JP7378475B2 - electromagnetic induction device - Google Patents
electromagnetic induction device Download PDFInfo
- Publication number
- JP7378475B2 JP7378475B2 JP2021530985A JP2021530985A JP7378475B2 JP 7378475 B2 JP7378475 B2 JP 7378475B2 JP 2021530985 A JP2021530985 A JP 2021530985A JP 2021530985 A JP2021530985 A JP 2021530985A JP 7378475 B2 JP7378475 B2 JP 7378475B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pier
- main
- leakage
- peers
- leaky
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
- H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
- H01F3/12—Magnetic shunt paths
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
- H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
- H01F3/14—Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
- H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
- H01F2003/106—Magnetic circuits using combinations of different magnetic materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/12—Electric charging stations
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
- Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
Description
本発明は、電磁誘導装置に関する。 The present invention relates to an electromagnetic induction device.
より詳細には、本発明は、直列につながれた2つのインダクタンスの振る舞いを一次コイルに与えるピックアップ手段を備えた電磁誘導装置に関する。 More particularly, the present invention relates to an electromagnetic induction device comprising pickup means for imparting to a primary coil the behavior of two inductances connected in series.
本発明による電磁誘導装置は、有利には電源変圧器において、特に自動車分野の電源変圧器において、より詳細には電気自動車両の充電用として実装される。 The electromagnetic induction device according to the invention is advantageously implemented in a power transformer, in particular in the automotive sector, more particularly for charging electric motor vehicles.
電気車両は、数年前から飛躍的な進歩を遂げている。 Electric vehicles have come a long way over the past few years.
そうした電気車両は、車両の駆動に必要な電力を供給するバッテリを実装しており、その充電はその車両の段階で行われる。 Such electric vehicles are equipped with a battery that supplies the power necessary to drive the vehicle, and the battery is charged while the vehicle is still in operation.
交流電流が供給される充電端子レベルで行われるこの充電には、AC-DCコンバータの使用が必要となる。 This charging, which takes place at the charging terminal level where alternating current is supplied, requires the use of an AC-DC converter.
しかし、充電端子においてAC-DCコンバータが占めると考えられる体積を考慮して、メーカーはそれらを自動車両に組み込もうと考える。 However, given the volume that AC-DC converters are likely to occupy at charging terminals, manufacturers are tempted to incorporate them into motor vehicles.
この解決法は、AC-DCコンバータと自動車両の車載エレクトロニクスとの間のインターフェースを取ることを計画することを可能にする。 This solution makes it possible to plan an interface between the AC-DC converter and the on-board electronics of a motor vehicle.
より具体的には、AC-DCコンバータと車両の各種機器、特にバッテリ管理システムとの間の適した通信手段による情報交換を実装することができる。 More specifically, information exchange between the AC-DC converter and various equipment of the vehicle, in particular the battery management system, can be implemented by means of suitable communication means.
AC-DCコンバータは、「スマート充電」や「グリッドコード」適合化のための測位など、各種サービスを行うための外部とのコネクティビティの恩恵にあずかることができる。 AC-DC converters can benefit from external connectivity for various services such as 'smart charging' and positioning for 'grid code' compliance.
そのため、AC-DCコンバータは、たとえば、比較的高い周波数で動作する磁性コアを実装することなどによって、個々の制約条件に対応すること、特に小型であることが好ましい。 It is therefore preferable for the AC-DC converter to be adapted to the individual constraints, for example by implementing a magnetic core operating at a relatively high frequency, and in particular to be compact.
また、AC-DCコンバータを双方向化すること、それによって電気車両のバッテリによるエネルギーの貯蔵および/または配給に道を開くことが計画される。 It is also planned to bidirectionalize AC-DC converters, thereby paving the way for energy storage and/or distribution by batteries in electric vehicles.
こうしたアレンジにより、エネルギーの生成過剰期および/または消費ピーク期に当該の車両が接続される電気系統の不十分さに部分的に対処することは可能であろう。 Such an arrangement would make it possible to partially address the inadequacies of the electrical system to which the vehicle in question is connected during periods of overproduction and/or peak consumption of energy.
しかし、双方向AC-DCコンバータには、コンバータをより静音にすることができる特別なアレンジが必要である。 However, bidirectional AC-DC converters require special arrangements that can make the converter quieter.
そして最後に、提案されるアレンジは、電流変換時の電力損失を抑える形で効率の問題にも対処するものでなければならない。 And finally, the proposed arrangement must also address efficiency issues in a way that reduces power losses during current conversion.
そこで、少なくとも2つのトポロジー(本明細書末尾に示した文献[1]で挙げられているもの)のコンバータで、それぞれLLCタイプ(図1に示した共振コンバータ)、DABタイプ(「Dual Active Bridge」の略で、図2に示したもの)と呼ばれるものが提案された。 Therefore, converters with at least two topologies (listed in document [1] shown at the end of this specification) are used, respectively: LLC type (resonant converter shown in FIG. 1) and DAB type ("Dual Active Bridge"). 2) was proposed.
LLCトポロジーは、特に共振タイプの段(英米系の技術用語で「共振タンク」)を組み込んだ上で、「直列」につないだキャパシタンス2Cのコンデンサとインダクタンスを組み合わせた変圧器を備える。 The LLC topology specifically incorporates a resonant type stage ('resonant tank' in Anglo-American technical terminology) and a transformer that combines a capacitor and inductance with a capacitance of 2C connected in 'series'.
