(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状のバスバーと、
前記バスバーが内側に配置された、磁性体からなるＵ字状のコアと、
２つの貫通孔を有し、前記Ｕ字状のコアの２つの脚部のそれぞれが、２つの前記貫通孔のそれぞれに挿入された基板と、
２つの前記貫通孔の間の前記基板の部分における、一方の前記貫通孔の側及び他方の前記貫通孔の側に互いに間隔を空けてそれぞれ配置された２つの磁性体と、
２つの前記貫通孔の間の前記基板の部分に配置され、検知した磁界を電気信号に変換して出力する磁電変換素子と、を備え、
前記Ｕ字状のコアと２つの前記磁性体とにより、Ｃ字状のコアが形成されている電力変換装置。
【請求項２】
前記磁電変換素子は、前記バスバーと対向する前記基板の一方の面に配置されている請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
ブロック形状の２つの前記磁性体が、前記基板の一方の面及び他方の面の一方又は双方に配置されている請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
２つの前記磁性体が、前記基板内に配置されている請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
２つの前記磁性体は、一方の面及び他方の面の一方又は双方に非磁性体を備えている請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記磁電変換素子は、前記基板に表面実装されている請求項１から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記Ｕ字状のコアと前記バスバーとが樹脂で一体化されている請求項１から６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記バスバーに接続されたパワーモジュールを備え、
前記基板は、前記パワーモジュールの動作を制御する回路を有する請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記Ｕ字状のコアの前記基板に垂直な方向の位置を調整する位置調整部を備えた請求項１から８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】
本願は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車又はハイブリッド自動車のように、駆動源にモータが用いられている電動車両には、複数の電力変換装置が搭載されている。電力変換装置は、モータの駆動または駆動エネルギーのバッテリへの回生などに用いられる。具体的な電力変換装置としては、商用の交流電源から直流電源に変換して高圧バッテリに充電する充電器、高圧バッテリの直流電源から補助機器用のバッテリの電圧（例えば１２Ｖ）に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ、バッテリからの直流電力をモータへの交流電力に変換するインバータなどが挙げられる。電力変換装置の内部には、大電流をスイッチングする素子及び電力変換機能を制御する演算回路に加えて、バスバーに流れる電流を測定する電流センサなどが設けられる。このように電力変換装置の内部には多くの電気部品等が含まれるため、電力変換装置全体のサイズが大きくなるという課題があった。
【０００３】
電力変換装置の大型化を抑制するために、電流センサを他の部品と一体的に形成した構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。電流センサは、バスバーと、バスバーが内側に配置され、切欠き部を備えた磁性体からなるＣ字状のコアと、Ｃ字状のコアの切欠き部に設けられる磁電変換素子とから構成される。Ｃ字状のコアは切欠き部のギャップ長を短く形成できるため、磁電変換素子への集磁効果を高めることができる。そのため、電流センサを構成する磁性体コアにＣ字状のコアがよく用いられる。磁電変換素子は基板に接続され、バスバーを流れる電流に起因して切り欠き部に生じた磁束を検知する。基板は、磁電変換素子を備えた側に切欠き部を配置するために、Ｃ字状のコアの一部を貫通させる１対の貫通孔を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７２７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１においては、基板に１対の貫通孔を設けてＣ字状のコアの一部を貫通させて電流センサと基板とを一体的に形成しているため、Ｃ字状のコアによる高い集磁効果を維持しつつ、電力変換装置を小型化することができる。しかしながら、Ｃ字状のコアの一部を基板に設けた１対の貫通孔に貫通させるため、基板に設ける貫通孔が大きくなり基板の強度が低下するという課題があった。また、基板の強度が低下すると、振動などの外力で基板が破壊するという課題があった。
