JP2001025263A - 自動車用インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スィッチングノイズ及び電力損失の増加を抑止
しつつ、小型軽量化を実現した自動車用インバータ装置
を提供すること。 【解決手段】一対のインバータ回路９、２３は別々の回
路基板１００、１０１に実装され、大負荷側（第一の）
のインバータ回路９に平滑コンデンサ３を設け、小負荷
側（第二の）のインバータ回路２３はバッテリ１から直
接ではなく、インバータ回路９側の回路基板１００の内
部電源ライン１２、１３を経由して受電する構成を採用
する。これにより、平滑コンデンサ３は、インバータ回
路２３に対しても平滑動作を行い、インバータ回路２３
のスィッチング素子の断続動作によるインバータ回路２
３の電流変動の影響が、スィッチングノイズとなった
り、車載電池１の電流変動を増大させたりすることを低
減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走行モ−タをもつ
電気自動車のインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車載電池により駆動される電気自動車で
は、その回転数制御の容易性及び構造及び保守の簡便性
の点で交流モータたとえばブラシレスモータが多数採用
されている。

【０００３】このため、各交流モータごとにＤＣ−ＡＣ
変換装置すなわちインバータ装置が設けられており、各
インバータ装置はそれぞれインバータ回路と、このイン
バータ回路の正負電源端間に接続される平滑コンデンサ
とを有している。

【０００４】この平滑コンデンサは、インバータ回路の
スイッチングによりラインインダクタンスが発生するノ
イズ（スイッチングノイズ）を低減するため、通常、大
容量の電解コンデンサが用いられる。なお、上記スィッ
チングノイズは、ケーブルを通じて外部に伝播するライ
ンノイズと、電磁放射される電磁波ノイズとがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、良好な
スィッチングノイズ低減効果を得るには、上記平滑コン
デンサを大容量とする必要があり、このため、従来の各
インバータ装置は大型となり、その体格縮小が困難だっ
た。また、このような大容量コンデンサを用いるため、
電源スイッチオン時の平滑コンデンサへの突入電流を制
限する必要から、突入電流制限回路を各インバータ装置
ごとに設ける必要もあり、回路規模が大きくなるという
問題もあった。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、スィッチングノイズ及び電力損失の増加を抑止し
つつ、小型軽量化を実現した自動車用インバータ装置を
提供することをその目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の自動車用
インバータ装置によれば、車載電池は主インバータ及び
それより小容量の副インバータを通じて大小二つの交流
モ−タに給電する。

【０００８】各インバータ内のインバータ回路のスイッ
チングはインバータ回路の正負の電源端の直流電圧に大
きなスイッチングノイズ電圧を重畳し、これらスィッチ
ングノイズ電圧は電磁波ノイズ及び車載電池に悪影響を
与えるので、従来は各インバータ回路の正負の電源端間
にできるだけ近接して平滑コンデンサを接続する。

【０００９】しかし、大容量の平滑コンデンサは大型、
高価であり、インバータを小型、安価に作製するための
大きな障害となっていた。

【００１０】そこで、本構成では、大負荷の主インバー
タに平滑コンデンサを設け、小負荷側の副インバータは
車載電池から直接ではなく、大負荷側の主インバータを
経由して受電する構成を採用し、更に、副インバータの
第二の直流電源端子又は副インバータの第二のインバー
タ回路の正負の電源端を、電池接続用配線とは異なるイ
ンバータ間接続用配線を通じて主インバータ内にて平滑
コンデンサの正、負の電極端子に個別に接続する。

【００１１】すなわち、副インバータの第二の直流電源
端子又は副インバータの第二のインバータ回路の正負の
電源端は、電池接続用配線とは異なるインバータ間接続
用配線を通じて、主インバータの第一の直流電源端子、
又は、主インバータの内部電源ライン、又は、主インバ
ータの平滑コンデンサの正、負の電極端子、又は、主イ
ンバータの第一のインバータ回路の正負の電源端に個別
に接続される。

