WO2013080748A1 - 機電一体型の電動駆動装置 - Google Patents

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WO2013080748A1
WO2013080748A1 PCT/JP2012/078562 JP2012078562W WO2013080748A1 WO 2013080748 A1 WO2013080748 A1 WO 2013080748A1 JP 2012078562 W JP2012078562 W JP 2012078562W WO 2013080748 A1 WO2013080748 A1 WO 2013080748A1
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electric drive
stator
machine
stator core
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PCT/JP2012/078562
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和人 大山
鈴木　康介
宮崎　英樹
勝洋 星野
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/123—Suppression of common mode voltage or current

Definitions

  • the present invention relates to a machine-electric integrated electric drive apparatus in which a rotating electrical machine and a power conversion device for driving the electric machine are integrally provided.
  • Patent Document 1 discloses an example of a power conversion device provided with a common mode noise reduction mechanism. Since common mode noise (also referred to as common mode current) causes malfunction of the power conversion device that controls the rotating electrical machine, it is desirable to reduce common mode noise. For example, in a hybrid vehicle that travels based on the output of both the engine and the rotating electric machine, the common mode noise reduces the common mode noise because the common mode noise adversely affects the traveling of the vehicle based on the output of both the engine and the rotating electric machine. It is desirable to do. Further, in consideration of the mountability to a vehicle, it is preferable that the electric-power change device and the rotating electric machine be an integrated mechanical-electric type electric drive device.
  • the invention of claim 1 includes a rotor, a stator having a stator core on which an armature winding is mounted, and a rotating electrical machine provided with a housing for arranging an AC terminal of the armature winding and holding the stator, and an inverter circuit
  • a machine-electric integral type electric drive apparatus comprising: an AC bus bar connecting the inverter circuit and an AC terminal; and a power converter fixed to the outer periphery of the housing, provided in contact with the stator core
  • a current collector for collecting a common mode current caused by stray capacitance of the stator, and a connection wire for connecting a virtual neutral point on the DC input side of the inverter circuit to the current collector.
  • the common mode current can be returned from the rotating electric machine side to the virtual neutral point of the power conversion device in the machine-electric integrated type electric drive device, and the influence of the common mode current can be suppressed. .
  • FIG. 2 is a view showing a control block of a hybrid vehicle equipped with the electric drive device of the present embodiment. It is an appearance perspective view of an electric drive. It is an appearance perspective view of an electric drive.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a rotary electric machine 900. It is a perspective view of stator 940 in which conductor ring 950c and conductor bar 950b were provided.
  • FIG. 2 is a view showing the inside of the power conversion device 200 in detail.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a circuit configuration of a power conversion device 200.
  • FIG. 8 is a diagram in which description of stator 940 is replaced with stator 940 shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a configuration of an inverter circuit 140.
  • FIG. 11 is a schematic view showing a portion of shielded cables 820U to 820W in FIG. 10 in an enlarged manner. It is a figure which shows the flow of the common mode current in the conventional electrically-driven drive device. It is a figure which shows the flow of the common mode current at the time of connecting the inverter circuit 140 and the rotary electric machine 900 with an alternating current bus-bar directly. It is a figure which shows the conductor bar 950b and the conductor ring 950c provided in the outer peripheral surface of the stator core 941.
  • FIG. 33 is a perspective view showing an example of another structure of the stator 940.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of stator 940 shown in FIG. It is a perspective view showing other embodiments of an electric drive.
  • FIG. 1 is a diagram showing a control block of a hybrid vehicle (hereinafter referred to as "HEV").
  • HEV hybrid vehicle traveling based on the output of both the engine and the rotating electrical machine
  • the electric drive unit of the machine-electric integrated type according to the present embodiment travels the vehicle by the rotational torque generated by the rotating electrical machine. It is also applicable to electric vehicles.
  • Engine EGN and rotating electric machine 900 generate a traveling torque of the vehicle. Furthermore, the rotary electric machine 900 not only generates rotational torque, but also has a function of converting mechanical energy externally applied to the rotary electric machine 900 into electric power.
  • the rotary electric machine 900 is, for example, a synchronous machine or an induction machine, and as described above, operates as a motor or a generator according to the operation method.
  • a permanent magnet synchronous motor using a magnet such as neodymium is suitable.
  • the permanent magnet type synchronous motor has less heat generation of the rotor as compared with the induction motor, and is also excellent for automobiles in this respect.
  • the output torque of engine EGN is transmitted to rotary electric machine 900 through power distribution mechanism TSM, and the rotational torque from power distribution mechanism TSM or the rotary torque generated by rotary electric machine 900 is transmitted to the wheels through transmission TM and differential gear DEF. It is transmitted.
  • rotational torque is transmitted from the wheels to the rotating electrical machine 900, and AC power is generated based on the supplied rotational torque.
  • the generated AC power is converted into DC power by the power conversion device 200 as described later, and charges the battery 136 for high voltage, and the charged power is again used as traveling energy.
  • the electric drive device 1 has an integrated structure of the rotary electric machine 900 and the power conversion device 200 shown in FIG.
  • the rotary electric machine 900 has a housing 912, a front bracket 908, and a rear bracket 910 as exterior parts, and they are usually made by die-casting or casting of metal typified by aluminum.
  • a front bracket 908 and a rear bracket 910 are provided at both axial ends of the housing 912 of the rotary electric machine 900, and a rotor shaft 920 protrudes from the center of the front bracket 908.
  • Power conversion device 200 is fixed to the outer peripheral surface of housing 912 which is the radial position of rotary electric machine 900.
  • the case 12 in which the circuit component which comprises the power converter device 200 is accommodated has a substantially cubic shape, and the lid 8 is fixed to the upper opening. Case 12 is fixed on a housing 912 of rotary electric machine 900.
  • the material of the case 12 is a conductive material, and in the present embodiment, it is a metal material such as aluminum die casting. Signal transmission / reception between the power conversion device 200 and a host control device provided on the vehicle side is performed via the connector 21.
  • the power terminal 509 on the positive side and the power terminal 508 on the negative side protrude from the hole 12 j provided in the case 12 of the power converter 200, and DC power from the battery 136 is supplied to these power terminals 508 and 509. Ru.
  • a flow path for flowing the refrigerant is formed in the case 12, and the refrigerant flows in from the inlet pipe 13 provided on the side wall of the case 12 and is discharged from the outlet pipe 14.
  • the electronic components such as the three-phase inverter circuit provided in the case 12 are cooled by the refrigerant.
  • the outlet pipe 14 of the case 12 is connected to an inlet pipe 913 provided in the housing 912 of the rotary electric machine 900 via the relay member 14 a.
  • the refrigerant discharged from the outlet pipe 14 flows from the inlet pipe 913 provided in the housing into a flow path (flow path 919 shown in FIG. 4 described later) in the housing. Then, the refrigerant flows in the flow path, and is discharged from the outlet pipe 914 provided on the outer periphery of the housing 912.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the rotary electric machine 900.
  • the stator 940 is provided with a stator core 941 and armature windings 945 for three phases attached to the stator core 941.
  • the stator core 941 is fixed to the center bracket 909 by shrink fitting.
  • the rotor shaft 920 to which the rotor 930 is fixed is rotatably held by the front bracket 908 and the rear bracket 910 at both ends.
  • the rotor 930 is housed with a slight clearance in the radial direction so as to be rotatable in the stator 940.
  • a groove is formed on the outer periphery of the center bracket 909 so as to surround the stator core 941.
  • the center bracket 909 is housed inside the housing 912, and a channel 919 is formed by the groove of the center bracket 909 and the inner peripheral surface of the housing 912.
  • AC terminals 902U to 902W are provided to project from surface 912e of housing 912, and are connected to corresponding armature windings 945 of stator 940, respectively.
  • the housing 912 and the center bracket 909 are fixed to the front bracket 908 by bolts or the like (not shown), and the rear bracket 910 is fixed to the housing 912 by bolts or the like (not shown).
  • the exterior parts of the rotary electric machine 900 are constituted by the four parts of the housing 912, the center bracket 909, the front bracket 908, and the rear bracket 910, but it is not necessary to adhere to this configuration.
  • the housing 912 and the center bracket 909 may be one component, and there is no problem even if the front bracket 908, the housing 912 and the center bracket 909 are one component.
  • a conductive material is used as a material of the housing 912, the center bracket 909, the front bracket 908, and the rear bracket 910, and in the present embodiment, it is aluminum die cast which is a metal material.
  • FIG. 5 is a perspective view of stator 940 provided with conductor ring 950c and conductor bar 950b.
