JP4702300B2 - 負荷駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、負荷駆動装置に関し、より特定的には、スイッチング素子を含んで構成され、電池から電力を受けて電気負荷を駆動する負荷駆動装置に関する。

特許第３７４６３３４号公報（特許文献１）は、永久磁石型同期モータ（ＰＭモータ）の駆動制御装置を開示する。この駆動制御装置は、電力変換器への供給に先立ちかつ指令に応じ、バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧後の電圧値が、ＰＭモータの目標動作点を実現するのに必要な電力変換器の直流端子側電圧を上回るように昇圧回路に昇圧動作を実行させる手段とを備える。

この駆動制御装置においては、ＰＭモータの目標動作点が現在のバッテリ電圧の下での出力可能領域よりも高回転側に位置しているときに、この目標動作点が出力可能領域に含まれるように、バッテリ電圧が昇圧される。この結果、それまで弱め界磁制御によって行なわれていたＰＭモータの力行可能領域の拡張を、弱め界磁電流に起因した損失の発生やこれによるシステム効率の低下を生じることなく実現することができる。
特許第３７４６３３４号公報 特開２００４−１４９０３１号公報 特開２００５−１２５９５６号公報

上述した特許第３７４６３３４号公報に開示された技術において、昇圧回路は、ＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）の直流端子間に順方向直列接続された２個のトランジスタと、これらのトランジスタのそれぞれに逆並列接続された２個のダイオードと、２個のトランジスタの接続点にその一端が接続され、バッテリ側に他端が接続された昇圧リアクトルとを備える構成を有している。このような構成において、２個のトランジスタは、コントローラからの昇圧回路に対する昇圧比の指令に従ってスイッチング動作が制御される。

ところで、特許第３７４６３３４号公報に開示されるような昇圧回路を用いる構成においては、昇圧回路のトランジスタがスイッチング動作を行なうと、そのスイッチング周波数に依存した交流電流（以下、リプル電流とも称する）が発生する。このリプル電流の影響によってバッテリには振動が生じて、騒音が発生するおそれがある。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、リプル電流により発生する電源の振動騒音を抑制可能な負荷駆動装置を提供することである。

この発明によれば、負荷駆動装置は、電源と、スイッチング素子を含んで構成され、スイッチング素子のスイッチング制御により、電源からの直流電力および電気負荷を駆動する交流電力の間で電力変換を行なうための電力変換装置と、電源および電力変換装置の間の給電経路を形成する第１および第２の電力線とを備える。第１の電力線は、電源の一方極と電力変換装置との間に配設され、第２の電力線は、電源の他方極と電力変換装置との間に配設される。第１および第２の電力線は、電源と電力変換装置との位置関係から設定され得る配策構造と比較して、電源および電力変換装置との間で形成される環流経路に囲まれた領域の面積が大きくなるように配設される。

上記の負荷駆動装置によれば、第１および第２の電力線は、電源と電力変換装置との位置関係から通常設定される配策構造に対して、電源、第１および第２の電力線および電力変換装置により構成される環状経路に構造的に存在するインダクタンス値が増加するように配設される。これにより、第１および第２の電力線を高インダクタンス値で構成できるため、電源のインピーダンスが見かけ上高くなり、電力変換装置のスイッチング動作時に電源を流れる直流電流に重畳されるリプル電流を低減することができる。このとき、電力線の配策構造によって必要なインダクタンス値を実現できるため、電源からの振動騒音を抑制することができる。

この発明によれば、負荷駆動装置は、車両に搭載される電気負荷を駆動する。負荷駆動装置は、電源と、スイッチング素子を含んで構成され、スイッチング素子のスイッチング制御により、電源からの直流電力および電気負荷を駆動する交流電力の間で電力変換を行なうための電力変換装置と、電源および電力変換装置の間の給電経路を形成する第１および第２の電力線とを備える。第１の電力線は、電源の一方極と電力変換装置との間に配設され、かつ、車両前後方向に沿った少なくとも一部の区間が、車両幅方向の一方側端部に配設される。第２の電力線は、電源の他方極と電力変換装置との間に配設され、かつ、車両前後方向に沿った少なくとも一部の区間が、車両幅方向の他方側端部に配設される。

上記の負荷駆動装置によれば、第１および第２の電力線を、車両幅方向の両側端部にそれぞれ配設することにより、電源、第１および第２の電力線および電力変換装置により構成される環状経路に囲まれた領域の面積が増加する。これにより、該環状経路に構造的に存在するインダクタンスを増加させて、第１および第２の電力線を高インダクタンス値で構成することができる。

この発明によれば、負荷駆動装置は、車両に搭載される電気負荷を駆動する。負荷駆動装置は、電源と、スイッチング素子を含んで構成され、スイッチング素子のスイッチング制御により、電源からの直流電力および電気負荷を駆動する交流電力の間で電力変換を行なうための電力変換装置と、電源および電力変換装置の間の給電経路を形成する第１および第２の電力線とを備える。第１の電力線は、電源の一方極と電力変換装置との間に配設され、かつ、車両前後方向に沿った少なくとも一部の区間が、車両上下方向の一方側端部に配設される。第２の電力線は、電源の他方極と電力変換装置との間に配設され、かつ、車両前後方向に沿った少なくとも一部の区間が、車両上下方向の他方側端部に配設される。

