JP4305232B2 - Vehicle propulsion device - Google Patents
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Description
この発明は、自動車を推進させるための車両推進装置に関する。 The present invention relates to a vehicle propulsion device for propelling an automobile.
近年、ホイールモータを搭載する車両の開発が進められている。ホイールモータは、車輪を電気モータで駆動する場合の駆動効率を向上させるために提案されたものである。一般的なホイールモータは、インホイールモータとも呼ばれるように、モータの全部または一部が車輪のホイール内に収納されている。そして、モータのロータの回転駆動力が直接的に車輪に伝達され、駆動力伝達経路でのエネルギロスが少ないという利点を有する。 In recent years, development of vehicles equipped with wheel motors has been promoted. The wheel motor has been proposed in order to improve the driving efficiency when the wheel is driven by an electric motor. In general wheel motors, all or a part of the motors are housed in the wheels of the wheels, as called in-wheel motors. And the rotational driving force of the rotor of a motor is directly transmitted to a wheel, and there is an advantage that there is little energy loss in a driving force transmission path.
特開平10−304695号公報(特許文献1)には、このようなホイールモータを左右の後輪2輪に搭載した自動車が開示されている。
特開平10−304695号公報に開示された自動車では、左後ろ車輪用のインバータと右後ろ車輪用のインバータとが車輪から離れた場所に集中的に配置されている。このように、1つのユニット内に複数のインバータを収めると、車両によっては搭載が困難な場合がある。 In the automobile disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-304695, an inverter for the left rear wheel and an inverter for the right rear wheel are intensively arranged at a place away from the wheel. Thus, when a plurality of inverters are housed in one unit, it may be difficult to mount depending on the vehicle.
すなわち、小型車両にホイールモータを適用する場合には、ユニットを収容するスペースがあまり大きく取れないため、大きなユニットを収容することが困難となる。 That is, when a wheel motor is applied to a small vehicle, it is difficult to accommodate a large unit because a space for accommodating the unit cannot be made large.
特に、四輪駆動の車両の4輪ともにホイールモータを適用する場合には、モータ駆動用のインバータも4個必要であるため、これを集中配置するとインテリジェントパワーユニット(IPU)の大きさが大きくなってしまい小型車には搭載が困難となる。 In particular, when a wheel motor is applied to all four wheels of a four-wheel drive vehicle, four inverters for driving the motor are required. If these are centrally arranged, the size of the intelligent power unit (IPU) increases. This makes it difficult to install in small cars.
一方、4つのインバータを分散配置させた場合には、電圧型インバータではインバータの平滑用コンデンサをインバータの近くに配置する必要がある。このため配置の自由度が制限される。また分散してコンデンサを配置すると、コンデンサに接続されているハーネスのL成分とコンデンサのC成分とによって共振電流が発生する心配がある。 On the other hand, when four inverters are dispersedly arranged, in a voltage type inverter, it is necessary to arrange a smoothing capacitor for the inverter near the inverter. For this reason, the freedom degree of arrangement | positioning is restrict | limited. Further, when capacitors are distributed and distributed, there is a concern that a resonance current is generated by the L component of the harness connected to the capacitor and the C component of the capacitor.
以下、図を用いてこの問題点を説明する。 Hereinafter, this problem will be described with reference to the drawings.
図20は、四輪駆動車にホイールモータを採用する場合の第1の検討例である。 FIG. 20 is a first study example when a wheel motor is employed in a four-wheel drive vehicle.
図20を参照して、車両500は、電力供給部520と、インテリジェントパワーユニット501と、タイヤ506A〜506Dと、タイヤ506A〜506Dにそれぞれ対応して設けられるモータ512A〜512Dと、モータ512A〜512Dとインテリジェントパワーユニット501とをそれぞれ結ぶための三相用パワーケーブル504A〜504Dとを含む。
Referring to FIG. 20,
電力供給部520は、バッテリ510と、バッテリ510とインテリジェントパワーユニット501との電気的接続状態の接続/非接続を切換えるためのシステムメインリレー521とを含む。
The
インテリジェントパワーユニット501は、その内部にコンデンサ522と電圧型インバータ514A〜514Dとが集中配置されている。コンデンサ522は、電圧型インバータ514A〜514Cに接続される。
The
コンデンサ522は、力行時にはバッテリ510からシステムメインリレー521を介して供給される電圧にインバータのスイッチングに起因する電圧変動が現れないように平滑化を行なう。またコンデンサ522は、回生時においては電圧型インバータ514A〜514Dから供給される電圧の平滑化を行なう。電圧型インバータ514A〜514Dは、モータ512A〜512Dと三相用パワーケーブル504A〜504Dによって接続されている。
このように、インテリジェントパワーユニット501に示すように、1ユニットに4つの電圧型インバータと電圧を平滑化するための大容量のコンデンサを配置する場合には、大きなスペースを確保する必要がある。この場合は車両によっては搭載が困難であり、特に小型車両にはこのインテリジェントパワーユニットを配置するためのスペースを確保することが難しい。大容量のコンデンサは、たとえば、1モータ分あたり容積にして約1リットル程度の空間を占有する。
Thus, as shown in the
図21は、四輪駆動車にホイールモータを採用する場合の第2の検討例を示した図である。 FIG. 21 is a diagram showing a second example of examination when a wheel motor is employed in a four-wheel drive vehicle.
