JP2015186317A - Power conversion apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】本明細書は、走行用にメインモータとサブモータを備える電動車両に特化してその電力変換装置において複数のコアレス電流センサを採用しつつ電流計測精度の低下による影響を抑える技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する電力変換装置は、第1インバータ回路22と第2インバータ回路21を備えている。第1インバータ回路22は単独で車両を走行させることができるメインモータ7に電力を供給する。第2インバータ回路21はメインモータ7よりも最大出力が小さいサブモータ6に電力を供給する。また、電力変換装置は第1インバータ回路22の出力を伝送する第1バスバセット15と、第2インバータ回路21の出力を伝送する第2バスバセット14を備えている。第1バスバセット15の各バスバには集磁コアを伴う第1電流センサ17が取り付けられており、第2バスバセット14の各バスバには集磁コアを伴わない第2電流センサ16が取り付けられている。【選択図】図1The present specification provides a technique for suppressing an influence caused by a decrease in current measurement accuracy while adopting a plurality of coreless current sensors in a power conversion device specialized in an electric vehicle including a main motor and a sub motor for traveling. . A power converter disclosed in this specification includes a first inverter circuit and a second inverter circuit. The first inverter circuit 22 supplies power to the main motor 7 that can drive the vehicle alone. The second inverter circuit 21 supplies power to the sub motor 6 having a maximum output smaller than that of the main motor 7. In addition, the power converter includes a first bus bar set 15 that transmits the output of the first inverter circuit 22 and a second bus bar set 14 that transmits the output of the second inverter circuit 21. A first current sensor 17 with a magnetic collecting core is attached to each bus bar of the first bus bar set 15, and a second current sensor 16 without a magnetic collecting core is attached to each bus bar of the second bus bar set 14. ing. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、バッテリの電力を交流電力に変換して走行用モータに供給する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device that converts battery power into AC power and supplies it to a traveling motor.
バッテリの電力を交流電力に変換して走行用モータに供給する電力変換装置は、出力電流をフィードバック制御するために電流センサを備えることが多い。電力変換装置は、典型的には、直流を交流に変換するインバータ回路であるが、バッテリの電圧を昇圧してインバータ回路に供給する昇圧コンバータ回路を伴うものもある。電動車両の電力変換装置は大電流を扱うため、電力変換装置内で大電流を伝送するのに柔軟なワイヤではなく、バスバと呼ばれる金属棒が用いられる。電流センサはそのバスバに備えられることが多い。三相交流モータに電力を供給するには3本のバスバが準備される。通常、3本のバスバは平行に配置され、少なくとも2本のバスバに電流センサが取り付けられる。 Power converters that convert battery power into AC power and supply it to a traveling motor often include a current sensor for feedback control of output current. The power conversion device is typically an inverter circuit that converts direct current into alternating current, but there is also an accompanying boost converter circuit that boosts the voltage of the battery and supplies the boosted voltage to the inverter circuit. Since the power converter of an electric vehicle handles a large current, a metal rod called a bus bar is used instead of a flexible wire to transmit a large current in the power converter. A current sensor is often provided in the bus bar. Three bus bars are prepared to supply power to the three-phase AC motor. Normally, three bus bars are arranged in parallel, and current sensors are attached to at least two bus bars.
典型的な電流センサは、バスバを囲うC字状の磁性体ブロックと、C字の切欠に配置される磁電変換素子で構成される。C字状の磁性体ブロックは磁束を集めることから集磁コアと呼ばれる。バスバの周囲に発生する磁束は流れる電流に比例する。従来の電流センサは、集磁コアで集められた磁束を磁電変換素子で計測し、計測した磁束の大きさからバスバを流れる電流の大きさを求める。 A typical current sensor includes a C-shaped magnetic block surrounding the bus bar and a magnetoelectric conversion element arranged in the C-shaped notch. The C-shaped magnetic block is called a magnetic collecting core because it collects magnetic flux. The magnetic flux generated around the bus bar is proportional to the flowing current. The conventional current sensor measures the magnetic flux collected by the magnetic collecting core with a magnetoelectric conversion element, and obtains the magnitude of the current flowing through the bus bar from the magnitude of the measured magnetic flux.
近年、磁電変換素子の精度が向上し、集磁コアを用いずに磁電変換素子だけの電流センサが提案されている。集磁コアを伴わない電流センサは、コストと設置スペースの点で集磁コアを伴う電流センサに優る。しかしながら、平行に配置されたバスバのいずれか1本に集磁コアを伴わない電流センサを用いると、別のバスバが発生する磁界がノイズとして磁電変換素子に加わるため、電流の計測精度が十分とは言い難い。 In recent years, the accuracy of a magnetoelectric conversion element has been improved, and a current sensor using only a magnetoelectric conversion element without using a magnetic collecting core has been proposed. A current sensor without a magnetic collecting core is superior to a current sensor with a magnetic collecting core in terms of cost and installation space. However, if a current sensor without a magnetic collecting core is used for any one of the bus bars arranged in parallel, the magnetic field generated by another bus bar is added to the magnetoelectric conversion element as noise, so that the current measurement accuracy is sufficient. Is hard to say.
