JP6544387B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関するものである。

特許文献１に示されるように、パワースイッチング素子によって構成されるインバータ回路の短絡保護方法が知られている。

国際公開第２０１１／１２９２６３号

上記したように特許文献１のインバータ回路は、パワースイッチング素子で構成されている。このパワースイッチング素子の定格は短絡時電流以上となっている。そのために、あるパワースイッチング素子で短絡が生じ、それによって短絡電流が一時的に流れたとしても、他のパワースイッチング素子でゲートを遮断することで、短絡保護がなされる。しかしながら、インバータ回路（電力変換装置）の全てのパワースイッチング素子の定格を短絡電流以上とするため、体格の増大、という問題が発生する。

そこで本発明は、体格の増大が抑制された電力変換装置を提供することを目的とする。

開示された発明の１つは、正極端子（１００ａ）と負極端子（１００ｂ）との間で直列接続された複数のスイッチ素子（５４，５５，５６，５７）を備えるレグ（５１，５２）と、
正極端子と負極端子との間でレグと直列接続された、スイッチ素子よりも電流定格の高い保護スイッチ素子（５８）と、
スイッチ素子の短絡時に保護スイッチ素子を開状態にする制御部（１０）と、
レグ、保護スイッチ素子、および、制御部を搭載するプリント基板（５０ａ）と、を有し、
スイッチ素子よりも保護スイッチ素子は熱容量が大きく、
レグと制御部との間に保護スイッチ素子が位置している。

これによれば、あるスイッチ素子（５４，５５，５６，５７）の短絡時に保護スイッチ素子（５８）が開状態になるので、他のスイッチ素子（５４，５５，５６，５７）を開状態にしなくともよくなる。このように複数のスイッチ素子（５４，５５，５６，５７）それぞれの電流定格を高めなくとも短絡保護を行うことができる。これにより、スイッチ素子のすべての電流定格が高められた構成と比べて、電力変換装置の体格の増大が抑制される。

保護スイッチ素子（５８）はレグと直列接続されている。そのためスイッチ素子（５４，５５，５６，５７）の短絡時において、保護スイッチ素子（５８）に短絡時の電流が流れる。しかしながら上記したように保護スイッチ素子（５８）はスイッチ素子（５４，５５，５６，５７）よりも電流定格が高められている。そのため短絡時の電流の通電によって保護スイッチ素子（５８）に損傷が生じることが抑制される。これにより上記したスイッチ素子（５４，５５，５６，５７）の短絡時に保護スイッチ素子（５８）の動作が不安定となることが抑制される。

なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけている。この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。

第１実施形態にかかる電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。 ロータインバータの概略構成を示す上面図である。 短絡時の電流を示すブロック図である。 ロータインバータの変形例を示す上面図である。

以下、本発明の電力変換装置を車両用のモータ制御装置に適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１〜図３に基づいて本実施形態にかかるモータ制御装置１００を説明する。モータ制御装置１００は、図示しない上位ＥＣＵからの要求指令に基づいてモータ２００を制御する。モータ制御装置１００とモータ２００とによって、いわゆるＩＳＧが構成されている。ＩＳＧはIntegrated Starter Generatorの略である。

モータ制御装置１００とモータ２００とは一体になっている。すなわちモータ制御装置１００とモータ２００とは、いわゆる機電一体型の構成になっている。

モータ２００はベルトを介して車両に搭載された内燃機関のクランクシャフトと連結されている。したがってモータ２００とクランクシャフトとは互いに連動して回転する。モータ２００がモータ制御装置１００によって回転すると、その回転がクランクシャフトに伝わる。これによってクランクシャフトが回転する。これとは逆に、クランクシャフトが回転すると、その回転がモータ２００に伝わる。これによってモータ２００が回転する。モータ制御装置１００によってモータ２００が自律回転する。これにより内燃機関の始動、若しくは、車両走行のアシストが成される。またクランクシャフトの回転に応じてモータ２００が回転する。これによりモータ２００は発電する。以下においては先ずモータ２００を概説した後、モータ制御装置１００を説明する。

