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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-05
(45)【発行日】2024-03-13
(54)【発明の名称】ＤＣ／ＤＣコンバータ
(51)【国際特許分類】
H02M 3/28 20060101AFI20240306BHJP
【ＦＩ】
H02M3/28 Y
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2023101521
(22)【出願日】2023-06-21
【審査請求日】2023-08-17
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000103976
【氏名又は名称】株式会社オリジン
(74)【代理人】
【識別番号】100119677
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 賢治
(74)【代理人】
【識別番号】100160495
【弁理士】
【氏名又は名称】畑 雅明
(74)【代理人】
【識別番号】100173716
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 真理
(74)【代理人】
【識別番号】100115794
【弁理士】
【氏名又は名称】今下 勝博
(72)【発明者】
【氏名】光武 大貴
(72)【発明者】
【氏名】大牧 信一
【審査官】井上 弘亘
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２１－０３５２００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１６１８６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０７５９４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１４８１３５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ３／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＤＣ／ＤＣコンバータであって、ｎ相（ｎは２以上の整数）毎に１次巻線と２次巻線を有する１つの多脚トランスと、
前記多脚トランスの前記１次巻線のそれぞれに接続されるｎ個の１次側回路と、
前記多脚トランスの前記２次巻線のそれぞれに接続されるｎ個の２次側回路と、
を備えており、
前記１次側回路は、直流と交流とを変換するインバータとして機能し、
前記２次側回路は、整流器として機能し、
前記多脚トランスは、矩形の枠である外脚と、前記外脚の前記枠内に一方向の格子状に配置され、前記相毎の前記１次巻線及び前記２次巻線が巻き付けられるｎ本の中脚とで構成される磁性体のコアを有し、
前記中脚は、長手方向において前記１次巻線及び前記２次巻線が巻き付けられていない位置にギャップを有することを特徴とし、
さらに、前記多脚トランスは、それぞれの前記中脚が、長手方向において前記１次巻線及び前記２次巻線が巻き付けられている区間の両外側に前記ギャップを有していることを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項2】
前記多脚トランスは、前記外脚が、前記磁性体の複数のパーツで構成され、前記中脚が設置される前記パーツを前記中脚の長手方向に移動させることで前記ギャップ間の距離を調整可能であること
を特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項3】
前記外脚は、前記磁性体の複数のパーツが卍組みされていることを特徴とする請求項２に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項4】
前記多脚トランスの前記中脚毎に前記１次巻線と前記２次巻線との間隔で発生する漏れインダクタンスを共振リアクトルとすることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項5】
前記２次側回路も直流と交流とを変換するインバータとして機能し、前記１次側回路をインバータ、前記２次側回路を整流器として機能させる、あるいは前記２次側回路をインバータ、前記１次側回路を整流器として機能させることで双方向に電力移動が可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【請求項6】
