(57)【要約】【課題】信頼性（特に耐振性）が高く、小型軽量で安価な車載用電力変換装置を得る。【解決手段】スイッチング素子、駆動回路部及び主回路配線から構成されるスイッチングパワーモジュールと、磁路を形成するコア、上記磁路内に配置された磁気感知素子及び上記磁気感知素子の信号を処理して外部に出力する信号処理回路から構成され、上記主回路配線を流れる電流に比例した出力信号を検出する電流センサとを備え、上記電流センサは、上記コアの一部、磁気感知素子及び信号処理回路があらかじめ低温、低圧の樹脂で一次成形されている電力変換装置。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともスイッチング素子、駆動回路部及び主回路配線から構成されるスイッチングパワーモジュールと、上記主回路配線を流れる電流に比例した出力信号を検出する電流センサと、上記スイッチングパワーモジュールと電流センサとを一体成形してなる樹脂ケースとを備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力変換装置において、上記電流センサは磁路を形成するコアと、上記磁路内に配置された磁気感知素子と、上記磁気感知素子の信号を処理して外部に出力する信号処理回路とから構成され、上記コアの一部、磁気感知素子及び信号処理回路があらかじめ低温、低圧の樹脂で一次成形されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２記載の電力変換装置において、上記電流センサの信号処理回路の出力端子が電力変換装置の制御基板に直接的に接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１記載の電力変換装置において、上記電流センサはシャント抵抗からなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項４記載の電力変換装置において、上記シャント抵抗が上記スイッチング素子を冷却するための冷却部材に直接的または間接的に接触するように配設されてなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項４及び請求項５記載の電力変換装置において、上記シャント抵抗は上記主回路配線を加工、成形することにより構成されていることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車に搭載されるインバー夕等の電力変換装置に関し、特にその主回路電流を検出する電流センサの電力変換装置への組み立て構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車載モータ等の駆動に用いられるインバータ装置においては、その主回路部分に流れる電流を電流センサにより検出し、上記モータの駆動・制御に利用することが広く行われている。
一般に電流センサは、磁路を形成するコアと、上記磁路内に配置された磁気感知素子と、上記磁気感知素子の信号を処理して外部に出力する信号処理回路とから構成されており、インバータ装置などのスイッチングパワーモジュールから導出された主回路電流を流すブスバーが、前記コア部を貫通するように配置されている。そして、この電流センサはインバータ装置本体の外部に別体配置されることが多く、自動車等の取り付けスペースの少ない用途においては電流センサを配置する空間を縮小し、システム全体を如何に小型且つ容易に組み立てるかという問題が存在していた。
（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１８９０３９号公報（第２〜３頁、図４〜図７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来の電流センサは、インバータ装置の外部に別体配置されているため、コア及び磁気感知素子を保護するための外装ケースを必要とし、そのための実装スペースを余分に考慮しなければならず、また、電流センサとインバータ装置間をブスバーで接続する必要があった。
また、別体配置となる従来の電流センサは、固定方法、耐振対策などを考慮した堅牢な保持具を別途設計する必要があり、このためインバータシステム全体が大きく、重く、かつコストの高いものになると同時に、開発、設計工数も多大なものになる問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、小型、軽量でかつ低コストで信類性の高い電力変換装置を得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電力変換装置は、スイッチングパワーモジュールと電流センサとを一つの樹脂ケース内に一体成形していることを特徴としている。
【０００７】
またこの発明に係る電力変換装置は、上記電流センサを、磁路を形成するコアと、上記磁路内に配置された磁気感知素子と、上記磁気感知素子の信号を処理して外部に出力する信号処理回路とから構成し、上記コアの一部と磁気感知素子及び信号処理回路があらかじめ低温、低圧の樹脂で一次成形されていることを特徴としている。
【０００８】
またこの発明に係る電力変換装置は、上記電流センサの信号処理回路の出力端子が直接電力変換装置の制御基板に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
また上記電流センサはシャント抵抗からなることを特徴とする。
【００１０】
また上記シャント抵抗がスイッチング素子を冷却するための冷却部材に直接的または間接的に接触するように配設されていることを特徴とする。