インダクタンスとコンデンサは、スイッチの公称スイッチング周波数に近い周波数で共振動作するように調整される。 The inductance and capacitor are tuned to operate resonantly at a frequency close to the nominal switching frequency of the switch.
変圧器はまた、入力回路と負荷回路のガルバニック絶縁、および負荷の端子に加えられる電圧の値の適合化が可能となるようにアレンジされる。 The transformer is also arranged in such a way as to allow galvanic isolation of the input and load circuits and adaptation of the value of the voltage applied to the terminals of the load.
変圧器はとりわけ、入力電圧と負荷電圧の比に等しい巻数の比nで磁性コアの周りに形成された一次コイルおよび二次コイルを備える。 The transformer comprises, inter alia, a primary coil and a secondary coil formed around a magnetic core with a ratio n of turns equal to the ratio of input voltage to load voltage.
平衡LLC構成では、直列共振要素は同じ巻線の両側に二重化される。LLCトポロジーの場合、一次コイルの巻数およびコアの幾何学形状の関数である変圧器Lmの励磁インダクタンスが正確に規定され、コンバータの利得が調整される。 In a balanced LLC configuration, the series resonant elements are duplicated on opposite sides of the same winding. For the LLC topology, the magnetizing inductance of the transformer Lm, which is a function of the number of turns of the primary coil and the geometry of the core, is precisely defined and the gain of the converter is adjusted.
一方、DABトポロジーは、変圧器の両側に配置されたキャパシタンスゼロの分岐を備える。直列のインダクタンスは、パワーを転移させる役割を果たす。 On the other hand, the DAB topology comprises zero capacitance branches placed on both sides of the transformer. The series inductance serves to transfer power.
DABトポロジーでは、変圧器の励磁インダクタンスが所与の値にしばられることはなく、良好な利用率が得られるように十分に高いことだけが求められる。しかし、この双方向トポロジーでは、変圧器と直列に接続された4つのインダクタンスを可能な限り対称形の回路が得られるように実装することで、共通モードの外乱を入力側のフィルタリングの小型化を実現するごく低いレベルに制限することが好ましい。 In the DAB topology, the magnetizing inductance of the transformer is not bound to a given value, but only needs to be high enough to obtain good utilization. However, in this bidirectional topology, the four inductances connected in series with the transformer are implemented in a way that makes the circuit as symmetrical as possible, thereby minimizing the filtering of common mode disturbances on the input side. It is preferable to limit it to a very low level.
LLCトポロジーおよびDABトポロジーで変圧器と直列につながれるインダクタンスは、典型的には1~10μH程度で、従来技術では変圧器の外に配置されたディスクリート型の構成要素である。 The inductance in series with the transformer in LLC and DAB topologies is typically on the order of 1-10 μH and in the prior art is a discrete component placed outside the transformer.
こうした構成要素は一般に大きな体積を占めるため、変圧器内部に組み込むことでその減容を図ることが目指される。 Since these components generally occupy a large volume, the aim is to reduce their volume by incorporating them inside the transformer.
本明細書末尾に挙げた文献[2]は、図3に示すように、変圧器の自然な漏洩インダクタンスを直列インダクタンスとして利用することを提案している。 Document [2] listed at the end of this specification proposes to utilize the natural leakage inductance of a transformer as a series inductance, as shown in FIG.
漏洩インダクタンスとして特徴づけられるのは、特に、変圧器の一次コイルによって生じた後、二次コイルを通らない分の磁束などである。 What is characterized as leakage inductance is, in particular, the magnetic flux generated by the primary coil of a transformer that does not pass through the secondary coil.
この漏洩インダクタンスは、変圧器の理想的でない動作の代表格であり、当該の構成要素の周りに磁束の一部が分布する原因となるものである。 This leakage inductance is representative of non-ideal operation of the transformer and is responsible for the distribution of a portion of the magnetic flux around the component in question.
漏洩インダクタンスは、一般に弱く(1マイクロヘンリー(μH)未満)、その評価を見越すことは困難である。 Leakage inductance is generally weak (less than 1 microhenry (μH)) and difficult to predict.
そのため、漏洩インダクタンスの値を高めるため、文献[3]では第1のコイルと第2のコイルとの間にスペースを設けることが提案されている。 Therefore, in order to increase the value of leakage inductance, document [3] proposes providing a space between the first coil and the second coil.
しかし、このアレンジは、変圧器に単一の直列インダクタンスしか作り出すことはできず、したがってLLCまたはDABの平衡構成の中に実装することはできない。 However, this arrangement can only create a single series inductance in the transformer and therefore cannot be implemented in an LLC or DAB balanced configuration.
一方で、第1のコイルと第2のコイルとの間に間隔が生じることによって、変圧器の体積を増大させがちである。 On the other hand, the spacing between the first coil and the second coil tends to increase the volume of the transformer.
さらに、コイルの周りの磁気漏洩があるため、フーコー電流が誘導されないように付近の導体の存在が禁じられてコイルの配置が制約を受けることから、コンバータは体積がかなり増すことになる。 Furthermore, magnetic leakage around the coils restricts the placement of the coils by prohibiting the presence of nearby conductors to avoid inducing Foucault currents, resulting in a considerable increase in the converter's volume.
