JP6747253B2 - Sensor unit set - Google Patents
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Description
本明細書は、第1電力変換器に用いられる第1センサユニットと、第2電力変換器に用いられる第2センサユニットの組を開示する。 The present specification discloses a set of a first sensor unit used in a first power converter and a second sensor unit used in a second power converter.
特許文献1に、バッテリの直流電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換器に用いられるセンサユニットの一例が開示されている。電力変換器は、2個の走行用の三相交流モータに電力を供給すべく、2組のインバータを備えている。夫々のインバータは、三相交流を出力する。センサユニットには、2組のインバータの夫々の出力電力を伝達する合計6本のバスバが貫通している。センサユニットには、6本のバスバの夫々を流れる電流を計測する6個の電流センサ素子が備えられている。電流センサ素子は、例えばホール素子である。センサユニットは、内部のセンサ素子と外部の制御基板とを電気的に接続するリード線を備えている。 Patent Document 1 discloses an example of a sensor unit used in a power converter that converts DC power of a battery into drive power of a motor for traveling. The electric power converter includes two sets of inverters for supplying electric power to two traveling three-phase AC motors. Each inverter outputs three-phase alternating current. The sensor unit is penetrated by a total of six bus bars that transmit the output power of each of the two sets of inverters. The sensor unit is equipped with six current sensor elements for measuring the current flowing through each of the six bus bars. The current sensor element is, for example, a Hall element. The sensor unit includes a lead wire that electrically connects an internal sensor element and an external control board.
バスバを流れる電流が大きくなると、発熱量が増加し、センサユニットの内部でバスバの近くに配置されている電流センサ素子の温度が上昇する。電流センサ素子の過熱を抑えるべく、センサユニット内に温度センサ素子を設置して、センサユニットの温度管理が行えるとよい。しかし、温度センサ素子を新たにセンサユニット内に配置し、温度センサ素子とバスバを流れる電流を制御する制御基板の間に信号を伝達するリード線を配策する必要がある。新たなリード線の配策には電力変換器の中に新たなスペースも必要となる。 When the current flowing through the bus bar increases, the amount of heat generated increases, and the temperature of the current sensor element arranged near the bus bar inside the sensor unit rises. In order to suppress overheating of the current sensor element, it is preferable to install a temperature sensor element in the sensor unit and manage the temperature of the sensor unit. However, it is necessary to newly arrange the temperature sensor element in the sensor unit and arrange a lead wire for transmitting a signal between the temperature sensor element and the control board that controls the current flowing through the bus bar. The arrangement of new leads also requires new space in the power converter.
ところで、自動車産業では、タイプの異なる自動車の部品を共通化してコストを下げることが行われる。センサユニットにしても、タイプの異なる電気自動車の電力変換器のセンサユニットを共通化することが考えられる。例えば、バッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータと昇圧された電圧の直流電力を交流電力に変換するインバータを備える電力変換器の場合、電力の大きいタイプは電圧コンバータの電流を計測する電流センサ素子を2個備え、電力が大きくないタイプは電圧コンバータの電流を計測するのに唯一つの電流センサ素子を備える。説明の都合上、大電力を扱う電力変換器を第1電力変換器と称し、第1電力変換器よりも扱い電力が小さい電力変換器を第2電力変換器と称する。第1電力変換器は、大電力を扱うため、発熱量が大きく、電流センサ素子の使用環境が厳しく劣化の進行が第2電力変換器よりも早い。それゆえ、第1電力変換器は冗長性を備えるべく、電圧コンバータに2個の電流センサ素子を備える。第1電力変換器と第2電力変換器はいずれも、インバータの三相交流出力電流を計測するために別の3個の電流センサ素子を備える。第1電力変換器のセンサユニットには、インバータの出力電流を伝達する3本のバスバと、電圧コンバータを流れる電流を2個の電流センサ素子で計測するための2本のバスバが貫通し、夫々のバスバの電流を計測する合計5個の電流センサ素子を備える。第2電力変換器のセンサユニットは、電圧コンバータ用に1個の電流センサ素子を備えればよいので、合計4個の電流センサ素子を備える。即ち、第2電力変換器は、第1電力変換器よりも電流センサが1個少なくて済む。そして、第1電力変換器のセンサユニットは、5個の電流センサ素子と外部の制御基板を接続するのに5本のリード線を必要とする(センサ素子へ電力供給するためのリード線は除く)。第2電力変換器のセンサユニットは、4本のリード線で済む。第1電力変換器のセンサユニットと第2電力変換器のセンサユニットを共通化すると、第2電力変換器のセンサユニットでは、無駄なリード線が存在する。本明細書は、第1電力変換器と第2電力変換器のセンサユニットを共通化するときに一方のセンサユニットで無駄となるリード線を有効に利用し、新たなリード線を付加することなく、第2電力変換器のセンサユニットに温度センサ素子を組み込む技術を提供する。 By the way, in the automobile industry, parts of different types of vehicles are commonly used to reduce costs. Even in the case of the sensor unit, it is conceivable that the sensor units of the electric power converters of different types of electric vehicles are shared. For example, in the case of a power converter including a voltage converter that boosts the voltage of a battery and an inverter that converts DC power of the boosted voltage to AC power, a type with large power has two current sensor elements that measure the current of the voltage converter. The type with a small amount of power and the type with a small amount of power has only one current sensor element for measuring the current of the voltage converter. For convenience of description, a power converter that handles large power is referred to as a first power converter, and a power converter that handles less power than the first power converter is referred to as a second power converter. Since the first power converter handles a large amount of power, the amount of heat generated is large, the environment in which the current sensor element is used is severe, and the deterioration progresses faster than the second power converter. Therefore, the first power converter comprises two current sensor elements in the voltage converter in order to provide redundancy. Both the first power converter and the second power converter include another three current sensor elements for measuring the three-phase AC output current of the inverter. The sensor unit of the first power converter is penetrated by three bus bars for transmitting the output current of the inverter and two bus bars for measuring the current flowing through the voltage converter with the two current sensor elements, respectively. It has a total of five current sensor elements for measuring the current of the bus bar. Since the sensor unit of the second power converter only needs to have one current sensor element for the voltage converter, it has a total of four current sensor elements. That is, the second power converter requires one less current sensor than the first power converter. The sensor unit of the first power converter requires five lead wires to connect the five current sensor elements and the external control board (excluding the lead wires for supplying power to the sensor elements). ). The sensor unit of the second power converter requires only four lead wires. If the sensor unit of the first power converter and the sensor unit of the second power converter are shared, there will be useless lead wires in the sensor unit of the second power converter. The present specification effectively utilizes a wasteful lead wire in one sensor unit when the sensor units of the first power converter and the second power converter are shared, and does not add a new lead wire. , A technique for incorporating a temperature sensor element into the sensor unit of the second power converter is provided.
