JP2019187208A - Power conversion device with anti-vibration mount - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書が開示する技術は、電力変換装置に関する。特に、筺体に防振マウントを備えた電力変換装置に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a power conversion device. In particular, the present invention relates to a power conversion device having a vibration-proof mount on a housing.
特許文献1に、減衰特性を調整することのできる制振装置が開示されている。その制振装置は、磁気粘性流体を封止した防振マウントとコイルで構成されている。磁気粘性流体は、受ける磁界の強さに応じて粘性が変化する流体である。特許文献1の制振装置は、コイルによって磁気粘性流体に与える磁界の強さを調整することで、減衰特性を調整することができる。
本明細書が開示する技術は、電圧変換回路が備えているリアクトルを防振マウントの磁気粘性流体(あるいは電気粘性流体)の粘性調整に活用した防振マウント付電力変換装置を提供する。リアクトルを利用することで、粘性調整専用のコイルが不要となる。 The technology disclosed in the present specification provides a power conversion device with an anti-vibration mount that utilizes a reactor included in a voltage conversion circuit for viscosity adjustment of a magnetic viscous fluid (or electrorheological fluid) of the anti-vibration mount. By using a reactor, a coil for viscosity adjustment is not required.
本明細書が開示する電力変換装置は、並列に接続されている複数の電圧変換回路と、磁気粘性流体または電気粘性流体を封止した防振マウントを備えている。そして、複数の電圧変換回路のうちの一つに含まれているリアクトルの発生する磁界が磁気粘性流体または電気粘性流体を通過するように防振マウントが配置されている。すなわち、リアクトルが発生する磁界によって磁気粘性流体(防振マウント)の減衰特性を調整する。なお、電気粘性流体は与える電界の強さに応じて粘性が変化する流体である。リアクトルは、磁界とともに電界も発生するので、磁気粘性流体のかわりに電気粘性流体を用いても同様の効果が得られる。なお、磁気粘性流体は、磁性流体とも呼ばれる。 The power conversion device disclosed in the present specification includes a plurality of voltage conversion circuits connected in parallel and a vibration-proof mount that seals a magnetorheological fluid or an electrorheological fluid. And the vibration-proof mount is arrange | positioned so that the magnetic field which the reactor contained in one of several voltage conversion circuits generate | occur | produces may pass a magnetorheological fluid or an electrorheological fluid. That is, the damping characteristic of the magnetorheological fluid (anti-vibration mount) is adjusted by the magnetic field generated by the reactor. The electrorheological fluid is a fluid whose viscosity changes according to the strength of the electric field applied. Since the reactor generates an electric field as well as a magnetic field, the same effect can be obtained by using an electrorheological fluid instead of the magnetorheological fluid. The magnetorheological fluid is also called a magnetic fluid.
また、本明細書が開示する電力変換装置は、リアクトルを備える複数の電圧変換回路が並列に接続されている。複数の電圧変換回路を並列に接続することで、電力変換装置の許容電流を増大させることができる。本明細書が開示する電力変換装置は、許容電流の増大と防振マウントの減衰調整の両方を同時に実現することができる。 In addition, in the power conversion device disclosed in this specification, a plurality of voltage conversion circuits including a reactor are connected in parallel. By connecting a plurality of voltage conversion circuits in parallel, the allowable current of the power conversion device can be increased. The power conversion device disclosed in the present specification can realize both increase in allowable current and attenuation adjustment of the vibration isolation mount at the same time.
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.