そこで、集磁コアを伴う電流センサと集磁コアを伴わない電流センサを組み合わせて使うことが提案されている。なお、以下では、説明を簡単にするため、集磁コアを伴う電流センサをコア付き電流センサと称し、集磁コアを伴わない電流センサをコアレス電流センサと称する。 Therefore, it has been proposed to use a current sensor with a magnetic collecting core and a current sensor without a magnetic collecting core in combination. In the following, for simplicity of explanation, a current sensor with a magnetic core is referred to as a cored current sensor, and a current sensor without a magnetic core is referred to as a coreless current sensor.
特許文献1では、2個のインバータ回路と1個の昇圧コンバータ回路を含む電力変換装置に関し、コア付き電流センサとコアレス電流センサを組み合わせる技術が提案されている。なお、2個のインバータの夫々は、異なる2個のモータの夫々に電力を供給する。昇圧コンバータ回路は、バッテリの電圧を昇圧してそれぞれのインバータ回路に供給する。特許文献1の電力変換装置は、2個のモータの夫々に電力を供給する2組のバスバセットと、バッテリの電力を昇圧コンバータに供給するバスバセットを有する。三相交流モータの場合、1組のバスバセットは3本のバスバからなり、昇圧コンバータ用のバスバセットは2本のバスバからなる。その電力変換装置は、モータ用の2組のバスバセットの間に昇圧コンバータ用のバスバセットを配置する。モータ用のバスバセットにはコア付き電流センサを採用し、昇圧コンバータ用のバスバ(高電位側のバスバ)にはコアレス電流センサを採用する。昇圧コンバータ用にはコアレス電流センサを採用することでコストと占有スペースを抑えつつ、モータ用のバスバセットにはコア付き電流センサを採用して計測精度を確保する。
特許文献2には、三相交流モータに電力を供給する3本のバスバを平行に配置し、両側のバスバにはコア付き電流センサを採用して中央のバスバには集磁コアレス電流センサを採用する。コア付き電流センサは計測対象のバスバが発生する磁束を集めるので、コアの外側に漏れる磁束が少なくなる。特許文献2の技術は、両側のバスバの磁束が中央のバスバのコアレス電流センサに与えるノイズを低減する。
In
特許文献1の技術は、採用できるコアレス電流センサは一つだけである。特許文献2の技術でも採用できるコアレス電流センサは一つだけである。しかも、特許文献2の技術では、一つのモータに電流を供給する3本のバスバを計測精度の異なる電流センサで計測することになる。高精度の計測結果と低精度の計測結果を一つの制御で用いることになり、低精度の計測結果により制御精度が下がってしまう。
The technology of
本明細書は、少なくとも2個のモータを備える電動車両の電気的特性を巧みに利用し、2個のモータの夫々に電力を供給する電力変換装置において複数のコアレス電流センサを採用しつつ電流計測精度低下による影響を抑える技術を提供する。 The present specification skillfully utilizes the electrical characteristics of an electric vehicle including at least two motors, and measures current while adopting a plurality of coreless current sensors in a power converter that supplies power to each of the two motors. Provide technology to reduce the impact of precision loss.
本明細書が開示する技術は、単独で車両を走行させることができるメインモータと、メインモータとともに用いられて補助的な駆動力を出力するサブモータを有する電動車両に特化し、そのような電動車両の特性を巧みに利用して複数のコアレス電流センサを用いる電力変換装置を提供する。なお、サブモータの最大出力はメインモータの最大出力よりも小さい。 The technology disclosed in this specification specializes in an electric vehicle having a main motor that can run the vehicle alone and a sub motor that is used together with the main motor and outputs an auxiliary driving force, and such an electric vehicle. A power conversion device using a plurality of coreless current sensors by skillfully utilizing the characteristics of the above is provided. The maximum output of the sub motor is smaller than the maximum output of the main motor.
上記の電動車両は、メインモータに電力を供給する第1インバータ回路と、サブモータに電力を供給する第2インバータ回路を備える。メインモータとサブモータはいずれも三相交流モータであるため、夫々のインバータ回路は出力を伝送する3本一組のバスバセットを備える。第1インバータ回路のバスバセット(第1バスバセット)は、一つの平面内に互いに平行に配置されている。第2バスバセットは、第1バスバセットと並んで先の一つの平面内に平行に配置されている。そして、第1バスバセットの各バスバにはコア付き電流センサ(第1電流センサ)が取り付けられ、第2バスバセットの各バスバにはコアレス電流センサ(第2電流センサ)が取り付けられる。 The electric vehicle includes a first inverter circuit that supplies electric power to the main motor and a second inverter circuit that supplies electric power to the sub motor. Since both the main motor and the sub motor are three-phase AC motors, each inverter circuit includes a set of three bus bars for transmitting output. The bus bar sets (first bus bar set) of the first inverter circuit are arranged in parallel to each other in one plane. The second bus bar set is arranged in parallel with the first bus bar set in the first plane. A current sensor with a core (first current sensor) is attached to each bus bar of the first bus bar set, and a coreless current sensor (second current sensor) is attached to each bus bar of the second bus bar set.
