JP6248860B2 - 電動車両用の電力変換器 - Google Patents

Description

本発明は、走行用に２個のモータを備える電動車両用の電力変換器に関する。特に、バッテリの直流電力を昇圧した後に交流に変換して２個のモータに供給する電力変換器に関する。本明細書における電動車両には、走行用に２個のモータを備えるがエンジンは備えない電気自動車のほか、走行用に２個のモータとともにエンジンを備えるハイブリッド車を含む。燃料電池車も本明細書における電動車両に含まれる。

電動車両の中には走行用に２個のモータを備えるものがある。２個のモータを夫々別個に制御するため、電力変換器は２個のインバータを備える。また、電動車両用の電力変換器のなかには、バッテリの直流電力を昇圧してインバータに供給する電圧コンバータを備えるものもある。特許文献１に、２個のインバータと１個の電圧コンバータを備えた電力変換器の一例が開示されている。

特開２００７−２６７４４５号公報

本明細書が開示する技術は、電圧コンバータと２個のインバータを備える電力変換器に関する。電圧コンバータとインバータはそれぞれ、出力電流をフィードバック制御するための電流センサを備える。一方、車載のデバイスは小型であることが望ましく、信号線の１本でも、省くことができると望ましい。複数の電流センサに対して共通の電力供給線を用いることで電力供給線の数を減らすことができる。他方、全ての電流センサの電力供給線を共通化すると、その電力供給線が断線した場合に全ての電流センサが使えなくなり、車両を動かすことができなくなってしまう。２個のインバータ用の電流センサの電力供給線を共通化しても、その電力供給線が断線すると２個のモータが共に使えなくなってしまう。

電動車両では、走行に関わる何らかのデバイスが使えなくなった場合、通常の走行性能は確保できずとも、走行可能な状態を維持できることが望ましい。電圧コンバータと２個のインバータのいずれか一つが使えなくなってもできるだけ大きな走行能力が残るようにしたい。

一方のインバータの電流センサと電圧コンバータの電流センサの電力供給線を共通化し、他方のインバータの電流センサの電力供給線を独立にすれば、いずれか一方の電力供給線が断線しても、いずれか一方のインバータは制御可能である。すなわち、いずれか一方の電力供給線が断線しても、使用可能な一つのモータが残る。本明細書が開示する技術は、各インバータが電力を供給するモータの使用態様の違いに着目し、２個のインバータと電圧コンバータが備える合計３個の電流センサへの電力供給線を２本で賄う技術であって、いずれか一方が断線したときにできるだけ大きな走行能力が残るようにする。

２個のモータを搭載した電動車両では、モータから車輪へのギア比が異なることが多い。即ち、同じ回転数で車輪を回転させる場合であっても、一方のモータは他方のモータよりも高回転となる。一方、電圧コンバータが使えなくなると、バッテリの電圧がそのままインバータに加わることになる。この場合、インバータは予定された電圧よりも低い電圧の交流しか出力できなくなる。モータは高回転になるほど供給電圧低下によるトルクの低下度合いが大きくなる。逆に、低回転域では、供給電圧の低下に対する出力トルクの低下は小さい。

そこで本明細書が開示する技術では、２個のインバータのうち、ギア比の大きいモータに電力を供給するインバータの電流センサと電圧コンバータの電流センサに対する電力供給線（第１電力供給線）を共通化する。一方、ギア比の小さいモータに電力を供給するインバータの電流センサに対する電力供給線（第２電力供給線）は、第１電力供給線とは独立に用意する。

説明の便宜上、車輪までのギア比の大きいモータを第１モータと称し、第１モータに電力を供給するインバータを第１インバータと称する。また、車輪までのギア比が第１モータよりも小さいモータを第２モータと称し、第２モータに電力を供給するインバータを第２インバータと称する。また、第１インバータの出力電流を計測する電流センサを第１電流センサと称し、第２インバータの出力電流を計測する電流センサを第２電流センサと称する。さらに、バッテリの出力電圧を昇圧して第１及び第２インバータに電力を供給する電圧コンバータを通過する電流を計測する電流センサを第３電流センサと称する。

本明細書が開示する電力変換器は、第１電流センサと第３電流センサに電力（センサを駆動するための電力）を供給する第１電力供給線が共通であり、第２電流センサに電力（センサを駆動するための電力）を供給する第２電力供給線を第１電力供給線とは別に備える。こうして、３個の電流センサに対するセンサ駆動電力の供給を２本の電力供給線で賄い、１本の電力供給線を省ける。

