JP2025041244A - 多巻線変圧器、並びに電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁型の電力変換装置を高電圧化もしくは大容量化することができる多巻線変圧器、並びにこの多巻線変圧器を用いる電力変換装置を提供する。【解決手段】絶縁用の多巻線変圧器は、複数の脚部（１０２）を有する磁性体コアと、複数の脚部の各々に巻かれる一次巻線（１００）および二次巻線（１０１）を有する。複数の脚部の内の異なる二つの脚部に巻かれる一次巻線には、電力変換器（１０４）から互いに位相が異なる電圧が入力される。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の巻線を有する多巻線変圧器、並びに多巻線変圧器を用いる絶縁型の電力変換装置に関する。

電力系統における再生可能エネルギー源の普及や電気自動車用充電設備の整備の進展に伴い、中高圧絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータが、高電圧交流電源と低電圧直流バスとを相互接続する電力変換装置として、普通に利用されるようになりつつある。

絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータに関する従来技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。

特許文献１（図９）に記載の絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータでは、絶縁用変圧器として、独立した６個の巻線を備える多巻線変圧器が用いられる。３個の巻線の各々には、ＤＣ／ＡＣ変換器の交流出力が接続される。他の３個の巻線の各々には、ＡＣ／ＤＣ変換器の交流入力が接続される。

３台のＤＣ／ＡＣ変換器は、外部交流系統からの交流電力から変換される直流電力を、電圧位相が同相である交流電力に変換する。３台のＤＣ／ＡＣ変換器が出力する交流電力は、多巻線変圧器を介して、３台のＡＣ／ＤＣ変換器に伝送される。３台のＡＣ／ＤＣ変換器は、多巻線変圧器を介して受電する交流電力を直流電力に変換する。各ＡＣ／ＤＣ変換器が出力する直流電力によって、電気自動車が充電される。

国際公開第２０２０／２１７７２１号

上記従来技術においては、多巻線変圧器における多数の巻線間の絶縁については考慮されていない。さらに、多巻線変圧器の磁性体コアを介する磁気的結合により、ＤＣ／ＡＣ変換器間で干渉が生じ、複数のＤＣ／ＡＣ変換器の動作がアンバランスになる。このため、絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータを高電圧化もしくは大容量化することが難しい。

そこで、本発明は、絶縁型の電力変換装置を高電圧化もしくは大容量化することができる多巻線変圧器、並びにこの多巻線変圧器を用いる電力変換装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明による多巻線変圧器は、絶縁用であって、複数の脚部を有する磁性体コアと、複数の脚部の各々に巻かれる一次巻線および二次巻線を有する。複数の脚部の内の異なる二つの脚部に巻かれる一次巻線には、電力変換器から互いに位相が異なる電圧が入力される。

上記課題を解決するために、本発明による電力変換装置は、多巻線変圧器を備えるものであって、多巻線変圧器は、複数の脚部を有する磁性体コアと、複数の脚部に巻かれる複数の一次巻線および複数の二次巻線を有する。さらに、本発明による電力変換装置は、複数の一次巻線に交流電圧を入力する複数の第１電力変換器と、複数の二次巻線から交流電圧を入力する複数の第２電力変換器と、を備える。複数の脚部の内の異なる二つの脚部に巻かれる一次巻線に接続される二台の第１電力変換器は、互いに位相が異なる電圧を出力する。

本発明によれば、多巻線変圧器を備える絶縁型の電力変換装置を高電圧化もしくは大容量化することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１である絶縁型の電力変換装置を示す概略構成図である。 図１における変換器ユニット１０４の構成を示すブロック図である。 図２におけるＡＣ／ＤＣコンバータ部２０２の一例を示す回路図である。 図２におけるＡＣ／ＤＣコンバータ部２０２の他の例を示す回路図である。 図２におけるＤＣ／ＡＣコンバータ部２０５の一例を示す回路図である。 図２におけるＤＣ／ＡＣコンバータ部２０５の他の例を示す回路図である。 図１における変換器ユニット１０３の構成を示すブロック図である。 図７におけるＡＣ／ＤＣコンバータ部の一例を示す回路図である。 図７におけるＡＣ／ＤＣコンバータ部の他の例を示す回路図である。 図１における変換器ユニット１０４が一次巻線１００へ出力するＰＷＭパルス電圧の一部を示す波形図である。 多巻線変圧器の磁性体コアが３個の脚部１０２を有する場合における、変換器ユニット１０４の出力電圧と、変換器ユニット１０３の入力電圧と、各脚部１０２における磁束を示す波形図である。 実施例２である絶縁型の電力変換装置を示す概略構成図である。 実施例３である絶縁型の電力変換装置を示す概略構成図である。 実施例４である絶縁型の電力変換装置を示す概略構成図である。 実施例５である絶縁型の電力変換装置を示す概略構成図である。 実施例６である絶縁型の電力変換装置を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について、下記の実施例１～６により、図面を用いながら説明する。