前記インバータは、駆動信号の位相が３６０°／ｎずつずらされ、ｎ相インターリーブ動作することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＤＣ／ＤＣコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、磁束キャンセル方式のトランスを利用したＤＣ／ＤＣコンバータに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１は双方向に電力を移動させることができるＤＡＢ（Ｄｕａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｂｒｉｄｇｅ）方式ＤＣ／ＤＣコンバータを開示する。このＤＡＢ方式ＤＣ／ＤＣコンバータは、トランス、その１次側と２次側に主スイッチング素子で構成されたスイッチング回路、１次側又は２次側のスイッチング回路とトランスとを接続するリアクトル、および入出力平滑部を備える。ＤＡＢ方式ＤＣ／ＤＣコンバータでは、トランスとリアクトルを別々の部品で構成することが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１４－０７５９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
移動させる電力が単体のＤＡＢ方式ＤＣ／ＤＣコンバータの電力容量を超える場合、複数のＤＡＢ方式ＤＣ／ＤＣコンバータを並列させ、それぞれを同位相で駆動する並列動作で、個々のＤＡＢ方式ＤＣ／ＤＣコンバータが担当する電力を電力容量以下に抑える。あるいは、図１の回路図のように、１つのＤＡＢ方式ＤＣ／ＤＣコンバータ内の各部品（スイッチング素子３１、共振リアクトル３２、トランス３３）を並列接続し、各部品に流れる電流を分散させて電力容量を拡大することで単相動作も可能となる。
【0005】
ここで、電力容量の拡大を単相動作で対応しようとする場合、次の２つの課題が存在する。
（課題１）前述のように電流を分散させるために各部品を並列接続するため、各部品の数が増大して実装面積が大きくなる。このため、電力容量の拡大を単相動作で対応しようとすると回路や装置が大型化し、ＤＣ／ＤＣコンバータを小型化することが困難という課題がある。
（課題２）主スイッチ素子の動作周波数を高周波化することで各部品の小型化することができる。しかし、トランスの高周波損失およびメインスイッチ素子の損失が増大し、各部品が発熱する。このため、電力容量の拡大を単相動作で対応しようとすると高周波化による各部品での損失が大きくなり、効率低下を防ぐことが困難という課題がある。
（課題１）前述のように電流を分散させるために各部品を並列接続するため、各部品の数が増大して実装面積が大きくなる。このため、電力容量の拡大を単相動作で対応しようとすると回路や装置が大型化し、ＤＣ／ＤＣコンバータを小型化することが困難という課題がある。
（課題２）主スイッチ素子の動作周波数を高周波化することで各部品の小型化することができる。しかし、トランスの高周波損失およびメインスイッチ素子の損失が増大し、各部品が発熱する。このため、電力容量の拡大を単相動作で対応しようとすると高周波化による各部品での損失が大きくなり、効率低下を防ぐことが困難という課題がある。
【0006】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、効率低下や大型化することなく電力容量を拡大できるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、従来の複数のトランスと複数の共振リアクトルの機能を含む多脚トランスを備え、ｎ相動作することとした。
【0008】
具体的には、本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータは、
ｎ相（ｎは２以上の整数）毎に１次巻線と２次巻線を有する１つの多脚トランスと、
前記多脚トランスの前記１次巻線のそれぞれに接続されるｎ個の１次側回路と、
前記多脚トランスの前記２次巻線のそれぞれに接続されるｎ個の２次側回路と、
を備えており、
前記１次側回路は、直流と交流とを変換するインバータとして機能し、
前記２次側回路は、整流器として機能し、
前記多脚トランスは、矩形の枠である外脚と、前記外脚の前記枠内に一方向の格子状に配置され、前記相毎の前記１次巻線及び２次巻線が巻き付けられるｎ本の中脚とで構成される磁性体のコアを有し、