上記の電力変換器では、第２電力供給線が断線した場合、第２インバータ（第２モータ）は使えないが、電圧コンバータと第１インバータ（第１モータ）は使える。第１モータは通常と同じ電圧（予定された電圧）の電力を受けることができるので、第１モータの性能は１００％発揮できる。

他方、第１電力供給線が断線した場合、電圧コンバータと第１インバータは制御不能となり、第１インバータ（第１モータ）は使えない。電圧コンバータは、バッテリの電圧をそのまま第２インバータに供給することになる。第２モータ用の第２インバータは、予定された電圧よりも低い電圧（昇圧前のバッテリ電圧）の交流を出力することになる。ここで、第２モータは、第１モータよりも低回転で車輪を駆動するので、電圧コンバータが使えない場合、低い電圧で第１モータが車輪を駆動する場合と比較して高トルクが期待できる。こうして、電圧コンバータ用の電流センサが使えない場合には、第１モータ用の第１インバータが使えなくなっても、第１モータよりも低回転型の第２モータに電力を供給する第２インバータが使えるようにすることで、比較的に大きな走行能力が残る。

なお、仮に電圧コンバータと第２インバータが使えず、第１インバータのみが使える状況において、高回転が要求される第１モータは、供給電圧の低下によって出力トルクが大きく低下し、走行能力が著しく低下してしまう。本明細書が開示する技術は、そのような状況を避けつつ、３個の電流センサへの電力供給を２本の電力供給線で賄うことができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電力変換器を含むハイブリッド車の駆動系のブロック図である。 電力変換器のハードウエア構成を示す分解斜視図である。 電流センサの信号線の結線図である。 動力伝達機構のギア構成を示すスケルトン図である。 動力伝達機構を構成するプラネタリギアの共線図である。 モータのＴＮ線図の一例を示すグラフである。

図面を参照して実施例の電力変換器を説明する。図１に、電力変換器１０を含むハイブリッド車１００の駆動系のブロック図を示す。ハイブリッド車１００は、走行用にエンジン６と、２個のモータ（第１モータ８ａと第２モータ８ｂ）を備える。エンジン６の出力トルクと２個のモータ８ａ、８ｂの出力トルクは動力伝達機構４０で合成され、車軸４１とデファレンシャルギア４２を介して車輪４３（駆動輪）に伝達される。動力伝達機構４０は、エンジン６の出力トルクを車輪４３と第１モータ８ａに分配する場合もある。その場合、ハイブリッド車１００は、エンジン６の出力トルクで走行しつつ第１モータ８ａによって発電する。発電で得られた電力はバッテリ２に蓄えられる。ハイブリッド車１００は、また、車両の慣性力を利用して第１モータ８ａで発電する場合もある。第１モータ８ａは、エンジン６を始動するセルモータとしても使われる。第１モータ８ａは主にジェネレータとセルモータとして用いられ、第２モータ８ｂは主に走行用に用いられる。ただし、大出力が必要とされる場合は第１モータ８ａも駆動用に用いられるし、大きな制動力が必要とされる場合は第２モータ８ｂも発電に用いられる。エンジン６と２個のモータ８ａ、８ｂの出力軸が係合する動力伝達機構４０については後に詳しく説明する。

ハイブリッド車１００は、バッテリ２の直流電力から夫々のモータを駆動する交流を作り出す電力変換器１０を備えている。電力変換器１０は、電圧コンバータ１２と、２個のインバータ（第１インバータ１３ａと第２インバータ１３ｂ）を備えている。電圧コンバータ１２は、バッテリ２が出力する直流電力の電圧を昇圧して各インバータ１３ａ、１３ｂに供給する。電圧コンバータ１２は、また、第１モータ８ａあるいは第２モータ８ｂが発電した電力を降圧してバッテリ２に供給する場合もある。即ち、電圧コンバータ１２は、昇降圧コンバータである。なお、モータが発電した交流電力は、インバータ１３ａ（１３ｂ）によって直流電力に変換される。

