モータの制御装置
【課題】低電圧回路と高電圧回路との絶縁を確保し、且つ小型化が可能な交流モータの制御装置を提供する。
【解決手段】モータの制御装置は、交流モータへ電流を供給するインバータ回路の各アームに対してそれぞれ設けられ、各アームが有するスイッチング素子を駆動する駆動回路２０と、駆動回路２０に、電力を供給するための電力供給回路の制御を行う電源制御回路２７とを有する。低電圧回路領域７は、電源制御回路２７を有して備えられる。高電圧回路領域５は、１つの駆動回路２０を含み、低電圧回路領域７を挟んで両側に並べて配置されると共に、低電圧回路領域７との間に所定の絶縁距離ｄ１を設けて配置される。電力供給回路として、低電圧回路領域７と各高電圧回路領域２０とをそれぞれ接続するトランスＬが備えられる。
【解決手段】モータの制御装置は、交流モータへ電流を供給するインバータ回路の各アームに対してそれぞれ設けられ、各アームが有するスイッチング素子を駆動する駆動回路２０と、駆動回路２０に、電力を供給するための電力供給回路の制御を行う電源制御回路２７とを有する。低電圧回路領域７は、電源制御回路２７を有して備えられる。高電圧回路領域５は、１つの駆動回路２０を含み、低電圧回路領域７を挟んで両側に並べて配置されると共に、低電圧回路領域７との間に所定の絶縁距離ｄ１を設けて配置される。電力供給回路として、低電圧回路領域７と各高電圧回路領域２０とをそれぞれ接続するトランスＬが備えられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流モータを制御するモータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車などの動力に用いられる大出力のモータは、高い電圧で駆動される。また、このような自動車に搭載される電源は直流のバッテリであるので、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）などのスイッチング素子を用いたインバータ回路によって三相交流に変換される。インバータ回路を駆動する信号、例えばＩＧＢＴのゲートを駆動する駆動信号は、モータを駆動する高電圧回路とは絶縁され、高電圧回路の電圧よりも遥かに低電圧で動作する低電圧回路の制御回路において生成される。従って、モータを駆動するモータの制御装置には、駆動信号に基づいてインバータ回路のＩＧＢＴを駆動するためのＩＧＢＴ駆動回路が備えられる。即ち、モータの制御装置は、図６に示すように、低電圧回路内で動作するモータ制御回路３００と、高電圧回路内で動作し、モータ制御回路３００が生成した駆動信号に基づいてＩＧＢＴを駆動するＩＧＢＴ駆動回路２００と、複数のＩＧＢＴにより構成されたインバータ回路１００とを有して構成される。
【０００３】
三相交流を生成するインバータ回路１００は６つのＩＧＢＴにより構成される。それぞれのＩＧＢＴは独立して動作するため、各ＩＧＢＴのゲートを駆動するためのゲート駆動回路は、ＩＧＢＴ駆動回路２００において互いに独立して設けられる。また、各ＩＧＢＴは高電圧となるため、ＩＧＢＴを駆動する各ゲート駆動回路は適切な絶縁距離を有して配置される必要がある。
【０００４】
下記に示す特許文献１には、複数のＩＧＢＴを駆動する複数のゲート駆動回路を備える電圧制御装置の技術が開示されている。特許文献１によれば、制御回路とゲート駆動回路とは、少なくともトランスの入力ピンと出力ピンとの距離に相当する絶縁距離を隔てて配置される。また、各ゲート駆動回路も所定の絶縁距離を隔てて配置される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８０１８４号公報（図１３、１５段落、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された電圧制御装置は、３つのゲート駆動回路を有したものであるが、三相交流を生成するインバータ回路では６つのゲート駆動回路を設ける必要がある。単純に特許文献１の電圧制御装置を２つ並べると、部品を実装することができない絶縁領域が大きくなり、いたずらに基板面積を増大させることになる。
【０００７】
本願発明は、上記課題に鑑みて創案されたもので、低電圧回路と高電圧回路との絶縁を確保し、且つ小型化が可能な交流モータの制御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】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係るモータの制御装置の特徴構成は、
交流モータへ電流を供給するインバータ回路の各アームに対してそれぞれ設けられ、各アームが有するスイッチング素子を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路に、電力を供給するための電力供給回路の制御を行う電源制御回路とを有するモータの制御装置であって、
前記電源制御回路を有する低電圧回路領域と、
１つの前記駆動回路を含み、前記低電圧回路領域を挟んで両側に並べて配置されると共に、前記低電圧回路領域との間に所定の絶縁距離を設けて配置される高電圧回路領域と、
前記電力供給回路として、前記低電圧回路領域と各高電圧回路領域とをそれぞれ絶縁状態で結合するトランスと、を有する点にある。
【０００９】
この特徴構成によれば、電源制御回路を有する低電圧回路領域を挟んで、低電圧回路領域の両側に駆動回路が並べて配置される。駆動回路へは、低電圧回路領域と各高電圧回路領域とをそれぞれ絶縁状態で結合するトランスを介して電力が供給される。駆動回路に供給される電力は高電圧であるが、この高電圧は、各トランスの高電圧回路領域側に現れるので、基板内において高電圧の配線が長い距離を引き回されることがない。従って、絶縁距離を確保するために部品を実装することのできない絶縁領域の面積を狭くすることができ、基板を有効に利用することができる。各駆動回路に接続される各トランスは、低電圧回路領域に構成された共通の電源制御回路によって制御することができる。各トランスに対して個別に電源制御回路を設ける必要がなく、電源制御回路を簡素化することができる。従って、基板面積を抑制することが可能となり、モータの制御装置を小型化することができる。また、発熱する部品であるトランスを各駆動回路に対して分散して設けることにより、発熱の集中が発生しにくくなり、放熱対策が容易となる。
【００１０】
本発明係るモータの制御装置は、さらに、前記駆動回路が、隣合う前記駆動回路との間に所定の絶縁距離を設けて配置されることを特徴とする。
【００１１】
インバータ回路の各アームが有するスイッチング素子は、各アームごとに異なるタイミングでスイッチングするように駆動される。駆動回路は、スイッチング素子のゲート端子やベース端子と、ソース端子やエミッタ端子との２端子間の電位差を制御することによって、スイッチング素子を駆動する。インバータ回路の直流電源電圧は非常に高圧であるので、スイッチング素子を駆動するための２端子間の電位差も、低電圧回路領域の電源電圧より高い電圧である。また、スイッチング素子がオン状態となると、スイッチング素子に接続された直流電源電圧に応じて、駆動信号の電圧も変化する。上述したように隣接する駆動回路から出力される駆動信号のタイミングは異なるため、駆動信号の電圧の変化も異なり、隣接する駆動回路から出力される駆動信号の間には大きな電位差が生じる。従って、隣合う駆動回路との間において絶縁を確保する必要があり、本構成のように隣合う駆動回路が所定の絶縁距離を設けて配置されると好適である。
【００１２】
また、本発明に係るモータの制御装置の前記駆動回路は、前記インバータ回路の直流電源のプラス側に接続される上段側アームの前記スイッチング素子を駆動する上段側駆動回路が前記低電圧回路領域の一方の側に並べて配置され、前記インバータ回路の直流電源のマイナス側に接続される下段側アームの前記スイッチング素子を駆動する下段側駆動回路が前記低電圧回路領域の他方の側に並べて配置されることを特徴とする。
【００１３】
インバータ回路において、上段側アームのスイッチング素子は直流電源のプラス側に接続され、下段側アームのスイッチング素子は直流電源のマイナス側に接続される。このため、上段側アームのスイッチング素子、及び下段側アームのスイッチング素子はそれぞれ並べて配置した方がプラス側電源及びマイナス側電源との接続が容易である。従って、スイッチング素子を駆動する駆動回路も、上段側駆動回路及び下段側駆動回路のそれぞれを並べて配置した方が効率的な配線を行うことができる。その結果、モータの制御装置を小型化することができる。
【００１４】
また、本発明に係るモータの制御装置は、隣合う前記上段側駆動回路の間に設けられる絶縁距離が、隣合う前記下段側駆動回路の間に設けられる絶縁距離よりも長く設定されることを特徴とする。
【００１５】
インバータ回路の直流電源電圧のプラス側と接続される上段側アームのスイッチング素子は、オン状態となった時にエミッタ端子やソース端子の電位が略プラス側電位まで上昇する。下段側アームのスイッチング素子は、電圧が低いマイナス側（一般にグラウンド）と接続されるため、オン状態となった時にもエミッタ端子やソース端子はマイナス側電位である。一般に駆動回路は、スイッチング素子のゲート端子やベース端子と、ソース端子やエミッタ端子との２端子間の電位差を制御することによって、スイッチング素子を駆動する。従って、上段側アームのスイッチング素子と接続される上段側駆動回路の電位は、スイッチング素子がオン状態となった時にインバータ回路のプラス側の電源電圧近くまで上昇する。本構成によれば、隣合う下段側駆動回路の間に設けられる絶縁距離よりも、隣合う上段側駆動回路の間に設けられる絶縁距離を長くとることによって、上段側駆動回路の間に充分な絶縁距離が確保される。一方、下段側駆動回路は、インバータ回路に流れる大電流が流入しない程度の最小限度の絶縁に留めることができ、基板面積を小さく抑えることができる。
【００１６】
また、本発明に係るモータの制御装置は、さらに、少なくとも１つの前記スイッチング素子の温度を検出する温度センサの検出結果に基づいて、当該スイッチング素子の温度を検出する温度検出回路が、前記下段側駆動回路と共に前記高電圧回路領域に設けられると好適である。
【００１７】
絶縁距離の短い下段側駆動回路の高圧回路領域は、上段側駆動回路の高電圧回路領域に比べて多くの部品を実装することができる。従って、下段側駆動回路の高電圧回路領域に温度検出回路が設けられると、高い実装効率で基板を構成することができる。その結果、モータの制御装置を小型化することができる。
【００１８】
本発明に係るモータの制御装置は、さらに、前記温度検出回路の検出結果を、前記高電圧回路領域から前記低電圧回路領域にワイヤレス伝送する信号伝送用絶縁部品を備え、
当該信号伝送用絶縁部品は、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って、前記温度検出回路が備えられる前記高電圧回路領域の前記トランスと並べて配置されることを特徴とする。
【００１９】
上述したように、低電圧回路領域の両側に高電圧回路領域が並べて配置され、低電圧回路領域の両側に絶縁領域が形成される。つまり、絶縁領域は、低電圧回路領域と高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って形成され、この境界線に沿ってトランスと信号伝送用絶縁部品とが配置される。高電圧回路領域と低電圧回路領域とを接続する絶縁部品は、既に設けられている絶縁領域にトランスと共に一列に並んで配置される。従って、温度検出回路の検出結果を低電圧回路領域へ伝送するために基板の面積を広げる必要がなく、小型化が可能な交流モータの制御装置を提供することができる。
【００２０】
ここで、本発明に係るモータの制御装置は、さらに、基板を固定するための固定部材が貫通する貫通孔を備え、前記貫通孔が、前記低電圧回路領域内において、前記上段用駆動回路の側に寄せて設けられると好適である。
【００２１】
低電圧回路領域の両側に高電圧回路領域が並べられるので、低電圧回路領域は基板の中央部に配置される。一般に基板は略長方形の形状をしており、その四隅に基板を固定するためのボルトなどの固定部材が貫通する貫通孔が設けられる。本特徴構成によれば、さらに基板の中央部に配置される低電圧回路領域にも貫通孔が設けられる。高電圧回路領域やトランスなどには大きな電流が流れるので基板が熱せられ易く、過熱により基板に反りなどの変形が生じる可能性がある。しかし、本特徴構成のように、基板の中央部にも貫通孔を設けることによって、反りを抑制して基板を確実に固定することができる。また、固定部材には金属製のボルトが用いられることが多いが、低電圧回路領域に固定部材が貫通する貫通孔が設けられることにより、短い絶縁距離で絶縁性を確保することができ、かつ車載用途に要求される高い対振動性を確保することができる。従って、貫通孔を設けることによる基板面積の増大を抑制することができる。さらに、貫通孔は、低電圧回路領域を挟んで両側に並べて配置される高電圧回路領域の内、上段用駆動回路の側に寄せて設けられるので、低電圧回路領域への部品実装を妨げることがなく、電源制御回路などが好適な位置に配置される。
また、上述したように、絶縁距離が短くてもよい下段側駆動回路の高電圧回路領域は、上段側駆動回路の高電圧回路領域に比べて多くの部品を実装することができる。例えば、温度検出回路などの付加回路を下段側駆動回路と共に高電圧回路領域に設けることができる。高電圧回路領域の付加回路の出力が低電圧回路領域へ伝送されると、制御回路において付加回路の処理結果を利用した制御が可能となる。このため、下段側駆動回路と低電圧回路領域との間に伝送部品が実装される場合がある。貫通孔が、上段側駆動回路の側に寄せて設けられると、このような伝送部品を設ける際のスペースを下段側駆動回路と低電圧回路領域との間に確保することができる。その結果、付加回路を設けることによって基板の面積が増大することがなく好適である。
