JP6892856B2 - モータ駆動装置および空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置および空気調和機に関する。

モータ駆動装置を構成するインバータはインバータモジュールを有し、インバータモジュールには複数のスイッチング素子が配置される。複数のスイッチング素子をチップとして実装する際、チップ面積を小さくすることにより、ウェハから取り出すときの歩留まりが向上する。またチップコストが高いワイドバンドギャップ（Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ Ｇａｐ：ＷＢＧ）半導体をスイッチング素子に用いて、低容量のインバータモジュールを複数個並列に接続して使用することにより、インバータの低コスト化を図ることができる場合がある。

特許文献１にはインバータユニットを分割して小容量のユニットを複数使用して並列駆動する技術が開示されている。

特開２０１０−１６１８４６号公報

しかしながら、同一の基板上に低容量のインバータモジュールを複数個並列に配置する場合、インバータモジュールの配置面積が増加するだけでなく、基板上のパターンの引き回しが複雑化する。基板上のパターンの引き回しが複雑化することにより、相対的にパターン配線長が長くなり、パターン配線のインピーダンスが増加する。そしてパターン配線のインピーダンスの増加に起因したノイズの影響により、スイッチング素子が誤動作し、インバータの信頼性の低下を引き起こすおそれがある。またＷＢＧ半導体が用いられたスイッチング素子は、電圧変動率であるｄＶ／ｄｔが高く高速なスイッチができるため、さらにノイズが発生し易くなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コスト低減を図りながら誤動作の発生を抑制できるモータ駆動装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動装置は、モータを駆動するモータ駆動装置であって、３つの同じサイズのインバータモジュールを有し、モータに交流電力を出力するインバータ部を備える。また本発明に係るモータ駆動装置は、３つのインバータモジュールのそれぞれを制御信号によって制御するマイコン周辺部と、第１の主面および第１の主面の逆側の面である第２の主面を有し、第１の主面にマイコン周辺部が配置される第１の基板と、第２の主面に対向する第３の主面および第３の主面の逆側の面である第４の主面を有し、３つのインバータモジュールの各中心線が一直線上に載るように３つのインバータモジュールが第４の主面に並んで配置される第２の基板と、を備え、第２の基板には、３つのインバータモジュールに接続されるパワーライン用のグランドと、３つのインバータモジュールおよびマイコン周辺部に接続される制御信号用のグランドとが別々に設けられ、パワーライン用のグランドは、第１の基板のグランド端子に一点接地され、一直線が伸びる第１方向に関しては、３つのインバータモジュールのうちの中央に位置するインバータモジュールおよびマイコン周辺部を第２の基板と垂直な平行光線で第２の基板上に投影してなる領域のうちの一方に他方が含まれ、第１方向に垂直な方向に関しては、一方の少なくとも一部が他方に重なるように、中央に位置するインバータモジュールが第２の基板に配置されかつマイコン周辺部が第１の基板に配置される。インバータモジュールは、それぞれが第１の基板に接続されて制御信号が入力される複数の制御端子を備え、複数の制御端子は、第２の基板の一対の辺部の一方側に配列される。

本発明に係るモータ駆動装置は、コスト低減を図りながら誤動作の発生を抑制できる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の構成例を示す図 一般的なインバータを構成するインバータモジュールの内部構成を模式的に示す図 図１に示すインバータを構成する複数のインバータモジュールを模式的に示す図 図２に示すインバータモジュールを配置した基板を模式的に示す図 図３に示す複数のインバータモジュールを配置した基板を模式的に示す図 図５に示す基板上のパターンレイアウトを模式的に示す図 本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置を構成する第１の基板および第２の基板を示す図 図７に示す基板上のパターンレイアウトを模式的に示す図 図８に示すパターンレイアウトの第１の変形例を示す図 図８に示すパターンレイアウトの第２の変形例を示す図 図７から図１０に示す複数のインバータモジュールを第２の基板へ配置した状態を示す図 図１１に示す第２の基板上のパターンレイアウトを示す図 本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置を構成する第１の基板および第２の基板を組み合わせた状態を示す図 図１３に示すスナバコンデンサの配置位置を変更した例を示す図 図１３に示す第１の基板と第２の基板と３つのインバータモジュールとを側面から見た図 本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置を搭載した空気調和機の構成図

以下に、本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置および空気調和機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の構成例を示す図である。

モータ駆動装置１００は、交流電源１から出力される交流電力を直流電力に変換する整流回路３と、リアクタ２と、整流回路３から出力される直流電圧を平滑化する平滑コンデンサ４とを備える。

またモータ駆動装置１００は、平滑コンデンサ４の両端電圧を検出する電圧検出部８と、直流電力を３相交流電力に変換して３相モータであるモータ６を駆動するインバータ部５とを備える。

またモータ駆動装置１００は、モータ６に流れる交流電流であるモータ電流を検出して検出情報を出力する電流検出部９と、交流電源１を短絡する短絡部７と、制御部１１に制御用電源を供給する電源回路１０と、制御部１１とを備える。

