JP2009289769A - Core-gap variable reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一対の磁性材製のコアとコイルとを備えるコア間隔可変リアクトルに関する。 The present invention relates to a core interval variable reactor including a core and a coil made of a magnetic material.
従来から、例えば、電気自動車またはハイブリッド車等の回転電機を搭載する車両において、回転電機と二次電池等の電源装置との間にインバータや、昇圧回路を設ける等により、回転電機駆動装置を構成することが考えられている。また、昇圧回路は、スイッチング素子と、スイッチング素子に接続したリアクトルとを含み、リアクトルは、鉄心等の磁性材製のコアと、コアに巻装されたコイルとを備える。昇圧回路は、スイッチング素子のオン時間とオフ時間とを制御することにより、リアクトルにおける電力蓄積を制御して、電源から供給される電圧を任意の電圧に昇圧して、インバータに供給することができる。 Conventionally, for example, in a vehicle equipped with a rotating electrical machine such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, the rotating electrical machine drive device is configured by providing an inverter or a booster circuit between the rotating electrical machine and a power supply device such as a secondary battery. It is considered to be. The booster circuit includes a switching element and a reactor connected to the switching element, and the reactor includes a core made of a magnetic material such as an iron core and a coil wound around the core. The booster circuit can control the power storage in the reactor by controlling the ON time and the OFF time of the switching element, and can boost the voltage supplied from the power source to an arbitrary voltage and supply it to the inverter. .
このような昇圧回路等に使用されるリアクトルとして、一対の磁性材製のコアを間隔をあけて対向させ、一対のコアにコイルを巻装することも考えられている。 As a reactor used in such a booster circuit or the like, it is also considered that a pair of cores made of a magnetic material are opposed to each other with a space therebetween and a coil is wound around the pair of cores.
また、特許文献1には、インバータによりモータを駆動するモータ駆動装置であって、インバータに供給する入力電圧を発生するためのリアクトルと、モータの運転状態を検出する検出手段と、検出された運転状態に応じてリアクトルを構成するコアの磁気特性を変更する変更手段とを備え、リアクトルは、複数のコア部材から成るコアを含み、変更手段は、運転状態に応じて圧電素子を用いてコア部材を移動させることによりコア部材間のギャップ長を変更するモータ駆動装置が記載されている。 Patent Document 1 discloses a motor driving device that drives a motor by an inverter, a reactor for generating an input voltage to be supplied to the inverter, a detecting unit that detects an operating state of the motor, and a detected operation. Changing means for changing the magnetic characteristics of the core constituting the reactor according to the state, the reactor includes a core composed of a plurality of core members, and the changing means uses a piezoelectric element according to the operating state. Describes a motor drive device that changes the gap length between core members by moving the.
また、特許文献2には、コイルの上下に磁性材料からなる一対のコアが嵌合して閉磁路を形成し、一方のコアの中脚と他方のコアの中脚とが、ボビン内で所定のギャップ長だけ離れて対向し、一対のコアの中脚とボビンとの間に圧電素子からなる圧電体が挿設されており、圧電体の上下端面を一対のコアに接着したトランスが記載されている。また、一対のコアの中脚は、シリコン等の弾性接着材で接着されている。
Further, in
また、特許文献3には、分圧した電圧を直列接続した共振リアクトルを介して変圧器より取り出すようにしたコンデンサ形計器用変圧器において、共振リアクトルの鉄心は2分した鉄心間にスペーサを介して磁気的に結合して構成し、このスペーサを弾力性のあるスペーサとなし、2分した鉄心間を鉄心締付手段で締め付けるようにしたコンデンサ形計器用変圧器が記載されている。また、スペーサの締付圧力を調整して上部鉄心と下部鉄心との間の空隙の長さを調整し、リアクトルのリアクタンス値を調整するとされている。 Further, in Patent Document 3, in a capacitor-type instrument transformer in which a divided voltage is taken out from a transformer through a series-connected resonance reactor, the iron core of the resonance reactor is provided with a spacer between two divided iron cores. There is described a capacitor-type instrument transformer which is constructed by magnetically coupling the spacers, and the spacers are made as elastic spacers. Further, it is said that the reactance value of the reactor is adjusted by adjusting the spacer clamping pressure to adjust the length of the gap between the upper iron core and the lower iron core.
一対の磁性材製のコアを、間隔をあけて対向させ、一対のコアにコイルを巻装する、従来から考えられているリアクトルにおいて、一対のコア間の間隔を変化させる構成を備えない場合には、コイルに流れる電流が増大すると、コアの磁気飽和により磁気抵抗が過度に増大して、リアクトルのインダクタンスが過度に低下する可能性がある。このようにインダクタンスが過度に低下すると、昇圧回路の昇圧機能等、リアクトルを含む装置の機能を有効に発揮できなくなる可能性がある。また、この場合には、空隙部からの磁束漏洩が過度に増加し、渦電流によりコイルが発熱しやすくなる。また、この場合には、リアクトルによる電流平滑性が減少し、いわゆるリプル電流が生じて、リアクトル電流の振れにより、リアクトルのコアが振動して騒音が増大する可能性がある。 In a conventionally considered reactor in which a pair of magnetic material cores are opposed to each other with a gap therebetween and a coil is wound around the pair of cores, the structure for changing the gap between the pair of cores is not provided. When the current flowing through the coil increases, the magnetic resistance increases excessively due to the magnetic saturation of the core, and the reactor inductance may decrease excessively. If the inductance is excessively reduced in this way, there is a possibility that the functions of the device including the reactor, such as the boosting function of the boosting circuit, cannot be effectively exhibited. In this case, magnetic flux leakage from the gap increases excessively, and the coil is likely to generate heat due to eddy current. Further, in this case, the current smoothness due to the reactor is reduced, so-called ripple current is generated, and the reactor core may vibrate due to the fluctuation of the reactor current, thereby increasing the noise.
