(57)【要約】【課題】磁電変換素子及び集磁コアを含む電流センサの測定誤差を抑制することができる電力変換装置を得る。【解決手段】電力変換装置１において、バスバー２に流れる電流を測定する電流センサ４は、測定空間４３を介して互いに対向する第１端部４１１及び第２端部４１２を持つ集磁コア４１と、測定空間４３に配置された感磁部を持つ磁電変換素子４２とを有している。磁電変換素子４２は、感磁部で感知した磁界の大きさに応じて信号を発生する。バスバー２から測定空間４３を通って集磁コア４１の外側へ向かう方向を集磁コア４１のコア開口方向とすると、リアクトル３における漏れ磁界の方向は、コア開口方向とは異なる方向となっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バスバー、
リアクトル、及び
前記リアクトルから漏れ出る漏れ磁界が及ぶ範囲に配置され、前記バスバーに流れる電流を測定する電流センサ
を備え、
前記電流センサは、測定空間を介して互いに対向する第１端部及び第２端部を持つ集磁コアと、前記測定空間に配置された感磁部を持ち前記感磁部で感知した磁界の大きさに応じて信号を発生する磁電変換素子とを有しており、
前記バスバーから前記測定空間を通って前記集磁コアの外側へ向かう方向を前記集磁コアのコア開口方向とすると、
前記リアクトルにおける前記漏れ磁界の方向は、前記コア開口方向とは異なる方向となっている電力変換装置。
【請求項２】
前記リアクトルにおける前記漏れ磁界の方向は、前記コア開口方向に直交する方向である請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
複数の前記バスバーにそれぞれ流れる電流を個別に測定する複数の前記電流センサを備え、
複数の前記集磁コアのそれぞれの前記コア開口方向は、互いに同一の方向である請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電流センサからの情報に基づいて、前記バスバーに流れる電流を制御する制御基板を備え、
前記磁電変換素子は、前記制御基板に設けられている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記感磁部は、前記測定空間の中心に配置されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記電流センサは、前記集磁コア及び前記磁電変換素子を一体にするモールド部材を有している請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記集磁コアには、前記第１端部及び前記第２端部の少なくともいずれかから前記集磁コアの外側へ突出する凸部が設けられている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バスバーに流れる電流を測定する電流センサを有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータへの出力電力を制御するために、バスバーに流れる電流を電流センサによって測定するようにした電力変換装置が知られている。このような従来の電力変換装置では、磁界の大きさに応じて信号を出力する磁電変換素子が電流センサとして用いられることがある。バスバーに流れる電流は、バスバーの周囲に発生する磁界の大きさに応じて磁電変換素子が信号を出力することにより測定される。
【０００３】
一方、従来の電力変換装置では、電流の脈動を抑制するために、リアクトルが用いられている。従って、リアクトルの周囲に磁電変換素子が配置されている場合、リアクトルから漏れ出る漏れ磁界を磁電変換素子が測定してしまい、電流センサの測定誤差が大きくなってしまうおそれがある。
【０００４】
従来、電流センサの測定誤差の増大を抑制するために、磁電変換素子の感磁方向と直交する方向へリアクトルの漏れ磁界が通るようにリアクトルに対して磁電変換素子の向きを調整した電力変換装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−２０４９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に示されている従来の電力変換装置では、磁電変換素子に磁界を集める集磁コアが電流センサに含まれていない。従って、磁電変換素子による磁界の感度を高める必要がある。磁電変換素子による磁界の感度が高くなると、磁電変換素子によって感知される外乱が増加してしまい、シールドなどの後付部品を追加する必要が生じてしまう。これにより、電力変換装置のコストが高くなってしまう。
【０００７】
一方、磁電変換素子と集磁コアとを組み合わせた電流センサをバスバーの電流の測定に用いた場合、リアクトルの漏れ磁界が集磁コアを通って磁電変換素子に達しやすくなり、電流センサの測定誤差が大きくなってしまうおそれがある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、磁電変換素子及び集磁コアを含む電流センサの測定誤差を抑制することができる電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明による電力変換装置は、バスバー、リアクトル、及びリアクトルから漏れ出る漏れ磁界が及ぶ範囲に配置され、バスバーに流れる電流を測定する電流センサを備え、電流センサは、測定空間を介して互いに対向する第１端部及び第２端部を持つ集磁コアと、測定空間に配置された感磁部を持ち感磁部で感知した磁界の大きさに応じて信号を発生する磁電変換素子とを有しており、バスバーから測定空間を通って集磁コアの外側へ向かう方向を集磁コアのコア開口方向とすると、リアクトルにおける漏れ磁界の方向は、コア開口方向とは異なる方向となっている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明による電力変換装置によれば、磁電変換素子及び集磁コアを含む電流センサの測定誤差を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す回路図である。
【図２】図１の電力変換装置の要部を示す斜視図である。
