(57)【要約】【課題】モータを駆動力源として備えた車両の駆動装置において、パワー制御ユニットからモータへ給電するためのシールドケーブルのシールド性能を確保する。【解決手段】駆動装置２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニット２００と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とパワー制御ユニット２００とを電気的に接続するケーブル４００，４２０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を収容するケース５００とを備える。ケーブル４００，４２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とインバータ２２０，２４０との間でそれぞれ電力を授受可能に構成されたパワーケーブル３００，３２０と、パワーケーブル３００，３２０をそれぞれ覆うシールド３１０，３３０とを含む。ケース５００は、ケーブル４００，４２０のインピーダンスよりも高いインピーダンスを有する。【選択図】図２
2010252556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機と、
前記回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットと、
前記回転電機と前記パワー制御ユニットとを電気的に接続するケーブルと、
前記回転電機を収容するケースとを備え、
前記ケーブルは、
前記回転電機と前記パワー制御ユニットとの間で電力を授受可能に構成された電力線と、
前記電力線を覆うシールドとを含み、
前記ケースは、前記ケーブルのインピーダンスよりも高いインピーダンスを有する、車両の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の駆動装置に関し、より特定的には、モータを駆動力源として備えた車両に搭載される駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータを駆動力源として備えた車両の駆動装置の一種として、たとえば特開平１１−１３６８０１号公報（特許文献１）には、走行モータ給電用の高圧バッテリと、補機給電用の低圧バッテリと、高圧バッテリから電磁シールドされた高圧側電源線を通じて給電されて走行モータを駆動制御する三相インバータ回路と、三相インバータ回路を断続制御するドライバ回路とが設けられ、ドライバ回路に電磁シールドされた高圧側電源線を通じて高圧バッテリから給電するように構成された電気自動車用駆動装置が開示されている。
【０００３】
また、特開２００８−１７７１１５号公報（特許文献２）には、ハイブリッド車両のフロアなどに敷設される高圧ケーブルを、金属からなるシールドパイプ内に電線を挿通して構成されたシールドケーブルで構成することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１３６８０１号公報
【特許文献２】特開２００８−１７７１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上述した特開平１１−１３６８０１号公報（特許文献１）の電気自動車用駆動装置においては、高圧バッテリから三相インバータ回路へ給電する高圧側電源線とともに、三相インバータ回路から走行モータへ給電する３本の駆動ラインが、高周波ノイズの低減のためにシールドケーブルで構成されている。そして、駆動ラインを構成するシールドケーブルは、三相インバータ回路を内蔵する駆動回路装置と、走行用モータを収容するケースとの間に接続される。
【０００６】
このとき、シールドケーブルは、シールドの片端が接地用ワイヤ等によって駆動回路装置に設けられた接地極に接地するように構成される。しかしながら、その一方で、走行用モータを収容するケースが一般的にアルミなどの金属材料で構成されていることから、シールドケーブルとケースとの間には、シールドケーブルからケースに高周波ノイズが流れ込むという伝搬経路が生じてしまう。その結果、ケースを通じて周辺のエレクトロニクス機器にノイズが伝搬するという問題が生じる。
【０００７】
このような不具合は、高圧バッテリからの直流電圧をモータの駆動電圧に変換するパワー制御ユニットにおいて、インバータのスイッチング素子として高速スイッチング可能なＩＧＢＴ等を用い、かつ、インバータの制御方式にＰＷＭ（パルス幅変調）方式を採用した場合には、インバータに発生するノイズ電流も高周波化に伴なって増大することから、より顕著となる。
【０００８】
それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータを駆動力源として備えた車両の駆動装置において、パワー制御ユニットからモータへ給電するためのシールドケーブルのシールド性能を確保することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に従えば、車両用駆動装置は、回転電機と、回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットと、回転電機とパワー制御ユニットとを電気的に接続するケーブルと、回転電機を収容するケースとを備える。ケーブルは、回転電機とパワー制御ユニットとの間で電力を授受可能に構成された電力線と、電力線を覆うシールドとを含む。ケースは、ケーブルのインピーダンスよりも高いインピーダンスを有する。
【発明の効果】
【００１０】
モータを駆動力源として備えた車両の駆動装置において、パワー制御ユニットからモータへ給電するためのシールドケーブルのシールド性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態の形態に係るハイブリッド車両のモータ制御に係る構成を示す図である。
【図２】図１における駆動装置での各構成要素の配置を示す平面図である。
【図３】シールドケーブルの側断面図である。
【図４】本実施の形態の変形例１に従う駆動装置の各構成要素の配置を示す平面図である。
【図５】ケースの構造と高周波ノイズのシールド効果との関係を示す図である。
【図６】本実施の形態の変形例２に従う駆動装置の各構成要素の配置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１３】
本実施の形態では、モータを駆動力源として備えた車両の駆動装置の代表例として、「回転電機」であるモータおよび内燃機関（エンジン）を駆動力源として備えるハイブリッド車両の駆動装置の好ましい構成について説明する。ただし、本発明の適用は、以下に説明するような駆動装置を搭載したハイブリッド車両に限定されるものではなく、モータを駆動力源として備えた車両の駆動装置であれば、任意の構成のハイブリッド車両および電気自動車等に本発明を適用可能である点について確認的に記載しておく。
【００１４】
図１は、本実施の形態の形態に係るハイブリッド車両１００のモータ制御に係る構成を示す図である。
【００１５】
図１を参照して、車両１００は、駆動装置２０と、制御装置３０と、電池ユニット１０と、図示しないエンジンおよび車輪とを含む。
【００１６】
駆動装置２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構ＰＳＤと、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニット２００とを備える。
【００１７】
動力分割機構ＰＳＤは、基本的には、エンジンとモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに結合されてこれらの間で動力を分割する機構である。たとえば、動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリア、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。
【００１８】
電池ユニット１０には端子１１，１２が設けられている。駆動装置２０には端子２１，２２が設けられている。車両１００は、さらに、端子１１，１２と端子２１，２２とを結ぶパワーケーブル１１０とを含む。
【００１９】
電池ユニット１０は、バッテリと、バッテリの正極と端子１１との間およびバッテリの負極との間にそれぞれ接続されるシステムリレーとを含む（ともに図示せず）。バッテリとしては、ニッケル水素、リチウムイオン等の二次電池や燃料電池などを用いることができる。また、バッテリに代わる蓄電装置として、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタを用いることもできる。バッテリの端子間の電圧ＶＢおよびバッテリに流れる電流ＩＢは、それぞれ図示しない電圧センサおよび電流センサにより検出されて制御装置３０に与えられる。システムリレーは、制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥに応じて導通／非導通状態が制御される。
【００２０】
パワー制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）２００は、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２にそれぞれ対応して設けられるインバータ２２０，２４０と、インバータ２２０および２４０に共通して設けられるコンバータ２１０と、平滑コンデンサＣとを含む。
【００２１】
コンバータ２１０は、端子２１，２２間の電圧を昇圧する。コンバータ２１０は、一例としてチョッパ型の回路で構成される。平滑コンデンサＣは、コンバータ２１０の出力ライン間に接続され、コンバータ２１０によって昇圧された電圧を平滑化する。
【００２２】
