JP2010283934A - 三相交流電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上におけるデッドスペースを有効に利用して基板面積を低減することができる三相交流電動機の制御装置を提供する。
【解決手段】電力供給回路８０は、一次回路８１と、一次回路８１に第一上段トランスＴ１を介して結合されるとともに第一上段駆動回路２１に接続される上段二次回路８２と、上段二次回路８２に第二上段トランスＴ２を介して結合されるとともに第二上段駆動回路２２に接続される上段三次回路８３とを有し、一次回路領域７と、第一上段回路領域６１と、第二上段回路領域６２とを備え、第一上段トランスＴ１は、一次回路領域７と第一上段回路領域６１との間に形成された絶縁領域を架け越して配置されるととともに、第二上段トランスＴ２は、第一上段回路領域６１と第二上段回路領域６２との間に形成された絶縁領域を架け越して配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、三相交流電動機の制御装置に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車などの駆動力源としての三相交流電動機は、インバータ回路を備えた制御装置により制御される。このような三相交流電動機の制御装置は、例えば、図７に示されるように、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を有するインバータ回路１００と、ＩＧＢＴを駆動するゲート駆動回路を有するＩＧＢＴ駆動回路２００と、モータ制御回路３００とを備えて構成される。この構成では、インバータ回路１００には、高圧直流電源から直流電圧が供給される。また、モータ制御回路３００は、ＩＧＢＴのゲートを駆動する駆動信号を生成する。そして、ＩＧＢＴ駆動回路２００が有する各ゲート駆動回路は、モータ制御回路３００により生成された駆動信号に基づいて各ＩＧＢＴを駆動し、ＩＧＢＴの駆動により生成された交流電圧（三相交流Ｕ、Ｖ、Ｗ）がインバータ回路１００から出力される。

ところで、上記のような三相交流電動機の制御装置においては、各ＩＧＢＴは高電圧となる上に互いに独立して動作するため、ＩＧＢＴを駆動する各ゲート駆動回路は適切な絶縁距離を隔てて配置される必要がある。また、モータ制御回路３００は、インバータ回路１００やＩＧＢＴ駆動回路２００の動作電圧より遥かに低い電圧で動作するため、各ゲート駆動回路は、モータ制御回路３００等が設けられる低電圧回路領域とも適切な絶縁距離を隔てて配置される必要がある。

このようなゲート駆動回路の配置に関する技術として、下記の特許文献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に関する技術が開示されている。そこに開示されている構成では、ゲート駆動回路２６に電力を供給するための電力供給回路は、当該電力供給回路の電源である高精度電圧源３０に接続される回路（以下、単に「一次回路」という。）と、当該一次回路にトランス１２を介して結合されるとともにゲート駆動回路２６に接続される回路（以下、単に「二次回路」という。）とを有している。そして、一次回路が設けられる領域と、ゲート駆動回路２６及び二次回路が設けられる回路領域とは所定の絶縁距離を隔てて配置され、複数のトランス１２は、絶縁領域を架け越すように配置される。また、ゲート駆動回路２６及び二次回路が設けられる回路領域同士も所定の絶縁距離を隔てて配置される。

特開２００６−２８０１４８号公報（段落００１３、００１５、図１等）

しかしながら、上記の特許文献１に記載されている電圧制御装置では、ゲート駆動回路及び二次回路が設けられる回路領域間に形成される絶縁領域には部品が配置されず、当該絶縁領域は基板上におけるデッドスペースとなってしまう。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板上におけるデッドスペースを有効に利用して基板面積を低減することができる三相交流電動機の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る、三相交流電動機へ電力を供給するインバータ回路の電動機駆動電源のプラス側に接続される３つの上段側アームに対してそれぞれ設けられ、各上段側アームが有するスイッチング素子をそれぞれ駆動する３つの上段駆動回路と、前記電動機駆動電源のマイナス側に接続される３つの下段側アームに対してそれぞれ設けられ、各下段側アームが有するスイッチング素子をそれぞれ駆動する３つの下段駆動回路と、前記上段駆動回路及び前記下段駆動回路に電力を供給するための電力供給回路と、を有する三相交流電動機の制御装置の特徴構成は、前記３つの上段駆動回路のうちの何れか１つを第一上段駆動回路とするとともに、残りの２つのうちの１つを第二上段駆動回路とし、前記電力供給回路は、当該電力供給回路の電源である一次側電源に接続される一次回路と、前記一次回路に第一上段トランスを介して結合されるとともに前記第一上段駆動回路に接続される上段二次回路と、前記上段二次回路に第二上段トランスを介して結合されるとともに前記第二上段駆動回路に接続される上段三次回路とを有し、前記一次回路が設けられる一次回路領域と、前記第一上段駆動回路及び前記上段二次回路が設けられる第一上段回路領域と、前記第二上段駆動回路及び前記上段三次回路が設けられる第二上段回路領域とを備え、前記第一上段トランスは、前記一次回路領域と前記第一上段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置されるととともに、前記第二上段トランスは、前記第一上段回路領域と前記第二上段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置されている点にある。

上記の特徴構成によれば、第一上段回路領域には第一上段トランスを介して一次回路領域から電力が供給され、第二上段回路領域には第一上段トランス及び第二上段トランスを介して一次回路領域から電力が供給される。そのため、第一上段駆動回路及び第二上段駆動回路のそれぞれに互いに絶縁された電源からの電力を適切に供給することができる。
また、従来の構成では部品が配置されない第一上段回路領域と第二上段回路領域との間に形成された絶縁領域に第二上段トランスが配置されるため、基板上におけるデッドスペースを有効に利用することができる。よって、第二上段トランスがデッドスペースに配置されない場合に第二上段トランスを配置することで占有される領域を基板上に確保する必要がなくなり、基板面積を低減することができる。

ここで、前記３つの上段駆動回路のうちの前記第一上段駆動回路及び前記第二上段駆動回路を除く残りの１つを第三上段駆動回路とするとともに、前記上段三次回路を第一上段三次回路とし、前記電力供給回路は、前記上段二次回路に第三上段トランスを介して結合されるとともに前記第三上段駆動回路に接続される第二上段三次回路を更に有するとともに、前記第三上段駆動回路及び前記第二上段三次回路が設けられる第三上段回路領域を更に備え、前記第二上段回路領域、前記第一上段回路領域、及び前記第三上段回路領域は、前記一次回路領域の一方の側に記載の順に並べて配置され、前記第三上段トランスは、前記第一上段回路領域と前記第三上段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置されていると好適である。

この構成によれば、第三上段回路領域にも、第二上段回路領域と同様に、第一上段トランス及び第三上段トランスを介して一次回路領域から電力が供給される。そのため、第一上段駆動回路、第二上段駆動回路、及び第三上段駆動回路の全てに互いに絶縁された電源からの電力を適切に供給することができる。
また、従来の構成では部品が配置されない第一上段回路領域と第三上段回路領域との間に形成された絶縁領域に第三上段トランスが配置されるため、基板上におけるデッドスペースを有効に利用することができる。よって、第三上段トランスがデッドスペースに配置されない場合に第三上段トランスを配置することで占有される領域を基板上に確保する必要がなくなり、基板面積を低減することができる。
さらに、一次回路にトランスを介して直接結合される上段二次回路が設けられる第一上段回路領域が、第二上段回路領域と第三上段回路領域との間に配置されるため、一次回路に接続される一次側電源と各上段駆動回路との間の配線長が大きく不均一になることを抑制することができる。よって、各上段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。
また、第二上段回路領域、第一上段回路領域、及び第三上段回路領域が並べて配置されるため、上段二次回路、第一上段三次回路、及び第二上段三次回路の配線長を短く抑えることができる。よって、材料コストや製造コストを抑制することができるとともに、各配線に起因するノイズの発生も抑制することができる。

