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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drossel, die bei Komponenten von Wandlern und Stromrichtereinrichtungen oder dergleichen benutzt wird, welche in Fahrzeugen wie Hybridautos, Elektroautos und Brennstoffzellenautors installiert werden, und insbesondere eine Drossel, die klein ist und deren Kopplungskoeffizient angepasst werden kann.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Eine Drossel ist eines der Teile, das in einer Spannungswandlerschaltung zum Herauf- oder Herabsetzen einer Spannung benutzt wird. Zum Beispiel offenbart Patentdokument Nr. 1 eine Drossel für einen mehrphasigen Wandler mit einem Kern und Spulen für mehrere Phasen, die um den Kern gewickelt und magnetisch aneinander gekoppelt sind. Eine in Patentdokument Nr. 1 beschriebene Drossel (10) für einen zweiphasigen Wandler (zweiphasige magnetisch koppelnde Drossel) weist einen Kern (12) und Spulen (14, 16) zweier Phasen auf, die um den Kern (12) gewickelt sind. Der Kern (12) weist ein Paar T-förmige Abschnitte (20, 22) auf, die jeweils eine T-Form mit einem Basisabschnitt (26) und einem mittigen Schenkelabschnitt (28) aufweisen, welcher von dem mittigen Abschnitt des Basisabschnitts (26) vorsteht, sowie zwei lineare I-förmige Abschnitte (24). Die T-förmigen Abschnitte (20, 22) sind derart angeordnet, dass die vorderen Enden der mittigen Schenkelabschnitte (28) einander mit einem Spaltabstand (32) dazwischen gegenüberliegen. Die I-förmigen Abschnitte (24) sind jeweils über Spaltplatten (18) an die Endabschnitte (Schenkelendelemente (30)) der T-förmigen Abschnitte (20, 22) gekoppelt und derart angeordnet, dass sie parallel zueinander sind. In dem Kern (12) werden zwei Schenkelendabschnitte (34) durch die I-förmigen Abschnitte (24) gebildet, die sich auf beiden Seiten des mittigen Schenkelabschnitts (28) befinden, und um die Schenkelendabschnitte (34) herum sind jeweils Spulen (14, 16) angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung kann die Größe einer Drossel im Vergleich zu einer einphasigen Drossel reduziert werden, indem mehrere Spulen in demselben Kern angeordnet und magnetisch aneinander gekoppelt werden.
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VORBEKANNTE TECHNISCHE DOKUMENTE
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PATENTDOKUMENTE
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- Patentdokument Nr. 1: JP 2012-65453A
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
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Es besteht Bedarf für Wandler (Stromrichtereinrichtungen) von geringerer Größe. Insbesondere werden vorzugsweise die Größen von in Fahrzeugen installierten Wandlern (Stromrichtereinrichtungen) weiter reduziert, weil der Raum für die Installation stark begrenzt ist.
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Wichtige Parameter bei einer Drossel, bei welcher mehrere Spulen in demselben Kern angeordnet und magnetisch aneinander gekoppelt sind, sind ihre Induktivität und der Kopplungskoeffizient zwischen den Spulen. Wie vorstehend beschrieben ist die in Patentdokument Nr. 1 beschriebene Drossel derart eingerichtet, dass der Kern drei magnetische Schenkelabschnitte aufweist, nämlich den mittigen Schenkelabschnitt des T-förmigen Abschnitts und zwei Schenkelendabschnitte (I-förmige Abschnitte) auf beiden Seiten davon, und die Spulen sind jeweils in den Schenkelendabschnitten angeordnet. Im Kern wird unter Verwendung der Basisabschnitte der T-förmigen Abschnitte und der Schenkelendabschnitte ein magnetischer Kopplungsweg, der die Spulen magnetisch aneinander koppelt, und unter Verwendung des mittigen Schenkelabschnitts ein magnetischer Streuweg ausgebildet, in welchem ein von den Spulen produzierter magnetischer Fluss ausstreut. Bei dieser Spule können eine Induktanz und ein Kopplungskoeffizient über einen in dem mittigen Schenkelabschnitt vorgesehenen Spaltabstand angepasst werden. Jedoch weist bei dieser Drossel der Kern den mittigen Schenkelabschnitt zum Anpassen eines Kopplungskoeffizienten zusätzlich zu den Schenkelabschnitten auf, um welche herum die Spulen angeordnet sind, was es schwierig macht, die Größe der Drossel weiter zu reduzieren.
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Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Drossel zu schaffen, die klein ist und deren Kopplungskoeffizient angepasst werden kann. Weiterhin liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, einen Wandler zu schaffen, der mit dieser Drossel ausgestattet ist, sowie eine Stromrichtereinrichtung, die mit diesem Wandler ausgestattet ist.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
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Eine erfindungsgemäße Drossel ist eine Drossel mit einer Mehrzahl von durch Wickeln eines Wicklungsdrahts erhaltener Spulen und einem Kern, der diese Spulen magnetisch aneinander koppelt, wobei die Mehrzahl von Spulen derart parallel zueinander angeordnet sind, dass die angrenzenden Außenumfangsflächen einander gegenüberliegen. Der Kern weist mehrere magnetische Schenkelabschnitte, um welche die Spulen jeweils angeordnet sind, und ein Paar Kopplungsabschnitte auf, die an beiden Endabschnitten der magnetischen Schenkelabschnitte angeordnet sind und die Endabschnitte benachbarter magnetischer Schenkelabschnitte koppeln. Die Drossel weist ferner ein Kopplungskoeffizient-Anpassungsmittel auf, das einen Kopplungskoeffizienten zwischen den benachbarten Spulen anpasst.
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EFFEKT DER ERFINDUNG
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Die Größe einer erfindungsgemäßen Drossel kann reduziert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1(A) und 1(B) sind schematische Darstellungen, die ein Beispiel für eine grundlegende Ausgestaltung einer Drossel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. 1(A) ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Querschnitts durch Spulen und einen Kern, und 1(B) ist eine schematische Draufsicht auf einen Querschnitt.
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2 ist eine schematische Draufsicht auf einen Querschnitt einer Drossel gemäß Ausführungsform 1.
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3 ist eine schematische Draufsicht auf einen Querschnitt einer Drossel gemäß Ausführungsform 2.
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4 ist eine schematische Draufsicht auf einen Querschnitt einer Drossel gemäß Ausführungsform 3.
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5 ist eine schematische Draufsicht auf einen Querschnitt einer Drossel gemäß Ausführungsform 4.
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6 ist ein schematisches Aufbaudiagramm, das ein Stromquellensystem eines Hybridautos veranschaulicht.
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7 ist ein schematisches Schaltbild, das ein Beispiel für eine Stromrichtereinrichtung einer Ausführungsform veranschaulicht, die mit dem Wandler gemäß der Ausführungsform ausgestattet ist.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bei einer Drossel der vorliegenden Erfindung weist ein Kern magnetische Schenkelabschnitte auf, um welche herum Spulen angeordnet sind, und Kopplungsabschnitte, die die Endabschnitte der magnetischen Schenkelabschnitte koppeln, und so werden die vorstehend beschriebenen Aufgaben gelöst. Zunächst werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgelistet und erläutert.
