(57)【要約】【課題】所望の昇圧動作に必要とされるインダクタンスを確保する。【解決手段】電力制御装置１０は、モータとバッテリとの間の電力の授受を制御する。電力制御装置１０は、電圧変換装置を備える。電圧変換装置は、ブリッジ回路と、磁気結合型リアクトル３２と、電子制御ユニット及びゲートドライブユニットを備える。電力制御装置１０を収容するケース５３は、第１収容部５５と第２収容部５６とを備える。第１収容部５５は、冷却器５２の第１搭載面５２Ａ側に配置される各種部品を収容する。第２収容部５６は、冷却器５２の第２搭載面５２Ｂ側に配置される各種部品を収容する。第２収容部５６は、冷却器５２の第２搭載面５２Ｂに搭載された磁気結合型リアクトル３２の周囲を取り囲むリアクトル収容部５７を備える。リアクトル収容部５７の少なくとも一部は、樹脂などの不導体材料によって形成されている。【選択図】図２
2020202633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと蓄電装置との間の電力の授受を制御する制御部と、
前記制御部を収容するケースと、を備え、
前記制御部は、磁気結合型のリアクトルを備え、
前記リアクトルの周囲における前記ケースの少なくとも一部は不導体材料によって形成された不導体壁部を備える、
ことを特徴とする電力制御装置。
【請求項２】
前記リアクトルを冷却する冷却器を備え、
前記リアクトルの周囲における前記ケースのうちの、平面視で前記冷却器と重なる面が不導体材料によって形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項３】
前記リアクトルの周囲における前記ケースの側面が不導体材料によって形成されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力制御装置。
【請求項４】
前記ケースの下側部分が不導体材料によって形成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力制御装置と、
前記モータを収容するとともに、前記ケースに接続される第２のケースと、を備え、
前記不導体壁部は、前記ケースにおける前記第２のケース側の部位に設けられている、
ことを特徴とする駆動ユニット。
【請求項６】
前記第２のケースは、前記不導体壁部から所定間隔だけ離れて配置されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の駆動ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力制御装置及び駆動ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、制振性向上のためにケース内において樹脂によって埋設された半導体素子、コンデンサ及びリアクトルを備える電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、磁気的に結合されたコイルを備えるリアクトルを用いるコンバータ（電力変換装置）が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３２５６４号公報
【特許文献２】特開２０１４−１２７６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば昇圧回路などに備えられる磁気結合型のリアクトルは、３次元的に発生する漏れ磁束によるインダクタンスを積極的に利用して昇圧動作を行う。
一方、電力変換装置においては、高周波磁界を遮蔽するように配置した導電性部材（アルミニウム製のケースなど）によって電磁シールドを行うことが一般的である。このため、ケース又は他の内部部品などによってリアクトルの漏れ磁束が遮蔽される場合、漏れ磁束が導電性部材を通過する際に導電性部材に発生する渦電流によって熱に変換されてしまうため、所望の漏れインダクタンスを確保することができず、リアクトルの体格を増大させる必要が生じるおそれがある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所望の昇圧動作に必要とされるインダクタンスを確保することが可能な電力制御装置及び駆動ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る電力制御装置（例えば、実施形態での電力制御装置１０）は、モータ（例えば、実施形態でのモータ１２）と蓄電装置（例えば、実施形態でのバッテリ１１）との間の電力の授受を制御する制御部（例えば、実施形態でのパワーモジュール１３、電子制御ユニット１５、ゲートドライブユニット１６、及び電圧変換装置３０）と、前記制御部を収容するケース（例えば、実施形態でのケース５３）と、を備え、前記制御部は、磁気結合型のリアクトル（例えば、実施形態での磁気結合型リアクトル３２）を備え、前記リアクトルの周囲における前記ケースの少なくとも一部は不導体材料によって形成された不導体壁部（例えば、実施形態での不導体壁部５７ｃ）を備える。
【０００７】
（２）上記（１）に記載の電力制御装置は、前記リアクトルを冷却する冷却器（例えば、実施形態での冷却器５２）を備え、前記リアクトルの周囲における前記ケースのうちの、平面視で前記冷却器と重なる面が不導体材料によって形成されてもよい。
【０００８】
（３）上記（１）又は（２）に記載の電力制御装置は、前記リアクトルの周囲における前記ケースの側面が不導体材料によって形成されてもよい。
【０００９】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の電力制御装置は、前記ケースの下側部分が不導体材料によって形成されてもよい。
【００１０】
（５）本発明の一態様に係る駆動ユニット（例えば、実施形態での駆動ユニット１）は、上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の電力制御装置（例えば、実施形態での電力制御装置１０）と、前記モータを収容するとともに、前記ケースに接続される第２のケース（例えば、実施形態でのモータハウジング５１）と、を備え、前記不導体壁部は、前記ケースにおける前記第２のケース側の部位（例えば、実施形態での部位５７ａ）に設けられている。
