(57)【要約】【課題】リアクトルの振動の伝播を、より効果的に抑制することである。【解決手段】リアクトル装置３０は、リアクトル４０をケース３２の内部に収納しフタ３４をして１つの装置としたものである。ケース３２の内部底面には、リアクトル４０を支持する支持部３６が設けられる。支持部３６は、ケース３２の底面からの突起、あるいは凸部で、リアクトル４０の底面におけるＺ方向の振動が少ない振動の節の部位に相当する位置に配置される。フタ３４についても、その底面に、リアクトル４０を押さえつける押え部３８が設けられる。押え部３８は、フタ３４の底面からの突起、あるいは凸部で、リアクトル４０の上面におけるＺ方向の振動が少ない節の部位に相当する位置に配置される。【選択図】図６
2008108873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとコイルとを有するリアクトルと、
リアクトルを支持部によって支持して収納するケースと、
を備え、
ケースは、
リアクトルの部位のうち、コイルに流す電流によってリアクトルが振動する際の振動の少ない節の部位に対応する位置に、リアクトルと接触する支持部が設けられることを特徴とするリアクトル装置。
【請求項２】
請求項１に記載のリアクトル装置において、さらに、
リアクトルをケース底面に対し押し付けて固定するフタを備え、
リアクトルは、複数のコアを組み合わせた円環状の平面形状を有し、
ケースは、
円環状平面形状のリアクトルの振動の節の部位としてコアの湾曲する部分の外周側の底面の部位に対応する位置に、支持部が設けられ、リアクトルをフタと支持部との間で挟んで支持することを特徴とするリアクトル装置。
【請求項３】
請求項２に記載のリアクトル装置において、
フタは、
リアクトルの振動の節の部位に対応する位置に、リアクトルと接触する押え部が設けられることを特徴とするリアクトル装置。
【請求項４】
請求項１、請求項２、請求項３に記載のリアクトル装置を含むことを特徴とする電圧変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアクトル装置及び電圧変換装置に係り、特にコアとコイルとを有するリアクトルの振動を抑制する支持を有するリアクトル装置及び電圧変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両等には、電源あるいは電池の電圧を適当に昇圧する電圧変換装置が備えられ、電圧変換装置には、電磁エネルギを蓄えるためのリアクトルが含まれる。リアクトルは、コアに巻かれたコイルに電流を流すことで電磁エネルギを蓄えるが、その際にコアの磁歪等によって振動が発生する。この振動を抑制するために、様々な提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、空心直流リアクトルの周囲に設けられた磁気シールドが、直流リアクトルに流れる電流のリップルによって、発生させる振動による騒音の解析を行っている。ここでは、リアクトルの磁束の方向を上下方向として、振動の変位量は、磁気シールドの上下の水平枠部の間の寸法の２乗に反比例し、左右の垂直枠部の間の寸法の４乗に比例することを述べている。そしてこの振動の変位量と、電流の交流成分の周波数とから、直流リアクトルに発生する騒音の大きさを推定できると述べられている。
【０００４】
また、特許文献２には、ハイブリッド車両等における昇圧用電圧変換装置としてのリアクトルからの騒音が、リアクトルを構成するコア部材の磁歪自身よりも、コア部材の磁歪により発生する振動がコアを固定するケースに伝播し、それが車両全体に伝播することによるものが支配的であるとの知見を得たことが述べられている。そして、そこでは、リアクトルが低磁歪のＵ字型ブロックコアと、高磁歪のＩ字型ブロックコアとで構成されるとき、ケースに密着させるのは、低磁歪のＵ字型ブロックコアとすることが開示されている。
【０００５】
特許文献３には、コイルが巻かれる直線部コアを２つ、湾曲部コアを２つ用いた円環状リアクトルにおいて、コイルに電流が流されると、磁束が流れ、直線部コアから引力を受けて湾曲部コアが引かれ、電流が切られると磁束が流れず、湾曲部コアは直線部コアから引力を受けず、したがって電流のオンオフによって、湾曲部コアが直線部コアの方向に移動したり元に戻ったりして振動することが述べられている。そして、ＰＣＵケースの内側に突出部を設け、その中にリアクトルを格納し、固定カバーでリアクトルをＰＣＵケースに押し付けることで、リアクトルの振動を質量の大きいＰＣＵケース全体に伝播させて振動による騒音を低減することが述べられている。