各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。

図１は、本発明の実施例１である絶縁型の電力変換装置を示す概略構成図である。

実施例１における多巻線変圧器は、多数の巻線が巻かれる一つの磁性体コアを有する。磁性体コアは、複数の巻線が巻かれる複数の脚部１０２と、複数の脚部１０２を連結する枠体部１０９とを有する。複数の脚部１０２は、互いに長手方向が平行になるように、かつ互いに等間隔に並置されている。複数の脚部１０２は枠体部１０９によって磁気的に結合している。すなわち、複数の脚部１０２および枠体部１０９とは一つの磁気回路を構成している。

複数（図１ではｍ個（ｍ≧２））の脚部１０２の各々においては、複数（図１ではｎ個（ｎ≧２））の一次巻線１００、並びに複数（図１では、一次巻線１００と同数のｎ個（ｎ≧２））の二次巻線１０１が巻かれる。各脚部１０２において、ｎ個の一次巻線１００は、脚部１０２の長手方向における一方側において、隣接はしているが、互いに重ならないように分割巻きによって巻かれている。各脚部１０２において、ｎ個の二次巻線１０１は、脚部１０２の長手方向における他方側において、互いに隣接はしているが重ならないように、分割巻きによって巻かれている。

各脚部１０２において、ｎ個の一次巻線１００からなる一次巻線セット１０７、およびｎ個の二次巻線１０１からなる二次巻線セット１０８は、それぞれ、脚部１０２の長手方向における一方側および他方側に位置する。すなわち、各脚部１０２において、一次巻線セット１０７および二次巻線セット１０８は、分割巻きによって巻かれている。

ｍ個の脚部１０２における複数（図１ではｍｎ（ｍ×ｎ）個）の一次巻線１００からなる一次巻線群１０５、並びにｍ個の脚部１０２における複数（図１ではｍｎ（ｍ×ｎ）個）の二次巻線１０１からなる二次巻線群１０６は、それぞれ、ｍ個の脚部１０２の長手方向における一方側および他方側に位置する。すなわち、ｍ個の脚部１０２において、一次巻線群１０５および二次巻線群１０６は、分割巻きによって巻かれている。

上述のような巻線の構成により、複数の巻線間における電気的絶縁性を向上することができる。

複数（図１ではｍｎ（ｍ×ｎ）個）の一次巻線１００の各々には、変換器ユニット１０４が接続される。実施例１において、変換器ユニット１０４は、ＤＣ／ＡＣコンバータ部すなわちインバータ部を有する。各一次巻線１００には、インバータ部の交流出力が接続される。

複数（図１ではｍｎ（ｍ×ｎ）個）の二次巻線１０１の各々には、変換器ユニット１０３が接続される。実施例１において、変換器ユニット１０３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ部を有する。なお、各二次巻線１０１には、ＡＣ／ＤＣコンバータ部の交流入力が接続される。なお、実施例１においては、インバータ部をＡＣ／ＤＣコンバータとして動作させる。

上述のような、多巻線変圧器、複数の変換器ユニット１０４および複数の変換器ユニット１０３によって、実施例１である電力変換装置は、複数の直流出力を備える多出力絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータとして動作する。

図２は、図１における変換器ユニット１０４の構成を示すブロック図である。

変換器ユニット１０４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ部２０２およびＤＣ／ＡＣコンバータ部２０５からなる。ＡＣ／ＤＣコンバータ部２０２の直流出力と、ＤＣ／ＡＣコンバータ部２０５の直流入力とが、直流バス２０３，２０４で接続されている。なお、直流バス２０３，２０４は、それぞれ、負の直流バスおよび正の直流バスである。ＡＣ／ＤＣコンバータ部２０２の交流入力およびＤＣ／ＡＣコンバータ部２０５の交流入力が、それぞれ変換器ユニットの交流入力２００，２０１および交流出力２０６，２０７である。

