(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが直列接続されてそれぞれ構成された三組の相インバータ回路が互いに並列されてモータに給電する三相インバータ回路と、
前記三相インバータ回路の出力電流に基づいて前記三相インバータ回路を断続制御する制御回路と、
前記ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチの接続点から延設される出力導体と、
前記出力導体に嵌着されて前記出力導体の電流による磁界を誘起する磁性コアと、
前記磁性コアの磁界により前記出力導体の電流を検出する半導体電流検出素子と、
前記半導体電流検出素子の出力信号電圧の増幅を行うセンサ信号増幅回路と、
前記三相インバータ回路が実装されるインバ−タ用回路基板と、
前記制御回路、磁性コア、半導体電流検出素子およびセンサ信号増幅回路が実装される制御用回路基板と、
を備える三相インバータ回路モジュールにおいて、
前記出力導体は、前記インバ−タ用回路基板から前記制御用回路基板の前記半導体電流検出素子近傍を通って前記制御用回路基板と平行に延設されていることを特徴とする三相インバータ回路モジュール。
【請求項２】
前記制御用回路基板及びインバ−タ用回路基板は主面が所定間隙を隔てて平行する状態で互いに結合され、
前記出力導体は、前記インバ−タ用回路基板から前記間隙を通じて前記基板と平行に外部に引き出され、
前記磁性コアは、ギャップをもつコ字形状を有して前記出力導体に嵌着された状態で前記制御用回路基板または前記インバ−タ用回路基板に直接又は間接的に保持され、
前記半導体電流検出素子は、前記磁性コアのギャップ中に位置して前記制御用回路基板から立設されることを特徴とする請求項１記載の三相インバータ回路モジュール。
【請求項３】
ハイブリッド電気自動車の走行モ−タを駆動制御することを特徴とする請求項１または２記載の三相インバータ回路モジュール。
【請求項４】
前記三相インバータ回路が実装される前記インバ−タ用回路基板の外面側は、金属製の冷却ブロックに電気絶縁可能に接合されていることを特徴とする請求項２または３記載の三相インバータ回路モジュール。
【請求項５】
前記三相インバータ回路の一対の直流入力端間に接続される平滑コンデンサを有し、前記平滑コンデンサは、前記制御用回路基板の外面側に近接して前記基板に直接または間接的に支持されることを特徴とする請求項４記載の三相インバータ回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば電気自動車の走行モ−タを制御する三相インバータ回路モジュールに関し、特にハイブリッド電気自動車の走行モ−タを駆動制御する三相インバータ回路モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
三相インバータ装置は、制動時に回生動作により負荷の回転エネルギを電力として直流電源側に回収することができるので、電気自動車の走行モータ駆動用などのモータ駆動制御に広く採用されている。
ハイブリッド電気自動車の走行モ−タ制御用に用いられる従来の三相インバータ装置を図８を参照して説明する。
【０００３】
１は主バッテリ、３は電流検出回路モジュ−ル、４は三相インバータ回路モジュール、５は走行モ−タである。
三相インバータ回路モジュール４において、１９〜２４はＩＧＢＴであって、１９、２１、２３はハイサイドスイッチ、２０、２２、２４はローサイドスイッチである。互いに直列に接続されたハイサイドスイッチ１９及びローサイドスイッチ２０は第１の相スイッチ回路４ａを構成し、互いに直列に接続されたハイサイドスイッチ２１及びローサイドスイッチ２２は第２の相スイッチ回路４ｂを構成し、互いに直列に接続されたハイサイドスイッチ２３及びローサイドスイッチ２４は第３の相スイッチ回路４ｃを構成し、各相スイッチ回路４ａ〜４ｃは主バッテリ１から給電されている。２５〜３０はＩＧＢＴ１９〜２４と個別に並列接続されたフライホィルダイオードであり、誘導性負荷である三相交流モータである走行モ−タ５に還流電流を供給するためのものである。