  • the stator core 941 is provided with armature windings 945 for three phases.
  • coil terminals 903U to 903W connected to AC terminals 902U to 902W are drawn out.
  • the plurality of conductor bars 950 b are arranged at predetermined intervals along one circumference of the stator core 941.
  • the stator core 941 is shrink-fitted to the inner peripheral surface of the center housing 909.
  • Each conductor bar 950 b is fixed to be in contact with the shrink-fit surface of stator core 941.
  • the stator core 941 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates punched by a die. Therefore, each conductor bar 950b is fixed to the outer peripheral surface of the stator core by welding or the like in order to make good contact with each electromagnetic steel sheet.
  • conductor bar 950b is provided to collect the common mode current (common mode noise) flowing into the stator, and the number of conductor bars 950b may be one, but the larger the number, the more the number The current collection effect is improved.
  • the common mode current flowing into the conductor bar 950b flows back into the conductor ring 950c, and is then returned to the virtual neutral point 510G on the input side of the inverter circuit by the connection wiring 700.
  • the virtual neutral point 510G is also referred to as a virtual ground point.
  • connection wiring 700 is drawn into the case 12 so as to penetrate a portion where the housing 912 and the case 12 face each other, and is not drawn out of the casing of the electric drive device 1. At the opposing portion, a through hole is formed in the bottom of case 12, and AC terminals 902 U to 902 W project into case 12.
  • connection wiring 700 may not be routed from the rotating electric machine side to the power conversion device side.
  • the housing 912 is provided with a terminal portion penetrating from inside the housing to inside the case 12;
  • the connection wire on the rotating electrical machine side may be connected to the connection wire on the power conversion device side via the terminal portion.
  • conductor bar 950b and conductor ring 950c are fixed to the outer peripheral surface of stator core 941 as members for collecting common mode current, but any structure having a function as a current collector may be used. It does not matter. For example, thick film plating may be performed on the entire outer peripheral surface of the stator core 941 and the connection wiring 700 may be connected to the plated portion.
  • the function of the current collector may be added to a part of the stator core 941 by replacing a part of the electromagnetic steel sheet constituting the stator core 941 with a conductor plate or the like.
  • a material used for the current collector for example, aluminum or copper is used.
  • FIG. 6 is a view showing the inside of the power conversion device 200 in detail, and is an external perspective view of the power conversion device 200 shown in FIG. 2 with the case 12 removed.
  • 7 to 9 are block diagrams for explaining the circuit configuration of the power conversion device 200.
  • FIGS. 7 to 9 The case 12, the housing 912, the front bracket 908 and the rear bracket 910 shown in FIG. 2 and the center bracket 909 shown in FIG. 4 are formed of an aluminum die cast or the like which is a metal material. Then, as shown in FIG. 7, the housing 912 and the case 12 are fixed to the body of the vehicle by bolts or the like, and they are electrically connected to the chassis grounds 200G and 900G on the vehicle side.
  • FIG. 8 shows the same circuit as FIG. 7, but the stator 940 part is described not by a circuit symbol but by the stator 940 shown in FIG.
  • the inverter circuit 140 is electrically connected to the battery 136 via a DC connector (not shown), and power exchange between the battery 136 and the inverter circuit 140 is performed.
  • inverter circuit 140 When operating rotary electric machine 900 as a motor, inverter circuit 140 generates AC power based on DC power supplied from battery 136, and supplies the generated AC power to rotary electric machine 900 via AC terminals 320U to 320W.
  • AC terminals 320U to 320W of power conversion device 200 are connected to AC terminals 902U to 902W of rotary electric machine 900 via metal AC bus bars 802U to 802W.
  • the rotating electrical machine 900 by operating the rotating electrical machine 900 as a motor by the power of the battery 136, it is possible to drive and drive the vehicle with only the power of the rotating electrical machine 900. Furthermore, in the present embodiment, the battery 136 can be charged by operating the rotary electric machine 900 as a generator by the power of the engine 120 or the power from the wheels.
  • the battery 136 is also used as a power source for driving a motor for the accessory.
  • the auxiliary motor include a motor that drives a compressor of an air conditioner, and a motor that drives a hydraulic pump for control.
  • the accessory power module is supplied with direct current power from the battery 136, generates alternating current power, and supplies it to the accessory motor.
  • the accessory power module has basically the same circuit configuration and function as the inverter circuit 140, and controls the phase, frequency, and power of alternating current supplied to the accessory motor.
  • Power conversion device 200 includes a capacitor 500X for smoothing DC power supplied to inverter circuit 140.
  • the power conversion device 200 is provided with a connector 21 for communication, and the connector 21 receives an instruction from the upper control device or transmits data representing a state to the upper control device.
  • the control circuit 172 of the power conversion device 200 calculates the control amount of the rotary electric machine 900 based on the command input from the connector 21, and calculates whether to operate the rotary electric machine 900 as a motor or a generator.
  • the control pulse is generated based on the calculation result and supplied to the driver circuit 174.
  • the driver circuit 174 generates a drive pulse for controlling the inverter circuit 140 based on the supplied control pulse.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the configuration of the inverter circuit 140.
  • an insulated gate bipolar transistor is used as a semiconductor switching element, and hereinafter abbreviated as IGBT.
  • a metal oxide semiconductor type field effect transistor (hereinafter abbreviated as a MOSFET) may be used as the switching power semiconductor element.
  • MOSFET metal oxide semiconductor type field effect transistor
  • the diode 156 and the diode 166 become unnecessary.
  • an IGBT is suitable when the DC voltage is relatively high, and a MOSFET is suitable when the DC voltage is relatively low.
  • the series circuits 150U to 150W of the upper and lower arms are constituted by the IGBTs 328U to 328W operating as the upper arm and the diodes 156U to 156W, and the IGBTs 330U to 330W operating as the lower arm and the diodes 166U to 166W.
  • the inverter circuit 140 includes the series circuit 150 corresponding to three phases of U-phase, V-phase, and W-phase of AC power to be output.
  • the series circuit 150 of the three-phase upper and lower arms outputs an alternating current from an intermediate electrode 169 which is a middle point portion of the series circuit.
  • the intermediate electrode 169 is connected to the AC terminals 902U to 902W of the rotary electric machine 900 through the AC terminals 320U to 320W.
  • AC terminals 320U to 320W and AC terminals 902U to 902W are connected by AC bus bars 802U to 802W.
  • the collector electrode 153 of the IGBT 328 of the upper arm is electrically connected to the positive electrode side capacitor terminals 506Y and 506X of the capacitor 500Y constituting the Y capacitor and the smoothing capacitor 500X via the positive electrode terminal 157.
  • the emitter electrode 154 of the lower arm IGBT 330 is electrically connected to the capacitor 500Y and the negative side capacitor terminals 504Y and 504X of the capacitor 500X through the negative electrode terminal 158.
  • the connection wiring 700 one end of which is connected to the conductor ring 950c (see FIGS. 7 and 8), is connected to a virtual neutral point 510G which is a middle point between the two capacitors 500Y via the capacitor 510Ya.
  • the capacitor 500X includes a capacitor terminal 506X on the positive side and a capacitor terminal 504Y on the negative side, and a power supply terminal 509 on the positive side and a power terminal 508 on the negative side.
  • the high voltage DC power from the battery 136 is supplied to the positive side power supply terminal 509 and the negative side power supply terminal 508, and is supplied to the inverter circuit 140 from the positive side capacitor terminal 506 and the negative side capacitor terminal 504 of the capacitor 500X. Be done.
  • DC power converted from AC power by inverter circuit 140 is supplied from capacitor terminal 506X on the positive side and capacitor terminal 504Y on the negative side to capacitor 500X, and power supply terminal 509 on the positive side and power supply terminal on the negative side.
  • the battery is supplied to the battery 136 from a direct current connector (not shown) from 508 and stored in the battery 136.
  • the control circuit 172 includes a microcomputer (hereinafter, referred to as a "microcomputer") for arithmetically processing the switching timing of the IGBTs 328 and 330.
  • a microcomputer for arithmetically processing the switching timing of the IGBTs 328 and 330.
  • As input information to the microcomputer there are a target torque value required for the rotary electric machine 900, a current value supplied from the series circuit 150 to the rotary electric machine 900, and a magnetic pole position of a rotor of the rotary electric machine 900.
  • the target torque value is based on a command signal output from a not-shown upper controller.
  • the current value is detected based on a detection signal from a current sensor (not shown) provided in power conversion device 200.
