CN108988452A - 电气设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电气设备。电气设备(26)的电流传感器(62u)具有：检测元件(230)；基准电压线(232)，其传输基准电压信号；输出信号线(242)，其传输检测元件(230)的输出信号；和接地线(234)，其与地电位连接。基准电压线(232)、输出信号线(242)和接地线(234)在被不含有金属的筒状部件(302、332、356)捆扎的状态下，在收容有电抗器(80)的壳体(68)内部进行布线并与控制装置(66)连接。

Description

电气设备
技术领域
本发明涉及一种具有电流传感器的电气设备(electrical equipment)。
背景技术
日本发明专利公开公报特开2010-197155号中公开了一种使用霍尔元件10的磁通量检测装置100(图1、[0018]、[0027])。霍尔元件10至少具有基准端子tb、电源端子td和输出端子to([0024])。基准端子tb用于设定基准电位(reference potential：参考电位)，电源端子td被以能够检测磁通量Φ的方式施加电源电压，输出端子to输出与检测到的磁通量Φ对应的输出信号([0024])。并且，霍尔元件10包括用于调整输出噪声等的非连接端子tn([0025])。
各端子tb、td、to、tn与设置于基板50的焊盘(land)51a～51d连接(图2、图3、[0025])。其中，焊盘51a、51b、51d与连接端子52a～52c连接，并与外部连接([0026])。
日本发明专利公开公报特开2016-066744号中公开了一种用于DC/DC转换器等的复合型电抗器(composite reactor)(或磁耦合电抗器；magnetic coupling-typereactor)。
发明内容
如上所述，日本发明专利公开公报特开2010-197155号中的基准端子tb、电源端子td和输出端子to通过焊盘51a、51b、51d、连接端子52a～52c与外部连接(图2、图3、[0025]、[0026])。发现在日本发明专利公开公报特开2010-197155号中没有具体地公开将连接端子52a～52c与外部连接的结构。
假设在用于将连接端子52a～52c与外部设备连接的配线被配置于日本发明专利公开公报特开2016-066744号中的磁耦合电抗器等磁场发生源周围的情况下，来自磁场发生源的漏磁通可能会对该配线产生影响。即使在日本发明专利公开公报特开2010-197155号和日本发明专利公开公报特开2016-066744号中也没有研究传输来自霍尔元件10的输出的配线从来自磁场发生源的漏磁通受到的影响(噪声等)。
上述问题并不限定于霍尔元件的情况，来自其他检测元件的输出中亦同样存在。
本发明是考虑上述那样的技术问题而完成的，其目的在于，提供一种能够抑制从电流传感器输出的输出信号的检测误差的电气设备。
本发明所涉及的电气设备具有：电抗器(reactor)；
开关元件(switching element)，其与所述电抗器连接；
控制装置，其控制所述开关元件的切换；和
电流传感器，其被配置在所述电抗器周围，检测在电力线中流动的电流，
该电气设备的特征在于，
所述电流传感器具有：
检测元件；
基准电压线，其传输基准电压信号；
输出信号线，其传输所述检测元件的输出信号；
接地线(ground wire)，其与地电位(ground potential)连接，
所述基准电压线、所述输出信号线和所述接地线在被不含有金属的筒状部件捆扎的状态下，在收容有所述电抗器的壳体的内部被进行布线并被连接于所述控制装置。
根据本发明，电流传感器的基准电压线、输出信号线和接地线(包括与这些线连接的绝缘线。以下亦相同)被不含有金属的筒状部件捆扎，据此，(无需编织线等金属屏蔽线)基准电压线、输出信号线和接地线被保持在靠近的状态。因此，即使在上述3根线受到电抗器周围的变动磁场的影响的情况下，该影响在3根线中也相同。因此，在控制装置例如根据基准电压与输出信号(均根据与对地电压(ground voltage)的关系来检测)的电压的差来检测电力线的电流的情况下，能够抑制输出信号(即电流)的检测误差。另外，在多个电流传感器共用基准电压线和接地线中的至少一方的情况下，能够由上述筒状部件来捆扎4根以上的线。
另外，在本发明中，电流传感器的基准电压线、输出信号线和接地线在被不含有金属的筒状部件捆扎的状态下，在壳体的内部被进行布线并被连接于控制装置。在使用含有金属的筒状部件(金属制的屏蔽材料等)的情况下，由于通过电抗器周围的变动磁场而产生的涡电流，屏蔽材料会发热。然而，在本发明中，由不含有金属的筒状部件来捆扎各线，因此，能够抑制电抗器周围的发热。
也可以为：在多个所述电流传感器被配置在所述壳体的内部的情况下，对多个所述电流传感器中的每一个电流传感器，1根所述基准电压线、1根所述输出信号线和1根所述接地线在被***到1个所述筒状部件中进行捆扎的状态下，在所述壳体内部被进行布线并被连接于所述控制装置。据此，能够按照每一电流传感器来捆扎基准电压线、输出信号线和接地线。因此，与由一个筒状部件将多根基准电压线、多根输出信号线和多根接地线一并捆扎的情况相比较，易于进行每一电流传感器的各线的定位。因此，针对各个电流传感器，在控制装置例如根据基准电压(根据与对地电压的关系来检测)与输出信号的电压的差来检测电力线的电流的情况下，能够抑制各输出信号(即各电流)的检测误差。
所述基准电压线、所述输出信号线和所述接地线也可以以相互扭合的状态(被缠绕的状态)被***到所述筒状部件中进行捆扎。据此，基准电压线、输出信号线和接地线相互扭合，因此，易于使电抗器周围的变动磁场分别对3根线的影响均等化。因此，与3根线不相互扭合而是直的的情况相比较，能够抑制输出信号(即电流)的检测误差。
在多个所述电流传感器被配置于所述壳体的内部的情况下，多个所述电流传感器也可以具有：共用的基准电压线，其传输基准电压信号；第1输出信号线和第2输出信号线，其单独地传输所述检测元件的输出信号；和共用的接地线，其与地电位连接。也可以为：所述基准电压线、所述第1输出信号线、所述第2输出信号线和所述接地线在被***到1个所述筒状部件中进行捆扎的状态下，在所述壳体内部被进行布线并被连接于所述控制装置。据此，能够将基准电压线、第1输出信号线、第2输出信号线和接地线一并捆扎。因此，能够通过使基准电压线和接地线共用来简化电气设备的结构，并且抑制输出信号(即电流)的检测误差。