上記の負荷駆動装置によれば、第１および第２の電力線を、車両上下方向の両側端部にそれぞれ配設することにより、電源、第１および第２の電力線および電力変換装置により構成される環状の電流経路に囲まれた領域の面積が増加する。これにより、該電流経路に構造的に存在するインダクタンスを増加させて、第１および第２の電力線を高インダクタンス値で構成することができる。

好ましくは、第１および第２の電力線は、各々が、少なくとも一部の区間が、車両骨格部材に車両前後方向に延在して形成される空間部に配設される。

上記の負荷駆動装置によれば、第１および第２の電力線を、車両骨格部材に形成される空間部を利用して配設することにより、電力線配設用のスペースを新たに設けることなく、上述した電流経路に構造的に存在するインダクタンスを増加させることができる。

好ましくは、空間部は、車両骨格部材と車両衝突時のエネルギ吸収部材との間に形成される間隙部である。

上記の負荷駆動装置によれば、上述した電流経路の透磁率が高くなって磁束鎖交数が増加するため、該電流経路に構造的に存在するインダクタンスをより一層増加させることができる。

好ましくは、第１および第２の電力線の少なくとも一方は、少なくとも一部の区間が、車両骨格部材に螺旋状に巻き付けられて配設される。

上記の負荷駆動装置によれば、第１および第２の電力線の少なくとも一方の自己インダクタンスが電力線の巻数の２乗に比例して増加することから、第１および第２の電力線のインダクタンス値をさらに増加させることができる。

好ましくは、電気負荷は、車両駆動用のモータであり、電源および電力変換装置は、車両前後方向に距離を隔てて搭載される。

上記の負荷駆動装置によれば、電力線の配策構造によって必要なインダクタンス値を実現できるため、車両駆動用の電源からの振動騒音を抑制することができる
この発明の別の局面によれば、負荷駆動装置は、電源と、スイッチング素子を含んで構成され、スイッチング素子のスイッチング制御により、電源からの直流電力と電気負荷を駆動する交流電力の間で電力変換を行なうための電力変換装置と、電源および電力変換装置の間の給電経路を形成する第１および第２の電力線とを備える。第１の電力線は、電源の一方極と電力変換装置との間に配設され、第２の電力線は、電源の他方極と電力変換装置との間に配設される。第１および第２の電力線の少なくとも一方は、長手方向に沿った少なくとも一部の区間が螺旋状に配設される。

上記の負荷駆動装置によれば、第１および第２の電力線の少なくとも一方の自己インダクタンスが電力線の巻数の２乗に比例して増加する。これにより、第１および第２の電力線が高インダクタンス値で構成されるため、電源のインピーダンスが見かけ上高くなり、電力変換装置のスイッチング動作時に電源を流れる直流電流に重畳されるリプル電流を低減することができる。このとき、電力線の配策構造によって必要なインダクタンス値を実現できるため、負荷駆動装置の体格およびコストを増加させることなく、電源からの振動騒音を抑制することができる。

好ましくは、電気負荷は、車両駆動用のモータである。電源および電力変換装置は、車両前後方向に距離を隔てて搭載される。第１および第２の電力線の少なくとも一方は、車両前後方向に沿った少なくとも一部の区間が、車両骨格部材に螺旋状に巻き付けられて配設される。

上記の負荷駆動装置によれば、第１および第２の電力線の少なくとも一方を車両側部骨格部材に螺旋状に巻き付けて配設することにより、該電力線の自己インダクタンスが電力線の巻数の２乗および透磁率に比例して増加する。これにより、第１および第２の電力線を高インダクタンス値で構成することができる。

好ましくは、第１の電力線と第２の電力線とは、少なくとも一部の区間が、共通の車両骨格部材に巻線方向が互いに逆方向となるように巻き付けられて配設される。

上記の負荷駆動装置によれば、第１および第２の電力線を共通の車両側部骨格部材に逆方向に螺旋状に巻き付けて配設することにより、両電力線で生じる磁束が同方向となるため、磁束鎖交数が増加する。その結果、第１および第２の電力線を高インダクタンス値で構成することができる。

この発明によれば、電源と駆動装置とを結ぶ電力線を配策構造によって高インダクタンス値で構成することより、駆動装置のスイッチング動作に伴ない電源を流れる直流電流に重畳されるリプル電流を低減することができる。その結果、電源の振動騒音を抑制することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

［実施の形態１］
図１は、この発明に従う負荷駆動装置の搭載例として示されるハイブリッド自動車の全体構成を示す概略ブロック図である。

図１を参照して、ハイブリッド自動車５は、バッテリ１０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）２０と、動力出力装置３０と、ディファレンシャルギア（ＤＧ：Differential Gear）４０と、前輪５０Ｌ，５０Ｒと、後輪６０Ｌ，６０Ｒと、フロントシート７０Ｌ，７０Ｒと、リアシート８０とを備える。

バッテリ１０は、リアシート８０の後方部に配置される。そして、バッテリ１０は、ＰＣＵ２０に電気的に接続される。ＰＣＵ２０は、たとえば、フロントシート７０Ｌ，７０Ｒの下部領域、すなわちフロア下領域を利用して配置される。動力出力装置３０は、ダッシュボード９０よりも前側のエンジンルームに配置される。ＰＣＵ２０は、動力出力装置３０と電気的に接続される。動力出力装置３０は、ＤＧ４０と連結される。

直流電源であるバッテリ１０は、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成り、直流電圧をＰＣＵ２０へ供給するとともに、ＰＣＵ２０からの直流電圧によって充電される。