図面を参照して実施例の電力変換装置を説明する。実施例の電力変換装置は、電気自動車に搭載されている。図1に、実施例の電力変換装置10を含む電気自動車100の駆動系のブロック図を示す。電気自動車100は、モータ52で走行することができる。電力変換装置10は、バッテリ50の直流電力をモータ52の駆動に適した交流に変換するデバイスである。電力変換装置10は、車両の慣性力でモータ52が逆駆動されたときに発生する交流電力(回生電力)を直流電力に変換してバッテリ50を充電することもできる。
A power converter according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The power converter of the embodiment is mounted on an electric vehicle. In FIG. 1, the block diagram of the drive system of the
電力変換装置10の直流端は、システムメインリレー51を介してバッテリ50に接続されている。電力変換装置10の交流端は、モータ52に接続されている。
The DC terminal of the
電力変換装置10は、2個の電圧変換回路11a、11bと、インバータ回路12と、2個のコンデンサ8、9と、コントローラ13を備えている。2個の電圧変換回路11a、11bは、並列に接続されている。電圧変換回路11a、11bは、共通の低電圧端14a、14bと、共通の高電圧端15a、15bを備えている。低電圧端14a、14bの間にコンデンサ8が接続されており、高電圧端15a、15bの間にコンデンサ9が接続されている。
The
電圧変換回路11aを説明する。電圧変換回路11aは、2個のスイッチング素子4a、5aと、2個のダイオード6a、7aと、リアクトル3を備えている。2個のスイッチング素子4a、5aは、直列に接続されている。2個のスイッチング素子4a、5aの直列接続は、高電圧端15a、15bの間に接続されている。スイッチング素子4aにダイオード6aが逆並列に接続されており、スイッチング素子5aに対してダイオード7aが逆並列に接続されている。2個のスイッチング素子4a、5aの直列接続の中点にリアクトル3の一端が接続されている。リアクトル3の他端は、低電圧端の正極14aに接続されている。低電圧端の負極14bと高電圧端の負極15bは直接に接続されている。
The
電圧変換回路11aは、低電圧端14a、14bに印加された電圧を昇圧して高電圧端15a、15bから出力する昇圧動作と、高電圧端15a、15bに印加された電圧を降圧して低電圧端14a、14bから出力する降圧動作の両方を行うことができる。すなわち、電圧変換回路11aは、双方向DC−DCコンバータである。低電圧端14a、14bに印加される電圧とは、バッテリ50の出力電圧であり、高電圧端15a、15bに印加される電圧とは、回生電力の電圧である。
The
スイッチング素子5aとダイオード6aが主に昇圧動作に関与し、スイッチング素子4aとダイオード7aが主に降圧動作に関与する。スイッチング素子4a、5aは、コントローラ13によって駆動される。コントローラ13は、低電圧端14a、14bと高電圧端15a、15bの電圧比を決定し、その電圧比が実現されるように、スイッチング素子4a、5aのデューティ比を決定する。コントローラ13は、スイッチング素子4a、5aに対して、相補的なPWM信号を与える。相補的なPWM信号とは、スイッチング素子4aに与えるPWM信号のHIGHレベルとLOWレベルを逆転させた信号を意味する。スイッチング素子4a、5aに相補的なPWM信号を与えることで、電圧変換回路11aは、低電圧端14a、14bに印加される電圧と高電圧端15a、15bに印加される電圧のバランスに応じて、昇圧動作を降圧動作が受動的に切り換わる。電気自動車100は、運転者のアクセル操作とブレーキ操作に応じて、力行(モータ52がトルクを出力する状態)と回生(モータ52が回生電力を生成する状態)が頻繁に入れ替わる。相補的なPWM信号が与えられる電圧変換回路11aは、力行と回生に応じて昇圧と降圧が受動的に切り換わる。
The switching
電圧変換回路11bも、電圧変換回路11aと同じ構成を有している。即ち、電圧変換回路11bは、2個のスイッチング素子4b、5bと、2個のダイオード6b、7bと、リアクトル20を備えている。2個のスイッチング素子4b、5bは直列に接続されており、スイッチング素子の直列接続は高電圧端15a、15bの間に接続されている。スイッチング素子4bにダイオード6bが逆並列に接続されており、スイッチング素子5bにダイオード7bが逆並列に接続されている。2個のスイッチング素子4b、5bの直列接続の中点にリアクトル20の一端が接続されており、低電圧端の正極14aにリアクトル20の他端が接続されている。
The
電圧変換回路11bも、電圧変換回路11aと同様に双方向DC−DCコンバータである。電圧変換回路11bのスイッチング素子4b、5bもコントローラ13によって制御される。
The
電圧変換回路11a、11bの共通の高電圧端15a、15bには、インバータ回路12が接続されている。インバータ回路12は、電圧変換回路11a、11bが出力する直流電力を交流に変換してモータ52に供給する。インバータ回路12は、モータ52が生成した交流の回生電力を直流電力に変換して電圧変換回路11a、11bに供給する場合もある。インバータ回路12については良く知られているので詳しい回路の説明は省略する。コンデンサ8は、リアクトル3、20とともに、電気エネルギを一時的に蓄える。コンデンサ8は、降圧動作、あるいは、昇圧動作において、スイッチング素子4a、4b、5a、5bの切り換え時の電流変化を緩和する。コンデンサ9は、電圧変換回路11a、11bとインバータ回路12の間に流れる電流の脈動を抑える。
The
電圧変換回路11bのリアクトル20は、後述する防振マウント30に組み込まれている。図1では、防振マウント30を破線矩形で模式的に表している。次に、図2、図3を参照して防振マウント30について説明する。図2は、電力変換装置10の筐体40の断面図を示しており、図3は、図2のIII−III線に沿った断面を示している。図2では、筐体40の一部の図示を省略している。また、図2では、筐体40の内部に収容される様々な電気部品(図1に示した電気部品)の図示も省略している。ただし、リアクトル20だけは、模式的に描いてある。