所述控制装置也可以使用包含于10～20kHz范围内的最大切换频率来切换所述开关元件。据本发明者的见解得知，(即使在假设允许金属屏蔽线的发热的情况下，)在10～20kHz的范围内进行切换的情况下，金属屏蔽线也难以发挥充分的效果。根据本发明，即使在根据包含于上述范围的最大切换频率来切换电抗器的情况下，也能够抑制电流传感器的输出信号(即电流)的检测误差。
被所述筒状部件捆扎的所述基准电压线、所述输出信号线和所述接地线也可以在所述壳体的内部与所述电抗器的轴大致平行配置。据此，能够使3根以上的线的方向接近磁通量的方向，能够使3根以上的线不容易产生噪声。
所述电抗器例如也可以是包括4个卷线部的磁耦合型。据此，在4个卷线部中磁场的方向发生变化的状况下，即使在将3根以上的线配置在电抗器周围的情况下，也能够抑制电流传感器的输出信号(即电流)的检测误差。
在所述检测元件为霍尔元件的情况下，所述输出信号线可以是运算放大器(operational amplifier)的输出信号线，该运算放大器的输出信号线输出与所述霍尔元件连接的2根输出线的电压差。据此，求出2根输出线的电压差之后的输出信号线被与基准电压线一起捆扎，据此，在基准电压线和输出信号线的双方上施加有同样的噪声，因此，能够减小读出值的变动。
根据本发明，能够抑制从电流传感器输出的输出信号的检测误差。
根据参照附图对以下实施方式进行的说明，上述的目的、特征和优点应易于被理解。
附图说明
图1是表示包括作为本发明一实施方式所涉及的电气设备的功率控制单元(以下称为“PCU”。)的车辆的概略结构的电路图。
图2是简略地表示所述实施方式的电抗器的立体图。
图3是简略地表示所述实施方式的所述电抗器的立体分解图。
图4是所述实施方式的电抗器电流传感器及其周边的主视图。
图5是说明所述实施方式的霍尔IC所包含的霍尔元件的检测原理的图。
图6是简略地表示所述实施方式的所述PCU一部分的配置的侧视图。
图7是简略地表示所述实施方式的所述PCU一部分的配置的仰视图。
图8是简略地表示所述实施方式的所述PCU一部分的配置的主视图。
图9是表示所述实施方式中的多根配线的结构的剖视图。
图10是表示所述实施方式的所述电抗器产生的磁场(漏磁通)一例的俯视图。
图11是用于说明在比较例中所述电抗器产生的磁场(漏磁通)对配线产生的影响的图。
图12是用于说明在所述实施方式中所述电抗器产生的磁场(漏磁通)对配线产生的影响的图。
具体实施方式
A.一实施方式
＜A-1.结构＞
[A-1-1.整体结构]
图1是表示包括作为本发明一实施方式所涉及的电气设备的功率控制单元26(以下称为“PCU26”。)的车辆10的概略结构的电路图。除了PCU26之外，车辆10还具有牵引马达20、发电机22和高压电池(high-voltage battery)24(以下还称为“电池24”或“BAT24”。)。车辆10是混合动力车辆，除了牵引马达20之外，还具有未图示的发动机作为行驶驱动源。也可以如后述那样，车辆10是其他种类的车辆。发电机22根据所述发动机的驱动力进行发电。也可以将发电机22作为行驶驱动源来使用。
PCU26对来自电池24的电功率进行转换或调整，并将其供给至牵引马达20。另外，PCU26对发电机22的发电功率Pgen和牵引马达20的发电功率(再生功率Preg)进行转换或调整而对电池24进行充电。
[A-1-2.牵引马达20]
牵引马达20是3相交流无刷式，作为车辆10的行驶用的驱动源生成动力Ftrc并将其供给至未图示的车轮(驱动轮)侧。即，牵引马达20通过来自高压电池24的电功率Pbat和来自发电机22的电功率Pgen中的一方或双方来进行驱动。另外，牵引马达20在车辆10制动时进行再生，并将再生功率Preg供给至电池24。再生功率Preg也可以被供给至未图示的电动辅机类。
下面，还将牵引马达20称为TRC马达20或马达20。TRC马达20除了作为牵引马达的功能之外，或者代替作为牵引马达的功能，而作为发电机来发挥作用。下面，对与牵引马达20有关的参数标注“TRC”、“trc”或者“t”。另外，在图1等中，用“TRC”表示牵引马达20。
[A-1-3.发电机22]
发电机(generator)22是3相交流无刷式，作为通过来自所述发动机(engine)的动力Feng来进行发电的发电机发挥作用。发电机22发电产生的电功率Pgen被供给至电池24或牵引马达20或者电动辅机类。
下面，还将发电机22称为GEN22。GEN22除了作为发电机(generator)的功能之外,也可以作为牵引马达(traction motor：牵引电动机)来发挥作用，或者也可以代替作为发电机的功能而作为行驶马达牵引马达来发挥作用。下面，对与发电机22有关的参数标注“GEN”、“gen”或者“g”。另外，在图1等中用“GEN”表示发电机22。发电机22能够作为所述发动机的起动马达(starter motor：起动电动机)来使用。
[A-1-4.高压电池24]
高压电池24包括多个电池单元，是能够输出高电压(数百伏特)的蓄电装置(能量储存器)，例如，能够使用锂离子二次电池、镍氢二次电池等。还能够代替电池24而使用电容器等蓄电装置，或者除了电池24之外还使用电容器等蓄电装置。
[A-1-5.PCU26]
(A-1-5-1.PCU26的概要)
PCU26对来自电池24的电功率进行转换或调整，并将其供给至牵引马达20。另外，PCU26对来自发电机22的发电功率Pgen和牵引马达20的再生功率Preg进行转换或调整而对电池24进行充电。
如图1所示，PCU26具有DC/DC转换器50、第1换流器(inverter)52、第2换流器54、第1电容器(capacitor)56、第2电容器58、电抗器电流传感器(reactor current sensor)60a、60b、TRC电流传感器62u、62v、62w、GEN电流传感器64u、64v、64w和电子控制装置66(以下称为“ECU66”。)。PCU26的各部被配置于壳体68(图6～图8)的内部。
(A-1-5-2.DC/DC转换器50)
(A-1-5-2-1.DC/DC转换器50的概要)
DC/DC转换器50(以下还称为“转换器50”。)是升降压型的转换器。转换器50将电池24的输出电压Vbat(以下还称为“电池电压Vbat”。)升压并输出给TRC马达20。另外，转换器50将发电机22的输出电压Vgen(以下还称为“GEN电压Vgen”。)或牵引马达20的输出电压Vreg(以下还称为“再生电压Vreg”。)降压并将其供给至电池24。
