(57)【要約】【課題】騒音低減とエネルギ損失の低減とを両立させた車両用電源装置を提供すること。【解決手段】車両用電源装置は、バッテリＢ１と、、バッテリＢ１と車両負荷（インバータ１４およびモータＭ）との間に配置され電圧変換を行ない、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２およびリアクトルＬ１を含む電圧コンバータ１２と、コンバータ１２のパワースイッチング素子に対して可聴域の上限以下の所定周波数でスイッチングを行なわせる制御装置３０と、電圧コンバータから発せられる可聴域の騒音と逆位相の音波を出力して騒音レベルを低減させるスピーカ４０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
前記直流電源と車両負荷との間に配置され電圧変換を行ない、パワースイッチング素子およびリアクトルを含む電圧コンバータと、
前記コンバータのパワースイッチング素子に対して可聴域の上限以下の所定周波数でスイッチングを行なわせる制御部と、
前記電圧コンバータから発せられる可聴域の騒音と逆位相の音波を出力して騒音レベルを低減させる音波出力部とを備える、車両用電源装置。
【請求項２】
前記音波出力部は、前記制御部が前記電圧コンバータに与える前記パワースイッチング素子へのスイッチング指令に対応する音波出力指示を前記制御部から受けて前記逆位相の音波を出力する、請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項３】
前記音波出力部は、
前記電圧コンバータから発せられる前記騒音を検出する騒音検出部と、
前記騒音に基づいて前記逆位相の音波を出力する音波変換部とを含む、請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項４】
前記所定周波数は２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の周波数である、請求項１に記載の車両用電源装置。
【請求項５】
前記所定周波数は１０ｋＨｚ以下の周波数である、請求項４に記載の車両用電源装置。
【請求項６】
前記所定周波数は５ｋＨｚ以下の周波数である、請求項５に記載の車両用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用電源装置に関し、特に直流電源の電源電圧を変換する電圧コンバータを備えた車両用電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
騒音源の発する音と逆位相の音を用いて騒音を低減させる技術が知られている。
たとえば、特開平６−１２０８３号公報（特許文献１）は、騒音源の発生する音またはその音に対応する信号を検出する音検出手段、騒音源の発生する音またはその音に対応する信号の内、騒音に相当する周波数域を決定する周波数域決定手段、その音検出手段により検出された音または信号のうち設定周波数域のみを抽出する選択手段、および選択手段を通過した信号の逆位相音を発生する逆位相音付与手段を備えた騒音低減装置を開示する。
【特許文献１】特開平６−１２０８３号公報
【特許文献２】特開平１１−１０２１６９号公報
【特許文献３】特開２００３−２８９６９７号公報
【特許文献４】特開２００４−３２８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、モータで車輪を駆動する電気自動車や、エンジンとモータを動力源として併用するハイブリッド自動車等では、バッテリの電圧を変換する電圧コンバータを内蔵するものがある。
【０００４】
この電圧コンバータは、リアクトルの電流経路に接続されたパワースイッチング素子をスイッチングさせて電圧の変換を行っている。このときリアクトルから可聴域の騒音が発生することがある。
【０００５】
この騒音の対策として、たとえば、パワー素子のスイッチング周波数を可聴域外に高周波数にシフトさせることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、スイッチング周波数を必要以上に高く設定することは車両燃費の悪化につながる。スイッチング素子にはオン状態とオフ状態との間で状態遷移を行なうときにスイッチング損が発生し、電気エネルギが熱として失われてしまう。そして、スイッチング周波数を高くすると、状態遷移の単位時間当たりの回数が増加するのでスイッチング損が増加するのである。
【０００７】
また、スイッチング損の増加に伴い、スイッチング素子での発熱量も増加するが、この熱に耐えられるようにするために、スイッチング素子の面積増加や冷却器の性能向上等のためのコスト増加も発生する。
【０００８】
他の対策として、遮音材などを用いて騒音を受動的に消音することも考えられるが、その場合は、消音材を設置する新たなスペースが必要となる。とくに、ハイブリッド車両は、エンジンとモータとを搭載しているので、この設置スペースを確保するのが困難である。
【０００９】
この発明の目的は、騒音低減とエネルギ損失の低減とを両立させた車両用電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、要約すると、車両用電源装置であって、直流電源と、直流電源と車両負荷との間に配置され電圧変換を行ない、パワースイッチング素子およびリアクトルを含む電圧コンバータと、コンバータのパワースイッチング素子に対して可聴域の上限以下の所定周波数でスイッチングを行なわせる制御部と、電圧コンバータから発せられる可聴域の騒音と逆位相の音波を出力して騒音レベルを低減させる音波出力部とを備える。
