JP2006308521A - Reactor application apparatus and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リアクトル応用機器および車両に関し、特にリアクトル応用機器における電流検出に関する。 The present invention relates to a reactor application device and a vehicle, and more particularly to current detection in a reactor application device.
特開2000−88937号公報(特許文献1)には、磁歪素子の伸びにより圧電素子を歪ませ電圧に変換する磁界センサについて開示する。またこの磁界センサから出力される電圧を用いて電流検出を行なう旨についても開示する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-88937 (Patent Document 1) discloses a magnetic field sensor that distorts a piezoelectric element by the elongation of the magnetostrictive element and converts it into a voltage. Also disclosed is that current detection is performed using the voltage output from the magnetic field sensor.
また、特開平9−281146号公報(特許文献2)には、磁界により磁歪が生ずる磁歪合成板を用いて、磁歪を計測することにより電流を測定する旨の開示がある。 Japanese Patent Laid-Open No. 9-281146 (Patent Document 2) discloses that current is measured by measuring magnetostriction using a magnetostrictive synthetic plate in which magnetostriction is generated by a magnetic field.
また、特開昭63−313216号公報(特許文献3)には、リアクトルのコアにギャップを設け、そのギャップにホール素子を挿入して電源の電流を検出する技術について開示がある。
特開2000−88937号公報(特許文献1)および特開平9−281146号公報(特許文献2)に開示された技術では、電流計測のために、別途磁歪素子を用意する必要がある。このためコスト的に改善の余地があった。 In the techniques disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-88937 (Patent Document 1) and Japanese Patent Laid-Open No. 9-281146 (Patent Document 2), it is necessary to prepare a separate magnetostrictive element for current measurement. For this reason, there was room for improvement in terms of cost.
また特開昭63−313216号公報(特許文献3)に記載された技術のように電流検出のためにホール素子を用いるのでは以下のような問題点がある。 Further, using a Hall element for current detection as in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-313216 (Patent Document 3) has the following problems.
まずホール素子は磁気センサであるために、磁気干渉を防ぐために集磁しなければならない。ホール素子をむき出しで用いて電流測定を行なう場合には、他からの磁気により磁気干渉する可能性が高く、電流測定の精度が出ないという問題点が存在するためである。 First, since the Hall element is a magnetic sensor, it must be magnetized to prevent magnetic interference. This is because when current measurement is performed using the Hall element exposed, there is a high possibility that magnetic interference will occur due to magnetism from other sources, and current measurement accuracy will not be achieved.
一方、集磁コアにより測定対象から発せられる磁気を集磁して測定するのでは、集磁コアが重くかさばり、またコスト的にも高くなってしまう。 On the other hand, collecting and measuring the magnetism generated from the measurement object by the magnetic flux collecting core makes the magnetic flux collecting core heavy and bulky, and increases the cost.
この発明の目的は、リアクトルに流れる電流を小型、軽量かつコスト低減が図られた構成で測定することが可能なリアクトル応用機器およびそれを搭載する車両を提供することである。 An object of the present invention is to provide a reactor application device capable of measuring a current flowing through a reactor with a configuration that is small, lightweight, and cost-reduced, and a vehicle on which the reactor is mounted.
この発明は、要約すると、リアクトル応用機器であって、リアクトルを備える。リアクトルは、リアクトルコイルと、リアクトルコアと、リアクトルコアに発生する歪を検出してリアクトルコイルに流れる電流の計測を行なう電流検知部とを含む。 In summary, the present invention is a reactor application device and includes a reactor. The reactor includes a reactor coil, a reactor core, and a current detection unit that detects a distortion generated in the reactor core and measures a current flowing through the reactor coil.
好ましくは、電流検知部は、リアクトルコアに固着され、リアクトルコアの歪に応じた電気信号を出力する圧電素子または歪ゲージを含む。 Preferably, the current detection unit includes a piezoelectric element or a strain gauge that is fixed to the reactor core and outputs an electrical signal corresponding to the strain of the reactor core.
より好ましくは、圧電素子または歪ゲージは、リアクトルコアにおける2つのギャップに挟まれた部分に固着され、その部分にはリアクトルコイルが巻回されている。 More preferably, the piezoelectric element or the strain gauge is fixed to a portion sandwiched between two gaps in the reactor core, and a reactor coil is wound around the portion.
