる相電流（第３相電流）を点線で示している。
Further, the current (phase current) flowing through the first phase winding 2a, the second phase winding 2b, and the third phase winding 2c based on such drive signals S3a to S5b is the lower arm as shown in FIG. It fluctuates according to ON / OFF of the
なお、第２入出力端Ｐ３，Ｐ４に入力された第２電圧を降圧して第１入出力端Ｐ１，Ｐ２に出力する場合には、図３の駆動信号Ｓ３ａ〜Ｓ５ｂのうち、上アーム用スイッチング素子３ａ、４ａ、５ａと下アーム用スイッチング素子３ｂ、４ｂ、５ｂとを入れ替える。すなわち、この三相昇降圧装置は、第１電圧の直流電力と第２電圧の直流電力を双方向に昇降圧する双方向昇降圧回路として動作する。
When the second voltage input to the second input / output terminals P3 and P4 is stepped down and output to the first input / output terminals P1 and P2, among the drive signals S3a to S5b in FIG. 3, for the upper arm. The
また、この三相昇降圧装置では、上述した直流電力の昇降圧動作において、ＯＮ／ＯＦＦ駆動される上アーム用スイッチング素子３ａ〜５ａあるいは下アーム用スイッチング素子３ｂ〜５ｂが互いに１２０°異なる位相関係つまり三相で駆動される。すなわち、三相昇降圧装置は、三相駆動型の双方向昇降圧回路として動作する。
Further, in this three-phase buck-boost device, in the above-mentioned DC power buck-boost operation, the upper
このような三相昇降圧装置における三相駆動は、昇圧動作時に第２入出力端Ｐ３，Ｐ４から第２外部機器に出力される第２電圧の直流電力の電圧変動を極力抑えるためのものである。また、この三相駆動は、降圧動作時に第１入出力端Ｐ１，Ｐ２から第１外部機器に出力される第１電圧の直流電力の電圧変動を極力抑えるためのものである。 The three-phase drive in such a three-phase buck-boost device is for suppressing the voltage fluctuation of the DC power of the second voltage output from the second input / output terminals P3 and P4 to the second external device as much as possible during the boosting operation. is there. Further, this three-phase drive is for suppressing the voltage fluctuation of the DC power of the first voltage output from the first input / output terminals P1 and P2 to the first external device as much as possible during the step-down operation.
ここで、この三相昇降圧装置では、上アーム用スイッチング素子３ａ〜５ａあるいは下アーム用スイッチング素子３ｂ〜５ｂがＯＮ／ＯＦＦ駆動されるので、三相磁気結合リアクトル２の第１〜第３相巻線２ａ〜２ｃには、三相に同期して変動する電流が流れることになる。
Here, in this three-phase buck-boost device, the upper
第１〜第３相巻線２ａ〜２ｃにおける１巻き当たりの発生を全てφとし、また第１巻き数部２ａ１，２ｂ１，２ｃ１と第２巻き数部２ａ２，２ｂ２，２ｃ２との巻数比（第１巻き数と第２巻き数との巻数比）を全てＮ：１（Ｎは１を超える正の数）とし、さらに第１ティース部２ｄ１における第１相巻線２ａの第１巻き数部２ａ１と第３相巻線２ｃの第２巻き数部２ｃ２との磁気的な結合度、第２ティース部２ｄ２における第１相巻線２ａの第２巻き数部２ａ２と第２相巻線２ｂの第１巻き数部２ｂ１との磁気的な結合度、また第３ティース部２ｄ３における第２相巻線２ｂの第２巻き数部２ｂ２と第３相巻線２ｃの第１巻き数部２ｃ１との磁気的な結合度を全てＫとした場合、第１巻き数部２ａ１，２ｂ１，２ｃ１及び第２巻き数部２ａ２，２ｂ２，２ｃ２で発生する磁束（生成磁束）は、下式（１）のように表される。
All the occurrences per turn in the first to
なお、この式において、φａ１（１-２Ｋ）は、第１相巻線２ａの第１巻き数部２ａ１で発生する生成磁束を示し、φｂ１（１-２Ｋ）は、第２相巻線２ｂの第１巻き数部２ｂ１で発生する生成磁束を示し、φｃ１（１-２Ｋ）は、第３相巻線２ｃの第１巻き数部２ｃ１で発生する生成磁束を示している。 In this equation, φ a1 (1-2K) indicates the generated magnetic flux generated in the first winding number part 2a1 of the first phase winding 2a, and φ b1 (1-2K) is the second phase winding. The generated magnetic flux generated in the first winding number part 2b1 of 2b is shown, and φ c1 (1-2K) shows the generated magnetic flux generated in the first winding number part 2c1 of the third phase winding 2c.
