JP5586671B2 - パワーモジュール及びこれを用いた駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動モータを駆動するパワーモジュール及びこれを用いた駆動装置に関するものである。

従来、トランジスタ等の半導体素子のオンおよびオフを切り替えることで、直流電力から交流電力を作出するインバータ装置が知られている。例えば、特許文献１〜４に記載のように、３相交流電力を作出する半導体素子、正極直流端子、負極直流端子、出力端子等を一体化したパワーモジュールが公知であり、これらパワーモジュールは、損失やノイズを低減するため、インピーダンスおよびインダクタンスを低下する構造をとっている。

特許文献１では、モータ電流が流れる部分のインダクタンスを低減するために、電源、モータ、グランドの順でモジュール内部バスバーを並行に配線している。

特許文献２では、電源電流が流れる正極側バスバーと負極側バスバーを並行し、上下アームのループも小さく配線されており、端子配置もＰＮラインの逆側に配置されている。

特許文献３では、電源電流が流れる正極側バスバーと負極側バスバーを並行し、バスバーと電源側との間をつなぐ端子を２個並列接続にすることで、インピーダンスを低減している。

特許文献４では、電源電流が流れる正極側バスバーと負極側バスバーを並行し、インピーダンスを低減している。

特開２０１１−２５０４９１号公報 特開２０１１−２２９２２９号公報 特許第３６３３４３２号公報 特許第２７２５９５２号公報

しかしながら、上記の特許文献１〜４に記載の従来技術では、以下に示すような問題点があった。

特許文献１においては、モータ電流が流れる部分のインダクタンスを低減するため、電源、モータ、グランドの順でモジュール内部バスバーを並行に配線しているが、そのせいで、スイッチング素子の上下貫通電流が影響する上アームと下アームの間の配線は大きくなっている。また、モータ電流より周期の早い上アームと下アーム間の転流による磁束の変化は考慮されていない。

特許文献２においては、電源電流が流れる正極側バスバーと負極側バスバーを並行し、上下アームのループも小さく配線されており、端子配置もＰＮラインの逆側に配置されているが、正極側バスバーと負極側バスバーを流れる電流方向が同方向のため、インダクタンス低減効果が小さく、また、輻射によるノイズの影響も大きくなる。

特許文献３においては、電源電流が流れる正極側バスバーと負極側バスバーを並行し、バスバーと電源側との間をつなぐ端子を２個並列接続にすることで、インピーダンスを低減しているが、スイッチング素子の制御端子配置については考慮されていない。

特許文献４においては、電源電流が流れる正極側バスバーと負極側バスバーを並行し、インピーダンスを低減しているが、インバータ部のスイッチング素子の制御端子配置については考慮されていない。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、損失やノイズを低減可能なパワーモジュールおよびこれを用いた駆動装置を得ることを目的としている。

この発明は、電動モータを駆動するためのパワーモジュールであって、直列接続された上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とから構成された、少なくとも１つのスイッチング素子対と、前記パワーモジュールへの電力の供給を行うための電源に接続される電源端子と、前記電源端子に隣接配置され、グランドに接続されるグランド端子と、前記スイッチング素子対の前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子を制御するための制御信号が入力される制御用端子と、前記電源端子に電気的に接続され、前記パワーモジュール内部に配置された電源ブロックと、前記グランド端子に電気的に接続され、前記パワーモジュール内部に前記電源ブロックに隣接して配置されたグランドブロックとを備え、前記スイッチング素子対は、前記パワーモジュール内部に前記電源ブロックおよび前記グランドブロックに隣接して配置され、前記電源ブロックと前記スイッチング素子対の上側スイッチング素子とは電気的に接続され、前記グランドブロックと前記スイッチング素子対の下側スイッチング素子とは電気的に接続され、前記電源端子および前記グランド端子と、前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子のそれぞれの制御用端子とは、互いに離間して配置されていることを特徴とするパワーモジュールである。

この発明は、電動モータを駆動するためのパワーモジュールであって、直列接続された上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とから構成された、少なくとも１つのスイッチング素子対と、前記パワーモジュールへの電力の供給を行うための電源に接続される電源端子と、前記電源端子に隣接配置され、グランドに接続されるグランド端子と、前記スイッチング素子対の前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子を制御するための制御信号が入力される制御用端子と、前記電源端子に電気的に接続され、前記パワーモジュール内部に配置された電源ブロックと、前記グランド端子に電気的に接続され、前記パワーモジュール内部に前記電源ブロックに隣接して配置されたグランドブロックとを備え、前記スイッチング素子対は、前記パワーモジュール内部に前記電源ブロックおよび前記グランドブロックに隣接して配置され、前記電源ブロックと前記スイッチング素子対の上側スイッチング素子とは電気的に接続され、前記グランドブロックと前記スイッチング素子対の下側スイッチング素子とは電気的に接続され、前記電源端子および前記グランド端子と、前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子のそれぞれの制御用端子とは、互いに離間して配置されていることを特徴とするパワーモジュールであるので、制御用端子と電源端子およびグランド端子とを離間させたことで、損失やノイズを低減可能なパワーモジュールを実現できる。

この発明の実施の形態１のブロック図である。 この発明の実施の形態３のブロック図である。 この発明の実施の形態１のパワーモジュール内部構造図である。 この発明の実施の形態２のパワーモジュール内部構造図である。 この発明の実施の形態１において、各相に分割した場合のパワーモジュールの内部構造図である。 この発明の実施の形態２において、各相に分割した場合のパワーモジュールの内部構造図である。 この発明の実施の形態１のパワーモジュールの外部構造図である。 この発明の実施の形態２のパワーモジュールの外部構造図である。 この発明の実施の形態１において、電源グランドのバスバーを外部結線した場合の外部構造図である。 この発明の実施の形態２において、電源グランドのバスバーを外部結線した場合の外部構造図である。 この発明の実施の形態１において、各相に分割した場合のパワーモジュールの外部構造図である。 この発明の実施の形態２において、各相に分割した場合のパワーモジュールの外部構造図である。 モータの出力軸の延出する方向にコントローラを配置した駆動装置の図である。 モータの出力軸の延出する反対方向にコントローラを配置した駆動装置の図である。 この発明の実施の形態４におけるパワーモジュールの内部構造図である。 この発明の実施の形態５におけるパワーモジュールの内部構造図である。 この発明の実施の形態６におけるパワーモジュールの内部構造図である。 この発明の実施の形態１において、電源グランドのバスバーを外部結線した場合の内部構造図である。 この発明の実施の形態１において、モータ巻線との接続部を説明したパワーモジュールの外部構造図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。各図において同一または相当する部分に付いては同一符号を付して説明する。

図１は、パワーモジュールを用いた駆動装置の回路構成の一例を示す。図１に示すように、電動モータ１（以下、モータ１とする。）は、コントローラ２を介して、車両のバッテリ３２に接続されている。モータ１への電流供給源は車両のバッテリ３２であり、その制御量の演算および出力はコントローラ２が担っている。コントローラ２は、モータ１を駆動する駆動電流が通電されるパワー部３、および、モータ１の駆動を制御する制御部２０から構成される。なお、ここでモータ１は３相のブラシレスモータを採用している。

また、パワー部３には、ノイズ対策用チョークコイル６（以下、チョークコイル６とする。）、パワーモジュール１９、および、平滑コンデンサ７が設けられている。パワーモジュール１９は、電源リレー１１とインバータ部５とを有したモジュールとなる。

インバータ部５は、直流から３相交流を出力するためのスイッチング素子２１〜２６を有し、それらのスイッチング素子２１〜２６をオンまたはオフすることによって、３相交流を出力する。また、インバータ部５は、スイッチング素子２１〜２６とモータ１を構成するモータ巻線との間を接続／遮断できるリレー機能を有したスイッチング素子として、モータリレー用スイッチング素子２７〜２９を有している。さらに、インバータ部５は、モータ電流をモニタするためのシャント抵抗１２を有している。これらのスイッチング素子２１〜２９は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor））を使用しているが、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor））、あるいは、ＳｉＣ（炭化ケイ素）およびＧａＮ（窒化ガリウム）等からなる半導体スイッチでもよい。

スイッチング素子２１は、ドレインが電源ライン側に接続され、ソースがスイッチング素子２２のドレインに接続されている。
スイッチング素子２２のソースはグランドに接続されており、スイッチング素子２１とスイッチング素子２２との接続点はモータ１のＵ相コイルに接続されている。
スイッチング素子２３は、ドレインが電源ライン側に接続され、ソースがスイッチング素子２４のドレインに接続されている。
スイッチング素子２４のソースはグランドに接続されており、スイッチング素子２３とスイッチング素子２４との接続点はモータ１のＶ相コイルに接続されている。
スイッチング素子２５は、ドレインが電源ライン側に接続され、ソースがスイッチング素子２６のドレインに接続されている。
スイッチング素子２６のソースはグランドに接続されており、スイッチング素子２５とスイッチング素子２６との接続点はモータ１のＷ相コイルに接続されている。