前記中脚は、長手方向において前記１次巻線及び前記２次巻線が巻き付けられていない位置にギャップを有することを特徴とする。
ｎ相（ｎは２以上の整数）毎に１次巻線と２次巻線を有する１つの多脚トランスと、
前記多脚トランスの前記１次巻線のそれぞれに接続されるｎ個の１次側回路と、
前記多脚トランスの前記２次巻線のそれぞれに接続されるｎ個の２次側回路と、
を備えており、
前記１次側回路は、直流と交流とを変換するインバータとして機能し、
前記２次側回路は、整流器として機能し、
前記多脚トランスは、矩形の枠である外脚と、前記外脚の前記枠内に一方向の格子状に配置され、前記相毎の前記１次巻線及び２次巻線が巻き付けられるｎ本の中脚とで構成される磁性体のコアを有し、
前記中脚は、長手方向において前記１次巻線及び前記２次巻線が巻き付けられていない位置にギャップを有することを特徴とする。
【0009】
本ＤＣ／ＤＣコンバータは、ｎ相分のトランスと共振リアクトルを一つの多脚トランスに統合しているため、装置の大型化を避けながらｎ相動作を実現し、電力容量を拡大している。また、当該多脚トランスは、巻線部分が中脚のギャップ部分と離れているため、漏れ磁束による高周波損失を大幅に低減できる。つまり、小型化のために高周波化しても効率低下を防ぐことができる。
従って、本発明は、効率低下や大型化することなく電力容量を拡大できるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することができる。
従って、本発明は、効率低下や大型化することなく電力容量を拡大できるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明は、効率低下や大型化することなく電力容量を拡大できるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】電力容量を拡大させたＤＡＢ方式ＤＣ／ＤＣコンバータを説明する図である。
【図2】本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータを説明する図である。
【図3】本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの多脚トランスを説明する図である。
【図4】本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの多脚トランスを説明する図である。
【図5】本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの多脚トランスを説明する図である。
【図6】本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータを説明する図である。
【図7】本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの多脚トランスを説明する図である。
【図8】本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの多脚トランスを説明する図である。
【図9】本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータの多脚トランスを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【0013】
（実施形態１）
図２は、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ３０１を説明する図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１は、
ｎ相（ｎは２以上の整数）毎に１次巻線Ｐｎと２次巻線Ｓｎを有する１つの多脚トランス１００と、
多脚トランス１００の１次巻線Ｐｎのそれぞれに接続されるｎ個の１次側回路１２－ｎと、
多脚トランス１００の２次巻線Ｓｎのそれぞれに接続されるｎ個の２次側回路１３－ｎと、
を備える。
本実施形態では、１次側回路１２－ｎは、直流と交流とを変換するインバータとして機能し、２次側回路１３－ｎは、整流器として機能する。
なお、ｎは相番号であり、３相であればｎ＝１、２、３である。本実施形態ではｎ＝３の場合を説明するが、ｎは３に限定されない。
図２は、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ３０１を説明する図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１は、
ｎ相（ｎは２以上の整数）毎に１次巻線Ｐｎと２次巻線Ｓｎを有する１つの多脚トランス１００と、