図１に示すようにモータ２００はロータ２０１とステータ２０２を有する。この他にモータ２００は、図示しないシャフトとプーリを有する。シャフトは回転可能にモータ制御装置１００のケース３００に設けられている。シャフトの先端はケース３００の外部に露出されている。このシャフトの先端にプーリが設けられている。このプーリに上記のベルトが連結されている。これによりクランクシャフトの回転がベルトを介してプーリに伝達される。逆に言えば、シャフトの回転がベルトを介してクランクシャフトに伝達される。モータ２００が回転電機に相当する。

シャフトの中央部はケース３００内に収納されている。このシャフトの中央部にロータ２０１が設けられている。そしてロータ２０１の周囲にステータ２０２が設けられている。

ロータ２０１はロータコイル２０３を有する。また図示しないがロータ２０１はロータコイル２０３をシャフトに固定する固定部を有する。固定部は円筒形状を成している。固定部の中空にシャフトが挿入固定されている。ロータコイル２０３は固定部の内部に設けられている。そしてロータコイル２０３はシャフトに設けられた配線（図示略）と電気的に接続されている。この配線はシャフトのスリップリングと電気的に接続されている。スリップリングはシャフトの軸周りに円環状に形成されている。この円環状のスリップリングにブラシが接触している。そしてこのブラシがモータ制御装置１００と電気的に接続されている。このブラシにモータ制御装置１００から電流が供給される。この電流は、ブラシ、スリップリング、および、配線を介してロータコイル２０３に供給される。これによりロータコイル２０３で磁界が発生する。ロータ２０１が巻線形回転子に相当する。

ステータ２０２はステータコイル２０４を有する。また図示しないがステータ２０２はステータコイル２０４の設けられるステータコアを有する。ステータコアは円筒形状を成している。ステータコアの中空に、シャフトとともにロータ２０１が設けられている。ステータコイル２０４は、Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７を有する。

Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７それぞれはモータ制御装置１００とバスバーを介して一体的に連結されている。Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７には、モータ制御装置１００から三相交流が供給される。Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７には、互いに位相が電気角で１２０°ずれた交流が供給される。これによりＵ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７から、ロータ２０１を回転させるための三相回転磁界が発生する。この三相回転磁界がロータコイル２０３と交差する。

ロータコイル２０３とステータコイル２０４それぞれに電流が流れると、両者から磁界が発生する。これによってロータコイル２０３に回転トルクが発生する。上記したようにモータ制御装置１００からステータコイル２０４に三相交流が供給されると、回転トルクの発生方向が順次変化する。それによってシャフトが回転し始める。シャフトとともにプーリも回転する。この回転がベルトを介してクランクシャフトに伝達される。この結果クランクシャフトも回転する。

これとは逆に、内燃機関が燃焼駆動してクランクシャフトが自律回転すると、その回転がベルトを介してプーリに伝達される。また、車輪の回転によってクランクシャフトが連れ回されると、その回転がベルトを介してプーリに伝達される。それによってプーリとともにシャフトが回転する。これによりロータコイル２０３も回転する。ロータコイル２０３の発する磁界がステータコイル２０４と交差する。それによってステータコイル２０４に誘起電圧が発生する。これによりステータコイル２０４に電流が流れる。この電流がモータ制御装置１００を介して車両のバッテリ４００に供給される。なお、ロータコイル２０３はステータコイル２０４よりも１０倍ほど抵抗が高くなっている。

次に、モータ制御装置１００を説明する。図１に示すようにモータ制御装置１００はバッテリ４００と電気的に接続するための正極端子１００ａと負極端子１００ｂを有する。正極端子１００ａはバッテリ４００の正極に接続される。負極端子１００ｂはバッテリ４００の負極に接続される。正極端子１００ａと負極端子１００ｂとの間に平滑コンデンサ１００ｃが接続される。

図１に示すようにモータ制御装置１００は、正極端子１００ａと負極端子１００ｂとの間で並列接続されたステータインバータ３０とロータインバータ５０を有する。またモータ制御装置１００はこれらステータインバータ３０とロータインバータ５０を制御するＩＳＧＥＣＵ１０、および、ステータインバータ３０とロータインバータ５０の電流を検出する電流センサ７０を有する。ＩＳＧＥＣＵ１０が制御部に相当する。