本明細書末尾に挙げた文献[3]は、図3に示すように、コアの周りに追加のコイルを導入することを提案している。 Document [3] cited at the end of this specification proposes introducing an additional coil around the core, as shown in FIG. 3.
とりわけ、この追加のコイルは、主たる磁束と同じまたは異なる方向の磁束の流れによって、コア内に組み込まれたインダクタンスを作り出すためのものである。 Among other things, this additional coil is intended to create an inductance built into the core by a flow of magnetic flux in the same or a different direction than the main magnetic flux.
コアの体積の増大は、追加のコイル1つだけを考える限りは限定的なものにとどまる。 The increase in core volume remains limited as long as only one additional coil is considered.
しかし、この構成は、直列インダクタンスを実現する上で、長さおよび断面積に関する磁気回路の調整という点ではあまり柔軟性がない。 However, this configuration does not provide much flexibility in terms of adjusting the magnetic circuit in terms of length and cross-sectional area in realizing the series inductance.
そのため、本発明の目的は、制御された漏洩インダクタンスをもつ変圧器であって、目立った体積の増大を招くことのない変圧器を提案することにある。 It is therefore an object of the invention to propose a transformer with controlled leakage inductance, which does not result in a noticeable increase in volume.
本発明の目的は、
- 本質的に互いに平行で、各々が2つの端部の間に延びる複数のピアを備える強磁性体コアであって、その複数のピアが、少なくとも1つの主ピア、少なくとも1つの側方ピアおよび少なくとも2つの漏洩ピアを含む強磁性体コアと、
- 少なくとも1つの一次コイルおよび少なくとも1つの二次コイルであって、各々が主ピアの周りに巻き付けられた主セクションと、それぞれ一次漏洩セクションおよび二次漏洩セクションと呼ばれる、各々が異なる漏洩ピアに巻き付けられた漏洩セクションと、を含む一次コイルおよび二次コイルと
を備える、電磁誘導装置によって果たされる。
The purpose of the present invention is to
- a ferromagnetic core comprising a plurality of piers essentially parallel to each other, each extending between two ends, the plurality of piers comprising at least one main pier, at least one lateral pier and a ferromagnetic core including at least two leaky peers;
- at least one primary coil and at least one secondary coil, each having a main section wrapped around a main pier and each wrapped around a different leaky pier, referred to as a primary leakage section and a secondary leakage section, respectively; an electromagnetic induction device comprising a primary coil and a secondary coil, including a leakage section and a primary coil and a secondary coil.
ある実施形態によれば、コアは、それぞれ下プレート、上プレートと呼ばれる2つのプレートを有しており、各々のプレートは、それぞれ下内面、上内面と呼ばれる内面で対向し、両プレート間に複数のピアが延びる。 According to an embodiment, the core has two plates, respectively called a lower plate and an upper plate, each plate facing each other at inner surfaces called a lower inner surface and an upper inner surface, respectively, and a plurality of plates between the two plates. The pier extends.
ある実施形態によれば、複数のピアの各々のピアはギャップを有する。 According to an embodiment, each peer of the plurality of peers has a gap.
ある実施形態によれば、少なくとも2つの漏洩ピアの各々の、漏洩ギャップと呼ばれるギャップは、他のピアのギャップ以上であり、好ましくはそれを厳密に超える。 According to an embodiment, the gap, referred to as the leakage gap, of each of the at least two leaky peers is greater than or equal to, and preferably strictly exceeds, the gap of the other peer.
ある実施形態によれば、少なくとも1つの主ピアのギャップと少なくとも1つの側方ピアのギャップは同じである。 According to an embodiment, the gap of at least one main peer and the gap of at least one side peer are the same.
ある実施形態によれば、2つの内面から等距離にある平面は、コアの対称面をなす。 According to an embodiment, a plane equidistant from the two inner surfaces forms a plane of symmetry of the core.
ある実施形態によれば、各々の漏洩ピアの2つの端部の各々を少なくとも部分的に囲むように間隔をあけて内面の両方に加工溝が形成され、その加工溝は漏洩ピアと主ピアとの間に挟まる。 According to an embodiment, a machined groove is formed on both of the inner surfaces at a distance so as to at least partially surround each of the two ends of each leakage pier, and the machined groove is formed on both the leakage pier and the main pier. caught between.
ある実施形態によれば、複数のピアの各ピアは円柱形である。 According to an embodiment, each pier of the plurality of peers is cylindrical.
ある実施形態によれば、該少なくとも1つの主ピアは1つだけの主ピアを備え、該少なくとも1つの側方ピアは、主ピアの周りに規則的に配置された4つの側方ピアを備える。 According to an embodiment, the at least one main pier comprises only one main pier, and the at least one side pier comprises four lateral peers regularly arranged around the main pier. .
ある実施形態によれば、該少なくとも2つの漏洩ピアは、主ピアの周りに規則的に配置された4つの漏洩ピアを備え、有利には、漏洩ピア全体が側方ピアに対して45°の角度オフセットを有する。 According to an embodiment, the at least two leaky piers comprise four leaky piers arranged regularly around the main pier, advantageously the whole leaky pier being at an angle of 45° to the side piers. Has an angular offset.
