JP6666261B2

JP6666261B2 - 車両内に搭載された電気機械用の電圧変換器

Info

Publication number: JP6666261B2
Application number: JP2016559982A
Authority: JP
Inventors: ヨアン・レジャンドル; ステファーヌ・ルクレルク
Original assignee: ヴァレオシステムドゥコントロールモトゥール
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2035-03-30
Also published as: JP2017510238A; EP3127226A1; FR3019406B1; FR3019406A1; WO2015150679A1

Description

本発明は、車両内に搭載された電気機械用の電圧変換器に関する。詳細には、本発明は、車両内に搭載された空調用コンプレッサの電動モータに給電するための直流/交流電圧変換器に関する。本発明は、車両内に搭載された冷却液用のコンプレッサにも関する。

特に車室内を冷却するために、車両内に搭載された空調用コンプレッサが知られている。FR2814783A1は、専用の電動モータによって駆動される冷却液の圧縮機構を含み、電圧変換器によって給電される、かかるコンプレッサの一例を記載している。圧縮機構、電動モータおよび電圧変換器は、単一のハウジング内にあり、場合によりハウジングの特定の収納部内に配置される。

典型的に、電圧変換器は、電動モータに給電する高電圧バッテリに接続されたスイッチを含む。安全確保の必要性により、特に利用者の感電死を回避するために、電圧変換器は、車両の他の部分、特に車両の低電圧回路から絶縁される。米国特許第6137705号は、電圧器の制御ユニットと車両の低電圧回路との間で絶縁素子によって車両の低電圧回路から絶縁された電圧変換器を記載している。それは、安全絶縁に関するものである。

変換器は、スイッチの操作ユニットと変換器の制御ユニットとの間の絶縁も含む。この場合、それは機能的絶縁に関するものである。スイッチの操作ユニットと変換器の制御ユニットとの間の絶縁は、電界効果トランジスタのゲート酸化物によって実行される。しかしながら、ゲート酸化物は、寄生容量を有し、そのことは、急激な電圧変動に関連した危険であり得る電流を引き起こす。ゲート酸化物は、脆くもあり、そのことは、絶縁喪失の危険を引き起こす。さらに、絶縁電圧は制限される。

FR2814783A1 米国特許第6137705号

したがって、スイッチの操作ユニットと変換器の制御ユニットとの間の絶縁を改善する課題が提起される。

この課題を解決するために、本発明は、
- 入力電圧を出力電圧に変換するように構成されたスイッチと、
- 入力電圧を出力電圧に変換するように制御信号を前記スイッチに送出するための制御ユニットと、
- 前記スイッチを制御するために制御ユニットによって送出された前記制御信号を適応させるための前記スイッチの少なくとも1つの操作ユニットと、
- 磁気回路を通して制御ユニットと操作ユニットとの間の信号伝達を可能にするように前記制御ユニットと前記操作ユニットの機能素子との間に配置された、少なくとも1つの一次巻線および少なくとも1つの二次巻線を有する絶縁変圧器とを含む、車両内に搭載された電気機械用の電圧変換器に関する。

変圧器によって、ガルバニック絶縁は、制御ユニットをスイッチの操作ユニットから分離する。変圧器は、その電気絶縁機能において、先行技術に開示された電界効果トランジスタのゲート酸化物よりも信頼性が高い。ガルバニック絶縁は、非常に低い、巻線間の寄生容量を有する。その場合、インピーダンスは、さらに高く、電流通過を助長しない。この電流は、電磁両立性の観点から、または構成部品自体に有害であり得る。操作ユニット内での潜在的な障害は、したがって減少し、操作ユニットの堅牢性が高まる。特に、本発明による変換器内の操作ユニットは、低いラッチアップ効果を有する。

変圧器によって、制御ユニットと操作ユニットとの間の信号、特に電圧信号の伝達は、制御および操作ユニットが非常に異なる接地レベルを有していても確実に行われ得る。

絶縁変圧器は、制御信号の耐性を高めることができる。信号の制御および変動はさらに速くなり得、このことはスイッチング損失を改善する。

電圧変換器は、交流電圧を直流電圧に、またはその逆に変換する変換器であるか、または直流電圧を直流電圧に変換する変換器であってもよい。特に変換器は、電気機械に給電すること、および/または電気機械によって送出された電圧を回復することを可能にし得る。

一実施形態によれば、スイッチは、1つまたは複数のアームに配置され、アームは、中間点によって分離された直列の少なくとも2つのスイッチを含む。

一実施形態によれば、変圧器は、制御ユニットに連結された一次巻線と、アームの各トランジスタ用の二次巻線とを含む。このようにして、唯一の変圧器を、アームの全てのスイッチに使用でき、それにより電圧変換器の外形寸法が減少する。

一実施形態によれば、一次巻線回路および二次巻線回路は、同じ電圧接地に連結される。これは、変換器の回路を簡略にするという利点を有する。

一実施形態によれば、前記接地は、アームの端部が接続される接地と共通である。それにより、変換器の回路の簡略化に加えて、変換器の全ての操作ユニットに対して唯一の給電だけを利用することが可能になる。