ＩＳＧＥＣＵ１０は、ステータインバータ３０とロータインバータ５０それぞれと電気的に接続されている。そしてＩＳＧＥＣＵ１０は、車両に搭載された上位ＥＣＵとバスなどを介して通信可能になっている。ＩＳＧＥＣＵ１０には上位ＥＣＵから要求指令が入力される。ＩＳＧＥＣＵ１０は入力された要求指令および電流センサ７０の検出信号などに基づいて、ステータインバータ３０とロータインバータ５０を制御するための制御信号を生成する。ＩＳＧＥＣＵ１０はその制御信号をステータインバータ３０とロータインバータ５０に出力する。これによりステータインバータ３０とロータインバータ５０の駆動が制御される。

ステータインバータ３０は、正極端子１００ａと負極端子１００ｂとの間で並列接続されたＵ相レグ３１、Ｖ相レグ３２、および、Ｗ相レグ３３を有する。

これら３つのレグそれぞれは正極端子１００ａから負極端子１００ｂに向かって順に直列接続されたハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子を有する。詳しく言えば、Ｕ相レグ３１はＵ相ハイサイドスイッチ素子３４とＵ相ローサイドスイッチ素子３５を有する。Ｖ相レグ３２はＶ相ハイサイドスイッチ素子３６とＶ相ローサイドスイッチ素子３７を有する。Ｗ相レグ３３はＷ相ハイサイドスイッチ素子３８とＷ相ローサイドスイッチ素子３９を有する。

ステータインバータ３０を構成するスイッチ素子はＭＯＳＦＥＴである。そのためにこれらスイッチ素子それぞれは寄生ダイオードを有する。すなわちＵ相ハイサイドスイッチ素子３４はＵ相ハイサイドダイオード３４ａを有する。Ｕ相ローサイドスイッチ素子３５はＵ相ローサイドダイオード３５ａを有する。Ｖ相ハイサイドスイッチ素子３６はＶ相ハイサイドダイオード３６ａを有する。Ｖ相ローサイドスイッチ素子３７はＶ相ローサイドダイオード３７ａを有する。Ｗ相ハイサイドスイッチ素子３８はＷ相ハイサイドダイオード３８ａを有する。Ｗ相ローサイドスイッチ素子３９はＷ相ローサイドダイオード３９ａを有する。これら寄生ダイオードのカソード電極は正極端子１００ａ側にある。アノード電極は負極端子１００ｂ側にある。

図１に示すようにＵ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７それぞれの一端は互いに接続されている。これによりＵ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７はＹ結線されている。そしてＵ相ステータコイル２０５の他端がＵ相ハイサイドスイッチ素子３４とＵ相ローサイドスイッチ素子３５の中点に接続されている。Ｖ相ステータコイル２０６の他端がＶ相ハイサイドスイッチ素子３６とＶ相ローサイドスイッチ素子３７の中点に接続されている。Ｗ相ステータコイル２０７の他端がＷ相ハイサイドスイッチ素子３８とＷ相ローサイドスイッチ素子３９の中点に接続されている。

以上の電気的な接続構成により、ＩＳＧＥＣＵ１０からの制御信号によって、例えばＵ相ハイサイドスイッチ素子３４、Ｖ相ローサイドスイッチ素子３７、および、Ｗ相ローサイドスイッチ素子３９が閉状態になるとステータコイル２０４に電流が流れる。詳しく言えば、正極端子１００ａから負極端子１００ｂへと向かって、Ｕ相ハイサイドスイッチ素子３４、Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｖ相ローサイドスイッチ素子３７を介して電流が流れる。正極端子１００ａから負極端子１００ｂへと向かって、Ｕ相ハイサイドスイッチ素子３４、Ｕ相ステータコイル２０５、Ｗ相ステータコイル２０７、および、Ｗ相ローサイドスイッチ素子３９を介して電流が流れる。