【０００６】
そこで、本願は、Ｃ字状のコアによる高い集磁効果及び電力変換装置の小型化を維持しつつ、Ｃ字状のコアを配置する基板の強度の低下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している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願に開示される電力変換装置は、板状のバスバーと、バスバーが内側に配置された、磁性体からなるＵ字状のコアと、２つの貫通孔を有し、Ｕ字状のコアの２つの脚部のそれぞれが２つの貫通孔のそれぞれに挿入された基板と、２つの貫通孔の間の基板の部分における、一方の貫通孔の側及び他方の貫通孔の側に互いに間隔を空けてそれぞれ配置された２つの磁性体と、２つの貫通孔の間の基板の部分に配置され、検知した磁界を電気信号に変換して出力する磁電変換素子とを備え、Ｕ字状のコアと２つの磁性体とにより、Ｃ字状のコアが形成されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
本願に開示される電力変換装置によれば、磁性体からなるＵ字状のコアの２つの脚部のそれぞれが基板に設けられた２つの貫通孔のそれぞれに挿入され、２つの磁性体が２つの貫通孔の間の基板の部分における、一方の貫通孔の側及び他方の貫通孔の側に互いに間隔を空けてそれぞれ配置されており、Ｕ字状のコアと２つの磁性体とによりＣ字状のコアが形成されているため、Ｃ字状のコアによる高い集磁効果及び電力変換装置の小型化を維持しつつ、Ｃ字状のコアを配置する基板の強度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る電力変換装置の概略の構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る電力変換装置を示す正面図である。
【図３】実施の形態１に係る電力変換装置の要部を示す斜視図である。
【図４】実施の形態１に係る電力変換装置の概略の構成を示す模式図である。
【図５】実施の形態２に係る電力変換装置の要部を示す斜視図である。
【図６】実施の形態３に係る電力変換装置の要部を示す斜視図である。
【図７】実施の形態４に係る電力変換装置の要部を示す斜視図である。
【図８】実施の形態４に係る電力変換装置の磁性体を示す斜視図である。
【図９】実施の形態５に係る電力変換装置の要部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本願の実施の形態による電力変換装置を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る電力変換装置１００の概略の構成を示す斜視図、図２は電力変換装置１００を示す正面図、図３は電力変換装置１００の要部である一つの電流センサ３０ａを示す斜視図、図４は電力変換装置１００の概略の構成を示す模式図である。図１及び図２は電力変換装置１００を取り囲む筐体を取り除いて示した図で、図４は基板５０を一方の面から見た図である。電力の変換を行う電力変換装置１００は、モータを駆動源の一つとする電気自動車、もしくはハイブリット自動車等の車両に搭載されて用いられる。電力変換装置１００は、３相の電流の各相がそれぞれに流れる３本のバスバー４０ａ、４０ｂ、４０ｃを備える。３相電流のそれぞれの電流値を測定するために、バスバー４０ａに電流センサ３０ａ、バスバー４０ｂに電流センサ３０ｂ、バスバー４０ｃに電流センサ３０ｃが設けられる。
【００１２】
＜電力変換装置１００の構成の概要＞
電力変換装置１００は、板状のバスバー４０と、磁性体からなるＵ字状のコア１０と、Ｕ字状のコア１０が配置されている基板５０と、基板５０に配置されている磁電変換素子２０及び磁性体１５とを備える。電流センサ３０は、Ｕ字状のコア１０、磁性体１５、磁電変換素子２０、及びバスバー４０から構成される。