これに対して、特許文献1に記載されたリアクトルを含むモータ駆動装置によれば、検出したリアクトル電流に応じてリアクトルのコアのギャップ長を調整するため、リアクトル電流の増加に伴いコアのインダクタンスは大きく低下することなく、緩やかに低下しコアの磁気特性を大きく改善できる可能性がある。ただし、特許文献1に記載されたリアクトルの場合、圧電素子を用いてコア部材を移動させることによりコア部材間のギャップ長を変更するため、ギャップ長を変更するための圧電素子と、圧電素子に電圧を印加するための特別な電圧印加回路とが必要になったり、制御が複雑になる可能性がある。 On the other hand, according to the motor drive device including the reactor described in Patent Document 1, the core length of the reactor is adjusted according to the detected reactor current. There is a possibility that the magnetic properties of the core can be greatly improved without greatly degrading, and the magnetic properties of the core can be greatly improved. However, in the case of the reactor described in Patent Document 1, since the gap length between the core members is changed by moving the core member using the piezoelectric elements, the piezoelectric elements for changing the gap length and the piezoelectric elements are used. There is a possibility that a special voltage application circuit for applying a voltage may be required or the control may be complicated.
また、特許文献2に記載されたトランスの場合、圧電体に通電することによりギャップ長を制御し、所望のインダクタンスを得ることができる可能性がないとはいえない。ただし、このトランスの場合には、一対のコアに接着された圧電体を用いてコアを移動させることによりコア間のギャップ長を変更するため、やはりギャップ長を変更するための圧電体と、圧電体に電圧を印加するための特別な電圧印加回路とが必要になったり、制御が複雑になる可能性がある。
In the case of the transformer described in
また、特許文献3に記載された共振リアクトルの場合、上部鉄心と下部鉄心とスペーサとを、ボルトとナットとにより締め付けており、ボルト及びナットで空隙長を調整する構造であるため、締め付け後に上部鉄心と下部鉄心との間の空隙長を変更することはできない。このため、運転時は、空隙長は固定のままで、上部鉄心と下部鉄心との周囲に設けた巻線に流れる電流が増大した場合に、上部鉄心と下部鉄心との磁気飽和が生じると、磁気抵抗が過度に増大して、共振リアクトルのインダクタンスが過度に低下する可能性がある。また、この場合には、上部鉄心と下部鉄心との間の空隙部からの磁束漏洩が過度に増加し、渦電流により巻線が発熱しやすくなる。また、この場合には、共振リアクトルによる電流平滑性が減少し、いわゆるリプル電流が生じて、リアクトル電流の振れにより、共振リアクトルの鉄心が振動して騒音が増大する可能性がある。 In the case of the resonant reactor described in Patent Document 3, the upper iron core, the lower iron core, and the spacer are tightened with bolts and nuts, and the gap length is adjusted with the bolts and nuts. The gap length between the iron core and the lower iron core cannot be changed. For this reason, during operation, when the current flowing through the windings provided around the upper iron core and the lower iron core increases while the gap length remains fixed, magnetic saturation occurs between the upper iron core and the lower iron core. The magnetic resistance may increase excessively, and the inductance of the resonant reactor may decrease excessively. In this case, the magnetic flux leakage from the gap between the upper iron core and the lower iron core is excessively increased, and the winding is likely to generate heat due to the eddy current. Further, in this case, the current smoothness due to the resonant reactor is reduced, so-called ripple current is generated, and the reactor core may vibrate due to the fluctuation of the reactor current, and noise may increase.
本発明は、このような事情により発明されたもので、リアクトルのコイルに電流を流すための電圧印加回路以外の特別な電圧印加回路を必要とすることなく、コイルに流れる電流に応じてコア間の間隔を変化させ、コイルに流れる電流が増大した場合でも、インダクタンスの過度の低下を防止することにより、リアクトルを含む装置の正常な機能を有効に発揮できる構造を実現すべく発明した。 The present invention has been invented under such circumstances, and does not require a special voltage application circuit other than the voltage application circuit for causing current to flow through the coil of the reactor. The present invention has been invented to realize a structure that can effectively exhibit the normal function of the device including the reactor by preventing the inductance from being excessively lowered even when the current flowing through the coil is increased.
本発明の目的は、コア間隔可変リアクトルにおいて、特別な電圧印加回路を必要とすることなく、コイルに流れる電流が増大した場合でも、インダクタンスの過度の低下を防止することである。 An object of the present invention is to prevent an excessive decrease in inductance even when the current flowing through a coil increases without requiring a special voltage application circuit in a core interval variable reactor.
本発明に係るコア間隔可変リアクトルは、互いに間隔をあけて対向配置した一対の磁性材製のコアと、一対のコアの少なくとも一方に巻装されたコイルと、一対のコア同士の間の間隔を可変に、一対のコアの少なくとも一方のコアの移動を案内する案内部と、一対のコア同士の間に設けられ、一対のコア間の間隔を可変する非磁性の弾性材であって、コイルに流れる電流が増大した場合に、一対のコア間に作用する磁気吸引力の増大により、一対のコア間の間隔が小さくなることを可能とし、コイルに流れる電流が減少した場合に、一対のコア間に作用する磁気吸引力に抗して、一対のコア間の間隔を弾性力により大きくする弾性材と、を備えることを特徴とするコア間隔可変リアクトルである。 The core interval variable reactor according to the present invention includes a pair of magnetic material cores arranged to face each other with a space therebetween, a coil wound around at least one of the pair of cores, and a distance between the pair of cores. A nonmagnetic elastic material that is variably provided between the pair of cores and guides the movement of at least one of the pair of cores, and varies between the pair of cores. When the flowing current increases, the gap between the pair of cores can be reduced by increasing the magnetic attractive force acting between the pair of cores. When the current flowing through the coil decreases, the distance between the pair of cores is reduced. And an elastic material that increases an interval between the pair of cores by an elastic force against a magnetic attractive force acting on the core.
