JP3988725B2 - 電力変換装置及びそれを備えた電力システム並びに移動体 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、負荷に供給される電力を制御する電力変換装置及びそれを備えた電力システム並びに移動体に関する。
背景技術
負荷に電力を供給する電力システムでは、負荷に流れる負荷電流などに基づいて電力変換装置を制御し、負荷に供給される電力を制御している。このため、電力システムには、負荷に流れる負荷電流を検出するための電流検出器が設けられている。
従来、負荷に電力を供給する電力システム、例えば電気自動車，ハイブリッド自動車などの駆動源である電動機に蓄電池からの直流電力を交流電力に変換して供給する電動機駆動システムでは、例えば特開平１１−１３６９６０号公報に記載された電流検出器を、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に備え、電動機に供給される電流を検出している。この従来の電流検出器は、電力変換装置の回路モジュールの出力導体であるブスバーに嵌着された環状の磁性コアのギャップにホール素子を収容したものであり、電力変換装置の回路モジュールを構成する冷却ブロックに嵌着されている。
また、最近では、例えば特開２００１−２２１８１５号公報，特開２００２−４００５８号公報に記載されているように、Ｕ字状の導体の内側中央にホール素子を配置し、その部分に集中する磁束をホール素子に直接入力し、Ｕ字状の導体に流れる電流を検出する電流検出器が提案されている。この電流検出器は、Ｕ字状の導体及び樹脂成形体からなる第１部品と、ホール素子を含む半導体チップが固着された支持板，リード端子及び樹脂成形体からなる第２部品とが接着されて構成されている。
さらに、最近では、例えば特開２０００−１９１９９号公報に記載されているように、線対称又は点対称に電流経路を形成してその中心部の磁束密度が略一定となる位置にホール素子を配置し、小型かつ低価格で電流経路を流れる電流を検出する電流検出方法なども提案されている。
負荷に電力を供給する電力システム、例えば電気自動車，ハイブリッド自動車などの駆動源である電動機に蓄電池からの直流電力を交流電力に変換して供給する電動機駆動システムでは、電気自動車，ハイブリッド自動車などの電動車両の低価格化，燃費の向上，一充電あたりの走行距離の向上，電力変換装置の実装スペースの縮小化などから、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の小型化及び低価格化が検討されている。
これを達成するためには、電力変換装置を構成する部品のうち、構成部品間の絶縁距離をとる必要がある高電圧部品，大電流の印加によって発熱する部品を小型化してこれらを集積化し、絶縁性及び放熱性に優れたモジュールを形成することが望ましく、近年、様々なモジュールが提案されている。最近では、前述した特開平１１−１３６９６０号公報に記載のように、電流検出器を集積化したモージュールも提案されている。
しかしながら、特開平１１−１３６９６０号公報に記載された電流検出器では磁性コアを必要とするので、冷却ブロックの大型化を招くことなく冷却ブロックの内部に電流検出器を設けることができない。すなわち磁性コアを用いた電流検出器では、通電導体に流れる電流を検出するにあたり、磁性コアが飽和しないようにギャップ幅などで磁束量を調節したり、磁性コアの実効断面積を大きく、実効磁路長を短くしたり必要などがあり、磁性コアを小型化することが難しい。このため、冷却ブロックの内部に設置する場合には、冷却ブロックを大型化せざるを得なくなる。また、冷却ブロックの側壁に設ける場合でも、冷却ブロックの側壁を外側に突出させて磁性コアを設ける必要があり、冷却ブロックを大型化せざるを得ない。
発明の開示
上記課題を解決するために本願の発明者らは、通電導体に電流が流れることによって生成される磁束をホール素子に直接入力して通電導体に流れる電流を検出する電流検出器の電力変換装置への適用に着目した。そこで、電流検出器の電力変換装置への取り付け方について検討した。