好ましくは、リアクトルは、電圧変換器のエネルギー蓄積用のリアクトルである。
好ましくは、リアクトルは、回転電機を駆動する電流型インバータに用いられるリアクトルである。
Preferably, the reactor is a reactor for storing energy of a voltage converter.
Preferably, the reactor is a reactor used in a current type inverter that drives a rotating electrical machine.
好ましくは、リアクトルコイルは、回転電機のステータに巻回されるステータコイルであり、リアクトルコアは、ステータのコアである。 Preferably, the reactor coil is a stator coil wound around a stator of a rotating electric machine, and the reactor core is a stator core.
この発明は、他の局面においては、上記いずれかのリアクトル応用機器を搭載する車両である。 In another aspect, the present invention is a vehicle on which any one of the above reactor applied devices is mounted.
本発明によれば、回路上に存在するリアクトルのコアを用いるため、電流計測のために別途磁歪素子を用意する必要がなく、低コスト化および省スペース化を実現することができる。 According to the present invention, since the reactor core existing on the circuit is used, it is not necessary to prepare a separate magnetostrictive element for current measurement, and it is possible to realize cost reduction and space saving.
また、集磁を行なう必要がなく、さらに、磁束直接検知しないため、磁気干渉の影響を受けることなく電流の計測が可能になる。また、小型化、軽量化およびコスト低減が可能になる。 Further, it is not necessary to collect magnetism, and furthermore, since the magnetic flux is not directly detected, it is possible to measure current without being affected by magnetic interference. Further, it is possible to reduce the size, weight, and cost.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明を繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1は、本発明のリアクトル応用機器が適用されるハイブリッド自動車1の構成を示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a hybrid vehicle 1 to which a reactor application device of the present invention is applied.
図1を参照して、ハイブリッド自動車1は、前輪20R,20Lと、後輪22R,22Lと、エンジン2と、プラネタリギヤ16と、デファレンシャルギヤ18と、ギヤ4,6とを含む。
Referring to FIG. 1, hybrid vehicle 1 includes
ハイブリッド自動車1は、さらに、車両後方に配置されるバッテリBと、バッテリBの出力する直流電力を昇圧する昇圧ユニット32と、昇圧ユニット32との間で直流電力を授受するインバータ36と、プラネタリギヤ16を介してエンジン2と結合され主として発電を行なうモータジェネレータMG1と、回転軸がプラネタリギヤ16に接続されるモータジェネレータMG2とを含む。インバータ36はモータジェネレータMG1,MG2に接続され、交流電力と昇圧ユニット32からの直流電力との変換を行なう。
The hybrid vehicle 1 further includes a battery B disposed behind the vehicle, a
プラネタリギヤ16は、第1〜第3の回転軸を有する。第1の回転軸はエンジン2に接続され第2の回転軸はモータジェネレータMG1に接続され第3の回転軸はモータジェネレータMG2に接続される。
この第3の回転軸にはギヤ4が取付けられ、このギヤ4はギヤ6を駆動することによりデファレンシャルギヤ18に動力を伝達する。デファレンシャルギヤ18はギヤ6から受ける動力を前輪20R,20Lに伝達するとともに、ギヤ6,4を介して前輪20R,20Lの回転力をプラネタリギヤの第3の回転軸に伝達する。
A
プラネタリギヤ16は、エンジン2,モータジェネレータMG1,MG2の間で動力を分割する役割を果たす。すなわちプラネタリギヤ16の3つの回転軸のうち2つの回転軸の回転が定まれば、残る1つの回転軸の回転は自ずと定められる。したがって、エンジン2を最も効率のよい領域で動作させつつ、モータジェネレータMG1の発電量を制御してモータジェネレータMG2を駆動させることにより車速の制御を行ない、全体としてエネルギ効率のよい自動車を実現している。