正極側電源線１２は、整流回路３から出力され正極側電圧が印加される直流給電母線である。

負極側電源線１３は、整流回路３から出力され負極側電圧が印加される直流給電母線である。

正極側電源線１２および負極側電源線１３は整流回路３とインバータ部５との間に配線される。

平滑コンデンサ４は、一端が正極側電源線１２に接続され、他端が負極側電源線１３に接続される。

制御部１１は、電流検出部９から出力される検出情報に基づいて、インバータ部５を制御するためのパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）信号を生成すると共に、短絡部７のオンオフ動作を制御する。

モータ駆動装置１００は、空気調和機、冷凍機、洗濯乾燥機、冷蔵庫、除湿器、ヒートポンプ式給湯機、ショーケース、掃除機、ファンモータ、換気扇、手乾燥機、および誘導加熱電磁調理器といった機器において、当該機器に内蔵されるモータを駆動する装置として用いることができる。

図２は一般的なインバータを構成するインバータモジュールの内部構成を模式的に示す図である。

図２に示すインバータ部５Ａは、単一のインバータモジュール５Ａ１を備える。

インバータモジュール５Ａ１の正極側端子１４は正極側電源線１２に接続される。インバータモジュール５Ａ１の負極側端子１５は負極側電源線１３に接続される。

図２では、インバータモジュール５Ａ１の負極側端子１５と負極側電源線１３との間にシャント抵抗１６が接続される。但しシャント抵抗１６の位置は図示例に限定されるものではない。

インバータモジュール５Ａ１は、６つのスイッチング素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆを備える。

具体的には、インバータモジュール５Ａ１は、直列接続されたスイッチング素子５０ａ，５０ｂと、直列接続されたスイッチング素子５０ｃ，５０ｄと、直列接続されたスイッチング素子５０ｅ，５０ｆとを備える。

スイッチング素子５０ａ，５０ｂはＵ相に対応し、スイッチング素子５０ｃ，５０ｄはＶ相に対応し、スイッチング素子５０ｅ，５０ｆはＷ相に対応する。

スイッチング素子５０ａ，５０ｃ，５０ｅは上アームを構成し、スイッチング素子５０ｂ，５０ｄ，５０ｆは下アームを構成する。

スイッチング素子５０ａとスイッチング素子５０ｂとの接続点、スイッチング素子５０ｃとスイッチング素子５０ｄとの接続点、およびスイッチング素子５０ｅとスイッチング素子５０ｆとの接続点は、それぞれがモータ６に接続される。

正極側電源線１２および負極側電源線１３から供給される直流電力は、スイッチング素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆがスイッチング動作することにより交流電力に変換され、変換された交流電力がモータ６に供給される。

図３は図１に示すインバータを構成する複数のインバータモジュールを模式的に示す図である。

インバータ部５は、Ｕ相に対応するインバータモジュール５１と、Ｖ相に対応するインバータモジュール５２と、Ｗ相に対応するインバータモジュール５３とを備える。

インバータモジュール５１，５２，５３のそれぞれの正極側端子１４は、正極側電源線１２に接続される。

インバータモジュール５１〜５３のそれぞれの負極側端子１５は、負極側電源線１３に接続される。

図３では、インバータモジュール５１〜５３のそれぞれの負極側端子１５と負極側電源線１３との間にシャント抵抗１６−１，１６−２，１６−３が接続される。但しシャント抵抗１６−１〜１６−３の位置は図示例に限定されるものではない。

インバータモジュール５１は６つのスイッチング素子５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆを備える。

具体的には、インバータモジュール５１は、直列接続されたスイッチング素子５１ａ，５１ｂと、直列接続されたスイッチング素子５１ｃ，５１ｄと、直列接続されたスイッチング素子５１ｅ，５１ｆとを備える。

スイッチング素子５１ａ，５１ｃ，５１ｅは上アームを構成し、スイッチング素子５１ｂ，５１ｄ，５１ｆは下アームを構成する。

スイッチング素子５１ａとスイッチング素子５１ｂとの接続点、スイッチング素子５１ｃとスイッチング素子５１ｄとの接続点、およびスイッチング素子５１ｅとスイッチング素子５１ｆとの接続点は、それぞれが出力端子１７を介してモータ６に接続される。

インバータモジュール５２はインバータモジュール５１と同様に６つのスイッチング素子５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ，５２ｆを備える。インバータモジュール５３はインバータモジュール５１と同様に６つのスイッチング素子５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄ，５３ｅ，５３ｆを備える。インバータモジュール５２，５３のそれぞれのスイッチング素子の接続構成はインバータモジュール５１のスイッチング素子の接続構成と同様である。

以下ではスイッチング素子５２ａ〜５２ｆおよびスイッチング素子５３ａ〜５２ｆの説明を省略するが、スイッチング素子５２ａ〜５２ｆおよびスイッチング素子５３ａ〜５２ｆは、スイッチング素子５１ａ〜５１ｆと同様に構成されているものとする。

スイッチング素子５１ａ〜５１ｆには、ワイドバンドギャップ半導体と呼ばれる炭化ケイ素（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ：ＳｉＣ）が一例として用いられる。

ワイドバンドギャップ半導体を用いることで耐電圧性が高く、許容電流密度も高くなるため、モジュールの小型化が可能となる。ワイドバンドギャップ半導体は耐熱性も高いため、後述する放熱フィン４７の小型化が可能になる。