また、上記のように前記第二上段回路領域、前記第一上段回路領域、及び前記第三上段回路領域が、前記一次回路領域の一方の側に記載の順に並べて配置される構成において、前記３つの下段駆動回路をそれぞれ第一下段駆動回路、第二下段駆動回路、及び第三下段駆動回路とし、前記電力供給回路は、前記一次回路に第一下段トランスを介して結合されるとともに前記第一下段駆動回路に接続される下段二次回路と、前記下段二次回路に第二下段トランスを介して結合されるとともに前記第二下段駆動回路に接続される第一下段三次回路と、前記下段二次回路に第三下段トランスを介して結合されるとともに前記第三下段駆動回路に接続される第二下段三次回路とを更に有し、前記第一下段駆動回路及び前記下段二次回路が設けられる第一下段回路領域と、前記第二下段駆動回路及び前記第一下段三次回路が設けられる第二下段回路領域と、前記第三下段駆動回路及び前記第二下段三次回路が設けられる第三下段回路領域とを更に備えるとともに、前記第二下段回路領域、前記第一下段回路領域、及び前記第三下段回路領域は、前記一次回路領域の他方の側に記載の順に並べて配置され、前記第一下段トランスは、前記一次回路領域と前記第一下段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置され、前記第二下段トランスは、前記第一下段回路領域と前記第二下段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置され、前記第三下段トランスは、前記第一下段回路領域と前記第三下段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置されていると好適である。

この構成によれば、第一下段回路領域には第一下段トランスを介して一次回路領域から電力が供給され、第二下段回路領域には第一下段トランス及び第二下段トランスを介して一次回路領域から電力が供給され、第三下段回路領域には第一下段トランス及び第三下段トランスを介して一次回路領域から電力が供給される。そのため、第一下段駆動回路、第二下段駆動回路、及び第三下段駆動回路の全てに互いに絶縁された電源からの電力を適切に供給することができる。
また、従来の構成では部品が配置されない第一下段回路領域と第二下段回路領域との間に形成された絶縁領域に第二下段トランスが配置され、第一下段回路領域と第三下段回路領域との間に形成された絶縁領域に第三下段トランスが配置されるため、基板上におけるデッドスペースを有効に利用することができる。よって、第二下段トランスや第三下段トランスがデッドスペースに配置されない場合に第二下段トランスや第三下段トランスを配置することで占有される領域を基板上に確保する必要がなくなり、基板面積を低減することができる。
さらに、一次回路にトランスを介して直接結合される下段二次回路が設けられる第一下段回路領域が、第二下段回路領域と第三下段回路領域との間に配置されるため、一次回路に接続される一次側電源と各下段駆動回路との間の配線長が大きく不均一になることを抑制することができる。また、一次回路領域の一方の側には３つの上段回路領域が並べて配置されるとともに、他方の側には３つの下段回路領域が並べて配置されるため、一次側電源までの配線長が上段駆動回路と下段駆動回路との間で不均一になることも抑制することができる。よって、各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。
また、第二下段回路領域、第一下段回路領域、及び第三下段回路領域が並べて配置されるため、下段二次回路、第一下段三次回路、及び第二下段三次回路の配線長を短く抑えることができる。さらに、一次回路領域の一方の側に３つの上段回路領域が並べて配置されるとともに、他方の側に３つの下段回路領域が並べて配置されるため、上段回路領域及び下段回路領域の双方が一次回路領域の一方の側に配置される構成に比べ、一次回路領域の面積を小さく抑えることができるとともに、一次回路の配線長を短く抑えられる。そのため、材料コストや製造コストを抑制することができるとともに、各配線に起因するノイズの発生も抑制することができる。

また、上記のように前記第二上段回路領域、前記第一上段回路領域、及び前記第三上段回路領域が、前記一次回路領域の一方の側に記載の順に並べて配置される構成において、前記３つの下段駆動回路をそれぞれ第一下段駆動回路、第二下段駆動回路、及び第三下段駆動回路とし、前記電力供給回路は、前記一次回路に第一下段トランスを介して結合されるとともに前記第一下段駆動回路に接続される下段二次回路と、前記下段二次回路に第一インダクタを介して接続されるとともに前記第二下段駆動回路に接続される第一下段三次回路と、前記下段二次回路に第二インダクタを介して接続されるとともに前記第三下段駆動回路に接続される第二下段三次回路とを更に有し、前記第一下段駆動回路及び前記下段二次回路が設けられる第一下段回路領域と、前記第二下段駆動回路及び前記第一下段三次回路が設けられる第二下段回路領域と、前記第三下段駆動回路及び前記第二下段三次回路が設けられる第三下段回路領域とを更に備えるとともに、前記第二下段回路領域、前記第一下段回路領域、及び前記第三下段回路領域は、前記一次回路領域の他方の側に記載の順に並べて配置され、前記第一下段トランスは、前記一次回路領域と前記第一下段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置され、前記第一インダクタは、前記第一下段回路領域と前記第二下段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置され、前記第二インダクタは、前記第一下段回路領域と前記第三下段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置されていると好適である。

この構成によれば、第一下段回路領域には第一下段トランスを介して一次回路領域から電力が供給され、第二下段回路領域には第一下段トランス及び第一インダクタを介して一次回路領域から電力が供給され、第三下段回路領域には第一下段トランス及び第二インダクタを介して一次回路領域から電力が供給される。そのため、第一下段駆動回路、第二下段駆動回路、及び第三下段駆動回路の全てに電源からの電力を適切に供給することができる。
また、従来の構成では部品が配置されない第一下段回路領域と第二下段回路領域との間に形成された絶縁領域に第一インダクタが配置され、第一下段回路領域と第三下段回路領域との間に形成された絶縁領域に第二インダクタが配置されるため、基板上におけるデッドスペースを有効に利用することができる。よって、第一インダクタや第二インダクタがデッドスペースに配置されない場合に第一インダクタや第二インダクタを配置することで占有される領域を基板上に確保する必要がなくなり、基板面積を低減することができる。
さらに、一次回路にトランスを介して直接結合される下段二次回路が設けられる第一下段回路領域が、第二下段回路領域と第三下段回路領域との間に配置されるため、一次回路に接続される一次側電源と各下段駆動回路との間の配線長が大きく不均一になることを抑制することができる。また、一次回路領域の一方の側には３つの上段回路領域が並べて配置されるとともに、他方の側には３つの下段回路領域が並べて配置されるため、一次側電源までの配線長が上段駆動回路と下段駆動回路との間で不均一になることも抑制することができる。よって、各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。
また、第二下段回路領域、第一下段回路領域、及び第三下段回路領域が並べて配置されるため、下段二次回路、第一下段三次回路、及び第二下段三次回路の配線長を短く抑えることができる。さらに、一次回路領域の一方の側に３つの上段回路領域が並べて配置されるとともに、他方の側に３つの下段回路領域が並べて配置されるため、上段回路領域及び下段回路領域の双方が一次回路領域の一方の側に配置される構成に比べ、一次回路領域の面積を小さく抑えることができるとともに、一次回路の配線長を短く抑えられる。そのため、材料コストや製造コストを抑制することができるとともに、各配線に起因するノイズの発生も抑制することができる。

本発明の第一の実施形態に係る三相交流電動機の制御回路の構成を示す図である。 本発明の第一の実施形態に係るワイヤレス結合の形態を概念的に示す図である。 本発明の第一の実施形態に係る電力供給回路及び電源制御回路の構成を示す図である。 本発明の第一の実施形態に係るＩＧＢＴ制御基板上の回路配置を示す図である。 本発明の第二の実施形態に係る電力供給回路及び電源制御回路の構成を示す図である。 本発明の第二の実施形態に係るＩＧＢＴ制御基板上の回路配置を示す図である。 一般的な三相交流電動機の制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。