ある実施形態によれば、一次漏洩セクションは2つの一次漏洩セクションからなり、一次コイルが、一次漏洩セクションの一方と、主セクションと、他方の一次漏洩セクションとを順に含むようにされ、その一次漏洩セクションは、各々が、異なる直径方向に対向する漏洩ピアの周りに巻き付けられる。 According to an embodiment, the primary leakage section is comprised of two primary leakage sections, such that the primary coil includes in turn one of the primary leakage sections, the main section and the other primary leakage section, the primary leakage section being The sections are each wrapped around different diametrically opposing leakage piers.
ある実施形態によれば、二次漏洩セクションは2つの二次漏洩セクションからなり、一次コイルが、二次漏洩セクションの一方と、主セクションと、他方の二次漏洩セクションとを順に含むようにされ、その二次漏洩セクションは、各々が、異なる直径方向に対向する漏洩ピアの周りに巻き付けられる。 According to an embodiment, the secondary leaky section consists of two secondary leaky sections, such that the primary coil includes one of the secondary leaky sections, the main section and the other secondary leaky section in sequence. , whose secondary leakage sections are each wrapped around different diametrically opposed leakage piers.
ある実施形態によれば、該少なくとも1つの主ピアは、該少なくとも1つの側方ピアと一体となった3つの主ピアからなり、各々の主ピアは、それに固有の1セット2つの漏洩ピアと組み合わされる。 According to an embodiment, the at least one primary peer consists of three primary peers together with the at least one side peer, each primary peer having its own set of two leaking peers. combined.
ある実施形態によれば、3つの主ピアは、それらと平行な主軸の周りに規則的に配置される。 According to an embodiment, the three main piers are arranged regularly around a main axis parallel to them.
ある実施形態によれば、所与のセットのピアの2つの漏洩ピアは、それらと組み合わされる主ピアに対して直径方向に対向する。 According to an embodiment, the two leaky peers of a given set of peers are diametrically opposed to the primary pier with which they are associated.
ある実施形態によれば、該セットのピアの2つの漏洩ピアは、主軸を通る平面に関して対称形に配置される。 According to an embodiment, the two leaky peers of the set of peers are arranged symmetrically with respect to a plane passing through the principal axis.
本発明は、本発明による装置を装備した変圧器にも関する。 The invention also relates to a transformer equipped with a device according to the invention.
その他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら限定的でない例として行う本発明による電磁誘導装置に関する以下の説明によって明らかとなろう。 Other features and advantages will become apparent from the following description of an electromagnetic induction device according to the invention, given by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings, in which: FIG.
本発明による電磁誘導装置は、主ピアおよび少なくとも2つの漏洩ピアを含む強磁性体コアを備える。 The electromagnetic induction device according to the invention comprises a ferromagnetic core including a main pier and at least two leaky pier.
とりわけ、電磁誘導装置は、2つのコイルであって、一部は主ピアの周りに巻き付けられ、一部は各々が異なる漏洩ピアの周りに巻き付けられた2つのコイルを備える。 In particular, the electromagnetic induction device comprises two coils, one wrapped around the main pier and one wrapped around each different leaky pier.
このアレンジは、コイルの各々に対して、直列に接続されたインダクタンスの振る舞いを付与すること、特に、漏洩インダクタンスと呼ばれる少なくとも1つのインダクタンスと直列につながれた励磁インダクタンスを付与することができる。 This arrangement may impart to each of the coils the behavior of a series-connected inductance, in particular an excitation inductance in series with at least one inductance, called a leakage inductance.
図4は電磁誘導装置1000の概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of the
装置1000は、コア2000、より具体的には強磁性体材料で製作されたコアを備える。
The
強磁性体材料は焼結することができ、特にMnZn、NiZnの中から選択された少なくとも1つの材料を含むことができる。 The ferromagnetic material can be sintered and can include at least one material chosen in particular from among MnZn, NiZn.
強磁性体コアは、本質的に互いに平行で、各々が2つの端部の間に延びる複数のピアを備える。 The ferromagnetic core comprises a plurality of piers essentially parallel to each other, each extending between two ends.
複数のピアは、少なくとも1つの主ピア、少なくとも1つの側方ピアおよび少なくとも2つの漏洩ピアを備える。 The plurality of peers includes at least one primary peer, at least one side peer, and at least two leaky peers.
「ピア」とは、延伸した形状を有するセクションのことをいう。すなわち、ピアは棒状をなすことができ、特に円柱形の横断面の棒の形をなすことができる。 "Pier" refers to a section that has an elongated shape. That is, the pier can have the shape of a rod, in particular a rod of cylindrical cross section.
ピアは円柱形であることができる。 Piers can be cylindrical.
主ピア2100は、その2つの端部2110と2120との間に長手方向に延びる(図5aおよび図5b)。
The
コア1000は、本質的に互いに平行をなす、それぞれ下プレート2500および上プレート2510と呼ばれる2つのプレートを備え、各々のプレートは、それぞれ下内面2500aおよび上内面2510aと呼ばれる各々の1つの面で対向している。
The
下プレート2500および上プレート2510は、有利には複数のピアに対して垂直をなす。
有利には、主ピア、該少なくとも1つの側方ピアおよび該少なくとも2つの漏洩ピアは、英米の技術用語で「air gap(エアギャップ)」と称されるギャップであって、それぞれ主ギャップ、側方ギャップおよび漏洩ギャップと修飾されるギャップを備えることができる。 Advantageously, the main pier, the at least one side pier and the at least two leaky peers are gaps, referred to in Anglo-American technical terminology as "air gaps", each of which has a main gap, Gaps may be provided that are qualified as lateral gaps and leakage gaps.
