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公開番号2020195170
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201203
出願番号2019097789
出願日20190524
発明の名称電力変換装置
出願人株式会社SOKEN,株式会社デンソー
代理人特許業務法人あいち国際特許事務所
主分類H02M 3/28 20060101AFI20201106BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】3つ以上のコイルを有するトランスを備えた電力変換装置において、コイル間の電力伝達を効率的に行うことができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置1は、3つの電圧部と接続されて用いられる。電力変換装置は、3つの電力変換用回路部とトランス4とを備える。3つの電力変換用回路部は、それぞれ互いに異なる電圧部に接続される。トランス4の3つのコイル5は、互いに異なる電力変換用回路部に接続されている。3つのコイル5は、互いに磁気結合されている。3つのコイル5は、コイル軸方向Zに並んで配されている。電圧部の1つは、高圧バッテリである。高圧バッテリに接続される高圧バッテリ側コイル51以外のコイルのうち、流れる電力値が最も大きいコイル5は、高圧バッテリ側コイル51と隣り合う位置に配されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
3つ以上の電圧部(2)と接続される電力変換装置(1)であって、
3つ以上の前記電圧部にそれぞれ接続される、3つ以上の電力変換用回路部(3)と、
3つ以上の前記電力変換用回路部にそれぞれ接続される3つ以上のコイル(5)を有するトランス(4)と、を備え、
3つ以上の前記コイルは、互いに磁気結合されているとともに、コイル軸方向(Z)に並んで配されており、
前記電圧部の少なくとも1つは、高圧バッテリ(21)であり、
前記高圧バッテリに接続される前記コイルを高圧バッテリ側コイル(51)としたとき、前記高圧バッテリ側コイル以外の前記コイルのうち、流れる電力値が最も大きい前記コイルは、前記高圧バッテリ側コイルと隣り合う位置に配されている、電力変換装置。
続きを表示(約 730 文字)【請求項2】
前記高圧バッテリ側コイルの一方側には、複数の前記コイルがコイル軸方向に並んでおり、当該複数のコイルは、流れる電力値が大きいものほど、前記高圧バッテリ側コイルに近い側に配されている、請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項3】
少なくとも3つの前記電圧部は、前記高圧バッテリと、交流電源(22)と、蓄電装置(23)とであり、
前記交流電源に接続される前記コイルである交流電源側コイル(52)、及び前記蓄電装置に接続される蓄電装置側コイル(53)は、前記高圧バッテリ側コイルの一方側に並んで配されているとともに、前記高圧バッテリ側コイルに近い側から、前記交流電源側コイル、前記蓄電装置側コイルの順で配されている、請求項2に記載の電力変換装置。
【請求項4】
少なくとも3つの前記電圧部は、前記高圧バッテリと、交流電源(22)と、直流電源(24)とであり、
前記交流電源に接続される前記コイルである交流電源側コイル(52)、及び前記直流電源に接続される前記コイルである直流電源側コイル(54)は、コイル軸方向における前記高圧バッテリ側コイルの両側に隣り合うよう配されている、請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項5】
少なくとも4つの前記電圧部は、前記高圧バッテリと、ヒータ(26)と、蓄電装置(23)と、交流電源(22)とであり、
前記ヒータに接続される前記コイルであるヒータ側コイル(56)、及び前記交流電源に接続される前記コイルである交流電源側コイル(52)は、コイル軸方向における前記高圧バッテリ側コイルの両側に隣り合うよう配されている、請求項2に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換装置に関する。
続きを表示(約 5,300 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1には、3つの電圧部と接続されるマルチ出力電源装置に用いられるトランスが開示されている。前記トランスは、電圧部としての交流電源から電力が供給される入力側の一次コイルと、一次コイルに磁気結合された出力側の二次コイル及び三次コイルと、を備える。二次コイル及び三次コイルのそれぞれは、互いに別の電圧部に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2004−201458号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、前記トランスにおいては、二次コイルに接続される電圧部の消費電力と、三次コイルに接続される電圧部の消費電力が異なる場合等において、一次コイルと、二次コイル及び三次コイルとの間の電力伝達を効率的に行うことに関して改善の余地がある。