【００２２】
また、本発明に係るモータの制御装置は、
前記インバータ回路の電源電圧よりも低い電源電圧で生成され、前記各アームが有する前記スイッチング素子を駆動する各駆動信号を、前記低電圧回路領域から前記高電圧回路領域にそれぞれワイヤレス伝送する信号伝送用絶縁部品を備え、
各信号伝送用絶縁部品は、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って前記各トランスと並べて配置されることを特徴とする。
【００２３】
低電圧回路領域と高電圧回路領域とは、所定の絶縁距離を介して離間され、その間には絶縁領域が形成される。上述したように、高電圧回路領域は、低電圧回路領域を挟んで、低電圧回路領域の両側に並べて配置される。従って、絶縁領域は、低電圧回路領域を挟んで低電圧回路領域の両側に形成される。つまり、絶縁領域は、低電圧回路領域と高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って形成され、この境界線に沿ってトランスと信号伝送用絶縁部品とが配置される。低電圧回路領域と高電圧回路領域とを絶縁状態で結合する絶縁部品が一列に並んで配置されるので、必要最低限の絶縁領域を設けることで足りる。その結果、低電圧回路領域と高電圧回路領域との絶縁を確保し、且つ小型化が可能な交流モータの制御装置を提供することができる。
また、上述したように温度検出回路の検出結果を伝送する信号伝送用絶縁部品が備えられる場合には、駆動信号を伝送する信号伝送用絶縁部品と、温度検出回路の検出結果を伝送する信号伝送用絶縁部品と、トランスとを、既に設けられている絶縁領域上の上記境界線に沿って一列に並べることができる。その結果、基板の面積を増大させることなく、モータの制御装置を小型化することができる。
【００２４】
また、本発明に係るモータの制御装置は、
前記インバータ回路から各駆動回路へのフィードバック信号を、前記高電圧回路領域から前記低電圧回路領域にワイヤレス伝送する信号伝送用絶縁部品を備え、
当該信号伝送用絶縁部品は、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って、前記各トランスと並べて配置されることを特徴とする。
【００２５】
上述したように、高電圧回路領域は、低電圧回路領域の両側に並べて配置され、絶縁領域は、低電圧回路領域の両側に形成される。つまり、絶縁領域は、低電圧回路領域と高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って形成され、この境界線に沿ってトランスと信号伝送用絶縁部品とが配置される。高電圧回路領域と低電圧回路領域とを接続する絶縁部品は、既に設けられている絶縁領域においてトランスと共に一列に並んで配置される。従って、フィードバック信号を低電圧回路領域へ伝送するために基板の面積を広げる必要がなく、小型化が可能な交流モータの制御装置を提供することができる。
また、上述したような駆動信号を伝送する信号伝送用絶縁部品や、温度検出回路の検出結果を伝送する信号伝送用絶縁部品が備えられる場合には、これらの信号伝送用絶縁部品と、当該フィードバック信号を伝送する信号伝送用絶縁部品と、トランスとを、既に設けられている絶縁領域上の上記境界線に沿って一列に並べることができる。その結果、基板の面積を増大させることなく、モータの制御装置を小型化することができる。
【００２６】
また、本発明に係るモータの制御装置は、さらに、前記電源制御回路が、複数の前記トランス間の略中心部に配置されることを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、電源制御回路と各トランスとを接続する配線の内の最大配線長を短くすることができ、また、総配線長も抑制することができる。配線が長くなると、ノイズが発生しやすくなるが、最大配線長を短く抑えることができるのでノイズの発生を抑制できる。また、配線の量が多くなるとノイズを発生しやすくなるが、総配線長を抑制することにより、ノイズの発生を抑制することができる。さらに、電源制御回路から各トランスへの配線長が均一化されるため、各トランスの二次側電圧の電源特性を均一化することができ、駆動回路及びインバータ回路の動作を安定化することができる。
【００２８】
また、本発明に係るモータの制御装置は、基板を固定するための固定部材が貫通する貫通孔を備え、当該貫通孔は、前記低電圧回路領域内において、前記低電圧回路領域を挟んで両側に並べて配置される前記高電圧回路領域の何れか一方の側に寄せて設けられることを特徴とする。
【００２９】
低電圧回路領域の両側に高電圧回路領域が並べられるので、低電圧回路領域は基板の中央部に配置される。一般に基板は略長方形の形状をしており、その四隅に基板を固定するためのボルトなどの固定部材が貫通する貫通孔が設けられる。本特徴構成によれば、さらに基板の中央部に配置される低電圧回路領域にも貫通孔が設けられる。高電圧回路領域やトランスなどには大きな電流が流れるので基板が熱せられ易く、過熱により基板に反りなどの変形が生じる可能性がある。しかし、本特徴構成のように、基板の中央部にも貫通孔を設けることによって、反りを抑制して基板を確実に固定することができる。また、固定部材には金属製のボルトが用いられることが多いが、低電圧回路領域に固定部材が貫通する貫通孔が設けられることにより、短い絶縁距離で絶縁性を確保することができ、かつ車載用途に要求される高い対振動性を確保することができる。従って、貫通孔を設けることによる基板面積の増大を抑制することができる。さらに、貫通孔は、低電圧回路領域を挟んで両側に並べて配置される高電圧回路領域の何れか一方の側に寄せて設けられるので、低電圧回路領域への部品実装を妨げることがなく、電源制御回路などが好適な位置に配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、電気自動車やハイブリッド自動車の動力用モータを制御するモータの制御装置を例として、本発明の実施形態を説明する。はじめに、図１〜図３を参照して、モータの制御装置の回路構成について説明する。図１は、本発明のモータの制御回路の回路構成を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、三相交流モータ９（以下、適宜「モータ」と称する。）を制御するモータ制御装置は、ＩＧＢＴモジュール１、ＩＧＢＴ制御基板２、モータ制御基板３を有して構成される。
【００３１】
ＩＧＢＴモジュール１には、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用い、直流を３相交流に変換するインバータ回路が構成されている。インバータ回路は、図１に示すように、６つのＩＧＢＴ１０（１１〜１６）、各ＩＧＢＴ１０に並列接続されるフライホイールダイオード１０ａを備えて構成される。尚、スイッチング素子はＩＧＢＴに限らず、バイポーラ型、電界効果型、ＭＯＳ型など種々の構造のパワートランジスタを用いてインバータ回路を構成することも可能である。インバータ回路は、本実施形態では、例えば、金属ベース上にセラミックス系の絶縁基板を介してＩＧＢＴ１０やフライホイールダイオード１０ａが載置されて一体化されたモジュール構造を有している。インバータ回路には、ＩＧＢＴ１０の過電流や過熱を検出するためのセンサ回路１０ｂ（図２参照）も構成されており、一体化されてＩＧＢＴモジュール１を構成している。尚、インバータ回路は、通常の基板上にＩＧＢＴ１０やフライホイールダイオード１０ａを実装することによって構成されてもよい。
【００３２】
図１において、インバータ回路の各アームは、１つのＩＧＢＴ１０によって構成されている。しかし、ＩＧＢＴの電流容量などの制限により、複数のＩＧＢＴを並列させて１つのアームが構成される場合もある。特にモジュール構造のインバータ回路の場合には、ベアチップをセラミックス系の絶縁基板を介して金属ベース上に載置することによって回路が構成される場合もあり、しばしば、複数のＩＧＢＴのベアチップを並列させて、１つのアームが構成される。従って、１つのアームのＩＧＢＴ（スイッチング素子）とは、必ずしも図１に示すような単一のＩＧＢＴを示すのではなく、１つのアームにおいて並列接続されているＩＧＢＴの全てを示す場合もある。また、１つのアームが並列接続された２つのＩＧＢＴで構成されている場合、１つの駆動信号で２つのＩＧＢＴを制御しても良いし、２つの駆動信号でそれぞれのＩＧＢＴを制御してもよい。
【００３３】
ＩＧＢＴモジュール１には、高圧電源としての高圧バッテリ５５から、プラス側電圧ＰＶ、マイナス側電圧ＮＶ（一般にグラウンド）の直流電圧が印加され、三相交流Ｕ、Ｖ、Ｗに変換される。モータ９が電気自動車やハイブリッド自動車の動力用モータである場合、ＩＧＢＴモジュール１には数百ボルトの直流電圧が入力される。図１に示すように、ＩＧＢＴモジュール１からは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のモータ駆動電流が出力される。これらのモータ駆動電流は、ケーブルを介してモータ９へと出力され、モータ９のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータコイルと接続される。
【００３４】
モータ制御基板３には、インバータ回路の電源電圧よりも遥かに低電圧で動作するモータ制御回路が構成されている。モータ制御基板３へは、低圧電源としての低圧バッテリ７５から、例えば１２ボルト程度の直流電圧が供給される。尚、低圧電源は、低圧バッテリ７５に限らず、高圧バッテリ５５の電圧を降圧するＤＣ−ＤＣコンバータなどによって構成されてもよい。
【００３５】
モータ制御基板３には、車両の運行を制御する不図示のＥＣＵ（electronic control unit）などからＣＡＮ（controller area network）などの通信によって取得する指令（外部指令）に従って、モータ９を制御するモータ制御回路３０が構成されている。モータ制御回路３０は、モータ９を制御するためにインバータ回路の各アームのＩＧＢＴ１０を駆動する駆動信号を生成する。本実施形態では、スイッチング素子がＩＧＢＴであり、ＩＧＢＴの制御端子はゲート端子であるので、駆動信号をゲート駆動信号と称する。また、モータ制御回路３０は、モータ９の挙動を検出する電流センサ９１や回転センサ９２からの検出信号を受け取り、モータ９の動作状態に応じたフィードバック制御を実行する。
【００３６】
図１では電流センサ９１は、ＩＧＢＴモジュール１とモータ９との間に備えられているが、ＩＧＢＴモジュール１に内蔵されていてもよい。また、図１では、Ｕ相、Ｖ相の２相のみの電流を測定している。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相電流は平衡状態にあり、瞬時の総和は零であるので、２相の電流を測定して残りの1相の電流は演算により求められる。回転センサ９２は、例えばレゾルバが用いられる。
【００３７】
モータ制御回路３０は、マイクロコンピュータやＤＳＰ（digital signal processor）などを中核部品として構成される。また、マイクロコンピュータやＤＳＰなどの動作電圧は、一般的に３．３ボルトや５ボルトであるから、モータ制御回路３０には、低圧バッテリ７５から供給される１２ボルトの電源電圧から動作電圧を生成するレギュレータ回路も構成されている。
【００３８】
ＩＧＢＴ制御基板２には、モータ制御回路３０において生成されたゲート駆動信号に基づいてインバータ回路の各アームが有するＩＧＢＴ１０を駆動するゲート駆動回路２０が構成されている。また、ＩＧＢＴ制御基板２には、モータ制御回路３０において生成された低電圧の直流電源の電力をゲート駆動回路に供給する電力供給回路が備えられている。電力供給回路は、絶縁部品ＩＳとしてのトランスＬにより構成される（図２参照）。詳細は後述するが、絶縁部品ＩＳとして、モータ制御回路３０が生成したゲート駆動信号をゲート駆動回路に伝送するフォトカプラＰもＩＧＢＴ制御基板２に実装されている（図２参照）。また、ＩＧＢＴ制御基板２には、電力供給回路としてのトランスを制御するための電源制御回路２７も構成されている。
【００３９】
図１を参照して上述したように、ＩＧＢＴモジュール１に構成されたインバータ回路は高電圧で動作する高電圧回路５０であり、モータ制御基板３に構成されたモータ制御回路３０は低電圧で動作する低電圧回路７０である。そして、ＩＧＢＴ制御基板２は、ＩＧＢＴモジュール１に接続される高電圧回路５０と、モータ制御基板３に接続される低電圧回路７０との双方を有している。詳細は後述するが、高電圧回路５０と低電圧回路７０とは、ＩＧＢＴ制御基板２において所定の絶縁距離を有して離間して配置される。高電圧回路５０と低電圧回路７０とは、上述したような絶縁部品ＩＳによってワイヤレスで結合される。
【００４０】
図２は、ＩＧＢＴ制御基板２におけるワイヤレス結合の形態を模式的に示すブロック図である。ここでは、インバータ回路の１つのアームの回路群１０Ａに対応させたワイヤレス結合の形態を示している。尚、図２では、１つのアームが１つの回路群１０Ａを有して構成される場合を例示しているが、上述したように、１つのアームが複数のＩＧＢＴ１０を含み、複数の回路群１０Ａを有して構成されている場合もある。
【００４１】
低電圧回路７０に属するモータ制御回路３０において生成されたゲート駆動信号は、ＩＧＢＴ制御基板２に実装された絶縁部品ＩＳであるフォトカプラＰの入力端子に接続される。フォトカプラＰの出力端子は、高電圧回路５０に属するＩＧＢＴ制御基板２の高電圧回路領域５に実装されたゲート駆動回路２０のドライバ２０ａに接続される。ＩＧＢＴ制御基板２の高電圧回路領域５については、後述する。フォトカプラＰは、入力側に発光ダイオード、出力側にフォトダイオード又はフォトトランジスタを備え、入力側から出力側へ光によってワイヤレス伝送する公知の絶縁部品である。フォトカプラＰによって、低電圧回路７０と高電圧回路５０との絶縁が保たれた状態で、モータ制御回路３０からゲート駆動回路２０へゲート駆動信号が伝送される。そして、ゲート駆動回路２０のドライバ２０ａにより、高電圧回路５０に属するＩＧＢＴモジュール１のＩＧＢＴ１０が駆動制御される。