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Eine Drossel gemäß einer Ausführungsform weist mehrere durch Wickeln eines Wicklungsdrahts erhaltene Spulen und einen Kern auf, der diese Spulen magnetisch aneinander koppelt. Die Mehrzahl von Spulen sind derart parallel zueinander angeordnet, dass die benachbarten Außenumfangsflächen einander gegenüberliegen. Der Kern weist mehrere magnetische Schenkelabschnitte, um welche die Spulen jeweils angeordnet sind, und ein Paar Kopplungsabschnitte auf, die an beiden Endabschnitten der magnetischen Schenkelabschnitte angeordnet sind und die Endabschnitte benachbarter magnetischer Schenkelabschnitte koppeln. Die Drossel weist ferner ein Kopplungskoeffizient-Anpassungsmittel auf, das einen Kopplungskoeffizienten zwischen den benachbarten Spulen anpasst.
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Bei der Drossel der vorstehenden Ausführungsform weist der Kern die magnetischen Schenkelabschnitte auf, um welche herum die Spulen angeordnet sind, und die Kopplungsabschnitte, die die Endabschnitte der magnetischen Schenkelabschnitte koppeln. Das heißt, die Drossel der Ausführungsform weist anders als die Drossel aus Patentdokument Nr. 1 keinen mittigen Schenkelabschnitt zum Ausbilden eines magnetischen Streuwegs zum Anpassen eines Kopplungskoeffizienten auf. Demgemäß kann die Größe der Drossel der Ausführungsform im Vergleich zu einer herkömmlichen Drossel reduziert werden. Außerdem weist der Kern das Kopplungskoeffizient-Anpassungsmittel auf, wodurch es möglich wird, den Kopplungskoeffizienten zwischen den Spulen anzupassen.
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Zu Beispielen für das oben beschriebene Kopplungskoeffizient-Anpassungsmittel zählen die nachstehenden Anordnungen (1) bis (4):
- 1) eine Anordnung mit einer Magnetabschirmungsplatte, die zwischen den benachbarten Spulen angeordnet ist;
- 2) eine Anordnung, die einen Abschnitt mit enger Wicklung mit einem engen Wicklungsschritt und einen Abschnitt mit weiter Wicklung mit einem weiteren Wicklungsschritt als der Abschnitt mit enger Wicklung aufweist, wobei der Abschnitt mit enger und jener mit weiter Wicklung bei mindestens einer der benachbarten Spulen bereitgestellt sind;
- 3) eine Anordnung, die einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser aufweist, dessen Wicklungsdurchmesser klein ist, sowie einen Abschnitt mit großem Durchmesser, dessen Wicklungsdurchmesser größer ist als bei dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser, wobei der Abschnitt mit kleinem Durchmesser und der Abschnitt mit großem Durchmesser bei mindestens einer der benachbarten Spulen bereitgestellt sind;
- 4) eine Anordnung mit einem magnetischen Spaltabschnitt, der in mindestens einem der Kopplungsabschnitte vorgesehen ist.
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Die vorstehende Anordnung (1) weist die Magnetabschirmungsplatte auf, die zwischen den benachbarten Spulen angeordnet ist und dadurch den Kopplungskoeffizienten anpasst. In dem Fall, dass zwei (ein Paar) magnetisch zu koppelnde Spulen zueinander benachbart um jeweils einen der magnetischen Schenkelabschnitte herum angeordnet sind, kann zum Beispiel ein magnetischer Streufluss aus einem magnetischen Schenkelabschnitt zwischen den Wicklungsdrähten (zwischen den Windungen) der Spule nach außen austreten, und ein Anteil des magnetischen Streuflusses kann sich zwischen den Spulen bewegen und auf den anderen magnetischen Schenkelabschnitt übertragen werden. Bei der vorstehenden Anordnung (1) kann die zwischen den Spulen angeordnete Magnetabschirmungsplatte dazu benutzt werden, den magnetischen Streufluss, der sich zwischen den Spulen bewegt und von einem magnetischen Schenkelabschnitt auf den anderen magnetischen Schenkelabschnitt übertragen wird, abzuschirmen und zu unterdrücken, so dass es möglich wird, den Kopplungskoeffizienten zwischen den Spulen zu erhöhen. Somit ist es möglich, den Kopplungskoeffizienten anzupassen. Wenn dafür gesorgt wird, dass ein magnetischer Streufluss mit hoher Wahrscheinlichkeit aus dem magnetischen Schenkelabschnitt ausstreut, indem zum Beispiel in dem magnetischen Schenkelabschnitt ein magnetischer Spaltabschnitt wie etwa ein Luftspalt oder ein Spaltwerkstoff, der aus einem nichtmagnetischen Material gebildet ist, vorgesehen wird oder der magnetische Schenkelabschnitt unter Verwendung eines weichmagnetischen Werkstoffs mit geringer Permeabilität ausgebildet wird, ist es möglich, einen Anpassungsspielraum für den Kopplungskoeffizienten zu vergrößern.
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Die vorstehende Anordnung (2) weist einen Abschnitt mit enger Wicklung mit einem engen Wicklungsschritt und einen Abschnitt mit weiter Wicklung mit einem weiteren Wicklungsschritt als der Abschnitt mit enger Wicklung auf, und der Abschnitt mit enger und jener mit weiter Wicklung sind bei mindestens einer der benachbarten Spulen bereitgestellt, wodurch der Kopplungskoeffizient angepasst wird. Im Allgemeinen sind in dem Abschnitt mit enger Wicklung, wo der Wicklungsschritt der Spule eng ist, die Spalte zwischen den Wicklungsdrähten (die Spalte zwischen den Windungen) klein, und es ist nicht wahrscheinlich, dass der magnetische Streufluss ausstreut. Dagegen sind in dem Abschnitt mit weiter Wicklung, wo der Wicklungsschritt der Spule weit ist, die Spalte zwischen den Wicklungsdrähten (die Spalte zwischen den Windungen) groß, und es ist wahrscheinlich, dass der magnetische Streufluss ausstreut. Bei der vorstehenden Anordnung (2) wird der magnetische Streuflussstrom dadurch verringert, dass die Spule an einer Position, die einem Abschnitt des magnetischen Schenkelabschnitts entspricht, aus dem der magnetische Streufluss wahrscheinlich ausstreut, den Abschnitt mit enger Wicklung aufweist, wodurch es möglich wird, den Kopplungskoeffizienten zwischen den Spulen zu erhöhen. Alternativ hierzu wird der magnetische Streuflussstrom dadurch erhöht, dass die Spule an einer Position, die einem Abschnitt des magnetischen Schenkelabschnitts entspricht, aus dem der magnetische Streufluss wahrscheinlich ausstreut, den Abschnitt mit weiter Wicklung aufweist, wodurch es möglich wird, den Kopplungskoeffizienten zwischen den Spulen zu reduzieren. Somit ist es möglich, den Kopplungskoeffizienten anzupassen. Zu Beispielen für die Position des magnetischen Schenkelabschnitts, an der der magnetische Streufluss wahrscheinlich ausstreut, zählen der mittige Abschnitt des magnetischen Schenkelabschnitts in Längsrichtung in dem Fall, dass der magnetische Schenkelabschnitt aus einem gleichförmigen weichmagnetischen Werkstoff hergestellt ist, und ein magnetischer Spaltabschnitt in dem Fall, dass der vorstehend beschriebene magnetische Spaltabschnitt in dem magnetischen Schenkelabschnitt vorgesehen ist.
