(57)【要約】【課題】リアクトル装置の騒音を確実に低減する。【解決手段】リアクトル装置Ａは、コアおよびコイルを有するリアクトルと、リアクトルを収納するケース３と、蓋５とを備えている。さらに、ケース３の長辺側面３a1，３a2と、短辺側面３b1，３b2と、蓋５とには、リアクトルから発生する騒音をキャンセルするための圧電スピーカ４０が取り付けられている。リアクトルへの通電をオン・オフ制御するトランジスタへの制御信号と、圧電スピーカ４０を駆動する制御信号とを、ほぼ逆位相に制御することにより、リアクトルから発生する騒音がキャンセルされる。【選択図】図４
2008028289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア及び該コアの周囲に設けられたコイルを有するリアクトルと、
前記リアクトルを収納するケーシング部材と、
前記ケーシング部材に取り付けられ、音を発生させる１または２以上の音発生部材と、
を備えているリアクトル装置。
【請求項２】
請求項１記載のリアクトル装置において、
前記リアクトルをオン・オフするスイッチング素子をさらに備え、
前記スイッチング素子のオン・オフを制御する第１信号と、前記音発生部材のオン・オフを制御する第２信号との位相を、前記リアクトルから発生する騒音が低減されるように制御する制御回路をさらに備えている、リアクトル装置。
【請求項３】
請求項２記載のリアクトル装置において、
前記第１信号と第２信号とは、逆位相に制御される、リアクトル装置。
【請求項４】
請求項２または３記載のリアクトル装置において、
第２信号の位相を調節する位相調節回路をさらに備えているリアクトル装置。
【請求項５】
コア及び該コアの周囲に設けられたコイルを有するリアクトルと、
前記リアクトルを収納するケーシング部材と、
前記リアクトルをオン・オフするスイッチング素子と、
前記ケーシング部材に取り付けられ、音を発生させる１または２以上の音発生部材と、
前記スイッチング素子のオン・オフを制御する第１信号と、前記音発生部材のオン・オフを制御する第２信号とを、前記第１信号及び第２信号の位相が、前記リアクトルから発生する騒音が低減されるように出力する制御回路と
を備えている車駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として燃料電池車やハイブリッド車などに搭載されるリアクトル装置から出される騒音の低減対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題からハイブリッド車や燃料電池車のような直流電源でモータを駆動する自動車が開発されている。燃料電池車やハイブリッド車などに配置される昇圧回路は、電圧変換を効率的に行うためのリアクトルを備えている。リアクトルは、複数の中間部分コアをギャップを挟んで重ねてなるコアと、コアの周囲に巻き付けられたコイルとを有している。コイルに電流が流れると、コア内部に磁界が発生し、ギャップを挟んだ中間部分コア同士の間に磁気吸引力が発生してリアクトルが振動を生じる。リアクトル装置は、リアクトルをケース内に収納して構成されるが、リアクトルの振動がケースに伝搬すると、騒音がリアクトル装置の外部に放出される。
【０００３】
そこで、このリアクトルの振動をいかに低減させるかが１つの課題である。特に、１０ｋＨｚ付近（５〜２０ｋＨｚ）の高周波の騒音を低減させることが求められている。そこで、従来より、リアクトル装置の騒音につながるリアクトルの振動を低減させるための多くの提案がなされている。たとえば、特許文献１には、リアクトル中の分割された部分コア同士の間に防振材を介在させることにより、騒音を抑制しようとする技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１９６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の技術では、部分コア同士の間に作用する磁気吸引力の発生，消滅の繰り返しに起因するリアクトル内の振動を抑制する効果はある程度得られる。しかし、弾性体の防振材を挿入することは、ギャップの寸法変化を増大させるので、インダクタンスの調整精度を悪化させることになる。すなわち、リアクトルの振動発生を抑制する手段を講ずると、内部構造が複雑になり、あるいは、それによって別の不具合が生じるという不利益も生じうる。
【０００６】
本発明の目的は、内部構造の複雑化を回避しつつ、振動の低減が可能な構造を有するリアクトル装置および車駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のリアクトル装置は、ケーシング部材に、音を発生させる音発生部材を取り付けたものである。ケーシング部材は、ケースだけでもよいし、ケースと蓋とを備えていてもよい。ケースと蓋とを備えている場合には、音発生部材は、ケース又は蓋の少なくともいずれか一方に取り付けられていればよい。