本実施形態では、ステータインバータ３０を構成するスイッチ素子はシリコンから成る。そしてステータインバータ３０を構成するスイッチ素子としてモジュール型のパワーＭＯＳＦＥＴを採用している。そのためにこのスイッチ素子と寄生ダイオードそれぞれの電流定格は高く、例えばスイッチ素子の短絡時の電流にも耐えるように設計されている。ステータインバータ３０を構成するスイッチ素子にはいわゆる片面冷却システムが採用されている。

ロータインバータ５０は、正極端子１００ａと負極端子１００ｂとの間で並列接続されたＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を有する。Ｅ相レグ５１とＦ相レグ５２がレグに相当する。ロータインバータ５０はフルブリッジ回路を構成している。またロータインバータ５０は保護素子５３を有する。保護素子５３は正極端子１００ａと負極端子１００ｂとの間で、Ｅ相レグ５１とＦ相レグ５２それぞれと直列接続されている。これらＥ相レグ５１、Ｆ相レグ５２、および、保護素子５３それぞれは図２に示すプリント基板５０ａに搭載されている。このプリント基板５０ａにはＩＳＧＥＣＵ１０も搭載されている。

Ｅ相レグ５１は正極端子１００ａから負極端子１００ｂに向かって順に直列接続されたＥ相ハイサイドスイッチ素子５４とＥ相ローサイドスイッチ素子５５を有する。Ｆ相レグ５２は正極端子１００ａから負極端子１００ｂに向かって順に直列接続されたＦ相ハイサイドスイッチ素子５６とＦ相ローサイドスイッチ素子５７を有する。これらがスイッチ素子に相当する。

保護素子５３は正極端子１００ａとＥ相ハイサイドスイッチ素子５４との間に設けられた保護スイッチ素子５８を有する。この保護スイッチ素子５８は正極端子１００ａとＦ相ハイサイドスイッチ素子５６との間にも位置している。このように、保護スイッチ素子５８はＥ相レグ５１とＦ相レグ５２それぞれに対して共通に設けられている。

保護スイッチ素子５８は、ロータコイル２０３に通電する場合、ＩＳＧＥＣＵ１０によって閉状態に制御される。またＩＳＧＥＣＵ１０はイグニッションスイッチのオン時に起動する。そしてＩＳＧＥＣＵ１０はイグニッションスイッチがオンからオフに切り換った際に、保護スイッチ素子５８の検査をする。この検査の終了後にＩＳＧＥＣＵ１０は起動時によりも電力消費量の低い低電力消費モードに移行する。このようにＩＳＧＥＣＵ１０は起動毎に保護スイッチ素子５８の検査を実行する。

具体的には、ＩＳＧＥＣＵ１０は保護スイッチ素子５８を開閉制御する。ＩＳＧＥＣＵ１０はその際の保護スイッチ素子５８の両端電圧を検出する。保護スイッチ素子５８を閉状態に制御している際に両端電圧の差がほとんどゼロであり、保護スイッチ素子５８を開状態に制御している際に両端電圧の差がバッテリ電圧程度の場合、ＩＳＧＥＣＵ１０は保護スイッチ素子５８が正常だと判断する。これとは異なる場合、ＩＳＧＥＣＵ１０は保護スイッチ素子５８が異常だと判断する。保護スイッチ素子５８が正常であると判断した場合、ＩＳＧＥＣＵ１０は保護スイッチ素子５８を常時閉状態に制御する。保護スイッチ素子５８が異常であると判断した場合、ＩＳＧＥＣＵ１０は車両のユーザに保護スイッチ素子５８の異常を通知する。この通知は、例えば車両に搭載されたインジケータを点灯させることで実現される。

ロータインバータ５０を構成するスイッチ素子はＭＯＳＦＥＴである。そのためにスイッチ素子それぞれは寄生ダイオードを有する。すなわちＥ相ハイサイドスイッチ素子５４はＥ相ハイサイドダイオード５４ａを有する。Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５はＥ相ローサイドダイオード５５ａを有する。Ｆ相ハイサイドスイッチ素子５６はＦ相ハイサイドダイオード５６ａを有する。Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７はＦ相ローサイドダイオード５７ａを有する。保護スイッチ素子５８は保護ダイオード５８ａを有する。これら寄生ダイオードのカソード電極は正極端子１００ａ側にある。アノード電極は負極端子１００ｂ側にある。