図21を参照して、車両550は、図20に示した車両500の構成において、インテリジェントパワーユニット501が4つに分割され、インテリジェントパワーユニット501A〜501Dとなっている。そして、インテリジェントパワーユニット501A〜501Dはモータ512A〜512Dに近接してそれぞれ配置されている。
Referring to FIG. 21, in a
インテリジェントパワーユニット501Aは、電圧型インバータ514Aとコンデンサ522Aとを含む。インテリジェントパワーユニット501Bは、電圧型インバータ514Bとコンデンサ522Bとを含む。インテリジェントパワーユニット501Cは、電圧型インバータ514Cとコンデンサ522Cとを含む。インテリジェントパワーユニット501Dは、電圧型インバータ514Dとコンデンサ522Dとを含む。
コンデンサ522A〜522Dは、電圧型インバータ514A〜514Dにそれぞれ近接して配置する必要がある。これは、コンデンサを近くに配置することで接続経路のインダクタンスを抑えて電圧型インバータにおいて発生するサージを効果的に抑制する必要があるからである。
しかし、図21に示したような構成では、コンデンサが4つに分割配置され1つのインテリジェントパワーユニット当たりの配置スペースは小さくなるものの、各コンデンサとシステムメインリレー521との間の距離が長くなり、これらを結ぶ配線のインダクタンスが大きくなるのでこのインダクタンスとコンデンサにより共振現象が発生してしまうという問題がある。共振現象が発生すると、高調波電流によるコンデンサの温度上昇や高調波電圧によるインバータへの過電圧印加、さらには制御系への悪影響が懸念される。
However, in the configuration as shown in FIG. 21, although the capacitors are divided into four parts and the arrangement space per intelligent power unit is reduced, the distance between each capacitor and the system
図22は、図20,図21で用いられる電圧型インバータの構成を説明するための回路図である。 FIG. 22 is a circuit diagram for explaining the configuration of the voltage type inverter used in FIGS. 20 and 21.
図22を参照して、電圧型インバータ514は、システムリレーに接続されるノードNPとノードNNとの間に平滑用コンデンサ522が接続されている。インバータ514は、ノードNPとノードNNとの間に互いに並列に接続されるU相アーム531、V相アーム532およびW相アーム533を含む。
Referring to FIG. 22,
U相アーム531は、ノードNPとノードNNとの間に直列に接続されるIGBT素子541,544と、IGBT素子541,544とそれぞれ並列に接続されるダイオード542,543とを含む。IGBT素子541とIGBT素子544との接続ノードは図示しないホイールモータのU相コイルの一方端に接続される。
V相アーム532は、ノードNPとノードNNとの間に直列に接続されるIGBT素子551,554と、IGBT素子551,554とそれぞれ並列に接続されるダイオード552,553とを含む。IGBT素子551とIGBT素子554との接続ノードは図示しないホイールモータのV相コイルの一方端に接続される。
V-
W相アーム533は、ノードNPとノードNNとの間に直列に接続されるIGBT素子561,564と、IGBT素子561,564とそれぞれ並列に接続されるダイオード562,563とを含む。IGBT素子561とIGBT素子564との接続ノードは図示しないホイールモータのW相コイルの一方端に接続される。
W-
このような電圧型インバータを用いた場合には、図20に示すように1ユニットに4つの電圧型インバータとコンデンサを集合的に配置するには大きなスペースを確保する必要があり、また図21に示すように分割配置すると共振電流が発生してしまうという問題がある。 When such a voltage type inverter is used, it is necessary to secure a large space for arranging four voltage type inverters and capacitors in one unit as shown in FIG. As shown in the figure, there is a problem in that a resonant current is generated when dividedly arranged.
この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、配置の自由度が向上することにより搭載スペースの確保が容易な車両推進装置を提供することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a vehicle propulsion device that can easily secure a mounting space by improving the degree of freedom in arrangement.
この発明は、要約すると、車両推進装置であって、車輪を駆動するホイールモータと、ホイールモータを駆動するインバータとを備え、インバータは、電流駆動型インバータである。 In summary, the present invention is a vehicle propulsion device that includes a wheel motor that drives a wheel and an inverter that drives the wheel motor, and the inverter is a current-driven inverter.
好ましくは、インバータは、ホイールモータに当接して配置される。 Preferably, the inverter is disposed in contact with the wheel motor.
この発明の他の局面に従う車両推進装置は、複数の車輪にそれぞれ対応して設けられる複数のホイールモータと、複数のホイールモータをそれぞれ駆動するインバータとを備え、インバータは、電流型インバータである。 A vehicle propulsion device according to another aspect of the present invention includes a plurality of wheel motors provided corresponding to a plurality of wheels, and inverters that respectively drive the plurality of wheel motors, and the inverter is a current-type inverter.
より好ましくは、インバータは、ばね下に配置される。 More preferably, the inverter is arranged under the spring.
さらに好ましくは、車両推進装置は、直流電源と、直流電源から受けた電流を複数のインバータにそれぞれ供給する複数の直流電流生成回路と、複数のインバータと直流電流生成回路とをそれぞれ結ぶ複数の電流供給経路と、複数の電流経路上にそれぞれに配置されるリアクトルとをさらに備え、リアクトルは、ばね下に配置される。 More preferably, the vehicle propulsion device includes a DC power supply, a plurality of DC current generation circuits that respectively supply current received from the DC power supply to the plurality of inverters, and a plurality of currents respectively connecting the plurality of inverters and the DC current generation circuit. The apparatus further includes a supply path and a reactor disposed on each of the plurality of current paths, and the reactor is disposed under the spring.
さらに好ましくは、直流電流生成回路は、ばね下に配置される。 More preferably, the direct current generation circuit is disposed under the spring.
好ましくは、複数の車輪は、複数個の車輪のうちの2つの駆動輪である。 Preferably, the plurality of wheels are two drive wheels among the plurality of wheels.
好ましくは、複数の車輪は、4つの駆動輪である。 Preferably, the plurality of wheels are four drive wheels.