【０００４】
ハイサイドスイッチ１９及びローサイドスイッチ２０の接続点である第１の相スイッチ回路４ａの出力端、ハイサイドスイッチ２１及びローサイドスイッチ２２の接続点である第２の相スイッチ回路の出力端４ｂ、及び、ハイサイドスイッチ２３及びローサイドスイッチ２４の接続点である第３の相スイッチ回路４ｃの出力端は、ブスバ−４１〜４３及び絶縁被覆ケ−ブル４４〜４６を通じて走行モ−タ５の各相端子に個別に接続されている。
【０００５】
４０は、三相インバータ回路モジュール４に内蔵されるマイコン構成の制御回路であり、後述する電流検出回路モジュ−ル３からの検出モータ電流や外部のコントロ−ラなどからの指令信号などに基づいて各ＩＧＢＴ１９〜２４を断続制御して三相交流電圧を発生させる。コントロ−ラ４０の動作自体は周知であるので、説明は省略する。
【０００６】
電流検出回路モジュ−ル３は、Ｕ相電流を検出する電流検出部３１と、Ｗ相電流を検出する電流検出部３２と、電流検出部３１、３２で検出された電流を増幅したり、電流検出部３１、３２に給電したりする周辺回路部３３とからなる。
リアクトル３４と平滑コンデンサ３５は周知の平滑回路を構成して主バッテリ１から三相インバータ回路モジュール４への給電電流を平均化して、主バッテリの寿命短縮を抑止する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したハイブリッド電気自動車の走行モ−タを駆動する従来の三相インバータ装置では、改善を要する次のような問題が存在することがわかった。
すなわち、ハイブリッド電気自動車では、この三相インバータ装置に近接してエンジンやスターモータなどの大きな電磁波ノイズ源が存在するために、この電磁波ノイズなどの外部ノイズに起因して走行モ−タ制御の信頼性が低下する可能性があった。走行モ−タの動作以上は車両操縦の基礎であるので、走行モ−タを駆動制御する三相インバータ装置の耐電磁波ノイズ性能は十分に確保しておく必要がある。特に、ハイブリッド電気自動車では、高電磁波ノイズ環境でも、優れた走行モ−タ制御性能を発揮できる必要があった。
【０００８】
本発明者らは、上記認識に基づきハイブリッド電気自動車などの高電磁波ノイズ環境下における走行モ−タ駆動制御用の三相インバータ装置の誤動とその原因を解析したところ、以下の問題が存在することがわかった。
すなわち、従来の三相インバータ装置では、その出力電流を高精度検出可能なホール素子で検出するが、ホール素子の電圧変化は極めて小さい。そのため、ブリッジ回路構成などによりホール素子から出力される微弱な出力電圧を大きく増幅してコントロ−ラ４０に伝送している。
【０００９】
このため、信号電圧をホール素子から増幅用の周辺回路部３３へ送る出力信号線４７や、信号電圧を周辺回路部３３からコントロ−ラ４０へ送る出力信号線４８に電磁波ノイズが重畳して、検出出力電流値のＳＮ比が低下して、走行モ−タ５の制御精度が低下するという問題が生じることがわかった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、高電磁波ノイズ環境下でも、高精度のモータ制御が可能な三相インバータ回路モジュールを実現することをその目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の三相インバータ回路モジュールは、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが直列接続されてそれぞれ構成された三組の相インバータ回路が互いに並列されてモータに給電する三相インバータ回路と、前記三相インバータ回路の出力電流に基づいて前記三相インバータ回路を断続制御する制御回路と、前記ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチの接続点から延設される出力導体と、前記出力導体に嵌着されて前記出力導体の電流による磁界を誘起する磁性コアと、前記磁性コアの磁界により前記出力導体の電流を検出する半導体電流検出素子と、前記半導体電流検出素子の出力信号電圧の増幅を行うセンサ信号増幅回路と、前記三相インバータ回路が実装されるインバ−タ用回路基板と、前記制御回路、磁性コア、半導体電流検出素子およびセンサ信号増幅回路が実装される制御用回路基板とを備える。
