JP2020022305A - 電圧変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気結合される複数のコイルの各々に流れる電流及び各コイルによって形成される磁束の大きさにばらつきが生じることを抑制する。【解決手段】電圧変換装置１は、ブリッジ回路３１と、複合型リアクトル３２と、磁気検出器３３と、電子制御ユニット１５及びゲートドライブユニット１６とを備える。複合型リアクトル３２は、コア３５と、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７とを備える。磁気検出器３３は、コア３５に形成されるギャップ４５においてＡ相コイル３６の通電及びＢ相コイル３７の通電によって生じる互いに同じ向きのＡ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの大きさを検出する。電子制御ユニット１５は、磁気検出器３３によって検出されるＡ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの大きさに基づいて、ブリッジ回路３１の各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬを駆動する。【選択図】図１

Description

本発明は、電圧変換装置に関する。

従来、単一のコアに装着されるとともに磁気的に結合される複数のコイルを備えるリアクトルと、このリアクトルを備えるコンバータとが知られている（例えば、特許文献１参照）。このリアクトルは、複数のコイル間の結合係数を増大又は低下させるように調整するための構成として、例えば、隣り合うコイル間に配置される磁気遮蔽板、隣り合うコイルの少なくとも一方に設けられる巻ピッチの疎密若しくは巻き径の大小、又は磁気ギャップが設けられたコアなどを備える。

特開２０１４−１２７６３７号公報

ところで、上記従来技術に係るリアクトル及びコンバータにおいては、複数のコイルの各々における構造上の誤差及び温度特性の差異などに起因して、実際に各コイルに流れる電流の大きさ及び各コイルによって形成される磁束の大きさに差異が生じる場合がある。この場合、例えば電流が増大するコイルにおいては、コイル及びコイルに接続されるスイッチング素子などにおいて温度が上昇するおそれがあり、例えば電流が低下するコイルにおいては、リップル電流の影響が増大するおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、磁気結合される複数のコイルの各々に流れる電流及び各コイルによって形成される磁束の大きさにばらつきが生じることを抑制することが可能な電圧変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る電圧変換装置（例えば、実施形態での電圧変換装置１）は、電圧入力側の第１端部（例えば、実施形態での第１端部ａ１，ｂ１）及び電圧出力側の第２端部（例えば、実施形態での第２端部ａ２，ｂ２）を備える少なくとも１つの第１コイル（例えば、実施形態でのＡ相コイル３６）及び少なくとも１つの第２コイル（例えば、実施形態でのＢ相コイル３７）と、前記少なくとも１つの第１コイル及び前記少なくとも１つの第２コイルの各々に接続される複数のスイッチング素子（例えば、実施形態での各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬ）と、前記第１コイルの前記第１端部から前記第２端部へ電流が流れる通電の際に発生する磁束（例えば、実施形態でのＡ相磁束Φａ）の向きと、前記第２コイルの前記第１端部から前記第２端部へ電流が流れる通電の際に発生する磁束（例えば、実施形態でのＢ相磁束Φｂ）の向きとが、互いに相反するように、前記第１コイル及び前記第２コイルが巻回されるコア（例えば、実施形態でのコア３５）と、前記コアに形成されるギャップ（例えば、実施形態でのギャップ４５）において前記第１コイルの前記通電及び前記第２コイルの前記通電によって生じる互いに同じ向きの磁束（例えば、実施形態でのＡ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂ）の大きさを検出する磁気検出器（例えば、実施形態での磁気検出器３３）と、前記磁気検出器によって検出される前記磁束の大きさに基づいて、前記複数のスイッチング素子を駆動する制御部（例えば、実施形態での電子制御ユニット１５）と、を備える。

（２）上記（１）に記載の電圧変換装置では、前記制御部は、前記磁気検出器によって検出される前記磁束の大きさが最大となるように、前記複数のスイッチング素子のデューティー比を制御してもよい。

（３）上記（２）に記載の電圧変換装置では、前記制御部は、前記磁気検出器によって検出される前記磁束の大きさの最大値と、前記少なくとも１つの第１コイル又は前記少なくとも１つの第２コイルに流れる電流の合計値との対応関係に基づいて、前記磁束の大きさの最大値に対応する前記電流の合計値を取得してもよい。

