(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流モータの各相に並列に巻かれた２種類の巻線の各々に対して電流を供給し、前記３相交流モータの端子電圧の総和が時間と共に変化しないようにスイッチング制御される２つのインバータ回路を備えるパワーモジュールであって、
第１のインバータ回路は、前記３相交流モータの各相の一方の巻線にそれぞれ電流を供給する出力用バスバーを有し、
第２のインバータ回路は、前記３相交流モータの各相の他方の巻線にそれぞれ電流を供給する出力用バスバーを有し、
同一相における第１のインバータ回路の出力用バスバーと第２のインバータ回路の出力用バスバーとを平行に近接配置して、前記第１のインバータ回路と前記第２のインバータ回路とを１つのパッケージに収めたこと
を特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
前記パッケージの中央部に正極側バスバーと負極側バスバーとを近接して平行に配置し、
前記出力用バスバーを前記正極側バスバーと前記負極側バスバーに対して直交し、かつ絶縁されるように前記パッケージ内に配置し、
前記第１のインバータ回路、前記第２のインバータ回路の各スイッチング素子群の複数のスイッチング素子のうち、正極側に接続させるスイッチング素子を前記正極側バスバーに沿って配置するとともに、前記パッケージ内に配置された同一相の出力用バスバーにそれぞれ接続させる相異なるスイッチング素子群の前記正極側に接続させるスイッチング素子を、前記同一相の出力用バスバーを介して隣り合うように配置し、
前記第１のインバータ回路、前記第２のインバータ回路の各スイッチング素子群の複数のスイッチング素子のうち、負極側に接続させるスイッチング素子を前記負極側バスバーに沿って配置するとともに、前記パッケージ内に配置された同一相の出力用バスバーにそれぞれ接続させる相異なるスイッチング素子群の前記負極側に接続させるスイッチング素子を、前記同一相の出力用バスバーを介して隣り合うように配置すること
を特徴とする請求項１記載のパワーモジュール。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のパワーモジュールを、前記３相交流モータのケースに一体化したこと
を特徴とするモータモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流モータに電力を供給するインバータ回路のパワーモジュール、及びこのインバータ回路によって駆動されるモータをパワーモジュールと一体化したモータモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バッテリーのような直流電源を所定の周波数、電圧の交流電力に変換し、あるいは、交流電源をコンバータ又は整流回路によって直流電力に変換し、さらにこの直流電力を所定の周波数、電圧の交流電力に逆変換し、交流モータの電源とするインバータ駆動モータは、図４に示した回路構成である。この従来の回路では、直流電源であるバッテリー１からの直流電力をリップル電流低減のための電解コンデンサー２を介してインバータ３に供給し、このインバータ３のスイッチング制御により、所定の周波数、電圧のＵＶＷ３相の交流電力に変換し、３相交流モータ４のステータのＵＶＷ各相の巻線に給電する。
【０００３】
このような従来のインバータ駆動モータでは、本願の発明者らによる発明である特願平１１−１３４７３０号の明細書でも指摘したように、インバータの各スイッチング素子を矩形波駆動させた場合に、交流モータのＵＶＷ３相各相の巻線の中性点の電圧が各相のスイッチング素子のスイッチングタイミングにより変動するために高周波漏洩電流が発生し、このようなインバータ回路を車両駆動用の交流モータの電源として利用する場合、車載ラジオ等の車載電気機器にノイズが発生する問題点がある。
【０００４】
このような問題点を解決するために、図５に示すようにインバータ３の直流側、交流側にコモンモードリアクトルで成るノイズフィルター５，６を直列に挿入することにより、高周波漏洩電流を低減することがある。
【０００５】
しかしながら、このようなコモンモードリアクトルを採用しても高周波漏洩電流の低減に十分な効果が得られない問題点があり、また、リアクトルの容積が大きく、重量もあるので、インバータ３のケース容量が大きくなり、重量も重くなり、結果的に、車両への搭載性が悪くなる問題点がある。加えて、リアクトルが高価であるために、インバータの価格も高くなる問題点もある。
【０００６】