上記のコア間隔可変リアクトルによれば、コイルに流れる電流が増大した場合に、一対のコア間に作用する磁気吸引力の増大により、一対のコア間の間隔が小さくなるため、磁気抵抗が減少し、リアクトルでの磁気飽和によるインダクタンスの低下をなくすか、または十分に抑えることができる。このため、昇圧装置等の、リアクトルを含む装置の正常な機能を有効に発揮できる構造を実現できる。また、一対のコア間の間隔を変化させるために圧電体を使用する必要がなくなるため、コイルに電流を流すための電圧印加回路以外の特別な電圧印加回路を設ける必要がなくなる。 According to the core interval variable reactor described above, when the current flowing through the coil increases, the magnetic attractive force acting between the pair of cores increases, so that the interval between the pair of cores decreases, so that the magnetic resistance decreases. Inductance reduction due to magnetic saturation in the reactor can be eliminated or sufficiently suppressed. For this reason, the structure which can exhibit normally the normal function of apparatuses, such as a booster, including a reactor, is realizable. In addition, since it is not necessary to use a piezoelectric body in order to change the interval between the pair of cores, it is not necessary to provide a special voltage application circuit other than the voltage application circuit for flowing a current through the coil.
また、本発明に係るコア間隔可変リアクトルにおいて、好ましくは、一対のコアは、圧電体を介することなく互いに対向している。 In the core interval variable reactor according to the present invention, preferably, the pair of cores face each other without a piezoelectric body interposed therebetween.
また、本発明に係るコア間隔可変リアクトルにおいて、好ましくは、一対のコアの少なくとも一方のコアと、非磁性の弾性材とは結合されていない。 In the core spacing variable reactor according to the present invention, preferably, at least one of the pair of cores and the nonmagnetic elastic material are not coupled.
また、本発明に係るコア間隔可変リアクトルにおいて、好ましくは、案内部は、一対のコアの少なくとも一方のコアと、固定のガイド部材との間で、ガイド部材に対する一方のコアの摺動変位を可能とする摺動部である。 In the core interval variable reactor according to the present invention, preferably, the guide portion is capable of sliding displacement of one core with respect to the guide member between at least one of the pair of cores and the fixed guide member. It is a sliding part.
上記のコア間隔可変リアクトルによれば、一対のコアの相対変位をより円滑に行える。 According to the core interval variable reactor described above, the relative displacement of the pair of cores can be performed more smoothly.
また、本発明に係るコア間隔可変リアクトルにおいて、好ましくは、固定のガイド部材は、一対のコアに対向するように設けられた一対の孔部に挿通された非磁性のガイド軸であり、摺動部は、一対のコアに設けられた一対の孔部とガイド軸の外周面とにより構成している。 In the core interval variable reactor according to the present invention, preferably, the fixed guide member is a non-magnetic guide shaft that is inserted through a pair of holes provided to face the pair of cores, and slides. The part is constituted by a pair of holes provided in the pair of cores and an outer peripheral surface of the guide shaft.
また、本発明に係るコア間隔可変リアクトルにおいて、好ましくは、固定のガイド部材は、コイルの内側に固定された非磁性のコイルボビンであり、摺動部は、コイルボビンの内周面と、一対のコアの外周面とにより構成している。 In the core interval variable reactor according to the present invention, preferably, the fixed guide member is a non-magnetic coil bobbin fixed to the inside of the coil, and the sliding portion includes an inner peripheral surface of the coil bobbin and a pair of cores. It is comprised by the outer peripheral surface.
また、本発明に係るコア間隔可変リアクトルにおいて、好ましくは、コイルは一対のコイルであり、一対の磁性材製のコアは、それぞれ本体部の両端部に互いに同方向に突出形成した一対の脚部を備え、一対の脚部を一対のコイルの内側に進入させ、一対のコアが備える各脚部を、一対のコア同士で、弾性材を介して対向させている。 Further, in the core interval variable reactor according to the present invention, preferably, the coil is a pair of coils, and the pair of magnetic cores are formed in a pair of leg portions that protrude from both ends of the main body portion in the same direction. The pair of leg portions are made to enter the inside of the pair of coils, and the respective leg portions included in the pair of cores are opposed to each other through the elastic material between the pair of cores.
また、本発明に係るコア間隔可変リアクトルにおいて、好ましくは、一対のコアの、一対の脚部にそれぞれ形成された孔部と、一対のコア同士で対向させた一対の孔部に、一対のコアに掛け渡すように挿通された非磁性の一対のガイド軸と、一対のガイド軸を結合する連結部と、一対のガイド軸の端部に設けられて、コイルの軸方向に関するコアの変位を規制する変位規制部と、を備える。 Further, in the core interval variable reactor according to the present invention, preferably, a pair of cores are formed in a pair of cores, each of which is formed in a pair of legs, and a pair of holes opposed to each other by a pair of cores. A pair of non-magnetic guide shafts inserted so as to be stretched over, a connecting portion that couples the pair of guide shafts, and ends of the pair of guide shafts to regulate the displacement of the core in the axial direction of the coil And a displacement restricting portion.
また、本発明に係るコア間隔可変リアクトルにおいて、好ましくは、各コイルの内側に固定された非磁性のコイルボビンを備え、各コイルの内側にコイルボビンを介して各脚部が配置されている。 In the core interval variable reactor according to the present invention, preferably, a nonmagnetic coil bobbin fixed inside each coil is provided, and each leg portion is arranged inside each coil via the coil bobbin.