【００１２】このようにすれば、副インバータの第二の
インバータ回路のスィッチングにより生じたスィッチン
グノイズ電圧は主インバータの平滑コンデンサで平滑さ
れた後、電池接続用配線を通じて車載電池に作用するの
で、車載電池に対する副インバータのスィッチングノイ
ズ電圧の悪影響は大幅に低減される。

【００１３】また、副インバータは主インバータの大容
量の平滑コンデンサをスィッチングノイズ電圧低減用に
利用できるので、平滑コンデンサを省略又は大幅に小容
量化でき、小型軽量、コスト低減を図ることができる。

【００１４】なお、重要な点は、第一のインバータ回路
のスィッチングノイズ電圧の発生タイミングと第二のイ
ンバータ回路のそれとがほとんど関連をもたないので、
両者が単純に算術加算されて大きな値とならないので、
主インバータの平滑コンデンサは両インバータ回路のス
ィッチングノイズ電圧に対してそれぞれ良好に抑圧でき
ることである。

【００１５】また、主インバータの平滑コンデンサと副
インバータのインバータ回路との距離は、インバータ間
接続用配線の分だけ長くなるため、平滑コンデンサを副
インバータ内に設ける場合に比較して、このインバータ
間接続用配線のラインインダクタンスの分だけ副インバ
ータの第二のインバータ回路に起因するスィッチングノ
イズ電圧が増大する傾向が生じるが、第二のインバータ
回路の断続電流の大きさに比較して主インバータの平滑
コンデンサは大負荷駆動用の第一のインバータ回路のた
めに大容量であるため、ノイズ抑圧性能が向上し、上記
インバータ間接続用配線のラインインダクタンスによる
悪影響を相殺することができる。

【００１６】以下、更に詳しく説明する。

【００１７】たとえば走行モータと空調用モータといっ
た自動車用インバータ装置の二つの車載交流モータを駆
動制御する二つのインバータ回路のスイッチングタイミ
ングが同期する可能性はほとんどないので、平滑コンデ
ンサを共用してもスィッチングノイズが増大することは
ほとんどない。

【００１８】また、本構成では、小容量側の第二のイン
バータ回路ではなく大容量側の主インバータに平滑コン
デンサを実装しているので、電流が大きく、スィッチン
グノイズが大きくなりやすい第一のインバータ回路と平
滑コンデンサとの間の内部電源ラインの長さを短縮し
て、そのラインインダクタンスを低減し、主としてこの
ラインインダクタンスと電流とに起因する第一のインバ
ータ回路のスィッチングノイズを良好に低減することが
できる。

【００１９】なお、第二のインバータ回路はその内部電
源ラインに加えてインバータ間接続用配線を通じて平滑
コンデンサに接続されるため、このインバータ間接続用
配線のラインインダクタンスの分だけスィッチングノイ
ズが増大する。しかし、平滑コンデンサは第二のインバ
ータ回路が駆動制御する第二の車載交流モータよりも大
容量の第一の車載交流モータを駆動制御する第一のイン
バータ回路用の大容量のものであり、第二のインバータ
回路の電流が小さいので、第二のインバータ回路のスィ
ッチングノイズは第一のインバータ回路のそれよりも小
さくできる。

【００２０】また、上記平滑コンデンサの共用により、
この大容量の平滑コンデンサへの突入電流を制限する突
入電流制限回路も共用（省略）できるという利益が生じ
る。

【００２１】更に、端子電圧変動による車載電池の出入
電流の急変を低減して電池寿命を延長することができ
る。

【００２２】なお、主インバータ内において、平滑コン
デンサは第一のインバータ回路よりも回路的に車載電池
に近接配置することが望ましい。具体的に言えば、電池
接続用配線が接続される主インバータの第一の直流電源
端子に対して、平滑コンデンサは第一のインバータ回路
よりも配線的に近接配置されることが望ましい。