  • the magnetic pole position is detected based on a detection signal output from a rotating magnetic pole sensor (not shown) such as a resolver provided in the rotary electric machine 900.
  • the microcomputer in control circuit 172 calculates the d-axis and q-axis current command values of rotary electric machine 900 based on the target torque value, and the calculated d-axis and q-axis current command values and detected d
  • the voltage command values of d axis and q axis are calculated based on the difference between the current values of the axis and q axis, and the calculated voltage command values of d axis and q axis are calculated based on the detected magnetic pole position. Convert to voltage command value of phase, V phase and W phase.
  • the microcomputer generates a pulse-like modulated wave based on the comparison between the fundamental wave (sine wave) and the carrier wave (triangular wave) based on the voltage command values of U phase, V phase and W phase (hereinafter referred to as PWM control)
  • PWM control a pulse-like modulated wave based on the comparison between the fundamental wave (sine wave) and the carrier wave (triangular wave) based on the voltage command values of U phase, V phase and W phase
  • PWM control Pulse Width Modulation
  • the driver circuit 174 supplies drive pulses for controlling the IGBTs 328 and IGBTs 330 constituting the upper arm or lower arm of the series circuit 150 of each phase to the IGBTs 328 and IGBTs 330 of each phase based on the control pulse.
  • the driver circuit 174 When driving the lower arm, the driver circuit 174 outputs a drive signal obtained by amplifying the PWM signal to the gate electrode of the IGBT 330 of the corresponding lower arm.
  • the driver circuit 174 shifts the level of the reference potential of the PWM signal to the level of the reference potential of the upper arm, amplifies the PWM signal, and corresponds it as a drive signal. It outputs to the gate electrode of IGBT328 of an arm.
  • IGBT 328 and IGBT 330 conduct or shut off operation based on the drive pulse from driver circuit 174, convert DC power supplied from battery 136 into three-phase AC power, and supply the converted power to rotating electric machine 900. Be done.
  • the AC terminals 321U to 321W of the rotary electric machine 900 are normally shielded cables 820U to 820W as shown in FIG. It is connected to the AC terminals 902U to 902W of the rotary electric machine 900 through the same.
  • the AC output terminal of series circuit 150 and AC terminals 321U to 321W of power conversion device 200 are connected by metal bus bars, and shield cables 820U to 820W are connected to AC terminals 320U to 320W. Ru.
  • the power conversion device 200 and the rotary electric machine 900 are integrated. Therefore, as shown in FIG. 6, the end portions of the AC bus bars 802U to 802W connected to the AC terminals 320U to 320W of the series circuit 150 are directly connected to the AC terminals 902U to 902W of the rotary electric machine 900. That is, the shielded cables 820U to 820W are omitted. Above the inverter circuit 140, a driver circuit board 22 on which the driver circuit 174 is mounted and a control circuit board 20 on which the control circuit 172 is mounted are sequentially disposed.
  • An inlet pipe 13 and an outlet pipe 14 for cooling water are provided on the side surface of the case 12 of the power conversion device 200, and the cooling water passes through a cooling water passage (not shown) provided in the power conversion device 200.
  • Three-phase inverter circuit 140 and peripheral parts are cooled.
  • phase voltages of the UVW phases change as follows according to ON and OFF of the IGBTs 328 U to 328 W of the upper arm of the inverter circuit 140 and the IGBTs 330 U to 330 W of the lower arm.
  • the switching patterns of the IGBTs 328 U to 328 W in the upper arm and the IGBTs 330 U to 330 W in the lower arm of the inverter circuit 140 are the following eight modes.
  • the case of the upper arm ON and the lower arm OFF is represented as 1
  • the case of the upper arm OFF and the lower arm ON is represented as 0.
  • the mode is “7 ⁇ 6 ⁇ 1 ⁇ 0 ⁇ 1 ⁇ 6 ⁇ 7 ⁇ 6 ⁇ 1 ⁇ 0 ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 7 ⁇ 2 ⁇ 1 ⁇ 0 ⁇ 1 ⁇ 2” at each switching of the upper and lower arms. ⁇ Repeated like “7 ...”. Then, the neutral point voltage changes the potential of Vdc / 3 as “Vdc / 2 ⁇ Vdc / 6 ⁇ ⁇ Vdc / 6 ⁇ ⁇ Vdc / 2 ⁇ ⁇ Vdc / 6 ⁇ Vdc / 6 ⁇ ... repeat.
  • the stray capacitance 947 (the stray capacitance between the winding and the stator core) repeats charging and discharging. Therefore, a common mode current flows from the stator core 945 to the center bracket 909 in metal contact with the stator 945, and a common mode current flows further to the housing 912, the front bracket 908, and the rear bracket 910.
  • stray capacitance 948 between stator core 941 and housing 912, front bracket 908 and rear bracket 910 is smaller than stray capacitance 947, stator core 941, center housing 909, housing 912, front bracket 908, rear bracket 910 This method is provided because it is a surface contact such as shrink fitting or bolt fastening.
  • FIG. 11 is a schematic view showing the shielded cables 820U to 820W of FIG. 10 in an enlarged manner.
  • shield 820US of shield cable 820U is connected at one end to case 12 of power conversion device 200 by connection member 820Ua and at the other end to housing 912 of rotary electric machine 900 by connection member 820Ub.
  • the shield 820VS of the shield cable 820V is connected to the case 12 at one end by the connection member 820Va, and is connected to the housing 912 by the connection member 820Vb at the other end.
  • the shield 820WS of the shield cable 820W is connected to the case 12 at one end by the connection member 820Wa, and is connected to the housing 912 by the connection member 820Wb at the other end.
  • the common mode current associated with the switching of the switching elements 328U to 328W and 330U to 330W provided in the inverter circuit 140 is, as shown by the broken line in FIG. 12, neutral point 946, stator core 941, housing 912, shield 802US to 802WS, Flowing back to the case 12, the virtual neutral point 510G of the capacitor 500Y of the power conversion device 200 is returned.
  • the common mode current flows from the housing 912 to the shield 802 US to 802 WS to the case 12 to the virtual neutral point 510G, thereby flowing back between the chassis ground 900G and the chassis ground 200G.
  • Common mode noise can be reduced.
  • Virtual neutral point 510G is connected to chassis ground 200G of power conversion device 200.
  • the AC bus bars 802U to 802W provided in the power conversion device 200 are directly connected to the AC terminals 902U to 902W of the rotary electric machine 900 as shown in FIG. Because of this, the measures using shielded cables 820U to 820W as shown in FIGS. 10 to 12 can not be applied.
  • the common mode current is chassis ground 900G on the rotating electric machine side as shown by a broken line. Flow to the chassis ground 200G on the rotating electric machine side. Therefore, the common mode current (common mode noise) adversely affects the control device on the vehicle side (the above-described upper control device) and the control circuit 172 of the power conversion device 200. Normally, the low-power control circuit 172 is grounded separately from the chassis ground 200G, but a common mode current flows into the control circuit 172 from the ground.
  • connection wiring 700 passes through the inside of the casing of the rotary electric machine 900 and the power conversion device 200.
  • Conductor bar 950b is provided to electrically conduct to stator core 941. Therefore, if the conduction resistance of conductor bar 950b is sufficiently reduced, the common mode current flowing into stator core 941 is indicated by the arrow in FIG. As a result, it flows into the conductor bar 950b and the conductor ring 950c instead of the shrink fitting surface of the stator core 941 and the center bracket 909.
  • connection wiring 700 as shown in FIG. 15, and virtual neutral point 510G via capacitor 510Ya.
  • virtual neutral point 510G is not connected to chassis ground 200G.
  • connection wiring 700 is connected to the virtual neutral point 510G via the capacitor 510Ya, it may be provided or omitted depending on the level of the generated noise. When the noise level is high, it is preferable to provide a capacitor 510Ya.
  • FIGS. 17 and 18 show an example of another structure of the stator 940.
  • FIG. FIG. 17 is a perspective view
  • FIG. 18 shows a cross section perpendicular to the rotor shaft.
  • the stator 942 has a stator core 943 and a three-phase armature winding 945.
  • a plurality of fixing portions 943X in which through holes for bolts are formed are provided on the outer periphery of the stator core 943.
  • the stator core 943 housed in the inner peripheral portion of the center bracket 909X is fastened to the center bracket 909X by a bolt 960.
  • At least one conductor bar 950 b extending in the axial direction of the stator core 943 is provided on the outer peripheral surface of the stator core 943 and is electrically conducted to the stator core 943.
  • Each conductor bar 950 b is electrically connected to a conductor ring 950 c provided near the axial end of stator core 943.