【００４２】
上述したようにＩＧＢＴ１０に付随して、過電流や過熱を検出するためのセンサ回路１０ｂが設けられている。図２に示すように、本例ではセンサ回路１０ｂは温度センサ１０ｃと過電流検出器１０ｄとを有して構成されている。温度センサ１０ｃは、サーミスタやダイオードであり、温度によって変化する端子間電圧がゲート駆動回路２０の診断回路２０ｂによって検出される。過電流検出器１０ｄは、例えばＩＧＢＴ１０に流れる大電流に比例し、かつその比が１００万分の１〜１０万分の１程度となる微小電流を検出することでＩＧＢＴ１０に流れる大電流が所定値を超えたことを検出するものであり、その検出結果を診断回路２０ｂが受け取る。
【００４３】
診断回路２０ｂは、温度センサ１０ｃの端子間電圧が所定の値を下回った場合には過熱状態であると判定する。また、過電流検出器１０ｄから異常との検出結果を受け取った場合には短絡などにより過電流発生状態であると判定する。そして、診断回路２０ｂは、過熱状態及び過電流発生状態の少なくとも一方であることを判定すると、診断信号を出力する。診断信号により、ドライバ２０ａは、モータ制御回路３０からフォトカプラＰを介して受け取るゲート駆動信号に拘らず、ＩＧＢＴ１０をオフ状態に制御する。
【００４４】
診断信号は、モータ制御回路３０にも伝達される。診断回路２０ｂは、ＩＧＢＴ制御基板２の高電圧回路領域５に構成される高電圧回路５０である。従って、診断信号は、絶縁部品ＩＳとしてのフォトカプラＰを介してワイヤレスでモータ制御回路３０へ伝送される。モータ制御回路３０へは、過熱、過電流など、異常の原因は伝達されないが、少なくとも異常状態が発生していることは知ることができる。そして、モータ制御回路３０は、モータ９の停止処理など、異常対応処理を実行する。
【００４５】
上述したように温度センサ１０ｃの端子間電圧は診断回路２０ｂで測定可能であるので、診断回路２０ｂにおいて、又は診断回路２０ｂの近傍において温度を検出する温度検出回路２０ｃを設けることが可能である。図２には、診断回路２０ｂの近傍に温度検出回路２０ｃが設けられる場合を例示している。温度検出回路２０ｃは、インバータ回路の全てのアームに対応するゲート駆動回路２０に付随して設けられる必要はないので、図２では破線で示している。温度検出回路２０ｃは、ＩＧＢＴ制御基板２の高電圧回路領域５に設けられるので、診断信号と同様に絶縁部品ＩＳとしてのフォトカプラＰを介してワイヤレスでモータ制御回路３０へ伝送される。
【００４６】
上述したように、ＩＧＢＴ制御基板２には、モータ制御回路３０において生成された低電圧の直流電源の電力をゲート駆動回路に供給する電力供給回路が備えられている。図３は、電力供給回路の構成を模式的に示すブロック図である。以下、図１〜図３を参照して、電力供給回路について説明する。
【００４７】
電力供給回路は、絶縁部品ＩＳとしてのトランスＬにより構成される。トランスＬへの一次電圧Ｖ１は、低電圧回路７０であるモータ制御回路３０（モータ制御基板３）の定電圧回路において一定の電圧に安定化されて供給される。上述したようにモータ制御基板３０には、例えば１２ボルトの電源電圧が供給されるが、バッテリ７５の電圧は負荷によって変動する。そこで、定電圧回路としての昇圧レギュレータや降圧レギュレータなどにより、例えば１５〜１８ボルト程度に昇圧されたり、８〜１０ボルト程度に降圧されたりして、定電圧の一次電圧Ｖ１がトランスＬへ供給される。
【００４８】
トランスＬは、本実施形態においては、インバータ回路の６つのアームのそれぞれに対応して、トランスＬ１〜Ｌ６の６つが備えられている。各トランスＬ１〜Ｌ６からは、それぞれ二次電圧Ｖ２１〜Ｖ２６が出力される。各トランスＬ１〜Ｌ６は同じ構成であり、ほぼ同電圧の二次電圧Ｖ２が出力される。図３中のダイオードＤ１〜Ｄ１２は整流用ダイオードであり、コンデンサＣ１〜Ｃ６は平滑用コンデンサ、コンデンサＣ７は一次電圧安定化用のコンデンサである。
【００４９】
ＩＧＢＴ制御基板２には、低電圧回路７０に属する電源制御回路２７が構成されており、電力供給回路としてのトランスＬを制御する。電源制御回路２７は、一次側コイルに印加される電圧を制御するトランジスタ２７ｂ及び２７ｃと、トランジスタ２７ｂ及び２７ｃを制御する制御回路２７ａとを有して構成されている。本実施形態の電源制御回路２７は、プッシュ−プル型の構成を採用している。トランスＬは、インバータ回路の６つのアームに対応して６つ設けられているが、電源制御回路２７は全てのトランスＬ１〜Ｌ６を一括して制御する。また、上述したように、トランスＬへの一次電圧Ｖ１は、安定化されているので、二次電圧Ｖ２を一次側にフィードバックすることなく、トランスＬの変圧比によって二次電圧Ｖ２が決定される。
【００５０】
トランスＬは、一次側コイルと二次側コイルとの間を電磁結合して信号やエネルギーを伝送する公知の絶縁部品である。従って、低電圧回路７０と高電圧回路５０との絶縁を保って、ゲート駆動回路２０などへ電源電圧を供給することができる。
【００５１】
上述したように、ＩＧＢＴ制御基板２は、高電圧回路５０と低電圧回路７０との両回路を有し、両回路を絶縁部品ＩＳでワイヤレスに結合することによって、絶縁を保っている。以下、図４及び図５を参照して、ＩＧＢＴ制御基板２の具体的なレイアウトについて説明する。図４は、ＩＧＢＴ制御基板２の回路配置例を示す配置図であり、図５は、ＩＧＢＴ制御基板２への具体的な部品配置例を示す配置図である。
【００５２】
図４及び図５に示すように、ＩＧＢＴ制御基板２には、頭部を図示左側にして略Ｔ字形状に低電圧回路領域７が形成されている。Ｔ字形状の頭部、図示左上の低電圧回路領域７には、コネクタ４８が備えられている。このコネクタ４８は、上述したモータ制御基板３と不図示のハーネスによって接続されている。ＩＧＢＴ制御基板２の低電圧回路領域７０には、コネクタ４８を介して、モータ制御回路３０からインバータ回路の各アームに対応したゲート駆動信号が伝達される。また、電源制御回路２７を動作させる電源電圧や、トランスＬの一次側電圧Ｖ１も、コネクタ４８を介してモータ制御基板３から伝達される。図５に示すように、コネクタ４８の図示下方には、低電圧回路２８が構成されており、コネクタ４８を介して入出力される信号のドライバ回路やレシーバ回路が構成される。また、この低電圧回路２８において、トランスＬの一次電圧を生成してもよい。
【００５３】
ＩＧＢＴ制御基板２には、高電圧回路領域５も形成されている。高電圧回路領域５は、インバータ回路の各アームに対応して、６つ形成されている。上述したように各高電圧回路領域５は、各アームが有するＩＧＢＴ１０を駆動するゲート駆動回路２０を、少なくとも１つ有している。図２に示したように、本例では、ゲート駆動回路２０と１つのアームの１つの回路群１０Ａとは５本の信号線で接続される。ＩＧＢＴモジュール１は、これらの信号線に相当する端子接続用のピンを有している。図４及び図５に示すＩＧＢＴ制御基板２のスルーホール４に当該ピンを半田溶接することによって、ゲート駆動回路２０と回路群１０Ａとが接続される。尚、本実施形態では、インバータ回路の１つのアームは、２つのＩＧＢＴ１０を並列接続して構成されている。つまり、１つのアームには２つの回路群１０Ａが備えられ、１つのゲート駆動回路２０は２つの回路群１０Ａと接続される。このため、１つのゲート駆動回路２０には、１０個のスルーホール４が設けられている。
【００５４】
高電圧回路領域５は、Ｔ字形状の胴体部に相当する低電圧回路領域７を挟んで、その両側に複数（本例では３つずつ）並べて配置される。この際、ゲート駆動回路２０は、低電圧回路領域７との間に所定の絶縁距離ｄ１を設けて配置される。また、ゲート駆動回路２０は、隣合うゲート駆動回路２０との間に所定の絶縁距離ｄ２又はｄ３を設けて配置される。ゲート駆動回路２０と低電圧回路領域７との間に所定の絶縁距離ｄ１を設けることにより、低電圧回路領域７に沿って絶縁領域６が形成される。また、さらに、隣合うゲート駆動回路２０の間に所定の絶縁距離ｄ２、ｄ３を設けることにより、Ｔ字形状の低電圧回路領域７の胴体部側を基部として、低電圧回路領域７の両側に櫛状の絶縁領域６が形成される。
【００５５】
Ｔ字形状の低電圧回路領域７の胴体部に沿って形成された絶縁領域６を架け越して、電力供給回路としてのトランスＬ１〜Ｌ６が備えられ、低電圧回路領域７と各高電圧回路領域５とがそれぞれ絶縁状態で結合される。即ち、各トランスＬ１〜Ｌ６の低電圧回路領域７には一次側電圧Ｖ１が印加され、各トランスＬ１〜Ｌ６の高電圧回路領域５には二次側電圧Ｖ２が出力される。高電圧の二次側電圧Ｖ２は、各トランスＬ１〜Ｌ６に対応する高電圧回路領域５のゲート駆動回路２１〜２６の側にのみ現れるので、ＩＧＢＴ制御基板２内において高電圧の配線が長い距離を引き回されることがない。従って、絶縁距離を確保するために部品を実装することのできない絶縁領域６の面積を広げる必要がなく、基板を有効に利用することができる。
【００５６】
各トランスＬ１〜Ｌ６は、低電圧回路領域７に構成された共通の電源制御回路２７によって制御される。従って、ＩＧＢＴ制御基板２の面積を抑制することが可能となり、モータの制御装置を小型化することができる。さらに、図４及び図５に示すように、電源制御回路２７は、複数のトランスＬ１〜Ｌ６の間の略中心部に配置される。従って、電源制御回路２７と各トランスＬ１〜Ｌ６とを接続する配線の内の最大配線長、例えばトランスＬ４やＬ３への配線長を短くすることができる。配線が長くなると、ノイズが発生しやすくなるが、最大配線長を短く抑えることができるのでノイズの発生を抑制できる。また、当然ながら、トランスＬ１〜Ｌ６への配線長を積算した総配線長も抑制することができる。配線の量が多くなるとノイズを発生しやすくなるが、総配線長を抑制することにより、ノイズの発生を抑制することができる。さらに、電源制御回路２７から各トランスＬ１〜Ｌ６への配線長が均一化されるため、各トランスＬ１〜Ｌ６の二次側電圧Ｖ２（Ｖ２１〜Ｖ２６）の電源特性を均一化することができ、ゲート駆動回路２０及びインバータ回路の動作を安定化することができる。
【００５７】
また、Ｔ字形状の低電圧回路領域７の胴体部に沿って形成された絶縁領域６を架け越して、信号伝送用絶縁部品としてのフォトカプラＰ（Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１、Ｐ５１、Ｐ６１）が備えられる。これらのフォトカプラＰは、低電圧回路領域７と高電圧回路領域５とが対向する境界線に沿って各トランスＬ１〜Ｌ６と並べて配置される。低電圧回路領域７と高電圧回路領域５とを接続する絶縁部品ＩＳが一列に並んで配置されるので、ＩＧＢＴ制御基板２には必要最低限の絶縁領域６を設けることで足りる。
【００５８】
これらのフォトカプラＰにより、モータ制御回路３０が生成した各アームに対応するゲート駆動信号が、低電圧回路領域７と各高電圧回路領域５（ゲート駆動回路２１〜２６）との間において絶縁状態で結合される。つまり、インバータ回路の電源電圧よりも低い電源電圧で生成された各ゲート駆動信号が低電圧回路領域７から高電圧回路領域５の各ゲート駆動回路２１〜２６にそれぞれワイヤレス伝送される。そして、各ゲート駆動信号は、各ゲート駆動回路２１〜２６から各ＩＧＢＴ１０に伝送されて、各ＩＧＢＴ１０を制御する。
【００５９】
さらに、Ｔ字形状の低電圧回路領域７の胴体部に沿って形成された絶縁領域６を架け越して、別のフォトカプラＰ（Ｐ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２、Ｐ５２、Ｐ６２）が信号伝送用絶縁部品として備えられる。これらのフォトカプラＰにより、インバータ回路から各駆動回路２１〜２６へ伝達されたフィードバック信号が、高電圧回路領域５から低電圧回路領域７にワイヤレス伝送される。
【００６０】
これらのフォトカプラＰは、低電圧回路領域７と高電圧回路領域５とが対向する境界線に沿って各トランスＬ１〜Ｌ６、及びゲート駆動信号を伝送するフォトカプラＰ（Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１、Ｐ５１、Ｐ６１）と並べて配置される。低電圧回路領域７と高電圧回路領域５とを接続する絶縁部品ＩＳが一列に並んで配置されるので、ＩＧＢＴ制御基板２には必要最低限の絶縁領域６を設けることで足りる。また、ＩＧＢＴ制御基板２の絶縁領域６にスリットを設けることによって絶縁性能を向上させる際に、トランスＬ及びフォトカプラＰの下面、即ち上記境界線に沿った絶縁領域６を直線的に加工してスリットを形成することが可能となる。
【００６１】
上述したように、ゲート駆動回路２０は、インバータ回路の各アームに対応して設けられている。図１に示すインバータ回路の直流電源のプラス側電圧ＰＶに接続されるアームを上段側アーム、マイナス側電圧ＮＶに接続されるアームを下段側アームと称して、以下、各アームとゲート駆動回路２０との対応を説明する。
【００６２】
Ｕ相上段側アームのＩＧＢＴ１１は、ゲート駆動回路２１によって、
Ｖ相上段側アームのＩＧＢＴ１２は、ゲート駆動回路２２によって、
Ｗ相上段側アームのＩＧＢＴ１３は、ゲート駆動回路２３によって、
Ｕ相下段側アームのＩＧＢＴ１４は、ゲート駆動回路２４によって、
Ｖ相下段側アームのＩＧＢＴ１５は、ゲート駆動回路２５によって、
Ｗ相下段側アームのＩＧＢＴ１６は、ゲート駆動回路２６によって、
駆動される。以下、適宜、ゲート駆動回路２１〜２３を上段側ゲート駆動回路（上段側駆動回路）と称し、ゲート駆動回路２４〜２６を下段側ゲート駆動回路（下段側駆動回路）と称する。
【００６３】
