JP6709182B2 - 放電装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動装置に設けられた平滑コンデンサを放電可能な放電装置等に関する。

例えば特許文献１は、車両用モータ駆動装置に設けられた平滑コンデンサを放電可能な放電バイパス回路及びその制御回路を備える放電制御装置を開示し、その制御回路は、モータによる誘起電圧が閾値を超えた時に、放電バイパス回路に放電を開始させることができる。特許文献１の放電バイパス回路（広義には、放電装置）は、抵抗器及びスイッチング素子を有し、スイッチング素子は、抵抗器と直列に接続され、スイッチング素子にオン信号が入力される時に、スイッチング素子は、オン状態となり、平滑コンデンサを放電可能になる。

特開２０１６−０５２１４０号公報

平滑コンデンサ及び放電バイパス回路の各々は、高圧バッテリＢ１と並列に接続されているので、特許文献１の放電バイパス回路のスイッチング素子は、例えば、高耐圧の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）で構成される。従って、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを有する放電バイパス回路（広義には、放電装置）は、大型化してしまう。

また、平滑コンデンサの放電時間を短くするために、特許文献１の放電バイパス回路の抵抗器は、例えば、高消費電力（高発熱）のセメント抵抗で構成される。従って、セメント抵抗を更に有する放電バイパス回路は、より一層大型化してしまう。

本発明の目的は、小型化可能な放電装置を提供することである。

以下に、本発明の概要を容易に理解するために、本発明に従う態様を例示する。

第１の態様において、車両の車輪を回転させるモータの駆動装置に設けられた平滑コンデンサの電荷を放電するための放電装置は、
前記平滑コンデンサと並列に接続される放電用回路部品と、
前記放電用回路部品の電流を調整する電流調整用回路部品と、
を備え、前記放電用回路部品及び前記電流調整用回路部品は、１組となるように構成され、且つ、複数組直列に接続される。

第１の態様では、放電装置において、放電用回路部品及び電流調整用回路部品は、１組となるように構成され、且つ、複数組直列に接続される。従って、１つの放電用回路部品に適用される電圧は、平滑コンデンサに印加される電圧が複数の放電用回路部品の個数に応じて減少された電圧であるので、１つの放電用回路部品に要求される耐圧は、減少される。個々の放電用回路部品に要求される耐圧が減少するので、放電用回路部品の個数が増加しても、放電装置は、小型化することができる。

また、第１の態様では、放電装置において、複数の電流調整用回路部品の各々は、対応する１つの放電用回路部品の電流を調整することができる。言い換えれば、第１の態様では、１組の放電用回路部品及び電流調整用回路部品において、放電用回路部品の電流（平滑コンデンサの放電時間）が電流調整用回路部品によって調整されるので、放電用回路部品の発熱量は、減少される。個々の放電用回路部品に要求される消費電力が減少するので、放電用回路部品の個数が増加しても、放電装置は、小型化することができる。

第１の態様に従属する第２の態様において、前記複数組の放電用回路部品及び電流調整用回路部品は、同一基板上に実装される。

第２の形態で示されるように、放電用回路部品が基板上に配置される時に、本発明者らは、放電用回路部品の電流の増加がその基板の温度の増加及びそれに伴う基板の劣化を生じさせ得ることを認識し、電流調整用回路部品を同一基板上に実装した。これにより、放電用回路部品の周囲温度又は外気温度が低い状況であっても、放電用回路部品の発熱で電流調整用回路部品の温度の減少を抑制し、放電用回路部品に流れる電流の増加を抑制することができる。

第２の態様に従属する第３の態様において、複数の前記放電用回路部品と、複数の前記電流調整用回路部品は、同一基板に、各々別の領域へ実装され、且つ各々隣接するよう配置される。

第３の態様では、放電用回路部品及び電流調整用回路部品は、１組となるように構成されて、電流調整用回路部品は、放電用回路部品に隣接するよう配置される。本発明者らは、電流調整用回路部品の温度が低い時に、放電用回路部品の電流が大きくなることを認識した。放電用回路部品の電流が流れる時に、放電用回路部品は発熱するので、その発熱によって電流調整用回路部品の温度は、低下し難い。これにより、放電装置の周囲温度又は外気温度が低い状況であっても、放電用回路部品の発熱量の増加は、抑制することができる。言い換えれば、放電装置の放電特性（放電用回路部品の電流の変動）は、周囲温度又は外気温度の影響を受け難い。

