▶ ヴァレオ、イーオートモーティブ、フランス、エスアーエスの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-04
(45)【発行日】2024-07-12
(54)【発明の名称】漏れ磁束が抑制された磁性部品
(51)【国際特許分類】
H01F 30/10 20060101AFI20240705BHJP
H01F 27/24 20060101ALI20240705BHJP
【ＦＩ】
H01F30/10 C
H01F30/10 A
H01F30/10 S
H01F30/10 M
H01F27/24 E
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2023506090
(86)(22)【出願日】2021-06-23
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-08-22
(86)【国際出願番号】 EP2021067109
(87)【国際公開番号】W WO2022022896
(87)【国際公開日】2022-02-03
【審査請求日】2023-03-23
(31)【優先権主張番号】2007993
(32)【優先日】2020-07-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(73)【特許権者】
【識別番号】522457531
【氏名又は名称】ヴァレオ、イーオートモーティブ、フランス、エスアーエス
【氏名又は名称原語表記】Ｖａｌｅｏ ｅＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｆｒａｎｃｅ ＳＡＳ
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100127465
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 幸裕
(74)【代理人】
【識別番号】100217836
【弁理士】
【氏名又は名称】合田 幸平
(72)【発明者】
【氏名】ボリス、ブシェ
(72)【発明者】
【氏名】ステファヌ、フォンテーヌ
【審査官】古河 雅輝
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３８５７８５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／２０６７０６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３２３７２０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００１－２４４１２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５０－０６４９１４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】国際公開第２００７／０９９６８３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】実開昭５３－１２３１３１（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｆ ２７／２４－２７／２６
Ｈ０１Ｆ ３０／００－３８／１２
Ｈ０１Ｆ ３８／１６
Ｈ０１Ｆ ４１／００－４１／０４
Ｈ０１Ｆ ４１／０８
Ｈ０１Ｆ ４１／１０
Ｈ０２Ｍ ３／００－ ５／４８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
２つの強磁性ハーフコアを備える磁性部品であって、２つの前記強磁性ハーフコアは、積層されるとともに重ね合わされて強磁性コアを形成し、
前記強磁性コアは、３つの脚部（１１、１２、１３）、すなわち、２つの第１脚部（１１、１３）と１つの第２脚部（１２）とを備え、
各脚部（１１、１２、１３）は、ギャップにより離れた２つの対面するハーフ脚部から形成され、
２つの対面するハーフ脚部は、一方側ハーフ脚部及び他方側ハーフ脚部を含み、
各脚部（１１、１２、１３）は、前記脚部を形成する前記ハーフ脚部の各々においてそれぞれ巻線方向を有する一次巻線（１１１、１２１、１３１）および二次巻線（１１２、１２２、１３２）を備える、磁性部品において、