直流電源であるバッテリBは、たとえばニッケル水素またはリチウムイオンなどの二次電池からなり、直流電力を昇圧ユニット32に供給するとともに、昇圧ユニット32からの直流電力によって充電される。
Battery B, which is a DC power source, is composed of a secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion, for example, and supplies DC power to boost
昇圧ユニット32は、バッテリBから受ける直流電圧を昇圧してその昇圧された直流電圧をインバータ36に供給する。インバータ36は供給された直流電圧を交流電圧に変換してエンジン始動時にはモータジェネレータMG1を駆動制御する。また、エンジン始動後には、モータジェネレータMG1が発電した交流電力はインバータ36によって直流に変換され、昇圧ユニット32によってバッテリBの充電に適切な電圧に変換されてバッテリBが充電される。
また、インバータ36はモータジェネレータMG2を駆動する。モータジェネレータMG2はエンジン2を補助して前輪20R,20Lを駆動する。制動時には、モータジェネレータは回生運転を行ない、車輪の回転エネルギを電気エネルギに変換する。得られた電気エネルギは、インバータ36および昇圧ユニット32を経由してバッテリBに戻される。バッテリBは組電池であり、直列に接続された複数の電池ユニットB0〜Bnを含む。昇圧ユニット32とバッテリBとの間にはシステムメインリレー28,30が設けられ、車両非運転時には高電圧が遮断される。
制御部14は、運転者の指示および車両に取付けられた各種センサからの出力に応じて、エンジン2,インバータ36,昇圧ユニット32およびシステムメインリレー28,30の制御を行なう。
The
図2は、図1における昇圧ユニット32の構成を示した回路図である。
図2を参照して、昇圧ユニット32は、端子TPにコレクタが接続されノードN2にエミッタが接続されるIGBT素子Q1と、ノードN2から端子TPに向かう方向を順方向としてIGBT素子Q1と並列に接続されるダイオードD1と、ノードN2にコレクタが接続され端子TNにエミッタが接続されるIGBT素子Q2と、端子TNからノードN2に向かう向きを順方向としてIGBT素子Q2と並列に接続されるダイオードD2とを含む。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the
Referring to FIG. 2,
昇圧ユニット32は、さらに、ノードN1とノードN2との間に接続されるリアクトルL1と、ノードN1と端子TNとの間に接続される平滑用のコンデンサC1とを含む。ノードN1はシステムメインリレー28を介してバッテリBの正電極に接続される。端子TNは昇圧ユニット内部の配線およびシステムメインリレー30を介してバッテリBの負電極に接続される。
図3は、図2におけるリアクトルL1の構造を示した図である。
図3を参照して、リアクトルL1は、積層された電磁鋼板等によって構成されるリアクトルコア54と、リアクトルコア54に巻線が巻回されたリアクトルコイル52とを含む。
FIG. 3 is a diagram showing the structure of reactor L1 in FIG.
Referring to FIG. 3, reactor L <b> 1 includes a
リアクトルコイル52の一方端は図2のノードN1でありバッテリBに接続される。またリアクトルコイル52の他方端は図2のノードN2でありパワー半導体であるIGBT素子の接続点に接続される。
One end of the
リアクトルコア54にはギャップ部G1,G2が設けられている。このギャップ部G1,G2で挟まれたリアクトルコアの部分56には圧電素子または歪みゲージ等を含む電流検知部58が固着されている。
The
一般的に、低電力のリアクトルに用いられるコアにはギャップが設けられていないが、大電力を扱うリアクトルに用いるコアでは磁気飽和しないように数ヵ所のギャップが設けられている。 Generally, a core used for a low-power reactor has no gap, but a core used for a reactor that handles high power has several gaps so as not to cause magnetic saturation.
図4は、図3におけるIV−IVにおける断面図である。
図3、図4を参照して、リアクトルコア54は積層された電磁鋼板によって構成される。なお、これに限らずリアクトルコアがダストコアや圧粉磁心であってもよい。ギャップ部G1,G2はたとえばスペーサとしてサファイアプレート等が挿入されている。
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
Referring to FIGS. 3 and 4, the
電流検知部58はギャップ部G1,G2に挟まれたリアクトルコアの部分56の表面に固着された圧電素子または歪みゲージを含む。この電流検知部はリアクトルコイル52の巻線が巻回されている内側に設けられている。
The
ギャップ部近傍はギャップの影響で磁気の歪みが大きいため、通電によるリアクトルコアの伸縮量を計測するのに適する位置である。 The vicinity of the gap is a position suitable for measuring the expansion / contraction amount of the reactor core due to energization because the magnetic distortion is large due to the influence of the gap.