メインモータは単独で走行用の駆動力を出力することがあるため、その出力電流の制御精度が低いと、即ち、実際の出力トルクが目標値からずれるとドライバビリティに影響する。他方、サブモータはメインモータとともに駆動力を出力するため、トータルの駆動力に対するサブモータの出力変動の影響は小さい。それゆえ、サブモータの出力電流の制御精度が高くなく、その出力トルクが目標値と多少ずれてもそのずれがドライバビリティに与える影響は小さい。本明細書が開示する電力変換装置は、メインモータとサブモータの出力制御の精度がドライバビリティに与える影響の差に着眼し、低い精度でもドライバビリティに与える影響が小さいサブモータ用のバスバセットには全てコアレス電流センサを採用する。 Since the main motor may output driving force for traveling alone, drivability is affected if the control accuracy of the output current is low, that is, if the actual output torque deviates from the target value. On the other hand, since the sub motor outputs the driving force together with the main motor, the influence of the output fluctuation of the sub motor on the total driving force is small. Therefore, the control accuracy of the output current of the sub motor is not high, and even if the output torque deviates somewhat from the target value, the influence of the deviation on drivability is small. The power conversion device disclosed in this specification pays attention to the difference in the influence of the output control accuracy of the main motor and the sub motor on the drivability, and all of the bus bass sets for the sub motor that have a small influence on the drivability even with low accuracy. A coreless current sensor is used.
本明細書が開示する技術は、走行用にメインモータとサブモータを備える電動車両に特化して複数のコアレス電流センサを採用しつつ電流計測精度の低下がドライバビリティに与える影響を抑えることのできる電力変換装置を提供する。なお、本明細書が開示する電力変換装置は、メインモータとサブモータを備えるがエンジンは備えない電気自動車と、メインモータとサブモータのほか、エンジンも備えるハイブリッド車のいずれにも適用することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 The technology disclosed in this specification is a power that can suppress the influence of a decrease in current measurement accuracy on drivability while adopting a plurality of coreless current sensors specifically for an electric vehicle including a main motor and a sub motor for traveling. A conversion device is provided. Note that the power conversion device disclosed in this specification can be applied to any of an electric vehicle including a main motor and a sub motor but not including an engine, and a hybrid vehicle including an engine other than the main motor and the sub motor. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.
(第1実施例)図面を参照して第1実施例の電力変換装置を説明する。実施例の電力変換装置は、ハイブリッド車に搭載される。図1に、電力変換装置5を含むハイブリッド車2の電力系のブロック図を示す。ハイブリッド車2は、走行用にエンジン8と2個の三相交流モータ(サブモータ6とメインモータ7)を備えている。エンジン8の出力と2個のモータ6、7の出力は動力分配機構40によって合成あるいは分配されて車軸9へと伝達される。ハイブリッド車2は、状況に応じてエンジン8の出力でサブモータ6を回転させて発電する。発電で得た電力はバッテリ3に充電される。また、ハイブリッド車2は、制動時、車両の運動エネルギを使ってモータ6、7で発電し、バッテリ3を充電する場合もある。エンジン8と2個のモータ6、7を連結する動力分配機構40については次に説明する。
(First Embodiment) A power converter according to a first embodiment will be described with reference to the drawings. The power conversion device of the embodiment is mounted on a hybrid vehicle. FIG. 1 shows a block diagram of the power system of the