図３は、図２におけるＡＣ／ＤＣコンバータ部２０２の一例を示す回路図である。

ＡＣ／ＤＣコンバータ部２０２は、半導体スイッチング素子（図３では、ＩＧＢＴ）とダイオードが逆並列に接続された半導体装置３００が用いられる単相フルブリッジ回路と、単相フルブリッジ回路に並列に接続される直流リンクキャパシタ３０１とからなる。各ハーフブリッジ回路における２個の半導体装置３００の直列接続点を交流入力２００，２０１とする。二つのハーフブリッジ回路並びに直流リンクキャパシタ３０１の並列接続点が、直流出力として、直流バス２０３，２０４に接続される。

交流入力２００，２０１に入力される交流電力が、ダイオードにより整流されて、直流電力に変換される。直流電力は、直流リンクキャパシタ３０１を充電するとともに、直流バス２０３，２０４に出力される。

図４は、図２におけるＡＣ／ＤＣコンバータ部２０２の他の例を示す回路図である。

ＡＣ／ＤＣコンバータ部２０２は、半導体スイッチング素子（図４では、ＩＧＢＴ）とダイオードが逆並列に接続された半導体装置３００が用いられるハーフブリッジ回路と、直流リンクキャパシタ３０１，３０２の直列接続回路との、並列接続からなる。ハーフブリッジ回路における２個の半導体装置３００の直列接続点、および二つの直流リンクキャパシタ３０１，３０２の直列接続点を、それぞれ、交流入力２００および２０１とする。ハーフブリッジ回路の両端、すなわち直流リンクキャパシタ３０１，３０２の直列接続回路の両端が、直流バス２０３，２０３に接続される。

交流入力２００，２０１に入力されるＡＣ電力が、ダイオードにより整流されて、直流電力に変換される。直流電力は、交流入力電圧の極性に応じて、直流リンクキャパシタ３０１，３０２を交互に充電する。

図５は、図２におけるＤＣ／ＡＣコンバータ部２０５の一例を示す回路図である。

ＤＣ／ＡＣコンバータ部２０５は、半導体スイッチング素子（図５では、ＩＧＢＴ）とダイオードが逆並列に接続された半導体装置３００が用いられる単相フルブリッジ回路と、単相フルブリッジ回路に並列に接続される直流リンクキャパシタ３０１とからなる。各ハーフブリッジ回路における２個の半導体装置３００の直列接続点を交流出力２０６，２０７とする。二つのハーフブリッジ回路並びに直流リンクキャパシタ３０１の並列接続点が、直流入力として、直流バス２０３，２０４に接続される。

直流バス２０３，２０４から入力される直流電力が、半導体装置３００のスイッチング動作により、交流電力に変換される。交流電力は、交流出力２０６，２０７から出力される。

図６は、図２におけるＤＣ／ＡＣコンバータ部２０５の他の例を示す回路図である。

ＤＣ／ＡＣコンバータ部２０５は、半導体スイッチング素子（図６では、ＩＧＢＴ）とダイオードが逆並列に接続された半導体装置３００が用いられるハーフブリッジ回路と、直流リンクキャパシタ３０１，３０２の直列接続回路との、並列接続からなる。ハーフブリッジ回路における２個の半導体装置３００の直列接続点、および二つの直流リンクキャパシタ３０１，３０２の直列接続点を、それぞれ、交流出力２０６および２０７とする。ハーフブリッジ回路の両端、すなわち直流リンクキャパシタ３０１，３０２の直列接続回路の両端が、直流バス２０３，２０４に接続される。

直流バス２０３，２０４から入力される直流電力が、半導体装置３００のスイッチング動作により、交流電力に変換される。交流電力は、交流出力２０６，２０７から出力される。

図７は、図１における変換器ユニット１０３の構成を示すブロック図である。

変換器ユニット１０３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ部からなる。ＡＣ／ＤＣコンバータ部の直流出力が、直流バス５０２，５０３に接続されている。なお、直流バス５０２，５０３は、それぞれ、正の直流バスおよび負の直流バスである。ＡＣ／ＤＣコンバータ部の交流入力が、変換器ユニット１０３の交流入力５００，５０１である。