前記第２脚部（１２）は、前記一方側ハーフ脚部上に前記一次巻線（１２１）を備え、前記他方側ハーフ脚部上に前記二次巻線（１２２）を備え、
前記第１脚部（１１、１３）は、前記一方側ハーフ脚部上に前記二次巻線（１１２、１３２）を備え、前記他方側ハーフ脚部上に前記一次巻線（１１１、１３１）を備え、
前記第２脚部（１２）の前記一方側ハーフ脚部上の前記一次巻線（１２１）の巻線方向は、前記第１脚部（１１、１３）の前記一方側ハーフ脚部上の前記二次巻線（１１２、１３２）の巻線方向に対して逆であり、
前記第２脚部（１２）の前記他方側ハーフ脚部上の前記二次巻線（１２２）の巻線方向は、前記第１脚部（１１、１３）の前記他方側ハーフ脚部上の前記一次巻線（１１１、１３１）の巻線方向に対して逆である、
ことを特徴とする磁性部品。
【請求項2】
２つの前記強磁性ハーフコアの各強磁性ハーフコアにおいて、各ハーフコアを形成する３つの前記脚部が、それぞれ、正三角形の頂点に配置される、
請求項１に記載の磁性部品。
【請求項3】
２つの前記強磁性ハーフコアは、Ｅ型の形状を有する、請求項１に記載の磁性部品。
【請求項4】
請求項１～３の一項に記載の磁性部品を備える、電気変圧器（１０）。
【請求項5】
請求項４に記載の電気変圧器（１０）を備える、電気機器部品。
【請求項6】
前記電気変圧器（１０）を収容する冷却プールを形成するキャビティを備える冷却モジュールを備える、請求項５に記載の電気機器部品。
【請求項7】
充電器を形成する、請求項５または６に記載の電気機器部品。
【請求項8】
電力変換器を形成する、請求項５～７の一項に記載の電気機器部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁性部品、特に電気変圧器の分野に関する。
【0002】
本発明は、より具体的には、電気変圧器、例えば共振型電圧変換器や任意の他のタイプの電力変換器に組み込まれた電気変圧器、または充電器に組み込まれた電気変圧器の分野に関する。具体的には、本発明は、三相電気変圧器のような磁性部品に関連する。
【背景技術】
【0003】
電気変圧器は、電気エネルギーを一次回路から二次回路に伝達させ得る。
【0004】
周知のように、電気変圧器において、電気エネルギーを一次回路から二次回路に伝達させ得る磁界を生成する電流が流れる磁性コアおよびコイルが使用されている。より正確には、電気変圧器において、特に磁化インダクタンスを用いる電力変換器には、または共振型電圧変換器には、磁性コアの周囲に巻線により形成された一次コイルおよび二次コイルが存在し、これらの間で電気エネルギーが伝達される。
【0005】
より具体的には、三相電気変圧器において、適切な形状の強磁性コアの種々のセグメントに巻回された３つの一次巻線および３つの二次巻線が存在する。特に、一例を図１に示すＥ型強磁性コアや、図２に一例を示す三角形の強磁性コアが知られている。
【0006】
すべての電気変圧器には漏れインダクタンスがあり、一次回路で発生した磁束の一部が二次回路の巻線に結合されないため、効率低下の原因となっている。また、一次巻線および二次巻線にさらなるロスが出現し得る。非共振型電圧変換器の場合、過電圧がさらにまた発生し得る。電気変圧器のコイルの幾何学的形状、および同様に磁性コアに使用される磁性材料、または実に前記磁性コアの幾何学的形状は、特に電気的および磁気的基準を満たすように構成される。電気変圧器の寸法決めの目的の１つは、特に電気変圧器の漏れインダクタンスの値を抑制することである。
【0007】
特に三相である場合のこのような電気変圧器を製造する２つの主な方法が知られている。図１の例において、コイルは平坦であり、一次巻線３１０および二次巻線３２０は、２つの重ね合わされた層を、強磁性コア３０の各脚部３１、３２、３３に形成している。平坦巻線技術を利用して組み立てられたこのような既知の電気変圧器３では、漏れインダクタンスは低い。しかしながら、この例では、寄生容量が、一次回路においても二次回路においても非常に高い。さらにまた、下方に配置された巻線、すなわち換言すれば「埋設された」巻線の冷却が非常に困難である。
【0008】
同一タイプのＥ型強磁性コアでは、積層巻線を作製することも可能である。この既知の構造の１つの利点は、組込みおよび冷却が容易であることにある。しかしながら、このような構造では、漏れインダクタンスが高い。
【0009】
三相電気変圧器４を作製する別の既知の方法は、正三角形の形状の強磁性コアに巻線を設置することからなる。したがって、図２に示すように、脚部は互いから６０°で配置される。
