(57)【要約】【課題】スイッチ素子の発熱の影響により磁電変換素子の検出精度が低下することを抑圧し、高精度な電流制御を実現する。【解決手段】スイッチ素子（２）を冷却する第１冷却器（７）と、スイッチ素子に接続されるバスバー（６）と、バスバーを貫通させるコア（４）と、コアに挿入され、スイッチ素子に供給される電流値を検知する磁電変換素子（５）と、スイッチ素子を制御する制御器と、ケース（１）と、カバー（８）とを備え、コアは、一部をケースの外部に露出部として露出させる露出配置構造を有し、スイッチ素子を冷却する第１冷却器の温度の影響を受けずに露出部の冷却を行う分割冷却構造をさらに備える。【選択図】図２
2017153306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチ素子と、
前記スイッチ素子を冷却する第１冷却器と、
前記スイッチ素子に接続されるバスバーと、
前記バスバーを貫通させるコアと、
前記コアに設けられたギャップに挿入され、前記バスバーを流れて前記スイッチ素子に供給される電流値を検知する磁電変換素子と、
前記磁電変換素子が検知した前記電流値を用いて、前記スイッチ素子を制御する制御器と、
前記スイッチ素子、前記コア、前記磁電変換素子、および前記制御器を収納するケースと、
前記ケースの開口部を覆うように設けられ、前記ケース内を密閉構造とするカバーと
を備えて構成される電流制御装置であって、
前記コアは、前記ギャップ以外の一部を前記ケースの外部に露出部として露出させる露出配置構造を有し、
前記スイッチ素子を冷却する前記第１冷却器の温度の影響を受けずに前記露出部の冷却を行う分割冷却構造をさらに備える
電流制御装置。
【請求項２】
前記分割冷却構造は、前記第１冷却器とは分離して設けられ、前記露出部を冷却する第２冷却器として構成される
請求項１に記載の電流制御装置。
【請求項３】
前記第２冷却器は、体積、表面積、および使用する冷媒を、前記第１冷却器に依存せずに個別設定され、前記第１冷却器とは独立した所望の温度に前記露出部を冷却する
請求項２に記載の電流制御装置。
【請求項４】
前記分割冷却構造は、前記第１冷却器に接続されるとともに、前記露出部が挿入されたダクトとして構成され、
前記ダクト内に、前記第１冷却器を冷却する冷媒を強制対流させることで、前記第１冷却器および前記露出部が冷却される
請求項１に記載の電流制御装置。
【請求項５】
前記ダクト内の前記冷媒は、前記露出部を経由して前記第１冷却器に流入するように流れ方向が規定され、前記強制対流が行われる
請求項４に記載の電流制御装置。
【請求項６】
前記ギャップに前記磁電変換素子が挿入された前記コアを複数有する構造において、
前記分割冷却構造による第１の冷却性能による冷却と、前記露出配置構造による第２の冷却性能による冷却とを組み合わせた効果により、複数のコアのそれぞれを冷却する際に、前記第１の冷却性能と前記第２の冷却性能との組合せにより得られるトータルの冷却性能が、前記複数のコアのそれぞれで均一となるように、前記分割冷却構造と前記露出配置構造が設計されている
請求項１から５のいずれか１項に記載の電流制御装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の構成を備えた電流制御装置の製造方法であって、
前記ケースの外部に前記露出部を露出させた状態で、前記ケースと前記コアを一体成形する工程
を備える電流制御装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ素子の発熱の影響による電流検出精度の低下を抑圧し、高精度に電流を検出し、接続される誘導素子の電流供給量を精度よく制御する電流制御装置および電流制御装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータなどは、スイッチ素子が制御されることで、電源からモータの各コイルへの電流供給経路を切り替えることで、モータの駆動制御を行っている。また、変圧機などは、スイッチ素子が制御されることで、電源からリアクトルへの電流供給量を調整し、電源で発生する電圧を任意の電圧に変圧して出力する。
【０００３】
モータあるいは変圧機は、誘導素子（一般的にはコイル）から構成される。そして、例えば、モータのトルクを制御するためには、コイルに通電する電流供給量を制御することとなる。
【０００４】
電流制御装置は、コイルに通電する電流供給量を電流値として検出し、検出された電流値を元に、スイッチ素子を制御することで、コイルに通電する電流供給量が所望の値となるように制御する。
【０００５】
電流制御に使用される電流検出値は、電流制御装置内に配置されたバスバーを貫通させるコアに取り付けられた磁電変換素子により得られる。
【０００６】
バスバーが通電すると、電流値に応じた磁界が発生し、磁電変換素子は、発生した磁界をコアを介して検出し、磁界に応じた電圧に変換する。さらに、磁電変換素子により変換された電圧は、制御手段に出力され、制御手段は、入力された電圧から、コイルに流れる電流を算出し、電流制御を行う。
【０００７】
ところで、車載用インバータは、運転性、効率の観点から、高精度のモータ制御が望まれる。高精度のモータ制御を実現させるためには、電流検出の高精度化が必要である。電流検出精度は、磁電変換素子の磁界検出精度に影響される。磁界検出精度は、磁電変換素子の特性、およびコアと磁電変換素子の位置精度に影響される。
【０００８】
例えば、コアと磁電変換素子の位置精度を高める方法として、ケースとコアを一体成型し、コアを確実に固定している従来技術がある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１は、ケースとコアの一体成型により、車両走行中の振動によるコアの移動を防ぐことで、コアと磁電変換素子の距離を常時一定に保つことができる。
【０００９】