図８は、図７におけるＡＣ／ＤＣコンバータ部の一例を示す回路図である。

ＡＣ／ＤＣコンバータ部は、半導体スイッチング素子（図８では、ＩＧＢＴ）とダイオードが逆並列に接続された半導体装置３００が用いられる単相フルブリッジ回路と、単相フルブリッジ回路に並列に接続される直流リンクキャパシタ３０１とからなる。各ハーフブリッジ回路における２個の半導体装置３００の直列接続点を交流入力５００，５０１とする。二つのハーフブリッジ回路並びに直流リンクキャパシタ３０１の並列接続点が、直流出力として、直流バス５０２，５０３に接続される。

交流入力５００，５０１に入力される交流電力が、ダイオードにより整流されて、直流電力に変換される。直流電力は、直流リンクキャパシタ３０１を充電するとともに、直流バス５０２，５０３に出力される。

図９は、図７におけるＡＣ／ＤＣコンバータ部の他の例を示す回路図である。

ＡＣ／ＤＣコンバータ部は、半導体スイッチング素子（図９では、ＩＧＢＴ）とダイオードが逆並列に接続された半導体装置３００が用いられるハーフブリッジ回路と、直流リンクキャパシタ３０１，３０２の直列接続回路との、並列接続からなる。ハーフブリッジ回路における２個の半導体装置３００の直列接続点、および二つの直流リンクキャパシタ３０１，３０２の直列接続点を、それぞれ、交流入力５００および５０１とする。ハーフブリッジ回路の両端、すなわち直流リンクキャパシタ３０１，３０２の直列接続回路の両端が、直流バス５０２，５０３に接続される。

交流入力５００，５０１に入力される交流電力が、ダイオードにより整流されて、直流電力に変換される。直流電力は、交流入力電圧の極性に応じて、直流リンクキャパシタ３０１，３０２を交互に充電する。

図１０は、図１における変換器ユニット１０４が一次巻線１００へ出力するＰＷＭパルス電圧の一部を示す波形図である。

多巻線変圧器における磁性体コアのｍ個の脚部１０２に対して、図１において左端の脚部１０２から右方向に向かって、順に、１，２，３，…，ｍと、番号付けする。ｉ番目（ｉ＝１～ｍ）の脚部１０２に巻かれるｎ個の一次巻線１００に接続されるｎ個の変換器ユニット１０４の出力電圧を、図１において脚部１０２の上端部から下方に向かって、順に、Ｖ_ｐｉ１，Ｖ_ｐｉ２，…，Ｖ_ｐｉｎとする。

図１０に示すように、Ｖ_ｐ１１とＶ_ｐ１ｎは、電圧の大きさが等しく、かつ位相差が零、すなわち同相である。Ｖ_ｐ１１とＶ_ｐ１ｎだけでなく、Ｖ_ｐ１ｉ（ｉ＝１～ｍ）は電圧の大きさが等しく、かつ同相である。同様に、ｉ番目（ｉ＝１～ｍ）の脚部１０２に巻かれるｎ個の一次巻線１００に接続されるｎ個の変換器ユニット１０４の出力電圧Ｖ_ｐｉｊ（ｊ＝１～ｎ）は電圧の大きさが等しく、かつ同相である。

図１０に示すように、Ｖ_ｐ１１とＶ_ｐｍ１は、電圧の大きさが等しく、かつ位相差がΦである。ここで、Φ＝（３６０°／ｍ）×（ｍ－１）である。Ｖ_ｐ１１とＶ_ｐｍ１だけでなく、Ｖ_ｐ１１とＶ_ｐｉ１（ｉ＝２～ｍ）は、電圧の大きさが等しく、かつ位相差がΦ（＝（３６０°／ｍ）×（ｍ－１））である。同様に、ｉ番目（ｉ＝２～ｍ）の脚部１０２に巻かれるｎ個の一次巻線１００に接続されるｎ個の変換器ユニット１０４の出力電圧Ｖ_ｐｉｊ（ｊ＝１～ｎ）は、Ｖ_ｐ１ｊ（ｊ＝１～ｎ）に対して、位相差Φ（＝（３６０°／ｍ）×（ｉ－１））を有する。

