WO2015064409A1 - 車両駆動モータ用インバータ装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an inverter device for a vehicle drive motor.
- an inverter device for a vehicle drive motor For example, in an electric vehicle or a vehicle that uses a motor in addition to an engine, two inverters that respectively drive two on-vehicle motors are provided.
- the present invention relates to an inverter device for a vehicle drive motor provided in a housing.
- FIG. 10 is a basic circuit diagram of one inverter 100 according to an example of related technology.
- the switching element 102 of each phase of U, V, and W is configured by an IGBT module.
- Literature relating to the structure of the inverter is mainly for driving one motor 101.
- Patent Document 1 a technique in which two types of inverters having different actions are mounted in one housing is disclosed.
- Some electric vehicles using in-wheel motors and four-wheel drive electric vehicles use two or more drive motors. To drive these motors, the same number of inverters as the motors are required.
- Patent Document 2 describes that the power semiconductor is a module in which a plurality of semiconductor elements are packaged to drive one motor.
- the two housings are 1 rather than the structure in which the two inverters are individually installed.
- the size can be reduced by using one housing, the weight can be reduced, and the installation area can be reduced.
- Patent Document 2 showing a configuration in which one motor driving semiconductor element is packaged does not describe how to arrange two smoothing capacitors or a plurality of snubber capacitors to be connected to each inverter. .
- the two smoothing capacitors and the plurality of snubber capacitors are accommodated in a case, it is a limitation in reducing the size and weight of the entire inverter device, similarly to the configuration in which the two inverters are arranged in parallel.
- An object of the present invention is to provide an inverter device for a vehicle drive motor that can reduce size, weight, and installation area in a configuration having two inverters.
- An inverter device for a vehicle drive motor is an inverter device for a vehicle drive motor housed in a single casing, Two inverters each driving a corresponding vehicle drive motor, each inverter having a plurality of switching elements; A smoothing capacitor connected between the input terminals of the inverter; A snubber capacitor for suppressing overvoltage of the switching element, One or both of the smoothing capacitor and the snubber capacitor are shared (shared) by the two inverters.
- the plurality of switching elements in each inverter are turned on / off, thereby converting the direct current from the battery into alternating current, and driving and controlling each motor. Since the two inverters are housed in one housing, the entire apparatus can be reduced in size, weight can be reduced, and the installation area can be reduced as compared with the structure in which the two inverters are individually installed.
- the number of parts is reduced and the size is further reduced as compared with a structure in which two inverters are simply arranged in one housing.
- the weight can be reduced.
- the smoothing capacitor suppresses a surge voltage due to on / off of the switching element, and is provided at the input portion of the power supply. Therefore, even when the two inverters are shared, the function can be obtained without causing any trouble.
- the snubber capacitor suppresses the voltage across the switching element from becoming a high voltage, and even if this is shared by two inverters, the function can be obtained without causing any trouble. In this way, two inverters are housed in one housing, and a smoothing capacitor or a snubber capacitor is shared by the two inverters, so that the size and weight can be reduced, and the installation area can be reduced. I can plan.
- each inverter is composed of a three-phase power module that combines the plurality of switching elements,
- the snubber capacitor may be provided for each power module.
- the snubber capacitor when the snubber capacitor is shared by the two inverters, the snubber capacitor may be shared between the power modules of the two inverters.
- each inverter is composed of a three-phase power module in which the plurality of switching elements are combined, One snubber capacitor is provided for the three-phase power module; When the snubber capacitor is shared by the two inverters, the one snubber capacitor may be shared between the two inverters.
- bus bar for applying a direct current to the three-phase power module of the two inverters
- the bus bar and the snubber capacitor may be arranged in the casing, and the inverters may be arranged on both sides of the bus bar and the snubber capacitor so that the power modules are positioned symmetrically.
- the noise suppression effect is high. Since the bus bar can be shortened, the size can be further reduced and the weight can be reduced accordingly. Further, by arranging the bus bar and the snubber capacitor in a concentrated manner on a line passing through the substantially center of the housing, the operation of mounting them can be quickly and easily performed without interfering with other components.
- a capacitor having the functions of both the snubber capacitor and the smoothing capacitor may be provided, and the capacitor may be shared by the two inverters. Both the snubber capacitor and the smoothing capacitor can be connected between both input terminals of the inverter, and are connected in parallel to each other.
- the smoothing capacitor cancels, for example, an inductance having a large capacity and a relatively low frequency.
- the snubber capacitor has a smaller capacity than the smoothing capacitor and has a relatively high frequency characteristic.
- both capacitors have different functions, one capacitor can be used in combination. When such a capacitor having two functions is used, it is possible to further reduce the size and weight by reducing the number of parts as compared with a configuration in which a snubber capacitor and a smoothing capacitor are provided independently.
- FIG. 1 is a block diagram schematically showing a drive unit and the like of a vehicle equipped with an inverter device for a vehicle drive motor according to a first embodiment of the present invention. It is a top view which shows the structure of the principal part of the inverter apparatus for vehicle drive motors shown in FIG. It is the fracture
- FIG. 1 is a block diagram schematically showing a drive unit and the like of a vehicle equipped with a motor inverter device 10 according to this embodiment.
- This vehicle is a two-wheel drive electric vehicle in which left and right rear wheels 2 and 2 of a vehicle body 1 are drive wheels and left and right front wheels 3 and 3 are driven wheels. The front wheels 3 and 3 are steering wheels.
- the vehicle includes motors 4 and 4 that apply driving force to the left and right drive wheels.
- Each motor 4 is composed of, for example, a three-phase synchronous motor.
- the rotation of each motor 4 is transmitted to the drive wheel 2 via the speed reducer 5 and the wheel bearing 6.
- Each motor 4 is partially or entirely disposed in the drive wheel 2.