図2に、動力分配機構40のギア構成のスケルトン図を示す。動力分配機構40は、主として2個のプラネタリギアセット(第1プラネタリギアセット50と第2プラネタリギアセット60)で構成されている。プラネタリギアセット50は、サンギア51、キャリア52、及び、リングギア53が組み合わさったギアセットである。キャリア52は、エンジン8の出力軸に連結している。サンギア51は、サブモータ6(M1)の出力軸に連結している。リングギア53には、アウトプットギア54が同軸に固定されている。そのアウトプットギア54は、アイドルギア55に係合している。アイドルギア55の軸が車軸9に繋がっている。アイドルギア55には、第2プラネタリギアセット60のアウトプットギア64が係合しており、そのアウトプットギア64には、第2プラネタリギアセット60のリングギア63が同軸に固定されている。第2プラネタリギアセット60のキャリア62は固定されており回転しない。第2プラネタリギアセット60のサンギア61の軸には、メインモータ7(M2)の出力軸が連結している。
In FIG. 2, the skeleton figure of the gear structure of the
上記構成の動力分配機構40により、エンジン8とサブモータ6、及び、メインモータ7の出力の合計によって車軸9へ出力されるトルクが定まる。状況によっては、エンジン8とメインモータ7の出力で車軸9を駆動するとともに、エンジン8の駆動力の一部でサブモータ6を回転させて電力を得る。あるいは、サブモータ6が補助的に駆動力を出力し、エンジン8とサブモータ6及びメインモータ7の全てが出力を出すことで大きな駆動力を得る場合もある。また、エンジン8のみで駆動力を出力する場合もある。以上の場合が、エンジンとモータ(あるいはエンジンのみ)を使うHVモードと呼ばれる駆動形態である。また、エンジン8を停止しておくと、サブモータ6、メインモータ7のいずれの出力も車軸9へ伝達できる。エンジン8を停止し、サブモータ6とメインモータ7の少なくとも一方の駆動力で走行する状態がEVモードと呼ばれる駆動形態である。別言すれば、HVモードはエンジンの駆動力を利用する走行モードであり、EVモードはエンジンの駆動力を利用しない走行モードである。
The torque output to the
ハイブリッド車2は、車速、アクセル開度、バッテリ3の残量、走行路の傾斜度などの状態により、EVモードとHVモードを切り換えながら走行する。なお、メインモータ7の最大出力はサブモータ6の最大出力よりも大きく、走行用には主としてメインモータ7が使われる。EVモードでは、メインモータ7単独で走行用の駆動力を出力する場合と、メインモータ7とサブモータ6を併用して走行用の駆動力を出力する場合がある。サブモータ6は、EVモードからHVモードに切り換える際にエンジン8を始動するスタータモータとして、及び、発電機として主に使われる。ただし、前述したように、大きな駆動力が要求される場合にはサブモータ6も補助的に駆動力を出力し、他方、制動時にはサブモータ6とともにメインモータ7も発電機として機能する。制動時に車両の運動エネルギによって発電した電力は回生電力と呼ばれる。
The
図1に戻り、ハイブリッド車2の電気系を説明する。2個のモータ6、7に供給される電力は、バッテリ3に蓄えられている。バッテリ3は、システムメインリレー4を介して電力変換装置5に接続している。電力変換装置5は、電圧コンバータ回路10、サブインバータ回路21、メインインバータ回路22を備えている。電圧コンバータ回路10は、バッテリ3の電圧を昇圧してインバータ回路21、22に供給する昇圧機能と、回生電力の電圧をバッテリ3の電圧まで降圧する降圧機能を有している。モータ6、7が発生した交流の回生電力は、サブインバータ回路21あるいはメインインバータ回路22で直流に変換され、電圧コンバータ回路10へと送られる。また、ハイブリッド車2は、電力変換装置5を制御するパワーコントロールユニット23を備えている。パワーコントロールユニット23は、後述する電流センサ16、17により測定された出力電流値とアクセル開度等を元に電力変換装置5のインバータ回路21、22に出力電流の指令を出す。この指令を元にインバータ回路21、22はモータ6、7へ電力を供給する。つまり、パワーコントロールユニット23は、モータ6、7を電流フィードバックにより制御する。
Returning to FIG. 1, the electrical system of the
電圧コンバータ回路10は、2個のスイッチング素子S7、S8の直列回路と、一端がその直列回路の中間点に接続しており、他端がバッテリ側の高電位端子に接続しているリアクトル13と、バッテリ側の高電位端子とグランド端子の間に接続されているフィルタコンデンサ12aで構成されている。また、各スイッチング素子S7、S8には、逆流電流を通すダイオードが逆並列に接続されている。スイッチング素子S8の動作により昇圧が行われ、スイッチング素子S7の動作で降圧が行われる。図1に示す電圧コンバータ回路10は、チョッパ型の昇降圧コンバータとも呼ばれ、その仕組みはよく知られているので詳しい説明は省略する。
The
電圧コンバータ回路10の高電圧出力端にはサブインバータ回路21とメインインバータ回路22が並列に接続されている。なお、電圧コンバータ回路10の高電圧出力端子とグランド端子の間には、平滑化コンデンサ12bが接続されている。平滑化コンデンサ12bは、インバータ回路21、22に入力される電流の脈動を抑えるために挿入されている。
A
サブインバータ回路21は、昇圧後の直流電力を交流電力に変換してサブモータ6に供給する。サブインバータ回路21は、6個のスイッチング素子S1−S6が図1に示すごとく接続された構成を有している。各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続されている。そのダイオードは還流ダイオードと呼ばれている。図1に示す通り、サブモータ6、メインモータ7は、ともに三相交流モータであり、三相交流を出力するサブインバータ回路21の回路構成はよく知られているので詳しい説明は省略する。
The
メインインバータ回路22は昇圧後の直流電力を交流電力に変換してメインモータ7に供給する。メインインバータ回路22もサブインバータ回路21と同じ回路構成を有している。ただし、メインインバータ回路22の最大出力はサブインバータ21の最大出力よりも大きい。図1では、メインインバータ回路22の回路構成の図示は省略されている。
