JP2008005628A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端子を備えたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続される電子部品とを有する電子装置において、配線のためのスペースを抑え小型化することができる電子装置を提供することを目的とする。
【解決手段】モータ駆動装置１は、パワーモジュール１０と、抵抗１１、１２と、コンデンサ１３、１４と、制御回路１５とから構成されている。抵抗１１、１２は、パワーモジュール１０の端子１１５〜１１７に直接溶接されている。そのため、抵抗１１、１２を接続するための配線パターンを配線基板１６上に設けることなく回路を構成することができる。これにより、配線のためのスペースを抑え、モータ駆動装置１を小型化することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、端子を備えたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続される電子部品とを有する電子装置に関する。

従来、モータを駆動するモータ駆動装置として、例えば特開２００４−３０４９２６号公報に開示されているランドリー機器のモータ駆動回路装置がある。このモータ駆動回路装置は、インバータ回路と、シャント抵抗と、制御回路とを備えている。インバータ回路は、直流電力を交流電力に変換してモータに供給する回路であり、スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を三相ブリッジ接続して構成されている。シャント抵抗は、配線パターンを介してＩＧＢＴに接続され、モータに流れる相電流を検出する素子である。制御回路は、シャント抵抗によって検出されたモータの相電流に基づいてインバータ回路を制御し、モータを駆動する。
特開２００４−３０４９２６号公報

ところで、前述したモータ駆動回路装置では、シャント抵抗は、配線基板上に形成された配線パターンを介してＩＧＢＴに接続されている。そのため、配線パターンを引き回すスペースが必要となる。しかも、モータに流れる相電流が大きい場合、それに伴って配線パターンも太くしなければならない。従って、配線基板が大きくなってしまい、モータ駆動回路装置を小型化することが困難であった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、端子を備えたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続される電子部品とを有する電子装置において、配線のためのスペースを抑え小型化することができる電子装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、スイッチング素子の端子に、電子部品を直接接続することで、接続のための配線パターンをなくし、電子装置を小型化できることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の電子装置は、端子を備えたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続される電子部品とを有する電子装置において、電子部品は、スイッチング素子の端子に直接接続されていることを特徴とする。この構成によれば、端子を備えたスイッチング素子と、スイッチング素子に接続される電子部品とを有する電子装置を、配線のためのスペースを抑え小型化することができる。スイッチング素子は端子を備えている。その端子に電子部品を直接接続することで、従来、接続のための配線パターンをなくすことができる。そのため、配線のためのスペースが不要となり、電子装置を小型化することができる。

請求項２に記載の電子装置は、請求項１に記載の電子装置において、さらに、電子部品は、スイッチング素子の端子に溶接されていることを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子の端子に電子部品を確実に接続することができる。なお、溶接は、抵抗溶接であってもよいし、レーザ溶接であってもよい。

請求項３に記載の電子装置は、請求項１又は２に記載の電子装置において、さらに、電子部品は、スイッチング素子に流れる電流を電圧に変換する抵抗であることを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子に流れる電流を確実に電圧に変換することができる。

請求項４に記載の電子装置は、請求項３に記載の電子装置において、さらに、抵抗は、スイッチング素子に流れる電流に対応する変換された電圧を検出するための電圧検出端子を有していることを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子の端子の電圧降下の影響を受けることなく、対応する電圧を確実に検出することができる。変換された電圧は、抵抗の接続されたスイッチング素子の端子を介して出力される。しかし、スイッチング素子に流れる電流が大きい場合、端子の電圧降下の影響によって、抵抗の電圧を精度よく検出することができない可能性がある。そのため、変換された電圧を検出する電圧検出端子を抵抗に設けることで、スイッチング素子の端子の電圧降下の影響を受けることなく、対応する電圧を確実に検出することができる。

請求項５に記載の電子装置は、請求項３に記載の電子装置において、さらに、抵抗によって変換されたスイッチング素子に流れる電流に対応する電圧を検出するための電圧検出端子を有し、電圧検出端子は、スイッチング素子の端子に直接接続されていることを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子の端子の電圧降下の影響を受けることなく、対応する電圧を確実に検出することができる。

請求項６に記載の電子装置は、請求項１又は２に記載の電子装置において、さらに、電子部品は、スイッチング素子に侵入するノイズを抑えるコンデンサであることを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子に侵入するノイズを確実に抑えるとともに、スイッチング素子に印加される電圧を検出することができる。