６個のスイッチング素子を備えたインバータモジュール５１〜５３は、それぞれが一つのレグを構成する。そのため計１８個のスイッチング素子でインバータ部５が構成される。

これに対して前述した図２のインバータ部５Ａは計６個のスイッチング素子で構成される。そのため図３に示すスイッチング素子５１ａ〜５１ｆのそれぞれに流れる電流の値は、図２に示すスイッチング素子５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆのそれぞれに流れる電流の値の三分の一である。

その結果、スイッチング素子５１ａ〜５１ｆのそれぞれの電流容量を低減することができ、インバータモジュール５１〜５３のそれぞれのチップ面積を小さくすることができる。そのため、ウェハから取り出す際の歩留まりが向上し、インバータモジュール５１〜５３の製造コストを低減できる。

図４は図２に示すインバータモジュールを配置した基板を模式的に示す図である。図５は図３に示す複数のインバータモジュールを配置した基板を模式的に示す図である。

図４，５に示す基板２０，２０−１には、一般的なモータ駆動装置に用いられる機器が配置される。

図４の基板２０は、電源入力部２１、ノイズフィルタ２２、コンバータ回路２３、平滑コンデンサ２４、インバータモジュール２５、検出回路２６、およびマイコン周辺部２７を備える。

電源入力部２１には図１の交流電源１が接続される。コンバータ回路２３には図１の整流回路３および短絡部７が含まれる。

平滑コンデンサ２４は図１の平滑コンデンサ４に相当する。インバータモジュール２５は図２のインバータモジュール５Ａ１に相当する。

検出回路２６は図２のシャント抵抗１６に相当する。マイコン周辺部２７は図１の制御部１１に相当する。

ノイズフィルタ２２とコンバータ回路２３との間には、図１のリアクタ２が接続される。但し図４ではリアクタ２の図示を省略している。

電源入力部２１から入力された交流電力はノイズフィルタ２２、リアクタ２、コンバータ回路２３および平滑コンデンサ２４により、直流電力に変換され、この直流電力はインバータモジュール２５に入力される。

図５の基板２０−１には、図４のインバータモジュール２５および検出回路２６の代わりに、３つのインバータモジュール２５−１，２５−２，２５−３および３つの検出回路２６−１，２６−２，２６−３が配置される。これら以外の構成要素は基板２０と同様であるため説明を省略する。

検出回路２６−１〜２６−３は図３のシャント抵抗１６−１〜１６−３に相当する。

インバータモジュール２５−１〜２５−３は図３のインバータモジュール５１〜５３に相当する。インバータモジュール２５−１〜２５−３は、インバータモジュール２５−１、インバータモジュール２５−２およびインバータモジュール２５−３の順で、基板２０−１の長手方向に沿って直線状に配列される。

図６は図５に示す基板上のパターンレイアウトを模式的に示す図である。

正極側のパワーパターンＰ１は、図１の正極側電源線１２に相当し、コンバータ回路２３、平滑コンデンサ２４、およびインバータモジュール２５−１〜２５−３と電気的に接続している。

負極側のパワーパターンＮ１は、図１の負極側電源線１３に相当し、コンバータ回路２３、平滑コンデンサ２４、および検出回路２６−１〜２６−３と電気的に接続している。

パワーパターンＰ１，Ｎ１は、パワーパターンＰ１，Ｎ１に流れる電流の値が大きくなるほど発熱量が大きくなるため、電流の値に応じてパターン幅またはパターン厚を大きくする必要がある。一方、パターン配線同士を接続するためにリード線を用いた場合、リード線を含むパターン配線長が長くなるため、ノイズの影響を受け易い。リード線を用いる事で、基板サイズの大型化を抑制しつつ、インピーダンスの影響も抑制するような設計が可能になる。

図６に示す基板２０−１では、３つのインバータモジュール２５−１〜２５−３が配置されるため、インバータモジュール２５−１〜２５−３を配置するための面積を確保する必要があると共に、インバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれに接続されるパワーパターンＰ１，Ｎ１を引き回すための面積も確保する必要がある。

また、基板２０−１上に配置されるモジュール数の増加により、マイコン周辺部２７とインバータモジュール２５−１〜２５−３との距離が離れてしまう。特に図６のようにマイコン周辺部２７の近くに、３つのインバータモジュール２５−１〜２５−３がこの順で直線状に配列されている場合、インバータモジュール２５−３からマイコン周辺部２７までの距離は、インバータモジュール２５−１からマイコン周辺部２７までの距離よりも長くなる。

このようにインバータモジュール２５−３からマイコン周辺部２７までの距離が長くなるほど、マイコン周辺部２７とインバータモジュール２５−１〜２５−３との間に配線される制御配線７１−１〜７１−３の長さが長くなり、ノイズの影響を受け易くなり、検出性が低下するおそれがある。

具体的には、制御配線に伝達されるモータ電流検出信号にノイズが乗ることにより、モータ制御性が低下し、さらに保護回路の誤動作が懸念される。保護回路の誤動作とは、例えば過電流設計値に対して低い値で保護が働くことをいう。