１．第一の実施形態
まず、本発明の第一の実施形態について図面に基づいて説明する。ここでは、図１に示すように、三相交流で駆動されるモータ９の制御装置が、ＩＧＢＴモジュール１、ＩＧＢＴ制御基板２、及びモータ制御基板３を有して構成されている場合を例として説明する。このモータ９は、必要に応じて発電機としても動作するように構成されており、例えば、電動車両やハイブリッド車両等の駆動力源として用いられる。モータ９の制御装置は、高圧蓄電装置５５から供給された直流電圧を交流電圧（三相交流）に変換してモータ９に出力し、モータ９の制御を行う。ＩＧＢＴモジュール１にはインバータ回路を構成する構成要素として複数のＩＧＢＴ１０が備えられ、ＩＧＢＴ制御基板２にはＩＧＢＴ１０を駆動する６つのゲート駆動回路２０が備えられている。そして、本実施形態に係る三相交流電動機の制御装置は、図４に示すように、ゲート駆動回路２０が設けられる回路領域（高電圧回路領域５）間に形成された絶縁領域６を架け越すようにトランス（第二上段トランスＴ２、第三上段トランスＴ３、第二下段トランスＴ５、及び第三下段トランスＴ６）が配置される点に特徴を有している。なお、本実施形態では、モータ９が本発明における「三相交流電動機」に相当し、ＩＧＢＴ１０が本発明における「スイッチング素子」に相当し、高圧蓄電装置５５が本発明における「電動機駆動電源」に相当する。以下、本実施形態に係る三相交流電動機の制御装置の構成について順に詳細に説明する。

１−１．ＩＧＢＴモジュールの構成
ＩＧＢＴモジュール１は、高圧蓄電装置５５の直流電圧を交流電圧に変換してモータ９に電力を供給するためのインバータ回路を備えて構成されている。具体的には、図１に示すように、ＩＧＢＴモジュール１には、複数のＩＧＢＴ１０と、各ＩＧＢＴ１０に並列接続された複数のフリーホイールダイオード１０ａとを有するインバータ回路が構成されている。そして、ＩＧＢＴモジュール１は、金属ベース上にセラミックス系の絶縁基板を介してＩＧＢＴ１０やフリー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。また、本実施形態では、ＩＧＢＴモジュール１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）も各ＩＧＢＴ１０と一体的に備えられている。なお、ＩＧＢＴモジュール１として、通常の基板上にＩＧＢＴ１０やフリーホイールダイオード１０ａが実装されたものを用いても良い。

ＩＧＢＴモジュール１は、モータ９の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相）のそれぞれについて一対のＩＧＢＴ１０を備えている。具体的には、ＩＧＢＴモジュール１は、Ｕ相上段側アームのＩＧＢＴ１１及びＵ相下段側アームのＩＧＢＴ１４、Ｖ相上段側アームのＩＧＢＴ１２及びＶ相下段側アームのＩＧＢＴ１５、Ｗ相上段側アームのＩＧＢＴ１３及びＷ相下段側アームのＩＧＢＴ１６の６個のＩＧＢＴ１０を備えている。なお、各ＩＧＢＴ１１〜１６を特に区別しない場合には、単にＩＧＢＴ１０と呼ぶ。各相の上段側アームのＩＧＢＴ１１〜１３のエミッタと各相の下段側アームのＩＧＢＴ１４〜１６のコレクタとが、モータ９の各相のコイルにそれぞれ接続されている。また、各相の上段側アームのＩＧＢＴ１１〜１３のコレクタはプラス側端子ＰＶに接続され、各相の下段側アームのＩＧＢＴ１４〜１６のエミッタはマイナス側端子ＮＶに接続されている。ここで、プラス側端子ＰＶは、高圧蓄電装置５５のプラス電極に接続されている端子である。また、マイナス側端子ＮＶは、高圧蓄電装置５５のマイナス電極に接続されている端子であり、一般にグラウンドと同電位である。

高圧蓄電装置５５の端子間電圧は、後述する低圧蓄電装置７５の端子間電圧に対して大幅に高い電圧、例えば数百〔Ｖ〕等に設定されている。そのため、ＩＧＢＴモジュール１が備えるインバータ回路は、高電圧で動作する高電圧回路５０である。高圧蓄電装置５５は、例えば、バッテリやキャパシタ等により構成される。また、高圧蓄電装置５５を、複数種類の蓄電装置を併用して構成しても良いし、家庭用電源等の外部電源により充電可能に構成しても良い。

各ＩＧＢＴ１０のゲート・エミッタ間には、ＩＧＢＴ制御基板２に備えられるゲート駆動回路２０を介してゲート駆動電圧（後述する電力供給回路８０の出力電圧Ｖ１〜Ｖ６）が印加される。ゲート駆動回路２０は、モータ制御回路３０から出力されるスイッチング制御信号としてのゲート駆動信号に従ってオン・オフ動作を行う。そして、ゲート駆動回路２０がオン状態となったときに、対応するＩＧＢＴ１０のゲート・エミッタ間に出力電圧Ｖ１〜Ｖ６が印加され、当該ＩＧＢＴ１０がオン状態となる。一方、ゲート駆動回路２０がオフ状態となったときには、対応するＩＧＢＴ１０のゲート・エミッタ間の電圧がゼロになり、当該ＩＧＢＴ１０がオフ状態となる。ここでは、各ＩＧＢＴ１０は、ゲート駆動信号に従ってＰＷＭ（パルス幅変調）制御等に従ったスイッチング動作を行う。これにより、ＩＧＢＴモジュール１に備えられたインバータ回路は、高圧蓄電装置５５の直流電圧を交流電圧に変換してモータ９に供給し、モータ９を駆動する。なお、モータ９が発電機として機能する場合には、ＩＧＢＴモジュール１に備えられたインバータ回路は、発電された交流電圧を直流電圧に変換して高圧用蓄電装置５５に供給する。

ＩＧＢＴモジュール１に備えられたインバータ回路とモータ９の各相のコイルとの間を流れる各相電流は、電流センサ９１により検出されてモータ制御回路３０へ出力される。なお、図１の例では、Ｕ相、Ｖ相の二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、二相の電流を測定して残りの一相の電流は演算により求められる。なお、電流センサ９１がＩＧＢＴモジュール１に内蔵されている構成とすることもできる。また、モータ９のロータの各時点での磁極位置は、回転センサ９２により検出されてモータ制御回路３０へ出力される。回転センサ９２は、例えばレゾルバ等により構成される。ここで、磁極位置は、電気角上でのロータの回転角度を表している。

なお、ここでは、図１に示すように、インバータ回路の各アームが１つのＩＧＢＴ１０を備えて構成されている場合を例として示したが、複数（例えば２つ）のＩＧＢＴ１０を並列接続したものを備えて各アームのスイッチング素子を構成しても良い。この場合、各アームの複数のＩＧＢＴを同一のゲート駆動信号で制御しても良いし、別々のゲート駆動信号で制御しても良い。また、ここでは、インバータ回路がＩＧＢＴ１０を備えて構成されている場合を例として示したが、ＩＧＢＴ１０に替えて他の種類のスイッチング素子を用いてインバータ回路を構成しても良い。例えば、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スイッチング素子として採用することができる。

１−２．ＩＧＢＴ制御基板の構成
ＩＧＢＴ制御基板２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ＩＧＢＴ１０を駆動するゲート駆動回路２０を備えて構成されている。図１に示すように、ＩＧＢＴ制御基板２には、ＩＧＢＴモジュール１に備えられたインバータ回路の各アームに対応して、６個のゲート駆動回路２０が備えられている。そして、ゲート駆動回路２０は、プラス側端子ＰＶに接続される３つの上段側アームに対してそれぞれ設けられる３つの上段駆動回路２１〜２３と、マイナス側端子ＮＶに接続される３つの下段側アームに対してそれぞれ設けられる３つの下段駆動回路２４〜２６とを有している。なお、各ゲート駆動回路２１〜２６を特に区別しない場合には、単にゲート駆動回路２０と呼ぶ。そして、上段駆動回路２１〜２３は、各上段側アームが有するＩＧＢＴ１１〜１３をそれぞれ駆動し、下段駆動回路２４〜２６は、各下段側アームが有するＩＧＢＴ１４〜１６をそれぞれ駆動する。