多脚トランス１００の１次巻線Ｐｎのそれぞれに接続されるｎ個の１次側回路１２－ｎと、
多脚トランス１００の２次巻線Ｓｎのそれぞれに接続されるｎ個の２次側回路１３－ｎと、
を備える。
本実施形態では、１次側回路１２－ｎは、直流と交流とを変換するインバータとして機能し、２次側回路１３－ｎは、整流器として機能する。
なお、ｎは相番号であり、３相であればｎ＝１、２、３である。本実施形態ではｎ＝３の場合を説明するが、ｎは３に限定されない。
【0014】
多脚トランス１００は、中脚２０＃ｎ毎に１次巻線Ｐｎと２次巻線Ｓｎとの間隔で発生する漏れインダクタンスを共振リアクトル３２とすることを特徴とする。
また、１次側回路１２－ｎのインバータは、駆動信号の位相が３６０°／ｎずつずらされ、ｎ相インターリーブ動作することを特徴とする。
また、１次側回路１２－ｎのインバータは、駆動信号の位相が３６０°／ｎずつずらされ、ｎ相インターリーブ動作することを特徴とする。
【0015】
図３は、多脚トランス１００を説明する図である。
多脚トランス１００は、
矩形の枠である外脚１０と、
外脚１０の前記枠内に一方向（図３の場合、Ｙ方向）の格子状に配置され、相ｎ毎の１次巻線Ｐｎ及び２次巻線Ｓｎが巻き付けられるｎ本の中脚２０＃ｎと、
で構成される磁性体のコアを有する。
前記中脚は、長手方向（図３の場合、Ｙ方向）において１次巻線Ｐｎ及び２次巻線Ｓｎが巻き付けられていない位置にギャップＧＰを有する。
多脚トランス１００は、
矩形の枠である外脚１０と、
外脚１０の前記枠内に一方向（図３の場合、Ｙ方向）の格子状に配置され、相ｎ毎の１次巻線Ｐｎ及び２次巻線Ｓｎが巻き付けられるｎ本の中脚２０＃ｎと、
で構成される磁性体のコアを有する。
前記中脚は、長手方向（図３の場合、Ｙ方向）において１次巻線Ｐｎ及び２次巻線Ｓｎが巻き付けられていない位置にギャップＧＰを有する。
【0016】
外枠１０や中脚２０の磁性体は、例えば、ケイ素鋼板やフェライトである。両者を同じ種類の磁性体としてもよいし、互いに異なる磁性体としてもよい。
なお、ギャップＧＰは空間であってもよいが、絶縁シートのようなギャップ材が嵌められていてもよい。ギャップ材があることで、コアの強度が向上する。
また、本実施形態では、Ｙ方向が長手方向となるように中脚２０を設置しているが、Ｘ方向が長手方向となるように中脚２０を設置してもよい。
また、３相なので、中脚は２０＃１、２０＃２、及び２０＃３の３本、１次巻線はＰ１、Ｐ２、Ｐ３の３つ、２次巻線はＳ１、Ｓ２、Ｓ３の３つである。
なお、ギャップＧＰは空間であってもよいが、絶縁シートのようなギャップ材が嵌められていてもよい。ギャップ材があることで、コアの強度が向上する。
また、本実施形態では、Ｙ方向が長手方向となるように中脚２０を設置しているが、Ｘ方向が長手方向となるように中脚２０を設置してもよい。
また、３相なので、中脚は２０＃１、２０＃２、及び２０＃３の３本、１次巻線はＰ１、Ｐ２、Ｐ３の３つ、２次巻線はＳ１、Ｓ２、Ｓ３の３つである。
【0017】
なお、ギャップＧＰの位置は、図４や図５に示す位置でもよい（図４は、ギャップＧＰが中脚２０の上端（外脚と接する箇所）にある例。）。すなわち、図３や図４に示すように、１次巻線Ｐｎ及び２次巻線Ｓｎは、共にギャップＧＰに対して一方側の中脚２０に巻き付けられていること（図３、図４の場合、ギャップＧＰが１次巻線Ｐｎ側にあるが、ギャップＧＰが２次巻線Ｓｎ側にあってもよい）でもよいし、図５に示すように、ギャップＧＰを挟んだ両側の中脚２０に巻き付けられていること（図５の場合、ギャップＧＰが１次巻線Ｐｎと２次巻線Ｓｎとの間にある）でもよい。
【0018】
つまり、多脚トランス１００は次のような特徴を有する。
（１）ギャップＧＰを持つ複数の中脚２０＃ｎ（本実施形態ではｎ＝３）とギャップの無い外脚１０で構成される。
（２）中脚２０＃ｎのうちギャップＧＰ以外の位置に１次巻線Ｐｎと２次巻線Ｓｎが巻かれる。１次巻線Ｐｎや２次巻線Ｓｎと鎖交する、ギャップＧＰにおける漏れ磁束の量が低減され、巻線の損失を低減することができる。
（３）ギャップＧＰの磁気抵抗が大きい為、各々の中脚２０＃ｎで発生した磁束は互いに干渉せず、磁気抵抗の低い外脚１０を通過する。
（４）多脚トランス１００は、この構造により１つでｎ個のトランスと同様に動作することができる。
（５）各々の巻線に流れる電流の位相を３６０°／ｎずらして動作させることにより、外脚１０の磁束が相殺され、鉄損を低減することができる。
（６）多脚トランス１００は、外脚１０を各相で共通化することでコア体積を削減することができ、複数（ｎ個）のトランスを備える場合より小型化することができる。
