JPH11136960A - 三相インバータ回路モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。大容量の平滑用電解コンデンサを有するにもかかわ
らず、車両搭載性に優れた三相インバータ回路モジュー
ルを実現すること。 【解決手段】モータ制御用の三相インバータ回路、三相
インバータ回路制御用の制御回路が基板７に実装され
る。また、入力電流平滑用のコンデンサ装置３５が基板
７にブスバ−などにより結合される。コンデンサ装置３
５は、互いに並列接続される複数の円筒型電解コンデン
サと、各円筒型電解コンデンサを基板の延在方向へ一列
に配列した状態で収容して基板７を覆って基板７に結合
される扁平缶形状の金属コンデンサケ−ス３５７とを備
える。

Description

【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７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４
ｂ、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Ｉ
ＧＢＴ１９〜２４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、次のような改善すべき問題
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、ホール素子の抵抗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Ｓ
Ｎ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。また、出力信号線４
７、４８と同様に、マイコンを含む制御回路も電磁波ノ
イズにより誤動しやすく、その耐ノイズ性能の向上は重
要である。

【００１０】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。次に、平滑コンデンサは、三相イ
ンバータ回路のスイッチングによる電流変動を緩和して
主バッテリの寿命延長する点で重要であるが、周知のよ
うにコンデンサはその容量増加によりその体格が顕著に
大形化するので、この平滑コンデンサが一体化された三
相インバータ回路モジュールの収容スペ−スが大形化
し、電気自動車の機器搭載スペ−スにおける各種機器間
の場所取り、配置が困難化してしまう。特に、三相イン
バータ回路モジュールの平滑コンデンサの周波数帯域で
は電解コンデンサが容量及び損失などの点で最も好適で
あるが、電解コンデンサは通常円筒形状を有するので、
全体形状が略三角柱形状となり（もっともスペ−ス占積
性が優れる略直方体形状から大きく異形化してしま
い）、収容性が悪化し、その実質体積に比べて必要スペ
−スが大きくなってしまう。

【００１１】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、大容量の平滑用電解コンデンサを有するにもか
かわらず、車両搭載性に優れた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。

【００１２】

【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によれば、モータ制御用の三相イ
ンバータ回路、三相インバータ回路制御用の制御回路が
一乃至互いに一体化された複数の基板に実装される。ま
た、入力電流平滑用のコンデンサ装置が基板に直接又は
間接的に結合される。

【００１３】本構成では特に、コンデンサ装置は、互い
に並列接続される複数の円筒型電解コンデンサと、各円
筒型電解コンデンサを基板の延在方向へ一列に配列した
状態で収容して基板を覆って基板に直接又は間接的に結
合される扁平缶形状の金属コンデンサケ−スとを備え
る。このようにすれば、以下の作用効果を奏することが
できる。

【００１４】制御回路は極めて多数のトランジスタが集
積された信号処理ＩＣであって、三相インバータ回路よ
り格段に耐電磁波ノイズ性が劣る。しかし、その電磁波
ノイズによる誤動作はモ−タ制御性を不安定とするた
め、制御回路の耐電磁波ノイズ性能の格段の向上が必要
である。本構成で採用した扁平缶状の金属コンデンサケ
−スは制御回路に近接してその全面を覆って延設される
ので、この扁平缶状の金属コンデンサケ−スは、その形
状及び姿勢から良好な制御回路の電磁波シ−ルド体とし
て機能することができる。

【００１５】また、この金属コンデンサケ−スに小型の
円筒型電解コンデンサを複数一列に並べてあたかも一個
のコンデンサを扱うように取り付け、取り外しを行うこ
とができ、これにより、単一の大型円筒型電解コンデン
サを一個設ける場合に比較してほぼ同等の作業性を維持
しつつ、モジュ−ルの搭載性を向上することができる。
更に言えば、従来では、モジュ−ル全体形状断面が略三
角形状となり、収容スペ−スに無駄が生じたが、本構成
では全体が略直方体形状を有するので、この無駄を解消
することができる。

【００１６】結局、本構成によれば、収容性及び耐電磁
波シ−ルド性に優れた三相インバータ回路モジュールを
実現することができる。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、基板に実装されて出力電流を磁気的に検出する半導
体電流検出素子と、基板に実装されて半導体電流検出素
子の出力信号電圧の増幅を行うセンサ信号増幅回路とが
モジュ−ルに増設される。

【００１７】この半導体電流検出素子、センサ信号増幅
回路、及びそれらの間の配線、及び、センサ信号増幅回
路と制御回路とを結ぶ配線はアナログ信号電圧を扱うの
で、特に電磁波ノイズに影響され易い。したがって、本
構成の金属コンデンサケ−スによる電磁波シ−ルドによ
り、一層のモ−タ制御動作の安定性を実現することがで
きる。

【００１８】請求項３記載の構成によれば、請求項１又
は２記載の三相インバータ回路モジュールにおいて更
に、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。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。

【００１９】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。

【００２０】請求項４記載の構成によれば請求項１乃至
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、基板、特に、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。このようにすれば、基板に実装
された上記各回路は冷却ブロックと金属コンデンサケ−
スでサンドイッチされるので、一層、耐電磁波ノイズ性
能を向上することができる。