この問題点を解決するために、本願発明者らは、上述した出願に係る発明で、各相の中性点の電圧の変動を抑制することができるインバータ駆動モータを提案している。すなわち、図６に示したように、３相交流モータ４のステータには、巻線Ａと巻線ＢをＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ並列に巻き、巻線Ａ、巻線Ｂそれぞれをインバータ３のスイッチング回路３Ａ，３Ｂから３相交流電力を受けるように接続する。そしてインバータ３のＡ，Ｂ２系統のスイッチング回路３Ａ，３Ｂを並列に構成して、スイッチング回路３Ａにはスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６、スイッチング回路３Ｂにはスイッチング素子ＳＷ７〜ＳＷ１２をブリッジに組み込む。
【０００７】
また、インバータ３のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ１２各々のオン／オフ駆動のためにコントロールユニット１０を備えている。このコントロールユニット１０は、モータ４のステータ巻線Ａと巻線Ｂそれぞれに電流を供給するインバータ３のスイッチング回路３Ａ，３Ｂでスイッチングを正反対に行わせるために、例えばＵ相においてはスイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ８、またスイッチング素子ＳＷ２とスイッチング素子ＳＷ７とを同じ信号で駆動する。しかもコントロールユニット１０は、両スイッチング回路３Ａ，３Ｂのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ１２を６０°間隔でオン／オフ状態を切り替える制御をする。
【０００８】
これにより、交流モータ４の端子電圧の総和が時間と共に変化しないようにスイッチングを行なうと共に、並列巻した巻線Ａ，Ｂ相互の中性点ＮＡ，ＮＢと駆動用スイッチング回路３Ａ，３Ｂとの接続を逆向きにして、複数の巻線Ａ，Ｂに流れる電流の向きを合わせることによって高周波漏洩電流を低減させ、従来必要であったノイズフィルタを設けなくとも、高周波漏洩電流の発生を抑制することができ、インバータのケース容積も重量も大きくせず、コスト的にも高騰させることのないインバータ駆動モータを構成することが可能となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本願発明者らの提案しているインバータ駆動モータの実際の回路を組み立てる場合、現在では３相交流のモータ駆動インバータに用いられているスイッチング素子の６つを１つのパッケージに収めたものが知られているだけなので、これを用いてインバータ駆動モータの回路を組み立てることになる。図７はこのようなスイッチング素子の６つをまとめて１つにパッケージングしたパッケージを用いて組み立てた実装回路を示している。
【００１０】
この図７において、３ＡＰ，３ＢＰはスイッチング回路３Ａ，３Ｂそれぞれを構成する６つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６；ＳＷ７〜ＳＷ１２のパッケージを示しており、Ｐ，Ｎは入力端子、ＵＡ，ＶＡ，ＷＡ；ＵＢ，ＶＢ，ＷＢはＡ側、Ｂ側それぞれのＵＶＷ各相の出力端子を示している。
【００１１】
この図７に示す回路構成から分かるように、上述した先の出願に係る発明の高周波漏洩電流を低減するためのインバータ駆動モータでは、スイッチング素子が６の倍数個（図の例では１２個）必要となるため、パッケージが２つ必要となる。そのため、インバータ３と交流モータ４とをつなぐ接続線１１ＵＡ，１１ＵＶ，１１ＵＷや接続線１１ＵＢ，１１ＶＢ，１１ＷＢに電流が流れるときに配線の周りに磁界が発生して近接する電子部品に悪影響を与える恐れがある。
【００１２】
本発明はこのような技術的課題を解決するためになされたもので、モータ駆動用インバータ回路のスイッチング素子のすべてを１つのパッケージ内に収めると共に、モータにつながる配線に流れる電流の向きが正反対になるようにスイッチング素子を配置することによって、インバータ回路のいっそうの小型化を図り、車両レイアウトの自由度を大きくすることができ、しかも配線に流れる電流の発生する磁界による影響を小さくすることができるパワーモジュール及びモータモジュールを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のパワーモジュールは、３相交流モータの各相に並列に巻かれた２種類の巻線の各々に対して電流を供給し、前記３相交流モータの端子電圧の総和が時間と共に変化しないようにスイッチング制御される２つのインバータ回路を備えるパワーモジュールであって、第１のインバータ回路は、前記３相交流モータの各相の一方の巻線にそれぞれ電流を供給する出力用バスバーを有し、第２のインバータ回路は、前記３相交流モータの各相の他方の巻線にそれぞれ電流を供給する出力用バスバーを有し、同一相における第１のインバータ回路の出力用バスバーと第２のインバータ回路の出力用バスバーとを平行に近接配置して、前記第１のインバータ回路と前記第２のインバータ回路とを１つのパッケージに収めたものである。
【００１４】