本発明に係るコア間隔可変リアクトルによれば、特別な電圧印加回路を必要とすることなく、コイルに流れる電流が増大した場合でも、インダクタンスの過度の低下を防止できる。 According to the core interval variable reactor according to the present invention, an excessive decrease in inductance can be prevented even when the current flowing through the coil is increased without requiring a special voltage application circuit.
[第1の発明の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態を詳細に説明する。図1は、本実施の形態のコア間隔可変リアクトルを含む昇圧回路を備えるモータ駆動装置を示す回路図である。図2は、本実施の形態のコア間隔可変リアクトルで、コイルに流す電流が小さい場合を、一部を断面にして示す略図である。図3は、図2のA−A断面図である。図4は、本実施の形態のコア間隔可変リアクトルで、コイルに流す電流が大きい場合を、一部を断面にして示す略図である。図5は、本実施の形態による効果を説明するための、コイルに流す電流とコア間隔可変リアクトルのインダクタンスとの関係の1例を示す図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a circuit diagram showing a motor drive device including a booster circuit including a core interval variable reactor according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram showing a part of a cross section of the core interval variable reactor of the present embodiment when the current flowing through the coil is small. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing a part of a cross section of a case where the current flowing through the coil is large in the core interval variable reactor of the present embodiment. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the relationship between the current flowing through the coil and the inductance of the core interval variable reactor for explaining the effect of the present embodiment.
図1に示すように、本実施の形態のコア間隔可変リアクトルであるリアクトル10を含むモータ駆動装置12は、図示しないエンジンと走行モータ14との一方を主駆動源として図示しない車輪を駆動するハイブリッド車両に搭載して使用する。このために、モータ駆動装置12は、直流電源16と、システムリレー18,20,22と、第1コンデンサ24及び第2コンデンサ26と、昇圧回路を有する昇圧コンバータである、昇圧チョッパ型のDC/DCコンバータ28と、走行モータ用インバータ30と、発電機用インバータ32と、走行モータ14と、発電機34とを備える。
As shown in FIG. 1, a
なお、本実施の形態のリアクトル10は、このようなハイブリッド車両に搭載するモータ駆動装置12のDC/DCコンバータ28に使用するものに限定するものではない。例えば、DC/DCコンバータ28を備えるモータ駆動装置は、車輪の駆動源として二次電池を使用する電気自動車等に搭載することもできる。また、リアクトル10は、昇圧コンバータに使用するものに限定せず、例えば、変圧器に直列に接続し、コンデンサとの共振を取るために使用するものでもよい。
The
DC/DCコンバータ28は、リアクトル10と2個のトランジスタ等のスイッチング素子35,36と2個のダイオード38,40とを備える。リアクトル10は、2個のスイッチング素子35,36の間に接続している。DC/DCコンバータ28は、第1コンデンサ24から供給された直流電圧を昇圧して、第2コンデンサ26に供給可能としている。DC/DCコンバータ28は、図示しない制御部から信号を送られ、この信号に対応して、スイッチング素子35,36のオン時間に対応して直流電圧を昇圧し、第2コンデンサ26に供給する機能を有する。また、DC/DCコンバータ28は、制御部からの信号に対応して、第2コンデンサ26を介して走行モータ用インバータ30と発電機用インバータ32との一方または両方から供給された直流電圧を降圧して直流電圧を直流電源16に充電する機能を有する。
The DC /
直流電源16は、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池である。システムリレー18,20,22は、制御部からの信号によりオンまたはオフされる。すなわち、図示しない起動スイッチのオンに対応して、制御部によりシステムリレー18(または20),22がオンされ、モータ駆動装置12の回路が接続される。また、起動スイッチのオフに対応して、システムリレー18(または20),22がオフされ、回路が遮断される。
The
第1コンデンサ24は、直流電源16から供給された直流電圧を平滑化し、平滑化した直流電圧をDC/DCコンバータ28に供給する。第2コンデンサ26は、DC/DCコンバータ28からの直流電圧を平滑化し、平滑化した直流電圧をノードN1,N2を介して走行モータ用インバータ30と発電機用インバータ32とに供給する。
The
走行モータ用インバータ30と発電機用インバータ32とのそれぞれは、図示しないU、V,W各相のアームを備える。それぞれのアームは、直列接続されたIGBT,トランジスタ等の2個ずつのスイッチング素子を備え、各アームの中点を走行モータ14または発電機34の3相のコイルのそれぞれに接続している。走行モータ用インバータ30と発電機用インバータ32とは直流電源16に対し並列に接続している。
Each of the
走行モータ用インバータ30は、第2コンデンサ26から直流電圧が供給されると、制御部からのトルク指令値に対応する信号に基づいて、直流電圧を交流電圧に変換して走行モータ14を駆動する。また、走行モータ用インバータ30は、ハイブリッド車両の回生制動時に、走行モータ14により発電した交流電圧を制御部からの信号に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を、第2コンデンサ26を介してDC/DCコンバータ28に供給する。
When the DC voltage is supplied from the second capacitor 26, the traveling