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Die vorstehende Anordnung (3) weist einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser auf, dessen Wicklungsdurchmesser klein ist, sowie einen Abschnitt mit großem Durchmesser, dessen Wicklungsdurchmesser größer ist als bei dem Abschnitt mit kleinem Wicklungsdurchmesser, und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser und der Abschnitt mit großem Durchmesser sind bei mindestens einer der benachbarten Spulen bereitgestellt, wodurch der Kopplungskoeffizient angepasst wird. Im Allgemeinen tritt ein magnetischer Streufluss, der nicht durch den magnetischen Schenkelabschnitt verläuft, umso wahrscheinlicher aus, je größer der Wicklungsdurchmesser der Spule wird. Bei der vorstehenden Anordnung (3) nimmt der magnetische Streufluss aufgrund des in der Spule bereitgestellten Abschnitts mit großem Durchmesser zu, wodurch es möglich wird, den Kopplungskoeffizienten zwischen den Spulen zu reduzieren. Somit ist es möglich, den Kopplungskoeffizienten anzupassen.
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Die vorstehende Anordnung (4) weist einen magnetischen Spaltabschnitt auf, der in mindestens einem der Kopplungsabschnitte vorgesehen ist, wodurch der Kopplungskoeffizient angepasst wird. Bei dieser Anordnung nimmt der magnetische Streufluss dadurch zu, dass der magnetische Spaltabschnitt in dem Kopplungsabschnitt vorgesehen ist, wodurch es möglich wird, den Kopplungskoeffizienten zwischen den Spulen zu reduzieren. Somit ist es möglich, den Kopplungskoeffizienten anzupassen.
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Die vorstehenden Anordnungen (1) bis (4) können allein oder in Kombination benutzt werden. Vorzugsweise wird der Kopplungskoeffizient zwischen den Spulen zum Beispiel auf 0,4 bis 0,9 angepasst.
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Ein Wandler gemäß einer Ausführungsform weist die Drossel der vorstehend beschriebenen Ausführungsform auf. Die Aufnahme der Drossel der Ausführungsform, deren Größe verringert werden kann, ermöglicht es, die Größe des Wandlers der Ausführungsform zu verringern.
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Eine Stromrichtereinrichtung gemäß einer Ausführungsform weist die Drossel der vorstehend beschriebenen Ausführungsform auf. Die Aufnahme des Wandlers der Ausführungsform, der mit der Drossel der Ausführungsform ausgestattet ist, deren Größe verringert werden kann, ermöglicht es, die Größe der Stromrichtereinrichtung der Ausführungsform zu verringern.
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Einzelheiten über Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Speziellen beschrieben. In den Zeichnungen tragen gleiche bzw. einander entsprechende Elemente gleiche Bezugszeichen.
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Hierbei werden als Erstes ein Kern und eine Spule beschrieben, die als Grundkomponenten zu einer Drossel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehören. Als Nächstes werden spezielle Ausführungsformen eines zu der Drossel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehörenden Kopplungskoeffizient-Anpassungsmittels beschrieben.
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Grundlegende Ausgestaltung einer Drossel
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1(A) und 1(B) zeigen ein Beispiel für die grundlegende Ausgestaltung der Drossel einer Ausführungsform. Eine Drossel 10 weist eine erste Spule 21, eine zweite Spule 22 und einen ringförmigen Kern 30 auf, der die erste Spule 21 und die zweite Spule 22 magnetisch koppelt. Es sei angemerkt, dass 1(A) eine perspektivische Querschnittsansicht der Spulen 21 und 22 und des Kerns 30 ist, die zur einfacheren Beschreibung im Wesentlichen in Höhenrichtung in zwei Hälften geteilt sind.
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Die erste Spule 21 und die zweite Spule 22 werden jeweils erhalten, indem ein Wicklungsdraht 2w spiralförmig gewickelt wird, und sind parallel zueinander derart angeordnet, dass ihre Achsenrichtungen parallel zueinander sind und ihre Außenumfangsflächen einander gegenüberliegen. Die Spulen 21 und 22 weisen dieselbe Form auf und einen gleichförmigen Wicklungsschritt und einen gleichförmigen Wicklungsdurchmesser zwischen einer Stirnseite und der anderen Stirnseite in Axialrichtung. Der Wicklungsdraht 2w ist ein beschichteter Rechteckdraht, der erhalten wird, indem auf der Oberfläche eines Rechteckdrahts aus Kupfer oder Kupferlegierung, oder aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, eine isolierende Beschichtung aus Lack, Polyamidimid-Harz oder dergleichen bereitgestellt wird. Die Spulen 21 und 22 sind hochkantgewickelte Spulen, die in einer prismatischen Tubulusform ausgebildet werden, indem der Wicklungsdraht 2w, bei dem es sich um einen beschichteten Rechteckdraht handelt, hochkant gewickelt wird. Ein Ende der Spule 21 und ein Ende der Spule 22 sind elektrisch aneinander angeschlossen.
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Der Kern 30 koppelt die erste Spule 21 und die zweite Spule 22 magnetisch. Der Kern 30 weist ein Paar magnetische Schenkelabschnitte 311 und 312, die innerhalb der Spulen 21 und 22 angeordnet sind und um welche die Spulen 21 und 22 jeweils angeordnet sind, und ein Paar Kopplungsabschnitte 321 und 322 auf, die an den beiden Endabschnitten der magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 angeordnet sind und die Endabschnitte der magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 koppeln. Der Kern 30 ist derart eingerichtet, dass er eine Ringform aufweist, indem die jeweiligen inneren Stirnflächen der Kopplungsabschnitte 321 und 322 mit den Stirnflächen der magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312, die parallel zueinander angeordnet sind, gekoppelt werden, und die magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 und die Kopplungsabschnitte 321 und 322 bilden einen magnetischen Kopplungsweg aus, der die Spulen 21 und 22 magnetisch koppelt.