請求項２の発明のパワーモジュールは、請求項１において、前記パッケージの中央部に正極側バスバーと負極側バスバーとを近接して平行に配置し、前記出力用バスバーを前記正極側バスバーと前記負極側バスバーに対して直交し、かつ絶縁されるように前記パッケージ内に配置し、前記第１のインバータ回路、前記第２のインバータ回路の各スイッチング素子群の複数のスイッチング素子のうち、正極側に接続させるスイッチング素子を前記正極側バスバーに沿って配置するとともに、前記パッケージ内に配置された同一相の出力用バスバーにそれぞれ接続させる相異なるスイッチング素子群の前記正極側に接続させるスイッチング素子を、前記同一相の出力用バスバーを介して隣り合うように配置し、前記第１のインバータ回路、前記第２のインバータ回路の各スイッチング素子群の複数のスイッチング素子のうち、負極側に接続させるスイッチング素子を前記負極側バスバーに沿って配置するとともに、前記パッケージ内に配置された同一相の出力用バスバーにそれぞれ接続させる相異なるスイッチング素子群の前記負極側に接続させるスイッチング素子を、前記同一相の出力用バスバーを介して隣り合うように配置するようにしたものである。
【００１５】
請求項３の発明のモータモジュールは、請求項１又は請求項２記載のパワーモジュールを、前記３相交流モータのケースに一体化したものである。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１の発明のパワーモジュールによれば、３相交流モータの各相に並列に巻かれた２種類の巻線の各々に対して電流を供給し、３相交流モータの端子電圧の総和が時間と共に変化しないようにスイッチング制御される２つのインバータ回路を備えるパワーモジュールの小型化が図れると共に、正反対方向に電流が流れるように配線することによって電流磁界を互いに打ち消し合わせ、磁界の影響を最小限に抑えられる。
【００１９】
請求項２の発明のパワーモジュールによれば、パワーモジュールのいっそうの小型化が図れる。
【００２２】
請求項３の発明のモータモジュールによれば、請求項１又は請求項２記載の２つのインバータ回路を備えるパワーモジュールと３相交流モータとの一体化によってその全体の小型化が図れ、車載性がいっそう向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態のパワーモジュール２１とそれに接続される誘導モータ２２との回路構成を示している。インバータ回路の回路そのものは図６に示した先願に係る発明と同様であるが、その実装回路は次の通りである。
【００２４】
パワーモジュール２１は、インバータ動作して３相交流を出力するスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６で構成されるスイッチング素子群と、これに並列に同じくインバータ動作して３相交流を出力するスイッチング素子ＳＷ７〜ＳＷ１２で構成されるスイッチング素子群とをまとめて１つのパッケージ２５内に収めた構造である。
【００２５】
そして、スイッチング素子間の接続距離を最短にするために、パッケージ２５の中央部に正極側バスバー２６Ｐと負極側バスバー２６Ｎとを近接して平行に配置し、両方のスイッチング素子群において、正極側に接続されるスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５；ＳＷ７，ＳＷ９，ＳＷ１１は、図１においてＰ極側バスバー２６Ｐの上側に配置し、負極側に接続されるスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６；ＳＷ８，ＳＷ１０，ＳＷ１２は図１においてＮ極側バスバー２６Ｎの下側に配置している。
【００２６】
さらに、正極側に接続されるスイッチング素子は、ＳＷ１，ＳＷ７，ＳＷ３，ＳＷ９，ＳＷ５，ＳＷ１１の配列にして、それらの正極側が正極バスバー２６Ｐから上方に延びる正極バスバー枝２７Ｐ１，２７Ｐ２，２７Ｐ３，２７Ｐ４に接続してある。そして、負極側に接続されるスイッチング素子は、ＳＷ２，ＳＷ８，ＳＷ４，ＳＷ１０，ＳＷ６，ＳＷ１２の配列にして、それらの負極側が負極バスバー２６Ｎから下方に延びる負極バスバー枝２７Ｎ１，２７Ｎ２，２７Ｎ３，２７Ｎ４に接続してある。
【００２７】
また、中央の正極側バスバー２６Ｐ、負極側バスバー２６Ｎに対して直交する配置で、かつこれらと絶縁した状態で巻線Ａ側のＵＶＷ各相の出力用バスバー２８ＵＡ，２８ＶＡ，２８ＷＡを配置して、Ａ側のスイッチング素子ＳＷ１のエミッタ側とスイッチング素子ＳＷ２のコレクタ側、スイッチング素子ＳＷ３のエミッタ側とスイッチング素子ＳＷ４のコレクタ側、スイッチング素子ＳＷ５のエミッタ側とスイッチング素子ＳＷ６のコレクタ側を接続している。同様に、巻線Ｂ側のＵＶＷ各相の出力用バスバー２８ＵＢ，２８ＶＢ，２８ＷＢを、巻線Ａ側の出力用バスバー２８ＵＡ，２８ＶＡ，２８ＷＡに近接して平行に、かつそれらとは絶縁状態にして配置し、Ｂ側のスイッチング素子ＳＷ７のエミッタ側とスイッチング素子ＳＷ８のコレクタ側、スイッチング素子ＳＷ９のエミッタ側とスイッチング素子ＳＷ１０のコレクタ側、スイッチング素子ＳＷ１１のエミッタ側とスイッチング素子ＳＷ１２のコレクタ側を接続している。