- An in-wheel motor drive device 7 including a motor 4, a speed reducer 5, and a wheel bearing 6 is configured.
- the left and right driven wheels 3, 3 and the left and right driving wheels 2, 2 have a brake mechanism 8 for the driven wheels that applies a braking force to the driven wheels 3, 3 and the driving wheels 2, 2 by a brake operation by the driver.
- Brake mechanisms 9 and 9 for driving wheels are provided, respectively.
- An ECU (also referred to as VCU) 11 that is a high-order control means of the motor inverter device 10 reads an operation angle based on an accelerator operation by a driver, converts the operation angle into a torque command, and converts the torque command to a motor. Command to the inverter device 10.
- the motor inverter device 10 converts the electric power from the battery Bt mounted on the vehicle into a three-phase alternating current based on the torque command and controls the motors 4 and 4. As a result, the left and right motors 4 and 4 can be driven to drive the vehicle.
- FIG. 2 is a plan view showing a structure of a main part of the motor inverter device 10, and FIG. 3 is a cutaway side view in which a part of the motor inverter device 10 is broken.
- the motor inverter device 10 includes a housing 12, power circuit units 20 and 20 each including two three-phase inverters 13 and 13, and these power circuit units 20. , 20 and a motor control unit (not shown).
- Each power circuit unit 20 includes, in addition to the power modules 17, 18, 19, for example, a PWM driver (not shown) that controls the power modules 17, 18, 19.
- the PWM driver performs pulse width modulation on the input current command and gives an on / off command to each of the plurality of switching elements.
- Each of the power modules 17, 18 and 19 has a switching element on the high side and a switching element on the low side of each phase.
- the motor inverter device 10 further includes a bus bar 14, a snubber capacitor 15, water cooling units 16 and 16, and a smoothing capacitor 25.
- the motor control unit is composed of a computer, a program executed on the computer, and an electronic circuit.
- the motor control unit converts the current control command into an electric current command according to an acceleration / deceleration command or the like given by an ECU serving as a host control means. A current command is given to the power circuit units 20 and 20.
- the motor control unit may be housed in the housing 12 or may be provided outside the housing.
- One housing 12 accommodates two three-phase inverters 13 and 13. These two inverters 13 and 13 are composed of power modules 17 to 19 for U, V, and W phases each combining a plurality of switching elements (described later), and drive the motors 4 and 4, respectively. As shown in FIG. 2, in this example, the motor for the right driving wheel is driven by the inverter 13 in the upper half of the figure, and the motor for the left driving wheel is driven by the inverter 13 in the lower half of the figure.
- the two inverters 13 and 13 share one smoothing capacitor 25 described later.
- the bus bar 14 has a + (plus) power source bus bar 14a and a-(minus) power source bus bar 14b, and applies a direct current from the battery to the power modules 17 to 19 of the inverters 13 and 13, respectively.
- the snubber capacitor 15 suppresses the voltage across the switching element from becoming a high voltage and suppresses the overvoltage of the switching element.
- three snubber capacitors 15 are provided for each of the inverters 13 and 13, and a total of six snubber capacitors 15 are provided for the entire inverter device.
- Each snubber capacitor 15 is configured in a rectangular parallelepiped shape, for example.
- a snubber capacitor 15 is connected in parallel to each of the U, V, and W phase power modules 17 to 19.
- the bus bar 14 and the snubber capacitor 15 are arranged on a line passing through the center of the housing 12.
- the inverters 13 and 13 are arranged so that the power modules 17 to 19 are positioned symmetrically.
- Three snubber capacitors 15 connected to one inverter 13 are arranged at a predetermined interval along a direction parallel to the direction in which the power modules 17 to 19 of each phase of the inverter 13 are arranged.
- V and W phase power modules 17, 18 and 19 are connected adjacent to each other.
- One snubber capacitor 15 connected to the U-phase power module 17 in one inverter 13 and one snubber capacitor 15 connected to the U-phase power module 17 in the other inverter 13 are adjacent to each other.
- Snubber capacitors 15 and 15 connected to the V-phase power modules 18 and 18 respectively are also arranged in the center in the figure on a line passing through the center of the housing 12 adjacent to each other.
- Snubber capacitors 15, 15 connected to the W-phase power modules 19, 19, respectively, are also arranged on the right side in the figure on a line passing through the center of the casing 12 adjacent to each other.
- the minus power bus bar 14b in the bus bar 14 is constructed over the upper surface of each snubber capacitor 15 and is electrically connected to each snubber capacitor 15, and each of the power modules 17-19. Electrically connected to the terminal end.
- the + power supply bus bar 14a is installed on the upper surface of each snubber capacitor 15 via a spacer 23 and is electrically connected to each snubber capacitor 15, and at the terminal ends of each power module 17-19 via the spacer 23. Arranged and electrically connected.
- Two water cooling units 16 and 16 for cooling the power circuit units 20 and 20 including the respective power modules 17 to 19 are provided on both sides of the housing 12 with the snubber capacitor 15 interposed therebetween.
- the snubber capacitor 15 is provided between the two water cooling units 16 and 16.
- the water cooling unit 16 at each location includes, for example, a flow path 16 a that passes through the inside of the housing and a cooling fin 16 b that is provided near the flow path of the housing 12.
- the flow paths 16a and 16a of the two water cooling sections 16 and 16 are communicated, and the cooling water can be circulated along the flow paths 16a and 16a by a water cooling section drive source (not shown). Due to the circulating cooling water, the temperature around the water cooling parts 16 and 16 is lowered, and the cooling effect of the snubber condenser 15 can be expected.
- FIG. 4 is a circuit diagram of the motor inverter device 10.
- Each phase power module 17 to 19 in one inverter 13 includes, for example, two insulated gate bipolar transistors (abbreviation: IGBT), and has a total of six IGBTs per inverter 13.