  • the connection wiring 700 is connected to the conductor ring 950c.
  • the current collection structure for the common mode current has the same structure as that of the above-described embodiment.
  • a gap is formed between the stator core 943 and the center bracket 909X, and the common mode current flowing from the stator core 943 to the center bracket 909X can be reduced. Therefore, current collection of common mode current by conductor bar 950b and conductor ring 950c can be performed more efficiently.
  • FIG. 18 is a view showing another embodiment of the mechanical-electrical integrated type electric drive unit.
  • the first housing portion 912a in which stator 940 is housed and the second housing portion 912b in which power conversion device 200 is housed are integrally formed in housing 912 of rotary electric machine 900.
  • the case 12 of the power conversion device 200 is omitted, and the components in the case 12 are directly disposed in the housing portion 912b.
  • the fixing portion (joint) between the case 12 of the power conversion device 200 and the housing 912 of the rotary electric machine 900 as shown in FIG. It is easy to contain in the body. Therefore, the radiation noise can be reduced. Further, since the case 12 of the power conversion device 200 can be omitted, cost reduction can be achieved as compared with the structure of FIG.
  • the rotor 930, the stator 940 having the stator core 941 on which the armature winding 945 is mounted, and the AC terminals 902U to 902W of the armature winding 945 are arranged. It is fixed to the outer periphery of housing 912, including: rotating electric machine 900 provided with housing 912 holding stator 940; inverter circuit 140; and AC bus bars 802U to 802W connecting inverter circuit 140 and AC terminals 902U to 902W. And the power converter 200.
  • conductor bar 950b and conductor ring 950c which are current collectors provided in contact with the outer peripheral surface of stator core 941 and collecting common mode current resulting from stray capacitance of stator 940, and the DC input side of inverter circuit 140 And a connection wiring 700 for connecting the virtual neutral point 510G of the above and the conductor ring 950c.
  • the common mode current flows into the conductor bar 950b as shown in FIG. 15, and flows into the virtual neutral point 510G on the DC input side of the inverter circuit 140 via the conductor ring 950c and the connection wiring 700.
  • the common mode current can be reduced with a simple configuration as described above, without providing a special noise reduction circuit as described in Patent Document 1.
  • connection wiring 700 connected to the conductor ring 950c has a fixing surface on which the housing 912 and the case 12 face each other.
  • the effect of common mode current on other devices is to draw in from inside the housing 912 to the inside of the case 12 so as to penetrate (the surface 912e of the housing 912 shown in FIG. 4 and the bottom of the case 12). It is preferable in terms of prevention.
  • the housing 912 further includes a first housing portion 912a for housing the stator core 941 and a second housing portion 912b integrally formed with the first housing portion 912a for housing the power conversion device 200. It is preferable to With such a configuration, there is no joint between the housing of the power conversion unit 200 and the housing of the rotating electrical machine, and it becomes easy to contain the common mode current in the metal housing and reduce radiation noise. can do.

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Abstract

　コモンモード電流を、電動駆動装置内において回転電機側から電力変換装置の仮想中性点へと戻すことができる、機電一体型の電動駆動装置の提供するために、機電一体型の電動駆動装置は、ロータ、電機子巻線945が装着されたステータコア941を有するステータ、および、電機子巻線945の交流端子902U～902Wが配置されステータを保持するハウジング912が設けられた回転電機900と、インバータ回路140および該インバータ回路140と交流端子902U～902Wとを接続する交流バスバー802U～802Wを有し、ハウジング912の外周に固定される電力変換装置200と、ステータコア941に接触して設けられ、ステータの浮遊容量に起因するコモンモード電流を集電する導体バー950b、導体リング950cと、インバータ回路140の直流入力側の仮想中性点510Gと導体バー950bとを接続する接続配線700と、を備える。

Description

機電一体型の電動駆動装置
　本発明は、回転電機とそれを駆動するための電力変換装置とが一体に設けられた機電一体型の電動駆動装置に関する。
　コモンモードノイズ低減機構を備えた電力変換装置の一例が特許文献１に記載されている。コモンモードノイズ（コモンモード電流とも呼ばれる）は回転電機を制御する電力変換装置の誤動作原因となるため、コモンモードノイズを低減することが望ましい。例えば、回転電機が発生する回転トルクにより車両を走行する電気自動車やエンジンと回転電機両方の出力に基づいて走行するハイブリット自動車では、コモンモードノイズが車両走行に悪影響を及ぼすため、コモンモードノイズを低減することが望ましい。また、車両への搭載性を考えると、電力変化装置と回転電機とが一体化された機電一体型電動駆動装置であることが望ましい。