また、ＩＧＢＴ制御基板２は、上段駆動回路２１〜２３及び下段駆動回路２４〜２６に電力を供給するための電力供給回路８０（図３、図４参照）を備えている。詳細は後述するが、電力供給回路８０は、絶縁部品ＩＳとしてのトランスＴを備えて構成され、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各ゲート駆動回路２０に供給するように構成されている。本実施形態では、この電力供給回路８０の動作を制御するための電源制御回路２７も、ＩＧＢＴ制御基板２に備えられている。なお、電源制御回路２７が、例えばモータ制御基板３等のＩＧＢＴ制御基板２以外の基板に備えられる構成としても良い。また、ＩＧＢＴ制御基板２には、その他の絶縁部品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２０に伝送するフォトカプラＰＣも実装されている（図２参照）。

本実施形態では、図１に示すように、Ｖ相上段側アームのＩＧＢＴ１２を駆動する上段駆動回路を第一上段駆動回路２１とし、Ｕ相上段側アームのＩＧＢＴ１１を駆動する上段駆動回路を第二上段駆動回路２２とし、Ｗ相上段側アームのＩＧＢＴ１３を駆動する上段駆動回路を第三上段駆動回路２３とする。また、Ｖ相下段側アームのＩＧＢＴ１５を駆動する下段駆動回路を第一下段駆動回路２４とし、Ｕ相下段側アームのＩＧＢＴ１４を駆動する下段駆動回路を第二下段駆動回路２５とし、Ｗ相下段側アームのＩＧＢＴ１６を駆動する下段駆動回路を第三下段駆動回路２６とする。なお、このような各ゲート駆動回路２０のＩＢＧＴ１０に対する割り当ては適宜変更可能である。例えば、第一上段駆動回路２１がＵ相上段側アームのＩＧＢＴ１１を駆動し、第二上段駆動回路２２がＶ相上段側アームのＩＧＢＴ１２を駆動する構成としても良い。

上記のように、ＩＧＢＴモジュール１に備えられるインバータ回路は高電圧回路５０である。そして、ＩＧＢＴ制御基板２に備えられるゲート駆動回路２０は、このインバータ回路が備えるＩＧＢＴ１０に接続されるため、インバータ回路と同じく高電圧回路５０である。一方、電源制御回路２７や電力供給回路８０のうち当該電力供給回路８０の電源（後述する一次側電源）に接続される回路部分（後述する一次回路８１）は、インバータ回路に比べて遥かに低い電圧で動作する低電圧回路７０である。よって、ＩＧＢＴ制御基板２は、高電圧回路５０と低電圧回路７０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隔てて離間して配置されている。そして、高電圧回路５０と低電圧回路７０とは、上記の絶縁部品ＩＳによってワイヤレスで結合されている。

１−３．モータ制御基板の構成
モータ制御基板３は、ゲート駆動回路２０を駆動するためのゲート駆動信号を生成するモータ制御回路３０を備えて構成されている。モータ制御回路３０は、ＩＧＢＴモジュール１が備えるインバータ回路の動作電圧よりも遥かに低い電圧で動作する低電圧回路７０である。

モータ制御基板３へは、図１に示すように、低圧蓄電装置７５から直流電圧が供給される。低圧蓄電装置７５の端子間電圧は、上述した高圧蓄電装置５５の端子間電圧に対して大幅に低い電圧、例えば１２〔Ｖ〕等に設定されている。低圧蓄電装置７５も、高圧蓄電装置５５と同様に、例えば、バッテリやキャパシタ等により構成される。また、低圧蓄電装置７５を、複数種類の蓄電装置を併用して構成しても良いし、家庭用電源等の外部電源により充電可能に構成しても良い。さらに、低圧蓄電装置７５に替えて、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して高圧蓄電装置５５からモータ制御基板３へ直流電圧を供給する構成としても良い。

モータ制御回路３０は、マイクロコンピュータやＤＳＰ（digital signal processor）等を中核部品として構成されている。そして、モータ制御回路３０は、ＣＡＮ（controller area network）を介して、車両の運行を制御する不図示のＥＣＵ（electronic control unit）と通信を行うように構成されており、ＥＣＵから取得した指令（外部指令）に従って、モータ９の駆動制御を行う。なお、ＥＣＵからは、例えば車両要求トルクに関する指令値等が入力される。また、上述のように、モータ制御回路３０へは、電流センサ９１や回転センサ９２の検出結果が入力され、モータ制御回路３０は、これらの検出結果に基づいて三相の電流値やモータ９の回転速度を取得する。そして、モータ制御回路３０は、車両要求トルク、三相の電流値、及びモータ９の回転速度等に基づいて、モータ９の動作状態に応じたフィードバック制御を行う。

なお、モータ制御回路３０を構成する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〔Ｖ〕や５〔Ｖ〕である。そのため、モータ制御基板３には、低圧蓄電装置７５から供給された直流電圧から３．３〔Ｖ〕や５〔Ｖ〕の電源電圧を生成するレギュレータ回路も備えられている。詳細は省略するが、レギュレータ回路は、レギュレータＩＣ又はパワートランジスタ等のスイッチング素子を中核部品として構成される。

１−４．ワイヤレス結合の形態
上述したように、ＩＧＢＴ制御基板２には高電圧回路５０と低電圧回路７０の双方が備えられ、高電圧回路５０と低電圧回路７０とは絶縁部品ＩＳ（トランスＴ及びフォトカプラＰＣ）によってワイヤレスで結合されている。以下、図２を参照して、本実施形態に係る三相交流電動機の制御装置におけるワイヤレス結合の形態について説明する。

本実施形態では、各アームの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が設けられており、ＩＧＢＴ１０及びセンサ回路１０ｂとを備えて、インバータ回路の１つのアームの回路群１０Ａが構成されている。なお、複数のＩＧＢＴ１０を並列接続したもので各アームのスイッチング素子が構成される場合には、１つのアームが複数の回路群１０Ａを有して構成される。

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に備えられた絶縁部品ＩＳであるフォトカプラＰＣの入力端子に接続される。フォトカプラＰＣ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に備えら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についての詳細は後述する。フォトカプラＰＣ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信号を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ＰＣ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。

本実施形態では、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。

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ＰＣを介して受け取るゲート駆動信号の状態に拘らず、ＩＧＢＴ１０をオフ状態に制御する。

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ＰＣ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、過熱や過電流等の異常の原因は伝達されないが、モータ制御回路３０は、少なくとも異常状態が発生していることを知ることができる。そして、モータ制御回路３０は、異常状態が発生している場合には、モータ９の停止処理等の異常対応処理を実行する。

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。本実施形態では、図２に示すように、診断回路２０ｂの近傍に温度検出回路２０ｃが設けられている。なお、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。本実施形態では、温度検出回路２０ｃは、第一下段駆動回路２４に付随して設けられている（図４参照）。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、温度検出回路２０ｃの検出結果は、診断信号と同様に絶縁部品ＩＳとしてのフォトカプラＰＣを介してワイヤレスでモータ制御回路３０へ伝送される。

１−５．電力供給回路及び電源制御回路の構成
上述したように、ＩＧＢＴ制御基板２は、上段駆動回路２１〜２３及び下段駆動回路２４〜２６に電力を供給するための電力供給回路８０、及び当該電力供給回路８０の動作を制御するための電源制御回路２７を備えている。以下、図３を参照して、本実施形態に係る電力供給回路８０及び電源制御回路２７について説明する。

電力供給回路８０は、図３に示すように、プッシュプル方式の構成を採用しており、一次回路８１、上段二次回路８２、第一上段三次回路８３、第二上段三次回路８４、下段二次回路８５、第一下段三次回路８６、第二下段三次回路８７、及び絶縁部品ＩＳであるトランスＴ１〜Ｔ６を備えている。そして、電源制御回路２７が電力供給回路８０の動作を制御することで、ほぼ同じ出力電圧Ｖ１〜Ｖ６が電力供給回路８０から出力されるように構成されている。そして、これらの出力電圧Ｖ１〜Ｖ６は各ゲート駆動回路２０に供給される。これにより、各ゲート駆動回路２０に、互いに絶縁された電源（フローティング電源）からの電力が供給される。なお、本実施形態では、電力供給回路８０としてプッシュプル方式の構成を採用しているが、電力供給回路８０の構成として、例えば、シングルエンデッドフォワード方式、シングルエンデッドフライバック方式、ハーフブリッジ方式、フルブリッジ方式等のプッシュプル方式以外の構成を採用しても良い。