好ましくは、直流電源と、制御信号に応答して活性化され、直流電源から受けた電流を複数のインバータにそれぞれ供給する複数の直流電流生成回路とをさらに備え、複数の直流電流生成回路は、複数のインバータを動作停止状態にする場合に直流電源とインバータとを電気的に分離する。 Preferably, a DC power supply and a plurality of DC current generation circuits that are activated in response to the control signal and supply currents received from the DC power supply to the plurality of inverters, respectively, the plurality of DC current generation circuits, When a plurality of inverters are brought into an operation stop state, the DC power supply and the inverter are electrically separated.
より好ましくは、複数の直流電流生成回路の各々は、直流電源の高電位側出力ノードと低電位側出力ノードとの間に並列に接続された第1、第2のアームを含み、第1のアームは、直流電源の高電位側出力ノードと低電位側出力ノードとの間に直列に接続された第1、第2の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含み、第2のアームは、直流電源の高電位側出力ノードと低電位側出力ノードとの間に直列に接続された第3、第4の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む。 More preferably, each of the plurality of DC current generation circuits includes first and second arms connected in parallel between the high potential side output node and the low potential side output node of the DC power supply, The arm includes first and second reverse blocking insulated gate bipolar transistors connected in series between a high potential side output node and a low potential side output node of the DC power source, and the second arm includes a DC power source. And third and fourth reverse blocking insulated gate bipolar transistors connected in series between the high potential side output node and the low potential side output node.
この発明による車両推進装置は、電流型インバータを採用することにより配置に制限が大きい平滑用コンデンサが不要であるので各ユニットの配置の自由度が向上し、さまざまな車種にインホイールモータの適用が可能となる。特に、インホイールモータを四輪に採用する場合に有効である。また、インバータを車輪内あるいは車輪近傍に設けることも可能となり、車輪周辺の限られたスペースを有効に活用することが可能となる。 The vehicle propulsion device according to the present invention eliminates the need for a smoothing capacitor, which has a large restriction on the arrangement by adopting a current type inverter, so that the degree of freedom of arrangement of each unit is improved and the in-wheel motor can be applied to various types of vehicles. It becomes possible. In particular, this is effective when an in-wheel motor is adopted for four wheels. In addition, the inverter can be provided in the wheel or in the vicinity of the wheel, and the limited space around the wheel can be effectively used.
また、直流電流生成回路を電流型インバータと直流電源との電気的接続を切り離すシステムリレーとしても動作させることにより、大きな機械式リレーを使用しなくてもすむので、コストとスペースの低減を図ることができる。 In addition, by operating the DC current generation circuit as a system relay that disconnects the electrical connection between the current-type inverter and the DC power supply, it is not necessary to use a large mechanical relay, thus reducing cost and space. Can do.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1は、本発明の実施の形態における自動車の車輪推進に関係する電気システムの概略ブロック図である。 FIG. 1 is a schematic block diagram of an electric system related to vehicle wheel propulsion in an embodiment of the present invention.
図1を参照して、車両100は、バッテリ10と、バッテリ10に接続される直流電流生成回路8A〜8Dと、直流電流生成回路8A〜8Dにそれぞれ接続されるリアクトル4A〜4Dと、リアクトル4A〜4Dにそれぞれ接続される電流型インバータ14A〜14Dと、電流型インバータ14A〜14Dにそれぞれ接続されるモータ12A〜12Dと、モータ12A〜12Dによってそれぞれ駆動されるタイヤ6A〜6Dとを含む。
Referring to FIG. 1,
電流型インバータ14Aは、力行時にはモータ12Aの駆動を制御し、また回生時にはモータ12Aによって発生される電力を変換してバッテリに向けて供給する。直流電流生成回路8Aは電流型インバータ14Aへ定電流を供給する。
The
電流型インバータ14Bは、力行時にはモータ12Bの駆動を制御し、また回生時にはモータ12Bによって発生される電力を変換してバッテリに向けて供給する。直流電流生成回路8Bは電流型インバータ14Bへ定電流を供給する。
The current type inverter 14B controls the drive of the
電流型インバータ14Cは、力行時にはモータ12Cの駆動を制御し、また回生時にはモータ12Cによって発生される電力を変換してバッテリに向けて供給する。直流電流生成回路8Cは電流型インバータ14Cへ定電流を供給する。
The current type inverter 14C controls the drive of the
電流型インバータ14Dは、力行時にはモータ12Dの駆動を制御し、また回生時にはモータ12Dによって発生される電力を変換してバッテリに向けて供給する。直流電流生成回路8Dは電流型インバータ14Dへ定電流を供給する。 The current type inverter 14D controls the driving of the motor 12D during power running, and converts the electric power generated by the motor 12D during regeneration and supplies it to the battery. The direct current generation circuit 8D supplies a constant current to the current type inverter 14D.