【０００６】
特許文献４には、車両のボディにブラケットを介してインバータ等を収納するケースを固定し、そのケースとリアクトルを収納するケースとの間にガスケットを挿入して一体化したＰＣＵが開示されている。ここでは、リアクトルの振動が、ガスケットによりインバータ等を収納するケースに伝播することが抑制され、その結果、振動は、インバータ等を収納するケース、ブラケットを介してボディ等に伝播することが抑制される、と述べられている。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１８３１４３号公報
【特許文献２】特開２００５−１５０５１７号公報
【特許文献３】特開２００５−７３３９２号公報
【特許文献４】特開２００５−３２８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
また、特許文献２、３、４に開示される従来技術は、コアの磁歪特性の相違を利用し、あるいは質量の大きい対象に取り付け、あるいはガスケット、ブラケットを使用しており、リアクトルの振動の挙動に基づいていない。特許文献１はリアクトルの振動による騒音解析を行っているが、コアを用いない空心リアクトルの振動であって、そのままではコア付きリアクトルの場合に参考にならない。
【０００９】
本発明の目的は、リアクトルの振動の伝播を、より効果的に抑制できるリアクトル装置及びリアクトルを含む電圧変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るリアクトル装置は、コアとコイルとを有するリアクトルと、リアクトルを支持部によって支持して収納するケースと、を備え、ケースは、リアクトルの部位のうち、コイルに流す電流によってリアクトルが振動する際の振動の少ない節の部位に対応する位置に、リアクトルと接触する支持部が設けられることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るリアクトル装置において、さらに、リアクトルをケース底面に対し押し付けて固定するフタを備え、リアクトルは、複数のコアを組み合わせた円環状の平面形状を有し、ケースは、円環状平面形状のリアクトルの振動の節の部位としてコアの湾曲する部分の外周側の底面の部位に対応する位置に、支持部が設けられ、リアクトルをフタと支持部との間で挟んで支持することが好ましい。
【００１２】
また、フタは、リアクトルの振動の節の部位に対応する位置に、リアクトルと接触する押え部が設けられることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る電圧変換装置は、上記のリアクトル装置を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、コアとコイルとを有するリアクトルの各部位について振動の大きさを調べたところ、振動の大きいいわゆる振動の腹となる部位と、振動の少ないいわゆる振動の節となる部位が存在することを見出し、それぞれの部位の位置を特定することができたことに基づくものである。
【００１５】
そこで、課題解決手段の上記構成の少なくとも１つにより、コアとコイルとを有するリアクトルを支持部によって支持して収納するケースは、リアクトルの部位のうち、コイルに流す電流によってリアクトルが振動する際の振動の少ない節の部位に対応する位置に、リアクトルと接触する支持部が設けられる。このように、振動が少ない部位でリアクトルを支持することで、ケースにリアクトルの振動が伝播することを効果的に抑制することができる。
【００１６】
また、さらに、リアクトルが複数のコアを組み合わせた円環状の平面形状を有する場合、振動の節の部位は、円環状平面形状のリアクトルのコアの湾曲する部分の外周側の底面の部位であることが見出されたので、その対応する位置にケースの支持部が設けられ、リアクトルをフタと支持部との間で挟んで支持する。この支持によれば、リアクトルの振動がケースに伝播することを抑制できる。
【００１７】