請求項７に記載の電子装置は、請求項６に記載の電子装置において、さらに、コンデンサは、変換されたスイッチング素子に印加される電圧を検出するための電圧検出端子を有していることを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子の端子の電圧降下の影響を受けることなく、対応する電圧を確実に検出することができる。

請求項８に記載の電子装置は、請求項６に記載の電子装置において、さらに、コンデンサによって検出されたスイッチング素子に印加される電圧を検出するための電圧検出端子を有し、電圧検出端子は、スイッチング素子の端子に直接接続されていることを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子の端子の電圧降下の影響を受けることなく、対応する電圧を確実に検出することができる。

請求項９に記載の電子装置は、請求項５又は８に記載の電子装置において、さらに、電圧検出端子は、スイッチング素子の端子に溶接されていることを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子の端子に電圧検出端子を確実に接続することができる。なお、溶接は、抵抗溶接であってもよいし、レーザ溶接であってもよい。

請求項１０に記載の電子装置は、請求項１〜９のいずれかに記載の電子装置において、さらに、スイッチング素子は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成していることを特徴とする。この構成によれば、インバータ回路を備えた電子装置を小型化することができる。

次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電子装置を、車両に搭載された電動コンプレッサ用のモータを駆動するモータ駆動装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
まず、図１を参照してモータ駆動装置の回路構成について説明する。ここで、図１は、モータ駆動装置の回路図である。

図１に示すように、モータ駆動装置１（電子装置）は、パワーモジュール１０と、抵抗１１、１２（電子部品）と、コンデンサ１３、１４（電子部品）と、制御回路１５とから構成されている。モータ駆動装置１の入力側には、バッテリ２が接続されている。また、モータ駆動装置１の出力側には、電動コンプレッサ用の交流モータ３が接続されている。

パワーモジュール１０は、制御回路１５によって制御され、バッテリ２の出力する直流電力を交流電力に変換して交流モータ３に供給するインバータ回路を構成するための素子である。パワーモジュール１０は、ＩＧＢＴ１００〜１０５（スイッチング素子）と、フリーホイーリングダイオード１０６〜１１１とからなり、端子１１２〜１２６を備えている。ＩＧＢＴ１００、１０１、ＩＧＢＴ１０２、１０３、及びＩＧＢＴ１０４、１０５は、それぞれ直列接続されている。上アーム側のＩＧＢＴ１００、１０２、１０４のコレクタは、端子１１２〜１１４にそれぞれ接続されている。下アーム側のＩＧＢＴ１０１、１０３、１０５のエミッタは、端子１１５〜１１７にそれぞれ接続されている。また、ＩＧＢＴ１００〜１０５のゲートは、端子１１８〜１２３にそれぞれ接続されている。さらに、ＩＧＢＴ１００とＩＧＢＴ１０１の接続点、ＩＧＢＴ１０２とＩＧＢＴ１０３の接続点、及びＩＧＢＴ１０４とＩＧＢＴ１０５の接続点は、端子１２４〜１２６にそれぞれ接続されている。ＩＧＢＴ１００〜１０５のコレクタ、エミッタ間には、フリーホイーリングダイオード１０６〜１１１がそれぞれ接続されている。このように構成されたパワーモジュール１０の端子１１２〜１１４は、バッテリ２の正極端子に接続されている。また、端子１１５、１１７は、抵抗１１、１２にそれぞれ接続されている。さらに、端子１１６は、バッテリ２の負極端子に接続されている。

抵抗１１、１２は、パワーモジュール１０から交流モータ３に供給される電流を電圧に変換する直方体状のチップタイプの素子である。抵抗１１の一端は、パワーモジュール１０の端子１１５を介してＩＧＢＴ１０１のエミッタに、他端は、バッテリ２の負極端子にそれぞれ接続されている。抵抗１２の一端は、パワーモジュール１０の端子１１７を介してＩＧＢＴ１０５のエミッタに、他端は、バッテリ２の負極端子にそれぞれ接続されている。また、抵抗１１、１２の両端は、制御回路１５に接続されている。

コンデンサ１３は、バッテリ２の出力電圧を平滑する素子である。コンデンサ１４は、パワーモジュール１０に侵入するノイズを抑え、バッテリ２からパワーモジュール１０に印加される電圧を検出するリードタイプの素子である。コンデンサ１３、１４は、バッテリ２に並列接続されている。また、コンデンサ１４の両端は、制御回路１５に接続されている。