そして、図４及び図５に示すように、ゲート駆動回路２１〜２６の内、上段側アームのＩＧＢＴ１１〜１３を駆動する上段側ゲート駆動回路２１〜２３は、低電圧回路領域７の一方の側、図示上側に並べて配置される。また、下段側アームのＩＧＢＴ１４〜１６を駆動する下段側ゲート駆動回路２４〜２６は、低電圧回路領域７の他方の側、図示下側に並べて配置される
【００６４】
図１に示したように、インバータ回路において、上段側アームのＩＧＢＴ１１〜１３は直流電源のプラス側電圧ＰＶに接続され、下段側アームのＩＧＢＴ１４〜１６は直流電源のマイナス側電圧ＮＶに接続される。このため、上段側アームのＩＧＢＴ１１〜１３、及び下段側アームのＩＧＢＴ１４〜１６は、それぞれ一列に並べて配置した方がプラス側電圧ＰＶ及びマイナス側電圧ＮＶとの接続が容易である。従って、ＩＧＢＴ１０を駆動する駆動回路２０も、上段側ゲート駆動回路２１〜２３及び下段側ゲート駆動回路２４〜２６のそれぞれを一列に並べて配置した方が効率的な配線を行うことができる。
【００６５】
上述したように、ゲート駆動回路２０は、隣合うゲート駆動回路２０との間に所定の絶縁距離ｄ２又はｄ３を設けて配置される。具体的には、上段側ゲート駆動回路２１〜２３は、隣合うゲート駆動回路との間に所定の絶縁距離ｄ２を設けて配置され、下段側ゲート駆動回路２４〜２６は、隣合うゲート駆動回路との間に所定の絶縁距離ｄ３を設けて配置される。ここで、絶縁距離ｄ２は、絶縁距離ｄ３に比べて長い距離である（図４参照）。つまり、隣合う上段側ゲート駆動回路２１〜２３の間に設けられる絶縁距離ｄ２は、隣合う下段側ゲート駆動回路２４〜２６の間に設けられる絶縁距離ｄ３よりも長く設定される。
【００６６】
インバータ回路の直流電源電圧の内、電圧が高いプラス側電圧ＰＶと接続される上段側アームのＩＧＢＴ１１〜１３は、オン状態となった時にエミッタ端子の電位が電圧ＰＶの近くまで上昇する。下段側アームのＩＧＢＴ１４〜１６は、電圧が低いマイナス側電圧ＮＶ（一般にグラウンド）と接続されるため、オン状態となった時にもエミッタ端子はマイナス側電圧ＮＶである。図１及び図２に示したように、ゲート駆動回路２０は、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と、エミッタ端子との２端子間の電位差を制御することによって、ＩＧＢＴ１０を駆動する。従って、上段側アームのＩＧＢＴ１１〜１３と接続される上段側ゲート駆動回路２１〜２３の電位は、ＩＧＢＴ１１〜１３がオン状態となった時に電圧ＰＶ近くまで上昇する。そこで、絶縁距離ｄ３に比べて絶縁距離ｄ２を長い距離に設定することにより、上段側ゲート駆動回路２１と２２との間、２２と２３の間に充分な絶縁距離を確保する。尚、下段側ゲート駆動回路２４〜２６は、ＩＧＢＴモジュール１の電位ＮＶの配線に流れる大電流がスルーホール４経由で流入しない程度の最小限度の絶縁距離を確保すればよい。
【００６７】
図４及び図５に示す符号８は、ＩＧＢＴ制御基板２を固定するための固定部材が貫通する貫通孔である。固定部材には、例えば金属性のボルトが用いられる。一般的な構成として、ＩＧＢＴ制御基板２の四隅には、当該基板を固定するための貫通孔８１〜８４が設けられる。本実施形態においては、さらに、４つの貫通孔８５〜８８が設けられる。これら４つの貫通孔８５〜８８は、長方形状の当該基板の中心線の近傍に設けられる。高電圧回路領域５やトランスＬなどには大きな電流が流れるので、ＩＧＢＴ制御基板２は熱せられ易く、過熱により基板に反りなどの変形が生じる可能性がある。しかし、基板の四隅の貫通孔８１〜８４に加えて、基板の中央部にも貫通孔８５〜８８を設けることによって、反りを抑制してＩＧＢＴ制御基板２が確実に固定され、かつ車載用途に要求される高い耐振動性を確保することができる。
【００６８】
貫通孔８５〜８７は、定電圧回路領域７の中において所定の絶縁距離を確保して設けられる。固定部材に金属製のボルトが用いられる場合、ボルトが貫通する貫通孔８を高電圧回路領域５内に設けるよりも、低電圧回路領域７内に設ける方が短い絶縁距離で絶縁性を確保することができる。つまり、貫通孔８を通常よりも多く設けても、基板面積の増大を抑制することができる。さらに、貫通孔８６及び８７は、低電圧回路領域７の中において、低電圧回路領域７を挟んで両側に並べて配置される高電圧回路領域５の何れか一方の側に寄せて設けられる。図５に示すように、低電圧回路領域７への部品実装を妨げることがなく、電源制御回路２７などを好適な位置に配置することが可能となる。
【００６９】
図４及び図５に示すように、本実施形態においては、貫通孔８６及び８７が、低電圧回路領域７内において、上段用ゲート駆動回路２１〜２３の側に寄せて設けられている。以下、その理由について説明する。
【００７０】
上述したように、下段側ゲート駆動回路２４〜２６が備えられる高電圧回路領域５は、上段側ゲート駆動回路２１〜２３よりも絶縁距離が短くてもよい。従って、当該高電圧回路領域５は、絶縁領域が小さくなる分、上段側ゲート駆動回路２１〜２３が備えられる高電圧回路領域５に比べて多くの部品を実装することができる。例えば、温度検出回路２０ｃなどの付加回路を下段側のゲート駆動回路２４〜２６と共に高電圧回路領域５に設けることができる。
【００７１】
高電圧回路領域５の付加回路の出力が、低電圧回路領域７へ伝送され、コネクタ４８を介してモータ制御回路３０に伝達されると、モータ制御回路３０において付加回路の処理結果を利用した制御が可能となる。下段側ゲート駆動回路２４〜２６から低電圧回路領域７へ付加回路の出力を伝送するには、絶縁領域６を架け越してフォトカプラなどの信号伝送用絶縁部品が実装される必要がある。貫通孔８６や８７が、下段側ゲート駆動回路２４〜２６の側に寄せて備えられると、このような追加的な信号伝送用絶縁部品を実装するスペースが奪われる。しかし、貫通孔８６及び８７が、上段側のゲート駆動回路２１〜２３の側に寄せて設けられると、追加的な信号伝送用絶縁部品を実装するスペースが確保される。
【００７２】
さらに、図４及び図５に示すように、貫通孔８６及び８７が、低電圧回路領域７内の上段側ゲート駆動回路２１〜２３の側に寄せて配置されると共に、ゲート駆動回路２１と２２との間の絶縁領域６、及びゲート駆動回路２２と２３との間の絶縁領域６に沿った位置に配置されると好適である。貫通孔８６及び８７が上段側ゲート駆動回路２１〜２３の側に寄せて配置されても、上段側ゲート駆動回路２１〜２３との間に充分な絶縁距離が確保される。
【００７３】
本実施形態では、少なくとも１つのＩＧＢＴ１５の温度を検出する温度センサ１０ｃの検出結果に基づいて、ＩＧＢＴ１５の温度を検出する温度検出回路２０ｃが、下段側ゲート駆動回路２５と共に高電圧回路領域５に設けられる例を示している。異常な過熱状態が発生しない状態においては、全てのＩＧＢＴ１０が同様の温度上昇傾向を示すので、何れか１つのＩＧＢＴ１０の温度を測定しておけば充分である。また、ＩＧＢＴ１０の配置により差異は、予め配置による誤差修正マップ等を作成しておくことによって、モータ制御回路３０において補正することも可能である。
【００７４】
温度検出回路２０ｃの検出結果は、高電圧回路領域５のゲート駆動回路２５から低電圧回路領域７へ伝送される。図４に示すように、低電圧回路領域７に沿って形成された絶縁領域６を架け越して、信号伝送用絶縁部品としてのフォトカプラＰ（Ｐ５３）が備えられる。このフォトカプラＰ５３は、低電圧回路領域７と高電圧回路領域５とが対向する境界線に沿って、温度検出回路２０ｃが備えられるゲート駆動回路２５のトランスＬ５及びフォトカプラＰ５１、Ｐ５２と並べて配置される。図４及び図５に示すように、本実施形態においては、貫通孔８６及び８７が、低電圧回路領域７内において、上段用のゲート駆動回路２１〜２３の側に寄せて設けられている。このため、追加的な信号伝送用絶縁部品であるフォトカプラＰ５３を実装するスペースが良好に確保される。
【００７５】
このように、低電圧回路領域７と高電圧回路領域５とを接続する４つの絶縁部品ＩＳが一列に並んで配置される。従って、フォトカプラＰ５３を搭載することによって、ＩＧＢＴ制御基板２の絶縁領域６の面積を増大させることはない。また、上述したように、ＩＧＢＴ制御基板２の絶縁領域６にスリットを設けることによって絶縁性能を向上させる際に、トランスＬ及びフォトカプラＰの下面、即ち上記境界線に沿った絶縁領域６を直線的に加工してスリットを形成することも可能となる。
【００７６】
以上、具体的なレイアウトも示して説明したように、高電圧回路５０と低電圧回路７０との両回路を有したＩＧＢＴ制御基板２は、両回路を絶縁部品ＩＳでワイヤレスに結合することによって、少ない絶縁領域６で絶縁が確保され、小型化が実現されている。従って、低電圧回路と高電圧回路との絶縁を確保し、且つ小型化が可能な交流モータの制御装置を提供することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車などの動力に用いられる交流モータを制御するモータの制御装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明のモータの制御回路の回路構成を模式的に示すブロック図
【図２】ＩＧＢＴ制御基板におけるワイヤレス結合の形態を模式的に示すブロック図
【図３】電力供給回路の構成を模式的に示すブロック図
【図４】ＩＧＢＴ制御基板の回路配置例を示す配置図
【図５】ＩＧＢＴ制御基板への部品配置例を示す配置図
【図６】一般的なモータの制御装置の構成を模式的に示すブロック図
【符号の説明】
【００７９】
５：高電圧回路領域
６：絶縁領域
７：低電圧回路領域
８、８１〜８８：貫通孔
９：交流モータ
１０、１１〜１６：ＩＧＢＴ（スイッチング素子）
２０、２１〜２６：ゲート駆動回路（駆動回路）
２０ｃ：温度検出回路
２７：電源制御回路
ｄ１、ｄ２、ｄ３：絶縁距離
Ｌ、Ｌ１〜Ｌ６：トランス
Ｐ、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２ ：フォトカプラ（信号伝送用絶縁部品）
Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ４１、Ｐ４２ ：フォトカプラ（信号伝送用絶縁部品）
Ｐ５１、Ｐ５２、Ｐ５３、Ｐ６１、Ｐ６２：フォトカプラ（信号伝送用絶縁部品）
ＰＶ：インバータ回路の直流電源のプラス側
ＮＶ：インバータ回路の直流電源のマイナス側
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流モータを制御するモータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車などの動力に用いられる大出力のモータは、高い電圧で駆動される。また、このような自動車に搭載される電源は直流のバッテリであるので、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）などのスイッチング素子を用いたインバータ回路によって三相交流に変換される。インバータ回路を駆動する信号、例えばＩＧＢＴのゲートを駆動する駆動信号は、モータを駆動する高電圧回路とは絶縁され、高電圧回路の電圧よりも遥かに低電圧で動作する低電圧回路の制御回路において生成される。従って、モータを駆動するモータの制御装置には、駆動信号に基づいてインバータ回路のＩＧＢＴを駆動するためのＩＧＢＴ駆動回路が備えられる。即ち、モータの制御装置は、図６に示すように、低電圧回路内で動作するモータ制御回路３００と、高電圧回路内で動作し、モータ制御回路３００が生成した駆動信号に基づいてＩＧＢＴを駆動するＩＧＢＴ駆動回路２００と、複数のＩＧＢＴにより構成されたインバータ回路１００とを有して構成される。
【０００３】
三相交流を生成するインバータ回路１００は６つのＩＧＢＴにより構成される。それぞれのＩＧＢＴは独立して動作するため、各ＩＧＢＴのゲートを駆動するためのゲート駆動回路は、ＩＧＢＴ駆動回路２００において互いに独立して設けられる。また、各ＩＧＢＴは高電圧となるため、ＩＧＢＴを駆動する各ゲート駆動回路は適切な絶縁距離を有して配置される必要がある。
【０００４】
下記に示す特許文献１には、複数のＩＧＢＴを駆動する複数のゲート駆動回路を備える電圧制御装置の技術が開示されている。特許文献１によれば、制御回路とゲート駆動回路とは、少なくともトランスの入力ピンと出力ピンとの距離に相当する絶縁距離を隔てて配置される。また、各ゲート駆動回路も所定の絶縁距離を隔てて配置される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８０１８４号公報（図１３、１５段落、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された電圧制御装置は、３つのゲート駆動回路を有したものであるが、三相交流を生成するインバータ回路では６つのゲート駆動回路を設ける必要がある。単純に特許文献１の電圧制御装置を２つ並べると、部品を実装することができない絶縁領域が大きくなり、いたずらに基板面積を増大させることになる。
【０００７】
本願発明は、上記課題に鑑みて創案されたもので、低電圧回路と高電圧回路との絶縁を確保し、且つ小型化が可能な交流モータの制御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】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係るモータの制御装置の特徴構成は、
交流モータへ電流を供給するインバータ回路の各アームに対してそれぞれ設けられ、各アームが有するスイッチング素子を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路に、電力を供給するための電力供給回路の制御を行う電源制御回路とを有するモータの制御装置であって、
前記電源制御回路を有する低電圧回路領域と、