第３の態様に従属する第４の態様において、前記放電用回路部品は、放電用トランジスタと放電用抵抗とを含み、前記電流調整用回路部品は、電流調整用トランジスタと電流調整用抵抗とを含み、複数の放電用トランジスタと、複数の電流調整用トランジスタは、各々別の同一軸上に配置されるよう基板に実装される。

第４の態様では、複数の放電用トランジスタと、複数の電流調整用トランジスタは、各々別の同一軸上に配置されるよう基板に実装されるので、電流調整用トランジスタは、放電用トランジスタの近くに配置することができる。

当業者は、例示した本発明に従う態様が、本発明の精神を逸脱することなく、さらに変更され得ることを容易に理解できるであろう。

本発明に従う放電装置を含む、モータ駆動システムの構成例を示す。 図２（Ａ）は、図１の放電装置の平面レイアウト例を示し、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の放電用トランジスタを取り囲む範囲の説明図を示す。

以下に説明する最良の実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。

図１は、本発明に従う放電装置Ｈを含む、モータ駆動システムの構成例を示す。図１の例において、モータ駆動システムは、例えば電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、ハイブリッド自動車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）等の車両の車輪を回転させる例えば３相のモータＭ（車両用モータ）を駆動するための駆動装置Ｄｖを備え、駆動装置Ｄｖは、コンデンサＣｄと、放電装置Ｈと、３相のインバータ回路と、を有している。

図１の３相のインバータ回路は、数百［Ｖ］以上の高圧のバッテリＢ１から供給される直流電力を３相の駆動電力に変換し、３相の駆動電力をモータＭに供給することができる。図１の平滑コンデンサＣｄは、インバータ回路の前段に設けられ、直流電力の元である直流電圧（バッテリＢ１の出力電圧）の変動を抑制し、直流電圧を平滑化することができる。図１の放電装置Ｈは、平滑コンデンサＣｄとインバータ回路との間に設けられ、平滑コンデンサＣｄの電荷を放電可能である。

図１の例において、モータ駆動システムは、コンタクタＣａ（広義には、スイッチング素子）を更に備え、コンタクタＣａが図示されない制御部によって閉状態に制御又は変更される時に、駆動装置Ｄｖ又は図示されない制御部によって制御されるインバータ回路は、モータＭを駆動することができる。モータ駆動システムは、コンバータＣｖ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を更に備えることができ、コンバータＣｖは、バッテリＢ１の出力電圧（平滑コンデンサＣｄに印加される電圧又はインバータ回路に供給される電圧）を昇圧することができる。この放電装置Ｈは、上下の電力線（パッドＴｐ１及びＴｐ２）を介して、平滑コンデンサＣｄの電荷を常時放電しており、コンタクタＣａが開状態となることで、所定の時間内に平滑コンデンサＣｄの電圧を所定値以下にすることが可能となる。

図１の放電装置Ｈは、平滑コンデンサＣｄと並列に接続される放電用回路部品（Ｒ６，Ｑ１，Ｒ７，Ｑ２，Ｒ８，Ｑ３，Ｒ９，Ｑ４）と、放電装置の電流を調整する電流調整用回路部品（Ｒ２，Ｑ５，Ｒ３，Ｑ６，Ｒ４，Ｑ７，Ｒ５，Ｑ８）と、を備える。放電用回路部品及び電流調整用回路部品は、１組となるように構成され、且つ、複数組直列に接続される（Ｒ６，Ｑ１，Ｒ２，Ｑ５）（Ｒ７，Ｑ２，Ｒ３，Ｑ６）（Ｒ８，Ｑ３，Ｒ４，Ｑ７）（Ｒ９，Ｑ４，Ｒ５，Ｑ８）。放電用回路部品は、直列に接続される複数の放電素子（Ｒ６，Ｑ１），（Ｒ７，Ｑ２），（Ｒ８，Ｑ３），（Ｒ９，Ｑ４）を有し、例えば１つの放電素子（Ｒ６，Ｑ１）は、直列に接続される放電用抵抗Ｒ６（典型的には、チップ抵抗）及び放電用トランジスタＱ１（典型的には、バイポーラトランジスタ）を含む。放電装置Ｈは、抵抗Ｒ１０を更に備えることができ、ここで、抵抗Ｒ１０（典型的には、チップ抵抗）は、エミッタ抵抗であり、放電装置Ｈの電流を安定化することができる。