複数のピアの各々にギャップが存在することで、それぞれ下ブロック、上ブロックと呼ばれる互いに対称形をなす2つのブロックからなるコアを考えることができる。各々のブロックは、プレート2500または2510と、複数のピアの半ピアとを備える。
Since a gap exists between each of the plurality of peers, it is possible to consider a core consisting of two mutually symmetrical blocks called a lower block and an upper block, respectively. Each block comprises a
この先の説明では、取り上げる変形態にかかわらず、ピアの各々が1つのギャップを有することが許容される。 In the following discussion, each peer is allowed to have one gap, regardless of the variant considered.
図5aおよび図5bに示す第1の変形態によれば、装置は、2つのプレート2500および2510に対して中心の位置などに1つだけの主ピア2100を備える。
According to a first variant shown in FIGS. 5a and 5b, the device comprises only one
該少なくとも1つの側方ピアは、主ピアの周りに規則的に配置された4つの側方ピア2201、2202、2203および2204からなる。
The at least one side pier consists of four
該少なくとも2つの漏洩ピアは、主ピアの周りに規則的に配置された4つの漏洩ピア2301、2302、2303および2304からなる。
The at least two leaky peers consist of four
有利には、漏洩ピア全体は側方ピアに対して45°の角度オフセットを有する。 Advantageously, the entire leakage pier has an angular offset of 45° with respect to the side piers.
この第1の変形態によれば、装置は1つだけの一次コイル3000と1つだけの二次コイル4000とを備える(図7)。
According to this first variant, the device comprises only one
第1のコイル3000は、主ピアの周りに巻き付けられた1つの主セクション3000aと、それぞれが第1の一次漏洩セクション3000bおよび第2の一次漏洩セクション3000cと呼ばれる2つの一次漏洩セクションであって、各々が2つの異なる漏洩ピアの周りに巻き付けられた一次漏洩セクションとを備える。
The
とりわけ、第1の一次漏洩セクション3000bおよび第2の一次漏洩セクション3000cは、直径方向に対向する2つの漏洩ピアの周りに巻き付けられる。
In particular, the first primary leakage section 3000b and the second
第2のコイル4000は、主ピアの周りに巻き付けられた1つの二次セクション4000aと、それぞれが第1の二次漏洩セクション4000bおよび第2の二次漏洩セクション4000cと呼ばれる2つの二次漏洩セクションであって、各々が2つの異なる漏洩ピアの周りに巻き付けられた二次漏洩セクションとを備える。
The
周りに2つの二次漏洩セクションが巻き付けられる漏洩ピアが、周りに2つの一次漏洩セクションが巻き付けられる漏洩ピアとは異なることは、改めて指摘するまでもなく、理解されるところである。 It is needless to point out that a leaky pier with two secondary leaky sections wrapped around it is different from a leaky pier with two primary leaky sections wrapped around it.
とりわけ、第1の二次漏洩セクション4000bと第2の二次漏洩セクション4000cは、直径方向に対向する2つの漏洩ピアの周りに巻き付けられる。
In particular, the first secondary leakage section 4000b and the second
そのため、一次セクション3000aおよび二次セクション4000aのいずれか一方によって発生する界磁束と呼ばれる磁束はすべて、他方のセクションを流れる。換言すれば、一次セクション3000aと二次セクション4000aは、変圧器の主要な機能、すなわち電圧の変換を行う。
Therefore, all the magnetic flux called field flux generated by either the
一次漏洩セクション3000b、3000cおよび二次漏洩セクション4000b、4000cは、漏洩インダクタンスの働きをする。
The
このアレンジでは、各々のコイルによって、それぞれ漏洩インダクタンスLrおよび励磁インダクタンスLmと呼ばれる直列の3つのインダクタンスの振る舞いが示される。 In this arrangement, each coil exhibits the behavior of three inductances in series, respectively called leakage inductance Lr and magnetizing inductance Lm.
その場合、励磁インダクタンスが1つのコイルレベルの電圧と別のコイルレベルの出力電圧との間の変圧比(すなわち利得)を規定する。一方、漏洩インダクタンスは電磁エネルギーを貯蔵し、必要なときにそれを放出する。換言すれば、漏洩インダクタンスは、動力を移動させる。 In that case, the magnetizing inductance defines the transformation ratio (ie, the gain) between the voltage at one coil level and the output voltage at another coil level. Leakage inductance, on the other hand, stores electromagnetic energy and releases it when needed. In other words, leakage inductance moves power.
図4の装置の等価回路図を図10に示す。この図にはとりわけ、2つの漏洩インダクタンスLrと直列につながれた励磁インダクタンスLmが含まれる。 An equivalent circuit diagram of the device of FIG. 4 is shown in FIG. This diagram includes, inter alia, a magnetizing inductance Lm connected in series with two leakage inductances Lr.
動作時には、電流は、第1のコイルなど、いずれかのコイルを流れる。 In operation, current flows through either coil, such as the first coil.