【００１３】
３本のバスバー４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、それぞれに３相の電流の各相が流れる導体である。バスバー４０は、例えば銅もしくはアルミニウムで作製される。バスバー４０の材料はこれらに限るものではなく電流が流れる材料であれば他の材料でも構わないが、バスバー４０には抵抗率の低い材料が適している。バスバー４０は、図４に示すように、例えば電力変換装置１００が備えたパワーモジュール６０と接続される。
【００１４】
基板５０は、図１に示すように、３本のバスバー４０ａ、４０ｂ、４０ｃのそれぞれに対向して配置される。基板５０には、磁電変換素子２０に加えて、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、抵抗、及びコンデンサ等の受動部品、及び他の必要な電気部品が実装される。基板５０は、バスバー４０に流れる電流を検出する機能を備える。基板５０は、電流を検出する機能以外に、電流センサ３０が測定した電流値に基づいてパワーモジュール６０の動作を制御する回路等の、他の機能も有する。基板５０が複数の機能を備えることで、機能ごとに複数の基板５０を備える必要がないため、電力変換装置１００を小型化することができる。
【００１５】
基板５０は、複数の貫通孔５０ａを有する。磁電変換素子２０は、２つの貫通孔５０ａの間の基板５０の部分に配置され、検知した磁界を電気信号に変換して出力する。磁電変換素子２０は、バスバー４０と対向する基板５０の一方の面である配置面に配置されている。本実施の形態では表面実装型の磁電変換素子２０が用いられ、磁電変換素子２０は、基板５０に表面実装されている。磁電変換素子２０の形態は表面実装型に限るものではないが、表面実装型の磁電変換素子２０を用いることで磁電変換素子２０を基板５０に容易に実装することができ、電力変換装置１００の生産性を向上することができる。また、電流センサ３０を小型化することができる。また、磁電変換素子２０に対する振動の影響が抑制され、電力変換装置１００の電流検出の精度を向上させることができる。
【００１６】
磁電変換素子２０には、例えばホール素子もしくはＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子が用いられる。ＭＲ素子には、ＡＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲの種類があるが、何れの素子であっても構わない。磁電変換素子２０はこれらの素子に限るものではなく、検知した磁界を電気信号に変換して出力する機能を備えていれば他の素子でも構わない。また、磁電変換素子２０の配置は基板の一方の面に限るものではなく、磁電変換素子２０を他方の面に実装しても構わない。バスバー４０に流れた電流に起因して２つの磁性体１５の間に生じる磁界は、２つの磁性体１５の間に限って生じるものではなく、２つの磁性体１５の間の周囲にも広がって生じる。そのため、基板５０の何れの面に磁電変換素子２０を配置しても、磁電変換素子２０はバスバー４０に流れた電流に起因した磁界を検知することができる。
【００１７】
Ｕ字状のコア１０は、底部と、底部の両端から対向して延出する脚部とから構成される。Ｕ字状のコア１０の内側にバスバー４０が配置される。Ｕ字状のコア１０は、Ｕ字状のコア１０の２つの脚部のそれぞれが、２つの貫通孔５０ａのそれぞれに挿入されて基板５０に配置されている。Ｕ字状のコア１０は、例えば基板５０に接着して固定される。電流センサ３０の構成部品であるＵ字状のコア１０は基板５０と一体的に設けられ双方のスペースが共有されているため、電力変換装置１００を基板５０の配置面に垂直な方向において小型化することができる。また、Ｕ字状のコア１０の脚部を貫通孔５０ａに挿入しているため、Ｃ字状のコアを貫通孔に挿入して配置する場合と比較して、基板５０に形成される貫通孔５０ａの大きさを小さくすることができると共に、貫通孔５０ａの間隔を広くすることができる。貫通孔５０ａを小さくすることができるため、基板５０の強度の低下を抑制することができる。また、２つの貫通孔５０ａの間隔を広くすることができるため、磁電変換素子２０が取り付けられている基板５０の部分が縮小されず、基板５０の強度の低下を抑制することができる。このため、電力変換装置１００に振動等の外力が加わっても、基板５０の貫通孔５０ａと貫通孔５０ａとの間の破断を防ぐことができる。