ここで、互いに空間的に離されたばね下の領域2A〜2Dが設けられている。ばね下の領域2A〜2Dは、タイヤ6A〜6Dにそれぞれ対応して設けられ、他のタイヤよりも対応するタイヤに最も近くなる位置に配置されている。
Here,
ばね下の領域2Aには電流型インバータ14Aとモータ12Aとが配置されている。またばね下の領域2Bにはモータ12Bと電流型インバータ14Bとが配置されている。ばね下の領域2Cにはモータ12Cと電流型インバータ14Cとが配置されている。ばね下の領域2Dにはモータ12Dと電流型インバータ14Dとが配置されている。
In the
また、バッテリが配置されるばね上部分1にはバッテリ10の他に直流電流生成回路8A〜8Dが集中的に配置されている。なお、ばね上部分1は、ばね下の領域2A〜2Dとは空間的に離された領域である。
In addition to the
図2は、図1における直流電流生成回路8Aおよび電流型インバータ14Aの構成を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of DC
なお、図1における直流電流生成回路8B〜8Dについては、直流電流生成回路8Aと同様な構成を有し、電流型インバータ14B〜14Dについては電流型インバータ14Aと同様な構成を有するためこれらの説明は繰返さない。
The DC current generation circuits 8B to 8D in FIG. 1 have the same configuration as the DC
図2を参照して、直流電流生成回路8AのノードN1と電流型インバータ14AのノードN3とは配線で接続されその経路上にリアクトル4Aが設けられる。直流電流生成回路8AのノードN2と電流型インバータ14AのノードN4とは配線で接続される。
Referring to FIG. 2, node N1 of DC
直流電流生成回路8Aは、バッテリ10の正極とノードN1との間に接続されるIGBT素子22と、ノードN1とバッテリ10の負極との間に接続されるダイオード24と、バッテリ10の正極とノードN2との間に接続されるダイオード26と、ノードN2とバッテリ10の負極との間に接続されるIGBT素子28とを含む。
DC
ダイオード24はバッテリ10の負極からノードN1に向かう向きが順方向となるように接続される。ダイオード26はノードN2からバッテリ10の正極に向かう向きが順方向になるように接続される。IGBT素子22のコレクタはバッテリ10の正極に接続されエミッタはノードN1に接続される。IGBT素子28のコレクタはノードN2に接続されエミッタはバッテリ10の負極に接続される。また、IGBT素子22および28のゲートは、図示しない制御回路によって信号が与えられる。
The
電流型インバータ14Aは、ノードN3とノードN4との間に互いに並列接続されるU相アーム31,V相アーム32およびW相アーム33と、リップル除去用の小容量のコンデンサ36〜38とを含む。
U相アーム31は、ノードN3とノードN5との間に直列に接続されるIGBT素子41およびダイオード42と、ノードN5とノードN4との間に直列に接続されるダイオード43およびIGBT素子44とを含む。コンデンサ36は、ノードN5とノードN8との間に接続される。
V相アーム32は、ノードN3とノードN6との間に直列に接続されるIGBT素子51およびダイオード52と、ノードN6とノードN4との間に直列に接続されるダイオード53およびIGBT素子54とを含む。ノードN6とノードN8との間にコンデンサ37が接続される。
V-
W相アーム33は、ノードN3とノードN7との間に直列に接続されるIGBT素子61およびダイオード62と、ノードN7とノードN4との間に直列に接続されるダイオード63およびIGBT素子64とを含む。ノードN7とノードN8との間にコンデンサ38が接続される。
W-
IGBT素子41,44,51,54,61,64のゲートは図示しない制御回路によって制御信号が与えられる。
The gates of the
ノードN5は、モータ12AのU相コイルの一方端に接続される。ノードN6は、モータ12AのV相コイルの一方端に接続される。ノードN7は、モータ12AのW相コイルの一方端に接続される。なお図示しないが、モータ12AのU相コイル、V相コイルおよびW相コイルの他方端はともに中点に接続される。
Node N5 is connected to one end of the U-phase coil of
次に直流電流生成回路8Aの動作について説明する。バッテリ10の電力によってモータ12Aを駆動する力行時においては、IGBT素子22とダイオード24には間欠的に電流が流れる。一方、IGBT素子28は常時電流が流れる。これに対しダイオード26は導通条件とならないので電流は流れない。
Next, the operation of the direct
これに対し、モータ12Aで発電された電力をバッテリ10に蓄積する回生動作においては、IGBT素子22は非導通状態に制御され電流は流れない。そしてIGBT素子28およびダイオード26には、間欠的に電流が流れる。
On the other hand, in the regenerative operation in which the electric power generated by the
図3は、直流電流生成回路8Aの力行時(素子22オン)の動作を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the DC
図4は、直流電流生成回路8Aの力行時(素子22オフ)の動作を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of DC
図3、図4では、IGBT素子22および28はスイッチとして動作するのでスイッチとして表示され、また電流型インバータ14Aは力行時においては負荷として動作するため抵抗として表示されている。力行時においてはIGBT素子28は常時導通状態に制御されている。一方、IGBT素子22は間欠的に導通/非導通状態を繰返す。
3 and 4, the
図3に示すように、IGBT素子22が導通状態においては、バッテリ10の正極からIGBT素子22、リアクトル4A、電流型インバータ14A、IGBT素子28を順に経由してバッテリ10の負極に向けて電流が流れる経路が形成される。このときリアクトル4Aは時間の経過とともにエネルギを蓄積する。なお、IGBT素子22が導通状態においては、ダイオード24,26には電流は流れない。
As shown in FIG. 3, when the
リアクトル4Aにエネルギが蓄積された後にIGBT素子22が導通状態から非導通状態に変化すると、図4に示すようにリアクトル4Aに蓄積されたエネルギは、電流型インバータ14A,IGBT素子28およびダイオード24を順に経由してリアクトル4Aに至る電流経路に電流が流れることにより消費される。
When the
このように、IGBT素子22を導通/非導通状態を間欠的に繰返すことにより、リアクトル4Aに蓄積されるエネルギの増減が発生する。IGBT素子22の導通/非導通のデューティー比を調整することにより電流型インバータ14Aにほぼ一定な電流iを供給することが可能となる。
In this way, by intermittently repeating the conduction / non-conduction state of the
図5は、直流電流生成回路8Aの回生時(素子28オン)の動作を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the DC
図6は、直流電流生成回路8Aの回生時(素子28オフ)の動作を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the DC
図5、図6において、IGBT素子22,28はスイッチとして等価的に表示されており、また回生時においてはモータが発電するためモータから出力される交流を直流に変換する電流型インバータ14Aは直流電源として等価的に表示されている。
5 and 6, the
回生動作時には、IGBT素子22は常時非導通状態とされ、IGBT素子28が間欠的に導通/非導通状態を繰返す。
During the regenerative operation, the
図5に示すように、IGBT素子28が導通状態である場合には、電流型インバータ14Aから、IGBT素子28,ダイオード24およびリアクトル4Aを順に経由して、電流型インバータ14Aに電流が流れる経路が形成される。このときリアクトル4Aに流れる電流は増加し、リアクトル4Aに蓄積されるエネルギも増加する。
As shown in FIG. 5, when the
図6に示すように、IGBT素子28が非導通状態に変化すると、IGBT素子28に流れていた電流は遮断される。そして電流型インバータ14Aから、ダイオード26を介してバッテリ10の正極に向けて電流が流れ、バッテリ10の負極からダイオード24およびリアクトル4Aを経由して電流型インバータ14Aに電流が流れる。この経路で電流が流れることにより、バッテリ10に対する充電が行なわれる。
As shown in FIG. 6, when the
図5、図6で示したように、IGBT素子28を間欠的に導通/非導通状態に変化させることにより、バッテリ10に対して適切な充電電流で充電を行なうことができる。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
[直流電流生成回路の変形例]
図7は、通常、バッテリと負荷との間に設けられるシステムメインリレーを説明するための回路図である。
[Modification of DC current generation circuit]
FIG. 7 is a circuit diagram for explaining a system main relay usually provided between a battery and a load.