ＰＣＵ２０は、バッテリ１０からの直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して動力出力装置３０に含まれるモータジェネレータを駆動制御する。また、ＰＣＵ２０は、動力出力装置３０に含まれるモータジェネレータが発電した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１０を充電する。すなわち、ＰＣＵ２０は、バッテリ１０によって供給される直流電力と、モータを駆動制御する交流電力およびジェネレータによって発電される交流電力との間で電力変換を行なう「電力変換装置」として設けられている。

動力出力装置３０は、エンジンおよび／またはモータジェネレータによる動力をＤＧ４０を介して前輪５０Ｌ，５０Ｒに伝達して前輪５０Ｌ，５０Ｒを駆動する。また、動力出力装置３０は、前輪５０Ｌ，５０Ｒの回転力によって発電し、その発電した電力をＰＣＵ２０へ供給する。あるいは、モータおよびジェネレータの機能を併せ持つモータジェネレータを動力出力装置３０に設けることも可能である。

ＤＧ４０は、動力出力装置３０からの動力を前輪５０Ｌ，５０Ｒに伝達するとともに、前輪５０Ｌ，５０Ｒの回転力を動力出力装置３０へ伝達する。

図２は、図１に示されたハイブリッド自動車５の駆動システムの構成を説明するブロック図である。

図２を参照して、バッテリ１０とＰＣＵ２０との間は、電力ケーブル１００，１０２によって電気的に接続される。ＰＣＵ２０は、昇圧コンバータ１２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、インバータ１４とを含む。

コンデンサＣ１は、バッテリ１０から電力ケーブル１００，１０２を介して供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ１２へ供給する。

昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。ＩＧＢＴ素子Ｑ１は、コレクタが電源ラインに接続され、エミッタがＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。また、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタはアースラインに接続される。また、ダイオードＤ１，Ｄ２は、各ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２の逆並列ダイオードとして設けられる。

リアクトルＬ１は、一方端が電源ラインに接続され、他方端が各ＩＧＢＴ素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードに接続される。コンデンサＣ２は、電源ラインとアースラインとの間に接続される。

昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置２２から信号ＰＷＭＣを受けると、信号ＰＷＭＣによってＩＧＢＴ素子Ｑ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。

また、昇圧コンバータ１２は、制御装置２２からの信号ＰＷＭＣを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１４から供給された力流電圧を降圧してバッテリ１０を充電する。

コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４へ供給する。電圧センサ１３は、
電圧センサ１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ（インバータ１４への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧Ｖｍを制御装置２２へ出力する。

インバータ１４は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると、制御装置２２からの信号ＰＷＭＩに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定された要求トルクを発生するように駆動される。

また、インバータ１４は、ハイブリッド自動車５の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置２２からの信号ＰＷＭＩに基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車５を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合との回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車速を減速（または加速を中止）させることを含む。

すなわち、交流モータＭ１は、車両駆動用の交流モータ、具体的には、図１に示した動力出力装置３０に含まれるモータジェネレータに相当する。本実施の形態では、交流モータは、代表的に三相モータとして示される。

電流センサ２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置２２へ出力する。

制御装置２２は、外部に設けられたＥＣＵ（Electrical Control Unit）から交流モータＭ１が要求される駆動トルクの目標値（以下、トルク指令値とも称する）ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受け、電圧センサ１３から出力電圧Ｖｍを受け、電圧センサ１１から直流電圧Ｖｂを受け、電流センサ２４からモータ電流ＭＣＲＴを受ける。そして、制御装置２２は、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ、モータ電流ＭＣＲＴに基づいて、インバータ１４が交流モータＭ１を駆動するときにインバータ１４のＩＧＢＴ素子（図示せず）をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４へ出力する。

また、制御装置２２は、インバータ１４が交流モータＭ１を駆動するとき、直流電圧Ｖｂ、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、昇圧コンバータ１２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＣを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。

信号ＰＷＭＣは、昇圧コンバータ１２がバッテリ１０とインバータ１４との間で電圧変換を行なう場合に、昇圧コンバータ１２を駆動するための信号である。そして、制御装置２２は、昇圧コンバータ１２がバッテリ１０からの直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する場合に、出力電圧Ｖｍをフィードバック制御し、出力電圧Ｖｍが電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍになるように、昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＭＣを生成する。

また、制御装置２２は、ハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時において、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＩを生成してインバータ１４へ出力する。この場合、インバータ１４のＩＧＢＴ素子（図示せず）は、信号ＰＷＭＩによってスイッチング制御され、インバータ１４は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２へ供給する。

さらに、制御装置２２は、ハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時において、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＣを生成し、その生成した信号ＰＷＭＣを昇圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されてバッテリ１０に供給される。

以上に述べたように、昇圧コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２がスイッチング制御されることによって、直流電圧を昇圧または降圧させることができる。そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング制御を行なうことにより、昇圧コンバータ１２のリアクトルＬ１を流れる電流（以下、リアクトル電流とも称する）ＩＬには、リプル電流が発生する。

図３を参照して、図２の昇圧コンバータ１２の動作とリアクトル電流ＩＬとの関係を説明する。

図３は、昇圧コンバータ１２に送信される信号ＰＷＭＣの推移を表わす。図３に示すように、信号ＰＷＭＣは、オン状態（ＯＮ）とオフ状態（ＯＦＦ）との間で切換わる。このときのＯＮの時間とＯＦＦの時間との和は、信号ＰＷＭＣの１周期（制御周期）に相当する。制御周期は、昇圧コンバータ１２に含まれるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフするためのキャリア周波数から求めることができる。