【0010】
しかしながら、このような三角形の構成は、機械的に組み込むことが難しい。
【0011】
この文脈において、Ｅ型強磁性コアに積層された巻線をベースとする構造により、漏れインダクタンスを利用して共振インダクタンスを機能させて、エネルギーの一次巻線から二次巻線への伝達を促進することが知られている。したがって、一見不利な漏れインダクタンスが活用されている。
【0012】
【0013】
この技術の実践に関する技術的な問題は、漏れ磁束がループしないということである。具体的には、図４に示すように、それは脚部に集中し、側方の脚部２１、２３から中央の脚部２２に「ジャンプ」する。したがって、磁束線は、ギャップと平行になる。
【0014】
したがって、組込みおよび冷却が容易で、かつ漏れインダクタンスが抑制された三相電気変圧器が必要とされている。
【発明の概要】
【0015】
この目的のために、本発明の１つの主題は、２つの強磁性ハーフコアを備える磁性部品であって、２つの前記強磁性ハーフコアは、積層されるとともに重ね合わされて強磁性コアを形成し、前記強磁性コアは、３つの脚部、すなわち、２つの第１脚部と１つの第２脚部とを備え、各脚部は、ギャップにより離れた２つの対面するハーフ脚部から形成され、各脚部は、前記脚部を形成する前記ハーフ脚部の各々においてそれぞれ巻線方向を有する一次巻線および二次巻線を備える磁性部品において、前記第２脚部において、前記一次巻線と前記二次巻線、およびそれらの巻線方向は、前記第１脚部のものに対して逆であることを特徴とする磁性部品である。
【0016】
特に、第１脚部は側方脚部であり得るとともに、第２脚部は中央脚部であり得る。
【0017】
一実施形態によれば、２つの前記強磁性ハーフコアは、各強磁性ハーフコアにおいて、各ハーフコアを形成する３つの前記脚部がそれぞれ互いから６０°である、いわゆる「三角形」の配置を有する。特に、各ハーフコアを形成する３つの脚部は、正三角形の頂点に配置される。
【0018】
有利には、２つの前記強磁性ハーフコアは、Ｅ型の形状を有する。
【0019】
また、本発明は、以上に簡潔に記載されたような磁性部品を備える電気変圧器に関連する。
【0020】
また、本発明は、以上に簡潔に記載されたような電気変圧器を備える電気機器部品に関する。
【0021】
有利には、前記電気機器部品は、前記電気変圧器を収容する冷却プールを形成するキャビティを備える冷却モジュールを備える。
【0022】
一実施形態によれば、前記電気機器部品は、充電器を形成する。
【0023】
一実施形態によれば、前記電気機器部品は、電力変換器を形成する。
【0024】
本発明は、単なる例示として呈示される以下の説明を読み、非限定的な例として呈示され、類似の物体には同一の参照符号が使用される添付図面を参照することにより、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【発明を実施するための形態】
【0026】
本発明の実施を可能にすべく図面には本発明が詳細に示され、前記図面は当然ながら必要に応じて本発明をより良好に定義する役割を果たし得ることに留意されたい。
【0027】
本発明は、磁性部品、及び特に三相変圧器に関する。
【0028】
図３は、入力電圧ＶＩＮを出力電圧ＶＯに変換するための、電気変圧器を備える共振型電圧変換器回路の等価回路図を示す。電気変圧器は、一次巻線および二次巻線を備えている。一次巻線を通る電流により生成された磁束により、エネルギーが二次巻線に伝達され得る。一次回路にはＬＬＣ共振回路が存在する。ＬＬＣ共振回路は、電気変圧器に組み込まれ得る共振コンデンサＣｒ、共振インダクタＬｒ、および磁化インダクタＬｍから形成されている。電気変圧器は、一次巻線に接続したスイッチＱ１、Ｑ２のハーフブリッジにより制御される。二次回路に接続したダイオードＤ１、Ｄ２により、戻り電流が回避され得る。
【0029】
図４および図５は、先行技術の電気変圧器２０の概略図、および本発明による電気変圧器１０の一例の概略図をそれぞれ示す。これらの変圧器は、両者ともＥ型強磁性コアをベースとしている。前記強磁性コアは、対面して積層されたＥ型の形状を有する２つのハーフコアから形成されている。
【0030】