そのため、特許文献１は、コアの移動による磁気変化に影響されることなく、高精度の電流検出を行うことができる。この結果、高精度の電流制御を行うことが可能となり、結果的に、高効率でモータを制御できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７―０２８７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来技術は、以下のような課題がある。車載用モータを制御する際には、高電圧、大電流が車載用モータに供給されることとなる。車載用モータに大電流を供給するためには、電流制御装置のスイッチ素子に流れる電流も大きくなり、発熱が大きくなる。そのため、スイッチ素子に冷却器を取り付け、冷却する必要がある。
【００１２】
一方、磁電変換素子は、温度上昇により検出精度が悪化するという特性を持つ。そのため、高精度の電流検出を実現するためには、スイッチ素子の発熱増加に起因する磁電変換素子の温度上昇を抑圧する必要がある。
【００１３】
磁電変換素子を用いた電流検出では、電流検出精度を高めるために、出荷検査時、装置組立後に電流値の学習を行い、回路のバラつきの影響を補正している。しかしながら、出荷検査の短時間化の観点から、検査時の温度のみで学習し、その他の温度に対する学習は、行われていない場合が多い。つまり、磁電変換素子の温度が、電流値の学習時温度よりも高くなった場合には、電流検出精度が悪化する。
【００１４】
一方、磁電変換素子自体は、発熱しない。しかしながら、磁電変換素子をスイッチ素子と同一ケース内に配置する場合には、スイッチ素子が発生する熱の影響でケース内部の温度が上昇し、磁電変換素子の温度が学習時よりも上昇する場合が考えられる。従って、この場合には、電流制御装置のケース内温度上昇に伴い、電流検出精度が悪化してしまう。
【００１５】
図９は、特許文献１において提案されている電流制御装置のケース内温度と電流検出誤差の関係を示す図である。そこで、この図９を用いて、ケース内温度と電流検出誤差との関係について説明する。
【００１６】
図９の横軸は、電流制御装置のケース内温度を示す。ケース内温度は、スイッチ素子が動作したときに発せられる熱により上昇する。縦軸は、基板に搭載されているスイッチ素子の制御手段が算出する電流値と実際にバスバーに流れる電流との誤差を示す。図９中の（ａ）は、磁電変換素子の温度上昇を抑圧した場合の、ケース内温度に対する電流検出誤差を示している。また、図９中の（ｂ）は、磁電変換素子の温度がケース内温度よりも高い場合のケース内温度に対する電流検出誤差を示している。以下に、詳細に説明する。
【００１７】
特許文献１において提案されている電流制御装置は、コア下部にスイッチ素子と共通の冷却器を配置している。そして、この冷却器によりコアを冷却することで、コアに設けられたギャップに挿入される磁電変換素子を冷却し、ケース内温度の上昇に伴う磁電変換素子の温度上昇を抑圧している。このようにして、ケース内温度に対し、磁電変換素子の温度上昇を抑圧した場合の、ケース内温度に対する電流検出誤差が、図９中の（ａ）に相当する。
【００１８】
しかしながら、特許文献１において提案されている電流制御装置において、駆動直後に大電流を流した場合には、必ずしも（ａ）とはならない。図１０は、スイッチ素子に大電流を流した場合の、時間経過に伴う冷却器の温度およびケース内の温度の遷移状態を示す図である。図１０を用いて、スイッチ素子へ電流の通電を開始したときの、スイッチ素子の冷却器の温度とケース内温度のその後の変化について説明する。
【００１９】
図１０の横軸は、通電の経過時間を示し、縦軸は、温度を示す。図１０中の（ｃ）は、スイッチ素子の冷却器の温度、（ｄ）は、ケース内温度を示す。スイッチ素子で発生した熱は、ケース内の気体およびスイッチ素子の冷却器へ伝導する。
【００２０】
流動のない気体は、断熱に使用されるなど、金属やプラスチック材料よりも熱伝導率が低い。一方、冷却器は、熱を伝達しやすいように、金属などが用いられるため、気体よりも熱伝導率が高い。ここで、熱伝導率は、数値が低いほど暖まりにくいことを表している。
【００２１】
特に、スイッチ素子に大電流を通電する場合には、発生する熱が高く、ケース内は、熱伝導率の低い気体で満たされている。このため、気体よりも熱伝導率のよい冷却器の方が、ケース内温度の上昇と比較して、温度上昇が早くなる。ある程度時間が経過し、温度が飽和した状態では、積極的に冷却している冷却器の温度よりも、ケース内の温度の方が高くなる。つまり、図１０に示す（ｃ）、（ｄ）のような温度推移となる。
【００２２】
特許文献１において提案されている電流制御装置のように、磁電変換素子に用いられる冷却器として、スイッチ素子と共通の冷却器を用いている場合には、スイッチ素子で発生した熱は、冷却器およびコアを介して磁電変換素子に伝導する。従って、スイッチ素子へ電流を通電させた直後は、ケース内温度よりも磁電変換素子の方が、温度は高くなる。
【００２３】
磁電変換素子は、学習した温度よりも高いほど、電流検出誤差が大きい。このため、先の図９の（ｂ）に示す特性のように、ケース内温度に対する電流検出誤差が大きくなる。ある程度時間が経過すれば、ケース内温度も上昇し、冷却器よりも温度が高くなる。このため、ケース内温度に対し、磁電変換素子の温度が低くなり、（ａ）と同じ状態となる。
【００２４】
スイッチ素子に通電される電流が低い場合には、スイッチ素子の熱が低く、冷却器およびコアを介して、磁電変換素子へ温度が伝達しない。このため、ケース内温度に対し、磁電変換素子の温度が低い（ａ）の状態となる。
【００２５】
一方、スイッチ素子に通電される電流が高い場合には、スイッチ素子の熱が高く、冷却器およびコアを介して、磁電変換素子へ温度が伝達する。このため、ケース内温度に対し、磁電変換素子の温度が高い（ｂ）の状態となる。この結果、磁電変換素子の磁界検出精度が悪くなり、電流検出精度も悪くなる。
【００２６】
従って、電流制御装置の駆動直後に大電流を流した場合には、高精度に電流を検出することができず、電流制御装置に接続される誘導素子の電流供給量を精度よく制御できない。
【００２７】