转换器50具有电抗器80、下开关元件82a、82b和上开关元件84a、84b。在下开关元件82a、82b和上开关元件84a、84b上分别并联连接有二极管86a、86b、88a、88b。
当将电池电压Vbat升压时，将下开关元件82a、82b同时接通而将电能存储在电抗器80中之后，将下开关元件82a、82b同时断开而将存储于电抗器80的电能向牵引马达20放出。在将GEN电压Vgen或再生电压Vreg降压时，将上开关元件84a、84b接通而将电能存储于电抗器80之后，将上开关元件84a、84b断开而通过存储于电抗器80的电能对电池24进行充电。
(A-1-5-2-2.电抗器80)
图2是简略地表示本实施方式的电抗器80的立体图，图3是简略地表示本实施方式的电抗器80的立体分解图。电抗器80是磁耦合型，但也可以是其他的种类。
如图2和图3所示，电抗器80具有环形铁芯(annular core)100(图3)、2个连结线圈102a、102b、第1铁芯覆盖部104a、104b和第2铁芯覆盖部106。环形铁芯100通过组合2个U字状铁芯110a、110b和2个I字状铁芯112a、112b而成，呈希腊字母“θ”状。
连结线圈102a分为第1卷线部114a和第2卷线部114b，并被卷绕在环形铁芯100上。连结线圈102b分为第3卷线部114c和第4卷线部114d，并被卷绕在环形铁芯100上。
电抗器80的结构例如能够使用日本发明专利公开公报特开2010-197155号或日本发明专利公开公报特开2016-066720号所公开的结构。
(A-1-5-2-3.下开关元件82a、82b和上开关元件84a、84b)
如图1所示，下开关元件82a连接在电池24的负极与分支点130a之间。下开关元件82b连接在电池24的负极与分支点130b之间。上开关元件84a连接于分支点130a、与牵引马达20和发电机22之间。上开关元件84b连接于分支点130b、与牵引马达20和发电机22之间。
下开关元件82a、82b和上开关元件84a、84b例如由MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor；金属氧化物半导体场效应晶体管)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor)(IGBT)等构成。
(A-1-5-3.第1换流器52)
第1换流器52将来自电池24的直流电转换为交流电并将其供给至牵引马达20。另外，第1换流器52将来自牵引马达20的交流电转换成直流电并将其供给至电池24侧。
如图1所示，第1换流器52具有3相的上开关元件150u、150v、150w和3相的下开关元件152u、152v、152w。在上开关元件150u、150v、150w上并联连接有二极管154u、154v、154w。在下开关元件152u、152v、152w上并联连接有二极管156u、156v、156w。上开关元件150u和下开关元件152u构成U相臂(U-phase arm)158u。上开关元件150v和下开关元件152v构成V相臂(V-phase arm)158v。上开关元件150w和下开关元件152w构成W相臂158w。
在U相臂158u中，上开关元件150u与下开关元件152u的中点160u通过母线(busbar)164u与牵引马达20的U相端子162u连接。在V相臂158v中，上开关元件150v与下开关元件152v的中点160v通过母线164v与牵引马达20的V相端子162v连接。在W相臂158w中，上开关元件150w与下开关元件152w的中点160w通过母线164w与牵引马达20的W相端子162w连接。下面，将母线164u、164v、164w统称为母线164。
(A-1-5-4.第2换流器54)
第2换流器54将来自发电机22的交流电转换为直流电并向电池24侧供给。另外，在使用发电机22作为行驶驱动源的情况下，第2换流器54将来自电池24的直流电转换为交流电并向发电机22供给。
如图1所示，第2换流器54具有3相的上开关元件180u、180v、180w和3相的下开关元件182u、182v、182w。在上开关元件180u、180v、180w上并联连接有二极管184u、184v、184w。在下开关元件182u、182v、182w上并联连接有二极管186u、186v、186w。上开关元件180u和下开关元件182u构成U相臂188u。上开关元件180v和下开关元件182v构成V相臂188v。上开关元件180w和下开关元件182w构成W相臂188w。
在U相臂188u中，上开关元件180u和下开关元件182u的中点190u通过母线194u与发电机22的U相端子192u连接。在V相臂188v中，上开关元件180v和下开关元件182v的中点190v通过母线194v与发电机22的V相端子192v连接。在W相臂188w中，上开关元件180w和下开关元件182w的中点190w通过母线194w与发电机22的W相端子192w连接。下面，将母线194u、194v、194w统称为母线194。
(A-1-5-5.第1电容器56和第2电容器58)
第1电容器56和第2电容器58作为平滑电容器来发挥作用。
(A-1-5-6.电抗器电流传感器60a、60b)
(A-1-5-6-1.电抗器电流传感器60a、60b的概要)
电抗器电流传感器60a(图1)检测在连结线圈102a与分支点130a之间流动的电流Ir1(以下还称为“电抗器电流Ir1”。)。换言之，电抗器电流传感器60a检测在连接连结线圈102a和分支点130a的母线202a中流动的电流Ir1。电抗器电流传感器60a也可以配置于电池24的正极(分支点200)与连结线圈102a之间。换言之，电抗器电流传感器60a也可以检测在连接分支点200和连结线圈102a的母线204a中流动的电流。
电抗器电流传感器60b检测在连结线圈102b与分支点130b之间流动的电流(以下还称为“电抗器电流Ir2”。)。换言之，电抗器电流传感器60b检测在连接连结线圈102b和分支点130b的母线202b中流动的电流Ir2。电抗器电流传感器60b也可以配置在电池24的正极(分支点200)与连结线圈102b之间。换言之，电抗器电流传感器60b也可以检测在连接分支点200与连结线圈102b的母线204b中流动的电流。
下面，将电抗器电流传感器60a、60b统称为电流传感器60或传感器60。
(A-1-5-6-2.电抗器电流传感器60a、60b的具体结构)