電流調整用回路部品は、直列に接続される複数の電流調整素子（Ｒ２，Ｑ５），（Ｒ３，Ｑ６），（Ｒ４，Ｑ７），（Ｒ５，Ｑ８）を有し、例えば１つの電流調整素子（Ｒ２，Ｑ５）は、直列に接続される電流調整用抵抗Ｒ２（典型的には、チップ抵抗）及び電流調整用トランジスタＱ５（典型的には、バイポーラトランジスタ）を含む。電流調整用トランジスタＱ５は、複数の放電用トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のうちの１つの対応する放電用トランジスタＱ１に最も近く配置され、１つの対応する放電用トランジスタＱ１のＯＮとＯＦＦとを切り替え、且つ１つの対応する放電用トランジスタＱ１のコレクタ電流を調整する。

図１において、複数の放電用トランジスタの各々（例えば放電用トランジスタＱ１）に適用される電圧は、平滑コンデンサＣｄに印加される電圧が複数の放電用トランジスタの個数（例えば「４」）に応じて減少された電圧であるので、１つの放電用トランジスタＱ１に要求される耐圧は、減少される。個々の放電用トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４に要求される耐圧が減少するので、放電用トランジスタの個数（特許文献１の放電バイパス回路のスイッチング素子（例えば、高耐圧の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）の個数は、「１」である。）が増加しても、放電装置Ｈは、小型化することができる。

また、図１において、放電装置Ｈの電流（平滑コンデンサＣｄの電荷の放電時間）が電流調整用回路部品によって調整（具体的には、電流調整用トランジスタＱ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８によって調整）されるので、放電用抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９の発熱量は、減少される。個々の放電用抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９に要求される消費電力が減少するので、放電用抵抗の個数（特許文献１の放電バイパス回路の抵抗器（例えば、セメント抵抗）の個数は、「１」である。）が増加しても、放電装置Ｈは、小型化することができる。

加えて、図１において、例えば電流調整用トランジスタＱ５は、例えば放電用トランジスタＱ１の近くに配置される。本発明者らは、電流調整用トランジスタＱ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８の温度が低い時に、放電装置Ｈの電流（放電用トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のコレクタ電流）が大きくなることを認識した。放電用トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４がＯＮされる時に、放電用トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は発熱するので、その発熱によって電流調整用トランジスタＱ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８の温度は、低下し難い。これにより、放電装置Ｈの周囲温度又は外気温度が低い状況であっても、放電用抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９の発熱量の増加は、抑制することができる。言い換えれば、放電装置Ｈの放電特性（放電装置Ｈの電流の変動）は、周囲温度又は外気温度の影響を受け難い。