本明細書は、第1電力変換器に用いられる第1センサユニットと、第2電力変換器に用いられる第2センサユニットの組を開示する。第1電力変換器と第2電力変換器は、いずれも、バッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータと、昇圧された電圧の直流電力を走行用の三相交流モータの駆動用電力に変換するインバータを備えている。第1センサユニットは、3個の第1電流センサ素子と2個の第2電流センサ素子を備えている。3個の第1電流センサ素子の夫々は、第1電力変換器のインバータの三相交流出力を伝達する3本のバスバの夫々を流れる電流を計測する。2個の第2電流センサ素子の夫々は、第1電力変換器の電圧コンバータを流れる電流を計測する。一方、第2センサユニットは、3個の第3電流センサ素子と、1個の第4電流センサ素子と、温度センサ素子を備えている。3個の第3電流センサ素子の夫々は、第2電力変換器のインバータの三相交流出力を伝達する3本のバスバの夫々を流れる電流を計測する。第4電流センサ素子は、第2電力変換器の電圧コンバータを流れる電流を計測する。温度センサ素子は、第2センサユニットの温度を計測する。第1センサユニットと第2センサユニットは、筐体の形状が同じであるとともに、同じ箇所から同数のリード線が延びている。即ち、第1センサユニットと第2センサユニットは、外形状と、リード線の位置と数が同じであり、共通のハードウエアをベースに実現することができる。複数のリード線のうち、第1センサユニットにおいて3個の第1電流センサ素子の信号を伝達するリード線にセンサユニットの構造上で対応する第2センサユニットのリード線が、3個の第3電流センサ素子の信号を伝達するリード線である。そして、複数のリード線のうち、第1センサユニットにおいて2個の第2電流センサ素子の一方の信号を伝達するリード線にセンサユニットの構造上で対応する第2センサユニットのリード線が、第3電流センサ素子の信号を伝達するリード線である。複数のリード線のうち、第1センサユニットにおいて2個の第2電流センサ素子の他方の信号を伝達するリード線にセンサユニット上で対応する第2センサユニットのリード線が、温度センサ素子の信号を伝達するリード線である。即ち、このセンサユニットの組は、第2電力変換器のセンサユニット(第2センサユニット)では使わない第1センサユニットの第2電流センサ素子用のリード線を温度センサの信号出力に用いる。第2センサユニットは、第1センサユニットと共通のハードウエアに新たなリード線を付加することなく、センサユニット自体の温度を計測する温度センサ素子を組み込むことができる。 The present specification discloses a set of a first sensor unit used in a first power converter and a second sensor unit used in a second power converter. The first power converter and the second power converter each include a voltage converter that boosts the voltage of the battery and an inverter that converts the DC power of the boosted voltage into the driving power of the three-phase AC motor for traveling. I have it. The first sensor unit includes three first current sensor elements and two second current sensor elements. Each of the three first current sensor elements measures the current flowing through each of the three bus bars that transmit the three-phase AC output of the inverter of the first power converter. Each of the two second current sensor elements measures the current flowing through the voltage converter of the first power converter. On the other hand, the second sensor unit includes three third current sensor elements, one fourth current sensor element, and a temperature sensor element. Each of the three third current sensor elements measures the current flowing through each of the three bus bars that transmit the three-phase AC output of the inverter of the second power converter. The fourth current sensor element measures a current flowing through the voltage converter of the second power converter. The temperature sensor element measures the temperature of the second sensor unit. The first sensor unit and the second sensor unit have the same housing shape, and the same number of lead wires extend from the same location. That is, the first sensor unit and the second sensor unit have the same outer shape and the same position and number of lead wires, and can be realized based on common hardware. Of the plurality of lead wires, the lead wire of the second sensor unit corresponding to the lead wire transmitting the signals of the three first current sensor elements in the first sensor unit in terms of the structure of the sensor unit is the third lead wire of the three. It is a lead wire for transmitting a signal of the current sensor element. Then, among the plurality of lead wires, the lead wire of the second sensor unit corresponding to the lead wire transmitting the signal of one of the two second current sensor elements in the first sensor unit in the structure of the sensor unit is 3 is a lead wire for transmitting the signal of the current sensor element. Among the plurality of lead wires, the lead wire of the second sensor unit corresponding to the lead wire transmitting the other signal of the two second current sensor elements in the first sensor unit on the sensor unit is the signal of the temperature sensor element. Is a lead wire for transmitting. That is, this set of sensor units uses the lead wire for the second current sensor element of the first sensor unit, which is not used in the sensor unit (second sensor unit) of the second power converter, for the signal output of the temperature sensor. The second sensor unit can incorporate a temperature sensor element that measures the temperature of the sensor unit itself without adding a new lead wire to the hardware common to the first sensor unit.