電源ライン側に設けられたスイッチング素子２１、２３、２５は、上側スイッチング素子、グランドライン側に設けられたスイッチング素子２２、２４、２６は下側スイッチング素子と呼ぶ。

スイッチング素子２１〜２６とモータ１のモータ巻線との間を接続／遮断できるリレー機能を有したスイッチング素子として設けられたモータリレー用スイッチング素子２７〜２９は、各上側スイッチング素子２１、２３、２５と各下側スイッチング素子２２、２４、２６との間とモータ１のモータ巻線との間に設けられており、マイクロコンピュータ８の指令によって、プリドライバ９を介して、モータリレー用スイッチング素子２７〜２９のゲートがオン／オフされることで、通電／遮断を行う。

スイッチング素子２７のソースがスイッチング素子２１と２２の接続点に接続され、スイッチング素子２７のドレインがモータ１のＵ相巻線と接続される。
スイッチング素子２８のソースがスイッチング素子２３と２４の接続点に接続され、スイッチング素子２８のドレインがモータ１のＶ相巻線と接続される。
スイッチング素子２９のソースがスイッチング素子２５と２６の接続点に接続され、スイッチング素子２９のドレインがモータ１のＷ相巻線と接続される。
本実施の形態では、モータリレー用スイッチング素子２７〜２９のドレインとソースの向きを、上記の向きに接続したが、スイッチング素子２７〜２９が３素子ともに同じ向きであれば、ドレインとソースの向きは逆でも構わない。
モータリレー用スイッチング素子２７〜２９も、スイッチング素子と同様にＦＥＴを使用しているが、ＩＧＢＴやＳｉＣ、ＧａＮ等の半導体スイッチでもよい。

モータ電流検出手段（モータ電流検出回路）としてのシャント抵抗１２は、下側スイッチング素子２２、２４、２６のソースとグランドとの間に電気的に接続されている。シャント抵抗１２に電流が流れる際に発生する両端電圧を検出することで、モータ１の各Ｕ、Ｖ、Ｗ相に流れるモータ電流を検出する。

本実施の形態では、シャント抵抗１２は、下側スイッチング素子２２、２４、２６のドレインの接続点とグランドとの間に１個設けられている。このシャント方式を、すなわち、下側スイッチング素子２２、２４、２６の各ドレインとグランドとの間にシャント抵抗１個を設ける方式を、３個シャントを使用する３シャント方式に対して、１シャント方式と呼ぶ。

１シャント方式では、シャント抵抗１２に、平均すると３相の電流が合わさった母線電流が流れるが、ＰＷＭのスイッチング周期毎では、３相のスイッチング素子のスイッチングの状態によって、母線に流れる電流が切り替わっているため、これらスイッチング状態に応じて、モータ電流を検出することによって、モータ１の各相電流、すなわち、Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流を検出することが可能となる。

電源リレー１１は、モータリレー用スイッチング素子２７〜２９と同様に、電源リレー用スイッチング素子３０、３１で構成される。電源リレー用スイッチング素子３０、３１は、互いに直列接続されている。電源リレー１１は、電源としてのバッテリ３２と上側スイッチング素子２１、２３、２５の間に設けられ、異常時に電流が流れるのを遮断することが可能である。なお、電源リレー用スイッチング素子３０は、電源側に設けられ、断線故障やショート故障が生じた場合に、モータ１側へ電流が流れないように遮断することが可能である。電源リレー用スイッチング素子３１は、平滑コンデンサ７側に設けられ、平滑コンデンサ７等の電子部品が誤って逆接された時や、電源が逆接された場合に、平滑コンデンサ７等の電子部品に逆向きの電流が流れないように、逆接保護のために設けられている。本実施の形態では、電源リレー用スイッチング素子３０、３１を両方設けているが、これに限定されるものではなく、用途によっては、電源リレー用スイッチング素子３０、３１のどちらか一方のみの設置でもよい。電源リレー用スイッチング素子３０、３１も、他のスイッチング素子と同様にＦＥＴを使用しているが、ＩＧＢＴやＳｉＣ、ＧａＮ等の半導体スイッチでもよい。

チョークコイル６は、電源としてのバッテリ３２と電源リレー１１の間に設けられ、コントローラ２からのノイズが、バッテリ３２を共用する他の装置へ伝わるのを低減する。また、逆に、バッテリ３２を共用する他の装置から伝わるノイズを低減する。

平滑コンデンサ７は、上側スイッチング素子２１、２３、２５のドレインと下側スイッチング素子２２、２４、２６のソースとの間に電気的に接続される。平滑コンデンサ７は電荷を蓄えることで、スイッチング素子２１〜２６への電力供給を補助したり、サージ電圧などのノイズ成分を低減する。

また、電流検出方式として１シャント方式をとる場合は、平滑コンデンサ７の接続位置としては、電源側は、電源リレー１１とインバータ５の間に接続し、また、グランド側は、シャント抵抗１２と電源３２のグランドとの間に接続する。１シャント検出方式の場合に、正確に電流を検出するためにこの接続とする必要がある。これは、シャント抵抗１２のインバータ側に平滑コンデンサ７を挿入すると、インバータ部５と平滑コンデンサ７間で電流がループしてしまい、シャント抵抗１２に電流が流れなくなるのを避けるためである。

制御部２０は、演算および処理の中枢となるマイクロコンピュータ８、インバータ部５の前段となるプリドライバ９、モータ１のモータ電流をモニタするための電流モニタＩ／Ｆ（インターフェース）１０と、モータの回転位置を検出する回転センサ４とを有している。

マイクロコンピュータ８は、回転センサ４で得たモータ１のモータ回転位置に応じて、プリドライバ９を介して、インバータ部５を制御する。

具体的には、マイクロコンピュータ８は、プリドライバ９を介して、スイッチング素子２１〜２６のオン／オフを切り替えることにより、インバータ部５を制御する。すなわち、スイッチング素子２１〜２６のゲートがプリドライバ９の出力端子に接続されており、プリドライバ９がゲート電圧を変化させることによって、スイッチング素子２１〜２６のオン／オフを切り替える。

また、電流モニタＩ／Ｆ１０は、モータ１のモータ電流を検出するシャント抵抗１２のための電流増幅用インターフェース回路が内蔵されており、この増幅された検出電流値をマイクロコンピュータ８へ出力し、マイクロコンピュータ８が、モータ１へ供給する電流を目標電流へ近づけるべく制御を行う。なお、電流モニタＩ／Ｆ１０およびシャント抵抗１２とは、モータ１へ供給する電流を検出するモータ電流検出手段（モータ電流検出回路）を構成している。なお、モータ電流検出手段は、各スイッチング素子対（２１，２２；２３，２４；２５，２６に対して必ずしも設ける必要はなく、複数のスイッチング素子対（符号２１〜２６）に対して少なくとも１個配置すればよい。

次に、パワーモジュール１９の内部構造について、図３を用いて説明する。

図３に示すように、パワーモジュール１９は、熱伝導性の高い金属、例えば銅もしくは銅合金などによって、配線パターンが形成される。形成された配線パターンは、モジュールのリードフレームとして、バスバー、及び放熱部材となる。また、パターン形成の自由度を上げるために、放熱性の高い部材、例えばアルミやセラミックなどの基板上にパターンを形成してもよい。
スイッチング素子２１〜２９として用いているＦＥＴは、ドレインは各スイッチング素子の裏面に形成され、ソースとゲートは各スイッチング素子表面に形成されている。

パワーモジュール１９には、パワーモジュール１９に電力を供給するための電源端子１０８とグランド端子１０７とが、その一部を外部に露出するように設けられている。また、電源端子１０８からパワーモジュール１９内部に向かって延設するように電源バスバー１１０が設けられている。電源バスバー１１０は、略コの字形状を有し、パワーモジュール１９の外形形状に沿うように、パワーモジュール１９内に配置されている。また、さらに、パワーモジュール１９には、略矩形の電源ブロック１１３，１１５が設けられ、電源ブロック１１３，１１５は電源バスバー１１０とクリップリード１１９を介して接続されている。本実施の形態では、電源バスバー１１０と電源ブロック１１３，１１５とが、広義の意味での、電源端子１０８からパワーモジュール１９内部に向かって延設するように設けられた「電源ブロック」である。

また、グランド端子１０７からパワーモジュール１９内部に向かって延設するようにグランドバスバー１１１が設けられている。グランドバスバー１１１は、略Ｌ字形状を有し、電源バスバー１１０の内側に配置され、略コの字の電源バスバー１１０と並行するように配置されている。また、さらに、パワーモジュール１９には、略Ｌ字型の中間ブロック１１２，１１４，１１６が電源ブロック１１１３，１１５に隣接して設けられている。中間ブロック１１２，１１４，１１６はグランドバスバー１１１とクリップリード１１８を介して接続されている。本実施の形態では、グランドバスバー１１１と中間ブロック１１２，１１４，１１６とが、広義の意味での、グランド端子１０７からパワーモジュール１９内部に向かって延設するように設けられた「グランドブロック」である。