Ｅ相ハイサイドスイッチ素子５４とＥ相ローサイドスイッチ素子５５の中点、および、Ｆ相ハイサイドスイッチ素子５６とＦ相ローサイドスイッチ素子５７の中点それぞれに上記のブラシが接続されている。ブラシはシャフトのスリップリングと接触し、スリップリングは配線を介してロータコイル２０３と電気的に接続されている。このようにＥ相ハイサイドスイッチ素子５４とＥ相ローサイドスイッチ素子５５の中点、および、Ｆ相ハイサイドスイッチ素子５６とＦ相ローサイドスイッチ素子５７の中点それぞれはロータコイル２０３と電気的に接続されている。具体的に言えば、図１に示すようにＥ相ハイサイドスイッチ素子５４とＥ相ローサイドスイッチ素子５５の中点がロータコイル２０３の一端と電気的に接続されている。Ｆ相ハイサイドスイッチ素子５６とＦ相ローサイドスイッチ素子５７の中点がロータコイル２０３の他端と電気的に接続されている。

以上の接続構成により、ＩＳＧＥＣＵ１０からの制御信号によって、例えば保護スイッチ素子５８、Ｅ相ハイサイドスイッチ素子５４、および、Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７が閉状態になるとロータコイル２０３の一端から他端に向かって電流が流れる。すなわち、正極端子１００ａから負極端子１００ｂへと向かって、保護スイッチ素子５８、Ｅ相ハイサイドスイッチ素子５４、ロータコイル２０３、および、Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７を介して電流が流れる。また、例えば保護スイッチ素子５８、Ｆ相ハイサイドスイッチ素子５６、および、Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５が閉状態になるとロータコイル２０３の他端から一端に向かって電流が流れる。すなわち、正極端子１００ａから負極端子１００ｂへと向かって、保護スイッチ素子５８、Ｆ相ハイサイドスイッチ素子５６、ロータコイル２０３、および、Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５を介して電流が流れる。

平滑コンデンサ１００ｃは、ステータインバータ３０およびロータインバータ５０のスイッチング時に電圧を平滑出来るように容量が設定されている。界磁用のロータコイル２０３は、ステータコイル２０４と比較してインピーダンスが高い。そのために実際の電流量は、ステータインバータ３０のほうがロータインバータ５０よりもかなり大きい。したがって平滑コンデンサ１００ｃの容量の大部分はステータインバータ３０で必要な容量となり、平滑コンデンサ１００ｃはロータインバータ５０に対して大きすぎる容量となっている。

本実施形態では、ロータインバータ５０を構成するスイッチ素子はシリコンから成る。そしてＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子はステータインバータ３０を構成するスイッチ素子よりも電流定格が低くなっている。そのためにＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子はステータインバータ３０を構成するスイッチ素子よりも体格が小さくなっている。

これに対して保護スイッチ素子５８は、ステータインバータ３０を構成するスイッチ素子と同等にしてパワーＭＯＳＦＥＴである。そのために保護スイッチ素子５８はＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子よりも電流定格が高くなっている。保護スイッチ素子５８はＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子の短絡時の電流にも耐えるように設計されている。また保護スイッチ素子５８は、Ｅ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子よりもスイッチング速度が遅くなっている。なおＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子と保護スイッチ素子５８の電流定格の違いは、形成材料、チップサイズ、および、放熱構造などによって設計される。