【００２３】請求項２記載の構成によれば請求項１記載
の自動車用インバータ装置において更に、第二のインバ
ータ回路と第一のインバータ回路との間のケーブル配線
距離は、第二のインバータ回路と車載電池との間のケー
ブル配線距離よりも短くされる。

【００２４】このようにすれば、平滑コンデンサの共用
のために、第二のインバータ回路と車載電池との間のケ
ーブル配線距離がいたずらに増加することがないので、
ケーブル重量及びその敷設スペースを節約することがで
きる。

【００２５】請求項３記載の構成では請求項１記載の自
動車用インバータ装置において更に、両インバータは共
通のケースに収容され、副インバータの第二の直流電源
端子及び副インバータの第二のインバータ回路の正負の
電源端の少なくとも一方は、ケース内の内部電源ライン
のみを通じて平滑コンデンサの正、負の電極端子に個別
に接続される。

【００２６】このようにすれば、装置構成の簡素化とイ
ンバータ間接続用配線の短縮によりスィッチングノイズ
電圧を更に低減することができる。

【００２７】請求項４記載の構成によれば請求項１記載
の自動車用インバータ装置において更に、両インバータ
は近接配置され、副インバータの第二の直流電源端子及
び副インバータの第二のインバータ回路の正負の電源端
の少なくとも一方は、インバータ間接続用配線を通じて
主インバータの第一のインバータ回路の正負の電源端、
又は、主インバータの前記平滑コンデンサの正、負の電
極端子に接続される。

【００２８】このようにすれば、配線接続作業工数を減
らすことができ、平滑コンデンサと第二のインバータ回
路との間の配線インピ−ダンス低減することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施態様を以下の
実施例により更に説明する。

【００３０】なお、副インバータを複数設け、主インバ
ータと副インバータとを接続するインバータ間接続用配
線はそれぞれ別々に設けてもよく、インバータ間接続用
配線を共用化してもよい。

【００３１】

【実施例１】電気自動車に適用したこの実施例の自動車
用インバータ装置の回路図を図１に示す。

【００３２】（回路構成）この自動車用インバータ装置
は、走行モータＭ１、空調用モータＭ２、パワーウイン
ドウ用モータＭ３、Ｍ４、インバータ装置Ｃ１、Ｃ２、
Ｃ３、Ｃ４、車載電池１、突入電流制限回路２、平滑コ
ンデンサ３を有している。走行モータＭ１の容量は他の
モータＭ２、Ｍ３、Ｍ４の容量より格段に（Ｍ１の容量
＞Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の合計容量の２倍以上）大きい。

【００３３】インバータ装置Ｃ１は本発明でいう主イン
バータ、インバータ装置Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は本発明でい
う副インバータをなす。

【００３４】車載電池１の正極は、フューズ４、正側の
バッテリケーブル（電池接続用配線）５、突入電流制限
回路２を通じて、正側の第一の直流電源端子６に接続さ
れ、車載電池１の負極は、負側のバッテリケーブル（電
池接続用配線）７を通じて負側の第一の直流電源端子８
に接続されている。

【００３５】インバータ回路Ｃ１は、第一の車載交流モ
ータとしての大容量（たとえば連続定格３０ｋＷ以上）
の走行モータＭ１を駆動制御する回路であって、正負一
対の第一の直流電源端子６、８、直流電力を交流電力に
変換して走行モータＭ１を駆動するインバータ回路（第
一のインバータ回路）９、第一の直流電源端子６、８を
第一のインバータ回路９の正負電源端１０、１１に個別
に接続する一対の内部電源ライン１２、１３、及び、両
端が両内部電源ライン１２、１３に個別に接続される平
滑コンデンサ３からなり、主インバータを構成してい
る。平滑コンデンサ３は大容量（たとえば３０００Ｆ）
の電解コンデンサであり、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３はモータ給
電用のモータケーブルである。