【図３】図１の電力変換装置の要部を示す正面図である。
【図４】図２のリアクトルを示す正面図である。
【図５】図４のリアクトルを示す側面図である。
【図６】比較例による電力変換装置を示す斜視図である。
【図７】図６の比較例による電力変換装置を示す正面図である。
【図８】磁電変換素子のＸ方向への位置ずれ量と、リアクトルの漏れ磁界による磁電変換素子への影響との関係を、比較例の集磁コアがある場合と、比較例の集磁コアがない場合とで比較したグラフである。
【図９】リアクトルの漏れ磁界の方向が、Ｘ方向と一致する場合、Ｙ方向と一致する場合、及びＺ方向と一致する場合の３つの場合で、磁電変換素子のＸ方向への位置ずれ量と、リアクトルの漏れ磁界による磁電変換素子への影響との関係を比較したグラフである。
【図１０】この発明の実施の形態１による電力変換装置の他の例を示す斜視図である。
【図１１】図１０の電力変換装置を示す正面図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による電力変換装置を示す斜視図である。
【図１３】図１２の電力変換装置を示す正面図である。
【図１４】この発明の実施の形態３による電力変換装置を示す斜視図である。
【図１５】図１４の電力変換装置を示す正面図である。
【図１６】この発明の実施の形態４による電力変換装置の集磁コアを示す斜視図である。
【図１７】この発明の実施の形態５による電力変換装置のリアクトルを示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す回路図である。電力変換装置１は、電源と負荷との間で電気エネルギを変換する装置である。この例では、ハイブリッド自動車、電気自動車などの車両に搭載される車両用電力変換装置が電力変換装置１として用いられている。
【００１３】
電力変換装置１は、第１インバータ１０１と、第２インバータ１０２と、コンバータ１０３と、冷却器１０４とを有する電力変換装置している。第１インバータ１０１、第２インバータ１０２及びコンバータ１０３は、冷却器１０４によって冷却される。
【００１４】
コンバータ１０３は、バッテリ１０５に電気的に接続されている。バッテリ１０５としては、高電圧二次電池などが用いられている。コンバータ１０３には、第１インバータ１０１及び第２インバータ１０２のそれぞれが電気的に接続されている。第１インバータ１０１は、モータ１０６に電気的に接続されている。第２インバータ１０２は、発電機１０７に電気的に接続されている。
【００１５】
バッテリ１０５の出力直流電圧は、コンバータ１０３によって昇圧される。コンバータ１０３によって昇圧された直流電圧は、第１インバータ１０１によって交流電圧に変換される。モータ１０６は、第１インバータ１０１によって変換された交流電圧により駆動される。
【００１６】
発電機１０７で発生した交流電圧は、第２インバータ１０２によって直流電圧に変換される。第２インバータ１０２によって変換された直流電圧は、コンバータ１０３によって降圧される。コンバータ１０３によって降圧された直流電圧は、バッテリ１０５へ回生される。
【００１７】
第１インバータ１０１は、複数のバスバー２と、複数の電流センサ４と、制御基板５と、インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ：Inte11igent Power Module）６とを有している。
【００１８】
インテリジェントパワーモジュール６は、複数のバスバー２を介してモータ１０６に電気的に接続されている。複数の電流センサ４は、複数のバスバー２を流れる電流を個別に測定する。制御基板５は、各電流センサ４の測定結果の情報に基づいて、インテリジェントパワーモジュール６の動作を制御して各バスバー２に流れる電流を制御する。
【００１９】
第２インバータ１０２は、複数のバスバー２ａと、複数の電流センサ４ａと、制御基板５ａと、インテリジェントパワーモジュール６ａとを有している。
【００２０】
インテリジェントパワーモジュール６ａは、複数のバスバー２ａを介して発電機１０７に電気的に接続されている。複数の電流センサ４ａは、複数のバスバー２ａを流れる電流を個別に測定する。制御基板５ａは、各電流センサ４ａの測定結果の情報に基づいて、インテリジェントパワーモジュール６ａの動作を制御して各バスバー２ａに流れる電流を制御する。
【００２１】
コンバータ１０３は、複数のバスバー２ｂと、リアクトル３と、複数の電流センサ４ｂと、制御基板５ｂと、インテリジェントパワーモジュール６ｂと、１次側平滑コンデンサ７と、２次側平滑コンデンサ８とを有している。
【００２２】
インテリジェントパワーモジュール６ｂは、複数のバスバー２ｂを介してバッテリ１０５に電気的に接続されている。リアクトル３は、複数のバスバー２ｂに繋がっている。リアクトル３は、各バスバー２ｂに流れる電流の脈動を抑制する。複数の電流センサ４ｂは、複数のバスバー２ｂを流れる電流を個別に測定する。制御基板５ｂは、各電流センサ４ｂの測定結果の情報に基づいて、インテリジェントパワーモジュール６ｂの動作を制御して各バスバー２ｂに流れる電流を制御する。１次側平滑コンデンサ７は、インテリジェントパワーモジュール６ｂの１次側に接続されている。２次側平滑コンデンサ８は、インテリジェントパワーモジュール６ｂの２次側に接続されている。
【００２３】
図２は、図１の電力変換装置１の要部を示す斜視図である。また、図３は、図２の電力変換装置１の要部を示す正面図である。第１インバータ１０１の複数のバスバー２は、Ｘ方向へ互いに間隔をあけて並べられている。各バスバー２は、Ｘ方向に直交するＹ方向に沿って配置されている。この例では、バスバー２の数が３本とされている。また、この例では、各バスバー２の断面形状が長方形とされている。複数のバスバー２は、長方形断面の短辺に沿った方向をＸ方向と一致させて並べられている。各バスバー２は、電気を通す材料で構成されている。各バスバー２を構成する材料としては、銅、アルミニウムなどの低電気抵抗率の金属材料が用いられている。
【００２４】
第１インバータ１０１の複数の電流センサ４は、複数のバスバー２のそれぞれに個別に配置されている。これにより、複数の電流センサ４は、複数のバスバー２のそれぞれに流れる電流を個別に測定する。各電流センサ４は、集磁コア４１と、磁電変換素子４２とを有している。
