JP2021153091A - 磁性部品、電力変換装置、および電力変換システム - Google Patents
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Abstract
Description
[構成例]
図1は、本発明の一実施の形態に係るトランスを備えた電力変換装置1の一構成例を表すものである。この電力変換装置1は、直流電力を変圧するLLC共振コンバータである。電力変換装置1は、端子T11,T12と、端子T21,T22とを備えている。端子T11,T12は直流電源PDCに接続され、端子T21,T22は負荷LDに接続される。電力変換装置1は、直流電源PDCから供給された直流電力を変換し、変換された直流電力を負荷LDに供給するように構成される。
図2は、トランス20の一構成例を表すものである。図2には、I−I矢視方向のトランス20の断面図、およびII−II矢視方向のトランス20の断面図をも描いている。トランス20は、この例では、プレーナトランスである。トランス20は、磁気コア100と、基板200とを有している。
続いて、本実施の形態の電力変換装置1の動作および作用について説明する。
まず、図1を参照して、電力変換装置1の全体動作概要を説明する。電力変換装置1では、スイッチング回路12において、トランジスタ13,14がスイッチング動作を行うことにより、直流電源PDCから供給された直流電圧に基づいて交流電圧を生成する。トランス20は、この交流電圧を変成比Rにより変換する。整流回路16Aは、トランス20の巻線22A,23Aから出力された交流電圧を整流し、整流回路16Bは、トランス20の巻線22B,23Bから出力された交流電圧を整流し、整流回路16Cは、トランス20の巻線22C,23Cから出力された交流電圧を整流し、整流回路16Dは、トランス20の巻線22D,23Dから出力された交流電圧を整流する。平滑回路17Aは、整流回路16Aにより整流された電圧を平滑化し、平滑回路17Bは、整流回路16Bにより整流された電圧を平滑化し、平滑回路17Cは、整流回路16Cにより整流された電圧を平滑化し、平滑回路17Dは、整流回路16Dにより整流された電圧を平滑化する。
図4は、電力変換装置1の一動作例を表すものである。この図4において、I1は、巻線21に流れる電流を示し、I2は、巻線22A,23A,22B,23B,22C,23C,22D,23Dに流れる電流の合計電流を示し、Imは励磁電流を示す。この励磁電流Imは、I1−I2・Rで表される。Rはトランス20における変成比である。変成比Rは、トランスの一次側巻線(巻線21B〜21E)の巻き数を、トランスの二次側巻線(例えば巻線22A)の巻き数で除した値である。
以上のように本実施の形態では、5つの脚部111〜115を設け、脚部112,113を、X方向において脚部111を挟んで配置するとともに、脚部114,115を、Y方向において脚部111を挟んで配置するようにした。また、接続端子T1から接続端子T2に向かう方向において、巻線21を、脚部111,112,113に第1の巻方向に巻き付けるとともに、脚部114,115に第2の巻方向に巻き付けるようにした。これにより、トランスのサイズを小さくすることができる。特に、脚部114,115の断面積を、脚部112,113の断面積よりも大きくするとともに、X方向における脚部114,115の幅を、Y方向における脚部112,113の幅よりも広くしたので、トランスのサイズを効果的に小さくすることができる。
上記実施の形態では、トランス20において、巻線21A,21B,21C,21D,21Eを直列に接続することにより巻線21を構成したが、これに限定されるものではない。以下に、本変形例に係る電力変換装置1Aについて、詳細に説明する。
上記実施の形態では、2つのトランジスタ13,14を用いてスイッチング回路12を構成するとともに、2つのダイオードD1,D2を用いて各整流回路16を構成したが、これに限定されるものではない。以下に、本変形例に係る電力変換装置1Bについて、詳細に説明する。
上記実施の形態では、共振コイルを含む巻線21が、電力変換装置1における1次側回路に接続されるようにしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図14に示す電力変換装置1Cのように、巻線21が2次側回路に接続されるようにしてもよい。この電力変換装置1Cは、キャパシタ11と、スイッチング回路32と、トランス20Bと、キャパシタ35と、整流回路36と、平滑回路37とを備えている。トランス20Bの接続端子T6,T8は、スイッチング回路32のノードN1に接続され、トランス20Bの接続端子T7,T9は、スイッチング回路32のノードN2に接続される。トランス20Bの接続端子T1は、キャパシタ35の一端に接続される。トランス20Bの接続端子T2は、整流回路36のノードN4に接続される。キャパシタ35の一端はトランス20Bの接続端子T1に接続され、他端は整流回路36のノードN3に接続される。
上記実施の形態におけるトランス20は、さらにヒートシンクを有していてもよい。以下に、本変形例に係るトランス20Dについて詳細に説明する。トランス20Dは、磁気コア100Dと、基板200と、ヒートシンク130とを有する。
例えば、脚部111〜115のうちの一部またはすべてにおける磁気結合部に、エアギャップ、スペーサギャップ、ギャップシートなどを設けてもよい。
また、これらの変形例のうちの2以上を組み合わせてもよい
次に、第2の実施の形態に係る電力変換装置2について説明する。本実施の形態は、トランスの構成が、上記第1の実施の形態と異なるものである。なお、上記第1の実施の形態に係る電力変換装置2と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
上記実施の形態に係る電力変換装置2に、上記第1の実施の形態の変形例1−1〜1−3を適用してもよい。