一次回路８１は、電力供給回路８０の電源である一次側電源（図示せず）に接続される回路であり、この一次側電源により一次回路８１に一次側電圧Ｖｉｎが供給される。図示は省略するが、モータ制御基板３には一次側電源として機能する定電圧回路が設けられており、当該定電圧回路により安定化された電圧が一次側電圧Ｖｉｎとして供給される。例えば、定電圧回路は、低圧蓄電装置７５から供給される直流電圧を昇圧レギュレータや降圧レギュレータにより変圧し、定電圧の一次側電圧Ｖｉｎを生成するように構成される。そして、一次回路８１には、第一上段トランスＴ１及び第一下段トランスＴ４の一次巻線が接続されている。第一上段トランスＴ１は、一次側電源より供給された電力を上段二次回路８２に供給するためのトランスであり、第一下段トランスＴ４は、一次側電源より供給された電力を下段二次回路８５に供給するためのトランスである。なお、図３におけるコンデンサＣ７は、一次側電圧Ｖｉｎの平滑用コンデンサである。

上段二次回路８２は、一次回路８１に第一上段トランスＴ１を介して結合され、出力電圧Ｖ１が第一上段駆動回路２１に供給されるように第一上段駆動回路２１に接続されている。具体的には、図３に示すように、第一上段トランスＴ１の一次巻線が一次回路８１に接続され、第一上段トランスＴ１の二次巻線が上段二次回路８２に接続されている。また、上段二次回路８２は、ダイオードＤ１、Ｄ２、平滑用のコンデンサＣ１及びインダクタＬ１を備えている。そして、第一上段トランスＴ１の二次巻線に生じた電圧により直流の出力電圧Ｖ１が生成され、第一上段駆動回路２１に供給される。

第一上段三次回路８３は、上段二次回路８２に第二上段トランスＴ２を介して結合されるとともに、出力電圧Ｖ２が第二上段駆動回路２２に供給されるように第二上段駆動回路２２に接続されている。具体的には、図３に示すように、第二上段トランスＴ２の一次巻線は第一上段トランスＴ１の二次巻線に接続されている。また、第一上段三次回路８３は、ダイオードＤ３、Ｄ４、平滑用のコンデンサＣ２及びインダクタＬ２を備えている。そして、第二上段トランスＴ２の二次巻線に生じた電圧により直流の出力電圧Ｖ２が生成され、第二上段駆動回路２２に供給される。

第二上段三次回路８４は、上段二次回路８２に第三上段トランスＴ３を介して結合されるとともに、出力電圧Ｖ３が第三上段駆動回路２３に供給されるように第三上段駆動回路２３に接続されている。具体的には、図３に示すように、第三上段トランスＴ３の一次巻線は第一上段トランスＴ１の二次巻線に接続されている。すなわち、本例では、第二上段トランスＴ２の一次巻線及び第三上段トランスＴ３の一次巻線が、第一上段トランスＴ１の二次巻線に並列に接続されている。また、第二上段三次回路８４は、ダイオードＤ５、Ｄ６、平滑用のコンデンサＣ３及びインダクタＬ３を備えている。そして、第三上段トランスＴ３の二次巻線に生じた電圧により直流の出力電圧Ｖ３が生成され、第三上段駆動回路２３に供給される。

下段二次回路８５、第一下段三次回路８６、及び第二下段三次回路８７の構成は、それぞれ、上段二次回路８２、第一上段三次回路８３、及び第二上段三次回路８４の構成と同様であるのでここでは詳細な説明は省くが、第一下段トランスＴ４の二次巻線に生じた電圧により直流の出力電圧Ｖ４が生成され、第二下段トランスＴ５の二次巻線に生じた電圧により直流の出力電圧Ｖ５が生成され、第三下段トランスＴ６の二次巻線に生じた電圧により直流の出力電圧Ｖ６が生成される。そして、出力電圧Ｖ４が第一下段駆動回路２４に供給され、出力電圧Ｖ５が第二下段駆動回路２５に供給され、出力電圧Ｖ６が第三下段駆動回路２６に供給される。

電源制御回路２７は、一次回路８１に接続されており、各ゲート駆動回路２０に電力が供給されるように電力供給回路８０の動作を制御する。具体的には、電源制御回路２７は、第一上段トランスＴ１及び第一下段トランスＴ４の一次巻線に印加される電圧を制御する。図３に示すように、電源制御回路２７は、第一電源スイッチング素子Ｓ１と、第二電源スイッチング素子Ｓ２と、これらのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２を制御する制御回路２７ａとを有して構成されている。そして、制御回路２７ａは、第一電源スイッチング素子Ｓ１と第二電源スイッチング素子Ｓ２とを交互にオン状態とすることにより、各トランスＴ１〜Ｔ６の二次巻線に電圧を生じさせ、直流の出力電圧Ｖ１〜Ｖ６を生成する。なお、本実施形態では電力供給回路８０がトランスＴを多段に接続した構成を有するため、電源制御回路２７は、複数のトランスＴ１〜Ｔ６のうち２つのトランス（第一上段トランスＴ１及び第一下段トランスＴ４）のみと接続するだけで良い。これにより、一次回路８１の配線長が短く抑えられ、材料コストや製造コストが抑制されるとともに、一次回路８１の配線に起因するノイズの発生も抑制されている。

なお、上述したように、一次側電圧Ｖｉｎは安定化されているので、出力電圧Ｖ１〜Ｖ６を一次側にフィードバックすることなく、トランスＴ１〜Ｔ６の変圧比に基づく出力電圧Ｖ１〜Ｖ６が得られる。本実施形態では、出力電圧Ｖ１〜Ｖ６が略同一の電圧値となるように、各トランスＴ１〜Ｔ６の変圧比が設定されている。例えば、各トランスＴ１〜Ｔ６の全ての変圧比を「１」に設定したり、第一上段トランスＴ１及び第一下段トランスＴ４の変圧比を「１」より大きい値や小さい値に設定し、第二上段トランスＴ２、第三上段トランスＴ３、第二下段トランスＴ５、及び第三下段トランスＴ６の変圧比を「１」とすることができる。

１−６．ＩＧＢＴ制御基板上の回路配置
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を参照して、ＩＧＢＴ制御基板２の具体的なレイアウトの一例について説明する。なお、以下の説明では、特に断らない限り、図４における上方を「上」、下方を「下」、左方を「左」、右方を「右」とする。

図４に示すように、ＩＧＢＴ制御基板２には、略Ｔ字状の低電圧回路領域７が形成されている。この低電圧回路領域７には、一次回路８１が配置されるとともに、電源制御回路２７とコネクタ４８も配置されている。本実施形態では、この低電圧回路領域７が本発明における「一次回路領域」に相当する。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７には、コネクタ４８を介して、モータ制御回路３０からＩＧＢＴ１０を駆動するためのゲート駆動信号が伝達される。また、電源制御回路２７を動作させるための電源電圧や、電力供給回路８０に供給される一次側電源の電圧（一次側電圧Ｖｉｎ）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。

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。具体的には、第一上段駆動回路２１及び上段二次回路８２が設けられる第一上段回路領域６１、第二上段駆動回路２２及び第一上段三次回路８３が設けられる第二上段回路領域６２、第三上段駆動回路２３及び第二上段三次回路８４が設けられる第三上段回路領域６３、第一下段駆動回路２４及び下段二次回路８５が設けられる第一下段回路領域６４、第二下段駆動回路２５及び第一下段三次回路８６が設けられる第二下段回路領域６５、及び第三下段駆動回路２６及び第二下段三次回路８７が設けられる第三下段回路領域６６の６つの高電圧回路領域５が形成されている。なお、各回路領域６１〜６６を特に区別しない場合には、単に高電圧回路領域５と呼ぶ。

図２に示すように、本実施形態では、ゲート駆動回路２０と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おり、図４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。また、ＩＧＢＴ制御基板２には、ＩＧＢＴ制御基板２を固定するための固定部材を挿通するための複数の貫通孔８が形成されている。