（１）ギャップＧＰを持つ複数の中脚２０＃ｎ（本実施形態ではｎ＝３）とギャップの無い外脚１０で構成される。
（２）中脚２０＃ｎのうちギャップＧＰ以外の位置に１次巻線Ｐｎと２次巻線Ｓｎが巻かれる。１次巻線Ｐｎや２次巻線Ｓｎと鎖交する、ギャップＧＰにおける漏れ磁束の量が低減され、巻線の損失を低減することができる。
（３）ギャップＧＰの磁気抵抗が大きい為、各々の中脚２０＃ｎで発生した磁束は互いに干渉せず、磁気抵抗の低い外脚１０を通過する。
（４）多脚トランス１００は、この構造により１つでｎ個のトランスと同様に動作することができる。
（５）各々の巻線に流れる電流の位相を３６０°／ｎずらして動作させることにより、外脚１０の磁束が相殺され、鉄損を低減することができる。
（６）多脚トランス１００は、外脚１０を各相で共通化することでコア体積を削減することができ、複数（ｎ個）のトランスを備える場合より小型化することができる。
【0019】
＜補足＞
巻線に大電流が流れるような場合、飽和を避けるために巻き数を多くするが、インダクタンス値が大きくなる。このため、コアにギャップを設けてインダクタンス値を下げる。そして、このコアのギャップ間距離でインダクタンス値を調整することができる。具体的には、多脚トランス１００において、ギャップＧＰを広げると励磁インダクタンスは小さくなる。
一方、コアにギャップを設けることで漏れ磁束が発生し、巻線に鎖交して損失が生じる。そこで、多脚トランス１００では、図３から図５のようにギャップＧＰの位置と巻線（Ｐｎ、Ｓｎ）の位置をずらすことで漏れ磁束の影響を低減している。
＜補足終了＞
巻線に大電流が流れるような場合、飽和を避けるために巻き数を多くするが、インダクタンス値が大きくなる。このため、コアにギャップを設けてインダクタンス値を下げる。そして、このコアのギャップ間距離でインダクタンス値を調整することができる。具体的には、多脚トランス１００において、ギャップＧＰを広げると励磁インダクタンスは小さくなる。
一方、コアにギャップを設けることで漏れ磁束が発生し、巻線に鎖交して損失が生じる。そこで、多脚トランス１００では、図３から図５のようにギャップＧＰの位置と巻線（Ｐｎ、Ｓｎ）の位置をずらすことで漏れ磁束の影響を低減している。
＜補足終了＞
【0020】
図１のようなＤＣ／ＤＣコンバータの場合、例えば、電力容量が２倍になると各部品の数が２倍となる。特に、共振リアクトル３２とトランス３３はそれぞれ独立した部品であり、ＤＣ／ＤＣコンバータが大型化する主な要因となる。ここで、回路を小型化するためにはスイッチング周波数を高周波化する手法が一般的であるが、高周波化すると共振リアクトル３２とトランス３３の高周波損失が増大し、放熱のための設計が必要となる。
【0021】
一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１の場合、ｎ＝３の３相動作の回路構成とし、各相の１次側・２次側の漏れインダクタンス（共振リアクトル３２）および励磁インダクタンスの機能を一つの多脚トランス１００として統合している。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１は電力容量が増大しても図１のようなＤＣ／ＤＣコンバータほど大型化することを回避できる。そして、大型化しないので、高周波化が不要であり、放熱のための設計も不要である。
【0022】
また、インバータである各相の１次側回路１２－ｎに対する駆動信号の位相を１２０°（＝３６０°／３）ずつずらし、インターリーブ動作させることで、多脚トランス１００において３相分の励磁磁束をキャンセルする磁束キャンセル方式を実現する。上記（５）で説明したように鉄損を低減することができる。
【0023】
（実施形態２）
図６は、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を説明する図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は図２のＤＣ／ＤＣコンバータ３０１に対し、次の点が異なる。
（ａ）２次側回路１３－ｎも直流と交流とを変換するインバータとして機能する。
（ｂ）多脚トランス１００の１次側回路１２－ｎをインバータ、２次側回路１３－ｎを整流器として機能させる、あるいは多脚トランス１００の２次側回路１３－ｎをインバータ、１次側回路１２－ｎを整流器として機能させることで双方向に電力移動が可能である。
つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＡＢ方式ＤＣ／ＤＣコンバータである。