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。 Details of the technology disclosed in the present specification and further improvements will be described in the following “Description of Embodiments”.
図面を参照して実施例のセンサユニットの組を説明する。第1センサユニットは、外部の電源からバッテリを充電することのできる充電装置を備えたハイブリッド車の電力変換器に適用されるユニットであり、第2センサユニットは、上記した充電装置を備えないハイブリッド車の電力変換器に適用されるユニットである。まず、第1センサユニットが適用されるハイブリッド車(第1ハイブリッド車100)と、第1センサユニットを説明する。 A set of sensor units according to the embodiment will be described with reference to the drawings. The first sensor unit is a unit applied to a power converter of a hybrid vehicle including a charging device capable of charging a battery from an external power source, and the second sensor unit is a hybrid not including the above-described charging device. It is a unit that is applied to a vehicle power converter. First, a hybrid vehicle (first hybrid vehicle 100) to which the first sensor unit is applied and the first sensor unit will be described.
図1は、第1ハイブリッド車100の電力系のブロック図である。第1ハイブリッド車100は、走行用に三相交流モータ(モータ102)とエンジン103を備えている。モータ102の出力軸とエンジン103の出力軸はギアボックス104に連結されている。モータ102の出力トルクとエンジン103の出力トルクはギアボックス104で合成され、車軸105に伝達される。第1ハイブリッド車100は、エンジン103を停止してモータ102のみで走行することもできる。また、ギアボックス104は、エンジン103の出力トルクを車軸105とモータ102に分配する場合がある。その場合、第1ハイブリッド車100は、走行しながらモータ102で発電する。
FIG. 1 is a block diagram of a power system of the
モータ102は、高電圧バッテリ101の電力で駆動される。高電圧バッテリ101とモータ102の間に第1電力変換器50が接続されている。第1電力変換器50は、高電圧バッテリ101の電圧を昇圧する電圧コンバータ55、昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ57を備えている。電圧コンバータ55は、インバータ側から送られる電力を降圧して高電圧バッテリ101の側へ出力することもできる。即ち、電圧コンバータ55は、昇圧機能と降圧機能の両方を備える双方向DC−DCコンバータである。インバータ側から送られる電力とは、モータ102発電した交流電力(回生電力)をインバータ57が直流に変換した電力である。
The
第1ハイブリッド車100は、外部の電源から高電圧バッテリ101を充電できるように、充電器106とソケット107を備えている。ソケット107に外部電源から延びるケーブルのプラグを差し込み、外部電源から給電する。充電器106が外部電源の電力を高電圧バッテリ101の充電に適した電力に変換し、高電圧バッテリ101を充電する。外部電源から充電できるハイブリッド車は、プラグインハイブリッド車と呼ばれる。一般に、プラグインハイブリッド車は、非プラグインハイブリッド車よりも大容量のバッテリを搭載する。これは、回生電力だけでなく、外部電源からもバッテリを充電できるからである。
The first
電圧コンバータ55は、2個のトランジスタ56a、56bと、各トランジスタに逆並列に接続されているダイオードと、リアクトル54と、フィルタコンデンサ53を備えている。2個のトランジスタ56a、56bは直列に接続されており、その直列接続は、電圧コンバータ55の高電圧側(インバータ側)の正極と負極の間に接続されている。リアクトル54の一端は、2個のトランジスタ56a、56bの直列接続の中点に接続されている。リアクトル54の他端は、電圧コンバータ55の低電圧側(バッテリ側)の正極に接続されている。低電圧側の正極と負極の間にフィルタコンデンサ53が接続されている。低電圧側の負極と高電圧側の負極は直接に接続されている。図1の電圧コンバータ55の回路構成とその動作はよく知られているので詳しい説明は省略する。
The
電圧コンバータ55の高電圧側に、インバータ57が接続されている。インバータ57は、電圧コンバータ55によって昇圧された高電圧バッテリ101の直流電力を交流電力に変換し、モータ102に供給する。インバータの回路構成とその動作は良く知られているので詳しい説明は省略する。
An
第1電力変換器50は、5個の電流センサ51a−51eを備えている。電流センサ51a−51cは、インバータ57が出力する三相交流の夫々の電流を計測する。電流センサ51d、51eは、電圧コンバータ55のリアクトル54を流れる電流を計測する。即ち、電流センサ51d、51eは、電圧コンバータ55を流れる電流を計測する。電流センサ51d、51eは、同じ電流を計測する。これは、電圧コンバータ55の電流計測に冗長性を確保するためである。第1ハイブリッド車100は、プラグインハイブリッド車であり、大容量のバッテリ(高電圧バッテリ101)を搭載しており、非プラグインハイブリッド車よりもモータ102で走行する割合が大きい。それゆえ、プラグインハイブリッド車は非プラグインハイブリッド車よりも電圧コンバータの負荷が高く、その電流を計測する電流センサも劣化が激しい。それゆえ、第1ハイブリッド車100では、電圧コンバータ55の電流計測に対して2個の電流センサを配し、冗長性を確保し、長期間にわたって電圧コンバータ55の電流計測が行えるようにしている。