上側スイッチング素子２１は電源ブロック１１５に搭載され、下側スイッチング素子２２は中間ブロック１１６に搭載されている。
また、上側スイッチング素子２３は電源ブロック１１３に搭載され、下側スイッチング素子２４は中間ブロック１１４に搭載されている。
また、上側スイッチング素子２５は電源バスバー１１０に搭載され、下側スイッチング素子２６は中間ブロック１１２に搭載されている。

なお、モータリレー用スイッチング素子２７〜２９は、中間ブロック１１２，１１４，１１６に隣接して設けられ、上側スイッチング素子２１、２３、２５と下側スイッチング素子２２、２４、２６との両者の接続点に接続され、モータ１と上側スイッチング素子２１、２３、２５および下側スイッチング素子２２、２４、２６からなるスイッチング素子対との間を遮断／接続するためのスイッチング素子である。
モータリレー用スイッチング素子２７〜２９は、上側スイッチング素子２１、２３、２５と下側スイッチング素子２２、２４、２６との間、スイッチング素子対２１〜２６と電源ブロック１１３，１１５の間、および、スイッチング素子対２１〜２６と後述する中間ブロック１１２，１１４，１１６との間、スイッチング素子対２１〜２６と電源バスバー１１０の間、および、スイッチング素子対２１〜２６とグランドバスバー１１１との間を除く領域に配置される。これにより、モータリレー用スイッチング素子２７〜２９をパワーモジュール１９に追加することができ、モータリレー用スイッチング素子２７〜２９が必要な場合も、駆動装置の小型化，低ノイズ化が可能になる。

また、図３においては、モータリレー用スイッチング素子２７〜２９は、スイッチング素子対２１〜２６の右側に隣接して配置されている。これにより、上側スイッチング素子２１、２３、２５と下側スイッチング素子２２、２４、２６のドレインと、モータリレー用スイッチング素子２７〜２９を、略直線で短く接続することが可能となり、損失やノイズ低減の効果がある。なお、図３においては、モータリレー用スイッチング素子２７〜２９をスイッチング素子対２１〜２６の右側に隣接して配置する例を示したが、右側に限らず、左側に配置してもよい。もしくは、モータリレー用スイッチング素子２７〜２９を、電源ブロック１１３，１１５および中間ブロック１１２，１１４，１１６が配置された側と反対側に隣接して配置するようにしてもよい。

また、図３のパワーモジュール１９では、スナバコンデンサ１０３と、ＦＥＴのドレインとソース間に挿入されるコンデンサ１０１，１０２（以下、ＤＳ間コンデンサと呼ぶ）とが、パワーモジュール１９内に搭載されており、これらがパワーモジュール１９内に配置されていることで、ノイズ源となるスイッチング素子の近くで、ノイズ低減を行うことが可能となり、より効果的な配置となっている。

ＤＳ間コンデンサ１０１、１０２には、上側ＤＳ間コンデンサ１０１と下側ＤＳ間コンデンサ１０２とがある。上側ＤＳ間コンデンサ１０１は、各上側スイッチング素子２１、２３、２５に対して１つずつ設けられており、それぞれ、各上側スイッチング素子２１、２３、２５のドレインとソースとの間に接続されている。また、下側ＤＳ間コンデンサ１０２は、下側スイッチング素子２２、２４、２６に対して１つずつ設けられており、それぞれ、各下側スイッチング素子２２、２４、２６のドレインとソースとの間に接続されている。また、これらＤＳ間コンデンサ１０１、１０２は、必ずしも設ける必要はなく、ノイズ性能要求次第では削除することも可能である。
スナバコンデンサ１０３は、バッテリ３２とグランドの間に挿入されており、ノイズを低減することが可能となる。

また、パワーモジュール１９は、モジュール端面に複数の端子を有している。これらの端子について以下に説明する。

まず、パワーモジュール１９の長手方向の１端面には、スイッチング素子２１〜２６とモータリレー用スイッチング素子２７〜２９とのためのゲート信号端子とソース信号端子とが配置されており、これらゲート信号端子とソース信号端子を纏めてスイッチング素子の制御用端子１２１と呼ぶ。
また、その同一面に、モータ１のモータ巻線へ電力を供給するための、Ｕ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、Ｗ相モータ端子１０６が配置されている。
さらに、同一面に、シャント抵抗１２の両端電圧を検出するためのシャント抵抗出力端子１２２が配置されている。
以上のように、スイッチング素子２１〜２９の制御用端子１２１と、Ｕ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、Ｗ相モータ端子１０６と、シャント抵抗出力端子１２２とが、パワーモジュール１９の同じ面（長手方向の１端面）にすべてまとめて配置されている。

また、パワーモジュール１９の長手方向の１端面に垂直に隣接する短手方向の１端面に、パワーモジュールへ供給される電源端子１０８と、グランド端子１０７とが配置されている。これらの電源端子１０８とグランド端子１０７は、図３に示すように、互いに隣接して設けられている。
また、その同一面に、電源リレー１１のインバータ入力側の電源を外部へ延出するための電源リレー後端子１０９を有している。この電源リレー後端子１０９は、図１に示すように、電源リレー１１とインバータ部５との間に位置し、平滑コンデンサ７を接続するための端子となる。
また、その同一面に、電源リレー１１を構成する電源リレー用スイッチング素子３０、３１のゲート信号端子とソース信号端子を有しており、これら電源リレー用スイッチング素子３０、３１のゲート信号端子とソース信号端子とを、纏めて、電源リレー用スイッチング素子の制御用端子１２０と呼ぶ。
以上のように、電源端子１０８、グランド端子１０７、電源リレー後端子１０９、電源リレー用スイッチング素子の制御用端子１２０が、パワーモジュール１９の同一面（短手方向の１端面）にすべてまとめて配置されている。

従って、これらの短手方向の１端面に配置されている端子は、上述したスイッチング素子の制御用端子１２１、Ｕ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、Ｗ相モータ端子１０６、シャント抵抗出力端子１２２が配置された面とは異なる面に配置されている。なお、上述の説明においては、長手方向の端面と短手方向の短面とが互いに隣接していると説明したが、その場合に限らず、スイッチング素子の制御用端子１２１、Ｕ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、Ｗ相モータ端子１０６、シャント抵抗出力端子１２２が配置された面と、電源端子１０８、グランド端子１０７、電源リレー後端子１０９、電源リレー用スイッチング素子の制御用端子１２０が配置された面とが互いに異なる面であればよい。あるいは、スイッチング素子の制御用端子１２１、Ｕ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、Ｗ相モータ端子１０６、および、シャント抵抗出力端子１２２が配置されている箇所と、電源端子１０８、グランド端子１０７、電源リレー後端子１０９、および、電源リレー用スイッチング素子の制御用端子１２０が配置されている箇所とが、互いに離間していればよい。

なお、図３に示すように、モータリレー用スイッチング素子２７〜２９の制御用端子１２１は、他の制御用端子１２１，１２２と並置され、モータリレー用スイッチング素子２７〜２９と上側スイッチング素子２１、２３、２５との少なくとも一方が、制御用端子１２１の近傍に配置されている。

次に、パワーモジュール１９内部の電流経路に基づいて各部品間や、各部品と端子間との接続について説明する。

図３に示すように、パワーモジュール１９内部には、電源バスバー１１０が設けられている。このとき、まず、バッテリ３２から、上述の短手方向の１端面に設けられた、隣接された電源端子１０８とグランド端子１０７を介して、パワーモジュール１９へ電源供給される。電源端子１０８から入力された電力は電源リレー１１を介して電源リレー後電圧を電源バスバー１１０を通してパワーモジュール１９内部へ供給する。電源バスバー１１０から各Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のブリッジ回路へと電源が供給される。この電流経路について説明する。

電源バスバー１１０には、図３に示すように、複数のクリップリード１１９が設けられている。Ｕ相のブリッジ回路は、電源バスバー１１０から、複数のクリップリード１１９の中の１つを介して電源ブロック１１５へと電流が供給される。クリップリード１１９は銅や銅合金のような金属から構成される。

電源ブロック１１５上にＵ相上側スイッチング素子２１が配置されており、Ｕ相上側スイッチング素子２１の表面にあるソースパッドとＵ相下側スイッチング素子２２のドレインと同電位となる中間ブロック１１６が電源ブロック１１５に隣接して設けられ、クリップリード１１７によって接続される。
このように、電源ブロック１１５と中間ブロック１１６とを隣接して配置することで、上側ＤＳ間コンデンサ１０１を電源ブロック１１５と中間ブロック１１６間に直接配置することができ、インピーダンスを無駄に増加させることなく効果的にノイズ低減することが可能となる。