特に、ハイブリッドカーは、発進時に、ガソリンエンジンは停止したまま、モータのみで発進させる運転モードがある。このような発進時の運転モードでは、低回転域を大トルクにより駆動させることで、自動車をスムーズに発進させることができる。そのため、低回転域で大トルクを出すことが不得手なガソリンエンジンではなく、低回転域でも大トルクを発生させることができるモータを使用する。
【００２８】
一方で、ガソリンエンジンの効率がよくなる運転モードでは、ガソリンエンジンを使用し、モータを停止させる。ハイブリッドカーは、このようにして、エネルギーを高効率で使用することにより、燃費を向上させている。
【００２９】
発進時の運転モードの電流制御装置に注目すると、始動時にモータへ大トルクを発生させるために、電流制御装置は、スイッチ素子を介してモータへ大電流を通電する。このとき、電流制御装置の冷却器とケース内温度は、スイッチ素子を駆動させる前であるため、同じである。この状態で大電流を流した場合には、冷却器の温度は、（ｃ）の状態となる。従って、（ｃ）の温度状態は、（ｂ）の電流検出誤差となり、必要以上にモータへ電流を流すこととなる。
【００３０】
つまり、発進時には、運転者の操作に対し、過敏にモータが動作してしまい、運転のレスポンスが悪く、省エネ運転ができない。結果的に、必要以上にエネルギーを消費させ、燃費が悪化するという問題がある。
【００３１】
本発明は、前述の問題を解決するためになされたもので、磁電変換素子およびスイッチ素子を同一ケース内に配置させた場合でも、スイッチ素子が発する熱の影響により、磁電変換素子の検出精度が低下することを抑圧し、高精度に電流を検出することで、接続される誘導素子の電流供給量を精度よく制御できる電流制御装置および電流制御装置の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明に係る電流制御装置は、スイッチ素子と、スイッチ素子を冷却する第１冷却器と、スイッチ素子に接続されるバスバーと、バスバーを貫通させるコアと、コアに設けられたギャップに挿入され、バスバーを流れてスイッチ素子に供給される電流値を検知する磁電変換素子と、磁電変換素子が検知した電流値を用いて、スイッチ素子を制御する制御器と、スイッチ素子、コア、磁電変換素子、および制御器を収納するケースと、ケースの開口部を覆うように設けられ、ケース内を密閉構造とするカバーとを備えて構成される電流制御装置であって、コアは、ギャップ以外の一部をケースの外部に露出部として露出させる露出配置構造を有し、スイッチ素子を冷却する第１冷却器の温度の影響を受けずに露出部の冷却を行う分割冷却構造をさらに備えるものである。
【００３３】
また、本発明に係る電流制御装置の製造方法は、本発明の構成を備えた電流制御装置の製造方法であって、ケースの外部に露出部を露出させた状態で、ケースとコアを一体成形する工程を備えるものである。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、スイッチ素子および磁電変換素子が同一ケース内に配置されている場合に、コアの一部をケース外部に露出させて冷却するとともに、スイッチ素子を冷却する冷却器の温度が直接コアへ伝達しないように配置する構造を備えている。この結果、磁電変換素子およびスイッチ素子を同一ケース内に配置させた場合でも、スイッチ素子が発する熱の影響により、磁電変換素子の検出精度が低下することを抑圧し、高精度に電流を検出することで、接続される誘導素子の電流供給量を精度よく制御できる電流制御装置および電流制御装置の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電流制御装置を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電流制御装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る電流制御装置の短辺方向の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。
【図８】本発明の実施の形態５に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。
【図９】特許文献１において提案されている電流制御装置のケース内温度と電流検出誤差の関係を示す図である。
【図１０】スイッチ素子に大電流を流した場合の、時間経過に伴う冷却器の温度およびケース内の温度の遷移状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明に係る電流制御装置および電流制御装置の製造方法の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図面中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。
【００３７】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電流制御装置を説明する図である。本実施の形態１に係る電流制御装置は、ケース１、スイッチ素子２ａ、２ｂ、２ｃ、基板３、コア４ａ、４ｂ、４ｃ、磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃ、バスバー６ａ、６ｂ、６ｃ、冷却器７、およびカバー８を備えて構成されている。
【００３８】
図１に示すように、各スイッチ素子２ａ、２ｂ、２ｃは、冷却器７上に搭載され、この冷却器７により冷却される。素子２ａ、２ｂ、２ｃが発生する熱が伝導された冷却器７は、自然対流または外気の対流、強制空冷、水冷などによる強制対流により冷却させる。
【００３９】
各バスバー６ａ、６ｂ、６ｃは、各スイッチ素子２ａ、２ｂ、２ｃに接続され、ケース１を貫通し、ケース外部へ出ている。各コア４ａ、４ｂ、４ｃは、各バスバー６ａ、６ｂ、６ｃが貫通するように取り付けられる。各コア４ａ、４ｂ、４ｃには、ギャップが設けられており、このギャップに各磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃが挿入される。
