JP4899817B2

JP4899817B2 - 電気機器の接続構造

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Publication number: JP4899817B2
Application number: JP2006311614A
Authority: JP
Inventors: 敏広瀬; 豊堀田; 直義高松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2026-11-17
Also published as: JP2008131698A

Description

本発明は、電気機器の接続構造に関し、特に、互いに隣接する位置に配設される複数の電気機器の接続構造に関する。

回転電機とインバータとを一体化することが従来から行なわれている。このような構成は、たとえば特開２００４−３４３８４５号公報（特許文献１）および特開２００４−２１５３５５号公報（特許文献２）に記載されている。

また、特開２０００−１６６２４８号公報（特許文献３）においては、コンデンサと出力端子との間にリアクトルおよびダイオードを含む回路を構成して短絡電流を防止するようにした電力変換装置が開示されている。
特開２００４−３４３８４５号公報特開２００４−２１５３５５号公報特開２０００−１６６２４８号公報

特許文献１，２に記載されたように、複数の電気機器を一体化した場合、それらの電気的な接続距離が短くなるため、電気回路のインダクタンスが減少する。その結果、短絡発生時の電流の立ち上がりが速くなり、過電流保護装置が作動する前に電気機器に大電流が流れてしまう場合がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、複数の電気機器を一体化する場合において、接続回路のインダクタンスの低下を抑制することが可能な電気機器の接続構造を提供することにある。

本発明に係る電気機器の接続構造は、第１のハウジング内に収納される第１の電気機器と、第１のハウジングに隣接する位置に設けられる第２のハウジング内に収納される第２の電気機器と、第１と第２の電気機器を電気的に接続する電気回路とを備え、電気回路は、該電気回路のインダクタンスを増加させるインダクタンス増加部を有する。

上記構成によれば、電気回路のインダクタンスを増加させるインダクタンス増加部が形成されることにより、短絡発生時の電流の立ち上がりが抑制され、過電流保護装置が作動する前に電気機器に大電流が流れることを防止することが可能になる。

１つの例として、電気回路は第１と第２のハウジングの間に設けられる第１と第２の端子を含み、第１と第２の端子は、該第１と第２の端子の間にループを形成するように互いに離れる方向に突出する湾曲部をそれぞれ有し、ループが形成されることでインダクタンス増加部が構成される。

他の局面では、上記電気機器の接続構造において、インダクタンス増加部は、電気回路の周囲に磁性体を含むコアを設けることにより構成される。

上記構成によれば、電気回路の周囲にコアが設けられることにより、リアクトルが構成され、電気回路のインダクタンスが増加する。

１つの例として、上記電気機器の接続構造において、第１の電気機器は回転電機制御装置であり、第２の電気機器は、回転電機制御装置に制御される回転電機を含む車両の駆動装置である。

本発明によれば、複数の電気機器を一体化する場合において、接続回路のインダクタンスの低下を抑制することができる。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係る電気機器の接続構造が適用される回転電機制御装置の概略ブロック図である。

回転電機制御装置１００は、電動車両に搭載され、図１に示すように、直流電源Ｂと、インバータ１１０，１２０と、コンデンサ１３０と、制御装置１４０とを備える。

インバータ１１０は、Ｕ相アーム１１１、Ｖ相アーム１１２およびＷ相アーム１１３から成る。Ｕ相アーム１１１、Ｖ相アーム１１２およびＷ相アーム１１３は、ノードＮ１とノードＮ２との間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１１１は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４を含み、Ｖ相アーム１１２は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６を含み、Ｗ相アーム１１３は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８を含む。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオー
ドＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

インバータ１２０は、Ｕ相アーム１２１、Ｖ相アーム１２２およびＷ相アーム１２３から成る。Ｕ相アーム１２１、Ｖ相アーム１２２およびＷ相アーム１２３は、ノードＮ１とノードＮ２との間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１２１は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ９，Ｑ１０を含み、Ｖ相アーム１２２は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ１１，Ｑ１２を含み、Ｗ相アーム１２３は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ１３，Ｑ１４を含む。また、各ＮＰＮトランジスタＱ９〜Ｑ１４のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ９〜Ｄ１４がそれぞれ接続されている。

インバータ１１０の各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。インバータ１２０の各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、３相の永久磁石モータジェネレータであり、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成される。そして、モータジェネレータＭＧ１のＵ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。また、モータジェネレータＭＧ２のＵ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ９，Ｑ１０の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ１１，Ｑ１２の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ１３，Ｑ１４の中間点にそれぞれ接続されている。

コンデンサ１３０は、ノードＮ１とノードＮ２との間にインバータ１１０，１２０に並列に接続される。

直流電源Ｂは、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る。インバータ１１０は、制御装置１４０からの駆動信号ＤＲＶ１に基づいて、コンデンサ１３０からの直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。インバータ１２０は、制御装置１４０からの駆動信号ＤＲＶ２に基づいて、コンデンサ１３０からの直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。