また、クリップリード１１７は、Ｕ相上側スイッチング素子２１のソースとＵ相下側スイッチング素子２２のドレインとを接続するだけでなく、クリップリード１１７は、電源ブロック１１５から、中間ブロック１１６を超えて、中間ブロック１１６に隣接して配置されているモータリレー用スイッチング素子２７のソースパッドまで延設され、当該ソースパッドに接続される。モータリレー用スイッチング素子２７のドレインはＵ相モータ端子１０４と同じリードフレームとなる。Ｕ相モータ端子１０４からモータ１のＵ相巻線へと電力が供給される。

Ｕ相下側スイッチング素子２２のソースはグランドバスバー１１１にクリップリード１１８を介して接続される。中間ブロック１１６とグランドバスバー１１１が隣接して配置されることとなり、これにより、下側ＤＳ間コンデンサ１０２をグランドバスバー１１１と中間ブロック１１６間に直接配置することができ、インピーダンスを無駄に増加させることなく効果的にノイズ低減することが可能となる。

また、大電流が流れる電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１は隣接して並列するように配置することで、インダクタンスを低減させる。

また、Ｕ相上側スイッチング素子２１のＵ相ゲートと上側スイッチング素子２１のソースと、Ｕ相下側スイッチング素子のゲートと、Ｕ相モータリレー用スイッチング素子２７のゲート、Ｕ相モータリレー用スイッチング素子のソースそれぞれと、制御信号端子１２１との間はワイヤーボンディングで接続する。

同様に、Ｖ相ブリッジ回路について説明する。

Ｖ相のブリッジ回路は、電源バスバー１１０から、別のクリップリード１１９を介して、電源ブロック１１３へと電流が供給される。

電源ブロック１１３上にＶ相上側スイッチング素子２３が配置されており、Ｖ相上側スイッチング素子の表面にあるソースパッドとＶ相下側スイッチング素子のドレインと同電位となる中間ブロック１１４が、上記とは別のクリップリード１１７によって接続される。このとき、電源ブロック１１３と中間ブロック１１４は隣接して配置する。
隣接して配置することで、上側ＤＳ間コンデンサ１０１が電源ブロック１１３と中間ブロック１１４間に直接配置することができ、インピーダンスを無駄に増加させることなく効果的にノイズ低減することが可能となる。

また、クリップリード１１７はＶ相上側スイッチング素子２３のソースとＶ相下側スイッチング素子２４のドレインを接続するだけでなく、そのままクリップリード１１７を延長し、モータリレー用スイッチング素子２８のソースパッドへと接続される。Ｖ相モータリレー用スイッチング素子２８のドレインはＶ相モータ端子１０５と同じリードフレームとなる。Ｖ相モータ端子１０５からモータ１のＶ相巻線へと電力が供給される。

Ｖ相下側スイッチング素子２４のソースはグランドバスバー１１１にクリップリード１１８を介して接続される。中間ブロック１１４とグランドバスバー１１１が隣接して配置されることとなり、これにより、下側ＤＳ間コンデンサ１０２がグランドバスバー１１１と中間ブロック１１４間に直接配置することができ、インピーダンスを無駄に増加させることなく効果的にノイズ低減することが可能となる。

また、Ｖ相上側スイッチング素子２３のゲートとＶ相上側スイッチング素子２３のソースと、Ｖ相下側スイッチング素子２４のゲートと、Ｖ相モータリレー用スイッチング素子２８のゲート、Ｖ相モータリレー用スイッチング素子２８のソースの、それぞれと、制御信号端子１２１との間はワイヤーボンディングで接続する。

同様に、Ｗ相ブリッジ回路について説明する。

図３に示すように、パワーモジュール１９の中で、Ｕ相ブリッジ回路部、Ｖ相ブリッジ回路部、Ｗ相ブリッジ回路部とは並べて配置されているが、中でも、Ｗ相ブリッジ回路はパワーモジュール１９内部の端に位置するため、電源バスバー１１０が直接、Ｗ相上側スイッチング素子２５を実装可能なリードフレームとなる。従って、Ｗ相ブリッジ回路においては、電源ブロックが設けられておらず、電源バスバー１１０が電源ブロックの役割を果たしている。

電源バスバー１１０上にＷ相上側スイッチング素子２５が配置されており、Ｗ相上側スイッチング素子の表面にあるソースパッドとＷ相下側スイッチング素子のドレインと同電位となる中間ブロック１１２がクリップリード１１７によって接続される。この時、電源バスバー１１０と中間ブロック１１２は隣接して配置する。
隣接して配置することで、上側ＤＳ間コンデンサ１０１が電源バスバー１１０と中間ブロック１１２間に直接配置することができ、インピーダンスを無駄に増加させることなく効果的にノイズ低減することが可能となる。

また、クリップリード１１７はＷ相上側スイッチング素子２５のソースとＷ相下側スイッチング素子２６のドレインを接続するだけでなく、そのままクリップリード１１７を延長し、モータリレー用スイッチング素子２９のソースパッドへと接続される。Ｗ相モータリレー用スイッチング素子２９のドレインはＷ相モータ端子１０６と同じリードフレームとなる。Ｗ相モータ端子１０６からモータ１のＷ相巻線へと電力が供給される。

Ｗ相下側スイッチング素子２６のソースはグランドバスバー１１１へとクリップリード１１８を介して接続される。中間ブロック１１２とグランドバスバー１１１が隣接して配置されることとなり、これにより、下側ＤＳ間コンデンサ１０２がグランドバスバー１１１と中間ブロック１１２間に直接配置することができ、インピーダンスを無駄に増加させることなく効果的にノイズ低減することが可能となる。

また、Ｗ相上側スイッチング素子２５のゲートとＷ相上側スイッチング素子２５のソースと、Ｗ相下側スイッチング素子２６のゲートと、Ｗ相モータリレー用スイッチング素子２９のゲート、Ｗ相モータリレー用スイッチング素子２９のソースの、それぞれと、制御信号端子１２１との間はワイヤーボンディングで接続する。

また、下側スイッチング素子２２、２４、２６のソース信号は、シャント抵抗１２と同電位のため、共用し、パワーモジュール１９に配置させる端子数を削減し小型化を図っている。

上述したように、バッテリ３２から、隣接された電源端子１０８とグランド端子１０７を介してパワーモジュール１９へ電源供給され、その後、電源端子１０８から入力された電源は電源リレー１１を介して電源リレー後電圧を電源バスバー１１０を通してパワーモジュール１９内部へ供給され、電源バスバー１１０から各Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のブリッジ回路へと電源が供給されることになる。
さらに、各相へ電力が供給された後は、各Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のブリッジ回路はグランドバスバー１１１に接続されており、このグランドバスバー１１１は、電源バスバー１１０と隣接して配置され、シャント抵抗１２へと接続される。シャント抵抗１２とグランド端子１０７が接続され、バッテリ３２へと戻る。
また、グランド端子と電源リレー後端子１０９の間にノイズ低減用にスナバコンデンサ１０３を配置する。パワーモジュール１９内に配置することで、インピーダンスを無駄に増加させることなく効果的にノイズ低減することが可能となる。

ここで、図３では、ＵＶＷの３相のブリッジ回路を１モジュールとしていたが、各ブリッジ毎に分割しても良い。その場合を、図５を用いて説明する。

図５におけるパワーモジュール１９は、図３におけるパワーモジュール１９のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を分割したものになる。ここでは、仮に、図５が、Ｕ相のブリッジ回路部を図示しているものとして説明する。Ｖ相、Ｗ相においても同じものとなるため説明を省く。

電源ブロック１１５上にＵ相上側スイッチング素子２１が配置されており、Ｕ相上側スイッチング素子２１の表面にあるソースパッドとＵ相下側スイッチング素子２２のドレインと同電位となる中間ブロック１１６がクリップリード１１７によって接続される。この時、電源ブロック１１５と中間ブロック１１６は隣接して配置する。
なお、隣接して配置することで、上側ＤＳ間コンデンサ１０１が電源ブロック１１５と中間ブロック１１６間に直接配置することができ、インピーダンスを無駄に増加させることなく効果的にノイズ低減することが可能となる。

また、クリップリード１１７は、Ｕ相上側スイッチング素子２１のソースとＵ相下側スイッチング素子２２のドレインを接続するだけでなく、そのままクリップリード１１７を延長し、モータリレー用スイッチング素子２７のソースパッドへと接続される。Ｕ相モータリレー用スイッチング素子２７のドレインはＵ相モータ端子１０４と同じリードフレームとなる。Ｕ相モータ端子１０４からモータ１のＵ相巻線へと電力が供給される。

Ｕ相下側スイッチング素子２２のソースはグランドバスバー１１１へとクリップリード１１８を介して接続される。中間ブロック１１６とグランドバスバー１１１が隣接して配置されることとなり、これにより、下側ＤＳ間コンデンサ１０２がグランドバスバー１１１と中間ブロック１１６間に直接配置することができ、インピーダンスを無駄に増加させることなく効果的にノイズ低減することが可能となる。