まず、例えば特開２００１−２２１８１５号公報，特開２００２−４００５８号公報に記載された電流検出器の電力変換装置への適用を検討した。この場合の電流検出器の電力変換装置への取り付け方としては、放熱用導電性部材上に半田で固着した絶縁基板上の電極に、半導体素子などと共に電流検出器の検出導体を半田で固着することが考えられる。しかし、上述の取り付け方では、放熱用導電性部材及び電流検出器の温度を半田の融点温度以上の温度に均一に上昇させて半田付けしなければならい。しかも、半田付け工程の温度プロファイルで半田の融点温度以上の温度を数分以上必要とする場合も多い。このため、上述の取り付け方では、ホール素子と樹脂成形体との線膨張係数の差によって生じる熱応力などによってホール素子に永久歪みが生じ、電流検出器の検出精度が低下すると考えられる。
また、上述の電流検出器のように、ホール素子を含む半導体チップが固着された支持板，リード端子及び樹脂成形体からなる部品を通電導体上にシート状の接着層或いは絶縁層を介して接着させる取り付け方が考えられる。しかし、上述の取り付け方では、接着層或いは絶縁層の厚さにバラツキが生じた場合、ホール素子と通電導体との間の間隔にバラツキが生じ、電流検出器の検出精度が低下すると考えられる。
さらに、上述の電流検出器のように、通電導体に位置決めのための第１樹脂成形体を設け、ホール素子を含む半導体チップが固着された支持板，リード端子及び第２樹脂成形体からなる部品の第２樹脂成形体を第１樹脂成形体に組み合わせる取り付け方が考えられる。しかし、上述の取り付け方では、位置決め治具となる第１樹脂成形体の微細部分を高精度に樹脂成形しなければならず、歩留まりが低下して製造コストが上昇すると考えられる。
また、例えば特開２０００−１９１９９号公報に記載された電流検出方法のように、通電導体を線対称又は点対称に形成し、その中心部の磁束密度が略一定となる位置にホール素子を配置する取り付け方が考えられる。しかし、上述の取り付け方では、通電導体の配置の自由度が損なわれると考えられる。また、上述の取り付け方では、放熱用導電性部材上に半田で固着した絶縁基板上の電極を線対称又は点対称に形成すると、一方の電極に流れる電流が作る磁束が他方の電極に鎖交し、他方の電極に渦電流が流れる。これにより、他方の電極には渦電流による磁束が生成される。このため、上述の取り付け方では、他方の電極に流れた渦電流によって生成された磁束がホール素子で検出され、電流検出器の検出精度が低下すると考えられる。
さらに、本願の発明者らは、電流検出器の電力変換装置への適用をさらに現実のものとすために検討を進めた。電力変換装置、例えば電気自動車，ハイブリッド自動車向けのものでは、検出すべき電流が数百アンペアと大きく、電流検出器の検出用導体での抵抗損失が過大に発生するので、検出用導体の放熱が必要になってくる。この場合の電流検出器の取り付け方としては、放熱用導電性部材上に半田で固着された絶縁基板上の電極に、電力変換用半導体素子などと共に検出用導体を半田で固着することが考えられる。
しかし、上述の取り付け方では、検出用導体に流れる電流が作る検出磁束が放熱用導電性部材と鎖交するので、放熱用導電性部材に電磁気学で用いられる鏡像法（若しくは影像法）に基づく鏡像電流が流れる。一般に鏡像電流は、検出電流によって誘導された誘導電流（或いは渦電流ともいう）であり、検出電流の周波数と放熱用導電性部材の導電率及び透磁率の積の平方根に比例して放熱用導電性部材表面近傍を流れ、特に放熱用導電性部材の抵抗が極めて小さい場合、若しくは検出電流の周波数が極めて高い場合に放熱用導電性部材表面を対称面とした位置に検出電流と同じ大きさで逆方向に流れ、放熱用導電性部材周辺に磁束を生成する。従って、ホール素子は、検出用導体に流れる検出電流が生成した磁束に加えて鏡像電流による磁束を検出することになるので、特開２０００−１９１９９号公報に記載された電流検出方法と同じように、電流検出器の検出精度が低下すると考えられる。また、鏡像電流により生成される磁束は検出電流の周波数に応じて変化（周波数に依存）する特性をもっている。従って、ホール素子の検出結果が検出電流の周波数により変化し、電流検出器の検出精度が低下すると考えられる。
このように、通電導体が作る磁束をホール素子に直接入力して通電導体に流れる電流を検出する電流検出器の電力変換装置への適用にあたっては、電流検出器の検出精度が低下することが判明した。そこで、本願の発明者らは、電流検出器の検出精度の低下を抑制することができる電流検出器の構成及び電力変換装置への取り付け方についてさらに検討を重ねた。その結果、電流検出器を電力変換装置に取り付けるのに望ましい電流検出器の取り付け方及び電流検出器の構成を発見することができた。
ここに、本発明は、小型でかつ高精度な電力制御が行える電力変換装置及びそれを備えた電力システム並びに移動体を提供する。また、本発明は、小型でかつ高精度な電流検出が行える電流検出器を備えた電力変換装置及びそれを備えた電力システム並びに移動体を提供する。