【0005】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、3つ以上のコイルを有するトランスを備えた電力変換装置において、コイル間の電力伝達を効率的に行うことができる電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様は、3つ以上の電圧部(2)と接続される電力変換装置(1)であって、
3つ以上の前記電圧部にそれぞれ接続される、3つ以上の電力変換用回路部(3)と、
3つ以上の前記電力変換用回路部にそれぞれ接続される3つ以上のコイル(5)を有するトランス(4)と、を備え、
3つ以上の前記コイルは、互いに磁気結合されているとともに、コイル軸方向(Z)に並んで配されており、
前記電圧部の少なくとも1つは、高圧バッテリ(21)であり、
前記高圧バッテリに接続される前記コイルを高圧バッテリ側コイル(51)としたとき、前記高圧バッテリ側コイル以外の前記コイルのうち、流れる電力値が最も大きい前記コイルは、前記高圧バッテリ側コイルと隣り合う位置に配されている、電力変換装置にある。
【発明の効果】
【0007】
前記態様の電力変換装置において、高圧バッテリ側コイル以外のコイルのうち、流れる電力値が最も大きいコイルは、高圧バッテリ側コイルと隣り合う位置に配されている。ここで、高圧バッテリ側コイルに近いコイルほど、高圧バッテリ側コイルとの磁気結合を強くすることができる。それゆえ、かかる配置を採用することで、高圧バッテリ側コイルとの間で大電力の伝達を行うコイルを高圧バッテリ側コイルに近付けることができ、効率的に電力の伝達を行うことができる。
【0008】
以上のごとく、前記態様によれば、3つ以上のコイルを有するトランスを備えた電力変換装置において、コイル間の電力伝達を効率的に行うことができる電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0009】
実施形態1における、トランスの模式的な断面図。
実施形態1における、電力変換装置の回路構成図。
実施形態1における、トランスと3つの電力変換用回路部の一例を示す回路構成図。
実施形態2における、トランスの模式的な断面図。
実施形態2における、電力変換装置の回路構成図。
実施形態3における、トランスの模式的な断面図。
実施形態3、4における、電力変換装置の回路構成図。
実施形態4における、トランスの模式的な断面図。
実施形態5における、トランスの模式的な断面図。
実施形態5、6における、電力変換装置の回路構成図。
実施形態6における、トランスの模式的な断面図。
実施形態7における、トランスの模式的な断面図。
実施形態7における、電力変換装置の回路構成図。
実施形態8における、トランスの模式的な断面図。
実施形態8における、電力変換装置の回路構成図。
実施形態9における、トランスの模式的な断面図。
実施形態9における、電力変換装置の回路構成図。
実施形態10における、トランスの模式的な断面図。
実施形態10における、電力変換装置の回路構成図。
実施形態11における、トランスの模式的な断面図。
実施形態11における、電力変換装置の回路構成図。
実施形態12における、トランスの模式的な断面図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
(実施形態1)
電力変換装置の実施形態につき、図1〜図3を用いて説明する。
本形態の電力変換装置1は、図2に示すごとく、高圧バッテリ21、交流電源22、及び蓄電装置としての12V系蓄電装置23の3つの電圧部2と接続されて用いられる。
【0011】
電力変換装置1は、3つの電力変換用回路部3とトランス4とを備える。3つの電力変換用回路部3は、それぞれ互いに異なる電圧部2に接続される。トランス4は、3つのコイル5を有する。3つのコイル5は、互いに異なる電力変換用回路部3に接続されている。3つのコイル5は、高圧バッテリ側コイル51と交流電源側コイル52と12V系蓄電装置側コイル53とである。
【0012】
高圧バッテリ側コイル51は、電力変換用回路部3を介して高圧バッテリ21に電気的に接続されるコイル5である。交流電源側コイル52は、電力変換用回路部3を介して交流電源22に電気的に接続されるコイル5である。12V系蓄電装置側コイル53は、電力変換用回路部3を介して12V系蓄電装置23に電気的に接続されるコイル5である。
【0013】
3つのコイル5は、互いに磁気結合されている。図1に示すごとく、3つのコイル5は、コイル軸方向Zに並んで配されている。高圧バッテリ側コイル51以外のコイル5のうち、流れる電力値が最も大きいコイル5は、交流電源側コイル52である。そして、交流電源側コイル52は、高圧バッテリ側コイル51に隣り合う位置に配されている。
以後、本形態につき説明する。
【0014】
電力変換装置1は、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両に搭載される。図2に示すごとく、本形態において、電力変換装置1に電気接続される3つの電圧部2は、高圧バッテリ21と交流電源22と12V系蓄電装置23とである。
【0015】
高圧バッテリ21は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載され、車両の駆動用の電力を蓄え、出力することができる車両駆動用バッテリである。高圧バッテリ21は、例えば、定格電圧が200V以上のバッテリとすることができる。