【００１８】
２つの磁性体１５は、２つの貫通孔５０ａの間の基板５０の部分における、一方の貫通孔５０ａの側及び他方の貫通孔５０ａの側に互いに間隔を空けてそれぞれ配置される。本実施の形態ではブロック形状の磁性体１５が用いられ、ブロック形状の２つの磁性体１５が基板５０の他方の面に配置されている。磁性体１５の形状はブロック形状に限るものではなく、板状もしくはシート状であっても構わない。また、磁性体１５の配置は、基板５０の一方の面であっても構わない。磁性体１５は、例えば接着剤もしくはハンダを利用して基板５０に取り付けられる。また、基板５０に形成されたザグリに磁性体１５を嵌め込んでも構わない。また、基板５０に磁性体１５をねじ止めしても構わない。なお、磁性体１５は必ずしも基板５０と固定する必要はなく、Ｕ字状のコア１０の脚部に固定しても構わない。磁性体１５をブロック形状とすることで、磁性体１５を容易に取り扱うことができ、磁性体１５を基板５０に容易に取り付けることができる。また、磁性体１５をブロック形状とし、ある程度の体積を備えた形態とすることで、磁電変換素子２０への集磁の効果を向上させることができる。
【００１９】
Ｕ字状のコア１０及び磁性体１５の材料は、例えば電磁鋼板、鉄、パーマロイ、もしくはフェライトが用いられる。これらの材料は、鉄、ニッケル、コバルトといった強磁性材料、もしくは強磁性体材料を含有した材料であればよく、特に軟磁性材料が適している。Ｕ字状のコア１０と磁性体１５は、それぞれが異なる材料であっても構わない。Ｕ字状のコア１０の作製方法は、巻き鉄心でも積層でも構わない。
【００２０】
本実施の形態では、Ｕ字状のコア１０とバスバー４０とは、樹脂７０で一体化されている。図２に示すように、破線で囲まれた範囲が樹脂７０で一体化されている部分である。複数のＵ字状のコア１０と複数のバスバー４０とを一体化した場合、複数の部品を１つの部品として扱うことができる。複数の部品を１つの部品として扱うことができるため、組み立て及び検査工程を省力化することができ、電力変換装置１００の生産性を向上させることができる。なお、Ｕ字状のコア１０とバスバー４０とが樹脂７０で一体化されていなくても構わない。
【００２１】
本実施の形態では、図１に示すように、電流センサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃを基板５０の端に並べて配置したが電流センサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃの配置はこれに限るものではない。基板５０に貫通孔５０ａを形成すれば、Ｕ字状のコア１０は基板５０の中央であっても配置することができる。そのため、電力変換装置１００において基板５０に搭載する電気部品及び電流センサ３０ａ、３０ｂ、３０ｃの配置の自由度は向上し、電力変換装置１００の生産性を向上させることができる。
【００２２】
＜電流センサ３０＞
本願の要部である電流センサ３０ａについて説明する。ここでは電流センサ３０ａについて説明するが、他の電流センサ３０ｂ、３０ｃも同様の構成を備えている。電流センサ３０ａは、図３に示すように、Ｕ字状のコア１０ａ、２つの磁性体１５ａ１、１５ａ２、磁電変換素子２０ａ、及びバスバー４０ａから構成され、Ｕ字状のコア１０ａと２つの磁性体１５ａ１、１５ａ２とからＣ字状のコア１１ａが形成されている。２つの磁性体１５ａ１、１５ａ２の間にエアギャップ部１２が形成される。バスバー４０ａに流れた電流に起因してエアギャップ部１２の周囲に生じた磁界が、磁電変換素子２０ａの内部の感磁部分に印加される。磁電変換素子２０ａの感磁の方向は、磁電変換素子２０ａが配置された基板５０の配置面に平行な方向である。磁電変換素子２０ａは印加された磁界の大きさに応じた電圧を発生させ、発生した電圧を電流値に換算し、測定された電流値に相当する電気信号を基板５０に設けられた回路に出力する。なお、磁電変換素子２０ａの有するＩＣが磁界の大きさを電流値に換算する関係式を備えた構成としたが、磁電変換素子２０ａとは異なる別体のＩＣが関係式を備え、基板５０が別体のＩＣを有しても構わない。
【００２３】