图4是本实施方式的电抗器电流传感器60a、60b及其周边的主视图。图4以及后述的图6～图8和图10所示的方向是以车辆10为基准。各电流传感器60a、60b具有霍尔IC 210(IC：Integrated Circuit；集成电路)和磁性体铁芯212(以下还称为“铁芯212”。)。并且，电流传感器60a、60b具有共用的基板214a。霍尔IC210被固定在基板214a上。在基板214a的一端设有连接器216a。在后面参照图6～图9、图11和图12对连接于连接器216a的配线300a进行叙述。电流传感器60a、60b各自的霍尔IC210和铁芯212是同一规格。
图5是说明本实施方式的霍尔IC210所包含的霍尔元件230的检测原理的图。霍尔元件230是检测磁场B或磁通量φ的磁性检测元件。霍尔元件230是一般的元件，为了易于理解本实施方式，预先对其进行说明。
在霍尔IC210中，除了霍尔元件230之外，还包括基准电压线232(电源电压线)、接地线234和输出线236、238。输出线236、238与运算放大器240连接，运算放大器240的输出被向信号线242供给。在霍尔IC210中，将基准电压线232和接地线234连接于低压电源250而预先使电流(基准电流Iref)流动。在该状态下，当对霍尔元件230的磁场检测面252垂直地施加磁场B时(换言之，当对基准电流Iref施加垂直的磁场B时)，在垂直于基准电流Iref和磁场B的方向(即，输出线236、238中)产生电动势E。因此，能够通过运算放大器240获取电动势E来获知磁场B的强度(或者产生磁场B的电流)。
铁芯212(图4)由基本上呈环形的磁性体构成。在铁芯212的局部形成有用于配置霍尔IC210(尤其是霍尔元件230)的缺口260。在霍尔IC210与铁芯212之间存在作为绝缘体的空气。也可以将空气以外的绝缘体配置在霍尔IC210与铁芯212之间。通过使用铁芯212，能够汇集在被检测导体(在此，母线202a、202b)周围产生的磁通量φ来提高霍尔元件230的灵敏度。
如由图4也可得知的那样，在缺口260内配置有霍尔元件230的状下，霍尔元件230以霍尔元件230的磁场检测面252(图5)面向铁芯212的方式(在图4中以面向左右方向的方式)来配置。另外，霍尔IC210中的霍尔元件230以外的部分被设置在传感器基板214a上。另外，在此，将霍尔元件230记载为霍尔IC210的一部分，但霍尔元件230也可以作为独立于霍尔IC210的零部件来进行处理。
(A-1-5-7.TRC电流传感器62u、62v、62w)
(A-1-5-7-1.TRC电流传感器62u、62v、62w的概要)
如图1所示，TRC电流传感器62u、62v、62w(以下还称为“电流传感器62u、62v、62w”或“传感器62u、62v、62w”。)检测在第1换流器52与牵引马达20之间流动的电流Itu、Itv、Itw。
更具体而言，传感器62u检测在连接U相臂158u和马达20的U相端子162u的母线164u中流动的电流Itu(以下还称为“TRC电流Itu”或“U相电流Itu”。)。传感器62v检测在连接V相臂158v和马达20的V相端子162v的母线164v中流动的电流Itv(以下还称为“TRC电流Itv”或“V相电流Itv”。)。传感器62w检测在连接W相臂158w和马达20的W相端子162w的母线164w中流动的电流Itw(以下还称为“TRC电流Itw”或“W相电流Itw”。)。
下面，将TRC电流传感器62u、62v、62w统称为TRC电流传感器62或传感器62。另外，将电流Itu、Itv、Itw统称为电流It。另外，本实施方式中的传感器62的数量是3个，但传感器62的数量也可以是2个或4个以上。
(A-1-5-7-2.TRC电流传感器62u、62v、62w的具体结构)
TRC电流传感器62u、62v、62w具有与电抗器电流传感器60a、60b同样的结构。即，传感器62u、62v、62w具有霍尔IC210(图5)、磁性体铁芯212、和传感器62u、62v、62w共用的基板214b(图6等)。配线300b通过连接器(connector)216b连接于基板214b的一端。在后面参照图6～图9、图11和图12对配线300b进行叙述。
(A-1-5-8.GEN电流传感器64u、64v、64w)
(A-1-5-8-1.GEN电流传感器64u、64v、64w的概要)
如图1所示，GEN电流传感器64u、64v、64w(以下还称为“电流传感器64u、64v、64w”或“传感器64u、64v、64w”。)检测在第2换流器54与发电机22之间流动的电流Igu、Igv、Igw。
更具体而言，传感器64u检测在连接U相臂188u和发电机22的U相端子192u的母线194u中流动的电流Igu(以下还称为“GEN电流Igu”或“U相电流Igu”。)。传感器64v检测在连接V相臂188v和发电机22的V相端子192v的母线194v中流动的电流Igv(以下还称为“GEN电流Igv”或“V相电流Igv”。)。传感器64w检测在连接W相臂188w和发电机22的W相端子192w的母线194w间流动的电流Igw(以下还称为“GEN电流Igw”或“W相电流Igw”。)。
下面，将GEN电流传感器64u、64v、64w统称为GEN电流传感器64或传感器64。另外，将电流Igu、Igv、Igw统称为电流Ig。另外，本实施方式中的传感器64的数量为3个，但传感器64的数量也可以是2个或4个以上。
(A-1-5-8-2.GEN电流传感器64u、64v、64w的具体结构)
GEN电流传感器64u、64v、64w具有与电抗器电流传感器60a、60b和TRC电流传感器62u、62v、62w同样的结构。即，传感器64u、64v、64w具有霍尔IC210(图5)、磁性体铁芯212、和传感器64u、64v、64w共用的基板214c(图6等)。配线300c通过连接器216c与基板214c的一端连接。在后面参照图6～图9对配线300c进行叙述。
(A-1-5-9.ECU66)
ECU66是控制PCU26的各部的控制电路(或控制装置)，如图1所示，具有输入输出部270、运算部272和存储部274。输入输出部270通过信号线280(通信线)与车辆10的各部进行信号的输入输出。另外，在图1中，要注意通信线280被简化示出。输入输出部270具有将输入的模拟信号转换为数字信号的未图示的A/D转换电路。