上述のように位相差を設定すると、隣り合う脚部１０２（ｉ番目とｉ＋１番目）に巻かれる一次巻線に接続される変換器ユニット１０４の出力電圧Ｖ_ｐｉｊ，Ｖ_{ｐｉｊ＋１}は、位相差は３６０°／ｍである。したがって、実施例１では、各脚部１０２に巻かれるｎ個の一次巻線１００に接続されるｎ個の変換器ユニット１０４の各出力電圧は同相である。また、実施例１では、ｍ個の脚部１０２の内、任意の隣接する二つの脚部１０２に巻かれる一次巻線に接続される変換器ユニット１０４の出力電圧は等しい位相差（＝３６０°／ｍ）を有する。なお、実施例１においては、Ｖ_ｐｉｊ（ｉ＝１～ｍ，ｊ＝１～ｎ）の大きさは等しい。

例えば、脚部１０２が３個である場合、Ｖ_ｐ１ｊとＶ_ｐ２ｊの位相差は１２０°（＝３６０°／３）であり、Ｖ_ｐ２ｊとＶ_ｐ３ｊの位相差は１２０°（＝３６０°／３）である。

ｍ個の脚部１０２の内、任意の隣接する二つの脚部１０２に巻かれる一次巻線に接続される変換器ユニット１０４の出力電圧は等しい位相差（＝３６０°／ｍ）を有する。これにより、多巻線変圧器の複数の異なる脚部１０２に巻かれる複数の一次巻線に接続される複数の変換器ユニット１０４が相互に干渉（例えば、横流）し合うことにより、各脚部１０２に巻かれる複数の一次巻線に接続される複数の変換器ユニット１０４が受けるもしくは与える干渉が低減される。したがって、複数多巻線変圧器における複数（ｍ×ｎ個）の一次巻線に接続される複数（ｍ×ｎ個）の変換器ユニット１０４の動作のバランスが向上する。

図１１は、多巻線変圧器の磁性体コアが３個の脚部１０２を有する場合における、各一次巻線１００に接続される変換器ユニット１０４の出力電圧と、各二次巻線１０１に接続される変換器ユニット１０３の入力電圧と、各脚部１０２における磁束を示す波形図である。なお、横軸は、位相を示す。

変換器ユニット１０４の出力電圧１３００，１３０４，１３０７は、それぞれ、図１に示すＶ_ｐ１１～Ｖ_ｐ１ｎ，Ｖ_ｐ２１～Ｖ_ｐ２ｎ，Ｖ_ｐ３１～Ｖ_ｐ３ｎに対応する。

変換器ユニット１０３の入力電圧１３０１，１３０５，１３０８は、それぞれ、図１に示すＶ_ｓ１１～Ｖ_ｓ１ｎ，Ｖ_ｓ２１～Ｖ_ｓ２ｎ，Ｖ_ｓ３１～Ｖ_ｓ３ｎに対応する。

なお、図１においては、変換器ユニット１０４の出力電圧と同様に、ｉ番目（ｉ＝１～ｍ）の脚部１０２に巻かれるｎ個の二次巻線１０１に接続されるｎ個の変換器ユニット１０３の出力電圧を、図１において脚部１０２の下端部に向かって、順に、Ｖ_ｓｉ１，Ｖ_ｓｉ２，…，Ｖ_ｓｉｎとする。

磁束１３０２，１３０６，１３０９は、それぞれ、１番目、２番目、３番目の脚部１０２における磁束に対応する。

図１１に示すように、出力電圧１３００，１３０４間の位相差は１２０°である。出力電圧１３００，１３０７間の位相差は２４０度であり、したがって、出力電圧１３０４，１３０７間の位相差は１２０度である。なお、変換器ユニット１０４の出力電圧１３０７，１３００間の位相差も１２０°である。これにより、複数の変換器ユニット１０４の動作がバランスするので、磁束１３０２，１３０６，１３０９の大きさ（振幅）が均一になる。

図１１に示すように、入力電圧１３０１は、出力電圧１３００に対して、位相がδだけ遅れている。同様に、入力電圧１３０５は、出力電圧１３０４に対して、位相がδだけ遅れ、入力電圧１３０８は、出力電圧１３０７に対して、位相がδだけ遅れている。ここで、対応する変換器ユニット１０３では、出力電圧に対して入力電圧の位相遅れがδになるように、図示しない制御装置によって半導体スイッチング素子のスイッチングが制御される。

