JP6323306B2 - 電動機制御装置 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、直流電源の直流を昇圧する電圧コンバータと、昇圧された直流を交流に変換してモータ（電動機）に供給するインバータを備えた電動機制御装置に関する。

電圧コンバータとインバータを備えた電動機制御装置が知られている。電圧コンバータは、直流電源が出力する直流の電圧を昇圧する。インバータは、昇圧された直流を交流に変換してモータに供給する。電動機制御装置は、例えば、バッテリを搭載した移動ロボットの関節を駆動するモータや、電気自動車の走行用モータを制御するデバイスとして用いられる。電動機制御装置は、発熱量の大きい多数のスイッチング素子を備える。電圧コンバータもインバータも、２個のスイッチング素子が直列に接続されて使われている。そのような電動機制御装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の電動機制御装置は、電気自動車に搭載され、直流電源の電力を走行用モータに適した電力に変換する。特許文献１の電動機制御装置は、内部で２個のスイッチング素子が直列に接続されている複数のパワーカード（半導体モジュール）を冷却器と積層する積層ユニットを備えている。この積層ユニットは、小型でありながら高い冷却能力を有する。

特開２０１３−１６９０７５号公報

電動機制御装置は小型であることが望ましい。その一方で、モータを駆動する電動機制御装置には、様々な機能が求められる。一つには、電圧コンバータが短絡故障を生じてもモータ駆動を継続できる機能である。移動ロボットの場合は、電圧コンバータが短絡故障を生じても動作（移動）を継続できることが望ましい。電気自動車の場合は、電圧コンバータが短絡故障を生じても車載電源で走行を継続できることが望ましい。また、スイッチング素子が発するサージ電流の抑制も重要である。本明細書は、電圧コンバータの短絡故障対策用のデバイスとサージ電流対策用のデバイスを空間効率良く組み込んだ電動機制御装置を提供する。

本明細書が開示する電動機制御装置は、直流電源の直流を昇圧する電圧コンバータと、昇圧された直流を交流に変換してモータに供給するインバータを備えている。本明細書が開示する技術は、特に電圧コンバータに特徴がある。電圧コンバータは、第１パワーカード、第２パワーカード、スナバカード、及び、リアクトルを備えている。電圧コンバータの入力正極は、直流電源の正極に接続されており、入力負極は、直流電源の負極に接続されている。また、電圧コンバータの出力正極はインバータの正極に接続されており、出力負極はインバータの負極に接続されている。電圧コンバータの入力負極と出力負極は、負極線で接続されている。

第１パワーカードは、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の直列接続を収容しており、その直列接続の正極端子と中間端子と負極端子を有している。第２パワーカードは、第３スイッチング素子と第４スイッチング素子の直列接続を収容しており、その直列接続の正極端子と中間端子と負極端子を有している。スナバカードは、スナバコンデンサを収容しており、そのスナバコンデンサの２つの電極に夫々導通している２つのコンデンサ端子を有している。第１パワーカードと第２パワーカードとスナバカードは、隣接するカードの間に冷却器を挟んで積層されている。以下ではその積層構造体を積層ユニットと称する。積層ユニットでは、第２パワーカードとスナバカードが冷却器を挟んで隣り合うように配置されている。

上記各デバイスの接続関係は次の通りである。第１パワーカードの正極端子は、第２パワーカードの中間端子及びリアクトルの一方の端子と接続されている。リアクトルの他方の端子は電圧コンバータの入力正極に接続されている。第１パワーカードの中間端子は、第２パワーカードの負極端子に接続されている。第１パワーカードの負極端子は、負極線に接続されている。第２パワーカードの正極端子は、出力正極に接続されている。スナバカードの一方のコンデンサ端子は第２パワーカードの正極端子に接続されており、他方のコンデンサ端子は第２パワーカードの負極端子に接続されている。

第１スイッチング素子と第４スイッチング素子は並列接続となる。第１スイッチング素子と第４スイッチング素子は昇圧動作を担当する。第２スイッチング素子は短絡対策用に備えられている。第２スイッチング素子は、第１スイッチング素子と第４スイッチング素子のいずれか一方が短絡故障したときにオンからオフ状態に切り換えられる。そうすると、直流電源の短絡が防止される。このとき、インバータには、直流電源の出力電圧レベルの直流が供給される。インバータは昇圧されていない直流を交流に変換してモータに供給することができる。電圧コンバータの昇圧用のスイッチング素子が短絡故障した場合、通常のモータ性能は出せないが、継続してモータに電力を供給し続けることができる。

上記の電動機制御装置は、短絡対策用のスイッチング素子（第２スイッチング素子）を追加するとともに昇圧用スイッチング素子（第１スイッチング素子と第４スイッチング素子）を並列化することで、結果として２個のスイッチング素子を追加することになる。しかも、新たに追加する２個のスイッチング素子は直列接続である。上記の構成は、２個のスイッチング素子が内部で直列に接続されているパワーカードを１個追加することで実現できる。

一方、上記の電動機制御装置は、第２パワーカードと並列に接続されているスナバカードを備える。スナバカードのスナバコンデンサが第１スイッチング素子と第３スイッチング素子と第４スイッチング素子が発するサージ電流を吸収する。スナバコンデンサもカード型であり、積層ユニットに組み込まれる。

本明細書が開示する電動機制御装置では、積層ユニットにおいて第２パワーカードとスナバカードが冷却器をはさんで隣接するように積層される。詳しくは実施例にて説明するが、そのような積層の順番により、各パワーカードの端子を接続するバスバの配索が簡単になる。

本明細書が開示する技術は、電圧コンバータの短絡故障対策用のデバイス（第２スイッチング素子）とサージ電流対策用のデバイス（スナバコンデンサ）を従来の積層ユニットに空間効率良く組み込んだ電動機制御装置を提供する。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電動機制御装置を含む電気自動車の電力系のブロック図である（インバータを簡略化して描画）。 実施例の電動機制御装置を含む電気自動車の電力系のブロック図である（電圧コンバータを簡略化して描画）。 積層ユニットの斜視図である。 電動機制御装置の内部レイアウトを示す平面図である。 図４のIV−Ｂが示す範囲の部分平面図である。 図４のIV−Ｃが示す範囲の部分平面図である。 第１パワーカードと第２パワーカードとスナバカードの配置の一例を示す図である（第１例）。 第１パワーカードと第２パワーカードとスナバカードの配置の一例を示す図である（第２例）。 第１パワーカードと第２パワーカードとスナバカードの配置の一例を示す図である（第３例）。 第１トランジスタと第４トランジスタの動作のタイムチャート図である。

図面を参照して実施例の電動機制御装置を説明する。実施例の電動機制御装置２は、電気自動車１００に搭載されている。図１と図２に、電動機制御装置２を含む電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。なお、図１と図２は同じ電動機制御装置２を示しているが、理解を助けるため、図１ではインバータ１９を簡略化して描いてあり、図２では電圧コンバータ１０を簡略化して描いてある。電気自動車１００は、電動機制御装置２のほか、バッテリ９、システムメインリレー３、及び、走行用モータ９０を備えている。以下では、説明を簡略化するため、走行用モータ９０を単にモータ９０と称する。