上記（１）によれば、磁気結合される第１コイル及び第２コイルが巻回されるコアのギャップに生じる磁束の大きさは、第１コイル及び第２コイルの各々に流れる電流の大きさの比率と相関を有する。これにより、磁気検出器によって検出される磁束の大きさに基づいて、複数のスイッチング素子を駆動することにより、第１コイル及び第２コイルの各々に流れる電流及び各コイルによって形成される磁束の大きさにばらつきが生じることを抑制することができる。

上記（２）の場合、コアのギャップに生じる磁束の大きさが最大となる場合に、第１コイル及び第２コイルの各々に流れる電流の大きさが同一に均等化される。これにより、複数のスイッチング素子のデューティー比を制御して、磁気検出器によって検出される磁束の大きさを最大とすることによって、第１コイル及び第２コイルの各々に流れる電流及び各コイルによって形成される磁束の大きさにばらつきが生じることを抑制することができる。

上記（３）の場合、コアのギャップに生じる磁束の大きさの最大値と、第１コイル又は第２コイルに流れる電流の合計値との対応関係を示すデータを参照することによって、一次側である第１コイル又は第２コイルに流れる電流を推定することができる。

本発明の実施形態に係る電圧変換装置を搭載する車両の一部の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電圧変換装置の複合型リアクトルの構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る電圧変換装置の複合型リアクトルの構成を模式的に示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る電圧変換装置の複合型リアクトルにおける磁束を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る電圧変換装置におけるＡ相コイル又はＢ相コイルの電流偏流率と漏れ磁束の大きさとの対応関係の例を示すグラフ図である。 本発明の実施形態に係る電圧変換装置におけるＡ相コイル又はＢ相コイルの電流合計値と漏れ磁束の大きさの最大値との対応関係の例を示すマップのグラフ図である。

以下、本発明の電圧変換装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

本実施形態による電圧変換装置は、例えば、モータとバッテリとの間の電力授受を制御するパワーモジュールに接続されている。例えば、電圧変換装置及びパワーモジュールは、電動車両等に搭載されている。電動車両は、電気自動車、ハイブリッド車両、及び燃料電池車両等である。電気自動車は、バッテリを動力源として駆動する。ハイブリッド車両は、バッテリ及び内燃機関を動力源として駆動する。燃料電池車両は、燃料電池を動力源として駆動する。

図１は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置１を搭載する車両１０の一部の構成を示す図である。図２は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置１の複合型リアクトル３２の構成を示す平面図である。図３は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置１の複合型リアクトル３２の構成を模式的に示す分解斜視図である。図４は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置１の複合型リアクトル３２における磁束を模式的に示す図である。

＜車両＞
図１に示すように、車両１０は、電圧変換装置１に加えて、バッテリ１１（ＢＡＴＴ）と、走行駆動用のモータ１２（ＭＯＴ）と、パワーモジュール１３と、第１平滑コンデンサＣ１及び第２平滑コンデンサＣ２と、電流センサ１４と、電子制御ユニット１５（ＭＯＴ ＥＣＵ）と、ゲートドライブユニット１６（Ｇ／Ｄ ＶＣＵ ＥＣＵ）と、を備える。
バッテリ１１は、例えば、車両１０の動力源である高圧のバッテリである。バッテリ１１は、バッテリケースと、バッテリケース内に収容される複数のバッテリモジュールと、を備える。バッテリモジュールは、直列に接続される複数のバッテリセルを備える。
バッテリ１１は、直流コネクタ１７ａに接続される正極端子ＰＢ及び負極端子ＮＢを備える。正極端子ＰＢ及び負極端子ＮＢは、バッテリケース内において直列に接続される複数のバッテリモジュールの正極端及び負極端に接続されている。

モータ１２は、バッテリ１１から供給される電力によって回転駆動力（力行動作）を発生させる。モータ１２は、回転軸に入力される回転駆動力によって発電電力を発生させてもよい。モータ１２は、内燃機関の回転動力が伝達可能に構成されてもよい。例えば、モータ１２は、３相交流のブラシレスＤＣモータである。３相は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相である。
モータ１２は、界磁用の永久磁石を有する回転子と、回転子を回転させる回転磁界を発生させるための３相のステータ巻線を有する固定子と、を備える。モータ１２の３相のステータ巻線は、３相コネクタ１７ｂに接続されている。