【００１１】
好ましくは、音波出力部は、制御部が電圧コンバータに与えるパワースイッチング素子へのスイッチング指令に対応する音波出力指示を制御部から受けて逆位相の音波を出力する。
【００１２】
好ましくは、音波出力部は、電圧コンバータから発せられる騒音を検出する騒音検出部と、騒音に基づいて逆位相の音波を出力する音波変換部とを含む。
【００１３】
好ましくは、所定周波数は２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の周波数である。
より好ましくは、所定周波数は１０ｋＨｚ以下の周波数である。
【００１４】
さらに好ましくは、所定周波数は５ｋＨｚ以下の周波数である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、スイッチング周波数を必要以上に上げることなく騒音の低減ができ、エネルギ効率を悪化させずに静粛性を保つことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係る車両の構成を示す回路図である。
図１を参照して、車両１００は、高圧バッテリＢ１と、モータＭと、制御装置３０とを含む。
【００１８】
高圧バッテリＢ１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。
【００１９】
車両１００は、さらに、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ間に接続される平滑コンデンサＣ１と、平滑コンデンサＣ１の両端間の電圧ＶＬを検知して制御装置３０に対して出力する電圧センサ２１と、平滑コンデンサＣ１の端子間電圧を昇圧する電圧コンバータ１２と、電圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する平滑コンデンサＣ２と、平滑コンデンサＣ２の端子間電圧ＶＨを検知して制御装置３０に出力する電圧センサ１３と、電圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータＭに出力するインバータ１４とを含む。
【００２０】
電圧コンバータ１２は、一方端が電源ラインＰＬ１に接続されるリアクトルＬ１と、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。
【００２１】
リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。
【００２２】
インバータ１４は車輪を駆動するモータＭに対して電圧コンバータ１２の出力す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１４は、回生制動に伴い、モータＭにおいて発電された電力を電圧コンバータ１２に戻す。電圧コンバータ１２は力行時には昇圧コンバータとして動作するが、回生制動時には電圧コンバータ１２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１４は、Ｕ相アームと、Ｖ相アームと、Ｗ相アームとを含む。Ｕ相アーム，Ｖ相アーム，およびＷ相アームは、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。
【００２４】
Ｕ相アームは、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列接続された２つのＩＧＢＴ素子と、２つのＩＧＢＴ素子とそれぞれ並列に接続される２つのダイオードとを含む。各ダイオードのカソードは対応のＩＧＢＴ素子のコレクタと接続され、各ダイオードのアノードは対応のＩＧＢＴ素子のエミッタと接続される。Ｖ相アーム、Ｗ相アームも各々同様な構成である。
【００２５】
モータＭは、たとえば三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのステータコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＵ相アームの２つのＩＧＢＴ素子の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がＶ相アームの２つのＩＧＢＴ素子の接続ノードに接続される。同様にＷ相コイルの他方端がＷ相アームの２つのＩＧＢＴ素子の接続ノードに接続される。そして、モータＭのロータは車輪の駆動軸に接続される。
【００２６】
車両１００は、主として電圧コンバータ１２から発生する騒音を低減させる逆位相音波を出力する消音用スピーカ４０をさらに含む。
【００２７】
制御装置３０は、電圧制御指令Ｖｃｏｍと電圧センサから出力される電圧値ＶＨ，ＶＬおよび電流センサから出力されるＩＬに応じてデューティ比指令Ｄｕｔｙを出力する駆動信号演算器３１と、駆動信号演算器の出力に応じて所定周波数でＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチングさせるスイッチング信号発生器３２と、駆動信号演算器３１の出力および電圧値ＶＬ，ＶＨに基づいて定められる音波をスイッチング信号発生器の出力するタイミング信号ＣＫによって定める位相で消音用スピーカ４０に出力させる騒音相殺波形演算器３３とを含む。
【００２８】