磁電変換素子２０ａは、測定対象のバスバー４０ａに流れる電流に起因して生じた磁界以外の磁界である外部磁界も検出する。磁電変換素子２０ａが検出した外部磁界は、電流測定の誤差となる。例えば、測定対象のバスバー４０がバスバー４０ａである場合、隣接するバスバー４０ｂ、４０ｃに流れる電流に起因した磁界は外部磁界の１つとなる。精度よく電流を測定するためには、外部磁界の影響を抑制することが重要である。外部磁界の影響を抑制するために、磁電変換素子２０ａの感磁部分をエアギャップ部１２の中心に配置することが望ましい。図３に外部磁界の例を矢印で示す。磁電変換素子２０ａの感磁部分をエアギャップ部１２の中心に配置することで、感磁部分に印加される外部磁界は基板５０の配置面に垂直なＵ字状のコア１０ａの対称軸（図３の一点鎖線）に一致する方向のみとなり、この磁界の方向は磁電変換素子２０ａの感磁の方向ではないため検出されない。外部磁界が基板５０の配置面に垂直な方向のみとなるのは、Ｕ字状のコア１０ａの対称軸に一致しない外部磁界は、Ｕ字状のコア１０ａもしくは２つの磁性体１５ａ１、１５ａ２に引き寄せられるためである。
【００２４】
バスバー４０ａに流れる電流に起因して生じた磁界をＣ字状のコア１１ａが集磁する効果は、エアギャップ部１２の間隔に反比例する。エアギャップ部１２を構成する２つの磁性体１５ａ１、１５ａ２の基板５０の配置面に平行な方向の長さを変更することで、エアギャップ部１２の間隔を調整することができる。２つの磁性体１５ａ１、１５ａ２の長さを長くしてエアギャップ部１２の間隔を縮めることで、磁界の集磁効果を向上させることができる。エアギャップ部１２の間隔の調整は、２つの磁性体１５ａ１、１５ａ２のみで行えるため、Ｕ字状のコア１０ａを取り換えることなく容易に行うことができる。また、２つの磁性体１５ａ１、１５ａ２の長さを長くすることで、さらに外部磁界が磁性体１５ａ１、１５ａ２に引き寄せられるため、磁電変換素子２０ａは外部磁界の影響を受けにくくなる。
【００２５】
本実施の形態では、磁電変換素子２０ａは、バスバー４０ａと対向する基板５０の一方の面に配置されている。磁電変換素子２０ａを基板５０の一方の面に配置した場合、磁電変換素子２０ａはＣ字状のコア１１ａの内部でＵ字状のコア１０ａの底部の側であるバスバー４０ａに近い側に配置される。図３に示したように、外部磁界はＵ字状のコア１０ａもしくは２つの磁性体１５ａ１、１５ａ２に引き寄せられるため、磁電変換素子２０ａを外部磁界から遠ざかる基板５０の一方の面に配置することで、磁電変換素子２０ａは外部磁界の影響を受けにくくなる。ノイズである外部磁界の影響が小さくなり、ＳＮ比（信号／ノイズ比）を大きくすることができるため、電力変換装置１００の電流検出の精度を向上させることができる。
【００２６】
以上のように、実施の形態１による電力変換装置１００において、磁性体からなるＵ字状のコア１０の２つの脚部のそれぞれが基板５０に設けられた２つの貫通孔５０ａのそれぞれに挿入されてＵ字状のコア１０が基板５０に配置されているため、Ｕ字状のコア１０は基板５０と一体的に設けられＵ字状のコア１０と基板５０の双方のスペースが共有されており、電力変換装置１００を基板５０の配置面に垂直な方向において小型化することができる。また、Ｕ字状のコア１０の脚部が貫通孔５０ａに挿入されるため、貫通孔５０ａの大きさを小さくすることができ、２つの貫通孔５０ａの間隔を広くすることができる。また、貫通孔５０ａを小さくすることができるため、基板５０の強度の低下を抑制することができる。また、２つの貫通孔５０ａの間隔を広くすることができるため、磁電変換素子２０が取り付けられている基板５０の部分が縮小されず、基板５０の強度の低下を抑制することができる。また、電力変換装置１００に振動等の外力が加わっても、基板５０の貫通孔５０ａと貫通孔５０ａとの間の破断を防ぐことができる。
【００２７】
また、２つの磁性体１５が２つの貫通孔５０ａの間の基板５０の部分における、一方の貫通孔５０ａの側及び他方の貫通孔５０ａの側に互いに間隔を空けてそれぞれ配置されており、Ｕ字状のコア１０と２つの磁性体１５とによりＣ字状のコア１１が形成されているため、Ｃ字状のコア１１による高い集磁効果及び電力変換装置１００の小型化を維持しつつ、Ｃ字状のコア１１を配置する基板５０の強度の低下を抑制することができる。また、磁電変換素子２０は、バスバー４０と対向する基板５０の一方の面である配置面に配置されている場合、磁電変換素子２０に加わる外部磁界の影響を抑制することができる。また、ブロック形状の２つの磁性体１５が基板５０の他方の面に配置されている場合、磁性体１５を基板５０に容易に取り付けることができ、電力変換装置１００の生産性を向上させることができる。
【００２８】