The
電圧コンバータ回路10、インバータ回路21、22のスイッチング素子は、典型的にはトランジスタである。より具体的には、それらのスイッチング素子としてIGBTがよく採用される。
The switching elements of the
電力変換装置5では大電流を扱うため、電力変換装置5内の電流経路は柔軟なワイヤではなく、バスバと呼ばれる金属棒が用いられる。インバータ回路21、22からモータ6、7に出力を伝送する出力線もハードウエアとしては、バスバにより構成されている。この出力線は三相交流モータに電力を供給するため3本のバスバを一組にして構成されている。図1の符号14で示す3本の電流経路が3本のバスバを一組にして構成されたサブインバータ回路21の出力線である。以下、この出力線をサブバスバセット14と称する。また、図1の符号15で示す3本の電流経路が3本のバスバを一組にして構成されたメインインバータ回路22の出力線である。以下、この出力線をメインバスバセット15と称する。サブバスバセット14の一端にはサブモータ6から伸びるケーブルが接続されており、メインバスバセット15の一端にはメインモータ7から伸びるケーブルが接続されている。
Since the
サブバスバセット14には電流センサ16が備えられている。電流センサ16は、サブバスバセット14の3本のバスバの1本につき1個づつ備えられている。同様に、メインバスバセット15には電流センサ17が備えられている。電流センサ17は、メインバスバセット15の3本のバスバの1本につき1個づつ備えられている。ここで、電流センサ16は、集磁コアを伴わないコアレス電流センサである。一方、電流センサ17は、集磁コアを伴うコア付き電流センサである。コア付き電流センサとコアレス電流センサの違いについて次に説明する。以下、説明の便宜上、電流センサ16を「第1コアレス電流センサ16」と称し、電流センサ17を「コア付き電流センサ17」と称する。即ち、サブモータ6に電力を伝送するサブバスバセット14には、第1コアレス電流センサ16が備えられており、メインモータ7に電力を伝送するメンババスバセット15には、コア付き電流センサ17が備えられている。
The sub bus bar set 14 is provided with a
コア付き電流センサとコアレス電流センサの違いについて説明する。図3はコア付き電流センサ17を表す模式的斜視図である。コア付き電流センサ17は、メインバスバセット15の内1本のバスバ15aを囲うC字形状の集磁コア17bと集磁コア17bのC字の切欠に配置される磁電変換素子17aにより構成されている。集磁コア17bは磁性体により作られており、バスバ15aに流れる電流により発生する磁束はこの集磁コア17bに集められる。バスバ15aの周囲に発生する磁束はバスバに流れる電流に比例する。集磁コア17bで集められた磁束を磁電変換素子17aで計測し、計測した磁束の大きさからバスバ15aを流れる電流の大きさを求めることができる。
The difference between the cored current sensor and the coreless current sensor will be described. FIG. 3 is a schematic perspective view showing the cored
一方、コアレス電流センサは、図3に示すコア付き電流センサ17の集磁コア17bを取り除いた構造を有している。つまり、コア付き電流センサは磁電変換素子のみから構成されている。集磁コアを伴わないため、コアレス電流センサはコストと設置スペースの点で集磁コアを伴う電流センサに優る。しかし、平行に配置されたバスバにコアレス電流センサを用いると、計測対象でないバスバを流れる電流により発生する磁界がノイズとして磁電変換素子に加わるため、コアレス電流センサの電流の計測精度は十分とは言い難い。
On the other hand, the coreless current sensor has a structure in which the magnetic
図4、5を参照して第1実施例の電力変換装置5に設けられているサブバスバセット14及びメインバスバセット15の構成について説明する。図4は、バスバセット14、15をバスバの延伸方向(Y軸方向)から見た正面図である。バスバセット14、15の各バスバは断面で描かれていることに留意されたい。図5は、バスバセット14、15をバスバの延伸方向と並び方向の双方と直交する方向(Z軸方向)から見た平面図である。図5では、図4に示す後述する基板71が省略して描かれていることに留意されたい。図4に示すように、サブバスバセット14の3本のバスバ14aの断面形状は同一形状の細長い長方形をしている。各バスバ14aは、各バスバ14aの幅広の側面が互いに対向するように平行に並んでいる。そして、各バスバ14aは、その断面の中心がバスバの延伸方向に平行な一つの平面P内に位置するように並んでいる。同様に、メインバスバセット15の3本のバスバ15aの断面形状も、バスバ14aと同一形状の細長い長方形をしている。各バスバ15aは、メインバスバセット14の並び方向に沿って、各バスバ15aの幅広の側面が互いに対向するように平行に並んでいる。そして、各バスバ15aはその断面の中心が上記の平面P内に位置するように並んでいる。
The configuration of the sub bus bar set 14 and the main bus bar set 15 provided in the
サブバスバセット14の3本のバスバ14aには夫々第1コアレス電流センサ16が備えられている。第1コアレス電流センサ16はバスバ14aの断面における長手方向(Z軸方向)の一側面に対向するように配置されている。図4によく表されているように、すべての第1コアレス電流センサ16は、バスバ14aの同一の方向の側面と対向するように配置されている。一方、メインバスバセット15の3本のバスバ15aには夫々コア付き電流センサ17が備えられている。コア付き電流センサ17の磁電変換素子17aは、バスバ15aの断面における長手方向(Z軸方向)の一側面に対向するように配置されており、その側面はバスバ14aの第1コアレス電流センサ16が配置されている側と同一の方向の側面である。また、図5に示すように、第1コアレス電流センサ16とコア付き電流センサ17の磁電変換素子17aは、バスバセット14、15の並び方向(X軸方向)に沿って一直線上に並んでいる。