この電流の作用で、主セクションによって発生した励磁束と呼ばれる磁束も二次セクション4000aを通り、側方ピアおよび漏洩ピアを流れる磁気ループを形成するなどして、コア2000に磁気ループを形成する。
Due to the action of this current, a magnetic flux called excitation flux generated by the main section also passes through the secondary section 4000a, forming a magnetic loop flowing through the side pier and the leakage pier, thereby forming a magnetic loop in the
しかし、コアは、漏洩ピア2301、2302、2303および2304内ではなく、側方ピア2201、2202、2203および2204内の励磁束の流れを促すためのアレンジを備えることができる。
However, the core may include arrangements to encourage the flow of excitation flux in the
そこで、漏洩ギャップは、側方ギャップよりも大きくすることができる。 The leakage gap can then be larger than the side gaps.
代替的または補完的な方法として、各々の漏洩ピアの2つの端部の各々を少なくとも部分的に囲むように間隔をあけて内面の両方に加工溝2301a、2302a、2303aおよび2304aを形成することができ、その加工溝は、漏洩ピアと主ピアとの間に挟まる(図6)。
As an alternative or complementary method, machined
以下では、装置の設計例について図4と関連づけながら紹介する。 Below, an example of the device design will be introduced in relation to FIG. 4.
表1は、共振周波数が500kHzで、本発明による電磁誘導装置を備える「DAB」タイプの変圧器の仕様を特にまとめたものである。 Table 1 specifically summarizes the specifications of a "DAB" type transformer with a resonant frequency of 500 kHz and equipped with an electromagnetic induction device according to the invention.
表2は、表1にまとめた仕様に従うことのできる電磁誘導装置の特徴をまとめたものである(寸法箇所は図8に示すとおり)。 Table 2 summarizes the characteristics of the electromagnetic induction device that can comply with the specifications summarized in Table 1 (the dimensions are as shown in FIG. 8).
第1の変形態で説明した原理は、多相、特に3相電磁誘導装置の実施のための第2の変形態のもとで適合され、実装される。 The principles described in the first variant are adapted and implemented under the second variant for the implementation of a multi-phase, especially three-phase electromagnetic induction device.
図9は、その3相誘導装置の実施例を示したものである。 FIG. 9 shows an embodiment of the three-phase induction device.
この実施例では、第1の変形態における各要素を基本的に改めて用いることができる。 In this embodiment, each element in the first variant can basically be used again.
この第2の変形態では、コアは3つの主ピア2101、2102および2103を備え、側方ピアはもたない。
In this second variant, the core comprises three
3つの主ピアは、それらと平行な主軸XX’と呼ばれる軸の周りに規則的に配置され得る。 The three main piers may be arranged regularly around an axis parallel to them called the main axis XX'.
また、各々の主ピア2101、2102および2103は、2つの漏洩ピア2305a、2305b、2306a、2306b、2307a、2307b、2308aおよび2308bと組み合わされ、さらに一次コイル3001、3002および3003ならびにそれに対応する二次コイル4001、4002、4003と組み合わされる。
Each
より詳細には、主ピア、2つの漏洩ピア、ならびに一次コイルおよび二次コイルは、電磁誘導装置1000の1つの相を形成する。
More specifically, the main pier, the two leaky piers, and the primary and secondary coils form one phase of the
各々の相について、第1のコイル3001、3002および3003は、主ピアの周りに巻き付けられた主セクション3001a、3002aおよび3003aと、漏洩ピアの周りに巻き付けられた一次漏洩セクション3001b、3002bおよび3003bとを備える(図11)。
For each phase, the
同様に、第2のコイル4001、4002および4003は、主ピアの周りに巻き付けられた二次セクション4001a、4002aおよび4003aと、他方の漏洩ピアの周りに巻き付けられた二次漏洩セクション4001b、4002bおよび4003bとを備える(図11)。
Similarly, the
周りに二次漏洩セクションが巻き付けられている漏洩ピアが、周りに一次漏洩セクションが巻き付けられている漏洩ピアと異なることは、改めて指摘するまでもなく、理解されるところである。 It is needless to point out that a leaky pier with a secondary leaky section wrapped around it is different from a leaky pier with a primary leaky section wrapped around it.
そのため、一次セクション3001a、3002aおよび3003aと二次セクション4001a、4002a、4003aのいずれか一方によって発生する界磁束と呼ばれる磁束はすべて、他方のセクションを流れる。換言すれば、一次セクション3001a、3002aおよび3003aと二次セクション4001a、4002a、4003aは、変圧器の主要な機能、すなわち電圧の変換を行う。
Therefore, all the magnetic flux called field flux generated by any one of the
側方ピアがないため、主ピアレベルに生じた磁束は他の2つの主ピアの一方および/または他方の中を流れる。 Since there are no side piers, the magnetic flux generated at the main pier level flows through one and/or the other of the other two main piers.
本発明によるコアの設計は、射出成形法(英米の技術用語で「PIM」、すなわち「Powder Injection Molding(粉末射出成形)」)の利用が可能である。この技法は、製品の大量生産に非常に適している。 The core design according to the present invention allows for the use of injection molding techniques (in Anglo-American technical terminology "PIM", or "Powder Injection Molding"). This technique is very suitable for mass production of products.