インバータ２４０は、車輪を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対してコンバータ２１０から与えられる直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ２４０は、回生制動に伴ない、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力をコンバータ２１０に戻す。このときコンバータ２１０は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。
【００２３】
インバータ２４０は、コンバータ２１０の出力ライン間に並列に接続される、Ｕ相アーム，Ｖ相アーム、Ｗ相アームを含む。各相アームは、コンバータ２１０の出力ライン間に直列に接続された２個の電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）と、各スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間に接続された２個の逆並列ダイオードとからからなる。
【００２４】
各相アームの中間点は、パワーケーブル３２０によってモータジェネレータＭＧ２の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々が一方端が中性点に共通に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＵ相ケーブル３２２によってＵ相アームの中間点に接続される。またＶ相コイルの他方端がＶ相ケーブル３２４によってＶ相アームの中間点に接続される。またＷ相コイルの他方端がＷ相ケーブル３２６によってＷ相アームの中間点に接続される。
【００２５】
インバータ２２０は、コンバータ２１０に対してインバータ２４０と並列に接続される。インバータ２２０は、モータジェネレータＭＧ１に対してコンバータ２１０の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。インバータ２２０は、コンバータ２１０から昇圧された電圧を受けてたとえばエンジンを始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。
【００２６】
また、インバータ２２０は、エンジンのクランクシャフトから伝達される回転トルクによってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力をコンバータ２１０に戻す。このとき、コンバータ２１０は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。
【００２７】
インバータ２４０の内部の構成は、インバータ２２０と同様であり、各相アームの中間点は、パワーケーブル３００によってモータジェネレータＭＧ１の各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々が一方端が中性点に共通に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＵ相ケーブル３０２によってＵ相アームの中間点に接続される。またＶ相コイルの他方端がＶ相ケーブル３０４によってＶ相アームの中間点に接続される。またＷ相コイルの他方端がＷ相ケーブル３０６によってＷ相アームの中間点に接続される。
【００２８】
制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流ＩＢの各値およびモータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２を受ける。
【００２９】
ここで、トルク指令値ＴＲ１、モータ回転数ＭＲＮ１およびモータ電流値ＭＣＲＴ１はモータジェネレータＭＧ１に関するものであり、トルク指令値ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ２およびモータ電流値ＭＣＲＴ２はモータジェネレータＭＧ２に関するものである。
【００３０】
また、電圧ＶＢはバッテリの電圧であり、電流ＩＢは、バッテリを流れる電流であり、電圧ＶＬはコンバータ２１０の昇圧前電圧であり、電圧ＶＨはコンバータ２１０の昇圧後電圧である。
【００３１】
そして、制御装置３０は、コンバータ２１０に対して昇圧指示または降圧指示を行なう制御信号ＰＷＣを出力する。
【００３２】
さらに、制御装置３０は、インバータ２４０に対して、コンバータ２１０の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示またはモータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ２１０側に戻す回生指示を行なう制御信号ＰＷＭ２を出力する。
【００３３】
同様に、制御装置３０は、インバータ２２０に対して、直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示またはモータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ２１０側に戻す回生指示を行なう制御信号ＰＷＭ１を出力する。
【００３４】
図２は、図１における駆動装置２０での各構成要素の配置を示す平面図である。