位相遅れδに応じて、変換器ユニット１０４から、多巻線変圧器を介して、変換器ユニット１０３へ電力が伝送される。

上述のように、実施例１によれば、多巻線変圧器が、一次巻線１００および二次巻線１０１が分割巻きによって巻かれる脚部１０２を複数備え、異なる脚部に巻かれる一次巻線には、変換器ユニット１０４から位相が互いに異なる電圧が入力される。これにより、複数の脚部における磁束の大きさのバランスが向上するとともに、複数の変換器ユニット１０４の動作のバランスが向上する。

したがって、絶縁型の電力変換装置の電力損失が低減できたり、絶縁型の電力変換装置を大容量化できたりする。

なお、各脚部１０２におけるにおける一次巻線および二次巻線は、少なくとも１個ずつあればよい。

また、実施例１によれば、各脚部１０２において、各巻線（１００，１０１，８００，８０１）が分割巻きによって巻かれている。これにより、巻線間の電気的絶縁性が向上する。したがって、多巻線変圧器を備える絶縁型の電力変換装置を高電圧化もしくは大容量化することができる。

また、実施例１によれば、巻線を含めて同じ構成の脚部１０２の個数によって絶縁型で多出力の電力変換装置の電力容量や出力数を容易に設定できる。

このように、実施例１によれば、絶縁型の電力変換装置を高電圧化もしくは大容量化することができる。

図１２は、本発明の実施例２である絶縁型の電力変換装置を示す概略構成図である。

以下、実施例１と異なる点について説明する。

図１２に示すように、各脚部１０２に巻かれる複数（図１２ではｎ個（ｎ≧２））の一次巻線１００に交流出力が接続される複数（図１２ではｎ個（ｎ≧２））の変換器ユニット１０４の交流入力が互いに直列に接続される。交流入力の直列接続の両端、すなわち、接続端子１１０１，９０２に単相交流電源１１００が接続される。これにより、単相交流電源１１００の電源電圧を増大することができる。

図１２に示すように、各脚部１０２に巻かれる複数（図１２ではｎ個（ｎ≧２））の二次巻線１０１に交流入力が接続される複数（図１２ではｎ個（ｎ≧２））の変換器ユニット１０３の直流出力が電気自動車１１０３もしくは電池１１０４のいずれかに接続される。

このように、実施例２である絶縁型の電力変換装置によれば、複数の電池１１０４または複数の電気自動車１１０３、もしくは、電池１１０４および電気自動車１１０３を、同時に充電することができる。

図１３は、本発明の実施例３である絶縁型の電力変換装置を示す概略構成図である。

以下、実施例１と異なる点について説明する。

複数（図１３では３個）の脚部１０２の各々においては、複数（図１３では６個）の一次巻線が、複数個（図１３では２個）の一次巻線からなる複数（図１３では３個）個の一次巻線セット２０４０に分けられる。

ここで、３個の一次巻線セット２０４０を、図１２中で上から、第１の一次巻線セット、第２の一次巻線セット、第３の一次巻線セットと称する。

第１の一次巻線セットに接続される２台の変換器ユニット２０４（変換器ユニット１０４に相当）の交流入力が、接続導体部１２０２によって、直列に接続される。３個の脚部１０２における、このような変換器ユニット２０４の交流入力の直列接続が、接続導体部１２０３，１２０４によって直列に接続される。すなわち、３個の脚部１０２に巻かれる３個の第１の一次巻線セットに接続される６台の変換器ユニット２０４の交流入力が直列接続される。６台の変換器ユニット２０４の交流入力の直列接続の両端、すなわち、接続端子１２０１，１２０５に単相交流電源１１００が接続される。