射出成形ではまず、マスターバッチ(英米の技術用語で「feedstock(原材料)」)を形成するステップが行われる。 Injection molding begins with the step of forming a masterbatch ("feedstock" in Anglo-American technical terminology).
マスターバッチには、最終製品を形成するための有機材料(または高分子バインダー)と無機粉体(金属またはセラミックス)の混合物が特に含まれる。 Masterbatches specifically include a mixture of organic materials (or polymeric binders) and inorganic powders (metals or ceramics) to form the final product.
マスターバッチは、当業者には周知の技術を用いた射出成形機に注入される。射出成形機は、注入された重合体をキャビティ内で粉体とともに溶かし、その粉体に所望の形状を与えることができる。 The masterbatch is injected into an injection molding machine using techniques well known to those skilled in the art. The injection molding machine can melt the injected polymer together with the powder within the cavity and give the powder a desired shape.
そうして成形され、溶解したマスターバッチは、冷却されて固められ、射出成形機によって強制される形状に固化する。 The so-molded masterbatch is cooled and solidified into the shape forced by the injection molding machine.
マスターバッチによって形成された成形物は、型から取り出され、脱バインダー処理を行って有機材料が取り除かれる。 The molded article formed by the masterbatch is taken out from the mold and subjected to a binder removal treatment to remove the organic material.
次いで、部品は焼結によってさらに安定化させることができる。 The part can then be further stabilized by sintering.
本発明は、本発明による電磁誘導装置を装備した変圧器(とりわけ「DAB」タイプの変圧器)にも関する。 The invention also relates to a transformer (in particular a transformer of the "DAB" type) equipped with an electromagnetic induction device according to the invention.
(参考文献)
[1] Inoue, “A Bidirectional DC-DC Converter for an Energy Storage System With Galvanic Isolation”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.: 22, No.: 6 , 2007,
[2] Mingkai Mu et al., << Design of Integrated Transformer and Inductor for High Frequency Dual Active Bridge GaN Charger for PHEV >>, IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, pages 579-585, 15-19 March 2015,
[3] US 6,320,490.
(References)
[1] Inoue, “A Bidirectional DC-DC Converter for an Energy Storage System With Galvanic Isolation”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.: 22, No.: 6 , 2007,
[2] Mingkai Mu et al., << Design of Integrated Transformer and Inductor for High Frequency Dual Active Bridge GaN Charger for PHEV >>, IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, pages 579-585, 15-19 March 2015,
[3] US 6,320,490.
1000 電磁誘導装置、コア
2000 コア
2100 主ピア
2110 端部
2201 側方ピア
2301 漏洩ピア
2301a 加工溝
2500、2600 下プレート
2510、2610 上プレート
3000 一次コイル、第1のコイル
3000a 主セクション、一次セクション
3000b 第1の一次漏洩セクション
3000c 第2の一次漏洩セクション
3001a 一次セクション
4000 二次コイル、第2のコイル
4000a 主セクション、二次セクション
4000b 第1の二次漏洩セクション
4000c 第2の二次漏洩セクション
4001a 主セクション、二次セクション
1000 Electromagnetic induction device,
Claims (17)
- 少なくとも1つの一次コイル(3000、3001、3002、3003)および少なくとも1つの二次コイル(4000、4001、4002、4003)であって、各々が主ピアの周りに巻き付けられた主セクション(3000a、3001a、3002a、3003a、4000a、4001a、4002a、4003a)と、それぞれ一次漏洩セクション(3000b、3001b、3002b、3003b)および二次漏洩セクション(4000b、4001b、4002b、4003b)と呼ばれる、各々が異なる漏洩ピアに巻き付けられた漏洩セクションと、を含む一次コイルおよび二次コイルと
を備える、電磁誘導装置(1000)。 - a ferromagnetic core comprising a plurality of piers essentially parallel to each other and each extending between two ends, said plurality of piers comprising at least one main pier (2100, 2101, 2102, 2103 , 2104), ferromagnetic including at least one lateral pier (2201, 2202, 2203, 2204) and at least two leaky pier (2301, 2302, 2303, 2304, 2305a, 2305b, 2306a, 2306b, 2307a, 2307b) body core and
- at least one primary coil (3000, 3001, 3002, 3003) and at least one secondary coil (4000, 4001, 4002, 4003), each main section (3000a, 3001a, 3002a, 3003a, 4000a, 4001a, 4002a, 4003a); An electromagnetic induction device (1000) comprising a primary coil and a secondary coil including a leakage section wrapped around a pier.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1872539 | 2018-12-07 | ||
FR1872539A FR3089675B1 (en) | 2018-12-07 | 2018-12-07 | ELECTROMAGNETIC INDUCTION DEVICE |
PCT/FR2019/052768 WO2020115389A1 (en) | 2018-12-07 | 2019-11-20 | Electromagnetic induction device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022513675A JP2022513675A (en) | 2022-02-09 |
JP7378475B2 true JP7378475B2 (en) | 2023-11-13 |
Family
ID=66218230
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021530985A Active JP7378475B2 (en) | 2018-12-07 | 2019-11-20 | electromagnetic induction device |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3871236A1 (en) |
JP (1) | JP7378475B2 (en) |
FR (1) | FR3089675B1 (en) |
WO (1) | WO2020115389A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110828126B (en) * | 2019-10-14 | 2023-04-07 | 华为数字能源技术有限公司 | Planar transformer and active circuit |
US20220223336A1 (en) * | 2021-01-08 | 2022-07-14 | Ford Global Technologies, Llc | Integrated quad-core transformer with asymmetric gap distribution for magnetic flux balancing |
FR3149721A1 (en) * | 2023-06-07 | 2024-12-13 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Electromagnetic induction device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4766365A (en) | 1987-04-15 | 1988-08-23 | Hydro Quebec | Self-regulated transformer-inductor with air gaps |
