(57)【要約】【課題】装置全体としての長寿命化を図りつつ、装置全体としての小型化を可能とする電動機駆動装置を提供する。【解決手段】駆動部１２は、横型半導体素子からなる１回路２接点式の切替素子１６，１７を２つ有している。第１の切替素子１６は、コモン端子１６０を電動機１１に接続し、第１の端子１６１および第２の端子１６２を電源部１５に接続する。第２の切替素子１７は、コモン端子１７０を電動機１１に接続し、第１の端子１７１および第２の端子１７２を電源部１５に接続する。制御部１４は、各切替素子１６，１７において、コモン端子１６０，１７０が、第１の端子１６１，１７１および第２の端子１６２，１７２に対して択一的に接続されるように、各切替素子１６，１７を個別に切替制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子からなる１回路２接点式の切替素子を複数有し当該切替素子を通して直流電源からの電力を電動機に供給する駆動部と、前記切替素子の各々をオンオフ制御する制御部とを備え、
前記切替素子の各々は、横型半導体素子からなり、半導体基板の一表面上に配置されたコモン電極と、前記コモン電極を挟むように前記一表面上に前記コモン電極から離間して配置された第１および第２の電極と、前記コモン電極と前記第１の電極との間に配置された第１のゲート部と、前記コモン電極と前記第２の電極との間に配置された第２のゲート部とを具備しており、
前記駆動部は、前記切替素子の各々における前記コモン電極が前記電動機の各接続端子に接続され、前記第１の電極が前記直流電源の正極に接続され、前記第２の電極が前記直流電源の負極に接続されており、
前記制御部は、前記電動機の各接続端子に接続される前記直流電源の極性を接続端子ごとに個別に切り替えるように、前記切替素子の各々について、前記第１のゲート部を制御して前記半導体基板にチャネル領域を形成することにより前記コモン電極と前記第１の電極との間を導通させ、前記第２のゲート部を制御して前記半導体基板にチャネル領域を形成することにより前記コモン電極と前記第２の電極との間を導通させることを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項２】
前記切替素子の各々は、第１の半導体層と第２の半導体層とが積層されて成る半導体層積層体を前記半導体基板に具備し、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との接合部位にヘテロ接合界面を有しており、前記へテロ接合界面に発生する２次元電子ガス層が前記チャネル領域として用いられることを特徴とする請求項１に記載の電動機駆動装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記切替素子の各々について、前記コモン電極および前記第１の電極間が導通する第１の状態と、前記コモン電極および前記第２の電極間が導通する第２の状態と、前記コモン電極が前記第１および第２の両電極から遮断される第３の状態とを切り替えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機駆動装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記切替素子の各々における前記第１のゲート部と前記第２のゲート部とに対して、パルス幅変調された矩形波電圧を個別に印加することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
【請求項５】
前記駆動部は、前記切替素子を２つ備えており、前記切替素子の各々の前記コモン電極が、接続端子を２つ有する単相電動機からなる前記電動機の各接続端子に接続されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
【請求項６】
前記駆動部は、前記切替素子を２つ備えており、前記切替素子の各々の前記コモン電極が、接続端子を３つ有する三相電動機からなる前記電動機の各接続端子に接続されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源からの電力を電動機に供給することによって電動機を駆動する電動機駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、この種の電動機駆動装置は、直流電源から電動機に対する電力供給を制御することによって、電動機の回転、停止の切り替えや、正回転、逆回転の切り替えを行う。
【０００３】
たとえば、特許文献１に記載の電動機駆動装置（モータ駆動回路）は、電動機（モータ）の回転方向を切り替える切替手段と、電動機に対して直列に接続された速度制御手段とを有する。速度制御手段は、電動機の正回転および逆回転に共用される唯一の半導体スイッチング素子で構成され、電動機に流れる電流に対してオンオフを繰り返すスイッチング制御（デューティ制御）により電動機の速度制御を行う。
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の電動機駆動装置では、切替手段は、可動接片の動作によって接点を切り替える有接点式のリレーで構成されており、電動機の正回転、逆回転の切り替えの度に可動接片が動作するので、可動部（可動接片）の機械的寿命が問題となる。また、切替手段に可動部を有するリレーが用いられていると、切替手段の接点の開閉のみでは、スイッチング制御による電動機の速度制御を行うことは、タイミング設計の観点で困難であるため、切替手段とは別に速度制御用の半導体スイッチング素子が必要となる。
【０００５】
また、特許文献２に記載の電動機駆動装置（モータ駆動回路）は、スイッチング素子としてトランジスタを用いてＨブリッジ式の回路を構成する。この電動機駆動装置は、直列接続された２つのトランジスタからなる第１ブリッジ回路と、直列接続された２つのトランジスタからなる第２ブリッジ回路とを有し、各ブリッジ回路におけるトランジスタの接続点間に電動機（モータ）が接続される。これらブリッジ回路を構成する４つのトランジスタの各々には、トランジスタへの逆電流の流れ込みを防止するダイオードが並列接続されている。
【０００６】
特許文献２に記載の電動機駆動装置では、４つのトランジスタのオンオフ状態によって、電動機に流れる電流の向きを切り替えて、電動機の回転方向を切り替えることができる。この電動機駆動装置においては、可動部を持たないトランジスタのオンオフ制御のみで電動機の回転方向の切り替えが可能であるため、長寿命化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３６５４５号公報
【特許文献２】特開２００９−５４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
要するに、特許文献１に記載のように、電動機の回転方向の切り替えに可動部を有する接点装置（リレー）が用いられていると、接点装置の可動部の寿命が比較的短いことから、電動機駆動装置全体としての長寿命化を図ることが難しい。また、特許文献２に記載のように、電動機の回転方向の切り替えにトランジスタが用いられていると、トランジスタおよびダイオードが４つずつ必要となり、個々のトランジスタの放熱用の放熱器を含めると、装置全体の小型化が困難である。