電動機制御装置２は、内部に電圧コンバータ１０とインバータ１９を備えている。バッテリ９が、システムメインリレー３を介して電圧コンバータ１０の入力に接続されている。電圧コンバータ１０の出力はインバータの入力に接続されている。インバータの出力はモータ９０に接続されている。なお、電圧コンバータ１０は、バッテリ９の電圧を昇圧してインバータ１９に供給する昇圧機能と、インバータ１９を介してモータ９０から送られる回生電力を降圧してバッテリ９を充電する降圧機能の双方を有する双方向コンバータである。昇圧時と降圧時では、入力と出力が逆転するが、説明の便宜上、バッテリ９の側を「入力」と称し、インバータ１９の側を「出力」と称する。また、電圧コンバータ１０を以下では単にコンバータ１０と称する。

まず、図１を参照して、コンバータ１０の回路構成を説明する。バッテリ９は、システムメインリレー３を介してコンバータ１０と接続されている。コンバータ１０の入力正極１２ａがバッテリ９の正極に接続されており、入力負極１２ｂがバッテリ９の負極に接続されている。なお、バッテリ９は、例えばリチウムイオン電池である。システムメインリレー３は、車両のメインスイッチが入れられると閉じられ、バッテリ９とコンバータ１０が接続される。システムメインリレー３は、メインスイッチが切られると開かれ、バッテリ９がコンバータ１０から切り離される。

コンバータ１０は、フィルタコンデンサ１４、リアクトル１５、４個のトランジスタＴ１〜Ｔ４、各トランジスタに逆並列に接続されている還流ダイオードを備えている。コンバータ１０が備える各トランジスタは、コレクタ電極からエミッタ電極への一方向のみ電流を流すことができるタイプであり、逆方向に電流を流すときのために、トランジスタをバイパスする還流ダイオードが備えられている。コンバータ１０の入力負極１２ｂと出力負極１３ｂは、それらの間に何らの素子を介さずに、負極線ＮＬにて直接に接続されている。リアクトル１５は、コンバータ１０の入力正極１２ａと出力正極１３ａの間に接続されている。フィルタコンデンサ１４は、コンバータ１０の入力正極１２ａと入力負極１２ｂの間に接続されている。

第１トランジスタＴ１と第２トランジスタＴ２は、リアクトル１５のインバータ側（インバータ側端子１５ｂ）と負極線ＮＬの間に直列に接続されている。リアクトル１５のバッテリ側端子１５ａは、コンバータ１０の入力正極１２ａに接続されている。第１トランジスタＴ１は、第２トランジスタＴ２の高電位側に接続されている。なお、本明細書において、トランジスタの高電位側とは、トランジスタのコレクタ電極とエミッタ電極のうち、トランジスタがオフしているときに高電位に保持される側の電極を意味する。本実施例におけるトランジスタはコレクタからエミッタへ一方向にのみ電流が流れるタイプであるので、トランジスタの高電位側とは、コレクタ電極に相当する。第１トランジスタＴ１の高電位側が、リアクトル１５のインバータ側端子１５ｂに接続されており、第１トランジスタＴ１の低電位側が、第２トランジスタＴ２の高電位側に接続されている。第２トランジスタＴ２の低電位側は負極線ＮＬに接続されている。本明細書において「トランジスタがオフする」とは、コレクタ電極とエミッタ電極の間を遮断することを意味する。「トランジスタがオフする」ことは、「トランジスタが開く」と別言されることもある。逆に「トランジスタがオンする」とは、コレクタ電極とエミッタ電極の間を導通させることを意味する。「トランジスタがオンする」ことは、「トランジスタを閉じる」と別言されることもある。

第３トランジスタＴ３は、リアクトル１５のインバータ側（インバータ側端子１５ｂ）と出力正極１３ａとの間に接続されている。第４トランジスタＴ４は、リアクトル１５のインバータ側（インバータ側端子１５ｂ）と、第１及び第２トランジスタＴ１、Ｔ２の直列接続の中点との間に接続されている。第３トランジスタＴ３と第４トランジスタＴ４も直列接続となる。第４トランジスタＴ４が第３トランジスタＴ３の低電位側に接続されている。図１に示すように、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４は並列接続となる。

コンバータ１０の出力正極１３ａと出力負極１３ｂの間には平滑化コンデンサ６が接続されている。平滑化コンデンサ６は、コンバータ１０の出力電流の脈動を抑えるために接続されている。先に述べたように、スナバコンデンサ７は、トランジスタが発生するサージ電流を吸収するために備えられており、その容量は、平滑化コンデンサ６よりもはるかに小さい。

コンバータ１０は、さらに、スナバコンデンサ７を備えている。スナバコンデンサ７は、第３、第４トランジスタＴ３、Ｔ４の直列接続と並列に接続されている。スナバコンデンサ７は、第１トランジスタＴ１、第３トランジスタＴ３、及び、第４トランジスタＴ４のスイッチング時のサージ電流を吸収するために接続されている。

コンバータ１０の昇圧動作は、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４の役割である。第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４が同期してオン・オフすることで、それら２個のトランジスタはあたかも一つのトランジスタのように動作する。降圧動作は第３トランジスタＴ３の役割である。第２トランジスタＴ２は、第１トランジスタＴ１又は第４トランジスタＴ４が短絡故障を起こしたときにバッテリ９の短絡を防止するスイッチの役割を果たす。コンバータ１０の各トランジスタとインバータ１９の各トランジスタは、コントローラ８からの制御信号（ＰＷＭ信号）によって駆動される。

昇圧動作について概説する。なお、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４が正常の間は、第２トランジスタＴ２はオンに保持されている。第２トランジスタＴ２の機能については後述する。昇圧動作時は、第３トランジスタＴ３に逆並列に接続されたダイオードを通じてリアクトル１５から出力正極１３ａに電流が流れるので、第３トランジスタＴ３はオンとオフのいずれに保持されていてもよい。コントローラ８は、並列に接続された第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４を同期してオン・オフする。別言すると、コントローラ８は、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４を同位相でオン・オフする。そうすると、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４があたかも一つのトランジスタのように機能し、入力端１２ａ、１２ｂに供給された電圧が高められて出力端１３ａ、１３ｂに出力される。なお、コントローラ８は、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４を同期してオン・オフするが、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４でオンからオフに切り換えるタイミングを僅かに変えている。この点については後述する。

コンバータ１０の出力端にインバータ１９が接続されている。図２を参照してインバータ１９の回路構成を説明する。なお、図２では、コンバータ１０の入力正極１２ａと入力負極１２ｂとの間に接続されているフィルタコンデンサの図示を省略している。コンバータ１０の出力正極１３ａがインバータ１９の正極に接続されており、出力負極１３ｂがインバータ１９の負極に接続されている。インバータ１９は、２つのトランジスタＴＨ、ＴＬの直列接続の組を３セット備えている。各トランジスタにはダイオードが逆並列に接続されている。インバータ１９のトランジスタも、コレクタ電極からエミッタ電極への一方向のみ電流を流すことができるタイプであり、逆方向に電流を流すときのために、トランジスタをバイパスする還流ダイオードが備えられている。