【００４０】
基板３は、各スイッチ素子２ａ、２ｂ、２ｃおよび各磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃに接続される。基板３には、各スイッチ素子２ａ、２ｂ、２ｃを制御するための制御手段が搭載されている。また、この制御手段は、磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃから入力された電圧値を電流値に変換する。
【００４１】
ケース１は、基板３を囲うように形成され、ケース１を成形する際に、バスバー６ａ、６ｂ、６ｃを、コア４ａ、４ｂ、４ｃに貫通させた状態で、ケース１と一体成形する。カバー８は、ケース１の上部に取り付けられ、ケース１内が密閉される。ゆえに、ケース外部とケース内部との間で温度差が生じる。
【００４２】
次に、電流検出方法について説明する。各バスバー６ａ、６ｂ、６ｃは、通電される電流に応じた磁気を発生する。発生した磁気は、各コア４ａ、４ｂ、４ｃを通る。そして、各磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃは、各コア４ａ、４ｂ、４ｃのギャップの磁束を検出し、電圧に変換して出力する。
【００４３】
すなわち、各磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃは、各コア４ａ、４ｂ、４ｃのギャップに発生する磁束を検知し、電圧に変換する。この際、各磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃの出力電圧は、各コア４ａ、４ｂ、４ｃのギャップの磁束密度に比例する。
【００４４】
そして、基板３に搭載された制御手段は、磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃから入力された電圧値を電流値に変換する。このようにして、電流制御装置は、各バスバー６ａ、６ｂ、６ｃに通電する電流値を検出することができる。
【００４５】
次に、電流制御方法について説明する。上述した制御手段は、各スイッチ素子２ａ、２ｂ、２ｃに制御信号を出力する。そして、各スイッチ素子２ａ、２ｂ、２ｃは、入力された制御信号により、ＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００４６】
制御手段は、ＯＮ指令を出力することで、電流制御装置に接続される誘電素子へ電流を供給できる。誘電素子への電流供給量は、スイッチ素子２ａ、２ｂ、２ｃのＯＮ／ＯＦＦの比率により制御できる。ＯＮの時間は、前述した方法により検出された各バスバー６ａ、６ｂ、６ｃに通電される電流値と、制御手段にて指令する目標電流値との差分を用いて制御される。このようにして、電流制御装置は、電流を制御する。
【００４７】
続いて、図２を用いて、本発明の特徴である、スイッチ素子の発熱による電流検出精度低下の抑圧方法について説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る電流制御装置の断面図である。具体的には、この図２は、図１に対し、磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃのいずれかを短辺方向にカットした断面図である。
【００４８】
スイッチ素子２は、各スイッチ素子２ａ、２ｂ、２ｃのいずれかを示し、コア４は、各コア４ａ、４ｂ、４ｃのいずれかを示し、磁電変換素子５は、各磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃいずれかを示し、バスバー６は、各バスバー６ａ、６ｂ、６ｃのいずれかを示す。
【００４９】
図２に示すように、コア４の一部は、露出部として、ケース１の外部へ露出されている。また、冷却器７は、冷却器７の熱が直接コア４に伝導しない位置に設置される。具体的には、コア４の下部に冷却器７を配置させない構成としている。この結果、冷却器７の熱は、ケース１、ケース内の気体、ケース外部の外気を介さなければ、コア４に伝導されない。また、ケース１、ケース内の気体、ケース外部の外気は、いずれも冷却器７より熱伝導率が低い。
【００５０】
冷却器７の熱がコア４へ直接伝導しないため、スイッチ素子２の熱は、冷却器７を介して、積極的に磁電変換素子５に伝導されることはない。また、コア４の一部は、ケース１の外部へ露出している。このため、コア４は、ケース内温度よりも低く、対流がある外気によって直接的に冷却される。この結果、コア４の温度は、ケース内温度よりも低くなる。
【００５１】
従って、大電流がスイッチ素子２に流れ、スイッチ素子２の発熱により、冷却器７の温度がケース内温度よりも高くなった場合でも、磁電変換素子５の温度は、ケース内部の温度よりも低く抑えることができる。つまり、磁電変換素子５の検出精度の低下を抑制することができ、高精度に電流を検出できる。
【００５２】
以上のように、実施の形態１によれば、コアは、磁電変換素子が挿入されるギャップ以外の一部をケース外部に露出部として露出させる露出配置構造を有している。また、スイッチ素子を冷却する冷却器の温度の影響を受けずに、露出部の冷却を行う分割冷却構造として、露出部を外気によって直接冷却する構造を有している。
【００５３】
従って、磁電変換素子およびスイッチ素子を同一ケース内に配置させた場合にも、コアの一部をケース外部に露出させて冷却し、かつ、スイッチ素子を冷却する冷却器の温度が、直接コアへ伝達しないように配置することが可能となる。この結果、スイッチ素子の発熱によって生じる磁電変換素子の温度上昇による検出誤差の増加および電流検出精度の低下を抑制し、高精度に電流を検出し、接続される誘導素子の電流供給量を精度よく制御することができる。
【００５４】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、冷却器７の熱が直接コア４に伝導しない位置に冷却器７を配置する構成について説明した。これに対して、本実施の形態２では、スイッチ素子２の直下に配置する冷却器７とは別に、コア専用の個別の冷却器を用いて、コア４を積極的に冷却する構成について説明する。