The
電流センサ51a−51eの出力は制御基板59に送られる。制御基板59は、モータ102の目標出力を上位の制御器から受信し、その目標出力が実現されるように、電圧コンバータ55のトランジスタ56a、56b、及び、第1、第2インバータ57a、57bのトランジスタを制御する。制御基板59は、電流センサ51a−51eの計測値に基づいて、第1、第2インバータ57a、57bの出力が目標出力に一致するようにフィードバック制御を行う。
The outputs of the
5個の電流センサ51a−51eと、それらの電流センサと制御基板59を接続するリード線を備えるユニットが第1センサユニット10である。第1センサユニット10は、第1ハイブリッド車100の電力変換器(第1電力変換器50)に用いられるセンサユニットである。次に、第1センサユニット10を説明する。
The
図2に、第1センサユニット10の正面図を示し、図3に第1センサユニット10の平面図を示す。第1センサユニット10の本体2は、樹脂製であり、その本体2を5本のバスバ3a−3eが貫通している。図2では、本体2は仮想線で表してあり、その内部に埋設された電流センサ素子(後述)などを実線で描いてある。本体2には、5個の電流センサ素子4a−4eと、各電流センサ素子4a−4eのそれぞれに対して集磁コア5a−5eが埋設されている。集磁コア5a−5eは、C字形状をなしている。本体2の内部でバスバ3aを囲むように集磁コア5aが配置され、集磁コア5aのC字の切れ目に電流センサ素子4aが配置されている。電流センサ素子4aは、磁電変換素子であり、対応するバスバ3aを流れる電流に起因してバスバ3aの周囲に発生する磁界を計測する。バスバ3aが発生する磁界は、集磁コア5aによって集められ、集中した磁界が集磁コア5aの切れ目に配置された電流センサ素子4aを貫く。電流センサ素子4aの計測値を受信した制御基板59では、電流センサ素子4aが計測した磁束の大きさに所定の係数を乗じてバスバ3aを流れる電流の大きさを特定する。電流センサ素子4b−4eと集磁コア5b−5eについても同様である。なお、集磁コア5eは、図2において、集磁コア5dの図面上での奥側に位置している。
FIG. 2 shows a front view of the
3本のバスバ3a−3cは、モータ102に電力を供給するインバータ57の交流出力端と、第1電力変換器50の筐体のパワー端子(不図示)の間を接続する。パワー端子は、モータ102へ三相交流電力を送るパワーケーブルを接続する端子である。バスバ3a−3cは、インバータ57の三相交流出力を伝送する。バスバ3aに配置された電流センサ素子4aと集磁コア5aが図1の電流センサ51aに相当する。バスバ3bに配置された電流センサ素子4bと集磁コア5bが図1の電流センサ51bに相当する。バスバ3cに配置された電流センサ素子4cと集磁コア5cが図1の電流センサ51cに相当する。
The three bus bars 3 a-3 c connect between the AC output end of the
バスバ3dは、第1電力変換器50の内部で、リアクトル54と、2個のトランジスタ56a、56bの直列接続の中点を接続している。バスバ3dに配置された電流センサ素子4dと集磁コア5dが、図1の電流センサ51dに相当する。
The
図3に示すように、バスバ3deには、電流センサ素子4dと集磁コア5dのほかに、電流センサ素子4eと集磁コア5eが配置されている。電流センサ素子4eと集磁コア5eも、バスバ3dを流れる電流に起因して発生する磁界を計測する。電流センサ素子4eと集磁コア5eが、図1の電流センサ51eに相当する。
As shown in FIG. 3, the bus bar 3de is provided with a
本体2の上部にセンサ基板6が配置されている。電流センサ素子4a−4eは、センサ基板6に接続されている。センサ基板6からは9本のリード線8が延びている。リード線8は、各電流センサ素子4a−4eと制御基板59を電気的に接続する。電流センサ素子4a−4eとリード線8a−8jは、センサ基板6の上で結線されている。図3に、電流センサ素子4a−4eとリード線8a−8jの結線状態を示してある。なお、図3では、集磁コア5a−5eの図示は省略した。また、図3では、リード線8f、8g、8h、8jの結線は図示を省略した。リード線8fと8gは、センサ基板6から電流センサ素子4a−4cへ駆動電力を送るためのリード線であり、電流センサ素子4a−4cの夫々の正極と負極に結線されている。リード線8hと8jは、センサ基板6から電流センサ素子4d、4eへ駆動電力を送るためのリード線であり、電流センサ素子4d、4eの夫々の正極と負極に結線されている。
The
リード線8a−8cは、それぞれ、電流センサ素子4a−4cの出力端と接続されている。リード線8d、8eは、それぞれ、電流センサ素子4d、4eの出力端と接続されている。
The lead wires 8a-8c are connected to the output ends of the
第1センサユニット10の本体2には、温度センサ素子7が埋設されているが、第1電力変換器50では温度センサ素子7は使われない。即ち、温度センサ素子7の出力端には何も接続されていない。図3の記号91が示す破線が、開放されている温度センサ素子7の出力端を表している。温度センサ素子7は、第2電力変換器60(後述)で利用される。
Although the temperature sensor element 7 is embedded in the
