(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  リアクトル応用機器である昇圧コンバータは、リアクトルＬ１を備える。リアクトルＬ１は、リアクトルコイル５２と、リアクトルコア５４と、リアクトルコア５４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５８とを含む。好ましくは、電流検知部は、リアクトルコア５４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。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Ｇ１，Ｇ２に挟まれた部分５６に固着され、その部分にはリアクトルコイル５２が巻回されている。【選択図】        図３
2006308521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクトルを備え、前記リアクトルは、
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。
【請求項２】
前記電流検知部は、
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。
【請求項３】
前記圧電素子または前記歪ゲージは、前記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、
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。
【請求項４】
前記リアクトルは、電圧変換器のエネルギー蓄積用のリアクトルである、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。
【請求項５】
前記リアクトルは、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、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。
【請求項６】
前記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、
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。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のリアクトル応用機器を搭載する車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【特許文献１】特開２０００−８８９３７号公報
【特許文献２】特開平９−２８１１４６号公報
【特許文献３】特開昭６３−３１３２１６号公報
【特許文献４】特開２００４−１９１３１２号公報
【特許文献５】実開平５−７７７７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【発明の効果】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
［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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
［変形例２］
図６は、変形例２を説明するための図である。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】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。
【図２】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３】図２におけるリアクトルＬ１の構造を示した図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶにおける断面図である。
【図５】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。
【図６】変形例２を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５７】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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