そして、このような信号ＰＷＭＣが出力されているとき、リアクトル電流ＩＬには、周期的に増減するリプル電流Ｉｒｐが重畳する。リプル電流Ｉｒｐが増減する周期は、昇圧コンバータ１２の制御周期に一致している。

図４は、図２に示すバッテリ１０、コンデンサＣ１および昇圧コンバータ１２の回路図である。

図４を参照して、昇圧コンバータ１２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２が所定のキャリア周波数でスイッチング制御されている場合、上述したように、リアクトルＬ１には、キャリア周波数に応じたリプル電流Ｉｒｐが流れる。そして、このリプル電流Ｉｒｐは、バッテリ１０に流れるリプル電流ＩｒｐｂとコンデンサＣ１に流れるリプル電流Ｉｒｐｃとの和になる。

Ｉｒｐ＝Ｉｒｐｂ＋Ｉｒｐｃ （１）
そして、バッテリ１０に流れるリプル電流Ｉｒｐｂのピークピーク値をΔＩｒｐｂとし、かつ、コンデンサＣ１に流れるリプル電流Ｉｒｐｃのピークピーク値をΔＩｒｐｃとすると、ΔＩｒｐｂとΔＩｒｐｃとの間には、次式の関係が成立する。

ΔＩｒｐｂ：ΔＩｒｐｃ＝１／Ｚｂ：１／Ｚｃ （２）
ただし、Ｚｂはバッテリ１０のインピーダンスであり、ＺｃはコンデンサＣ１のインピーダンスである。

式（２）から分かるように、バッテリ１０に流れるリプル電流のピークピーク値ΔＩｒｐｂは、バッテリ１０のインピーダンスＺｂに反比例した大きさとなり、インピーダンスＺｂが低くなるほど大きくなる。そして、このバッテリ１０に流れるリプル電流Ｉｒｐｂによってバッテリ１０に膨張収縮作用が生じることにより、空気振動が生じて騒音が発生する。

特に、バッテリ１０をリチウムイオン電池で構成した場合には、その内部抵抗値が低いという特性によって大電流充放電特性が得られる反面、低インピーダンスＺｂに起因してリプル電流Ｉｒｐｂが増大し、騒音の程度が悪化するという問題があった。

さらには、バッテリ１０の電極板に振動が発生すると、経年変化により電極板を形成する活物質の結着力が低下し、バッテリ１０の集電性が悪化するという問題があった。

詳細には、バッテリの電極板は、銅イオンなどの粉末状の活物質を結着剤で結合させて形成される。この活物質は、バッテリの充放電に応じて膨張／収縮し、活物質の膨張／収縮に伴なって活物質同士を結合している結着剤は伸縮する。そして、昇圧回路からのリプル電流を受けて、結着剤の伸縮が長期間にわたって繰返されると、結着剤が経年変化し、結着剤による結合力が低下することにより活物質が脱落することによって、バッテリの集電性が悪化してしまう。

ここで、バッテリ１０に流れるリプル電流Ｉｒｐｂを低減するためには、上述した式（２）の関係から、バッテリ１０に並列に接続されたコンデンサＣ１のインピーダンスＺｃを下げる手段が有効であると思われる。しかしながら、この手段は、コンデンサＣ１を容量の大きい大型の素子で構成することが必要となり、負荷駆動装置の体格およびコストを増大させる不具合に繋がる。

また、別の手段としては、昇圧コンバータ１２のリアクトルＬ１のインダクタンスを高くすることによってリアクトル電流ＩＬのリプル電流Ｉｒｐを低減することが挙げられる。しかしながら、リアクトルＬ１は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング制御に応答してバッテリ１０またはインバータ１４との間で電力を蓄積／開放することによって電圧変換動作を遂行させることから、制御応答性を担保する観点からインダクタンスの増加には限界がある。

そこで、この発明による負荷駆動装置においては、図４に示すように、バッテリ１０とコンデンサＣ１との間に接続された電力ケーブル１００，１０２を高インダクタンス値で構成することによって、バッテリ１０のインピーダンスＺｂを見かけ上高くすることとする。

このような構成とすることにより、この発明による負荷駆動装置は、以下に述べるように、装置の体格およびコストを増大させることなく、バッテリ１０の振動騒音を抑制することが可能となる。特に、本願発明を、バッテリ１０がリチウムイオン電池で構成された負荷駆動装置に適用した場合には、見かけ上のインピーダンスが高められることによって、効果的に振動騒音を抑制することができる。さらには、バッテリ１０の集電性の悪化を抑制することも可能となる。

詳細には、昇圧コンバータ１２のリアクトルＬ１から見たバッテリ１０のインピーダンスは、本来のバッテリ１０のインピーダンスＺｂに対して、電力ケーブル１００，１０２のインダクタンスＬｐ１，Ｌｐ２と、電力ケーブル１００，１０２を介してバッテリ１０およびＰＣＵの間に形成される閉回路に構造的に存在するインダクタンス（以下、ループインダクタンスとも称する）Ｌｐｒとを加算した値となる。したがって、インダクタンスＬｐ１，Ｌｐ２およびループインダクタンスＬｐｒの少なくとも１つを高くすることによって、式（２）の関係に照らして、バッテリ１０に流れるリプル電流Ｉｒｐｂを低減することができる。その結果、リプル電流Ｉｒｐｂによるバッテリ１０の膨張収縮作用に起因して発生する振動騒音を抑制することができる。