図7に示すように、バッテリ10がまずシステムメインリレー11に接続されており、バッテリと負荷の電気的な接続/非接続がシステムメインリレー11によって切換えられる。この場合、システムメインリレー11は、モータを駆動するための大きな電流を遮断するものであるため、比較的大型な部品となる。
As shown in FIG. 7, the
なお、負荷としては、電流型インバータ14Aに一定の電流を供給するための直流電流生成回路8Aの他には、補機バッテリに電圧変換を行なって充電を行なうためのDC/DCコンバータ15などが考えられる。
In addition to the direct
図8は、直流電流生成回路の変形例を説明するための回路図である。 FIG. 8 is a circuit diagram for explaining a modification of the direct current generating circuit.
図8を参照して、直流電流生成回路108Aは、図7に示した直流電流生成回路8Aの構成において、ダイオード26に代えてIGBT素子126を含み、ダイオード24に代えてIGBT素子124を含む。
Referring to FIG. 8, DC current generation circuit 108 </ b> A includes
つまり、直流電源の高電位側と低電位側に並列接続された第1、第2のアームを含み、第1のアームは直流電源の高電位側と低電位側の間に直列接続されたIGBT素子22,124を有し、第2のアームは直流電源の高電位側と低電位側の間に直列接続されたIGBT素子126,28を有する。
That is, the first arm includes first and second arms connected in parallel to the high potential side and the low potential side of the DC power source, and the first arm is connected in series between the high potential side and the low potential side of the DC power source. The second arm has
またIGBT素子22,28および124,126は逆阻止IGBT素子が用いられる。逆阻止IGBT素子は、逆耐圧を確保したIGBT素子であり、たとえば、近年では深いトレンチ構造を形成してダイシングラインからチップの活性領域を電気的に分離することにより漏れ電流を大きく低減できることが報告されている。逆阻止IGBT素子を採用することにより、バッテリ10と直流電流生成回路108Aとはシステムメインリレーを介さずに接続される。
The
なお、DC/DCコンバータ15とバッテリ10との間にはリレー111が設けられる。ただし、図7に示したシステムメインリレー11に比べて扱う電流が小さいため、リレー111としては比較的小型のリレーを使用することができる。これにより、部品のコストと搭載スペースの削減が図られる。
A
直流電流生成回路108Aの動作としては、力行時においては、図3、図4で説明したと同様な電流が流れるように4つのIGBT素子が制御される。つまりIGBT素子28は導通状態とされ、IGBT素子126は非導通状態に制御される。そして、IGBT素子22とIGBT素子124とは相補的かつ間欠的に導通するように制御される。
As the operation of the DC
また回生時においては、図5、図6で説明した電流が流れるように4つのIGBT素子が制御される。すなわち、IGBT素子22は非導通状態に制御される。またIGBT素子124は導通状態となるように制御される。またIGBT素子126とIGBT素子28とは、相補的かつ間欠的に導通するように制御される。
Further, during regeneration, the four IGBT elements are controlled so that the current described with reference to FIGS. 5 and 6 flows. That is, the
ダイオード24,26を採用する直流電流生成回路8Aでは、図6の回生時においてIGBT素子22,28を両方とも非導通状態としたとしてもバッテリ10と電流型インバータ14Aとを分離することができないため、システムメインリレー11が必要である。
In the DC
これに対し、図8で示したようにIGBT素子として逆阻止IGBT素子を採用し、ダイオード24,26に代えてIGBT素子124,126を設けることにより力行時、回生時において4つのIGBT素子をすべて非導通状態とすればバッテリ10と電流型インバータ14Aとを電気的に分離することが可能となる。したがって、電流型インバータ14Aに対して図7におけるシステムメインリレー11を省略することができ、コストとスペースの低減を図ることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 8, a reverse blocking IGBT element is adopted as the IGBT element, and
[電流型インバータの変形例]
図8で用いた逆阻止IGBT素子は、電流型インバータにも用いることができる。
[Modification of current type inverter]
The reverse blocking IGBT element used in FIG. 8 can also be used for a current type inverter.
図9は、電流型インバータに逆阻止IGBT素子を用いた例を示した回路図である。 FIG. 9 is a circuit diagram showing an example in which a reverse blocking IGBT element is used in a current type inverter.