パワーモジュール１３は、例えば、直流と３相交流との間で電力変換を行うインバータ（ＩＮＶ）を備える。インバータは、ブリッジ接続される複数のスイッチング素子によって形成されるブリッジ回路を備える。例えば、スイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）等のトランジスタである。例えば、ブリッジ回路においては、３相のＵ相、Ｖ相、及びＷ相の各相において、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタがブリッジ接続されている。ブリッジ回路は、各トランジスタのコレクタ−エミッタ間においてエミッタからコレクタに向けて順方向となるように接続されるダイオードを備える。

ハイサイドアームの各相のトランジスタは、コレクタが正極バスバーに接続されてハイサイドアームを構成している。ハイサイドアームの各相の正極バスバーは、後述する第２平滑コンデンサＣ２の第２正極バスバー２２ｐに接続されている。
ローサイドアームの各相のトランジスタは、エミッタが負極バスバーに接続されてローサイドアームを構成している。ローサイドアームの各相の負極バスバーは、後述する第２平滑コンデンサＣ２の第２負極バスバー２２ｎに接続されている。
ハイサイドアーム及びローサイドアームの各相において、ハイサイドアームのトランジスタのエミッタとローサイドアームのトランジスタのコレクタとは、入出力バスバー１８を介して接続されている。各相の入出力バスバー１８は入出力端子Ｑに接続され、各相の入出力端子Ｑは３相コネクタ１７ｂに接続されている。各相の入出力バスバー１８は、入出力端子Ｑ及び３相コネクタ１７ｂを介してモータ１２の各相のステータ巻線に接続されている。

パワーモジュール１３は、ゲートドライブユニット１６から各トランジスタのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。パワーモジュール１３は、バッテリ１１から電圧変換装置１を介して入力される直流電力を３相交流電力に変換し、モータ１２の３相のステータ巻線への通電を順次転流させることで、３相のステータ巻線に交流のＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流を通電する。
パワーモジュール１３は、モータ１２の回転に同期がとられた各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）駆動によって、モータ１２の３相のステータ巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換してもよい。パワーモジュール１３によって３相交流電力から変換された直流電力は、電圧変換装置１を介してバッテリ１１に供給することが可能である。

第１平滑コンデンサＣ１及び第２平滑コンデンサＣ２は、例えば、コンデンサユニットを構成している。例えば、コンデンサユニットは、第１及び第２平滑コンデンサＣ１，Ｃ２に加えて、２つのコンデンサによって形成されるノイズフィルタなどを備えてもよい。
第１平滑コンデンサＣ１は、直流コネクタ１７ａの正極端子及び負極端子に接続される第１正極バスバー２１ｐ及び第１負極バスバー２１ｎ間に接続されている。第１平滑コンデンサＣ１は、例えば、電圧変換装置１の降圧時における各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬのオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
第２平滑コンデンサＣ２は、パワーモジュール１３の正極バスバー及び負極バスバー並びに後述する電圧変換装置１の第２正極バスバーＰＶ２及び第２負極バスバーＮＶ２に接続される第２正極バスバー２２ｐ及び第２負極バスバー２２ｎ間に接続されている。第２平滑コンデンサＣ２は、パワーモジュール１３における各トランジスタ対のオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動及び電圧変換装置１の昇圧時における各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬのオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。

電流センサ１４は、例えば、各相の入出力バスバー１８に配置され、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各々の電流を検出する。電流センサ１４は、信号線によって電子制御ユニット１５に接続されている。

電子制御ユニット１５は、モータ１２の動作を制御する。例えば、電子制御ユニット１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵ等のプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、及びタイマー等の電子回路を備えるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。なお、電子制御ユニット１５の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路であってもよい。

例えば、電子制御ユニット１５は、電流センサ１４の電流検出値とモータ１２に対するトルク指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット１６に入力する制御信号を生成する。制御信号は、パワーモジュール１３の各トランジスタ対をオン（導通）／オフ（遮断）駆動するタイミングを示す信号である。例えば、制御信号は、パルス幅変調された信号等である。