【００２５】
集磁コア４１は、図示しない支持構造部によって支持されている。また、集磁コア４１には、測定空間４３が設けられている。集磁コア４１は、測定空間４３を介して互いに対向する第１端部４１１及び第２端部４１２を有している。集磁コア４１は、第１端部４１１からバスバー２の周囲を囲んで第２端部４１２に達する形状を持つ磁性体である。従って、集磁コア４１で囲まれる空間には、バスバー２が通されている。この例では、集磁コア４１の形状がＣ字状となっている。なお、集磁コア４１の形状をＵ字状としてもよい。
【００２６】
集磁コア４１は、鉄、ニッケル、コバルトなどを含む強磁性材料で構成されている。集磁コア４１の材料は、軟磁性材料であることが望ましい。集磁コア４１を構成する材料としては、電磁鋼板、鉄、パーマロイ、フェライトなどが用いられている。
【００２７】
第１端部４１１と第２端部４１２とは、Ｘ方向において互いに対向している。従って、測定空間４３は、Ｘ方向に直交するすべての方向へ開放されている。集磁コア４１では、バスバー２から測定空間４３を通って集磁コア４１の外側へ向かう方向がコア開口方向とされている。従って、この例では、集磁コア４１のコア開口方向が、Ｘ方向及びＹ方向のいずれにも直交するＺ方向と一致している。この例では、複数の集磁コア４１のそれぞれのコア開口方向が互いに同一の方向となっている。
【００２８】
磁電変換素子４２は、支持具４４を介して制御基板５に設けられている。この例では、磁電変換素子４２から出ている複数のリードを介して磁電変換素子４２が制御基板５に接続されている。支持具４４は、プラスチックなどの材料で構成されている。
【００２９】
磁電変換素子４２には、パッケージ面が形成されている。磁電変換素子４２は、特定の感磁方向へパッケージ面を通過する磁界を感知する感磁部を有している。この例では、パッケージ面に直交する方向が磁電変換素子４２の感磁方向となっている。磁電変換素子４２の感磁部は、第１端部４１１と第２端部４１２とが互いに対向する方向に感磁方向を一致させた状態で測定空間４３に配置されている。この例では、磁電変換素子４２の感磁部の感磁方向がＸ方向と一致している。従って、この例では、磁電変換素子４２の感磁部の感磁方向が集磁コア４１のコア開口方向に直交している。
【００３０】
磁電変換素子４２の感磁部は、測定空間４３の中心に位置することが望ましい。特に、磁電変換素子４２の感磁部は、Ｘ方向における測定空間４３の中心に位置することが望ましい。磁電変換素子４２としては、ホール素子、ＭＲ（Magneto Resistive）素子などが用いられている。ＭＲ素子としては、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistive）素子、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）素子、ＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistive）素子などが挙げられる。
【００３１】
バスバー２に電流が流れると、バスバー２に流れる電流に応じた磁界がバスバー２の周囲に発生する。バスバー２の周囲に発生した磁界は、強磁性材料で構成された集磁コア４１に集まって集磁コア４１を通る。集磁コア４１を通る磁界は、測定空間４３に配置された磁電変換素子４２の感磁部を通過する。磁電変換素子４２は、感磁部で感知した磁界の大きさに応じた電圧を発生する。
【００３２】
電流センサ４では、バスバー２に流れる電流によって発生する磁界以外の磁界、即ち外部磁界も磁電変換素子４２の感磁部によって感知される。外部磁界が磁電変換素子４２によって感知されると、電流センサ４の測定誤差が発生する。電流センサ４の測定誤差を抑制するためには、磁電変換素子４２に対する外部磁界の影響を小さくする必要がある。
【００３３】
磁電変換素子４２で発生した電圧は、制御基板５へ信号として送られる。制御基板５は、基板５１と、基板５１に実装された複数の実装部品５２とを有している。複数の実装部品５２には、ＩＣ（Integrated Circuit）、抵抗、コンデンサなどの部品が含まれている。実装部品５２としてのＩＣには、磁界の大きさから電流値に変換する関係式が設定されている。これにより、制御基板５は、各電流センサ４からの信号に基づいて各バスバー２に流れる電流の電流値を演算する演算機能と、演算により得られた電流値に基づいて各バスバー２に流れる電流を制御する制御機能とを有している。これにより、制御基板５は、各電流センサ４からの情報に基づいて、各バスバー２に流れる電流を制御する。
【００３４】
なお、バスバー２に流れる電流を演算する演算機能は、制御基板５の機能に限定されない。例えば、バスバー２に流れる電流を演算する演算機能を持つＩＣを磁電変換素子４２に組み込んでもよい。
【００３５】
制御基板５は、複数の集磁コア４１の外側でＺ方向に直交して配置されている。また、制御基板５は、バスバー２よりも測定空間４３側に配置されている。磁電変換素子４２は、測定空間４３に感磁部を配置した状態で支持具４４を介して基板５１に支持されている。この例では、複数の磁電変換素子４２が共通の基板５１に支持されている。
【００３６】
コンバータ１０３のリアクトル３は、複数の集磁コア４１からＺ方向へ離して配置されている。また、リアクトル３は、バスバー２に対して測定空間４３側とは反対側に配置されている。さらに、リアクトル３は、環状のリアクトルコア３１と、リアクトルコア３１にそれぞれ設けられた第１コイル３２及び第２コイル３３とを有している。リアクトル３は、第１コイル３２及び第２コイル３３に電流を流すことにより電流の脈動を抑制する。
【００３７】
リアクトルコア３１は、鉄、ニッケル、コバルトなどを含む強磁性材料で構成されている。リアクトルコア３１の材料は、軟磁性材料であることが望ましい。リアクトルコア３１を構成する材料としては、電磁鋼板、鉄、パーマロイ、フェライトなどが用いられている。この例では、リアクトルコア３１が集磁コア４１と同じ材料で構成されている。
【００３８】