また、Ｕ相上側スイッチング素子２２のゲートとＵ相上側スイッチング素子２２のソースと、Ｕ相下側スイッチング素子２３のゲートと、Ｕ相モータリレー用スイッチング素子２７のゲート、Ｕ相モータリレー用スイッチング素子２７のソースの、それぞれと、制御信号端子１２１との間はワイヤーボンディングで接続する。

上側スイッチング素子２１および下側スイッチング素子２２との接続点からＵ相モータ端子１０４が延出され、Ｕ相モータ端子１０４からモータ１のＵ相巻線へと電力が供給されるが、その場合に、Ｕ相モータ端子１０４は電源ブロック１１５やグランドバスバー１１１と反対方向へ延出される。これにより、モータ端子を設けた場合も、パワーモジュール１９の小型化を可能にする。

これらの分割したブリッジ回路のパワーモジュールを用いることで、レイアウト性が向上する場合は、当該分割したパワーモジュールを用いるようにすればよい。

次に、本実施の形態１に係るパワーモジュール１９の外部構造について図７を用いて説明する。

図３に示した内部構造を有するパワーモジュール１９の外部構造は、図７に示すような略直方体の筐体（モジュール）から構成されている。当該パワーモジュール１９において、長手方向（長辺側）の１端面に、制御用信号端子１２１、シャント抵抗出力端子１２２、Ｕ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、Ｗ相モータ端子１０６が、それらの一部を筐体から外部に突出させるように配置され、また、異なる１端面（ここでは、短手方向（短辺側）の１端面）に、電源端子１０８、グランド端子１０７、電源リレー後端子１０９、電源リレー用スイッチング素子の制御用端子１２０が、それらの一部を筐体から外部に突出させるように配置されている。

また、小信号である制御用信号端子１２１およびシャント抵抗出力端子１２２と、大電流が流れる大電流端子であるＵ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、および、Ｗ相モータ端子１０６とが並列している。この場合、これらの端子を１端面にまとめられるため、小型化できるという利点もあるが、小信号端子が大電流端子の影響を受けてしまう可能性がある。この影響は小信号端子と大電流端子が隣接して並行した場合に受けることになるため、図７のように、大電流端子のＵ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、および、Ｗ相モータ端子１０６は、パワーモジュール１９から外に出た後で、小信号端子の制御用信号端子１２１およびシャント抵抗出力端子１２２と同方向に延長させないようにする。図７においては、小信号端子が上方向にＬ字型に折曲されて延設され、大電流端子が下方向にＬ字型に折曲されて延設されている。すなわち、大電流端子であるＵ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、Ｗ相モータ端子１０６が、小信号端子である制御用信号端子１２１およびシャント抵抗出力端子１２２に対して、逆向きの方向に設けられている。

なお、図７に示すように、パワーモジュール１９の外側において、Ｕ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、Ｗ相モータ端子１０６自身を、制御用信号端子１２１とシャント抵抗出力端子１２２に対して、逆方向に延長するようにしたので、モータ端子１０４，１０５，１０６を設けた場合に小型化したパワーモジュール１９においても、大電流が流れるモータ端子１０４、１０５、１０６と制御用信号端子１２１とが隣り合って並行することがなく、制御用信号端子１２１へのモータ端子によるノイズを低減することが可能となる。

あるいは、図１９のように、モータ１のモータ巻線から延長されてきた端子１３１〜１３３と接続した後において、制御用信号端子１２１およびシャント抵抗出力端子１２２に対して逆方向に延長してもよい。

また、図１９に示すように、Ｕ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、Ｗ相モータ端子１０６を、モータ１のモータ巻線から延長されてきた端子１３１〜１３３と接続する場合は、Ｕ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、Ｗ相モータ端子１０６が、制御用信号端子１２１およびシャント抵抗出力端子１２２に対して同じ側に延設する部分は、モータ端子１０４〜１０６と端子１３１〜１３３の接続部分のみとして平行する距離を短くする。これによって、小信号端子が受ける大電流端子の影響を低減可能となる。

なお、これまでの説明では、電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１とをパワーモジュール１９内部で接続していた。パワーモジュール１９内部で接続することで、パワーモジュール１９外部で接続する必要がないので工作上はコスト削減となるが、一方で、パワーモジュール１９のサイズが大きくなってしまう。そこで、パワーモジュール１９のサイズを小型にするために、電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１とをパワーモジュール１９の外部で接続するようにしてもよい。パワーモジュール１９外部で接続する場合は、電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１とをパワーモジュール１９の筐体から両方出してもよいが、どちらか片方でも良い。電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１とがパワーモジュール１９内部、または外部、または内部と外部で、隣接して並行に配置されていることで、インダクタンス低減となる。

電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１とをパワーモジュール１９外部で接続した場合の内部構造を図１８を用いて説明する。
外部で電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１とを接続した点以外は、図３と同じであるため、図３からの変更点のみを説明する。図１８の構成においては、電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１とがパワーモジュール１９内部に設けられておらず、かつ、Ｕ相電源ブロック１１５と、Ｖ相電源ブロック１１３とが、それぞれ各相ブリッジ回路から、パワーモジュール１９外部に、端子として、その一部が突出されている。また、図３の構成では設けられていない、Ｕ相グランドブロック１２５、Ｖ相グランドブロック１２６、Ｗ相電源ブロック１２８と、Ｗ相グランドブロック１２７が設けれ、それらのＵ相グランドブロック１２５、Ｖ相グランドブロック１２６、Ｗ相電源ブロック１２８と、Ｗ相グランドブロック１２７が、それぞれ各相ブリッジ回路から、パワーモジュール１９外部に、端子として、その一部が突出されている。また、シャント抵抗１２の電源端子１０７とは逆側のシャント抵抗１２前段の入力端子１２４も、パワーモジュール１９外部に、端子として、その一部が突出されている。

ここで、電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１をパワーモジュール１９外部で接続した場合の外部構造を図９を用いて説明する。
外部で、電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１を接続した点以外は、図７と同じであるため、図７からの変更点のみを説明する。Ｕ相電源ブロック１１５と、Ｕ相グランドブロック１２５、Ｖ相電源ブロック１１３と、Ｖ相グランドブロック１２６、Ｗ相電源ブロック１２８と、Ｕ相グランドブロック１２７が、それぞれ、各相ブリッジ回路からパワーモジュール１９外部に端子として突出されている。また、Ｕ相電源ブロック１１５と、Ｖ相電源ブロック１１３と、Ｗ相電源ブロック１２８とが、電源バスバー１１０に接続され、Ｕ相グランドブロック１２５と、Ｖ相グランドブロック１２６と、Ｕ相グランドブロック１２７とが、グランドバスバー１１１に接続されている。
また、図９においては、電源リレー後電圧端子１０９が、Ｕ相電源ブロック１１５に並設されている。また、その近傍には、シャント抵抗１２のシャント抵抗出力端子１２２とは逆側のシャント抵抗１２前段の入力端子１２４が設けられている。図９に示すように、電源リレー後電圧端子１０９を電源バスバー１１０に接続されることで、３相のブリッジ回路に電源系が供給され、シャント抵抗１２前段の入力端子１２４とグランドバスバー１１１が接続されることで、３相ブリッジ回路からの母線電流がシャント抵抗１２へと流れ込むようになる。
このように、複数配置された電源ブロック１１３，１１５およびグランドブロック１２５、１２６、１２７のうち、少なくともいずれか一方を、パワーモジュール１９外部で、それぞれ、電源バスバー１１０またはグランドバスバー１１１に接続する（あるいは、複数配置された電源端子１０８およびグランド端子１０７のうち、少なくともいずれか一方をパワーモジュール１９外部で接続する）ようにしたので、その分だけ、パワーモジュール１９が小型化可能となる。

また、ＵＶＷの３相のブリッジ回路を、各ブリッジ毎に分割した場合のパワーモジュール１９の外部構造について、図１１を用いて説明する。ここでは先の説明と合わせて、仮にＵ相とした場合の説明とするが、Ｖ相、Ｗ相においても同じものとなる。

図５に示した内部構造を有するパワーモジュール１９の外部構造は、図１１に示すような略直方体の筐体（モジュール）となる。当該パワーモジュール１９において、長辺側（長手方向の１端面）に制御用信号端子１２１およびＵ相モータ端子１０４が配置され、また、離間されて異なる面に、電源端子１１５およびグランド端子１１１が配置されている。
また、小信号端子の制御用信号端子１２１と、大電流が流れる大電流端子のＵ相モータ端子１０４とが並列している。この場合、端子をまとめられるため、小型化できるという利点もあるが、小信号端子が大電流端子の影響を受けてしまう可能性がある。この影響は小信号端子と大電流端子が隣接して並行した場合に受けることになるため、図１１のように、大電流が流れるＵ相モータ端子１０４は、パワーモジュール１９から外に出た後で、小信号の制御用信号端子１２１と同方向に延長させないようにする。具体的には、制御用信号端子１２１がＬ字型に上方向に折曲され、Ｕ相モータ端子１０４はＬ字型に下方向に折曲されている。これによって、小信号端子が受ける大電流端子の影響を低減可能となる。

