JP2018205045A - 電力装置及び電力装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力装置26及びその製造方法では、リアクトル80の軸方向において、第2電流センサ64の検出素子230と巻線部114aの中心位置の距離D2は、第1電流センサ62の検出素子230と巻線部114cの中心位置の距離D1より短い。また、第2電流センサ64のコア212のギャップ長G2は、第1電流センサ62のコア212のギャップ長G1よりも短い。
【選択図】図9
Description
リアクトルと、
前記リアクトルの軸方向に対して直交する方向に沿って前記リアクトルの側方で延在する第1電力線及び第2電力線と、
第1検出素子と、前記第1検出素子を配置する第1ギャップが形成された環状の第1コアとを備え、前記第1電力線に流れる第1電流を検出する第1電流センサと、
第2検出素子と、前記第2検出素子を配置する第2ギャップが形成された環状の第2コアとを備え、前記第2電力線に流れる第2電流を検出する第2電流センサと、
前記第2電流の最大値よりも前記第1電流の最大値を大きくする電気回路と
を備えるものであって、
前記リアクトルの軸方向において、前記第2検出素子と前記巻線部の中心位置の距離は、前記第1検出素子と前記巻線部の中心位置の距離より短く、
前記第2ギャップの長さである第2ギャップ長は、前記第1ギャップの長さである第1ギャップ長よりも短い
ことを特徴とする。
巻線部を有するリアクトルと、
第1検出素子と、前記第1検出素子を配置する第1ギャップが形成された環状の第1コアとを備え、第1電力線に流れる第1電流を検出する第1電流センサと、
第2検出素子と、前記第2検出素子を配置する第2ギャップが形成された環状の第2コアとを備え、第2電力線に流れる第2電流を検出する第2電流センサと
を備える電力装置の製造方法であって、
前記第1検出素子及び前記第2検出素子が検出する磁束の方向である磁束検出方向と前記リアクトルの軸方向とが同一となるように、且つ前記リアクトルの軸方向において、前記第2検出素子と前記巻線部の中心位置の距離が、前記第1検出素子と前記巻線部の中心位置の距離より短くなるように、前記第1検出素子、前記第2検出素子及び前記リアクトルを配置し、
前記第2ギャップの長さである第2ギャップ長を、前記第1ギャップの長さである第1ギャップ長よりも短くする
ことを特徴とする。
<A−1.構成>
[A−1−1.全体構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る電力装置としての電力制御ユニット26(以下「PCU26」という。)を含む車両10の概略的な構成を示す電気回路図である。車両10は、PCU26に加え、走行モータ20と、ジェネレータ22と、高電圧バッテリ24(以下「バッテリ24」又は「BAT24」ともいう。)とを有する。車両10は、ハイブリッド車両であり、走行駆動源として、走行モータ20に加え、図示しないエンジンを有する。後述するように、車両10は、その他の種類の車両であってもよい。ジェネレータ22は、前記エンジンの駆動力に基づいて発電する。ジェネレータ22を走行駆動源として用いてもよい。
走行モータ20は、3相交流ブラシレス式であり、車両10の走行用の駆動源として動力Ftrcを生成して図示しない車輪(駆動輪)側に供給する。すなわち、走行モータ20は、高電圧バッテリ24からの電力Pbat及びジェネレータ22からの電力Pgenの一方又は両方により駆動する。また、走行モータ20は、車両10の制動時に回生を行い、回生電力Pregをバッテリ24に供給する。回生電力Pregは、図示しない電動補機類に供給されてもよい。
ジェネレータ22は、3相交流ブラシレス式であり、前記エンジンからの動力Fengにより発電するジェネレータとして機能する。ジェネレータ22が発電した電力Pgenは、バッテリ24又は走行モータ20若しくは電動補機類に供給される。
高電圧バッテリ24は、複数のバッテリセルを含み高電圧(数百ボルト)を出力可能な蓄電装置(エネルギストレージ)であり、例えば、リチウムイオン2次電池、ニッケル水素2次電池等を利用することができる。バッテリ24の代わりに又はこれに加えて、キャパシタ等の蓄電装置を用いることも可能である。
(A−1−5−1.PCU26の概要)
PCU26は、バッテリ24からの電力を変換又は調整して、走行モータ20に供給する。また、PCU26は、ジェネレータ22の発電電力Pgen及び走行モータ20の回生電力Pregを変換又は調整してバッテリ24を充電させる。
(A−1−5−2−1.DC/DCコンバータ50の概要)