図２（Ａ）は、図１の放電装置Ｈの平面レイアウト例を示し、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の放電用トランジスタＱ１を取り囲む範囲ＡＲの説明図を示す。図２（Ａ）の例において、放電装置Ｈは、例えば１枚の基板Ｓｂ上に配置され、複数組（Ｒ６，Ｑ１，Ｒ２，Ｑ５）（Ｒ７，Ｑ２，Ｒ３，Ｑ６）（Ｒ８，Ｑ３，Ｒ４，Ｑ７）（Ｒ９，Ｑ４，Ｒ５，Ｑ８）の放電用回路部品及び電流調整用回路部品は、同一基板Ｓｂ上に実装される。図２（Ａ）において、複数の放電用回路部品と、複数の電流調整用回路部品は、同一基板Ｓｂに、各々別の領域へ実装され、且つ各々隣接するよう配置される。言い換えれば、図２（Ａ）の放電装置Ｈの平面視において、ラインＬｉ１を基準として、放電用回路部品（Ｒ６，Ｑ１）（Ｒ７，Ｑ２）（Ｒ８，Ｑ３）（Ｒ９，Ｑ４）はパッドＴＰ１側（下側）に配置される一方、電流調整用回路部品（Ｒ２，Ｑ５）（Ｒ３，Ｑ６）（Ｒ４，Ｑ７）（Ｒ５，Ｑ８）は、パッドＴＰ２側（上側）に配置されて、放電用回路部品（Ｒ６，Ｑ１）（Ｒ７，Ｑ２）（Ｒ８，Ｑ３）（Ｒ９，Ｑ４）の実装領域は、電流調整用回路部品（Ｒ２，Ｑ５）（Ｒ３，Ｑ６）（Ｒ４，Ｑ７）（Ｒ５，Ｑ８）の実装領域に隣接している。

加えて、複数の放電用トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４と、複数の電流調整用トランジスタＱ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８は、各々別の同一軸Ｂ，Ａ上に配置されるよう基板Ｓｂに実装される。なお、パッドＴＰ１の電位は、パッドＴＰ２の電位よりも高く、電流調整用抵抗Ｒ２の両端電圧で放電用トランジスタＱ１のベースＢに電圧が印加される時に、放電用トランジスタＱ１は、ＯＮされ、同様に、放電用トランジスタＱ２，Ｑ３，Ｑ４も、ＯＮされる。

放電用抵抗Ｒ６に電流が流れ、同様に、放電用抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９に電流が流れ、放電用抵抗Ｒ６の電流が増加して電流調整用トランジスタＱ５のベースＢに印加される電圧が閾値以上である時に、電流調整用トランジスタＱ５は、ＯＮされ、同様に、電流調整用トランジスタＱ６，Ｑ７，Ｑ８も、ＯＮされる。

電流調整用トランジスタＱ５がＯＮされる時に、放電用トランジスタＱ１のベースＢの電圧が減少して、放電用トランジスタＱ１は、ＯＦＦされ、同様に、放電用トランジスタＱ２，Ｑ３，Ｑ４も、ＯＦＦされる。

放電用抵抗Ｒ６の電流が減少し、同様に、放電用抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９の電流も減少する時に、電流調整用トランジスタＱ５は、ＯＦＦされ、同様に、電流調整用トランジスタＱ６，Ｑ７，Ｑ８も、ＯＦＦされる。その後、放電用トランジスタＱ１は、再びＯＮされ、同様に、放電用トランジスタＱ２，Ｑ３，Ｑ４も、再びＯＮされる。このように、放電用トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、電流調整用トランジスタＱ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８のＯＮ／ＯＦＦによって、ＯＮとＯＦＦとを切り替えられ、その切り替えは、繰り返される。なお、放電装置Ｈの電流は、増加と減少とが切り替えられ、その切り替えは、繰り返されるので、一定の電流とみなすことができ、放電装置Ｈは、定電流回路を有しているとも言える。

特に、本発明者らは、放電装置Ｈが基板Ｓｂ上に配置される時に、放電装置Ｈの電流の増加が基板Ｓｂの温度の増加及びそれに伴う基板Ｓｂの劣化を生じさせ得ることを認識し、例えば電流調整用トランジスタＱ５は、放電用トランジスタＱ１の近くに配置した。これにより、放電装置Ｈの周囲温度又は外気温度が低い状況であっても、放電用トランジスタＱ１の発熱で電流調整用トランジスタＱ５の温度の減少を抑制し、放電用抵抗Ｒ６に流れる電流の増加を抑制することができる。同様に、電流調整用トランジスタＱ６、Ｑ７及びＱ８は、それぞれ、放電用トランジスタＱ２、Ｑ３及びＱ４の近くに配置し、放電用抵抗Ｒ７、Ｒ８及びＲ９に流れる電流の増加を抑制することができる。