【００２１】

【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。

【００２２】本発明でいう円筒型電解コンデンサは、完
全な円筒形状の他、それを押しつぶした扁平化円筒形状
を有することもできる。

【００２３】

【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７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７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。

【００２４】この実施例では、図７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）３
０３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。

【００２５】電流検出回路３００の原理構成を説明す
る。ブスバ−４１には、ギャップを有する磁性コア３０
１１が嵌着されており、磁性コア３０１１のギャップに
は図示しないホール素子（本発明で言う半導体電流検出
素子）が収容されており、ホール素子の出力端は周辺回
路部３０３の一部をなすアンプで増幅される。すなわ
ち、磁性コア３０１１及びホール素子は電流検出部３０
１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。

【００２６】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、その内部には電気絶
縁可能に図示しないインバ−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つの窓が
開口され、これら窓から出力導体をなすブスバ−４１〜
４３が個別かつ平行に突出している。窓にはフェライト
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。

【００２７】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。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はホール素子を覆う保護用樹脂部材剤であ
る。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（本発明でいうコンデン
サ装置）３５が固定されている。

【００２８】平滑コンデンサ３５は、図３に示すように
一列に配列された三個以上の小型の円筒型電解コンデン
サ３５１〜３５６を内部に収容する扁平アルミケ−スか
らなる金属コンデンサケ−ス３５７を有し、制御用回路
基板７を遮蔽して、制御用回路基板７の保護とその電磁
波シ−ルドとを行っている。３５８は取り付け金具、３
５９は正極端子、３６０は負極端子である。

【００２９】したがって、この実施例では、三相インバ
ータ回路４を冷却する冷却ブロック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、制御回路４
０、電流検出部３０１、３０２、センサ信号増幅回路３
０３及びそれらの間の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。

【００３０】なお、図２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。 （変形態様１）上記実施例の変形態様を図４を参照して
説明する。

【００３１】この変形態様では、円筒型電解コンデンサ
３６１〜３６３は、図３に示す完全な円筒形状から、そ
れを押しつぶした扁平化円筒形状に変更されている。こ
のようにすれば、一層、金属コンデンサケ−ス３５７の
扁平化を図ることができ、車両搭載性を向上することが
できる。 （変形態様２）上記実施例の変形態様を図５を参照して
説明する。

【００３２】この変形態様では、図３に示す円筒型電解
コンデンサ３６１〜３６３の正極端子３７１、３７３、
３７５と、負極端子３７２、３７４、３７６は、ＤＩＰ
形ＩＣパッケ−ジのリ−ド形状を有しており、それらの
下部に延設されたブスバ−への組み付け性に優れる。 （変形態様３）上記実施例の変形態様を図６を参照して
説明する。

【００３３】この変形態様では、冷却ブロック６に代わ
る樹脂製のブロック６０への金属コンデンサケ−ス３５
の組み付け構造を変更したものである。すなわち、正極
端子３７１、３７３、３７５はブスバ−を兼ねる取り付
け金具５０１によりブロック６０に締結され、負極端子
３７２、３７４、３７６はブスバ−を兼ねる取り付け金
具５０２によりブロック６０に締結され、両取り付け金
具５０１、５０２は互いに電気絶縁可能に離れて設けら
れている。

【００３４】このようにすれば、ブスバ−または接続導
体が取り付け金具を兼ねるので、部品点数の節減が可能
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に示す平滑コンデンサ３５の透視模式斜視
図である。

【図４】図３に示す平滑コンデンサ３５の変形態様の透
視模式斜視図である。

【図５】図３に示す平滑コンデンサ３５の変形態様の透
視模式斜視図である。

【図６】図２に示す三相インバータ回路モジュールの変
形態様の模式斜視図である。

【図７】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】

４は三相インバータ回路、４０は制御回路、７は制御用
回路基板（基板）、３５はコンデンサ装置、３５１〜３
５６は円筒型電解コンデンサ、３５７は金属コンデンサ
ケ−ス、３０１、３０２は電流検出部（半導体電流検出
素子）、３０３はセンサ信号増幅回路と、６は金属製の
冷却ブロック。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 前記三相インバータ回路及び制御回路が実装される一乃
   至互いに一体化された複数の基板と、 前記基板と一体化されて前記三相インバータ回路の一対
   の直流入力端間を接続する入力電流平滑用のコンデンサ
   装置とを備える三相インバータ回路モジュールにおい
   て、 前記コンデンサ装置は、互いに並列接続される複数の円
   筒型電解コンデンサと、各前記円筒型電解コンデンサを
   前記基板の延在方向へ一列に配列した状態で収容して前
   記基板を覆う姿勢で前記基板に結合される扁平缶形状の
   金属コンデンサケ−スとを備えることを特徴とする三相
   インバータ回路モジュール。
2. 【請求項２】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、 前記基板に実装されて前記出力電流を磁気的に検出する
   半導体電流検出素子と、前記基板に実装されて前記半導
   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
   増幅回路とを備えることを特徴とする三相インバータ回
   路モジュール。
3. 【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。
4. 【請求項４】前記基板の外面側は、金属製の冷却ブロッ
   クに電気絶縁可能に接合され、 前記コンデンサ装置は、前記基板を挟んで前記冷却ブロ
   ックの反対側に前記基板に沿って延設されることを特徴
   とする請求項１乃至３のいずれか記載の三相インバータ
   回路モジュール。