コンデンサ１３０は、直流電源Ｂ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１１０，１２０へ供給する。

次に、図２を用いて、回転電機制御装置１００およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を含む駆動装置２００の配置について説明する。図２を参照して、回転電機制御装置１００は、ハウジング１００Ａ内に設けられる。また、駆動装置２００は、ハイブリッド車両を駆動する駆動装置であって、ハウジング２００Ａ内に設けられる。

ハウジング１００Ａ，２００Ａは、互いに隣接するように設けられている。回転電機制御装置１００に含まれるインバータ１１０，１２０と駆動装置２００に含まれるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とは、電気回路３００を介して電気的に接続されている。

図３は、比較例に係る電気機器の接続構造を示す図である。図３を参照して、本比較例においては、ハウジング１００Ａ，２００Ａは、互いに離間するように設けられている。回転電機制御装置１００に含まれるインバータ１１０，１２０と駆動装置２００に含まれるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とは、ケーブル３００Ａを介して電気的に接続されている。

本実施の形態によれば、図２に示すように、ハウジング１００Ａ，２００Ａを隣接させることで、搭載性向上を図ることができる。他方、本実施の形態のように、ハウジング１００Ａ，２００Ａを一体化することで、インバータ１１０，１２０とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２との間のインダクタンス成分が小さくなる。

図９は、インダクタンスの大きさと電流の増加との関係について説明する図である。図９に示すように、インバータとモータジェネレータと間のインダクタンス成分が比較的大きい場合（Ｌ値大の場合）、時刻ｔ０で短絡が発生した後、時刻ｔ１においてインバータ１１０，１２０に流れる電流がデバイスの許容電流Ｉcriに達するのに対し、インバータとモータジェネレータと間のインダクタンス成分が比較的小さい場合（Ｌ値小の場合）、時刻ｔ０で短絡が発生した後、時刻ｔ１よりも早い時刻ｔ２においてインバータ１１０，１２０に流れる電流がデバイスの許容電流Ｉcriに達する。このように、インダクタンス成分が小さい場合は、短絡発生後の電流立ち上がりが速くなる傾向にあり、過電流保護装置が動作する前にインバータに大電流が流れる場合がある。

本実施の形態では、インバータに大電流が流れることを抑制するため、ハウジング１００Ａ，２００Ａが一体化された構造において、インバータとモータジェネレータと間のインダクタンス成分を増加させる機構を設けている。

図４は、インダクタンスを増加させる機構の一例を示した図である。図４の例では、電気回路３００に含まれる「第１と第２の端子」としての出力端子３００Ｎ，３００Ｐに湾曲部３０００Ｎ，３０００Ｐを設けている。湾曲部３０００Ｎは、出力端子３００Ｎが出力端子３００Ｐから離れるように湾曲し、湾曲部３０００Ｐは、出力端子３００Ｐが出力端子３００Ｎから離れるように湾曲している。このようにすることで、図５に示すように、電気回路３００によりループが形成され、インバータとモータジェネレータと間のインダクタンス成分が増加する。この結果、回転電機制御装置１００および駆動装置２００の搭載性を犠牲にすることなく、負荷短絡時の電流の立ち上がりを遅くすることができる。

なお、図４，図５では、説明の便宜上、２つの出力端子３００Ｎ，３００Ｐの例について説明したが、本実施の形態に係るモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、三相モータであるため、電気回路３００は、図６に示すように、それぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相用の出力端子である出力端子３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗを含む。この場合、出力端子３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗには、それぞれ湾曲部３０００Ｕ，３０００Ｖ，３０００Ｗが形成される。図６の例においても、出力端子３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗを含む電気回路３００によりループが形成される。

図７は、インダクタンス成分を増加させる機構の他の例を示した図である。図７の例では、電気回路３００は、バスバー３０１Ｕ，３０ＩＶ，３０１Ｗと、コア３１０と、樹脂部３２０とを含んで構成される。

コア３１０は、たとえば鉄などの磁性体により構成され、各々のバスバーの周囲に設けられる。樹脂部３２０は、バスバー３０１Ｕ，３０ＩＶ，３０１Ｗおよびコア３１０をモールドする。

上記のように、バスバーの周囲に磁性体からなるコアを設けることで、リアクトルが構成され、インバータとモータジェネレータと間のインダクタンス成分が増加する。結果として、回転電機制御装置１００および駆動装置２００の搭載性を犠牲にすることなく、負荷短絡時の電流の立ち上がりを遅くすることができる。

なお、図８に示すように、図７における樹脂部３２０に代えてゴムからなるブッシュ３３０が用いられてもよい。さらに、これらに代えて、グロメットが用いられてもよい。上記のように、樹脂やゴムでコア３１０を覆うことにより、コア３１０の振動を吸収してノイズを低減することができる。また、バスバー３０１Ｕ，３０ＩＶ，３０１Ｗとコア３１０とを一体で成型することで、構成部品点数を増やすことなく電流の立ち上がりを抑制することができる。