本発明は、電動モータに接続された流体圧縮機構を含む冷却液回路用のコンプレッサにも関し、前記コンプレッサは、前記圧縮機構、前記モータ、および前記電動モータに給電するための本発明による変換器を収納するハウジングをさらに含む。

本発明は、図面を参照すれば、よりよく理解されよう。

本発明による電圧変換器を含む回路を示す図である。図1の変換器において使用可能なスイッチ操作ユニットの一例を示す図である。図2の操作ユニットにおいて使用可能な絶縁変圧器の一例を示す図である。

図1の回路は、電動モータMに給電するために、電源12によって送出された直流入力電圧を交流出力電圧に変換する、DC/AC電圧変換器またはインバータ10を含む。

特にモータMは、冷却液圧縮機構(図示せず)に接続される。圧縮機構、モータMおよび電圧変換器10は、電気制御される冷却液回路用のコンプレッサを形成する。かかるコンプレッサは、例えば車両内に搭載された車室空調用コンプレッサである。

電圧変換器10は、直流入力電圧を交流出力電圧に変換するように構成されたスイッチA1、A2、B1、B2、C1、C2を含む。特にスイッチは、アームA、B、Cに配置される。各アームは、中間点によって分離された直列の2つのスイッチを含む。検討された実施例において、電圧変換器10は、三相であるモータMに給電するために3つのアームA、B、Cを含む。各アームは、電源12の陽極に接続された一端と、電源12の接地GND HTに接続された他端とを有する。

スイッチA1、A2、B1、B2、C1、C2、C3は、電界効果トランジスタ、例えばMOSまたはIGBTであってもよい。これらのスイッチは、トランジスタと並列にフリーホイールダイオードを含む。このダイオードは、特にトランジスタに固有であってもよい。

変換器10は、スイッチA1、A2、B1、B2、C1、C2、C3に信号を送出し、スイッチの開閉制御をして直流入力電圧を交流出力電圧に変換するようにし、電動モータMの回転を制御する制御ユニットUCを含む。

変換器10は、制御ユニットUCによって送出された制御信号、特にその電圧を適応させるために操作ユニットUPを含む。操作ユニットUPは、スイッチの操作のために制御信号を適応させる。

典型的に、車両内でコントローラ15は、制御ユニットUCと通信しながら、変換器10を制御する。

電源12は、例えば250V〜450Vの電圧を有する高電圧電源である。車両の他の電気部品は、例えば9V〜16Vの電圧と、対応する接地GND BTとを有する低電圧電源13によって給電され得る。例えば、低電圧電源13は、コントローラ15に給電する。

図2は、操作ユニットUPの一例を示す。操作ユニットUPは、制御ユニットUCと操作ユニットUPの機能素子16との間に配置された、絶縁変圧器14を含む。これらの機能素子16は、それぞれのスイッチを操作するために制御ユニットUCによって送出される制御信号を適応させ、それ自体が知られている。

操作ユニットUPは、制御ユニットUCによって送出された信号を入力で受信する。操作ユニットUPは、絶縁変圧器14を介した伝達のために、制御ユニットUCによって送出された信号を適応させる信号処理ユニット9を含んでもよい。例えば、処理ユニット9は、信号を周波数変調信号に変換する。増幅器Ampは、絶縁変圧器14に送出された信号を増幅するために、処理ユニット9の出力に存在してもよい。操作ユニットUPはその上、機能素子16に変圧器14に由来する信号を適応させるために、絶縁変圧器14の出力に処理ユニット11を含んでもよい。例えば、処理ユニット11は、変圧器14に由来する信号の復調を行う。絶縁変圧器14により、ガルバニック絶縁が、制御ユニットUCと操作ユニットUPとの間で信号の伝達を可能にしながら、操作ユニットUPと制御ユニットUCとの間に得られる。絶縁が、電界効果トランジスタゲートによって得られる先行技術に対して、絶縁変圧器14は、絶縁を損なう危険なしにスイッチをさらに速く操作すること、およびこの劣化の原因であるコモンモード電流を最小限に抑えることを可能にする。ゲート酸化物は、砕けることがあり、かつ絶縁不足を引き起こすことがあり、変圧器14は、構造によってより良好に絶縁されるので、さらに堅牢となる。したがって変圧器14は、さらに堅牢な絶縁を与える。

変圧器14は、制御ユニットUCと操作ユニットUPとの間の接地差に耐えられる。換言すると、変圧器14は、制御ユニットUCおよび操作ユニットUPが、異なる接地レベルを有していても、制御ユニットUCと操作ユニットUPとの間で信号、特に電圧信号の伝達を確実に行える。このことは、アームA、B、Cの上側に位置するスイッチA1、B1、C1、すなわちその端子の1つによって電源12の陽極に接続されるスイッチA1、B1、C1の制御ユニットUPに関して特に起こり得る。