ゲートドライブユニット１６は、電子制御ユニット１５から受け取る制御信号に基づいて、パワーモジュール１３の各トランジスタ対を実際にオン（導通）／オフ（遮断）駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット１６は、制御信号の増幅及びレベルシフト等を実行して、ゲート信号を生成する。
ゲートドライブユニット１６は、電圧変換装置１の各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬをオン（導通）／オフ（遮断）駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット１６は、電圧変換装置１の昇圧時における昇圧電圧指令又は電圧変換装置１の降圧時における降圧電圧指令に応じたデューティー比のゲート信号を生成する。デューティー比は、例えば、各トランジスタＳａＨ，ＳａＬのオン時間の比率及び各トランジスタＳｂＨ，ＳｂＬのオン時間の比率である。

＜電圧変換装置＞
電圧変換装置１は、例えば、ブリッジ回路３１と、複合型リアクトル３２と、磁気検出器３３と、上述した電子制御ユニット１５及びゲートドライブユニット１６を備える。
ブリッジ回路３１は、例えば、Ａ相及びＢ相の２相においてブリッジ接続される４つのスイッチング素子を備えている。スイッチング素子は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。ブリッジ回路３１においては、Ａ相において対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＡ相トランジスタＳａＨ，ＳａＬと、Ｂ相において対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＢ相トランジスタＳｂＨ，ＳｂＬとが、それぞれブリッジ接続されている。

ハイサイドアームの各相のトランジスタＳａＨ，ＳｂＨは、コレクタが第２正極バスバーＰＶ２に接続されてハイサイドアームを構成している。ローサイドアームの各相のトランジスタＳａＬ，ＳｂＬは、エミッタが第２負極バスバーＮＶ２に接続されてローサイドアームを構成している。ハイサイドアームの各相のトランジスタＳａＨ，ＳｂＨのエミッタは、ローサイドアームの各相のトランジスタＳａＬ，ＳｂＬのコレクタに接続されている。ブリッジ回路３１は、各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬのコレクタ−エミッタ間においてエミッタからコレクタに向けて順方向となるように接続されるダイオードを備えている。

ハイサイドアームＡ相トランジスタＳａＨのエミッタとローサイドアームＡ相トランジスタＳａＬのコレクタとは、Ａ相入出力バスバー１９ａを介して接続されている。Ａ相入出力バスバー１９ａは、後述する複合型リアクトル３２のＡ相コイル３６の第２端部ａ２に接続されている。
ハイサイドアームＢ相トランジスタＳｂＨのエミッタとローサイドアームＢ相トランジスタＳｂＬのコレクタとは、Ｂ相入出力バスバー１９ｂを介して接続されている。Ｂ相入出力バスバー１９ｂは、後述する複合型リアクトル３２のＢ相コイル３７の第２端部ｂ２に接続されている。

図２及び図３に示すように、複合型リアクトル３２は、コア３５と、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７と、を備える。
コア３５の外形は、例えば、矩形環状に形成されている。コア３５は、例えば、第１分割コア４１、第２分割コア４２、第３分割コア４３、及び第４分割コア４４を備える。第１分割コア４１及び第２分割コア４２の外形は、例えば、同一のＵ字状に形成されている。第３分割コア４３及び第４分割コア４４の外形は、例えば、同一のＩ字状に形成されている。各分割コア４１，４２，４３，４４は、例えば、圧粉コア又は電磁鋼板の積層体などによって形成されている。

第１分割コア４１及び第２分割コア４２は、第１方向（つまり、第１分割コア４１及び第２分割コア４２の配列方向）において、互いの第１脚部４１ａ，４２ａの第１端面４１Ａ，４２Ａ同士を向い合せるとともに互いの第２脚部４１ｂ，４２ｂの第２端面４１Ｂ，４２Ｂ同士を向い合せるように配置されている。
第３分割コア４３及び第４分割コア４４は、第１方向に直交する第２方向（つまり、第３分割コア４３及び第４分割コア４４の配列方向）において、所定間隔を置いて配置されている。第３分割コア４３及び第４分割コア４４は、第２方向に所定間隔のギャップ４５を形成している。
第１分割コア４１及び第２分割コア４２は、互いの第１端面４１Ａ，４２Ａによって第３分割コア４３を第１方向の両側から挟み込むとともに、互いの第２端面４１Ｂ，４２Ｂによって第４分割コア４４を第１方向の両側から挟み込んでいる。

Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７は、例えば、同一形状の平角線の導体をエッジワイズ巻きしたエッジワイズコイルなどである。Ａ相コイル３６において、第１端部ａ１は第１正極バスバーＰＶ１に接続され、第２端部ａ２はＡ相入出力バスバー１９ａに接続されている。Ｂ相コイル３７において、第１端部ｂ１は第１正極バスバーＰＶ１に接続され、第２端部ｂ２はＢ相入出力バスバー１９ｂに接続されている。
Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の各々は、各第１脚部４１ａ，４２ａ及び各第２脚部４１ｂ，４２ｂに同一の巻き数で分割巻きされている。Ａ相コイル３６は、第１分割コア４１の第１脚部４１ａに巻回される第１Ａ相コイル３６ａ及び第１分割コア４１の第２脚部４１ｂに巻回される第２Ａ相コイル３６ｂを備える。Ｂ相コイル３７は、第２分割コア４２の第１脚部４２ａに巻回される第１Ｂ相コイル３７ａ及び第２分割コア４２の第２脚部４２ｂに巻回される第２Ｂ相コイル３７ｂを備える。第１Ａ相コイル３６ａ、第２Ａ相コイル３６ｂ、第１Ｂ相コイル３７ａ、及び第２Ｂ相コイル３７ｂの各巻き数は同一である。

Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７は、相互に逆極性に磁気結合されるように、共通のコア３５に巻回されている。
第１Ａ相コイル３６ａ及び第１Ｂ相コイル３７ａの各中心軸は同軸であり、各巻き方向は相反方向である。第２Ａ相コイル３６ｂ及び第２Ｂ相コイル３７ｂの各中心軸は同軸であり、各巻き方向は相反方向である。また、第１Ａ相コイル３６ａ及び第２Ａ相コイル３６ｂの各巻き方向は相反方向であり、第１Ｂ相コイル３７ａ及び第２Ｂ相コイル３７ｂの各巻き方向は相反方向である。
例えば図３に示す第１分割コア４１及び第２分割コア４２の配列方向（第１方向）Ｄから見て、第１Ａ相コイル３６ａは中心軸Ｚ１の周りに始点である第１端部ａ１から反時計回りに巻回され、第１Ｂ相コイル３７ａは中心軸Ｚ１の周りに始点である第１端部ｂ１から時計回りに巻回されている。例えば図３に示す第１分割コア４１及び第２分割コア４２の配列方向（第１方向）Ｄから見て、第２Ａ相コイル３６ｂは中心軸Ｚ２の周りに終点である第２端部ａ２に向かって時計回りに巻回され、第２Ｂ相コイル３７ｂは中心軸Ｚ２の周りに終点である第２端部ｂ２に向かって反時計回りに巻回されている。

図４に示すように、Ａ相コイル３６（つまり第１Ａ相コイル３６ａ及び第２Ａ相コイル３６ｂ）及びＢ相コイル３７（つまり第１Ｂ相コイル３７ａ及び第２Ｂ相コイル３７ｂ）の各々は、通電時に第１分割コア４１及び第２分割コア４２の内部に発生する各磁束Φａ，Φｂの向きが互いに相反するように構成されている。
例えば、Ａ相コイル３６の第１端部ａ１から第２端部ａ２へ電流Ｉａが流れる通電の際に第１分割コア４１及び第２分割コア４２の内部に発生するＡ相磁束Φａの向きと、Ｂ相コイル３７の第１端部ｂ１から第２端部ｂ２へ電流Ｉｂが流れる通電の際に第１分割コア４１及び第２分割コア４２の内部に発生するＢ相磁束Φｂの向きとは、互いに相反する。

Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７は、相互に逆極性に磁気結合されているので、ローサイドアームＡ相トランジスタＳａＬのオン（導通）制御によってＡ相コイル３６の第１端部ａ１から第２端部ａ２へ電流Ｉａが流れる場合、コア３５の磁化を相殺するようにＢ相コイル３７に誘起電圧が生じ、Ｂ相コイル３７の第１端部ｂ１から第２端部ｂ２へ電流Ｉｂが流れる。
また、ローサイドアームＢ相トランジスタＳｂＬのオン（導通）制御によってＢ相コイル３７の第１端部ｂ１から第２端部ｂ２へ電流Ｉｂが流れる場合、コア３５の磁化を相殺するようにＡ相コイル３６に誘起電圧が生じ、Ａ相コイル３６の第１端部ａ１から第２端部ａ２へ電流Ｉａが流れる。

Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の通電時において、第３分割コア４３及び第４分割コア４４の内部、並びに第３分割コア４３と第４分割コア４４との間のギャップ４５には、Ａ相コイル３６の通電によるＡ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相コイル３７の通電によるＢ相漏れ磁束ΦＬｂが生じる。Ａ相漏れ磁束ΦＬａの向き及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの向きは、互いに同方向である。
例えば、Ａ相コイル３６の第１端部ａ１から第２端部ａ２へ電流Ｉａが流れる通電の際に発生するＡ相漏れ磁束ΦＬａの向きと、Ｂ相コイル３７の第１端部ｂ１から第２端部ｂ２へ電流Ｉｂが流れる通電の際に発生するＢ相漏れ磁束ΦＬｂの向きとは、互いに第３分割コア４３から第４分割コア４４へと向かう同一方向である。

第１分割コア４１及び第２分割コア４２の内部において、Ａ相磁束Φａ及びＢ相磁束Φｂは相互に弱め合う。Ａ相磁束Φａの大きさとＢ相磁束Φｂの大きさとは、各漏れ磁束ΦＬａ，ΦＬｂに起因して相違する。Ａ相磁束Φａの大きさとＢ相磁束Φｂの大きさとの差分は、インダクタとして作用する。
例えば、Ａ相コイル３６の第１端部ａ１から第２端部ａ２へ電流Ｉａが流れるとともに、Ｂ相コイル３７の第１端部ｂ１から第２端部ｂ２へ電流Ｉｂが流れる通電の際には、Ａ相磁束Φａの大きさとＢ相磁束Φｂの大きさとの差分の変化を用いて、インダクタに磁気エネルギーを蓄積及び放出させることによって昇圧動作が行われる。

磁気検出器３３は、第３分割コア４３と第４分割コア４４との間のギャップ４５に配置されている。磁気検出器３３は、信号線によって電子制御ユニット１５に接続されている。磁気検出器３３は、ギャップ４５において相互に強め合うＡ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの大きさを検出する。
複合型リアクトル３２は、各コイル３６，３７の温度を検出する温度センサを備えてもよい。温度センサは、信号線によって電子制御ユニット１５に接続されてもよい。

本実施形態による電圧変換装置１は上記構成を備えており、次に、電圧変換装置１の動作について説明する。
電圧変換装置１は、ゲートドライブユニット１６から各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。

電圧変換装置１は、昇圧時において、ローサイドアームの各相のトランジスタＳａＬ，ＳｂＬがオン（導通）及びハイサイドアームの各相のトランジスタＳａＨ，ＳｂＨがオフ（遮断）に設定される第１状態と、ローサイドアームの各相のトランジスタＳａＬ，ＳｂＬがオフ（遮断）及びハイサイドアームの各相のトランジスタＳａＨ，ＳｂＨがオン（導通）に設定される第２状態とを、交互に切り替える。第１状態では、順次、バッテリ１１の正極端子ＰＢ、複合型リアクトル３２、ローサイドアームの各相のトランジスタＳａＬ，ＳｂＬ、バッテリ１１の負極端子ＮＢへと電流が流れ、複合型リアクトル３２が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第２状態では、複合型リアクトル３２に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにして複合型リアクトル３２の両端間に起電圧（誘導電圧）が発生する。複合型リアクトル３２に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧はバッテリ電圧に重畳されて、バッテリ１１の端子間電圧よりも高い昇圧電圧が電圧変換装置１の第２正極バスバーＰＶ２と第２負極バスバーＮＶ２との間に印加される。