【００３６】インバータ装置Ｃ２は、空調用圧縮機を駆
動するためのモータＭ２を駆動制御する回路であって、
正負一対の第一の直流電源端子２１、２２、直流電力を
交流電力に変換して第二の車載交流モータとしてのモー
タＭ２を駆動するインバータ回路（第二のインバータ回
路）２３、第二の直流電源端子２１、２２を第二のイン
バータ回路２３の正負電源端２４、２５に個別に接続す
る一対の内部電源ライン２６、２７、及び、両端が両内
部電源ライン２６、２７に個別に接続される小容量のフ
ィルムコンデンサ２８からなり、副インバータを構成し
ている。Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６はモータ給電用のモータケー
ブル、２９はフューズである。

【００３７】正負一対の第二の直流電源端子２１、２２
は、外部電源ライン（インバータ間接続用配線）３１、
３２を通じて、第一のインバータ装置Ｃ１の内部電源ラ
イン１２、１３に個別に接続され、正側の第二の直流電
源端子２１はフューズ２９を通じて内部電源ライン２６
に、負側の第二の直流電源端子２２は直接、内部電源ラ
イン２７に接続されている。

【００３８】同様に、インバータ装置Ｃ３、Ｃ４はパワ
ーウインドウを駆動するためのモータＭ３、Ｍ４を駆動
制御する回路であって、回路基板１０２、１０３に個別
に実装され、外部電源ライン４１、４２を通じて第一の
インバータ装置Ｃ１の内部電源ライン１２、１３に接続
されている。

【００３９】なお、この実施例では、インバータ装置Ｃ
１とＣ２との間のケーブル配線距離は、インバータ装置
Ｃ２と車載電池１との間のケーブル配線距離よりも短
い。したがって、インバータ装置Ｃ２を車載電池１に接
続するよりも、インバータ装置Ｃ１の内部電源ライン１
２、１３（一対の直流電源端子６、８や直流電源端（正
負の電源端）１０、１１でもよい）に接続したほうが外
部電源ライン３１、３２の長さを短縮することができ、
電力ケーブルの重量、敷設スペースを節約することがで
き、配線損失も減らすことができる。

【００４０】なお、ここで、ケーブル配線距離とは、２
点間でケーブル配設可能な最短距離を言い、何らかのケ
ーブル配設不能な障害物が存在する場合にはそれを迂回
する最短距離を意味するものとする。

【００４１】突入電流制限回路２は、メインリレー５
１、サブリレー５２、抵抗器５３からなる。

【００４２】各インバータ装置Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４
は、デューティ比５０％のクロックパルスを所定周波数
で発振するクロック発生器６０からクロックパルスを受
け取るコントローラ６１からの指令により制御される各
６個の制御パルス信号により内蔵の６個のスィッチング
素子（上アーム側の３つのスィッチング素子（トランジ
スタ）及び下アーム側の３つのスィッチング素子（トラ
ンジスタ））を断続制御して必要周波数、必要デューテ
ィ比の擬似三相正弦波電圧を形成し、車載交流モータＭ
１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の三相巻線に印加する。

【００４３】（動作）この自動車用インバータ装置の動
作を以下に説明する。

【００４４】電気自動車のイグニッションキーのオンに
より、まずサブリレー５２をオンし、抵抗器５３を通じ
て平滑コンデンサ３を充電した後、メインリレー５１を
オンする。

【００４５】インバータ回路９、２３は、周知のため図
示省略した上アーム側の３個のトランジスタ及び下アー
ム側の３個のトランジスタからなるスイッチング素子を
ブリッジ接続してなる周知の三相インバータ回路であ
る。なお、上記三相インバータ回路は、各スィッチング
素子と逆並列に接続されたフライバックダイオードをも
ち、これらフライバックダイオードはスィッチング素子
のオフ時にモータのリアクタンスに蓄積された電磁エネ
ルギーを車載電池１及び平滑コンデンサ３に放出する周
知の動作が行われる。