上記電力変換装置は、絶縁部材を介して導電性部材上に載置された電力制御用半導体素子、及び電力制御用半導体素子に入力される或いは電力制御用半導体素子から出力された電流を検出する電流検出器を有するパワーモジュール部と、電力制御用半導体素子の動作を制御する制御部とを有するものにおいて、電流検出器を、電力制御用半導体素子と電気的に接続されると共に、絶縁部材を介して導電性部材上に載置され、かつ絶縁部材を介して導電性部材上に積層された部分よりも導電性部材に対する相対的距離が大きい部分を有する導体と、絶縁部材を介して導電性部材上に積層された導体部分よりも導電性部材に対する相対的距離が大きい導体部分に設けられる或いはその近傍に配置されると共に、制御部と電気的に接続された磁気検出用半導体素子を有する磁気検出部とを有するものから構成することにより達成することができる。
上記電力変換装置によれば、導体が作る磁束を磁気検出用半導体素子に直接入力して導体に流れる電流を検出する電流検出器を電力変換装置に用いたので、従来よりも電流検出器を小型にでき、電流検出器を電力変換装置のパワーモジュール部の内部に設けることができる。従って、上記電力変換装置によれば、電力変換装置の内部に電流検出器を設けるスーペスが不要となるので、電力変換装置を小型化することができる。しかも、上記電力変換装置によれば、パワーモジュール部の大型化も抑制することができる。
また、上記電力変換装置によれば、絶縁部材を介して導電性部材上に積層された導体部分よりも導電性部材に対する相対的距離が大きい導体部分に磁気検出部を設ける或いはその近傍に配置しているので、導体に流れる電流によって生成された磁束が導電性部材に鎖交し、導電性部材に渦電流（誘導電流）が流れることによって生成される磁束の影響を抑制することができる。従って、上記電力変換装置によれば、電流検出器の検出精度を向上させることができる。すなわち導体に流れる電流によって生成された磁束が導電性部材に鎖交する量は、導体に流れる電流によって生成された磁束と導電性部材の磁気的な結合係数の大小によって変化する。これにより、渦電流（誘導電流）の大きさが上記結合係数の大きさに比例して変化する。このため、検出用導体と導電性部材との相対的距離が大きくなると、導体に流れる電流によって生成された磁束の漏れる量が増加して上記結合係数が小さくなる。これにより、渦電流（誘導電流）つまり鏡像電流が減少して、渦電流（誘導電流）が流れることによって生成される磁束の影響を抑制することができる。従って、上記電力変換装置によれば、電流検出器の検出精度を向上させることができる。
上記電力変換装置において、磁気検出部が設けられた或いは磁気検出部の近傍に配置された導体部分は、導電性部材との相対的距離が電力制御用半導体素子と導電性部材との相対的距離よりも大きく、絶縁部材を介して導電性部材上に積層される導体部分よりも導電性部材から遠ざかる方向に突出している。ここで、突出部分は、絶縁部材を介して導電性部材上に積層される導体部分から屈曲し、導電性部材から遠ざかる方向に延びるものである。或いは導電性部材から遠ざかる方向に延びる導体部分からさらに屈曲して延びるものである。或いは導電性部材から遠ざかる方向に延びる導体部分からさらに複数屈曲して、導電性部材上に至るものである。或いは絶縁部材を介して導電性部材上に積層される部分が導電性部材の載置面と平行な平面上において流す電流を、平面から遠ざかる方向に流して平面に近づく方向に流すものである。
上記電力変換装置において、絶縁部材を介して導電性部材上に積層される導体部分よりも導電性部材に対する相対距離が大きい導体部分に対応する導電性部材部分の厚みを他の部分の厚みよりも小さくすることにより、磁気検出部が設けられた或いは磁気検出部の近傍に配置された導体部分の導電性部材に対する相対的距離を、絶縁部材を介して導電性部材上に積層された導体部分よりも大きくすることができる。
上記電力変換装置において、磁気検出部は、絶縁部材を介して導電性部材上に積層された導体部分よりも導電性部材に対する相対的距離が大きい導体部分で生成された磁束のうち、導電性部材或いは導電性部材に流れる誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出するように、或いは導電性部材に対して垂直に交わる垂線に対して平行な成分の磁束を検出できるように、絶縁部材を介して導電性部材上に積層された導体部分よりも導電性部材に対する相対的距離が大きい導体部分に設けられる或いはその近傍に配置される。