また、フタは、リアクトルの節の部位に対応する位置にリアクトルと接触する押え部が設けられるので、フタを介しての振動の伝播も抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、リアクトル装置を用いる対象として、ハイブリッド車両のモータ駆動／回生用の電源回路を説明するが、それ以外にコイルとコアとを有し、コイルに電流を流すことで振動が発生するリアクトルを用いる回路又は装置を対象とするものであってもよい。また、以下では、円環状のコアにコイルが巻回されるリアクトルを説明するが、それ以外の形状であっても、振動体として振動の腹と節とが認められるリアクトルであればよい。
【００１９】
図１は、リアクトル装置が適用される電源回路１０の構成を示す図である。この電源回路１０は、ハイブリッド車両のモータ駆動／回生用の電源回路１０であって、直流電源である２次電池１２の電圧を昇圧して、直交変換し、多相交流信号によって、モータ／ジェネレータ２２を駆動する機能を有する。また、モータ／ジェネレータ２２が制動を受ける場合には、その交流電力を直流に変換して回生する機能も有する。
【００２０】
電源回路１０は、２次電池１２と、システムメインリレー１４と、低電圧側コンデンサ１６と、低電圧と高電圧の間の変換を行う電圧変換装置６０と、高電圧側コンデンサ１８と、直流と交流との間の変換を行うインバータ回路２０とを備え、インバータ回路２０とモータ／ジェネレータ２２とが接続される。
【００２１】
電圧変換装置６０は、リアクトル装置３０と、適当なスイッチング素子とを含む回路装置である。リアクトル装置３０は、コアにコイルが巻回されたリアクトルを含む装置である。リアクトルは、そのコイルに交流信号を流すことで、電磁エネルギを蓄積することができる。そこで、電圧変換装置６０のスイッチング素子の作用によって、２次電池１２の直流エネルギを、交流の電磁エネルギとし、リアクトルにこの電磁エネルギを蓄積することができる。蓄積された電磁エネルギは、スイッチング素子の作用により、高電圧側コンデンサ１８に高電圧の電気エネルギとして蓄積され、これがインバータ回路２０の作用によって高電圧交流信号に変換されることになる。
【００２２】
リアクトル装置３０に含まれるリアクトル４０の模式的構成を図２に示す。なお、図には、後述するリアクトル４０の振動方向に関連して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向を示してある。リアクトル４０は、コイル４２，４４と、複数のコア４６，４８，５０，５２，５４，５６とを含んで構成される。コイル４２，４４は、適当に絶縁被覆された導体線で、例えば銅被覆線を用いることができる。複数のコアは、矩形断面を有し平面形状が湾曲してＵ字形となるＵコア４６，４８と、矩形断面を有し平面形状が直線的でＩ字形となるＩコア５０，５２，５４，５６とに分けることができる。かかるコア４６，４８，５０，５２，５４，５６は、磁性材料で構成され、例えば珪素鋼板を所定の形状に形成し、これを複数枚積層し固定したものを用いることができる。
【００２３】
複数のコア４６，４８，５０，５２，５４，５６は、図２に示されるように組み合わされて１つの円環状コアを形成する。すなわち、２つのＵコア４６，４８の両脚部をお互いに向かい合わせ、その向かい合った両脚部の間のそれぞれに、Ｉコア５０，５２と、Ｉコア５４，５６とを挟み込むようにして配置され、各コアの相互に向かい合う面の間には適当な接合材が設けられて相互に接続され、全体として円環状の平面形状のコアが形成される。なお、Ｉコア５０，５２を１つのＩコアに形成し、また、Ｉコア５４，５６を１つのＩコアに形成してもよい。接合材としては、Ａｌ２Ｏ３を含む接着材を用いることができる。
【００２４】
コイル４２，４４は、この円環状コアに巻回され、コイル４２，４４に電流を流すことで、円環状コアを磁路として、磁束が円環状に流れることになる。コイル４２，４４は、それらに流す電流によって円環状コアに流れる磁束の向きが同じとなるように巻回方向が定められる。もちろん、コイル４２，４４を１つのコイルとしてもよい。ここで、コイル４２，４４のインダクタンスをＬとし、コイル４２，４４に流れる電流をＩとすると、リアクトル４０に蓄積される電磁エネルギは、ＬＩ２／２で与えられる。
【００２５】