【００１１】
（６）上記（５）に記載の駆動ユニットでは、前記第２のケースは、前記不導体壁部から所定間隔だけ離れて配置されてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
上記（１）によれば、磁気結合型のリアクトルの周囲における漏れ磁束は昇圧動作に用いられるので、ケースの少なくとも一部に不導体壁部を備えることによって、ケースへの磁束の流れ込みを抑制することができる。これにより、リアクトルの周囲における所望の漏れ磁束が遮蔽されて熱に変換されることを抑制し、所望の昇圧動作に必要とされる、漏れ磁束によるインダクタンスを確保することができる。
【００１３】
上記（２）の場合、ケースのうちの平面視で冷却器と重なる面が不導体材料によって形成されていることによって、リアクトルと不導体材料との間に所望の漏れ磁束の分布に必要とされる空間及び間隔を確保することができる。
上記（３）の場合、ケースの側面が不導体材料によって形成されていることによって、より効果的に所望の漏れインダクタンスを確保することができる。
上記（４）の場合、ケースの下側部分が不導体材料によって形成されていることによって、より効果的に所望の漏れインダクタンスを確保することができる。
【００１４】
上記（５）によれば、不導体壁部はケースにおける第２のケース側の部位に設けられているので、不導体壁部を通過する磁束を第２のケースによって遮蔽することができる。これにより、例えばケースの大きさの増大を抑制しながら放射ノイズの増大を抑制することができ、構成の大型化を抑止することができる。
【００１５】
上記（６）の場合、リアクトルからの磁束を遮蔽する第２のケースは不導体壁部から所定間隔だけ離れて配置されているので、昇圧動作に用いられるリアクトルの周囲における所望の漏れ磁束が遮蔽されて熱に変換されることを抑制しながら、不要な磁束による放射ノイズの増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る駆動ユニットの構成を模式的に示す分解斜視図。
【図２】本発明の実施形態に係る駆動ユニットの構成を示す断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る駆動ユニットの構成図。
【図４】本発明の実施形態に係る電圧変換装置の磁気結合型リアクトルの構成を示す平面図。
【図５】本発明の実施形態に係る電圧変換装置の磁気結合型リアクトルの構成を模式的に示す斜視図。
【図６】本発明の実施形態の変形例に係る駆動ユニットの構成を示す断面図。
【図７】本発明の実施形態の変形例に係る駆動ユニットの構成を示す側面図。
【図８】本発明の実施形態の変形例に係る電圧変換装置の磁気結合型リアクトルの構成を示す平面図。
【図９】本発明の実施形態の変形例に係る電圧変換装置の磁気結合型リアクトルの構成を模式的に示す分解斜視図。
【図１０】本発明の実施形態の変形例に係る電圧変換装置の磁気結合型リアクトルにおける磁束を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の駆動ユニット及び電力制御装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態による駆動ユニット１は、例えば、電動車両等の車両に搭載されている。電動車両は、電気自動車、ハイブリッド車両、及び燃料電池車両等である。電気自動車は、バッテリを動力源として駆動する。ハイブリッド車両は、バッテリ及び内燃機関を動力源として駆動する。燃料電池車両は、燃料電池を動力源として駆動する。
【００１８】
図１は、実施形態に係る駆動ユニット１の構成を模式的に示す分解斜視図である。図２は、実施形態に係る駆動ユニット１の構成を示す断面図である。図３は、実施形態に係る駆動ユニット１の構成図である。
【００１９】
＜駆動ユニット＞
図３に示すように、駆動ユニット１は、電力制御装置１０と、バッテリ１１（ＢＡＴＴ）と、走行駆動用のモータ１２（ＭＯＴ）とを備える。
電力制御装置１０は、パワーモジュール１３と、第１平滑コンデンサＣ１及び第２平滑コンデンサＣ２と、電流センサ１４と、電子制御ユニット１５（ＭＯＴ  ＥＣＵ）と、ゲートドライブユニット１６（Ｇ／Ｄ  ＶＣＵ  ＥＣＵ）と、を備える。
バッテリ１１は、例えば、車両の動力源である高圧のバッテリである。バッテリ１１は、バッテリケースと、バッテリケース内に収容される複数のバッテリモジュールと、を備える。バッテリモジュールは、直列又は並列に接続される複数のバッテリセルを備える。
バッテリ１１は、直流コネクタ１７ａに接続される正極端子ＰＢ及び負極端子ＮＢを備える。正極端子ＰＢ及び負極端子ＮＢは、バッテリケース内において直列又は並列に接続される複数のバッテリモジュールの正極端及び負極端に接続されている。
【００２０】
モータ１２は、バッテリ１１から供給される電力によって回転駆動力（力行動作）を発生させる。モータ１２は、回転軸に入力される回転駆動力によって発電電力を発生させてもよい。モータ１２は、内燃機関の回転動力が伝達可能に構成されてもよい。例えば、モータ１２は、３相交流のブラシレスＤＣモータである。３相は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相である。
モータ１２は、界磁用の永久磁石を有する回転子と、回転子を回転させる回転磁界を発生させるための３相のステータ巻線を有する固定子と、を備える。モータ１２の３相のステータ巻線は、３相コネクタ１７ｂに接続されている。
【００２１】
パワーモジュール１３は、例えば、直流と３相交流との間で電力変換を行うインバータ（ＩＮＶ）２０と、後述する電圧変換装置３０のブリッジ回路３１と、を備える。