第２の一次巻線セットおよび第３の一次巻線セットについても同様に、６台の変換器ユニットの交流入力の直列接続の両端が接続される。

実施例３によれば、単相交流電源１１００の電源電圧を増大することができる。

図１４は、本発明の実施例４である絶縁型の電力変換装置を示す概略構成図である。

以下、実施例１と異なる点について説明する。

図１４に示すように、各脚部１０２に巻かれる複数の二次巻線１０１の接続端子７０１，７０２が一台の変換器ユニット１０３の交流入力に接続される。

実施例４によれば、絶縁型の電力変換装置の総電力容量を保持しながら、変換器ユニット１０３の台数を低減することができる。

図１５は、本発明の実施例５である絶縁型の電力変換装置を示す概略構成図である。

以下、実施例１と異なる点について説明する。

実施例５である絶縁型の電力変換装置は、多巻線変圧器の磁性体コアが枠体部１０９を有する第１の絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータと、多巻線変圧器の磁性体コアが枠体部８０４を有する第２の絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータと、を備えている。なお、第１の絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータおよび第２の絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータは、ともに、実施例１の絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータ（図１）と同じ構成を有している。

第１の絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータの多巻線変圧器の磁性体コアの各脚部には、三次巻線８００が巻かれる。第２の絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータの多巻線変圧器の磁性体コアの各脚部には、三次巻線８０１が分割巻きによって巻かれる。

第１の絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータの多巻線変圧器の磁性体コアのｉ番目の脚部に巻かれる三次巻線８００と、第２の絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータの多巻線変圧器の磁性体コアのｉ番目の脚部に巻かれる三次巻線８０１とが、接続導体部８０２，８０３によって接続されて、ループ回路を構成する。

第１の絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータの多巻線変圧器の磁性体コアのｉ番目の脚部における磁束と、第２の絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータの多巻線変圧器の磁性体コアのｉ番目の脚部における磁束に、アンバランスが生じると、三次巻線８００，８０１からなるループ回路に流れる誘導電流によって発生する磁束によって、アンバランスが抑制される。これにより、複数の変換器ユニット１０４の動作がバランスする。

図１６は、本発明の実施例６である絶縁型の電力変換装置を示す概略構成図である。

以下、実施例１と異なる点について説明する。

実施例６における多巻線変圧器は、二つの脚部を備える磁性体コアを複数（図１６では３個）有している。二つの脚部は、連結部によって連結される。これにより、磁性体コアは、四角いフレーム状である。各脚部には、実施例１と同様に一次巻線と二次巻線が分割巻きによって巻かれている。実施例１と同様に、一次巻線および二次巻線には、それぞれ、変換器ユニット１０４および１０３が接続される。

３個の磁性体コア９００，９０１，９０２は、連結部が互いに同じ角度をなすように、磁気的に結合されている。これにより、６個の脚部を備える多巻線変圧器が構成される。

実施例６によれば、多巻線変圧器を立体的に構成することにより、多巻線変圧器の設置面積を低減できる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

例えば、変換器ユニット１０３，１０４において用いられる半導体スイッチング素子は、ＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴや接合型バイポーラトランジスタなどでもよい。

１００…一次巻線、１０１…二次巻線、１０２…脚部、１０３…変換器ユニット、１０４…変換器ユニット、１０５…一次巻線群、１０６…二次巻線群、１０７…一次巻線セット、１０８…二次巻線セット、１０９…枠体部、２００，２０１…交流入力、２０２…ＡＣ／ＤＣコンバータ部、２０３，２０４…直流バス、２０５…ＤＣ／ＡＣコンバータ部、２０６，２０７…交流出力、３００…半導体装置、３０１，３０２…直流リンクキャパシタ、５００，５０１…交流入力、５０２，５０３…直流バス、７０１，７０２…接続端子、８００,８０１…三次巻線、８０２，８０３…接続導体部、８０４…枠体部、９００，９０１，９０２…磁性体コア、１１００…単相交流電源、１１０１…接続端子、１１０３…電気自動車、１１０４…電池、１２０１…接続端子、１２０２，１２０３，１２０４…接続導体部、１２０５…接続端子、１３００…出力電圧、１３０１…入力電圧、１３０２…磁束、１３０４…出力電圧、１３０５…入力電圧、１３０６…磁束、１３０７…出力電圧、１３０８…入力電圧、１３０９…磁束、２０４０…一次巻線セット、

Claims (12)