DC/DCコンバータ50(以下「コンバータ50」ともいう。)は、昇降圧型のコンバータである。コンバータ50は、バッテリ24の出力電圧Vbat(以下「バッテリ電圧Vbat」ともいう。)を昇圧してTRCモータ20に出力する。また、コンバータ50は、ジェネレータ22の出力電圧Vgen(以下「GEN電圧Vgen」ともいう。)又は走行モータ20の出力電圧Vreg(以下「回生電圧Vreg」ともいう。)を降圧してバッテリ24に供給する。
図2は、本実施形態のリアクトル80を簡略的に示す斜視図であり、図3は、本実施形態のリアクトル80を簡略的に示す分解斜視図である。リアクトル80は、磁気結合型であるが、その他の種類としてもよい。
図1に示すように、下スイッチング素子82aは、バッテリ24の負極と、分岐点130aとの間に接続される。下スイッチング素子82bは、バッテリ24の負極と、分岐点130bとの間に接続される。上スイッチング素子84aは、分岐点130aと、走行モータ20及びジェネレータ22との間に接続される。上スイッチング素子84bは、分岐点130bと、走行モータ20及びジェネレータ22との間に接続される。
第1インバータ52は、バッテリ24からの直流電流を交流電流に変換して走行モータ20に供給する。また、第1インバータ52は、走行モータ20からの交流電流を直流電流に変換してバッテリ24側に供給する。
第2インバータ54は、ジェネレータ22からの交流電流を直流電流に変換してバッテリ24側に供給する。また、ジェネレータ22を走行駆動源として用いる場合、第2インバータ54は、バッテリ24からの直流電流を交流電流に変換してジェネレータ22に供給する。
第1コンデンサ56及び第2コンデンサ58は、平滑コンデンサとして機能する。
リアクトル電流センサ60a(図1)は、連結コイル102aと分岐点130aの間を流れる電流Ir1(以下「リアクトル電流Ir1」ともいう。)を検出する。換言すると、リアクトル電流センサ60aは、連結コイル102aと分岐点130aを結ぶバスバー202aを流れる電流Ir1を検出する。リアクトル電流センサ60aは、バッテリ24の正極(分岐点200)と連結コイル102aの間に配置されてもよい。換言すると、リアクトル電流センサ60aは、分岐点200と連結コイル102aを結ぶバスバー204aを流れる電流を検出してもよい。
(A−1−5−7−1.TRC電流センサ62u、62v、62wの概要)
図1に示すように、TRC電流センサ62u、62v、62w(以下「電流センサ62u、62v、62w」又は「センサ62u、62v、62w」ともいう。)は、第1インバータ52と走行モータ20の間を流れる電流Itu、Itv、Itwを検出する。
図4Aは、本実施形態のTRC電流センサ62の一部を示す平面図である。各電流センサ62は、ホールIC210a(IC:Integrated Circuit)と、磁性体コア212a(以下「コア212」ともいう。)とを有する。さらに、電流センサ62u、62v、62wは、共通の基板214aを有する。ホールIC210aは、基板214aに固定される。基板214aの一端には、コネクタ216a(図6)が設けられる。電流センサ62u、62v、62wそれぞれのホールIC210a及びコア212aは同一の仕様である。
(A−1−5−8−1.GEN電流センサ64u、64v、64wの概要)
図1に示すように、GEN電流センサ64u、64v、64w(以下「電流センサ64u、64v、64w」又は「センサ64u、64v、64w」ともいう。)は、第2インバータ54とジェネレータ22の間を流れる電流Igu、Igv、Igwを検出する。
図4Bは、本実施形態のGEN電流センサ64の一部を示す平面図である。各電流センサ64は、TRC電流センサ62と同様の構成を有する。例えば、センサ64u、64v、64wそれぞれのホールIC210b、コア212b及び基板214bは、センサ62u、62v、62wそれぞれのホールIC210a、コア212a及び基板214aと同一の仕様である。但し、各GEN電流センサ64の磁性体コア212bのギャップ長G2は、各TRC電流センサ62のコア212aのギャップ長G1と異なる。
ECU66は、PCU26の各部を制御する制御回路(又は制御装置)であり、図1に示すように、入出力部270、演算部272及び記憶部274を有する。入出力部270は、信号線280(通信線)を介して車両10の各部との信号の入出力を行う。なお、図1では、通信線280が簡略化されて示されていることに留意されたい。入出力部270は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する図示しないA/D変換回路を備える。