The
防振マウント30は、電力変換装置10の筐体40を支える部品であり、筐体40と電気自動車100の車体39の間に配置されている。筐体40の下部には窪み41が設けられており、防振マウント30は窪み41の内側に配置されている。即ち、実施例の電力変換装置10は、筐体40に防振マウント30を備えられている、防振マウント付電力変換装置である。
The
防振マウント30は、ベース板35、シリンダ31、ピストン32、バネ36を備えている。ベース板35は、車体39にボルト37で固定されている。車体39は、例えば、モータ52を収容しているトランスアクスルのケースである。
The
ベース板35の上にシリンダ31が固定されている。シリンダ31の内部には、ピストン32が上下動可能に収容されている。シリンダ31の内部空間34a、34bには磁気粘性流体MRが封止されている。図2では、磁気粘性流体MRをグレーのハッチングで表している。
A
ピストン32には、ピストン32を上下に貫通する複数の貫通孔33が設けられている。ピストン32が上下すると、磁気粘性流体MRは、貫通孔33を通じてピストン32の上側の空間(上空間34a)と、ピストン32の下側の空間(下空間34b)の間を移動する。磁気粘性流体MRの移動により、ピストン32の振動が減衰する。
The
シリンダ31の上部には孔が設けられており、筐体40の下部(窪み41の底の中央)から延びる支柱42が孔を通過し、ピストン32の上部に接続している。ピストン32と筐体40は繋がっており、ピストン32の上下動に応じて筐体40も上下する。筐体40の周囲にはフランジ44が設けられており、フランジ44の下側フランジ面と、ベース板35の間にバネ36が挟まれている。バネ36は、筐体40を上方へ付勢する。ピストン32がシリンダ31の上下方向のほぼ中央に位置するときに、バネ36の付勢力が筐体40の自重とバランスするように、バネ36の強さが調整されている。
A hole is provided in the upper part of the
車体39が振動すると、筐体40とともにピストン32が上下動する。ピストン32が上下動するのに合わせて磁気粘性流体MRがピストン32の貫通孔33を通り、上空間34aと下空間34bの間を移動する。磁気粘性流体MRがピストン32の振動エネルギを吸収し、筐体40が制振される。
When the
ピストン32には、リアクトル20が埋設されている。ピストン32は樹脂で作られており、リアクトル20を封止している。なお、図2には、筐体40の内部から支柱42を通過してリアクトル20に達している導通線43を仮想線で模式的に示している。
A
図3は、ピストン32を水平面でカットした断面図である。図3に示すように、リアクトル20は、リング状のコア21と、コア21に巻回されているコイル22で構成されている。コア21とコイル22で構成されているリアクトル20をピストン32の樹脂が封止している。貫通孔33は、コア21を貫通している。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
リアクトル20のコイル22に通電すると、磁界が発生する。磁界は主にコア21を通る。先に述べたように、コア21に設けられている貫通孔33を磁気粘性流体MRが通過する。コイル22が発生する磁界は磁気粘性流体MRも通過する。別言すれば、防振マウント30は、リアクトル20が発生する磁界が磁気粘性流体MRを通過するように構成されている。
When the coil 22 of the
シリンダ31に封止されている磁気粘性流体は、磁界を受けると粘性特性が変化する。シリンダ31に封止されている磁気粘性流体の粘性特性は、防振マウント30の減衰特性を定める。電力変換装置10では、防振マウント30が好ましい減衰特性を有するように、コントローラ13がリアクトル20に流れる電流を決定する。具体的には、コントローラ13は、筐体40の共振周波数における振動のピークを抑える減衰特性となるように、リアクトル20に流れる電流を決定する。コントローラ13は、並列に接続されている2個の電圧変換回路11a、11bの全体で流すべき電流量が2個の電圧変換回路11a、11bに適宜に分配されるように、各電圧変換回路11a、11bのスイッチング素子を駆動する。このとき、コントローラ13は、防振マウント30が望ましい減衰特性を有するように、リアクトル20に流すべき電流量(即ち電圧変換回路11bに流すべき電流量)を決定する。残りの電流量が電圧変換回路11aを流れるように、各スイッチング素子を駆動する。
When the magnetorheological fluid sealed in the
筐体40の振動特性(周波数特性)は、車速によって変化する。そこで、コントローラ13は、防振マウント30が車速に応じた好ましい減衰特性を有するように、リアクトル20に流れる電流を調整する。
The vibration characteristic (frequency characteristic) of the
磁気粘性流体MRは、表面が界面活性剤で覆われた強磁性微粒子を含有するベース液が主成分の磁性コロイド液である。強磁性粒子には、たとえば、マグネタイト、マンガン亜鉛フェライトなどが用いられる。ベース液には油(潤滑油)が用いられる。 The magnetorheological fluid MR is a magnetic colloid liquid whose main component is a base liquid containing ferromagnetic fine particles whose surfaces are covered with a surfactant. For example, magnetite or manganese zinc ferrite is used for the ferromagnetic particles. Oil (lubricating oil) is used as the base liquid.