また、本発明者ら又は当業者は、放電装置Ｈに要求される平滑コンデンサＣｄの電荷の放電時間を考慮しながら、電流調整用トランジスタＱ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８を例えば図２（Ａ）で示されるように配置するとともに、放電装置Ｈの回路要素の特性（放電用抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９の抵抗値、電流調整用抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５の抵抗値、抵抗Ｒ１０（エミッタ抵抗）の抵抗値を含む）を決定することができる。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）において、放電用トランジスタＱ１の周囲に、複数の放電用抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９のうちの２つの隣り合う放電用抵抗Ｒ６，Ｒ７と複数の電流調整用抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５のうちの２つの隣り合う電流調整用抵抗Ｒ２，Ｒ３とが配置されている。２つの隣り合う放電用抵抗Ｒ６，Ｒ７及び２つの隣り合う電流調整用抵抗Ｒ２，Ｒ３で放電用トランジスタＱ１を取り囲む範囲ＡＲ内に、具体的には、図２（Ｂ）で示される２つの隣り合う電流調整用抵抗Ｒ２，Ｒ３のラインＬｉ２上に、放電用トランジスタＱ１に対応する、複数の電流調整用トランジスタＱ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８のうちの１つの電流調整用トランジスタＱ５が配置されることが好ましい。これにより、電流調整用トランジスタＱ５は、放電用トランジスタＱ１に最も近く配置することができる。

同様に、図２（Ａ）において、複数の放電用抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９のうちの２つの隣り合う放電用抵抗Ｒ７，Ｒ８及び複数の電流調整用抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５のうちの２つの隣り合う電流調整用抵抗Ｒ３，Ｒ４で放電用トランジスタＱ２を取り囲む範囲内に、電流調整用トランジスタＱ６が配置される。また、複数の放電用抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９のうちの２つの隣り合う放電用抵抗Ｒ８，Ｒ９及び複数の電流調整用抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５のうちの２つの隣り合う電流調整用抵抗Ｒ４，Ｒ５で放電用トランジスタＱ３を取り囲む範囲内に、電流調整用トランジスタＱ７が配置される。また、複数の放電用抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９のうちの２つの隣り合う電流調整用抵抗Ｒ４，Ｒ５のライン上に、又は、電流調整用抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ１０とのライン上に、電流調整用トランジスタＱ８が配置される。

本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。

ＡＲ・・・範囲、Ｂ・・・ベース、Ｃ・・・コレクタ、Ｃａ・・・コンタクタ、Ｃｄ・・・平滑コンデンサ、Ｃｖ・・・コンバータ、Ｄｖ・・・駆動装置、Ｅ・・・エミッタ、Ｈ・・・放電装置、Ｌｉ１，Ｌｉ２・・・ライン、Ｍ・・・モータ、Ｑ１〜Ｑ８・・・トランジスタ、Ｒ２〜Ｒ１０・・・抵抗、Ｓｂ・・・基板、Ｔｐ１，Ｔｐ２・・・パッド。

Claims (2)

1. 車両の車輪を回転させるモータの駆動装置に備えられた平滑コンデンサの電荷を放電するための放電装置であって、
   放電装置は、前記平滑コンデンサとインバータ回路との間に設けられ、
   前記平滑コンデンサと並列に接続される放電用回路部品と、
   前記放電用回路部品の電流を調整する電流調整用回路部品と、
   を備え、前記放電用回路部品及び前記電流調整用回路部品は、１組となるように構成され、且つ、複数組直列に接続され、
   複数の前記放電用回路部品と、複数の前記電流調整用回路部品は、同一基板に、各々別の領域へ実装され、且つ前記放電用回路部品の発熱が前記電流調整用回路に伝わるように、各々隣接するよう配置されることを特徴とする放電装置。
2. 前記放電用回路部品は、放電用トランジスタと放電用抵抗とを含み、前記電流調整用回路部品は、電流調整用トランジスタと電流調整用抵抗とを含み、複数の放電用トランジスタと、複数の電流調整用トランジスタは、各々別の同一軸上に配置されるよう基板に実装されることを特徴とする請求項１に記載の放電装置。

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