JP4202329B2 - Motor drive device - Google Patents
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Description
この発明は、モータ駆動装置、例えばHEV(ハイブリッドカー)、EPS(Electric Power Steering )等に用いられる自動車用の昇圧機能付のモータ駆動装置、特にその電源と昇降圧
コンバータの構成に関するものである。
The present invention relates to a motor drive device with a boosting function for automobiles used in motor drive devices such as HEV (hybrid car), EPS (Electric Power Steering), etc., and more particularly to the configuration of the power supply and the buck-boost converter.
従来のモータ駆動装置は、バッテリと昇降圧チョッパ回路とインバータとで構成され、モータ駆動時には、バッテリ電圧を昇圧してインバータPN間に電力供給し、電力回生時には、インバータPN間に発生する電力を降圧してバッテリへ電力供給を行っていた。一方、インバータを構成する電力用半導体素子と昇降圧チョッパ回路を構成する電力用半導体素子は同じパッケージの中に実装する形態とされていた。(例えば特許文献1及び2参照)。
A conventional motor drive device is composed of a battery, a step-up / step-down chopper circuit, and an inverter. When the motor is driven, the battery voltage is boosted to supply power between the inverters PN, and during power regeneration, the power generated between the inverters PN is generated. The voltage was stepped down to supply power to the battery. On the other hand, the power semiconductor element constituting the inverter and the power semiconductor element constituting the step-up / step-down chopper circuit are configured to be mounted in the same package. (For example, refer to
従来の昇圧機能付きのモータ駆動装置は、特許文献1の図1および特許文献2の図8に記載されているような電気回路構成であり、特許文献2の図7に記載されているように、インバータと昇降圧コンバータとが一体構成の形態になっていた。
The conventional motor drive device with a boosting function has an electric circuit configuration as described in FIG. 1 of
ハイブリッド自動車のモータ駆動装置においては、電磁ノイズの放射あるいは配線がDCライン2本と比較して3本と多いことから、インバータはモータの近くに配置され、また、バッテリは大形部品のため自動車車体の底部あるいは後部座席の裏部に配置されることが多い。 In the motor drive apparatus of a hybrid vehicle, since there are more electromagnetic noise radiations or wirings than three DC lines, the inverter is arranged near the motor, and the battery is a large part because the battery is a large part. It is often arranged at the bottom of the vehicle body or the back of the rear seat.
従来例のようなモータ駆動装置の形態であると、バッテリと昇降圧コンバータの間の配線ケーブルが長くなっていた。また、バッテリ−昇降圧コンバータ間電流は、昇降圧コンバータ−インバータ間電流のそれと比較して昇圧比倍だけ大きく、大電流の配線ケーブルを自動車内に引き回さなければならなかった。 In the case of the motor drive device as in the conventional example, the wiring cable between the battery and the buck-boost converter is long. Further, the current between the battery and the step-up / down converter is larger than that of the current between the step-up / step-down converter and the inverter, and a large current wiring cable has to be routed in the automobile.
大電流を流すためのケーブルは、抵抗による電力損失およびそれによる発熱を許容値以内に抑えるために、径の太いものを使用しなければならないことから、配線ケーブルスペースが大きくなり、配線ケーブルの重量が大きくなる、という問題点があった。 Cables for carrying large currents must be thicker in diameter in order to keep power loss due to resistance and heat generation caused by resistance to within the allowable value, increasing the wiring cable space and the weight of the wiring cable. There was a problem that became larger.
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、配線ケーブルの低コスト化、軽量化、省スペース化を図ることができ、また、エネルギー蓄積源とコンバータ回路の冷却を効率的に行ない、コンバータ回路の小型化および電源モジュールの高効率化を図ることができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and can reduce the cost, weight, and space of the wiring cable, and can efficiently cool the energy storage source and the converter circuit. Accordingly, an object of the present invention is to provide a motor drive device that can reduce the size of a converter circuit and increase the efficiency of a power supply module.
更に、電源モジュールの電力損失および発熱を小さくすることができると共に、端子間の配線バスバーの配置を適切にすることにより冷却性能を損なわせることがないモータ駆動装置を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a motor drive device that can reduce power loss and heat generation of a power supply module and that does not impair cooling performance by appropriately arranging a wiring bus bar between terminals.