また、磁電変換素子２０が基板５０に表面実装されている場合、磁電変換素子２０に対する振動の影響が抑制され、電力変換装置１００の電流検出の精度を向上させることができる。また、Ｕ字状のコア１０とバスバー４０とが樹脂７０で一体化されている場合、複数の部品を１つの部品として扱うことができるため、組み立て及び検査工程を省力化することができ、電力変換装置１００の生産性を向上させることができる。電力変換装置１００がバスバー４０に接続されたパワーモジュール６０を備え、基板５０がパワーモジュール６０の動作を制御する回路を有する場合、基板５０が複数の機能を備えることで、機能ごとに複数の基板５０を備える必要がないため、電力変換装置１００を小型化することができる。
【００２９】
実施の形態２．
実施の形態２に係る電力変換装置１００について説明する。図５は実施の形態２に係る電力変換装置１００の要部である一つの電流センサ３０ａを示す斜視図である。実施の形態２に係る電力変換装置１００は、実施の形態１に示した構成に加えて、基板５０の一方の面に磁性体１６を備えた構成になっている。
【００３０】
ブロック形状の２つの磁性体１５、１６が、基板５０の一方の面及び他方の面の双方に配置されている。２つの磁性体１５、１６は同じ材料から作製しても構わないが、異なる材料から作製しても構わない。また、異なる形状であっても構わない。２つの磁性体１５、１６は基板５０の双方の面に取り付けられるため、磁性体１５、１６及び磁性体１５、１６が取り付けられる基板５０に貫通孔を設け、貫通孔を利用して磁性体１５、１６及び基板５０をねじ止めしても構わない。また、何れか一方の面に配置される磁性体１５、１６にねじ穴を設けて、磁性体１５、１６をねじ止めして基板５０に配置しても構わない。磁性体１５、１６の何れかにねじ穴を設けた場合、ねじ穴を備えた磁性体１５もしくは磁性体１６はナットの役割を担い、ねじ止めにより磁性体１５、１６を基板５０に強固に固定することができる。
【００３１】
基板５０の一方の面に磁性体１６を設けたため、磁電変換素子２０ａの両側の磁電変換素子２０ａに近接した位置に磁性体１６が配置される。そのため、磁電変換素子２０ａには実施の形態１と比較してより強い磁界が付与され、磁電変換素子２０ａに対する集磁効果を高めることができる。一方、磁性体１５は実施の形態１と同様の位置に設けられており、磁電変換素子２０ａに向かう外部磁界は磁性体１５に引き寄せられるため、磁電変換素子２０ａへの外部磁界の影響を抑制することができる。磁電変換素子２０ａへの集磁効果を高め、かつ磁電変換素子２０ａへの外部磁界の影響を抑制した効果として、さらにＳ／Ｎ比を大きくすることができるため、電力変換装置１００の電流検出の精度を向上させることができる。なお、磁電変換素子２０ａは実施の形態１と同様にバスバー４０と対向する基板５０の一方の面である配置面に配置されているが、他方の面に配置しても構わない。
【００３２】
以上のように、実施の形態２による電力変換装置１００において、ブロック形状の２つの磁性体１５、１６が、基板５０の一方の面及び他方の面の双方に配置されているため、磁電変換素子２０ａに対する集磁効果を高めることができる。また、磁電変換素子２０ａへの外部磁界の影響を抑制することができる。
【００３３】
実施の形態３．
実施の形態３に係る電力変換装置１００について説明する。図６は実施の形態３に係る電力変換装置１００の要部である一つの電流センサ３０ａを示す斜視図である。実施の形態３に係る電力変換装置１００は、基板５０内に２つの磁性体１７を備えた構成になっている。
【００３４】
２つの磁性体１７は、基板５０内に埋め込まれて配置されている。２つの磁性体１７は、２つの貫通孔５０ａの間の基板５０の部分における、一方の貫通孔５０ａの側及び他方の貫通孔５０ａの側に互いに間隔を空けてそれぞれ配置される。２つの磁性体１７は、基板５０の作製時に基板５０内に作り込まれた磁性体である。２つの磁性体１７は、例えば多層基板の内部もしくは裏表のレイヤを利用して作製することができる。利用するレイヤは１層でも多層でも構わない。多層とした場合、磁性体１７を厚く設けることができるため、２つの磁性体１７ａ１、１７ａ２の間に集磁される磁界の均一性を向上させることができる。磁性体１７の材料は、磁性体１５と同様に、強磁性体もしくは強磁性体を含有した強磁性材料が用いられる。
【００３５】