【００１１】
さらにこの発明に係る電力変換装置は、上記シャント抵抗が主回路配線を加工、成形することにより構成されたことを特徹としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の一実施形態を図に基づいて説明する。以下の説明では、三相交流モータ等を駆動するインバータに関する実施形態を例に述べるが、本発明はすべての電力変換装置に対して適用可能である。図１は、この発明の電力変換装置の全体構成を示す回路構成図であり、図中１はインバータ主回路で、直流電源２を三相交流に変換してモータ３を駆動する。インバータ主回路１はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いた半導体スイッチング素子４と逆並列ダイオード５とがモジュール化されて三相ブリッジの各アームを構成している。
一方、駆動回路部６はモータ３の出力トルクと回転速度を電流センサ７とエンコーダ８により検出し、これらの信号により上記半導体モジュールの制御（ＰＷＭ制御等）を行う。
図２は上記電力変換装置の実際の組み立て構造を示す樹脂ケースの上面図であり、電流センサ７が樹脂ケース９内の交流出力主回路配線１０側（１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗ）に埋め込まれた状態を示している。
なお、電流センサ７を、図の左側に図示している直流入力部主回路配線１１側（１１Ｐ、１１Ｎ）に配置してもよい。なお、図中１２はブスバー締結ボルト、１３は主回路配線取付ボルトを示す。
図３は図２のＡ―Ａ線から見た側断面図である。
図中、１４は信号処理回路、１５は外部出力端子、１６は電力変換装置の制御基板である。
図４は当該実施形態の電流センサ７部分の断面拡大構造を示すものであり、磁束を集める目的のコア１７、コア１７の集めた磁束を感知するホール素子からなる磁気感知素子１８、磁気感知素子１８の信号を電圧信号に変換し、電流センサ７の外部に出力する出力端子１５を備える信号処理回路１４で構成されている。電流センサ７は交流出力主回路配線１０側（１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗ）に電流が流れると、この電流に比例した磁束がコア１７に発生する。上記コア１７の一辺に配置されている磁気検出素子１８が上記磁束を検出し、信号処理回路１４で電圧に変換した信号を外部端子１５を介して、インバータ装置１の駆動回路６へ出力する。従ってこの電圧信号は交流出力主回路配線１０に流れた電流に比例した出力信号となる。
図４中のハッチング部は、コア１７と磁気感知素子１８及び信号処理回路１４を予め樹脂で固定するための樹脂成形部を示している。図５は信号処理回路１４を取り外した状態で図３のＢ―Ｂ線断面図を表したものである。
【００１３】
主回路配線１０は、電力変換装置の用途に合うように成形されており、本実施例では図のようにアングル状に成形している。電流センサ７は、前述したようにコア１７、磁気感知素子１８、信号処理回路１４が事前に樹脂で一体化されている。この樹脂モールドにはエポキシ樹脂等が使用できＩＣモールドと同様に低温・低圧成形にて一体成形されるものである。上記のように一次成形することによって、コア１７と磁気感知素子１８の位置関係が予め固定でき、かつ、外部出力端子１５を持つ信号処理回路１４によって当該電流センサ７の特性を電力変換装置の樹脂ケース９に埋め込む前に単独で予め知ることができる。
【００１４】
さらに、予め樹脂成形された上記電流センサ７のコア１７に主回路配線１０を通し、金型に上記電流センサ７と主回路配線１０をセットし当該電流センサ７と主回路配線１０を同時に一体樹脂成形することによって、主回路部と電流センサ部を一度の樹脂成形工程で一括支持固定することができる。
ところで、電流センサ構成部品であるコア１７、磁気感知素子１８、信号処理回路１４、及び主回路配線１０をおのおの金型にセットし樹脂ケース９に成形すると、樹脂温度が高く、成形圧力が高い樹脂に接触した瞬間に、電子部品で構成されている磁気感知素子１８、信号処理回路１４は破壊されてしまうか、磁気感知素子１８の位置が成形圧力でずれてしまい特性が出なくなる問題点がある。この問題点を解決するために、上記のように予め電流センサを低温及び低圧で樹脂固定することにより、樹脂温度が高く、成形圧力が高い主回路配線１０との同時樹脂成形を可能とする。これによって、構成部品単体の特性検査が可能となり、総完成品の廃却など不必要な廃却損失をなくすることができ、損失を最小限に抑えることができる。さらに、電流センサ単体で成形条件を調節することにより、歩留まり向上も容易となる。
【００１５】
また上記電流センサ７を樹脂で全体を固定するため、電流センサを堅牢に固定できることから、従来技術の課題である耐振対策構造を特別に考慮する必要もなく、従来のように特別な保持具も不必要となり、設置場所、向きなど電力変換装置の用途、形状により自由に配置することができる。また、図３に示すとおり、電流センサ信号を外部に出力するための端子１５と電力変換装置制御基板１６を直接接続することにより電流センサ信号を制御基板に伝送することができ、従来必要であった電流センサと電力変換装置間を接続する電線が不要となる効果もある。
【００１６】
なお、上記実施例は、電流センサのコア１７に珪素鋼鈑を積層したものを想定しているが、透磁率が高いものであればどんなものでもよく、フエライトや希土類のコアを使用しても上記実施の形態１と同様の効果がある。また、磁気感知素子１８はホール素子を示しているが、磁気抵抗素子など磁気を感知するものならば何でもよい。さらに、主回路配線は金属板でなくても導体であれば何でもよく、また、主回路配線用部材は一体成形であるインサートモールドではなく、アウトサート工法でも上記実施の形態１と同様の効果を期待できる。