【００４６】インバータ回路９、２３のスィッチング素
子は、車載交流モータＭ１、Ｍ２を並列動作させる場
合、コントローラ６１から出力される制御パルス電圧で
制御されて、同一周波数のクロックパルス信号ＣＬの互
いに異なる立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジに同
期するタイミングでオン又はオフする。すなわち、この
実施例では、インバータ回路９のスィッチング素子のオ
フタイミングはｔ１、インバータ回路２３のスィッチン
グ素子のオフタイミングはｔ２である。

【００４７】インバータ装置Ｃ３、Ｃ４はインバータ装
置Ｃ２と同一構成を有する三相インバータ装置であり、
運転席側のパワーウインドウ及び助手席側のパワーウイ
ンドウを個別に昇降させる。

【００４８】これらインバータ装置Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、
Ｃ４のスィッチング素子のオンにより、車載電池１及び
平滑コンデンサ３からモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４へ
の放電がなされ、インバータ装置Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ
４のスィッチング素子のオフにより、上記放電が遮断さ
れ、この時、各ラインインダクタンスに蓄積された電磁
エネルギーにより生じた高電圧で平滑コンデンサ３が充
電される。

【００４９】（実施例効果）以上説明した本実施例によ
れば、既述の作用効果を奏することができる。

【００５０】

【実施例２】内燃機関自動車に適用した他の実施例の自
動車用インバータ装置の回路図を図２に示す。

【００５１】（回路構成）この自動車用インバータ装置
は、共通のケ−スＣに収容された主インバータＣ５及び
副インバータＣ６を有している。

【００５２】高圧の車載電池１００は、電池接続用配線
４、７を通じてケ−スＣに設けられた主インバータＣ５
の直流電源端子６０、８０に接続され、直流電源端子６
０、８０は主インバータＣ５の内部電源ライン１２０、
１３０を通じて第一のインバータ回路１０００及び主イ
ンバータＣ５の大容量の平滑コンデンサ３０に接続され
ている。

【００５３】内部電源ライン１２０、１３０はインバー
タ間接続用配線としての機能を果たす内部電源ライン３
１０、３２０を通じて副インバータＣ６の第二のインバ
ータ回路１００１に接続されている。なお、上記各内部
電源ラインはケ−ス内のブスバ−又はケ−ブルからな
り、実際には一体に形成されている。

【００５４】副インバータＣ６の第二のインバータ回路
１００１の正負の電源端は内部電源ライン２６０、２７
０を通じて小容量の平滑コンデンサ２８０と接続されて
いる。

【００５５】主インバータ１０００は三相交流出力ライ
ン２００を通じて図示しないエンジン始動用電動機兼発
電機に給電している。副インバータ１００１は三相交流
出力ライン２０１を通じて図示しない車両空調コンプレ
ッサ駆動モ−タに給電している。

【００５６】高圧電池１００は、高圧電源ライン４０、
７０を通じてＤＣ−ＤＣコンバータ３００に給電し、Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータ３００は低圧電源ライン４１、７１
を通じて低圧電池４００及び図示しない低圧車載負荷に
給電している。

【００５７】このように構成した本構成の装置では、実
施例１と同様に、副インバータＣ６の第二のインバータ
回路１００１の正負の電源端は、共通ケ−スＣ内の主イ
ンバータＣ５の平滑コンデンサ３０の正、負の電極端子
に内部電源ライン３１０、３２０を通じて接続されてい
るので、内部電源ライン３１０、３２０の距離を縮小し
て第二のインバータ回路１００１のスィッチングノイズ
電圧を良好に低減することができる。

【００５８】

【実施例３】内燃機関自動車に適用した他の実施例の自
動車用インバータ装置の回路図を図３に示す。

【００５９】（回路構成）この自動車用インバータ装置
は、実施例２記載の装置において、主インバータＣ５と
副インバータＣ６とを互いに近接した別ケ−スに収容し
たものであり、主インバータＣ５の平滑コンデンサ３０
の正、負の電極端子は副インバータＣ６の内部電源ライ
ン２６０、２７０にインバータ間接続用配線３１０、３
２０を通じて接続されている。