また、制御配線に伝達されるＰＷＭ信号であるゲート駆動信号にノイズが乗り、上下アームを構成する各スイッチング素子のオンオフタイミングがずれてしまい、上下アームの短絡が起こるおそれがある。

また、インバータモジュール２５−１〜２５−３にはＳｉＣのスイッチング素子が用いられているため、スイッチングによるｄＶ／ｄｔが大きく、同一の配線インピーダンスに対する発生ノイズが大きくなる。

また、ゲート駆動電圧のスレッシュホールドＶｔｈが１Ｖ程度と低いため、ノイズによる誤動作を起こすおそれが高い。

本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置はこれらの問題点を解消するための構成を有する。以下、この構成例を具体的に説明する。

図７は本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置を構成する第１の基板および第２の基板を示す図である。図８は図７に示す基板上のパターンレイアウトを模式的に示す図である。

図６の基板２０−１との違いは以下の通りである。
（１）第１の基板３０には、制御端子２８、ＧＮＤ端子４０およびパワー端子４１が配置されること。
（２）インバータモジュール２５−１〜２５−３が第２の基板３１に配置されること。
（３）検出回路２６−１〜２６−３が第２の基板３１に配置されること。

第１の基板３０には、交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換するための電源入力部２１、ノイズフィルタ、およびコンバータ回路２３が配置される。

また第１の基板３０には、直流電力を平滑化してインバータモジュール２５−１〜２５−３へ供給するための平滑コンデンサ２４が配置される。

さらに第１の基板３０には、マイコン周辺部２７、制御端子２８、ＧＮＤ端子４０およびパワー端子４１が配置される。

制御端子２８は、マイコン周辺部２７に接続される。パワー端子４１はパワーパターンＰ１に接続される。ＧＮＤ端子４０はパワーパターンＮ１に接続される。

第２の基板３１には、インバータモジュール２５−１〜２５−３および検出回路２６−１〜２６−３が配置される。

インバータモジュール２５−１〜２５−３は、インバータモジュール２５−１、インバータモジュール２５−２およびインバータモジュール２５−３の順で、第２の基板３１の長手方向に沿って直線状に配列される。

第２の基板３１上における正極側のパワーパターンＰ２は、図１の正極側電源線１２の一部に相当し、インバータモジュール２５−１〜２５−３を電気的に接続している。

第２の基板３１上における負極側のパワーパターンＮ２は、図１の負極側電源線１３の一部に相当し、検出回路２６−１〜２６−３と電気的に接続し、第２の基板３１上における負極側のパワーパターンＮ３は、インバータモジュール２５−１〜２５−３と検出回路２６−１〜２６−３をそれぞれ電気的に接続している。

検出回路２６−１〜２６−３は、それぞれの一端がパワーパターンＮ２に接続され、それぞれの他端がパワーパターンＮ３に接続される。

３つのインバータモジュール２５−１〜２５−３は、それぞれがパワーパターンＰ２とパワーパターンＮ２との間に並列に接続される。

インバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれの正極側端子１４は、パワーパターンＰ２に接続される。パワーパターンＰ２は、インバータモジュール２５−１〜２５−３へ直流電力を供給するパワー配線４２を介して、第１の基板３０上のパワー端子４１に接続される。

これによりインバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれの正極側端子１４と、第１の基板３０上のパワーパターンＰ１との間に電流が流れる。

インバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれの負極側端子１５は、パワーパターンＮ３に接続される。パワーパターンＮ３は検出回路２６−１〜２６−３を介してパワーパターンＮ２に接続される。パワーパターンＮ２は、パワー配線４３を介して、第１の基板３０上のＧＮＤ端子４０およびパワーパターンＮ１に接続される。

これによりインバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれの負極側端子１５と、第１の基板３０上のパワーパターンＮ１との間に電流が流れる。

なおパワーパターンＰ２およびパワー配線４２は、正極側の金属板リードで構成される。またパワーパターンＮ２、パワーパターンＮ３およびパワー配線４３は負極側の金属板リードで構成される。金属板リードの詳細は後述する。

インバータモジュール２５−１〜２５−３は、制御端子２８および制御端子４４を介して、マイコン周辺部２７と電気的に接続されている。制御端子４４は、インバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれに設けられ、第２の基板３１の一対の辺部の一方側に配列される。図示例ではそれぞれの制御端子４４が第２の基板３１の辺部よりも外側に位置する。制御端子４４は、制御配線４５に接続され、制御配線４５は、第１の基板３０上の制御端子２８に接続される。制御配線４５をパワー配線４３から遠ざけることにより、ノイズの影響を抑制することができる。このようにインバータモジュール２５−１〜２５−３は図１１に示すような端子配置となっており、第２の基板３１の辺部よりも外側に位置する制御端子４４群は制御用の低圧端子である。そして第２の基板３１上において、パワー配線４３と制御配線４５とは出来る限り遠ざけた方が望ましいため、制御端子２８は第１の基板３０に配置されている。ただしインバータモジュール２５−１〜２５−３の制御端子４４の長さが不足する場合もあるため、その場合、図示しない制御端子を第２の基板３１上に設けて、当該制御端子をインバータモジュール２５−１〜２５−３の制御端子４４群に接続し、当該制御端子には制御配線４５の一端が接続され、制御配線４５の他端は第１の基板３０上の制御端子２８に接続される。

これによりインバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれの負極側端子１５と第１の基板３０上のマイコン周辺部２７との間に電流が流れる。

図８の第１の基板３０と、図６の基板２０−１とを比較すると、コンバータ回路２３および平滑コンデンサ２４の配置位置は互いに同一である。そのため第１の基板３０と基板２０−１とでは、コンバータ回路２３と平滑コンデンサ２４の周辺のパワーパターンＰ１，Ｎ１とのレイアウトが同じである。

一方、図８の第１の基板３０では、図６のインバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれに並列に接続されるパワーパターンが省かれる。そして当該パワーパターンが第１の基板３０から省かれる代わりに、第２の基板３１上にパワーパターンＰ２，Ｎ２，Ｎ３が設けられる。

前述したように第２の基板３１上のパワーパターンＰ２，Ｎ２，Ｎ３は、金属板リードで構成されているため、金属板リードは基板上のパターン配線とは異なり、その厚みと幅を容易に調整することができる。すなわちパワーパターンＰ２，Ｎ２，Ｎ３はパターン幅を変更する際、マスク変更などの工程が発生するが、金属板リードでは容易にパターン幅を調整できる。

従って、パワーパターンＰ２，Ｎ２，Ｎ３の厚みは、第１の基板３０上のパターンの厚みよりも大きくすることができる。パターンの厚みは、一般的に１８ｕｍ、３５ｕｍ、または７０ｕｍである。またパワーパターンＰ２，Ｎ２の幅は、第１の基板３０上のパターンの幅よりも狭くすることができる。

なお、インバータモジュール２５−１〜２５−３は、それぞれの内部インピーダンスの差異が小さくなるように設計されている。ところが、一般的に複数のモジュールを並列に基板実装する場合、各モジュールに接続されるパワーパターンの配線インピーダンスの値が異なる。そのため、各モジュールのそれぞれの出力の差異が生じる。

本発明の実施の形態の第２の基板３１では、金属板リードの配線長に対する厚さおよび幅を変更することにより、配線インピーダンスの値を調整することができる。

具体例で説明すると、パワー配線４３とパワーパターンＮ２との接続点が、図８に示す検出回路２６−３の近くであると仮定した場合、当該接続点から検出回路２６−１までの配線インピーダンスと、当該接続点から検出回路２６−２までの配線インピーダンスと、当該接続点から検出回路２６−３までの配線インピーダンスとが等しくなるように、パワーパターンＮ２のパターン長またはパターン幅が調整される。

これにより、インバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれの出力の差異を抑制することができる。その結果、モータ制御性の低下が抑制されると共に、電流のアンバランスによるインバータモジュール２５−１〜２５−３の局所的な発熱を抑制できる。

また、第１の基板３０では、パワーパターンＰ１，Ｎ１を第１の基板３０の外周側に配置できる。そのため、パワーパターンＰ１，Ｎ１，Ｐ２，Ｎ２に対して、制御信号用のパターン配線の取り回しが容易になり、パターン間の距離を広げることができる。

なお第２の基板３１では、パワーパターンＮ２のグランドと、制御信号用パターン７２−１〜７２−３のグランドとが別々に設けられている。そしてパワーパターンＮ２のグランドは、第１の基板３０に接地部に一点接地されている。

これにより、インバータモジュール２５−１〜２５−３へ入力される電流によるノイズと、インバータモジュール２５−１〜２５−３から出力される電流によるノイズとが、制御信号用パターン７２−１〜７２−３のグランドに伝搬し難くなる。

また検出回路２６−１〜２６−３のそれぞれのグランドは、パワーパターンＮ２のグランドに接続してもよいが、パワーパターンＮ２のグランドとは別に接地することで、ノイズの影響を抑制することができる。

図９は図８に示すパターンレイアウトの第１の変形例を示す図である。図８との違いは以下の通りである。
（１）第１の基板３０−１には、図８に示す複数の検出回路２６−１〜２６−３の代わりに１つの検出回路２６が配置されること。
（２）第１の基板３０−１には、検出回路２６とＧＮＤ端子４０とを接続するパワーパターンＮ３が設けられること。
（３）検出回路２６は、一端がパワーパターンＮ３に接続され、他端がパワーパターンＮ１に接続されること。
（４）パワー配線４３は、第１の基板３０−１上の検出回路２６に接続されること。
（５）第２の基板３１−１上のパワーパターンＮ２は、インバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれの負極側端子１５に直接接続されていること。

図１０は図８に示すパターンレイアウトの第２の変形例を示す図である。図８との違いは以下の通りである。
（１）第２の基板３１−２には、複数の検出回路２６−１〜２６−３の代わりに１つの検出回路２６が配置されること。
（２）第２の基板３１−２にはパワーパターンＮ３が設けられ、パワーパターンＮ３は、複数のインバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれの負極側端子１５と検出回路２６とを接続すること。
（３）検出回路２６は、一端がパワーパターンＮ３に接続され、他端がパワー配線４３に接続されること。