运算部272包括中央运算装置(CPU)，通过执行存储于存储部274的程序来进行动作。运算部272包括后述的电流测定用的微型计算机290(图12)。运算部272所执行的功能的一部分还能够使用逻辑IC(Integrated Circuit)来实现。所述程序也可以通过未图示的无线通信装置(移动电话、智能手机等)从外部来供给。运算部272还能够由硬件(电路零部件)来构成所述程序的一部分。
本实施方式的运算部272例如将10～20kHz范围内的任一个值作为最大切换频率来切换电抗器80。另外，运算部272(微型计算机290)将来自TRC电流传感器62u、62v、62w和GEN电流传感器64u、64v、64w的输出转换为数字值来使用。
存储部274存储运算部272所使用的程序和数据，具有随机存取存储器(以下称为“RAM”。)。作为RAM，能够使用寄存器等易失性存储器和闪存存储器等非易失性存储器。另外，除了RAM之外，存储部274还可以具有只读存储器(以下称为“ROM”。)。
(A-1-5-10.配线300a～300c)
(A-1-5-10-1.配线300a～300c的概要)
图6是简略地表示本实施方式的PCU26的一部分的配置的侧视图。
图7是简略地表示本实施方式的PCU26的一部分的配置的仰视图。图8是简略地表示本实施方式的PCU26的一部分的配置的主视图。如上所述，图6～图8所示的方向是以车辆10为基准。
另外，图6和图8中的标记500是汇集了转换器50、第1换流器52和第2换流器54的开关元件的切换部。切换部500(电路)中包括转换器50的下开关元件82a、82b和上开关元件84a、84b、第1换流器52的上开关元件150u、150v、150w和下开关元件152u、152v、152w、第2换流器54的上开关元件180u、180v、180w和下开关元件182u、182v、182w。切换部500中还包括ECU66。
配线300a将电抗器电流传感器60a、60b和ECU66电气连接。配线300b将TRC电流传感器62u、62v、62w和ECU66电气连接。配线300c将GEN电流传感器64u、64v、64w和ECU66电气连接。各配线300a、300b、300c被***到树脂护套(resin cover)302(图6～图9)中而被捆扎。
(A-1-5-10-2.配线300a)
图9是表示本实施方式中的多根配线300a、300b、300c的结构的剖视图。图9所示的截面是各配线300a、300b、300c在进入切换部500之前的近前位置的截面。
如图9所示，配线300a具有基准电压电线310(以下还称为“电线310”。)、接地电线312(以下还称为“电线312”。)、第1信号电线314(以下还称为“第1输出信号电线314”、“电线314”、“第1输出信号线314”、“输出信号线314”。)、第2信号电线316(以下还称为“第2输出信号电线316”、“电线316”、“第2输出信号线316”、“输出信号线316”。)和树脂护套318。
基准电压电线310与电抗器电流传感器60a、60b双方的基准电压线232连接而被共用。接地电线312与电抗器电流传感器60a、60b双方的接地线234连接而被共用。第1信号电线314与电抗器电流传感器60a的信号线242连接。第2信号电线316与电抗器电流传感器60b的信号线242连接。
各电线310、312、314、316是具有芯线320和树脂制的芯线护套(Core wire cover)322的绝缘线(covered wire)。树脂护套318(或套筒)捆扎并包覆各电线310、312、314、316。在树脂护套318中，各电线310、312、314、316相互扭合(详细的情况在后面作为GEN电流传感器64u的例子参照图12进行叙述。)。
如图6和图7所示，配线300a在电抗器80的侧方，以与电抗器80的轴(线圈轴Ax1、Ax2)平行的方式来配置。另外，如图6和图7所示，在从电抗器电流传感器60a、60b到电抗器80的侧方之间，配线300a以远离电抗器80的轴(线圈轴Ax1、Ax2)的方式沿上下方向和左右方向来布线。
(A-1-5-10-3.配线300b)
如图9所示，配线300b具有第1电缆组330a、第2电缆组330b、第3电缆组330c和树脂护套332。第1电缆组330a连接TRC电流传感器62u和ECU66。第2电缆组330b连接TRC电流传感器62v和ECU66。第3电缆组330c连接TRC电流传感器62w和ECU66。
第1电缆组330a具有基准电压电线350(以下还称为“电线350”。)、接地电线352(以下还称为“电线352”。)、信号电线354(以下还称为“电线354”。)和树脂护套356。
基准电压电线350连接于TRC电流传感器62u的基准电压线232。接地电线352连接于TRC电流传感器62u的接地线234。信号电线354连接于TRC电流传感器62u的信号线242。
与配线300a同样，配线300b的电线350、352、354是具有芯线320和树脂制的芯线护套322的绝缘线。第1电缆组(cable set)330a的电线350、352、354以相互扭合的状态捆扎并被配置在树脂护套356内(详细的情况在后面作为GEN电流传感器64u的例子参照图12进行叙述。)。第2电缆组330b和第3电缆组330c亦同样。
第1电缆组330a～第3电缆组330c被树脂护套332捆扎。如图6和图7所示，在本实施方式中，配线300b的第1电缆组330a～第3电缆组330c的合流位置距ECU66最近。
如图6和图7所示，配线300b以不通过电抗器80的侧方而进入切换部500内的方式来配置。
(A-1-5-10-4.配线300c)
如图9所示，配线300c具有第1电缆组360a、第2电缆组360b、第3电缆组360c和树脂护套362。第1电缆组360a连接GEN电流传感器64u和ECU66。第2电缆组360b连接GEN电流传感器64v和ECU66。第3电缆组360c连接GEN电流传感器64w和ECU66。
与配线300b的第1～第3电缆组330a～330c同样，配线300c的第1电缆组360a具有基准电压电线350、接地电线352、信号电线354和树脂护套356。
在第1电缆组360a中，基准电压电线350连接于GEN电流传感器64u的基准电压线232。接地电线352连接于GEN电流传感器64u的接地线234。信号电线354连接于GEN电流传感器64u的信号线242。第1电缆组360a的电线350、352、354以相互扭合的状态捆扎并被配置在树脂护套356内(详细的情况在后面参照图12进行叙述。)。第2电缆组360b和第3电缆组360c亦同样。