制御回路１５は、外部からの指令、抵抗１１、１２によって検出されるパワーモジュール１０から交流モータ３に供給される電流、及びコンデンサ１４によって検出されるバッテリ２からパワーモジュール１０に印加される電圧に基づいて、パワーモジュール１０を制御する回路である。制御回路１５は、パワーモジュール１０、抵抗１１、１２、及びコンデンサ１４にそれぞれ接続されている。

次に、図１〜図４を参照してパワーモジュールに対する抵抗の接続構成について説明する。ここで、図２は、抵抗が接続されたパワーモジュール周辺の部分正面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ矢視部分断面図である。図４は、図３におけるＢ−Ｂ矢視部分断面図である。

図２〜図４に示すように、抵抗１１の一端はパワーモジュール１０の端子１１５の内側表面に、他端は端子１１６の内側表面にそれぞれ直接溶接されている。また、抵抗１２の一端は、パワーモジュールの１０の端子１１７の外側表面に、他端は端子１１６の外側表面にそれぞれ直接溶接されている。ここで、パワーモジュール１０の端子１１５、１１７は、配線基板１６上の配線パターン（図略）を介して制御回路１５に接続されている。また、端子１１６は、配線基板１６上の配線パターン（図略）を介してバッテリ２の負極端子と制御回路１５に接続されている。これにより、抵抗１１、１２を接続するための配線パターンを配線基板１６上に設けることなく、図１に示すような回路を構成することができる。

次に、図１及び図２を参照して第１実施形態のモータ駆動装置の動作について説明する。

図１において、外部から指令が入力されると、モータ駆動装置１は作動を開始する。制御回路１５は、外部からの指令、抵抗１１、１２によって検出されるパワーモジュール１０から交流モータ３に供給される電流、及びコンデンサ１４によって検出されるバッテリ２からパワーモジュール１０に印加される電圧に基づいて、パワーモジュール１０を制御する。パワーモジュール１０は、制御回路１５によって制御され、バッテリ２の出力する直流電力を交流電力に変換し、交流モータ３に供給する。交流モータ３は、交流電力を供給されることでトルクを発生し、車両に搭載された電動コンプレッサを起動させる。

このとき、パワーモジュール１０から交流モータ３に供給される電流は、抵抗１１、１２の電圧として、制御回路１５によって検出される。図２に示すように、抵抗１１の電圧は、パワーモジュール１０の端子１１５、１１６介して検出される。また、抵抗１２の電圧は、パワーモジュール１０の端子１１６、１１７を介して検出される。

最後に、効果について説明する。第１実施形態によれば、配線のためのスペースを抑え、パワーモジュール１０によって構成されるインバータ回路を備えたモータ駆動装置１を小型化することができる。パワーモジュール１０の端子１１５〜１１７に抵抗１１、１２を直接溶接することで、従来、配線基板１６上に必要とされた配線パターンをなくすことができる。そのため、配線基板１６上に、これらの配線パターンのスペースが不要となり、モータ駆動装置１を小型化することができる。

また、第１実施形態によれば、溶接することで、パワーモジュール１０の端子１１５〜１１７に、抵抗１１、１２を確実に接続することができる。たとえ、パワーモジュール１０を配線基板１６に半田付けしても、その熱によって抵抗１１、１２が取れることはない。

さらに、第１実施形態によれば、パワーモジュール１０を構成するＩＧＢＴ１０１、２０５に流れる電流を、抵抗１１、１２によって電圧に変換し検出することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態のモータ駆動装置について説明する。第２実施形態のモータ駆動装置は、第１実施形態のモータ駆動装置に対して、抵抗の電圧を検出するための電圧検出端子を新たに設けたものである。

まず、図１、図５〜図７を参照して電圧検出端子の構成について説明する。ここで、図５は、抵抗が接続されたパワーモジュール周辺の部分正面図である。図６は、図５におけるＣ−Ｃ矢視部分断面図である。図７は、図６におけるＤ−Ｄ矢視部分断面図である。ここでは、第１実施形態のモータ駆動装置との相違部分である電圧検出端子の構成についてのみ説明し、共通する部分については必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前述した実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