【００５５】
図３は、本発明の実施の形態２に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。図３に示した構成は、先の図２に示した構成と比較すると、スイッチ素子２の冷却器７とは異なる冷却器９を新たに設け、この冷却器９によりコア４を冷却するところが異なっている。そこで、冷却器９にてコア４を冷却する構成を中心に、以下に説明する。
【００５６】
本実施の形態２に係る電流制御装置は、露出部の冷却を行う分割冷却構造として、コア４に対して、冷却器９が取り付けられた構造を備えている。コア４の熱は、冷却器９へ伝導され、自然対流熱伝達により、または外気の対流、強制空冷、水などによる強制対流熱伝達により、冷却させる。
【００５７】
ここで、冷却器９は、外気よりも冷却性能がよいものとする。さらに、冷却器９は、スイッチ素子２の冷却器７とは異なるものとして個別に設けられ、冷却器７の温度が、直接、冷却器９に伝達しないように、冷却器７と冷却器９とは、互いに離れるように配置される。
【００５８】
さらに、冷却器９は、体積、表面積、および使用する冷媒を、冷却器７とは異なるものとすることで、冷却器７とは異なる冷却性能を設定することができる。そのため、冷却器９は、冷却器７とは独立した所望の温度に、コア４を冷却することができる。
【００５９】
コア４は、冷却器９により冷却されるため、所望の温度に冷却することで、コア４のギャップに挿入されている磁電変換素子５を、所望の温度にすることが可能である。つまり、所望の温度を適切に設計することで、磁電変換素子５は、ケース１内の温度に関わらず、学習時の精度を維持することができる。この結果、高精度に電流を検出できる。
【００６０】
先の実施の形態１では、露出部の冷却を行う分割冷却構造として、コア４の冷却を外気で行う構造を採用していた。これに対して、本実施の形態２では、上述したように、冷却性能を高めるため、冷却器７とは異なる冷却器９を、冷却器７から直接温度が伝達しないように配置させ、かつ、冷却器９に所望の温度となるような冷却性能を与え、コア４を介して磁電変換素子５を冷却する構造を、分割冷却構造として採用している。
【００６１】
この結果、スイッチ素子２の発熱によるケース１内の温度上昇に関わらず、磁電変換素子５を、学習時の精度を維持することができ、高精度に電流を検出し、接続される誘導素子の電流供給量を精度よく制御することができる。
【００６２】
以上のように、実施の形態２によれば、先の実施の形態１で説明した、スイッチ素子の直下に配置する冷却器に加えて、コア専用の個別の冷却器を用いて、コアを積極的に冷却する分割冷却構造を備えている。この結果、スイッチ素子の発熱によるケース内の温度上昇に関わらず、磁電変換素子を用いて高精度に電流を検出し、接続される誘導素子の電流供給量を精度よく制御することができる。
【００６３】
特に、コア専用の冷却器に所望の温度となるような冷却性能を持たせることで、外気により露出部を冷却するときと比べ、より高精度な電流検出が可能となる。
【００６４】
実施の形態３．
本実施の形態３では、コア専用の冷却器９を採用する代わりに、冷却器７に対してさらにダクトを設け、コア４の冷却効果を高める構成について説明する。
【００６５】
図４は、本発明の実施の形態３に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。図４に示した構成は、先の図２に示した構成と比較すると、スイッチ素子２の冷却器７にダクト１０を設け、冷媒を強制対流により冷却する際に、冷媒をコア４の冷却にも積極的に用いているところが異なっている。そこで、露出部の冷却を行う分割冷却構造として、ダクト内を流れる冷媒を積極的に用いる本実施の形態３の技術的特徴について、以下に説明する。
【００６６】
冷却器７をより冷却したい場合には、図４に示すように、冷却器７の入口へダクト１０を取り付け、冷媒を強制対流により冷却することが考えられる。ダクト１０を取り付けることで、冷媒の流量や方向を制御することができるため、冷却器７をより冷却できることとなる。
【００６７】
このとき、ケース１の下に位置するダクト１０の上部を開放し、ダクト１０内にコア４の露出部が挿入されるようにして、ダクト１０を冷却器７の入口へ取り付ける。このようにすることで、冷媒がコア４にも当たり、コア４が冷却される。
【００６８】
このような分割冷却構造を採用することで、先の実施の形態１のように、コア４に外気が触れる状態のときよりも、安定的にコア４を冷媒により冷却することができる。また、図４に示したように、冷媒を流す方向を冷媒方向１１とすることで、冷却器７の熱を、コア４と逆方向に排出させることができる。このため、コア４に冷却器７の熱が伝導することを防止することができる。
【００６９】
さらに、冷媒が直接触れているコア４の温度は、冷媒の温度を制御することで、所望の温度に制御できる。このため、磁電変換素子５も、所望の温度に制御できることとなる。つまり、磁電変換素子５の温度をケース１内の温度に関わらず、学習時の温度とすることができ、先の実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
さらに、コア４の冷却手段を冷媒とすることで、コア４に冷却器９を取り付けることができない場合であっても、コア４を所望の温度に冷却することができる。このため、先の実施の形態２に対し、冷却器９が必要ない分、軽量化を図ることができる。また、本実施の形態３の分割冷却構造は、スイッチ素子２とコア４を冷却する際に、共通の冷却器７と共通の冷媒を用いている。このため、コア４を冷却するための個別の冷却器９を用いることなく、簡単な構成によって、コア４を冷却できる効果もある。
【００７１】