各直列接続の中点から交流が出力される。各直列接続の高電位側のトランジスタＴＨは上アームトランジスタと呼ばれ、低電位側のトランジスタＴＬは下アームトランジスタと呼ばれることがある。

図１、図２とともに図３を参照して、電動機制御装置２が備える多数のトランジスタを集約した積層ユニット３０を説明する。図３に示すように、積層ユニット３０は、複数のパワーカードＰＣ１〜ＰＣ５と、スナバカードＳＣを、複数の冷却器３２とともに積層したユニットである。各カードの積層方向の両側に冷却器３２が位置するように積層されている。以下では、パワーカードＰＣ１〜ＰＣ５のいずれか１つを示すときにはパワーカードＰＣｘと称することにする。「ＰＣｘ」の添え字「ｘ」は１〜５のいずれかである。図３では、理解を助けるため、パワーカードＰＣ３のみ、積層ユニット３０から外して描き、幾つかの部品に符号を付してある。パワーカードＰＣｘの構造に関する以下の説明では、図３のパワーカードＰＣ３を参照されたい。

パワーカードＰＣｘについて説明する。各パワーカードＰＣｘは、２個のトランジスタチップＴａ、Ｔｂと、２個のダイオードチップＤａ、Ｄｂを樹脂製の本体４４の中に埋設したデバイスである。本体４４の表面には放熱板４２と４３が露出している。放熱板４２、４３は、本体内部でトランジスタチップＴａ、Ｔｂの電極と導通している。放熱板４２、４３が絶縁板４１ａで覆われつつ、パワーカードＰＣｘは冷却器３２と積層される。本体４４の反対側にも放熱板が露出しており、その放熱板が絶縁板４１ｂで覆われつつ、パワーカードＰＣｘは別の冷却器３２と積層される。絶縁板４１ａ、４１ｂも、パワーカードＰＣｘの一部である。

本体４４の内部でトランジスタチップＴａとダイオードチップＤａは逆並列に接続されている。トランジスタチップＴｂとダイオードチップＤｂも逆並列に接続されている。トランジスタチップＴａとＴｂは直列に接続されている。トランジスタチップＴａ、Ｔｂは、共にコレクタ電極からエミッタ電極へ一方向のみに電流を流すことができるタイプであり、コレクタ電極が回路の高電位側に接続される。トランジスタチップＴａがトランジスタチップＴｂの高電位側に接続している。トランジスタチップＴａ、Ｔｂは、具体的には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のチップである。

パワーカードＰＣｘの本体４４の一面に３個の端子Ｏｘ、Ｐｘ、Ｎｘが伸びている。図３ではパワーカードＰＣ３にのみ、端子に符号（Ｏ３、Ｐ３、Ｎ３）を付しており、他のパワーカードには端子の符号を省略している。中間端子Ｏ３は、内蔵された２個のトランジスタチップＴａ、Ｔｂの直列接続の中点の端子である。正極端子Ｐ３は、２個のトランジスタチップの直列接続の両端の端子のうち、パワーカードＰＣ３が組み込まれる回路の高電位側に接続される端子である。負極端子Ｎ３は、２個のトランジスタチップの直列接続の両端の端子のうち、パワーカードＰＣ３が組み込まれる回路の低電位側に接続される端子である。本体４４には、上記端子Ｏ３、Ｐ３、Ｎ３のほか、各トランジスタチップＴａ、Ｔｂのゲート電極と幾つかのモニタ用端子に通じる制御端子４５が設けられている。

図３に示すパワーカードＰＣ１〜ＰＣ５に内蔵されたトランジスタチップとダイオードチップは、図１におけるトランジスタとダイオードに相当する。ここで、各パワーカードＰＣのトランジスタチップＴａ、Ｔｂと、図１の各トランジスタの関係を説明する。図１にて符号ＰＣ１が示す破線内の回路が、図３の第１パワーカードＰＣ１に対応する。従って、第１パワーカードＰＣ１に内蔵されたトランジスタチップＴａが、図１の第１トランジスタＴ１に相当し、トランジスタチップＴｂが図１の第２トランジスタＴ２に相当する。図１にて符号ＰＣ２が示す破線内の回路が、図３の第２パワーカードＰＣ２に対応する。第２パワーカードＰＣ２に内蔵されたトランジスタチップＴａが、図１の第３トランジスタＴ３に相当し、トランジスタチップＴｂが図１の第４トランジスタＴ４に相当する。同様に、図１にて符号ＰＣ３が示す破線内の回路が、図３の第３パワーカードＰＣ３に対応する。図１にて符号ＰＣ４、ＰＣ５が示す破線内の回路が、図３の第４パワーカードＰＣ４と第５パワーカードＰＣ５に対応する。

また、図１、図２に示した符号Ｐｘ、Ｎｘ、Ｏｘ（ｘは１〜５のいずれか）が、図３においてパワーカードＰＣｘの一側面から伸びる正極端子Ｐｘ、負極端子Ｎｘ、中間端子Ｏｘに対応する。

スナバカードＳＣについて説明する。スナバカードＳＣは、パワーカードＰＣｘと同じく、樹脂製の本体にスナバコンデンサを収容したカード型のパッケージである。本体のサイズはパワーカードＰＣｘとほぼ同じである。図３に示すように、パワーカードＰＣは一側面から３本の端子Ｐ３、Ｎ３、Ｏ３（パワーカードＰＣ３の場合）が伸びているが、スナバカードＳＣは、２本のコンデンサ端子ＣＰ、ＣＮが一側面から伸びている。コンデンサ端子ＣＰ、ＣＮは、スナバコンデンサ７の２つの電極の夫々に導通している。コンデンサ端子ＣＰ、ＣＮは、図１を参照して説明したコンデンサ端子ＣＰ、ＣＮに相当する。スナバカードＳＣは、２本の端子ＣＰ、ＣＮ以外には端子を有さない。図１にて符号ＳＣが示す破線内の回路がスナバカードＳＣに対応する。

図１、図２の回路と、図３の各パワーカードＰＣｘの関係をさらに説明する。コンバータ１０の第１トランジスタＴ１と第２トランジスタＴ２の直列接続、及び、それらトランジスタに逆並列に接続されているダイオードは、パワーカードＰＣ１に収容されている。また、第３トランジスタＴ３と第４トランジスタＴ４の直列接続、及び、それらトランジスタに逆並列に接続されているダイオードは、パワーカードＰＣ２に収容されている。インバータ１９の上アームトランジスタＴＨと下アームトランジスタＴＬの直列接続と各トランジスタのダイオードは一つのパワーカードに収容されている。インバータ１９を構成する３セットの直列接続がパワーカードＰＣ３〜ＰＣ５に対応する。