如图6和图7所示，配线300c的电缆组360a、360b、360c的合流位置比配线300b的合流位置距ECU66远。换言之，配线300a比配线300b先与配线300c合流。
如图6和图7所示，配线300c被配置为，在电抗器80的侧方与电抗器80的轴(线圈轴Ax1、Ax2)平行。
＜A-2.配线300a、300b、300c与电抗器80的关系＞
接着，对配线300a、300b、300c与电抗器80的关系(尤其是来自电抗器80的漏磁通φl对配线300a、300b、300c的影响)进行说明。
[A-2-1.电抗器80和各电流传感器60a、60b、62u、62v、62w、64u、64v、64w]
如图6～图8所示，磁耦合型的电抗器80被配置于PCU26的下部。此时，线圈轴Ax1、Ax2与车辆10的前后方向一致。
如图6和图8所示，TRC电流传感器62u、62v、62w和GEN电流传感器64u、64v、64w被配置在比电抗器80靠上方的位置。另外，如图7所示，TRC电流传感器62u、62v、62w和GEN电流传感器64u、64v、64w配置在比电抗器80偏向左侧的位置。
并且，如图6和图7所示，TRC电流传感器62u、62v、62w和GEN电流传感器64u、64v、64w在前后方向上与电抗器80错开。具体而言，TRC电流传感器62u、62v、62w配置于比电抗器80靠后侧的位置。GEN电流传感器64u、64v、64w配置于比电抗器80靠前侧的位置。
如图6所示，TRC电流传感器62u、62v、62w和GEN电流传感器64u、64v、64w在上下方向上的位置彼此相同。另外，TRC电流传感器62u、62v、62w和GEN电流传感器64u、64v、64w在左右方向上的位置也彼此相同。
如图6所示，在前后方向上，TRC电流传感器62u、62v、62w和GEN电流传感器64u、64v、64w排列配置。此时，TRC电流传感器62u、62v、62w比GEN电流传感器64u、64v、64w更远离电抗器80而配置。
另外，如图8所示，作为电流传感器64w的测定对象的母线194w沿车辆10的上下方向延伸配置。其他母线164u、164v、164w、194u、194v也同样。此时，各母线164、194的主表面朝向车辆10的左右方向。
[A-2-2.电抗器80产生的磁场(漏磁通φl)]
图10是表示本实施方式的电抗器80产生的磁场(漏磁通φl)一例的俯视图。在图10中，省略了电抗器80的一部分(I字状铁芯112a、112b等)，即使在包括图3中的I字状铁芯112a、112b的情况下，磁场的方向和范围也同样。如图10所示，在磁耦合型的电抗器80中，分别以第1卷线部114a、第2卷线部114b、第3卷线部114c和第4卷线部114d为中心产生磁场。
如上所述，在本实施方式中，通过切换下开关元件82a、82b和上开关元件84a、84b来改变磁场(漏磁通φl)的方向。因此，要注意图10所示的磁场(漏磁通φl)的方向是一个例子(代表值)。
[A-2-3.本实施方式与比较例的比较(本实施方式的配线300a～300c的作用和效果)]
接着，通过与图11所示的比较例的比较，对本实施方式的配线300a～300c的作用和效果进行说明。另外，图11(比较例)的GEN电流传感器42u与本实施方式的电流传感器64u相同。另外，图11的ECU66与本实施方式的ECU66相同。
在图11和图12中ECU66所包括的微型计算机290根据差ΔV1与差ΔV2的比值R(＝ΔV2/ΔV1)来计算电流Igu，其中，所述差ΔV1是基准电压Vref(电源电压)与对地电压Vgnd的差(＝Vref-Vgnd)，差ΔV2是信号电压Vmst与对地电压Vgnd的差(Vmst-Vgnd)。也可以代替比值R而使用差ΔV1与差ΔV2的差ΔV3(＝ΔV1-ΔV2)等。
在以下所示的图11和图12中，示出GEN电流传感器64u的情况，但可以说其他电流传感器60a、60b、62u、62v、62w、64v、64w亦同样。但是，如上所述，电抗器电流传感器60a、60b使用共用的基准电压电线310和共用的接地电线312(图9)，因此要注意具有4根电线310、312、314、316这一点。
(A-2-3-1.比较例)
图11是用于说明比较例中，电抗器80产生的磁场(漏磁通φl)对配线300c产生的影响的图。在图11的比较例中，与霍尔元件230的接地线234和信号线242连接的电线352、354相互扭合，另一方面，被连接于基准电压线232的电线350没有与电线352、354捆扎在一起而在离开电线352、354的位置单独地配置。
在图11中，基准电压电线350没有与接地电线352和信号电线354捆扎在一起。因此，例如当由于电抗器80产生的磁场(漏磁通φl)而在基准电压电线350中叠加有不同于接地电线352和信号电线354的噪声分量时，ΔV1产生误差。其结果，ΔV1与ΔV2的比R(＝ΔV2/ΔV1)也会产生误差。据此，微型计算机290计算出的电流Igu会产生误差。
另外，来自霍尔元件230的输出通过运算放大器240转换为电压输出、即信号电压Vmst，并经由信号电线354输入微型计算机290。微型计算机290如前述那样根据ΔV1与ΔV2的比R(＝ΔV2/ΔV1)来计算电流Igu。
(A-2-3-2.本实施方式)
图12是用于说明在本实施方式中，电抗器80产生的磁场(漏磁通φl)对配线300c产生的影响的图。如图12所示，在本实施方式的配线300c中，基准电压电线350、接地电线352和信号电线354被扭合并被捆扎在一起。因此，如果由于电抗器80产生的磁场(漏磁通φl)而在各电线350、352、354中产生噪声，则噪声分量可能叠加于基准电压Vref、信号电压Vmst和对地电压Vgnd。然而，ΔV1和ΔV2是各电压的差分，因此，噪声分量抵消，据此来抑制微型计算机290计算出的电流Igu的误差。
尤其是在本实施方式的情况下，将各电线350、352、354相互扭合。因此，电抗器80与各电线350、352、354的相对位置被均等化，据此，叠加于各电线350、352、354的噪声分量被同等化，并且能够抑制电流Igu的误差。另外，如上所述，电抗器电流传感器60a、60b使用共用的基准电压电线310和共用的接地电线312(图9)，因此要注意由4根电线310、312、314、316进行扭合这一点。
＜A-3.本实施方式的效果＞