次に、第2センサユニットを説明する。第2センサユニットは、第2ハイブリッド車200の電力変換器に適用される。図4に、第2ハイブリッド車200の電力系のブロック図を示す。第2ハイブリッド車200は、走行用に三相交流モータ(モータ202)とエンジン203を備えている。モータ202の出力軸とエンジン203の出力軸はギアボックス204に連結されている。モータ202の出力トルクとエンジン203の出力トルクはギアボックス204で合成され、車軸205に伝達される。第2ハイブリッド車200は、エンジン203を停止してモータ202のみで走行することもできる。また、ギアボックス204は、エンジン203の出力トルクを車軸205とモータ202に分配する場合がある。その場合、第2ハイブリッド車200は、走行しながらモータ202で発電する。
Next, the second sensor unit will be described. The second sensor unit is applied to the power converter of the second
第2ハイブリッド車200が第1ハイブリッド車100と相違する点は、第2ハイブリッド車200が充電器と充電プラグを備えないことと、高電圧バッテリの容量が第1ハイブリッド車100のバッテリよりも小さいことである。
The second
モータ202は高電圧バッテリ201の電力で駆動される。高電圧バッテリ201とモータ202の間に第2電力変換器60が接続されている。第2電力変換器60は、高電圧バッテリ201の電圧を昇圧する電圧コンバータ65、昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ67を備えている。電圧コンバータ65は、2個のトランジスタ66a、66bと、各トランジスタに逆並列に接続されているダイオードと、リアクトル64と、フィルタコンデンサ63を備えている。図1と対比すると理解されるように、第2電力変換器60の電圧コンバータ65は、第1電力変換器50の電圧コンバータ55と同じ回路構成を有している。電圧コンバータ65も双方向DC−DCコンバータである。図3の電圧コンバータ65の回路構成と動作の説明は省略する。
The
電圧コンバータ65の高電圧側に、インバータ67が接続されている。インバータ67は、電圧コンバータ65によって昇圧された高電圧バッテリ201の直流電力を交流電力に変換し、モータ202に供給する。インバータの回路構成とその動作の説明は省略する。
An
第2電力変換器60は、4個の電流センサ61a、61b、61c、61dを備えている。また、第2電力変換器60は、温度センサ68を備えている。電流センサ61a−61cは、インバータ67が出力する三相交流の夫々の電流を計測する。電流センサ61dは、リアクトル64を流れる電流、即ち、電圧コンバータ65を流れる電流を計測する。電流センサ61a、61b、61c、61dの出力は制御基板69に送られる。制御基板69は、モータ202の目標出力を上位の制御器から受信し、その目標出力が実現されるように、電圧コンバータ65のトランジスタ66a、66b、及び、インバータ67のトランジスタを制御する。制御基板69は、電流センサ61a、61b、61c、61dの計測値に基づいて、インバータ67の出力が目標出力に一致するようにフィードバック制御を行う。
The
第1ハイブリッド車100の第1電力変換器50が電圧コンバータ55の電流計測用に2個の電流センサ51d、51eを備えていたのに対して、第2ハイブリッド車200の第2電力変換器60は、電圧コンバータ65の電流計測用に1個の電流センサ61dのみを備える。これは、第2ハイブリッド車200が非プラグインハイブリッド車であり、高電圧バッテリ201の容量が第1ハイブリッド車100の高電圧バッテリ101の容量よりも小さいからである。第2ハイブリッド車200は非プラグインであり、第1ハイブリッド車と比較して高電圧バッテリ201の電力のみで走行する場合が少ない。第2電力変換器60の電圧コンバータ65の使用頻度が第1電力変換器50の電圧コンバータ55よりも小さいので、電流センサの劣化が第1電力変換器50ほどには厳しくない。それゆえ、第2電力変換器60では電圧コンバータ65の電流計測に冗長性を確保せず、唯一の電流センサ51dで電圧コンバータ65の電流を計測する。
While the
温度センサ68は、後述する第2センサユニット20の温度を計測する。第2センサユニット20には、電流センサ61a、61b、61c、61dの構成要素である電流センサ素子(後述)が埋設されており、温度センサ68の計測温度は、それら電流センサ素子の温度の近似値として利用される。温度センサ68の計測温度が高いとき、電流センサ素子が過熱気味であるとして、制御基板69は、モータ202の出力を制限し、電流センサ素子の温度上昇を抑制する。
The
4個の電流センサ61a、61b、61c、61d及び温度センサ68とリード線を備えるユニットが第2センサユニット20である。リード線は、4個の電流センサ61a、61b、61c、61d及び温度センサ68と制御基板69を接続する導電体である。次に、第2センサユニット20を説明する。
The
図5に、第2センサユニット20の正面図を示し、図6に第2センサユニット20の平面図を示す。第2センサユニット20のハードウエアは、図2、図3に示した第1センサユニット10とほぼ同じである。そこで、図5、図6において図2と図3に示した第1センサユニット10と共通する部品には、10番台の符号であって、一桁目が図2、図3の部品と同じである符号を付してある。
FIG. 5 shows a front view of the
3本のバスバ13a−13cは、モータ202に電力を供給するインバータ67の交流出力端と、第2電力変換器60の筐体のパワー端子(不図示)の間を接続する。パワー端子は、モータ202へ三相交流電力を送るパワーケーブルを接続する端子である。バスバ13a−13cは、インバータ67の出力電力を転送する。バスバ13aに配置された電流センサ素子14aと集磁コア15aが、図4の電流センサ61aに相当する。バスバ13bに配置された電流センサ素子14bと集磁コア15bが、図4の電流センサ61bに相当する。バスバ13cに配置された電流センサ素子14cと集磁コア15cが図4の電流センサ61cに相当する。
The three bus bars 13 a-13 c connect the AC output terminal of the