【００１１】
本発明では特に、前記出力導体は、前記インバ−タ用回路基板から前記制御用回路基板の前記半導体電流検出素子近傍を通って前記制御用回路基板と平行に延設されている。
このようにすれば、直上の出力導体の電流によるギャップ付き磁性コアの磁界はコア制御用回路基板に実装した半導体電流検出素子で検出され、半導体電流検出素子から出力された信号電圧は同じ制御用回路基板に実装されたセンサ信号増幅回路でアナログ電圧増幅され、この増幅信号電圧は制御回路でＡ／Ｄ変換されて制御回路に送られる。
【００１２】
このようにすれば、半導体電流検出素子から制御回路、たとえばそのＡ／Ｄ変換器までのアナログ信号ラインなどの信号ラインの格段の短縮が実現するので、それに重畳する電磁波ノイズを低減でき、それにより高精度な高電磁波ノイズ環境下でも安定してモータを駆動制御することができる。
【００１３】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の三相インバータ回路モジュールにおいて更に、制御用回路基板とインバ−タ用回路基板とは主面平行に所定間隙を隔てて平行配置され、出力導体は、この間隙を通じて制御用回路基板と平行に外部に引き出され、磁性コアはどちらかの基板に固定され、半導体電流検出素子は磁性コアのギャップ中へ制御用回路基板から立設される。
【００１４】
このようにすれば、上述した高電磁波ノイズ性能を阻害することなくモジュールをコンパクト化することができる。
請求項３記載の構成によれば、請求項１または２記載の三相インバータ回路モジュールは、ハイブリッド電気自動車の走行モ−タを駆動制御するのに使用される。すなわち、ハイブリッド電気自動車にエンジン（点火式内燃機関）とともに搭載される。
【００１５】
このようにすれば、点火式内燃機関から生じる電磁波ノイズにより走行モ−タが誤動作することを抑止でき、複雑で車体重量などを増大する電磁波シールドの増設なしにノイズ源車両の走行制御を一層安定化することができる。
特に、ハイブリッド電気自動車の走行モ−タは高速走行時には従来の商用周波数モータに比べて格段に高周波で運転され、このため三相インバータ回路は格段に高速で断続制御される必要があり、半導体電流検出素子から出力される信号電圧の比較的高周波成分も信号成分として使用する必要がある。このため、半導体電流検出素子から出力される信号電圧の帯域が広く、その分、雑音電力が大きくなる。更に、電磁波ノイズは高周波になるほど強くなるので、一層、その影響が大きくなる。
【００１６】
請求項４記載の構成によれば請求項２または３のいずれか記載の三相インバータ回路モジュールにおいて更に、三相インバータ回路が実装されるインバ−タ用回路基板の外面側は金属製の冷却ブロックに電気絶縁可能に接合される。すなわち、三相インバータ回路は放熱、ヒートシンクのために金属製の冷却ブロックに接合して冷却される。
【００１７】
このようにすれば、結果的に、制御用回路基板上の半導体電流検出素子から制御用回路までの配線は、インバ−タ用回路基板を介して冷却ブロックで電磁波シールドされるので、一層、耐電磁波ノイズ性能を向上することができる。
請求項５記載の構成によれば請求項４記載の三相インバータ回路モジュールにおいて更に、互いに対面する一対のインバ−タ用回路基板及び制御用回路基板は、上述した冷却ブロック及び金属タンクに内装される平滑コンデンサによりサンドイッチされる。
【００１８】
このようにすれば、結果的に、制御用回路基板上の半導体電流検出素子から制御用回路までの配線は、冷却ブロック及び平滑コンデンサ回路の両方で電磁波シールドされるので、一層、耐電磁波ノイズ性能を向上することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