【０００８】
これにより、音発生部材から発生される音で、リアクトル装置の騒音をキャンセルすることが可能になる。したがって、リアクトル装置の内部構造に影響を及ぼすことなく、リアクトルから発せられる騒音を抑制することができる。
【０００９】
リアクトルのオン・オフ用のスイッチング素子の制御信号と、音発生部材の制御信号との位相を騒音が低減されるように制御する制御回路をさらに備えることにより、上述の機能を容易に実現することができる。
【００１０】
スイッチング素子の制御信号と、音発生部材の制御信号とを逆位相にすることにより、簡便な制御回路構成とすることができる。
【００１１】
さらに、音発生部材の制御信号の位相を調節する位相調節回路を設けることにより、騒音のキャンセルを確実に行うことができる。
【００１２】
本発明の車駆動装置は、リアクトル装置のケーシング部材に、音を発生させる音発生部材を取り付けるとともに、リアクトルのオン・オフ用のスイッチング素子の制御信号と、音発生部材の制御信号との位相を騒音が低減されるように制御する制御回路を備えたものである。
【００１３】
これにより、音発生部材から発生される音で、リアクトル装置の騒音をキャンセルすることが可能になる。したがって、リアクトル装置の内部構造に影響を及ぼすことなく、リアクトルから発せられる騒音を抑制することができる。
【００１４】
スイッチング素子の制御信号と、音発生部材の制御信号とを逆位相にすることにより、簡便な制御回路構成とすることができる。
【００１５】
さらに、音発生部材の制御信号の位相を調節する位相調節回路を設けることにより、騒音のキャンセルを確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のリアクトル装置または車駆動装置によると、リアクトル装置のケースまたは蓋のいずれかに、音発生部材を取り付けたので、リアクトル装置の内部構造に影響を及ぼすことなく、リアクトルから発せられる騒音を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の形態１）
−リアクトル装置の構造−
図１は、実施の形態１のリアクトル装置Ａの蓋等をはずした構造を示す斜視図である。図１に示すように、リアクトル装置Ａは、コア１と、コア１の周囲を環状に取り巻くコイル２と、コア１，コイル２等を収納する中ケース４と、全体を収納するケース３と、ケース３の四隅に配置された取付部材７とを備えている。リアクトルＢは、コア１と、コア１の周囲を環状に取り巻くコイル２とを備えている。コイル２は、角柱状の空間を囲むように螺旋状に巻かれて積層された２つの環状部分２１と、環状部分２１を接続する接続部分２２と、上方に突出する両端の端子２３とによって構成されている。コイル２は、ほぼ全体が絶縁性膜で覆われており、１対の端子２３のみが絶縁性膜から露出している。コイル２は、２つの環状部分２１が接続部２２で接続されて一体化されており、通電時には、一方の端子２３から、順次２つの環状部分２２を経て、他方の端子２３に交流電流が流れる。
【００１８】
図２は、実施の形態１におけるリアクトルＢ中のコア１を抜き出して示す斜視図である。図２に示すように、コア１は、平面形状がほぼトラック形をしていて、２つの直線部Ｒａと、２つの直線部Ｒａの両端部において直線部Ｒａ同士を接続する曲線部Ｒｂとを有している。また、コア１は、２つの直線部Ｒａの各端部および曲線部Ｒｂに亘るサイド部分コア１２と、各直線部Ｒａにおいてサイド部分コア１２間に交互に配置される中間部分コア１０およびギャップスペーサ１１とを備えている。
【００１９】
図３は、リアクトルＢを中ケース４に収納した状態を示す斜視図である。同図に示すように、コア１の各直線部Ｒａは、樹脂製の内側ボビン１３によってそれぞれ周囲を覆われており、内側ボビン１３の外側にコイル２が巻回された状態となっている。そして、コイル２の各環状部分２１は、コア１の各直線部Ｒａの周囲に巻回されている。また、コイル２の両端は、外側ボビン１５によって挟まれた状態であり、コア１のサイド部分コア１２は、外側ボビン１５の開口を貫通して外側に露出した状態となっている。２つの外側ボビン１５の高さは左右で異なっている。すなわち、コイル２の接続部分２２に接する外側ボビン１５の上端は、コイル２の上端よりも下方の位置までしか達していないが、端子２３に接する外側ボビン１５の上端は、コイル２の上端よりも上方の位置まで達している。
【００２０】
本実施の形態のコア１及びコイル２は、大電流かつ高周波領域における交流−直流間の変換の際の負荷を緩和するためのリアクトルに適した構造であり、ハイブリッド車などに搭載されるものである。
【００２１】
−リアクトル装置の各部の材質−