一方、発電機用インバータ32は、第2コンデンサ26から直流電圧が供給されると、制御部からのトルク指令値に対応する信号に基づいて、直流電圧を交流電圧に変換して発電機34を駆動する。発電機用インバータ32は、図示しないエンジンにより駆動される発電機34により発電した交流電圧を制御部からの信号に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を、第2コンデンサ26を介してDC/DCコンバータ28に供給する。
On the other hand, when a DC voltage is supplied from the second capacitor 26, the
制御部は、モータコントローラであり、CPU,メモリ等を有するマイクロコンピュータを含む。制御部は、インバータ30(または32)により走行モータ14または発電機34を駆動する際に、図示しないモータ電流センサにより検出したモータ電流値、直流電源16からの直流電圧、DC/DCコンバータ28の出力電圧、図示しない外部ECUからのトルク指令値及びモータ回転数に基づいて、DC/DCコンバータ28を構成するスイッチング素子35,36を制御するための信号を生成して、DC/DCコンバータ28に出力する。このようにしてトルク指令値に応じたモータトルクにより走行モータ14が駆動され、走行モータ14に図示しない動力伝達経路を介して連結された車輪が駆動される。この場合、制御部は、トルク指令値及びモータ回転数に基づいてインバータ入力電圧の最適目標値を演算し、この最適目標値と、インバータ入力電圧の検出値と、直流電源16の電圧検出値とに基づいて、インバータ入力電圧を最適目標値に設定するためのデューティー比を演算し、制御部は、デューティー比に基づいて2個のスイッチング素子35,36をオンまたはオフするための信号を生成し、2個のスイッチング素子35,36へこの信号を出力する。
The control unit is a motor controller and includes a microcomputer having a CPU, a memory, and the like. When driving the traveling
なお、DC/DCコンバータ28の下側のスイッチング素子36のオンデューティーを大きくすることによりリアクトル10における電力の蓄積が大きくなり、より高電圧の出力電圧を得られる。一方、DC/DCコンバータ28の上側のスイッチング素子35のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。このため、デューティー比を制御することにより、電源ラインの電圧を直流電源の出力電圧以上の任意の電圧に制御することができる。
Note that, by increasing the on-duty of the switching
次に、DC/DCコンバータ28が備えるリアクトル10の具体的構造を、図2から図4を用いて説明する。図2に示すように、リアクトル10は、互いに間隔をあけて対向配置した一対の磁性材製のコア42,44と、一対のコア42,44に巻装された一対のコイル46,48と、案内部である摺動部50(図3)と、弾性材52とを備える。各コア42,44は、略U字形の複数の珪素鋼等の電磁鋼板等の鋼板を積層することにより構成したり、磁性体圧粉を略U字形に焼結した圧粉磁心等により構成する。一対のコア42,44は、それぞれI字形の本体部54の両端部に互いに同方向に突出形成した一対の脚部56を備える。一対のコイル46,48の内側に一対の脚部56を、隙間をあけて進入させ、一対のコア42,44が備える各脚部56を、一対のコア42,44同士で、非磁性の弾性材52を介して互いに対向させている。
Next, a specific structure of the
各コイル46,48は、それぞれの一端が引き出しリード線として外部に引き出され、それぞれの他端が一対のコア42,44同士で互いに接続されている。各コイル46,48の巻き方向は互いに逆になっている。また、各コイル46,48の引き出しリード線は、図示しない外部のバスバーに接続され、外部のバスバーは、DC/DCコンバータ28(図1)の端子を構成する。
One end of each of the
また、弾性材52は、アルミニウム、樹脂等の非磁性の材料により造ったバネや、ゴム等である。弾性材52は、一対のコア42,44を構成し、一対のコア42,44同士で互いに対向する脚部56の一方または両方の端面に結合することもでき、両方の端面のいずれにも結合しないようにすることもできる。このように構成するため、一対のコイル46,48は、それぞれ一対のコア42,44の片側(図2、図4の左側)の脚部と、他側(図2、図4の右側)の脚部とに、それぞれ隙間をあけて巻装されている。なお、図2、図4では、各弾性材52がそれぞれ一対のバネであるような図を記載しているが、これは説明の理解の容易化を図るためのもので、実際には、各弾性材52は、それぞれ1個ずつのバネやゴム等により構成できる(後述する図6、図7で同じである)。
The
また、リアクトル10は、複数の孔部58と、一対のガイド軸60と、連結部62と、ストッパ64とを備える。すなわち、一対のコア42,44の両端部で一対の脚部56を含む部分に、各コイル46,48の巻回中心軸方向である、軸方向に、孔部58を形成している。一対のコア42,44に設けた各孔部58は、一対のコア42,44同士で互いに対向させている。また、一対のコア42,44同士で対向させた一対ずつの孔部58に、一対のコア42,44に掛け渡すように、固定の部分に固定のガイド部材である、非磁性の一対のガイド軸60を挿通している。また、一対のガイド軸60の一端部(図2、図4の下端部)に、一対のガイド軸60同士を結合する連結部62を設けている。さらに、一対のガイド軸60の他端部(図2、図4の上端部)に、各コイル46,48の軸方向に関する、一対のコア42,44の片側(図2、図4の上側)のコア42の変位を規制する変位規制部であるストッパ64を設けている。なお、連結部62は、各コイル46,48の軸方向に関する一対のコア42,44の他側(図2、図4の下側)のコア44の変位を規制する変位規制部でもある。
The
図3に示すように、一対のコア42,44(44は図2参照)のそれぞれに設けた一対ずつの孔部58と、一対のガイド軸60の外周面とにより摺動部50を構成している。摺動部50は、一対のコア42,44とガイド軸60との間で、ガイド軸60に対する各コア42,44の、各コイル46,48の軸方向に関する摺動変位を可能とする。このため、摺動部50は、一対のコア42,44同士の間の間隔である、ギャップ長Lを可変に、一対のコア42,44の移動を案内する。
As shown in FIG. 3, a sliding
また、本実施の形態のリアクトル10では、上記の特許文献1及び特許文献2に記載された構造の場合と異なり、圧電素子や圧電体を設けていない。すなわち、一対のコア42,44は、弾性材52以外の、圧電体等の他の部材を介することなく互いに対向している。このため、一対のコア42,44は、連結部62とストッパ64とで規制される範囲内での、各コイル46,48の軸方向に関する自由変位を可能としている。
Also, in the
また、弾性材52は、一対のコア42,44間のギャップ長Lを可変し、各コイル46,48に流れる電流が増大した場合に、一対のコア42,44間に作用する磁気吸引力の増大により、一対のコア42,44間のギャップ長Lが小さくなることを可能とする。また、弾性材52は、各コイル46,48に流れる電流が減少した場合に、弾性力により、一対のコア42,44間に作用する磁気吸引力に抗して、一対のコア42,44間のギャップ長Lを大きくする。弾性材52は、一対のコア42,44に、一対のコア42,44間のギャップ長Lを大きくする方向の弾性力を付与する。