騒音相殺波形演算器３３は、たとえば、指令値Ｄｕｔｙ、電圧値ＶＨ，ＶＬの３つのパラメータによって電圧コンバータ１２から発生する騒音をあらかじめサンプリングしておき、これをマップとして保持している。そして、騒音相殺波形演算器３３は、その騒音をスイッチング信号発生器３２の出力するタイミング信号ＣＫを基準として位相を反転（または位相シフト）させて騒音相殺用の逆位相音波をスピーカ４０に出力させる。
【００２９】
人間の可聴域は、２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下であるので、好ましくは、スイッチング信号発生器３２のキャリア周波数は２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の周波数であるときに、このような騒音対策が効果的である。より好ましくは、車両での騒音であることを考慮すると走行中に高い音は聞こえにくいので、キャリア周波数１０ｋＨｚ以下の周波数であるときに本実施の形態の騒音対策をすることが望ましい。さらに好ましくは、スイッチング素子のスイッチング損の低減を考慮すると、キャリア周波数は５ｋＨｚ以下の周波数を選択することが望ましい。
【００３０】
これにより、電圧コンバータ１２内部のリアクトルやその周辺のコンデンサ等より発生する騒音を低減させることができる。
【００３１】
また、可聴域に入る低い周波数のキャリア周波数で電圧コンバータを駆動しても騒音を低減させることができるため、パワー素子スイッチング周波数の低周波化によりパワー素子発熱の低減が実現できる。これにより、パワー素子自体もコストの低いもの（素子面積の小さなもの）を採用することも可能となる。
【００３２】
さらに、発熱が低減すると、パワー素子の冷却機構の簡素化ができるので、冷却機構のコスト低減も可能となる。
【００３３】
［変形例］
図２は、変形例において用いられる制御装置３０Ａの構成を示すブロック図である。
【００３４】
図２を参照して、変形例においては、リアクトル等からの騒音を集音するマイク４２がさらに車両に設けられる。制御装置３０Ａは、電圧制御指令Ｖｃｏｍと電圧センサから出力される電圧値ＶＨ，ＶＬおよび電流センサから出力されるＩＬに応じてデューティ比指令Ｄｕｔｙを出力する駆動信号演算器３１と、駆動信号演算器の出力に応じて所定周波数でＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチングさせるスイッチング信号発生器３２とを含む。
【００３５】
車両は、制御装置３０Ａの処理とは独立して、集音用マイク４２から入力される信号ＳＩＮを位相反転させてスピーカ４０に逆位相の音波を出力させるための信号ＳＯＵＴを出力する騒音相殺波形演算器３３Ａをさらに備える。
【００３６】
変形例の車両の他の部分については、図１で説明した場合と同様である。このため図示と説明は繰返さない。
【００３７】
変形例の場合は、特開平６−１２０８３号公報等に記載されているような手法で騒音相殺波形演算器３３Ａを構成してもよい。
【００３８】
なお、部品点数の点からいえば、図１に示した構成のほうがマイクを設ける必要でないので有利である。ただし、図１の場合は開発時の騒音データの取得作業が必要であるので、図２の場合は開発期間を短縮できるという利点がある。
【００３９】
再び図１を参照して本願発明について総括する。実施の形態の車両用電源装置は、直流電源（バッテリＢ１）と、直流電源と車両負荷（インバータ１４およびモータＭ）との間に配置され電圧変換を行ない、パワースイッチング素子（Ｑ１，Ｑ２）およびリアクトルＬ１を含む電圧コンバータ１２と、電圧コンバータ１２のパワースイッチング素子に対して可聴域の上限以下の所定周波数でスイッチングを行なわせる制御装置３０と、電圧コンバータから発せられる可聴域の騒音と逆位相の音波を出力して騒音レベルを低減させる音波出力部（スピーカ４０）とを備える。
【００４０】
好ましくは、音波出力部は、制御部が電圧コンバータに与えるパワースイッチング素子へのスイッチング指令（Ｄｕｔｙ）に対応する音波出力指示を制御装置３０から受けて逆位相の音波を出力する。
【００４１】
好ましくは、図２に示すように、音波出力部は、電圧コンバータから発せられる騒音を検出する騒音検出部として動作するマイク４２と、騒音に基づいて逆位相の音波を出力する音波変換部として動作する騒音相殺波形演算器３３Ａとを含む。
【００４２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る車両の構成を示す回路図である。
【図２】変形例において用いられる制御装置３０Ａの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４４】
１２  電圧コンバータ、１３，２１  電圧センサ、１４  インバータ、３０，３０Ａ  制御装置、３１  駆動信号演算器、３２  スイッチング信号発生器、３３，３３Ａ  騒音相殺波形演算器、４０  スピーカ、４２  マイク、１００  車両、Ｂ１  バッテリ、Ｃ１，Ｃ２  平滑コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２  ダイオード、Ｌ１  リアクトル、Ｍ  モータ、ＰＬ１，ＰＬ２  電源ライン、Ｑ１，Ｑ２  ＩＧＢＴ素子、ＳＬ  接地ライン。
【図１】
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【図２】
2009153262.tif 000004