図9を参照して、電流型インバータ114は、図2で説明した電流型インバータ14Aの構成において、U相アーム31,V相アーム32,W相アーム33にそれぞれ代えて、U相アーム131,V相アーム132,W相アーム133を含む。
Referring to FIG. 9,
コンデンサ36〜38については、図2で説明した電流型インバータ14Aと同様であるので説明は繰返さない。
U相アーム131は、ノードN3にコレクタが接続されノードN5にエミッタが接続されるIGBT素子141と、ノードN5にコレクタが接続されノードN4にエミッタが接続されるIGBT素子144とを含む。
V相アーム132は、ノードN3にコレクタが接続されノードN6にエミッタが接続されるIGBT素子151と、ノードN6にコレクタが接続されノードN4にエミッタが接続されるIGBT素子154とを含む。
V-
W相アーム133は、ノードN3にコレクタが接続されノードN7にエミッタが接続されるIGBT素子161と、ノードN7にコレクタが接続されノードN4にエミッタが接続されるIGBT素子164とを含む。
W-
IGBT素子141,144,151,154,161,164のゲートは図示しない制御回路によって信号が与えられる。IGBT素子141,144,151,154,161,164は逆阻止IGBT素子である。逆阻止IGBT素子は逆方向の耐圧が高いため、図2におけるダイオード42,43,52,53,62,63を設けなくてもよい。これにより、電流型インバータ114は、部品点数を小さくすることができる。
The gates of the
図10は、図9に示した電流型インバータを構成するモジュール200の素子の配置を示した平面図である。
FIG. 10 is a plan view showing the arrangement of the elements of
図10を参照して、モジュール200は、IC(Integrated Circuit)基板202,210と、導電層204,206,251〜253とを含む。IC基板202,210と、導電層204,206,251〜253とは、絶縁層上に配置されている。
Referring to FIG. 10,
モジュール200は、さらに、IC基板202上に配置されるドライブIC211〜213と、IC基板210上に配置されるドライブIC214〜216と、導電層204上に配置されるIGBT素子141,151,161と、導電層251上に配置されるIGBT素子144と、導電層252上に配置されるIGBT素子154と、導電層253上に配置されるIGBT素子164とを含む。
The
IGBT素子141,144,151,154,161,164は、図9で説明したように逆阻止型のIGBT素子である。
The
導電層204は、IGBT素子141,151,161の下面に形成されている各コレクタと電気的に接続されている。導電層251は、IGBT素子144の下面に形成されているコレクタと電気的に接続されている。導電層252は、IGBT素子154の下面に形成されているコレクタと電気的に接続されている。導電層253は、IGBT素子164の下面に形成されているコレクタと電気的に接続されている。
モジュール200は、さらに、導電層204に接続される高電位側の入力バスバ(bus bar)246と、導電層206に接続される低電位側の入力バスバ245と、導電層251上に接続されるU相の出力バスバ241と、導電層252上に接続されるV相の出力バスバ242と、導電層253上に接続されるW相の出力バスバ243とを含む。
The
IGBT素子141の上面のエミッタ電極と導電層251とは、複数本のワイヤ231を用いて接続されている。IGBT素子151の上面のエミッタ電極と導電層252とは、複数本のワイヤ232を用いて接続されている。IGBT素子161の上面のエミッタ電極と導電層253とは、複数本のワイヤ233を用いて接続されている。複数本のワイヤを用いるのは大電流が流れるからである。
The emitter electrode on the upper surface of the
IGBT素子144の上面のエミッタ電極と導電層206とは、複数本のワイヤ234を用いて接続されている。IGBT素子154の上面のエミッタ電極と導電層206とは、複数本のワイヤ235を用いて接続されている。IGBT素子164の上面のエミッタ電極と導電層206とは、複数本のワイヤ236を用いて接続されている。これらについても複数本のワイヤを用いるのは大電流が流れるからである。
The emitter electrode on the upper surface of the
IC211とIGBT素子141とは、複数本のワイヤ221を介して電気的に接続される。IC212とIGBT素子151とは、複数本のワイヤ222を介して電気的に接続される。IC213とIGBT素子161とは、複数本のワイヤ223を介して電気的に接続される。
The
IC214とIGBT素子144とは、複数本のワイヤ224を介して電気的に接続される。IC215とIGBT素子154とは、複数本のワイヤ225を介して電気的に接続される。IC216とIGBT素子164とは、複数本のワイヤ226を介して電気的に接続される。
The
各ICと対応するIGBT素子とを接続する複数本のワイヤは、ゲート制御信号、電流センス信号、温度センス信号を伝達する。温度センスのために、IGBT素子のチップ上に設けられる温度センスアノードと温度センスカソードにワイヤが接続される。 A plurality of wires connecting each IC and the corresponding IGBT element transmit a gate control signal, a current sense signal, and a temperature sense signal. For temperature sensing, wires are connected to a temperature sensing anode and a temperature sensing cathode provided on the chip of the IGBT element.