根据本实施方式，电流传感器64u的基准电压线232、接地线234和输出信号线242(基准电压电线350、接地电线352和信号电线354)被树脂护套302、356、362(不含有金属的筒状部件)捆扎，据此，(无需编织线等金属屏蔽线)线232、234、242被保持在靠近的状态(图9和图12)。因此，即使在上述3根线232、234、242(电线350、352、354)受到电抗器80周围的变动磁场的影响的情况下，该影响在3根线232、234、242中也相同。因此，ECU66(控制装置)例如根据基准电压Vref与输出信号Smst(均根据与对地电压Vgnd的关系来检测)的电压的差来检测母线194u(电力线)的电流的情况下，能够抑制输出信号Smst(即电流Itu)的检测误差。其他电流传感器60a、60b、62u、62v、62w、64v、64w亦同样。
另外，在本实施方式中，电流传感器64u的基准电压线232、接地线234和输出信号线242(基准电压电线350、接地电线352和信号电线354)在被不含有金属的树脂护套302、356、362捆扎在一起的状态下，在壳体68的内部进行布线并与ECU66连接(图6～图8)。在使用含有金属的筒状部件(金属制的屏蔽材料等)的情况下，由于通过电抗器80周围的变动磁场而产生的涡电流，屏蔽材料会发热。然而，在本实施方式中，由不含有金属的树脂护套302、356、362来捆扎各线232、234、242(电线350、352、354)，因此能够抑制电抗器80周围的发热。其他电流传感器60a、60b、62u、62v、62w、64v、64w亦同样。
在本实施方式中，多个GEN电流传感器64u、64v、64w被配置在壳体68的内部(图6～图8)。对多个GEN电流传感器64u、64v、64w中的每一个电流传感器，1根基准电压线232(基准电压电线350)、1根输出信号线242(信号电线354)和1根接地线234(接地电线352)在被***到1个树脂护套356(筒状部件)中进行捆扎的状态下，在壳体68内部被进行布线并被连接于ECU66(控制装置)(图6～图9)。
据此，能够按照每一传感器64u、64v、64w捆扎各线232、234、242(电线350、352、354)。因此，与将多根线232、234、242(电线350、352、354)一并由1个树脂护套捆扎的情况相比较，易于进行每一电流传感器64u、64v、64w的各线232、234、242(电线350、352、354)的定位。因此，针对各个电流传感器64u、64v、64w，ECU66在例如根据基准电压Vref与输出信号Smst的电压Vmst(均根据与对地电压Vgnd的关系来检测)的差来检测母线194u、194v、194w(电力线)的电流的情况下，能够抑制各输出信号Smst(即各电流Igu、Igv、Igw)的检测误差。TRC电流传感器62u、62v、62w亦同样。
在本实施方式中，多个电抗器电流传感器60a、60b被配置在壳体68的内部(图6～图8)。多个电抗器电流传感器60a、60b的共用的基准电压电线310(基准电压线)、接地电线312、第1输出信号电线314和第2输出信号电线316在被***到1个树脂护套318(筒状部件)中进行捆扎的状态下，在壳体68内部被进行布线并被连接于ECU66(控制装置)(图6～图9)。据此，能够将基准电压电线310、接地电线312、第1信号电线314和第2信号电线316一并捆扎。因此，通过使基准电压电线310和接地电线312共用来简化PCU26(电气设备)的结构，并且能够抑制输出信号(即电抗器电流Ir1、Ir2)的检测误差。
在本实施方式中，电流传感器64u的各线232、234、242(电线350、352、354)在相互扭合的状态下被树脂护套302、356、362(筒状部件)捆扎(图9和图12)。据此，由于各线232、234、242(电线350、352、354)相互扭合，因此，易于使电抗器80周围的变动磁场分别相对3根线232、234、242的影响均等化。因此，与3根线232、234、242不相互扭合而是直的的情况相比较，能够抑制输出信号Smst(即电流Igu、Igv、Igw)的检测误差。其他电流传感器60a、60b、62u、62v、62w、64v、64w亦同样。
在本实施方式中，ECU66(控制装置)使用包含于10～20kHz范围的最大切换频率来切换开关元件82a、82b、84a、84b。
据本发明者的见解得知，(即使在假设允许金属屏蔽线的发热的情况下，)在10～20kHz的范围内进行切换的情况下，金属屏蔽线难以发挥充分的效果。根据本实施方式，即使在通过包含于上述范围的最大切换频率来切换电抗器80的情况下，也能够抑制输出信号Smst(即电流Itu、Itv、Itw)的检测误差。
在本实施方式中，关于电流传感器64u、64v、64w，被树脂护套302、356、362(筒状部件)捆扎的线232、234、242(电线350、352、354)在壳体68的内部与电抗器80的轴(线圈轴Ax1、Ax2)大致平行地配置(图6～图8)。据此，能够使3根线232、234、242(电线350、352、354)的方向接近磁通量Φ的方向，能够使3根线232、234、242中不容易产生噪声。其他电流传感器60a、60b、62u、62v、62w亦同样。
在本实施方式中，关于电流传感器64u、64v、64w，电抗器80是包括4个卷线部114a～114d的磁耦合型(图2和图3)。据此，在4个卷线部114a～114d中磁场B的方向发生变化的状况下，即使在将3根线232、234、242(电线350、352、354)配置在电抗器80周围的情况下，也能够抑制输出信号Smst(即电流Itu、Itv、Itw)的检测误差。其他电流传感器60a、60b、62u、62v、62w亦同样。
在本实施方式中，输出信号线242是运算放大器240的输出信号线(图5、图12)，该运算放大器240的输出信号线输出与霍尔元件230连接的2根输出线236、238的电压差。据此，求得2根输出线236、238的电压差后的输出信号线242(信号电线354)被与基准电压线232(基准电压电线350)一起捆扎，据此，在基准电压线232和输出信号线242的双方上施加有同样的噪声，因此，能够减小读出值的变动。
B.变形例
另外，本发明并不限定于上述实施方式，当然能够根据本说明书的记载内容来采用各种结构。例如，能够采用以下的结构。
＜B-1.适用对象＞
上述实施方式的车辆10具有牵引马达20、发电机22和未图示的发动机(图1)。然而，例如，从将线232、234、242(电线350、352、354等)捆扎来布线的观点出发，并不限定于此。例如，车辆10还能够构成为具有多个牵引马达20和发电机22。