電圧コンバータ１２は、２個のスイッチング素子（上アームスイッチング素子ＴＨと下アームスイッチング素子ＴＬ）の直列接続と、直列接続の中点とバッテリの正極の間に接続されているリアクトルＬ、及び、各スイッチング素子ＴＨ、ＴＬに逆並列に接続されているダイオードＤＨ、ＤＬで構成されている。バッテリ２の出力電圧を昇圧するには、下アームのスイッチング素子ＴＬを適宜にスイッチングさせる。増幅された電圧はダイオードＤＨを通り、インバータへ供給される。モータが発電した電力を降圧するには、上アームのスイッチング素子ＴＨを適宜にスイッチングさせる。リアクトルに蓄えられた電気エネルギは、スイッチング素子ＴＨがオフしている間、ダイオードＤＬを通って還流し、バッテリ２へ向けて出力される電圧を一定に保つ。各スイッチング素子ＴＨ、ＴＬは、コントローラ１４で制御される。電圧コンバータ１２は、リアクトルＬを通る電流を計測する電流センサ３（第３電流センサ３）を備えており、コントローラ１４は、この第３電流センサ３の計測値をモニタしながら、電圧コンバータ１２の出力が目標値となるように各スイッチング素子ＴＨ、ＴＬを制御する。即ち、第３電流センサ３は、コントローラ１４が電圧コンバータ１２をフィードバック制御するために備えられている。

図１に示す電圧コンバータは、チョッパタイプと呼ばれる。図１から理解されるように、電圧コンバータ１２が全く動作していないときには、バッテリ２の電力は、リアクトルＬとダイオードＤＨを通じて直にインバータ１３ａ、１３ｂに供給されることになる。なお、電圧コンバータ１２のバッテリ側にはフィルタコンデンサＣ１が並列に接続されており、インバータ側には平滑コンデンサＣ２が並列に接続されている。

電圧コンバータ１２の出力端（昇圧電力の出力端）には２個のインバータ（第１インバータ１３ａと第２インバータ１３ｂ）が並列に接続されている。第１インバータ１３ａは電圧コンバータ１２から供給された直流電力を交流に変換して第１モータ８ａに供給する。第１インバータ１３ａは、また、第１モータ８ａが発電した交流電力を直流に変換して電圧コンバータ１２へ供給する。第２インバータ１３ｂは電圧コンバータ１２から供給された直流電力を交流に変換して第２モータ８ｂに供給する。第２インバータ１３ｂは、また、第２モータ８ｂが発電した交流電力を直流に変換して電圧コンバータ１２へ供給する。

第１モータ８ａと第２モータ８ｂはともに３相交流モータであり、第１インバータ１３ａと第２インバータ１３ｂは、それぞれ、３相交流を出力する。図示は省略しているが、いずれのインバータも、２個のスイッチング素子の直列回路が３セット並列に接続された回路構成を有している。各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続されている。各直列回路の中点から交流が出力される。

各インバータ１３ａ、１３ｂの各スイッチング素子は、コントローラ１４によって制御される。第１インバータ１３ａは、出力電流を計測する電流センサ４（第１電流センサ４）を備えており、コントローラ１４は、この第１電流センサ４の計測値をモニタしながら、第１インバータ１３ａの出力電流が目標値となるように各スイッチング素子を制御する。即ち、第１電流センサ４は、コントローラ１４が第１インバータ１３ａをフィードバック制御するために備えられている。第２インバータ１３ｂは、出力電流を計測する電流センサ５（第２電流センサ５）を備えており、コントローラ１４は、この第２電流センサ５の計測値をモニタしながら、第２インバータ１３ｂの出力円流が目標値となるように各スイッチング素子を制御する。即ち、第２電流センサ５は、コントローラ１４が第２インバータ１３ｂをフィードバック制御するために備えられている。第１電流センサ４と第２電流センサ５は、実際には３個のセンサ素子を含んでおり、３相交流出力の各相の電流を計測する。図１における符号９は、各電流センサとコントローラ１４を繋ぐ信号ピンに相当する。信号ピン９については後述する。

図２を参照して電力変換器１０のハードウエア構成を概説する。電力変換器１０に含まれる各ユニットはケース２９に収容されている。符号２１は、ケース２９のカバーを示している。先に述べたように、電力変換器１０は、多数のスイッチング素子を含んでいる。複数のスイッチング素子は２個ずつパワーモジュール２７に封止されている。図２では、複数のパワーモジュールのうち、一つのみに符号２７を付し、残りへの符号は省略している。各パワーモジュール２７は、２個のスイッチング素子と２個のダイオードを封止している。パワーモジュール２７の内部で２個のスイッチング素子が直列に接続されているとともに各スイッチング素子にダイオードが逆並列に接続されている。