【０００９】
本発明は上記事由に鑑みて為されており、装置全体としての長寿命化を図りつつ、装置全体としての小型化を可能とする電動機駆動装置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】
【００１０】
本発明の電動機駆動装置は、半導体素子からなる１回路２接点式の切替素子を複数有し当該切替素子を通して直流電源からの電力を電動機に供給する駆動部と、前記切替素子の各々をオンオフ制御する制御部とを備え、前記切替素子の各々は、横型半導体素子からなり、半導体基板の一表面上に配置されたコモン電極と、前記コモン電極を挟むように前記一表面上に前記コモン電極から離間して配置された第１および第２の電極と、前記コモン電極と前記第１の電極との間に配置された第１のゲート部と、前記コモン電極と前記第２の電極との間に配置された第２のゲート部とを具備しており、前記駆動部は、前記切替素子の各々における前記コモン電極が前記電動機の各接続端子に接続され、前記第１の電極が前記直流電源の正極に接続され、前記第２の電極が前記直流電源の負極に接続されており、前記制御部は、前記電動機の各接続端子に接続される前記直流電源の極性を接続端子ごとに個別に切り替えるように、前記切替素子の各々について、前記第１のゲート部を制御して前記半導体基板にチャネル領域を形成することにより前記コモン電極と前記第１の電極との間を導通させ、前記第２のゲート部を制御して前記半導体基板にチャネル領域を形成することにより前記コモン電極と前記第２の電極との間を導通させることを特徴とする。
【００１１】
この電動機駆動装置において、前記切替素子の各々は、第１の半導体層と第２の半導体層とが積層されて成る半導体層積層体を前記半導体基板に具備し、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との接合部位にヘテロ接合界面を有しており、前記へテロ接合界面に発生する２次元電子ガス層が前記チャネル領域として用いられることが望ましい。
【００１２】
この電動機駆動装置において、前記制御部は、前記切替素子の各々について、前記コモン電極および前記第１の電極間が導通する第１の状態と、前記コモン電極および前記第２の電極間が導通する第２の状態と、前記コモン電極が前記第１および第２の両電極から遮断される第３の状態とを切り替えることがより望ましい。
【００１３】
この電動機駆動装置において、前記制御部は、前記切替素子の各々における前記第１のゲート部と前記第２のゲート部とに対して、パルス幅変調された矩形波電圧を個別に印加することがより望ましい。
【００１４】
この電動機駆動装置において、前記駆動部は、前記切替素子を２つ備えており、前記切替素子の各々の前記コモン電極が、接続端子を２つ有する単相電動機からなる前記電動機の各接続端子に接続されることがより望ましい。
【００１５】
この電動機駆動装置において、前記駆動部は、前記切替素子を２つ備えており、前記切替素子の各々の前記コモン電極が、接続端子を３つ有する三相電動機からなる前記電動機の各接続端子に接続されることがより望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、制御部が、横型半導体素子からなる切替素子を切替制御して、電動機の各接続端子に接続される直流電源の極性を接続端子ごとに切り替えるので、装置全体としての長寿命化を図りつつ、装置全体としての小型化が可能になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１に係る電動機駆動装置の構成を示し、（ａ）は全体のブロック図、（ｂ）は要部の説明図である。
【図２】実施形態１に係る電動機駆動装置に用いられる切替素子の概略断面図である。
【図３】実施形態１に係る電動機駆動装置に用いられる切替素子の概略平面図である。
【図４】実施形態１に係る電動機駆動装置に用いられる切替素子の他の例を示す概略平面図である。
【図５】実施形態１に係る電動機駆動装置に用いられる切替素子の電流−電圧特性図である。
【図６】実施形態１に係る電動機駆動装置に用いられる切替素子の動作を示す説明図である。
【図７】実施形態１に係る電動機駆動装置の要部の動作説明図である。
【図８】実施形態１に係る電動機駆動装置の動作の説明図である。
【図９】実施形態１に係る電動機駆動装置の要部の動作説明図である。
【図１０】実施形態１に係る電動機駆動装置の動作の説明図である。
【図１１】実施形態１に係る電動機駆動装置の動作の説明図である。
【図１２】実施形態２に係る電動機駆動装置の構成を示し、（ａ）は全体のブロック図、（ｂ）は要部の説明図である。
【図１３】実施形態２に係る電動機駆動装置に用いられる切替素子の概略平面図である。
【図１４】実施形態２に係る電動機駆動装置の要部の動作説明図である。
【図１５】実施形態２に係る電動機駆動装置の動作の説明図である。
【図１６】実施形態２に係る電動機駆動装置の動作の説明図である。
【図１７】実施形態２に係る電動機駆動装置の動作の説明図である。
【図１８】実施形態２に係る電動機駆動装置の動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施形態１）
本実施形態に係る電動機駆動装置は、図１（ａ）に示すように、電動機１１に接続される駆動部１２と、駆動部１２の動作を検出する検出部１３と、検出部１３の検出結果を受けて駆動部１２を制御する制御部１４と、直流電源からなる電源部１５とを備えている。本実施形態では、電動機１１は、接続端子１１１，１１２を２つ有し、両接続端子１１１，１１２間に直流電圧が印加されることによって回転する単相電動機（直流モータ）からなる。
【００１９】
駆動部１２は、図１（ｂ）に示すように、横型半導体素子からなる１回路２接点式の切替素子１６，１７を複数（ここでは２つ）有している。第１の切替素子１６と第２の切替素子１７としては、同一特性の切替素子が用いられている。
【００２０】
第１の切替素子１６は、コモン端子１６０と第１の端子１６１と第２の端子１６２とを具備し、コモン端子１６０を電動機１１に接続し、第１の端子１６１および第２の端子１６２を電源部１５に接続する。第２の切替素子１７は、コモン端子１７０と第１の端子１７１と第２の端子１７２とを具備し、コモン端子１７０を電動機１１に接続し、第１の端子１７１および第２の端子１７２を電源部１５に接続する。ここで、いずれの切替素子１６，１７においても、第１の端子１６１，１７１は電源部１５の正極（＋極）となる電圧極１８に接続され、第２の端子１６２，１７２は電源部１５の負極（−極）となる回路グランド１９に接続されている。
【００２１】
すなわち、駆動部１２は、第１の切替素子１６のコモン端子１６０と、第２の切替素子１７のコモン端子１７０とを出力端子として、これら一対の出力端子間に電動機１１が接続される。これにより、第１および第２の切替素子１６，１７は、電動機１１に対する電源部１５の接続状態を切り替えるＨブリッジ式の回路を構成する。
【００２２】