図２を参照して、駆動装置２０は、ハイブリッド車両１００のエンジンルームに搭載される。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、図示しない動力分割機構ＰＳＤおよび減速機とともにケース５００に収容される。ケース５００は、アルミなどの金属材料で構成されている。
【００３５】
パワー制御ユニット２００とケース５００とは、シールドケーブル４００，４２０により接続されている。シールドケーブル４００は、パワーケーブル３００と、パワーケーブル３００を覆うシールド３１０とを含む。また、シールドケーブル４２０は、パワーケーブル３２０と、パワーケーブル３２０を覆うシールド３３０とを含む。
【００３６】
なお、パワーケーブル３００は、図１で述べたように、パワー制御ユニット２００に内蔵されるインバータ２２０の各相アームの中間点とモータジェネレータＭＧ１の各相端とを結ぶＵ相ケーブル３０２、Ｖ相ケーブル３０４およびＷ相ケーブル３０６から構成されている。また、パワーケーブル３２０は、インバータ２４０の各相アームの中間点とモータジェネレータＭＧ２の各相端とを結ぶＵ相ケーブル３２２、Ｖ相ケーブル３２４およびＷ相ケーブル３２６から構成されている。
【００３７】
図３は、シールドケーブル４００の側断面図である。図３を参照して、シールドケーブル４００は、パワーケーブル３００（Ｕ相ケーブル３０２，Ｖ相ケーブル３０４，Ｗ相ケーブル３０６）と、パワーケーブル３００の周囲に設けられたシールド３１０と、これらを収容する管状の外層被覆管３１２とを備えている。
【００３８】
パワーケーブル３００の各々は、電流が流れる芯線と、芯線の表面を覆うように形成された被覆線とからなる。芯線は、鉄や銅等の金属から形成されている。被覆線は、絶縁被膜であって、たとえば、ポリエチレンやポリミドから形成されている。
【００３９】
シールド３１０は、アルミなどの金属からなり、Ｕ相ケーブル３０２，Ｖ相ケーブル３０４およびＷ相ケーブル３０６を覆うように形成されている。シールド３１０は、金属細線をメッシュ状に編み込んでなる編組線やパイプなどにより構成することができる。
【００４０】
外層被覆管３１２としては、コルゲートチューブが採用されており、ポリプロピレン等の絶縁材料から構成されている。この外層被覆管３１２は、蛇腹状に形成されており、外層被覆管３１２の延在方向に伸縮可能とされている。
【００４１】
なお、シールドケーブル４２０の内部の構成は、図示しないがシールドケーブル４００と同様であり、詳細な説明は繰り返さない。
【００４２】
再び図２を参照して、シールドケーブル４００および４２０の各々は、一方端が図示しないコネクタによってパワー制御ユニット２００に連結され、他方端が図示しないコネクタによってケース５００に連結される。そして、シールドケーブル４００，４２０の各々において、シールド３１０，３３０の一方端は、図示しない接地用ワイヤによってパワー制御ユニット２００を収容するケースに設けられた接地極に接地されている。
【００４３】
図２の配置において、インバータ２２０を構成するスイッチング素子がスイッチング動作を行なうと、インバータ２２０とモータジェネレータＭＧ１とを結ぶパワーケーブル３００には、高周波成分を含むスイッチング電流が流れる。この電流で発生した高周波ノイズは、シールド３１０および接地用ワイヤを介して接地極へパスされることにより、高周波ノイズがモータジェネレータＭＧ１に伝搬するのが抑制される。
【００４４】
パワーケーブル３２０においても同様に、インバータ２４０のスイッチング素子のスイッチング動作により発生した高周波ノイズは、シールド３３０および接地用ワイヤを介して接地極へパスされることにより、交流はノイズがモータジェネレータＭＧ２に伝搬するのが抑制される。
【００４５】
このとき、シールドケーブル４００，４２０の各々では、対応のパワーケーブルに流れるノイズ電流と互いに逆相のノイズ電流を、当該パワーケーブルを覆うシールドに流すことによって、パワーケーブルに重畳した高周波ノイズを完全にキャンセルすることができる。このようにノイズ電流を効率良くシールドに流すためには、シールドケーブルが低インピーダンスであることが求められる。
【００４６】
しかしながら、その一方で、このような構成としたにも拘らず、図２に示すように、一方のパワーケーブルに重畳した高周波ノイズがケース５００を通じて他方のパワーケーブルに流れ込んでしまうという問題が生じる。このような不具合は、ケース５００が比較的電気抵抗率が低い金属から形成され、インピーダンスが小さいために、シールドケーブル４００、ケース５００およびシールドケーブル４２０の間に高周波ノイズの伝搬経路が形成されてしまうことによる。
【００４７】
そこで、本実施の形態に従う駆動装置２０においては、ケース５００を、シールドケーブル４００，４２０のインピーダンスＺ１，Ｚ２よりも十分に高いインピーダンスＺｍを有するように構成する。一例として、ケース５００を、シールドケーブルのシールドを構成するアルミなどの金属よりも高い電気抵抗率を有する物質により形成するものとする。