電圧変換装置１は、降圧時において、第２状態と第１状態とを交互に切り替える。第２状態では、順次、電圧変換装置１の第２正極バスバーＰＶ２、ハイサイドアームの各相のトランジスタＳａＨ，ＳｂＨ、複合型リアクトル３２、バッテリ１１の正極端子ＰＢへと電流が流れ、複合型リアクトル３２が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第１状態では、複合型リアクトル３２に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにして複合型リアクトル３２の両端間に起電圧（誘導電圧）が発生する。複合型リアクトル３２に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧は降圧されて、電圧変換装置１の第２正極バスバーＰＶ２及び第２負極バスバーＮＶ２間の電圧よりも低い降圧電圧がバッテリ１１の正極端子ＰＢと負極端子ＮＢとの間に印加される。

電圧変換装置１は、いわゆる２相のインターリーブによってブリッジ回路３１の各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬを駆動する。電圧変換装置１は、昇圧時及び降圧時の各々において、各Ａ相トランジスタＳａＨ，ＳａＬのスイッチング制御の１周期と、各Ｂ相トランジスタＳｂＨ，ＳｂＬのスイッチング制御の１周期とを、相互に半周期だけずらしている。

電圧変換装置１は、昇圧時及び降圧時の各々において、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７に対する電流均等化の制御を実行する。電圧変換装置１は、Ａ相コイル３６の電流ＩａとＢ相コイル３７の電流Ｉｂとを同一にして、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の電流偏流率を均等化するように、ブリッジ回路３１の各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬを駆動する。電流偏流率は、例えば、Ａ相コイル３６の電流Ｉａ及びＢ相コイル３７の電流Ｉｂの合計に対するＡ相コイル３６の電流Ｉａ又はＢ相コイル３７の電流Ｉｂの比率などである。
例えば、電子制御ユニット１５は、磁気検出器３３によって検出されるＡ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの大きさが最大となるように、ブリッジ回路３１の各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬのオン（導通）／オフ（遮断）のスイッチングに対するデューティー比を制御する。

図５は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置１におけるＡ相コイル３６又はＢ相コイル３７の電流偏流率と、Ａ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの大きさとの対応関係の例を示すグラフ図である。図５に示すように、Ａ相コイル３６又はＢ相コイル３７における適宜の電流（例えば、各電流Ｉα，Ｉβ，Ｉγ）に対して、電流偏流率が５０％の場合にＡ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの大きさが最大値（例えば、各最大値ｗ１，ｗ２，ｗ３）となり、電流偏流率が５０％から増大又は減少することに伴いＡ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの大きさが最大値から減少傾向に変化する。
電子制御ユニット１５は、磁気検出器３３によって検出されるＡ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの大きさを最大にすることによって、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の電流偏流率を５０％として、Ａ相コイル３６の電流ＩａとＢ相コイル３７の電流Ｉｂとを同一にする。
例えば、電子制御ユニット１５は、Ａ相又はＢ相において、デューティー比を増大（又は減少）させることに伴って、磁気検出器３３から出力される検出値の大きさが減少する場合には、デューティー比を減少（又は増大）させる。Ａ相のデューティー比は、例えば、各Ａ相トランジスタＳａＨ，ＳａＬのスイッチング制御におけるローサイドアームＡ相トランジスタＳａＬのオン時間の比率である。Ｂ相のデューティー比は、例えば、各Ｂ相トランジスタＳｂＨ，ＳｂＬのスイッチング制御におけるローサイドアームＢ相トランジスタＳｂＬのオン時間の比率である。

電子制御ユニット１５は、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７に対する電流均等化の制御を実行する状態において、磁気検出器３３から出力される検出値の大きさに基づいて、Ａ相コイル３６又はＢ相コイル３７の電流合計値を取得する。例えば、電子制御ユニット１５は、予め作成された所定のマップを参照して、Ａ相コイル３６又はＢ相コイル３７の電流合計値を取得する。
図６は、本発明の実施形態に係る電圧変換装置１におけるＡ相コイル３６又はＢ相コイル３７の電流合計値と、Ａ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの大きさの最大値との対応関係の例を示すマップのグラフ図である。図６に示すように、Ａ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの大きさの最大値（例えば、各最大値ｗ１，ｗ２，ｗ３）が増大傾向に変化することに伴い、Ａ相コイル３６又はＢ相コイル３７の電流合計値（例えば、各電流合計値Ｉｗ１，Ｉｗ２，Ｉｗ３）は増大傾向に変化する。
Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７に対する電流均等化の制御を実行する状態において、磁気検出器３３から出力される検出値の大きさは、Ａ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの大きさの最大値となる。電子制御ユニット１５は、磁気検出器３３から出力される検出値の大きさに基づき、図６に示すようなマップを参照することよって、Ａ相コイル３６又はＢ相コイル３７の電流合計値を取得する。