Further, the
すなわち、図4に示すように、運転時に各コイル46,48に流れる電流が増大した場合には、各コイル46,48内に発生する磁束の増大による、図4の矢印α方向に作用する、磁気吸引力の増大により、一対のコア42,44同士が、弾性材52の図4の矢印β方向に作用する弾性力に抗して互いに吸引され、一対のコア42,44間のギャップ長Lが小さくなる。この場合には、一対のコア42,44間に作用する磁気吸引力が弾性材52の弾性力に打ち勝つ。これに対して、図2に示すように、各コイル46,48に流れる電流が減少した場合には、各コイル46,48内に発生する磁束が減少して、図2の矢印β方向に作用する弾性材52の弾性力により、一対のコア42,44間のギャップ長Lが、一対のコア42,44間に図2の矢印α方向に作用する磁気吸引力に抗して大きくなる。弾性材52の弾性力は、このように、コイル46,48に流れる電流の変化により一対のコア42,44間のギャップ長Lが自動的に変化することを可能とするように設定する。
That is, as shown in FIG. 4, when the current flowing through each
また、図4に示すように、コイル46,48に流れる電流が大きくなった場合に、一対のコア42,44と圧縮された弾性材52とにより構成する部分のコイル46,48の軸方向に関する全長Laが、連結部62とストッパ64との間隔Lb、すなわちコア42,44の軸方向の移動を規制する部分の全長Lbよりも小さくなるようにしている(La<Lb)。また、一対のガイド軸60及び連結部62は、各コイル46,48を固定した図示しない固定部分に固定している。
As shown in FIG. 4, when the current flowing through the
なお、リアクトル10は、図示しないケーシング内に格納することもできる。また、この場合に、ケーシング内に、リアクトル10とともに他の部材、例えば、図1に示したインバータ30,32、コンデンサ24,26、制御部の少なくともいずれか1を格納することもできる。
The
このようなリアクトル10によれば、運転時に各コイル46,48に流れる電流が増大した場合に、図4に示すように、一対のコア42,44間に作用する磁気吸引力が増大し、弾性材52の弾性力に打ち勝って、一対のコア42,44間の間隔であるギャップ長Lが小さくなる。このため、磁気抵抗が減少し、リアクトル10での磁気飽和によるインダクタンスの低下をなくすか、または十分に抑えることができる。すなわち、各コイル46,48に流れる電流の増加に伴って増大するコア42,44の磁気飽和による、インダクタンスの磁気抵抗増大分を、ギャップ長Lの短縮により十分に小さくすることができ、幅広い電流範囲でインダクタンスの変動を抑えることができる。したがって、リアクトル10を含む装置である、DC/DCコンバータ28の正常な機能を有効に発揮できる構造を実現できる。
According to such a
また、ギャップ長Lを変化させるために圧電体を使用する必要がなくなるため、各コイル46,48に電流を流すための、直流電源16を含む電圧印加回路以外の特別な電圧印加回路を設ける必要がなくなる。このため、特別な電圧印加回路を必要とすることなく、比較的単純な構成で、ギャップ長Lを変化させることができ、各コイル46,48に流れる電流が増大した場合でも、インダクタンスの過度の低下を防止できる。このように、一対のコア42,44間の間隔であるギャップ長Lを各コイル46,48に流れる電流量に応じて縮小させることができ、幅広い電流範囲でインダクタンスを良好に保持できるリアクトル10を実現できる。
Further, since it is not necessary to use a piezoelectric body in order to change the gap length L, it is necessary to provide a special voltage application circuit other than the voltage application circuit including the
図5は、本実施の形態による効果を説明するための、電流とインダクタンスとの関係の1例を示す図である。なお、以下の説明では、図1から図4に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付して説明する。図5において、実線aは、本実施の形態のリアクトル10の場合を表し、一点鎖線bは、比較例のリアクトルの場合を表している。比較例のリアクトルは、本実施の形態で、すべての弾性材52(図2、図4参照)を省略し、一対のコア42,44間の間隔が固定である、例えば、一対のコア42,44間に非磁性材のギャップ長保持用のスペーサを配置した構成を有する。また、図5において、矢印cは、リアクトルにおいて、設計上要求されるインダクタンスの適正範囲を表している。図5から明らかなように、一点鎖線bで示した比較例の場合には、コイル46,48に流れる電流の増大にしたがってインダクタンスは過度に低下する。このため、比較例では、インダクタンスの適正範囲で使用できる電流範囲は、図5に矢印dで示す小さい範囲に制限される。これに対して、本実施の形態によれば、コイル46,48に流れる電流が大きく変化する場合でも、インダクタンスを常に適正範囲内に保持することができ、幅広い電流範囲でインダクタンスを良好に保持できる。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between current and inductance for explaining the effect of the present embodiment. In the following description, the same elements as those shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 5, the solid line a represents the case of the
また、本実施の形態によれば、ギャップ長Lの縮小により、一対のコア42,44間からの磁束漏洩が過度に増加することを防止でき、渦電流により各コイル46,48が発熱するのを抑制できる。また、リアクトル10による電流平滑性を良好に確保でき、リプル電流を抑えて、各コア42,44が積層した鋼板により構成される場合でも、各コア42,44の振動を防止し、騒音の減少を図れる。
In addition, according to the present embodiment, by reducing the gap length L, it is possible to prevent an excessive increase in magnetic flux leakage between the pair of
また、上記のように、DC/DCコンバータ28に使用されるリアクトル10、特に本実施の形態のように、ハイブリッド車両等の車両の駆動のために使用されるモータ駆動装置12を構成するDC/DCコンバータ28に使用されるリアクトル10の場合、大きな電流変化にかかわらずインダクタンスの変化量を十分に小さくする、いわゆるフラットに近い直流重畳特性を有する電流−インダクタンス特性が求められる。これに対して、本実施の形態のリアクトル10によれば、幅広い電流範囲でインダクタンスの変動を抑えることができ、DC/DCコンバータ28及びDC/DCコンバータ28を含むモータ駆動装置12の性能向上を図れる。