特許第３７１６１５２号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の発明では、コモンモード電流を低減するために特別なノイズ低減回路を追加しているために、コストアップを招くと共に電力変換装置も大きくなる。さらに、電力変換装置の制御も複雑になるという課題がある。
　請求項１の発明は、ロータ、電機子巻線が装着されたステータコアを有するステータ、および、電機子巻線の交流端子が配置されステータを保持するハウジングが設けられた回転電機と、インバータ回路および該インバータ回路と交流端子とを接続する交流バスバーを有し、ハウジングの外周に固定される電力変換装置と、を備えた機電一体型の電動駆動装置であって、ステータコアに接触して設けられ、ステータの浮遊容量に起因するコモンモード電流を集電する集電体と、インバータ回路の直流入力側の仮想中性点と集電体とを接続する接続配線と、を備えたことを特徴とする。
　本発明によれば、コモンモード電流を、機電一体型の電動駆動装置内において回転電機側から電力変換装置の仮想中性点へと戻すことができ、コモンモード電流の影響を抑制することができる。
本実施の形態の電動駆動装置が搭載されたハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。 電動駆動装置の外観斜視図である。 電動駆動装置の外観斜視図である。 回転電機９００の断面図である。 導体リング９５０ｃおよび導体バー９５０ｂが設けられたステータ９４０の斜視図である。 電力変換装置２００の内部を詳細に示す図である。 電力変換装置２００の回路構成を説明する図である。 図７において、ステータ９４０の記載を図５に示すステータ９４０で置き換えた図である。 インバータ回路１４０の構成を説明する図である。 電力変換装置２００と回転電機９００とが別体とされている従来の電動駆動装置の一例を示す図である。 図１０のシールドケーブル８２０Ｕ～８２０Ｗの部分を拡大して示した模式図である。 従来の電動駆動装置におけるコモンモード電流の流れを示す図である。 インバータ回路１４０と回転電機９００とを交流バスバーで直結した場合の、コモンモード電流の流れを示す図である。 ステータコア９４１の外周面に設けられた導体バー９５０ｂおよび導体リング９５０ｃを示す図である。 本実施の形態におけるコモンモード電流の流れを説明する図である。 ステータ９４０の他の構造の一例を示す斜視図である。 図１６に示すステータ９４０の断面図である。 電動駆動装置の他の実施の形態を示す斜視図である。
　以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、ハイブリッド自動車（以下「ＨＥＶ」と記述する）の制御ブロックを示す図である。なお、以下ではエンジンと回転電機両方の出力に基づいて走行するハイブリット自動車を例に説明するが、本実施の形態の機電一体型の電動駆動装置は、回転電機が発生する回転トルクにより車両を走行する電気自動車にも適用が可能である。
　エンジンＥＧＮおよび回転電機９００は車両の走行用トルクを発生する。また、回転電機９００は回転トルクを発生するだけでなく、回転電機９００に外部から加えられる機械エネルギーを電力に変換する機能を有する。回転電機９００は、例えば同期機あるいは誘導機であり、上述のごとく、運転方法によりモータとしても発電機としても動作する。回転電機９００を自動車に搭載する場合には、小型で高出力を得ることが望ましく、ネオジウムなどの磁石を使用した永久磁石型の同期電動機が適している。また、永久磁石型の同期電動機は誘導電動機に比べて回転子の発熱が少なく、この観点でも自動車用として優れている。
　エンジンＥＧＮの出力トルクは動力分配機構ＴＳＭを介して回転電機９００に伝達され、動力分配機構ＴＳＭからの回転トルクあるいは回転電機９００が発生する回転トルクは、トランスミッションＴＭおよびデファレンシャルギアＤＥＦを介して車輪に伝達される。一方、回生制動の運転時には、車輪から回転トルクが回転電機９００に伝達され、供給された回転トルクに基づいて交流電力を発生する。発生した交流電力は後述するように電力変換装置２００により直流電力に変換され、高電圧用のバッテリ１３６を充電し、充電された電力は再び走行エネルギーとして使用される。
　図２、３は本実施の形態の機電一体型電動駆動装置の外観斜視図である。電動駆動装置１は、図１に示した回転電機９００と電力変換装置２００とを一体構造としたものである。回転電機９００は外装部品としてハウジング９１２、フロントブラケット９０８、リヤブラケット９１０を有しており、それらは、通常アルミに代表される金属のダイカストや鋳造で作られる。
　回転電機９００のハウジング９１２の軸方向両端にはフロントブラケット９０８、リヤブラケット９１０が設けられており、フロントブラケット９０８の中央からはロータシャフト９２０が突出している。電力変換装置２００は、回転電機９００の径方向位置であるハウジング９１２の外周面に固定されている。
　電力変換装置２００を構成する回路部品が収納されるケース１２は、略立方体形状を有しており、上部開口部に蓋８が固定されている。ケース１２は、回転電機９００のハウジング９１２上に固定されている。ケース１２の材料は導電性材料であり、本実施の形態ではアルミダイカスト等の金属材料としている。電力変換装置２００と車両側に設けられた上位の制御装置との信号送受信は、コネクタ２１を介して行われる。
　電力変換装置２００のケース１２に設けられた穴１２ｊからは正極側の電源端子５０９および負極側の電源端子５０８が突出しており、バッテリ１３６からの直流電力はこれらの電源端子５０８，５０９に供給される。ケース１２には冷媒を流すための流路が形成されており、冷媒はケース１２の側壁に設けられた入口配管１３から流入し、出口配管１４から排出される。ケース１２に設けられた３相インバータ回路等の電子部品は、冷媒によって冷却される。
　ケース１２の出口配管１４は、中継部材１４ａを介して回転電機９００のハウジング９１２に設けられた入口配管９１３に接続されている。出口配管１４から排出された冷媒は、ハウジングに設けられた入口配管９１３からハウジング内の流路（後述する図４に示す流路９１９）へと流入する。そして、冷媒はその流路を流れ、ハウジング９１２の外周に設けられた出口配管９１４から排出される。
　図４は、回転電機９００の断面図である。ステータ９４０には、ステータコア９４１と、ステータコア９４１に装着された３相分の電機子巻線９４５とが設けられている。ステータコア９４１は、センターブラケット９０９に焼き嵌めで固定されている。ロータ９３０が固定されたロータシャフト９２０は、両端がフロントブラケット９０８およびリヤブラケット９１０に回転自在に保持されている。ロータ９３０は、ステータ９４０内で回転自在となるように半径方向に若干の隙間を設けて収納されている。
　センターブラケット９０９の外周には、溝がステータコア９４１を囲むような形状で形成されている。センターブラケット９０９はハウジング９１２の内側に収納され、センターブラケット９０９の溝とハウジング９１２の内周面とにより流路９１９が形成される。交流端子９０２Ｕ～９０２Ｗはハウジング９１２の面９１２ｅから突出するように設けられており、各々にはステータ９４０の対応する電機子巻線９４５が接続されている。
　ハウジング９１２とセンターブラケット９０９はフロントブラケット９０８にボルト等（不図示）で固定され、リヤブラケット９１０はハウジング９１２にボルト等（不図示）で固定されている。本実施の形態では、回転電機９００の外装部品をハウジング９１２，センターブラケット９０９，フロントブラケット９０８，リヤブラケット９１０の４つの部品で構成したが、この構成にこだわる必要はない。例えば、ハウジング９１２とセンターブラケット９０９が一つの部品であっても構わないし、フロントブラケット９０８とハウジング９１２とセンターブラケット９０９が一つの部品であってもなんら問題はない。なお、ハウジング９１２、センターブラケット９０９、フロントブラケット９０８、リヤブラケット９１０の材料には導電性材料が用いられ、本実施の形態では金属材料であるアルミダイカストとされている。
　さらに、本実施の形態では、ステータコア９４１の外周に接触するように、ステータコア軸方向に延在する複数の導体バー９５０ｂと、外周面を一周して各導体バー９５０ｂの一端を連結する導体リング９５０ｃとが設けられている。図５は、導体リング９５０ｃおよび導体バー９５０ｂが設けられたステータ９４０の斜視図である。ステータコア９４１には３相分の電機子巻線９４５が設けられている。ステータ９４０の軸方向端部には、ハウジング９１２に設けられた交流端子９０２Ｕ～９０２Ｗ（図４参照）と接続されるコイル端子９０３Ｕ～９０３Ｗが引き出されている。
　複数の導体バー９５０ｂは、ステータコア９４１の一周に亘って所定の間隔で配置されている。図４に示す構造の回転電機９００の場合、ステータコア９４１はセンターハウジング９０９の内周面に焼き嵌めされている。各導体バー９５０ｂは、ステータコア９４１の焼き嵌めされる面に接触するように固定されている。ステータコア９４１は、型で打ち抜いた電磁鋼板を複数積層して形成される。そのため、各電磁鋼板との接触を良好とするために、各導体バー９５０ｂは、溶接等によりステータコア外周面に固着される。
　後述するように、導体バー９５０ｂはステータに流れ込んだコモンモード電流（コモンモードノイズ）を集電するために設けられたものであり、導体バー９５０ｂの数は一つでも良いが、数が多いほど集電効果が向上する。導体バー９５０ｂに流れ込んだコモンモード電流は、導体リング９５０ｃに流れ込んだ後に、接続配線７００によってインバータ回路の入力側の仮想中性点５１０Ｇに戻される。なお、仮想中性点５１０Ｇは仮想接地点とも呼ばれる。