バスバ13dは、第2電力変換器60の内部で、リアクトル64と、2個のトランジスタ66a、66bの直列接続の中点を接続している。バスバ13dに配置された電流センサ素子14dと集磁コア15dが、図4の電流センサ61dに相当する。
The
第2センサユニット20は、電流センサ素子14e、集磁コア15eを備えるが、それらは第2電力変換器60では使われない。なお、集磁コア15eは、図5にて、集磁コア15dの奥側に位置している。
The
電流センサ素子14a−14c、14dと制御基板69は、リード線18を介して接続されている。電流センサ素子14a−14c、14dとリード線18は、センサ基板16にて結線されている。図6の平面図に、各リード線18と各センサ素子との結線関係を図示する。図6では、リード線18f、18g、18h、18jの結線は図示を省略した。リード線18fと18gは、センサ基板16から電流センサ素子14a−14cへ駆動電力を送るためのリード線であり、電流センサ素子14a−14cの夫々の正極と負極に結線されている。リード線18hと18jは、センサ基板16から電流センサ素子14dへ駆動電力を送るためのリード線であり、電流センサ素子14dの正極と負極に結線されている。リード線18hと18jは、また、温度センサ素子17へ駆動電力も供給する。
The
第2センサユニット20において、第1センサユニット10と相違するのは、センサ基板16における結線状態のみである。図3に示した第1センサユニット10では、電流センサ素子4eの出力端がリード線8eに接続されていた。これに対して第2センサユニット20では、リード線18eが温度センサ素子17の出力端に接続されている。なお、温度センサ素子17は、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタであり、その出力端とは、センサ駆動電源の正極が接続される端である。先に述べたように、電流センサ素子14eは第2電力変換器60では使われないので、電流センサ素子14eは、結線されていない。図6における点線92が、電流センサ素子4eが結線されていないことを表している。
The
第2センサユニット20では、温度センサ素子17が本体12の温度を計測する。本体12には、電流センサ素子14a−14dが埋設されており、温度センサ素子17は、電流センサ素子14a−14dの近傍に配置されている。温度センサ素子17の計測温度は、電流センサ素子14a−14dの温度の近似値として利用される。温度センサ素子17の計測データはリード線18dを介して制御基板69に伝達される。制御基板69では、温度センサ素子17の計測値が所定の閾値を超えると、電流センサ素子14a−14dの過熱防止のため、第2電力変換器60の出力(即ちモータ202の出力)を制限する。
In the
先に述べたように、第2センサユニット20のハードウエア構成は第1センサユニット10のハードウエア構成とほぼ同じであり、センサ基板6(16)におけるセンサ素子とリード線の結線状態がわずかに異なるだけである。第1センサユニット10と第2センサユニット20は、共通のハードウエアから、夫々、わずかな変更のみで実現することができる。
As described above, the hardware configuration of the
第1センサユニット10と第2センサユニット20は、それらの形状(即ち、本体2の形状と本体12の形状)と、リード線(リード線8とリード線18)の数と配置が同じである。即ち、第1センサユニット10と第2センサユニット20は、ともに、本体2、本体12の同じ箇所から同数のリード線8、18が延びている。以下、第1センサユニット10と第2センサユニット20のリード線の対応関係を述べる。第1センサユニット10の複数のリード線8のうち、3個の電流センサ素子4a−4c(図1における電流センサ51a−51c)の信号を伝達するリード線8a−8cにセンサユニットの構造上で対応する第2センサユニット20のリード線18a−18cが、3個の電流センサ素子14a−14cの信号を伝達するリード線である。第1センサユニット10の複数のリード線8のうち、2個の電流センサ素子4d、4eの一方の信号を伝達するリード線8dにセンサユニットの構造上で対応する第2センサユニット20のリード線18dが、電流センサ素子14dの信号を伝達するリード線である。2個の電流センサ素子4d、4eの他方の信号を伝達するリード線8eにセンサユニットの構造上で対応する第2センサユニット20のリード線18eが、温度センサ素子17の信号を伝達するリード線である。なお、「センサユニットの構造上で対応する」とは、別言すれば、第1センサユニット10と第2センサユニット20の外観上で対応する、という意味である。
The
上記の通り、第1センサユニット10と第2センサユニット20は、外形状と、リード線の配置と数が同じである。第1センサユニット10と第2センサユニット20の組を採用することによって、第1ハイブリッド車100の電力変換器(第1電力変換器50)と第2ハイブリッド車200の電力変換器(第2電力変換器60)で部品の共通化が図れる。そして、第1電力変換器50では利用されている第1センサユニット10のリード線8eとセンサユニットの構造上で対応する第2センサユニット20のリード線18eを利用して温度センサ素子17の出力を制御基板69へ伝達する。実施例の第2センサユニット20は、第1電力変換器50(第1センサユニット10)では利用されるが第2電力変換器60(第2センサユニット20)では利用されていなかったリード線18eを有効に利用する。より具体的には、第2センサユニット20では、新たにリード線を付加することなく、温度センサ素子の出力を制御基板69へ伝達することができる。実施例の第1センサユニット10と第2センサユニット20の組は、共通のハードウエアを利用して実現することができ、そのうちの一方の第2センサユニット20において、新たにリード線を付加することなく、温度センサ素子を付加することができる。
As described above, the