図９，１０のように構成した場合でも、インバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれの正極側端子１４と第１の基板３０上のパワーパターンＰ１との間に電流が流れる。また、インバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれの負極側端子１５と第１の基板３０上のパワーパターンＮ１との間に電流が流れる。これにより図８に示す構成と同様の効果を得ることができる。

図１１は図７から図１０に示す複数のインバータモジュールを第２の基板へ配置した状態を示す図である。図１２は図１１に示す第２の基板上のパターンレイアウトを示す図である。

図１１において、インバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれの正極側端子１４、負極側端子１５および出力端子１７は、第２の基板３１の短手方向の中央部に配置される。

インバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれの制御端子４４は、第２の基板３１と対向しない位置に配列される。

図１２において、パワーパターンＰ２，Ｎ２は第２の基板３１の外周側に配置される。パワーパターンＮ２とインバータモジュール２５−１〜２５−３のそれぞれの負極側端子１５との間には、パワーパターンＮ３が配置される。

パワーパターンＮ２とパワーパターンＮ３との間には、シャント抵抗１６−１〜１６−３が配置される。

シャント抵抗１６−１〜１６−３は、それぞれの一端がパワーパターンＮ２に接続され、それぞれの他端がパワーパターンＮ３に接続される。

またパワーパターンＮ３とパワーパターンＰ２との間には、スナバコンデンサ４６−１，４６−２，４６−３が配置される。スナバコンデンサ４６−１〜４６−３は、それぞれの一端がパワーパターンＮ３に接続され、それぞれの他端がパワーパターンＰ２に接続される。

図１３は本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置を構成する第１の基板および第２の基板を組み合わせた状態を示す図である。

第１の基板３０は、第１の主面３０ａと、第１の主面３０ａの反対側の第２の主面３０ｂとを有する。第２の基板３１は、第２の主面３０ｂに対向する第３の主面３１ａと、第３の主面３１ａの反対側の第４の主面３１ｂとを有する。

第２の基板３１と第１の基板３０との間に台座６０が設けられる。台座６０は、第１の基板３０から第２の基板３１までの間隔を調整するためのものである。

図１３には、本発明の実施の形態に係る第２の基板３１をリードフレームモールド基板として構成した例を示す。リードフレームモールド基板は、金属板リード３７を絶縁性の樹脂４９で一体にモールドした基板である。金属板リード３７に絶縁性の樹脂４９を施すことにより金属板リード３７の絶縁性を確保でき、より品質の高いモータ駆動装置１００を提供することができる。

図１３では１つの金属板リード３７が示されるが、金属板リード３７は正極側と負極側のそれぞれが設けられているものとする。金属板リード３７には、一般的にメッキを施した銅または黄銅が用いられる。金属板リード３７は、打ち抜き、折り曲げ、ワイヤカット、レーザ加工、またはエッチングといった方法で設けられる。

金属板リード３７を内包する樹脂４９には、絶縁を目的としてナイロン、不飽和ポリエステル、またはエポキシ樹脂にフィラーを混合したものが用いられる。

図１３の例では、マイコン周辺部２７が第１の主面３０ａ側に配置され、平滑コンデンサ２４が第２の主面３０ｂに配置される。但しマイコン周辺部２７および平滑コンデンサ２４の配置位置は、図示例に限定されるものではない。

インバータモジュール２５−１〜２５−３、シャント抵抗１６、およびスナバコンデンサ４６−１〜４６−３は、第４の主面３１ｂ側に配置される。

インバータモジュール２５−１〜２５−３には放熱フィン４７が取付られる。

平滑コンデンサ２４は、第２の主面３０ｂの内、第２の基板３１が設置されていない箇所に配置される。

第１の基板３０の第２の主面３０ｂ側には、台座６０、第２の基板３１、第２の基板３１、インバータモジュール２５−１〜２５−３、および放熱フィン４６が積層されており、第１の基板３０の第１の主面３０ａ側に比べて、部品全体で構成される厚みが大きくなっている。そのため、図示例のように平滑コンデンサ２４を第２の主面３０ｂ側に配置した場合、平滑コンデンサ２４を第１の主面３０ａ側に配置した場合に比べて、第１の基板３０と第２の基板３１で構成される部品全体の大きさを小さくすることができる。その結果、第１の基板３０および第２の基板３１を収納するための図示しない電気品箱を小型化することができる。

金属板リード３７には、インバータモジュール２５−１〜２５−３、シャント抵抗１６およびスナバコンデンサ４６−１〜４６−３が接続される。

金属板リード３７の一端部、すなわち樹脂４９が施されていない部分は、第１の基板３０側に折り曲げられ、第１の基板３０上のスルーホールを貫通し、半田により第１の基板３０に接続される。

インバータモジュール２５−１〜２５−３に接続された制御配線４５は、第１の基板３０側に伸び、第１の基板３０上のスルーホールを貫通し、半田により第１の基板３０に接続される。