　接続配線７００は、ハウジング９１２とケース１２とが対向する部分を貫通するようにケース１２内に引き込まれており、電動駆動装置１の筐体外に引き出されることはない。この対向する部分においては、ケース１２の底面部に貫通穴が形成され、交流端子９０２Ｕ～９０２Ｗがケース１２内に突出している。
　なお、上述のように、一つの接続配線７００を回転電機側から電力変換装置側まで引き回す構造でなくても良い。例えば、電機子巻線９４５と交流バスバー８０２Ｕ～８０２Ｗとの接続のために交流端子９０２Ｕ～９０２Ｗをハウジング９１２に設けたように、ハウジング９１２にハウジング内からケース１２内に貫通する端子部を設け、その端子部を介して回転電機側の接続配線と電力変換装置側の接続配線とを接続するようにしても良い。
　本実施の形態では、コモンモード電流を集電する部材として導体バー９５０ｂおよび導体リング９５０ｃをステータコア９４１の外周面に固着させたが、集電体としての機能を有するものであればどのような構造であっても構わない。例えば、ステータコア９４１の外周面全体に厚膜メッキを施し、そのメッキ部に接続配線７００を接続するようにしても良い。また、ステータコア９４１を構成する電磁鋼板の一部を導体板で置き換えるなどして、ステータコア９４１の一部に集電体の機能を付加するようにしても良い。集電体に用いられる材料としては、例えば、アルミや銅が用いられる。
　図６は電力変換装置２００の内部を詳細に示す図であり、図２に示した電力変換装置２００からケース１２を削除して示した場合の外観斜視図である。また、図７～９は電力変換装置２００の回路構成を説明するブロック図である。
　まず、図７～９を用いて、電力変換装置２００の回路構成について説明する。図２に示したケース１２、ハウジング９１２、フロントブラケット９０８およびリヤブラケット９１０や図４に示したセンターブラケット９０９は、金属材料であるアルミダイカスト等で形成される。そして、図７に示すように、ハウジング９１２およびケース１２が車両のボディにボルト等で固定され、それらは車両側のシャシグランド２００Ｇ，９００Ｇと電気的に接続されている。なお、図８は図７と同じ回路を示したものであるが、ステータ９４０の部分を回路記号ではなく図５に示したステータ９４０で記載したものである。
　図７に示すように、インバータ回路１４０は、バッテリ１３６と直流コネクタ（不図示）を介して電気的に接続されており、バッテリ１３６とインバータ回路１４０との相互において電力の授受が行われる。回転電機９００をモータとして動作させる場合には、インバータ回路１４０はバッテリ１３６から供給された直流電力に基づき交流電力を発生し、交流端子３２０Ｕ～３２０Ｗを介して回転電機９００に供給する。電力変換装置２００の交流端子３２０Ｕ～３２０Ｗは、金属製の交流バスバー８０２Ｕ～８０２Ｗを介して回転電機９００の交流端子９０２Ｕ～９０２Ｗに接続される。
　なお、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって回転電機９００をモータとして作動させることにより、回転電機９００の動力のみで車両の走行駆動を行うことができる。さらに、本実施形態では、エンジン１２０の動力或いは車輪からの動力によって回転電機９００を発電機として作動させることにより、バッテリ１３６の充電を行うことができる。
　また、図１では省略したが、バッテリ１３６は、さらに補機用のモータを駆動するための電源としても使用される。補機用のモータとしては、例えば、エアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータなどがある。補機用パワーモジュールは、バッテリ１３６から直流電力が供給され、交流電力を発生して補機用のモータに供給する。補機用パワーモジュールはインバータ回路１４０と基本的には同様の回路構成および機能を持ち、補機用のモータに供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。なお、電力変換装置２００は、インバータ回路１４０に供給される直流電力を平滑化するためのコンデンサ５００Ｘを備えている。
　電力変換装置２００は通信用のコネクタ２１を備えており、このコネクタ２１により上位の制御装置から指令を受けたりあるいは上位の制御装置に状態を表すデータを送信したりする。電力変換装置２００の制御回路１７２は、コネクタ２１から入力される指令に基づいて回転電機９００の制御量を演算し、回転電機９００をモータとして運転するか発電機として運転するかを演算し、さらに、その演算結果に基づいて制御パルスを発生してドライバ回路１７４へ供給する。ドライバ回路１７４は、供給された制御パルスに基づいて、インバータ回路１４０を制御するための駆動パルスを発生する。
　図９はインバータ回路１４０の構成を説明する図である。なお、以下で半導体スイッチング素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを使用しており、以下略してＩＧＢＴと記す。スイッチング用パワー半導体素子としては金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ（以下略してＭＯＳＦＥＴと記す）を用いてもよい、この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。スイッチング用パワー半導体素子としては、ＩＧＢＴは直流電圧が比較的高い場合に適していて、ＭＯＳＦＥＴは直流電圧が比較的低い場合に適している。
　上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８Ｕ～３２８Ｗ及びダイオード１５６Ｕ～１５６Ｗと、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０Ｕ～３３０Ｗ及びダイオード１６６Ｕ～１６６Ｗとで、上下アームの直列回路１５０Ｕ～１５０Ｗが構成される。インバータ回路１４０は、この直列回路１５０を、出力しようとする交流電力のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に対応して備えている。
　これらの３相は、本実施の形態では回転電機９００の３相電機子巻線の各相巻線に対応している。３相の上下アームの直列回路１５０は、直列回路の中点部分である中間電極１６９から交流電流を出力する。この中間電極１６９は、交流端子３２０Ｕ～３２０Ｗを通して回転電機９００の交流端子９０２Ｕ～９０２Ｗに接続される。上述したように、交流端子３２０Ｕ～３２０Ｗと交流端子９０２Ｕ～９０２Ｗとは交流バスバー８０２Ｕ～８０２Ｗによって接続される。
　上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は、正極端子１５７を介してＹコンデンサを構成するコンデンサ５００Ｙおよび平滑用のコンデンサ５００Ｘの正極側コンデンサ端子５０６Ｙ，５０６Ｘに電気的に接続されている。また、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極１５４は、負極端子１５８を介してコンデンサ５００Ｙとコンデンサ５００Ｘの負極側コンデンサ端子５０４Ｙ，５０４Ｘに電気的に接続されている。一端が導体リング９５０ｃ（図７，８参照）に接続された接続配線７００は、コンデンサ５１０Ｙａを介して２つのコンデンサ５００Ｙの中間点である仮想中性点５１０Ｇに接続される。
　コンデンサ５００Ｘは、正極側のコンデンサ端子５０６Ｘおよび負極側のコンデンサ端子５０４Ｙと、正極側の電源端子５０９および負極側の電源端子５０８とを備えている。バッテリ１３６からの高電圧の直流電力は、正極側の電源端子５０９および負極側の電源端子５０８に供給され、コンデンサ５００Ｘの正極側のコンデンサ端子５０６および負極側のコンデンサ端子５０４からインバータ回路１４０へ供給される。
　一方、交流電力からインバータ回路１４０によって変換された直流電力は、正極側のコンデンサ端子５０６Ｘおよび負極側のコンデンサ端子５０４Ｙからコンデンサ５００Ｘに供給され、さらに、正極側の電源端子５０９および負極側の電源端子５０８から直流コネクタ（不図示）を介してバッテリ１３６に供給され、バッテリ１３６に蓄積される。
　制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８，３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンへの入力情報としては、回転電機９００に対して要求される目標トルク値、直列回路１５０から回転電機９００に供給される電流値、及び回転電機９００の回転子の磁極位置がある。
　目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電力変換装置２００に設けられた電流センサ（不図示）による検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、回転電機９００に設けられたレゾルバなどの回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。
　制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいて回転電機９００のｄ軸，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ軸，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ軸，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ軸，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ軸，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し（以下ＰＷＭ制御）、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号としてドライバ回路１７４に出力する。