【００１７】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２による電力変換装置を示す内部側面構成図であり、図７は図６に示す実施例の転用例を示す内部側面構成図である。実施の形態１と共通する部材については同一の符号を使用し、その説明は省略する。
図６は、電流センサにシャント抵抗１９を用いている場合を示している。２０はシャント抵抗１９で発生する電圧降下を検出するための電圧センシング端子である。上記シャント抵抗１９は実施の形態１と同様主回路配線１０と共に樹脂ケース９に一体成形されている。シャント抵抗１９の電流センサヘの応用は一般的に広く知られているため、ここではその詳細説明は省略するが、シャント抵抗を用いることにより、より簡単・安価な構成とすることが出来る。
【００１８】
図７は図６の転用例であるが、シャント抵抗１９が図６と同様主回路配線１０と共に樹脂ケース９に一体成形されており、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子を冷却する冷却部材２１と接触している構造を示している。シャント抵抗１９と冷却部材２１とは直接接触でなくてもよく、伝熱性の高い部材を挟んだ間接接触でも同様の効果を得ることができる。
ところで、シャント抵抗はある一定の抵抗率を利用していることから、当該シャント抵抗に電流を流すことによって必ず、「電流の２乗×シャント抵抗の抵抗値×電流の通電時間」に比例した熱が発生する。この熱は周囲に悪影響を与えると同時に電流検出精度が劣化するため、冷却されることが望ましい。この実施態様の構造は、シャント抵抗１９で発生する熱を効率よく放熱することができ、より小型、軽量で安価な電力変換装置を得ることができるものである。
【００１９】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３による電力変換装置を示す内部側面構成図であり、図９は図８に示す実施例の転用例を示す内部側面構成図である。実施の形態１と共通する部材については同一の符号を使用し、その説明は省略する。
図８、図９はシャント抵抗１９を主回路端子１０自体を加工した抵抗体を用いて構成したものである。主回路端子１０は導体ではあるが、必ず電気抵抗を保有しており、本実施の形態３ではこの電気抵抗を積極的に利用したものである。抵抗体とする部分は主回路端子１０のどの部分を用いても同様の電気抵抗特性をもっているため、任意に選択することが出来る。また、抵抗体として選択した部分の主回路端子１０の一端を図８のように折り曲げることによって、当該シャント抵抗部で発生した電圧降下を検出するための電圧センシング端子２０を形成することができる。上記のような形状にすることにより、主回路端子１０の形状を形成する時に同時に電圧センシング端子２１も形成でき、製造工程を最小限にできるため安価なシャント抵抗を得ることができる。
【００２０】
また、図９は上記のように製造されたシャント抵抗１９を図７の様に配置した例である。
シャント抵抗１９は冷却部材２１に直接または間接的に接触しており、シャント抵抗１９で発生した熱を効率よく冷却し、シャント抵抗のダイナミックレンジ（使用可能電流範囲）の拡大またはシャント抵抗の更なる小型化に寄与するものである。
【００２１】
なお、図８、図９に図示しているシャント抵抗１９は、平板状を示しているが、放熱性や抵抗値を考慮し、電圧センシング端子間の平板状部分にスリットを入れても同様の効果を奏する。
【００２２】
【発明の効果】
この説明に係る電力変換装置によれば、従来別体であった電流センサをインバータ装置本体に内蔵することにより、当該電流センサ保持のために必要であった空間を削減することができ、インパー夕装置全体を小型化することができる。また、従来必ず必要であった電流センサを取り付ける工程も削減でき、低コストで高信頼性のインバータ装置を構成できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の電力変換装置の全体構成を示す回路構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電力変換装置の実際の組み立て構造を示す樹脂ケースの上面図である。
【図３】図２のＡ―Ａ線から見た側断面図である。
【図４】当該実施形態の電流センサ７部分の断面構造を示すものである。
【図５】電流センサの信号処理回路１４を取り外した状態で図３のＢ―Ｂ線断面図を表したものである。
【図６】この発明の実施の形態２による電力変換装置を示す内部側面構成図である。
【図７】図６に示す実施例の転用例を示す内部側面図である。
【図８】この発明の実施の形態３による電力変換装置を示す内部側面構成図である。
【図９】図８に示す実施例の転用例を示す内部側面構成図である。
【符号の説明】
１  インバータ主回路、２  直流電源、３  モータ、４  スイッチング素子電流センサ、６  駆動回路、７  電流センサ、９  樹脂ケース、１０  主回路端子、１４  信号処理回路、１５  外部出力端子、１６  電力変換装置の制御基板、１７  コア、１８  磁気感知素子、１９  シャント抵抗、２１  冷却部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004343820.tif 000009
【図８】
2004343820.tif 000010
【図９】
2004343820.tif 000011