次に、TRC電流センサ62u、62v、62w及びGEN電流センサ64u、64v、64wを中心とした各部の配置について説明する。本実施形態では、リアクトル80からの漏れ磁束φlの影響を軽減するため、TRC電流センサ62及びGEN電流センサ64とリアクトル80との相対位置、並びに各センサ62、64のギャップ長G1、G2を調整する。
[A−3−1.ギャップ長Gの設定方法の概要]
次に、本実施形態におけるギャップ長Gの設定方法(換言すると、PCU26の製造方法)について説明する。本実施形態では、以下の基準を用いて各コア212a、212bのギャップ長G(G1、G2)を設定する。
基準1: 電流センサ62、64が検出する磁束φの向き(代表値)が、リアクトル80(磁界発生源)が発生する磁束φの向きに近いほど、ギャップ長Gを短くする。
基準2: 電流センサ62、64とリアクトル80との直線距離d1、d2が短いほど、ギャップ長Gを短くする。
基準3: 電流センサ62、64が検出する電流の設計最大値が小さいほど、ギャップ長Gを短くする。
図9は、本実施形態のリアクトル80が発生する磁界(漏れ磁束φl)の一例を示す平面図である。図9において、リアクトル80の一部(I字状コア112a、112b等)は省略しているが、図3におけるI字状コア112a、112bが含まれている場合にも、同様の磁界の向き及び広がり方となる。図9に示すように、磁気結合型のリアクトル80では、第1巻線部114a、第2巻線部114b、第3巻線部114c及び第4巻線部114dそれぞれを中心として磁界が発生する。
条件1: ホール素子230の磁界検出面252の向きがコイル軸Ax1、Ax2の向きと等しい(略等しい場合を含む。)。
条件2: コイル軸Ax1、Ax2に対して垂直な方向(例えば車両10の左右方向)において、センサ62、64がリアクトル80(又は連結コイル102a、102b)に対して偏位している。
基準1’: コイル軸Ax1、Ax2の方向における電流センサ62、64とリアクトル80(又は連結コイル102a、102b)の距離D1、D2が長いほど、ギャップ長G1、G2を長くする。
上記のように、ギャップ長Gの設定方法の基準2によれば、電流センサ62、64(特に磁界検出面252)とリアクトル80との直線距離d1、d2が短いほど、ギャップ長G1、G2を短くする。これは、直線距離d1、d2が短いほど、リアクトル80の磁界Bの影響を受け易くなるため、ギャップ長G1、G2を短くすることで、その影響を軽減するためである。
上記のように、ギャップ長G1、G2の設定方法の基準3によれば、電流センサ62、64が検出する電流の設計最大値が大きいほど、ギャップ長G1、G2を長くする。これは、ギャップ長G1、G2が長いほど、ホール素子230の出力の直線性が要求水準を満たす範囲が広くなるためである。また、ギャップ長G1、G2が短いほどコア212a、212bの飽和磁束密度に到達し易いところ、検出電流の設計最大値が小さければ、飽和磁束密度に到達し難いためである。
以上の基準1〜3(特に基準1)に基づいて、本実施形態では、図4A及び図4Bに示すように、GEN電流センサ64のギャップ長G2を短くし、TRC電流センサ62のギャップ長G1を長くする。
本実施形態によれば、以下の理由で、周辺磁界の影響を受けるホール素子230を配置するギャップ260a、260bが形成された磁性体コア212a、212bのギャップ長G1、G2を有効に用いることが可能となる。
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
上記実施形態の車両10は、走行モータ20、ジェネレータ22(図1)及び図示しないエンジンを有した。しかしながら、例えば、複数のコア212a、212bのギャップ長G1,G2を相違させる観点からすれば、これに限らない。例えば、車両10は、複数の走行モータ20とジェネレータ22を有する構成とすることも可能である。
上記実施形態の走行モータ20及びジェネレータ22は、3相交流ブラシレス式とした(図1)。しかしながら、例えば、複数のコア212a212bのギャップ長G1、G2を相違させる観点からすれば、これに限らない。走行モータ20及びジェネレータ22は、直流式又はブラシ式としてもよい。
上記実施形態では、リアクトル80は、磁気結合型であった(図1〜図3)。しかしながら、例えば、複数のコア212a、212bのギャップ長G1、G2を相違させる観点からすれば、これに限らない。リアクトル80は、例えば、1つのコイルのみからなるタイプ(通常駆動方式)や、2つのコイルを並列に配置したタイプ(インターリーブ方式)等であってもよい。