図２に示すように保護スイッチ素子５８はＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子よりも体格が大きくなっている。そのために保護スイッチ素子５８はＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子よりも熱容量が大きくなっている。また、プリント基板５０ａの一面に、Ｅ相レグ５１、Ｆ相レグ５２、保護スイッチ素子５８、および、ＩＳＧＥＣＵ１０が搭載されている。そしてＥ相レグ５１およびＦ相レグ５２と、ＩＳＧＥＣＵ１０との間に保護スイッチ素子５８が位置している。さらに特定して言えば、図４に示すように、ＩＳＧＥＣＵ１０のうちの温度的に保護したい回路素子やその回路素子を含む例えばマイクロコンピュータ１０ａと、Ｅ相レグ５１およびＦ相レグ５２との間に保護スイッチ素子５８が位置している。

また図２ではプリント基板５０ａの表面にＥ相レグ５１、Ｆ相レグ５２、保護素子５３とともにＩＳＧＥＣＵ１０が搭載された構成を示している。しかしながら、例えばプリント基板５０ａの表面にＥ相レグ５１、Ｆ相レグ５２、および、保護素子５３を搭載し、プリント基板５０ａの裏面にＩＳＧＥＣＵ１０を搭載してもよい。さらに例示すれば、プリント基板５０ａの表面にＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を搭載し、プリント基板５０ａの裏面にＩＳＧＥＣＵ１０と保護素子５３を搭載してもよい。この際、プリント基板５０ａを介してＥ相レグ５１およびＦ相レグ５２と、保護素子５３とを対向配置してもよい。これによれば保護素子５３によって、Ｅ相レグ５１およびＦ相レグ５２の熱容量が擬似的に高まる。これによりＥ相レグ５１およびＦ相レグ５２で発生した熱のＩＳＧＥＣＵ１０への伝達が抑制される。

電流センサ７０は、ステータコイル２０４とロータコイル２０３の電流量を検出するものである。より具体的に言えば、電流センサ７０は、ステータインバータ３０とロータインバータ５０に設けられたシャント抵抗である。電流センサ７０は、Ｕ相シャント抵抗７１、Ｖ相シャント抵抗７２、Ｗ相シャント抵抗７３、Ｅ相シャント抵抗７４、および、Ｆ相シャント抵抗７５を有する。

Ｕ相シャント抵抗７１はＵ相ローサイドスイッチ素子３５と負極端子１００ｂとの間に設けられている。Ｖ相シャント抵抗７２はＶ相ローサイドスイッチ素子３７と負極端子１００ｂとの間に設けられている。Ｗ相シャント抵抗７３はＷ相ローサイドスイッチ素子３９と負極端子１００ｂとの間に設けられている。Ｅ相シャント抵抗７４はＥ相ローサイドスイッチ素子５５と負極端子１００ｂとの間に設けられている。Ｆ相シャント抵抗７５はＦ相ローサイドスイッチ素子５７と負極端子１００ｂとの間に設けられている。

ＩＳＧＥＣＵ１０は、これらシャント抵抗の抵抗値を記憶しており、この抵抗値と、シャント抵抗の両端電圧とから、各レグのローサイドスイッチに流れる電流量を検出し、ステータコイル２０４とロータコイル２０３に流動する電流量を推定する。なお、電流センサ７０としては上記例に限定されず、例えば、電流の流動によって発生する磁界に基づいて、電流量を検出する構成を採用することもできる。

次に、ロータインバータ５０を構成するスイッチ素子の短絡時のＩＳＧＥＣＵ１０の短絡処理を図３に基づいて説明する。例えばＩＳＧＥＣＵ１０が、保護スイッチ素子５８、Ｆ相ハイサイドスイッチ素子５６、および、Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５を閉状態に制御すると、図３に破線矢印で示す電流が流れる。この際にＥ相ハイサイドスイッチ素子５４が短絡故障すると、保護スイッチ素子５８、Ｅ相ハイサイドスイッチ素子５４、および、Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５を介して正極端子１００ａと負極端子１００ｂとが接続される。これにより、今まで流れていた破線矢印で示す電流が少なくなり、図３において実線矢印で示す大電流が流れる。ロータインバータ５０に対して、十分に容量の大きい平滑コンデンサ１００ｃが接続されているため、短絡時の電流は急速に大電流に到達する。