制御部１４は、第１の切替素子１６において、コモン端子１６０が、第１の端子１６１および第２の端子１６２に対して択一的に接続されるように、第１の切替素子１６を切替制御する。同様に、制御部１４は、第２の切替素子１７において、コモン端子１７０が、第１の端子１７１および第２の端子１７２に対して択一的に接続されるように、第２の切替素子１７を切替制御する。ここで、制御部１４は、第１の切替素子１６と第２の切替素子１７とを個別に切替制御する。
【００２３】
次に、本実施形態における切替素子１６，１７の素子構造について、図２を参照して説明する。
【００２４】
図２では、第１および第２の切替素子１６，１７のうち、第１の切替素子１６の構成を例示するが、第２の切替素子１７についても同様の構成である。
【００２５】
切替素子１６は、シリコン(Ｓｉ)からなる支持基板２６の上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化ガリウム(ＧａＮ)とが交互に積層されてなるバッファ層２７が形成され、バッファ層２７の上に半導体層積層体２８が形成されている。半導体層積層体２８は、第１の半導体層と、第１の半導体層に比べてバンドギャップが大きい第２の半導体層とが、支持基板２６側から第１の半導体層、第２の半導体層の順に積層されて構成されている。半導体層積層体２８は、支持基板２６およびバッファ層２７と共に半導体基板を構成する。ただし、半導体基板は、電子を移動させるチャネル領域が形成される活性層を含んでいればよく、半導体層積層体２８のみであってもよい。
【００２６】
ここで、第１の半導体層はアンドープの窒化ガリウム(ＧａＮ)層２９であり、第２の半導体層はｎ型の窒化アルミニウムガリウム(ＡｌＧａＮ)層３０である。ＧａＮ層２９とＡｌＧａＮ層３０とのヘテロ接合界面近傍には、自発分極及びピエゾ分極による電荷が生じるため、電子移動度の高い２次元電子ガス(２ＤＥＧ)層からなるチャネル領域３１が形成されている。
【００２７】
半導体層積層体２８の一表面（図２の上面）上には、互いに離間するように、コモン電極２０と第１の電極２１と第２の電極２２とが形成されている。第１の電極２１および第２の電極２２はコモン電極２０を挟むように配置されており、半導体層積層体２８の一表面上において、第１の電極２１と第２の電極２２との間には必ずコモン電極２０が介在する。
【００２８】
第１の電極２１とコモン電極２０と第２の電極２２とは、各々チャネル領域３１とオーミック接合を形成している。図２の例では、コンタクト抵抗を低減するために、ＡｌＧａＮ層３０の一部が除去されるとともにＧａＮ層２９が掘り下げられ、第１の電極２１とコモン電極２０と第２の電極２２との各々がＡｌＧａＮ層３０とＧａＮ層２９との界面に接するように形成されている。なお、この構成に限らず、第１の電極２１とコモン電極２０と第２の電極２２とは、ＡｌＧａＮ層３０上に形成されていてもよい。
【００２９】
ここで、ｎ型のＡｌＧａＮ層３０上における第１の電極２１とコモン電極２０との間の領域には、ｐ型のＧａＮ層からなる第１のｐ型半導体層３２が形成され、第１のｐ型半導体層３２上には第１のゲート部３３が形成されている。また、ｎ型のＡｌＧａＮ層３０上におけるコモン電極２０と第２の電極２２との間の領域には、第２のｐ型半導体層３４が形成され、第２のｐ型半導体層３４上には第２のゲート部３５が形成されている。第１のゲート部３３上には第１のゲート電極２３が形成され、第２のゲート部３５上には第２のゲート電極２４が形成されている。
【００３０】
第１のゲート電極２３は、第１の電極２１−コモン電極２０間においてコモン電極２０寄りの位置に配置され、第２のゲート電極２４はコモン電極２０−第２の電極２２間において第２の電極２２寄りの位置に配置されている。
【００３１】
上記各電極（コモン電極２０、第１の電極２１、第２の電極２２、第１のゲート電極２３、第２のゲート電極２４）は、いずれもパラジウム（Ｐｄ）と金（Ａｕ）とが積層されて構成されている。コモン電極２０上にはコモン端子１６０（図１（ｂ）参照）が形成され、第１の電極２１上には第１の端子１６１（図１（ｂ）参照）が形成され、第２の電極２２上には第２の端子１６２（図１（ｂ）参照）が形成される。なお、第１のゲート電極２３上には第１のゲート端子（図示せず）が形成され、第２のゲート電極２４上には第２のゲート端子（図示せず）が形成される。
【００３２】
第１のｐ型半導体層３２および第２のｐ型半導体層３４の各々とＡｌＧａＮ層３０との接合はＰＮ接合であるため、コモン電極２０と第１のゲート電極２３との間の電圧がたとえば０Ｖであれば、第１のｐ型半導体層３２からチャネル領域３１中に空乏層が広がる。これにより、切替素子１６は、第１のゲート部３３にゲート電圧がかかっていないときに、第１の電極２１−コモン電極２０間においてチャネル領域３１に流れる電流を空乏層にて遮断することができ、いわゆるノーマリーオフ動作を実現する。同様に、第２の電極２２と第２のゲート電極２４との間の電圧がたとえば０Ｖであれば、第２のｐ型半導体層３４からチャネル領域３１中に空乏層が広がる。これにより、切替素子１６は、第２のゲート部３５にゲート電圧がかかっていないときに、コモン電極２０−第２の電極２２間においてチャネル領域３１に流れる電流を空乏層にて遮断することができ、いわゆるノーマリーオフ動作を実現する。
【００３３】
要するに、この切替素子１６は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮへテロ接合界面に生じる２次元電子ガス層をチャネル領域３１として利用し、第１の電極２１−コモン電極２０間、コモン電極２０−第２の電極２２間が個別にオンオフする。第１の電極２１−コモン電極２０間においては、オフ時に高耐電圧が維持できるように第１のゲート電極２３が形成され、コモン電極２０−第２の電極２２間においては、オフ時に高耐電圧が維持できるように第２のゲート電極２３が形成されている。
【００３４】
さらに、この切替素子１６においては、図２に示すように、ＡｌＧａＮ層３０と第１のｐ型半導体層３２と第２のｐ型半導体層３４を覆うように、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる保護膜３６が形成されている。切替素子１６は、保護膜３６を具備することにより、いわゆる電流コラプスの原因となる欠陥を補償し、電流コラプスを改善することが可能となる。
【００３５】
なお、図２に示す構成の切替素子１６は、支持基板２６がサファイアであってもよいし炭化珪素（ＳｉＣ）であってもよい。
【００３６】
図３は第１の切替素子１６の半導体表面構造を示している。第１の切替素子１６は、別のチップで構成される第２の切替素子１７（図３では図示を省略している）と組み合わされることによって駆動部１２を構成する。図４は１チップに第１および第２の両切替素子１６，１７を集積した構造を示している。
【００３７】
次に、上述した構成の切替素子１６の第１の電極２１−コモン電極２０間のオンオフ動作について、図５を参照して説明する。図５では、横軸を第１の電極２１−コモン電極２０間の電圧Ｖ（１−Ｃ）、縦軸を第１の電極２１−コモン電極２０間の電流Ｉ（１−Ｃ）として、第１の電極２１−コモン電極２０間の電流−電圧特性を表している。
【００３８】