リアクトルコア３１としては、単一部材で構成された環状体を用いてもよい。また、複数のコア部材を環状に並べて組み合わせた組立体をリアクトルコア３１として用いてもよい。例えば、２つのＵ字状のコア部材を互いに向かい合わせて環状に組み合わせた組立体をリアクトルコア３１としてもよい。また、２つのＵ字状のコア部材と２つのＩ字状のコア部材とを環状になるように組み合わせた組立体をリアクトルコア３１としてもよい。
【００３９】
図４は、図２のリアクトル３を示す正面図である。また、図５は、図４のリアクトル３を示す側面図である。環状のリアクトルコア３１は、互いに平行な一対のコア直線部３１１と、一対のコア直線部３１１の一端部同士を繋ぐ第１コア曲線部３１２と、一対のコア直線部３１１の他端部同士を繋ぐ第２コア曲線部３１３とを有している。この例では、Ｘ方向に沿ってそれぞれ配置された一対のコア直線部３１１がＹ方向へ互いに間隔をあけて並べられている。
【００４０】
一対のコア直線部３１１のうち、一方のコア直線部３１１には第１コイル３２が設けられ、他方のコア直線部３１１には第２コイル３３が設けられている。第１コイル３２及び第２コイル３３は、互いに独立したコイルとなっている。これにより、第１コイル３２及び第２コイル３３には、互いに別の電流を流すことが可能である。
【００４１】
第１コイル３２に電流が流れると、図４の矢印Ａ１１の方向へリアクトルコア３１を通る第１磁界が発生する。また、第２コイル３３に電流が流れると、図４の矢印Ａ１２の方向へリアクトルコア３１を通る第２磁界が発生する。即ち、リアクトルコア３１では、第１コイル３２に流れる電流によって発生する第１磁界の方向と、第２コイル３３に流れる電流によって発生する第２磁界の方向とが、互いに逆方向となる。
【００４２】
第１磁界及び第２磁界は、第１コア曲線部３１２で衝突することにより、リアクトルコア３１の外部に矢印Ａ１の方向へ漏れ磁界として漏れ出す。リアクトルコア３１の外部に矢印Ａ１の方向へ漏れ出した漏れ磁界は、矢印Ａ３、矢印Ａ４、矢印Ａ５又は矢印Ａ６の経路を通って、矢印Ａ２の方向から第２コア曲線部３１３に入る。この例では、矢印Ａ１の方向及び矢印Ａ２の方向が＋Ｘ方向と一致している。これにより、第１コア曲線部３１２から漏れ磁界が漏れ出る部分、及び第２コア曲線部３１３に漏れ磁界が入る部分では、漏れ磁界の＋Ｘ方向の成分が大きくなる。また、第１コイル３２及び第２コイル３３のそれぞれの周囲では、漏れ磁界の−Ｘ方向の成分が大きくなる。
【００４３】
従って、リアクトル３では、第１コイル３２及び第２コイル３３のそれぞれに電流が流れると、第１磁界と第２磁界とが衝突して漏れ磁界が漏れ出る漏磁部が第１コア曲線部３１２に形成され、漏磁部の反対側で漏れ磁界が入る入磁部が第２コア曲線部３１３に形成される。リアクトル３における漏れ磁界の方向は、リアクトル３に形成される漏磁部と入磁部とを結ぶ直線に沿った方向、又はこの直線に平行な直線に沿った方向となる。これにより、この例では、リアクトル３における漏れ磁界の方向がＸ方向と一致している。
【００４４】
リアクトル３における漏れ磁界の方向は、集磁コア４１のコア開口方向とは異なる方向となっている。この例では、集磁コア４１のコア開口方向がＺ方向と一致している。従って、この例では、リアクトル３における漏れ磁界の方向が、集磁コア４１のコア開口方向に直交する方向となっている。各電流センサ４は、リアクトル３から漏れ出る漏れ磁界が外部磁界として及ぶ範囲に配置されている。
【００４５】
次に、実施の形態１による電力変換装置１と比較するための比較例について説明する。図６は、比較例による電力変換装置を示す斜視図である。比較例による電力変換装置１００では、電流センサ４に対するリアクトル３の向きが実施の形態１と異なっている。
【００４６】
比較例では、Ｚ方向に沿ってそれぞれ配置された一対のコア直線部３１１がＸ方向へ互いに間隔をあけて並べられている。これにより、比較例では、リアクトルコア３１が第１コア曲線部３１２を電流センサ４に向けて配置されている。
【００４７】
図７は、図６の比較例による電力変換装置を示す正面図である。比較例では、リアクトル３の漏れ磁界の方向Ａ１と、集磁コア４１のコア開口方向Ｂ１とが、Ｚ方向と一致している。また、比較例では、磁電変換素子４２の感磁部の感磁方向Ｂ２がＸ方向と一致している。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００４８】
集磁コア４１に対する磁電変換素子４２の位置は、製造時の組立誤差などによって、設計上の位置からずれる場合がある。比較例では、集磁コア４１に対する磁電変換素子４２の位置が設計上の位置からずれると、磁電変換素子４２に対するリアクトル３の漏れ磁界の影響が大きくなることがある。
【００４９】
ここで、磁電変換素子４２のＸ方向への位置ずれ量と、リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響との関係を、比較例の集磁コア４１がある場合と、比較例の集磁コア４１がない場合とで比較した。リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響は、比較例の集磁コア４１がある場合、及び比較例の集磁コア４１がない場合のそれぞれの場合について第１の磁界解析により求めた。
【００５０】
第１の磁界解析は、均一で一定の大きさの磁界をリアクトル３の漏れ磁界として解析モデルに模擬することにより行った。また、第１の磁界解析では、リアクトル３のＺ方向に沿った中心軸線の位置に測定空間４３の中心位置がＸ方向について一致した解析モデルを用いた。さらに、第１の磁界解析の解析モデルでは、リアクトル３のＺ方向に沿った中心軸線に対して磁電変換素子４２の位置をＸ方向へずらした量[ｍｍ]を、磁電変換素子４２のＸ方向への位置ずれ量[ｍｍ]とした。
【００５１】
図８は、磁電変換素子４２のＸ方向への位置ずれ量と、リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響との関係を、比較例の集磁コア４１がある場合と、比較例の集磁コア４１がない場合とで比較したグラフである。図８に示すように、磁電変換素子４２のＸ方向への位置ずれがない場合には、集磁コア４１の有無によらず、磁電変換素子４２への影響がないことが分かる。しかし、集磁コア４１がある場合には、磁電変換素子４２の位置がＸ方向へ少しでもずれると、リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響が大きくなることが分かる。