図11は、図10に示したモジュール200のXI−XI断面を示した断面図である。
11 is a cross-sectional view showing a XI-XI cross section of the
図11を参照して、フィン付放熱板270の上部に絶縁層268が設けられ、絶縁層268の上部にIC基板202,210と導電層204,206,252が設けられる。
Referring to FIG. 11, insulating
IC基板202の上部にIC212が配置され、IC基板210の上部にIC215が配置される。導電層204の上部にIGBT素子151が配置され、導電層252の上部にIGBT素子154が配置される。
An
IC212とIGBT素子151とはワイヤ222を介して接続され、IC212によってIGBT素子151の導通制御が行なわれる。IC215とIGBT素子154とはワイヤ225を介して接続され、IC215によってIGBT素子154の導通制御が行なわれる。
The
絶縁層268とその上に配置されている導電層、IC基板、IGBT素子、ワイヤ等は、樹脂ケース260で覆われている。導電層204と樹脂ケース上に設けられた入力ケーブル取り付け用のナット262とは、入力バスバ246で電気的に接続されている。導電層252と樹脂ケース上に設けられた出力ケーブル取り付け用のナット264とは、出力バスバ242で電気的に接続されている。
The insulating
図12は、モジュール200をモータケースに取付ける前の状態を示した図である。
FIG. 12 is a view showing a state before the
図13は、モジュール200をモータケースに取付けた後の状態を示した図である。
FIG. 13 is a view showing a state after the
図12、図13を参照して、フィン付のIPMモジュール200は、モジュール固定用のボルト287,288によってモータケースに固定される。その際に、フィンは水路281、282に収容される。コンデンサ37の端子275は、バスバ279と部分292において溶接される。またコンデンサ37の端子276は、モータ内部側からモータケース外部に突出しているバスバ277と部分294において溶接される。バスバ277は、防水ゴム278が周囲に設けられておりモータケースとは絶縁されている。
Referring to FIGS. 12 and 13,
次に、図11のナット264とボルト290が締結され、出力バスバ242と出力バスバ274とが電気的に接続される。そして、出力バスバ274は、バスバ277と部分293において溶接される。続いて、入力ケーブル271の端部は、ボルト289と図11のナット262とが締結されることにより、入力バスバ246に電気的に接続される。
Next, the
最後にケース291が固定用ボルト285,286によって、モータケース280に取付けられる。なお、防水ゴム272によってケース291のケーブル穴から水が浸入しないようにされる。
Finally, the
図10〜図13で説明したように、電流型インバータ114をインテリジェントパワーモジュール(IPM)としてモジュール化した場合には、ダイオードが不要となった分モジュールの大きさをより小さくすることが可能となり、モータケースに直接取付けるのに有利となる。
As described with reference to FIGS. 10 to 13, when the
[インバータの配置のバリエーション]
図14は、インバータの配置の第1の例を示した図である。
[Variation of inverter arrangement]
FIG. 14 is a diagram showing a first example of the arrangement of inverters.
図14を参照して、タイヤ306が外周に取付けられたほぼカップ形状のホイール316の内部に、変速機構を有するモータ312が収められている。モータのシャフトが直接ホイール316に接続され、ホイール316はモータ312によって直接的に駆動される。
Referring to FIG. 14, a
このモータの軸を車体側に延長した部分にインバータ314が配置される。インバータ314はモータ312に取付けられており、車体側に設けられている図示しない直流電流生成回路とパワーケーブル304によって接続される。
An inverter 314 is arranged at a portion where the shaft of this motor is extended to the vehicle body side. The inverter 314 is attached to the
図15は、インバータの第2の配置例を示した図である。 FIG. 15 is a diagram illustrating a second arrangement example of inverters.
図15を参照して、タイヤ306が外周に取付けられた略カップ形状のホイール316の内部に、変速機構を有するモータ312が収められている。モータのシャフトが直接ホイール316に接続され、ホイール316はモータ312によって直接的に駆動される。そして変速機構を有するモータ322の上部にインバータ324が取付けられている。
Referring to FIG. 15, a
電圧型インバータは、平滑用の大容量のコンデンサを近くに設けておく必要がある。これに対して電流型インバータは、平滑用のリアクトルを必ずしも近くに配置しなくてもよい。これにより配置の自由度が向上しているので、インバータ324をモータに取付けるためのスペースの確保が容易になっている。
The voltage type inverter needs to have a large capacitor for smoothing nearby. On the other hand, in the current type inverter, the smoothing reactor is not necessarily arranged nearby. As a result, the degree of freedom of arrangement is improved, so that it is easy to secure a space for attaching the
図16〜図19は、電流型インバータを採用した場合の各ユニットの配置のバリエーションを説明するための図である。 FIGS. 16-19 is a figure for demonstrating the variation of arrangement | positioning of each unit at the time of employ | adopting a current type inverter.
図16を参照して、ばね上部分1には電源であるバッテリ10と直流電流生成回路8が配置される。車輪に近いばね下の領域2には車輪を駆動するモータ12と電流型インバータ14とが配置される。そしてばね上部分1とばね下の領域2とを結ぶ経路上においてリアクトル4が配置される。このばね上部分1およびばね下の領域2は、図1に示したばね上部分1およびばね下の領域2Aと対応している。
Referring to FIG. 16, a
図17においては、ばね上部分401に電源であるバッテリ10と直流電流生成回路8とリアクトル4とが配置される。そして車輪に近いばね下の領域402にはモータ12と電流型インバータ14とが配置される。
In FIG. 17, the
図18においては、ばね上部分411に電源であるバッテリ10と直流電流生成回路8とが配置される。そして車輪に近いばね下の領域412にはモータ12と電流型インバータ14とリアクトル4とが配置される。
In FIG. 18, the
図19においてはばね上部分421には電源であるバッテリ10のみが配置され、車輪に近いばね下の領域422にはモータ12と電流型インバータ14とリアクトル4と直流電流生成回路8とが集中的に配置される。
In FIG. 19, only the
そして図16〜図19におけるばね下の領域2,402,412および422は、駆動輪ごとに分離した領域に配置される。たとえば二輪駆動車の場合には、ばね下の領域2,402,412,422はそれぞれ2箇所ずつ設けられ、四輪駆動車の場合は4箇所ずつ設けられる。
The
以上説明したように、自動車の駆動モータの制御に電流型インバータを採用することにより、各ユニットの配置の自由度が向上する。 As described above, by adopting the current type inverter for controlling the drive motor of the automobile, the degree of freedom of arrangement of each unit is improved.