上記実施形態では、6つの電流センサ62u、62v、62w、64u、64v、64wのギャップ長G(G1、G2)について説明した(図6〜図8等)。しかしながら、例えば、複数のコア212a、212bのギャップ長G1、G2を相違させる観点からすれば、電流センサの数は少なくとも2つあればよく、例えば、2〜50のいずれかであってもよい。また、フェールセーフ等のため、同一のバスバー164、194(例えばバスバー164u)に2つの電流センサ62uを設けることも可能である。
62、62u、62v、62w…GEN電流センサ(第2電流センサ)
64、64u、64v、64w…GEN電流センサ(第2電流センサ)
80…リアクトル
164、164u、164v、164w…バスバー(第1電力線)
194、194u、194v、194w…バスバー(第2電力線)
212a…コア(第1コア)
212b…コア(第2コア)
230…ホール素子(第1検出素子、第2検出素子)
252…磁界検出面
260a…ギャップ(第1ギャップ)
260b…ギャップ(第2ギャップ)
300…スイッチング部(電気回路)
Ax1、Ax2…コイル軸(リアクトルの軸方向)
D1…TCR電流センサのホール素子とリアクトルの距離
D2…GEN電流センサのホール素子とリアクトルの距離
Ig、Igu、Igv、Igw…GEN電流(第2電流)
It、Itu、Itv、Itw…TRC電流(第1電流)
φ…磁束
φl…漏れ磁束
Claims (7)
- 巻線部を有するリアクトルと、
前記リアクトルの軸方向に対して直交する方向に沿って前記リアクトルの側方で延在する第1電力線及び第2電力線と、
第1検出素子と、前記第1検出素子を配置する第1ギャップが形成された環状の第1コアとを備え、前記第1電力線に流れる第1電流を検出する第1電流センサと、
第2検出素子と、前記第2検出素子を配置する第2ギャップが形成された環状の第2コアとを備え、前記第2電力線に流れる第2電流を検出する第2電流センサと、
前記第2電流の最大値よりも前記第1電流の最大値を大きくする電気回路と
を備える電力装置であって、
前記リアクトルの軸方向において、前記第2検出素子と前記巻線部の中心位置の距離は、前記第1検出素子と前記巻線部の中心位置の距離より短く、
前記第2ギャップの長さである第2ギャップ長は、前記第1ギャップの長さである第1ギャップ長よりも短い
ことを特徴とする電力装置。 - 請求項1に記載の電力装置において、
前記第1検出素子は、第1ホール素子であり、
前記第2検出素子は、第2ホール素子であり、
前記第1ホール素子の磁界検出面は、前記第2ホール素子の磁界検出面よりも、前記リアクトルが発生する漏れ磁束の向きに対して平行に近い角度で配置される
ことを特徴とする電力装置。 - 請求項1又は2に記載の電力装置において、
前記第2検出素子と前記リアクトルとの第2直線距離は、前記第1検出素子と前記リアクトルとの第1直線距離よりも短い
ことを特徴とする電力装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力装置において、
前記リアクトルは、磁気結合型リアクトルである
ことを特徴とする電力装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力装置において、
前記第1検出素子と前記第2検出素子の仕様が同一である
ことを特徴とする電力装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力装置において、
前記第1コアと前記第2コアは、前記第1ギャップ及び前記第2ギャップを除き外径寸法が同一である
ことを特徴とする電力装置。 - 巻線部を有するリアクトルと、
第1検出素子と、前記第1検出素子を配置する第1ギャップが形成された環状の第1コアとを備え、第1電力線に流れる第1電流を検出する第1電流センサと、
第2検出素子と、前記第2検出素子を配置する第2ギャップが形成された環状の第2コアとを備え、第2電力線に流れる第2電流を検出する第2電流センサと
を備える電力装置の製造方法であって、
前記第1検出素子及び前記第2検出素子が検出する磁束の方向である磁束検出方向と前記リアクトルの軸方向とが同一となるように、且つ前記リアクトルの軸方向において、前記第2検出素子と前記巻線部の中心位置の距離が、前記第1検出素子と前記巻線部の中心位置の距離より短くなるように、前記第1検出素子、前記第2検出素子及び前記リアクトルを配置し、
前記第2ギャップの長さである第2ギャップ長を、前記第1ギャップの長さである第1ギャップ長よりも短くする
ことを特徴とする電力装置の製造方法。
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