複数のパワーモジュール２７と複数の冷却器２８は、各パワーモジュール２７が冷却器２８と接するように積層され、積層ユニット２６を構成している。図２では、複数の冷却器のうち、一つのみに符号２８を付し、残りへの符号は省略している。図２に示す符号２３と２５はコンデンサユニットを示している。コンデンサユニット２３と２５は、図１の回路におけるフィルタコンデンサＣ１と平滑コンデンサＣ２に対応する。符号２４は、リアクトルユニットを示している。リアクトルユニット２４は、図１の回路におけるリアクトルＬに対応する。符号３１は、端子ユニットを示している。端子ユニット３１は、樹脂で作られており、複数のバスバを支持している。バスバは、その一端がパワーモジュール２７の端子（２個のスイッチング素子の直列回路の中点に相当する端子）に接続しており、他端は、端子ユニット３１の側面にコネクタ端子として露出している。３個のコネクタ端子３４ａは、第１モータ８ａに３相交流電力を供給するための端子であり、別の３個のコネクタ端子３４ｂは、第２モータ８ｂに３相交流電力を供給するための端子である。夫々のコネクタ端子３４ａ、３４ｂに、モータから伸びるパワーケーブル（不図示）が接続される。

端子ユニット３１の内部には、各バスバを流れる電流を計測するセンサ素子が内蔵されている。また、端子ユニット３１には、リアクトルユニット２４と一つのパワーモジュールを接続するバスバ（不図示）も通過しており、そのバスバを流れる電流を計測するセンサ素子も内蔵されている。即ち、端子ユニット３１には、図１に示した第１電流センサ４、第２電流センサ５、及び、第３電流センサ３が搭載されている。第１インバータ１３ａの出力電流が流れる３本のバスバ（コネクタ端子３４ａ）の夫々の電流を計測する３個のセンサ素子が第１電流センサ４に相当する。
第２インバータ１３ａの出力電流が流れる３本のバスバ（コネクタ端子３４ｂ）の夫々の電流を計測する３個のセンサ素子が第２電流センサ５に相当する。リアクトルユニット２４と一つのパワーモジュールを接続するバスバの電流を計測するセンサ素子が第３電流センサ３に相当する。

端子ユニット３１の上部には、各電流センサ（各センサ素子）とコントローラ１４の間の信号線／電力供給線を中継するセンサ基板３２が取り付けられている。センサ基板３２の下側から端子ユニット３１の内部にリード線が通じており、そのリード線と各センサ素子が接続している。センサ基板３２から上方に信号ピン９が伸びている。信号ピン９は、センサ基板上で各センサ素子から伸びるリード線と繋がっている。信号ピン９の上端は、コントローラ１４を実装した制御基板１９と接続する。センサ基板３２、信号ピン９、制御基板１９のハードウエアにより、第１、第２、及び第３電流センサ３、４、５とコントローラ１４が電気的に接続される。

車載のデバイスには極限まで小型化が求められる。信号ピンの１本でも省くことが望まれる。実施例の電力変換器１０は、３個の電流センサの夫々にセンサ駆動用の電力を供給するためのピンを３本ではなく２本とし、ピン１本分の省スペース化を図っている。なお、電流を計測する複数のセンサ素子は同じタイプのものでよく、同じ駆動電力で動作するので、電力供給線を共通化することができる。実施例の電力変換器１０は、以後に説明するように、電流を計測する複数のセンサ素子に電力を供給する２本のピンのうち、いずれか一方が断線しても充分な走行能力が残るように配慮されている。

図３を参照して、センサ基板３２（即ち各電流センサ）と制御基板１９（即ちコントローラ１４）の間の信号ピン９（信号線／電力供給線）の結線関係を説明する。図３は、信号ピン９の結線図である。信号ピン９は、実際には１１本存在する。「信号ピン９」との表記は、信号ピン９ａから９ｍの１１本の信号ピンの総称である。制御基板１９には、電流センサを駆動する電力供給源である駆動電源Ｖｃｃが用意されている。駆動電源Ｖｃｃは、例えば５ボルトである。また、制御基板１９には、電流センサが計測した電流値を表す信号をＴＴＬレベルに変換するＩ／Ｆ回路６１（インターフェイス回路）と、Ｉ／Ｆ回路６１の出力を受け取り、電圧コンバータ１２、第１及び第２インバータ１３ａ、１３ｂを電流フィードバックする制御を実行する主回路６２を含む。主回路６２が、各スイッチング素子に与える制御信号、即ち、ＰＷＭ信号を生成する。Ｉ／Ｆ回路６１や主回路６２を実装した制御基板１９が、図１のコントローラ１４のハードウエアに相当する。