コア４６，４８，５０，５２，５４，５６の材料である磁性材料は、一般的に磁歪特性を有する。磁歪特性とは、磁界を与えることで変形する特性である。したがって、各コア４６，４８，５０，５２，５４，５６は、コイル４２，４４に電流が流されると、その電流によって生じる磁界の方向と大きさに応じて、軸方向にそれぞれ変形する。コイル４２，４４に流す電流を断続的にし、あるいは電流の向きを変更することで、各コア４６，４８，５０，５２，５４，５６は軸方向に伸縮し、これによってリアクトル４０に振動が生じる。たとえば、ハイブリッド車両の電圧変換装置６０のスイッチング素子のスイッチング周波数をｆとすると、リアクトル４０はその周波数ｆに応じた振動を起こす。周波数ｆによっては、ハイブリッド車両の乗客等に耳障りな振動音を与えることになる。
【００２６】
図３、図４、図５は、リアクトル４０の振動を解析した結果を模式的に示す図である。それぞれの図について、どの方向からリアクトル４０を見た図であるかを示すため、図２のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向に合わせた各軸方向が示されている。すなわち、Ｙ軸は、コイル４２，４４に流される電流によって、Ｉコア５０，５２，５４，５６に生じる磁束に平行な方向として示され、Ｘ軸は平面図でＹ軸に直交する方向、Ｚ軸はこれらにそれぞれ直交し、リアクトル４０の高さ方向として示されている。図３は、リアクトル４０のＺ方向の振動、図４はリアクトル４０のＹ方向の振動、図５はリアクトル４０のＸ方向の振動の様子をそれぞれ示す。なお、これらは、コイルに流す電流の周波数ｆを約８ｋＨｚから約１３ｋＨｚまで変化させ、その周波数の範囲で共通的に認められる振動の様子がまとめられたものである。
【００２７】
図３は、上記のように、リアクトル４０のＺ方向の振動の様子を示す図で、図３（ａ）は、リアクトル４０の平面図、（ｂ）は正面図である。リアクトル４０のＺ方向の振動を解析すると、振動の大きい部位、いわゆる振動の腹の部位７０が、Ｕコア４６，４８の湾曲する内周側で、Ｉコアと向かい合う部分の縁部に生じることが認められる。また、振動の少ない部位、いわゆる振動の節の部位８０が、Ｕコア４６，４８の湾曲する外周側に沿った上面と底面に生じることが認められる。したがって、リアクトル４０のＺ方向の振動の影響を少なくしてこれを支持するためには、この振動の節の部分を支持すればよい。図３（ｂ）には、矢印でその好ましい支持部位を示されている。
【００２８】
図４は、リアクトル４０のＹ方向の振動の様子を示す図で、図４（ａ）は、リアクトル４０の平面図、（ｂ）は側面図である。リアクトル４０のＹ方向の振動を解析すると、振動の少ない部位、いわゆる振動の節の部位８２は、Ｙ方向に沿った両端部の左右側面で、Ｕコア４６，４８の湾曲する外周側の各２箇所で、Ｚ方向に延びて生じることが認められる。したがって、リアクトル４０のＹ方向の振動の影響を少なくしてこれを支持するためには、この振動の節の部分を支持すればよい。図４（ａ）には、矢印でその好ましい支持部位を示されている。なお、振動の腹に相当する部位についての図示は省略してある。
【００２９】
図５は、リアクトル４０のＸ方向の振動の様子を示す図で、図５（ａ）は、リアクトル４０の平面図、（ｂ）は正面図である。リアクトル４０のＸ方向の振動を解析すると、振動の少ない部位、いわゆる振動の節の部位８４は、Ｕコア４６，４８の湾曲する外周側の角部に近い各２箇所で、Ｚ方向に延びて生じることが認められる。したがって、リアクトル４０のＸ方向の振動の影響を少なくしてこれを支持するためには、この振動の節の部分を支持すればよい。図５（ａ）には、矢印でその好ましい支持部位を示されている。なお、振動の腹に相当する部位についての図示は省略してある。
【００３０】
図６は、上記解析の結果を用いて、振動を外部に伝播することが抑制できるリアクトル装置３０の構成を示す図である。リアクトル装置３０は、リアクトル４０をケース３２の内部に収納しフタ３４をして１つの装置としたものである。図６（ａ）は、フタ３４を外したときの平面図、図６（ｂ）は正面断面図である。ケース３２は、適当な材料で構成され、上部に開口を有する箱状の部材で、フタ３４はケース３２の開口を覆う部材である。ケース３２の内部にリアクトル４０が収納され、コイル４２，４４の両端子は適当な手段でケース３２又はフタ３４の外に引き出される。
【００３１】
ケース３２の内部底面には、リアクトル４０を支持する支持部３６が設けられる。支持部３６は、ケース３２の底面からの突起、あるいは凸部で、図３で説明したリアクトル４０の底面におけるＺ方向の振動の少ない節の部位８０に相当する位置に配置される。図６では、４箇所に突起状の支持部３６が示されている。なお、図３で説明したように、リアクトル４０のＺ方向の振動の節の部位８０は、Ｕコア４６，４８の上面及び底面の外周に沿って存在するので、この領域に含まれる部位に対応する位置であれば、支持部３６の数、及び配置は、図６以外のものであってもよい。例えば、支持部の数を２個にしてもよく、あるいはリアクトル４０の重量等を考慮して、４個を超える数としてもよく、また、図３に示される節の部位８０の半円弧状の形状の支持部としてもよい。