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Jeder der magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 weist eine prismatische Form auf und wird dadurch ausgebildet, dass abwechselnd Kernstücke 31m aus einem weichmagnetischen Werkstoff und Spaltwerkstoffe 31g aus einem Material mit einer geringeren relativen magnetischen Permeabilität als die Kernstücke 31m laminiert werden. Die Kernstücke 31m und die Spaltwerkstoffe 31g können zum Beispiel mit Hilfe eines Klebstoffs miteinander verbunden werden. Jeder der Kopplungsabschnitte 321 und 322 weist im Wesentlichen eine Trapezform auf (eine Trapezform, bei welcher eine Querschnittsfläche von der inneren Stirnfläche aus abnimmt, die nach außen hin mit den Stirnflächen der magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 gekoppelt ist) und ist ein Kernstück, das aus einem weichmagnetischen Werkstoff hergestellt ist.
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Die Kernstücke, die die magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 bilden, und die Kopplungsabschnitte 321 und 322 sind jeweils unter Verwendung eines geformten Körpers, der aus einem weichen magnetischen Pulver (zum Beispiel einem Metall der Eisengruppe wie Eisen, einer Legierung davon oder einem eisenhaltigen Oxid) hergestellt ist, eines laminierten Plattenkörpers, der durch Laminieren einer Mehrzahl von magnetischer Dünnplatten mit Isolationsmantel (zum Beispiel elektromagnetische Stahlplatten wie etwa Siliziumstahlplatten) erhalten wird, oder dergleichen ausgebildet. Beispiele für den vorstehend beschriebenen geformten Körper sind etwa ein pulvergesinterter Körper, ein gesinterter Körper und ein Verbundwerkstoff, der durch Formen einer Mischung, die ein weichmagnetisches Pulver enthält, und eines Kunststoffes durch Spritzgießen, Gießen oder dergleichen erhalten wird. Einem solchen geformten Körper, insbesondere dem Verbundwerkstoff, kann auch eine niedrige magnetische Permeabilität verliehen werden, wie etwa eine relative magnetische Permeabilität von 5 bis 50, indem zum Beispiel der Gehalt an weichmagnetischem Pulver reduziert wird. In diesem Beispiel sind die Kernstücke (die Kernstücke 31m und die Kopplungsabschnitte 321 und 322) jeweils mit aus einem pulvergesinterten Körper ausgebildet, der aus einem weichmagnetischen Pulver aus Eisen, Stahl oder dergleichen hergestellt ist.
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Die Spaltwerkstoffe 31g sind aus einem nichtmagnetischen Material wie Aluminiumoxid oder ungesättigtem Polyester ausgebildet. Die relative magnetische Permeabilität der magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 (Kern 30) wird in diesem Beispiel dadurch angepasst, dass die Spaltwerkstoffe 31g in den magnetischen Schenkelabschnitten 311 und 312 vorgesehen sind, aber wenn die Kernstücke zum Beispiel aus einem Verbundwerkstoff ausgebildet werden, der eine niedrige magnetische Permeabilität aufweist, ist es auch möglich, dass eine vorbestimmte relative magnetische Permeabilität erreicht wird, ohne die Spaltwerkstoffe zur Verfügung zustellen, und dass die magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 jeweils durch ein Kernstück gebildet werden. Darüber hinaus sind die Kernstücke aus einem gleichförmigen Werkstoff hergestellt, so dass sie dieselbe Spezifikation (pulvergesinterter Körper) aufweisen, aber es ist auch möglich, dass die Mehrzahl von Kernstücke 31m, die die magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 bilden, unterschiedliche magnetische Eigenschaften und unterschiedliche Spezifikationen aufweisen, und dass die Kernstücke 31m und die Kopplungsabschnitte 321 und 322 unterschiedliche magnetische Eigenschaften und unterschiedliche Spezifikationen aufweisen. Außerdem ist es auch möglich, dass der Spaltwerkstoff 31g unter Verwendung eines Materials ausgebildet wird, das eine niedrigere magnetische Permeabilität aufweist als das Kernstück 31m, wie etwa eines Verbundwerkstoffs, der wenig weichmagnetisches Pulver enthält.
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Als Nächstes werden spezielle Ausführungsformen eines Kopplungskoeffizient-Anpassungsmittels beschrieben, das einen Kopplungskoeffizienten zwischen den benachbarten Spulen anpasst. Es sei angemerkt, dass bei den nachstehenden Ausführungsformen 1 bis 4 die Drossel dieselbe grundlegende Ausgestaltung wie die in 1 gezeigte vorstehende Drossel 10 aufweist und in erster Linie die Unterschiede beschrieben werden.
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Ausführungsform 1: Eine Magnetabschirmungsplatte ist zwischen den Spulen angeordnet.
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Ausführungsform 1 beschreibt eine Anordnung mit einer Magnetabschirmungsplatte, die zwischen den benachbarten Spulen angeordnet ist, als Kopplungskoeffizient-Anpassungsmittel. Bei einer Drossel 11 gemäß Ausführungsform 1, die in 2 gezeigt ist, ist zwischen der ersten Spule 21 und der zweiten Spule 22, die jeweils um die magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 angeordnet sind, eine Magnetabschirmungsplatte 50 angeordnet. Die Magnetabschirmungsplatte 50 ist aus einem nichtmagnetischen metallischen Werkstoff hergestellt, und vorzugsweise können zum Beispiel Edelstahl, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung benutzt werden. Bei diesem Beispiel ist zwischen den Spulen 21 und 22 in Längsrichtung der magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 eine Aluminiumplatte (Magnetabschirmungsplatte 50) angeordnet. Da die Magnetabschirmungsplatte 50 auf diese Weise zwischen den Spulen 21 und 22 angeordnet ist, wird es möglich, die Magnetabschirmungsplatte 50 dazu zu benutzen, einen magnetischen Streufluss, der sich zwischen den Spulen 21 und 22 bewegt und von einem magnetischen Schenkelabschnitt (311 oder 312) auf den anderen magnetischen Schenkelabschnitt (312 oder 311) übertragen wird, abzufangen und zu unterdrücken. Somit ist es möglich, den Kopplungskoeffizienten zwischen den Spulen 21 und 22 zu erhöhen.