図６は、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２を説明する図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は図２のＤＣ／ＤＣコンバータ３０１に対し、次の点が異なる。
（ａ）２次側回路１３－ｎも直流と交流とを変換するインバータとして機能する。
（ｂ）多脚トランス１００の１次側回路１２－ｎをインバータ、２次側回路１３－ｎを整流器として機能させる、あるいは多脚トランス１００の２次側回路１３－ｎをインバータ、１次側回路１２－ｎを整流器として機能させることで双方向に電力移動が可能である。
つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、ＤＡＢ方式ＤＣ／ＤＣコンバータである。
【0024】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２の多脚トランス１００は、図５で説明した構造のものが好ましいが、次の構造であることがさらに好ましい。
（ｃ）多脚トランス１００は、それぞれの中脚２０＃ｎが、長手方向において１次巻線Ｐｎ及び２次巻線Ｓｎが巻き付けられている区間の両外側にギャップＧＰを有している。
図７は、さらに好ましい構造の多脚トランス１００を説明する図である。多脚トランス１００は、
磁性体であって、矩形の枠である外脚１０と、
磁性体であって、外脚１０の前記枠内に一方向（図５の場合、Ｙ方向）の格子状に配置された複数の中脚２０＃ｎと、
中脚２０＃ｎ毎に巻き付けられる１次巻線Ｐｎ及び２次巻線Ｓｎと、
を備え、
それぞれの中脚２０＃ｎは、長手方向（図７の場合、Ｙ方向）において１次巻線Ｐｎ及び２次巻線Ｓｎが巻き付けられている区間の両外側にギャップＧＰを有することを特徴とする。
（ｃ）多脚トランス１００は、それぞれの中脚２０＃ｎが、長手方向において１次巻線Ｐｎ及び２次巻線Ｓｎが巻き付けられている区間の両外側にギャップＧＰを有している。
図７は、さらに好ましい構造の多脚トランス１００を説明する図である。多脚トランス１００は、
磁性体であって、矩形の枠である外脚１０と、
磁性体であって、外脚１０の前記枠内に一方向（図５の場合、Ｙ方向）の格子状に配置された複数の中脚２０＃ｎと、
中脚２０＃ｎ毎に巻き付けられる１次巻線Ｐｎ及び２次巻線Ｓｎと、
を備え、
それぞれの中脚２０＃ｎは、長手方向（図７の場合、Ｙ方向）において１次巻線Ｐｎ及び２次巻線Ｓｎが巻き付けられている区間の両外側にギャップＧＰを有することを特徴とする。
【0025】
トランスの両側（１次側と２次側）からみたインダクタンスを等しくするためには、図５の多脚トランス１００のようにギャップＧＰを中脚２０＃ｎの中央（１次巻線Ｐｎと２次巻線Ｓｎとの間）に設ける構造が好ましい。前述の「補足」で説明したとおり、励磁インダクタンスはギャップＧＰで調整できる。しかし、この構造の場合、励磁インダクタンスを小さくするためにギャップＧＰを広げるとギャップＧＰの近傍に発生する漏れ磁束による損失が大きくなる。つまり、この構造であると、ギャップＧＰによる損失を避けつつ励磁インダクタンスを調整することが困難という課題があった。
【0026】
そこで、トランスの両側からみたインダクタンスを等しくでき、かつギャップＧＰによる損失を避けつつ励磁インダクタンスを容易に調整できる構造として、多脚トランス１００のように中脚２０＃ｎの両端にギャップＧＰを設けることとした。外脚１０を広げることで中脚２０＃ｎの両端にギャップＧＰを広げることができるので、ギャップＧＰの近傍に発生する漏れ磁束が１次巻線Ｐｎや２次巻線Ｓｎに干渉させずに（損失を大きくせずに）、ギャップＧＰを広げることができる（励磁インダクタンスを低減できる。）。
【0027】
ここで、ギャップＧＰの調整を容易するために、図８のように多脚トランス１００の外脚１０が分割されていることが好ましい。具体的には、外脚１０が複数のパーツ（外脚のパーツ１０－１～１０－８）で構成されている。このため、中脚２０が設置されるパーツ（１０－１、１０－２、１０－３、１０－５、１０－６、１０－７）を中脚２０の長手方向（Ｙ方向）に移動させることでギャップＧＰ間の距離を調整可能である。
【0028】
トランス１００は、外脚１０が前記複数のパーツが卍組みされていることを特徴とする。卍組とは、図９（Ａ）のような組み方である。具体的には、外脚のパーツ（１０－１、１０－２、１０－３）の一端が外脚のパーツ１０－４の側面に設置され、外脚のパーツ１０－４の一端が外脚のパーツ（１０－５、１０－６、１０－７）の側面に設置され、外脚のパーツ（１０－５、１０－６、１０－７）の一端が外脚のパーツ１０－８の側面に設置され、外脚のパーツ１０－８の一端が外脚のパーツ（１０－１、１０－２、１０－３）の側面に設置される構造である。