ここで、上記の配置及び接続を行ったパワーモジュール１９の効果について説明する。

図３のように配置することで、大電流が流れる電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１と小信号端子である制御用信号端子１２１およびシャント抵抗出力端子１２２とを分離することが可能となる。また、これら電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１はパワーモジュール１９への入力から隣接しており、流れる電流の向きが逆向きとなる。これによってそれぞれの大電流バスバーが作り出す磁界を打ち消すことができ、インダクタンス低減が可能となる。

また、各ＵＶＷ相のブリッジ回路において、電源バスバー１１０から、上側スイッチング素子２１、２３、２５を介して下側スイッチング素子２２、２４、２６に繋がり、そこからグランドバスバー１１１に戻る経路が最短距離となり、かつ、ループ面積を小さくできている。
ＰＷＭでスイッチング素子をスイッチングする際に、スイッチング素子の寄生ダイオードに起因して電源であるバッテリ３２とグランド間に貫通電流が発生することがある。本実施の形態によれば、電源であるバッテリ３２とグランド間のループを最短にしていることより、インピーダンスを低減できており、貫通電流によって発生するノイズを低減することが可能となる。また、電源であるバッテリ３２とグランド間のループが小さくできているため、これらループから放射するノイズも低減可能となる。

また、ＰＷＭスイッチング動作させる場合は、各ＰＷＭの１周期において、例えばＵ相上側オン、Ｕ相下側オフから、Ｕ相上側オフ、Ｕ相下側オンの状態へと入れ替わる。この時の電流の流れに着目すると、モータ電流の向きは同じ向きでモータへ電流を供給しているとすると、Ｕ相上側オン、Ｕ相下側オフでは、Ｕ相上側からモータへ供給しており、Ｕ相上側オフ、Ｕ相下側オンでは、Ｕ相下側からモータへ電流供給している。

モータ１のモータ巻線へ電流供給している時で考えると、各ＰＷＭ１周期毎に、電源側からＵ相上側を介してＵ相モータ巻線へと電流が流れるモードと、グランド側からＵ相下側を介して、モータ巻線へと電流が流れる二つのモードを繰り返すことになり、これを転流と呼ぶ。

本実施の形態ではＰＷＭ周期を２０ＫＨｚとしており、その場合各ＰＷＭ周期の時間は５０ｕｓとなる。５０ｕｓ毎に転流を繰り返すのがＰＷＭとなる。
転流も、モータ電流も振幅は同じだが、周期は、転流の方が、モータ電流の周期に比べてはるかに大きくなる。電流の時間微分量に応じて磁束が発生するため、転流による磁束の発生量はモータ電流によって生じる磁束の影響より大きくなってしまう。

今、電源側からＵ相上側を介してＵ相モータ巻線へと電流が流れているとして、次にグランド側からＵ相下側を介して、モータ巻線へと電流が流れるモードへと転流すると、電源側からＵ相上側を介してＵ相モータ巻線への電流は減る方向で、グランド側からＵ相下側を介して、モータ巻線への電流は増える方向となる。電源バスバー１１０からモータ端子までの電流経路と、グランドバスバー１１１からモータ端子までの電流経路が隣接して平行していることによって、これら平行した電流経路に流れる電流の変化の向きは逆向きとなっており、電流の変化に応じて発生する磁束を打ち消す方向になっており、磁束の変化に伴う誘導起電力を低減可能となる。つまり、転流のノイズへの影響を低減可能となる。

また、モータリレー用スイッチング素子２７、２８、２９を配置する場合に、上側スイッチング素子２１，２３，２５と下側スイッチング素子２２、２４、２６とのスイッチング素子対間と、電源ブロックおよびグランドブロック間以外に、モータリレー用スイッチング素子２７、２８、２９を配置することで、上記の電源であるバッテリ３２とグランド間のループを小さくするという効果を失うことなく、モータリレーを追加することが可能となる。

また、モータリレー用スイッチング素子２７、２８、２９を上側スイッチング素子２１、２３、２５と並べて配置したことで、クリップリード１１７は上側スイッチング素子２１、２３、２５のソースと下側スイッチング素子２２、２４、２６のドレインを接続するだけでなく、そのままクリップリード１１７を延長し、モータリレー用スイッチング素子２７、２８、２９のソースパッドへと接続可能となりコストとスペース削減となる。

また、上側スイッチング素子２１、２３、２５と、モータリレー用スイッチング素子２７、２８、２９は、制御用端子１２１が配置されたモジュール端近傍となるため、上側スイッチング素子２１、２３、２５のゲート、上側スイッチング素子２１、２３、２５のソース、モータリレー用スイッチング素子２７、２８、２９のゲート、モータリレー用スイッチング素子２７、２８、２９のソースの、それぞれと、制御信号端子１２１との間を接続しているワイヤーボンディングが短くすることができる。ワイヤーは細く、ノイズを受け易いので短くすることで、ノイズを極力拾いにくくし、ノイズを低減することとなる。

次に、これらパワーモジュールを用いた駆動装置について図１３および図１４を用いて説明する。図１３は、モータ１の出力軸側（すなわち、モータ１の出力軸の延出する方向に）コントローラ２を配置したものである。また、図１４は、モータ１の出力軸側の反対側（すなわち、モータ１の出力軸の延出する方向の反対方向）にコントローラ２を配置したものである。どちらの場合もモータ１とコントローラ２を一体化して小型化が可能となる駆動装置である。

図１３および図１４において、構成部品について説明する。
コントローラ２は、パワーモジュール１９と、ヒートシンク２０３と、カバー２０４と、フレーム部２０１と、制御部２０と、コネクタ２０２とを有する。
パワーモジュール１９はヒートシンク２０３の主面に配置されている。ヒートシンク２０３は、パワーモジュール１９が発生する熱を放熱させる働きを持つ。
コネクタ２０２は、電源であるバッテリ３２との接続部であり、かつ、外部の信号、例えば、トルクセンサ信号や、ＣＡＮ等の通信用信号との接続部でもある。
コネクタ２０２からの入力電力と信号とを基に制御部２０にてパワーモジュール１９を介してモータ１を制御することになる。
フレーム部２０１は、コネクタ２０２からの入力電力が通るバスバーを内蔵している。また、図９のように、外部で電源バスバー１１０やグランドバスバー１１１を接続する場合は、これらのバスバーをフレーム部２０１に内蔵させてもよい。

また、図１４に示すようなモータ駆動装置においては、パワーモジュール１９に対して、制御部２０とモータ１は異なる方向にあるため、本実施の形態のように、パワーモジュール１９外部で、モータ端子１２３と制御信号端子１２１を異なる方向に延出させることで、モータ端子１２３と制御信号端子１２１は平行することがない。この場合、大電流が流れるモータ端子によって、制御信号端子が受ける影響を小さくし、ノイズ発生や誤動作を低減可能となる。

以上のように、本実施の形態１においては、モータ１を駆動するためのパワーモジュール１９であって、直列接続された上側スイッチング素子２１，２３，２５と下側スイッチング素子２２，２４，２６とから構成された、少なくとも１つのスイッチング素子対２１〜２６と、パワーモジュール１９への電力の供給を行うための電源であるバッテリ３２に接続される電源端子１０８と、電源端子１０８に隣接配置され、グランドに接続されるグランド端子１０７と、スイッチング素子対２１〜２６の上側スイッチング素子および下側スイッチング素子を制御するための制御信号が入力される制御用端子１２１と、電源端子１０８に電気的に接続され、パワーモジュール１９内部に配置された電源ブロック１１５，１１３と、グランド端子に電気的に接続され、パワーモジュール１９内部に電源ブロックに隣接して配置されたグランドブロック１１２，１１４，１１６とを備え、スイッチング素子対２１〜２６は、パワーモジュール１９内部に電源ブロックおよびグランドブロックに隣接して配置され、電源ブロックとスイッチング素子対の上側スイッチング素子２１、２３、２５とは電気的に接続され、グランドブロックとスイッチング素子対の下側スイッチング素子２２、２４、２６とは電気的に接続され、電源端子１０８およびグランド端子１０７と、上側スイッチング素子および下側スイッチング素子のそれぞれの制御用端子１２１とは、互いに離間して配置されている構成にしたので、大電流が流れるラインにおいて、電流の向きが逆向きで、かつ、常に隣接するようになっており、大電流が流れるバスバーに起因するノイズ低減が可能となる。
また，電源ブロックおよびグランドブロックの近傍にスイッチング素子対も隣接して配置され、電源ブロックとスイッチング素子対の上側スイッチング素子は電気的に接続され、上側スイッチング素子と下側スイッチング素子間は直列接続され、下側スイッチング素子と前記グランドブロックが電気的に接続されていることによって，電源からグランドまでのループが小さくできており、スイッチング素子としてFETを使用した場合等の寄生ダイオードの逆回復時のノイズを低減可能となる。
また、ＰＷＭ等のスイッチング動作時の上側スイッチング素子から下側スイッチング素子への転流に起因するノイズも低減可能となる。
また、電源端子およびグランド端子と、スイッチング素子のそれぞれの制御用端子は、離間して配置、又は、パワーモジュールの異なる辺へ配置されているため、制御用端子が大電流が流れる部位と離れており，ノイズが低減可能となる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係るパワーモジュール１９の内部構造を示した図である。図４に示すように、本実施の形態では、パワーモジュール１９の内部配線が、上記の図３に示した実施の形態１とは異なる。そこで、以下の説明においては、実施の形態１と異なる点のみを説明する。