【００５２】
集磁コア４１に対する磁電変換素子４２の位置は、製造時の組立誤差などによって、設計上の位置からずれる場合がある。従って、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１が集磁コア４１のコア開口方向Ｂ１と一致する比較例では、集磁コア４１がある場合に、リアクトル３の漏れ磁界が磁電変換素子４２に与える影響が大きくなることが分かる。
【００５３】
そこで、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１が、Ｘ方向と一致する場合、Ｙ方向と一致する場合、及びＺ方向と一致する場合の３つの場合について、磁電変換素子４２のＸ方向への位置ずれ量と、リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響との関係を第２の磁界解析により求めた。
【００５４】
第２の磁界解析は、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の各方向に個別に変えながら、均一で一定の大きさの磁界をリアクトル３の漏れ磁界として解析モデルに模擬することにより行った。また、第２の磁界解析の解析モデルでは、測定空間４３の中心位置に対して磁電変換素子４２の位置をＸ方向へずらした量[ｍｍ]を、磁電変換素子４２のＸ方向への位置ずれ量[ｍｍ]とした。
【００５５】
図９は、リアクトル３の漏れ磁界の方向Ａ１が、Ｘ方向と一致する場合、Ｙ方向と一致する場合、及びＺ方向と一致する場合の３つの場合で、磁電変換素子４２のＸ方向への位置ずれ量と、リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響との関係を比較したグラフである。
【００５６】
図９に示すように、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１がＺ方向と一致する場合には、磁電変換素子４２の位置がＸ方向へずれていると、リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響が大きくなる。即ち、比較例のようにリアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１が集磁コア４１のコア開口方向Ｂ１と一致する場合には、磁電変換素子４２のＸ方向への位置ずれ量が大きくなるにつれて、リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響も大きくなることが分かる。
【００５７】
これに対して、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１がＸ方向及びＹ方向のいずれかと一致する場合には、磁電変換素子４２の位置がＸ方向へずれていても、リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響が小さいことが分かる。従って、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１が集磁コア４１のコア開口方向Ｂ１と異なる方向となる場合には、磁電変換素子４２の位置がＸ方向へずれても、リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響が小さいことが分かる。
【００５８】
本実施の形態では、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１が、集磁コア４１のコア開口方向Ｂ１とは異なるＸ方向と一致している。従って、本実施の形態では、磁電変換素子４２の位置がＸ方向へずれても、リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響が小さくなる。
【００５９】
なお、図９をみると、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１がＸ方向と一致する場合、磁電変換素子４２の位置がずれていなくても、リアクトル３の漏れ磁界によって磁電変換素子４２が影響を受けることが分かる。しかし、集磁コア４１の磁気シールド効果を設計することにより、リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響を抑制することができる。
【００６０】
このような電力変換装置１では、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１がＸ方向と一致し、集磁コア４１のコア開口方向Ｂ１がＺ方向と一致している。このため、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１を集磁コア４１のコア開口方向Ｂ１とは異なる方向とすることができる。これにより、電流センサ４に集磁コア４１が含まれていても、リアクトル３の漏れ磁界が集磁コア４１に集まりにくくすることができる。従って、磁電変換素子４２の位置が測定空間４３の中心位置からずれていても、リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響を小さくすることができる。即ち、集磁コア４１及び磁電変換素子４２を含む電流センサ４を用いた場合でも、磁電変換素子４２の位置ずれによる電流センサ４の測定誤差を抑制することができる。
【００６１】
また、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１は、集磁コア４１のコア開口方向Ｂ１に直交する方向となっている。このため、リアクトル３の漏れ磁界が集磁コア４１を通ることをさらに確実に抑制することができ、電流センサ４の測定誤差をさらに確実に抑制することができる。
【００６２】