また、φａ２（１-２Ｋ）は、第１相巻線２ａの第２巻き数部２ａ２で発生する生成磁束を示し、φｂ２（１-２Ｋ）は、第２相巻線２ｂの第２巻き数部２ｂ２で発生する生成磁束を示し、φｃ２（１-２Ｋ）は、第３相巻線２ｃの第２巻き数部２ｃ２で発生する生成磁束を示している。すなわち、三相磁気結合リアクトル２で発生する合計磁束φＴ（１−２Ｋ）は、下式（２）によって表される。
Further, φ a2 (1-2K) indicates the generated magnetic flux generated in the second winding number part 2a2 of the first phase winding 2a, and φ b2 (1-2K) is the second second of the second phase winding 2b. The generated magnetic flux generated in the number of turns 2b2 is shown, and φ c2 (1-2K) indicates the generated magnetic flux generated in the second number of turns 2c2 of the third phase winding 2c. That is, the total magnetic flux φ T (1-2K) generated in the three-phase magnetically coupled
ここで比較例として、従来のように第１相巻線２ａの全てを第１ティース部２ｄ１に集中巻きし、第２相巻線２ｂの全てを第２ティース部２ｄ２に集中巻きし、また第３相巻線２ｃの全てを第３ティース部２ｄ３に集中巻きした場合、第１〜第３相巻線２ａ〜２ｃで発生する生成磁束φａ，φｂ，φｃは下式（３）のように表される。すなわち、この比較例（従来例）における合計磁束φＴは、下式（４）のよう表される。
Here, as a comparative example, as in the conventional case, all of the first phase winding 2a is concentratedly wound around the first teeth portion 2d1, all of the
この式（３）を式（２）と比較すると、本実施形態に係る三相磁気結合リアクトル２のように、第１〜第３相巻線２ａ〜２ｃを特定のティース部に集中巻きするのではなく、異なるティース部に分巻きすることによりコア２ｄの外部に漏れる漏れ磁束を低減させることが可能となることが判る。
Comparing this equation (3) with the equation (2), the first to
すなわち、本実施形態によれば、コア２ｄに複数のインダクタを形成する場合のコア２ｄからの漏れ磁束を従来よりも低減することが可能である。
That is, according to the present embodiment, it is possible to reduce the leakage flux from the
ここで、図４（ａ）に本実施形態における磁束と結合度Ｋの関係を示す。すなわち、この図４（ａ）は、結合度Ｋが増大する程に磁束が減少することを示している。また、図４（ｂ）は、本実施形態における磁束と結合度Ｋの関係において巻数比Ｎの限界値を示している。この図４（ｂ）は、巻数比Ｎを１．３に設定すると、結合度Ｋを仮に０としても、例えば昇圧動作に必要とされる磁束（０．５強）を得ることができないことを示している。すなわち、巻数比Ｎの下限値は昇圧動作に必要な磁束に基づいて決定される。 Here, FIG. 4A shows the relationship between the magnetic flux and the degree of coupling K in this embodiment. That is, FIG. 4A shows that the magnetic flux decreases as the degree of coupling K increases. Further, FIG. 4B shows the limit value of the turns ratio N in the relationship between the magnetic flux and the degree of coupling K in the present embodiment. FIG. 4B shows that when the turns ratio N is set to 1.3, even if the coupling degree K is set to 0, for example, the magnetic flux (more than 0.5) required for the boosting operation cannot be obtained. Shown. That is, the lower limit of the turns ratio N is determined based on the magnetic flux required for the boosting operation.