図５〜図７に示すように、電圧検出端子１７は、抵抗１１、１２によって変換されたパワーモジュール１０から交流モータ３に供給される電流に対応する電圧を検出する専用の端子である。電圧検出端子１７の一端は、パワーモジュール１０の端子１１６の外側表面に直接溶接されている。また、他端は、配線基板１８に接続されている。ここで、パワーモジュール１０の端子１１６は、配線基板１８上の配線パターンを介してバッテリ２の負極端子に接続されている。電圧検出端子１７は、配線基板１８上の配線パターンを介して制御回路１５に接続されている。

動作については、第１実施形態のモータ駆動装置と同一であるので、説明を省略する。ここでは、パワーモジュールから交流モータに供給される電流の検出についてのみ説明する。

図１に示すように、パワーモジュール１０から交流モータ３に供給される電流は、抵抗１１、１２の電圧として、制御回路１５によって検出される。交流モータ３に供給される電流は、パワーモジュール１０の端子１１５〜１１７に流れる。それに伴って、端子１１５〜１１７で電圧降下が発生する。図５に示すように、抵抗１１の電圧は、パワーモジュール１０の端子１１５及び端子１１６に溶接された電圧検出端子１７を介して検出される。また、抵抗１２の電圧は、パワーモジュール１０の端子１１６に溶接された電圧検出端子１７及び端子１１７を介して検出される。交流モータ３に供給される電流が流れない電圧検出端子１７を介することで、端子１１６の電圧降下の影響を受けることなく電圧を検出することができる。

最後に、効果について説明する。第２実施形態によれば、パワーモジュール１０の端子１１６の電圧降下の影響を受けることなく、抵抗１１、１２の電圧を確実に検出することができる。

また、第２実施形態によれば、溶接することで、パワーモジュール１０の端子１１６に、電圧検出端子１７を確実に接続することができる。

なお、第２実施形態では、パワーモジュール１０の端子１１５〜１１７への抵抗１１、１２の溶接とは別に、端子１１６に電圧検出端子１７を直接溶接している例を挙げているが、これに限られるものではない。例えば、チップタイプの抵抗に電圧検出端子を溶接し、その後、電圧検出端子の溶接された抵抗をパワーモジュールの端子に溶接してもよい。これにより、溶接の作業性を向上させることができる。また、抵抗をリードタイプとし、そのリードを電圧検出端子としてパワーモジュールの端子に溶接してもよい。この場合においても、パワーモジュールの端子の電圧降下の影響を受けることなく、対応する電圧を検出することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態のモータ駆動装置について説明する。第３実施形態のモータ駆動装置は、第１及び第２実施形態のモータ駆動装置に対して、パワーモジュールの端子にコンデンサを直接溶接したものである。

まず、図１、図８〜図１０を参照してパワーモジュールに対するコンデンサの接続構成について説明する。ここで、図８は、コンデンサが接続されたパワーモジュール周辺の部分正面図である。図９は、図８におけるＥ−Ｅ矢視断面図である。図１０は、図９におけるＦ−Ｆ矢視部分断面図である。なお、前述した実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

図８〜図１０に示すように、コンデンサ１４のリード１４０、１４１（電圧検出端子）の中央部は、パワーモジュール１０の端子１１３、１１６の外側表面にそれぞれ直接溶接されている。また、リード１４０、１４１の端部は、端子１１３、１１６の端部から所定距離を隔てて配置されるよう成形され、配線基板１９に接続されている。さらに、コンデンサ１４の本体１４２は、リード１４０、１４１側に折り曲げられ成形されている。ここで、パワーモジュール１０の端子１１３、１１６は、配線基板１９上の配線パターン（図略）を介してバッテリ２の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。コンデンサ１４のリード１４０、１４１の端部は、配線基板１８上の配線パターン（図略）を介して制御回路１５にそれぞれ接続されている。これにより、コンデンサ１４を接続するための配線パターンを配線基板１９上に設けることなく、図１に示すような回路を構成することができる。

動作については、第１実施形態のモータ駆動装置と同一であるので、説明を省略する。ここでは、バッテリからパワーモジュールに供給される電流の検出についてのみ説明する。

図１に示すように、バッテリ２からパワーモジュール１０に供給される電流は、コンデンサ１４の電圧として、制御回路１５によって検出される。パワーモジュール１０に供給される電流は、パワーモジュール１０の端子１１３、１１６に流れる。それに伴って、端子１１３、１１６で電圧降下が発生する。図８に示すように、コンデンサ１４の電圧は、パワーモジュール１０の端子１１３、１１６に溶接されたリード１４０、１４１を介して検出される。パワーモジュール１０に供給される電流が流れないリード１４０、１４１を介することで、端子１１３、１１６の電圧降下の影響を受けることなく電圧を検出することができる。