- IGBTs are normally supplied as IGBT modules housed in a package called 6in1 or 2in1. In this embodiment, for example, a 2-in-1 IGBT module is applied.
- a 2-in-1 IGBT module in the U-phase is a power module 17 in which two IGBTs 17H and 17L in one inverter 13 and two diodes 24 and 24 connected to the IGBTs 17H and 17L are combined into one package.
- the power modules 18 and 19 having the same structure are used for the other V-phase and W-phase IGBTs in the inverter 13.
- the 6in1 is an IGBT module in which six IGBTs in one inverter 13 and six diodes 24 connected to each IGBT are packaged, and can drive one motor.
- An IGBT module other than 6 in 1 or 2 in 1 may be applied.
- a snubber capacitor 15 is connected in parallel to each of the U, V, and W phase power modules 17 to 19 in one inverter 13.
- One smoothing capacitor 25 is connected in parallel between the input terminals of the snubber capacitors 15 and 15 connected to the input terminal side of the U-phase power module 17 in each inverter 13.
- the one smoothing capacitor 25 is connected between the input terminals of the two inverters 13 and 13 and cancels the inductance of the wiring near each switching element. Thereby, it can suppress that a surge voltage generate
- the two inverters 13 and 13 can share one smoothing capacitor 25. That is, one smoothing capacitor 25 can act on both the two inverters 13 and 13. As shown in FIG. 2, the smoothing capacitor 25 is accommodated above the snubber capacitor 15 and the bus bar 14 in the housing 12, for example.
- each smoothing capacitor 25 is not shared but each inverter 13 is provided with a smoothing capacitor. It is advantageous in terms of weight, cost, and installation area compared to the provision. Even when the two inverters 13 and 13 share one smoothing capacitor 25, it is not always necessary to double the capacity of the smoothing capacitor 25. When the capacity of the smoothing capacitor 25 is less than twice, it is further advantageous in terms of weight, cost, and installation area.
- the smoothing capacitor 25 is composed of, for example, an electrolytic capacitor or a film capacitor, and cancels ripples and noise with a large capacity and a relatively low frequency. Since the low frequency is not easily affected by the inductance, the smoothing capacitor 25 can be installed slightly away from the IGBT, and the versatility of the installation location is high.
- each snubber capacitor 15 should be installed as close as possible to the IGBT to shorten the wiring length between them.
- a plurality of switching elements in each of the inverters 13 and 13 are turned on / off, thereby converting a direct current from the battery Bt into a three-phase alternating current, and driving and controlling the respective motors 4 and 4. Since the two inverters 13 and 13 are accommodated in one housing 12, the entire apparatus can be reduced in size, weight can be reduced, and the installation area can be reduced as compared with the structure in which the two inverters are individually installed. be able to.
- the two inverters 13 and 13 share one smoothing capacitor 25, the number of parts can be reduced and the size and weight can be further reduced as compared with a structure in which two inverters are simply arranged in one housing. Can be planned.
- the smoothing capacitor 25 suppresses a surge voltage caused by turning on / off of the switching element, and is provided at the input portion of the power supply. Therefore, even when the two inverters 13 and 13 are shared, the function can be obtained without causing any trouble.
- the bus bar 14 and the snubber capacitor 15 are arranged in the housing 12, and the inverters 13 and 13 are arranged on both sides of the bus bar 14 and the snubber capacitor 15 so that the power modules 17 to 19 are positioned symmetrically. Therefore, the distance between the snubber capacitor 15 and each of the power modules 17 to 19 can be minimized, and the inductance component of the bus bar 14 is minimized. Thus, the noise suppression effect is high. Since the bus bar 14 can be shortened, the size can be further reduced and the weight can be reduced accordingly. Further, by arranging the bus bar 14 and the snubber capacitor 15 in a concentrated manner between the two inverters 13 and 13, the operation of mounting them can be performed quickly and easily without interfering with other components. .
- a motor inverter device will be described.
- the same reference numerals are assigned to the portions corresponding to the matters described in the preceding forms in each embodiment, and overlapping descriptions are omitted.
- the other parts of the configuration are the same as those described in advance unless otherwise specified. The same effect is obtained from the same configuration.
- the embodiments can be partially combined as long as the combination does not hinder.
- FIG. 5 is a plan view showing the structure of the main part of the motor inverter device 10A according to the second embodiment
- FIG. 6 is a side view of the motor inverter device 10A
- FIG. It is a circuit diagram of the inverter device 10A.
- all the three snubber capacitors 15 may be shared by the two inverters 13 and 13. That is, the snubber capacitor 15 may act on both the two inverters 13 and 13.
- the six snubber capacitors 15 used in the first embodiment are omitted to three. be able to.
- one snubber capacitor 15 is connected in parallel to the two U-phase power modules 17 and 17.
- one snubber capacitor 15 is connected in parallel to the two V-phase power modules 18 and 18.
- one snubber capacitor 15 is connected in parallel to the two W-phase power modules 19 and 19.
- the number of the snubber capacitors 15 can be reduced by three as compared with the first embodiment, and the number of parts, weight, In addition, the installation area can be reduced.
- the snubber capacitor 15 suppresses the voltage across the switching element from becoming a high voltage, and even if these are shared by the two inverters 13 and 13, the function of the snubber capacitor can be obtained without causing any trouble.
- the two inverters 13 and 13 are accommodated in one housing 12 and the snubber capacitor 15 is shared by the two inverters 13 and 13, so that the size and weight can be reduced. The area can be reduced.
- FIG. 8 is a circuit diagram of a motor inverter device 10B according to the third embodiment.
- one snubber capacitor 15 may be shared by two inverters 13 and 13. In this case, since only one snubber capacitor 15 is required for the entire inverter device, the number of parts, weight, and installation area can be further reduced as compared with the configuration of FIG.
