JP6229148B2 - インバータ装置及びモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ装置を構成要素とするモータ駆動装置に関するものである。

直流電源から複数相の巻線に電力供給する複数のスイッチング素子と、スイッチング素子のオン／オフ制御を行う複数の高耐圧ゲートドライバＩＣと、前記ゲートドライバに制御信号を入力する制御部とを主要構成としてモータ駆動装置を構成するのが一般的である。

近年、インバータ装置として、前記スイッチング素子と前記高耐圧ゲートドライバＩＣを１体化したものや、前記スイッチング素子と前記高耐圧ゲートドライバＩＣと前記制御装置を１体化したものがモータ駆動装置に多用されており、前記インバータ装置を実装したプリント配線板は簡易かつ安価に構成することが可能となっている（例えば、非特許文献１参照）。

図３は、３相モータにおける従来のモータ駆動装置と従来のインバータ装置の回路構成図を示している。従来のモータ駆動装置４４は、スイッチング素子３４〜３９と高耐圧ゲートドライバＩＣ３１〜３３とを備えるインバータ装置４５と、制御装置３０と、電源用のコンデンサ７〜９を主要部品として構成される。

図３に示す回路構成図はブートストラップ方式を採用しており、図示していないダイオードを介して電源用のコンデンサ７〜９を充電し、ハイサイド側のスイッチング素子３４〜３６をオン／オフするための電源を高耐圧ゲートドライバＩＣ３１〜３３に供給する。

コンデンサ７は、高耐圧ゲートドライバＩＣ３１に接続される正側接続端子４と、高耐圧ゲートドライバＩＣ３１とスイッチング素子３４とスイッチング素子３７の接続点とに接続される負側接続端子１の間に接続される。

コンデンサ８は、高耐圧ゲートドライバＩＣ３２に接続される正側接続端子５と高耐圧ゲートドライバＩＣ３２とスイッチング素子３５とスイッチング素子３８の接続点が接続される負側接続端子を兼ねた出力端子１４の間に接続される。

コンデンサ９は高耐圧ゲートドライバＩＣ３３と接続される正側接続端子６と高耐圧ゲートドライバＩＣ３３とスイッチング素子３６とスイッチング素子３９の接続点に接続される負側の電源端子を兼ねた出力端子１５の間に接続される。

高耐圧ゲートドライバＩＣ３１〜３３は、外部に接続された制御部３０からそれぞれ制御信号が入力され、対応するスイッチング素子３４〜３９へそれぞれ制御信号を出力し、スイッチング素子３４〜３９のオン／オフを行う。

これにより、インバータの正の電源端子１６とインバータの負の電源端子４６から供給される直流電源から、スイッチング素子３４とスイッチング素子３７の接続点に接続される出力端子１３、スイッチング素子３５とスイッチング素子３８の接続点に接続される出力端子１４、スイッチング素子３６とスイッチング素子３９の接続点に接続される出力端子１５を介して、３相モータに電力を供給する。ここで、接地端子１７は、高耐圧ゲートドライバＩＣ３１〜３３の接地端子である。

Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ ｆｏｒ Ｓｍａｌｌ Ａｐｐｌｉａｎｃｅ Ｍｏｔｏｒ Ｄｒｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（型番ＩＲＳＭ８３６−０３５ＭＡ）、［ｏｎｌｉｎｅ］、Ｆｅｂｒｕａｒｙ ３， ２０１３、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ、［平成２５年５月２８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｒｆ−ｊａｐａｎ．ｃｏｍ／ｗｈａｔｓ−ｎｅｗ／ｎｅｗｓ１２／ｊｐ１２０５１６．ｈｔｍｌ＞

図４は、図３に対応する、従来のインバータ装置４５の端子配置の平面図と、プリント配線板にインバータ装置４５を実装した時の導電性プリントパターンの接続図を示している。図４において、インバータ装置のパッケージ外形の辺２３〜２６は、図示しない高耐圧ゲートドライバＩＣ３１〜３３とスイッチング素子３４〜３９がパッケージ内に収められ、パッケージ裏面に配置された端子部分を介して、導電性プリントパターンと電気的接続を行う。

ここで、図示されていないがパッケージ外形の辺２６には制御装置３０からの制御信号を入力する端子等が配置されており、これら端子も同じく導電性プリントパターンで電気的接続が行われている。