基板５０内に設けられた２つの磁性体１７においても、Ｕ字状のコア１０ａと組み合わせることでＣ字状のコア１１ａが形成されるため、Ｃ字状のコア１１ａによる高い集磁効果を得ることができる。また、磁電変換素子２０ａに向かう外部磁界は磁性体１７に引き寄せられるため、磁電変換素子２０ａへの外部磁界の影響を抑制することができる。なお、磁電変換素子２０ａは実施の形態１と同様にバスバー４０と対向する基板５０の一方の面である配置面に配置されているが、他方の面に配置しても構わない。
【００３６】
以上のように、実施の形態３による電力変換装置１００において、２つの磁性体１７は基板５０内に配置され、基板５０と一体的に設けられているため、磁性体１７を基板５０に取り付ける工程が不要であり、電力変換装置１００の生産性を向上させることができる。また、２つの磁性体１７が基板５０内に配置されており磁性体１７が基板５０から離間することが抑制されているため、Ｃ字状のコア１１ａによる高い集磁効果を継続して維持することができる。また、多層基板のレイヤを利用して磁性体１７を配置した場合、高い位置決めの精度で磁性体１７を配置することができる。
【００３７】
実施の形態４．
実施の形態４に係る電力変換装置１００について説明する。図７は実施の形態４に係る電力変換装置１００の要部である一つの電流センサ３０ａを示す斜視図、図８は電力変換装置１００の磁性体１８を示す斜視図である。実施の形態４に係る電力変換装置１００は、非磁性体を備えた磁性体１８が配置された構成になっている。
【００３８】
２つの磁性体１８は、一方の面及び他方の面の一方又は双方に非磁性体１８ａを備えている。本実施の形態では、図８に示すように、磁性体１８は一方の面及び他方の面の双方に非磁性体１８ａを備えているが、基板５０と接する面にのみ非磁性体１８ａを設けても構わない。非磁性体１８ａに挟まれた磁性部１８ｂの材料は、磁性体１５と同様に、強磁性体もしくは強磁性体を含有した強磁性材料が用いられる。非磁性体１８ａの材料は、例えば基板５０の原料であるガラスエポキシであるが、これに限るものではない。磁性体１８は、多層基板を利用して作製できる。多層基板のレイヤの全てに磁性部１８ｂとなる磁性体を設けて多層基板を作製した後、磁性体１８の大きさとなるように多層基板をカットすることで磁性体１８は作製される。非磁性体１８ａを設けることで、磁性体１８を基板５０と同様に扱うことができるため、磁性体１８を容易に取り扱うことができる。また、非磁性体１８ａを設けたことにより、電力変換装置１００の製造工程において磁性部１８ｂを保護することができる。
【００３９】
磁性体１８の基板５０と接する面に、さらに非磁性体である銅箔１８ｃを設けても構わない。銅箔１８ｃを設けることで、磁性体１８を基板５０に取り付ける際のハンダの溶着が容易になる。また、磁性体１８を１つの電子部品として扱うことができるため、マウンター等により基板５０に磁性体１８を実装でき、リフロー工程等により基板５０に磁性体１８をハンダ溶着することができる。電子部品として磁性体１８を基板５０に表面実装することで、磁性体１８の基板５０への取り付け作業が自動化されるため、電力変換装置１００の生産性を向上させることができる。また、磁性体１８の基板５０への実装の精度を向上させることができる。
【００４０】
非磁性体１８ａを備えた２つの磁性体１８においても、Ｕ字状のコア１０ａと組み合わせることでＣ字状のコア１１ａが形成されるため、Ｃ字状のコア１１ａによる高い集磁効果を得ることができる。また、磁電変換素子２０ａに向かう外部磁界は磁性体１８に引き寄せられるため、磁電変換素子２０ａへの外部磁界の影響を抑制することができる。なお、磁電変換素子２０ａは実施の形態１と同様にバスバー４０と対向する基板５０の一方の面である配置面に配置されているが、他方の面に配置しても構わない。
【００４１】
以上のように、実施の形態４による電力変換装置１００において、２つの磁性体１８は、一方の面及び他方の面の一方又は双方に非磁性体１８ａを備えており、電子部品として扱うことができるため、磁性体１８を基板５０へ容易に取り付けることができる。また、磁性体１８に非磁性体である銅箔１８ｃを設けた場合、磁性体１８の基板５０への取り付け作業を自動化することができる。また、磁性体１８の基板５０への取り付け作業が自動化された場合、電力変換装置１００の生産性を向上させることができる。
【００４２】
実施の形態５．
実施の形態５に係る電力変換装置１００について説明する。図９は実施の形態５に係る電力変換装置１００の要部である一つの電流センサ３０ａを示す斜視図である。実施の形態５に係る電力変換装置１００は、実施の形態１に示した構成に加えて、Ｕ字状のコア１０の位置調整部８０を備えた構成になっている。
