JP4051825B2 - パワーモジュール及びモータモジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流モータに電力を供給するインバータ回路のパワーモジュール、及びこのインバータ回路によって駆動されるモータをパワーモジュールと一体化したモータモジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、バッテリーのような直流電源を所定の周波数、電圧の交流電力に変換し、あるいは、交流電源をコンバータ又は整流回路によって直流電力に変換し、さらにこの直流電力を所定の周波数、電圧の交流電力に逆変換し、交流モータの電源とするインバータ駆動モータは、図4に示した回路構成である。この従来の回路では、直流電源であるバッテリー1からの直流電力をリップル電流低減のための電解コンデンサー2を介してインバータ3に供給し、このインバータ3のスイッチング制御により、所定の周波数、電圧のUVW3相の交流電力に変換し、3相交流モータ4のステータのUVW各相の巻線に給電する。
【0003】
このような従来のインバータ駆動モータでは、本願の発明者らによる発明である特願平11−134730号の明細書でも指摘したように、インバータの各スイッチング素子を矩形波駆動させた場合に、交流モータのUVW3相各相の巻線の中性点の電圧が各相のスイッチング素子のスイッチングタイミングにより変動するために高周波漏洩電流が発生し、このようなインバータ回路を車両駆動用の交流モータの電源として利用する場合、車載ラジオ等の車載電気機器にノイズが発生する問題点がある。
【0004】
このような問題点を解決するために、図5に示すようにインバータ3の直流側、交流側にコモンモードリアクトルで成るノイズフィルター5,6を直列に挿入することにより、高周波漏洩電流を低減することがある。
【0005】
しかしながら、このようなコモンモードリアクトルを採用しても高周波漏洩電流の低減に十分な効果が得られない問題点があり、また、リアクトルの容積が大きく、重量もあるので、インバータ3のケース容量が大きくなり、重量も重くなり、結果的に、車両への搭載性が悪くなる問題点がある。加えて、リアクトルが高価であるために、インバータの価格も高くなる問題点もある。
【0006】
この問題点を解決するために、本願発明者らは、上述した出願に係る発明で、各相の中性点の電圧の変動を抑制することができるインバータ駆動モータを提案している。すなわち、図6に示したように、3相交流モータ4のステータには、巻線Aと巻線BをU相、V相、W相にそれぞれ並列に巻き、巻線A、巻線Bそれぞれをインバータ3のスイッチング回路3A,3Bから3相交流電力を受けるように接続する。そしてインバータ3のA,B2系統のスイッチング回路3A,3Bを並列に構成して、スイッチング回路3Aにはスイッチング素子SW1〜SW6、スイッチング回路3Bにはスイッチング素子SW7〜SW12をブリッジに組み込む。
【0007】
また、インバータ3のスイッチング素子SW1〜SW12各々のオン/オフ駆動のためにコントロールユニット10を備えている。このコントロールユニット10は、モータ4のステータ巻線Aと巻線Bそれぞれに電流を供給するインバータ3のスイッチング回路3A,3Bでスイッチングを正反対に行わせるために、例えばU相においてはスイッチング素子SW1とスイッチング素子SW8、またスイッチング素子SW2とスイッチング素子SW7とを同じ信号で駆動する。しかもコントロールユニット10は、両スイッチング回路3A,3Bのスイッチング素子SW1〜SW12を60°間隔でオン/オフ状態を切り替える制御をする。
【0008】
これにより、交流モータ4の端子電圧の総和が時間と共に変化しないようにスイッチングを行なうと共に、並列巻した巻線A,B相互の中性点NA,NBと駆動用スイッチング回路3A,3Bとの接続を逆向きにして、複数の巻線A,Bに流れる電流の向きを合わせることによって高周波漏洩電流を低減させ、従来必要であったノイズフィルタを設けなくとも、高周波漏洩電流の発生を抑制することができ、インバータのケース容積も重量も大きくせず、コスト的にも高騰させることのないインバータ駆動モータを構成することが可能となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本願発明者らの提案しているインバータ駆動モータの実際の回路を組み立てる場合、現在では3相交流のモータ駆動インバータに用いられているスイッチング素子の6つを1つのパッケージに収めたものが知られているだけなので、これを用いてインバータ駆動モータの回路を組み立てることになる。図7はこのようなスイッチング素子の6つをまとめて1つにパッケージングしたパッケージを用いて組み立てた実装回路を示している。