第1電力変換器50の第1センサユニット10は、リード線8eを介して電流センサ素子4eの信号を制御基板59へ伝達する。第2電力変換器60の第2センサユニット20では、第1センサユニット10のリード線8eにセンサユニットの構造上で対応するリード線18eを介して温度センサ素子17の信号を制御基板69へ伝達する。電流センサ素子4eは典型的にはホール素子であり、温度センサ素子17は典型的にはサーミスタである。ホール素子は一定の電力を供給し、感知した磁界の強さに応じた電圧を出力する。サーミスタは、温度に応じて抵抗値が変化する素子である。第1センサユニット10と接続される制御基板59では、ホール素子(電流センサ素子4e)のセンサ出力(電圧出力)を取り込むためのインターフェイス回路が必要であり、第2センサユニット20と接続される制御基板69では、サーミスタ(温度センサ素子17)のセンサ出力(抵抗値の変化)を取り込むインターフェイス回路が必要となる。ホール素子用のインターフェイス回路と、サーミスタ用のインターフェイス回路を例示する。
The
図7に電流センサ素子4e(ホール素子)のセンサ出力を取り込むためのインターフェイス回路の一例を示す。第1センサユニット10と制御基板59の接続回路では、リード線8hを通じて制御基板59の電源81の電力を電流センサ素子4e(ホール素子)に供給する。リード線8jを通じて電流センサ素子4e(ホール素子)の負極が制御基板59のグランドに接続される。電流センサ素子4e(ホール素子)の出力は、リード線8eを介して制御基板59のインターフェイス回路80aに入力される。リード線8eと接続されている入力線88は、途中で抵抗83を介してグランドGに接続されるとともに、CPUとの接続端子89へつながっている。なお、抵抗82とコンデンサ84はノイズフィルタである。電流センサ素子4dの出力電圧の変化に応じて、CPUとの接続端子89の電圧が、グランドGを基準にして変化する。制御基板59のCPU(不図示)は、グランドGを基準とした電流センサ素子4eの電圧によって、バスバ3dを流れる電流の大きさを特定することができる。
FIG. 7 shows an example of an interface circuit for taking in the sensor output of the
図8に、温度センサ素子17(サーミスタ)のセンサ出力を取り込むインターフェイス回路の一例を示す。第2センサユニット20と制御基板69の接続回路では、温度センサ素子17(サーミスタ)の一端は、リード線18jを介して制御基板69のグランドGと接続される。温度センサ素子17(サーミスタ)の他端は、リード線18eを通じてインターフェイス回路80bの入力線88に接続される。入力線88は、抵抗85を介して電源81と接続されている。入力線88は、CPUとの接続端子89へつながっている。なお、抵抗82とコンデンサ84はノイズフィルタである。温度センサ素子17(サーミスタ)は、温度に応じて抵抗が変化する。温度センサ素子17(サーミスタ)の検知した温度に応じてその抵抗が変化し、接続端子89の電圧が変化する。制御基板59のCPU(不図示)は、抵抗85と温度センサ素子17(サーミスタ)の抵抗比で定まる電源81の分圧によって、検知した温度の大きさを特定することができる。
FIG. 8 shows an example of an interface circuit that takes in the sensor output of the temperature sensor element 17 (thermistor). In the connection circuit of the
図7と図8を対比すると理解されるように、電流センサ素子4e(ホール素子)のインターフェイス回路80aと温度センサ素子17(サーミスタ)のインターフェイス回路80bは、抵抗83と抵抗85が相違するだけで残りの部分は同じである。すなわち、インターフェイス回路80aとインターフェイス回路80bは似ている。このことは、第1電力変換器50と第2電力変換器60のセンサユニットを共通化する場合、制御基板59と制御基板69の一部も共通化できる可能性があることを示している。
As can be understood by comparing FIGS. 7 and 8, the
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の第1センサユニット10は、第1電力変換器50では使われないが、第2電力変換器60では使われる温度センサ素子7を備えている。第1センサユニット10は、温度センサ素子7を備えていなくてもよい。実施例の第2センサユニット20は、第2電力変換器60では使われないが、第1電力変換器50では使われる電流センサ素子14eと集磁コア15eを備えていた。第2センサユニット20は、電流センサ素子14eと集磁コア15eを備えていなくてもよい。
Points to be noted regarding the technique described in the embodiment will be described. The
実施例の電流センサ素子4a−4cが請求項の「第1電流センサ素子」の一例であり、実施例の電流センサ素子4d、4eが請求項の「第2電流センサ素子」の一例である。実施例の電流センサ素子14a−14cが請求項の「第3電流センサ素子」の一例である。実施例の電流センサ素子14dが請求項の「第4電流センサ素子」の一例である。
The
実施例ではハイブリッド車用の電力変換器のセンサユニットを例に説明した。本明細書が開示する技術は、ハイブリッド車に限定されるものではない。本明細書が開示する技術は、エンジンを備えずモータのみで走行する自動車に適用することも可能である。 In the embodiment, the sensor unit of the power converter for the hybrid vehicle has been described as an example. The technology disclosed in this specification is not limited to hybrid vehicles. The technology disclosed in this specification can also be applied to an automobile that does not include an engine and that is driven only by a motor.