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Hier kann der Kopplungskoeffizient angepasst werden, indem die Dicke, die Fläche oder die Position der Magnetabschirmungsplatte 50 verändert wird. Die Dicke der Magnetabschirmungsplatte 50 kann geeignet gewählt werden, solange die Magnetabschirmungsplatte 50 zwischen den Spulen 21 und 22 angeordnet werden und den magnetischen Streufluss unterdrücken kann. Im Allgemeinen beträgt die Größe eines Spalts zwischen den Spulen 21 und 22 ca. 2 mm. Je dicker die Magnetabschirmungsplatte 50 ist, desto mehr wird der Effekt des Unterdrückens des magnetischen Streuflusses verstärkt. Falls jedoch die Magnetabschirmungsplatte 50 sogar mehr als doppelt so dick wie eine Eindringtiefe in Bezug auf die Frequenz der in den Spulen 21 und 22 fließenden Ströme ist, ist die Verstärkung des Effekts des Unterdrückens des magnetischen Streuflusses gering. Daher beträgt die Dicke der Magnetabschirmungsplatte 50 vorzugsweise das Einfache oder mehr und das Doppelte oder weniger von der Dicke der Eindringtiefe und wird vorzugsweise zum Beispiel zu 1 mm oder mehr und 2 mm oder weniger gewählt. In dem Fall, dass die Dicke der Magnetabschirmungsplatte 50 mit der Eindringtiefe identisch ist (das Einfache davon beträgt), kann ein magnetischer Fluss, der durch die Magnetabschirmungsplatte 50 durchgeht, auf das 1/e-fache (e ≈ 2.71), das heißt um ca. 63 % reduziert werden, und in dem Fall, dass die Dicke der Magnetabschirmungsplatte 50 das Doppelte der Dicke der Eindringtiefe beträgt, kann der magnetische Fluss auf das 1/e2-fache, das heißt um ca. 87 %, reduziert werden. Andererseits: Je länger die Magnetabschirmungsplatte 50 ist, umso größer wird die Fläche der Magnetabschirmungsplatte 50, die mit dem magnetischen Streufluss interagiert, und somit die Menge des von der Magnetabschirmungsplatte 50 absorbierten magnetischen Streuflusses, wodurch es möglich wird, den Kopplungskoeffizienten zwischen den Spulen 21 und 22 zu erhöhen. Und je höher die Magnetabschirmungsplatte 50 ist, umso größer wird auch die Fläche der Magnetabschirmungsplatte 50, die mit dem magnetischen Streufluss interagiert, wodurch es möglich wird, den Kopplungskoeffizienten zwischen den Spulen 21 und 22 zu erhöhen.
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Ferner kann der Kopplungskoeffizient auch angepasst werden, indem die Position der Magnetabschirmungsplatte 50 verändert wird. In dem Fall, dass wie bei diesem Beispiel die Spaltwerkstoffe 31g in den magnetischen Schenkelabschnitten 311 und 312 vorgesehen sind, ist es wahrscheinlich, dass der magnetische Streufluss aus den Spaltwerkstoffen 31g ausstreut, und daher kann der magnetische Streufluss wirksam unterdrückt werden, indem die Magnetabschirmungsplatten 50 an den Positionen angeordnet werden, die den Spaltwerkstoffen 31g in den magnetischen Schenkelabschnitten 311 und 312 entsprechen. In dem Fall, dass die magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 jeweils aus einem Verbundwerkstoff mit niedriger magnetischer Permeabilität hergestellt sind und, wie vorstehend beschrieben, durch ein Kernstück gebildet sind, ist es zum Beispiel wahrscheinlich, dass der magnetische Streufluss aus dem mittigen Abschnitt der magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 in Längsrichtung ausstreut, und daher ist es einfach, den magnetischen Streufluss effektiv zu unterdrücken, wenn die Magnetabschirmungsplatte 50 lokal an der Position angeordnet ist, die dem mittigen Abschnitt der magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 entspricht. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, dass die Drossel 11 in einem Gehäuse (nicht gezeigt) untergebracht ist, die Magnetabschirmungsplatte 50 fixiert werden kann, indem sie zwischen den Spulen 21 und 22 angeordnet und dann mit einem Dichtungsharz abgedichtet wird. Alternativ hierzu kann die Magnetabschirmungsplatte 50 im Voraus mit einem Isolierklebstoff an der Bodenplatte des Gehäuses fixiert werden.
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Ausführungsform 2: Die Spule weist einen Abschnitt mit enger Wicklung und einen Abschnitt mit weiter Wicklung auf.
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Ausführungsform 2 beschreibt eine Anordnung, die als Kopplungskoeffizient-Anpassungsmittel einen Abschnitt mit enger Wicklung mit einem engen Wicklungsschritt und einen Abschnitt mit weiter Wicklung mit einem weiteren Wicklungsschritt als der Abschnitt mit enger Wicklung aufweist, wobei der Abschnitt mit enger und jener mit weiter Wicklung bei mindestens einer der benachbarten Spulen bereitgestellt sind. Bei einer Drossel 12 gemäß Ausführungsform 2, die in 3 gezeigt ist, weisen die erste Spule 21 und die zweite Spule 22, die jeweils um die magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 herum angeordnet sind, jeweils Abschnitte 20a mit enger Wicklung, die einen engen Wicklungsschritt aufweisen, und einen Abschnitt 20b mit weiter Wicklung auf, der einen weiteren Wicklungsschritt als der Abschnitt 20a mit enger Wicklung aufweist. Bei diesem Beispiel sind der Abschnitt 20a mit enger Wicklung, der Abschnitt 20b mit weiter Wicklung und der Abschnitt 20a mit enger Wicklung bei jeder der Spulen 21 und 22 in der angegebenen Reihenfolge in Axialrichtung von einer Stirnseite zu der anderen Stirnseite angeordnet, und die Abschnitte 20b mit weiter Wicklung sind an den Positionen vorgesehen, die den mittigen Abschnitten mit den Spaltwerkstoffen 31g der magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 entsprechen. Darüber hinaus sind bei jeder der Spulen 21 und 22 die Gesamtwicklungszahl in den Abschnitten 20a mit enger Wicklung an beiden Endabschnitten und die Gesamtwicklungszahl in dem Abschnitt 20b mit weiter Wicklung im mittigen Abschnitt identisch. Der magnetische Streufluss steigt, weil die Spulen 21 und 22 die Abschnitte 20b mit weiter Wicklung an den Positionen aufweisen, die den Abschnitten der magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 (Spaltwerkstoffe 31g) entsprechen, aus denen der magnetische Streufluss wahrscheinlich auf diese Weise ausstreut, wodurch es möglich wird, den Kopplungskoeffizienten zwischen den Spulen 21 und 22 zu reduzieren. Wenn im Gegensatz dazu die Abschnitte 20a mit enger Wicklung lokal an den Positionen vorgesehen sind, die den Abschnitten der magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 (Spaltwerkstoffe 31g) entsprechen, aus denen der magnetische Streufluss wahrscheinlich ausstreut, nimmt der magnetische Streufluss ab, wodurch es möglich wird, den Kopplungskoeffizienten zwischen den Spulen 21 und 22 zu erhöhen.