高電圧回路領域５は、略Ｔ字状に形成された低電圧回路領域７における図４の左右方向に延びる胴体部（以下、単に「胴体部」という。）を挟んで、その両側に３つずつ並べて配置されている。具体的には、第二上段回路領域６２、第一上段回路領域６１、及び第三上段回路領域６３が、胴体部（低電圧回路領域７）の一方の側（本例では上側）に記載の順に並べて配置され、第二下段回路領域６５、第一下段回路領域６４、及び第三下段回路領域６６が、胴体部（低電圧回路領域７）の他方の側（本例では下側）に記載の順に並べて配置されている。そして、高電圧回路領域５は、胴体部との間に所定の絶縁距離ｄ１が設けられるように胴体部と離間して配置されている。また、高電圧回路領域５は、隣接する高電圧回路領域５との間にも所定の絶縁距離ｄ２又はｄ３が設けられるように隣接する高電圧回路領域５と離間して配置されている。高電圧回路領域５と胴体部との間に所定の絶縁距離ｄ１を設けることにより、胴体部に沿って絶縁領域６が形成される。また、隣接する高電圧回路領域５の間に所定の絶縁距離ｄ２、ｄ３を設けることにより、胴体部を基部として、胴体部の両側に櫛状の絶縁領域６が形成されている。

上段回路領域６１〜６３及び下段回路領域６４〜６６が上記のように配置されているため、ゲート駆動回路２０とＩＧＢＴ１０との間の配線長を短く抑えることができる。すなわち、図１に示すように、上段側アームのＩＧＢＴ１１〜１３はプラス側端子ＰＶに接続され、下段側アームのＩＧＢＴ１４〜１６はマイナス側端子ＮＶに接続される。高圧蓄電装置５５との配線を考慮すると、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されるのが望ましい。そして、ＩＧＢＴ１０のこのような配置に対応して、上段側アームのＩＧＢＴ１１〜１３を駆動する上段駆動回路２１〜２３、及び下段側アームのＩＧＢＴ１４〜１６を駆動する下段駆動回路２４〜２６も一列に並べて配置されている。これにより、ゲート駆動回路２０とＩＧＢＴ１０との間の配線長を短く抑えることができ、材料コストや製造コストが抑制されるとともに、各配線に起因するノイズの発生も抑制されている。

また、一次回路８１に第一上段トランスＴ１を介して直接結合される上段二次回路８２が設けられる第一上段回路領域６１が、第二上段回路領域６２と第三上段回路領域６３との間に配置されるとともに、一次回路８１に第一下段トランスＴ４を介して直接結合される下段二次回路８５が設けられる第一下段回路領域６４が、第二下段回路領域６５と第三下段回路領域６６との間に配置されている。これにより、一次回路８１と第一上段三次回路８３との間の上段二次回路８２を介する電力の伝達経路と、一次回路８１と第二上段三次回路８４との間の上段二次回路８２を介する電力の伝達経路とが、略同一の経路長となる。また、一次回路８１と第一下段三次回路８６との間の下段二次回路８５を介する電力の伝達経路と、一次回路８１と第二下段三次回路８７との間の下段二次回路８５を介する電力の伝達経路とが、略同一の経路長となる。これにより、一次回路８１に接続される一次側電源と各ゲート駆動回路２０との間の配線長が大きく不均一になることが抑制され、各ゲート駆動回路２０及びＩＧＢＴモジュール１が備えるインバータ回路の動作が安定化する。

また、第二上段回路領域６２、第一上段回路領域６１、及び第三上段回路領域６３が隣接して配置されるとともに、第二下段回路領域６５、第一下段回路領域６４、及び第三下段回路領域６６が隣接して配置されている。これにより、上段二次回路８２、第一上段三次回路８３、第二上段三次回路８４、下段二次回路８５、第一下段三次回路８６、及び第二下段三次回路８７の配線長が短く抑えられる。また、上段回路領域６１〜６３と下段回路領域６４〜６６とが低電圧回路領域７を挟んで配置されているため、低電圧回路領域７の左右方向の長さが短く抑えられるとともに、一次回路８１の配線長も短く抑えられる。さらに、一次回路８１に接続される第一上段トランスＴ１及び第一下段トランスＴ４がＩＧＢＴ制御基板２の左右方向における中央部付近に配置されている。従って、第一上段トランスＴ１及び第一下段トランスＴ４がコネクタ４８と反対側の端部（本例では右側の端部）付近に配置される場合に比べ、一次回路８１の配線長が短くなる。以上のことから、本実施形態では、各配線長が短く抑えられ、材料コストや製造コストが抑制されるとともに、各配線に起因するノイズの発生も抑制されている。

ところで、上段側アームのＩＧＢＴ１１〜１３は、オン状態となった時、エミッタ端子の電位はプラス側端子ＰＶの電位の近くまで上昇する。一方、下段側アームのＩＧＢＴ１４〜１６は、オン状態となった時にも、エミッタ端子の電位はマイナス側端子ＮＶの電位である。ゲート駆動回路２０は、図１及び図２に示したように、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と接続される上段駆動回路２１〜２３の電位は、ＩＧＢＴ１１〜１３がオン状態となった時にプラス側端子ＰＶの電位の近くまで上昇する。そのため、本実施形態では、図４に示すように、絶縁距離ｄ２を絶縁距離ｄ３より大きい値に設定し、上段駆動回路２１〜２３が設けられる上段回路領域６１〜６３間に十分な絶縁領域６を確保している。

そして、電力供給回路８０を構成する第一上段トランスＴ１が、胴体部（低電圧回路領域７）と第一上段回路領域６１との間に形成された絶縁領域６を架け越して配置され、第一下段トランスＴ４が、胴体部（低電圧回路領域７）と第一下段回路領域６４との間に形成された絶縁領域６を架け越して配置されている。これにより、第一上段回路領域６１には第一上段トランスＴ１を介して低電圧回路領域７から電力が供給され、第一下段回路領域６４には第一下段トランスＴ４を介して低電圧回路領域７から電力が供給される。このようなトランスを用いることで、低電圧回路領域７との間の絶縁を保った状態で第一上段回路領域６１や第一下段回路領域６４に電力を供給することができる。

また、第二上段トランスＴ２が、第一上段回路領域６１と第二上段回路領域６２との間に形成された絶縁領域６を架け越して配置され、第三上段トランスＴ３が、第一上段回路領域６１と第三上段回路領域６３との間に形成された絶縁領域６を架け越して配置されている。これにより、第二上段回路領域６２には第二上段トランスＴ２を介して第一上段回路領域６１から電力が供給され、第三上段回路領域６３には第三上段トランスＴ３を介して第一上段回路領域６１から電力が供給される。このようなトランスを用いることで、第一上段回路領域６１との間の絶縁を保った状態で第二上段回路領域６２や第三上段回路領域６３に電力を供給することができる。

同様に、第二下段トランスＴ５が、第一下段回路領域６４と第二下段回路領域６５との間に形成された絶縁領域６を架け越して配置され、第三下段トランスＴ６が、第一下段回路領域６４と第三下段回路領域６６との間に形成された絶縁領域６を架け越して配置されている。これにより、第二下段回路領域６５には第二下段トランスＴ５を介して第一下段回路領域６４から電力が供給され、第三下段回路領域６６には第三下段トランスＴ６を介して第一下段回路領域６４から電力が供給される。このようなトランスを用いることで、第一下段回路領域６４との間の絶縁を保った状態で第二下段回路領域６５や第三下段回路領域６６に電力を供給することができる。

また、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ＰＣ（ＰＣ１、ＰＣ３、ＰＣ５、ＰＣ８、ＰＣ１１、ＰＣ１３）が備えられている。これらのフォトカプラＰＣ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との間の絶縁状態を保った状態で各ゲート駆動回路２０に伝送される。つまり、ＩＧＢＴモジュール１が備える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に設けられた各ゲート駆動回路２０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２０から各ＩＧＢＴ１０に伝送され、各ＩＧＢＴ１０が制御される。