【００６０】このようにすれば、実施例１、２と同様の
作用効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を採用するハイブリッド電気自動車の
走行モ−タ制御装置の一実施例を示す回路図である。

【図２】 本発明を採用する内燃機関自動車の他の一実
施例を示す回路図である。

【図３】 本発明のを採用する内燃機関自動車の他の一
実施例を示す回路図である。

【符号の説明】

１は車載電池、２は突入電流制限回路、３は平滑コンデ
ンサ、６、８は第一の直流電源端子、９は第一のインバ
ータ回路、１２、１３は内部電源ライン、２１、２２は
第二の直流電源端子、２３は第二のインバータ回路、２
６、２７は内部電源ライン、３１、３２は外部電源ライ
ン、１００は第一の回路基板、１０１は第二の回路基
板、Ｍ１は第一の車載交流モータ、Ｍ２は第二の車載交
流モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H007 AA01 BB06 CC01 CC05 GA03 HA03 5H576 AA15 BB05 CC02 DD02 HB01 HB05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自動車の車載電池の正、負の電極端子に電
   池接続用配線を通じて個別に接続される正負一対の第一
   の直流電源端子、 直流電力を交流電力に変換して第一の車載交流モータを
   駆動する第一のインバータ回路、 前記両第一の直流電源端子を前記第一のインバータ回路
   の正負の電源端に個別に接続する一対の内部電源ライ
   ン、及び、 正、負の電極端子が前記両内部電源ラインを通じて前記
   第一のインバータ回路の前記正負の電源端に個別に接続
   される平滑コンデンサ、 を有する主インバータと、 直流電力が入力する正負一対の第二の直流電源端子、 直流電力を交流電力に変換して前記第一の車載交流モー
   タよりも小容量の第二の車載交流モータを駆動する第二
   のインバータ回路、及び、 前記両第二の直流電源端子を前記第二のインバータ回路
   の正負の電源端に個別に接続する一対の内部電源ライン
   を有する副インバータと、 を備える自動車用インバータ装置において、 前記副インバータの前記第二の直流電源端子及び前記副
   インバータの前記第二のインバータ回路の前記正負の電
   源端の少なくとも一方は、 前記電池接続用配線とは異なるインバータ間接続用配線
   を通じて前記主インバータ内にて前記平滑コンデンサの
   前記正、負の電極端子に個別に接続されることを特徴と
   する自動車用インバータ装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の自動車用インバータ装置に
   おいて、 前記第二のインバータ回路の前記正負の電源端と前記主
   インバータの前記平滑コンデンサの正、負の電極端子と
   の間のケーブル配線距離は、前記第二のインバータ回路
   の前記正負の電源端と前記車載電池の前記正、負の電極
   端子との間のケーブル配線距離よりも短いことを特徴と
   する自動車用インバータ装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の自動車用インバータ装置に
   おいて、 前記主インバータ及び副インバータは共通のケースに収
   容され、 前記副インバータの前記第二の直流電源端子及び前記副
   インバータの前記第二のインバータ回路の前記正負の電
   源端の少なくとも一方は、 前記ケース内の前記内部電源ラインのみを通じて前記平
   滑コンデンサの正、負の電極端子に個別に接続されるこ
   とを特徴とする自動車用インバータ装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の自動車用インバータ装置に
   おいて、 前記両インバータは近接配置され、 前記副インバータの前記第二の直流電源端子及び前記副
   インバータの前記第二のインバータ回路の前記正負の電
   源端の少なくとも一方は、 前記インバータ間接続用配線を通じて前記主インバータ
   の前記第一のインバータ回路の正負の電源端、又は、前
   記主インバータの前記平滑コンデンサの正、負の電極端
   子に接続されることを特徴とする自動車用インバータ装
   置。