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Hierbei kann der Kopplungskoeffizient angepasst werden, indem die Wicklungsschritte, die Wicklungszahlen oder die Positionen der Abschnitte 20a mit enger Wicklung und der Abschnitte 20b mit weiter Wicklung der Spulen 21 und 22 geändert werden. Die Wicklungsschritte der Abschnitte 20a mit enger Wicklung und der Abschnitte 20b mit weiter Wicklung der Spulen 21 und 22 können geeignet gewählt werden, solange die Spulen 21 und 22 um die magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 herum angeordnet werden können. Im Allgemeinen beträgt die Größe jedes der Spalte zwischen den Wicklungsdrähten 2w (Spalte der Windungen) ca. 0,3 mm. Wenn dies als Standardspalt genommen wird, wird zum Beispiel die Größe der einzelnen Spalten zwischen den Wicklungsdrähten 2w in den Abschnitten 20b mit weiter Wicklung vorzugsweise um +0,1 mm oder mehr und weniger als +0,5 mm größer gewählt, und die Größe der einzelnen Spalten zwischen den Wicklungsdrähten 2w in den Abschnitten 20a mit enger Wicklung wird zum Beispiel um –0,1 mm oder mehr und weniger als –0,3 mm kleiner gewählt. Das heißt, dass vorzugsweise der Wicklungsschritt des Abschnitts 20b mit weiter Wicklung vorzugsweise weiter ist als der Wicklungsschritt der Wicklung 20a mit enger Wicklung, so dass die Größe der einzelnen Spalte zwischen den Wicklungsdrähten 2w in dem Abschnitt 20b mit weiter Wicklung zum Beispiel um 0,2 mm oder mehr und weniger als 0,8 mm größer ist als in dem Abschnitt 20a mit enger Wicklung. Es sei angemerkt, dass, falls in den Abschnitten 20a mit enger Wicklung oder den Abschnitten 20b mit weiter Wicklung in den Spulen 21 und 22 isolierende Abstandshalter oder dergleichen zwischen den Wicklungsdrähten 2w angeordnet sind, die Spalte zwischen den Wicklungsdrähten 2w zuverlässig beibehalten werden können. In dem Falle, dass die Spulen 21 und 22 jeweils um einen röhrenförmigen isolierenden Wicklungsträger (nicht gezeigt) gewickelt sind und die Wicklungsträger beispielsweise jeweils zwischen den Spulen 21 und 22 und den magnetischen Schenkelabschnitten 311 und 312 angeordnet sind, ist vorzugsweise auf der Außenumfangsfläche des Wicklungsträgers ein Abstandshalter vorgesehen.
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Ausführungsform 3: Die Spule weist einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt mit großem Durchmesser auf.
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Ausführungsform 3 beschreibt eine Anordnung, die als Kopplungskoeffizient-Anpassungsmittel einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser aufweist, dessen Wicklungsdurchmesser klein ist, sowie einen Abschnitt mit großem Durchmesser, dessen Wicklungsdurchmesser größer ist als bei dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser, wobei der Abschnitt mit kleinem Durchmesser und der Abschnitt mit großem Durchmesser bei mindestens einer der benachbarten Spulen bereitgestellt sind. Bei einer Drossel 13 gemäß Ausführungsform 3, die in 4 gezeigt ist, weisen die erste Spule 21 und die zweite Spule 22, die jeweils um die magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 herum angeordnet sind, jeweils einen Abschnitt 20m mit kleinem Durchmesser auf, der einen kleinen Wicklungsdurchmesser aufweist, sowie einen Abschnitt 20n mit großem Durchmesser, der einen größeren Wicklungsdurchmesser als der Abschnitt 20m mit kleinem Durchmesser aufweist. Bei diesem Beispiel sind bei der ersten Spule 21, die eine der Spulen ist, der Abschnitt 20n mit großem Durchmesser und der Abschnitt 20m mit kleinem Durchmesser in der angegebenen Reihenfolge von einer Stirnseite zu der anderen Stirnseite in Axialrichtung ausgebildet, und bei der zweiten Spule 22, die die andere der Spulen ist, sind der Abschnitt 20m mit kleinem Durchmesser und der Abschnitt 20n mit großem Durchmesser in der angegebenen Reihenfolge von einer Stirnseite zu der anderen Stirnseite in Axialrichtung ausgebildet. Das heißt, die Positionen des Abschnitts 20m mit kleinem Durchmesser und des Abschnitts 20n mit großem Durchmesser der ersten Spule 21 alternieren mit denen der zweiten Spule 22. Darüber hinaus sind bei den Spulen 21 und 22 die Sektion des Abschnitts 20m mit kleinem Durchmesser und die Sektion des Abschnitts 20n mit großem Durchmesser identisch. Der magnetische Streufluss steigt an, weil die Spulen 21 und 22 diese Abschnitte 20n mit großem Durchmesser aufweisen, wodurch es möglich wird, den Kopplungskoeffizienten zwischen den Spulen 21 und 22 zu reduzieren.
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Hierbei kann der Kopplungskoeffizient angepasst werden, indem die Wicklungsdurchmesser oder die Sektionen des Abschnitts 20m mit kleinem Durchmesser und des Abschnitts 20n mit großem Durchmesser der Spulen 21 und 22 geändert werden. Je größer die Wicklungsdurchmesser der Abschnitte 20n mit großem Durchmesser der Spulen 21 und 22 werden, desto mehr steigt der magnetische Streufluss an, und daher kann der Kopplungskoeffizient zwischen den Spulen 21 und 22 reduziert werden. Jedoch wird der Spalt zwischen den magnetischen Schenkelabschnitten 311 und 312 entsprechend groß, und somit erhöht sich die Größe des Kerns 30 (der Drossel 13). Daher wird bevorzugt der Wicklungsdurchmesser des Abschnitts 20n mit großem Durchmesser zum Beispiel um 1 mm oder mehr und weniger als 5 mm größer gewählt als der Durchmesser des Abschnitts 20m mit kleinem Durchmesser. Je länger die Sektionen der Abschnitte 20n mit großem Durchmesser der Spulen 21 und 22 werden, desto mehr steigt der magnetische Streufluss an, und daher kann der Kopplungskoeffizient zwischen den Spulen 21 und 22 reduziert werden. Wenn jedoch die Länge der Sektion des Abschnitts 20n mit großem Durchmesser mehr als die Hälfte derjenigen der Spulen 21 und 22 in Axialrichtung beträgt, besteht ein Risiko, dass die Abschnitte 20n mit großem Durchmesser einander stören. In diesem Beispiel kann dadurch, dass veranlasst wird, dass die Länge der Sektion des Abschnitts 20n mit großem Durchmesser die Hälfte der oder weniger als die Länge der Spulen 21 und 22 in Axialrichtung beträgt, und veranlasst wird, dass die Positionen des Abschnitts 20m mit kleinem Durchmesser und des Abschnitts 20n mit großem Durchmesser der ersten Spule 21 mit denen der zweiten Spule 22 alternieren, der Spalt zwischen den magnetischen Schenkelabschnitten 311 und 312 so klein wie möglich gemacht und dabei vermieden werden, dass die Abschnitte 20n mit großem Durchmesser einander stören.
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Ausführungsform 4: In einem Kopplungsabschnitt ist ein magnetischer Spaltabschnitt vorgesehen.