インバータ２０は、ブリッジ接続される複数のスイッチング素子によって形成されるブリッジ回路を備える。例えば、スイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）等のトランジスタである。例えば、ブリッジ回路においては、３相のＵ相、Ｖ相、及びＷ相の各相において、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームのトランジスタがブリッジ接続されている。ブリッジ回路は、各トランジスタのコレクタ−エミッタ間においてエミッタからコレクタに向けて順方向となるように接続されるダイオードを備える。
【００２２】
ハイサイドアームの各相のトランジスタは、コレクタが正極バスバーに接続されてハイサイドアームを構成している。ハイサイドアームの各相の正極バスバーは、後述する第２平滑コンデンサＣ２の第２正極バスバー２２ｐに接続されている。
ローサイドアームの各相のトランジスタは、エミッタが負極バスバーに接続されてローサイドアームを構成している。ローサイドアームの各相の負極バスバーは、後述する第２平滑コンデンサＣ２の第２負極バスバー２２ｎに接続されている。
ハイサイドアーム及びローサイドアームの各相において、ハイサイドアームのトランジスタのエミッタとローサイドアームのトランジスタのコレクタとは、入出力バスバー１８を介して接続されている。各相の入出力バスバー１８は入出力端子Ｑに接続され、各相の入出力端子Ｑは３相コネクタ１７ｂに接続されている。各相の入出力バスバー１８は、入出力端子Ｑ及び３相コネクタ１７ｂを介してモータ１２の各相のステータ巻線に接続されている。
【００２３】
インバータ２０は、ゲートドライブユニット１６から各トランジスタのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。インバータ２０は、バッテリ１１から電圧変換装置３０を介して入力される直流電力を３相交流電力に変換し、モータ１２の３相のステータ巻線への通電を順次転流させることで、３相のステータ巻線に交流のＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流を通電する。
インバータ２０は、モータ１２の回転に同期がとられた各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）駆動によって、モータ１２の３相のステータ巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換してもよい。インバータ２０によって３相交流電力から変換された直流電力は、電圧変換装置３０を介してバッテリ１１に供給することが可能である。
【００２４】
第１平滑コンデンサＣ１及び第２平滑コンデンサＣ２は、例えば、コンデンサユニットを構成している。例えば、コンデンサユニットは、第１及び第２平滑コンデンサＣ１，Ｃ２に加えて、２つのコンデンサによって形成されるノイズフィルタなどを備えてもよい。
第１平滑コンデンサＣ１は、直流コネクタ１７ａの正極端子及び負極端子に接続される第１正極バスバー２１ｐ及び第１負極バスバー２１ｎ間に接続されている。第１平滑コンデンサＣ１は、例えば、電圧変換装置３０の降圧時における各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬのオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
第２平滑コンデンサＣ２は、インバータ２０の正極バスバー及び負極バスバー並びに後述する電圧変換装置３０の第２正極バスバーＰＶ２及び第２負極バスバーＮＶ２に接続される第２正極バスバー２２ｐ及び第２負極バスバー２２ｎ間に接続されている。第２平滑コンデンサＣ２は、インバータ２０における各トランジスタ対のオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動及び電圧変換装置３０の昇圧時における各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬのオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。
【００２５】
電流センサ１４は、例えば、各相の入出力バスバー１８に配置され、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各々の電流を検出する。電流センサ１４は、信号線によって電子制御ユニット１５に接続されている。
【００２６】
電子制御ユニット１５は、モータ１２の動作を制御する。例えば、電子制御ユニット１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵ等のプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、及びタイマー等の電子回路を備えるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。なお、電子制御ユニット１５の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路であってもよい。
【００２７】
例えば、電子制御ユニット１５は、電流センサ１４の電流検出値とモータ１２に対するトルク指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット１６に入力する制御信号を生成する。制御信号は、パワーモジュール１３の各トランジスタ対をオン（導通）／オフ（遮断）駆動するタイミングを示す信号である。例えば、制御信号は、パルス幅変調された信号等である。
【００２８】
ゲートドライブユニット１６は、電子制御ユニット１５から受け取る制御信号に基づいて、インバータ２０の各トランジスタ対を実際にオン（導通）／オフ（遮断）駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット１６は、制御信号の増幅及びレベルシフト等を実行して、ゲート信号を生成する。