上記コア１の各サイド部分コア１２および中間部分コア１０は、高透磁率材料ともいわれる軟磁性材料によって構成されている。軟磁性材料の例としては、純鉄、軟鉄、磁性鋼、珪素鋼、パーマロイ、センダスト、フェライト、磁性合金のアモルファス材料、などがある。ハイブリッド車のエンジン駆動用など、高周波かつ大電力を要求されるリアクトルには、１ｋＨｚ以上の周波数領域における鉄損が小さいことが求められる。また、振動を抑制するためには、コア１の磁歪が小さいことが好ましい。かかる条件に適合する軟磁性材料として、無方向性珪素鋼板のうちでも、珪素が約６％の無歪み珪素鋼板が、磁歪が０に近いことから、多用されている。ただし、この無歪み珪素鋼板は、製造コストが高くつくために、高価であることが難点である。
【００２２】
一方、本実施の形態においては、上記コア１の各サイド部分コア１２および中間部分コア１０は、いずれも焼結軟磁性材料によって構成されている。本実施の形態では、焼結軟磁性材料として、アトマイズ法で作製した鉄系軟磁性粉末を、リン酸塩絶縁被膜および樹脂バインダで表面被覆し、その表面被覆粉末をプレス成形後、高温で焼結したものを用いている。この材料は、低保持力特性を有するとともに、無歪み珪素鋼板よりも安価であるが、無歪み珪素鋼板に比べると多少の磁歪が生じる。
【００２３】
なお、ギャップスペーサ１１は、セラミックス，ガラス，ガラスエポキシ基板等の非磁性かつ絶縁性材料によって構成されている。ギャップスペーサ１１は、周波数に応じてインダクタンスを調整するために必要な部材である。また、コア１全体として、設計上、必要なギャップスペーサ１１の合計厚みが定まるので、１つのギャップスペーサ１１の厚みが過剰な漏れ電流の発生を生じることがないように、ギャップスペーサ１１の数が定められている。
【００２４】
また、ケース３は、ＣｕまたはＣｕ合金や、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの熱伝導性が良好な材料によって構成されており、リアクトルＢで発生した熱をケース３から外方に逃すように構成されている。
【００２５】
図４は、リアクトル装置Ａの全体的な外観構造を示す斜視図である。同図において、電気配線の図示は省略されている。同図に示すように、ケース３には蓋５が取り付けられており、蓋５から端子２３が突出している。そして、本実施の形態の特徴として、ケース３の長辺側面３a1，３a2と、短辺側面３b1，３b2と、蓋５とには、リアクトルＢから発生する騒音をキャンセルする（打ち消す）ための音発生部材である圧電スピーカ４０が取り付けられている。本実施形態で用いる圧電スピーカ４０は、圧電素子に入力された電圧を力（振動）に変換することにより、音を発生させる素子であり、市場において広く販売されているものでよい。本実施の形態では、ケース３と蓋５とにより、ケーシング部材が構成されているが、蓋５は必ずしもなくてもよい。蓋５を備えている場合には、圧電スピーカ（音発生部材）が、ケース３又は蓋５の少なくともいずれか一方に取り付けられていればよい。
【００２６】
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、順に、本実施の形態における車駆動装置の電気回路図、駆動装置の制御回路の電気回路図、各クロック信号のタイミング関係を示す図である。図５（ａ）に示すように、車駆動装置は、直流電源Ｖ１と、平滑用コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ４１と、インバータ４２と、モータ４３とを備えている。本実施の形態においては図示および詳細構造の説明を省略するが、直流電源Ｖ１は、二次電池，燃料電池などであり、インバータ４２は、ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ等のトランジスタとダイオードとの組を６組組み合わせて構成されたスイッチング回路などである。昇圧コンバータ４１には、リアクトルＢ（図１〜図３参照）と、ＩＧＢＴからなるトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とが配置されている。
【００２７】
直流電源Ｖ１からの電力は、昇圧コンバータ４１で昇圧され、インバータ４２で３相電力信号に変換されて、この３相電力信号によってモータ４３が駆動される。そして、トランジスタＱ２のオン時にリアクトルＢにエネルギが蓄えられ、トランジスタＱ２のオフ時にエネルギが開放されて、電荷としてコンデンサＣ２に蓄えられる。すなわち、トランジスタＱ２は、リアクトルＢをオン・オフ制御するスイッチング素子として機能する。このようなオン・オフ制御が１０ｋＨｚ程度の周波数で繰り返されることにより、電源電圧の昇圧制御が可能になる。また、トランジスタＱ１のオン・オフ制御によって、モータ４３の回転時における降圧制御が可能となる。
【００２８】