第１パワーカードＰＣ１は、パワーカードの本体の内部で２個のトランジスタの直列接続の高電位側と電気的に接続されている正極端子Ｐ１、低電位側と電気的に接続されている負極端子Ｎ１、直列接続の中点と接続されている中間端子Ｏ１を備える。第２パワーカードＰＣ２は、パワーカードの本体の内部で２個のトランジスタの直列接続の高電位側と電気的に接続されている正極端子Ｐ２、低電位側と電気的に接続されている負極端子Ｎ２、直列接続の中点と接続されている中間端子Ｏ２を備える。スナバカードＳＣは、本体の内部でスナバコンデンサ７の２つの電極の夫々と電気的に接続されているコンデンサ端子ＣＰ、ＣＮを備える。第１パワーカードＰＣ１の正極端子Ｐ１が第２パワーカードＰＣ２の中間端子Ｏ２及びリアクトル１５のインバータ側端子１５ｂと接続されている。リアクトル１５のバッテリ側端子１５ａは、コンバータ１０の入力正極１２ａに接続されている。第１パワーカードＰＣ１の中間端子Ｏ１は、第２パワーカードＰＣ２の負極端子Ｎ２に接続されている。第１パワーカードＰＣ１の負極端子Ｎ１は負極線ＮＬに接続されている。第２パワーカードＰＣ２の正極端子Ｐ２は、出力正極１３ａに接続されている。スナバカードＳＣのコンデンサ端子ＣＰは第２パワーカードＰＣ２の正極端子Ｐ２に接続されており、コンデンサ端子ＣＮは第２パワーカードＰＣ２の負極端子Ｎ２に接続されている。

インバータ１９は３個のパワーカードＰＣ３、ＰＣ４、ＰＣ５で構成されている。インバータ１９は、コンバータ１０から供給される直流を３相交流に変換して出力する。パワーカードＰＣ３の中間端子Ｏ３からＵ相交流が出力され、パワーカードＰＣ４の中間端子Ｏ４からＶ相交流が出力され、パワーカードＰＣ５の中間端子Ｏ５からＷ相交流が出力される。インバータ１９が出力する３相交流によりモータ９０が駆動される。

図３を参照して、積層ユニット３０の冷却構造を説明する。各パワーカードＰＣとスナバカードＳＣは、その両側に冷却器３２が接している。隣接する冷却器３２は、接続パイプ３４ａ、３４ｂで接続されている。積層ユニット３０の端に位置する冷却器３２には、冷媒供給管３１ａと冷媒排出管３１ｂが接続されている。各冷却器３２の内部は冷媒が通る流路になっている。冷媒供給管３１ａから供給された冷媒は、接続パイプ３４ａを通じて全ての冷却器３２に分配される。冷媒は、各冷却器３２の内部を通過する間に隣接するパワーカードＰＣとスナバカードＳＣから熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は、接続パイプ３４ｂと冷媒排出管３１ｂを通じて積層ユニット３０から排出される。

図３に示すように、スナバカードＳＣは、第１パワーカードＰＣ１と第２パワーカードＰＣ２の間に配置されている。図３では図示を省略しているが、各パワーカードＰＣｘ（ｘは１〜５）の端子Ｐｘ、Ｎｘ、Ｏｘ（ｘは１〜５）とスナバカードＳＣのコンデンサ端子ＣＰ、ＣＮはバスバと呼ばれる細長金属板で接続される。図３における符号３７は電動機制御装置２のケースの一部を示しており、符号３６はケース３７に設けられた支柱を示しており、符号３５は板バネを示している。積層ユニット３０は、ケース３７の内壁と支柱３６の間に挟まれており、板バネ３５によって積層方向に加圧されている。

次に、図４〜図６を参照して、電動機制御装置２のケース３７の内部の部品レイアウトとバスバの配索について説明する。図４に電動機制御装置２の内部レイアウトを示す平面図（全体図）を示す。図４は複雑であるので、図４のうち、符号IV−Ｂが示す範囲、即ち、インバータ部分のみを示した図が図５である。図４のうち、符号IV−Ｃが示す範囲、即ち、コンバータ部分のみを示した図が図６である。電動機制御装置２のケース３７には、積層ユニット３０、コンデンサユニット６２、リアクトルユニット６１が収容されている。ケース３７にはそのほか、各トランジスタを制御するための回路基板が収容されるがその図示は省略している。

先に述べたように、積層ユニット３０は、ケース３７の側壁と支柱３６の間に収容されている。積層ユニット３０の積層方向の一端はケース３７の側壁の肉厚部分３７ａに当接している。積層ユニット３０の積層方向の他端は、支柱３６と対向しており、他端と支柱３６の間に板バネ３５が介挿されている。積層ユニット３０は板バネ３５によって積層方向に加圧されている。この加圧により、冷却器と各カードの密着性が高まり、効率的な冷却が実現されている。積層ユニット３０の一端に設けられた冷媒供給管３１ａと冷媒排出管３１ｂは、ケース３７の外へと伸びている。冷媒供給管３１ａと冷媒排出管３１ｂには、不図示の冷媒循環装置から伸びているパイプが接続される。

図４と図５を参照して、インバータ部分、即ち、パワーカードＰＣ３〜ＰＣ５の各端子とバスバの配索を説明する。ＰＣ３〜ＰＣ５の中間端子Ｏ３〜Ｏ５の夫々にバスバ５１が接続している。先に述べたように、中間端子Ｏ３〜Ｏ５は、３相交流を出力する端子である。バスバ５１の一端が中間端子Ｏ３〜Ｏ５に接続されている。バスバ５１の他端は、コネクタ３９に位置している。コネクタ３９に、モータ９０から伸びるパワーケーブルが接続される。コネクタ３９に位置している３本のバスバ５１の他端が、モータ９０と電動機制御装置２とを電気的に接続するパワーケーブルの接続端子６３を構成している。

ＰＣ３〜ＰＣ５の負極端子Ｎ３〜Ｎ５の夫々にバスバ５３の一端が接続している。バスバ５３の他端は、コンデンサユニット６２の負極端子６２ｂに接続している。ＰＣ３〜ＰＣ５の正極端子Ｐ３〜Ｐ５の夫々にバスバ５２が接続している。バスバ５２の一端は、コンデンサユニット６２の正極端子６２ａに接続している。コンデンサユニット６２は、図１、図２の平滑化コンデンサ６に相当する。図２に示されているように、パワーカードＰＣ３〜ＰＣ５は、平滑化コンデンサ６と並列に接続されている。その並列接続をハードウエアで実現しているのが、図５に示すバスバ５２と５３である。また、図１に示されているように、コンデンサユニット６２の正極端子６２ａは、コンバータ１０の出力正極１３ａに相当し、負極端子６２ｂは出力負極１３ｂに相当する。

図４と図６を参照して、コンバータ部分、即ち、第１パワーカードＰＣ１、第２パワーカードＰＣ２、スナバカードＳＣ、リアクトルユニット６１の各端子とバスバの配索を説明する。なお、リアクトルユニット６１が図１のリアクトル１５に相当する。図６の符号６１ａが図１のバッテリ側端子１５ａに対応し、図６の符号６１ｂが図１のインバータ側端子１５ｂに対応する。