そして、このときの電力ケーブル１００，１０２のインダクタンスＬｐ１，Ｌｐ２およびループインダクタンスＬｐｒは、昇圧コンバータ１２のリアクトルＬ１（数百ｎＨ程度）と比較して、インダクタンス値が低い（数ｎＨ程度）ことから、電力ケーブル１００，１０２の配策構造によって実現することができる。すなわち、上述したようなコンデンサＣ１のインピーダンスＺｃを下げる場合と比較して、負荷駆動装置の体格およびコストが増大するのを回避することができる。

より詳細には、電力ケーブル１００，１０２のインダクタンス値は、バッテリＢに流れるリプル電流のピークピーク値ΔＩｒｐｂが騒音を抑制できる所定の許容電流値を超えないように設定される。具体的には、バッテリＢの膨張収縮作用により発生する騒音の程度が所定の許容レベルを超えないように、リプル電流Ｉｒｐｂのピークピーク値ΔＩｒｐｂに所定の閾値Ｉｌｉｍを設定する。そして、式（２）の左辺が、この閾値Ｉｌｉｍと、リアクトルＬ１に流れるリプル電流のピークピーク値ΔＩｒｐから閾値Ｉｌｉｍを差し引いた値との比（＝Ｉｌｉｍ：ΔＩｒｐ−Ｉｌｉｍ）に一致するように、バッテリＢのインピーダンスＺｂが決定される。そして、その決定されたインピーダンスＺｂに基づいて、電力ケーブル１００，１０２のインダクタンス値が設定される。このとき設定されたインダクタンス値は、数ｎＨ程度であり、昇圧コンバータ１２のリアクトルＬ１のインダクタンス（数百ｎＨ程度）と比較して著しく低いものとなる。そのため、以下に示すように、電力ケーブル１００，１０２の配策構造によって当該インダクタンス値を実現することができる。

［電力ケーブルの配策構造］
次に、この発明の実施の形態による電力ケーブルの配策構造について詳細に説明する。

以下では、最初に、比較のために、図５を用いて従来より一般的に採用されている電力ケーブルの配策構造を説明する。次に、図６を用いて、この発明の実施の形態１による電力ケーブルの配策構造を説明する。

図５を参照して、従来の配策構造では、電力ケーブル１００，１０２は、リアシート（図１）後方部に配置されるバッテリ１０と、フロントシート（図１）の下部領域、すなわちフロア下領域に配置されるＰＣＵ２０との間を、車両前後方向に向けて略平行に配設される。なお、この配策構造は、バッテリ１０とＰＣＵ２０との位置関係から設定され得る配策構造の一例である。

図５の例では、電力ケーブル１００，１０２は、リアシート下部でフロアパネルを貫通して車室外に出た後、フロア下領域に設けられたリインホースメント（車両骨格部材）沿いを通過してＰＣＵ２０に接続される。

なお、図５に示される領域ＲＧＥ１は、バッテリ１０の正極〜電力ケーブル１００〜ＰＣＵ２０〜電力ケーブル１０２〜バッテリ１０の負極を電流経路とする閉回路において、構造上、当該閉回路によって囲まれた領域である。図５に示した配策構造では、領域ＲＧＥ１の面積Ｓ１は、電力ケーブル１００，１０２の配線長とケーブル間隔とを積算した値で概算することができる。

また、この閉回路に存在するループインダクタンスＬｒｐは、閉回路を巻数ｎ＝１の無限長ソレノイドと近似することにより、式（３）のように表わすことができる。

Ｌｒｐ＝μｎ^２Ｓ＝μＳ （３）
ただし、μは閉回路の透磁率であり、Ｓは閉回路に囲まれた領域ＲＧＥ１の面積（Ｓ＝Ｓ１）である。

式（３）から分かるように、ループインダクタンスＬｒｐは、閉回路に囲まれた領域の面積Ｓに比例して増加することが分かる。したがって、電力ケーブル１００，１０２を、バッテリ１０とＰＣＵ２０との位置関係から設定され得る配策構造と比較して、当該領域の面積Ｓが大きくなるように配設することによって、ループインダクタンスＬｒｐを増加させることができる。

具体的には、例えば図６を参照して、電力ケーブル１００は、車両前後方向に沿った一部の区間が車両幅方向（車両側方）の右側端部に配設され、電力ケーブル１０２は、車両前後方向に沿った一部の区間が車両幅方向の左側端部に配設される。

図６に示した例では、電力ケーブル１００および電力ケーブル１０２の一部の区間を車両幅方向の両端部にそれぞれ配設することによってケーブル間隔を可能な限り広げ、閉回路に囲まれた領域ＲＧＥ２の面積Ｓ２の増加を実現している。

図７は、図６に示した配策構造が適用されるハイブリッド自動車５の斜視図である。
図７を参照して、ハイブリッド自動車５には、車両幅方向において、車両側面の一部を形成するロッカーアウターリインホースメント２００Ｒ，２００Ｌが車両前後方向に延在している。ロッカーアウターリインホースメント２００Ｒ，２００Ｌは、車両側部骨格部材を構成する。

かかる車体構造において、電力ケーブル１００は、車両前後方向に沿った一部の区間が、車両右側部骨格部材を構成するロッカーアウターリインホースメント２００Ｒの車両幅方向内側面に沿って配設される。そして、電力ケーブル１０２は、車両前後方向に沿った一部の区間が、車両左側部骨格部材を構成するロッカーアウターリインホースメント２００Ｌの車両幅方向内側面に沿って配設される。