ここで、コンデンサ７を接続する正側接続端子４と負側接続端子１は辺２３に隣接して配置され、コンデンサ８を接続する正側接続端子５は正側接続端子４に隣接して配置され、コンデンサ９を接続する正側接続端子６は正側接続端子５に隣接して配置されている。

一方、コンデンサ８及びコンデンサ９の接続のための負側接続端子は、出力端子１４と出力端子１５であり、辺２５に配置されている。このため、コンデンサ８を導電性プリントパターン１１で接続しようとすると、導電性プリントパターン１８、２１、２２に交差するため、ＶＩＡホールやジャンパ等の基板表裏接続部２７を設けて、パターンの交差を避け接続する必要がある。

また同様に、コンデンサ９を導電性プリントパターン１２で接続しようとすると、導電性プリントパターン１８、２２に交差するため、ＶＩＡホールやジャンパ等の基板表裏接続部２７を設けて、パターンの交差を避け接続する必要がある。このため、同一平面上で電気的接続を行うことができず、プリント配線板の配線層は２層以上を必要とする。

逆に、コンデンサ８、コンデンサ９を接続する導電性プリントパターン１１、１２を同一平面状で接続した場合、導電性プリントパターン１８、２１、２２を基板表裏接続部２７を設けてパターンの交差を避ける必要があり、基板の配線層が２層必要となることは同様である。

また、同一平面上で配線するには、導電性プリントパターン１１、１２をインバータ装置４５の裏面を通して接続する方法もあるが、導電性プリントパターン１１，１２は高電圧であり、導電性プリントパターン１１と導電性プリントパターン１２同士の絶縁距離やインバータ装置４５の他の端子との絶縁距離を保ちながら、接続することは困難である。

従来のインバータ装置及び従来のモータ駆動装置は以上のような構成となり、ハイサイド側スイッチング素子をオン／オフさせるための高耐圧ゲートドライバＩＣの電源供給用コンデンサを接続する正側接続端子と負側の接続端子の端子配置の制約により、プリント
配線板上の導電性プリントパターンは、同一平面状で交差するので、前記プリント配線板の配線層は２層以上を必要とし、コストアップとなっていた。

本発明は、上記の課題を解決するものであり、プリント配線板の配線層を低減し、安価なモータ駆動装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明のインバータ装置は、電源用の第１のコンデンサの正側及び負側接続端子は隣接して配置し、第１のコンデンサの正側及び負側の両接続端子を中心として、他のコンデンサの両接続端子が順次、外側に隣接していくように配置しており、第２のコンデンサの正側接続端子は、第１のコンデンサの正側接続端子に隣接して配置し、第３のコンデンサの正側接続端子は、第２のコンデンサの正側接続端子に隣接して配置し、という具合に順次配置し、一方、第２のコンデンサの負側接続端子は、第１のコンデンサの負側接続端子に隣接して配置し、第３のコンデンサの負側接続端子は、第２のコンデンサの負側接続端子に隣接して配置し、という具合に順次配置する構成とした。

これにより、プリント配線板の配線層を低減し、安価モータ駆動装置を提供することができる。

本発明のインバータ装置によれば、プリント配線板の配線層は１層とすることができ、安価にモータ駆動装置を構成できる。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置およびインバータ装置の回路構成図 本発明の実施の形態１におけるインバータ装置の端子配置図と導電性プリントパターンの接続図 従来のモータ駆動装置と従来のインバータ装置の回路構成図 従来のインバータ装置の端子配置図と導電性プリントパターンの接続図

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施形態における本発明のモータ駆動装置と本発明のインバータ装置の回路構成図を示している。図１において、インバータ装置４３は、高耐圧ゲートドライバＩＣ３１〜３３とスイッチング素子３４〜３９とで構成される点は、図３に示した従来のインバータ装置４５と同じである。本発明では、コンデンサ８を接続するための負側接続端子２と、コンデンサ９を接続するための負側接続端子３を新たに設ける構成としている。

図２は図１に対応するインバータ装置４３の端子配置の平面図とプリント配線板にインバータ装置４３を実装した時の導電性プリントパターンの接続図を示している。

図２において、辺２３〜２６はインバータ装置４５のパッケージ外形を示しており、図示していない高耐圧ゲートドライバＩＣ３１〜３３とスイッチング素子３４〜３９がパッケージ内に収められ、パッケージ裏面に配置された各端子を介して、各導電性プリントパターンで電気的接続を行うことと、図示しされていないが、辺２６には制御部３０からの制御信号を入力する端子等が配置されており、これら端子も同じく導電性プリントパターンで電気的接続が行われていることは図４に示した従来のインバータ装置４３と同じであ
る。