Each of the three
図4に示すように、バスバセット14、15の外側で並び方向と直交する方向(Z軸方向)に基板71が備えられている。基板71からバスバセット14、15に向かって信号線が複数伸びており、各信号線は、バスバセット14、15に備えられた第1コアレス電流センサ16及びコア付き電流センサ17の磁電変換素子17aに一対一で接続されている。また、基板71にはコネクタ72が備えられており、コネクタ72には、パワーコントロールユニット23からのケーブルが接続される(不図示)。図中では図示していないが、基板71上では上記の信号線とコネクタ72を繋ぐ回路が構成されており、第1コアレス電流センサ16及びコア付き電流センサ17からの信号が基板71、コネクタ72を介してパワーコントロールユニット23に伝送される。
As shown in FIG. 4, the board |
上記の構成による効果を説明する。上記のように、メインモータ7の最大出力はサブモータ6の最大出力に比べて大きく、ハイブリッド車2はメインモータ7単独で走行する場合がある。ここで、メインモータ7の電流フィードバック制御において、出力電流を計測する電流センサの精度が低いと、実際の出力電流が目標とする電流値からずれる虞がある。即ち、メインモータ7の実際の出力トルクが目標とするトルクからずれ、ハイブリッド車2のドライバビリティに影響を及ぼす虞がある。他方、サブモータ6は、スタータモータ及び発電機として主に使われると共に、メインモータ7及びエンジン8の駆動力を補助するために使われる。メインモータ7に対するサブモータ6の出力の比率は小さい。サブモータ6の電流フィードバック制御において、出力電流を計測する電流センサの精度が多少低く、サブモータ6の実際の出力トルクが目標値から多少ずれてもハイブリッド車2のドライバビリティに与える影響は小さい。第1実施例の構成によれば、メインモータ7に出力を伝送するメインバスバセット15にはコア付き電流センサ17が備えられており、サブモータ6に出力を伝送するサブバスバセット14にはコアレス電流センサ16が備えられている。即ち、高い測定精度が求められるメインモータ7の出力電流の測定には、測定精度において優位なコア付き電流センサが用いられており、比較的高い測定精度が求められないサブモータ6の出力電流の測定には、コアレス電流センサが用いられている。このように、ドライバビリティに与える影響が小さいサブモータ6の出力電流の計測にコアレス電流センサを採用することで、ドイバビリティへの影響を抑制しつつ電力変換装置の低コスト化と省スペース化を実現することができる。
The effect by said structure is demonstrated. As described above, the maximum output of the
また、平行に並べられたバスバに電流センサを備える場合、計測対象でないバスバを流れる電流により発生する磁束は、計測対象であるバスバに備えられた電流センサのノイズ源となる。上記の構成によれば、コア付き電流センサ17と第1コアレス電流センサ16はバスバの並び方向(X軸方向)に沿って一直線上に並んでいる。ここで、コア付き電流センサ17の集磁コア17bで囲われた範囲で発生した磁束は集磁コア17bに集められるため、集磁コア17bの外側には磁束がほとんど漏れない。よって、第1コアレス電流センサ16にはメインバスバセット15から発生する磁束がほとんど通過しなくなる。即ち、メインバスバセット15から発生する磁束が、第1コアレス電流センサ16のノイズ源となることが防止される。
Further, when the current sensors are provided in the bus bars arranged in parallel, the magnetic flux generated by the current flowing through the bus bar that is not the measurement target becomes a noise source of the current sensor provided in the bus bar that is the measurement target. According to said structure, the
(第2実施例)図6を参照して第2実施例の電力変換装置30を説明する。電力変換装置30は、ハイブリッド車300に搭載される。ハイブリッド車300は、二輪駆動と四輪駆動が選択可能なハイブリッド車である。図6に電力変換装置30を含むハイブリッド車300の電力系のブロック図を示す。ハイブリッド車300は、第1実施例のハイブリッド車2に副駆動輪を駆動するための三相交流のモータ32を追加したものである。動力分配機構40に接続されている車軸9は前輪に接続されており、モータ32に接続されている車軸35は後輪に接続されている。即ち、ハイブリッド車300はエンジン8及びメインモータ7、サブモータ6で前輪を駆動し、モータ32で後輪を駆動する。以下、説明の便宜上、モータ32を「リアモータ32」と称する。ハイブリッド車300は通常はエンジン8及びメインモータ7、サブモータ6により二輪駆動で走行するが、必要に応じてリアモータ32を駆動し四輪駆動で走行する。例えば、ハイブリッド車300は雪道で滑り易いときにリアモータ32を一時的に駆動し、四輪駆動で走行する。あるいは、ハイブリッド車300は坂道発進のときのトルク補助にリアモータ32を一時的に駆動する。
(Second Embodiment) A
図6に示すように、電力変換装置30には、リアモータ32に三相交流の電力を供給するためのリア用インバータ回路31が備えられている。電力変換装置30においてリア用インバータ回路31が追加された以外の構成は第1実施例の電力変換装置5と同様であり、電力変換装置30はメインインバータ回路21、サブインバータ回路22、電圧コンバータ回路10を備えている。リアモータ32は、一時的に駆動する補助的な駆動源であり、その最大出力はメインの駆動源であるメインモータ7の最大出力に比べ小さい。図6に示すようにリア用インバータ回路31の入力端は、電力変換装置30のバッテリ側の入力端に接続されている。即ち、リア用インバータ回路31には直接バッテリ3の電力が供給される。リアモータ32はバッテリ3の電圧により駆動する。