以上の昇圧制御において、リアクトルＢのコイル２に交流電流が流れると、コア１には、以下の作用が生じる。ギャップスペーサ１１に接するサイド部分コア１２，中間部分コア１０の各端部には磁化によるＮ極，Ｓ極が生じ、ギャップスペーサ１１を挟んでＮ極とＳ極とが対峙するので、サイド部分コア１２，中間部分コア１０には、互いの距離を縮めようとする力、つまり、ギャップスペーサ１１に対する圧縮力が生じる。一方、コイル２への電流が遮断されると、ギャップスペーサ１１に対する圧縮力は消滅する。この繰り返しによって、コア１にはＸ方向への振動が発生することになる。また、コア１の磁歪によって、コア１のサイド部分コア１２および中間部分コア１０がＸ方向以外の方向にも歪むので、Ｘ方向だけでなく、Ｘ方向に交差する各方向における振動が発生する。そして、この振動がケース３などに伝わると、振動が騒音に変換されることになる。
【００２９】
次に、図５（ｂ）に示すように、制御回路は、クロック信号を発生させる発信器４４と、発信器４４のクロック信号を受けて、その反転信号Ｓ１，Ｓ３をそれぞれを出力する２つの反転回路Ｎ１，Ｎ２と、反転回路Ｎ２の出力信号Ｓ３を受けて、所定時間遅延させてから圧電スピーカ４０に出力する遅延回路４５（位相調節回路）とを備えている。そして、図５（ａ）に示すように、クロック信号の反転信号Ｓ１は、トランジスタＱ１の制御信号として入力され、クロック信号の非反転信号Ｓ２は、リアクトルＢのオン・オフを制御するスイッチング素子であるトランジスタＱ２の制御信号として入力される。この制御回路は、図５（ａ）に示す回路と共に、本実施の形態では車駆動装置の駆動制御部に組み込まれているが、図５（ｂ）に示す回路要素全部、あるいは一部（たとえば反転回路Ｎ２及び遅延回路４５）を圧電スピーカ４０と共にリアクトル装置Ａに取り付けてもよい。また、車駆動装置の駆動制御部内に配置される発信器と同じ周波数の発信器を、遅延回路，圧電スピーカと共にリアクトル装置に取り付けることもできる。遅延回路によって、スイッチング素子（トランジスタＱ２）の制御信号とほぼ逆位相になるように予め調整するか、音のレベルを検知して遅延時間をフィードバック制御すれば、必ずしも共通のクロック系統で制御する必要はないからである。
【００３０】
そして、図５（ｃ）に示すように、トランジスタＱ２の制御信号Ｓ２（第１信号）と、圧電スピーカ４０の遅延前の制御信号Ｓ３（第２信号）とは逆位相である。そして、リアクトルから発生する騒音が圧電スピーカ４０から発生する音によってキャンセルされるように、遅延回路４５により位相調整が行われる。遅延回路４５の遅延時間の設定は、リアクトル装置Ａの騒音レベルを測定しながら、最適な遅延時間を一定値に設定してもよい。信号Ｓ３を遅延させなくても、リアクトル装置Ａの騒音レベルが要求レベル内に収まる場合には、遅延回路４０は必ずしも設ける必要がない。
【００３１】
本実施の形態によると、トランジスタＱ２のオン・オフ制御に起因するリアクトルＢの振動に対して、ほぼ逆位相で圧電スピーカ４０を駆動することができる。よって、リアクトルＢの振動に起因する騒音をキャンセルして、騒音の低減を図ることができる。
【００３２】
実施の形態１においては、ケース３の４つの面３a1，３a2，３b1，３b2と、蓋５とに合計５つの圧電スピーカ４０を配置したが、必ずしも５つの圧電スピーカ４０を配置する必要はない。たとえば、蓋５に配置するだけで騒音レベルを低減することができれば、他の圧電スピーカ４０を省略することは可能である。逆に、１つの面または蓋に複数の圧電スピーカを配置することもできる。
【００３３】
（実施の形態２）
図６は、実施の形態２におけるリアクトル装置Ａ１の概略構成を示す斜視図である。同図に示すように、本実施の形態のリアクトル装置Ａ１においては、コア１と２隅の取付ジグ７Ａとの間に挿入された２つの板バネ６とを備えている。板バネ６に接する取付ジグ７Ａは、平面形状がＸ方向に対して約４５°傾いた斜辺を有する３角形であり、反対側の取付ジグ７は、平面形状がほぼ正方形である。
【００３４】
図７は、実施の形態２におけるコアのみを抜き出して示す斜視図である。同図に示すように、コア１の２つのサイド部分コア１２，１２Ａのうち一方のサイド部分コア１２はコーナー部が曲面状に形成されているが、他方のサイド部分コア１２Ａのコーナー部は平面状に形成された平面部Ｒｐを有している。平面部Ｒｐは、平面部のない従来のコア１の曲面部を削って形成されるものではなく、曲面部の接平面となるものであり、コア１の断面積を減じないように形成されている。
【００３５】
そして、板バネ６の一方の側部がサイド部分コア１２Ａの平面部Ｒｐに当接し、他方の側部がケース３の内側面に当接し、上部がサイド部分コア１２Ａの一部を覆うように取り付けられている。このとき、板バネ６の各側部が互いに近づく方向に曲げられるので（圧縮バネ）、１つの板バネ６により、コア１が負のＸ方向に４５°傾いた方向に付勢される。そして、２つの板バネ６による付勢力の合成ベクトルによって、コア１全体がＸ方向に付勢され、コア１全体がケース３に当接した状態で固定される。