上記電力変換装置において、絶縁部材を介して導電性部材上に積層された導体部分よりも導電性部材に対する相対的距離が大きい導体部分は、導電性部材に対して垂直で導電性部材から遠ざかる方向に延びる部分を有しており、磁気検出部は、磁気検出用半導体素子の磁気検出面が、導電性部材及び導電性部材から遠ざかる方向に延びる導体部分に対して垂直で導電性部材から遠ざかる方向に延びる導体部分に対して平行になるように、導電性部材に対して垂直で導電性部材から遠ざかる方向に延びる導体部分に設けられる。或いは絶縁部材を介して導電性部材上に積層された導体部分よりも導電性部材に対する相対的距離が大きい導体部分は、導電性部材に対して平行に延びる部分を有しており、磁気検出部は、磁気検出用半導体素子の磁気検出面が、導電性部材に対して平行に延びる導体部分に対して垂直かつ平行になるように、導電性部材に対して平行に延びる導体部分に設けられる。
上記電力変換装置は、導体を介して負荷或いは電力供給手段と電気的に接続された電力制御用半導体素子を有するパワーモジュール部と、電力制御用半導体素子の動作を制御する制御部と、導体に設けられた電流検出器とを有するものにおいて、電流検出器を、磁気検出用半導体素子と、磁気検出用半導体素子と制御部とを電気的に接続する接続導体の一部とが樹脂で梱包された磁気検出部を有するものであり、磁気検出部の少なくとも一部が、導体に形成された窪みに収納されるものから構成することにより達成することができる。
上記電力変換装置によれば、磁気検出部の少なくとも一部分を導体の窪みに収納しているので、磁気検出用半導体素子と導体との間の間隔を一定に保つことができる。従って、上記電力変換装置によれば、磁気検出用半導体素子と導体との間にバラツキを生じることがないので、電流検出器の検出精度の低下を防止することができる。また、上記電力変換装置によれば、磁気検出部の少なくとも一部分を導体の窪みに収納しているので、位置決めが簡単に行うことができる。従って、上記電力変換装置によれば、歩留まりの低下を抑制することができ、電力変換装置の製造コストの上昇を抑えることができる。
上記電力変換装置において、導体は、負荷或いは電力供給手段に電気的に接続された配線がネジの締め付けによって電気的に接続された端子台の電極とパワーモジュール部或いは制御部とを電気的に接続する端子台の引出電極であり、引出電極には窪みが形成されている。
上記電力変換装置は、電力制御用半導体素子、及び電力制御用半導体素子に入力される或いは電力制御用半導体素子から出力された電流を検出する電流検出器を有するパワーモジュール部と、電力制御用半導体素子の動作を制御する制御部と、電流検出器に流れる電流で生じる電磁誘導によって誘導電流が流れる導電性部材とを有するものにおいて、電流検出器を、電力制御用半導体素子と電気的に接続された導体と、導体に設けられる或いはその近傍に配置されると共に、制御部と電気的に接続された磁気検出用半導体素子を有する磁気検出部とを有するものであり、導体で生成される磁束のうち、導電性部材或いは導電性部材に流れる誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出するものから構成することにより達成することができる。
上記電力変換装置によれば、導体で生成される磁束のうち、導電性部材或いは導電性部材に流れる誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出するので、導電性部材に生じる誘導電流によって生成され、検出電流の周波数に依存する磁束が電流検出器の検出結果に与える影響を抑制することができる。従って、上記電力変換装置によれば、電流検出器の検出精度を向上させることができる。すなわち導電性部材に対して平行な成分をもつ直線的な検出電流が流れると、その平行な成分に対して平行で逆向きの誘導電流が導電性部材に流れて磁束を生成する。誘導電流による磁束は、導電性部材に対して垂直で誘導電流に対して直交する平面に対して平行な成分であり、導電性部材或いは誘導電流に対して平行な成分を持たない。従って、導体で生成される磁束のうち、導電性部材或いは誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出すれば、周波数依存特性を持つ誘導電流の影響を抑制することができる。従って、上記電力変換装置によれば、電流検出器の検出精度を向上させることができる。