切替素子１６は、コモン電極２０−第１のゲート電極２３間に、制御部１４からゲート駆動信号（すなわち、第１のゲート端子への制御信号）が入力されることによって、第１の電極２１−コモン電極２０間がオンオフする。本実施形態においては、第１のゲート電極２３の電位がコモン電極２０の電位より１．５Ｖ以上高いときに、切替素子１６は、第１のｐ型半導体層３２からチャネル領域３１中に広がる空乏層が縮小し、チャネル領域３１に電流を流すことができる。つまり、本実施形態における第１のゲート電極２３に印加されるゲート電圧のいわゆるしきい値電圧は１．５Ｖである。また、第１のｐ型半導体層３２と第１の電極２１との距離は、第１の電極２１−コモン電極２０間に印加される最大の電圧に耐えられるように設定されている。
【００３９】
図５（ａ）は、第１の電極２１−コモン電極２０間の通電特性、すなわち、しきい値を超えるゲート電圧(たとえばコモン電極２０を基準電位として３Ｖ)が第１のゲート電極２３に印加されたときの、電流−電圧特性を表している。このゲート電圧条件においては、切替素子１６は、第１の電極２１−コモン電極２０間は双方向の導通特性を示す。ただし、切替素子１６は、第１の電極２１−コモン電極２０に通電できる電流の大きさに限度があり、ある電流値（飽和電流値）以上で通電電流が飽和して電流を流せなくなる電流飽和特性を示す。そのため、通電状態にあるときの切替素子１６は、飽和電流値以下では抵抗体と等価である。
【００４０】
図５（ｂ）は、第１の電極２１−コモン電極２０間の遮断特性、すなわち、しきい値を下回るゲート電圧(たとえばコモン電極２０を基準電位として０Ｖ)が第１のゲート電極２３に印加されたときの、電流―電圧特性を表している。このゲート電圧条件において、コモン電極２０を基準電位として第１の電極２１にある阻止耐圧（一例として１００Ｖ）以下のプラス電圧が印加された場合、切替素子１６は、第１の電極２１−コモン電極２０間を遮断する遮断状態を維持する。阻止耐圧の大きさは、主に第１の電極２１と第１のゲート電極２３との離間距離で決まる。
【００４１】
また、図５（ｂ）のゲート電圧条件において、コモン電極２０を基準電位として第１の電極２１にマイナス電圧が印加された場合、切替素子１６は、第１の電極２１に印加される電圧の絶対値がしきい値（Ｖｔｈ）を超えない範囲では遮断状態を維持する。ただし、切替素子１６は、絶対値がしきい値を超えるマイナス電圧が印加された場合、第１の電極２１−コモン電極２０間について遮断状態から導通状態に移行する。このメカニズムについて簡単に説明する。第１のゲート電極２３がコモン電極２０と同電位に保たれた状態で、コモン電極２０基準で第１の電極２１にマイナス電圧が印加された場合、ゲート電極２３直下のチャネル領域３１の電位（ベース電位）が下がることになる。この場合、ベース電位基準では、あたかも第１のゲート電極２３にプラスの電圧が印加されていることになり、その電圧がしきい値を超えて導通状態に移行すると考えられる。
【００４２】
そのため、遮断状態にあるときの図５（ｂ）に示すような切替素子１６の特性はダイオード特性として表記できる。つまり、遮断状態にあるときの切替素子１６は、遮断時の阻止耐圧が１００Ｖで、導通時の順方向立ち上がり電圧が１．５Vのダイオードと等価である。
【００４３】
また、コモン電極２０−第２の電極２２間の導通・遮断特性については、第２の電極２２を基準電位として第２のゲート電極２４に印加されるゲート電圧を考えれば、上述した第１の電極２１−コモン電極２０間の導通・遮断特性と同様であるので、説明を省略する。なお、以下では、第１のゲート電極２３に印加されるゲート電圧を第１のゲート電圧、第２のゲート電極２４に印加されるゲート電圧を第２のゲート電圧という。
【００４４】
次に、上述した第１の電極２１−コモン電極２０間の導通・遮断特性、およびコモン電極２０−第２の電極２２間の導通・遮断特性を組み合わせて、切替素子１６全体の動作状態について説明する。図６には、動作状態ごとに、端子間の接続状態の表記と、等価回路と、ゲート駆動条件とを示す。等価回路は、導通状態を表す抵抗と、遮断状態を表すダイオードとを用いて表されている。
【００４５】
本実施形態では、切替素子１６は第１の状態（１）と第２の状態（２）と第３の状態（３）との３つの動作状態を有している。これらの動作状態の切り替えは、制御部１４が第１および第２のゲート電極２３，２４に印加するゲート電圧（ゲート駆動信号）を制御することによって行われる。
【００４６】
第１のゲート電極２３−コモン電極２０間のゲート電圧（Ｖ（ｇ１−Ｃ））がしきい値を超えるＨ（ハイ）レベルで、第２のゲート電極２４−回路グランド間のゲート電圧（Ｖ（ｇ２−ＧＮＤ））がしきい値を下回るＬ（ロー）レベルにあれば、状態（１）となる。状態（１）は、第１の端子１６１−コモン端子１６０間が導通し、コモン端子１６０−第２の端子１６２間が遮断された状態である。この状態では、第１の端子１６１−コモン端子１６０間が抵抗と等価であるため、第１の端子１６１−コモン端子１６０間に電流Ｉの経路が形成される。
【００４７】
第１のゲート電極２３−コモン電極２０間のゲート電圧（Ｖ（ｇ１−Ｃ））がしきい値を下回るＬ（ロー）レベルで、第２のゲート電極２４−回路グランド間のゲート電圧（Ｖ（ｇ２−ＧＮＤ））がしきい値を超えるＨ（ハイ）レベルにあれば、状態（２）となる。状態（２）は、コモン端子１６０−第２の端子１６２間が導通し、第１の端子１６１−コモン端子１６０間が遮断された状態である。この状態では、コモン端子１６０−第２の端子１６２間が抵抗と等価であるため、コモン端子１６０−第２の端子１６２間に電流Ｉの経路が形成される。
【００４８】
第１のゲート電極２３−コモン電極２０間のゲート電圧（Ｖ（ｇ１−Ｃ））、第２のゲート電極２４−回路グランド間のゲート電圧（Ｖ（ｇ２−ＧＮＤ））が共にしきい値を下回るＬ（ロー）レベルにあれば、状態（３）となる。状態（３）は、第１の端子１６１−コモン端子１６０間が遮断され、コモン端子１６０−第２の端子１６２間も遮断された状態である。つまり、状態（３）では、コモン端子１６０から見るとハイ−インピーダンス状態（Ｈｉ−Ｚ状態）になっている。ゲート電圧が印加されていない状態や初期状態も状態（３）に相当する。
【００４９】
なお、原理的には第１の端子１６１−コモン端子１６０間が導通し、コモン端子１６０−第２の端子１６２間も導通した状態、つまり第１の端子１６１−第２の端子１６２間が短絡した状態が考えられるが、この短絡状態は発生しないように制御信号にて担保する。
【００５０】
次に、停止→正回転→減速→停止という一連の動作を電動機１１にさせる場合について、駆動部１２の等価回路を示す図７と、ゲート電圧のタイミングチャートを示す図８とを用いて、電動機駆動装置の動作を説明する。図７では、電動機１１の第１（図中の左側）の接続端子１１１に第１の切替素子１６が接続され、電動機１１の第２（図中の右側）の接続端子１１２に第２の切替素子１７が接続されている（図９でも同様）。図８では、第１の切替素子１６の第１のゲート電圧をＶｇ１１、第２のゲート電圧をＶｇ１２とし、第２の切替素子１７の第１のゲート電圧をＶｇ２１、第２のゲート電圧をＶｇ２２として表している（図１０，１１でも同様）。
【００５１】