図４〜図８において説明した機構により増加させるインダクタンスは、たとえば１μＨ程度である。これは、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の負荷インダクタンスと比較して十分小さい。また、本実施の形態でインダクタンス成分を増加させる部分（図１中のＡ部）は、インダクタンス成分がインバータサージの発生に寄与する領域から外れており、この部分に追加したインダクタンス成分によりインバータサージが発生しやすくなることは無い。

上述した内容について要約すると、以下の様になる。すなわち、本実施の形態に係る電気機器の接続構造は、「第１のハウジング」としてのハウジング１００Ａ内に収納される「第１の電気機器」としての回転電機制御装置１００と、ハウジング１００Ａに隣接する位置に設けられる「第２のハウジング」としてのハウジング２００Ａ内に収納される「第２の電気機器」としての駆動装置２００と、回転電機制御装置１００と駆動装置２００とを電気的に接続する電気回路３００とを備える。電気回路３００は、該電気回路３００のインダクタンスを増加させる「インダクタンス増加部」を有する。

図６の例では、「インダクタンス増加部」は、回転電機制御装置１００の出力端子３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗに略コの字状の湾曲部３０００Ｕ，３０００Ｖ，３０００Ｗを形成することで構成される。なお、湾曲部は、必ずしも出力端子３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗのすべてに形成される必要は無く、少なくとも１つの出力端子に構成されていれば、インダクタンスの増加が期待できる。

図７，図８の例では、「インダクタンス増加部」は、バスバー３０１Ｕ，３０１Ｖ，３０１Ｗの周囲に磁性体を含むコア３１０を設けることにより構成される。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、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。

本発明の１つの実施の形態に係る電気機器の接続構造が適用される回転電機制御装置の概略ブロック図である。本発明の１つの実施の形態に係る電気機器の接続構造が適用される回転電機制御装置およびハイブリッド車両の駆動装置の配置を示した図である。比較例に係る電気機器の接続構造が適用される回転電機制御装置およびハイブリッド車両の駆動装置の配置を示した図である。インダクタンスを増加させることが可能な出力端子を示した斜視図である。図４におけるＶ−Ｖ断面図である。本発明の１つの実施の形態に係る電気機器の接続構造に含まれる出力端子を示した斜視図である。本発明の１つの実施の形態に係る電気機器の接続構造の変形例に含まれるリアクトルを示した斜視図である。図７に示される構造の変形例を示す図である。インダクタンスの大きさと電流の増加との関係について説明する図である。

符号の説明

１００回転電機制御装置、１００Ａハウジング、１１０，１２０インバータ、１１１，１２１Ｕ相アーム、１１２，１２２Ｖ相アーム、１１３，１２３Ｗ相アーム、１３０コンデンサ、１４０制御装置、２００駆動装置、２００Ａハウジング、３００電気回路、３００Ａケーブル、３００Ｎ，３００Ｐ，３００Ｕ，３００Ｖ，３００Ｗ出力端子、３０１Ｕ，３０１Ｖ，３０１Ｗバスバー、３１０コア、３２０樹脂部、３３０ブッシュ、３０００Ｎ，３０００Ｐ，３０００Ｕ，３０００Ｖ，３０００Ｗ湾曲部、Ｂ直流電源、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ、Ｑ３〜Ｑ１４ＮＰＮトランジスタ、Ｄ３〜Ｄ１４ダイオード。

Claims

第１のハウジング内に収納される第１の電気機器と、
前記第１のハウジングに隣接する位置に設けられる第２のハウジング内に収納される第２の電気機器と、
前記第１と第２の電気機器を電気的に接続する電気回路とを備え、
前記電気回路は、該電気回路のインダクタンスを増加させるインダクタンス増加部を有し、
前記電気回路は前記第１と第２のハウジングの間に設けられる第１と第２の端子を含み、
前記第１と第２の端子は、該第１と第２の端子の間にループを形成するように互いに離れる方向に突出する湾曲部をそれぞれ有し、
前記ループが形成されることで前記インダクタンス増加部が構成される、電気機器の接続構造。
第１のハウジング内に収納される第１の電気機器と、
前記第１のハウジングに隣接する位置に設けられる第２のハウジング内に収納される第２の電気機器と、
前記第１と第２の電気機器を電気的に接続する電気回路とを備え、
前記電気回路は、該電気回路のインダクタンスを増加させるインダクタンス増加部を有し、
前記インダクタンス増加部は、前記電気回路の周囲に磁性体を含むコアを設けることにより構成される、電気機器の接続構造。
前記第１の電気機器は回転電機制御装置であり、
前記第２の電気機器は、前記回転電機制御装置に制御される回転電機を含む車両の駆動装置である、請求項１または請求項２に記載の電気機器の接続構造。