１つの前記駆動回路を含み、前記低電圧回路領域を挟んで両側に並べて配置されると共に、前記低電圧回路領域との間に所定の絶縁距離を設けて配置される高電圧回路領域と、
前記電力供給回路として、前記低電圧回路領域と各高電圧回路領域とをそれぞれ絶縁状態で結合するトランスと、を有する点にある。
【０００９】
この特徴構成によれば、電源制御回路を有する低電圧回路領域を挟んで、低電圧回路領域の両側に駆動回路が並べて配置される。駆動回路へは、低電圧回路領域と各高電圧回路領域とをそれぞれ絶縁状態で結合するトランスを介して電力が供給される。駆動回路に供給される電力は高電圧であるが、この高電圧は、各トランスの高電圧回路領域側に現れるので、基板内において高電圧の配線が長い距離を引き回されることがない。従って、絶縁距離を確保するために部品を実装することのできない絶縁領域の面積を狭くすることができ、基板を有効に利用することができる。各駆動回路に接続される各トランスは、低電圧回路領域に構成された共通の電源制御回路によって制御することができる。各トランスに対して個別に電源制御回路を設ける必要がなく、電源制御回路を簡素化することができる。従って、基板面積を抑制することが可能となり、モータの制御装置を小型化することができる。また、発熱する部品であるトランスを各駆動回路に対して分散して設けることにより、発熱の集中が発生しにくくなり、放熱対策が容易となる。
【００１０】
本発明係るモータの制御装置は、さらに、前記駆動回路が、隣合う前記駆動回路との間に所定の絶縁距離を設けて配置されることを特徴とする。
【００１１】
インバータ回路の各アームが有するスイッチング素子は、各アームごとに異なるタイミングでスイッチングするように駆動される。駆動回路は、スイッチング素子のゲート端子やベース端子と、ソース端子やエミッタ端子との２端子間の電位差を制御することによって、スイッチング素子を駆動する。インバータ回路の直流電源電圧は非常に高圧であるので、スイッチング素子を駆動するための２端子間の電位差も、低電圧回路領域の電源電圧より高い電圧である。また、スイッチング素子がオン状態となると、スイッチング素子に接続された直流電源電圧に応じて、駆動信号の電圧も変化する。上述したように隣接する駆動回路から出力される駆動信号のタイミングは異なるため、駆動信号の電圧の変化も異なり、隣接する駆動回路から出力される駆動信号の間には大きな電位差が生じる。従って、隣合う駆動回路との間において絶縁を確保する必要があり、本構成のように隣合う駆動回路が所定の絶縁距離を設けて配置されると好適である。
【００１２】
また、本発明に係るモータの制御装置の前記駆動回路は、前記インバータ回路の直流電源のプラス側に接続される上段側アームの前記スイッチング素子を駆動する上段側駆動回路が前記低電圧回路領域の一方の側に並べて配置され、前記インバータ回路の直流電源のマイナス側に接続される下段側アームの前記スイッチング素子を駆動する下段側駆動回路が前記低電圧回路領域の他方の側に並べて配置されることを特徴とする。
【００１３】
インバータ回路において、上段側アームのスイッチング素子は直流電源のプラス側に接続され、下段側アームのスイッチング素子は直流電源のマイナス側に接続される。このため、上段側アームのスイッチング素子、及び下段側アームのスイッチング素子はそれぞれ並べて配置した方がプラス側電源及びマイナス側電源との接続が容易である。従って、スイッチング素子を駆動する駆動回路も、上段側駆動回路及び下段側駆動回路のそれぞれを並べて配置した方が効率的な配線を行うことができる。その結果、モータの制御装置を小型化することができる。
【００１４】
また、本発明に係るモータの制御装置は、隣合う前記上段側駆動回路の間に設けられる絶縁距離が、隣合う前記下段側駆動回路の間に設けられる絶縁距離よりも長く設定されることを特徴とする。
【００１５】
インバータ回路の直流電源電圧のプラス側と接続される上段側アームのスイッチング素子は、オン状態となった時にエミッタ端子やソース端子の電位が略プラス側電位まで上昇する。下段側アームのスイッチング素子は、電圧が低いマイナス側（一般にグラウンド）と接続されるため、オン状態となった時にもエミッタ端子やソース端子はマイナス側電位である。一般に駆動回路は、スイッチング素子のゲート端子やベース端子と、ソース端子やエミッタ端子との２端子間の電位差を制御することによって、スイッチング素子を駆動する。従って、上段側アームのスイッチング素子と接続される上段側駆動回路の電位は、スイッチング素子がオン状態となった時にインバータ回路のプラス側の電源電圧近くまで上昇する。本構成によれば、隣合う下段側駆動回路の間に設けられる絶縁距離よりも、隣合う上段側駆動回路の間に設けられる絶縁距離を長くとることによって、上段側駆動回路の間に充分な絶縁距離が確保される。一方、下段側駆動回路は、インバータ回路に流れる大電流が流入しない程度の最小限度の絶縁に留めることができ、基板面積を小さく抑えることができる。
【００１６】
また、本発明に係るモータの制御装置は、さらに、少なくとも１つの前記スイッチング素子の温度を検出する温度センサの検出結果に基づいて、当該スイッチング素子の温度を検出する温度検出回路が、前記下段側駆動回路と共に前記高電圧回路領域に設けられると好適である。
【００１７】
絶縁距離の短い下段側駆動回路の高圧回路領域は、上段側駆動回路の高電圧回路領域に比べて多くの部品を実装することができる。従って、下段側駆動回路の高電圧回路領域に温度検出回路が設けられると、高い実装効率で基板を構成することができる。その結果、モータの制御装置を小型化することができる。
【００１８】
本発明に係るモータの制御装置は、さらに、前記温度検出回路の検出結果を、前記高電圧回路領域から前記低電圧回路領域にワイヤレス伝送する信号伝送用絶縁部品を備え、
当該信号伝送用絶縁部品は、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って、前記温度検出回路が備えられる前記高電圧回路領域の前記トランスと並べて配置されることを特徴とする。
【００１９】
上述したように、低電圧回路領域の両側に高電圧回路領域が並べて配置され、低電圧回路領域の両側に絶縁領域が形成される。つまり、絶縁領域は、低電圧回路領域と高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って形成され、この境界線に沿ってトランスと信号伝送用絶縁部品とが配置される。高電圧回路領域と低電圧回路領域とを接続する絶縁部品は、既に設けられている絶縁領域にトランスと共に一列に並んで配置される。従って、温度検出回路の検出結果を低電圧回路領域へ伝送するために基板の面積を広げる必要がなく、小型化が可能な交流モータの制御装置を提供することができる。
【００２０】
ここで、本発明に係るモータの制御装置は、さらに、基板を固定するための固定部材が貫通する貫通孔を備え、前記貫通孔が、前記低電圧回路領域内において、前記上段用駆動回路の側に寄せて設けられると好適である。
【００２１】
低電圧回路領域の両側に高電圧回路領域が並べられるので、低電圧回路領域は基板の中央部に配置される。一般に基板は略長方形の形状をしており、その四隅に基板を固定するためのボルトなどの固定部材が貫通する貫通孔が設けられる。本特徴構成によれば、さらに基板の中央部に配置される低電圧回路領域にも貫通孔が設けられる。高電圧回路領域やトランスなどには大きな電流が流れるので基板が熱せられ易く、過熱により基板に反りなどの変形が生じる可能性がある。しかし、本特徴構成のように、基板の中央部にも貫通孔を設けることによって、反りを抑制して基板を確実に固定することができる。また、固定部材には金属製のボルトが用いられることが多いが、低電圧回路領域に固定部材が貫通する貫通孔が設けられることにより、短い絶縁距離で絶縁性を確保することができ、かつ車載用途に要求される高い対振動性を確保することができる。従って、貫通孔を設けることによる基板面積の増大を抑制することができる。さらに、貫通孔は、低電圧回路領域を挟んで両側に並べて配置される高電圧回路領域の内、上段用駆動回路の側に寄せて設けられるので、低電圧回路領域への部品実装を妨げることがなく、電源制御回路などが好適な位置に配置される。
また、上述したように、絶縁距離が短くてもよい下段側駆動回路の高電圧回路領域は、上段側駆動回路の高電圧回路領域に比べて多くの部品を実装することができる。例えば、温度検出回路などの付加回路を下段側駆動回路と共に高電圧回路領域に設けることができる。高電圧回路領域の付加回路の出力が低電圧回路領域へ伝送されると、制御回路において付加回路の処理結果を利用した制御が可能となる。このため、下段側駆動回路と低電圧回路領域との間に伝送部品が実装される場合がある。貫通孔が、上段側駆動回路の側に寄せて設けられると、このような伝送部品を設ける際のスペースを下段側駆動回路と低電圧回路領域との間に確保することができる。その結果、付加回路を設けることによって基板の面積が増大することがなく好適である。
【００２２】
また、本発明に係るモータの制御装置は、
前記インバータ回路の電源電圧よりも低い電源電圧で生成され、前記各アームが有する前記スイッチング素子を駆動する各駆動信号を、前記低電圧回路領域から前記高電圧回路領域にそれぞれワイヤレス伝送する信号伝送用絶縁部品を備え、
各信号伝送用絶縁部品は、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って前記各トランスと並べて配置されることを特徴とする。
【００２３】
低電圧回路領域と高電圧回路領域とは、所定の絶縁距離を介して離間され、その間には絶縁領域が形成される。上述したように、高電圧回路領域は、低電圧回路領域を挟んで、低電圧回路領域の両側に並べて配置される。従って、絶縁領域は、低電圧回路領域を挟んで低電圧回路領域の両側に形成される。つまり、絶縁領域は、低電圧回路領域と高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って形成され、この境界線に沿ってトランスと信号伝送用絶縁部品とが配置される。低電圧回路領域と高電圧回路領域とを絶縁状態で結合する絶縁部品が一列に並んで配置されるので、必要最低限の絶縁領域を設けることで足りる。その結果、低電圧回路領域と高電圧回路領域との絶縁を確保し、且つ小型化が可能な交流モータの制御装置を提供することができる。
また、上述したように温度検出回路の検出結果を伝送する信号伝送用絶縁部品が備えられる場合には、駆動信号を伝送する信号伝送用絶縁部品と、温度検出回路の検出結果を伝送する信号伝送用絶縁部品と、トランスとを、既に設けられている絶縁領域上の上記境界線に沿って一列に並べることができる。その結果、基板の面積を増大させることなく、モータの制御装置を小型化することができる。
【００２４】
また、本発明に係るモータの制御装置は、
前記インバータ回路から各駆動回路へのフィードバック信号を、前記高電圧回路領域から前記低電圧回路領域にワイヤレス伝送する信号伝送用絶縁部品を備え、
当該信号伝送用絶縁部品は、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って、前記各トランスと並べて配置されることを特徴とする。
【００２５】
上述したように、高電圧回路領域は、低電圧回路領域の両側に並べて配置され、絶縁領域は、低電圧回路領域の両側に形成される。つまり、絶縁領域は、低電圧回路領域と高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って形成され、この境界線に沿ってトランスと信号伝送用絶縁部品とが配置される。高電圧回路領域と低電圧回路領域とを接続する絶縁部品は、既に設けられている絶縁領域においてトランスと共に一列に並んで配置される。従って、フィードバック信号を低電圧回路領域へ伝送するために基板の面積を広げる必要がなく、小型化が可能な交流モータの制御装置を提供することができる。
また、上述したような駆動信号を伝送する信号伝送用絶縁部品や、温度検出回路の検出結果を伝送する信号伝送用絶縁部品が備えられる場合には、これらの信号伝送用絶縁部品と、当該フィードバック信号を伝送する信号伝送用絶縁部品と、トランスとを、既に設けられている絶縁領域上の上記境界線に沿って一列に並べることができる。その結果、基板の面積を増大させることなく、モータの制御装置を小型化することができる。
【００２６】
また、本発明に係るモータの制御装置は、さらに、前記電源制御回路が、複数の前記トランス間の略中心部に配置されることを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、電源制御回路と各トランスとを接続する配線の内の最大配線長を短くすることができ、また、総配線長も抑制することができる。配線が長くなると、ノイズが発生しやすくなるが、最大配線長を短く抑えることができるのでノイズの発生を抑制できる。また、配線の量が多くなるとノイズを発生しやすくなるが、総配線長を抑制することにより、ノイズの発生を抑制することができる。さらに、電源制御回路から各トランスへの配線長が均一化されるため、各トランスの二次側電圧の電源特性を均一化することができ、駆動回路及びインバータ回路の動作を安定化することができる。
【００２８】
また、本発明に係るモータの制御装置は、基板を固定するための固定部材が貫通する貫通孔を備え、当該貫通孔は、前記低電圧回路領域内において、前記低電圧回路領域を挟んで両側に並べて配置される前記高電圧回路領域の何れか一方の側に寄せて設けられることを特徴とする。
【００２９】