【００２８】
加えて、両方のスイッチング素子群において、オン／オフ動作を同期的に行なうＵ相のスイッチング素子ＳＷ１；ＳＷ８の組、またスイッチング素子ＳＷ２；ＳＷ７の組、Ｖ相のスイッチング素子ＳＷ３；ＳＷ１０の組、またスイッチング素子ＳＷ４；ＳＷ９の組、さらにＷ相のスイッチング素子ＳＷ５；ＳＷ１２の組、またスイッチング素子ＳＷ６；ＳＷ１１の組のいずれも、コントロールユニット１０からの共通の駆動信号によって動作するように、各組のスイッチング素子のベース同士が共通のバスによって接続され（図示せず）、それらのバスにコントロールユニット１０からドライブ信号を入力するように接続する設定である。
【００２９】
このようにパッケージングされたパワーモジュール２１を用いて、図６に示した回路構成となるように直流電源であるバッテリー１、電解コンデンサー２の正極側、負極側を正極側バスバー２６Ｐ、負極側バスバー２６Ｎの接続点Ｐ，Ｎに接続し、また出力端ＵＡ，ＶＡ，ＷＡに交流モータ４の巻線Ａの各相を接続し、同様に出力端ＵＢ，ＶＢ，ＷＢに交流モータ４の巻線Ｂの各相を接続することにより、インバータ駆動モータの回路を組み上げる。
【００３０】
このようにして、本発明の実施の形態のパワーモジュールを用いてインバータ駆動モータを組み上げた場合、１つのパッケージ２５内に複数のスイッチング素子群のすべてを収めたハードウェアとなるため、インバータ回路をきわめて小型化でき、また高周波漏洩電流を低減させて駆動を確実に行なうことができる。加えて、入力側の正極側バスバー２６Ｐと負極側のバスバー２６Ｎとを、また出力用バスバー２８ＵＡ，２８ＶＡ，２８ＷＡと出力用バスバー２８ＵＢ，２８ＶＢ，２８ＷＢとをそれぞれ平行に近接させた配置にすることにより、電流によってその周りに生じる磁界を互いに打ち消し合わせることができ、配線による磁界の影響を軽減することができる。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施の形態のモータモジュールの構成を、図２及び図３に基づいて説明する。第２の実施の形態のモータモジュールは、図１に示した第１の実施の形態のパワーモジュール２１と交流モータ４とを一体化した構造を特徴としている。
【００３２】
モータ４の内部の巻線構造は図１に示した第１の実施の形態のように、巻線Ａと巻線Ｂの並列巻きである。そして巻線Ａ、巻線ＢそれぞれのＵＶＷ各相につながる入力ラインにバスバー４２ＵＡ，４２ＶＡ，４２ＷＡ；４２ＵＢ，４２ＶＢ，４２ＷＢをモータ４のケース４１の図２において前面側と背面側とに設け、それらにパワーモジュール２１の出力用バスバー２８ＵＡ，２８ＶＡ，２８ＷＡ；２８ＵＢ，２８ＶＢ，２８ＷＢを溶接、ねじ止め、カシメその他の方法で一体的に接続した構成である。そしてモータケース４１に対してパワーモジュール２１も一体的に固定してある。
【００３３】
このような構造のモータモジュールにすることにより、モータ４とパワーモジュール２１との間の、相互に打ち消しあえない磁界を発生する外部配線部分を極力短くすることができ、配線による磁界の影響をきわめて小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のパワーモジュールを用いたインバータ駆動モータの実装回路を示す平面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態のモータモジュールの斜視図。
【図３】図２におけるＡ矢視図及びＢ矢視図。
【図４】従来例のインバータ駆動モータの回路図。
【図５】他の従来例のインバータ駆動モータの回路図。
【図６】先願に係る発明で提案されているインバータ駆動モータの回路図。
【図７】従来から知られている６スイッチング素子のパッケージを用いて組み上げた、上記の先願に係る発明で提案されているインバータ駆動モータの実装回路。
【符号の説明】
１  バッテリー
２  電解コンデンサ
３  インバータ
４  モータ
２１  パワーモジュール
２５  パッケージ
２６Ｐ，２６Ｎ  バスバー
２７Ｐ１〜２７Ｐ４，２７Ｎ１〜２７Ｎ４  バスバー枝
２８ＵＡ，２８ＶＡ，２８ＷＡ，２８ＵＢ，２８ＶＢ，２８ＷＢ  出力用バスバー
４１  モータケース
４２ＵＡ，４２ＶＡ，４２ＷＡ，４２ＵＢ，４２ＶＢ，４２ＷＢ  入力用バスバー
ＵＡ，ＶＡ，ＷＡ，ＵＢ，ＶＢ，ＷＢ  出力端
【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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