＜B-2.旋转电机＞
上述实施方式的牵引马达20和发电机22为3相交流无刷式(图1)。然而，例如，从将线232、234、242(电线350、352、354等)捆扎来布线的观点出发，并不限定于此。牵引马达20和发电机22也可以是直流式或有刷式。
＜B-3.电抗器80＞
在上述实施方式中，电抗器80为磁耦合型(图1～图3)。然而，例如，从将线232、234、242(电线350、352、354等)捆扎来布线的观点出发，并不限定于此。电抗器80例如也可以是仅由1个线圈构成的类型(通常驱动方式)、或将2个线圈并列配置的类型(交错方式)等。
在上述实施方式中，列举电抗器80作为磁场发生源。然而，还能够将本发明适用于电抗器80以外的磁场发生源。
＜B-4.电流传感器60、62、64＞
在上述实施方式中，对8个电流传感器60、62、64的配线300a～300c进行了说明(图6～图9等)。然而，例如，从将线232、234、242(电线350、352、354等)捆扎来布线的观点出发，电流传感器的数量至少为2个即可，例如，可以是2～50中的任一个。另外，为了进行故障保护等，还能够对同一母线164、194、202(例如母线164u)设置2个电流传感器(例如传感器62u)。
上述实施方式的各传感器60、62、64具有霍尔元件230(霍尔IC210)(图5)。然而，例如，从将线232、234、242(电线350、352、354等)捆扎来布线的观点出发，传感器60、62、64的种类并不限定于此。例如，也可以将本发明适用于霍尔元件230(霍尔IC210)以外的磁性传感器或其他传感器。
在上述实施方式中，将传感器60a、60b在左右方向上排列为一排(图4，图6～图8)。然而，例如，从将线232、234、242(电线310、312、314、316等)捆扎来布线的观点出发，并不限定于此。传感器62u、62v、62w、64u、64v、64w亦同样。
在上述实施方式中，使各传感器60a、60b的铁芯212的方向相同(图4等)。然而，例如，从将线232、234、242(电线310、312、314、316等)捆扎来布线的观点出发，并不限定于此。例如，在上述实施方式中，俯视观察时，缺口260形成于铁芯212上的电抗器80侧(图6～图8)，但还能够配置于其他位置。传感器62u、62v、62w、64u、64v、64w亦同样。
在上述实施方式中，使用树脂护套302、318、332、356、362作为不含有金属的筒状部件(图9)。然而，从将线232、234、242(电线310、312、314、316、350、352、354)捆扎来布线的观点出发，并不限定于此。还可以除了树脂护套302、318、332、356、362之外，或者代替树脂护套302、318、332、356、362，而使用树脂带或树脂管。

Claims (8)

1.一种电气设备(26)，其具有：
电抗器(80)；
开关元件(82a、82b、84a、84b)，其与所述电抗器(80)连接；
控制装置(66)，其控制所述开关元件(82a、82b、84a、84b)的切换；和
电流传感器(60a、60b、62u、62v、62w、64u、64v、64w)，其被配置在所述电抗器(80)周围，且检测在电力线中流动的电流，
所述电气设备(26)的特征在于，
所述电流传感器(60a、60b、62u、62v、62w、64u、64v、64w)具有：
检测元件(230)；
基准电压线(232(310、350))，其传输基准电压信号；
输出信号线(242(314、316、354))，其传输所述检测元件(230)的输出信号；
接地线(234(312、352))，其与地电位连接，
所述基准电压线(232)、所述输出信号线(242)和所述接地线(234)在被不含金属的筒状部件(302、318、332、356、362)捆扎的状态下，在收容有所述电抗器(80)的壳体(68)的内部被进行布线并被连接于所述控制装置(66)。
2.根据权利要求1所述的电气设备(26)，其特征在于，
多个所述电流传感器(62u、62v、62w、64u、64v、64w)被配置在所述壳体(68)的内部，
对多个所述电流传感器(62u、62v、62w、64u、64v、64w)中的每一个电流传感器，1根所述基准电压线(232)、1根所述输出信号线(242)和1根所述接地线(234)在被***到1个所述筒状部件(356)中进行捆扎的状态下，在所述壳体(68)内部被进行布线并被连接于所述控制装置(66)。
3.根据权利要求1所述的电气设备(26)，其特征在于，
所述基准电压线(232)、所述输出信号线(242)和所述接地线(234)以相互扭合的状态被***到所述筒状部件(302、318、332、356、362)中进行捆扎。
4.根据权利要求1所述的电气设备(26)，其特征在于，
多个所述电流传感器(60a、60b)被配置在所述壳体的内部(68)，
多个所述电流传感器(60a、60b)具有：
共用的基准电压线(310)，其传输基准电压信号；
第1输出信号线(314)和第2输出信号线(316)，其单独地传输所述检测元件的输出信号；和
共用的接地线(312)，其与地电位连接，
所述基准电压线(310)、所述第1输出信号线(314)、所述第2输出信号线(316)和所述接地线(312)在被***到1个所述筒状部件(318)中进行捆扎的状态下，在所述壳体(68)内部被进行布线并被连接于所述控制装置(66)。
5.根据权利要求1所述的电气设备(26)，其特征在于，
所述控制装置(66)使用包含于10～20kHz范围内的最大切换频率来切换所述开关元件(82a、82b、84a、84b)。
6.根据权利要求1所述的电气设备(26)，其特征在于，
被所述筒状部件捆扎的所述基准电压线(232)、所述输出信号线(242)和所述接地线(234)在所述壳体(68)内部与所述电抗器(80)的轴大致平行配置。
7.根据权利要求6所述的电气设备(26)，其特征在于，
所述电抗器(80)是包括4个卷线部(114a～114d)的磁耦合型。
8.根据权利要求1所述的电气设备(26)，其特征在于，
所述检测元件(230)是霍尔元件，
所述输出信号线(242)是运算放大器(240)的输出信号线，该运算放大器(240)的输出信号线输出与所述霍尔元件连接的2根输出线的电压差。
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