Further, as described above, the DC / DC constituting the
また、摺動部50は、一対のコア42,44と、固定のガイド軸60との間で、ガイド軸60に対する各コア42,44の摺動変位を可能とするので、一対のコア42,44の相対変位をより円滑に行える。
Further, the sliding
また、図6は、第1の実施の形態の別例のコア間隔可変リアクトルで、コイルに流す電流が小さい場合を示す略図である。別例のコア間隔可変リアクトルである、リアクトル10aの場合、連結部62(図2、図4参照)を設けず、一対のガイド軸60を互いに分離して配置している。また、各ガイド軸60の両端部に変位規制部であるストッパ64を設けて、各コイル46,48の軸方向に関する各コア42,44の移動を規制している。各ガイド軸60は、それぞれ図示しない固定部分に固定されている。その他の構成及び作用は、上記の第1の実施の形態と同様であるため、重複する説明を省略する。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a case where the current flowing through the coil is small in the core interval variable reactor of another example of the first embodiment. In the case of the
[第2の発明の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。図7は、本実施の形態のコア間隔可変リアクトルで、コイルに流す電流が大きい場合を、一部を断面にして示す略図である。本実施の形態のコア間隔可変リアクトルである、リアクトル10bの場合、上記の第1の実施の形態の場合と異なり、一対のコア42,44の変位を案内するためのガイド軸60(図2等参照)を設けていない。このため、各コア42,44にガイド軸60を挿通するための孔部も設けていない。その代わりに、本実施の形態では、リアクトル10bを構成する一対のコイル46,48の内側にそれぞれ樹脂等の非磁性の材料製の、固定の部分に固定のガイド部材である、コイルボビン66を固定している。各コイル46,48は、図示しないケーシング等、固定の部分に固定されている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a schematic diagram showing a part of a cross section of a case where the current flowing through the coil is large in the core interval variable reactor of the present embodiment. In the case of the
また、一対のコア42,44が備える各脚部56の先端部を各コイルボビン66に進入させ、各コイルボビン66に進入させた一対の脚部56を、弾性材52を介して互いに対向させている。すなわち、各コイル46,48の内側に、コイルボビン66を介して各脚部56を配置している。各脚部56は、各コイルボビン66に対する摺動変位を可能としている。すなわち、各コイルボビン66の内周面と各脚部56の外周面とにより、案内部である摺動部68を構成している。また、各コア42,44の互いに反対側面となる外側面70を、図示しない固定の部分に空間をあけて対向させている。したがって、各コア42,44は、固定の部分により規制される範囲内で、各コイル46,48の軸方向に関する自由変位を可能としている。
Further, the tip portions of the
このような本実施の形態の場合も、運転時に各コイル46,48に流れる電流が増大した場合に、一対のコア42,44間に作用する磁気吸引力が増大し、弾性材52の弾性力に打ち勝って、一対のコア42,44間の間隔であるギャップ長Lが小さくなる。このため、磁気抵抗が減少し、リアクトル10bでの磁気飽和によるインダクタンスの低下をなくすか、または十分に抑えることができ、幅広い電流範囲でインダクタンスの変動を抑えることができる。また、ギャップ長Lを変化させるために圧電体を使用する必要がなくなるため、特別な電圧印加回路を必要とすることなく、比較的単純な構成で、ギャップ長Lを変化させることができる。また、ギャップ長の短縮により、一対のコア42,44間からの磁束漏洩が過度に増加することを防止でき、渦電流により各コイル46,48が発熱するのを抑制できる。その他の構成及び作用については、上記の第1の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する図示及び説明を省略する。
Also in this embodiment, when the current flowing through the
なお、上記の各実施の形態においては、一対の脚部56を備えるコア42,44を一対のコイル46,48に進入させ、各コイル46,48の内側で各脚部56を、弾性材52を介して互いに対向させる場合を説明した。ただし、本発明は、このような構造に限定するものではなく、例えば、一対のコアをそれぞれ棒状等、直線状に形成し、1個のコイルの内側に一対のコアの端部を進入させ、コイルに進入させた一対のコアの端部を、弾性材を介して互いに対向させることもできる。この場合には、一対のコアを軸方向の摺動可能に案内するガイド軸の外周面と、ガイド軸を挿通するために一対のコアに設けた孔部の内周面との間の摺動部、または、コイルに固定したコイルボビンの内周面と一対のコアの外周面との間の摺動部により、一対のコア同士の間の間隔を可変に、一対のコアの移動を案内する案内部を構成できる。
In each of the above-described embodiments, the
10,10a,10b リアクトル、12 モータ駆動装置、14 走行モータ、16 直流電源、18,20,22 システムリレー、24 第1コンデンサ、26 第2コンデンサ、28 DC/DCコンバータ、30 走行モータ用インバータ、32 発電機用インバータ、34 発電機、35,36 スイッチング素子、38,40 ダイオード、42,44 コア、46,48 コイル、50 摺動部、52 弾性材、54 本体部、56 脚部、58 孔部、60 ガイド軸、62 連結部、64 ストッパ、66 コイルボビン、68 摺動部、70 外側面。 10, 10a, 10b reactor, 12 motor drive device, 14 travel motor, 16 DC power supply, 18, 20, 22 system relay, 24 first capacitor, 26 second capacitor, 28 DC / DC converter, 30 inverter for travel motor, 32 Inverter for generator, 34 Generator, 35, 36 Switching element, 38, 40 Diode, 42, 44 Core, 46, 48 Coil, 50 Sliding part, 52 Elastic material, 54 Body part, 56 Leg part, 58 hole Part, 60 guide shaft, 62 connecting part, 64 stopper, 66 coil bobbin, 68 sliding part, 70 outer surface.