図８は、図７のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
図８を参照して、ロッカーアウターリインホースメント２００Ｌは、車両幅方向の断面が車両幅方向内側に開口された略コの字型の形状を有している。

また、ロッカーアウターリインホースメント２００Ｌの車両幅方向内側には、車両側方衝突時のエネルギ吸収部材である、フロアサイドメンバー２０４とセンターボデーピラー２０６が略平行に車両前後方向に延在して設けられる。特に、フロアサイドメンバー２０４は、車両幅方向に配設されたフロントクロスメンバーおよびリヤフロアクロスメンバー（図示せず）に結合されており、主に車両側方衝突時のエネルギを効率良く吸収・分散させ、車室の変形を最小限に抑える役割を果たしている。ロッカーアウターリインホースメント２００Ｌ、フロアサイドメンバー２０４およびセンターボデーピラー２０６は、軽量かつ剛性に優れた鋼板からなる。

そして、ロッカーアウターリインホースメント２００Ｌとセンターボデーピラー２０６とは、車両上下方向の両端面が結合されている。これにより、ロッカーアウターリインホースメント２００Ｌの車両幅方向内側面とセンターボデーピラー２０６の車両幅方向外側面との間には、車両前後方向に延在する空間部が形成される。

以上の構成において、電力ケーブル１０２は、該空間部に配設される。なお、図示は省略するが、電力ケーブル１００も同様に、車両右方側面に位置するロッカーアウターリインホースメント２００Ｒとセンターボデーピラー２０６との間に形成される空間部に配設される。

図７および図８に示したように、車両側部骨格部材に沿って電力ケーブル１００，１０２を配設することにより、ケーブル配線用のスペースを新たに設けることなく、図６に示す配策構造を実現することができる。これにより、車両の客室および荷室のスペースを犠牲にすることなく、閉回路のループインダクタンスＬｐｒ（図４）を増加させることができる。

さらに、電力ケーブル１００，１０２を、車両側部骨格部材と車両側方衝突時のエネルギ吸収部材との間に形成される空間部に配設することにより、閉回路の透磁率μが高くなるため、該閉回路における磁束鎖交数が増加する。したがって、ループインダクタンスＬｒｐをより一層増加させることができる。

したがって、電力ケーブル１００，１０２が高インダクタンス値で構成することが可能となり、バッテリ１０を流れるリプル電流Ｉｒｐｂを低減することができる。その結果、負荷駆動装置の体格およびコストを増大させることなく、バッテリ１０の振動騒音を抑制することが可能となる。また、バッテリ１０の集電性の悪化も抑制できる。

なお、本実施の形態１では、電力ケーブル１００および電力ケーブル１０２の一部の区間を車両幅方向の両端部にそれぞれ配設する構成としたが、該一部の区間を車両上下方向の両端部にそれぞれ配設する構成としても同様の効果を得ることができる。

［変形例］
図９は、この発明の実施の形態１の変形例による電力ケーブルの配策構造を説明するための図である。

図９を参照して、本変形例において、電力ケーブル１００，１０２は、バッテリ１０とＰＣＵ２０との間を、車両の前後方向に向けて略平行に配設される。このとき、電力ケーブル１００は、車両前後方向に沿った少なくとも一部の区間において、電力ケーブル１０２との間隔が他の区間における該間隔よりも長くなるように配設される。

具体的には、電力ケーブル１０２は、車両前後方向に沿った一部の区間が車両幅方向の左側端部に配設される。電力ケーブル１００は、電力ケーブル１０２と略平行に配設され、かつ、その車両前後方向に沿った一部の区間において、電力ケーブル１００との間隔が他の区間における間隔よりも長くなるように配設される。

すなわち、図９の例では、車両前後方向に沿って電力ケーブル１００と電力ケーブル１０２との間隔が相対的に長くなる区間を設けることによって、従来の配策構造と比較して、閉回路に囲まれた領域ＲＧＥ３の面積Ｓ３の増加を実現している。なお、領域ＲＧＥ３の面積Ｓ３は、当該区間の車両前後方向の長さおよびケーブル間隔を変更することによって調整することができる。したがって、上述した図６の配策構造では電力ケーブル１００，１０２のインダクタンス値が大きくなり過ぎる場合には、図９に示すような配策構造を採用すればよい。

図１０は、図９に示した配策構造が適用されるハイブリッド自動車５の斜視図である。
図１０を参照して、ハイブリッド自動車５には、車両幅方向において、車両左方側面の一部を形成するロッカーアウターリインホースメント２００Ｌと、ルーフサイドアウターレール３００とが車両前後方向に延在している。ロッカーアウターリインホースメント２００Ｌおよびルーフサイドアウターレール３００は、車両左側部骨格部材を構成する。

かかる車体構造において、電力ケーブル１００は、車両前後方向に沿った一部の区間が、ルーフサイドアウターレール３００の車両幅方向内側面に沿って配設される。そして、電力ケーブル１０２は、車両前後方向に沿った一部の区間が、ロッカーアウターリインホースメント２００Ｌの車両幅方向内側面に沿って配設される。

そして、電力ケーブル１０２は、その一部の区間において、図８で説明したのと同様に、ロッカーアウターリインホースメント２００Ｌの車両幅方向内側面とセンターボデーピラー２０６（図示せず）の車両幅方向外側面との間に形成される空間部に配設される。