また、図５には本実施形態における昇圧率とリプル電流の関係を示す。この図５に示すように、第２電圧の直流電力に含まれるリプル電流は、三相昇降圧装置の昇圧率が大きくなる程に大きくなるが、巻数比Ｎを小さくすることによって抑制される。 Further, FIG. 5 shows the relationship between the boost rate and the ripple current in the present embodiment. As shown in FIG. 5, the ripple current included in the DC power of the second voltage increases as the boosting rate of the three-phase buck-boost device increases, but is suppressed by reducing the turns ratio N.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、三相磁気結合リアクトル２及び三相昇降圧装置について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明における相数は三相以外でも良く、例えば二相、四相あるいは五相でも良い。
The present invention is not limited to the above embodiment, and for example, the following modifications can be considered.
(1) In the above embodiment, the three-phase
すなわち、本発明は、第１〜第ｎ（ｎ：２以上の自然数）ティース部と、当該ティース部の片端あるいは両端に各々設けられ、ティース部の端部を接続するヨーク部とを備えるコアと、第１〜第（ｎ−１）ティース部に第１方向かつ第１巻き数巻回され、第２〜第ｎティース部に第１方向とは逆の第２方向かつ第１巻き数とは異なる第２巻き数巻回される第１〜第（ｎ−１）巻線と、第ｎティース部に第１方向または第２方向かつ第１巻き数巻回され、第１ティース部に第２方向または第１方向かつ第２巻き数巻回される第ｎ巻線とを備えるものであってもよい。 That is, the present invention includes a core including a first to nth (n: 2 or more natural numbers) teeth portion and a yoke portion provided at one end or both ends of the teeth portion and connecting the ends of the teeth portions. , The first-first (n-1) teeth portion is wound in the first direction and the first number of turns, and the second-to-nth teeth portions are wound in the second direction and the first number of turns opposite to the first direction. The first to first (n-1) windings, which are differently wound several times in the second winding, and the nth teeth portion are wound in the first direction or the second direction and several times in the first winding, and the first teeth portion is wound second. It may be provided with a direction or a first direction and an nth winding which is wound several times in the second winding.
（２）上記実施形態に係る三相磁気結合リアクトル２は、第１〜第３ティース部２ｄ１〜２ｄ３の端部を接続する一対のヨーク部２ｄ４，２ｄ５とを備えるコア２ｄを採用するが、本発明はこれに限定されない。例えば結合度Ｋの低下を容認する場合には、一対のヨーク部２ｄ４，２ｄ５のいずれか一方を備えるコアを採用してもよい。すなわち、本発明に係る磁気結合リアクトルは、上述したように複数のティース部の片端にヨーク部を備えるものでも良い。
(2) The three-phase
（３）上記実施形態では、上アーム用スイッチング素子３ａ〜５ａ及び下アーム用スイッチング素子３ｂ〜５ｂをＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor： 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）としたが、本発明はこれに限定されない。上アーム用スイッチング素子３ａ〜５ａ及び下アーム用スイッチング素子３ｂ〜５ｂには、ＭＯＳトランジスタ等の他の電力スイッチング用半導体素子を採用してもよい。
(3) In the above embodiment, the upper
Ｐ１，Ｐ２ 第１入出力端
１ 第１コンデンサ
２ 三相磁気結合リアクトル
２ａ 第１相巻線
２ａ１ 第１巻き数部
２ａ２ 第２巻き数部
２ｂ 第２相巻線
２ｂ１ 第１巻き数部
２ｂ２ 第２巻き数部
２ｃ 第３相巻線
２ｃ１ 第１巻き数部
２ｃ２ 第２巻き数部
２ｄ コア
２ｄ１ 第１ティース部
２ｄ２ 第２ティース部
２ｄ３ 第３ティース部
２ｄ４，２ｄ５ ヨーク部
３ 第１スイッチングレグ
３ａ 第１上アーム用スイッチング素子
３ｂ 第１下アーム用スイッチング素子
４ 第２スイッチングレグ
４ａ 第２上アーム用スイッチング素子
４ｂ 第２下アーム用スイッチング素子
５ 第３スイッチングレグ
５ａ 第３上アーム用スイッチング素子
５ｂ 第３下アーム用スイッチング素子
６ 第２コンデンサ
Ｐ３，Ｐ４ 第２入出力端
P1, P2 1st input /
Claims (5)