一方、センサ基板３２には、電圧コンバータ１２のリアクトルＬを流れる電流を計測する第３電流センサ３、第１インバータ１３ａの出力電流を計測する第１電流センサ４、第２インバータ１３ｂの出力電流を計測する第２電流センサ５が繋がっている。なお、「第１電流センサ４」は、第１インバータ１３ａが出力するＵＶＷの各相の電流を計測する３個のセンサ素子４ｕ、４ｖ、４ｗの総称である。同様に、「第２電流センサ５」は、第２インバータ１３ｂが出力するＵＶＷの各相の電流を計測する３個のセンサ素子５ｕ、５ｖ、５ｗの総称である。また、リアクトルＬを流れる電流を計測するセンサ素子が、第３電流センサ３に相当する。

センサ基板３２（電流センサ３、４、５）と制御基板１９（コントローラ１４）を接続する各信号ピンを説明する。信号ピン９ａは、第３電流センサ３と第１電流センサ４（センサ素子４ｕ、４ｖ、４ｗ）にセンサを駆動するための電力Ｖｃｃを供給する信号線（電力供給線）である。別言すれば、信号ピン９ａは、第１電流センサ４と第３電流センサ３に共通の電力供給線である。信号ピン９ｂは、第２電流センサ５（センサ素子５ｕ、５ｖ、５ｗ）にセンサを駆動するための電力Ｖｃｃを供給するための信号線（電力供給線）である。

信号ピン９ｃは、第３電流センサ３の計測信号（電圧コンバータ１２を流れる電流の計測値を表す）を制御基板１９に伝える信号線である。信号ピン９ｄ、９ｅ、９ｆは、第１電流センサ４（センサ素子４ｕ、４ｖ、４ｗ）の計測信号（第１インバータ１３ａの３相各相の出力電流）を制御基板１９に伝える信号線である。信号ピン９ｇ、９ｈ、９ｊは、第２電流センサ５（センサ素子５ｕ、５ｖ、５ｗ）の計測信号（第２インバータ１３ｂの３相各相の出力電流）を制御基板１９に伝える信号線である。信号ピン９ｋは、第１電流センサ４と第３電流センサ３のグランド線である。信号ピン９ｍは、第２電流センサ５のグランド線である。

信号ピン９ａが、第１電流センサ４と第３電流センサ３にセンサ駆動用の電力を供給する共通の電力供給線（第１電力供給線）である。信号ピン９ｂが、第２電流センサ５に電力を供給する電力供給線（第２電力供給線）であり、これは、信号ピン９ａ（第１電力供給線）とは別に備えられている。図３から明らかな通り、信号ピン９ａが断線すると、第１電流センサ４と第３電流センサ３が使えなくなる。このことは、電圧コンバータ１２と第１インバータ１３ａが使えなくなることを意味する。一方、信号ピン９ｂが断線すると、第２電流センサ５が使えなくなる。このことは、第２インバータ１３ｂが使えなくなることを意味する。

別言すれば、信号ピン９ａが断線しても信号ピン９ｂが正常であれば、電圧コンバータ１２と第１インバータ１３ａ（即ち、第１モータ８ａ）は使えなくなるが、第２インバータ１３ｂ（即ち、第２モータ８ｂ）は、バッテリの出力電圧で動作することができる。一方、信号ピン９ｂが断線しても信号ピン９ａが正常であれば、第２インバータ１３ｂ（即ち、第２モータ８ｂ）が使えなくなるが、電圧コンバータ１２と第１インバータ１３ａ（即ち、第１モータ８ａ）は、正常に動作することができる。

ハイブリッド車１００は、電圧コンバータ１２が昇圧できない場合、第１モータ８ａの出力トルクは著しく低下するが、第２モータ８ｂの出力トルクはそれほど低下しない。これは、第１モータ８ａから車輪４３までのギア比と比較して、第２モータ８ｂから車輪４３までのギア比が小さいことに起因する。このことを、図４〜図６を参照して説明する。