また、図示は省略するが、ルーフサイドアウターレール３００の車両幅方向内側には、車両側方衝突時のエネルギ吸収部材である、センターボデーピラーが略平行に車両前後方向に延在して設けられている。電力ケーブル１００は、車両前後方向に沿った一部の区間が、ルーフサイドアウターレール３００の車両幅方向内側面とセンターボデーピラーの車両幅方向外側面との間に形成される空間部に配設される。

図１０に示したように、車両側部骨格部材に沿って電力ケーブル１００，１０２を配設することにより、ケーブル配線用のスペースを新たに設けることなく、図９に示す配策構造を実現することができる。これにより、車両の客室および荷室のスペースを犠牲にすることなく、閉回路のループインダクタンスＬｐｒを増加させることができる。

さらに、電力ケーブル１００，１０２を、車両側部骨格部材と車両側方衝突時のエネルギ吸収部材との間に形成される空間部に配設することにより、閉回路の透磁率μが高くなるため、該閉回路における磁束鎖交数が増加する。したがって、ループインダクタンスＬｒｐをより一層増加させることができる。

［実施の形態２］
図１１は、この発明の実施の形態２による電力ケーブルの配策構造が適用されるハイブリッド自動車５の斜視図である。

図１１を参照して、ハイブリッド自動車５には、車両幅方向において、車両左方側面の一部を形成するロッカーアウターリインホースメント２００Ｌと、ドアベルトラインリインホースメント４００とが車両前後方向に延在している。ロッカーアウターリインホースメント２００Ｌおよびドアベルトラインリインホースメント４００は、車両左側部骨格部材を構成する。

かかる車体構造において、電力ケーブル１０２は、車両前後方向に沿った一部の区間が、ロッカーアウターリインホースメント２００Ｌの車両幅方向内側面に沿って配設される。なお、電力ケーブル１０２は、当該一部の区間において、図８で説明したのと同様に、ロッカーアウターリインホースメント２００Ｌの車両幅方向内側面とセンターボデーピラー２０６（図示せず）の車両幅方向外側面との間に形成される空間部に配設される。

一方、電力ケーブル１００は、車両前後方向に沿った少なくとも一部の区間が、ドアベルトラインリインホースメント４００に螺旋状に巻き付けられて配設される。電力ケーブル１００をこのような構成とすることにより、電力ケーブル１００のインダクタンスＬｐ１（図４）を増加することができる。このとき、インダクタンスＬｐ１は、電力ケーブル１００の巻数の２乗とドアベルトラインリインホースメント４００の透磁率とに比例して増加する。

図１１に示したように、車両前後方向に沿って電力ケーブル１００と電力ケーブル１０２との間隔が相対的に長くなる区間を設けるとともに、電力ケーブル１００を車両側部骨格部材に巻き付けて配設する構成とすることにより、閉回路に存在するループインダクタンスＬｐｒ（図４）と、電力ケーブル１００のインダクタンスＬｐ１とを増加することができる。その結果、電力ケーブル１００，１０２を高インダクタンス値で構成することが可能となるため、バッテリを流れるリプル電流Ｉｒｐｂを低減することができる。

なお、図１１の例では、一方の電力ケーブル１００のみを車両側部骨格部材に巻き付けて配設する構成としたが、他方の電力ケーブル１０２も同様に車両側部骨格部材に巻き付けて配設する構成としてもよい。かかる構成によれば、電力ケーブル１０２のインダクタンスＬｐ２も増加するため、さらに電力ケーブル１００，１０２のインダクタンスを大きくすることができる。

［変形例］
図１２は、この発明の実施の形態２の変形例による電力ケーブルの配策構造を説明するための図である。

図１２を参照して、本変形例において、電力ケーブル１００，１０２は、共通の車両側部骨格部材（例えばドアベルトラインリインホースメント４００）に螺旋状に巻き付けられて配設される。

具体的には、電力ケーブル１００は、車両前後方向に沿った一部の区間が、ドアベルトラインリインホースメント４００に第１の巻線方向に螺旋状に巻き付けられて配設される。そして、電力ケーブル１０２は、車両前後方向に沿った一部の区間が、ドアベルトラインリインホースメント４００に第１の巻線方向とは逆方向となる第２の巻線方向に螺旋状に巻き付けられて配設される。

このような配策構造とすることにより、各電力ケーブル１００，１０２のインダクタンスＬｐ１，Ｌｐ２は、巻数の２乗とドアベルトラインリインホースメント４００の透磁率とに比例して増加する。さらに、両電力ケーブルで生じる磁束が同方向となるため、磁束鎖交数が増加する。その結果、電力ケーブル１００，１０２を高インダクタンス値で構成することが可能となり、バッテリを流れるリプル電流Ｉｒｐｂを低減することができる。

なお、図１１および図１２に示した配策構造では、電力ケーブル１００，１０２の少なくとも一方を車両側部骨格部材に巻き付けて配設する構成としたが、該電力ケーブルを単に車両前後方向に沿って螺旋状に配設することによっても、該電力ケーブルのインダクタンスを増加させることができる。このような場合、電力ケーブルのインダクタンスは、巻数の２乗に比例して増加する。

上述したように、この発明の実施の形態１および２では、ＰＣＵ２０は、ハイブリッド自動車に搭載されるとして説明したが、この発明においてＰＣＵ２０は、電気自動車または燃料電池自動車に搭載されてもよい。さらに、この発明の適用は、このような構成に限定されるものではなく、スイッチング素子を含んで構成され、電源から電力を受けて自動車の他の電気負荷を駆動する負荷駆動装置において、この発明を共通に適用することが可能である。

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、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。