さらに、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ＰＣ（ＰＣ２、ＰＣ４、ＰＣ６、ＰＣ７、ＰＣ１０、ＰＣ１２）が信号伝送用絶縁部品として備えられている。これらのフォトカプラＰＣにより、ＩＧＢＴモジュール１が備えるインバータ回路から各ゲート駆動回路２０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。

また、本実施形態では、図４に示すように、第一下段回路領域６４には上述した温度検出回路２０ｃ（図２参照）が備えられている。温度検出回路２０ｃの検出結果は、第一下段回路領域６４から低電圧回路領域７へ信号伝送用絶縁部品であるフォトカプラＰＣ９を介して伝送される。

図４に示すように、第一上段トランスＴ１、第一下段トランスＴ４、フォトカプラＰＣ（ＰＣ１〜ＰＣ１３）は、胴体部と高電圧回路領域５とが対向する境界線に沿って並べて配置されている。これにより、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、第一上段トランスＴ１、第一下段トランスＴ４、及びフォトカプラＰＣ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。

本実施形態では、上記のように第二上段トランスＴ２、第三上段トランスＴ３、第二下段トランスＴ５、及び第三下段トランスＴ６が配置されているため、ＩＧＢＴ制御基板２の基板面積を低減することが可能となっている。すなわち、第二上段回路領域６２、第三上段回路領域６３、第二下段回路領域６５、及び第三下段回路領域６６のそれぞれに、単一のトランスを介して低電圧回路領域７から直接電力が供給される構成とした場合、各回路領域６２、６３、６５、６６と低電圧回路領域７との間に形成された絶縁領域６を架け越すようにトランスを配置する必要がある。例えば、第二上段回路領域６２と低電圧回路領域７との間に形成された絶縁領域６を架け越すようにトランスを配置する場合、フォトカプラＰＣ１、ＰＣ２と並べて当該トランスが配置されるため、第二上段回路領域６２の左右方向の幅が大きくなったり、第二上段回路領域６２と低電圧回路領域７との間に形成された絶縁領域６が増大してしまう。また、隣接する高電圧回路領域５間に形成された絶縁領域６には部品が配置されず、当該絶縁領域６はデッドスペースとなってしまう。

これに対し、本発明では、電圧供給回路８０が図３に示すようなトランスＴを多段に接続した構成を有するため、第二上段トランスＴ２、第三上段トランスＴ３、第二下段トランスＴ５、及び第三下段トランスＴ６を、高電圧回路領域５間に形成された絶縁領域６に配置することができる。すなわち、第二上段トランスＴ２、第三上段トランスＴ３、第二下段トランスＴ５、及び第三下段トランスＴ６を、高電圧回路領域５と低電圧回路領域７との間に形成された絶縁領域６ではなく、従来の構成ではデッドスペースとなっていた絶縁領域６に配置することができ、デッドスペースを有効に利用することができる。これにより、第二上段回路領域６２、第三上段回路領域６３、第二下段回路領域６５、及び第三下段回路領域６６の左右方向の幅が増大するのを抑制したり、高電圧回路領域５と低電圧回路領域７との間に形成される絶縁領域６が増大するのを抑制することができ、ＩＧＢＴ制御基板２の基板面積の低減を図ることが可能となっている。

２．第二の実施形態
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。本実施形態に係る三相交流電動機の制御装置は、電力供給回路８０の構成が上記の第一の実施形態と異なり、ＩＧＢＴ制御基板上の回路配置も異なっている。以下、本実施形態に係る三相交流電動機の制御装置について、第一の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、特に説明しない点については、上記第一の実施形態と同様とする。

２−１．電力供給回路の構成
図５は、本実施形態に係る電力供給回路８０の模式図である。この図に示すように、第一の実施形態と同様、電力供給回路８０はプッシュプル方式の構成を採用しており、一次回路８１、上段二次回路８２、第一上段三次回路８３、第二上段三次回路８４、下段二次回路８５、第一下段三次回路８６、第二下段三次回路８７、及び絶縁部品ＩＳであるトランスＴ１〜Ｔ４を備えて構成されている。そして、電源制御回路２７が電力供給回路８０の動作を制御することで、ほぼ同じ出力電圧Ｖ１〜Ｖ６が電力供給回路８０から出力されるように構成されている。そして、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３が上段駆動回路２１〜２３に供給され、出力電圧Ｖ４〜Ｖ６が下段駆動回路２４〜２６に供給される。これにより、各上段駆動回路２１〜２３に、互いに絶縁された電源（フローティング電源）からの電力が供給され、各下段駆動回路２４〜２６には、並列に接続された電源からの電力が供給される。図１に示すように、各下段駆動回路２４〜２６とＩＧＢＴ１４〜１６とを接続する配線のうちＩＧＢＴ１４〜１６のエミッタと接続される方の電位は、マイナス側端子ＮＶの電位と同電位である。そのため、各下段駆動回路２４〜２６に対して出力電圧Ｖ４〜Ｖ６を供給する出力端子は、並列に接続された構成としても良く、本実施形態ではそのような構成を採用している。

一次回路８１、上段二次回路８２、第一上段三次回路８３、第二上段三次回路８４、及び下段二次回路８５の構成は第一の実施形態と同様であるが、第一下段三次回路８６、第二下段三次回路８７の構成が第一の実施形態と異なっている。すなわち、第一下段三次回路８６は、下段二次回路８５に第一インダクタＬ５を介して接続されるとともに、出力電圧Ｖ５が第二下段駆動回路２５に供給されるように第二下段駆動回路２５に接続されている。また、第一下段三次回路８６は、平滑用のコンデンサＣ５を備えている。一方、第二下段三次回路８７は、下段二次回路８５に第二インダクタＬ６を介して接続されるとともに、出力電圧Ｖ６が第三下段駆動回路２６に供給されるように第三下段駆動回路２６に接続されている。また、第二下段三次回路８７は、平滑用のコンデンサＣ６を備えている。このように、本実施形態では、第一下段トランスＴ４の二次巻線に生じた電圧により出力電圧Ｖ４〜Ｖ６が生成され、各下段駆動回路２４〜２６に供給される。また、本実施形態では、第一インダクタＬ５及び第二インダクタＬ６は、高周波ノイズを除去するためのフィルタとして機能し、各出力電圧Ｖ４〜Ｖ６間の干渉を抑制している。

２−２．ＩＧＢＴ制御基板上の回路配置
次に、図６を参照して、本実施形態に係るＩＧＢＴ制御基板２の具体的なレイアウトの一例について説明する。図６に示すように、本実施形態では、第一インダクタＬ５が、第一下段回路領域６４と第二下段回路領域６５との間に形成された絶縁領域６を架け越して配置され、第二インダクタＬ６が、第一下段回路領域６４と第三下段回路領域６６との間に形成された絶縁領域６を架け越して配置されている。これにより、第二下段回路領域６５には第一インダクタＬ５を介して第一下段回路領域６４から電力が供給され、第三下段回路領域６６には第二インダクタＬ６を介して第一下段回路領域６４から電力が供給される。

このように、本実施形態では、第一インダクタＬ５及び第二インダクタＬ６が従来の構成ではデッドスペースとなっていた絶縁領域６に配置され、デッドスペースを有効に利用することが可能となっている。よって、第一インダクタＬ５や第二インダクタＬ６を下段回路領域６４〜６６に配置する必要がなくなり、下段回路領域６４〜６６の面積の増大が抑制され、ＩＧＢＴ制御基板２の基板面積の低減を図ることが可能となっている。

３．その他の実施形態
（１）上記の実施形態では、第二上段回路領域６２、第一上段回路領域６１、及び第三上段回路領域６３が、低電圧回路領域７の一方の側に記載の順に並べて配置されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、第一上段回路領域６１、第二上段回路領域６２、及び第三上段回路領域６３の順に並べて配置することも当然に可能である。また、第一上段回路領域６１、第二上段回路領域６２、及び第三上段回路領域６３は必ずしも直線状に並べて配置する必要はなく、低電圧回路領域７の周縁部の形状が直線でない場合には当該周縁部の形状に沿うように配置すると良い。また、第一上段回路領域６１、第二上段回路領域６２、及び第三上段回路領域６３を、低電圧回路領域７の周縁部の形状に沿わせないように並べて配置しても良い。例えば、第一上段回路領域６１、第二上段回路領域６２、及び第三上段回路領域６３を、Ｌ字状に並べて配置することができる。なお、第一下段回路領域６４、第二下段回路領域６５、及び第三下段回路領域６６についても同様である。