- FIG. 9 is a circuit diagram of a motor inverter device 10C according to the fourth embodiment.
- a capacitor 26 having the functions of both the snubber capacitor 15 and the smoothing capacitor 25 is arranged instead of the snubber capacitor 15, and this capacitor 26 is replaced with two inverters 13. , 13 to share.
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Abstract
2つのインバータを有する構成において、小型化および重量の低減化を図れ、設置面積の低減化を図れる車両駆動モータ用インバータ装置を提供する。この車両駆動モータ用インバータ装置10は、対応する車両駆動モータ4,4をそれぞれ駆動する2つのインバータ13,13であって、各インバータ13は複数のスイッチング素子を有する、インバータ13、インバータ13の入力端子間に接続された平滑コンデンサ25と、スイッチング素子の過電圧を抑制するスナバコンデンサ15とを備え、平滑コンデンサ25とスナバコンデンサ15のいずれか一方または両方が、2つのインバータ13,13によって共有される。
Description
本出願は、2013年10月31日出願の特願2013-226168の優先権を主張するものであり、それらの全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
この発明は、車両駆動モータ用インバータ装置に関し、例えば、電気自動車や、エンジンの他にモータを補助的に使用した自動車において、車載用のモータ2台をそれぞれ駆動する2つのインバータが、1台の筐体に設けられた車両駆動モータ用インバータ装置に関する。
図10は、関連技術の例に係る1つのインバータ100の基本回路図である。インバータ100において、U,V,Wの各相のスイッチング素子102は、IGBTモジュールで構成される。インバータの構造に関する文献は、1台のモータ101を駆動するためのものが主である。それ以外では、例えば、1つの筐体に、2種類の異なった作用を持つインバータを実装した技術が開示されている(特許文献1)。
インホイールモータを使用した電気自動車や、四輪駆動の電気自動車には、駆動用のモータを2台以上使用するものがある。これらのモータの駆動には、インバータがモータと同数必要になる。
一方、パワー半導体の冷却構造として、複数のパワー半導体を並べて1つのケース内に収めたものが提案されている(特許文献2)。前記パワー半導体は、複数の半導体素子が1パッケージになって1台のモータの駆動が可能なモジュールであることが特許文献2に記載されている。
電気自動車等の車両でモータを2台以上有する場合の現状は以下の通りである。
(1)単に2つのインバータを車両に個別に搭載する構造では、これらインバータの設置面積、重量が大きくなる分、車両設計上制約が大きくなる。また、電力消費量が増加する。
(1)単に2つのインバータを車両に個別に搭載する構造では、これらインバータの設置面積、重量が大きくなる分、車両設計上制約が大きくなる。また、電力消費量が増加する。
(2)1つの筐体内に2つのインバータを、例えば、並列に配置し、これらインバータをバスバー等により電気的に接続すると、2つのインバータを個別に設置する構造よりも、2つの筐体を1つの筐体にする分小型化を図れ、重量の低減化を図れると共に、設置面積を小さくすることができる。
しかし、2つのインバータにそれぞれ接続すべき2つの平滑コンデンサや複数のスナバコンデンサを、例えば、そのまま1つの筐体内に収容すると、インバータ全体の小型化、重量低減化を図るうえで制約となる。平滑コンデンサは、他の部品と比べて、インバータ装置全体に占める容積割合が大きいため、2つの平滑コンデンサを筐体内に収容する場合、インバータ装置全体の小型化、重量低減化を図るうえで制約となる。
したがって、インバータ装置全体のさらなる小型化、重量低減化が要望される。
したがって、インバータ装置全体のさらなる小型化、重量低減化が要望される。
1台のモータ駆動用の半導体素子を1パッケージにした構成を示す特許文献2は、各インバータにそれぞれ接続すべき2つの平滑コンデンサや複数のスナバコンデンサを、どのように配置するか記載していない。前記2つの平滑コンデンサおよび複数のスナバコンデンサを、ケース内に収容する場合、前記2つのインバータを並列に配置した構成と同様に、インバータ装置全体の小型化、重量低減を図るうえで制約となる。
この発明の目的は、2つのインバータを有する構成において、小型化および重量の低減化、ならびに設置面積の低減化を図ることができる車両駆動モータ用インバータ装置を提供することである。
この発明の車両駆動モータ用インバータ装置は、1台の筐体に収容された車両駆動モータ用インバータ装置であって、
対応する車両駆動モータをそれぞれ駆動する2つのインバータであって、各インバータは複数のスイッチング素子を有する、インバータと、
前記インバータの入力端子間に接続された平滑コンデンサと、
前記スイッチング素子の過電圧を抑制するスナバコンデンサとを備え、
前記平滑コンデンサと前記スナバコンデンサのいずれか一方または両方が、前記2つのインバータによって共有(共用)される。
対応する車両駆動モータをそれぞれ駆動する2つのインバータであって、各インバータは複数のスイッチング素子を有する、インバータと、
前記インバータの入力端子間に接続された平滑コンデンサと、
前記スイッチング素子の過電圧を抑制するスナバコンデンサとを備え、
前記平滑コンデンサと前記スナバコンデンサのいずれか一方または両方が、前記2つのインバータによって共有(共用)される。