Claims (9)
一対のコアの少なくとも一方に巻装されたコイルと、
一対のコア同士の間の間隔を可変に、一対のコアの少なくとも一方のコアの移動を案内する案内部と、
一対のコア同士の間に設けられ、一対のコア間の間隔を可変する非磁性の弾性材であって、コイルに流れる電流が増大した場合に、一対のコア間に作用する磁気吸引力の増大により、一対のコア間の間隔が小さくなることを可能とし、コイルに流れる電流が減少した場合に、一対のコア間に作用する磁気吸引力に抗して、一対のコア間の間隔を弾性力により大きくする弾性材と、を備えることを特徴とするコア間隔可変リアクトル。 A pair of magnetic cores arranged opposite each other at an interval;
A coil wound around at least one of the pair of cores;
A guide unit that guides the movement of at least one of the pair of cores, with a variable interval between the pair of cores;
A non-magnetic elastic material that is provided between a pair of cores and varies the distance between the pair of cores. When the current flowing through the coil increases, the magnetic attractive force acting between the pair of cores increases. This makes it possible to reduce the distance between the pair of cores, and when the current flowing through the coil decreases, the distance between the pair of cores is elastic against the magnetic attractive force acting between the pair of cores. And a core interval variable reactor comprising: an elastic material that is made larger.
一対のコアは、圧電体を介することなく互いに対向していることを特徴とするコア間隔可変リアクトル。 In the core interval variable reactor according to claim 1,
A pair of cores are opposed to each other without a piezoelectric body, and the core interval variable reactor is characterized in that
一対のコアの少なくとも一方のコアと、非磁性の弾性材とは結合されていないことを特徴とするコア間隔可変リアクトル。 In the core interval variable reactor according to claim 1 or 2,
A core spacing variable reactor, wherein at least one of the pair of cores is not coupled to a nonmagnetic elastic material.
案内部は、一対のコアの少なくとも一方のコアと、固定のガイド部材との間で、ガイド部材に対する一方のコアの摺動変位を可能とする摺動部であることを特徴とするコア間隔可変リアクトル。 In the core interval variable reactor according to any one of claims 1 to 3,
The guide portion is a sliding portion that enables sliding displacement of one core with respect to the guide member between at least one of the pair of cores and the fixed guide member. Reactor.
固定のガイド部材は、一対のコアに対向するように設けられた一対の孔部に挿通された非磁性のガイド軸であり、
摺動部は、一対のコアに設けられた一対の孔部とガイド軸の外周面とにより構成していることを特徴とするコア間隔可変リアクトル。 In the core interval variable reactor according to claim 4,
The fixed guide member is a non-magnetic guide shaft inserted through a pair of holes provided to face the pair of cores,
The sliding part is constituted by a pair of holes provided in a pair of cores and an outer peripheral surface of a guide shaft.
固定のガイド部材は、コイルの内側に固定された非磁性のコイルボビンであり、
摺動部は、コイルボビンの内周面と、一対のコアの外周面とにより構成していることを特徴とするコア間隔可変リアクトル。 In the core interval variable reactor according to claim 4,
The fixed guide member is a non-magnetic coil bobbin fixed to the inside of the coil,
The sliding part is constituted by an inner peripheral surface of a coil bobbin and an outer peripheral surface of a pair of cores.
コイルは一対のコイルであり、
一対の磁性材製のコアは、
それぞれ本体部の両端部に互いに同方向に突出形成した一対の脚部を備え、一対の脚部を一対のコイルの内側に進入させ、一対のコアが備える各脚部を、一対のコア同士で、弾性材を介して対向させていることを特徴とするコア間隔可変リアクトル。 In the core interval variable reactor according to claim 1,
The coil is a pair of coils,
A pair of magnetic cores
A pair of legs projecting from each other in the same direction are provided at both ends of the main body, the pair of legs are made to enter the inside of the pair of coils, and the legs included in the pair of cores are The core spacing variable reactor is characterized by being opposed to each other through an elastic material.
一対のコアの、一対の脚部にそれぞれ形成された孔部と、
一対のコア同士で対向させた一対の孔部に、一対のコアに掛け渡すように挿通された非磁性の一対のガイド軸と、
一対のガイド軸を結合する連結部と、
一対のガイド軸の端部に設けられて、コイルの軸方向に関するコアの変位を規制する変位規制部と、を備えることを特徴とするコア間隔可変リアクトル。 In the core interval variable reactor according to claim 7,
Holes formed in the pair of legs of the pair of cores,
A pair of non-magnetic guide shafts inserted through a pair of holes facing each other between the pair of cores so as to span the pair of cores;
A connecting portion for connecting a pair of guide shafts;
A core spacing variable reactor, comprising: a displacement regulating portion provided at an end of the pair of guide shafts and regulating a displacement of the core in the axial direction of the coil.
各コイルの内側に固定された非磁性のコイルボビンを備え、
各コイルの内側にコイルボビンを介して各脚部が配置されていることを特徴とするコア間隔可変リアクトル。 In the core interval variable reactor according to claim 7,
It has a non-magnetic coil bobbin fixed inside each coil,
Each core part is arrange | positioned through the coil bobbin inside each coil, The core space | interval variable reactor characterized by the above-mentioned.
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