まず、停止期間Ｔ１では、制御部１４は、第１および第２の両切替素子１６，１７のゲート電圧Ｖｇ１１，Ｖｇ１２，Ｖｇ２１，Ｖｇ２２を、全てしきい値電圧未満（たとえば０Ｖ）に設定する。このとき、第１および第２の両切替素子１６，１７は、図７（ａ）のようにいずれも遮断状態（図６の「状態（３）」）にある。各切替素子１６，１７は、第１の電極２１−コモン電極２０間とコモン電極２０−第２の電極２２間とで電源電圧を分圧するが、両切替素子１６，１７の特性が揃っているので、両者のコモン電極２０間に電圧差は生じない。したがって、停止期間Ｔ１では、電動機１１の両端間においては電圧差が生じないので電動機１１に電流は流れず、電動機１１は回転せず停止状態にある。
【００５２】
その後、正回転期間Ｔ２では、制御部１４は、第１の切替素子１６の第１のゲート電圧と、第２の切替素子１７の第２のゲート電圧とを、しきい値を超える電圧、たとえば３Ｖに変更する。このとき、制御部１４は、第１の切替素子１６の第２のゲート電圧と第２の切替素子１７の第１のゲート電圧とについては変更せず、しきい値未満の電圧、たとえば０Ｖに据え置く。すると、正回転期間Ｔ２では、図７（ｂ）のように電動機１１の第１の接続端子１１１と電圧極１８との間、および電動機１１の第２の接続端子１１２と回路グランド１９との間が導通する。そのため、電動機１１は、第１の接続端子１１１から第２の接続端子１１２へ電流が流れて回転する。このときの電動機１１の回転方向を正回転方向とする。
【００５３】
その後の減速期間Ｔ３では、制御部１４は、第１の切替素子１６の第１のゲート電圧を０Ｖに変更し、第１の切替素子１６の第２のゲート電圧と、第２の切替素子１７の第１および第２のゲート電圧とを変更せずに据え置く。すると、図７（ｃ）に示すように電動機１１の第１の接続端子１１１と電圧極１８との間がダイオードに変わる。そのため、減速期間Ｔ３では、電動機１１に流れていた電流が遮断され、電動機１１の回転を減速する方向に作用する。
【００５４】
ところで、モータは主にインダクタンス成分で構成されるので、電流が減少する局面では電流を流し続けようと逆起電力が発生する。そのため、減速期間Ｔ３では、第２の切替素子１７のコモン端子１７０の電圧（以下Ｖｃ２と呼ぶ）が電源電圧Ｖｄｄを超えて上昇する方向に変化しようとする。ただし、第２の切替素子１７の第１の端子１７１−コモン端子１７０間のダイオードにより電圧がクランプされるので、Ｖｃ２がＶｄｄ＋Ｖｔｈを超えることはない。
【００５５】
このような減速動作の後、所定の時間が経過すると電動機１１の回転は停止する。電動機１１の回転が停止すると、制御部１４は、停止期間Ｔ４に移行し、第２の切替素子１７の第２のゲート電圧を０Ｖに変更する。このとき、制御部１４は、第１の切替素子１６の第１および第２のゲート電圧と第２の切替素子１７の第１のゲート電圧とを変更せずに据え置く。すると、切替素子１６，１７は図７（ａ）のようにいずれも遮断状態となり、電動機１１の両端に電圧差が発生せず、電動機１１に電流が流れないので、電動機１１は安定停止状態になる。
【００５６】
次に、停止→逆回転→減速→停止という一連の動作を電動機１１にさせる場合について、駆動部１２の等価回路を示す図９と、ゲート電圧のタイミングチャートを示す図１０とを用いて、電動機駆動装置の動作を説明する。
【００５７】
まず、停止期間Ｔ１では、制御部１４は、第１および第２の両切替素子１６，１７のゲート電圧Ｖｇ１１，Ｖｇ１２，Ｖｇ２１，Ｖｇ２２を、全てしきい値電圧未満（たとえば０Ｖ）に設定する。このとき、第１および第２の両切替素子１６，１７は、図９（ａ）のようにいずれも遮断状態にあり、電動機１１の両端に電圧差が生じないため、電動機１１は回転せず停止状態にある。
【００５８】
その後、逆回転期間Ｔ２では、制御部１４は、第１の切替素子１６の第２のゲート電圧と、第２の切替素子１７の第１のゲート電圧とを、しきい値を超える電圧、たとえば３Ｖに変更する。このとき、制御部１４は、第１の切替素子１６の第１のゲート電圧と第２の切替素子１７の第２のゲート電圧とについては変更せず、しきい値未満の電圧、たとえば０Ｖに据え置く。すると、逆回転期間Ｔ２では、図９（ｂ）のように電動機１１の第２の接続端子１１２と電圧極１８との間、および電動機１１の第１の接続端子１１１と回路グランド１９との間が導通する。そのため、電動機１１は、第２の接続端子１１１から第２の接続端子１１２へ電流が流れて回転する。このときの電動機１１の回転方向を逆回転方向とする。
【００５９】
その後の減速期間Ｔ３では、制御部１４は、第２の切替素子１７の第１のゲート電圧を０Ｖに変更し、第１の切替素子１６の第１および第２のゲート電圧と、第２の切替素子１７の第２のゲート電圧とを変更せずに据え置く。すると、図９（ｃ）に示すように電動機１１の第２の接続端子１１２と電圧極１８との間がダイオードに変わる。そのため、減速期間Ｔ３では、電動機１１に流れていた電流が遮断され、電動機１１の回転を減速する方向に作用する。
【００６０】
ところで、モータは主にインダクタンス成分で構成されるので、電流が減少する局面では電流を流し続けようと逆起電力が発生する。そのため、減速期間Ｔ３では、第１の切替素子１６のコモン端子１６０の電圧（以下Ｖｃ１と呼ぶ）が電源電圧Ｖｄｄを超えて上昇する方向に変化しようとする。ただし、第１の切替素子１６の第１の端子１６１−コモン端子１６０間のダイオードにより電圧がクランプされるので、Ｖｃ１がＶｄｄ＋Ｖｔｈを超えることはない。
【００６１】
このような減速動作の後、所定の時間が経過すると電動機１１の回転は停止する。電動機１１の回転が停止すると、制御部１４は、停止期間Ｔ４に移行し、第１の切替素子１７の第２のゲート電圧を０Ｖに変更する。このとき、制御部１４は、第１の切替素子１６の第１のゲート電圧と第２の切替素子１７の第１および第２のゲート電圧とを変更せずに据え置く。すると、切替素子１６，１７は図９（ａ）のようにいずれも遮断状態となり、電動機１１の両端に電圧差が発生せず、電動機１１に電流が流れないので、電動機１１は安定停止状態になる。
【００６２】
次に、制御部１４が、ゲート電圧つまりゲート駆動信号（制御信号）をＰＷＭ（パルス幅変調）制御することによって電動機１１を駆動する場合について、ゲート電圧のタイミングチャートを示す図１１を用いて、電動機駆動装置の動作を説明する。ここでは、停止→正回転→減速→停止という一連の動作を電動機１１にさせる場合を例示するが、電動機１１を逆回転させる場合にもＰＷＭ制御は適用可能である。
【００６３】
まず、停止期間Ｔ１では、制御部１４は、第１および第２の両切替素子１６，１７のゲート電圧Ｖｇ１１，Ｖｇ１２，Ｖｇ２１，Ｖｇ２２を、全てしきい値電圧未満（たとえば０Ｖ）に設定する。このとき、第１および第２の両切替素子１６，１７は、いずれも遮断状態にあり（図７（ａ）参照）、電動機１１の両端に電圧差が生じないため、電動機１１は回転せず停止状態にある。
【００６４】
その後、正回転期間Ｔ２では、制御部１４は、第１の切替素子１６の第１のゲート端子と、第２の切替素子１７の第２のゲート端子とに対して、パルス幅変調した矩形波電圧（ゲート電圧）を印加する。ここで、矩形波電圧のＨ（ハイ）レベルはしきい値を超える電圧、たとえば３Ｖに設定され、Ｌ（ロー）レベルはしきい値未満の電圧、たとえば０Ｖに設定される。制御部１４は、検出部１３（図１（ａ）参照）で電動機１１の回転数を検知しながら、たとえば電動機１１の両端電圧と電動機１１の回転数との比が一定になるように、矩形波電圧のパルス幅を制御する。このとき、制御部１４は、第１の切替素子１６の第２のゲート電圧と第２の切替素子１７の第１のゲート電圧とについては変更せず、しきい値未満の電圧、たとえば０Ｖに据え置く。