上記電力変換装置において、導体は、導電性部材から遠ざかる方向に延びる部分を有しており、磁気検出部は、導電性部材から遠ざかる方向に延びる導体部分で生成される磁束のうち、導電性部材或いは導電性部材に流れる誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出する。
上記電力変換装置において、導体は、導電性部材に対して垂直で導電性部材から遠ざかる方向に延びる部分を有しており、磁気検出部は、磁気検出用半導体素子の磁気検出面が、導電性部材及び導電性部材から遠ざかる方向に延びる導体部分に対して垂直かつ導電性部材から遠ざかる方向に延びる導体部分に対して平行になるように、導電性部材に対して垂直で導電性部材から遠ざかる方向に延びる導体部分に設けられる。
上記電力変換装置において、導体は、導電性部材に対して平行に延びるものであって、少なくとも第１及び第２の屈曲部を有するものであり、磁気検出部は、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分で生成される磁束のうち、導電性部材或いは導電性部材に流れる電気誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出する。
上記電力変換装置において、導体は、導電性部材に対して平行に延びるものであって、少なくとも第１及び第２の屈曲部を有するものであり、磁気検出部は、磁気検出用半導体素子の磁気検出面が、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分及び導電性部材に対して垂直で第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分に対して平行になるように、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分に設けられる。
上記電力変換装置は、電力制御用半導体素子、及び電力制御用半導体素子に入力される或いは電力制御用半導体素子から出力された電流を検出する電流検出器を有するパワーモジュール部と、電力制御用半導体素子の動作を制御する制御部と、電流検出器に流れる電流で生じる電磁誘導によって誘導電流が流れる導電性部材とを有するものにおいて、電流検出器を、電力制御用半導体素子と電気的に接続されると共に、導電性部材に対して平行に延び、かつ少なくとも第１及び第２の屈曲部を有する導体と、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分に設けられる或いはその近傍に配置されると共に、制御部と電気的に接続された磁気検出用半導体素子を有する磁気検出部とを有するものであり、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分で生成された磁束のうち、導電性部材或いは導電性部材に流れる誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出するものから構成することにより達成することができる。
上記電力変換装置によれば、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分で生成される磁束のうち、導電性部材或いは導電性部材に流れる誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出するので、導電性部材に生じる誘導電流によって生成され、検出電流の周波数に依存する磁束が電流検出器の検出結果に与える影響を抑制することができる。従って、上記電力変換装置によれば、電流検出器の検出精度を向上させることができる。すなわち導電性部材に対して平行に延びる導体に少なくとも第１及び第２の屈曲部を形成することにより、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分近傍の導電性部材に流れる誘導電流を、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分に対してほぼ直交するように交差して流すことができる。誘導電流よって生成される磁束は、導電性部材に対して垂直で誘導電流に対して直交する平面に対して平行な成分であり、導電性部材に対して垂直で誘導電流に対して平行な平面に対して平行な成分を持たない。従って、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分で生成される磁束のうち、導電性部材或いは導電性部材に流れる誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出すれば、導電性部材上において導体が導電性部材に対して平行に延びるものであっても、周波数依存特性を持つ誘導電流の影響を抑制して導体に流れる電流を検出することができる。従って、上記電力変換装置によれば、電流検出器の検出精度を向上させることができる。