まず、図４にて、パワーモジュール１９の内部配線を説明する。
図３との違いは、本実施の形態においては、制御信号端子１２１等が設けられている端面側に、Ｕ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、Ｗ相モータ端子１０６が設けられておらず、その端面に対向する（反対側の）端面に、３つのモータ端子１２３が設けられている点である。これら３つのモータ端子１２３は、パワーモジュール１９内部で、３つのクリップリード１３０を介して、Ｕ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、Ｗ相モータ端子１０６に、それぞれ、１つずつ接続されている。以下、詳細に説明する。

本実施の形態においては、モータリレー用スイッチング素子２７のドレインが配置されているＵ相モータ端子１０４は、このままモータ１のＵ相巻線へと延長されるのではなく、ここで、クリップリード１３０を介して、電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１を越えて、モータ端子１２３へと接続される。同様に、Ｖ相、Ｗ相においても、Ｖ相モータ端子１０５からクリップリード１３０を介して、電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１を越えて、モータ端子１２３へと接続され、Ｗ相モータ端子１０６からクリップリード１３０を介して、電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１を越えて、モータ端子１２３へと接続される。

これにより、大電流が流れる大電流端子であるモータ端子１２３を、小信号端子である制御信号端子１２１と離間することが可能となる。

図１３に示すようなモータ駆動装置の場合、パワーモジュール１９に対して、制御部２０とモータ１は同じ方向にいるため、パワーモジュール１９から延出されたモータ端子１２３も制御信号端子１２１も平行して延出されることになる。この場合、大電流が流れるモータ端子１２３によって、制御信号端子１２１が影響を受けてしまい、ノイズ発生や誤動作へと繋がることがある。

本実施の形態によって、モータ端子１２３および制御信号端子１２１を離間することで、これらが平行することがなく、上記の問題を回避できる。

ここで、図４では、ＵＶＷの３相のブリッジ回路を１モジュールとしていたが、各ブリッジ毎に分割しても良い。その場合を、図６を用いて説明する。

図６におけるパワーモジュール１９は、図４におけるパワーモジュール１９のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を分割したものになる。仮に、Ｕ相のブリッジ回路部として説明する。Ｖ相、Ｗ相においても同じものとなるため説明を省く。

また、図６は、図５と内部配線が異なるため、異なる部分のみ説明する。

Ｕ相モータ端子１０４からモータ１のＵ相巻線へと電力が供給されるが、その場合に、Ｕ相モータ端子１０４は、電源ブロック１１５およびグランドバスバー１１１と同じ方向へ延出する。大電流端子のモータ端子１０４と小信号端子の制御信号端子１２１とを離間することで、これらが平行することがなく、大電流端子によるノイズや誤動作の問題を回避できる。

これらの分割したブリッジ回路のパワーモジュールを用いることで、レイアウト性が向上する場合は、分割したパワーモジュールを用いるようにすればよい。

本実施の形態のパワーモジュール１９の外部構造を図８を用いて説明する。

図４に示す内部構造を有するパワーモジュール１９の外部構造は、図８のような略直方体である。図８のパワーモジュール１９において、長辺側の１端面（長手方向の１端面）に、制御用信号端子１２１およびシャント抵抗出力端子１２２が設けられ、当該端面に対向する他の長辺側の端面（長手方向の他の１端面）に、Ｕ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、Ｗ相モータ端子１０６にそれぞれ接続されている３つのモータ端子１２３が配置されている。また、それらの長辺側の端面とは異なる面（図８では、短辺側の１端面（短手方向の１端面）に、電源端子１０８、グランド端子１０７、電源リレー後端子１０９、電源リレー用スイッチング素子の制御用端子１２０が配置されている。

このように、本実施の形態においては、小信号端子の制御用信号端子１２１とシャント抵抗出力端子１２２とが並列しており、これらの端子１２１，１２２は、大電流が流れるＵ相モータ端子１０４、Ｖ相モータ端子１０５、Ｗ相モータ端子１０６およびそれに接続されたモータ端子１２３とから離間して配置されている。これによって、小信号端子が受ける大電流端子の影響を低減可能となり、ノイズ低減が可能となる。

また、モータリレー用スイッチング素子２７、２８、２９と上側スイッチング素子２１、２３、２５との少なくとも一方を、制御用端子１２１の近傍に配置したので、制御用端子１２１とこれらの各スイッチング素子２１、２３、２５、２７、２８、２９との間の接続を短くすることができ、制御信号がノイズを受けにくくなるという効果がある。

また、上記の実施の形態１と同様に、モジュールを小型化するために、図１０に示すように、電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１とをパワーモジュール１９の外部で接続してもよい。パワーモジュール１９外部で接続する場合は、電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１を両方出してもよいが、どちらか片方でも良い。電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１が、共にパワーモジュール１９内部または外部、あるいは、内部と外部（一方が内部で、他方が外部）で、隣接して並行に配置されていることで、インダクタンス低減となる。

電源バスバー１１０とグランドバスバー１１１をパワーモジュール１９外部で接続した場合の外部構造は、図１０に示した通りで、接続構造については、図９と同じとなるため、ここでは説明を省略する。

また、ＵＶＷの３相のブリッジ回路を、各ブリッジ毎に分割した場合のパワーモジュールの外部構造について図１２を用いて説明する。ここでは先の説明と合わせて、仮にＵ相とした場合の説明とするが、Ｖ相、Ｗ相においても同じものとなる。

図１２について、図１１と異なる部分のみ説明する。
図６のパワーモジュール１９の外部構造は、図１２のような略直方体である。図１２のパワーモジュール１９において、長辺側（長手方向の１端面）に、制御用信号端子１２１、Ｕ相モータ端子１０４が配置され、また、離間されて異なる面（ここでは、当該長手方向の１端面に対して対向した他の長手方向の１端面）に、電源端子１１５およびグランド端子１１１が配置されている。
また、Ｕ相モータ端子１０４が、電源端子１１５およびグランド端子１１１が配置されている面と同じ端面に配置されている。従って、小信号の制御用信号端子１２１が、大電流が流れるＵ相モータ端子１０４から離間して配置されている。これによって、小信号端子が受ける大電流端子の影響を低減可能となる。

以上のように、本実施の形態２によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態２においては、スイッチング素子対２１〜２６の両者接続点からモータ１へのモータ端子１０４，１０５，１０６が延出され、これらのモータ端子１０４，１０５，１０６は、クリップリード１３０を介して、モータ端子１２３まで延設され、電源ブロック１１３、１１５および中間ブロック１１２，１１４，１１６が配置された側へ延出したことで、モータ電流が流れる大電流端子を制御用端子と離せるため、ノイズ低減可能となる。

実施の形態３．
図２は、本発明の実施の形態３に係るパワーモジュール１９を用いた駆動装置の回路構成を示した図である。図２に示すように、本発明の実施の形態３では、電動モータがモータ１とモータ１８との２組あり、これらを駆動させるために、パワーモジュールも、パワーモジュール１９とパワーモジュール３３との２組に分かれている。

ここでの２組のモータ１，１８はロータを共有し、２組のステータ側巻線を有するブラシレスモータである。なお、モータ１８の内部構成は、モータ１と同じであるため、ここでは図示および説明を省略している。また、図２の構成では、図１と比較して、平滑コンデンサ１６とパワーモジュール３３とが追加されている。また、パワーモジュール３３は、電源リレー１５とインバータ部１７とを有しているが、その内部構成は、パワーモジュール１９の電源リレー１１とインバータ部５と同等であるため、説明は省略する。
制御部２０では、プリドライバ１３と電流モニタＩ／Ｆ１４が追加になっている。これらの内部構成は、制御部２０に設けられたプリドライバ９と電流モニタＩ／Ｆ１０と同等である。
また、ここでは、モータ２組はロータを共有するため、回転センサ４は共用となる。