ゲートドライブユニット１６は、電圧変換装置３０の各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬをオン（導通）／オフ（遮断）駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット１６は、電圧変換装置３０の昇圧時における昇圧電圧指令又は電圧変換装置３０の降圧時における降圧電圧指令に応じたデューティー比のゲート信号を生成する。デューティー比は、例えば、各トランジスタＳａＨ，ＳａＬのオン時間の比率及び各トランジスタＳｂＨ，ＳｂＬのオン時間の比率である。
【００２９】
＜電圧変換装置＞
電力制御装置１０は、電圧変換装置３０を備える。電圧変換装置３０は、例えば、ブリッジ回路３１と、磁気結合型リアクトル３２と、上述した電子制御ユニット１５及びゲートドライブユニット１６を備える。
ブリッジ回路３１は、例えば、Ａ相及びＢ相の２相においてブリッジ接続される４つのスイッチング素子を備えている。スイッチング素子は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。ブリッジ回路３１においては、Ａ相において対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＡ相トランジスタＳａＨ，ＳａＬと、Ｂ相において対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＢ相トランジスタＳｂＨ，ＳｂＬとが、それぞれブリッジ接続されている。
【００３０】
ハイサイドアームの各相のトランジスタＳａＨ，ＳｂＨは、コレクタが第２正極バスバーＰＶ２に接続されてハイサイドアームを構成している。ローサイドアームの各相のトランジスタＳａＬ，ＳｂＬは、エミッタが第２負極バスバーＮＶ２に接続されてローサイドアームを構成している。ハイサイドアームの各相のトランジスタＳａＨ，ＳｂＨのエミッタは、ローサイドアームの各相のトランジスタＳａＬ，ＳｂＬのコレクタに接続されている。ブリッジ回路３１は、各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬのコレクタ−エミッタ間においてエミッタからコレクタに向けて順方向となるように接続されるダイオードを備えている。
【００３１】
ハイサイドアームＡ相トランジスタＳａＨのエミッタとローサイドアームＡ相トランジスタＳａＬのコレクタとは、Ａ相入出力バスバー１９ａを介して接続されている。Ａ相入出力バスバー１９ａは、後述する磁気結合型リアクトル３２のＡ相コイル３６の第２端部ａ２に接続されている。
ハイサイドアームＢ相トランジスタＳｂＨのエミッタとローサイドアームＢ相トランジスタＳｂＬのコレクタとは、Ｂ相入出力バスバー１９ｂを介して接続されている。Ｂ相入出力バスバー１９ｂは、後述する磁気結合型リアクトル３２のＢ相コイル３７の第２端部ｂ２に接続されている。
【００３２】
図４は、実施形態に係る電圧変換装置３０の磁気結合型リアクトル３２の構成を示す平面図。図５は、実施形態に係る電圧変換装置３０の磁気結合型リアクトル３２の構成を模式的に示す斜視図である。
図４及び図５に示すように、磁気結合型リアクトル３２は、コア３５と、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７と、を備える。
コア３５の外形は、例えば、矩形環状に形成されている。コア３５は、例えば、圧粉コア又は電磁鋼板の積層体などによって形成されている。
【００３３】
Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７は、例えば、同一形状の平角線の導体をエッジワイズ巻きしたエッジワイズコイルなどである。Ａ相コイル３６において、第１端部ａ１は第１正極バスバーＰＶ１に接続され、第２端部ａ２はＡ相入出力バスバー１９ａに接続されている。Ｂ相コイル３７において、第１端部ｂ１は第１正極バスバーＰＶ１に接続され、第２端部ｂ２はＢ相入出力バスバー１９ｂに接続されている。
Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の各々は、コア３５の第１脚部３５ａ及び第２脚部３５ｂの各々に同一の巻き数で巻回されている。Ａ相コイル３６は、第１脚部３５ａに巻回され、Ｂ相コイル３７は、第２脚部３５ｂに巻回されている。
【００３４】
Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７は、相互に逆極性に磁気結合されるように、共通のコア３５に巻回されている。
Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の各巻き方向は同一方向である。例えば各コイル３６，３７の中心軸の軸方向に各第１端部ａ１，ｂ１側から各第２端部ａ２，ｂ２側に向かって見て時計回りに巻回されている。
【００３５】
Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の各々は、通電時に第１脚部３５ａ及び第２脚部３５ｂの内部に発生する各磁束Φａ，Φｂの向きが互いに相反するように構成されている。
例えば、Ａ相コイル３６の第１端部ａ１から第２端部ａ２へ電流Ｉａが流れる通電の際に第１脚部３５ａの内部に発生するＡ相磁束Φａの向きと、Ｂ相コイル３７の第１端部ｂ１から第２端部ｂ２へ電流Ｉｂが流れる通電の際に第２脚部３５ｂの内部に発生するＢ相磁束Φｂの向きとは、互いに相反する。
【００３６】
Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７は、相互に逆極性に磁気結合されているので、ローサイドアームＡ相トランジスタＳａＬのオン（導通）制御によってＡ相コイル３６の第１端部ａ１から第２端部ａ２へ電流Ｉａが流れる場合、コア３５の磁化を相殺するようにＢ相コイル３７に誘起電圧が生じ、Ｂ相コイル３７の第１端部ｂ１から第２端部ｂ２へ電流Ｉｂが流れる。