（２）上記の実施形態では、第一上段回路領域６１、第二上段回路領域６２、及び第三上段回路領域６３が、低電圧回路領域７の一方の側に並べて配置され、第一下段回路領域６４、第二下段回路領域６５、及び第三下段回路領域６６が、低電圧回路領域７の他方の側に並べて配置されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。従って、第一上段回路領域６１、第二上段回路領域６２、第三上段回路領域６３、第一下段回路領域６４、第二下段回路領域６５、及び第三下段回路領域６６の全てを低電圧回路領域７の一方の側に並べて配置する構成としても好適である。

（３）上記の実施形態では、低電圧回路領域７が略Ｔ字状に形成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、低電圧回路領域７の形状を略Ｉ字状等のその他の形状としても好適である。

（４）上記の実施形態では、第二上段回路領域６２には第二上段トランスＴ２を介して第一上段回路領域６１から電力が供給され、第三上段回路領域６３には第三上段トランスＴ３を介して第一上段回路領域６１から電力が供給される場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。従って、例えば、第三上段トランスＴ３を第三上段回路領域６３と低電圧回路領域７との間に形成された絶縁領域６を架け越すように配置し、第三上段回路領域６３には低電圧回路領域７から第三上段トランスＴ３を介して電力が供給される構成としても好適である。この際、第三上段トランスＴ３の一次巻線は、第一上段トランスＴ１の二次巻線ではなく、一次回路８１に接続される。第二上段回路領域６２、第二下段回路領域６５、及び第三下段回路領域６６についても同様である。

本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車などの駆動力源としての三相交流電動機を制御する三相交流電動機の制御装置に好適に利用することができる。

７：低電圧回路領域（一次回路領域）
９：モータ（三相交流電動機）
１０：ＩＧＢＴ（スイッチング素子）
２１：第一上段駆動回路
２２：第二上段駆動回路
２３：第三上段駆動回路
２４：第一下段駆動回路
２５：第二下段駆動回路
２６：第三下段駆動回路
５５：高圧蓄電装置（電動機駆動電源）
６１：第一上段回路領域
６２：第二上段回路領域
６３：第三上段回路領域
６４：第一下段回路領域
６５：第二下段回路領域
６６：第三下段回路領域
８０：電力供給回路
８１：一次回路
８２：上段二次回路
８３：第一上段三次回路
８４：第二上段三次回路
８５：下段二次回路
８６：第一下段三次回路
８７：第二下段三次回路
Ｌ５：第一インダクタ
Ｌ６：第二インダクタ
Ｔ１：第一上段トランス
Ｔ２：第二上段トランス
Ｔ３：第三上段トランス
Ｔ４：第一下段トランス
Ｔ５：第二下段トランス
Ｔ６：第三下段トランス

Claims (4)

1. 三相交流電動機へ電力を供給するインバータ回路の電動機駆動電源のプラス側に接続される３つの上段側アームに対してそれぞれ設けられ、各上段側アームが有するスイッチング素子をそれぞれ駆動する３つの上段駆動回路と、
   前記電動機駆動電源のマイナス側に接続される３つの下段側アームに対してそれぞれ設けられ、各下段側アームが有するスイッチング素子をそれぞれ駆動する３つの下段駆動回路と、
   前記上段駆動回路及び前記下段駆動回路に電力を供給するための電力供給回路と、を有する三相交流電動機の制御装置であって、
   前記３つの上段駆動回路のうちの何れか１つを第一上段駆動回路とするとともに、残りの２つのうちの１つを第二上段駆動回路とし、
   前記電力供給回路は、当該電力供給回路の電源である一次側電源に接続される一次回路と、前記一次回路に第一上段トランスを介して結合されるとともに前記第一上段駆動回路に接続される上段二次回路と、前記上段二次回路に第二上段トランスを介して結合されるとともに前記第二上段駆動回路に接続される上段三次回路とを有し、
   前記一次回路が設けられる一次回路領域と、前記第一上段駆動回路及び前記上段二次回路が設けられる第一上段回路領域と、前記第二上段駆動回路及び前記上段三次回路が設けられる第二上段回路領域とを備え、
   前記第一上段トランスは、前記一次回路領域と前記第一上段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置されるととともに、前記第二上段トランスは、前記第一上段回路領域と前記第二上段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置されている三相交流電動機の制御装置。
2. 前記３つの上段駆動回路のうちの前記第一上段駆動回路及び前記第二上段駆動回路を除く残りの１つを第三上段駆動回路とするとともに、前記上段三次回路を第一上段三次回路とし、
   前記電力供給回路は、前記上段二次回路に第三上段トランスを介して結合されるとともに前記第三上段駆動回路に接続される第二上段三次回路を更に有するとともに、前記第三上段駆動回路及び前記第二上段三次回路が設けられる第三上段回路領域を更に備え、
   前記第二上段回路領域、前記第一上段回路領域、及び前記第三上段回路領域は、前記一次回路領域の一方の側に記載の順に並べて配置され、
   前記第三上段トランスは、前記第一上段回路領域と前記第三上段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置されている請求項１に記載の三相交流電動機の制御装置。
3. 前記３つの下段駆動回路をそれぞれ第一下段駆動回路、第二下段駆動回路、及び第三下段駆動回路とし、
   前記電力供給回路は、前記一次回路に第一下段トランスを介して結合されるとともに前記第一下段駆動回路に接続される下段二次回路と、前記下段二次回路に第二下段トランスを介して結合されるとともに前記第二下段駆動回路に接続される第一下段三次回路と、前記下段二次回路に第三下段トランスを介して結合されるとともに前記第三下段駆動回路に接続される第二下段三次回路とを更に有し、
   前記第一下段駆動回路及び前記下段二次回路が設けられる第一下段回路領域と、前記第二下段駆動回路及び前記第一下段三次回路が設けられる第二下段回路領域と、前記第三下段駆動回路及び前記第二下段三次回路が設けられる第三下段回路領域とを更に備えるとともに、前記第二下段回路領域、前記第一下段回路領域、及び前記第三下段回路領域は、前記一次回路領域の他方の側に記載の順に並べて配置され、
   前記第一下段トランスは、前記一次回路領域と前記第一下段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置され、前記第二下段トランスは、前記第一下段回路領域と前記第二下段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置され、前記第三下段トランスは、前記第一下段回路領域と前記第三下段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置されている請求項２に記載の三相交流電動機の制御装置。
4. 前記３つの下段駆動回路をそれぞれ第一下段駆動回路、第二下段駆動回路、及び第三下段駆動回路とし、
   前記電力供給回路は、前記一次回路に第一下段トランスを介して結合されるとともに前記第一下段駆動回路に接続される下段二次回路と、前記下段二次回路に第一インダクタを介して接続されるとともに前記第二下段駆動回路に接続される第一下段三次回路と、前記下段二次回路に第二インダクタを介して接続されるとともに前記第三下段駆動回路に接続される第二下段三次回路とを更に有し、
   前記第一下段駆動回路及び前記下段二次回路が設けられる第一下段回路領域と、前記第二下段駆動回路及び前記第一下段三次回路が設けられる第二下段回路領域と、前記第三下段駆動回路及び前記第二下段三次回路が設けられる第三下段回路領域とを更に備えるとともに、前記第二下段回路領域、前記第一下段回路領域、及び前記第三下段回路領域は、前記一次回路領域の他方の側に記載の順に並べて配置され、
   前記第一下段トランスは、前記一次回路領域と前記第一下段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置され、前記第一インダクタは、前記第一下段回路領域と前記第二下段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置され、前記第二インダクタは、前記第一下段回路領域と前記第三下段回路領域との間に形成された絶縁領域を架け越して配置されている請求項２に記載の三相交流電動機の制御装置。

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