この場合、Ｅ相シャント抵抗７４を流れる電流量が急激に増大する。ＩＳＧＥＣＵ１０はこの電流量の増大を検出すると、保護スイッチ素子５８を閉状態から開状態に変化させるべく、保護スイッチ素子５８に入力していた制御信号の出力を止める。これにより、Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５での大電流の流動が抑制される。

次に、モータ制御装置１００の作用効果を説明する。上記したように、ＩＳＧＥＣＵ１０はＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子の短絡時に保護スイッチ素子５８を開状態にする。このため、短絡していない他のスイッチ素子それぞれの電流定格を高めなくともよくなる。このようにＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子それぞれの電流定格を高めなくとも、短絡状態を回避することができる。これにより、Ｅ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子のすべての電流定格が高められた構成と比べて、ロータインバータ５０の体格の増大が抑制される。この結果、モータ制御装置１００の体格の増大が抑制される。

保護スイッチ素子５８はＥ相レグ５１とＦ相レグ５２それぞれと直列接続されている。そのためＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子の短絡時に、保護スイッチ素子５８に短絡時の電流が流れる。しかしながら保護スイッチ素子５８はＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子よりも電流定格が高められている。より具体的には、保護スイッチ素子５８はパワーＭＯＳＦＥＴであり、Ｅ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子の短絡時の電流にも耐えるように設計されている。そのため短絡時の電流の通電によって保護スイッチ素子５８に損傷が生じることが抑制される。これにより上記したスイッチ素子の短絡時に保護スイッチ素子５８の動作が不安定となることが抑制される。

保護スイッチ素子５８は、Ｅ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子よりもスイッチング速度が遅くなっている。これによれば、短絡時に保護スイッチ素子５８の開閉状態を切り換える際に生じるサージ電圧が低まる。そのため短絡時に保護スイッチ素子５８の開閉状態を切り換える際に生じるサージ電圧によって保護スイッチ素子５８に損傷が生じることが抑制される。

ＩＳＧＥＣＵ１０はイグニッションスイッチのオン時に起動する。そしてＩＳＧＥＣＵ１０は保護スイッチ素子５８の検査を起動時に行う。これにより保護スイッチ素子５８の開閉動作保障が、車両の使用開始時に相当するイグニッションスイッチのオン時に確認される。

保護スイッチ素子５８はＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を構成するスイッチ素子よりも熱容量が大きくなっている。Ｅ相レグ５１およびＦ相レグ５２と、ＩＳＧＥＣＵ１０との間に保護スイッチ素子５８が位置している。これにより通電やスイッチング動作によって生じたＥ相レグ５１およびＦ相レグ５２それぞれの熱がＩＳＧＥＣＵ１０に伝達されることが、保護スイッチ素子５８によって抑制される。また保護スイッチ素子５８はロータインバータ５０の駆動時に閉状態に制御される。したがって保護スイッチ素子５８ではスイッチングによる発熱が生じ難い。これにより保護スイッチ素子５８にて生じる熱量が低くなっている。この結果、保護スイッチ素子５８の隣に位置するＩＳＧＥＣＵ１０の昇温が抑制されている。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

（その他の変形例）
本実施形態ではモータ２００はベルトを介して車両に搭載された内燃機関のクランクシャフトと連結されている例を示した。しかしながらモータ２００は動力分配機構を介してクランクシャフトと連結された構成を採用することもできる。

本実施形態では、保護スイッチ素子５８が正極端子１００ａとＥ相ハイサイドスイッチ素子５４との間、および、正極端子１００ａとＦ相ハイサイドスイッチ素子５６との間にも位置する例を示した。しかしながら保護スイッチ素子５８が負極端子１００ｂとＥ相ローサイドスイッチ素子５５との間、および、負極端子１００ｂとＦ相ローサイドスイッチ素子５７との間にも位置する構成を採用することもできる。

本実施形態では、ロータインバータ５０はフルブリッジ回路を構成している例を示した。しかしながらロータインバータ５０はハーフブリッジ回路を構成してもよい。

本実施形態ではステータインバータ３０とロータインバータ５０を構成するスイッチ素子はＭＯＳＦＥＴである例を示した。しかしながらステータインバータ３０とロータインバータ５０を構成するスイッチ素子としては、上記例に限定されずに、例えばＩＧＢＴを採用することもできる。この場合、スイッチ素子に対して還流ダイオードを別途逆並列接続する。