また、ローサイドアームＢ相トランジスタＳｂＬのオン（導通）制御によってＢ相コイル３７の第１端部ｂ１から第２端部ｂ２へ電流Ｉｂが流れる場合、コア３５の磁化を相殺するようにＡ相コイル３６に誘起電圧が生じ、Ａ相コイル３６の第１端部ａ１から第２端部ａ２へ電流Ｉａが流れる。
【００３７】
Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の通電時において、コア３５の周辺の外部には、Ａ相コイル３６の通電によるＡ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相コイル３７の通電によるＢ相漏れ磁束ΦＬｂが生じる。Ａ相漏れ磁束ΦＬａの向き及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの向きは、互いに同方向である。
Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７が相互に逆極性に磁気結合された磁気結合型リアクトル３２では、１次側電圧Ｖ１及び２次側電圧Ｖ２は、例えば下記数式（１）に示す関係式を満たす。下記数式（１）は、入力電流ｉ１と、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の各々の自己インダクタンスＬ及び相互インダクタンスＭと、漏れインダクタンスｌとによって、１次側電圧Ｖ１及び２次側電圧Ｖ２を示す。漏れインダクタンスｌは、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の一方の磁束のうち他方と鎖交しない磁束による漏れインダクタンスである。
【００３８】
【数１】
2020202633.tif 000003
【００３９】
上記数式（１）に示すように、漏れ磁束がゼロとなる場合には、上記数式（１）の左辺第２項及び左辺第３項がともにゼロとなり、電圧変換を行うことができない。このため、電圧変換の実行には左辺第２項及び左辺第３項に示すように漏れ磁束によるインダクタンスが必要となる。すなわち、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７が互いに磁気的に逆結合されている磁気結合型リアクトル３２は、例えばコア３５の外部の空間を通過するような、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の一方から発生して他方に鎖交しない漏れ磁束のインダクタンスを用いて電圧変換を行う。
【００４０】
本実施形態による電圧変換装置３０は上記構成を備えており、次に、電圧変換装置３０の動作について説明する。
電圧変換装置３０は、ゲートドライブユニット１６から各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。
【００４１】
電圧変換装置３０は、昇圧時において、ローサイドアームの各相のトランジスタＳａＬ，ＳｂＬがオン（導通）及びハイサイドアームの各相のトランジスタＳａＨ，ＳｂＨがオフ（遮断）に設定される第１状態と、ローサイドアームの各相のトランジスタＳａＬ，ＳｂＬがオフ（遮断）及びハイサイドアームの各相のトランジスタＳａＨ，ＳｂＨがオン（導通）に設定される第２状態とを、交互に切り替える。第１状態では、順次、バッテリ１１の正極端子ＰＢ、磁気結合型リアクトル３２、ローサイドアームの各相のトランジスタＳａＬ，ＳｂＬ、バッテリ１１の負極端子ＮＢへと電流が流れ、磁気結合型リアクトル３２が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第２状態では、磁気結合型リアクトル３２に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにして磁気結合型リアクトル３２の両端間に起電圧（誘導電圧）が発生する。磁気結合型リアクトル３２に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧はバッテリ電圧に重畳されて、バッテリ１１の端子間電圧よりも高い昇圧電圧が電圧変換装置３０の第２正極バスバーＰＶ２と第２負極バスバーＮＶ２との間に印加される。
【００４２】
電圧変換装置３０は、降圧時において、第２状態と第１状態とを交互に切り替える。第２状態では、順次、電圧変換装置３０の第２正極バスバーＰＶ２、ハイサイドアームの各相のトランジスタＳａＨ，ＳｂＨ、磁気結合型リアクトル３２、バッテリ１１の正極端子ＰＢへと電流が流れ、磁気結合型リアクトル３２が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第１状態では、磁気結合型リアクトル３２に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにして磁気結合型リアクトル３２の両端間に起電圧（誘導電圧）が発生する。磁気結合型リアクトル３２に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧は降圧されて、電圧変換装置３０の第２正極バスバーＰＶ２及び第２負極バスバーＮＶ２間の電圧よりも低い降圧電圧がバッテリ１１の正極端子ＰＢと負極端子ＮＢとの間に印加される。
【００４３】
電圧変換装置３０は、いわゆる２相のインターリーブによってブリッジ回路３１の各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬを駆動する。電圧変換装置３０は、昇圧時及び降圧時の各々において、各Ａ相トランジスタＳａＨ，ＳａＬのスイッチング制御の１周期と、各Ｂ相トランジスタＳｂＨ，ＳｂＬのスイッチング制御の１周期とを、相互に半周期だけずらしている。
【００４４】