最後に、効果について説明する。第３実施形態によれば、コンデンサ１４によって、パワーモジュール１０に侵入するノイズを確実に抑えるとともに、パワーモジュール１０に印加される電圧を検出することができる。

また、第３実施形態によれば、パワーモジュール１０の端子１１３、１１６の電圧降下の影響を受けることなく、コンデンサ１４の電圧を確実に検出することができる。

なお、第３実施形態では、リードタイプのコンデンサを用いた例を挙げているが、これに限られるものではない。第２実施形態と同様に、チップタイプのコンデンサを用い、別途、電圧検出端子を溶接するようにしてもよい。この場合においても、パワーモジュールの端子の電圧降下の影響を受けることなく、対応する電圧を検出することができる。

また、第１〜第３実施形態では、６個のＩＧＢＴ１００〜１０５を一体にして構成されたパワーモジュール１０を用いた例を挙げているが、これに限られるものではない。構成するＩＧＢＴの個数が異なるパワーモジュールに適用してもよい。また、単体のＩＧＢＴに適用してもよい。端子を備えたスイッチング素子に広く適用することができる。

モータ駆動装置の回路図である。 第１実施形態における抵抗が接続されたパワーモジュール周辺の部分正面図である。 図２におけるＡ−Ａ矢視部分断面図である。 図３におけるＢ−Ｂ矢視部分断面図である。 第２実施形態における抵抗が接続されたパワーモジュール周辺の部分正面図である。 図５におけるＣ−Ｃ矢視部分断面図である。 図６におけるＤ−Ｄ矢視部分断面図である。 第３実施形態におけるコンデンサが接続されたパワーモジュール周辺の部分正面図である。 図８におけるＥ−Ｅ矢視部分断面図である。 図９におけるＦ−Ｆ矢視部分断面図である。

符号の説明

１・・・モータ駆動装置（電子装置）、１０・・・パワーモジュール、１００〜１０５・・・ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、１０６〜１１１・・・フリーホイーリングダイオード、１１２〜１２６・・・端子、１１、１２・・・抵抗（電子部品）、１３・・・コンデンサ、１４・・・コンデンサ（電子部品）、１４０、１４１・・・リード（電圧検出端子）、１５・・・制御回路、１６、１８、１９・・・配線基板、１７・・・電圧検出端子、２・・・バッテリ、３・・・交流モータ

Claims (10)

1. 端子を備えたスイッチング素子と、該スイッチング素子に接続される電子部品とを有する電子装置において、
   該電子部品は、該スイッチング素子の該端子に直接接続されていることを特徴とする電子装置。
2. 前記電子部品は、前記スイッチング素子の前記端子に溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記電子部品は、前記スイッチング素子に流れる電流を電圧に変換する抵抗であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置。
4. 前記抵抗は、前記スイッチング素子に流れる電流に対応する変換された電圧を検出するための電圧検出端子を有していることを特徴とする請求項３に記載の電子装置。
5. 前記抵抗によって変換された前記スイッチング素子に流れる電流に対応する電圧を検出するための電圧検出端子を有し、
   該電圧検出端子は、前記スイッチング素子の前記端子に直接接続されていることを特徴とする請求項３に記載の電子装置。
6. 前記電子部品は、前記スイッチング素子に侵入するノイズを抑えるコンデンサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置。
7. 前記コンデンサは、変換された前記スイッチング素子に印加される電圧を検出するための電圧検出端子を有していることを特徴とする請求項６に記載の電子装置。
8. 前記コンデンサによって検出された前記スイッチング素子に印加される電圧を検出するための電圧検出端子を有し、
   該電圧検出端子は、前記スイッチング素子の前記端子に直接接続されていることを特徴とする請求項６に記載の電子装置。
9. 前記電圧検出端子は、前記スイッチング素子の前記端子に溶接されていることを特徴とする請求項５又は８に記載の電子装置。
10. 前記スイッチング素子は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を構成していることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の電子装置。

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