第１パワーカードＰＣ１の正極端子Ｐ１がバスバ７１によって第２パワーカードＰＣ２の中間端子Ｏ２と接続されている。正極端子Ｐ１は、また、バスバ７８によってリアクトルユニット６１の一方の端子６１ｂ（図１のインバータ側端子１５ｂ）と接続されている。リアクトルユニット６１の他方の端子６１ａ（図１のバッテリ側端子１５ａ）は、バスバ７９の一端に接続されている。バスバ７９の他端は、バッテリと電動機制御装置２とをつなぐパワーケーブルが接続されるコネクタ３８に位置している。コンデンサユニット６２の負極端子６２ｂからバスバ７７が伸びており、そのバスバ７７の一端もコネクタ３８に位置している。コネクタ３８には、バッテリ９から伸びるパワーケーブルが接続される。コネクタ３８に位置しているバスバ７９の端部とバスバ７７の端部が、コンバータ１０の入力端に相当する。リアクトルユニット６１から伸びるバスバ７９の端部が、図１に示す入力正極１２ａに対応し、コンデンサユニット６２の負極端子６２ｂから伸びるバスバ７７の端部が、図１に示す入力負極１２ｂに対応する。

第１パワーカードＰＣ１の中間端子Ｏ１は、バスバ６９によってスナバカードＳＣの一方のコンデンサ端子ＣＮに接続しており、そのコンデンサ端子ＣＮは、バスバ７２によって第２パワーカードＰＣ２の負極端子Ｎ２と接続している。第２パワーカードＰＣ２の負極端子Ｎ２は、バスバ７５によってコンデンサユニット６２の負極端子６２ｂに接続している。

第１パワーカードＰＣ１の負極端子Ｎ１は、バスバ７６によってコンデンサユニット６２の負極端子６２ｂに接続している。なお、図１、図２、図４〜図６から明らかなとおり、コンデンサユニット６２の負極端子６２ｂとこれに接続されているバスバ（バスバ７６、バスバ７７など）は、図１の回路上の負極線ＮＬに相当する。即ち、第１パワーカードＰＣ１の負極端子Ｎ１は、負極線ＮＬに接続している。

第２パワーカードＰＣ２の正極端子Ｐ２は、バスバ７３によってスナバカードＳＣの他方のコンデンサ端子ＣＰと接続されている。第２パワーカードＰＣ２の正極端子Ｐ２は、また、バスバ７４によって、コンデンサユニット６２の正極端子６２ａと接続されている。先に述べたように、コンデンサユニット６２の正極端子６２ａはコンバータ１０の出力正極に相当するから、第２パワーカードＰＣ２の正極端子Ｐ２は、バスバ７４を介してコンバータ１０の出力正極（図１の出力正極１３ａ）に接続されていることになる。

図６に示されているように、パワーカードＰＣｘは、中間端子Ｏｘ、負極端子Ｎｘ、正極端子Ｐｘがこの順で並んでいる。別言すれば、積層ユニット３０の積層方向からみて、負極端子Ｎｘが中央に位置し、中間端子Ｏｘと正極端子Ｐｘが両側に位置する。第１パワーカードＰＣ１と第２パワーカードＰＣ２は、端子の並び順が互いに逆方向となるように積層されている。スナバカードＳＣは第２パワーカードＰＣ２と隣り合う位置に配置されている。スナバカードＳＣは、コンデンサ端子ＣＰ、ＣＮが、第２パワーカードＰＣの正極端子Ｐ２と負極端子Ｎ２と対向するように位置している。この端子配置により、図６に示されているように、複数のバスバが交差することなく配索されている。

第１パワーカードＰＣ１、第２パワーカードＰＣ２、及び、スナバカードＳＣの配置のいくつかの別の例を図７〜図９に示す。図７〜図９では、理解を助けるために、第１パワーカードＰＣ１、第２パワーカードＰＣ２、及び、スナバカードＳＣだけを示しており、カードの間に挟まれる冷却器の図示は省略している。また、バスバも省略しており、接続すべき端子を太線で結んで接続関係を示してある。太線がバスバに相当する。

図７〜図９の端子の接続関係は、図６における端子の接続関係と同じである。ただし、端子の並びや、カードの積層順が異なる。図７と図８は、バスバ（太線）が交差する箇所が１箇所ある。図９はバスバが交差する箇所が３箇所ある。図６のバスバ配索が最も単純であり、次いで、図７、図８のバスバ配索が単純である。図９のバスバ配索は複雑であり、好ましくない。図６のバスバ配索を可能にしたレイアウトは上記した通りである。図７と図８のバスバ配索は、次の共通点を有する。積層ユニット３０の積層方向からみて、負極端子Ｎｘが中央に位置し、中間端子Ｏｘと正極端子Ｐｘが両側に位置する。第１パワーカードＰＣ１と第２パワーカードＰＣ２は、端子の並び順が同じ方向となるように積層されている。スナバカードＳＣは第２パワーカードＰＣ２と隣り合う位置に配置されている。スナバカードＳＣは、コンデンサ端子ＣＰ、ＣＮが、第２パワーカードＰＣの正極端子Ｐ２と負極端子Ｎ２と対向するように位置している。一方、図９のバスバ配索は、スナバカードＳＣが第２パワーカードＰＣ２と隣り合うように配置されていないために、バスバの配索が複雑化している。

スナバコンデンサ７は、第１トランジスタＴ１、第３トランジスタＴ３、第４トランジスタＴ４が発するサージ電流を吸収するために備えられている。サージ電流は高周波電流であり、インダクタンスの小さい経路に流れ易い。図６に示されているように、第３トランジスタＴ３と第４トランジスタＴ４を収容している第２パワーカードＰＣ２とスナバカードＳＣは隣接配置されており、第２パワーカードＰＣ２とスナバカードＳＣを接続するバスバ７２とバスバ７３は短くて済む。バスバが短い方がバスバのインダクタンスが小さくなる。図６の配置は、バスバのレイアウトが単純化されるだけでなく、スナバコンデンサとトランジスタの間のバスバが短くなり、サージ電流をスナバコンデンサに誘導し易くなっている。図７、図８のレイアウトも同様に、スナバカードＳＣと第２パワーカードＰＣ２の間のバスバが短くて済むので同様の効果が期待できる。

次に、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４の相違について説明する。繰り返すが、第１トランジスタＴ１は第２トランジスタＴ２の高電位側に接続しており、第４トランジスタＴ４は第３トランジスタＴ３の低電位側に接続しており、それゆえ、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４は並列接続となっている。一般に、トランジスタ（スイッチング素子）は、スイッチング時間が短いほど、オン抵抗が大きくなる傾向がある。即ち、スイッチング素子の選択に当たっては、高速性を優先すれば、定常損失が犠牲となり、定常損失を優先すれば高速性が犠牲となる。実施例のコンバータ１０は、特性の異なるトランジスタを並列に接続し、それらを一つのトランジスタとして機能させることで、高速性と低損失性の両立を図っている。実施例のコンバータ１０においては、第４トランジスタＴ４は第１トランジスタＴ１よりもスイッチング時間が短い。また、第１トランジスタＴ１は第４トランジスタＴ４よりもオン抵抗が小さい。