三相インバータ回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチとしては、ＭＯＳ、バイポーラ、ＳＩＴ、ＩＧＢＴなどを採用できる。
三相インバータ回路は、星型接続モ−タの中性点電流を制御するための第４番目の相インバ−タ回路をもつことも可能である。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の三相インバータ回路モジュールを用いたハイブリッド電気自動車の回路を図１に示す。ただし、図８に示す従来の三相インバータ装置と主要機能が共通する構成要素には理解の容易化のために同一符号を付すものとする。
この三相インバータ回路モジュールは、図８に示す従来の三相インバータ装置を少しだけ変更したものであるので、変更点のみ以下説明する。
【００２１】
この実施例では、図８に示す電流検出回路モジュ−ル３は省略され、その代わりに三相インバータ回路モジュール４内に、電流検出回路３００が実装される。４１〜４３は本発明で言う出力導体を構成するブスバ−である。
この電流検出回路３００は、ブスバ−４１を流れるＵ相電流を検出する電流検出部３０１と、ブスバ−４３を流れるＷ相電流を検出する電流検出部３０２と、電流検出部３０１、３０２で検出された電流を増幅したり、電流検出部３０１、３０２に給電したりする周辺回路部（本発明で言うセンサ信号増幅回路を含む）３０３とからなり、周辺回路部３０３は制御回路４０と一緒に後述する制御用回路基板に実装されている。
【００２２】
電流検出回路３００の原理構成を図６を参照して説明する。
ブスバ−４１には、ギャップを有する磁性コア３０１１が嵌着されており、磁性コア３０１１のギャップにはホール素子（本発明で言う半導体電流検出素子）３０１２が介設されており、ホール素子３０１２の出力端は周辺回路部３０３の一部をなすアンプ３０３０で増幅される。すなわち、磁性コア３０１１及びホール素子３０１２は電流検出部３０１を構成している。電流検出部３０２の構成は電流検出部３０１のそれと同じであるので、説明を省略する。
【００２３】
この三相インバータ回路モジュールの模式斜視図を図２に示す。  アルミ製の冷却ブロック６は略上端開口浅底角箱形状を有しており、その内部にはその底板部に電気絶縁可能に後述するインバ−タ用回路基板が配設されている。冷却ブロック６の手前の側壁６１には３つの窓６２〜６４が開口され、これら窓６２〜６４から出力導体をなすブスバ−４１〜４３が個別かつ上記底板部に平行に突出している。窓６２〜６４にはフェライトからなる三つの磁性コア３０１１が個別に嵌合、接着され、ブスバ−４１〜４３は各磁性コア３０１１を個別に貫通して水平に突出し、それらの先端は、この三相インバータ回路モジュールの交流出力端を構成している。
【００２４】
冷却ブロック６の上端開口は、冷却ブロック６の底板部と平行な制御用回路基板７により密閉され、両者はねじで固定され、制御用回路基板７の両面には必要な各種素子やＩＣが実装、配線されている。
８は、各相インバ−タ回路ごとに給電する合計３個の正の直流入力端であり、図示しないブスバ−を通じて主バッテリ１の＋タ−ミナルに接続されている。９は、各相インバ−タ回路ごとに給電する合計３個の負の直流入力端であり、図示しないブスバ−を通じて主バッテリ１の−タ−ミナルに接続されている。１０は、図示しない外部のＥＣＵとの接続用のコネクタである。３０１６はホール素子３０１２を覆う保護用樹脂部材剤である。
【００２５】
この三相インバータ回路モジュールの縦断面図を図３に示す。    アルミ製の冷却ブロック６の底面にはインバ−タ用回路基板１が電気絶縁可能に接合され、このインバ−タ用回路基板１１には三相インバータ回路４すなわちＩＧＢＴ１９〜２４及びダイオ−ド２５〜３０が実装され、配線され、各相インバ−タ回路４ａ〜４ｃの出力端からはブスバ−４１〜４３が、インバ−タ用回路基板１１と制御用回路基板７との間の隙間に沿って両者と平行に延設されている。
【００２６】
この三相インバータ回路モジュールの全体斜視図を図４に示す。  冷却ブロック６の側壁上面には隙間確保用のスリ−ブ１２を挟んで平滑コンデンサ３５が固定されている。