また、複数の集磁コア４１のそれぞれのコア開口方向Ｂ１は、互いに同一の方向となっている。このため、リアクトル３に対して各集磁コア４１のそれぞれのコア開口方向Ｂ１を揃えることができる。これにより、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１の調整を容易にすることができる。これにより、三相の交流電流などを流すために複数の電流センサ４が並べられている場合であっても、リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響を各電流センサ４について抑制することができる。
【００６３】
また、磁電変換素子４２は、バスバー２に流れる電流を制御する制御基板５に設けられている。このため、バスバー２に流れる電流の制御と、磁電変換素子４２の支持とを制御基板５に兼用させることができる。これにより、部品点数を減らすことができ、電力変換装置１の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００６４】
また、磁電変換素子４２は、第１端部４１１と第２端部４１２とが互いに対向する方向、即ちＸ方向で測定空間４３の中心に配置されている。このため、集磁コア４１のコア開口方向Ｂ１と同じ方向の外部磁界を集磁コア４１が受けたとしても、電流センサ４の測定誤差の増大を抑制することができる。
【００６５】
また、集磁コア４１の形状は、Ｃ字状又はＵ字状となっている。このため、集磁コア４１の製造及び設置を容易にすることができる。
【００６６】
なお、実施の形態１では、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１がＸ方向と一致している。しかし、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１が集磁コア４１のコア開口方向Ｂ１と異なる方向であれば、これに限定されない。例えば、図１０及び図１１に示すように、リアクトル３における漏れ磁界の方向をＹ方向と一致させてもよい。この場合、リアクトル３は、Ｙ方向に沿って配置された一対のコア直線部３１１をＸ方向へ互いに間隔をあけて並べた状態で配置される。
【００６７】
実施の形態２．
図１２は、この発明の実施の形態２による電力変換装置を示す斜視図である。また、図１３は、図１２の電力変換装置を示す正面図である。リアクトル３は、複数のバスバー２が並ぶ方向、即ちＸ方向へ複数の電流センサ４から離れた位置に配置されている。また、リアクトル３の少なくとも一部は、複数のバスバー２を含む平面に直交する方向、即ちＺ方向における複数の電流センサ４の範囲に重なっている。
【００６８】
リアクトル３の構成及び向きは、実施の形態１と同様である。従って、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１は、各集磁コア４１のコア開口方向Ｂ１とは異なる方向となっている。他の構成も、実施の形態１と同様である。
【００６９】
このような電力変換装置１では、リアクトル３の少なくとも一部がＺ方向における複数の電流センサ４の範囲に重なっている。このため、リアクトル３及び複数の電流センサ４を配置するために必要なＺ方向の範囲の寸法を小さくすることができる。これにより、Ｚ方向における電力変換装置１の小型化を図ることができる。
【００７０】
実施の形態３．
図１４は、この発明の実施の形態３による電力変換装置を示す斜視図である。また、図１５は、図１４の電力変換装置を示す正面図である。基板５１のＸ方向に沿った縁部には、複数の切り欠き部５３が形成されている。これにより、複数の切り欠き部５３の間には、基板５１の一部が複数の突起部５１ａとして配置されている。複数の突起部５１ａは、複数のバスバー２の位置に合わせてＸ方向へ互いに間隔をあけて配置されている。
【００７１】
集磁コア４１は、第１端部４１１及び第２端部４１２を切り欠き部５３に挿入した状態で配置されている。これにより、複数の突起部５１ａは、各集磁コア４１の測定空間４３に個別に挿入されている。
【００７２】
磁電変換素子４２は、基板５１の表面に直接実装された表面実装タイプの素子である。磁電変換素子４２は、複数の突起部５１ａのそれぞれに直接実装されている。これにより、各磁電変換素子４２の感磁部は、各集磁コア４１の測定空間４３に個別に配置されている。
【００７３】
この例では、磁電変換素子４２のパッケージ面に沿った方向が磁電変換素子４２の感磁方向Ｂ２となっている。磁電変換素子４２の感磁部は、第１端部４１１と第２端部４１２とが互いに対向する方向、即ちＸ方向に感磁方向Ｂ２を一致させた状態で測定空間４３に配置されている。従って、この例では、磁電変換素子４２の感磁部の感磁方向Ｂ２が集磁コア４１のコア開口方向Ｂ１に直交している。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００７４】
このような電力変換装置１では、制御基板５に形成された複数の切り欠き部５３に集磁コア４１の第１端部４１１及び第２端部４１２が挿入されている。このため、制御基板５に集磁コア４１を近づけることができる。これにより、電流センサ４及び制御基板５を配置するスペースをＺ方向において縮小することができ、電力変換装置１の小型化を図ることができる。
【００７５】
なお、実施の形態３では、複数の切り欠き部５３が基板５１に形成され、第１端部４１１及び第２端部４１２が複数の切り欠き部５３に挿入されている。しかし、複数の開口部を基板５１に形成し、第１端部４１１及び第２端部４１２を複数の開口部に挿入してもよい。この場合、複数の開口部の間には、基板５１の一部が仕切り部として配置される。また、この場合、集磁コア４１の測定空間４３には、基板５１の仕切り部が挿入される。さらに、磁電変換素子４２は、基板５１の仕切り部に直接実装される。
【００７６】
また、実施の形態３では、複数の電流センサ４からＺ方向へ離れた位置にリアクトル３が配置されている。しかし、実施の形態２と同様に、複数の電流センサ４からＸ方向へ離れた位置にリアクトル３を配置してもよい。このようにすれば、リアクトル３及び複数の電流センサ４を配置するために必要なＺ方向の範囲の寸法をさらに小さくすることができ、Ｚ方向における電力変換装置１の小型化をさらに図ることができる。
【００７７】