この発明に係るモータ駆動装置は、エネルギー蓄積源と、上記エネルギー蓄積源の直流電圧を制御する直流−直流変換用コンバータ回路と、上記直流−直流変換用コンバータ回路の直流出力を交流に変換してモータに印加するインバータ回路とを有するモータ駆動装置において、上記エネルギー蓄積源と上記直流−直流変換用コンバータ回路とを一体構造の一体形電源モジュールとして形成し、上記一体形電源モジュールは、上記直流−直流変換用コンバータ回路を複数個のフィンを備えた冷却ブロック上に実装し、複数のエネルギー蓄積セルを並設して構成する上記エネルギー蓄積源を上記直流−直流変換用コンバータ回路の冷却ブロックと上記フィンを介して対向するように設けると共に、上記冷却ブロックと上記エネルギー蓄積源との間で上記フィンによって形成される風路に冷却風を送り込むようにしたものである。 The motor drive device according to the present invention converts an energy storage source, a DC-DC conversion converter circuit for controlling a DC voltage of the energy storage source, and a DC output of the DC-DC conversion converter circuit into an alternating current. In the motor drive device having an inverter circuit to be applied to the motor, the energy storage source and the DC-DC conversion converter circuit are formed as an integrated power supply module having an integrated structure , and the integrated power supply module is the DC- A DC conversion converter circuit is mounted on a cooling block having a plurality of fins, and the energy storage source configured by arranging a plurality of energy storage cells in parallel includes the cooling block of the DC-DC conversion converter circuit and the above It is provided so as to face each other through the fins, and the cooling block and the energy storage source In is obtained by so feeding the cooling air to the air passage formed by the fin.
この発明に係るモータ駆動装置は上記のように構成され、バッテリと昇降圧コンバータとを一体構成としているため、バッテリ−昇降圧コンバータ間の大電流配線が短くなると共に、昇降圧コンバータ−インバータ間の電流(バッテリ−昇降圧コンバータ間の電流/昇圧比)の配線が長くなり、従来装置と比較して、自動車内を引き回す配線ケーブルの太さが細くなり、重量が軽くなるので、配線ケーブルの低コスト化、省スペース化、軽量化が可能となる。 Since the motor drive device according to the present invention is configured as described above, and the battery and the buck-boost converter are integrated, the large current wiring between the battery and the buck-boost converter is shortened, and between the buck-boost converter and the inverter. The wiring of the current (current between the battery and the buck-boost converter / boost ratio) is longer and the wiring cable routed around the car is thinner and lighter than the conventional device, so the wiring cable is low. Cost reduction, space saving, and weight reduction are possible.
また、バッテリセルと昇降圧コンバータユニットとをフィンを介して対向するように配置し、上記バッテリセルと昇降圧コンバータユニットとの間でフィンによって形成された風路に冷却風を送り込むと共に、バッテリセルの端子面と昇降圧コンバータユニットの端子面とが冷却ブロックの一側で同一面となるように設け、上記バッテリと昇降圧コンバータとのー体形の電圧可変形電源モジュールを構成しているため、電圧可変形電源モジュール内の配線を最短にすることができ、かつ、上記配線がバッテリセルの冷却を損なわすことなく、バッテリセル用の冷却風を有効に利用し昇降圧コンバータの冷却が可能となるものである。 Also, a bar Tteriseru and down converter unit arranged so as to face through the fins, with feeding the cooling air in the wind path formed by the fins between the battery cell and the step-up and step-down converter unit, battery Because the terminal surface of the cell and the terminal surface of the buck-boost converter unit are provided on the same side on one side of the cooling block , the battery and the buck-boost converter constitute a body-type variable voltage power supply module. The wiring within the voltage variable power supply module can be minimized, and the above-mentioned wiring can cool the buck-boost converter by effectively using the cooling air for the battery cell without impairing the cooling of the battery cell. It will be.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図にもとづいて説明する。図1は、実施の形態1によるモータ駆動装置の概略構成を示す回路図である。図示のように、電圧可変形電源モジュール1と、インバータ7と、このインバータ7のDC電圧端子(P端子、N端子)間の直近に配置された平滑コンデンサ6と、自動車の車軸に結合された電気モータ8とから構成されている。
電圧可変形電源モジュール1は、エネルギー蓄積源としてのバッテリ2と、直流−直流変換用の昇降圧コンバータ3とで構成されている。昇降圧コンバータ3は、バッテリ側の平滑コンデンサCin、インバータ側の平滑コンデンサCout、チョークコイルL、2素子がワンパッケージ化されたパワー半導体モジュール4、および半導体モジュールの各素子を制御するための制御信号を形成する制御回路5で構成されている。