【００４３】
電力変換装置１００の電流センサ３０ａは、Ｕ字状のコア１０ａの基板５０に垂直な方向の位置を調整する位置調整部８０を備える。位置調整部８０は、例えば、Ｕ字状のコア１０ａの２つの脚部のそれぞれに設けられた位置調整用貫通孔８０ａと、位置調整用貫通孔８０ａと嵌め合うＵ字状のピン８０ｂとから構成される。ピン８０ｂは非磁性材からなり、例えば非磁性のステンレスで作製される。位置調整部８０の構成はこれに限るものではなく、Ｕ字状のコア１０ａの脚部を基板５０上で挟み込んで保持する機構を基板５０が備える構成でも構わない。Ｕ字状のコア１０ａの位置が確定した際、ピン８０ｂを図９に示した破線矢印の方向に移動させて位置調整用貫通孔８０ａと嵌め合う。その後、ピン８０ｂは例えば接着にて基板５０上に固定される。
【００４４】
電力変換装置１００の内部の仕様は、電力変換装置１００に要求される機能等により変更される。仕様変更の要求に応じて、異なるサイズのＵ字状のコア１０ａが電力変換装置１００に必要になる場合がある。位置調整部８０を備えることで、異なるサイズのＵ字状のコア１０ａを仕様毎に用意する必要がなくなり、１つのＵ字状のコア１０ａを多種の仕様で使用することができる。
【００４５】
また、位置調整部８０を備えることで、基板５０から突出するＵ字状のコア１０ａの脚部の長さを変えることができる。外部磁界は基板５０から突出したＵ字状のコア１０ａの脚部に引き寄せられるため、基板５０から突出する脚部の長さを変えることで磁電変換素子２０ａに向かう外部磁界の影響を調整することができる。磁電変換素子２０ａに向かう外部磁界の影響を調整することで、電流センサ３０ａの精度を調整することができる。
【００４６】
以上のように、実施の形態５による電力変換装置１００において、電流センサ３０はＵ字状のコア１０の基板５０に垂直な方向の位置を調整する位置調整部８０を備えたため、異なるサイズのＵ字状のコア１０を電力変換装置１００の仕様毎に用意する必要がなくなり、１つのＵ字状のコア１０を多種の電力変換装置１００の仕様で使用することができる。１つのＵ字状のコア１０を多種の電力変換装置１００の仕様で使用することができるため、電力変換装置１００の生産性を向上させることができる。また、位置調整部８０を備えることで基板５０から突出するＵ字状のコア１０ａの脚部の長さを変えることができるため磁電変換素子２０に向かう外部磁界の影響を調整することができ、電流センサ３０ａの精度を調整することができる。
【００４７】
また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００４８】
１０  Ｕ字状のコア、１１  Ｃ字状のコア、１２  エアギャップ部、１５  磁性体、１６  磁性体、１７  磁性体、１８  磁性体、１８ａ  非磁性体、１８ｂ  磁性部、１８ｃ  銅箔、２０  磁電変換素子、３０  電流センサ、４０  バスバー、５０  基板、５０ａ  貫通孔、６０  パワーモジュール、７０  樹脂、８０  位置調整部、８０ａ  位置調整用貫通孔、８０ｂ  ピン、１００  電力変換装置
【要約】
【課題】Ｃ字状のコアによる高い集磁効果及び電力変換装置の小型化を維持しつつ、Ｃ字状のコアを配置する基板の強度の低下を抑制することができる電力変換装置を得ること。
【解決手段】板状のバスバーと、バスバーが内側に配置された、磁性体からなるＵ字状のコアと、２つの貫通孔を有し、Ｕ字状のコアの２つの脚部のそれぞれが２つの貫通孔のそれぞれに挿入された基板と、２つの貫通孔の間の基板の部分における、一方の貫通孔の側及び他方の貫通孔の側に互いに間隔を空けてそれぞれ配置された２つの磁性体と、２つの貫通孔の間の基板の部分に配置され、検知した磁界を電気信号に変換して出力する磁電変換素子とを備え、Ｕ字状のコアと２つの磁性体とにより、Ｃ字状のコアが形成されている。
【選択図】図１【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】
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【図８】
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【図９】
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