本発明の実施の形態３の場合における本発明の効果について説明する。この発明の実施の形態３の駆動装置においては、上記の実施の形態１，２と同様の効果が得られるが、本実施の形態３では、モータを２組設けた関係で、パワーモジュール１９を小型化することが重要となり、本実施の形態３を実施することによって、小型なパワーモジュールを用いて駆動装置を構成することはもちろん、制御用信号端子の位置を低ノイズに注意しながら、近傍にまとめて配置しているため、信号端子が多方向から延出しているパワーモジュールにくらべ、制御部２０を制御基板とした場合、この制御基板への接続点を近傍に固めることができ、制御基板の面積を有効に利用することが可能となる。

実施の形態４．
図１５は、本発明の実施の形態４に係るパワーモジュールの内部構成を示した図である。図１５に示すように、この発明の実施の形態４では、上記の図３に示した実施の形態１のパワーモジュール１９に比べて、モータリレー用スイッチング素子２７、２８、２９が内蔵されていない。

クリップリード１１７は、Ｕ相上側スイッチング素子２１のソースとＵ相下側スイッチング素子２２のドレインを接続するだけでなく、そのままクリップリード１１７を延長し、Ｕ相モータ端子１０４のリードフレームへと接続することとなる。Ｕ相モータ端子１０４からモータ１のＵ相巻線へと電力が供給される。
これにより、パワーモジュール１９にモータリレーが不要な場合は、これまでの本発明の効果を失うことなくモータリレーを削除することが可能となる。この場合、モータリレー用スイッチング素子２７、２８、２９を削除することで、パワーモジュール１９の端子数を減らせ、また、パワーモジュール１９自体の体格も小型化可能となりコスト、スペース共に削減可能となる。

実施の形態５．
図１６は、本発明の実施の形態４に係るパワーモジュールの内部構成を示した図である。図１６に示すように、この発明の実施の形態５では、上記の図３に示した実施の形態１のパワーモジュール１９に比べて、電源リレー用スイッチング素子３０、３１が内蔵されていない。

電源であるバッテリ３２から、互いに隣接された電源端子１０８とグランド端子１０７を介してパワーモジュール１９へ電源供給される。電源端子１０８から入力された電源は電源バスバー１１０を通してパワーモジュール１９内部へ供給する。電源バスバー１１０から各Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のブリッジ回路へと電源が供給される。
これにより、パワーモジュール１９に電源リレーが不要な場合は、これまでの本発明の効果を失うことなく電源リレーを削除することが可能となる。この場合、電源リレー用スイッチング素子３０、３１を削除することで、パワーモジュール１９の端子数を減らせ、また、パワーモジュール１９自体の体格も小型化可能となりコスト、スペース共に削減可能となる。

実施の形態６．
図１７は、本発明の実施の形態４に係るパワーモジュールの内部構成を示した図である。図１７に示すように、本発明の実施の形態６では、上記の図３に示した実施の形態１のパワーモジュール１９に比べて、電源リレー用スイッチング素子３０、３１と、モータリレー用スイッチング素子２７、２８、２９が内蔵されていない。

電源であるバッテリ３２から、互いに隣接された電源端子１０８とグランド端子１０７を介してパワーモジュール１９へ電源供給される。電源端子１０８から入力された電源は電源バスバー１１０を通してパワーモジュール１９内部へ供給する。電源バスバー１１０から各Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のブリッジ回路へと電源が供給される。

また、クリップリード１１７はＵ相上側スイッチング素子２１のソースとＵ相下側スイッチング素子２２のドレインを接続するだけでなく、そのままクリップリード１１７を延長し、Ｕ相モータ端子１０４のリードフレームへと接続することとなる。Ｕ相モータ端子１０４からモータ１のＵ相巻線へと電力が供給される。

これにより、パワーモジュール１９に、電源リレーとモータリレーが不要な場合は、これまでの本発明の効果を失うことなく電源リレーとモータリレーを削除することが可能となる。この場合、電源リレー用スイッチング素子３０、３１とモータリレー用スイッチング素子２７、２８、２９を削除することで、パワーモジュール１９の端子数を減らせ、また、パワーモジュール１９自体の体格も小型化可能となりコスト、スペース共に削減可能となる。

１ モータ（電動モータ）、２ コントローラ、３ パワー部、４ 回転センサ、５ インバータ部、６ ノイズ対策用チョークコイル、７ 平滑コンデンサ、８ マイクロコンピュータ、９ プリドライバ、１０ 電流モニタインターフェース（電流モニタＩ／Ｆ）、１１ 電源リレー、１２ シャント抵抗、１３ プリドライバ２、１４ 電流モニタインターフェース２（電流モニタＩ／Ｆ）２、１５ 電源リレー２、１６ 平滑コンデンサ２、１７ インバータ部２、１８ モータ２、１９ パワーモジュール、２０ 制御部、２１，２３，２５ 上側スイッチング素子、２２，２４，２６ 下側スイッチング素子、２７，２８，２９ モータリレー用スイッチング素子、３０，３１ 電源リレー用スイッチング素子、３２ バッテリ、３３ パワーモジュール２。

Claims (14)

1. 電動モータを駆動するためのパワーモジュールであって、
   直列接続された上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とから構成された、少なくとも１つのスイッチング素子対と、
   前記パワーモジュールへの電力の供給を行うための電源に接続される電源端子と、
   前記電源端子に隣接配置され、グランドに接続されるグランド端子と、
   前記スイッチング素子対の前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子を制御するための制御信号が入力される制御用端子と、
   前記電源端子に電気的に接続され、前記パワーモジュール内部に配置された電源ブロックと、
   前記グランド端子に電気的に接続され、前記パワーモジュール内部に前記電源ブロックに隣接して配置されたグランドブロックと
   を備え、
   前記スイッチング素子対は、前記パワーモジュール内部に前記電源ブロックおよび前記グランドブロックに隣接して配置され、
   前記電源ブロックと前記スイッチング素子対の上側スイッチング素子とは電気的に接続され、
   前記グランドブロックと前記スイッチング素子対の下側スイッチング素子とは電気的に接続され、
   前記電源端子および前記グランド端子と、前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子のそれぞれの制御用端子とは、互いに離間して配置されている
   ことを特徴とするパワーモジュール。
2. 前記スイッチング素子対の前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子との接続点に、前記電動モータへ接続するモータ端子が接続され、前記モータ端子は前記電源ブロックおよび前記グランドブロックが配置された側へ延設されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
3. 前記スイッチング素子対の前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子との接続点に前記電動モータへ接続するモータ端子が接続され、前記モータ端子は前記電源ブロックおよび前記グランドブロックが配置された側と反対方向へ延設されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
4. 前記パワーモジュールの外部において、前記モータ端子と前記制御用端子とはそれぞれ異なる方向へ延設されていることを特徴とする請求項３に記載のパワーモジュール。
5. 前記電動モータへ供給する電流を検出するモータ電流検出回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
6. 前記モータ電流検出回路の出力用信号端子は前記制御用端子と並置されることを特徴とする請求項５に記載のパワーモジュール。
7. 前記電源ブロックの近傍に、前記電源を遮断／接続するスイッチング素子を配置したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
8. 前記電源ブロックおよび前記グランドブロックのうちの少なくともいずれか一方、あるいは、前記電源端子および前記グランド端子のうちの少なくともいずれか一方は、前記パワーモジュールの外部にそれぞれ延設されていることを特徴とする請求項５に記載のパワーモジュール。
9. 前記スイッチング素子対の前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子との接続点と前記モータ端子との間に、それらの間を遮断／接続するモータリレー用スイッチング素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
10. 前記モータリレー用スイッチング素子の制御用端子は、前記制御用端子と並置され、前記モータリレー用スイッチング素子と前記上側スイッチング素子の少なくとも一方は前記制御用端子の近傍へ配置されていることを特徴とする請求項９に記載のパワーモジュール。
11. 前記スイッチング素子対の左右のいずれか一方側、もしくは、前記電源ブロックおよび前記グランドブロックが配置された側と反対側に隣接して前記モータリレー用スイッチング素子を配置したことを特徴とする請求項９に記載のパワーモジュール。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のパワーモジュールと、
    前記パワーモジュールへ制御量指令を出力する制御部と、
    電動モータと
    を備え、
    前記パワーモジュールを前記電動モータの出力軸近傍に配置し、
    前記電動モータと、前記パワーモジュールと、前記制御部とを一体化して構成した
    ことを特徴とする駆動装置。
13. 主面に前記パワーモジュールを密着させて配設させたヒートシンクをさらに備え、
    前記ヒートシンクと制御部とは、前記電動モータの出力軸側に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の駆動装置。
14. 主面に前記パワーモジュールを密着させて配設させたヒートシンクをさらに備え、
    前記ヒートシンクと制御部とは、前記電動モータの出力軸側の反対側に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の駆動装置。

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