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Ausführungsform 4 beschreibt eine Anordnung mit einem magnetischen Spaltabschnitt, der in mindestens einem der Kopplungsabschnitte vorgesehen ist, als Kopplungskoeffizient-Anpassungsmittel. Bei einer Drossel 14 gemäß der in 5 gezeigten Ausführungsform 4 sind in den Zwischenabschnitten der Kopplungsabschnitte 321 und 322 magnetische Spaltabschnitte 32g vorgesehen, die die Endabschnitte der magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 koppeln, um welche herum die erste Spule 21 und die zweite Spule 22 angeordnet sind. Die magnetischen Spaltabschnitte 32g sind jeweils aus einem Spaltwerkstoff hergestellt, der auf dieselbe Weise wie die Spaltwerkstoffe 31g der magnetischen Schenkelabschnitte 311 und 312 aus einem nichtmagnetischen Material gebildet ist. Bei diesem Beispiel ist der Spaltwerkstoff (der magnetische Spaltabschnitt 32g) zwischen zwei Kernstücken 32m angeordnet, die die Kopplungsabschnitte 321 oder 322 bilden, und der Spaltwerkstoff und die beiden Kernstücke 32m sind mit Hilfe eines Klebstoffs miteinander verbunden. Als Spaltwerkstoff kann zum Beispiel auch ein Material benutzt werden, das eine niedrigere magnetische Permeabilität als die Kernstücke 32m aufweist, wie etwa ein Verbundwerkstoff, der nur wenig weichmagnetisches Pulver enthält. Alternativ sind hier die unteren Flächen der Spulen 21 und 22 oder die Kopplungsabschnitte 321 und 322 (Kernstücke 32m) unter Verwendung eines Befestigungselements wie etwa eines Klebstoffs oder eines Bolzens an einem Plattenelement (nicht gezeigt) fixiert, auf welchem die Drossel 14 derart zu platzieren ist, dass ein Spalt zwischen den Kernstücken 32m der einzelnen Kopplungsabschnitte 321 und 322 ausgebildet wird, und zwischen den Kernstücken 32m ist ein Luftspalt vorgesehen, der somit als magnetischer Spaltabschnitt benutzt werden kann. Der magnetische Streufluss steigt dadurch, dass die Kopplungsabschnitte 321 und 322 auf diese Weise mit den magnetischen Spaltabschnitten 32g ausgestattet sind, wodurch es möglich wird, den Kopplungskoeffizienten zwischen den Spulen 21 und 22 zu reduzieren.
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Hierbei kann der Kopplungskoeffizient angepasst werden, indem die Größe (Spaltlänge) des magnetischen Spaltabschnitts 32 der einzelnen Kopplungsabschnitte 321 und 322 verändert wird. Zwar ist in diesem Beispiel jeder der Kopplungsabschnitte 321 und 322 mit einem magnetischen Spaltabschnitt 32g versehen, jedoch kann auch jeder der Kopplungsabschnitte 321 und 322 mit einer Mehrzahl von magnetischen Spaltabschnitten 32g versehen sein, indem die Kopplungsabschnitte 321 und 322 in mehrere Kernstücke 32m unterteilt und zwischen den Kernstücken 32m die magnetischen Spaltabschnitte 32g vorgesehen werden. Ferner sind zwar beide Kopplungsabschnitte 321 und 322 mit dem magnetischen Spaltabschnitt 32g versehen, jedoch kann auch nur ein Kopplungsabschnitt (321 oder 322) mit dem magnetischen Spaltabschnitt 32g versehen sein, oder die Größe und die Anzahl der magnetischen Spaltabschnitte 32g in den Kopplungsabschnitten 321 und 322 kann geändert werden.
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Die in den vorstehenden Ausführungsformen 1 bis 4 beschriebenen Anordnungen der in den 2 bis 5 gezeigten Kopplungskoeffizient-Anpassungsmittel können allein oder in Kombination implementiert werden. Bei den Drosseln 11 bis 14 der vorstehenden Ausführungsformen 1 bis 4 wird der Kopplungskoeffizient zwischen den Spulen 21 und 22, die magnetisch aneinander gekoppelt sind, durch das Kopplungskoeffizient-Anpassungsmittel vorzugsweise auf zum Beispiel 0,4 bis 0,9 angepasst.
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Ausführungsform 5
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Die Drosseln 11 bis 14 der Ausführungsformen 1 bis 4 können in Komponenten von Wandlern, die in Fahrzeugen installiertn werden sollen, und Komponenten von mit diesem Wandler ausgerüsteten Stromrichtereinrichtungen benutzt werden. Die obigen Drosseln können vorteilhafterweise bei einer Anwendung benutzt werden, bei der ein Strom unter Bedingungen geleitet wird, bei denen der maximale Strom (Gleichstrom) ca. 100 bis 1000 A, die durchschnittliche Spannung ca. 100 bis 1000 Volt und die zu verwendende Frequenz ca. 5 bis 100 kHz beträgt, typischerweise in Komponenten von Wandlern und Stromrichtereinrichtungen zur Installation in Hybridautos, Elektroautos oder dergleichen.
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Ausgestaltung eines Wandlers (einer Stromrichtereinrichtung)
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Wie in 6 gezeigt ist, weist ein Fahrzeug 1200 wie etwa ein Hybridauto oder ein Elektroauto eine Hauptbatterie 1210, eine Stromrichtereinrichtung 1100, die mit der Hauptbatterie 1210 verbunden ist, und einen Motor (Last) 1220 auf, der mittels von der Hauptbatterie 1210 gelieferter elektrischer Leistung betrieben wird und zum Beispiel zum Fahren benutzt wird. Der Motor 1220 ist für gewöhnlich ein dreiphasiger Wechselstrommotor. Der Motor 1220 treibt während des Fahrens Räder 1250 an und dient als Stromgenerator während der Regeneration. Bei Hybridautos weist das Fahrzeug 1200 zusätzlich zu dem Motor 1220 eine Verbrennungskraftmaschine auf. Es sei angemerkt, dass in 6 als Ladeteil des Fahrzeugs 1200 zwar eine Durchführung gezeigt ist, jedoch auch eine Anordnung mit einem Stecker möglich ist.
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Die Stromrichtereinrichtung 1100 weist einen Wandler 1110 auf, der an die Hauptbatterie 1210 angeschlossen ist, und einen Wechselrichter 1120, der an den Wandler 1110 angeschlossen ist und Gleichstrom in Wechselstrom wandelt. Bei diesem Beispiel hebt, während das Fahrzeugs 1200 fährt, der Wandler 1110 die Gleichspannung (Eingangsspannung) der Hauptbatterie 1210 von ca. 200 bis 300 V auf ca. 400 bis 700 V an und liefert elektrischen Strom an den Wechselrichter 1120. Während der Regeneration senkt der Wandler 1110 die von dem Motor 1220 ausgegebene Gleichspannung (Eingangsspannungs) über den Wandler 1120 auf eine Gleichstromspannung ab, die für die Hauptbatterie 1210 geeignet ist, und lädt die Hauptbatterie 1210. Während das Fahrzeug 1200 fährt, wandelt der Wechselrichter 1120 den von dem Wandler 1110 hochgesetzten Gleichstrom in einen vorbestimmten Wechselstrom um und liefert Strom an den Motor 1220. Während der Regeneration wandelt der Wechselrichter 1120 den von dem Motor 1220 ausgegebenen Wechselstrom in Gleichstrom und gibt den Gleichstrom an den Wandler 1110 aus.