【0016】
交流電源22は、高圧バッテリ21に車両の外部から電力供給するための電源供給部の一種である。すなわち、交流電源22としては、例えば、給電ステーション等の交流式充電器が想定される。
【0017】
また、図示を省略するが、交流電源22は、交流出力ポートが並列接続されているものとすることができる。交流電源22および交流出力ポートは、例えば、実効電圧100Vの交流電力を、入力及び出力できるよう構成されている。また、交流出力ポートには、通電、遮断を切り替え可能なリレーを設けることができる。以後、交流電源22というときは、特に示さない限り、交流出力ポートも含めた構成を意味するものとする。
【0018】
蓄電装置は、定格電圧60V以下(例えば12V、48V等)とすることができる。そして、蓄電装置としての12V系蓄電装置23は、車両に搭載された補機用バッテリとすることができる。12V系蓄電装置23は、定格電圧12Vのバッテリである。
【0019】
各電圧部2(すなわち、高圧バッテリ21、交流電源22、及び12V系蓄電装置23)のそれぞれは、互いに別の電力変換用回路部3に接続されている。
【0020】
図3に示すごとく、各電力変換用回路部3は、複数の電力変換用素子を備えたものとすることができる。電力変換用素子としては、例えば、MOSFET(MOS型電界効果トランジスタの略)、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタの略)、或いは、スイッチング機能を有するダイオード等の、スイッチング素子を用いることができるが、これに限られるものではない。
【0021】
各電力変換用回路部3は、接続されるコイル5側から入力される矩形波電流を直流電流に変換して当該コイル5と反対側に出力する。さらに、各電力変換用回路部3は、接続される電圧部2側から入力される直流電流を矩形波電流に変換してコイル5側に出力することもできるようにも構成されている。
【0022】
電力変換用回路部3は、それぞれブリッジ回路構成を有する。すなわち、本形態の電力変換装置1は、トランス4と、3つの電力変換用回路部3とによって、MAB(Multiple Active Bridgeの略)を構成している。
【0023】
図3に示すごとく、例えば、少なくとも1つの電力変換用回路部3は、フルブリッジ回路構成を有するものとすることができる。これに限られず、少なくとも1つの電力変換用回路部3を、ハーフブリッジ回路構成を有するものとすることもできる。前述のごとく、3つの電力変換用回路部3は、互いに別のコイル5に接続されている。
【0024】
本形態において、高圧バッテリ21に流れる電力値と交流電源22に流れる電力値とは、略同等である。そして、12V系蓄電装置23に流れる電力値は、高圧バッテリ21に流れる電力値と交流電源22に流れる電力値とのそれぞれよりも小さい。
【0025】
そして、高圧バッテリ側コイル51に流れる電力値と交流電源側コイル52に流れる電力値とは、略同等である。そして、12V系蓄電装置側コイル53に流れる電力値は、高圧バッテリ側コイル51に流れる電力値と交流電源側コイル52に流れる電力値とのそれぞれよりも小さい。コイル5において、印加される電圧はそのコイル5の巻き数と相関があり、流れる電流はコイル5の線径と相関があり、コイル5に流れる電力値は、そのコイル5の巻き数と線径との積に基づいて評価することができる。
【0026】
図1に示すごとく、複数(本形態では3つ)のコイル5は、コイル軸方向Zに並んで配されている。複数(本形態では3つ)のコイル5は、互いに同軸状に形成されている。なお、コイル軸方向Zとは、高圧バッテリ側コイル51の巻回軸が延在する方向である。
【0027】
図1に示すごとく、3つのコイル5は、コイル軸方向Zの一方側から、高圧バッテリ側コイル51、交流電源側コイル52、12V系蓄電装置側コイル53の順に配されている。すなわち、交流電源側コイル52、及び12V系蓄電装置側コイル53は、高圧バッテリ側コイル51に近い側から、交流電源側コイル52、12V系蓄電装置側コイル53の順で配されている。そして、トランス4は、各コイル5の周囲に配され、閉磁路を形成するコア41を備える。
【0028】
コア41は、フェライト等の磁性体をからなる。図1に示すごとく、コア41は、コイル軸方向Zの両側にそれぞれ配される一対の分割コア410を組み合わせてなる。本形態において、一対の分割コア410は、互いに同様の形状を有する。分割コア410は、基部411と、基部411から延設される内脚部412及び一対の外脚部413とを有する。
【0029】
図1に示すごとく、基部411は、コイル軸方向Zに直交する面上に形成されている。基部411は、コイル軸方向Zに直交する方向に長尺であり、コイル軸方向Zに厚みを有する長方形板状に形成されている。一対の分割コア410は、それぞれの基部411を互いにコイル軸方向Zに対向させている。
【0030】
図1に示すごとく、各分割コア410の内脚部412及び一対の外脚部413は、各分割コア410の基部411から、コイル軸方向Zにおける相手方の分割コア410側に向かって突出している。
(【0031】以降は省略されています)

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