低電圧回路領域の両側に高電圧回路領域が並べられるので、低電圧回路領域は基板の中央部に配置される。一般に基板は略長方形の形状をしており、その四隅に基板を固定するためのボルトなどの固定部材が貫通する貫通孔が設けられる。本特徴構成によれば、さらに基板の中央部に配置される低電圧回路領域にも貫通孔が設けられる。高電圧回路領域やトランスなどには大きな電流が流れるので基板が熱せられ易く、過熱により基板に反りなどの変形が生じる可能性がある。しかし、本特徴構成のように、基板の中央部にも貫通孔を設けることによって、反りを抑制して基板を確実に固定することができる。また、固定部材には金属製のボルトが用いられることが多いが、低電圧回路領域に固定部材が貫通する貫通孔が設けられることにより、短い絶縁距離で絶縁性を確保することができ、かつ車載用途に要求される高い対振動性を確保することができる。従って、貫通孔を設けることによる基板面積の増大を抑制することができる。さらに、貫通孔は、低電圧回路領域を挟んで両側に並べて配置される高電圧回路領域の何れか一方の側に寄せて設けられるので、低電圧回路領域への部品実装を妨げることがなく、電源制御回路などが好適な位置に配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、電気自動車やハイブリッド自動車の動力用モータを制御するモータの制御装置を例として、本発明の実施形態を説明する。はじめに、図１〜図３を参照して、モータの制御装置の回路構成について説明する。図１は、本発明のモータの制御回路の回路構成を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、三相交流モータ９（以下、適宜「モータ」と称する。）を制御するモータ制御装置は、ＩＧＢＴモジュール１、ＩＧＢＴ制御基板２、モータ制御基板３を有して構成される。
【００３１】
ＩＧＢＴモジュール１には、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用い、直流を３相交流に変換するインバータ回路が構成されている。インバータ回路は、図１に示すように、６つのＩＧＢＴ１０（１１〜１６）、各ＩＧＢＴ１０に並列接続されるフライホイールダイオード１０ａを備えて構成される。尚、スイッチング素子はＩＧＢＴに限らず、バイポーラ型、電界効果型、ＭＯＳ型など種々の構造のパワートランジスタを用いてインバータ回路を構成することも可能である。インバータ回路は、本実施形態では、例えば、金属ベース上にセラミックス系の絶縁基板を介してＩＧＢＴ１０やフライホイールダイオード１０ａが載置されて一体化されたモジュール構造を有している。インバータ回路には、ＩＧＢＴ１０の過電流や過熱を検出するためのセンサ回路１０ｂ（図２参照）も構成されており、一体化されてＩＧＢＴモジュール１を構成している。尚、インバータ回路は、通常の基板上にＩＧＢＴ１０やフライホイールダイオード１０ａを実装することによって構成されてもよい。
【００３２】
図１において、インバータ回路の各アームは、１つのＩＧＢＴ１０によって構成されている。しかし、ＩＧＢＴの電流容量などの制限により、複数のＩＧＢＴを並列させて１つのアームが構成される場合もある。特にモジュール構造のインバータ回路の場合には、ベアチップをセラミックス系の絶縁基板を介して金属ベース上に載置することによって回路が構成される場合もあり、しばしば、複数のＩＧＢＴのベアチップを並列させて、１つのアームが構成される。従って、１つのアームのＩＧＢＴ（スイッチング素子）とは、必ずしも図１に示すような単一のＩＧＢＴを示すのではなく、１つのアームにおいて並列接続されているＩＧＢＴの全てを示す場合もある。また、１つのアームが並列接続された２つのＩＧＢＴで構成されている場合、１つの駆動信号で２つのＩＧＢＴを制御しても良いし、２つの駆動信号でそれぞれのＩＧＢＴを制御してもよい。
【００３３】
ＩＧＢＴモジュール１には、高圧電源としての高圧バッテリ５５から、プラス側電圧ＰＶ、マイナス側電圧ＮＶ（一般にグラウンド）の直流電圧が印加され、三相交流Ｕ、Ｖ、Ｗに変換される。モータ９が電気自動車やハイブリッド自動車の動力用モータである場合、ＩＧＢＴモジュール１には数百ボルトの直流電圧が入力される。図１に示すように、ＩＧＢＴモジュール１からは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のモータ駆動電流が出力される。これらのモータ駆動電流は、ケーブルを介してモータ９へと出力され、モータ９のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータコイルと接続される。
【００３４】
モータ制御基板３には、インバータ回路の電源電圧よりも遥かに低電圧で動作するモータ制御回路が構成されている。モータ制御基板３へは、低圧電源としての低圧バッテリ７５から、例えば１２ボルト程度の直流電圧が供給される。尚、低圧電源は、低圧バッテリ７５に限らず、高圧バッテリ５５の電圧を降圧するＤＣ−ＤＣコンバータなどによって構成されてもよい。
【００３５】
モータ制御基板３には、車両の運行を制御する不図示のＥＣＵ（electronic control unit）などからＣＡＮ（controller area network）などの通信によって取得する指令（外部指令）に従って、モータ９を制御するモータ制御回路３０が構成されている。モータ制御回路３０は、モータ９を制御するためにインバータ回路の各アームのＩＧＢＴ１０を駆動する駆動信号を生成する。本実施形態では、スイッチング素子がＩＧＢＴであり、ＩＧＢＴの制御端子はゲート端子であるので、駆動信号をゲート駆動信号と称する。また、モータ制御回路３０は、モータ９の挙動を検出する電流センサ９１や回転センサ９２からの検出信号を受け取り、モータ９の動作状態に応じたフィードバック制御を実行する。
【００３６】
図１では電流センサ９１は、ＩＧＢＴモジュール１とモータ９との間に備えられているが、ＩＧＢＴモジュール１に内蔵されていてもよい。また、図１では、Ｕ相、Ｖ相の２相のみの電流を測定している。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相電流は平衡状態にあり、瞬時の総和は零であるので、２相の電流を測定して残りの1相の電流は演算により求められる。回転センサ９２は、例えばレゾルバが用いられる。
【００３７】
モータ制御回路３０は、マイクロコンピュータやＤＳＰ（digital signal processor）などを中核部品として構成される。また、マイクロコンピュータやＤＳＰなどの動作電圧は、一般的に３．３ボルトや５ボルトであるから、モータ制御回路３０には、低圧バッテリ７５から供給される１２ボルトの電源電圧から動作電圧を生成するレギュレータ回路も構成されている。
【００３８】
ＩＧＢＴ制御基板２には、モータ制御回路３０において生成されたゲート駆動信号に基づいてインバータ回路の各アームが有するＩＧＢＴ１０を駆動するゲート駆動回路２０が構成されている。また、ＩＧＢＴ制御基板２には、モータ制御回路３０において生成された低電圧の直流電源の電力をゲート駆動回路に供給する電力供給回路が備えられている。電力供給回路は、絶縁部品ＩＳとしてのトランスＬにより構成される（図２参照）。詳細は後述するが、絶縁部品ＩＳとして、モータ制御回路３０が生成したゲート駆動信号をゲート駆動回路に伝送するフォトカプラＰもＩＧＢＴ制御基板２に実装されている（図２参照）。また、ＩＧＢＴ制御基板２には、電力供給回路としてのトランスを制御するための電源制御回路２７も構成されている。
【００３９】
図１を参照して上述したように、ＩＧＢＴモジュール１に構成されたインバータ回路は高電圧で動作する高電圧回路５０であり、モータ制御基板３に構成されたモータ制御回路３０は低電圧で動作する低電圧回路７０である。そして、ＩＧＢＴ制御基板２は、ＩＧＢＴモジュール１に接続される高電圧回路５０と、モータ制御基板３に接続される低電圧回路７０との双方を有している。詳細は後述するが、高電圧回路５０と低電圧回路７０とは、ＩＧＢＴ制御基板２において所定の絶縁距離を有して離間して配置される。高電圧回路５０と低電圧回路７０とは、上述したような絶縁部品ＩＳによってワイヤレスで結合される。
【００４０】
図２は、ＩＧＢＴ制御基板２におけるワイヤレス結合の形態を模式的に示すブロック図である。ここでは、インバータ回路の１つのアームの回路群１０Ａに対応させたワイヤレス結合の形態を示している。尚、図２では、１つのアームが１つの回路群１０Ａを有して構成される場合を例示しているが、上述したように、１つのアームが複数のＩＧＢＴ１０を含み、複数の回路群１０Ａを有して構成されている場合もある。
【００４１】
低電圧回路７０に属するモータ制御回路３０において生成されたゲート駆動信号は、ＩＧＢＴ制御基板２に実装された絶縁部品ＩＳであるフォトカプラＰの入力端子に接続される。フォトカプラＰの出力端子は、高電圧回路５０に属するＩＧＢＴ制御基板２の高電圧回路領域５に実装されたゲート駆動回路２０のドライバ２０ａに接続される。ＩＧＢＴ制御基板２の高電圧回路領域５については、後述する。フォトカプラＰは、入力側に発光ダイオード、出力側にフォトダイオード又はフォトトランジスタを備え、入力側から出力側へ光によってワイヤレス伝送する公知の絶縁部品である。フォトカプラＰによって、低電圧回路７０と高電圧回路５０との絶縁が保たれた状態で、モータ制御回路３０からゲート駆動回路２０へゲート駆動信号が伝送される。そして、ゲート駆動回路２０のドライバ２０ａにより、高電圧回路５０に属するＩＧＢＴモジュール１のＩＧＢＴ１０が駆動制御される。
【００４２】
上述したようにＩＧＢＴ１０に付随して、過電流や過熱を検出するためのセンサ回路１０ｂが設けられている。図２に示すように、本例ではセンサ回路１０ｂは温度センサ１０ｃと過電流検出器１０ｄとを有して構成されている。温度センサ１０ｃは、サーミスタやダイオードであり、温度によって変化する端子間電圧がゲート駆動回路２０の診断回路２０ｂによって検出される。過電流検出器１０ｄは、例えばＩＧＢＴ１０に流れる大電流に比例し、かつその比が１００万分の１〜１０万分の１程度となる微小電流を検出することでＩＧＢＴ１０に流れる大電流が所定値を超えたことを検出するものであり、その検出結果を診断回路２０ｂが受け取る。
【００４３】
診断回路２０ｂは、温度センサ１０ｃの端子間電圧が所定の値を下回った場合には過熱状態であると判定する。また、過電流検出器１０ｄから異常との検出結果を受け取った場合には短絡などにより過電流発生状態であると判定する。そして、診断回路２０ｂは、過熱状態及び過電流発生状態の少なくとも一方であることを判定すると、診断信号を出力する。診断信号により、ドライバ２０ａは、モータ制御回路３０からフォトカプラＰを介して受け取るゲート駆動信号に拘らず、ＩＧＢＴ１０をオフ状態に制御する。
【００４４】
診断信号は、モータ制御回路３０にも伝達される。診断回路２０ｂは、ＩＧＢＴ制御基板２の高電圧回路領域５に構成される高電圧回路５０である。従って、診断信号は、絶縁部品ＩＳとしてのフォトカプラＰを介してワイヤレスでモータ制御回路３０へ伝送される。モータ制御回路３０へは、過熱、過電流など、異常の原因は伝達されないが、少なくとも異常状態が発生していることは知ることができる。そして、モータ制御回路３０は、モータ９の停止処理など、異常対応処理を実行する。
【００４５】
上述したように温度センサ１０ｃの端子間電圧は診断回路２０ｂで測定可能であるので、診断回路２０ｂにおいて、又は診断回路２０ｂの近傍において温度を検出する温度検出回路２０ｃを設けることが可能である。図２には、診断回路２０ｂの近傍に温度検出回路２０ｃが設けられる場合を例示している。温度検出回路２０ｃは、インバータ回路の全てのアームに対応するゲート駆動回路２０に付随して設けられる必要はないので、図２では破線で示している。温度検出回路２０ｃは、ＩＧＢＴ制御基板２の高電圧回路領域５に設けられるので、診断信号と同様に絶縁部品ＩＳとしてのフォトカプラＰを介してワイヤレスでモータ制御回路３０へ伝送される。
【００４６】
上述したように、ＩＧＢＴ制御基板２には、モータ制御回路３０において生成された低電圧の直流電源の電力をゲート駆動回路に供給する電力供給回路が備えられている。図３は、電力供給回路の構成を模式的に示すブロック図である。以下、図１〜図３を参照して、電力供給回路について説明する。
【００４７】
電力供給回路は、絶縁部品ＩＳとしてのトランスＬにより構成される。トランスＬへの一次電圧Ｖ１は、低電圧回路７０であるモータ制御回路３０（モータ制御基板３）の定電圧回路において一定の電圧に安定化されて供給される。上述したようにモータ制御基板３０には、例えば１２ボルトの電源電圧が供給されるが、バッテリ７５の電圧は負荷によって変動する。そこで、定電圧回路としての昇圧レギュレータや降圧レギュレータなどにより、例えば１５〜１８ボルト程度に昇圧されたり、８〜１０ボルト程度に降圧されたりして、定電圧の一次電圧Ｖ１がトランスＬへ供給される。
【００４８】
トランスＬは、本実施形態においては、インバータ回路の６つのアームのそれぞれに対応して、トランスＬ１〜Ｌ６の６つが備えられている。各トランスＬ１〜Ｌ６からは、それぞれ二次電圧Ｖ２１〜Ｖ２６が出力される。各トランスＬ１〜Ｌ６は同じ構成であり、ほぼ同電圧の二次電圧Ｖ２が出力される。図３中のダイオードＤ１〜Ｄ１２は整流用ダイオードであり、コンデンサＣ１〜Ｃ６は平滑用コンデンサ、コンデンサＣ７は一次電圧安定化用のコンデンサである。
【００４９】
ＩＧＢＴ制御基板２には、低電圧回路７０に属する電源制御回路２７が構成されており、電力供給回路としてのトランスＬを制御する。電源制御回路２７は、一次側コイルに印加される電圧を制御するトランジスタ２７ｂ及び２７ｃと、トランジスタ２７ｂ及び２７ｃを制御する制御回路２７ａとを有して構成されている。本実施形態の電源制御回路２７は、プッシュ−プル型の構成を採用している。トランスＬは、インバータ回路の６つのアームに対応して６つ設けられているが、電源制御回路２７は全てのトランスＬ１〜Ｌ６を一括して制御する。また、上述したように、トランスＬへの一次電圧Ｖ１は、安定化されているので、二次電圧Ｖ２を一次側にフィードバックすることなく、トランスＬの変圧比によって二次電圧Ｖ２が決定される。