1. 絶縁用の多巻線変圧器において、
   複数の脚部を有する磁性体コアと、
   前記複数の前記脚部の各々に巻かれる一次巻線および二次巻線を有し、
   前記複数の前記脚部の内の異なる二つの前記脚部に巻かれる前記一次巻線には、電力変換器から互いに位相が異なる電圧が入力されることを特徴とする多巻線変圧器。
2. 請求項１に記載の多巻線変圧器において、
   前記磁性体コアにおいて、前記複数の前記脚部は並置されるとともに、磁気的に結合し、
   前記複数の前記脚部の内、任意の前記脚部に巻かれる前記一次巻線に入力される前記電圧と、前記任意の前記脚部に隣接する前記脚部に巻かれる前記一次巻線に入力される前記電圧との位相差が、前記複数の前記脚部の個数をｍ個とするとき、３６０°／ｍであることを特徴とする多巻線変圧器。
3. 請求項１に記載の多巻線変圧器において、
   前記一次巻線および前記二次巻線は、分割巻きによって巻かれていることを特徴とする多巻線変圧器。
4. 請求項３に記載の多巻線変圧器において、
   前記一次巻線および前記二次巻線を各々複数個ずつ有し、
   複数の前記一次巻線は、分割巻きによって巻かれ、かつ複数の前記二次巻線は分割巻きによって巻かれていることを特徴とする多巻線変圧器。
5. 請求項４に記載の多巻線変圧器において、
   前記複数の前記二次巻線は並列に接続されることを特徴とする多巻線変圧器。
6. 絶縁用の多巻線変圧器を備える電力変換装置において、
   前記多巻線変圧器は、複数の脚部を有する磁性体コアと、前記複数の前記脚部に巻かれる複数の一次巻線および複数の二次巻線を有し、
   前記複数の前記一次巻線に交流電圧を入力する複数の第１電力変換器と、
   前記複数の前記二次巻線から交流電圧を入力する複数の第２電力変換器と、
   を備え、
   前記複数の前記脚部の内の異なる二つの前記脚部に巻かれる前記一次巻線に接続される二台の前記第１電力変換器は、互いに位相が異なる電圧を出力することを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項６に記載の電力変換装置において、
   前記磁性体コアにおいて、前記複数の前記脚部は並置されるとともに、磁気的に結合し、
   前記複数の前記脚部の内、任意の前記脚部に巻かれる前記一次巻線に前記第１電力変換器が入力する前記交流電圧と、前記任意の前記脚部に隣接する前記脚部に巻かれる前記一次巻線に前記第１電力変換器が入力する前記交流電圧との位相差が、前記複数の前記脚部の個数をｍ個とするとき、３６０°／ｍであることを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項６に記載の電力変換装置において、
   前記複数の前記一次巻線および前記複数の前記二次巻線は、分割巻きによって巻かれていることを特徴とする電力変換装置。
9. 請求項６に記載の電力変換装置において、
   前記複数の前記第１電力変換器の複数の交流入力が互いに直列に接続され、
   直列に接続された前記複数の前記交流入力が、交流電源に接続されることを特徴とする電力変換装置。
10. 請求項６に記載の電力変換装置において、
    前記複数の前記脚部の各々には、前記一次巻線および前記二次巻線が各々複数個ずつ巻かれ、
    複数の前記一次巻線は、分割巻きによって巻かれ、かつ複数の前記二次巻線は分割巻きによって巻かれていることを特徴とする電力変換装置。
11. 請求項１０に記載の電力変換装置において、
    前記複数の前記二次巻線は並列に接続されることを特徴とする電力変換装置。
12. 絶縁用の第１多巻線変圧器と第２多巻線変圧器を備える電力変換装置において、
    前記第１多巻線変圧器および前記第２多巻線変圧器の各々は、
    複数の脚部を有する磁性体コアと、前記複数の前記脚部に巻かれる複数の一次巻線および複数の二次巻線を有し、
    前記複数の前記一次巻線に交流電圧を入力する複数の第１電力変換器と、
    前記複数の前記二次巻線から交流電圧を入力する複数の第２電力変換器と、
    を備え、
    前記複数の前記脚部の内の異なる二つの前記脚部に巻かれる前記一次巻線に接続される二台の前記第１電力変換器は、互いに位相が異なる電圧を出力し、
    前記第１多巻線変圧器が備える前記磁性体コアの前記複数の前記脚部の各々に巻かれる三次巻線と、前記第２多巻線変圧器が備える前記磁性体コアの前記複数の前記脚部の各々に巻かれる前記三次巻線とがループ回路を構成していることを特徴とする電力変換装置。

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