電力変換装置10は、リアクトル20を使って防振マウント30の減衰特性を調整することができる。防振マウント30の磁気粘性流体に磁界を与える専用のコイルを備える必要がない。さらに、電力変換装置10は、並列に接続されている2個の電圧変換回路11a、11bを有するので、許容電流が大きいという利点も有する。
The
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。磁気粘性流体の代わりに、印加される電界の強さに応じて粘性が変化する電気粘性流体を用いてもよい。防振マウント30では、ピストン32に埋設されたリアクトル20のコア21に、磁気粘性流体MRが通過する貫通孔33が設けられていた。貫通孔33は、コア21を貫通せず、コア21の側方を通過するように設けられていてもよい。
Points to be noted regarding the technology described in the embodiments will be described. Instead of the magnetorheological fluid, an electrorheological fluid whose viscosity changes according to the strength of the applied electric field may be used. In the
実施例の電力変換装置10は、2個の電圧変換回路を備えており、そのうちの一つの電圧変換回路のリアクトルが防振マウントの減衰調整手段を兼ねている。本明細書が開示する技術は、3個以上の電圧変換回路が並列に接続された電力変換装置に適用されていてもよい。本明細書が開示する技術は、2個以上の防振マウントを備えていてもよい。本明細書が開示する技術は、N個の電圧変換回路が並列に接続されているとともに、多くともN−1個の電圧変換回路のリアクトルが防振マウントの減衰調整手段を兼ねていればよい。ここで、N>1である。
The
実施例の電力変換装置10では、防振マウント30のピストン32にリアクトル20が埋設されていた。リアクトル20は、発生する磁界が防振マウント30の磁気粘性流体を貫くように配置されていればよい。リアクトル20は防振マウント30の外側に配置されていればよい。実施例の電力変換装置10が、防振マウント付電力変換装置の一例に相当する。
In the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
3:リアクトル
4a、4b、5a、5b:スイッチング素子
6a、6b、7a、7b:ダイオード
8、9:コンデンサ
10:電力変換装置
11a、11b:電圧変換回路
12:インバータ回路
13:コントローラ
20:リアクトル
21:コア
22:コイル
30:防振マウント
31:シリンダ
32:ピストン
33:貫通孔
35:ベース板
36:バネ
37:ボルト
39:車体
40:筐体
41:窪み
42:支柱
44:フランジ
50:バッテリ
52:モータ
100:電気自動車
3:
Claims (1)
磁気粘性流体または電気粘性流体を封止した防振マウントと、
を備えており、
複数の前記電圧変換回路のうちの一つに含まれているリアクトルの発生する磁界が前記磁気粘性流体または前記電気粘性流体を通過するように、前記防振マウントが配置されている、防振マウント付電力変換装置。 A plurality of voltage conversion circuits connected in parallel, each including a reactor;
Anti-vibration mount sealed with magnetorheological fluid or electrorheological fluid;
With
The anti-vibration mount, wherein the anti-vibration mount is arranged so that a magnetic field generated by a reactor included in one of the plurality of voltage conversion circuits passes through the magnetorheological fluid or the electrorheological fluid Attached power converter.
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