　ドライバ回路１７４は、上記制御パルスに基づき、各相の直列回路１５０の上アームあるいは下アームを構成するＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０を制御するための駆動パルスを各相のＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０に供給する。下アームを駆動する場合、ドライバ回路１７４は、ＰＷＭ信号を増幅したドライブ信号を対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。また、上アームを駆動する場合には、ドライバ回路１７４は、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として対応する上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極に出力する。ＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０は、ドライバ回路１７４からの駆動パルスに基づき、導通あるいは遮断動作を行い、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、この変換された電力は回転電機９００に供給される。
　ところで、電力変換装置２００と回転電機９００とが別体とされている従来の電動駆動装置では、回転電機９００の交流端子３２１Ｕ～３２１Ｗは、通常、図１０に示すようにシールドケーブル８２０Ｕ～８２０Ｗを介して回転電機９００の交流端子９０２Ｕ～９０２Ｗに接続されている。一般的に、直列回路１５０の交流出力端子と電力変換装置２００の交流端子３２１Ｕ～３２１Ｗとの間は金属のバスバーで接続されており、この交流端子３２０Ｕ～３２０Ｗにシールドケーブル８２０Ｕ～８２０Ｗが接続される。
　一方、本実施形態の電動駆動装置では、図２に示すように電力変換装置２００と回転電機９００とを一体としている。そのため、図６に示すように直列回路１５０の交流端子３２０Ｕ～３２０Ｗに接続された交流バスバー８０２Ｕ～８０２Ｗの端部を、回転電機９００の交流端子９０２Ｕ～９０２Ｗに直接接続するようにしている。すなわち、シールドケーブル８２０Ｕ～８２０Ｗが省略される。インバータ回路１４０の上方には、ドライバ回路１７４が搭載されたドライバ回路基板２２および制御回路１７２が搭載された制御回路基板２０が、順に配置されている。
　電力変換装置２００のケース１２の側面には冷却水の入口配管１３と出口配管１４が設けられており、冷却水が電力変換装置２００内に設けられた冷却水路（不図示）を通ることで、３相インバータ回路１４０及び周辺部品が冷却される。
　次に、本実施の形態の特徴である、図５に示した導体バー９５０ｂ、導体リング９５０ｃおよび接続配線７００の機能について説明する。まず、図１０～１２を参照して、従来の電動駆動装置におけるコモンモードノイズ（コモンモード電流とも呼ばれる）について説明する。３相電機子巻線９４５の各相巻線９４５Ｕ～９４５Ｗの相電圧をそれぞれＶu、Ｖv、Ｖwとしたとき、中性点９４６の電位Ｖ0は、次式（１）で表される。
　　Ｖ０＝（Ｖu＋Ｖv＋Ｖw）／３　　・・・（１）
　バッテリ１３６の電圧をＶdcとし、直流母線Ｐ、Ｎ（図９参照）の中間電位を仮想中性点として零とすれば、Ｐ電位はＶdc／２、Ｎ電位は－Ｖdc／２となる。２つのコンデンサ５００Ｙの中間５１０Ｇはこの仮想中性点となっている。
　ＵＶＷ各相の相電圧は、インバータ回路１４０の上アームのＩＧＢＴ３２８Ｕ～３２８Ｗ，下アームのＩＧＢＴ３３０Ｕ～３３０ＷのＯＮ、ＯＦＦにより以下のように変化する。
Ｕ相：（３２８Ｕ、３３０Ｕ）＝（ＯＮ、ＯＦＦ）＝Ｖdc/２
Ｕ相：（３２８Ｕ、３３０Ｕ）＝（ＯＦＦ、ＯＮ）＝－Ｖdc/２
Ｖ相：（３２８Ｖ、３３０Ｖ）＝（ＯＮ、ＯＦＦ）＝Ｖdc/２
Ｖ相：（３２８Ｖ、３３０Ｖ）＝（ＯＦＦ、ＯＮ）＝－Ｖdc/２
Ｗ相：（３２８Ｗ、３３０Ｗ）＝（ＯＮ、ＯＦＦ）＝Ｖdc/２
Ｗ相：（３２８Ｗ、３３０Ｗ）＝（ＯＦＦ、ＯＮ）＝－Ｖdc/２
　上述したようにＰＷＭ制御を行った場合、インバータ回路１４０の上アームのＩＧＢＴ３２８Ｕ～３２８Ｗ，下アームのＩＧＢＴ３３０Ｕ～３３０Ｗのスイッチングパターンは以下の８つのモードである。なお、ここでは、上アームＯＮで下アームＯＦＦの場合を１、上アームＯＦＦで下アームＯＮの場合を０と表している。
モード０：（Ｕ、Ｖ、Ｗ）＝（０００）
モード１：（Ｕ、Ｖ、Ｗ）＝（１００）
モード２：（Ｕ、Ｖ、Ｗ）＝（１１０）
モード３：（Ｕ、Ｖ、Ｗ）＝（０１０）
モード４：（Ｕ、Ｖ、Ｗ）＝（０１１）
モード５：（Ｕ、Ｖ、Ｗ）＝（００１）
モード６：（Ｕ、Ｖ、Ｗ）＝（１０１）
モード７：（Ｕ、Ｖ、Ｗ）＝（１１１）
　上記各モード０～モード７における中性点電位Ｖ0を、式（１）を使って計算すると、それぞれ以下のようになる。
モード０：Ｖ0＝（－Ｖdc／２－Ｖdc／２－Ｖdc／２）／３＝－Ｖdc／２
モード１：Ｖ0＝（Ｖdc／２－Ｖdc／２－Ｖdc／２）／３＝－Ｖdc／６
モード２：Ｖ0＝（Ｖdc／２＋Ｖdc／２－Ｖdc／２）／３＝Ｖdc／６
モード３：Ｖ0＝（－Ｖdc／２＋Ｖdc／２－Ｖdc／２）／３＝－Ｖdc／６
モード４：Ｖ0＝（－Ｖdc／２＋Ｖdc／２＋Ｖdc／２）／３＝Ｖdc／６
モード５：Ｖ0＝（－Ｖdc／２－Ｖdc／２＋Ｖdc／２）／３＝－Ｖdc／６
モード６：Ｖ0＝（Ｖdc／２－Ｖdc／２＋Ｖdc／２）／３＝Ｖdc／６
モード７：Ｖ0＝（Ｖdc／２＋Ｖdc／２＋Ｖdc／２）／３＝Ｖdc／２
　通常、ＰＷＭ制御では、上下アームのスイッチング毎にモードは「７→６→１→０→１→６→７→６→１→０→１→２→７→２→１→０→１→２→７・・・・」のように繰り返される。そうすると、中性点電圧は「Ｖdc／２→Ｖdc／６→―Ｖdc／６→－Ｖdc／２→－Ｖdc／６→Ｖdc／６→・・・・」のようにＶdc／３の電位変化を繰り返す。
　上述したように中性点９４６の電位が変動すると、浮遊容量９４７（巻線－ステータコア間の浮遊容量）は充放電を繰り返すことになる。そのため、ステータコア９４５からステータ９４５に金属接触しているセンターブラケット９０９へコモンモード電流が流れ、さらにはハウジング９１２、フロントブラケット９０８、リヤブラケット９１０へとコモンモード電流が流れる。
　なお、ステータコア９４１とハウジング９１２、フロントブラケット９０８およびリヤブラケット９１０との間の浮遊容量９４８は、浮遊容量９４７に比べて小さいが、ステータコア９４１、センターハウジング９０９、ハウジング９１２、フロントブラケット９０８、リヤブラケット９１０の固定方法が焼き嵌めやボルト締結といった面接触であることから設けたものである。
　ところで、図１０に示すように電力変換装置２００と回転電機９００とが別体である場合には、上述した特許文献１に記載の発明のようにコモンモード電流を低減するために特別なノイズ低減回路を追加する代わりに、図１０のような構成とすることで、コモンモード電流対策をすることが可能である。図１０に示すように、電力変換装置２００の交流端子３２１Ｕ～３２１Ｗと回転電機９００の交流端子９０２Ｕ～９０２Ｗとをシールドケーブル８２０Ｕ～８２０Ｗで接続することで、コモンモード電流がシャシグランド９００Ｇから車両側を経由してシャシグランド２００Ｇに環流するのを容易に防止することができる。
　図１１は、図１０のシールドケーブル８２０Ｕ～８２０Ｗの部分を拡大して示した模式図である。図１０において、シールドケーブル８２０Ｕのシールド８２０ＵＳは、一端が接続部材８２０Ｕａによって電力変換装置２００のケース１２に接続され、他端が接続部材８２０Ｕｂによって回転電機９００のハウジング９１２に接続されている。同様に、シールドケーブル８２０Ｖのシールド８２０ＶＳは、一端が接続部材８２０Ｖａによってケース１２に接続され、他端が接続部材８２０Ｖｂによってハウジング９１２に接続されている。同様に、シールドケーブル８２０Ｗのシールド８２０ＷＳは、一端が接続部材８２０Ｗａによってケース１２に接続され、他端が接続部材８２０Ｗｂによってハウジング９１２に接続されている。
　インバータ回路１４０に設けられたスイッチング素子３２８Ｕ～３２８Ｗ，３３０Ｕ～３３０Ｗのスイッチングに伴うコモンモード電流は、図１２の破線で示すように、中性点９４６、ステータコア９４１、ハウジング９１２、シールド８０２ＵＳ～８０２ＷＳ、ケース１２と流れ、電力変換装置２００のコンデンサ５００Ｙの仮想中性点５１０Ｇへ戻る。このように、従来の装置では、コモンモード電流がハウジング９１２→シールド８０２ＵＳ～８０２ＷＳ→ケース１２→仮想中性点５１０Ｇと流れるように構成することで、シャシグランド９００Ｇとシャシグランド２００Ｇとの間を還流するコモンモードノイズ（コモンモード電流）を低減することができる。なお、仮想中性点５１０Ｇは電力変換装置２００のシャシグランド２００Ｇに接続されている。
　しかしながら、本実施形態の機電一体型の電動駆動装置１では、図６に示すように電力変換装置２００に設けられた交流バスバー８０２Ｕ～８０２Ｗを回転電機９００の交流端子９０２Ｕ～９０２Ｗと直接接続しているため、図１０～１２に示したようなシールドケーブル８２０Ｕ～８２０Ｗを用いた対策を適用することができない。
　例えば、図１３のように、図１０のシールドケーブル８２０Ｕ～８２０Ｗを単純に交流バスバー８０２Ｕ～８０２Ｗで置き換えた構造の場合には、コモンモード電流は、破線で示すように回転電機側のシャシグランド９００Ｇから車両側を流れて回転電機側のシャシグランド２００Ｇへと流れ込むことになる。そのため、このコモンモード電流（コモンモードノイズ）が、車両側の制御装置（前述した上位制御装置）や電力変換装置２００の制御回路１７２に対して悪影響を及ぼすことになる。通常、弱電系の制御回路１７２はシャシグランド２００Ｇとは別系統でグランドがとられているが、そのグランドから制御回路１７２にコモンモード電流が流れ込むことになる。