【0010】
この図7において、3AP,3BPはスイッチング回路3A,3Bそれぞれを構成する6つのスイッチング素子SW1〜SW6;SW7〜SW12のパッケージを示しており、P,Nは入力端子、UA,VA,WA;UB,VB,WBはA側、B側それぞれのUVW各相の出力端子を示している。
【0011】
この図7に示す回路構成から分かるように、上述した先の出願に係る発明の高周波漏洩電流を低減するためのインバータ駆動モータでは、スイッチング素子が6の倍数個(図の例では12個)必要となるため、パッケージが2つ必要となる。そのため、インバータ3と交流モータ4とをつなぐ接続線11UA,11UV,11UWや接続線11UB,11VB,11WBに電流が流れるときに配線の周りに磁界が発生して近接する電子部品に悪影響を与える恐れがある。
【0012】
本発明はこのような技術的課題を解決するためになされたもので、モータ駆動用インバータ回路のスイッチング素子のすべてを1つのパッケージ内に収めると共に、モータにつながる配線に流れる電流の向きが正反対になるようにスイッチング素子を配置することによって、インバータ回路のいっそうの小型化を図り、車両レイアウトの自由度を大きくすることができ、しかも配線に流れる電流の発生する磁界による影響を小さくすることができるパワーモジュール及びモータモジュールを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明のパワーモジュールは、3相交流モータの各相に並列に巻かれた2種類の巻線の各々に対して電流を供給し、前記3相交流モータの端子電圧の総和が時間と共に変化しないようにスイッチング制御される2つのインバータ回路を備えるパワーモジュールであって、第1のインバータ回路は、前記3相交流モータの各相の一方の巻線にそれぞれ電流を供給する出力用バスバーを有し、第2のインバータ回路は、前記3相交流モータの各相の他方の巻線にそれぞれ電流を供給する出力用バスバーを有し、同一相における第1のインバータ回路の出力用バスバーと第2のインバータ回路の出力用バスバーとを平行に近接配置して、前記第1のインバータ回路と前記第2のインバータ回路とを1つのパッケージに収めたものである。
【0014】
請求項2の発明のパワーモジュールは、請求項1において、前記パッケージの中央部に正極側バスバーと負極側バスバーとを近接して平行に配置し、前記出力用バスバーを前記正極側バスバーと前記負極側バスバーに対して直交し、かつ絶縁されるように前記パッケージ内に配置し、前記第1のインバータ回路、前記第2のインバータ回路の各スイッチング素子群の複数のスイッチング素子のうち、正極側に接続させるスイッチング素子を前記正極側バスバーに沿って配置するとともに、前記パッケージ内に配置された同一相の出力用バスバーにそれぞれ接続させる相異なるスイッチング素子群の前記正極側に接続させるスイッチング素子を、前記同一相の出力用バスバーを介して隣り合うように配置し、前記第1のインバータ回路、前記第2のインバータ回路の各スイッチング素子群の複数のスイッチング素子のうち、負極側に接続させるスイッチング素子を前記負極側バスバーに沿って配置するとともに、前記パッケージ内に配置された同一相の出力用バスバーにそれぞれ接続させる相異なるスイッチング素子群の前記負極側に接続させるスイッチング素子を、前記同一相の出力用バスバーを介して隣り合うように配置するようにしたものである。
【0015】
請求項3の発明のモータモジュールは、請求項1又は請求項2記載のパワーモジュールを、前記3相交流モータのケースに一体化したものである。
【0018】
【発明の効果】
請求項1の発明のパワーモジュールによれば、3相交流モータの各相に並列に巻かれた2種類の巻線の各々に対して電流を供給し、3相交流モータの端子電圧の総和が時間と共に変化しないようにスイッチング制御される2つのインバータ回路を備えるパワーモジュールの小型化が図れると共に、正反対方向に電流が流れるように配線することによって電流磁界を互いに打ち消し合わせ、磁界の影響を最小限に抑えられる。
【0019】
請求項2の発明のパワーモジュールによれば、パワーモジュールのいっそうの小型化が図れる。
【0022】