The variable voltage
次に、昇降圧コンバータ3の接続について説明する。パワー半導体モジュール4は、半導体素子IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)とダイオードとの並列体を2組、直列接続した構成となっている。ダイオードのカソードはIGBTのコレクタに、また、ダイオードのアノードはIGBTのエミッタに接続されて並列体が構成され、図1で上側に位置するIGBTのエミッタと、同じく下側に位置するIGBTのコレクタとが接続されて2組の直列体が構成されている。
Next, connection of the step-up /
上下のIGBTの接続点は、チョークコイルLの一方の端子に接続され、上側IGBTのコレクタ端子は、平滑コンデンサCoutの一方の端子と、電圧可変形電源モジュール1のP端子とに接続され、下側IGBTのエミッタは、平滑コンデンサCoutの他方の端子と、Cinの一方の端子と、電圧可変形電源モジュール1のN端子とに接続されている。チョークコイルLの他方の端子は、平滑コンデンサCinの他方の端子と、電圧可変形電源モジュール1のVB端子に接続されている。
The connection point of the upper and lower IGBTs is connected to one terminal of the choke coil L, the collector terminal of the upper IGBT is connected to one terminal of the smoothing capacitor Cout and the P terminal of the voltage variable
インバータ7の構成およびインバータ7と昇降圧コンバータ3の動作については、特許文献1および2に詳述されているため、ここでの説明は省略する。
Since the configuration of the
次に、昇降圧コンバータ3の構造を図2に示す概略斜視図にもとづいて説明する。
放熱フィン10のフィンが形成されていない側に昇降圧コンバータ3を構成する電気部品が実装されている。電気部品のうち積極的に冷却する必要がある部品であるパワー半導体モジュール4およびチョークコイルLが放熱フィン10上に配置され、放熱フィンに固定されている。平滑コンデンサCinおよびCoutは、パターン配線が形成された基板20(以下、平滑コンデンサ基板という)上にハンダ付け等で固定され、パワー半導体モジュール4の上部に配置され、図示しない固定治具で固定されている。
Next, the structure of the step-up /
The electric component which comprises the buck-
パワー半導体モジュール4の上側IGBTのコレクタ端子および下側IGBTのエミッタ端子は、上記平滑コンデンサ基板20上の平滑コンデンサCoutの両端子と図示しない固定用治具を利用して接続されている。外部配線接続用のP端子、N端子もまた、固定用治具を利用して上記平滑コンデンサ基板20のパターン配線を介してCoutの両端子に接続されている。
The collector terminal of the upper IGBT and the emitter terminal of the lower IGBT of the
パワー半導体モジュール4の残りの端子(2つのIGBTの接続点の端子)は、バスバー配線15によりチョークコイルLの一方の端子に接続され、チョークコイルLの他方の端子は、平滑コンデンサ基板20に接続されたパターン配線を介して、平滑コンデンサCinのVB端子側の端子に接続されている。
The remaining terminals of the power semiconductor module 4 (terminals of connection points of the two IGBTs) are connected to one terminal of the choke coil L by the
外部配線接続用のVB端子は、固定用治具を利用して平滑コンデンサ基板20のCinの端子に接続されている。制御回路5は、それを形成する基板が立った状態で固定され、パワー半導体モジュール4の信号線にハンダ付け等で接続されている。図示されていないが、制御回路5の基板には駆動用の電圧ケーブルおよび制御信号ケーブルが外部から接続されている。
蓋11は、各電気部品を覆い隠すように配設され、放熱フィン10に固定されている。
The VB terminal for external wiring connection is connected to the Cin terminal of the
The lid 11 is disposed so as to cover each electrical component, and is fixed to the
図3に電圧可変形電源モジュール1の全体構造を示す。電圧可変形電源モジュール1は、冷却風を矢印Aで示すように、外部から取り込むと共に、冷却後の風を図3の後方から外部に送り出す構成とされている。また、複数個のバッテリセルの直列体で構成されたバッテリセル群2と並列に、図2で説明した昇降圧コンバータユニット3が配設され、それぞれの冷却風取り込み方向が共に矢印Aとなるように配置されている。
FIG. 3 shows the overall structure of the voltage variable
また、昇降圧コンバータユニット3の接続端子であるP端子、N端子の上面と、バッテリセルの正負電極端子2A、2B面の法線方向とが一致するようにされている。かつ、両者の端子2A、2B、P端子、N端子面の法線方向は、矢印Aで示す冷却風の方向とほぼ90度の角度をなすようにされている。
Further, the upper surfaces of the P terminal and N terminal, which are connection terminals of the step-up /
バッテリセル群2と昇降圧コンバータユニット3とを並列関係に配設して、それぞれの冷却風の取り込み方向が一致するようにしたことにより、冷却風をバッテリセル群2と昇降圧コンバータユニット3との両方の冷却用に共用することが可能となる。また、バッテリセル群2の電極端子面と昇降圧コンバータユニットの接続端子面の法線方向を一致させたことにより、大電流のバスバー配線を最も短くすることが可能となり、バスバーによる電力損失および発熱を抑えることができる。
The
さらに、バッテリの電極端子および昇降圧コンバータユニットの端子面の法線方向が、冷却風の方向とほぼ90度の角度をなすようにしたことにより、端子間の配線バスバーが冷却風の経路に配置されることがなく、冷却性能を損なわせることがない。 In addition, the normal direction of the battery electrode terminals and the terminal surface of the buck-boost converter unit is at an angle of approximately 90 degrees with the direction of the cooling air, so that the wiring bus bar between the terminals is arranged in the path of the cooling air The cooling performance is not impaired.
1 電圧可変形電源モジュール、 2 バッテリ、 3 昇降圧コンバータ、 4 パワー半導体モジュール、 5 制御回路、 6 平滑コンデンサ、 7 インバータ、 8 電気モータ、 Cin バッテリ側平滑コンデンサ、 Cout インバータ側平滑コンデンサ、 L チョ−クコイル。
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