第１〜第（ｎ−１）ティース部に第１方向かつ第１巻き数分が巻回され、第２〜第ｎティース部に前記第１方向とは逆の第２方向かつ前記第１巻き数分とは異なる第２巻き数分が巻回される第１〜第（ｎ−１）巻線と、
第ｎティース部に前記第１方向または前記第２方向かつ前記第１巻き数分が巻回され、第１ティース部に前記第２方向または前記第１方向かつ前記第２巻き数分が巻回される第ｎ巻線と
を備えることを特徴とする磁気結合リアクトル。 A core including a first to nth (n: natural number of 2 or more) teeth portion, a yoke portion provided at one end or both ends of the teeth portion, and a yoke portion connecting the ends of the teeth portions.
The first to first (n-1) teeth portions are wound in the first direction and the number of first turns, and the second to nth teeth portions are wound in the second direction opposite to the first direction and the first winding. The first to first (n-1) windings in which the second winding number, which is different from the number of minutes, is wound, and
The first direction or the second direction and the first number of turns are wound around the nth teeth portion, and the second direction or the first direction and the second number of turns are wound around the first teeth portion. A magnetically coupled reactor characterized in that it comprises an nth winding.
一対の第１入出力端と、
一端が前記第１入出力端の一方及び前記第１〜第ｎ巻線の一端に接続され、他端が前記第１入出力端の他方に接続される第１コンデンサと、
直列接続された上アーム用スイッチング素子と下アーム用スイッチング素子との接続部に前記第１〜第ｎ巻線の他端が各々接続する第１〜第ｎスイッチングレグと、
一端が前記第１〜第ｎスイッチングレグの一端に接続され、他端が前記第１〜第ｎスイッチングレグの他端、前記第１コンデンサの他端及び前記第１入出力端の他方に接続される第２コンデンサと、
一方が前記第１〜第ｎスイッチングレグの一端に接続され、他方が前記第１〜第ｎスイッチングレグの他端に接続される一対の第２入出力端と
を備えることを特徴とする電力変換装置。
The magnetic coupling reactor according to any one of claims 1 to 4,
A pair of first I / O ends and
A first capacitor having one end connected to one of the first input / output ends and one end of the first to nth windings and the other end connected to the other of the first input / output ends.
The 1st to nth switching legs in which the other ends of the 1st to 1st windings are connected to the connection portion between the upper arm switching element and the lower arm switching element connected in series, respectively.
One end is connected to one end of the 1st to nth switching legs, and the other end is connected to the other end of the 1st to nth switching legs, the other end of the first capacitor, and the other of the first input / output ends. 2nd capacitor and
A power conversion characterized in that one is connected to one end of the first to nth switching legs and the other is provided with a pair of second input / output ends connected to the other end of the first to nth switching legs. apparatus.
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| JPS53152130U (en) * | 1978-04-24 | 1978-11-30 | ||
| JPH1132437A (en) * | 1997-07-08 | 1999-02-02 | Ain:Kk | Three-phase four-wire low voltage distribution system |
| JP2009170620A (en) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Honda Motor Co Ltd | Multi-parallel magnetism-offsetting transformer and power conversion circuit |
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