この構成によると、各インバータにおける複数のスイッチング素子がオンオフし、これにより、バッテリからの直流電流を交流に変換し、それぞれのモータを駆動制御する。2つのインバータを1台の筐体に収容したため、2つのインバータを個別に設置する構造よりも、装置全体の小型化を図れ、重量の低減化を図れると共に、設置面積を小さくすることができる。
特に、2つのインバータが、1つの平滑コンデンサおよびスナバコンデンサのいずれか一方または両方を共有するため、1つの筐体内に単に2つのインバータを配置した構造よりも、部品点数を低減してさらなる小型化、重量の低減化を図ることができる。平滑コンデンサは前記スイッチング素子のオンオフによるサージ電圧を抑制するものであり、電源の入力部に設けられるため、2つのインバータに共有させても支障を生じることなく機能が得られる。スナバコンデンサは、前記スイッチング素子の両端電圧が高電圧になることを抑制するものであり、これも2つのインバータに共有させても支障を生じることなく機能が得られる。このように、2つのインバータを1台の筐体に収容し、かつ、平滑コンデンサまたはスナバコンデンサを2つのインバータで共有することで、小型化および重量の低減化を図れ、設置面積の低減化を図れる。
好ましい実施形態によれば、前記各インバータは、前記複数のスイッチング素子を組み合わせた3相のパワーモジュールから構成され、
前記スナバコンデンサが、前記パワーモジュールごとに設けられてもよい。
前記スナバコンデンサが、前記パワーモジュールごとに設けられてもよい。
さらに好ましい実施形態によれば、前記スナバコンデンサが前記2つのインバータによって共有される場合、前記2つのインバータのパワーモジュール間で前記スナバコンデンサが共有されてもよい。
別の好ましい実施形態によれば、前記各インバータは、前記複数のスイッチング素子を組み合わせた3相のパワーモジュールから構成され、
前記スナバコンデンサが、前記3相のパワーモジュールに対して1つ設けられ、
前記スナバコンデンサが前記2つのインバータによって共有される場合、前記2つのインバータ間で前記1つのスナバコンデンサが共有されてもよい。
前記スナバコンデンサが、前記3相のパワーモジュールに対して1つ設けられ、
前記スナバコンデンサが前記2つのインバータによって共有される場合、前記2つのインバータ間で前記1つのスナバコンデンサが共有されてもよい。
さらに、直流電流を前記2つのインバータの前記3相のパワーモジュールに印加するバスバーを備え、
前記バスバーと前記スナバコンデンサとが前記筐体内に配置され、これらバスバーとスナバコンデンサとを挟む両側に、前記各インバータが、前記各パワーモジュールが対称に位置するように配置されても良い。
前記バスバーと前記スナバコンデンサとが前記筐体内に配置され、これらバスバーとスナバコンデンサとを挟む両側に、前記各インバータが、前記各パワーモジュールが対称に位置するように配置されても良い。
この場合、スナバコンデンサと各パワーモジュールの距離を最短にできて、バスバーのインダクタンス成分が最小となるため、ノイズ抑制効果が高い。バスバーを短くできるため、その分、より一層の小型化を図れ、重量の低減化を図れる。またバスバーとスナバコンデンサとを筐体のほぼ中央を通る線上に集約して配置することで、これらを実装する作業を、他の部品に干渉することなく迅速かつ容易に行うことができる。
前記スナバコンデンサおよび前記平滑コンデンサの両方の機能を有するコンデンサを設け、このコンデンサを前記2つのインバータで共有するものとしても良い。これらスナバコンデンサおよび平滑コンデンサは、いずれもインバータの両入力端子間に接続することができ、互いに並列に接続されることになる。平滑コンデンサは、例えば、大容量で比較的低い周波数のインダクタンスをキャンセルする。スナバコンデンサは、例えば、平滑コンデンサに比べて小容量であり、比較的高い周波数特性を有する。両コンデンサは機能が異なるが1つで兼用可能である。このような2つの機能を有するコンデンサを用いた場合、スナバコンデンサと平滑コンデンサを独立してそれぞれ設ける構成よりも、部品点数を低減して小型化、重量の低減をさらに図ることができる。
請求の範囲および/または明細書および/または図面に開示された少なくとも2つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の2つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第1の実施形態に係る車両駆動モータ用インバータ装置を搭載した車両の駆動部等を概略的に示すブロック図である。
図1に示した車両駆動モータ用インバータ装置の要部の構造を示す平面図である。
図1に示した車両駆動モータ用インバータ装置の一部が破断した破断側面図である。
図1に示した車両駆動モータ用インバータ装置の回路図である。
この発明の第2の実施形態に係る車両駆動モータ用インバータ装置の要部の構造を示す平面図である。
図5に示した車両駆動モータ用インバータ装置の一部が破断した破断側面図である。
図5に示した車両駆動モータ用インバータ装置の回路図である。
この発明の第3の実施形態に係る車両駆動モータ用インバータ装置の回路図である。
この発明の第4の実施形態に係る車両駆動モータ用インバータ装置の回路図である。
関連技術の例に係る1つのインバータの基本回路図である。
この発明の第1の実施形態に係るモータ用インバータ装置について図1ないし図4を参照して説明する。
図1は、この実施形態に係るモータ用インバータ装置10を搭載した車両の駆動部等を概略的に示すブロック図である。この車両は、車体1の左右の後輪2,2が駆動輪とされ、左右の前輪3,3が従動輪とされた二輪駆動の電気自動車である。前輪3,3は操舵輪とされている。車両は、左右の各駆動輪に駆動力を与えるモータ4,4を備えている。各モータ4は、例えば、3相の同期モータからなる。各モータ4の回転は、減速機5および車輪用軸受6を介して駆動輪2にそれぞれ伝達される。各モータ4は、一部または全体が駆動輪2内に配置される。モータ4、減速機5、および車輪用軸受6を含むインホイールモータ駆動装置7がそれぞれ構成されている。