【００３６】
本実施の形態では、コア１の外方において、コア１とケース３との間にバネ部材である板バネを介在させているので、リアクトルの部分コア間で振動が生じても、板バネ６により、コア全体の振動が減衰するので、振動を抑制することができる。また、板バネ６により、コア１の振動のケース３への伝搬が抑制されるので、騒音の低減効果も期待しうる。
【００３７】
本実施の形態では、板バネ６により、図４に示すコア１の振動のケース３の短辺側面３b1及び長辺側面３a1，３a2への伝搬が抑制されるので、図４に示す５つの圧電スピーカ４０のうち短辺側面３b1及び蓋５のみに圧電スピーカ４０を取付けて、他の圧電スピーカ４０を省略することができる。
【００３８】
なお、板バネとしては、本実施の形態の他に、Ｘ方向に平行な方向に付勢力を有する板バネを一方の端部または両端部に設ける方法、Ｘ方向に傾いた方向に付勢力を有する板バネを両端部に設ける方法、Ｘ方向に平行な方向に付勢力を有する板バネを一方の端部に、Ｘ方向に傾いた方向に付勢力を有する板バネを他方の端部に設ける方法などがあり、いずれを用いてもよい。両端部に板バネを設ける場合には、各側面への振動の伝搬が低減されるので、蓋５のみに圧電スピーカ４０を配置するだけでも、要求レベル内に騒音を収めることが可能となる。
【００３９】
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００４０】
上記実施の形態では、スイッチング素子の制御信号と、圧電スピーカの制御信号との位相をずらせることで、騒音をキャンセルするようにしたが、スイッチング素子の信号とは切り離して、マイク等で騒音を検知して騒音レベルが最小になるように、スピーカの発生音の位相を制御してもよい。
【００４１】
なお、板バネを取り付けていない実施の形態１においても、騒音レベルの程度に応じて、蓋５のみ、あるいは蓋５と長辺側面３a1，３a2だけに圧電スピーカ４０を取り付けるなど、一部の面だけに１または２以上の音発生部材（実施の形態では、圧電スピーカ４０）を取り付ける構成を採ることができる。また、ケース３の底面（裏側）に音発生部材を取付けてもよい。
【００４２】
音発生部材は、圧電スピーカに限定されるものではなく、騒音をキャンセルできる程度の音量を有するものであればよい。ただし、圧電スピーカは、市場価格が数十円から数百円程度であり、製造コストを考慮すると、本発明には最も適した音発生部材である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のリアクトル装置は、ハイブリッド車、燃料電池車や、工場・家庭用電力供給システムにおいて、たとえば昇圧回路などの一部品として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施の形態１におけるリアクトル装置の概略構造を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１におけるコアの構造を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１におけるリアクトルを中ケースに収納した状態を、一部を破断して示す斜視図である。
【図４】実施の形態１におけるリアクトル装置の外観を示す斜視図である。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、順に、車駆動装置の電気回路図、駆動装置の制御回路の電気回路図、各クロック信号のタイミング関係を示す図である。
【図６】実施の形態２におけるリアクトル装置の概略構造を示す斜視図である。
【図７】実施の形態２におけるコアの構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
Ａ  リアクトル装置
Ｂ    リアクトル
１    コア
２    コイル
３    ケース
３ａ  長辺側面
３ｂ  短辺側面
４    中ケース
６    板バネ
７    取付ジグ
１０  中間部分コア
１１  ギャップスペーサ
１２  サイド部分コア
１３  内側ボビン
１５  外側ボビン
２１  環状部分
２２  接続部分
２３  端子
４０  圧電スピーカ
Ｒａ  直線部
Ｒｂ  曲線部
Ｒｐ  平面部
【図１】
2008028289.tif 000003
【図２】
2008028289.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008028289.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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