【００６５】
すると、正回転期間Ｔ２では、電動機１１の第１の接続端子１１１と電圧極１８との間、および電動機１１の第２の接続端子１１２と回路グランド１９との間が導通する（図７（ｂ）参照）。そのため、電動機１１は、第１の接続端子１１１から第２の接続端子１１２へ電流が流れて正回転する。
【００６６】
その後の減速期間Ｔ３では、制御部１４は、第１の切替素子１６の第１のゲート電圧を０Ｖに変更し、第１の切替素子１６の第２のゲート電圧と、第２の切替素子１７の第１および第２のゲート電圧とを変更せずに据え置く。すると、電動機１１の第１の接続端子１１１と電圧極１８との間がダイオードに変わるため（図７（ｃ）参照）、減速期間Ｔ３では、電動機１１に流れていた電流が遮断され、電動機１１の回転を減速する方向に作用する。
【００６７】
減速動作の後、所定の時間が経過すると電動機１１の回転は停止する。電動機１１の回転が停止すると、制御部１４は、停止期間Ｔ４に移行し、第２の切替素子１７の第２のゲート電圧を０Ｖに変更する。このとき、制御部１４は、第１の切替素子１６の第１および第２のゲート電圧と第２の切替素子１７の第１のゲート電圧とを変更せずに据え置く。すると、切替素子１６，１７はいずれも遮断状態となり（図７（ａ）参照）、電動機１１の両端に電圧差が発生せず、電動機１１に電流が流れないので、電動機１１は安定停止状態になる。
【００６８】
以上説明した本実施形態の電動機駆動装置によれば、電動機１１の回転、停止の切り替えや回転方向の切り替えに、半導体素子からなる１回路２接点式の切替素子１６，１７が用いられているので、装置全体としての長寿命化を図ることができる。すなわち、本実施形態の電動機駆動装置は、切替素子１６，１７に可動部がないので、可動部を有する機械式の接点装置が用いられる場合に比べて、切替動作に伴う劣化が少ないので、装置全体として長寿命化を図ることができる。
【００６９】
しかも、本実施形態によれば、２つのトランジスタで構成される切替回路を、１つの半導体素子（切替素子）で実現することができ、電動機駆動装置の小型化を図ることができる。つまり、従来ならば４つのトランジスタを用いて構成されるＨブリッジを、本実施形態の構成では、２つの切替素子１６，１７で構成することができ、必要な部品点数を少なく抑えられるので、装置全体として小型化が可能となる。
【００７０】
さらに、各切替素子１６，１７は、第１の状態（１）と第２の状態（２）と第３の状態（３）との３つの動作状態が、制御部１４からのゲート電圧（ゲート駆動信号）によって切り替えられる。つまり、各切替素子１６，１７は、コモン電極２０が第１の電極２１あるいは第２の電極２２に対して導通する状態（１）、（２）だけでなく、コモン電極２０が第１および第２の電極２１，２２の両方から遮断された状態（３）にも切替可能である。したがって、制御部１４は、各切替素子１６，１７を状態（３）とすることにより、電動機１１を駆動部１２から電気的に切り離すことが可能となり、安定した停止状態を実現できる。
【００７１】
また、本実施形態では、各切替素子１６，１７は、いわゆる横型構造の半導体素子であるから、複数の素子を集積形成（１チップ化）することが可能であり、更なる小型化が可能になる。さらに、各切替素子１６，１７は、ヘテロ接合型を有し、２次元電子ガスを活用する構造であるから、遮断状態において逆方向電圧に対して転流ダイオードの役割を果たす。これにより、各切替素子１６，１７は、切り替え時に発生する電動機１１のインダクタンス成分由来の逆起電圧をクランプし、その結果、素子の過電圧破壊を防止することができる。
【００７２】
また、各切替素子１６，１７は、半導体層積層体２８上において、第１の電極２１と第２の電極２２との間には必ずコモン電極２０が介在するので、第１の電極２１−第２の電極２２間の短絡による素子および装置の破壊を回避するような制御が可能である。
【００７３】
さらにまた、制御部１４は、切替素子１６，１７の各々における第１のゲート電極２３と第２のゲート電極２４とに対して、パルス幅変調された矩形波電圧を個別に印加するので、各切替素子１６，１７を直接ＰＷＭ駆動することが可能である。したがって、電動機駆動装置は、電圧と周波数との比を一定に保つような可変電圧可変周波数制御（ＶＶＶＦ制御）を行なうことにより、電動機１１のすべりの発生を抑制し、トルクを確保しつつ回転数を調整できるので、電動機１１の運転効率を向上できる。言い換えると、電動機１１の省エネルギー運転が可能になる。
【００７４】
なお、切替素子１６，１７は、たとえば窒化物系半導体などのワイドバンドギャップの半導体材料を用いて構成されていることが望ましい。ワイドバンドギャップとは、たとえばシリコン（Ｓｉ）のバンドギャップ（１．１ｅＶ）の２倍以上のバンドギャップ（２．２ｅＶ以上）をいう。つまり、切替素子１６，１７における半導体層積層体２８の第１および第２の半導体層は、ワイドバンドギャップ半導体から構成されることが望ましい。これにより、切替素子１６，１７は、オン抵抗が比較的低く且つ大電流にも対応可能であって高耐圧のパワーデバイスを実現することが可能になる。ここでいうワイドバンドギャップ半導体とは、たとえば周期律表第２周期の軽元素を構成要素とする半導体と定義されており、窒化物系半導体のほか、炭化珪素（ＳｉＣ）なども含んでいる。
【００７５】
（実施形態２）
本実施形態の電動機駆動装置は、接続端子を３つ有し三相駆動される直流電動機からなる三相電動機を、駆動可能に構成されている点が実施形態１の電動機駆動装置と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
【００７６】
電動機駆動装置は、図１２（ａ）に示すように、駆動部１２に三相電動機からなる電動機４１が接続されている。駆動部１２は、図１２（ｂ）に示すように、半導体素子からなる１回路２接点式の切替素子５１，５２，５３を複数（ここでは３つ）有している。第１の切替素子５１と第２の切替素子５２と第３の切替素子５３しては、同一特性の切替素子が用いられている。
【００７７】
第１の切替素子５１は、コモン端子５１０と第１の端子５１１と第２の端子５１２とを具備し、コモン端子５１０を電動機４１に接続し、第１の端子５１１および第２の端子５１２を電源部１５に接続する。第２の切替素子５２は、コモン端子５２０と第１の端子５２１と第２の端子５２２とを具備し、コモン端子５２０を電動機４１に接続し、第１の端子５２１および第２の端子５２２を電源部１５に接続する。第３の切替素子５３は、コモン端子５３０と第１の端子５３１と第２の端子５３２とを具備し、コモン端子５３０を電動機４１に接続し、第１の端子５３１および第２の端子５３２を電源部１５に接続する。いずれの切替素子５１〜５３においても、第１の端子５１１，５２１，５３１は電源部１５の正極（＋極）となる電圧極１８に接続され、第２の端子５１２，５２２，５３２は電源部１５の負極（−極）となる回路グランド１９に接続されている。
【００７８】
すなわち、駆動部１２は、第１の切替素子５１のコモン端子５１０と、第２の切替素子５２のコモン端子５２０と、第３の切替素子５３のコモン端子５３０とを出力端子として、これら１組の出力端子に電動機４１が接続される。電動機４１は、第１の接続端子４１１が第１の切替素子５１のコモン端子５１０、第２の接続端子４１２が第２の切替素子５２のコモン端子５２０、第３の接続端子４１３が第３の切替素子５３のコモン端子５３０に接続される。