【００４８】
このような構成としたことにより、高いインピーダンスＺｍを有するケース５００によって、シールドケーブル４００およびシールドケーブル４２０を結ぶ高周波ノイズの伝搬経路が遮断されるため、個々のパワーケーブルに重畳した高周波ノイズは、対応のシールドを通じて接地へパスされる。この結果、シールドケーブルのシールド性能を確保することができる。
【００４９】
［変形例１］
ケース５００をシールドケーブル４００，４２０よりも高インピーダンスとする方法としては、ケース５００に図４に示すような構造を採用することも可能である。
【００５０】
図４は、本実施の形態の変形例１に従う駆動装置２０Ａの各構成要素の配置を示す平面図である。
【００５１】
図４を参照して、本変形例に従う駆動装置２０Ａにおいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、図２のケース５００に代えて、ケース５００Ａに収容される。
【００５２】
ケース５００Ａには、モータジェネレータＭＧ１を収容する部分５００ａとモータジェネレータＭＧ２を収容する部分５００ｂとの間を電気的に分離するための絶縁部材５１０が設けられている。
【００５３】
このような構成としたことにより、パワーケーブル３００に重畳した高周波ノイズはケース５００Ａに伝搬するものの、絶縁部材５１０によってその伝搬経路が遮断される。その結果、ケース５００Ａを通じてシールドケーブル４２０に高周波ノイズが伝搬するのを抑制することができる。
【００５４】
図５には、ケース５００の構造と高周波ノイズのシールド効果との関係が示される。なお、図５（ｂ）に示すノイズの波形は、図５（ａ）に示すケース５００の構造の各々について、パワー制御ユニット２００のインバータ２２０，２４０のスイッチング素子をスイッチング動作させることによって実験等に取得されたものである。
【００５５】
図５（ａ）を参照して、パターンＰ１はモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を共通のケース５００に収容したものであり、パターンＰ２はモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を別個のケース５００ａ，５００ｂにそれぞれ収容したものである。また、パターンＰ３はモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を別個のケース５００ａ，５００ｂにそれぞれ収容するとともに、ケース間を導線５２０によって電気的に結合したものである。
【００５６】
図５（ｂ）を参照して、パターンＰ１〜Ｐ３の各々におけるノイズ波形を対比すると、パターンＰ３では、パターンＰ１およびＰ２よりもノイズが大幅に低減している。この図５（ｂ）からは、図４に示したようにモータジェネレータＭＧ１を収容する部分５００ａとモータジェネレータＭＧ２を収容する部分５００ｂとの間に絶縁部材５１０を設けることによって、ノイズが伝搬するのを確実に抑制できることが分かる。
【００５７】
［変形例２］
図６は、本実施の形態の変形例２に従う駆動装置２０Ｂの各構成要素の配置を示す平面図である。
【００５８】
図６を参照して、本変形例に従う駆動装置２０Ｂにおいて、パワー制御ユニット２００とケース５００との間には、図２のシールドケーブル４００，４２０に代えて、シールドケーブル４４０が配設される。
【００５９】
シールドケーブル４４０は、パワーケーブル３００，３３０と、パワーケーブル３００，３２０を一括して覆うシールド３４０とを含む。
【００６０】
このように複数のパワーケーブルの間でシールドを共通化する構成としたことにより、パワーケーブル３００に重畳した高周波ノイズ、およびパワーケーブル３２０に重畳した高周波ノイズはともに、シールド３４０を介して接地極へパスされる。したがって、図２で述べたような、複数のシールドケーブルとケースとの間で高周波ノイズの伝搬経路が形成されないことから、シールドケーブルのシールド性能を確保することができる。
【００６１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６２】
１０  電池ユニット、１１，１２，２１，２２  端子、２０，２０Ａ，２０Ｂ  駆動装置、３０  制御装置、１００  ハイブリッド車両、１１０，３００，３２０  パワーケーブル、２００  パワー制御ユニット、２１０  コンバータ、２２０，２４０  インバータ、３０２，３２２  Ｕ相ケーブル、３０４，３２４  Ｖ相ケーブル、３０６，３２６  Ｗ相ケーブル、３１０，３３０，３４０  シールド、３１２  外層被覆管、４００，４２０，４４０  シールドケーブル、５００，５００Ａ  ケース、５１０  絶縁部材、５２０  導線、ＭＧ１，ＭＧ２  モータジェネレータ、ＰＳＤ  動力分割機構。
【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】
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