また、実施の形態２及び３では、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１がＸ方向と一致している。しかし、実施の形態２及び３でも、図１０及び図１１に示すリアクトル３の向きと同様に、リアクトル３の漏れ磁界の方向をＹ方向と一致させてもよい。このようにしても、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１を各集磁コア４１のコア開口方向Ｂ１と異なる方向とすることができ、リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響を小さくすることができる。
【００７８】
実施の形態４．
図１６は、この発明の実施の形態４による電力変換装置の集磁コアを示す斜視図である。集磁コア４１には、第１凸部４１３及び第２凸部４１４が一対の凸部として設けられている。第１凸部４１３及び第２凸部４１４のそれぞれは、集磁コア４１と同じ材料で構成されている。第１凸部４１３及び第２凸部４１４は、集磁コア４１とは別の部材であってもよいし、集磁コア４１と一体の単一部材であってもよい。
【００７９】
第１凸部４１３は、第１端部４１１から集磁コア４１の外側へ突出している。第２凸部４１４は、第２端部４１２から集磁コア４１の外側へ突出している。第１凸部４１３及び第２凸部４１４は、集磁コア４１から同一の方向へ突出している。この例では、集磁コア４１のコア開口方向と同じ方向、即ちＺ方向へ第１凸部４１３及び第２凸部４１４が集磁コア４１から突出している。また、この例では、Ｘ方向における第１凸部４１３及び第２凸部４１４のそれぞれの位置が測定空間４３に関して対称位置となっている。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００８０】
このような電力変換装置１では、第１凸部４１３が第１端部４１１から集磁コア４１の外側へ突出し、第２凸部４１４が第２端部４１２から集磁コア４１の外側へ突出している。このため、測定空間４３に配置された磁電変換素子４２に対して外部磁界をシールドする効果を第１凸部４１３及び第２凸部４１４によって得ることができる。これにより、磁電変換素子４２に対する外部磁界の影響をさらに小さくすることができ、電流センサ４の測定誤差をさらに抑制することができる。
【００８１】
また、第１凸部４１３及び第２凸部４１４がそれぞれ嵌る図示しない複数の凹部を制御基板５に設けることができる。従って、第１凸部４１３及び第２凸部４１４を複数の凹部に合わせることにより、制御基板５に対する集磁コア４１の位置決めを容易にかつより正確に行うことができる。これにより、測定空間４３における磁電変換素子４２の位置ずれを生じにくくすることができ、測定空間４３の中心に磁電変換素子４２を容易にかつより正確に配置することができる。このようなことから、電流センサ４の測定誤差をさらに抑制することができる。
【００８２】
なお、実施の形態４では、第１凸部４１３及び第２凸部４１４のそれぞれが集磁コア４１に設けられている。しかし、第１凸部４１３及び第２凸部４１４のいずれかの凸部のみが集磁コア４１に設けられていてもよい。このようにしても、磁電変換素子４２に対して外部磁界をシールドする効果を凸部によって得ることができる。また、測定空間４３における磁電変換素子４２の位置ずれも凸部によって生じにくくすることができる。
【００８３】
また、実施の形態４では、第１凸部４１３及び第２凸部４１４が設けられた集磁コア４１の構成が実施の形態１の集磁コア４１に適用されている。しかし、第１凸部４１３及び第２凸部４１４が設けられた集磁コア４１の構成を実施の形態２及び３の集磁コア４１に適用してもよい。
【００８４】
実施の形態５．
図１７は、この発明の実施の形態５による電力変換装置のリアクトルを示す正面図である。リアクトル３は、リアクトルコア３１と、リアクトルコア３１にそれぞれ設けられた第１コイル３２及び第２コイル３３とを有している。リアクトルコア３１の構成は、実施の形態１のリアクトルコア３１の構成と同様である。
【００８５】
リアクトルコア３１の一対のコア直線部３１１は、Ｘ方向に沿って配置されている。第１コイル３２と第２コイル３３とは、Ｘ方向において互いに離して配置されている。
【００８６】
第１コイル３２は、複数の第１分割コイル部３２１を有している。この例では、第１分割コイル部３２１の数が２個となっている。複数の第１分割コイル部３２１は、一対のコア直線部３１１に個別に設けられている。複数の第１分割コイル部３２１は、互いに電気的に接続されている。
【００８７】
第２コイル３３は、複数の第２分割コイル部３３１を有している。この例では、第２分割コイル部３３１の数が２個となっている。複数の第２分割コイル部３３１は、一対のコア直線部３１１に個別に設けられている。複数の第２分割コイル部３３１は、互いに電気的に接続されている。
【００８８】
第１コイル３２に電流が流れると、図１７の矢印Ａ１１の方向へリアクトルコア３１を通る第１磁界が発生する。また、第２コイル３３に電流が流れると、図１７の矢印Ａ１２の方向へリアクトルコア３１を通る第２磁界が発生する。即ち、リアクトルコア３１では、第１コイル３２に流れる電流によって発生する第１磁界の方向と、第２コイル３３に流れる電流によって発生する第２磁界の方向とが、互いに逆方向となる。
【００８９】
第１磁界及び第２磁界は、一方のコア直線部３１１で衝突することにより、リアクトルコア３１の外部に矢印Ａ１の方向へ漏れ磁界として漏れ出す。リアクトルコア３１の外部に矢印Ａ１の方向へ漏れ出した漏れ磁界は、矢印Ａ３又は矢印Ａ４の経路を通って、矢印Ａ２の方向から他方のコア直線部３１１に入る。この例では、矢印Ａ１の方向及び矢印Ａ２の方向が＋Ｙ方向と一致している。これにより、一方のコア直線部３１１から漏れ磁界が漏れ出る部分、及び他方のコア直線部３１１に漏れ磁界が入る部分では、漏れ磁界の＋Ｙ方向の成分が大きくなる。また、第１コイル３２及び第２コイル３３のそれぞれの周囲では、漏れ磁界の−Ｙ方向の成分が大きくなる。
【００９０】