図４は、エンジン６と２個のモータ（第１モータ８ａ、第２モータ８ｂ）の出力トルクを合成／分配する動力伝達機構４０のギア構成を示すスケルトン図である。図４に示すように、動力伝達機構４０は、プラネタリギア５０で構成されている。プラネタリキャリア５２は、エンジン６（図中のＥＧ）の出力軸に連結している。サンギア５１は、第１モータ８ａ（図中のＭ１）の出力軸に連結している。リングギア５３は、第２モータ８ｂ（図中のＭ２）に連結している。なお、リングギア５３そのものが第２モータ８ｂのロータを兼ねている。また、リングギア５３は、リングギア５３に同軸に固定されているアウトプットギア５４と、アイドルギア５５を介して車軸４１と係合している。車軸４１はデファレンシャルギア４２を介して車輪４３（駆動輪）と連結している。なお、図２の符号５６は、車軸４１に固定された伝達ギアである。上記構成の動力伝達機構４０により、エンジン６と第１モータ８ａ、及び、第２モータ８ｂの出力トルクの合計によって車輪４３の出力トルクが定まる。場合によっては、エンジン６と第２モータ８ｂの出力で車輪４３を駆動するとともに、エンジン６の駆動力の一部で第１モータ８ａを回転させて電力を得る。あるいは、エンジン６と第１モータ８ａ及び第２モータ８ｂの全てが出力を出し、大きな駆動力を得る場合もある。以上の場合がエンジンとモータの双方を使うＨＶモードである。また、エンジン６を停止しておくと、第１モータ８ａ、第２モータ８ｂのいずれの出力も車輪４３へ伝達できる。エンジン６を停止し、第１モータ８ａと第２モータ８ｂの少なくとも一方の駆動力で走行する状態がＥＶモードである。

一般にプラネタリギアはリングギアの歯数がサンギアの歯数よりも多い。また、図４で示したように、第１モータ８ａの出力軸はサンギア５１に連結しており、第２モータ８ｂの出力軸はリングギア５３に連結している。それゆえ、第２モータ８ｂ（リングギア５３）から車輪４３までのギア比よりも第１モータ８ａ（サンギア５１）から車輪４３までのギア比の方が大きくなる。図５に、プラネタリギア５０の共線図を示す。サンギア５１の歯数をＴＳとし、リングギア５３の歯数をＴＲとする（ＴＳ＜ＴＲ）。エンジン６が停止している場合、サンギア５１からリングギア５３へのギア比はＴＲ／ＴＳ（＞１．０）となる。仮に、リングギア５３から車輪４３へのギア比が１．０だとし、エンジンが停止しているとすると、車輪４３の回転数＝ＮＲの場合、第２モータ８ｂ（リングギア５３）の回転数＝ＮＲ、第１モータ８ａ（サンギア５１）の回転数＝ＮＳ＝（ＴＲ／ＴＳ）×ＮＲとなる。ここで、ＮＳ＞ＮＲである。即ち、車輪４３を回転させるのに、第１モータ８ａは第２モータ８ｂよりも高回転が要求される。

走行に関わる何らかのデバイス（電力変換器の電流センサを含む）が使えなくなった場合、正常な走行ができずとも、走行可能な状態を維持することが望ましい。典型的には、２個のモータのうち、いずれか一方が使えない場合、エンジンを停止し、他方のモータで走行可能な状態を維持できるのがよい。なお、一般にエンジンは、逆駆動トルクが極めて大きいので、エンジンを停止することは、エンジンの出力軸をロックしていることとほぼ等価である。このことは、走行に関わる何らかのデバイスが使えなくなった場合は、図５の共線図の状態（プラネタリキャリア５２の回転数がゼロの状態）でいずれかのモータで走行することを意味する。

電圧コンバータ１２は図１に示したようにチョッパ型の昇降圧コンバータである。それゆえ、電圧コンバータ１２が使えない場合、バッテリ２の電圧を昇圧することはできずとも、バッテリ２の電圧がそのままインバータへ供給される。電圧コンバータ１２が使えない場合、第１インバータ１３ａと第２インバータ１３ｂは、通常時の電圧（昇圧された電圧）の交流は出力できずとも、バッテリ２の出力電圧と同じ電圧の交流を出力することはできる。モータは、一般に、供給される電力の電圧が下がると出力トルクが下がるが、高回転域ほど、出力トルクの低下が著しい。図６に、モータのＴＮ線図（トルク−回転数の関係を表すグラフ）を模式的に示す。実線のグラフＧ１が通常の電圧が供給されたときの関係を表し、破線のグラフＧ２は通常よりも低い電圧が供給されたときの関係を示す。別言すれば、実線のグラフＧ１は、昇圧された電圧でモータを駆動するときの関係を表し、破線のグラフＧ２は、昇圧されない電圧でモータを駆動するときの関係を表す。低回転ＮＲのとき、通常電圧時（グラフＧ１）と低電圧時（グラフＧ２）のトルク低下分をＡ１とし、高回転ＮＳのときのトルク低下分をＡ２とすると、Ａ２はＡ１よりもはるかに大きい。第１モータ８ａと第２モータ８ｂは、同じモータ特性を有している必要はないが、定性的な傾向は、図６の通りである。