平滑コンデンサ３５は、一列に配列された三個以上の小型円筒コンデンサ（図示せず）を内部に収容するアルミケ−スからなり、制御用回路基板７を遮蔽して、制御用回路基板の保護とその電磁波シ−ルドとを行っている。
【００２７】
したがって、この実施例では、三相インバータ回路４冷却用の冷却ブロック６と扁平な主バッテリ保護用の平滑コンデンサ３５とにより、ホール素子３０１２及びホール素子３０１２から制御回路４０にいたる走行モ−タ５の検出電流信号電圧伝送用配線の周囲が電磁シ−ルドされるので、点火式エンジンに近接するような高電磁波ノイズ環境でも正確な走行モ−タ制御を実現することができる。
【００２８】
なお、図４に示す三相インバータ回路モジュールは最終的には樹脂ケ−スに収容されて、車両に締結、固定されるが、本発明の要旨に関係がないので図示説明は省略する。
なお、図１では一対の電流検出部３０１、３０２を用いたが、図４に示すように各相電流を３個の電流検出部で検出すれば、リ−ク電流を検出できる利点が生じる。
（変形態様）
この実施例の変形態様を図５及び図７を参照して説明する。
【００２９】
この変形態様は、電流検出部３０１〜３０３の構成を変更したものであって、磁束相殺式（磁気平衡式）電流センサを用いたものである。
この磁束相殺式電流センサ３００ａの原理を図７に示す。
ブスバ−４１には、ギャップを有する磁性コア３０１１が嵌着されており、磁性コア３０１１のギャップにはホール素子（本発明で言う半導体電流検出素子）３０１２が介設されており、磁性コア３０１１には補償コイル３０１６がその全周にわたって巻装されている。
【００３０】
磁性コア３０１１に生じた磁束をホール素子３０１２で検出して、それを周辺回路部３０３に含まれる磁気平衡回路３０３１で相殺電流を発生させて、この相殺電流を補償コイル３０１６に流してホール素子３０１２の磁束を０とし、この時の相殺電流値で検出電流磁界が検出される。
この変形態様によれば、ホール素子３０１２及び補償コイル３０１６と周辺回路部３０３との間の配線が増加するので、一層、電磁波ノイズの重畳による問題が重要となるので、本実施例の三相インバータ回路モジュールの構造による耐ノイズ環境の向上効果が一層効果的となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の三相インバータ回路モジュールを採用するハイブリッド電気自動車の走行モ−タ制御装置の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１に示す三相インバータ回路モジュールの模式斜視図である。
【図３】図２に示す三相インバータモジュール１の縦断面図である。
【図４】図１に示す三相インバータ回路モジュールの平滑コンデンサ付き模式斜視図である。
【図５】図１に示す三相インバータ回路モジュールの変形態様を示す模式斜視図である。
【図６】電流検出部３０１の模式回路図である。
【図７】電流検出部３０１の変形態様を示す模式回路図である。
【図８】従来の三相インバータ回路モジュールを採用するハイブリッド電気自動車の走行モ−タ制御装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１９、２１、２３はハイサイドスイッチ、
２０、２２、２４はローサイドスイッチ、
４ａ、４ｂ、４ｃは相インバータ回路、
４は三相インバータ回路、
５は走行モ−タ（モ−タ）、
４０は制御回路、
４０〜４３はブスバ−（出力導体）、
３０１１は磁性コア、
３０１２はホール素子（半導体電流検出素子）、
３０３はセンサ信号増幅回路、
７は制御用回路基板、
１１はインバ−タ用回路基板、
６は金属製の冷却ブロック、
３５は平滑コンデンサ。
【図１】
0003734122.tif 000002
【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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