【００７９】
制御部１４は、第１の切替素子５１において、コモン端子５１０が、第１の端子５１１および第２の端子５１２に対して択一的に接続されるように、第１の切替素子５１を切替制御する。同様に、制御部１４は、第２および第３の各切替素子５２，５３に対しても、コモン端子５２０，５３０が、第１の端子５２１，５３１および第２の端子５２２，５３２に対して択一的に接続されるように、各切替素子５２，５３を切替制御する。ここで、制御部１４は、第１の切替素子５１と第２の切替素子５２と第３の切替素子５２とを個別に切替制御する。
【００８０】
図１３は切替素子５１〜５３の半導体表面構造を示している。図１３の例では、１チップに３つの島構造が一定の離間距離を保ち集積されており、各島が第１の切替素子５１、第２のスイッチ素子５２、第３の切替素子５３の各々に相当する。つまり、３つの島で３つの切替素子５１，５２，５３を構成している。チップの最外周は各々の第２の電極２２に相当している。システム構成の観点から第２の電極２２が共通電位化されていることに支障はなく、さらに最外周をグランド電位にできることは、素子構造設計の観点ではチップ終端部の耐圧設計が不要になるという利点がある。
【００８１】
各切替素子５１〜５３の具体的な構成は、実施形態１で説明した切替素子１６と同様の構成であるから、ここでは切替素子５１〜５３の各々の構成について詳しい説明は省略する。
【００８２】
次に、停止→正回転→減速→停止という一連の動作を電動機４１にさせる場合について、駆動部１２の等価回路を示す図１４と、ゲート電圧のタイミングチャートを示す図１５，１６とを用いて、電動機駆動装置の動作を説明する。図１５では、第１の切替素子５１の第１のゲート電圧をＶｇ１１、第２のゲート電圧をＶｇ１２とし、第２の切替素子５２の第１のゲート電圧をＶｇ２１、第２のゲート電圧をＶｇ２２として表している（図１６〜１８でも同様）。第３の切替素子５３については、第１のゲート電圧をＶｇ３１、第２のゲート電圧をＶｇ３２としている（図１６〜１８でも同様）。
【００８３】
まず、停止期間Ｔ１では、制御部１４は、第１〜第３の全切替素子５１〜５３のゲート電圧Ｖｇ１１，Ｖｇ１２，Ｖｇ２１，Ｖｇ２２，Ｖｇ３１，Ｖｇ３２を、全てしきい値電圧未満（たとえば０Ｖ）に設定する。このとき、第１〜第３の切替素子５１〜５３は、図１４（ａ）のようにいずれも遮断状態（図６の「状態（３）」）にある。各切替素子５１〜５３は、第１の電極２１−コモン電極２０間とコモン電極２０−第２の電極２２間とで電源電圧を分圧するが、切替素子５１〜５３の特性が揃っているので、三者のコモン電極２０間に電圧差は生じない。したがって、停止期間Ｔ１では、電動機４１のいずれの２極間にも電圧差が生じないので電動機４１に電流は流れず、電動機４１は回転せず停止状態にある。
【００８４】
その後、正回転期間Ｔ２においては、電動機駆動装置は、３つのフェーズ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を順に繰り返すことにより電動機４１を正回転させる。
【００８５】
まず、正回転期間Ｔ２のフェーズ（Ａ）では、制御部１４は、第１の切替素子５１の第１のゲート電圧と、第２の切替素子５２の第２のゲート電圧とを、しきい値を超える電圧、たとえば３Ｖに変更する。このとき、制御部１４は、第１の切替素子５１の第２のゲート電圧と第２の切替素子５２の第１のゲート電圧と第３の切替素子５３の第１および第２のゲート電圧については変更せず、しきい値未満の電圧、たとえば０Ｖに据え置く。すると、フェーズ（Ａ）では、電動機４１は、図１４（ｂ）のように第１の接続端子４１１と電圧極１８との間、および第２の接続端子４１２と回路グランド１９との間が導通し、第１の接続端子４１１から第２の接続端子４１２へ電流が流れる。
【００８６】
なお、制御部１４は、第１の切替素子５１のゲート電圧を変更する際、第１の端子５１１−第２の端子５１２間の短絡を防止するために、第２のゲート電圧が下がった後、所定の時間を経てから第１のゲート電圧を３Ｖに上げることが好ましい。他の切替素子５２，５３についても同様に、第１のゲート電圧と第２のゲート電圧とで制御タイミングをずらすことにより、短絡を防止することが好ましい。フェーズ（Ｂ）、（Ｃ)においても同様である。
【００８７】
正回転期間Ｔ２のフェーズ（Ｂ）では、制御部１４は、第１の切替素子５１の第１のゲート電圧と第２の切替素子５２の第２のゲート電圧とを０Ｖに変更する。次いで、制御部１４は、第２の切替素子５２の第１のゲート電圧と第３の切替素子５３の第２のゲート電圧とを３Ｖに変更する。このとき、制御部１４は、第１の切替素子５１の第２のゲート電圧と第３の切替素子５３の第１のゲート電圧とについては変更せずに据え置く。すると、フェーズ（Ｂ）では、電動機４１は、図１４（ｃ）のように第２の接続端子４１２と電圧極１８との間、および第３の接続端子４１３と回路グランド１９との間が導通し、第２の接続端子４１２から第３の接続端子４１３へ電流が流れる。
【００８８】
正回転期間Ｔ２のフェーズ（Ｃ）では、制御部１４は、第２の切替素子５２の第１のゲート電圧と第３の切替素子５３の第２のゲート電圧とを０Ｖに変更する。次いで、制御部１４は、第３の切替素子５３の第１のゲート電圧と第１の切替素子５１の第２のゲート電圧とを３Ｖに変更する。このとき、制御部１４は、第１の切替素子５１の第１のゲート電圧と第２の切替素子５２の第２のゲート電圧とについては変更せずに据え置く。すると、フェーズ（Ｃ）では、電動機４１は、図１４（ｄ）のように第３の接続端子４１３と電圧極１８との間、および第１の接続端子４１１と回路グランド１９との間が導通し、第３の接続端子４１３から第１の接続端子４１１へ電流が流れる。
【００８９】
正回転期間Ｔ２においては、電動機駆動装置は、上記３つのフェーズ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を順に繰り返すことによって、電動機４１を回転動作させる。このときの電動機４１の回転方向を正回転方向とする。
【００９０】
その後、図１６に示すように、電動機駆動装置は、正回転期間Ｔ２から減速期間Ｔ３に移行して、電動機４１を減速動作させる。ここでは、正回転期間Ｔ２のうち、第３の切替素子５３の第１のゲート電圧と第１の切替素子５１の第２のゲート電圧とが３Ｖに設定されているフェーズ（Ｃ）から、減速動作に移行する場合を例示する。
【００９１】
正回転期間Ｔ２から減速期間Ｔ３に移行すると、制御部１４は、第３の切替素子５３の第１のゲート電圧を０Ｖに変更する。このとき、制御部１４は、第１の切替素子５１の第１のゲート電圧と第２の切替素子５２の第１および第２のゲート電圧と第３の切替素子５３の第２のゲート電圧とについては変更せずに、いずれも０Ｖに据え置く。また、制御部１４は、第１の切替素子５１の第２のゲート電圧についても変更せず、３Ｖに据え置く。すると、図１４（ｅ）に示すように電動機４１の第３の接続端子４１３と電圧極１８との間がダイオードに変わる。そのため、減速期間Ｔ３では、電動機４１に流れていた電流が遮断され、電動機４１の回転を減速する方向に作用する。
【００９２】