図1は、この実施形態に係るモータ用インバータ装置10を搭載した車両の駆動部等を概略的に示すブロック図である。この車両は、車体1の左右の後輪2,2が駆動輪とされ、左右の前輪3,3が従動輪とされた二輪駆動の電気自動車である。前輪3,3は操舵輪とされている。車両は、左右の各駆動輪に駆動力を与えるモータ4,4を備えている。各モータ4は、例えば、3相の同期モータからなる。各モータ4の回転は、減速機5および車輪用軸受6を介して駆動輪2にそれぞれ伝達される。各モータ4は、一部または全体が駆動輪2内に配置される。モータ4、減速機5、および車輪用軸受6を含むインホイールモータ駆動装置7がそれぞれ構成されている。
左右の従動輪3,3および左右の駆動輪2,2には、運転者によるブレーキ操作によりこれら従動輪3,3および駆動輪2,2にそれぞれ制動力を与える従動輪用のブレーキ機構8,8、駆動輪用のブレーキ機構9,9がそれぞれ設けられている。モータ用インバータ装置10の上位制御手段であるECU(VCUという場合もある)11は、運転者によるアクセル操作に基づく操作角度を読み取り、その操作角度をトルク指令に換算して、このトルク指令をモータ用インバータ装置10に指令する。モータ用インバータ装置10は、車両に搭載されたバッテリBtからの電力を、トルク指令に基づいた3相交流に変換してそれぞれのモータ4,4を制御する。これにより、左右のモータ4,4が駆動され車両を走行させ得る。
図2は、このモータ用インバータ装置10の要部の構造を示す平面図であり、図3は、このモータ用インバータ装置10の一部が破断した破断側面図である。図2,図3に示すように、このモータ用インバータ装置10は、筐体12と、3相の2台のインバータ13,13をそれぞれ含む各パワー回路部20,20と、これらパワー回路部20,20を制御する図示外のモータコントロール部とを有する。各パワー回路部20は、パワーモジュール17,18,19の他、例えば、これらパワーモジュール17,18,19を制御するPWMドライバ(図示せず)を有する。このPWMドライバは、入力された電流指令をパルス幅変調し、複数の各スイッチング素子にオンオフ指令を与える。各パワーモジュール17,18,19は、それぞれ、各相のハイサイド側のスイッチング素子と、ローサイド側のスイッチング素子とを有する。
モータ用インバータ装置10は、さらに、バスバー14と、スナバコンデンサ15と、水冷部16,16と、平滑コンデンサ25とを有する。前記モータコントロール部は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成され、上位制御手段であるECUから与えられるトルク指令等による加速・減速指令に従い、電流指令に変換して、前記各パワー回路部20,20に電流指令を与える。前記モータコントロール部は、筐体12に収容されても良いし、筐体外に設けられても良い。
1台の筐体12には、2つの3相のインバータ13,13が収容される。これら2つのインバータ13,13は、複数のスイッチング素子(後述する)を組み合わせたU,V,W各相のパワーモジュール17~19からなりそれぞれモータ4,4を駆動する。図2に示すように、この例では、同図上半部のインバータ13により右駆動輪用のモータが駆動され、同図下半部のインバータ13により左駆動輪用のモータが駆動される。2つのインバータ13,13は、後述する1つの平滑コンデンサ25を共有する。
バスバー14は、+(プラス)電源のバスバー14aと-(マイナス)電源のバスバー14bとを有し、バッテリからの直流電流を各インバータ13,13の各パワーモジュール17~19に印加する。スナバコンデンサ15は、前記スイッチング素子の両端電圧が高電圧となることを抑制し、前記スイッチング素子の過電圧を抑制する。この例では、各インバータ13,13に対して、それぞれ3つのスナバコンデンサ15が設けられ、インバータ装置全体で計6つのスナバコンデンサ15が設けられる。各スナバコンデンサ15は例えば直方体形状に構成される。1つのインバータ13において、U,V,W各相のパワーモジュール17~19にそれぞれスナバコンデンサ15が並列接続される。
バスバー14とスナバコンデンサ15とは、筐体12の中央を通る線上に配置されている。これらバスバー14とスナバコンデンサ15とを挟む両側に、各インバータ13,13が、各パワーモジュール17~19が対称に位置するように配置されている。1つのインバータ13に接続される3つのスナバコンデンサ15は、前記インバータ13の各相のパワーモジュール17~19の並び方向に平行な方向に沿って所定間隔で配置され、且つ、前記インバータ13のU,V,W相のパワーモジュール17、18、19にそれぞれ隣接して接続される。
一方のインバータ13におけるU相のパワーモジュール17に接続される1つのスナバコンデンサ15と、他方のインバータ13におけるU相のパワーモジュール17に接続される1つのスナバコンデンサ15とが、互いに隣接して筐体12の中央を通る線上において、図上左側部に配置される。V相のパワーモジュール18,18にそれぞれ接続されるスナバコンデンサ15,15も互いに隣接して筐体12の中央を通る線上において、図***部に配置される。W相のパワーモジュール19,19にそれぞれ接続されるスナバコンデンサ15,15も互いに隣接して筐体12の中央を通る線上において、図上右側部に配置される。
図2および図3に示すように、バスバー14における-電源のバスバー14bは、各スナバコンデンサ15の上面にわたって架設されて各スナバコンデンサ15に電気的に接続されると共に、各パワーモジュール17~19の端子端に電気的に接続される。+電源のバスバー14aは、各スナバコンデンサ15の上面にそれぞれスペーサ23を介して架設されて各スナバコンデンサ15に電気的に接続されると共に、各パワーモジュール17~19の端子端にスペーサ23を介して配置されて電気的に接続される。+電源のバスバー14aをスペーサ23を介して各部に架設することで、この+電源のバスバー14aは-電源のバスバー14bよりも上方に配置される。よって、バスバー14全体が筐体12の中央を通る線上に集約され得る。