先に述べたように、コントローラ８は、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４を同期してオン・オフし、２つのトランジスタをあたかも一つのトランジスタのように機能させる。ここで、２つのトランジスタの特性の相違がもたらす効果を説明する。第４トランジスタＴ４のスイッチング時間は第１トランジスタＴ１のスイッチング時間よりも短い。従って、両者を同時にオフからオンに切り換えると、第４トランジスタＴ４が第１トランジスタＴ１よりも先にオンする。即ち、第４トランジスタＴ４が第１トランジスタＴ１よりも先に導通する。第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４の並列接続を一つのトランジスタと見なしたときの応答性は、第４トランジスタＴ４のスイッチング時間に依存する。なお、オンからオフへの切り換えの応答性についての詳細は後述する。コンバータ１０の昇圧時の応答性は、第１トランジスタＴ１のスイッチング時間よりも第４トランジスタＴ４のスイッチング時間に依存する。一方、第１トランジスタＴ１のオン抵抗は第４トランジスタＴ４のオン抵抗よりも小さい。従って、第４トランジスタＴ４と第１トランジスタＴ１の双方がオンした後は、第１トランジスタＴ１に、第４トランジスタＴ４よりも多くの電流が流れる。第４トランジスタＴ４と第１トランジスタＴ１の両者がオンしている間のコンバータ１０の損失は、第４トランジスタＴ４のオン抵抗よりも第１トランジスタＴ１のオン抵抗に大きく依存する。なお、厳密にいえば、コンバータ１０の損失は第４トランジスタＴ４のオン抵抗にも影響を受けるが、第１トランジスタＴ１により多くの電流が流れるので、コンバータ１０の損失の大きさに与える影響は、第４トランジスタＴ４のオン抵抗よりも第１トランジスタＴ１のオン抵抗の方が大きい。結果として、コンバータ１０は、第４トランジスタＴ４の高い応答性と、第１トランジスタＴ１の低い定常損失の両方の利点を享受することができる。

第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４の特性が逆であっても上記の利点を期待することができる。ただし、図６で示したように、第４トランジスタＴ４を収容している第２パワーカードＰＣ２とスナバカードＳＣを接続するバスバ７２、７３は、ほかのいずれのバスバよりも短い。図６のレイアウトによると、第４トランジスタＴ４とスナバコンデンサ７の間のインダクタンスを、第１トランジスタＴ１とスナバコンデンサ７の間のインダクタンスよりも小さくすることができる。トランジスタはスイッチング速度が短いほどサージ電流が大きくなる。そして、スナバコンデンサまでの電流経路のインダクタンスが小さいほど、サージ電流をよく通すことができ、サージ電流の影響を抑えることができる。図６のレイアウトを有する電動機制御装置では、第４トランジスタＴ４にスイッチング速度の短いトランジスタを適用することで、サージ電流を効果的に抑制することができる。

先に述べたように、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４をオン・オフする指令信号はコントローラ８が供給する。本実施例における指令信号はＬＯＷレベルの電圧とＨＩＧＨレベルの電圧の繰り返しで構成されるパルス列の信号である。コントローラ８は、ＬＯＷレベルの電圧の継続時間とＨＩＧＨレベルの電圧の継続時間を適宜に調整したパルス列の信号をトランジスタに供給する。この指令信号はＰＷＭ信号と呼ばれている。本実施例では、パルス列において電圧がＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに変化する立ち上がりエッジが、トランジスタをオフからオンに切り換える指令に相当する。パルス列において電圧がＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベルに変化する立ち下りエッジが、トランジスタをオンからオフに切り換える指令に相当する。以下では、ＰＷＭ信号の一つのパルスに着目してトランジスタの切り換え動作を説明する。

オフからオンに切り換える場合、同じタイミングで電圧がＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに立ち上がるパルス信号を第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４に供給すればよい。そうすると、第４トランジスタＴ４が第１トランジスタＴ１よりも先にオンする。一方、オンからオフに切り換える場合に同じタイミングでＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベルに立ち下がるパルス信号を第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４に与えると、第１トランジスタＴ１がスイッチング速度の短い第４トランジスタＴ４よりも後にオフすることになり、第４トランジスタＴ４の高速性が活用できない。そこで、コントローラ８は、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４に同じタイミングで立ち上がるパルス信号を供給した後、第４トランジスタＴ４に与える立ち下りエッジのタイミングよりも前のタイミングで立ち下がるパルス信号を第１トランジスタＴ１に供給する。即ち、コントローラ８は、第４トランジスタＴ４と第１トランジスタＴ１を共にオフからオンに切り換えた後、第４トランジスタＴ４をオンからオフに切り換え始めるタイミングよりも前のタイミングで第１トランジスタＴ１をオンからオフに切り換え始める。なお、以下では、トランジスタをオフからオンに切り換える信号（パルス信号において電圧がＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに変化する立ち上がりエッジ）をオン指令信号と称する。また、トランジスタをオンからオフに切り換える信号（パルス信号において電圧がＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベルに変化する立ち下がりエッジ）をオフ指令信号と称する。コントローラ８は、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４にオン指令信号を供給した後、第４トランジスタＴ４にオフ指令信号を供給するのに先立って第１トランジスタＴ１にオフ指令信号を供給する。このときのタイムチャートを図１０に示す。

図１０を参照して第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４に供給するオン指令信号とオフ指令信号を説明する。図１０（Ａ）は、コントローラ８が第１トランジスタＴ１に供給する指令信号のタイムチャートである。図１０（Ｂ）は、指令信号を受けた第１トランジスタＴ１の動作を表すタイムチャートである。図１０（Ｃ）は、コントローラ８が第４トランジスタＴ４に供給する指令信号のタイムチャートである。図１０（Ｄ）は、指令信号を受けた第４トランジスタＴ４の動作を表すタイムチャートである。なお、図１０は、パルス列で表されるＰＷＭ信号の１パルスを抜き出したタイムチャートを表している。また、図１０（Ｂ）と図１０（Ｄ）の縦軸はトランジスタに流れる電流を示しているが、並列に接続された第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４を流れる電流は、図１０（Ｂ）と図１０（Ｄ）のようにはならない。図１０（Ｂ）と図１０（Ｄ）は、トランジスタの動作の説明のため、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４の夫々に流れる電流が、相手のトランジスタの動作の影響を受けないという仮定でのタイムチャートを表していることに留意されたい。