強磁性コアは、３つの脚部１１、１２、１３、２１、２２、２３、すなわち、２つの側方脚部１１、１３、２１、２３と１つの中央脚部１２、２２とを有している。各脚部１１、１２、１３、２１、２２、２３は、ギャップにより離れた２つの対面するハーフ脚部から形成されている。各脚部１１、１２、１３、２１、２２、２３は、三相電気変圧器２０および１０の１つの相にそれぞれ対応している。Ｅ型コアをベースとする電気変圧器において、Ｅの各アーム、すなわち換言すれば、前記強磁性コアの各脚部１１、１２、１３、２１、２２、２３は、電気変圧器の１つの相に対応する。同様に、三角形の変圧器において、三角形の１つの頂点に対応する各脚部は、電気変圧器の１つの相に接続する。
【0031】
図４において、巻線２１１、２１２、２２１、２２２、２３１、２３２は、上方のハーフ脚部にすべて配置された一次巻線のすべてについて、そして下方のハーフ脚部にすべて配置された二次巻線について、それぞれ同一の方向に巻回されている。
【0032】
先行技術を表し図４に概略的に示すこの構造の欠点は、漏れ磁束の一部が、反対方向に向かうことである。この磁束は、その相に対応する脚部をループせず、１つの脚部から次のものにジャンプする。特に、磁束はギャップに対して平行に発生し、各側方脚部２１、２３から中央脚部２２にジャンプする。換言すれば、各側方脚部２１、２３と中央脚部２２との結合が生じる。
【0033】
これにより、電気変圧器２０の中央である中央脚部２２において、ロスが増加し過熱する危険性がもたらされる。
【0034】
この結合を回避する１つの方法は、側方脚部２１、２３から中央脚部２２へ磁束がこのようにジャンプすることを防止するように、側方脚部２１、２３を中央脚部２２から遠ざかるように移動させることであり得るが、強磁性コアのサイズはそのために増加するであろう。しかしながら、これにより、明らかに電気変圧器は嵩張ることとなり、不利であろう。
【0035】
図５は、本発明が提案する一実施形態による解決策を示す。中央脚部１２において、一次巻線１２１と二次巻線１２２とが逆になっており、これらの一次巻線１２１および二次巻線１２２の巻線方向が逆になっている。したがって、中央脚部１２の一次巻線１２１は、側方脚部１１、１３の二次巻線１１２、１３２と同じ側の強磁性コアに配置されている。また、これにより、中央脚部１２の二次巻線１２２は、側方脚部１１、１３の一次巻線１１１，１３１と同じ側の強磁性コアに配置されている。さらに、中央脚部１２の一次巻線１２１および二次巻線１２２の巻線方向は、側方脚部１１、１３の巻線１１１、１１２、１３１、１３２のものと逆になっている。
【0036】
本発明による構造により、磁束が脚部間でジャンプすることが回避される。具体的には、図５に示すように、種々の脚部１１、１２、１３で生成された磁束成分が、図４のように中央脚部１２に集中せずに、対になって反発し合う。したがって、側方脚部１１、１３で生成された磁束は、中央脚部１２にジャンプしない。
【0037】
このため、中央脚部１２の磁束は増加せず、結果として過熱の危険性が減少する。
【0038】
図５の実施形態による本発明の実施に関連する１つの利点は、標準的なＥ型コアを使用することである。なぜならば、これは機械的に組み込みやすく、かつ標準的な冷却技術、特に周知のように冷却プールを介して冷却しやすいため、巻線およびコアの十分な冷却が得られるからである。
【0039】
さらに、線形のＥ型コアによる三相電気変圧器は、側方脚部１１、１３で形成される相が中央脚部１２からよりも、互いに離れているという意味において対称でないことに留意されたい。これに対し、三角形の電気変圧器では、特に三角形が正三角形である場合、相は等距離にある。これは、脚部も等距離にあるためである。Ｅ型電気変圧器の場合、本発明は、漏れ磁束が制御された磁束と同一の磁気経路をとることを防止する点で、より推奨される。本発明によれば、漏れ磁束は制御された磁束と干渉しない。換言すれば、漏れ磁束は制御された磁束に対抗しないため、さらなるロスが生じない。
【0040】
三角形の変圧器の場合、特に三角形が正三角形であるとき、本発明により、外部の誘導部品が不要とされ得る。さらに、この場合、すべての脚部が等距離にある。
【0041】
本発明によれば、上述のように、このような電気変圧器は、特に自動車用の電気機器部品、特に充電器または電力変換器に有利に組み込まれ得る。
【0042】
さらに、Ｅ型電気変圧器の場合、本発明によるこのような電気変圧器は、当該電気変圧器を収容する冷却プールを形成するキャビティを有する冷却モジュールを備える電気機器部品のケーシングに容易に組み込まれ得る。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】