電圧変換装置３０は、昇圧時及び降圧時の各々において、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７に対する電流均等化の制御を実行する。電圧変換装置３０は、Ａ相コイル３６の電流ＩａとＢ相コイル３７の電流Ｉｂとを同一にして、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の電流偏流率を均等化するように、ブリッジ回路３１の各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬを駆動する。電流偏流率は、例えば、Ａ相コイル３６の電流Ｉａ及びＢ相コイル３７の電流Ｉｂの合計に対するＡ相コイル３６の電流Ｉａ又はＢ相コイル３７の電流Ｉｂの比率などである。
例えば、電子制御ユニット１５は、Ａ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの大きさが最大となるように、ブリッジ回路３１の各トランジスタＳａＨ，ＳａＬ，ＳｂＨ，ＳｂＬのオン（導通）／オフ（遮断）のスイッチングに対するデューティー比を制御する。
【００４５】
例えば、電子制御ユニット１５は、Ａ相又はＢ相において、デューティー比を増大（又は減少）させることに伴って、磁気検出器（図示略）から出力される検出値の大きさが減少する場合には、デューティー比を減少（又は増大）させる。Ａ相のデューティー比は、例えば、各Ａ相トランジスタＳａＨ，ＳａＬのスイッチング制御におけるローサイドアームＡ相トランジスタＳａＬのオン時間の比率である。Ｂ相のデューティー比は、例えば、各Ｂ相トランジスタＳｂＨ，ＳｂＬのスイッチング制御におけるローサイドアームＢ相トランジスタＳｂＬのオン時間の比率である。
【００４６】
図１及び図２に示すように、駆動ユニット１は、モータ１２を収容するモータハウジング５１と、電力制御装置１０及び冷却器５２を収容するケース５３と、を備える。
モータハウジング５１の外形は、例えば有底円筒状に形成されている。モータハウジング５１は、例えばアルミニウムなどの金属材料によって形成されている。モータハウジング５１は、モータ１２に加えて、冷媒としての作動油等を収容している。
モータハウジング５１は、ケース５３が配置される搭載部５４を備える。搭載部５４の外形は、例えば開口した箱型に形成されている。搭載部５４は、モータハウジング５１の外周面５１Ａ上に設けられている。搭載部５４は、後述するケース５３の第２収容部５６を取り囲む仕切り部５４ａ及び周壁部５４ｂを備える。
仕切り部５４ａの外形は、モータハウジング５１においてモータ１２が収容される領域とケース５３が配置される領域とを区切る板状に形成されている。
周壁部５４ｂの外形は、モータハウジング５１の外周面５１Ａから突出する矩形筒状に形成されている。周壁部５４ｂの内面５４Ｂは仕切り部５４ａの周縁に接続されている。
【００４７】
冷却器５２は、いわゆるウォータージャケットである。冷却器５２は、冷媒を流通させる冷媒流路と、冷媒流路に接続された冷媒供給管及び冷媒排出管と、を備える。冷却器５２は、電力制御装置１０の一部の部品と一体的に設けられている。電力制御装置１０の一部の部品は、例えば、パワーモジュール１３、コンデンサユニット、及び磁気結合型リアクトル３２などである。
ケース５３の外形は、例えば箱型に形成されている。ケース５３は、例えばアルミニウムなどの金属材料によって形成されている。ケース５３は、第１収容部５５と、第２収容部５６と、を備える。
【００４８】
第１収容部５５は、冷却器５２の第１搭載面５２Ａ側に配置される各種部品を収容する。第１収容部５５は、例えば、パワーモジュール１３、電子制御ユニット１５、及びゲートドライブユニット１６などを収容する。
第２収容部５６は、冷却器５２の第２搭載面５２Ｂ側に配置される各種部品を収容する。第２収容部５６は、例えば、コンデンサユニット及び磁気結合型リアクトル３２などを収容する。
第２収容部５６は、冷却器５２の第２搭載面５２Ｂに搭載された磁気結合型リアクトル３２の周囲を取り囲むように設けられたリアクトル収容部５７を備える。
リアクトル収容部５７の少なくとも一部は、例えば樹脂などの不導体材料によって形成されている。例えば、リアクトル収容部５７は、モータハウジング５１側の部位５７ａに形成された貫通孔５７ｂを閉塞する不導体壁部５７ｃを備える。不導体壁部５７ｃは、磁気結合型リアクトル３２の周囲におけるケース５３のうちの、平面視で冷却器５２と重なる面（例えば、底面５３ａなど）に設けられている。
【００４９】
なお、不導体壁部５７ｃと上述した搭載部５４の仕切り部５４ａとの間の距離は、少なくとも磁気結合型リアクトル３２の周囲における所望の磁束分布を確保するために必要とされる所定距離以上に設定されている。磁気結合型リアクトル３２の周囲における所望の磁束分布は、電圧変換装置３０の昇圧動作に必要とされる磁気結合型リアクトル３２の漏れ磁束（例えば、上述したＡ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂなど）の分布である。
【００５０】
上述したように、本実施形態の電力制御装置１０によれば、磁気結合型の各コイル３６，３７を備える磁気結合型リアクトル３２の周囲における漏れ磁束は昇圧動作に用いられる。磁気結合型リアクトル３２の周囲を取り囲むリアクトル収容部５７の少なくとも一部は、不導体材料によって形成されていることによって、リアクトル収容部５７への磁束の流れ込みを抑制することができる。これにより、磁気結合型リアクトル３２の周囲における所望の漏れ磁束が遮蔽されて熱に変換されることを抑制し、所望の昇圧動作に必要とされる、漏れ磁束によるインダクタンスを確保することができる。
【００５１】
また、磁気結合型リアクトル３２の放熱を行う冷却器５２は、磁気結合型リアクトル３２に対して不導体壁部５７ｃが配置されるモータハウジング５１側とは反対側に配置されている。これにより、例えば磁気結合型リアクトル３２と不導体壁部５７ｃとの間に冷却器５２が配置される場合に比べて、磁気結合型リアクトル３２と不導体壁部５７ｃとの間に所望の漏れ磁束の分布に必要とされる空間及び間隔を適正に確保することができる。
【００５２】