筐体12における、スナバコンデンサ15を挟む両側に、各パワーモジュール17~19をそれぞれ含むパワー回路部20,20をそれぞれ冷却する2箇所の水冷部16,16が設けられている。換言すると、2箇所の水冷部16,16の間にスナバコンデンサ15が設けられている。各箇所の水冷部16は、例えば、それぞれ筐体内部を通る流路16aと、筐体12の流路付近に設けられる冷却フィン16bとを有する。2箇所の水冷部16,16の流路16a,16aは連通され、図示外の水冷部駆動源により流路16a,16aに沿って冷却水を循環させ得る。循環する冷却水により、水冷部16,16の周辺部の温度が下がり、スナバコンデンサ15の冷却効果も期待し得る。
図4は、このモータ用インバータ装置10の回路図である。
1つのインバータ13における各相パワーモジュール17~19は、例えば、それぞれ2個のインシュレーテッド・ゲート・バイポーラ・トランジスタ(略称:IGBT)を含み、1つのインバータ13につき計6個のIGBTを有する。6個のIGBTは、通常6in1または2in1と呼ばれるパッケージに収められたIGBTモジュールとして供給される。この実施形態では、例えば、2in1のIGBTモジュールが適用される。
1つのインバータ13における各相パワーモジュール17~19は、例えば、それぞれ2個のインシュレーテッド・ゲート・バイポーラ・トランジスタ(略称:IGBT)を含み、1つのインバータ13につき計6個のIGBTを有する。6個のIGBTは、通常6in1または2in1と呼ばれるパッケージに収められたIGBTモジュールとして供給される。この実施形態では、例えば、2in1のIGBTモジュールが適用される。
例えば、U相における2in1のIGBTモジュールは、1つのインバータ13における2個のIGBT17H,17Lと、これらIGBT17H,17Lにそれぞれ接続される2個のダイオード24,24とを1パッケージにしたパワーモジュール17であり、前記インバータ13における他のV相,W相のIGBTにも同じ構造のパワーモジュール18,19が使用される。
前記6in1は、1つのインバータ13における6個のIGBTと、各IGBTにそれぞれ接続される6個のダイオード24とを1パッケージにしたIGBTモジュールであり、モータ1台を駆動できる。なお、6in1または2in1以外のIGBTモジュールを適用しても良い。
1つのインバータ13におけるU,V,W各相パワーモジュール17~19に、それぞれスナバコンデンサ15が並列接続されている。各インバータ13におけるU相パワーモジュール17の入力端子側にそれぞれ接続されたスナバコンデンサ15,15の入力端子間に、1つの平滑コンデンサ25が並列接続されている。前記1つの平滑コンデンサ25は、2つのインバータ13,13の両入力端子間に接続され、各スイッチング素子付近の配線のインダクタンスをキャンセルする。これにより各スイッチング素子にサージ電圧が発生することを抑制し得る。2つのインバータ13,13を1台の筐体12に収容したこのモータ用インバータ装置10において、2つのインバータ13,13が1つの平滑コンデンサ25を共有し得る。すなわち、1つの平滑コンデンサ25が、2つのインバータ13,13の両方に対して作用し得る。図2に示すように、この平滑コンデンサ25は、例えば、筐体12における、各スナバコンデンサ15、バスバー14よりも上方に収容される。
このように2つのインバータ13,13で1つの平滑コンデンサ25を共有した構成において、平滑コンデンサ25の容量を2倍にしたとしても、平滑コンデンサ25を共有せずに各インバータ13にそれぞれ平滑コンデンサを設けるのに比べて、重量、コストおよび設置面積の点で有利になる。なお2つのインバータ13,13で1つの平滑コンデンサ25を共有した場合でも、平滑コンデンサ25の容量を必ずしも2倍にする必要はない。平滑コンデンサ25の容量が2倍未満の場合、さらに重量、コストおよび設置面積の点で有利になる。
平滑コンデンサ25は、例えば、電解コンデンサまたはフィルムコンデンサからなり、大容量で比較的低い周波数のリップルやノイズをキャンセルする。低周波ではインダクタンスの影響を受けにくいため、平滑コンデンサ25をIGBTからやや離れて設置することも可能であり、設置場所の汎用性が高い。
1つのインバータ13において、スナバコンデンサ15としては、各相パワーモジュール17~19にそれぞれ対応する3個のフィルムコンデンサが使用される。スナバコンデンサ15は、平滑コンデンサ25に比べて小容量であり、比較的良好な高周波数特性を有する。コンデンサからIGBTまでのインダクタンスにより、高周波特性が阻害されるため、各スナバコンデンサ15はIGBTのなるべく近くに設置して両者間の配線長を短くするべきである。
作用効果について説明する。
各インバータ13,13における複数のスイッチング素子がオンオフし、これにより、バッテリBtからの直流電流を3相交流に変換し、それぞれのモータ4,4を駆動制御する。2つのインバータ13,13を1台の筐体12に収容したため、2つのインバータを個別に設置する構造よりも、装置全体の小型化を図れ、重量の低減化を図れると共に、設置面積を小さくすることができる。
各インバータ13,13における複数のスイッチング素子がオンオフし、これにより、バッテリBtからの直流電流を3相交流に変換し、それぞれのモータ4,4を駆動制御する。2つのインバータ13,13を1台の筐体12に収容したため、2つのインバータを個別に設置する構造よりも、装置全体の小型化を図れ、重量の低減化を図れると共に、設置面積を小さくすることができる。
特に、2つのインバータ13,13が1つの平滑コンデンサ25を共有するため、1つの筐体内に単に2つのインバータを配置した構造よりも、部品点数を低減してさらなる小型化および重量の低減化を図ることができる。平滑コンデンサ25はスイッチング素子のオンオフによるサージ電圧を抑制するものであり、電源の入力部に設けられるため、2つのインバータ13,13に共有させても支障を生じることなく機能が得られる。
バスバー14とスナバコンデンサ15とが筐体内12に配置され、これらバスバー14とスナバコンデンサ15とを挟む両側に各インバータ13,13が、各パワーモジュール17~19が対称に位置するように配置されるため、スナバコンデンサ15と各パワーモジュール17~19の距離を最短にできて、バスバー14のインダクタンス成分が最小となる。これより、ノイズ抑制効果が高い。バスバー14を短くできるため、その分、より一層の小型化を図れ、重量の低減化を図ることができる。また、バスバー14とスナバコンデンサ15とを2つのインバータ13,13の間に集約して配置することで、これらを実装する作業を、他の部品に干渉することなく迅速かつ容易に行うことができる。