以上のように、実施の形態３によれば、コア専用の個別の冷却器を用いることなく、スイッチ素子を冷却するための冷却器にダクトを取り付け、このダクト内を流れる冷媒によりコアを積極的に冷却する分割冷却構造を備えている。この結果、より簡単な構成で、先の実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
実施の形態４．
本実施の形態４では、複数のコアを有する電流制御装置に関して、それぞれのコアの冷却効果を均一化させる方法について、以下に説明する。具体的には、先の実施の形態３の構成に対して湾曲したダクト１０を採用した際に、３つのコア４ａ、４ｂ、４ｃの冷却効果を均一化させることのできるレイアウトに関して説明する。
【００７３】
図５は、本発明の実施の形態４に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。図５は、磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃの位置で電流制御装置の長辺方向にカットした断面を示す。図５に示すように、コア４ａは、ケース１に対し凸形状に、コア４ｂは、ケース１に対し平形状に、コア４ｃは、ケース１に対し凹形状に、それぞれ露出部を露出させるようにして、ケース１と一体成型される。
【００７４】
続いて、先の実施の形態３で示したように、冷却器７の入口にダクト１０を取り付けた場合を考える。ダクト１０は、必ずしも真っ直ぐな形状をしているとは限らない。例えば、ダクト１０が湾曲している場合について、図６を用いて説明する。
【００７５】
図６は、本発明の実施の形態４に係る電流制御装置の短辺方向の断面図である。具体的には、図６は、磁電変換素子５ｃの位置で電流制御装置の短辺方向にカットした断面であり、電流制御装置の上面を示す図である。
【００７６】
また、図７は、本発明の実施の形態４に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。図６に示すような湾曲したダクト１０が、図７に示すように、冷却器７の入口へ取り付けられている。また、図６中に示した点線の矢印は、湾曲したダクト１０を通り、冷却器７を冷却するための冷媒の、冷媒方向１１ａ、１１ｂ、１１ｃを示す。
【００７７】
湾曲したダクト１０を電流制御装置に取り付けた場合、湾曲したダクト１０内の冷媒の流速は、
冷媒方向１１ａ＜冷媒方向１１ｂ＜冷媒方向１１ｃ
の関係となる。すなわち、湾曲したダクト１０内の曲り角度が大きい壁側を流れる冷媒（冷媒方向１１ａ）の流速は遅くなり、湾曲したダクト１０内の曲り角度が小さい壁側を流れる冷媒（冷媒方向１１ｃ）の流速は早くなる。
【００７８】
先の実施の形態３における図４のダクト１０を、図６に示すように湾曲したダクト１０とした場合には、流速が速い冷媒ほど、コア４ａ、４ｂ，４ｃを冷却する性能が高い。このため、流速が速い冷媒の当たるコア４ｃが一番冷却される。
【００７９】
つまり、湾曲したダクト１０を用いる場合には、磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃの冷却度合が異なり、磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃの温度が均一とはならない、このため、検出精度に温度依存がある磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃにより、各相の電流検出誤差が異なる結果となってしまう。
【００８０】
先の実施の形態３に係る電流制御装置に湾曲したダクト１０を取り付ける場合、コア４ａ、４ｂ，４ｃの冷却状態から、コア４ａ、４ｂ，４ｃの温度の関係は、
コア４ａ＞コア４ｂ＞コア４ｃ
となる。
【００８１】
一方、磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃは、温度が高い程、検出誤差が大きい。従って、電流検出誤差は、
磁電変換素子５ａ＞５ｂ＞５ｃ
となる。
【００８２】
バスバー６ａをＡ相、バスバー６ｂをＢ相、バスバー６ｃをＣ相とした場合、電流制御装置が制御する電流の誤差は、大きい順に
Ａ相＞Ｂ相＞Ｃ相
となる。
【００８３】
電流制御装置にモータを接続したとき、モータのスムーズな回転は、電流制御装置が出力するＡ相、Ｂ相、Ｃ相の三相電流のバランスと密接な関係を有する。Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の三相の電流バランスが不均一な場合には、電流リップルが大きくなり、モータは、スムーズな回転をすることができず、運転性が低下する。このような運転性の低下を抑制するためには、電流検出誤差がある場合にも、その電流検出誤差の値を、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相で均一となるようにすることが望ましい。
【００８４】
そこで、湾曲したダクト１０を使用する際に、各相での電流検出誤差を均一にする手法について、以下に説明する。図５に示すように、コア４ａは、ケース１に対し凸形状として露出するように露出部が配置されている。このため、ケース１に対し露出した表面積分、冷媒により冷却される。
【００８５】
コア４ｂは、ケース１に対し平形状として露出するように露出部が配置されている。このため、コア４ｂの底面積分、冷媒により冷却される。コア４ｃは、ケース１に対し凹形状として露出するように露出部が配置されている。このため、冷却器７に向かい冷媒を流したとき、凹形状が抵抗となり、冷媒の流速が低下した状態で、コア４ｃの底面積分が冷媒により冷却される。
【００８６】
従って、このような露出配置構造による冷却性能は、高い順に、
コア４ａ＞、コア４ｂ＞コア４ｃ
となる。
【００８７】
一方、湾曲したダクト１０内の冷媒の流速は、
冷媒方向１１ａ＜冷媒方向１１ｂ＜冷媒方向１１ｃ
の関係となる。この関係は、分割冷却構造による冷却性能の大小関係に相当する。
【００８８】
つまり、冷却性能が低い冷媒方向１１ａの冷媒には、冷却性能の高いコア４ａを配置し、冷却性能が低い冷媒方向１１ｃの冷媒には、冷却性能の高い４ａを配置し、冷却性能が冷媒方向１１ａより高く、冷媒方向１１ａよりも低い冷媒方向１１ｂの冷媒には、冷却性能がコア４ａより低く、冷媒方向コア４ｃよりも高いコア４ｂを配置する。