上述したように、本実施形態の駆動ユニット１によれば、不導体壁部５７ｃはケース５３におけるモータハウジング５１側の部位５７ａに設けられているので、不導体壁部５７ｃを通過する磁束をモータハウジング５１によって遮蔽することができる。これにより、例えばケース５３の大きさの増大を抑制しながら放射ノイズの増大を抑制することができ、構成の大型化を抑止することができる。
また、樹脂などの不導体材料によって形成された不導体壁部５７ｃは、例えばアルミニウムなどの金属材料によって形成された第２収容部５６の一部に設けられていることによって、例えば第２収容部５６又はケース５３の全体が樹脂などの不導体材料によって形成される場合に比べて、剛性を向上させることができる。これにより、例えば第２収容部５６によって各種の部品を保持する場合、及び、第２収容部５６をモータハウジング５１に締結等によって固定する場合などに必要とされる所望の剛性を容易に確保することができる。ケース５３の所望の剛性を確保しながら、漏れ磁束が遮蔽されて熱に変換されることを抑制して、所望の漏れインダクタンスを確保することができる。
【００５３】
また、磁気結合型リアクトル３２からの磁束を遮蔽するモータハウジング５１の仕切り部５４ａは不導体壁部５７ｃから所定距離以上に離れて配置されている。これにより、昇圧動作に用いられる磁気結合型リアクトル３２の周囲における所望の漏れ磁束が遮蔽されて熱に変換されることを抑制しながら、不要な磁束による放射ノイズの増大を抑制することができる。
【００５４】
以下、実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、リアクトル収容部５７は、不導体壁部５７ｃを備えるとしたが、これに限定されず、リアクトル収容部５７のうちの全体又は一部が樹脂などの不導体材料によって形成されてもよい。また、ケース５３のうちの全体又は一部が樹脂などの不導体材料によって形成されてもよい。ケース５３の一部又はリアクトル収容部５７の一部は、例えば上述したモータハウジング５１側の部位５７ａ等のようなリアクトル収容部５７の底面（５７ａ）又はケース５３の底面５３ａ、及び、リアクトル収容部５７の側面５７ｄ又はケース５３の側面５３ｂなどである。
【００５５】
図６は、実施形態の変形例に係る駆動ユニット１の構成を示す断面図である。図７は、実施形態の変形例に係る駆動ユニット１の構成を示す側面図である。例えば図６及び図７に示す変形例では、ケース５３のうちの下側部分５３ｃが樹脂などの不導体材料によって形成されている。ケース５３のうちの下側部分５３ｃは、例えば、ケース５３の底面５３ａと、ケース５３の側面５３ｂの下側部分（ケース５３の設置上下方向の下部であって、モータハウジング５１側の部位）を含む。ケース５３のうちの下側部分５３ｃは、例えば、モータハウジング５１の搭載部５４によって取り囲まれる第２収容部５６などである。
図６及び図７に示す変形例によれば、リアクトル収容部５７の底面（モータハウジング５１側の部位５７ａつまり冷却器５２と反対側の面）に加えて、磁気結合型リアクトル３２の周囲（前後左右等）を取り囲む側面５３ｂが樹脂などの不導体材料によって形成されている。これにより、より効果的に所望の漏れインダクタンスを確保することができる。また、ケース５３のうちの下側部分５３ｃは、モータハウジング５１の搭載部５４によって取り囲まれることによって、磁気結合型リアクトル３２又は第２収容部５６内に収容された他の部品からの電磁ノイズの外部への放射を抑制することができる。
【００５６】
上述した実施形態において、冷却器５２は、磁気結合型リアクトル３２に対してモータハウジング５１側とは反対側に配置されているとしたが、これに限定されず、磁気結合型リアクトル３２と不導体壁部５７ｃとの間を除いた適宜の領域に配置されてもよい。
【００５７】
上述した実施形態において、磁気結合型リアクトル３２は、他の巻線構造を備えてもよい。
図８は、実施形態の変形例に係る電圧変換装置３０の磁気結合型リアクトル３２の構成を示す平面図。図９は、実施形態の変形例に係る電圧変換装置３０の磁気結合型リアクトル３２の構成を模式的に示す分解斜視図である。図１０は、実施形態の変形例に係る電圧変換装置３０の磁気結合型リアクトル３２における磁束を模式的に示す図である。
図８及び図９に示すように、変形例の磁気結合リアクトル３２は、いわゆる複合型リアクトルであり、コア３５と、Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７と、を備える。
コア３５の外形は、例えば、矩形環状に形成されている。コア３５は、例えば、第１分割コア４１及び第２分割コア４２を備える。第１分割コア４１及び第２分割コア４２の外形は、例えば、同一のＵ字状に形成されている。第１分割コア４１及び第２分割コア４２は、例えば、圧粉コア又は電磁鋼板の積層体などによって形成されている。
【００５８】
第１分割コア４１及び第２分割コア４２は、第１方向（つまり、第１分割コア４１及び第２分割コア４２の配列方向）において、互いの第１脚部４１ａ，４２ａの第１端面４１Ａ，４２Ａ同士を向い合せるとともに互いの第２脚部４１ｂ，４２ｂの第２端面４１Ｂ，４２Ｂ同士を向い合せるように配置されている。
第１分割コア４１及び第２分割コア４２は、互いの第１端面４１Ａ，４２Ａによって接続されるとともに、互いの第２端面４１Ｂ，４２Ｂによって接続されている。
【００５９】
Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７は、例えば、同一形状の平角線の導体をエッジワイズ巻きしたエッジワイズコイルなどである。Ａ相コイル３６において、第１端部ａ１は第１正極バスバーＰＶ１に接続され、第２端部ａ２はＡ相入出力バスバー１９ａに接続されている。Ｂ相コイル３７において、第１端部ｂ１は第１正極バスバーＰＶ１に接続され、第２端部ｂ２はＢ相入出力バスバー１９ｂに接続されている。
Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の各々は、各第１脚部４１ａ，４２ａ及び各第２脚部４１ｂ，４２ｂに同一の巻き数で分割巻きされている。Ａ相コイル３６は、第１分割コア４１の第１脚部４１ａに巻回される第１Ａ相コイル３６ａ及び第１分割コア４１の第２脚部４１ｂに巻回される第２Ａ相コイル３６ｂを備える。Ｂ相コイル３７は、第２分割コア４２の第１脚部４２ａに巻回される第１Ｂ相コイル３７ａ及び第２分割コア４２の第２脚部４２ｂに巻回される第２Ｂ相コイル３７ｂを備える。第１Ａ相コイル３６ａ、第２Ａ相コイル３６ｂ、第１Ｂ相コイル３７ａ、及び第２Ｂ相コイル３７ｂの各巻き数は同一である。
【００６０】
Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７は、相互に逆極性に磁気結合されるように、共通のコア３５に巻回されている。
第１Ａ相コイル３６ａ及び第１Ｂ相コイル３７ａの各中心軸は同軸であり、各巻き方向は相反方向である。第２Ａ相コイル３６ｂ及び第２Ｂ相コイル３７ｂの各中心軸は同軸であり、各巻き方向は相反方向である。また、第１Ａ相コイル３６ａ及び第２Ａ相コイル３６ｂの各巻き方向は相反方向であり、第１Ｂ相コイル３７ａ及び第２Ｂ相コイル３７ｂの各巻き方向は相反方向である。
例えば図９に示す第１分割コア４１及び第２分割コア４２の配列方向（第１方向）Ｄから見て、第１Ａ相コイル３６ａは中心軸Ｚ１の周りに始点である第１端部ａ１から反時計回りに巻回され、第１Ｂ相コイル３７ａは中心軸Ｚ１の周りに始点である第１端部ｂ１から時計回りに巻回されている。例えば図５に示す第１分割コア４１及び第２分割コア４２の配列方向（第１方向）Ｄから見て、第２Ａ相コイル３６ｂは中心軸Ｚ２の周りに終点である第２端部ａ２に向かって時計回りに巻回され、第２Ｂ相コイル３７ｂは中心軸Ｚ２の周りに終点である第２端部ｂ２に向かって反時計回りに巻回されている。
【００６１】
図１０に示すように、Ａ相コイル３６（つまり第１Ａ相コイル３６ａ及び第２Ａ相コイル３６ｂ）及びＢ相コイル３７（つまり第１Ｂ相コイル３７ａ及び第２Ｂ相コイル３７ｂ）の各々は、通電時に第１分割コア４１及び第２分割コア４２の内部に発生する各磁束Φａ，Φｂの向きが互いに相反するように構成されている。
例えば、Ａ相コイル３６の第１端部ａ１から第２端部ａ２へ電流Ｉａが流れる通電の際に第１分割コア４１及び第２分割コア４２の内部に発生するＡ相磁束Φａの向きと、Ｂ相コイル３７の第１端部ｂ１から第２端部ｂ２へ電流Ｉｂが流れる通電の際に第１分割コア４１及び第２分割コア４２の内部に発生するＢ相磁束Φｂの向きとは、互いに相反する。
【００６２】
Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７は、相互に逆極性に磁気結合されているので、ローサイドアームＡ相トランジスタＳａＬのオン（導通）制御によってＡ相コイル３６の第１端部ａ１から第２端部ａ２へ電流Ｉａが流れる場合、コア３５の磁化を相殺するようにＢ相コイル３７に誘起電圧が生じ、Ｂ相コイル３７の第１端部ｂ１から第２端部ｂ２へ電流Ｉｂが流れる。
また、ローサイドアームＢ相トランジスタＳｂＬのオン（導通）制御によってＢ相コイル３７の第１端部ｂ１から第２端部ｂ２へ電流Ｉｂが流れる場合、コア３５の磁化を相殺するようにＡ相コイル３６に誘起電圧が生じ、Ａ相コイル３６の第１端部ａ１から第２端部ａ２へ電流Ｉａが流れる。
【００６３】
Ａ相コイル３６及びＢ相コイル３７の通電時において、コア３５の中央部のギャップ４５には、Ａ相コイル３６の通電によるＡ相漏れ磁束ΦＬａ及びＢ相コイル３７の通電によるＢ相漏れ磁束ΦＬｂが生じる。Ａ相漏れ磁束ΦＬａの向き及びＢ相漏れ磁束ΦＬｂの向きは、互いに同方向である。
例えば、Ａ相コイル３６の第１端部ａ１から第２端部ａ２へ電流Ｉａが流れる通電の際に発生するＡ相漏れ磁束ΦＬａの向きと、Ｂ相コイル３７の第１端部ｂ１から第２端部ｂ２へ電流Ｉｂが流れる通電の際に発生するＢ相漏れ磁束ΦＬｂの向きとは、互いに各第１脚部４１ａ，４２ａから各第２脚部４１ｂ，４２ｂへと向かう同一方向である。
【００６４】
第１分割コア４１及び第２分割コア４２の内部において、Ａ相磁束Φａ及びＢ相磁束Φｂは相互に弱め合う。Ａ相磁束Φａの大きさとＢ相磁束Φｂの大きさとは、各漏れ磁束ΦＬａ，ΦＬｂに起因して相違する。Ａ相磁束Φａの大きさとＢ相磁束Φｂの大きさとの差分は、インダクタとして作用する。
例えば、Ａ相コイル３６の第１端部ａ１から第２端部ａ２へ電流Ｉａが流れるとともに、Ｂ相コイル３７の第１端部ｂ１から第２端部ｂ２へ電流Ｉｂが流れる通電の際には、Ａ相磁束Φａの大きさとＢ相磁束Φｂの大きさとの差分の変化を用いて、インダクタに磁気エネルギーを蓄積及び放出させることによって昇圧動作が行われる。
【００６５】
なお、コア３５は、第１分割コア４１及び第２分割コア４２によって構成されるとしたが、これに限定されない。コア３５は、例えば、Ｕ字状以外の他の形状の分割コアによって構成されてもよいし、適宜の形状の単一の部材によって構成されてもよい。
【００６６】
上述した実施形態において、駆動ユニット１及び電力制御装置１０は車両に搭載されるとしたが、これに限定されず、他の機器に搭載されてもよい。
【００６７】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６８】
１…駆動ユニット、１０…電力制御装置、１１…バッテリ（蓄電装置）、１２…モータ、１３…パワーモジュール（制御部）、１５…電子制御ユニット（制御部）、１６…ゲートドライブユニット（制御部）、２０…インバータ、３０…電圧変換装置（制御部）、３２…磁気結合型リアクトル、５１…モータハウジング（第２のケース）、５２…冷却器、５３ａ…底面、５３ｂ…側面、５３ｃ…下側部分、５７ａ…部位、５７ｃ…不導体壁部、５７ｄ…側面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020202633.tif 000009
【図７】
2020202633.tif 000010
【図８】
2020202633.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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