なお、図９（Ｂ）にパーツ１０－ｎの「一端」と「側面」の説明を示す。「一端」は角柱のパーツ１０－ｎの一方の底面を意味し、「側面」は角柱のパーツ１０－ｎの１つの側面（組み上げたときに内側を向く側面）を意味する。
また、図９（Ａ）のようなパーツ１０－ｎの組み上げを「右回り卍組」とすれば、外脚１０は「左回りの卍組」であってもよい。
なお、図９（Ｂ）にパーツ１０－ｎの「一端」と「側面」の説明を示す。「一端」は角柱のパーツ１０－ｎの一方の底面を意味し、「側面」は角柱のパーツ１０－ｎの１つの側面（組み上げたときに内側を向く側面）を意味する。
また、図９（Ａ）のようなパーツ１０－ｎの組み上げを「右回り卍組」とすれば、外脚１０は「左回りの卍組」であってもよい。
【0029】
つまり、トランス１００は、コアが複数のパーツで構成されるので、中脚毎にギャップＧＰのギャップ長を調整可能である。これは、コアの製造誤差によるギャップ長のずれを吸収できるという効果と、励磁インダクタンスを所望値に調整可能という効果を得られる。
【0030】
多脚トランス１００の各ギャップＧＰを外脚１０の複数のパーツで調整し、各相の１次側及び２次側から見た励磁インダクタンスおよび漏洩インダクタンスを等しくすることで、各相の１次側回路１２－ｎと２次側回路１３－ｎに同じインバータ回路を採用することが可能となる。
しかし、部品間差や製造誤差により各インバータ回路の特性（回路定数）を一致させることは困難である。そこで、多脚トランス１００の各ギャップＧＰを外脚１０の複数のパーツで調整することで、各相の１次側及び２次側から見た励磁インダクタンスおよび漏洩インダクタンスを調整し、インバータ回路間の特性差を吸収することができる。
しかし、部品間差や製造誤差により各インバータ回路の特性（回路定数）を一致させることは困難である。そこで、多脚トランス１００の各ギャップＧＰを外脚１０の複数のパーツで調整することで、各相の１次側及び２次側から見た励磁インダクタンスおよび漏洩インダクタンスを調整し、インバータ回路間の特性差を吸収することができる。
【0031】
１次側から２次側へ（図６において左から右へ）電力を移動させる場合、１次側回路１２－ｎに対してスイッチング素子を駆動する駆動信号を入力し、２次側回路１３－ｎの各スイッチング素子を開放状態とし、整流器として機能させる。一方、２次側から１次側へ（図６において右から左へ）電力を移動させる場合、２次側回路１３－ｎに対してスイッチング素子を駆動する駆動信号を入力し、１次側回路１２－ｎの各スイッチング素子を開放状態とし、整流器として機能させる。
【0032】
換言すれば、図６の回路のＤＣ／ＤＣコンバータ３０２であっても、１次側回路又は２次側回路のスイッチング動作を停止（開放状態）とすることで、図２で説明したＤＣ／ＤＣコンバータ３０１として機能する。
なお、実施形態２では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２の好ましい形態として図７や図８の構造を持つ多脚トランス１００で説明したが、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２としては図５の構造を持つ多脚トランス１００であってもよい。この場合、図５の多脚トランス１００の構造に図９で説明した卍組を適用してもよい。
なお、実施形態２では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２の好ましい形態として図７や図８の構造を持つ多脚トランス１００で説明したが、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２としては図５の構造を持つ多脚トランス１００であってもよい。この場合、図５の多脚トランス１００の構造に図９で説明した卍組を適用してもよい。
【0033】
（他の実施形態）
実施形態１及び２で説明した多脚トランス１００において、ギャップＧＰは空間であってもよいが、ギャップＧＰに絶縁シートのようなギャップ材が嵌められていてもよい。ギャップ材をギャップＧＰに嵌め込むことで、中脚２０＃ｎを外脚１０に固定できる。
なお、実施形態２の多脚トランス１００の場合、ギャップ材１５は、中脚２０＃ｎの一端側及び他端側それぞれにあるギャップＧＰに共通して嵌め込む一体構造としてもよいし、中脚２０＃ｎ毎に分割された構造としてもよい。