図１４は図１３に示すスナバコンデンサの配置位置を変更した例を示す図である。図１３との違いは以下の通りである。
（１）台座６０の高さが異なり、図１４の第１の基板３０から第２の基板３１までの間隔は、図１３の第１の基板３０から第２の基板３１までの間隔よりも広いこと。
（２）スナバコンデンサ４６−１〜４６−３が第３の主面３１ａ側に配置されていること。

図１３に示す位置にスナバコンデンサ４６−１〜４６−３を配置した場合、第２の基板３１の第４の主面３１ｂに配置されている部品が多く、それらの部品を回避しながらパワーパターンＰ２，Ｎ２を引き回す必要があるため、パワーパターンＰ２，Ｎ２の引き回し量が長くなり、パワーパターンＰ２,Ｎ２のインピーダンスが大きくなる。このインピーダンスが大きくなるほどサージ発生時のノイズによる影響が大きくなる。

図１４の構成によれば、第２の基板３１の端面の内、部品配置が少ない第３の主面３１ａを利用してスナバコンデンサ４６−１〜４６−３を配置することにより、部品を回避する引き回しが少ないので、パワーパターンＰ２，Ｎ２の引き回し量が短くなり、サージの発生がより一層抑制される。

図１５は図１３に示す第１の基板と第２の基板と３つのインバータモジュールとを側面から見た図であり、図１３の矢印Ｂ方向から見た図である。なお、インバータモジュールに取り付けられている放熱フィンは図示を省略している。

図１５の例では、第２の基板３１に直列に配列された３つのインバータモジュール２５−１〜２５−３の内、両側のインバータモジュール２５−１，２５−３の中央に位置するインバータモジュール２５−２がマイコン周辺部２７の投影面にあたる領域Ａと重なる位置に配置される。すなわち、３つのインバータモジュール２５−１〜２５−３とマイコン周辺部２７との間の距離が最も近くなるように３つのインバータモジュール２５−１〜２５−３が配列される。領域Ａは、マイコン周辺部２７を第１の基板３０および第２の基板３１に向かって投影してなる領域である。

なお各インバータモジュールは図面の奥行き方向の位置も領域Ａと重なるように配置されていることが望ましい。奥行き方向とは、第４の主面３１ｂと平行な面に沿う方向であって、各インバータモジュール２５−１〜２５−３の配列方向と直交する方向である。

図１５の構成例によれば、各インバータモジュール２５−１〜２５−３とマイコン周辺部２７との間の距離が近くなるため、各インバータモジュール２５−１〜２５−３からマイコン周辺部２７に伸びる金属板リード３７および制御配線４５の長さをより一層短くすることができる。従ってパワーパターンＰ２、パワーパターンＮ２および制御配線４５のそれぞれのインピーダンスが低減され、ノイズの影響をより一層軽減することができる。

なお実施の形態では、ＳｉＣをスイッチング素子５１ａ〜５１ｆに用いる構成としたが、ＳｉＣの代わりに窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドを用いてもよい。

以上に説明したように本発明の実施の形態のモータ駆動装置は、複数のインバータモジュールを有しモータに交流電力を出力するインバータ部と、複数のインバータモジュールのそれぞれを制御する制御部と、制御部が配置され、第１の主面と第２の主面とを有する第１の基板と、前記第２の主面に対向する第３の主面と、前記複数のインバータモジュールが配置される第４の主面とを有する第２の基板とを備える。

本発明の実施の形態のモータ駆動装置によれば、チップサイズの小さい低容量のＷＢＧ半導体をスイッチング素子に用いたため、複数のインバータモジュールそれぞれの出力の差異を抑制することができる。その結果、モータ制御性の低下が抑制されると共に、電流のアンバランスによるインバータモジュールの局所的な発熱を抑制できる。

また本発明の実施の形態のモータ駆動装置によれば、パワーパターンのパターン面積、パターン長またはパターン幅の調整により、配線インピーダンスを抑制することができるため、スナバコンデンサの挿入位置とパワーモジュール間の距離を持たせたとしてもインピーダンスを抑制することができ、パターン配線の自由度を高めることができる。

また本発明の実施の形態のモータ駆動装置によれば、金属板リードの配線長に対する厚さおよび幅を変更することにより配線インピーダンスの値を調整することにより、パワーモジュール毎のインピーダンスの差異を抑制するようにしているため、スナバコンデンサの容量が同一となり、スナバコンデンサの共通化ができる。同一とは、完全一致を示すものではなく、誤差等による多少のずれを含んでもよい。

また本発明の実施の形態のモータ駆動装置によれば、第２の基板を用いることで各インバータモジュールからマイコン周辺部に伸びる金属板リードおよび制御配線の長さをより一層短くすることができるため配線インピーダンスを抑制することができ、電流レベルによっては複数のパワーモジュールに対して一つのスナバコンデンサを用いることができ、回路構成を簡略化でき、コストの低減と信頼性の向上を図ることができる。

また本発明の実施の形態のモータ駆動装置は、上記のようにインピ−ダンスを抑制するとともに、パワーパターンのグランドが第１の基板の接地部に一点接地しグランドに伝搬し難くすることでノイズを低減できるため、ｄＶ／ｄｔが高く高速なスイッチが可能なＷＢＧ半導体が用いられたスイッチング素子の駆動に好適であり、ノイズの影響によるスイッチング素子の誤動作を防止できるため、品質の向上を図ることができる。

また本発明の実施の形態のモータ駆動装置のインバータモジュールは、ＷＢＧ半導体が用いられたスイッチング素子で構成されるため、スイッチング損失が低減され、効率の向上を図ることができる。

また本発明の実施の形態のモータ駆動装置では、複数のインバータモジュールが制御部を含むマイコン周辺部を第１の基板および第２の基板に向かって投影してなる領域と重なる位置に配置される。そのため各インバータモジュールの制御信号とマイコン周辺部との間の距離が近くなり、制御性の低下および誤検出を抑制することができる。

また本発明の実施の形態のモータ駆動装置では、第２の基板に複数のインバータモジュールが配置されるため、第１の基板の基板面積の増加を抑制でき、基板のサイズアップに伴う外郭ケースの大型化を抑制でき、外郭ケースの製造コストの上昇を抑制することができ、またモータ駆動装置の大型化を抑制できる。

図１６は本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置を搭載した空気調和機の構成図である。空気調和機３００は、室内機３０４と、室内機３０４に接続される室外機３０１とを備える。室内機３０４および室外機３０１にはモータ６が設けられている。例えば室外機３０１では送風ファン３０３および圧縮機３０２のそれぞれの駆動源としてモータ６が用いられる。

また室内機３０４および室外機３０１には、当該駆動源を制御するためモータ駆動装置１００が用いられる。モータ駆動装置１００を用いることで、低コストで品質の良い空気調和機３００を得ることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 交流電源、２ リアクタ、３ 整流回路、４，２４ 平滑コンデンサ、５，５Ａ インバータ部、５Ａ１，２５，２５−１，２５−２，２５−３，５１，５２，５３ インバータモジュール、６ モータ、７ 短絡部、８ 電圧検出部、９ 電流検出部、１０ 電源回路、１１ 制御部、１２ 正極側電源線、１３ 負極側電源線、１４ 正極側端子、１５ 負極側端子、１６，１６−１，１６−２，１６−３ シャント抵抗、１７ 出力端子、２０，２０−１ 基板、２１ 電源入力部、２２ ノイズフィルタ、２３ コンバータ回路、２６，２６−１，２６−２，２６−３ 検出回路、２７ マイコン周辺部、２８，４４ 制御端子、３０，３０−１ 第１の基板、３０ａ 第１の主面、３０ｂ 第２の主面、３１，３１−１，３１−２ 第２の基板、３１ａ 第３の主面、３１ｂ 第４の主面、３７ 金属板リード、４０ ＧＮＤ端子、４１ パワー端子、４２，４３ パワー配線、４５ 制御配線、４６−１，４６−２，４６−３ スナバコンデンサ、４７ 放熱フィン、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ スイッチング素子、６０ 台座、７１−１，７１−２，７１−３ 制御配線、７２−１，７２−２，７２−３ 制御信号用パターン、１００ モータ駆動装置、３００ 空気調和機、３０１ 室外機、３０２ 圧縮機、３０３ 送風ファン、３０４ 室内機。

Claims (3)

1. モータを駆動するモータ駆動装置であって、
   ３つの同じサイズのインバータモジュールを有し、前記モータに交流電力を出力するインバータ部と、
   前記３つのインバータモジュールのそれぞれを制御信号によって制御するマイコン周辺部と、
   第１の主面および前記第１の主面の逆側の面である第２の主面を有し、第１の主面に前記マイコン周辺部が配置される第１の基板と、
   前記第２の主面に対向する第３の主面および前記第３の主面の逆側の面である第４の主面を有し、前記３つのインバータモジュールの各中心線が一直線上に載るように前記３つのインバータモジュールが前記第４の主面に並んで配置される第２の基板と、
   を備え、
   前記第２の基板には、前記３つのインバータモジュールに接続されるパワーライン用のグランドと、前記３つのインバータモジュールおよび前記マイコン周辺部に接続される前記制御信号用のグランドとが別々に設けられ、前記パワーライン用のグランドは、前記第１の基板のグランド端子に一点接地され、
   前記一直線が伸びる第１方向に関しては、前記３つのインバータモジュールのうちの中央に位置するインバータモジュールおよび前記マイコン周辺部を前記第２の基板と垂直な平行光線で前記第２の基板上に投影してなる領域のうちの一方に他方が含まれ、前記第１方向に垂直な方向に関しては、前記一方の少なくとも一部が前記他方に重なるように、前記中央に位置するインバータモジュールが前記第２の基板に配置されかつ前記マイコン周辺部が前記第１の基板に配置され、
   前記インバータモジュールは、それぞれが前記第１の基板に接続されて前記制御信号が入力される複数の制御端子を備え、
   前記複数の制御端子は、前記第２の基板の一対の辺部の一方側に配列されるモータ駆動装置。
2. 前記インバータモジュールはそれぞれが複数のスイッチング素子を有し、
   前記複数のスイッチング素子はそれぞれがワイドバンドギャップ半導体素子であり、
   前記ワイドバンドギャップ半導体素子は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドにより形成される請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置を搭載した空気調和機。

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