【００５０】
トランスＬは、一次側コイルと二次側コイルとの間を電磁結合して信号やエネルギーを伝送する公知の絶縁部品である。従って、低電圧回路７０と高電圧回路５０との絶縁を保って、ゲート駆動回路２０などへ電源電圧を供給することができる。
【００５１】
上述したように、ＩＧＢＴ制御基板２は、高電圧回路５０と低電圧回路７０との両回路を有し、両回路を絶縁部品ＩＳでワイヤレスに結合することによって、絶縁を保っている。以下、図４及び図５を参照して、ＩＧＢＴ制御基板２の具体的なレイアウトについて説明する。図４は、ＩＧＢＴ制御基板２の回路配置例を示す配置図であり、図５は、ＩＧＢＴ制御基板２への具体的な部品配置例を示す配置図である。
【００５２】
図４及び図５に示すように、ＩＧＢＴ制御基板２には、頭部を図示左側にして略Ｔ字形状に低電圧回路領域７が形成されている。Ｔ字形状の頭部、図示左上の低電圧回路領域７には、コネクタ４８が備えられている。このコネクタ４８は、上述したモータ制御基板３と不図示のハーネスによって接続されている。ＩＧＢＴ制御基板２の低電圧回路領域７０には、コネクタ４８を介して、モータ制御回路３０からインバータ回路の各アームに対応したゲート駆動信号が伝達される。また、電源制御回路２７を動作させる電源電圧や、トランスＬの一次側電圧Ｖ１も、コネクタ４８を介してモータ制御基板３から伝達される。図５に示すように、コネクタ４８の図示下方には、低電圧回路２８が構成されており、コネクタ４８を介して入出力される信号のドライバ回路やレシーバ回路が構成される。また、この低電圧回路２８において、トランスＬの一次電圧を生成してもよい。
【００５３】
ＩＧＢＴ制御基板２には、高電圧回路領域５も形成されている。高電圧回路領域５は、インバータ回路の各アームに対応して、６つ形成されている。上述したように各高電圧回路領域５は、各アームが有するＩＧＢＴ１０を駆動するゲート駆動回路２０を、少なくとも１つ有している。図２に示したように、本例では、ゲート駆動回路２０と１つのアームの１つの回路群１０Ａとは５本の信号線で接続される。ＩＧＢＴモジュール１は、これらの信号線に相当する端子接続用のピンを有している。図４及び図５に示すＩＧＢＴ制御基板２のスルーホール４に当該ピンを半田溶接することによって、ゲート駆動回路２０と回路群１０Ａとが接続される。尚、本実施形態では、インバータ回路の１つのアームは、２つのＩＧＢＴ１０を並列接続して構成されている。つまり、１つのアームには２つの回路群１０Ａが備えられ、１つのゲート駆動回路２０は２つの回路群１０Ａと接続される。このため、１つのゲート駆動回路２０には、１０個のスルーホール４が設けられている。
【００５４】
高電圧回路領域５は、Ｔ字形状の胴体部に相当する低電圧回路領域７を挟んで、その両側に複数（本例では３つずつ）並べて配置される。この際、ゲート駆動回路２０は、低電圧回路領域７との間に所定の絶縁距離ｄ１を設けて配置される。また、ゲート駆動回路２０は、隣合うゲート駆動回路２０との間に所定の絶縁距離ｄ２又はｄ３を設けて配置される。ゲート駆動回路２０と低電圧回路領域７との間に所定の絶縁距離ｄ１を設けることにより、低電圧回路領域７に沿って絶縁領域６が形成される。また、さらに、隣合うゲート駆動回路２０の間に所定の絶縁距離ｄ２、ｄ３を設けることにより、Ｔ字形状の低電圧回路領域７の胴体部側を基部として、低電圧回路領域７の両側に櫛状の絶縁領域６が形成される。
【００５５】
Ｔ字形状の低電圧回路領域７の胴体部に沿って形成された絶縁領域６を架け越して、電力供給回路としてのトランスＬ１〜Ｌ６が備えられ、低電圧回路領域７と各高電圧回路領域５とがそれぞれ絶縁状態で結合される。即ち、各トランスＬ１〜Ｌ６の低電圧回路領域７には一次側電圧Ｖ１が印加され、各トランスＬ１〜Ｌ６の高電圧回路領域５には二次側電圧Ｖ２が出力される。高電圧の二次側電圧Ｖ２は、各トランスＬ１〜Ｌ６に対応する高電圧回路領域５のゲート駆動回路２１〜２６の側にのみ現れるので、ＩＧＢＴ制御基板２内において高電圧の配線が長い距離を引き回されることがない。従って、絶縁距離を確保するために部品を実装することのできない絶縁領域６の面積を広げる必要がなく、基板を有効に利用することができる。
【００５６】
各トランスＬ１〜Ｌ６は、低電圧回路領域７に構成された共通の電源制御回路２７によって制御される。従って、ＩＧＢＴ制御基板２の面積を抑制することが可能となり、モータの制御装置を小型化することができる。さらに、図４及び図５に示すように、電源制御回路２７は、複数のトランスＬ１〜Ｌ６の間の略中心部に配置される。従って、電源制御回路２７と各トランスＬ１〜Ｌ６とを接続する配線の内の最大配線長、例えばトランスＬ４やＬ３への配線長を短くすることができる。配線が長くなると、ノイズが発生しやすくなるが、最大配線長を短く抑えることができるのでノイズの発生を抑制できる。また、当然ながら、トランスＬ１〜Ｌ６への配線長を積算した総配線長も抑制することができる。配線の量が多くなるとノイズを発生しやすくなるが、総配線長を抑制することにより、ノイズの発生を抑制することができる。さらに、電源制御回路２７から各トランスＬ１〜Ｌ６への配線長が均一化されるため、各トランスＬ１〜Ｌ６の二次側電圧Ｖ２（Ｖ２１〜Ｖ２６）の電源特性を均一化することができ、ゲート駆動回路２０及びインバータ回路の動作を安定化することができる。
【００５７】
また、Ｔ字形状の低電圧回路領域７の胴体部に沿って形成された絶縁領域６を架け越して、信号伝送用絶縁部品としてのフォトカプラＰ（Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１、Ｐ５１、Ｐ６１）が備えられる。これらのフォトカプラＰは、低電圧回路領域７と高電圧回路領域５とが対向する境界線に沿って各トランスＬ１〜Ｌ６と並べて配置される。低電圧回路領域７と高電圧回路領域５とを接続する絶縁部品ＩＳが一列に並んで配置されるので、ＩＧＢＴ制御基板２には必要最低限の絶縁領域６を設けることで足りる。
【００５８】
これらのフォトカプラＰにより、モータ制御回路３０が生成した各アームに対応するゲート駆動信号が、低電圧回路領域７と各高電圧回路領域５（ゲート駆動回路２１〜２６）との間において絶縁状態で結合される。つまり、インバータ回路の電源電圧よりも低い電源電圧で生成された各ゲート駆動信号が低電圧回路領域７から高電圧回路領域５の各ゲート駆動回路２１〜２６にそれぞれワイヤレス伝送される。そして、各ゲート駆動信号は、各ゲート駆動回路２１〜２６から各ＩＧＢＴ１０に伝送されて、各ＩＧＢＴ１０を制御する。
【００５９】
さらに、Ｔ字形状の低電圧回路領域７の胴体部に沿って形成された絶縁領域６を架け越して、別のフォトカプラＰ（Ｐ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２、Ｐ５２、Ｐ６２）が信号伝送用絶縁部品として備えられる。これらのフォトカプラＰにより、インバータ回路から各駆動回路２１〜２６へ伝達されたフィードバック信号が、高電圧回路領域５から低電圧回路領域７にワイヤレス伝送される。
【００６０】
これらのフォトカプラＰは、低電圧回路領域７と高電圧回路領域５とが対向する境界線に沿って各トランスＬ１〜Ｌ６、及びゲート駆動信号を伝送するフォトカプラＰ（Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１、Ｐ５１、Ｐ６１）と並べて配置される。低電圧回路領域７と高電圧回路領域５とを接続する絶縁部品ＩＳが一列に並んで配置されるので、ＩＧＢＴ制御基板２には必要最低限の絶縁領域６を設けることで足りる。また、ＩＧＢＴ制御基板２の絶縁領域６にスリットを設けることによって絶縁性能を向上させる際に、トランスＬ及びフォトカプラＰの下面、即ち上記境界線に沿った絶縁領域６を直線的に加工してスリットを形成することが可能となる。
【００６１】
上述したように、ゲート駆動回路２０は、インバータ回路の各アームに対応して設けられている。図１に示すインバータ回路の直流電源のプラス側電圧ＰＶに接続されるアームを上段側アーム、マイナス側電圧ＮＶに接続されるアームを下段側アームと称して、以下、各アームとゲート駆動回路２０との対応を説明する。
【００６２】
Ｕ相上段側アームのＩＧＢＴ１１は、ゲート駆動回路２１によって、
Ｖ相上段側アームのＩＧＢＴ１２は、ゲート駆動回路２２によって、
Ｗ相上段側アームのＩＧＢＴ１３は、ゲート駆動回路２３によって、
Ｕ相下段側アームのＩＧＢＴ１４は、ゲート駆動回路２４によって、
Ｖ相下段側アームのＩＧＢＴ１５は、ゲート駆動回路２５によって、
Ｗ相下段側アームのＩＧＢＴ１６は、ゲート駆動回路２６によって、
駆動される。以下、適宜、ゲート駆動回路２１〜２３を上段側ゲート駆動回路（上段側駆動回路）と称し、ゲート駆動回路２４〜２６を下段側ゲート駆動回路（下段側駆動回路）と称する。
【００６３】
そして、図４及び図５に示すように、ゲート駆動回路２１〜２６の内、上段側アームのＩＧＢＴ１１〜１３を駆動する上段側ゲート駆動回路２１〜２３は、低電圧回路領域７の一方の側、図示上側に並べて配置される。また、下段側アームのＩＧＢＴ１４〜１６を駆動する下段側ゲート駆動回路２４〜２６は、低電圧回路領域７の他方の側、図示下側に並べて配置される
【００６４】
図１に示したように、インバータ回路において、上段側アームのＩＧＢＴ１１〜１３は直流電源のプラス側電圧ＰＶに接続され、下段側アームのＩＧＢＴ１４〜１６は直流電源のマイナス側電圧ＮＶに接続される。このため、上段側アームのＩＧＢＴ１１〜１３、及び下段側アームのＩＧＢＴ１４〜１６は、それぞれ一列に並べて配置した方がプラス側電圧ＰＶ及びマイナス側電圧ＮＶとの接続が容易である。従って、ＩＧＢＴ１０を駆動する駆動回路２０も、上段側ゲート駆動回路２１〜２３及び下段側ゲート駆動回路２４〜２６のそれぞれを一列に並べて配置した方が効率的な配線を行うことができる。
【００６５】
上述したように、ゲート駆動回路２０は、隣合うゲート駆動回路２０との間に所定の絶縁距離ｄ２又はｄ３を設けて配置される。具体的には、上段側ゲート駆動回路２１〜２３は、隣合うゲート駆動回路との間に所定の絶縁距離ｄ２を設けて配置され、下段側ゲート駆動回路２４〜２６は、隣合うゲート駆動回路との間に所定の絶縁距離ｄ３を設けて配置される。ここで、絶縁距離ｄ２は、絶縁距離ｄ３に比べて長い距離である（図４参照）。つまり、隣合う上段側ゲート駆動回路２１〜２３の間に設けられる絶縁距離ｄ２は、隣合う下段側ゲート駆動回路２４〜２６の間に設けられる絶縁距離ｄ３よりも長く設定される。
【００６６】
インバータ回路の直流電源電圧の内、電圧が高いプラス側電圧ＰＶと接続される上段側アームのＩＧＢＴ１１〜１３は、オン状態となった時にエミッタ端子の電位が電圧ＰＶの近くまで上昇する。下段側アームのＩＧＢＴ１４〜１６は、電圧が低いマイナス側電圧ＮＶ（一般にグラウンド）と接続されるため、オン状態となった時にもエミッタ端子はマイナス側電圧ＮＶである。図１及び図２に示したように、ゲート駆動回路２０は、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と、エミッタ端子との２端子間の電位差を制御することによって、ＩＧＢＴ１０を駆動する。従って、上段側アームのＩＧＢＴ１１〜１３と接続される上段側ゲート駆動回路２１〜２３の電位は、ＩＧＢＴ１１〜１３がオン状態となった時に電圧ＰＶ近くまで上昇する。そこで、絶縁距離ｄ３に比べて絶縁距離ｄ２を長い距離に設定することにより、上段側ゲート駆動回路２１と２２との間、２２と２３の間に充分な絶縁距離を確保する。尚、下段側ゲート駆動回路２４〜２６は、ＩＧＢＴモジュール１の電位ＮＶの配線に流れる大電流がスルーホール４経由で流入しない程度の最小限度の絶縁距離を確保すればよい。
【００６７】
図４及び図５に示す符号８は、ＩＧＢＴ制御基板２を固定するための固定部材が貫通する貫通孔である。固定部材には、例えば金属性のボルトが用いられる。一般的な構成として、ＩＧＢＴ制御基板２の四隅には、当該基板を固定するための貫通孔８１〜８４が設けられる。本実施形態においては、さらに、４つの貫通孔８５〜８８が設けられる。これら４つの貫通孔８５〜８８は、長方形状の当該基板の中心線の近傍に設けられる。高電圧回路領域５やトランスＬなどには大きな電流が流れるので、ＩＧＢＴ制御基板２は熱せられ易く、過熱により基板に反りなどの変形が生じる可能性がある。しかし、基板の四隅の貫通孔８１〜８４に加えて、基板の中央部にも貫通孔８５〜８８を設けることによって、反りを抑制してＩＧＢＴ制御基板２が確実に固定され、かつ車載用途に要求される高い耐振動性を確保することができる。
【００６８】
貫通孔８５〜８７は、定電圧回路領域７の中において所定の絶縁距離を確保して設けられる。固定部材に金属製のボルトが用いられる場合、ボルトが貫通する貫通孔８を高電圧回路領域５内に設けるよりも、低電圧回路領域７内に設ける方が短い絶縁距離で絶縁性を確保することができる。つまり、貫通孔８を通常よりも多く設けても、基板面積の増大を抑制することができる。さらに、貫通孔８６及び８７は、低電圧回路領域７の中において、低電圧回路領域７を挟んで両側に並べて配置される高電圧回路領域５の何れか一方の側に寄せて設けられる。図５に示すように、低電圧回路領域７への部品実装を妨げることがなく、電源制御回路２７などを好適な位置に配置することが可能となる。
【００６９】
図４及び図５に示すように、本実施形態においては、貫通孔８６及び８７が、低電圧回路領域７内において、上段用ゲート駆動回路２１〜２３の側に寄せて設けられている。以下、その理由について説明する。
【００７０】
上述したように、下段側ゲート駆動回路２４〜２６が備えられる高電圧回路領域５は、上段側ゲート駆動回路２１〜２３よりも絶縁距離が短くてもよい。従って、当該高電圧回路領域５は、絶縁領域が小さくなる分、上段側ゲート駆動回路２１〜２３が備えられる高電圧回路領域５に比べて多くの部品を実装することができる。例えば、温度検出回路２０ｃなどの付加回路を下段側のゲート駆動回路２４〜２６と共に高電圧回路領域５に設けることができる。