コントローラ８は、時刻ｔ１０で同じタイミングで立ち上がるオン指令信号を第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４に与える。すなわち、コントローラ８は、同じタイミングで第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４をオフからオンに切り換え始める。高速な第４トランジスタＴ４は、ターンオン時間Ｔｏｎ４の遅れを伴って時刻ｔ１１にオフからオンへの切り換えが完了する。一方、低速な第１トランジスタＴ１は、ターンオン時間Ｔｏｎ１の遅れを伴って時刻ｔ１２にオフからオンへの切り換えが完了する。時刻ｔ１１で第４トランジスタＴ４のコレクタ電極からエミッタ電極へ電流が流れ始めるので、昇圧時の立ち上がりのスイッチング時間は、第１トランジスタＴ１のターンオン時間Ｔｏｎ１に関わらずに、第４トランジスタＴ４のターンオン時間Ｔｏｎ４に依存して定まる。

なお、スイッチング時間とは、厳密には、ターンオン遅れ時間、立ち上がり時間、ターンオフ遅れ時間、立下り時間で定義される。ここでは、ターンオン遅れ時間と立ち上がり時間を合わせてターンオン時間と称し、ターンオフ遅れ時間と立下り時間を合わせてターンオフ時間と称する。

第１トランジスタＴ１のターンオフ時間はＴｏｆｆ１である。このターンオフ時間Ｔｏｆｆ１は、第４トランジスタＴ４のターンオフ時間Ｔｏｆｆ４よりも長い。そこで、コントローラ８は、時刻ｔ３０に第４トランジスタＴ４にオフ指令信号を供給するのに先立って、時刻ｔ２０に、第１トランジスタＴ１にオフ指令信号を供給する。即ち、コントローラ８は、第４トランジスタＴ４をオンからオフに切り換え始めるタイミングよりも早いタイミングで、第１トランジスタＴ１をオンからオフに切り換え始める。以下、オンからオフに切り換えることをオフ動作と称する。時刻ｔ２０と時刻ｔ３０の差は、第１トランジスタＴ１のターンオフ時間Ｔｏｆｆ１と第４トランジスタＴ４のターンオフ時間Ｔｏｆｆ４の差に基づいて決定される。なお、図１０の場合、時刻ｔ２０と時刻ｔ３０の差は、第１トランジスタＴ１のターンオフ時間Ｔｏｆｆ１と第４トランジスタＴ４のターンオフ時間Ｔｏｆｆ４の差より僅かに長い間隔に設定されている。第４トランジスタＴ４よりも先にオフ動作を開始する第１トランジスタＴ１は、時刻ｔ２１にオフ動作が完了する。一方、第４トランジスタＴ４は、時刻ｔ３０にオフ動作を開始して時刻ｔ３１にオフ動作を終了する。第１トランジスタＴ１が時刻ｔ２０にオフ動作を開始しても、第４トランジスタＴ４がまだオン状態であるので、電流は第４トランジスタＴ４を通じて流れ続ける。第１トランジスタＴ１が完全にオフした時刻ｔ２１でも第４トランジスタＴ４を通じて電流が流れ続ける。即ち、第４トランジスタＴ４と第１トランジスタＴ１の並列接続を一つのトランジスタとみなしたときのターンオフ時間は、第４トランジスタＴ４のターンオフ時間Ｔｏｆｆ４に依存して定まる。第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４の並列接続が実現する昇圧用の一つの仮想的なトランジスタのスイッチング時間は、第１トランジスタＴ１のスイッチング時間に関わらずに、第４トランジスタＴ４のスイッチング時間（ターンオン時間Ｔｏｎ４とターンオフ時間Ｔｏｆｆ４）に依存する。すなわち、コンバータ１０は、第４トランジスタＴ４のスイッチング時間の高速性を享受することができる。

先に述べように、図１０のタイムチャートは、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４の夫々に流れる電流が、相手のトランジスタの動作の影響を受けないという仮定で描かれている。実際には、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４が共にオンした後は、オン抵抗の低い第１トランジスタＴ１に、第４トランジスタＴ４よりも多くの電流が流れる。オン抵抗の低い第１トランジスタＴ１により多くの電流が流れるので、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４の並列接続を仮想的な一つのトランジスタと見なした場合の定常損失は、第４トランジスタＴ４のオン抵抗よりも第１トランジスタＴ１のオン抵抗により大きく依存する。即ち、コンバータ１０は、第１トランジスタＴ１の低いオン抵抗のメリットを享受する。こうして、コンバータ１０は、高速応答性と低損失性の両立を実現している。

次に、第２トランジスタＴ２の役割を説明する。第２トランジスタＴ２は、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４のいずれかが短絡故障を生じた場合の緊急スイッチの役割を果たす。なお、短絡故障とは、トランジスタがオン状態に固定され、指令信号ではオフできなくなる状態を意味する。コントローラ８は、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４が正常の間は、第２トランジスタＴ２を常にオンに保持し、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４のいずれかが短絡故障を生じた際に第２トランジスタＴ２をオンからオフに切り換える。第２トランジスタＴ２がオフに切り換わると、第１トランジスタＴ１あるいは第４トランジスタＴ４の短絡故障にも関わらず、バッテリ９の短絡が回避される。このとき、コンバータ１０は、昇圧動作を行うことができないが、コンバータ１０の出力正極１３ａと出力負極１３ｂの間にはバッテリ９の出力電圧に保持された直流が出力される。即ち、この場合、バッテリ９の出力電圧レベルの直流がインバータ１９に供給される。インバータ１９は、バッテリ９の出力電圧レベルの直流を交流に変換してモータ９０に出力することができる。電気自動車１００は、当初の性能は出せないが、バッテリ９の電力で走行を継続することができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の第１トランジスタＴ１が第１スイッチング素子の一例に相当し、第２トランジスタＴ２が第２スイッチング素子の一例に相当する。実施例の第３トランジスタＴ３が第３スイッチング素子の一例に相当し、第４トランジスタＴ４が第４スイッチング素子の一例に相当する。実施例のパワーカードＰＣ１が第１パワーカードの一例に相当し、パワーカードＰＣ２が第２パワーカードの一例に相当する。実施例に登場したトランジスタは、電力の変換に用いられるパワートランジスタであり、制御信号を生成するＴＴＬレベルのトランジスタとは異なることに留意されたい。

図１０のタイミングチャートでは、コントローラ８は、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４を同じタイミングでオフからオンに切り換え始める。コントローラ８は、第１トランジスタＴ１をオフからオンに切り換え始めるのに僅かに先立って第４トランジスタＴ４をオフからオンに切り換え始めてもよい。

コントローラ８は、第４トランジスタＴ４をオンからオフに切り換え始めるのに先立って第１トランジスタＴ１をオンからオフに切り換え始める。図１０のタイムチャートでは、コントローラ８は、時刻ｔ２０に立ち下がるオフ指令信号を第１トランジスタＴ１に供給し、時刻ｔ３０に立ち下がるオフ指令信号を第４トランジスタＴ４に供給した。時刻ｔ２０と時刻ｔ３０の差は、第１トランジスタＴ１のターンオフ時間と第４トランジスタＴ４のターンオフ時間の差に基づいて決定された。時刻ｔ２０と時刻ｔ３０の差は、第１トランジスタＴ１のターンオフ時間と第４トランジスタＴ４のターンオフ時間の差よりは大きく、第１トランジスタＴ１のターンオフ時間よりは短いことが好ましい。