請求項3の発明のモータモジュールによれば、請求項1又は請求項2記載の2つのインバータ回路を備えるパワーモジュールと3相交流モータとの一体化によってその全体の小型化が図れ、車載性がいっそう向上する。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図1は本発明の1つの実施の形態のパワーモジュール21とそれに接続される誘導モータ22との回路構成を示している。インバータ回路の回路そのものは図6に示した先願に係る発明と同様であるが、その実装回路は次の通りである。
【0024】
パワーモジュール21は、インバータ動作して3相交流を出力するスイッチング素子SW1〜SW6で構成されるスイッチング素子群と、これに並列に同じくインバータ動作して3相交流を出力するスイッチング素子SW7〜SW12で構成されるスイッチング素子群とをまとめて1つのパッケージ25内に収めた構造である。
【0025】
そして、スイッチング素子間の接続距離を最短にするために、パッケージ25の中央部に正極側バスバー26Pと負極側バスバー26Nとを近接して平行に配置し、両方のスイッチング素子群において、正極側に接続されるスイッチング素子SW1,SW3,SW5;SW7,SW9,SW11は、図1においてP極側バスバー26Pの上側に配置し、負極側に接続されるスイッチング素子SW2,SW4,SW6;SW8,SW10,SW12は図1においてN極側バスバー26Nの下側に配置している。
【0026】
さらに、正極側に接続されるスイッチング素子は、SW1,SW7,SW3,SW9,SW5,SW11の配列にして、それらの正極側が正極バスバー26Pから上方に延びる正極バスバー枝27P1,27P2,27P3,27P4に接続してある。そして、負極側に接続されるスイッチング素子は、SW2,SW8,SW4,SW10,SW6,SW12の配列にして、それらの負極側が負極バスバー26Nから下方に延びる負極バスバー枝27N1,27N2,27N3,27N4に接続してある。
【0027】
また、中央の正極側バスバー26P、負極側バスバー26Nに対して直交する配置で、かつこれらと絶縁した状態で巻線A側のUVW各相の出力用バスバー28UA,28VA,28WAを配置して、A側のスイッチング素子SW1のエミッタ側とスイッチング素子SW2のコレクタ側、スイッチング素子SW3のエミッタ側とスイッチング素子SW4のコレクタ側、スイッチング素子SW5のエミッタ側とスイッチング素子SW6のコレクタ側を接続している。同様に、巻線B側のUVW各相の出力用バスバー28UB,28VB,28WBを、巻線A側の出力用バスバー28UA,28VA,28WAに近接して平行に、かつそれらとは絶縁状態にして配置し、B側のスイッチング素子SW7のエミッタ側とスイッチング素子SW8のコレクタ側、スイッチング素子SW9のエミッタ側とスイッチング素子SW10のコレクタ側、スイッチング素子SW11のエミッタ側とスイッチング素子SW12のコレクタ側を接続している。
【0028】
加えて、両方のスイッチング素子群において、オン/オフ動作を同期的に行なうU相のスイッチング素子SW1;SW8の組、またスイッチング素子SW2;SW7の組、V相のスイッチング素子SW3;SW10の組、またスイッチング素子SW4;SW9の組、さらにW相のスイッチング素子SW5;SW12の組、またスイッチング素子SW6;SW11の組のいずれも、コントロールユニット10からの共通の駆動信号によって動作するように、各組のスイッチング素子のベース同士が共通のバスによって接続され(図示せず)、それらのバスにコントロールユニット10からドライブ信号を入力するように接続する設定である。
【0029】
このようにパッケージングされたパワーモジュール21を用いて、図6に示した回路構成となるように直流電源であるバッテリー1、電解コンデンサー2の正極側、負極側を正極側バスバー26P、負極側バスバー26Nの接続点P,Nに接続し、また出力端UA,VA,WAに交流モータ4の巻線Aの各相を接続し、同様に出力端UB,VB,WBに交流モータ4の巻線Bの各相を接続することにより、インバータ駆動モータの回路を組み上げる。
【0030】
このようにして、本発明の実施の形態のパワーモジュールを用いてインバータ駆動モータを組み上げた場合、1つのパッケージ25内に複数のスイッチング素子群のすべてを収めたハードウェアとなるため、インバータ回路をきわめて小型化でき、また高周波漏洩電流を低減させて駆動を確実に行なうことができる。加えて、入力側の正極側バスバー26Pと負極側のバスバー26Nとを、また出力用バスバー28UA,28VA,28WAと出力用バスバー28UB,28VB,28WBとをそれぞれ平行に近接させた配置にすることにより、電流によってその周りに生じる磁界を互いに打ち消し合わせることができ、配線による磁界の影響を軽減することができる。
【0031】
次に、本発明の第2の実施の形態のモータモジュールの構成を、図2及び図3に基づいて説明する。第2の実施の形態のモータモジュールは、図1に示した第1の実施の形態のパワーモジュール21と交流モータ4とを一体化した構造を特徴としている。
【0032】
モータ4の内部の巻線構造は図1に示した第1の実施の形態のように、巻線Aと巻線Bの並列巻きである。そして巻線A、巻線BそれぞれのUVW各相につながる入力ラインにバスバー42UA,42VA,42WA;42UB,42VB,42WBをモータ4のケース41の図2において前面側と背面側とに設け、それらにパワーモジュール21の出力用バスバー28UA,28VA,28WA;28UB,28VB,28WBを溶接、ねじ止め、カシメその他の方法で一体的に接続した構成である。そしてモータケース41に対してパワーモジュール21も一体的に固定してある。
【0033】
このような構造のモータモジュールにすることにより、モータ4とパワーモジュール21との間の、相互に打ち消しあえない磁界を発生する外部配線部分を極力短くすることができ、配線による磁界の影響をきわめて小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のパワーモジュールを用いたインバータ駆動モータの実装回路を示す平面図。
【図2】本発明の第2の実施の形態のモータモジュールの斜視図。
【図3】図2におけるA矢視図及びB矢視図。
【図4】従来例のインバータ駆動モータの回路図。
【図5】他の従来例のインバータ駆動モータの回路図。
【図6】先願に係る発明で提案されているインバータ駆動モータの回路図。
【図7】従来から知られている6スイッチング素子のパッケージを用いて組み上げた、上記の先願に係る発明で提案されているインバータ駆動モータの実装回路。
【符号の説明】
1 バッテリー
2 電解コンデンサ
3 インバータ
4 モータ
21 パワーモジュール
25 パッケージ
26P,26N バスバー
27P1〜27P4,27N1〜27N4 バスバー枝
28UA,28VA,28WA,28UB,28VB,28WB 出力用バスバー
41 モータケース
42UA,42VA,42WA,42UB,42VB,42WB 入力用バスバー
UA,VA,WA,UB,VB,WB 出力端
Claims (3)
- 3相交流モータの各相に並列に巻かれた2種類の巻線の各々に対して電流を供給し、前記3相交流モータの端子電圧の総和が時間と共に変化しないようにスイッチング制御される2つのインバータ回路を備えるパワーモジュールであって、
第1のインバータ回路は、前記3相交流モータの各相の一方の巻線にそれぞれ電流を供給する出力用バスバーを有し、
第2のインバータ回路は、前記3相交流モータの各相の他方の巻線にそれぞれ電流を供給する出力用バスバーを有し、
同一相における第1のインバータ回路の出力用バスバーと第2のインバータ回路の出力用バスバーとを平行に近接配置して、前記第1のインバータ回路と前記第2のインバータ回路とを1つのパッケージに収めたこと
を特徴とするパワーモジュール。 - 前記パッケージの中央部に正極側バスバーと負極側バスバーとを近接して平行に配置し、
前記出力用バスバーを前記正極側バスバーと前記負極側バスバーに対して直交し、かつ絶縁されるように前記パッケージ内に配置し、
前記第1のインバータ回路、前記第2のインバータ回路の各スイッチング素子群の複数のスイッチング素子のうち、正極側に接続させるスイッチング素子を前記正極側バスバーに沿って配置するとともに、前記パッケージ内に配置された同一相の出力用バスバーにそれぞれ接続させる相異なるスイッチング素子群の前記正極側に接続させるスイッチング素子を、前記同一相の出力用バスバーを介して隣り合うように配置し、
前記第1のインバータ回路、前記第2のインバータ回路の各スイッチング素子群の複数のスイッチング素子のうち、負極側に接続させるスイッチング素子を前記負極側バスバーに沿って配置するとともに、前記パッケージ内に配置された同一相の出力用バスバーにそれぞれ接続させる相異なるスイッチング素子群の前記負極側に接続させるスイッチング素子を、前記同一相の出力用バスバーを介して隣り合うように配置すること
を特徴とする請求項1記載のパワーモジュール。 - 請求項1又は請求項2記載のパワーモジュールを、前記3相交流モータのケースに一体化したこと
を特徴とするモータモジュール。
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