実施形態１及び２で説明した多脚トランス１００において、ギャップＧＰは空間であってもよいが、ギャップＧＰに絶縁シートのようなギャップ材が嵌められていてもよい。ギャップ材をギャップＧＰに嵌め込むことで、中脚２０＃ｎを外脚１０に固定できる。
なお、実施形態２の多脚トランス１００の場合、ギャップ材１５は、中脚２０＃ｎの一端側及び他端側それぞれにあるギャップＧＰに共通して嵌め込む一体構造としてもよいし、中脚２０＃ｎ毎に分割された構造としてもよい。
【0034】
（効果）
本発明は、磁束キャンセル方式の多脚トランスを使用することで、従来方式と比較して共振リアクトルとトランスの数を大幅に減らすことができ、ＤＣ／ＤＣコンバータの小型化を実現できる。
本発明は、磁束キャンセル方式により、従来方式に対してスイッチング周波数を高周波化せずにトランスの巻線の体積を低減することができ、巻線部分の高周波損失や主スイッチング素子のスイッチング損失を増大させることなく回路を小型化できる。
本発明は、ｎ相インターリーブ動作により各相のリプル電流のピークがずれるため、入出力平滑用コンデンサに流れるリプル電流の実効値を小さくすることができ、コンデンサを小型化できる。
本発明は、磁束キャンセル方式の多脚トランスを使用することで、従来方式と比較して共振リアクトルとトランスの数を大幅に減らすことができ、ＤＣ／ＤＣコンバータの小型化を実現できる。
本発明は、磁束キャンセル方式により、従来方式に対してスイッチング周波数を高周波化せずにトランスの巻線の体積を低減することができ、巻線部分の高周波損失や主スイッチング素子のスイッチング損失を増大させることなく回路を小型化できる。
本発明は、ｎ相インターリーブ動作により各相のリプル電流のピークがずれるため、入出力平滑用コンデンサに流れるリプル電流の実効値を小さくすることができ、コンデンサを小型化できる。
【符号の説明】
【0035】
１０：外脚
１０－１、１０－２、・・・、１０－８、１０－ｉ：外脚のパーツ（ｉはパーツ番号）
１２、１２－１、１２－２、・・・、１２－ｎ：１次側回路
１３、１３－１、１３－２、・・・、１３－ｎ：２次側回路
２０、２０＃１、２０＃２、・・・、２０＃ｎ：中脚
３１：スイッチング素子
３２：共振リアクトル
３３：トランス
１００：多脚トランス
３０１、３０２：ＤＣ／ＤＣコンバータ
Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎ：１次巻線
Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎ：２次巻線
ＧＰ：ギャップ
１０－１、１０－２、・・・、１０－８、１０－ｉ：外脚のパーツ（ｉはパーツ番号）
１２、１２－１、１２－２、・・・、１２－ｎ：１次側回路
１３、１３－１、１３－２、・・・、１３－ｎ：２次側回路
２０、２０＃１、２０＃２、・・・、２０＃ｎ：中脚
３１：スイッチング素子
３２：共振リアクトル
３３：トランス
１００：多脚トランス
３０１、３０２：ＤＣ／ＤＣコンバータ
Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎ：１次巻線
Ｓ１、Ｓ２、・・・、Ｓｎ：２次巻線
ＧＰ：ギャップ
【要約】
【課題】効率低下や大型化することなく電力容量を拡大できるＤＣ／ＤＣコンバータを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータ３０１は、
ｎ相（ｎは２以上の整数）毎に１次巻線Ｐｎと２次巻線Ｓｎを有する１つの多脚トランス１００と、多脚トランス１００の１次巻線Ｐｎのそれぞれに接続され、直流と交流とを変換するｎ個のインバータ回路１２－ｎと、多脚トランス１００の２次巻線Ｓｎのそれぞれに接続されるｎ個の整流回路１３－ｎと、を備える。多脚トランス１００は、中脚２０＃ｎ毎に１次巻線Ｐｎと２次巻線Ｓｎとの間隔で発生する漏れインダクタンスを共振リアクトル３２とすることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明に係るＤＣ／ＤＣコンバータ３０１は、
ｎ相（ｎは２以上の整数）毎に１次巻線Ｐｎと２次巻線Ｓｎを有する１つの多脚トランス１００と、多脚トランス１００の１次巻線Ｐｎのそれぞれに接続され、直流と交流とを変換するｎ個のインバータ回路１２－ｎと、多脚トランス１００の２次巻線Ｓｎのそれぞれに接続されるｎ個の整流回路１３－ｎと、を備える。多脚トランス１００は、中脚２０＃ｎ毎に１次巻線Ｐｎと２次巻線Ｓｎとの間隔で発生する漏れインダクタンスを共振リアクトル３２とすることを特徴とする。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】