【００８９】
このような配置とすることで、湾曲したダクト１０へ冷媒を流したときのコア４ａ、４ｂ，４ｃの温度の関係を、結果的に、
コア４ａ＝コア４ｂ＝コア４ｃ
とすることが可能となる。
【００９０】
換言すると、湾曲したダクト１０を採用する場合にも、露出配置構造および分割冷却構造によるトータルの冷却性能を、全てのコア４ａ、４ｂ、４ｃで均一化することができる。従って、磁電変換素子５ａ、５ｂ、５ｃの検出誤差も同一とすることができる。
【００９１】
また、本実施の形態４は、先の実施の形態３のように、コア４ａ、４ｂ，４ｃが、冷却器７から直接熱が伝達されない構造となっており、先の実施の形態３と同様の効果が得られる。
【００９２】
以上のように、実施の形態４によれば、図５に示したようなレイアウトを採用し、トータルの冷却性能を均一化することで、湾曲したダクトを用いた場合にも、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の三相の電流バランスを均一化することができる。この結果、三相の電流リップルが小さい電流を、精度よく制御して供給でき、モータをスムーズな回転に制御できる効果を得ることができる。
【００９３】
実施の形態５．
本実施の形態５では、先の実施の形態４とは異なる方法で、複数のコアを有する電流制御装置に関して、それぞれのコアに対するトータルの冷却効果を均一化させる場合について説明する。具体的には、先の実施の形態２に示したコア専用の冷却器を用いる構成に対して、湾曲したダクト１０を採用した際に、３つのコア４ａ、４ｂ、４ｃの冷却効果を均一化させることのできるレイアウトに関して説明する。
【００９４】
図８は、本発明の実施の形態５に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。図８に示した構成は、先の図５に示した構成と比較すると、コア４ａ、４ｂ，４ｃのそれぞれに対して、スイッチ素子２ａ、２ｃ、２ｂを冷却する冷却器７とは異なる、コア専用の冷却器９ａ、９ｂ、９ｃが設けられているところが異なっている。
【００９５】
コア４ａ、４ｂ，４ｃは、同じ高さで、ケース１と一体成型される。さらに、コア４ａ、４ｂ，４ｃは、冷却性能が
冷却器９ａ＞冷却器９ｂ＞冷却器９ｃ
である冷却器９ａ、９ｂ、９ｃが、個別に設置されている。なお、各冷却器９ａ、９ｂ、９ｃは、独立し、互いに温度の影響が直接伝達しないように設置される。
【００９６】
コア４ａ、４ｂ，４ｃの温度は、それぞれ、冷却器９ａ、９ｂ、９ｃの冷却性能に依存する。このため、同じ流速の冷媒を流した場合には、コア４ａ、４ｂ，４ｃの冷却性能は、
コア４ａ＞、コア４ｂ＞コア４ｃ
となる。
【００９７】
湾曲したダクト１０を採用した場合には、湾曲したダクト１０内の冷媒の流速は、
冷媒方向１１ａ＜冷媒方向１１ｂ＜冷媒方向１１ｃ
の関係となる。
【００９８】
このため、冷却性能が低い冷媒方向１１ａの冷媒には、冷却性能の高いコア４ａを配置し、冷却性能が高い冷媒方向１１ｃの冷媒には、冷却性能の低い４ｃを配置し、冷却性能が冷媒方向１１ａより高く、冷媒方向１１ｃよりも低い冷媒方向１１ｂの冷媒には、冷却性能がコア４ａより低く、冷媒方向コア４ｃよりも高いコア４ｂを配置する。
【００９９】
このような配置とすることで、湾曲したダクト１０へ冷媒を流したときのコア４ａ、４ｂ，４ｃの温度の関係を、結果的に、
コア４ａ＝コア４ｂ＝コア４ｃ
とすることが可能である。
【０１００】
換言すると、湾曲したダクト１０を採用する場合にも、露出配置構造および分割冷却構造によるトータルの冷却性能を、全てのコア４ａ、４ｂ、４ｃで均一化することができる。従って、前述の実施の形態４と同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
さらに、本実施の形態５では、コア４ａ、４ｂ，４ｃを、同じ高さとすることができる。このため、コア４ａ、４ｂ，４ｃとケース１とを一体成型するときに、同形状の治具でコア４ａ、４ｂ，４ｃを押さえて成形することができ、コア４ａ、４ｂ，４ｃでそれぞれ異なる形状の治具を設計する必要がなくなる。この結果、本実施の形態５の構成は、先の実施の形態４の構成と比較して、一体成型に関わる設計工数を削減できる効果がある。
【０１０２】
以上のように、実施の形態５によれば、図８に示したようなレイアウトを採用し、トータルの冷却性能を均一化することで、湾曲したダクトを用いた場合にも、全てのコアの高さを同一としてケースと一体成形した上で、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の三相の電流バランスを均一化することができる。この結果、先の実施の形態４と同様の効果を得ることができるとともに、一体成型に関わる設計工数の削減効果を得ることができる。
【０１０３】
なお、スイッチ素子２は、ＭＯＳ−ＦＥＴやＩＧＢＴ、または、これらを組み合わせたパワーモジュールで実現可能である。また、基板に搭載される制御手段は、マイコンで実現可能である。また、磁電変換素子５は、ホール素子で実現可能である。さらに、一体成型は、インサート成形を用いることで実現可能である。
【０１０４】
また、本発明は、その発明の範囲内において、上述した実施の形態１〜５にて説明した内容を自由に組み合わせたり、あるいは各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  ケース、２、２ａ、２ｂ、２ｃ  スイッチ素子、３  基板、４、４ａ、４ｂ、４ｃ  コア、５、５ａ、５ｂ、５ｃ  磁電変換素子、６、６ａ、６ｂ、６ｃ  バスバー、７  冷却器（第１冷却器）、８  カバー、９、９ａ、９ｂ、９ｃ  冷却器（第２冷却器）、１０  ダクト、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  冷媒方向。
【図１】