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Der Wandler 1110 weist, wie in 7 gezeigt, mehrere Schaltelemente Q1 bis Q4, eine Treiberschaltung (nicht gezeigt), die den Betrieb der Schaltelemente Q1 bis Q4 steuert, und eine Drossel L auf und wandelt durch den wiederholten EIN/AUS-Vorgang (Schaltvorgang) Eingangsspannung um (setzt die Spannung hier hoch und herunter). Als Schaltelemente Q1 bis Q4 können Leistungsbauelemente wie Feldeffekttransistoren (FETS) oder bipolare Transistoren mit isoliertem Gate (IGBT) benutzt werden. Die Drossel L weist eine Funktion zum Glätten der Änderung eines Stroms auf, der aufgrund des Schaltvorgangs ansteigt/ abfällt, indem Spuleneigenschaften ausgenutzt werden, die Änderungen eines in einen Stromkreis tentendiell fließenden Stroms entgegenwirken. Die Drosseln 11 bis 14 der vorstehenden Ausführungsformen 1 bis 4 werden als Drossel L benutzt, und der Kopplungskoeffizient zwischen den Spulen 21 und 22, die magnetisch aneinander gekoppelt sind, wird durch das in den Ausführungsformen 1 bis 4 beschriebene Kopplungskoeffizient-Anpassungsmittel angepasst. Da die Drosseln 11 bis 14 klein sind, kann die Größe des mit einer beliebigen der Drosseln 11 bis 14 ausgestatteten Wandlers 1110 oder der Stromrichtereinrichtung 1100 reduziert werden.
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Bei diesem Beispiel ist ein Ende der Spule 21 und ein Ende der Spule 22 an die positive Elektrode der Hauptbatterie 1210 angeschlossen, wobei die Spulen 21 und 22 die Drossel L bilden. Das andere Ende der Spule 21, die eine der Spulen ist, ist an den Mittelpunkt eines Reihenschaltkreises angeschlossen, der durch Verbinden der Schaltelemente Q1 und Q2 in Reihe erhalten wird, und das andere Ende der Spule 22, die die andere der Spulen ist, ist an den Mittelpunkt eines Reihenschaltkreises angeschlossen, der durch Verbinden der Schaltelemente Q3 und Q4 in Reihe erhalten wird. Die Phasen der Ströme, die in den Spulen 21 und 22 fließen, werden um 180° verschoben, indem die Treiberschaltung die Schaltelemente Q1 bis Q4 schaltet, und dadurch sind die Spulen 21 und 22 in umgekehrter Richtung magnetisch aneinander gekoppelt.
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Es sei angemerkt, dass das Fahrzeug 1200 zusätzlich zu dem Wandler 1110 einen Elektrizitätsversorgungseinrichtungs-Wandler 1150 aufweist, der mit der Hauptbatterie 1210 verbunden ist, sowie einen Zubehörstromquellen-Wandler 1160, der mit der Hauptbatterie 1210 und einer Hilfsbatterie 1230 verbunden ist, die als Stromquelle für ein Zubehör 1240 dient, und der eine hohe Spannung der Hauptbatterie 1210 in eine niedrige Spannung wandelt (6). Während der Wandler 1110 typischerweise eine Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlung vollführt, vollführen der Elektrizitätsversorgungseinrichtungs-Wandler 1150 und der Zubehörstromquellen-Wandler 1160 eine Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlung. Manche Elektrizitätsversorgungseinrichtungs-Wandler 1150 vollführen eine Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlung. Für die Drosseln in dem Elektrizitätsversorgungseinrichtungs-Wandler 1150 und dem Zubehörstromquellen-Wandler 1160 kann eine Drossel benutzt werden, die ähnlich wie die Drosseln 11 bis 14 der vorstehenden Ausführungsformen 1 bis 4 ausgestaltet ist und deren Größe und Form nach Bedarf geändert werden können. Die Drosseln 11 bis 14 der vorstehenden Ausführungsformen 1 bis 4 können auch in einem Wandler benutzt werden, der einen Eingangsstrom wandelt und lediglich die Spannung hochsetzt, oder in einem Wandler, der einen Eingangsstrom wandelt und lediglich die Spannung herabsetzt.
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Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt ist und vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche definiert wird und dass alle Änderungen, die unter denselben wesentlichen Gedanken wie dem Schutzumfang der Ansprüche fallen, ebenfalls als hiermit aufgenommen betrachtet werden, und dass geeignete Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Wesentlichen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel wurde zwar eine zweiphasige magnetisch koppelnde Drossel mit zwei Spulen 21 und 22, bei welcher die beiden Spulen 21 und 22 magnetisch aneinander gekoppelt sind, als Beispiel genommen und bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben, doch kann die vorliegende Erfindung auch auf eine Drossel angewendet werden, die drei oder mehr Spulen umfasst. Des Weiteren können Ströme, die in den Spulen 21 und 22 fließen, dieselbe Phase aufweisen, oder die Spulen 21 und 22 können in Vorwärtsrichtung magnetisch aneinander gekoppelt sein.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Eine Drossel gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise bei verschiedenen Arten von Wandlern wie etwa in Fahrzeugen installierten Wandlern (typischerweise Gleichstromwandler), die in Fahrzeuge wie z. B. Hybridautos, Plug-in-Hybridautos, Elektroautos und Brennstoffzellenautos installiert werden, sowie Wandlern für Klimaanlagen und Komponenten von Stromrichtereinrichtungen benutzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 11, 12, 13, 14
- Drossel
- 21
- erste Spule
- 22
- zweite Spule
- 2w
- Wicklungsdraht
- 20a
- Abschnitt mit enger Wicklung
- 20b
- Abschnitt mit weiter Wicklung
- 20m
- Abschnitt mit kleinem Durchmesser
- 20n
- Abschnitt mit großem Durchmesser
- 30
- Kern
- 311, 312
- magnetischer Schenkelabschnitt
- 321, 322
- Kopplungsabschnitt
- 31m, 32m
- Kernstück
- 31g
- Spaltwerkstoff
- 32g
- magnetischer Spaltabschnitt
- 50
- Magnetabschirmungsplatte
- 1100
- Stromrichtereinrichtung
- 1110
- Wandler
- 1120
- Wechselrichter
- 1150
- Elektrizitätsversorgungseinrichtungs-Wandler
- 1160
- Zubehörstromquellen-Wandler
- 1200
- Fahrzeug
- 1210
- Hauptbatterie
- 1220
- Motor
- 1230
- Hilfsbatterie
- 1240
- Zubehör
- 1250
- Rad
- L
- Drossel
- Q1–Q4
- Schaltelement