US6320490B1 (en) | 1999-08-13 | 2001-11-20 | Space Systems/Loral, Inc. | Integrated planar transformer and inductor assembly |
WO2012157053A1 (en) | 2011-05-16 | 2012-11-22 | 株式会社日立製作所 | Reactor device and power converter employing same |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6348848B1 (en) * | 2000-05-04 | 2002-02-19 | Edward Herbert | Transformer having fractional turn windings |
US6617814B1 (en) * | 2001-04-11 | 2003-09-09 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Integrated DC link choke and method for suppressing common-mode voltage in a motor drive |
JP2006041002A (en) * | 2004-07-23 | 2006-02-09 | Tdk Corp | Ferrite core and transformer using the same |
JP2008048527A (en) * | 2006-08-14 | 2008-02-28 | Ntt Data Ex Techno Corp | Switching power circuit and transformer |
CN102074330A (en) * | 2010-11-30 | 2011-05-25 | 薛韬 | Multi-phase differential-mode and common-mode joint reactor |
-
2018
- 2018-12-07 FR FR1872539A patent/FR3089675B1/en active Active
-
2019
- 2019-11-20 WO PCT/FR2019/052768 patent/WO2020115389A1/en unknown
- 2019-11-20 EP EP19829292.2A patent/EP3871236A1/en active Pending
- 2019-11-20 JP JP2021530985A patent/JP7378475B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4766365A (en) | 1987-04-15 | 1988-08-23 | Hydro Quebec | Self-regulated transformer-inductor with air gaps |
US6320490B1 (en) | 1999-08-13 | 2001-11-20 | Space Systems/Loral, Inc. | Integrated planar transformer and inductor assembly |
WO2012157053A1 (en) | 2011-05-16 | 2012-11-22 | 株式会社日立製作所 | Reactor device and power converter employing same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR3089675B1 (en) | 2020-11-20 |
WO2020115389A1 (en) | 2020-06-11 |
JP2022513675A (en) | 2022-02-09 |
EP3871236A1 (en) | 2021-09-01 |
FR3089675A1 (en) | 2020-06-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Villa et al. | High-misalignment tolerant compensation topology for ICPT systems | |
He et al. | Design of a 1-MHz high-efficiency high-power-density bidirectional GaN-based CLLC converter for electric vehicles | |
Li et al. | A WBG based three phase 12.5 kW 500 kHz CLLC resonant converter with integrated PCB winding transformer | |
JP7378475B2 (en) | electromagnetic induction device | |
Li et al. | Integrated ${LCC} $ compensation topology for wireless charger in electric and plug-in electric vehicles | |
EP2565883A1 (en) | A split winding transformer | |
Bosshard et al. | The η-α-Pareto front of inductive power transfer coils | |
Onar et al. | Modeling, simulation, and experimental verification of a 20-kW series-series wireless power transfer system for a Toyota RAV4 electric vehicle | |
CN106411109B (en) | A high and low voltage switching circuit of LLC conversion output | |
US11418165B2 (en) | Matching networks, inductors, and coupled-inductor capacitive wireless power transfer circuit and related techniques | |
Prasad et al. | A comprehensive analysis of single-stage wireless power transfer compensation topologies for battery chargers in electric vehicles | |
Jo et al. | Reconfigurable LLC resonant converter for bidirectional electric-vehicle chargers | |
Pakhaliuk et al. | Modified inductive multicoil wireless power transfer approach based on Z-source network | |
Castelli-Dezza et al. | Power pad design and optimization for contactless electric vehicle battery charging system | |
JP7611140B2 (en) | Electromagnetic Induction Device | |
Tang et al. | An interleaved reduced-component-count multivoltage bus DC/DC converter for fuel cell powered electric vehicle applications | |
Park et al. | Study on the optimal switching frequency for maximum wireless power transfer in a variable airgap system | |
Murayama et al. | Method of designing an impedance matching network for wireless power transfer systems | |
Chen et al. | A compact wireless charger design with decoupled quadruple-D inductor for LCC-series topologies | |
Praneeth et al. | DC–DC converter with reduced circulating current in on-board battery chargers for electric transportation | |
Ferrieux et al. | Maximising transferred power and preserving zero voltage switching in grid to vehicle and vehicle to grid modes of a wireless charging system | |
Solimene et al. | Extended ZVS/ZCS operation of Class-E Inverter for Capacitive Wireless Power Transfer | |
KR20210117320A (en) | Design and Optimization of High Power Density Low Voltage DC-DC Converters for Electric Vehicles | |
US20240270093A1 (en) | Charging Station for Electric Vehicles | |
Deepti et al. | High Power Bi-Directional Converter for Electric Vehicle Application |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221111 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230929 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20231002 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231031 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7378475 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |