JPH11127583A - 三相インバータ回路モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高電磁波ノイズ環境下でも、高精度のモータ制
御が可能な三相インバータ回路モジュールを実現するこ
と。 【解決手段】モータ制御用の三相インバータ回路４、三
相インバータ回路制御用の制御回路４０、三相インバー
タ回路の出力導体電流検出用の磁性コア付きの半導体電
流検出素子３０１、３０２、半導体電流検出素子３０
１、３０２の出力信号電圧増幅用のセンサ信号増幅回路
３０３が一体化基板または一基板に実装され、制御回路
４０、磁性コア付きの半導体電流検出素子３０１及びセ
ンサ信号増幅回路３０３が同一の制御用回路基板に実装
され、それにより高精度な高電磁波ノイズ環境下でも安
定してモータを駆動制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば電気自動
車の走行モ−タを制御する三相インバータ回路モジュー
ルに関し、特にハイブリッド電気自動車の走行モ−タを
駆動制御する三相インバータ回路モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】三相インバータ装置は、制動時に回生動
作により負荷の回転エネルギを電力として直流電源側に
回収することができるので、電気自動車の走行モータ駆
動用などのモータ駆動制御に広く採用されている。ハイ
ブリッド電気自動車の走行モ−タ制御用に用いられる従
来の三相インバータ装置を図８を参照して説明する。

【０００３】１は主バッテリ、３は電流検出回路モジュ
−ル、４は三相インバータ回路モジュール、５は走行モ
−タである。三相インバータ回路モジュール４におい
て、１９〜２４はＩＧＢＴであって、１９、２１、２３
はハイサイドスイッチ、２０、２２、２４はローサイド
スイッチである。互いに直列に接続されたハイサイドス
イッチ１９及びローサイドスイッチ２０は第１の相スイ
ッチ回路４ａを構成し、互いに直列に接続されたハイサ
イドスイッチ２１及びローサイドスイッチ２２は第２の
相スイッチ回路４ｂを構成し、互いに直列に接続された
ハイサイドスイッチ２３及びローサイドスイッチ２４は
第３の相スイッチ回路４ｃを構成し、各相スイッチ回路
４ａ〜４ｃは主バッテリ１から給電されている。２５〜
３０はＩＧＢＴ１９〜２４と個別に並列接続されたフラ
イホィルダイオードであり、誘導性負荷である三相交流
モータである走行モ−タ５に還流電流を供給するための
ものである。

【０００４】ハイサイドスイッチ１９及びローサイドス
イッチ２０の接続点である第１の相スイッチ回路４ａの
出力端、ハイサイドスイッチ２１及びローサイドスイッ
チ２２の接続点である第２の相スイッチ回路の出力端４
ｂ、及び、ハイサイドスイッチ２３及びローサイドスイ
ッチ２４の接続点である第３の相スイッチ回路４ｃの出
力端は、ブスバ−４１〜４３及び絶縁被覆ケ−ブル４４
〜４６を通じて走行モ−タ５の各相端子に個別に接続さ
れている。

【０００５】４０は、三相インバータ回路モジュール４
に内蔵されるマイコン構成の制御回路であり、後述する
電流検出回路モジュ−ル３からの検出モータ電流や外部
のコントロ−ラなどからの指令信号などに基づいて各Ｉ
ＧＢＴ１９〜２４を断続制御して三相交流電圧を発生さ
せる。コントロ−ラ４０の動作自体は周知であるので、
説明は省略する。

【０００６】電流検出回路モジュ−ル３は、Ｕ相電流を
検出する電流検出部３１と、Ｗ相電流を検出する電流検
出部３２と、電流検出部３１、３２で検出された電流を
増幅したり、電流検出部３１、３２に給電したりする周
辺回路部３３とからなる。リアクトル３４と平滑コンデ
ンサ３５は周知の平滑回路を構成して主バッテリ１から
三相インバータ回路モジュール４への給電電流を平均化
して、主バッテリの寿命短縮を抑止する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たハイブリッド電気自動車の走行モ−タを駆動する従来
の三相インバータ装置では、改善を要する次のような問
題が存在することがわかった。すなわち、ハイブリッド
電気自動車では、この三相インバータ装置に近接してエ
ンジンやスターモータなどの大きな電磁波ノイズ源が存
在するために、この電磁波ノイズなどの外部ノイズに起
因して走行モ−タ制御の信頼性が低下する可能性があっ
た。走行モ−タの動作以上は車両操縦の基礎であるの
で、走行モ−タを駆動制御する三相インバータ装置の耐
電磁波ノイズ性能は十分に確保しておく必要がある。特
に、ハイブリッド電気自動車では、高電磁波ノイズ環境
でも、優れた走行モ−タ制御性能を発揮できる必要があ
った。

【０００８】本発明者らは、上記認識に基づきハイブリ
ッド電気自動車などの高電磁波ノイズ環境下における走
行モ−タ駆動制御用の三相インバータ装置の誤動とその
原因を解析したところ、以下の問題が存在することがわ
かった。すなわち、従来の三相インバータ装置では、そ
の出力電流を高精度検出可能なホール素子で検出する
が、ホール素子の電圧変化は極めて小さい。そのため、
ブリッジ回路構成などによりホール素子から出力される
微弱な出力電圧を大きく増幅してコントロ−ラ４０に伝
送している。

【０００９】このため、信号電圧をホール素子から増幅
用の周辺回路部３３へ送る出力信号線４７や、信号電圧
を周辺回路部３３からコントロ−ラ４０へ送る出力信号
線４８に電磁波ノイズが重畳して、検出出力電流値のＳ
Ｎ比が低下して、走行モ−タ５の制御精度が低下すると
いう問題が生じることがわかった。本発明は上記問題点
に鑑みなされたものであり、高電磁波ノイズ環境下で
も、高精度のモータ制御が可能な三相インバータ回路モ
ジュールを実現することをその目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の三相イン
バータ回路モジュールによれば、モータ制御用の三相イ
ンバータ回路、三相インバータ回路制御用の制御回路、
三相インバータ回路の出力導体電流検出用の磁性コア付
きの半導体電流検出素子、半導体電流検出素子の出力信
号電圧増幅用のセンサ信号増幅回路が一乃至互いに一体
化された複数の基板に実装され、制御回路、半導体電流
検出素子及びセンサ信号増幅回路が同一の制御用回路基
板に実装される。

【００１１】更に、制御用回路基板の半導体電流検出素
子の近傍を制御用回路基板と平行に、インバ−タ用回路
基板から外部に延設される出力導体を配置させる。この
ようにすれば、直上の出力導体の電流によるギャップ付
き磁性コアの磁界はコア制御用回路基板に実装した半導
体電流検出素子で検出され、半導体電流検出素子から出
力された信号電圧は同じ制御用回路基板に実装されたセ
ンサ信号増幅回路でアナログ電圧増幅され、この増幅信
号電圧は制御回路でＡ／Ｄ変換されて制御回路に送られ
る。

【００１２】このようにすれば、半導体電流検出素子か
ら制御回路、たとえばそのＡ／Ｄ変換器までのアナログ
信号ラインなどの信号ラインの格段の短縮が実現するの
で、それに重畳する電磁波ノイズを低減でき、それによ
り高精度な高電磁波ノイズ環境下でも安定してモータを
駆動制御することができる。なお、制御用回路基板とイ
ンバ−タ用回路基板とは別体でもよく同一でもよい。

【００１３】請求項２記載の構成によれば請求項１記載
の三相インバータ回路モジュールにおいて更に、制御用
回路基板とインバ−タ用回路基板とは主面平行に所定間
隙を隔てて平行配置され、出力導体は、この間隙を通じ
て制御用回路基板と平行に外部に引き出され、磁性コア
はどちらかの基板に固定され、半導体電流検出素子は磁
性コアのギャップ中へ制御用回路基板から立設される。

【００１４】このようにすれば、上述した高電磁波ノイ
ズ性能を阻害することなくモジュールをコンパクト化す
ることができる。請求項３記載の構成によれば、請求項
１または２記載の三相インバータ回路モジュールは、ハ
イブリッド電気自動車の走行モ−タを駆動制御するのに
使用される。すなわち、ハイブリッド電気自動車にエン
ジン（点火式内燃機関）とともに搭載される。

【００１５】このようにすれば、点火式内燃機関から生
じる電磁波ノイズにより走行モ−タが誤動作することを
抑止でき、複雑で車体重量などを増大する電磁波シール
ドの増設なしにノイズ源車両の走行制御を一層安定化す
ることができる。特に、ハイブリッド電気自動車の走行
モ−タは高速走行時には従来の商用周波数モータに比べ
て格段に高周波で運転され、このため三相インバータ回
路は格段に高速で断続制御される必要があり、半導体電
流検出素子から出力される信号電圧の比較的高周波成分
も信号成分として使用する必要がある。このため、半導
体電流検出素子から出力される信号電圧の帯域が広く、
その分、雑音電力が大きくなる。更に、電磁波ノイズは
高周波になるほど強くなるので、一層、その影響が大き
くなる。

【００１６】請求項４記載の構成によれば請求項２また
は３のいずれか記載の三相インバータ回路モジュールに
おいて更に、三相インバータ回路が実装されるインバ−
タ用回路基板の外面側は金属製の冷却ブロックに電気絶
縁可能に接合される。すなわち、三相インバータ回路は
放熱、ヒートシンクのために金属製の冷却ブロックに接
合して冷却される。

【００１７】このようにすれば、結果的に、制御用回路
基板上の半導体電流検出素子から制御用回路までの配線
は、インバ−タ用回路基板を介して冷却ブロックで電磁
波シールドされるので、一層、耐電磁波ノイズ性能を向
上することができる。請求項５記載の構成によれば請求
項４記載の三相インバータ回路モジュールにおいて更
に、互いに対面する一対のインバ−タ用回路基板及び制
御用回路基板は、上述した冷却ブロック及び金属タンク
に内装される平滑コンデンサによりサンドイッチされ
る。

【００１８】このようにすれば、結果的に、制御用回路
基板上の半導体電流検出素子から制御用回路までの配線
は、冷却ブロック及び平滑コンデンサ回路の両方で電磁
波シールドされるので、一層、耐電磁波ノイズ性能を向
上することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】三相インバータ回路のハイサイド
スイッチ及びローサイドスイッチとしては、ＭＯＳ、バ
イポーラ、ＳＩＴ、ＩＧＢＴなどを採用できる。三相イ
ンバータ回路は、星型接続モ−タの中性点電流を制御す
るための第４番目の相インバ−タ回路をもつことも可能
である。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の三相インバータ回路モジュー
ルを用いたハイブリッド電気自動車の回路を図１に示
す。ただし、図８に示す従来の三相インバータ装置と主
要機能が共通する構成要素には理解の容易化のために同
一符号を付すものとする。この三相インバータ回路モジ
ュールは、図８に示す従来の三相インバータ装置を少し
だけ変更したものであるので、変更点のみ以下説明す
る。

【００２１】この実施例では、図８に示す電流検出回路
モジュ−ル３は省略され、その代わりに三相インバータ
回路モジュール４内に、電流検出回路３００が実装され
る。４１〜４３は本発明で言う出力導体を構成するブス
バ−である。この電流検出回路３００は、ブスバ−４１
を流れるＵ相電流を検出する電流検出部３０１と、ブス
バ−４３を流れるＷ相電流を検出する電流検出部３０２
と、電流検出部３０１、３０２で検出された電流を増幅
したり、電流検出部３０１、３０２に給電したりする周
辺回路部（本発明で言うセンサ信号増幅回路を含む）３
０３とからなり、周辺回路部３０３は制御回路４０と一
緒に後述する制御用回路基板に実装されている。

【００２２】電流検出回路３００の原理構成を図６を参
照して説明する。ブスバ−４１には、ギャップを有する
磁性コア３０１１が嵌着されており、磁性コア３０１１
のギャップにはホール素子（本発明で言う半導体電流検
出素子）３０１２が介設されており、ホール素子３０１
２の出力端は周辺回路部３０３の一部をなすアンプ３０
３０で増幅される。すなわち、磁性コア３０１１及びホ
ール素子３０１２は電流検出部３０１を構成している。
電流検出部３０２の構成は電流検出部３０１のそれと同
じであるので、説明を省略する。

【００２３】この三相インバータ回路モジュールの模式
斜視図を図２に示す。 アルミ製の冷却ブロック６は略
上端開口浅底角箱形状を有しており、その内部にはその
底板部に電気絶縁可能に後述するインバ−タ用回路基板
が配設されている。冷却ブロック６の手前の側壁６１に
は３つの窓６２〜６４が開口され、これら窓６２〜６４
から出力導体をなすブスバ−４１〜４３が個別かつ上記
底板部に平行に突出している。窓６２〜６４にはフェラ
イトからなる三つの磁性コア３０１１が個別に嵌合、接
着され、ブスバ−４１〜４３は各磁性コア３０１１を個
別に貫通して水平に突出し、それらの先端は、この三相
インバータ回路モジュールの交流出力端を構成してい
る。

【００２４】冷却ブロック６の上端開口は、冷却ブロッ
ク６の底板部と平行な制御用回路基板７により密閉さ
れ、両者はねじで固定され、制御用回路基板７の両面に
は必要な各種素子やＩＣが実装、配線されている。８
は、各相インバ−タ回路ごとに給電する合計３個の正の
直流入力端であり、図示しないブスバ−を通じて主バッ
テリ１の＋タ−ミナルに接続されている。９は、各相イ
ンバ−タ回路ごとに給電する合計３個の負の直流入力端
であり、図示しないブスバ−を通じて主バッテリ１の−
タ−ミナルに接続されている。１０は、図示しない外部
のＥＣＵとの接続用のコネクタである。３０１６はホー
ル素子３０１２を覆う保護用樹脂部材剤である。

【００２５】この三相インバータ回路モジュールの縦断
面図を図３に示す。 アルミ製の冷却ブロック６の底
面にはインバ−タ用回路基板１が電気絶縁可能に接合さ
れ、このインバ−タ用回路基板１１には三相インバータ
回路４すなわちＩＧＢＴ１９〜２４及びダイオ−ド２５
〜３０が実装され、配線され、各相インバ−タ回路４ａ
〜４ｃの出力端からはブスバ−４１〜４３が、インバ−
タ用回路基板１１と制御用回路基板７との間の隙間に沿
って両者と平行に延設されている。

【００２６】この三相インバータ回路モジュールの全体
斜視図を図４に示す。 冷却ブロック６の側壁上面には
隙間確保用のスリ−ブ１２を挟んで平滑コンデンサ３５
が固定されている。平滑コンデンサ３５は、一列に配列
された三個以上の小型円筒コンデンサ（図示せず）を内
部に収容するアルミケ−スからなり、制御用回路基板７
を遮蔽して、制御用回路基板の保護とその電磁波シ−ル
ドとを行っている。

【００２７】したがって、この実施例では、三相インバ
ータ回路４冷却用の冷却ブロック６と扁平な主バッテリ
保護用の平滑コンデンサ３５とにより、ホール素子３０
１２及びホール素子３０１２から制御回路４０にいたる
走行モ−タ５の検出電流信号電圧伝送用配線の周囲が電
磁シ−ルドされるので、点火式エンジンに近接するよう
な高電磁波ノイズ環境でも正確な走行モ−タ制御を実現
することができる。

【００２８】なお、図４に示す三相インバータ回路モジ
ュールは最終的には樹脂ケ−スに収容されて、車両に締
結、固定されるが、本発明の要旨に関係がないので図示
説明は省略する。なお、図１では一対の電流検出部３０
１、３０２を用いたが、図４に示すように各相電流を３
個の電流検出部で検出すれば、リ−ク電流を検出できる
利点が生じる。 （変形態様）この実施例の変形態様を図５及び図７を参
照して説明する。

【００２９】この変形態様は、電流検出部３０１〜３０
３の構成を変更したものであって、磁束相殺式（磁気平
衡式）電流センサを用いたものである。この磁束相殺式
電流センサ３００ａの原理を図７に示す。ブスバ−４１
には、ギャップを有する磁性コア３０１１が嵌着されて
おり、磁性コア３０１１のギャップにはホール素子（本
発明で言う半導体電流検出素子）３０１２が介設されて
おり、磁性コア３０１１には補償コイル３０１６がその
全周にわたって巻装されている。

【００３０】磁性コア３０１１に生じた磁束をホール素
子３０１２で検出して、それを周辺回路部３０３に含ま
れる磁気平衡回路３０３１で相殺電流を発生させて、こ
の相殺電流を補償コイル３０１６に流してホール素子３
０１２の磁束を０とし、この時の相殺電流値で検出電流
磁界が検出される。この変形態様によれば、ホール素子
３０１２及び補償コイル３０１６と周辺回路部３０３と
の間の配線が増加するので、一層、電磁波ノイズの重畳
による問題が重要となるので、本実施例の三相インバー
タ回路モジュールの構造による耐ノイズ環境の向上効果
が一層効果的となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の三相インバータ回路モジュールを採用
するハイブリッド電気自動車の走行モ−タ制御装置の一
実施例を示す回路図である。

【図２】図１に示す三相インバータ回路モジュールの模
式斜視図である。

【図３】図２に示す三相インバータモジュール１の縦断
面図である。

【図４】図１に示す三相インバータ回路モジュールの平
滑コンデンサ付き模式斜視図である。

【図５】図１に示す三相インバータ回路モジュールの変
形態様を示す模式斜視図である。

【図６】電流検出部３０１の模式回路図である。

【図７】電流検出部３０１の変形態様を示す模式回路図
である。

【図８】従来の三相インバータ回路モジュールを採用す
るハイブリッド電気自動車の走行モ−タ制御装置を示す
回路図である。

【符号の説明】

１９、２１、２３はハイサイドスイッチ、 ２０、２２、２４はローサイドスイッチ、 ４ａ、４ｂ、４ｃは相インバータ回路、 ４は三相インバータ回路、 ５は走行モ−タ（モ−タ）、 ４０は制御回路、 ４０〜４３はブスバ−（出力導体）、 ３０１１は磁性コア、 ３０１２はホール素子（半導体電流検出素子）、 ３０３はセンサ信号増幅回路、 ７は制御用回路基板、 １１はインバ−タ用回路基板、 ６は金属製の冷却ブロック、 ３５は平滑コンデンサ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッ
   チが直列接続されてそれぞれ構成された三組の相インバ
   ータ回路が互いに並列されてモータに給電する三相イン
   バータ回路と、 前記三相インバータ回路の出力電流に基づいて前記三相
   インバータ回路を断続制御する制御回路と、 前記ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチの接続
   点から延設される出力導体に嵌着されて前記出力導体の
   電流による磁界を誘起する磁性コアと、前記磁性コアの
   磁界により前記出力導体の電流を検出する半導体電流検
   出素子と、 前記半導体電流検出素子の出力信号電圧の増幅を行うセ
   ンサ信号増幅回路と、 前記三相インバータ回路、制御回路、磁性コア、半導体
   電流検出素子およびセンサ信号増幅回路が実装される一
   乃至互いに一体化された複数の基板とを備え、 前記出力導体は、前記三相インバータ回路が実装される
   インバ−タ用回路基板から、前記制御回路、半導体電流
   検出素子及びセンサ信号増幅回路が実装される制御用回
   路基板の前記半導体電流検出素子近傍を通って前記制御
   用回路基板と平行に延設されていることを特徴とする三
   相インバータ回路モジュール。
2. 【請求項２】前記制御用回路基板及びインバ−タ用回路
   基板は主面が所定間隙を隔てて平行する状態で互いに結
   合され、 前記出力導体は、前記インバ−タ用回路基板から前記間
   隙を通じて前記基板と平行に外部に引き出され、 前記磁性コアは、ギャップをもつコ字形状を有して前記
   出力導体に嵌着された状態で前記制御用回路基板または
   前記インバ−タ用回路基板に直接又は間接的に保持さ
   れ、 前記半導体電流検出素子は、前記磁性コアのギャップ中
   に位置して前記制御用回路基板から立設されることを特
   徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の三相インバー
   タ回路モジュール。
3. 【請求項３】ハイブリッド電気自動車の走行モ−タを駆
   動制御することを特徴とする請求項１または２記載の三
   相インバータ回路モジュール。
4. 【請求項４】前記三相インバータ回路が実装される前記
   インバ−タ用回路基板の外面側は、金属製の冷却ブロッ
   クに電気絶縁可能に接合されていることを特徴とする請
   求項２または３記載の三相インバータ回路モジュール。
5. 【請求項５】前記三相インバータ回路の一対の直流入力
   端間に接続される平滑コンデンサを有し、前記平滑コン
   デンサは、前記制御用回路基板の外面側に近接して前記
   基板に直接または間接的に支持されることを特徴とする
   請求項４記載の三相インバータ回路モジュール。