As shown in FIG. 6, the
リア用インバータ回路31からリアモータ32に出力を伝送する出力線も、バスバセット14、15と同様にバスバにより構成されている。図6に示す符号33で示す3本の電流経路が3本のバスバを一組にして構成されたリア用インバータ回路31の出力線である。以下、この出力線をリアバスバセット33と称する。リアバスバセット33の一端にはリアモータ32から伸びるケーブルが接続されている。また、リアバスバセット33には第2コアレス電流センサ34が備えられている。サブバスバセット16と同様に、第2コアレス電流センサ34はリアバスバセット33の3本のバスバの1本につき1個づつ備えられている。第2コアレス電流センサ34により測定されたリアバスバセット33の出力電流値は、パワーコントロールユニット37に伝達される。この出力電流値を基に、パワーコントロールユニット37はリアモータ32を電流フィードバック制御する。
The output line for transmitting the output from the
図7、8を参照してリアバスバセット33の構成について説明する。図7は、図4と同様にバスバセット14、15、33をバスバの延伸方向(Y軸方向)から見た正面図である。図8は、図5と同様にバスバセット14、15、33をバスバの延伸方向とバスバセット14、15、33の各バスバの並び方向の双方と直交する方向(Z軸方向)から見た平面図である。図7に示すように、リアバスバセット33の各バスバ33aの断面形状は、バスバ14a、15aと同様の細長い長方形をしている。メインバスバセット14とサブバスバセット15は第1実施例と同様に並んでおり、リアバスバセット33はメインバスバセット15の並び方向の外側に、メインバスバセット15と平行に並んでいる。図7に示すように、サブバスバセット14とリアバスバセット33がメインバスバセット33を間に挟むように並んでいる。バスバセット14、15、33の各バスバ14a、15a、33aの断面の中心はバスバの延伸方向に平行な一つの平面P内に位置するように並んでいる。
The configuration of the rear bus bar set 33 will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a front view of the bus bar sets 14, 15, and 33 as viewed from the bus bar extending direction (Y-axis direction) as in FIG. 4. FIG. 8 is a plan view of the bus bar sets 14, 15, 33 viewed from the direction (Z-axis direction) orthogonal to both the bus bar extension direction and the bus bar arrangement direction of the bus bar sets 14, 15, 33 as in FIG. 5. FIG. As shown in FIG. 7, the cross-sectional shape of each
リアバスバセット33の3本のバスバ33aには夫々第2コアレス電流センサ34が備えられている。第2コアレス電流センサ34は、バスバ33aの断面における長手方向(Z軸方向)の一側面に対向するように配置されている。そして、図7によく表されているように、その側面はコア付き電流センサ17の磁電変換素子17a及び第1コアレス電流センサ16が配置されている側と同一の方向の側面である。また、図8に示すように、第1コアレス電流センサ16とコア付き電流センサ17の磁電変換素子17aと第2コアレス電流センサ33は、バスバセット14、15、33の並び方向(X軸方向)に沿って一直線上に並んでいる。また、第2コアレス電流センサ33も第1実施例と同様に基板73に接続されている。
Each of the three
第2実施例の構成による効果を説明する。上記のように、リアモータ32の最大出力はメインモータ7の最大出力に比べ小さく、リアモータ32は一時的にトルク補助のために駆動する駆動源である。よって、リアモータ32の電流フィードバック制御において、出力電流を計測する電流センサの精度が多少低く、リアモータ32の実際の出力トルクが目標値から多少ずれてもハイブリッド車300のドライバビリティに与える影響は小さい。第2実施例の構成によれば、メインモータ7の出力電流の測定にはコア付き電流センサ17が備えられており、サブモータ6とリアモータ32の出力電流の測定にはコアレス電流センサ16、34が用いられている。即ち、高い測定精度が求められるメインモータ7の出力電流の測定には、測定精度において優位なコア付き電流センサが用いられ、比較的高い測定精度が求められないサブモータ6、リアモータ33の出力電流の測定には、コアレス電流センサが用いられている。このように、ドライバビリティに与える影響が小さいリアモータ32の出力電流の計測にもコアレス電流センサを採用することで、四輪駆動が選択可能なハイブリッド車の電力変換装置についても低コスト化と省スペース化を実現することができる。
The effect by the structure of 2nd Example is demonstrated. As described above, the maximum output of the
また、第1実施例と同様に集磁コア17bが備えられている範囲でメインバスバセット15から発生した磁束は集磁コア17bに沿って発生する。図8に示すように、コア付き電流センサ17及びコアレス電流センサ16、34はバスバの並び方向(X軸方向)に沿って一直線上に並んでいる。よって、集磁コア17bが備えられている範囲でメインバスバセット15から発生した磁束は、コアレス電流センサ16、33をほとんど通過しない。よって、メインバスバセット15から発生する磁束が、コアレス電流センサ16、33のノイズ源となることが防止される。