　一方、本実施の形態では、図１４に示すようにステータコア９４１の外周面に導体バー９５０ｂおよび導体リング９５０ｃを設け、導体リング９５０ｃを接続配線７００によって電力変換装置２００の仮想中性点５１０Ｇに接続している。また、接続配線７００は、図７に示したように回転電機９００および電力変換装置２００の筐体内を通っている。
　導体バー９５０ｂはステータコア９４１と電気的に導通するように設けられているので、導体バー９５０ｂの導通抵抗を充分小さくしておけば、ステータコア９４１に流れ込んだコモンモード電流は、図１４の矢印で示すように、ステータコア９４１とセンターブラケット９０９の焼き嵌め面ではなく導体バー９５０ｂおよび導体リング９５０ｃへと流れ込む。
　導体バー９５０ｂおよび導体リング９５０ｃへ流れ込んだコモンモード電流は、図１５に示すように、接続配線７００によって回転電機９００側から電力変換装置２００側へ導かれ、コンデンサ５１０Ｙａを介して仮想中性点５１０Ｇに流れ込む。なお、本実施の形態の場合、仮想中性点５１０Ｇはシャシグランド２００Ｇに接続されていない。なお、コンデンサ５１０Ｙａを介して接続配線７００を仮想中性点５１０Ｇに接続しているが、発生するノイズのレベルに応じて設けても良いし省略しても良い。ノイズレベルが高い場合には、コンデンサ５１０Ｙａを設けるのが好ましい。
　上述した実施の形態では、ステータコア９４１をセンターブラケット９０９の内周面に焼き嵌めし、そのセンターブラケット９０９をハウジング９１２に固定する構成とされているが、本発明はこのような構造のステータ９４０に限定されるものではない。図１７，１８はステータ９４０の他の構造の一例を示したものである。図１７は斜視図であり、図１８はロータ軸に垂直な断面を示したものである。
　ステータ９４２は、ステータコア９４３と３相電機子巻線９４５を有する。ステータコア９４３の外周には、ボルト用の貫通穴が形成された固定部９４３Ｘが複数設けられている。センターブラケット９０９Ｘの内周部に収納されたステータコア９４３は、ボルト９６０によってセンターブラケット９０９Ｘに締結されている。
　ステータコア９４３の軸方向に伸びる導体バー９５０ｂは、ステータコア９４３の外周面に少なくとも一つ設けられ、ステータコア９４３と電気的に導通している。各導体バー９５０ｂは、ステータコア９４３の軸方向端部近傍に設けられた導体リング９５０ｃに電気的に接続されている。導体リング９５０ｃには接続配線７００が接続されている。このように、コモンモード電流に対する集電構造に関しては、上述した実施の形態と同構造を有している。
　このような構造の場合、ステータコア９４３とセンターブラケット９０９Ｘとの間に隙間が形成され、ステータコア９４３からセンターブラケット９０９Ｘ側へ流れるコモンモード電流を低減できる。そのため、導体バー９５０ｂおよび導体リング９５０ｃによるコモンモード電流の集電を、より効率的に行うことができる。
　図１８は機電一体型電動駆動装置の別の実施形態を示す図である。本実施の形態では、回転電機９００のハウジング９１２には、ステータ９４０が収納される第１のハウジング部９１２ａと、電力変換装置２００が収納される第２のハウジング部９１２ｂとが一体に形成されている。この場合、電力変換装置２００のケース１２は省略され、ケース１２内の構成部品はハウジング部９１２ｂ内に直接配置される。
　このような構造とすることにより、図２に示すような電力変換装置２００のケース１２と回転電機９００のハウジング９１２との固定部（継ぎ目）がなくなり、よりコモンモード電流を電動駆動装置１の筐体内に封じ込めやすくなる。そのため、放射ノイズを低減することが出来るという効果がある。また、電力変換装置２００のケース１２が省略できるため、図２の構造に比べてコスト低減を図ることができる。
（ａ）以上説明したように、電動駆動装置１は、ロータ９３０、電機子巻線９４５が装着されたステータコア９４１を有するステータ９４０、および、電機子巻線９４５の交流端子９０２Ｕ～９０２Ｗが配置されステータ９４０を保持するハウジング９１２が設けられた回転電機９００と、インバータ回路１４０および該インバータ回路１４０と交流端子９０２Ｕ～９０２Ｗとを接続する交流バスバー８０２Ｕ～８０２Ｗを有し、ハウジング９１２の外周に固定される電力変換装置２００と、を備える。そして、ステータコア９４１の外周面に接触して設けられ、ステータ９４０の浮遊容量に起因するコモンモード電流を集電する集電体である導体バー９５０ｂおよび導体リング９５０ｃと、インバータ回路１４０の直流入力側の仮想中性点５１０Ｇと導体リング９５０ｃとを接続する接続配線７００と、を備えるようにした。
　そのため、コモンモード電流は、図１５に示すように導体バー９５０ｂに流れ込み、導体リング９５０ｃおよび接続配線７００を介して、インバータ回路１４０の直流入力側の仮想中性点５１０Ｇに流れ込む。その結果、制御回路１７２や車両側の制御装置にコモンモード電流が流れ込むのを防止することができる。このように、本実施の形態では、特許文献１に記載のような特別なノイズ低減回路を設けなくとも、上述したような簡単な構成でコモンモードノイズ低減を図ることができる。
（ｂ）また、電力変換装置２００の金属製ケース１２を回転電機９００のハウジング９１２に固定する構造において、導体リング９５０ｃに接続された接続配線７００は、ハウジング９１２とケース１２とが相対する固定面（図４に示すハウジング９１２の面９１２ｅやケース１２の底面）を貫通するようにハウジング９１２の内部からケース１２の内部に引き込まれるようにするのが、コモンモード電流の他の機器への影響を防止する点で好ましい。
（ｃ）さらに、ハウジング９１２を、ステータコア９４１を収納する第１のハウジング部９１２ａと、第１のハウジング部９１２ａと一体に形成され電力変換装置２００を収納する第２のハウジング部９１２ｂとを備える構成とするのが好ましい。このような構成とすることにより、電力変換部２００の筐体と回転電機の筐体との間に継ぎ目が無い構造となり、コモンモード電流を金属製の筐体内に封じ込めやすくなり、放射ノイズを低減することができる。
　上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
　１：電動駆動装置、１２：ケース、２０：制御回路基板、２２：ドライバ回路基板、１４０：インバータ回路、１７２：制御回路、１７４：ドライバ回路、２００：電力変換装置、２００Ｇ，９００Ｇ：シャシグランド、３２０Ｕ～３２０Ｗ，３２１Ｕ～３２１Ｗ，９０２Ｕ～９０２Ｗ：交流端子、５００Ｘ，５００Ｙ，５００Ｙａ：コンデンサ、５１０Ｇ，９４６：仮想中性点、７００：接続配線、８０２Ｕ～８０２Ｗ：交流バスバー、９００：回転電機、９０９：センターブラケット、９１２：ハウジング、９１２ａ：第１のハウジング部、９１２ｂ：第２のハウジング部、９３０：ロータ、９４０，９４２：ステータ、９４１，９４３：ステータコア、９４３Ｘ：固定部、９４５：電機子巻線、９５０ｂ：導体バー、９５０ｃ：導体リング

Claims (6)

  1. 　ロータ、電機子巻線が装着されたステータコアを有するステータ、および、前記電機子巻線の交流端子が配置され前記ステータを保持するハウジングが設けられた回転電機と、　インバータ回路および該インバータ回路と前記交流端子とを接続する交流バスバーを有し、前記ハウジングの外周に固定される電力変換装置と、を備えた機電一体型の電動駆動装置であって、
    　前記ステータコアに接触して設けられ、前記ステータの浮遊容量に起因するコモンモード電流を集電する集電体と、
    　前記インバータ回路の直流入力側の仮想中性点と前記集電体とを接続する接続配線と、を備えたことを特徴とする機電一体型の電動駆動装置。
  2. 　請求項１に記載の機電一体型の電動駆動装置において、
    　前記電力変換装置は、前記インバータ回路および前記交流バスバーを収納すると共に前記ハウジングの外周に固定される金属筐体を備え、
    　一端が前記集電体に接続された前記接続配線は、前記ハウジングと前記金属筐体とが相対する固定面を貫通するように前記ハウジングの内部から前記金属筐体の内部に引き込まれて、前記仮想中性点に接続されることを特徴とする機電一体型の電動駆動装置。
  3. 　請求項１に記載の機電一体型の電動駆動装置において、
    　前記ハウジングは、前記ステータコアを収納する第１のハウジング部と、該第１のハウジング部と一体に形成され前記電力変換装置を収納する第２のハウジング部と、を備えたことを特徴とする機電一体型の電動駆動装置。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の機電一体型の電動駆動装置において、
    　前記接続配線は、コンデンサを介して前記仮想中性点に接続されることを特徴とする機電一体型の電動駆動装置。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか一項に記載の機電一体型の電動駆動装置において、
    　前記集電体は、回転電機軸方向に沿って延在するように前記ステータコアの外周面に固着された少なくとも一つの導体バーと、前記導体バーの端部に接続され、前記ステータコアの外周面を周回する導体リングと、を備え、
    　前記接続配線は前記導体リングに接続されていることを特徴とする機電一体型の電動駆動装置。
  6. 　請求項１乃至５に記載の機電一体型の電動駆動装置において、
    　前記ステータコアは、前記ハウジングに締結するための締結部をコア外周に有し、
    　前記締結部を前記ハウジングに締結することで、前記ステータが前記ハウジングにより保持されることを特徴とする機電一体型の電動駆動装置。
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