第2の実施形態に係るモータ用インバータ装置について説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
図5は、第2の実施形態に係るモータ用インバータ装置10Aの要部の構造を示す平面図であり、図6は、同モータ用インバータ装置10Aの側面図であり、図7は、同モータ用インバータ装置10Aの回路図である。図5~図7に示すように、3つのスナバコンデンサ15全てを2つのインバータ13,13で共有しても良い。すなわち、スナバコンデンサ15は、2つのインバータ13,13の両方に対して作用しても良い。つまり6in1のIGBTモジュールでその電源入力端子が3組の場合と、2in1のIGBTモジュールを6個使用する場合、第1の実施形態で使用していた6個のスナバコンデンサ15を3個に省略することができる。
この例では、2つのU相パワーモジュール17,17に対して、1つのスナバコンデンサ15が並列接続される。また、2つのV相パワーモジュール18,18に対して、1つのスナバコンデンサ15が並列接続される。さらに、2つのW相パワーモジュール19,19に対して、1つのスナバコンデンサ15が並列接続される。
この構成によると、2つのインバータ13,13が3つのスナバコンデンサ15を共用するため、第1の実施形態よりも、スナバコンデンサ15の数を3個低減することができ、さらなる部品点数、重量、および設置面積の低減化を図ることができる。スナバコンデンサ15は、前記スイッチング素子の両端電圧が高電圧になることを抑制するものであり、これらを2つのインバータ13,13に共有させても支障を生じることなくスナバコンデンサの機能が得られる。このように、2つのインバータ13,13を1台の筐体12に収容し、かつ、スナバコンデンサ15を2つのインバータ13,13で共有することで、小型化および重量の低減化を図れ、設置面積の低減化を図れる。
図8は、第3の実施形態に係るモータ用インバータ装置10Bの回路図である。6in1のIGBTモジュールで、その電源入力端子が一組の場合、1つのスナバコンデンサ15を2つのインバータ13,13で共有しても良い。この場合、インバータ装置全体で1つのスナバコンデンサ15で済むため、図7の構成よりもさらに部品点数、重量、および設置面積をそれぞれ低減することができる。
図9は、第4の実施形態に係るモータ用インバータ装置10Cの回路図である。図9に示すように、モータ用インバータ装置10Cでは、前記スナバコンデンサ15の代わりに、スナバコンデンサ15と平滑コンデンサ25の両方の機能を持ったコンデンサ26を配置し、このコンデンサ26を2つのインバータ13,13で共有する。この場合、スナバコンデンサと平滑コンデンサとを別々に設ける必要がなく、図7,図8の構成よりもさらに部品点数、重量、および設置面積をそれぞれ低減化することができる。
4…モータ
10~10C…モータ用インバータ装置
12…筐体
13…インバータ
14…バスバー
15…スナバコンデンサ
25…平滑コンデンサ
10~10C…モータ用インバータ装置
12…筐体
13…インバータ
14…バスバー
15…スナバコンデンサ
25…平滑コンデンサ
Claims (6)
- 1台の筐体に収容された車両駆動モータ用インバータ装置であって、
対応する車両駆動モータをそれぞれ駆動する2つのインバータであって、各インバータは複数のスイッチング素子を有する、インバータと、
前記インバータの入力端子間に接続された平滑コンデンサと、
前記スイッチング素子の過電圧を抑制するスナバコンデンサとを備え、
前記平滑コンデンサと前記スナバコンデンサのいずれか一方または両方が、前記2つのインバータによって共有される、車両駆動モータ用インバータ装置。 - 請求項1に記載の車両駆動モータ用インバータ装置において、
前記各インバータは、前記複数のスイッチング素子を組み合わせた3相のパワーモジュールから構成され、
前記スナバコンデンサが、前記パワーモジュールごとに設けられた、車両駆動モータ用インバータ装置。 - 請求項2に記載の車両駆動モータ用インバータ装置において、
前記スナバコンデンサが前記2つのインバータによって共有される場合、前記2つのインバータのパワーモジュール間で前記スナバコンデンサが共有される、車両駆動モータ用インバータ装置。 - 請求項1に記載の車両駆動モータ用インバータ装置において、
前記各インバータは、前記複数のスイッチング素子を組み合わせた3相のパワーモジュールから構成され、
前記スナバコンデンサが、前記3相のパワーモジュールに対して1つ設けられ、
前記スナバコンデンサが前記2つのインバータによって共有される場合、前記2つのインバータ間で前記1つのスナバコンデンサが共有される、車両駆動モータ用インバータ装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の車両駆動モータ用インバータ装置において、
さらに、直流電流を前記2つのインバータの前記3相のパワーモジュールに印加するバスバーを備え、
前記バスバーと前記スナバコンデンサとが前記筐体内に配置され、これらバスバーとスナバコンデンサとを挟む両側に、前記各インバータが、前記各パワーモジュールが対称に位置するように配置された、車両駆動モータ用インバータ装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の車両駆動モータ用インバータ装置において、
前記スナバコンデンサおよび前記平滑コンデンサの代わりに、前記スナバコンデンサおよび前記平滑コンデンサの両方の機能を有する兼用コンデンサを備え、
前記兼用コンデンサが、前記2つのインバータによって共有される車両駆動モータ用インバータ装置。
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