上述したように、本実施形態の電圧変換装置１によれば、磁気結合されるＡ相コイル３６及びＢ相コイル３７が巻回されるコア３５のギャップ４５に生じるＡ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの大きさは、Ａ相コイル３６又はＢ相コイル３７の電流偏流率と相関を有する。Ａ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの大きさが最大となる場合、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の各々に流れる電流の大きさが同一に均等化される。これにより、ブリッジ回路３１の各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬのデューティー比を制御して、磁気検出器３３から出力される検出値の大きさを最大とすることによって、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の各々に流れる電流及び各コイル３６，３７によって形成される磁束の大きさにばらつきが生じることを抑制することができる。

また、コアのギャップに生じる磁束の大きさの最大値と、第１コイル又は第２コイルに流れる電流の合計値との対応関係を示すデータを参照することによって、一次側である第１コイル又は第２コイルに流れる電流を推定することができる。
また、コア３５のギャップ４５に配置する１つの磁気検出器３３を用いて電流均等化の制御を実行することができ、例えば、Ａ相及びＢ相の各相毎に電流又は磁束の大きさを検出する検出器を設ける場合に比べて、装置の大型化を抑制し、装置構成に要する費用の増大を抑制することができる。

以下、実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、コア３５は、第１分割コア４１、第２分割コア４２、第３分割コア４３、及び第４分割コア４４によって構成されるとしたが、これに限定されない。コア３５は、例えば、他の形状の複数の分割コアによって構成されてもよいし、単一の部材によって構成されてもよい。
上述した実施形態において、電圧変換装置１は車両１０に搭載されるとしたが、これに限定されず、他の機器に搭載されてもよい。

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…電圧変換装置、１０…車両、１１…バッテリ、１２…モータ、１３…パワーモジュール、１５…電子制御ユニット（制御部）、１６…ゲートドライブユニット、３３…磁気検出器、３５…コア、３６…Ａ相コイル（第１コイル）、３７…Ｂ相コイル（第２コイル）、４５…ギャップ、ａ１，ｂ１…第１端部、ａ２，ｂ２…第２端部、ＳａＨ，ＳｂＨ…ハイサイドアームの各相のトランジスタ（スイッチング素子）、ＳａＬ，ＳｂＬ…ローサイドアームの各相のトランジスタ（スイッチング素子）、Φａ…Ａ相磁束、ΦＬａ…Ａ相漏れ磁束、Φｂ…Ｂ相磁束、ΦＬｂ…Ｂ相漏れ磁束

Claims (3)

1. 電圧入力側の第１端部及び電圧出力側の第２端部を備える少なくとも１つの第１コイル及び少なくとも１つの第２コイルと、
   前記少なくとも１つの第１コイル及び前記少なくとも１つの第２コイルの各々に接続される複数のスイッチング素子と、
   前記第１コイルの前記第１端部から前記第２端部へ電流が流れる通電の際に発生する磁束の向きと、前記第２コイルの前記第１端部から前記第２端部へ電流が流れる通電の際に発生する磁束の向きとが、互いに相反するように、前記第１コイル及び前記第２コイルが巻回されるコアと、
   前記コアに形成されるギャップにおいて前記第１コイルの前記通電及び前記第２コイルの前記通電によって生じる互いに同じ向きの磁束の大きさを検出する磁気検出器と、
   前記磁気検出器によって検出される前記磁束の大きさに基づいて、前記複数のスイッチング素子を駆動する制御部と、
   を備える、
   ことを特徴とする電圧変換装置。
2. 前記制御部は、
   前記磁気検出器によって検出される前記磁束の大きさが最大となるように、前記複数のスイッチング素子のデューティー比を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電圧変換装置。
3. 前記制御部は、
   前記磁気検出器によって検出される前記磁束の大きさの最大値と、前記少なくとも１つの第１コイル又は前記少なくとも１つの第２コイルに流れる電流の合計値との対応関係に基づいて、前記磁束の大きさの最大値に対応する前記電流の合計値を取得する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電圧変換装置。

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