また、コンデンサ７を接続する正側接続端子４と負側接続端子１は辺２３に隣接して配置され、コンデンサ８を接続する正側接続端子５は正側接続端子４に隣接して配置され、コンデンサ９を接続する正側接続端子６は正側接続端子５に隣接して配置されていることは図４の従来のインバータ装置４３と同じである。

ここで、本発明では、コンデンサ８を接続する負側接続端子２を新たに設けると共に、コンデンサ７の負側接続端子１に隣接して配置し、さらにコンデンサ９の負側接続端子３を新たに設けると共に、コンデンサ８を接続する負側接続端子２に隣接して配置した。

上記のようにコンデンサ８及びコンデンサ９を接続する端子を配置することにより、インバータ装置４３との電気的接合を行う導電性プリントパターン１０〜１２、１８〜２２は同一平面状で交差することが無くなり、モータ駆動装置を具現化する基板の配線層は１層とでき、プリント配線板を安価にしたモータ駆動装置を構成できる。

なお、上記は３相インバータでの例であるが、複数相のインバータにおいても、第１のコンデンサの正側及び負側接続端子は隣接して配置し、第２のコンデンサの正側の接続端子を第１のコンデンサの正側接続端子に配置し、第三のコンデンサの正側接続端子は、第二のコンデンサの正側接続端子に隣接して配置し、という具合に順次配置し、一方、第二のコンデンサの負側接続端子は、第一のコンデンサの負側接続端子に隣接して配置し、第三のコンデンサの負側接続端子は、第二のコンデンサの負側接続端子に隣接して配置し、といった具合に順次配置する構成とすることで、インバータ装置のコンデンサ正側接続端子、負側接続端子とを、他と交差するとの無い導電性プリントパターンで電気的接続を行うことができ、プリント配線板の配線層は１層とすることが可能となり、基板を安価にしたモータ駆動装置を構成できる。

以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、インバータ装置を実装するプリント配線板を安価にすることができるので、インバータを搭載する各種機器の低コスト化に有用である。

１、２、３ 負側接続端子
４、５、６ 正側接続端子
７、８、９ コンデンサ
１０、１１、１２ 導電性プリントパターン
１３、１４、１５ 出力端子
１６、４６ 電源端子
１７ 接地端子
１８、１９、２０、２１、２２ 導電性プリントパターン
２３、２４，２５、２６ 辺
２７ 基板表裏接続部
３０ 制御部
３１、３２、３３ 高耐圧ゲートドライバＩＣ
３４、３５、３６、３７、３８、３９ スイッチング素子
４２、４４ モータ駆動装置
４３、４５ インバータ装置

Claims (3)

1. ハイサイド側のスイッチング素子と、ローサイド側のスイッチング素子と、前記スイッチング素子をそれぞれにオン／オフさせるための高耐圧ゲートドライバとを複数の相の相ごとに備え、前記高耐圧ゲートドライバのハイサイド側の電源用としてコンデンサを接続するインバータ装置であって、
   前記コンデンサの正側及び負側の両端それぞれを接続する接続端子を前記相ごとに有し、
   前記電源用の第１のコンデンサの正側及び負側の接続端子は隣接して配置し、
   前記第１のコンデンサの正側及び負側の両接続端子を中心として、他のコンデンサの両接続端子が順次、外側に隣接していくように配置しており、
   第２のコンデンサの正側の接続端子は、第１のコンデンサの正側の接続端子に隣接して配置し、第３のコンデンサの正側の接続端子は、第２のコンデンサの正側の接続端子に隣接して配置し、
   一方、第２のコンデンサの負側の接続端子は、第１のコンデンサの負側の接続端子に隣接して配置し、第３のコンデンサの負側の接続端子は、第２のコンデンサの負側の接続端子に隣接して配置したことを特徴とするインバータ装置。
2. 辺を有するパッケージ内に前記スイッチング素子及び前記高耐圧ゲートドライバを内蔵し、
   前記相ごとのコンデンサの接続端子のすべてを、前記パッケージ外形の１辺に設けたことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
3. 請求項１または２のいずれかに記載のインバータ装置を備えたことを特徴とするモータ駆動装置。