ところで、モータは主にインダクタンス成分で構成されるので、電流が減少する局面では電流を流し続けようと逆起電力が発生する。そのため、減速期間Ｔ３では、第３の切替素子５３のコモン端子５３０の電圧（以下Ｖｃ３と呼ぶ）が電源電圧Ｖｄｄを超えて上昇する方向に変化しようとする。ただし、第３の切替素子５３の第１の端子５３１−コモン端子５３０間のダイオードにより電圧がクランプされるので、Ｖｃ３がＶｄｄ＋Ｖｔｈを超えることはない。
【００９３】
このような減速動作の後、所定の時間が経過すると電動機４１の回転は停止する。電動機４１の回転が停止すると、制御部１４は、停止期間Ｔ４に移行し、第１の切替素子５１の第２のゲート電圧を０Ｖに変更する。このとき、制御部１４は、第１の切替素子５１の第１のゲート電圧と第２の切替素子５２の第１および第２のゲート電圧と第３の切替素子５３の第１および第２のゲート電圧とについては変更せずに据え置く。すると、切替素子５１〜５３は図１４（ａ）のようにいずれも遮断状態となり、電動機４１のいずれの２極間にも電圧差が生じないので電動機４１に電流は流れず、電動機４１は安定停止状態になる。
【００９４】
次に、制御部１４が、ゲート電圧つまりゲート駆動信号（制御信号）をＰＷＭ制御することによって電動機４１を駆動する場合について、ゲート電圧のタイミングチャートを示す図１７，１８を用いて、電動機駆動装置の動作を説明する。ここでは、停止→正回転→減速→停止という一連の動作を電動機４１にさせる場合を例示するが、電動機４１を逆回転させる場合にもＰＷＭ制御は適用可能である。
【００９５】
まず、停止期間Ｔ１では、制御部１４は、第１〜第３の全切替素子５１〜５３のゲート電圧Ｖｇ１１，Ｖｇ１２，Ｖｇ２１，Ｖｇ２２，Ｖｇ３１，Ｖｇ３２を、全てしきい値電圧未満（たとえば０Ｖ）に設定する。このとき、第１〜第３の切替素子５１〜５３は、いずれも遮断状態にあり（図１４（ａ）参照）、電動機４１のいずれの２極間にも電圧差が生じないため、電動機４１は回転せず停止状態にある。
【００９６】
その後、正回転期間Ｔ２においては、電動機駆動装置は、３つのフェーズ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を順に繰り返すことにより電動機４１を正回転させる。
【００９７】
正回転期間Ｔ２のフェーズ（Ａ）では、制御部１４は、第１の切替素子５１の第１のゲート端子と、第２の切替素子５２の第２のゲート端子とに対して、パルス幅変調した矩形波電圧（ゲート電圧）を印加する。ここで、矩形波電圧のＨ（ハイ）レベルはしきい値を超える電圧、たとえば３Ｖに設定され、Ｌ（ロー）レベルはしきい値未満の電圧、たとえば０Ｖに設定される。制御部１４は、検出部１３（図１２（ａ）参照）で電動機４１の回転数を検知しながら、たとえば電動機４１の両端電圧と電動機４１の回転数との比が一定になるように、矩形波電圧のパルス幅を制御する。このとき、制御部１４は、第１の切替素子５１の第２のゲート電圧と第２の切替素子５２の第１のゲート電圧と第３の切替素子５３の第１および第２のゲート電圧については変更せず、しきい値未満の電圧、たとえば０Ｖに据え置く。
【００９８】
すると、フェーズ（Ａ）では、電動機４１は、第１の接続端子４１１と電圧極１８との間、および第２の接続端子４１２と回路グランド１９との間が導通し（図１４（ｂ）参照）、第１の接続端子４１１から第２の接続端子４１２へ電流が流れる。
【００９９】
フェーズ（Ｂ）、（Ｃ）においても、フェーズ（Ａ）と同様に、切替素子５１〜５３のゲート端子に対し、ゲート電圧としてパルス幅変調した矩形波電圧を印加する。ゲート電圧（矩形波電圧）が印加されるゲート端子がフェーズごとに切り替わる点は、図１４〜１６を用いて説明した上記動作と同じである。つまり、フェーズ（Ｂ）では、電動機４１の第２の接続端子４１２から第３の接続端子４１３へ電流が流れ、フェーズ（Ｃ）では、電動機４１の第３の接続端子４１３から第１の接続端子４１１へ電流が流れることになる。
【０１００】
正回転期間Ｔ２においては、電動機駆動装置は、上記３つのフェーズ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を順に繰り返すことによって、電動機４１を正回転動作させる。
【０１０１】
その後、図１８に示すように、電動機駆動装置は、正回転期間Ｔ２から減速期間Ｔ３に移行して、電動機４１を減速動作させる。ここでは、正回転期間Ｔ２のうち、第３の切替素子５３の第１のゲート端子と第１の切替素子５１の第２のゲート端子とに矩形波電圧が印加されているフェーズ（Ｃ）から、減速動作に移行する場合を例示する。
【０１０２】
正回転期間Ｔ２から減速期間Ｔ３に移行すると、制御部１４は、第３の切替素子５３の第１のゲート電圧を０Ｖに変更する。このとき、制御部１４は、第１の切替素子５１の第１のゲート電圧と第２の切替素子５２の第１および第２のゲート電圧と第３の切替素子５３の第２のゲート電圧とについては変更せずに、いずれも０Ｖに据え置く。また、制御部１４は、第１の切替素子５１の第２のゲート電圧についても変更せず、３Ｖに据え置く。すると、電動機４１の第３の接続端子４１３と電圧極１８との間がダイオードに変わるため（図１４（ｅ）参照）、減速期間Ｔ３では、電動機４１に流れていた電流が遮断され、電動機４１の回転を減速する方向に作用する。
【０１０３】
減速動作の後、所定の時間が経過すると電動機４１の回転は停止する。電動機４１の回転が停止すると、制御部１４は、停止期間Ｔ４に移行し、第１の切替素子５１の第２のゲート電圧を０Ｖに変更する。このとき、制御部１４は、第１の切替素子５１の第１のゲート電圧と第２の切替素子５２の第１および第２のゲート電圧と第３の切替素子５３の第１および第２のゲート電圧とについては変更せずに据え置く。すると、切替素子５１〜５３はいずれも遮断状態となり（図１４（ａ）参照）、電動機４１のいずれの２極間にも電圧差が生じないので電動機４１に電流は流れず、電動機４１は安定停止状態になる。
【０１０４】
以上説明した本実施形態の電動機駆動装置によれば、実施形態１と同様の効果に加えて、三相電動機を駆動できるという効果がある。その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【符号の説明】
【０１０５】
１１  電動機（単相電動機）
１２  駆動部
１４  制御部
１５  電源部（直流電源）
１６  第１の切替素子
１７  第２の切替素子
２０  コモン電極
２１  第１の電極
２２  第２の電極
２３  第１のゲート電極
２４  第２のゲート電極
２８  半導体層積層体
２９  ＧａＮ層（第１の半導体層）
３０  ＡｌＧａＮ層（第２の半導体層）
３１  チャネル領域
３３  第１のゲート部
３５  第２のゲート部
４１  電動機（三相電動機）
１１１  第１の接続端子
１１２  第２の接続端子
１６０  コモン端子
１６１  第１の端子
１６２  第２の端子
１７０  コモン端子
１７１  第１の端子
１７２  第２の端子
４１１  第１の接続端子
４１２  第２の接続端子
４１３  第３の接続端子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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