【００３２】
フタ３４についても、その底面に、リアクトル４０を押さえつける押え部３８が設けられる。押え部３８は、フタ３４の底面からの突起、あるいは凸部で、図３で説明したリアクトル４０の上面におけるＺ方向の振動の少ない節の部位８０に相当する位置に配置される。
【００３３】
リアクトル装置３０を組み立てるには、次にようにする。すなわち、ケース３２の収納空間の内部底面の突起である支持部３６に、リアクトル４０の底面の振動の節の部位８０に相当する部位を合わせて置く。そして、フタ３４の底面の突起である押え部３８を、リアクトル４０の上面の振動の節の部位８０に当て、適当な固定手段でケース３２に固定する。固定手段には例えばネジ止めを用いることができる。このときに、適当なバネ等の付勢手段を用いてもよい。なお、コイル４２，４４の両端子は、適当な手段、例えば、ケース３２とフタ３４との合わせ面に引出部を設けて、外部に引き出す。これにより、支持部３６と押え部３８とで、リアクトル４０のＺ方向の振動の少ない節の部位８０でリアクトル４０を挟みこみ、支持することができ、ケース３２にリアクトル４０の振動が伝播することを抑制できる。
【００３４】
支持部３６、押え部３８とリアクトル４０との間は、単なる接触でもよく、必要があれば適当な緩衝材あるいは振動吸収材等を設けてもよい。もちろん、支持部３６、押え部３８自体を振動吸収材で形成するものとしてもよい。また適当な接着材等を用いてもよい。通常は、ネジ止め等の固定手段を用いる必要はないが、場合によって位置ずれを防止する位置決め手段を設けてもよい。
【００３５】
なお、リアクトル４０をケース３２の内部に収納する際、ケースの側面に接触しないようにする。接触すると、リアクトル４０のＸ方向の振動、あるいはＹ方向の振動がケース３２に伝播することがあるからである。リアクトル４０をケース３２の側壁でも支持したい場合は、図４、図５で説明したリアクトル４０のＹ方向の振動の節の部位８２、Ｘ方向の振動の節の部位８４に相当する部位に対応する位置で支持することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る実施の形態のリアクトル装置が適用される電源回路の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態のリアクトル装置に含まれるリアクトルの模式的構成図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、リアクトルのＺ方向の振動の様子を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、リアクトルのＹ方向の振動の様子を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態において、リアクトルのＸ方向の振動の様子を示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態において、図３の結果を用い、振動を外部に伝播することが抑制できるリアクトル装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  電源回路、１２  ２次電池、１４  システムメインリレー、１６  低電圧側コンデンサ、１８  高電圧側コンデンサ、２０  インバータ回路、  ２２  モータ／ジェネレータ、３０  リアクトル装置、３２  ケース、３４  フタ、３６  支持部、３８  押え部、４０  リアクトル、４２，４４  コイル、４６，４８，５０，５２，５４，５６  コア、６０  電圧変換装置、７０  振動の腹の部位、８０，８２，８４  振動の節の部位。
【図１】
2008108873.tif 000003
【図２】
2008108873.tif 000004
【図３】
2008108873.tif 000005
【図４】
2008108873.tif 000006
【図５】
2008108873.tif 000007
【図６】
2008108873.tif 000008