上記電力変換装置において、導体は、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分である第１の導体部と、第１の導体部から第１の屈曲部で屈曲して延びる第２の導体部と、第１の導体部から第２の屈曲部で屈曲して延びる第３の導体部から構成されており、磁気検出部は、第１の導体部で生成された磁束のうち、導電性部材或いは導電性部材に流れる誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出する。
上記電力変換装置において、導体は、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分である第１の導体部と、第１の導体部から第１の屈曲部で屈曲して延びる第２の導体部と、第１の導体部から第２の屈曲部で屈曲して延びる第３の導体部から構成されており、磁気検出部は、磁気検出用半導体素子の磁気検出面が、第１の導体部及び導電性部材に対して垂直で第１の導体部に対して平行になるように、第１の導体部に設けられる。
上記電力変換装置は、電力制御用半導体素子、前記電力制御用半導体素子に入力される或いは前記電力制御用半導体素子から出力された電流を検出する電流検出器を有するパワーモジュール部と、前記電力制御用半導体素子の動作を制御する制御部と、前記電流検出器に流れる電流で生じる電磁誘導によって誘導電流が流れる導電性部材とを有するものにおいて、電流検出器を、電力制御用半導体素子と電気的に接続されると共に、少なくとも第１及び第２の屈曲部を有する導体と、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分に設けられる或いはその近傍に配置されると共に、制御部と電気的に接続された磁気検出用半導体素子を有する磁気検出部とを有するものであり、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分で生成される磁束のうち、導電性部材或いは導電性部材に流れる誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出するものから構成することにより達成することができる。
上記電力変換装置によれば、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分で生成される磁束のうち、導電性部材或いは導電性部材に流れる誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出するので、導電性部材に生じる誘導電流によって生成され、検出電流の周波数に依存する磁束が電流検出器の検出結果に与える影響を抑制することができる。従って、上記電力変換装置によれば、電流検出器の検出精度を向上させることができる。すなわち導電性部材に対して平行な成分をもつ直線的な検出電流が流れると、その平行な成分に対して平行で逆向きの誘導電流が導電性部材に流れて磁束を生成する。誘導電流による磁束は、導電性部材に対して垂直で誘導電流に対して直交する平面に対して平行な成分であり、導電性部材或いは誘導電流に対して平行な成分を持たない。従って、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分で生成される磁束のうち、導電性部材或いは誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出すれば、周波数依存特性を持つ誘導電流の影響を抑制することができる。従って、上記電力変換装置によれば、電流検出器の検出精度を向上させることができる。