本実施形態ではステータインバータ３０を構成するスイッチ素子に片面冷却システムが採用される例を示した。しかしながらステータインバータ３０を構成するスイッチ素子を冷却するシステムとしては上記例に限定されず、例えば両面冷却システムを採用してもよい。また、流動する冷媒を用いた冷却システムであってもよい。

本実施形態ではステータインバータ３０とロータインバータ５０がシリコンから成る例を示した。しかしながらステータインバータ３０とロータインバータ５０の形成材料としては、例えばシリコンよりもバンドギャップの広い炭化ケイ素を採用してもよい。これによれば高温での動作を安定化させることができる。

また、ロータインバータ５０とステータインバータ３０とでは形成材料が異なってもよい。例えば、ロータインバータ５０を炭化ケイ素で形成し、ステータインバータ３０をシリコンで形成してもよい。

さらに言えば、ロータインバータ５０においては、Ｅ相レグ５１およびＦ相レグ５２の形成材料と、保護素子５３の形成材料とが異なってもよい。例えば、Ｅ相レグ５１およびＦ相レグ５２をシリコンで形成し、保護素子５３を炭化ケイ素で形成してもよい。

１０…ＩＳＧＥＣＵ、３０…ステータインバータ、５０…ロータインバータ、５１…Ｅ相レグ、５２…Ｆ相レグ、５３…保護素子、５４…Ｅ相ハイサイドスイッチ素子、５４ａ…Ｅ相ハイサイドダイオード、５５…Ｅ相ローサイドスイッチ素子、５５ａ…Ｅ相ローサイドダイオード、５６…Ｆ相ハイサイドスイッチ素子、５６ａ…Ｆ相ハイサイドダイオード、５７…Ｆ相ローサイドスイッチ素子、５７ａ…Ｆ相ローサイドダイオード、５８…保護スイッチ素子、５８ａ…保護ダイオード、１００…モータ制御装置、１００ａ…正極端子、１００ｂ…負極端子、２００…モータ、３００…ケース、４００…バッテリ

Claims (9)

1. 正極端子（１００ａ）と負極端子（１００ｂ）との間で直列接続された複数のスイッチ素子（５４，５５，５６，５７）を備えるレグ（５１，５２）と、
   前記正極端子と前記負極端子との間で前記レグと直列接続された、前記スイッチ素子よりも電流定格の高い保護スイッチ素子（５８）と、
   前記スイッチ素子の短絡時に前記保護スイッチ素子を開状態にする制御部（１０）と、
   前記レグ、前記保護スイッチ素子、および、前記制御部を搭載するプリント基板（５０ａ）と、を有し、
   前記スイッチ素子よりも前記保護スイッチ素子は熱容量が大きく、
   前記レグと前記制御部との間に前記保護スイッチ素子が位置している電力変換装置。
2. 前記レグを複数有し、
   複数の前記レグは前記正極端子と前記負極端子との間で並列接続されており、
   前記保護スイッチ素子は、複数の前記レグそれぞれに共通して、前記正極端子側、若しくは、前記負極端子側に設けられる請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記正極端子と前記負極端子との間で前記レグと並列接続された平滑コンデンサ（１００ｃ）を有し、
   前記保護スイッチ素子は前記スイッチ素子よりもスイッチング速度が遅い請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記制御部は前記保護スイッチ素子の開閉動作を検査する請求項１〜３いずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記制御部は起動毎に前記保護スイッチ素子の開閉動作を検査する請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記制御部のうちの温度的に保護したい回路素子と前記レグとの間に前記保護スイッチ素子が位置している請求項１〜５いずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 回転電機（２００）の巻線形回転子（２０１）と電気的に接続される請求項１〜６いずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記回転電機と一体的に連結されている請求項７に記載の電力変換装置。
9. 車両に搭載される請求項８に記載の電力変換装置。

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