この発明は、スイッチング素子を含んで構成され、電池から電力を受けて電気負荷を駆動する負荷駆動装置に適用することができる。

この発明に従う負荷駆動装置の搭載例として示されるハイブリッド自動車の全体構成を示す概略ブロック図である。 図１に示されたハイブリッド自動車の駆動システムの構成を説明するブロック図である。 昇圧コンバータに送信される信号ＰＷＭＣのタイミングチャートである。 図２に示すバッテリ、コンデンサおよび昇圧コンバータの回路図である。 電力ケーブルの一般的な配策構造を説明するための図である。 この発明の実施の形態１による電力ケーブルの配策構造を説明するための図である。 図６に示した配策構造が適用されるハイブリッド自動車の斜視図である。 図７のＡ−Ａ断面を示す断面図である。 この発明の実施の形態１の変形例による電力ケーブルの配策構造を説明するための図である。 図９に示した配策構造が適用されるハイブリッド自動車の斜視図である。 この発明の実施の形態２による電力ケーブルの配策構造が適用されるハイブリッド自動車の斜視図である。 この発明の実施の形態２の変形例による電力ケーブルの配策構造を説明するための図である。

符号の説明

５ ハイブリッド自動車、１０ バッテリ、１１，１３ 電圧センサ、１２ 昇圧コンバータ、１４ インバータ、２２ 制御装置、２４ 電流センサ、３０ 動力出力装置、５０Ｌ，５０Ｒ 前輪、６０Ｌ，６０Ｒ 後輪、７０Ｌ，７０Ｒ フロントシート、８０ リアシート、９０ ダッシュボード、１００，１０２ 電力ケーブル、２００Ｒ，２００Ｌ ロッカーアウターリインホースメント、２０４ フロアサイドメンバー、２０６ センターボデーピラー、３００ ルーフサイドアウターレール、４００ ドアベルトラインリインホースメント、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、Ｍ１ 交流モータ、Ｑ１，Ｑ２ ＩＧＢＴ素子。

Claims (8)

1. 車両に搭載される電気負荷を駆動する負荷駆動装置であって、
   電源と、
   スイッチング素子を含んで構成され、前記スイッチング素子のスイッチング制御により、前記電源からの直流電力および前記電気負荷を駆動する交流電力の間で電力変換を行なうための電力変換装置と、
   前記電源および前記電力変換装置の間の給電経路を形成する第１および第２の電力線とを備え、
   前記第１の電力線は、前記電源の一方極と前記電力変換装置との間に配設され、かつ、車両前後方向に沿った少なくとも一部の区間が、車両幅方向の一方側端部に配設され、
   前記第２の電力線は、前記電源の他方極と前記電力変換装置との間に配設され、かつ、前記車両前後方向に沿った少なくとも一部の区間が、前記車両幅方向の他方側端部に配設される、負荷駆動装置。
2. 車両に搭載される電気負荷を駆動する負荷駆動装置であって、
   電源と、
   スイッチング素子を含んで構成され、前記スイッチング素子のスイッチング制御により、前記電源からの直流電力および前記電気負荷を駆動する交流電力の間で電力変換を行なうための電力変換装置と、
   前記電源および前記電力変換装置の間の給電経路を形成する第１および第２の電力線とを備え、
   前記第１の電力線は、前記電源の一方極と前記電力変換装置との間に配設され、かつ、車両前後方向に沿った少なくとも一部の区間が、車両上下方向の一方側端部に配設され、
   前記第２の電力線は、前記電源の他方極と前記電力変換装置との間に配設され、かつ、前記車両前後方向に沿った少なくとも一部の区間が、前記車両上下方向の他方側端部に配設される、負荷駆動装置。
3. 前記第１および第２の電力線は、各々が、前記少なくとも一部の区間が、車両骨格部材に前記車両前後方向に延在して形成される空間部に配設される、請求項１または請求項２に記載の負荷駆動装置。
4. 前記空間部は、前記車両骨格部材と前記車両衝突時のエネルギ吸収部材との間に形成される間隙部である、請求項３に記載の負荷駆動装置。
5. 前記第１および第２の電力線の少なくとも一方は、前記少なくとも一部の区間が、車両骨格部材に螺旋状に巻き付けられて配設される、請求項１または請求項２に記載の負荷駆動装置。
6. 前記電気負荷は、車両駆動用のモータであり、
   前記電源および前記電力変換装置は、車両前後方向に距離を隔てて搭載される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
7. 電源と、
   スイッチング素子を含んで構成され、前記スイッチング素子のスイッチング制御により、前記電源からの直流電力および電気負荷を駆動する交流電力の間で電力変換を行なうための電力変換装置と、
   前記電源および前記電力変換装置の間の給電経路を形成する第１および第２の電力線とを備え、
   前記第１の電力線は、前記電源の一方極と前記電力変換装置との間に配設され、
   前記第２の電力線は、前記電源の他方極と前記電力変換装置との間に配設され、
   前記電気負荷は、車両駆動用のモータであり、
   前記電源および前記電力変換装置は、車両前後方向に距離を隔てて搭載され、
   前記第１および第２の電力線の少なくとも一方は、前記車両前後方向に沿った少なくとも一部の区間が、車両骨格部材に螺旋状に巻き付けられて配設される、負荷駆動装置。
8. 前記第１の電力線と前記第２の電力線とは、前記少なくとも一部の区間が、共通の前記車両骨格部材に巻線方向が互いに逆方向となるように巻き付けられて配設される、請求項７に記載の負荷駆動装置。

Images