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。 Specific examples of the present invention have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Further, the technique illustrated in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of objects, and achieving the one object among them has technical utility.
2、12:本体
3a−3d、13a−13d:バスバ
4a−4e、14a−14e:電流センサ素子
5a−5e、15a−15e:集磁コア
6、16:センサ基板
7、17:温度センサ素子
8a−8j、18a−18j:リード線
10:第1センサユニット
20:第2センサユニット
50:第1電力変換器
51a−51e、61a−61e:電流センサ
53、63:フィルタコンデンサ
54、64:リアクトル
55、65:電圧コンバータ
56a、56b、66a、66b:トランジスタ
57、67:インバータ
59、69:制御基板
60:第2電力変換器
68:温度センサ
80a、80b:インターフェイス回路
81:電源
82:抵抗
83:抵抗
84:コンデンサ
85:抵抗
100:第1ハイブリッド車
101、201:高電圧バッテリ
102、202:モータ
200:第2ハイブリッド車
G:グランド
2, 12:
Claims (1)
前記第1電力変換器と前記第2電力変換器は、いずれも、バッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータと、昇圧された電圧の電力を走行用の三相交流モータの駆動電力に変換するインバータを備えており、
前記第1センサユニットは、
前記第1電力変換器の前記インバータの三相交流出力を伝達する3本のバスバの夫々を流れる電流を計測する3個の第1電流センサ素子と、
前記第1電力変換器の前記電圧コンバータを流れる電流を計測する2個の第2電流センサ素子と、
を備えており、
前記第2センサユニットは、
前記第2電力変換器の前記インバータの三相交流出力を伝達する3本のバスバの夫々を流れる電流を計測する3個の第3電流センサ素子と、
前記第2電力変換器の前記電圧コンバータを流れる電流を計測する1個の第4電流センサ素子と、
当該第2センサユニットの温度を計測する温度センサ素子と、
を備えており、
前記第1センサユニットと前記第2センサユニットは、外形状が同じであるとともに、同じ箇所から同数のリード線が延びており、
複数の前記リード線のうち、前記第1センサユニットにおいて3個の前記第1電流センサ素子の信号を伝達するリード線にセンサユニットの構造上で対応する前記第2センサユニットのリード線が、3個の前記第3電流センサ素子の信号を伝達するリード線であり、
複数の前記リード線のうち、前記第1センサユニットにおいて2個の前記第2電流センサ素子の一方の信号を伝達するリード線にセンサユニットの構造上で対応する前記第2センサユニットのリード線が、前記第3電流センサ素子の信号を伝達するリード線であり、
複数の前記リード線のうち、前記第1センサユニットにおいて2個の前記第2電流センサ素子の他方の信号を伝達するリード線にセンサユニットの構造上で対応する前記第2センサユニットのリード線が、前記温度センサ素子の信号を伝達するリード線である、センサユニット組。 A set of a first sensor unit used in the first power converter and a second sensor unit mounted in the second power converter,
The first power converter and the second power converter each include a voltage converter that boosts the voltage of the battery and an inverter that converts the power of the boosted voltage into the driving power of the three-phase AC motor for traveling. Is equipped with
The first sensor unit,
Three first current sensor elements for measuring currents flowing through each of the three bus bars transmitting the three-phase AC output of the inverter of the first power converter;
Two second current sensor elements for measuring a current flowing through the voltage converter of the first power converter;
Is equipped with
The second sensor unit is
Three third current sensor elements for measuring the current flowing through each of the three bus bars transmitting the three-phase AC output of the inverter of the second power converter;
One fourth current sensor element for measuring a current flowing through the voltage converter of the second power converter;
A temperature sensor element for measuring the temperature of the second sensor unit,
Is equipped with
The first sensor unit and the second sensor unit have the same outer shape, and the same number of lead wires extend from the same location,
Of the plurality of lead wires, the lead wire of the second sensor unit corresponding to the lead wires transmitting the signals of the three first current sensor elements in the first sensor unit in the structure of the sensor unit is 3 lead wires. Lead wires for transmitting signals of the third current sensor elements,
Among the plurality of lead wires, the lead wire of the second sensor unit that corresponds in structure to the lead wire that transmits one signal of the two second current sensor elements in the first sensor unit is the lead wire of the second sensor unit. A lead wire for transmitting a signal of the third current sensor element ,
Among the plurality of lead wires, the lead wire of the second sensor unit corresponding to the lead wire for transmitting the other signal of the two second current sensor elements in the first sensor unit is structurally corresponding to the sensor wire of the second sensor unit. A sensor unit set, which is a lead wire for transmitting a signal of the temperature sensor element.
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