図2で、本発明の理解に必要な要素のみが、表示される。操作ユニットUPは、他の構成部品を含み得る。特に、操作ユニットUPは、図2に示されたものと類似し、かつ並列であるが、逆に配置された、すなわち処理ユニット9が機能素子16の側にあり、かつ処理ユニット11が操作ユニットUPの入力側にある、処理ユニット9と、絶縁変圧器14と、処理ユニット11とを含むもう1つの回路を含んでもよい。この第2の回路は、図2に示された働きと類似する働きを有し、かつ操作ユニットUPと制御ユニットUCとの間での絶縁信号伝達を可能にする。

図3は、絶縁変圧器14の一実施形態を示す。絶縁変圧器14は、磁束を導く磁気回路140のそれぞれの分岐に巻き付けられた一次巻線141と、二次巻線142とを含む。一次巻線141は、二次巻線142内に電圧を誘導するために回路140を巡る磁束を生じさせる。

したがって二次巻線142は、アームA、B、Cのトランジスタに専用の操作機能素子に向かって制御ユニットUCから生じた信号を送出する。一実施形態において、絶縁変圧器14は、第2の二次巻線を含む。この第2の二次巻線は、アームA、B、Cの他方のトランジスタに専用の機能素子に向かって制御信号を送出する。このようにして、唯一の絶縁変圧器14を、アームの両方のトランジスタに関して使用でき、このことは、電圧変換器10の外形寸法を減少させる。

一次巻線141に連結された電気回路143および二次巻線142に連結された電気回路144は、同じ電圧接地に連結され得る。このことは、下側に位置するアームA、B、CのスイッチA2、B2、C2、すなわちその端子の1つによって電源12の接地に接続されるスイッチA2、B2、C2に関して特に当てはまり得る。

特に、一次巻線141および二次巻線142に連結された電気回路143、144の接地は、アームA、B、Cの端部が接続される接地GND HTに共通である。このようにして、唯一つの給電を、電圧変換器10の全ての操作ユニットUPに関して使用でき、変換器は、そのために簡略化される。特に変換器は、操作ユニットUPとその給電との間に電気絶縁を備える必要がないことにおいて簡略化される。

高電圧と低電圧との間で安全絶縁を行うために、絶縁壁20は、低電圧回路にわたる高電圧の伝播のために利用者を危険にさらすことを回避するように、高電圧回路と低電圧回路との間に備えられてもよい。例えば光カプラのような絶縁通信素子19が、絶縁壁20を通る通信を確実に行うために、コントローラ15と、変換器10の制御ユニットUCとの間に配置されてもよい。フライバックコンバータのような絶縁された給電17は、低電圧電源13から生じた電圧によって高電圧側に位置する構成部品に給電するために使用できる。

電圧変換器10は、車両内に搭載された冷却液回路用のコンプレッサに組み込まれることに特に適している。

本発明は、記載された実施例に限定されない。特に変換器は、3つとは異なるいくつかのアームを含んでもよい。

9 処理ユニット
10 電圧変換器
11 処理ユニット
12 電源
13 低電圧電源
14 絶縁変圧器
15 コントローラ
16 機能素子
17 絶縁された給電
19 絶縁通信素子
141 一次巻線
142 二次巻線
143 一次巻線回路
144 二次巻線回路
A、B、C アーム
A1、A2、B1、B2、C1、C2、C3 スイッチ
GND HT 接地
M 電気機械、電動モータ
UC 制御ユニット
UP 操作ユニット

Claims

- 入力電圧を出力電圧に変換するように構成されたスイッチ(A1、A2、B1、B2、C1、C2、C3)と、
- 前記入力電圧を前記出力電圧に変換するように制御信号を前記スイッチ(A1、A2、B1、B2、C1、C2、C3)に送出するための制御ユニット(UC)と、
- 前記スイッチを制御するために制御ユニットによって送出された前記制御信号を適応させるための前記スイッチの少なくとも1つの操作ユニット(UP)と、
- 磁気回路を通して前記制御ユニット(UC)と前記操作ユニット(UP)との間の信号伝達を可能にするように前記制御ユニット(UC)と前記操作ユニット(UP)の機能素子(16)との間に配置された、少なくとも1つの一次巻線(141)および少なくとも1つの二次巻線(142)を有する絶縁変圧器(14)とを含み、
前記一次巻線(141)回路(143)および前記二次巻線(142)回路(144)が同じ電圧接地(GND HT)に連結される、
車両内に搭載された電気機械(M)用の電圧変換器(10)。
前記スイッチが、1つまたは複数のアーム(A、B、C)に配置され、アームが、中間点によって分離された直列の少なくとも2つのスイッチを含む請求項1に記載の変換器。
前記変圧器(14)が、制御ユニット(UC)に連結された一次巻線(141)と、前記アームの各トランジスタ用の二次巻線(142)とを含む請求項2に記載の変換器。
前記接地(GND HT)は、前記アーム(A、B、C)の端部が接続される接地と共通である請求項2または3に記載の変換器。
電動モータ(M)に接続された流体圧縮機構を含む冷却液回路用のコンプレッサであって、前記圧縮機構、前記モータ(M)、および前記電動モータ(M)に給電するための請求項1から4のいずれかに記載の変換器(10)を収納するハウジングをさらに含む、コンプレッサ。