【００７１】
高電圧回路領域５の付加回路の出力が、低電圧回路領域７へ伝送され、コネクタ４８を介してモータ制御回路３０に伝達されると、モータ制御回路３０において付加回路の処理結果を利用した制御が可能となる。下段側ゲート駆動回路２４〜２６から低電圧回路領域７へ付加回路の出力を伝送するには、絶縁領域６を架け越してフォトカプラなどの信号伝送用絶縁部品が実装される必要がある。貫通孔８６や８７が、下段側ゲート駆動回路２４〜２６の側に寄せて備えられると、このような追加的な信号伝送用絶縁部品を実装するスペースが奪われる。しかし、貫通孔８６及び８７が、上段側のゲート駆動回路２１〜２３の側に寄せて設けられると、追加的な信号伝送用絶縁部品を実装するスペースが確保される。
【００７２】
さらに、図４及び図５に示すように、貫通孔８６及び８７が、低電圧回路領域７内の上段側ゲート駆動回路２１〜２３の側に寄せて配置されると共に、ゲート駆動回路２１と２２との間の絶縁領域６、及びゲート駆動回路２２と２３との間の絶縁領域６に沿った位置に配置されると好適である。貫通孔８６及び８７が上段側ゲート駆動回路２１〜２３の側に寄せて配置されても、上段側ゲート駆動回路２１〜２３との間に充分な絶縁距離が確保される。
【００７３】
本実施形態では、少なくとも１つのＩＧＢＴ１５の温度を検出する温度センサ１０ｃの検出結果に基づいて、ＩＧＢＴ１５の温度を検出する温度検出回路２０ｃが、下段側ゲート駆動回路２５と共に高電圧回路領域５に設けられる例を示している。異常な過熱状態が発生しない状態においては、全てのＩＧＢＴ１０が同様の温度上昇傾向を示すので、何れか１つのＩＧＢＴ１０の温度を測定しておけば充分である。また、ＩＧＢＴ１０の配置により差異は、予め配置による誤差修正マップ等を作成しておくことによって、モータ制御回路３０において補正することも可能である。
【００７４】
温度検出回路２０ｃの検出結果は、高電圧回路領域５のゲート駆動回路２５から低電圧回路領域７へ伝送される。図４に示すように、低電圧回路領域７に沿って形成された絶縁領域６を架け越して、信号伝送用絶縁部品としてのフォトカプラＰ（Ｐ５３）が備えられる。このフォトカプラＰ５３は、低電圧回路領域７と高電圧回路領域５とが対向する境界線に沿って、温度検出回路２０ｃが備えられるゲート駆動回路２５のトランスＬ５及びフォトカプラＰ５１、Ｐ５２と並べて配置される。図４及び図５に示すように、本実施形態においては、貫通孔８６及び８７が、低電圧回路領域７内において、上段用のゲート駆動回路２１〜２３の側に寄せて設けられている。このため、追加的な信号伝送用絶縁部品であるフォトカプラＰ５３を実装するスペースが良好に確保される。
【００７５】
このように、低電圧回路領域７と高電圧回路領域５とを接続する４つの絶縁部品ＩＳが一列に並んで配置される。従って、フォトカプラＰ５３を搭載することによって、ＩＧＢＴ制御基板２の絶縁領域６の面積を増大させることはない。また、上述したように、ＩＧＢＴ制御基板２の絶縁領域６にスリットを設けることによって絶縁性能を向上させる際に、トランスＬ及びフォトカプラＰの下面、即ち上記境界線に沿った絶縁領域６を直線的に加工してスリットを形成することも可能となる。
【００７６】
以上、具体的なレイアウトも示して説明したように、高電圧回路５０と低電圧回路７０との両回路を有したＩＧＢＴ制御基板２は、両回路を絶縁部品ＩＳでワイヤレスに結合することによって、少ない絶縁領域６で絶縁が確保され、小型化が実現されている。従って、低電圧回路と高電圧回路との絶縁を確保し、且つ小型化が可能な交流モータの制御装置を提供することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車などの動力に用いられる交流モータを制御するモータの制御装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明のモータの制御回路の回路構成を模式的に示すブロック図
【図２】ＩＧＢＴ制御基板におけるワイヤレス結合の形態を模式的に示すブロック図
【図３】電力供給回路の構成を模式的に示すブロック図
【図４】ＩＧＢＴ制御基板の回路配置例を示す配置図
【図５】ＩＧＢＴ制御基板への部品配置例を示す配置図
【図６】一般的なモータの制御装置の構成を模式的に示すブロック図
【符号の説明】
【００７９】
５：高電圧回路領域
６：絶縁領域
７：低電圧回路領域
８、８１〜８８：貫通孔
９：交流モータ
１０、１１〜１６：ＩＧＢＴ（スイッチング素子）
２０、２１〜２６：ゲート駆動回路（駆動回路）
２０ｃ：温度検出回路
２７：電源制御回路
ｄ１、ｄ２、ｄ３：絶縁距離
Ｌ、Ｌ１〜Ｌ６：トランス
Ｐ、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２ ：フォトカプラ（信号伝送用絶縁部品）
Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ４１、Ｐ４２ ：フォトカプラ（信号伝送用絶縁部品）
Ｐ５１、Ｐ５２、Ｐ５３、Ｐ６１、Ｐ６２：フォトカプラ（信号伝送用絶縁部品）
ＰＶ：インバータ回路の直流電源のプラス側
ＮＶ：インバータ回路の直流電源のマイナス側
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流モータへ電流を供給するインバータ回路の各アームに対してそれぞれ設けられ、各アームが有するスイッチング素子を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路に、電力を供給するための電力供給回路の制御を行う電源制御回路とを有するモータの制御装置であって、
前記電源制御回路を有する低電圧回路領域と、
１つの前記駆動回路を含み、前記低電圧回路領域を挟んで両側に並べて配置されると共に、前記低電圧回路領域との間に所定の絶縁距離を設けて配置される高電圧回路領域と、
前記電力供給回路として、前記低電圧回路領域と各高電圧回路領域とをそれぞれ絶縁状態で結合するトランスと、を有するモータの制御装置。
【請求項２】
前記駆動回路は、隣合う前記駆動回路との間に所定の絶縁距離を設けて配置される請求項１に記載のモータの制御装置。
【請求項３】
前記駆動回路は、前記インバータ回路の直流電源のプラス側に接続される上段側アームの前記スイッチング素子を駆動する上段側駆動回路が前記低電圧回路領域の一方の側に並べて配置され、前記インバータ回路の直流電源のマイナス側に接続される下段側アームの前記スイッチング素子を駆動する下段側駆動回路が前記低電圧回路領域の他方の側に並べて配置される請求項１又は２に記載のモータの制御装置。
【請求項４】
隣合う前記上段側駆動回路の間に設けられる絶縁距離は、隣合う前記下段側駆動回路の間に設けられる絶縁距離よりも長く設定される請求項３に記載のモータの制御装置。
【請求項５】
少なくとも１つの前記スイッチング素子の温度を検出する温度センサの検出結果に基づいて、当該スイッチング素子の温度を検出する温度検出回路が、前記下段側駆動回路と共に前記高電圧回路領域に設けられる請求項４に記載のモータの制御装置。
【請求項６】
前記温度検出回路の検出結果を、前記高電圧回路領域から前記低電圧回路領域にワイヤレス伝送する信号伝送用絶縁部品を備え、
当該信号伝送用絶縁部品は、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って、前記温度検出回路が備えられる前記高電圧回路領域の前記トランスと並べて配置される請求項５に記載のモータの制御装置。
【請求項７】
基板を固定するための固定部材が貫通する貫通孔を備え、前記貫通孔は、前記低電圧回路領域内において、前記上段用駆動回路の側に寄せて設けられる請求項３〜６の何れか一項に記載のモータの制御装置。
【請求項８】
前記インバータ回路の電源電圧よりも低い電源電圧で生成され、前記各アームが有する前記スイッチング素子を駆動する各駆動信号を、前記低電圧回路領域から前記高電圧回路領域にそれぞれワイヤレス伝送する信号伝送用絶縁部品を備え、
各信号伝送用絶縁部品は、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って前記各トランスと並べて配置される請求項１〜７の何れか一項に記載のモータの制御装置。
【請求項９】
前記インバータ回路から各駆動回路へのフィードバック信号を、前記高電圧回路領域から前記低電圧回路領域にワイヤレス伝送する信号伝送用絶縁部品を備え、
当該信号伝送用絶縁部品は、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って、前記各トランスと並べて配置される請求項１〜８の何れか一項に記載のモータの制御装置。
【請求項１０】
前記電源制御回路は、複数の前記トランス間の略中心部に配置される請求項１〜９の何れか一項に記載のモータの制御装置。
【請求項１１】
基板を固定するための固定部材が貫通する貫通孔を備え、当該貫通孔は、前記低電圧回路領域内において、前記低電圧回路領域を挟んで両側に並べて配置される前記高電圧回路領域の何れか一方の側に寄せて設けられる請求項１〜４の何れか一項に記載のモータの制御装置。
【請求項１】
交流モータへ電流を供給するインバータ回路の各アームに対してそれぞれ設けられ、各アームが有するスイッチング素子を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路に、電力を供給するための電力供給回路の制御を行う電源制御回路とを有するモータの制御装置であって、
前記電源制御回路を有する低電圧回路領域と、
１つの前記駆動回路を含み、前記低電圧回路領域を挟んで両側に並べて配置されると共に、前記低電圧回路領域との間に所定の絶縁距離を設けて配置される高電圧回路領域と、
前記電力供給回路として、前記低電圧回路領域と各高電圧回路領域とをそれぞれ絶縁状態で結合するトランスと、を有するモータの制御装置。
【請求項２】
前記駆動回路は、隣合う前記駆動回路との間に所定の絶縁距離を設けて配置される請求項１に記載のモータの制御装置。
【請求項３】
前記駆動回路は、前記インバータ回路の直流電源のプラス側に接続される上段側アームの前記スイッチング素子を駆動する上段側駆動回路が前記低電圧回路領域の一方の側に並べて配置され、前記インバータ回路の直流電源のマイナス側に接続される下段側アームの前記スイッチング素子を駆動する下段側駆動回路が前記低電圧回路領域の他方の側に並べて配置される請求項１又は２に記載のモータの制御装置。
【請求項４】
隣合う前記上段側駆動回路の間に設けられる絶縁距離は、隣合う前記下段側駆動回路の間に設けられる絶縁距離よりも長く設定される請求項３に記載のモータの制御装置。
【請求項５】
少なくとも１つの前記スイッチング素子の温度を検出する温度センサの検出結果に基づいて、当該スイッチング素子の温度を検出する温度検出回路が、前記下段側駆動回路と共に前記高電圧回路領域に設けられる請求項４に記載のモータの制御装置。
【請求項６】
前記温度検出回路の検出結果を、前記高電圧回路領域から前記低電圧回路領域にワイヤレス伝送する信号伝送用絶縁部品を備え、
当該信号伝送用絶縁部品は、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って、前記温度検出回路が備えられる前記高電圧回路領域の前記トランスと並べて配置される請求項５に記載のモータの制御装置。
【請求項７】
基板を固定するための固定部材が貫通する貫通孔を備え、前記貫通孔は、前記低電圧回路領域内において、前記上段用駆動回路の側に寄せて設けられる請求項３〜６の何れか一項に記載のモータの制御装置。
【請求項８】
前記インバータ回路の電源電圧よりも低い電源電圧で生成され、前記各アームが有する前記スイッチング素子を駆動する各駆動信号を、前記低電圧回路領域から前記高電圧回路領域にそれぞれワイヤレス伝送する信号伝送用絶縁部品を備え、
各信号伝送用絶縁部品は、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って前記各トランスと並べて配置される請求項１〜７の何れか一項に記載のモータの制御装置。
【請求項９】
前記インバータ回路から各駆動回路へのフィードバック信号を、前記高電圧回路領域から前記低電圧回路領域にワイヤレス伝送する信号伝送用絶縁部品を備え、
当該信号伝送用絶縁部品は、前記低電圧回路領域と前記高電圧回路領域とが対向する境界線に沿って、前記各トランスと並べて配置される請求項１〜８の何れか一項に記載のモータの制御装置。
【請求項１０】
前記電源制御回路は、複数の前記トランス間の略中心部に配置される請求項１〜９の何れか一項に記載のモータの制御装置。
【請求項１１】
基板を固定するための固定部材が貫通する貫通孔を備え、当該貫通孔は、前記低電圧回路領域内において、前記低電圧回路領域を挟んで両側に並べて配置される前記高電圧回路領域の何れか一方の側に寄せて設けられる請求項１〜４の何れか一項に記載のモータの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１３０９６７（Ｐ２００９−１３０９６７Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３００６１１（Ｐ２００７−３００６１１）
【出願日】平成１９年１１月２０日（２００７．１１．２０）
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２０日（２００７．１１．２０）
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
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