上記実施の形態におけるトランス40は、上記第1の実施の形態の変形例1−4と同様に、さらにヒートシンクを有していてもよい。以下に、本変形例に係るトランス40Dについて詳細に説明する。トランス40Dは、磁気コア300Dと、基板400と、ヒートシンク330とを有する。
例えば、脚部311〜316のうちの一部またはすべてにおける磁気結合部に、エアギャップ、スペーサギャップ、ギャップシートなどを設けてもよい。
また、これらの変形例のうちの2以上を組み合わせてもよい
Claims (11)
- 互いに対向する2つの基体部と、前記2つの基体部の対向面内に配置され、前記2つの基体部を磁気結合させる第1の脚部、第2の脚部、第3の脚部、第4の脚部、および第5の脚部を含む5つの脚部とを有し、前記第2の脚部および前記第3の脚部は第1の方向において前記第1の脚部を挟んで配置され、前記第4の脚部および前記第5の脚部は第2の方向において前記第1の脚部を挟んで配置された磁気コアと、
第1の接続端子と、第2の接続端子と、
前記第1の接続端子から前記第2の接続端子に向かう方向において、前記第1の脚部、前記第2の脚部、および前記第3の脚部に第1の巻方向に巻き付けられ、前記第4の脚部および前記第5の脚部に第2の巻方向に巻き付けられた第1の巻線と、
前記5つの脚部のうちの、前記第1の脚部以外の4つの脚部に巻き付けられた1または複数の第2の巻線と
を備えた磁性部品。 - 前記第4の脚部の断面積および前記第5の脚部の断面積は、前記第2の脚部の断面積および前記第3の脚部の断面積よりも大きい
請求項1に記載の磁性部品。 - 前記第1の方向における前記第4の脚部の幅および前記第5の脚部の幅は、前記第2の方向における前記第2の脚部の幅および前記第3の脚部の幅よりも広い
請求項1または請求項2に記載の磁性部品。 - 前記第1の方向における前記第1の脚部の幅は、前記第2の方向における前記第2の脚部の幅および前記第3の脚部の幅よりも広い
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の磁性部品。 - ヒートシンクをさらに備え、
前記2つの基体部は、第1の基体部と、第2の基体部とを有し、
前記第1の基体部は、前記第1の脚部と前記第2の脚部との間に設けられた第1の開口部と、前記第1の脚部と前記第3の脚部との間に設けられた第2の開口部とを有し、
前記ヒートシンクは、前記第1の基体部に取り付けられ、前記第1の基体部の前記第1の開口部に対応する位置に設けられた第1の突起部と、前記第1の基体部の前記第2の開口部に対応する位置に設けられた第2の突起部とを有する
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の磁性部品。 - 互いに対向する2つの基体部と、前記2つの基体部の対向面内に配置され、前記2つの基体部を磁気結合させる第1の脚部、第2の脚部、第3の脚部、第4の脚部、第5の脚部、および第6の脚部を含む6つの脚部とを有し、前記第1の脚部、前記第2の脚部、および前記第3の脚部は第1の方向にこの順に並設され、前記第4の脚部、前記第5の脚部、および前記第6の脚部は前記第1の方向にこの順で並設され、前記第1の脚部および前記第4の脚部は第2の方向に並設され、前記第2の脚部および前記第5の脚部は前記第2の方向に並設され、前記第3の脚部および前記第6の脚部は前記第2の方向に並設された磁気コアと、
第1の接続端子と、第2の接続端子と、
前記第1の接続端子から前記第2の接続端子に向かう方向において、前記第1の脚部、前記第3の脚部、および前記第5の脚部に第1の巻方向に巻き付けられ、前記第2の脚部、前記第4の脚部、および前記第6の脚部に第2の巻方向に巻き付けられた第1の巻線と、
前記6つの脚部のうちの、前記第1の脚部および前記第6の脚部以外の4つの脚部に巻き付けられた1または複数の第2の巻線と
を備えた磁性部品。 - 前記第2の脚部の断面積および前記第5の脚部の断面積は、前記第1の脚部の断面積、前記第3の脚部の断面積、前記第4の脚部の断面積、および前記第6の脚部の断面積よりも大きい
請求項6に記載の磁性部品。 - ヒートシンクをさらに備え、
前記2つの基体部は、第1の基体部と、第2の基体部とを有し、
前記第1の基体部は、前記第1の脚部、前記第2の脚部、前記第4の脚部、および前記第5の脚部の間に設けられた第1の開口部と、前記第2の脚部、前記第3の脚部、前記第5の脚部、および前記第6の脚部の間に設けられた第2の開口部とを有し、
前記ヒートシンクは、前記第1の基体部に取り付けられ、前記第1の基体部の前記第1の開口部に対応する位置に設けられた第1の突起部と、前記第1の基体部の前記第2の開口部に対応する位置に設けられた第2の突起部とを有する
請求項6または請求項7に記載の磁性部品。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の磁性部品と、
前記磁性部品の前記第1の接続端子および前記第2の接続端子のうちの少なくとも一方に接続され、1または複数のスイッチング素子を有するスイッチング回路と、
前記磁性部品の前記1または複数の第2の巻線に接続された整流回路と、
前記整流回路に接続された平滑回路と
を備えた電力変換装置。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の磁性部品と、
前記磁性部品の前記1または複数の第2の巻線に接続され、1または複数のスイッチング素子を有するスイッチング回路と、
前記磁性部品の前記第1の接続端子および前記第2の接続端子に接続された整流回路と、
前記整流回路に接続された平滑回路と
を備えた電力変換装置。 - 請求項9または請求項10に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置の前記スイッチング回路に接続された第1のバッテリと、
前記電力変換装置の前記平滑回路に接続された第2のバッテリと
を備えた電力変換システム。
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