リアクトルコイル52に電流を通電すると、通電により発生する磁界によってリアクトルコアに歪みが発生する。具体的には図3の矢印に示す方向にリアクトルコアが伸縮する。通電時に磁界が発生するとリアクトルコアが縮み、通電量が小さくなり磁界が弱まるとリアクトルコアは元に戻る。
When the
電流検知部58に含まれる素子たとえば圧電素子をリアクトルコアの部分56の表面に固着しておけばリアクトルコアの歪みが圧電素子に伝わりこの歪みに応じた電圧が出力される。
If an element, for example, a piezoelectric element included in the
出力された電圧値をCPUなどにより取込み、メモリに保持してある電圧−電流値マップによって電流値に変換する。このようにしてリアクトルコイル52に流れる電流値を計測することができる。
The output voltage value is taken in by a CPU or the like and converted into a current value by a voltage-current value map held in a memory. In this way, the value of the current flowing through the
なお、必ずしも必要ではなく、電圧−電流値のマップは、出力電圧をそのまま制御等に使用する場合は不要である。 Note that the voltage-current value map is not necessarily required when the output voltage is used as it is for control or the like.
[変形例1]
実施の形態1の変形例としては、電流型インバータのリアクトルの電流を図3に示した構成で検知することが考えられる。
[Modification 1]
As a modification of the first embodiment, it is conceivable to detect the current of the reactor of the current type inverter with the configuration shown in FIG.
図5は、電流型インバータが搭載されたモータ駆動システムの構成を示す回路図である。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a motor drive system in which a current type inverter is mounted.
図5に示されるモータ駆動システムは、バッテリ101と、リアクトルL2と、U相アームUAと、V相アームVAと、W相アームWAと、モータ140とを含む。
The motor drive system shown in FIG. 5 includes a
U相アームUA,V相アームVA,W相アームWAはリアクトルL2の一方端とバッテリ101の負極との間に並列に接続されている。リアクトルL2の他方端はバッテリ101の正極に接続されている。
U-phase arm UA, V-phase arm VA, and W-phase arm WA are connected in parallel between one end of reactor L2 and the negative electrode of
U相アームUAは、直列接続されたIGBT素子104,105と、IGBT素子104,105とそれぞれ並列に接続されるダイオード110,111とを含む。ダイオード110のカソードはIGBT素子104のコレクタと接続され、ダイオード110のアノードはIGBT素子104のエミッタに接続される。ダイオード111のアソートはIGBT素子105のコレクタと接続され、ダイオード111のアノードはIGBT素子105のエミッタと接続される。
U-phase arm UA includes
V相アームVAは、直列接続されたIGBT素子106,107と、IGBT素子106,107とそれぞれ並列に接続されるダイオード112,113とを含む。ダイオード112のカソードはIGBT素子106のコレクタと接続され、ダイオード112のアノードはIGBT素子106のエミッタと接続される。ダイオード113のカソードはIGBT素子107のコレクタと接続され、ダイオード113のアノードはIGBT素子107のエミッタと接続される。
V-phase arm VA includes
W相アームWAは、直列接続されたIGBT素子108,109と、IGBT素子108,109とそれぞれ並列に接続されるダイオード114,115とを含む。ダイオード114のカソードはIGBT素子108のコレクタと接続され、ダイオード114のアノードはIGBT素子108のエミッタと接続される。ダイオード115のカソードはIGBT素子109のコレクタと接続され、ダイオード115のアノードはIGBT素子109のエミッタと接続される。
W-phase arm WA includes
各相アームの中間点は、モータ140の各相コイルに接続されている。
このような構成のモータ駆動システムは、ハイブリッド自動車1に搭載してもよい。この場合は図5のモータ140は図1におけるモータジェネレータMG1またはMG2に対応し、リアクトルL2およびU相アームUA,V相アームVAおよびW相アームWAによって構成される電流型インバータは、図1のインバータ36に対応する。
An intermediate point of each phase arm is connected to each phase coil of
The motor drive system having such a configuration may be mounted on the hybrid vehicle 1. In this case, the
変形例1によれば、図5の構成においてリアクトルL2の電流を検出するために図3に示したようにリアクトルコア54の一部分56の表面に圧電素子または歪みゲージなどを固着して歪みを検知してこれに応じた電流値を得ることができる。
According to the first modification, in order to detect the current of the reactor L2 in the configuration of FIG. 5, as shown in FIG. 3, a piezoelectric element or a strain gauge is fixed to the surface of the
[変形例2]
図6は、変形例2を説明するための図である。
[Modification 2]
FIG. 6 is a diagram for explaining the second modification.