上記電力変換装置において、導体は、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分であって、導電性部材に対して垂直に延びる第１の導体部と、第１の導体部から第１の屈曲部で屈曲して延びる第２の導体部と、第１の導体部から第２の屈曲部で屈曲して延びる第３の導体部から構成されており、磁気検出部は、第１の導体部で生成された磁束のうち、導電性部材或いは導電性部材に流れる誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出する。
上記電力変換装置において、第２の導体部と第３の導体部は、第１の導体部に対して直角に屈曲したものであって、互いに異なる方向に延びるものである。具体的には、第２の導体部と第３の導体部が、互いに相反する方向に延びるもの或いは第３の導体部が、第２の導体部に対して鈍角（９０°＜θ＜１８０°の範囲）でずれた方向に延びるものである。前者の場合、磁気検出部は、磁気検出用半導体素子が、第１の導体部で生成された磁束のうち、導電性部材或いは導電性部材に流れる誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出するように、磁気検出用半導体素子の磁気検出面が、第１の導体部の軸線を交点として第２の導体部及び第３の導体部に対して垂直な平面上に配置される。
後者の場合、磁気検出部は、磁気検出用半導体素子が、第１の導体部で生成された磁束のうち、導電性部材或いは導電性部材に流れる誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出するように、磁気検出用半導体素子の磁気検出面が、第１の屈曲部を交点として第２の導体部に対して垂直な平面で区切られる空間であって、第１の導体部を含む第３の導体部側の空間に配置される。或いは磁気検出用半導体素子が、第１の導体部で生成された磁束のうち、導電性部材或いは導電性部材に流れる誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出するように、磁気検出用半導体素子の磁気検出面が、第１の屈曲部を交点として第２の導体部に対して垂直な平面で区切られる空間であって、第１の導体部を含む第３の導体部側の空間と、第２の屈曲部を交点として第３の導体部に対して垂直な平面で区切られる空間であって、第１の導体部を含む第２の導体部側の空間との重複する空間に配置される。
上記電力変換装置は、電力制御用半導体素子、及び電力制御用半導体素子に入力される或いは電力制御用半導体素子から出力された電流を検出する電流検出器を有するパワーモジュール部と、電力制御用半導体素子の動作を制御する制御部と、電流検出器に流れる電流で生じる電磁誘導によって誘導電流が流れる導電性部材とを有するものにおいて、電流検出器を、電力制御用半導体素子と電気的に接続された導体と、導体に設けられる或いはその近傍に配置されると共に、制御部と電気的に接続された磁気検出用半導体素子を有する磁気検出部とを有するものであり、導体で生成される磁束のうち、導電性部材に対して垂直に交わる垂線に対して平行な成分の磁束を検出するものから構成することにより達成することができる。
上記電力変換装置によれば、導体で生成される磁束のうち、導電性部材に対して垂直に交わる垂線に対して平行な成分の磁束を磁気検出部で検出するので、導電性部材に流れる誘導電流によって生成され、検出電流の周波数に依存する磁束が電流検出器の検出結果に与える影響を抑制することができる。従って、上記電力変換装置によれば、電流検出器の検出精度を向上させることができる。すなわち導電性部材に流れる誘導電流によって生成される磁束は、導体から導電性部材に対して垂直に交わる垂線に対して垂直な成分に比べ、垂線に対して平行な成分の方が小さい。従って、導体で生成される磁束のうち、導電性部材に対して垂直に交わる垂線に対して平行な成分の磁束を検出すれば、誘導電流によって生成される磁束の影響を受け難い。従って、上記電力変換装置によれば、電流検出器の検出精度を向上させることができる。
上記電力変換装置において、導体は、導電性部材から遠ざかる方向に突出する部分を有しており、磁気検出部は、導電性部材から遠ざかる方向に突出する導体部分で生成される磁束のうち、導電性部材に対して垂直に交わる垂線に対して平行な成分の磁束を検出する。
上記電力変換装置において、導体は、導電性部材から遠ざかる方向に突出して導電性部材に対して平行な部分を有しており、磁気検出部は、磁気検出用半導体素子の磁気検出面が、導電性部材に対して平行であって、導電性部材から遠ざかる方向に突出して導電性部材に対して平行な導体部分に対して垂直かつ平行になるように、導電性部材から遠ざかる方向に突出して導電性部材に対して平行な導体部分に設けられる。