従って、実施の形態５のリアクトル３では、第１コイル３２及び第２コイル３３のそれぞれに電流が流れると、第１磁界と第２磁界とが衝突して漏れ磁界が漏れ出る漏磁部が一方のコア直線部３１１に形成され、漏磁部の反対側で漏れ磁界が入る入磁部が他方のコア直線部３１１に形成される。リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１は、リアクトル３に形成される漏磁部と入磁部とを結ぶ直線に沿った方向、又はこの直線に平行な直線に沿った方向となる。これにより、この例では、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１がＹ方向と一致している。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００９１】
このような電力変換装置１では、第１コイル３２が複数の第１分割コイル部３２１を有し、第２コイル３３が複数の第２分割コイル部３３１を有している。このようにしても、リアクトル３における漏れ磁界の方向Ａ１を、集磁コア４１のコア開口方向Ｂ１とは異なる方向にすることにより、リアクトル３の漏れ磁界による磁電変換素子４２への影響を小さくすることができ、電流センサ４の測定誤差を抑制することができる。
【００９２】
なお、実施の形態５では、第１分割コイル部３２１の数が２個となっている。しかし、第１分割コイル部３２１の数を３個以上としてもよい。
【００９３】
また、実施の形態５では、第２分割コイル部３３１の数が２個となっている。しかし、第２分割コイル部３３１の数を３個以上としてもよい。
【００９４】
また、実施の形態５では、複数の第１分割コイル部３２１を有する第１コイル３２と、複数の第２分割コイル部３３１を有する第２コイル３３とが実施の形態１のリアクトル３に適用されている。しかし、複数の第１分割コイル部３２１を有する第１コイル３２と、複数の第２分割コイル部３３１を有する第２コイル３３とを実施の形態２〜４のリアクトル３に適用してもよい。
【００９５】
また、各上記実施の形態では、集磁コア４１及び磁電変換素子４２を一体にするモールド部材が電流センサ４に含まれていてもよい。この場合、モールド部材は、樹脂で構成される。また、この場合、モールド部材は、測定空間４３に充填されていてもよいし、測定空間４３に充填されていなくてもよい。このようにすれば、集磁コア４１に対する磁電変換素子４２の位置決めをさらに正確にすることができる。これにより、電流センサ４の測定誤差をさらに確実に抑制することができる。
【００９６】
また、各上記実施の形態では、コンバータ１０３のリアクトル３から漏れ出る漏れ磁界が及ぶ範囲に第１インバータ１０１の電流センサ４が配置されている。しかし、リアクトル３から漏れ出る漏れ磁界が及ぶ範囲に、第２インバータ１０２の電流センサ４ａが配置されていてもよいし、コンバータ１０３の電流センサ４ｂが配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１  電力変換装置、２，２ａ，２ｂ  バスバー、３  リアクトル、４，４ａ，４ｂ  電流センサ、５，５ａ，５ｂ  制御基板、４１  集磁コア、４２  磁電変換素子、４１１  第１端部、４１２  第２端部、４３  測定空間。
【図１】
2020141455.tif 000003
【図２】
2020141455.tif 000004
【図３】
2020141455.tif 000005
【図４】
2020141455.tif 000006
【図５】
2020141455.tif 000007
【図６】
2020141455.tif 000008
【図７】
2020141455.tif 000009
【図８】
2020141455.tif 000010
【図９】
2020141455.tif 000011
【図１０】
2020141455.tif 000012
【図１１】
2020141455.tif 000013
【図１２】
2020141455.tif 000014
【図１３】
2020141455.tif 000015
【図１４】
2020141455.tif 000016
【図１５】
2020141455.tif 000017
【図１６】
2020141455.tif 000018
【図１７】
2020141455.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月14日(2020.5.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バスバー、
リアクトル、
前記リアクトルから漏れ出る漏れ磁界が及ぶ範囲に配置され、前記バスバーに流れる電流を測定する電流センサ、及び
前記電流センサからの情報に基づいて、前記バスバーに流れる電流を制御する制御基板
を備え、
前記電流センサは、測定空間を介して互いに対向する第１端部及び第２端部を持つ集磁コアと、前記測定空間に配置された感磁部を持ち前記感磁部で感知した磁界の大きさに応じて信号を発生する磁電変換素子とを有しており、
前記バスバーから前記測定空間を通って前記集磁コアの外側へ向かう方向を前記集磁コアのコア開口方向とすると、
前記リアクトルにおける前記漏れ磁界の方向は、前記コア開口方向とは異なる方向となっており、
前記磁電変換素子は、前記制御基板に設けられている電力変換装置。
【請求項２】
前記リアクトルにおける前記漏れ磁界の方向は、前記コア開口方向に直交する方向である請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
複数の前記バスバーにそれぞれ流れる電流を個別に測定する複数の前記電流センサを備え、
複数の前記集磁コアのそれぞれの前記コア開口方向は、互いに同一の方向である請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記感磁部は、前記測定空間の中心に配置されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電流センサは、前記集磁コア及び前記磁電変換素子を一体にするモールド部材を有している請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記集磁コアには、前記第１端部及び前記第２端部の少なくともいずれかから前記集磁コアの外側へ突出する凸部が設けられている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電力変換装置。