図6を参照して、モータ150に含まれるステータコイルUL,VL,WLに流れる電流の測定に本願発明を使用することも可能である。U相コイルULは端子UTと中点との間に接続される。コイルVLは端子VTと中点との間に接続される。コイルWLは端子WTと中点との間に接続される。
Referring to FIG. 6, the present invention can be used to measure the current flowing in stator coils UL, VL, WL included in
このような構成においてコイルUL,VL,WLが巻回されているステータコアに図3、図4で示した構成を採用すればモータ電流を測定することも可能となる。 In such a configuration, if the configuration shown in FIGS. 3 and 4 is adopted for the stator core around which the coils UL, VL, and WL are wound, the motor current can be measured.
以上説明したように、本願発明の実施の形態によればリアクトルコアの磁歪を検出することで、リアクトルコイルに通電する電流の測定が可能となる。このような構成とすればホール素子のような磁気センサではないため磁気干渉対策が不要となり、集磁コアが不要のため小型軽量なリアクトル応用機器を提供することができる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to measure the current supplied to the reactor coil by detecting the magnetostriction of the reactor core. With such a configuration, since it is not a magnetic sensor such as a Hall element, it is not necessary to take measures against magnetic interference, and since a magnetic collecting core is unnecessary, a small and lightweight reactor application device can be provided.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 ハイブリッド自動車、2 エンジン、4,6 ギヤ、14 制御部、16 プラネタリギヤ、18 デファレンシャルギヤ、20R,20L 前輪、22R,22L 後輪、28,30 システムメインリレー、32 昇圧ユニット、36 インバータ、52 リアクトルコイル、54 リアクトルコア、58 電流検知部、101,B バッテリ、B0〜Bn 電池ユニット、104〜109,Q1,Q2 IGBT素子、110〜115,D1,D2 ダイオード、140,150 モータ、C1 コンデンサ、G1,G2 ギャップ部、L1,L2 リアクトル、MG1,MG2 モータジェネレータ、TN,TP 端子、UA U相アーム、VA V相アーム、WA W相アーム、UL,VL,WL コイル、UT,VT,WT 端子。 1 hybrid vehicle, 2 engine, 4, 6 gear, 14 control unit, 16 planetary gear, 18 differential gear, 20R, 20L front wheel, 22R, 22L rear wheel, 28, 30 system main relay, 32 boost unit, 36 inverter, 52 reactor Coil, 54 reactor, 58 current detector, 101, B battery, B0-Bn battery unit, 104-109, Q1, Q2 IGBT element, 110-115, D1, D2 diode, 140, 150 motor, C1 capacitor, G1 , G2 Gap, L1, L2 reactor, MG1, MG2 Motor generator, TN, TP terminal, UA U-phase arm, VA V-phase arm, WA W-phase arm, UL, VL, WL coil, UT, VT, WT terminal.
Claims (7)
リアクトルコイルと、
リアクトルコアと、
前記リアクトルコアに発生する歪を検出して前記リアクトルコイルに流れる電流の計測を行なう電流検知部とを含む、リアクトル応用機器。 A reactor, and the reactor is
A reactor coil;
With Reach Turkey,
A reactor application device, comprising: a current detection unit that detects distortion generated in the reactor core and measures a current flowing through the reactor coil.
前記リアクトルコアに固着され、前記リアクトルコアの歪に応じた電気信号を出力する圧電素子または歪ゲージを含む、請求項1に記載のリアクトル応用機器。 The current detector is
The reactor application device according to claim 1, comprising a piezoelectric element or a strain gauge that is fixed to the reactor and outputs an electric signal corresponding to the strain of the reactor.
前記部分には前記リアクトルコイルが巻回されている、請求項2に記載のリアクトル応用機器。 The piezoelectric element or the strain gauge is fixed to a portion sandwiched between two gaps in the reactor core,
The reactor application device according to claim 2, wherein the reactor coil is wound around the portion.
前記リアクトルコアは、前記ステータのコアである、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリアクトル応用機器。 The reactor coil is a stator coil wound around a stator of a rotating electrical machine,
The reactor application device according to claim 1, wherein the reactor core is a core of the stator.
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