Similarly to the first embodiment, the magnetic flux generated from the main bus bar set 15 in the range where the
なお、「メインインバータ回路22」が「第1インバータ回路」の一例であり、「サブインバータ回路21」及び「リア用インバータ回路31」が「第2インバータ回路」の一例である。また、「コア付き電流センサ17」が「第1電流センサ」の一例であり、「第1コアレス電流センサ16」及び「第2コアレス電流センサ34」が「第2電流センサ」の一例である。また、第2実施例における「リアモータ32」は、「サブモータ」の一例である。
“
以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。第2実施例は、通常は前輪を駆動して二輪駆動走行をし、必要に応じて後輪を駆動して四輪駆動走行をするハイブリッド車であったが、この構成には限らない。例えば、本明細書で開示する技術を採用した電力変換装置は、後輪を駆動して二輪駆動走行をし、必要に応じて前輪を駆動して四輪駆動走行をするハイブリッド車にも搭載することができる。 Hereinafter, points to be noted regarding the technology shown in the embodiments will be described. Although the second embodiment is a hybrid vehicle that normally drives the front wheels to perform two-wheel drive traveling and drives the rear wheels as necessary to perform four-wheel drive traveling, it is not limited to this configuration. For example, a power conversion device that employs the technology disclosed in the present specification is mounted on a hybrid vehicle that drives a rear wheel to drive a two-wheel drive, and drives a front wheel to drive a four-wheel drive if necessary. be able to.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2、300:ハイブリッド車
3:バッテリ
4:システムメインリレー
5、30:電力変換装置
6:サブモータ
7:メインモータ
9、35:車軸
10:電圧コンバータ回路
14:サブバスバセット
15:メインバスバセット
16:第1コアレス電流センサ
17:コア付き電流センサ
17a:磁電変換素子
17b:集磁コア
21:サブインバータ回路
22:メインインバータ回路
23、37:パワーコントロールユニット
32:リアモータ
33:リアバスバセット
34:第2コアレス電流センサ
2, 300: Hybrid vehicle 3: Battery 4: System
Claims (1)
メインモータよりも最大出力が小さく、メインモータとともに用いられて補助的な駆動力を出力するサブモータに電力を供給する第2インバータ回路と、
一つの平面内に互いに平行に配置されており、第1インバータ回路の出力を伝送する第1バスバセットと、
前記第1バスバセットと並んで前記平面内に平行に配置されており、第2インバータ回路の出力を伝送する第2バスバセットと、
第1バスバセットの各バスバに取り付けられている集磁コアを伴う第1電流センサと、
第2バスバセットの各バスバに取り付けられている集磁コアを伴わない第2電流センサと、
を備えることを特徴とする電動車両用の電力変換装置。 A first inverter circuit for supplying power to a main motor capable of driving the vehicle alone;
A second inverter circuit having a smaller maximum output than the main motor and supplying electric power to a sub-motor that is used with the main motor and outputs an auxiliary driving force;
A first bus basset arranged parallel to each other in one plane and transmitting the output of the first inverter circuit;
A second bus bar set that is arranged in parallel with the first bus bar set in the plane and that transmits the output of the second inverter circuit;
A first current sensor with a magnetic collecting core attached to each bus bar of the first bus bar set;
A second current sensor without a magnetism collecting core attached to each bus bar of the second bus bar set;
A power conversion device for an electric vehicle, comprising:
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- 2014-03-24 JP JP2014059596A patent/JP2015186317A/en active Pending
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