コントローラ８は、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４に同じタイミングで立ち下がるオフ指令信号を与えてもよい。この場合、オンからオンに切り換わるときには第４トランジスタＴ４の高速性は享受できなくなるが、オフからオンに切り換わるときには第４トランジスタＴ４の高速性を享受できる。実施例のごとく、第４トランジスタＴ４よりも先に第１トランジスタＴ１をオンからオフに切り換え始めることが望ましいが、同じタイミングで第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４をオンからオフに切り換え始めても、次善の効果を得ることができる。

実施例のトランジスタへの指令信号はＰＷＭ信号であった。この場合、ＰＷＭ信号のパルスの立ち下がりエッジがオフ指令信号に相当する。従って、コントローラ８は、第１トランジスタＴ１と第４トランジスタＴ４に同位相のパルス列信号を供給する。コントローラ８は、第４トランジスタＴ４に供給するパルス列における立ち下りタイミングよりも早いタイミングで立ち下がるパルス列の信号を第１トランジスタＴ１に供給する。トランジスタへの指令信号はＰＷＭ以外の信号であってもよい。

実施例では、スイッチング素子としてコレクタからエミッタに向けて一方向にのみ電流を通すトランジスタを用いた。それゆえ、各トランジスタには還流ダイオードが逆並列に接続されている。コンバータとインバータのスイッチング素子として、例えば電界効果トランジスタのような、双方向に電流を流すことのできるデバイスを採用してもよい。その場合、還流ダイオードは無くてもよい。

実施例は電気自動車の電動機制御装置を例に本発明を説明した。本明細書が開示する電動機制御装置は、電気自動車に搭載される電動機制御装置以外の電動機制御装置に適用することも好適である。例えば、本明細書が開示する電動機制御装置は、ロボットに適用されてもよい。特に、ロボットの関節を駆動するモータのための制御装置に適用するとよい。関節駆動のモータも大出力であるため、電動機制御装置が備えるスイッチング素子は大きなサージ電流を発生するからである。また、例えば移動ロボットは、搭載したバッテリでモータを駆動する。移動ロボットでは、エネルギ効率の観点から電動機制御装置は小型であることが望ましい。また、移動ロボットも、スイッチング素子が短絡故障を生じてもモータ駆動を継続できることが望ましい。本明細書が開示する電動機制御装置は、短絡対策用のデバイスを空間効率よく組み込んでいるので移動ロボットに好適である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電気自動車
３：システムメインリレー
６：平滑化コンデンサ
７：スナバコンデンサ
８：コントローラ
９：バッテリ
１０：昇圧コンバータ
１４：フィルタコンデンサ
１５：リアクトル
１９：インバータ
３０：積層ユニット
３２：冷却器
３５：バネ
３６：ケース
４１ａ、４１ｂ：絶縁板
４２、４３：放熱板
４４：本体
６１：リアクトルユニット
６２：コンデンサユニット
６９、７１〜７９：バスバ
９０：走行用モータ
４１ａ、４１ｂ：絶縁板
Ｄａ、Ｄｂ：ダイオードチップ
ＰＣ１〜ＰＣ５：パワーカード
ＳＣ：スナバカード
Ｔ１〜Ｔ４、ＴＨ、ＴＬ：トランジスタ
Ｔａ、Ｔｂ：トランジスタチップ

Claims (5)

1. 直流電源の直流を昇圧する電圧コンバータと、昇圧された直流を交流に変換してモータに供給するインバータを備えた電動機制御装置であり、
   前記電圧コンバータが、
   前記直流電源の正極に接続されている入力正極と、
   前記インバータの正極に接続されている出力正極と、
   前記直流電源の負極に接続されている入力負極と前記インバータの負極に接続されている出力負極を接続している負極線と、
   第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の直列接続を収容しており、当該直列接続の正極端子と中間端子と負極端子を有している第１パワーカードと、
   第３スイッチング素子と第４スイッチング素子の直列接続を収容しており、当該直列接続の正極端子と中間端子と負極端子を有している第２パワーカードと、
   スナバコンデンサを収容しており、当該スナバコンデンサの２つの電極の夫々に導通している２個のコンデンサ端子を有しているスナバカードと、
   前記第１パワーカードと前記第２パワーカードと前記スナバカードが隣接するカードの間に冷却器を挟んで積層されているとともに、前記第２パワーカードと前記スナバカードが前記冷却器を挟んで隣り合うように配置されている積層ユニットと、
   リアクトルと、
   を備えており、
   前記第１パワーカードの正極端子が前記第２パワーカードの中間端子及び前記リアクトルの一方の端子と接続されており、
   前記リアクトルの他方の端子が前記入力正極に接続されており、
   前記第１パワーカードの中間端子が前記第２パワーカードの負極端子に接続されており、
   前記第１パワーカードの負極端子が前記負極線に接続されており、
   前記第２パワーカードの正極端子が前記出力正極に接続されており、
   前記スナバカードの一方のコンデンサ端子が前記第２パワーカードの正極端子に接続されているとともに、他方のコンデンサ端子が前記第２パワーカードの負極端子に接続されている、
   ことを特徴とする電動機制御装置。
2. 前記第１スイッチング素子は前記第２スイッチング素子の高電位側に接続されており、
   前記第４スイッチング素子は前記第３スイッチング素子の低電位側に接続されており、
   前記第１スイッチング素子と前記第４スイッチング素子を同期してオン・オフするコントローラを備えており、
   前記第１スイッチング素子と前記第４スイッチング素子の一方は他方よりもスイッチング時間が短く、他方は一方よりもオン抵抗が小さい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記第２パワーカードに収容されている前記第４スイッチング素子が前記第１スイッチング素子よりもスイッチング時間が短く、
   前記第１パワーカードに収容されている前記第１スイッチング素子が前記第４スイッチング素子よりもオン抵抗が小さい、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動機制御装置。
4. 前記コントローラは、前記第１スイッチング素子と前記第４スイッチング素子を共にオフからオンに切り換えた後、前記第４スイッチング素子をオンからオフに切り換え始めるタイミングよりも前のタイミングで前記第１スイッチング素子をオンからオフに切り換え始めることを特徴とする請求項３に記載の電動機制御装置。
5. 前記コントローラは、
   前記第１スイッチング素子と前記第４スイッチング素子のいずれにも短絡故障が検知されていない場合は、前記第２スイッチング素子を閉じ、前記第１スイッチング素子と前記第４スイッチング素子の両方を同期させて繰り返し開閉して前記直流電源の電圧を昇圧し、昇圧された電圧の直流を前記インバータへ出力し、
   前記第１スイッチング素子と前記第４スイッチング素子の少なくとも一方の短絡故障を検知した場合は、前記第２スイッチング素子を開き、前記直流電源の電圧の直流を前記インバータへ出力する、
   ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の電動機制御装置。

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