2017153306.tif 000003
【図２】
2017153306.tif 000004
【図３】
2017153306.tif 000005
【図４】
2017153306.tif 000006
【図５】
2017153306.tif 000007
【図６】
2017153306.tif 000008
【図７】
2017153306.tif 000009
【図８】
2017153306.tif 000010
【図９】
2017153306.tif 000011
【図１０】
2017153306.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月2日(2017.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
本発明に係る電流制御装置は、スイッチ素子と、スイッチ素子を冷却する第１冷却器と、スイッチ素子に接続されるバスバーと、バスバーを貫通させるコアと、コアに設けられたギャップに挿入され、バスバーを流れてスイッチ素子に供給される電流値を検知する磁電変換素子と、磁電変換素子が検知した電流値を用いて、スイッチ素子を制御する制御器と、スイッチ素子、コア、磁電変換素子、および制御器を収納するケースと、ケースの開口部を覆うように設けられ、ケース内を密閉構造とするカバーとを備えて構成される電流制御装置であって、コアは、ギャップ以外の一部をケースの外部に露出部として露出させる露出配置構造を有し、スイッチ素子を冷却する第１冷却器の熱が、ケース、ケース内の気体、ケース外部の外気の少なくともいずれか１つを介さない限り、コアへ直接伝導されないように第１冷却器とコアを配置し、露出部の冷却を行うことで、スイッチ素子の発熱により第１冷却器の温度がケース内温度より高くなった場合でも、磁電変換素子の温度をケース内部の温度よりも低く抑える分割冷却構造をさらに備えるものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
また、本発明に係る電流制御装置の製造方法は、本発明の構成を備えた電流制御装置の製造方法であって、ケースの外部に露出部を露出させた状態で、磁電変換素子が挿入されたコアとケースとを一体成形することで、露出配置構造を形成する第１工程と、第１冷却器の熱が、ケース、ケース内の気体、ケース外部の外気の少なくともいずれか１つを介さない限りコアへ直接伝導されない位置であり、かつ、スイッチ素子を冷却できる位置に第１冷却器を配置することで、分割冷却構造を形成する第２工程とを備えるものである。
【手続補正３】
【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】
スイッチ素子と、
前記スイッチ素子を冷却する第１冷却器と、
前記スイッチ素子に接続されるバスバーと、
前記バスバーを貫通させるコアと、
前記コアに設けられたギャップに挿入され、前記バスバーを流れて前記スイッチ素子に供給される電流値を検知する磁電変換素子と、
前記磁電変換素子が検知した前記電流値を用いて、前記スイッチ素子を制御する制御器と、
前記スイッチ素子、前記コア、前記磁電変換素子、および前記制御器を収納するケースと、
前記ケースの開口部を覆うように設けられ、前記ケース内を密閉構造とするカバーと
を備えて構成される電流制御装置であって、
前記コアは、前記ギャップ以外の一部を前記ケースの外部に露出部として露出させる露出配置構造を有し、
前記スイッチ素子を冷却する前記第１冷却器の熱が、前記ケース、前記ケース内の気体、前記ケース外部の外気の少なくともいずれか１つを介さない限り、前記コアへ直接伝導されないように前記第１冷却器と前記コアを配置し、前記露出部の冷却を行うことで、前記スイッチ素子の発熱により前記第１冷却器の温度がケース内温度より高くなった場合でも、前記磁電変換素子の温度を前記ケース内部の温度よりも低く抑える分割冷却構造をさらに備える
電流制御装置。
【請求項２】
前記分割冷却構造は、前記第１冷却器とは分離して設けられ、前記露出部を冷却する第２冷却器として構成される
請求項１に記載の電流制御装置。
【請求項３】
前記第２冷却器は、体積、表面積、および使用する冷媒を、前記第１冷却器に依存せずに個別設定され、前記第１冷却器とは独立した所望の温度に前記露出部を冷却する
請求項２に記載の電流制御装置。
【請求項４】
前記分割冷却構造は、前記第１冷却器に接続されるとともに、前記露出部が挿入されたダクトとして構成され、
前記ダクト内に、前記第１冷却器を冷却する冷媒を強制対流させることで、前記第１冷却器および前記露出部が冷却される
請求項１に記載の電流制御装置。
【請求項５】
前記ダクト内の前記冷媒は、前記露出部を経由して前記第１冷却器に流入するように流れ方向が規定され、前記強制対流が行われる
請求項４に記載の電流制御装置。
【請求項６】
前記ギャップに前記磁電変換素子が挿入された前記コアを複数有する構造において、
前記分割冷却構造による第１の冷却性能による冷却と、前記露出配置構造による第２の冷却性能による冷却とを組み合わせた効果により、複数のコアのそれぞれを冷却する際に、前記第１の冷却性能と前記第２の冷却性能との組合せにより得られるトータルの冷却性能が、前記複数のコアのそれぞれで均一となるように、前記分割冷却構造と前記露出配置構造が設計されている
請求項１から５のいずれか１項に記載の電流制御装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の構成を備えた電流制御装置の製造方法であって、
前記ケースの外部に前記露出部を露出させた状態で、前記磁電変換素子が挿入された前記コアと前記ケースとを一体成形することで、前記露出配置構造を形成する第１工程と、
前記第１冷却器の熱が、前記ケース、前記ケース内の気体、前記ケース外部の外気の少なくともいずれか１つを介さない限り前記コアへ直接伝導されない位置であり、かつ、前記スイッチ素子を冷却できる位置に前記第１冷却器を配置することで、前記分割冷却構造を形成する第２工程と
を備える電流制御装置の製造方法。