これによりさまざまな車種にインホイールモータを採用することが可能となる。特に、小型車両においては配置の自由度が向上することにより、インホイールモータを採用しやすくなる。 This makes it possible to adopt in-wheel motors for various vehicle types. In particular, in a small vehicle, an in-wheel motor can be easily adopted by improving the degree of freedom of arrangement.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
6A〜6D,306 タイヤ、 12,12A〜12D,312,322 モータ、 4,4A〜4D リアクトル、 8,8A〜8D,108A 直流電流生成回路、 14,14A〜14D,114 電流型インバータ、 2,2A〜2D,402,412,422 ばね下の領域、 10 バッテリ、 11 システムメインリレー、 15 DC/DCコンバータ、 22,28,41,44,51,54,61,64,124,126,141,144,151,154,161,164 IGBT素子、 24,26,42,43,52,53,62,63 ダイオード、 31,131 U相アーム、 32,132 V相アーム、 33,133 W相アーム、 36〜38 コンデンサ、 100 車両、 111 リレー、 200 モジュール、 202,210 基板、 204,206,251〜253 導電層、 211〜216 IC、 221〜226,231〜236 ワイヤ、 241,242,243,245,246,274,277,279 バスバ、 260 樹脂ケース、 262,264 ナット、 268 絶縁層、 270 フィン付放熱板、 271 入力ケーブル、 272,278 防水ゴム、 275,276 端子、 280 モータケース、 281,282 水路、 285〜290 ボルト、 291 ケース、 304 パワーケーブル、 314,324 インバータ、 316 ホイール。 6A-6D, 306 tire, 12,12A-12D, 312,322 motor, 4,4A-4D reactor, 8,8A-8D, 108A DC current generation circuit, 14,14A-14D, 114 current type inverter, 2, 2A to 2D, 402, 412, 422 Unsprung area, 10 battery, 11 system main relay, 15 DC / DC converter, 22, 28, 41, 44, 51, 54, 61, 64, 124, 126, 141, 144, 151, 154, 161, 164 IGBT element, 24, 26, 42, 43, 52, 53, 62, 63 diode, 31, 131 U-phase arm, 32, 132 V-phase arm, 33, 133 W-phase arm, 36-38 capacitors, 100 vehicles, 111 relays, 200 modules 202, 210 substrate, 204, 206, 251 to 253 conductive layer, 211 to 216 IC, 221 to 226, 231 to 236 wire, 241, 242, 243, 245, 246, 274, 277, 279 bus bar, 260 resin case 262, 264 Nut, 268 insulation layer, 270 heat sink with fin, 271 input cable, 272, 278 waterproof rubber, 275, 276 terminal, 280 motor case, 281, 282 waterway, 285-290 bolt, 291 case, 304 power Cable, 314, 324 inverter, 316 wheel.
Claims (6)
前記複数のホイールモータをそれぞれ駆動するインバータとを備え、
前記インバータは、ばね下に配置される電流型インバータであり、
直流電源と、
前記直流電源から受けた電流を複数の前記インバータにそれぞれ供給する複数の直流電流生成回路と、
複数の前記インバータと前記直流電流生成回路とをそれぞれ結ぶ複数の電流供給経路と、
前記複数の電流経路上にそれぞれに配置されるリアクトルとをさらに備え、
前記リアクトルは、ばね下に配置される、車両推進装置。 A plurality of wheel motors provided corresponding to the plurality of wheels, and
An inverter that drives each of the plurality of wheel motors,
The inverter, Ri Oh a current-type inverter is arranged under spring,
DC power supply,
A plurality of DC current generation circuits for supplying the current received from the DC power supply to the plurality of inverters, respectively;
A plurality of current supply paths respectively connecting the plurality of inverters and the direct current generation circuit;
A reactor disposed on each of the plurality of current paths,
The reactor is a vehicle propulsion device arranged under a spring .
前記複数のホイールモータをそれぞれ駆動するインバータとを備え、
前記インバータは、電流型インバータであり、
直流電源と、
制御信号に応答して活性化され、前記直流電源から受けた電流を前記複数のインバータにそれぞれ供給する複数の直流電流生成回路とをさらに備え、
前記複数の直流電流生成回路は、前記複数のインバータを動作停止状態にする場合に前記直流電源と前記インバータとを電気的に分離する、車両推進装置。 A plurality of wheel motors provided corresponding to the plurality of wheels, and
An inverter that drives each of the plurality of wheel motors,
The inverter is a current type inverter,
DC power supply,
A plurality of DC current generation circuits which are activated in response to a control signal and supply currents received from the DC power supply to the plurality of inverters, respectively.
It said plurality of direct current generation circuit electrically isolates the DC power supply and said inverter when said plurality of inverters an operation stop state, drive both propulsion device.
前記第1のアームは、
前記直流電源の高電位側出力ノードと低電位側出力ノードとの間に直列に接続された第1、第2の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含み、
前記第2のアームは、
前記直流電源の高電位側出力ノードと低電位側出力ノードとの間に直列に接続された第3、第4の逆阻止型絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む、請求項5に記載の車両推進装置。 Each of the plurality of DC current generation circuits includes first and second arms connected in parallel between a high potential side output node and a low potential side output node of the DC power supply,
The first arm is
Including first and second reverse blocking insulated gate bipolar transistors connected in series between a high potential side output node and a low potential side output node of the DC power supply;
The second arm is
6. The vehicle propulsion device according to claim 5 , further comprising third and fourth reverse blocking insulated gate bipolar transistors connected in series between a high potential side output node and a low potential side output node of the DC power supply.
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