図５の共線図の状態を実現するのに、リングギア５３に連結している第２モータ８ｂは、昇圧されない電圧（グラフＧ２）であっても充分な出力トルクが出せる可能性が高い。一方、サンギア５１に連結している第１モータ８ａでは、昇圧されない電圧（グラフＧ２）で駆動されると充分な出力トルクが確保できない可能性が高い。別言すれば、先のギア比の関係を考慮すると、電圧コンバータ１２が使えない場合、第１モータ８ａよりも第２モータ８ｂを使う方が、より大きな駆動トルクを確保できることになる。

以上の検討より、電圧コンバータ１２が使えない場合、第１モータ８ａは使わずともとく、第２モータ８ｂが使えれば、相応の駆動トルクを確保できる。一方、走行に第１モータ８ａを使わざるを得ない場合（第２モータ８ｂが使えない場合）には、電圧コンバータ１２が使える状態であることが望ましい。よって、第１電流センサ４と第２電流センサ５と第３電流センサ３のうち、いずれか２個の電流センサの電力供給線を共通化するなら、第１電流センサ４と第３電流センサの電力供給線を共通化するのがよい。なお、繰り返すが、第１電流センサ４は、第１モータ８ａに電力を供給する第１インバータ１３ａの出力電流を計測するセンサであり、第２電流センサ５は第２モータ８ｂに電力を供給する第２インバータ１３ｂの出力電流を計測するセンサであり、第３電流センサ３は電圧コンバータ１２を流れる電流を計測するセンサである。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のハイブリッド車１００は、プラネタリギア５０を介して第１モータ８ａと第２モータ８ｂの出力軸が車輪４３と連動し、これにより、第１モータ８ａから車輪４３までのギア比よりも小さいギア比で第２モータ８ｂが車輪４３を駆動する機構が実現されている。第１モータから車輪までのギア比よりも小さいギア比で第２モータが車輪を駆動する機構は、実施例のプラネタリギアに限られない。より単純なギア構成でも、第１モータから車輪までのギア比よりも小さいギア比で第２モータが車輪を駆動する機構を実現することは可能である。

実施例の電動車両は走行用に２個のモータとエンジンを備えるハイブリッド車１００であった。本明細書が開示する技術は、２個のモータを備え、エンジンは備えない電気自動車に適用することもできる。また、燃料電池によって２個のモータを駆動する燃料電池車に適用することも好適である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：バッテリ
３：第３電流センサ
４：第１電流センサ
５：第２電流センサ
６：エンジン
８ａ：第１モータ
８ｂ：第２モータ
９：信号ピン
１０：電力変換器
１２：電圧コンバータ
１３ａ：第１インバータ
１３ｂ：第２インバータ
１４：コントローラ
１９：制御基板
３２：センサ基板
４０：動力伝達機構
４３：車輪
５０：プラネタリギア
５１：サンギア
５２：プラネタリキャリア
５３：リングギア
１００：ハイブリッド車

Claims (1)

1. 車輪を駆動する第１モータに電力を供給する第１インバータと、
   前記第１モータから前記車輪までのギア比よりも小さいギア比で前記車輪を駆動する第２モータに電力を供給する第２インバータと、
   バッテリの電力を昇圧して前記第１インバータと前記第２インバータに供給する電圧コンバータと、
   前記第１インバータの出力電流を計測する第１電流センサと、
   前記第２インバータの出力電流を計測する第２電流センサと、
   前記電圧コンバータを通過する電流を計測する第３電流センサと、
   を備えており、
   前記第１電流センサと前記第３電流センサに電力を供給する第１電力供給線が共通であり、
   前記第２電流センサに電力を供給する第２電力供給線が前記第１電力供給線とは別に備えられている、
   ことを特徴とする電動車両用の電力変換器。

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