上記電力システムは、電力供給手段から供給された電力を電力変換装置によって所定の電力に変換して負荷に供給するものにおいて、電力変換装置を、上記いずれかに記載の電力変換装置から構成することにより達成することができる。上記電力システムによれば、電力システムの電力変換装置として、小型でかつ高精度な電力制御が行える上述の電力変換装置を用いたので、電力システムのシステム構成の小型化、電力システムの低価格化，電力システムの信頼性の向上などを図ることができる。
上記電力システムは具体的には、電力供給手段である電力発生手段（例えば太陽電池或いは燃料電池）から供給された直流電力を電力変換装置で交流電力に変換し、負荷である電力系統に供給する発電システムである。或いは電力供給手段である電力系統から供給された交流電力を電力変換装置で所定の交流電力或いは直流電力に変換し、負荷である電気負荷（例えば回転電機）に供給して電気負荷を駆動させる駆動システムである。或いは電力供給手段である蓄電手段（例えばバッテリ）から供給された直流電力を電力変換装置で交流電力に変換し、負荷である電気負荷（例えば回転電機）に供給して電気負荷を駆動させる駆動システムなどである。
上記移動体は、胴体と、胴体に設けられた被駆動体と、外部電源或いは胴体に取り付けられた内部電源からの供給電力によって駆動され、被駆動体を駆動する電動機と、電源から電動機に供給される電力を制御する電力変換装置とを備えたものにおいて、電力変換装置を、上記いずれかに記載の電力変換装置から構成することにより達成することができる。上記移動体によれば、移動体の電力変換装置として、小型でかつ高精度な電力制御が行える上述の電力変換装置を用いたので、移動体の低価格化，燃費の向上，一充電あたりの走行距離の向上，電力変換装置の実装スペースの縮小化などを図ることができる。
上記移動体は、電気自動車，ハイブリッド自動車，電動四輪駆動車などの電動車両であって、外部電源或いは内部電源（バッテリ）から供給された直流電力を上記電力変換装置で交流電力に変換し、胴体（車両）に設けられた被駆動体（車輪）を駆動する電動機に供給して電動機を駆動し、被駆動体（車輪）を駆動する電機駆動システムを搭載したものである。或いは自動車であって、外部電源或いは内部電源（バッテリ）から供給された直流電力を上記電力変換装置で交流電力に変換し、胴体（車両）に設けられた被駆動体（コンプレッサ，スリアリング装置，ブレーキ装置）を駆動する電動機に供給して電動機を駆動し、被駆動体（コンプレッサ，ステアリング装置，ブレーキ装置）を駆動する電動エアコンシステム，電動パワーステアリングシステム，電動ブレーキシステムなどの電機駆動システムを搭載したものである。
上記電力変換装置は、車両の運転操作機器が収納された運転室，内燃機関が収納された機関室，物品を載置できる荷台，前後輪の少なくとも一部の周囲を覆う部分のいずれかに設置されている。
さらに、上記電力変換装置の好ましい実施態様について説明する。
上記電力変換装置において、磁気検出部は、磁気検出用半導体素子と、磁気検出用半導体素子と前記制御部とを電気的に接続する端子部材の少なくとも一部分とが樹脂で梱包されたものであることが好ましい。磁気検出部が設けられた導体部分には、磁気検出部の少なくとも一部分を収納する窪みが設けられて、磁気検出部の少なくとも一部分が収納されていることが好ましい。端子部材は導体に対して遠ざかる方向に引き出されていることが好ましい。磁気検出部の窪みとの非対向部分には固定治具が接着層を介して当てがわれ、磁気検出部を固定していることが好ましい。固定治具は、導体が磁気検出部の窪みとの非対向部分に突出したものであることが好ましい。或いは樹脂を成形して形成した成形品であると共に、導体と噛み合い、かつ導体側から磁気検出部の窪みとの非対向部分側に突出して磁気検出部を固定するものであることが好ましい。若しくは樹脂を成形して形成した成形品であると共に、端子部材と電気的に接続された電極部材が挿入され、かつ電極部材の一部が、ワイヤのボンディングが可能なように外部に露出したものであることが好ましい。また、固定治具は、導体側から磁気検出部側に突出して端子部材を固定するものであることが好ましい。
上記電力変換装置において、磁気検出部は、基板上に固定された磁気検出用半導体素子と、制御部に電気的に接続された端子部材とが基板上で電気的に接続されたものであることが好ましい。磁気検出部が設けられた導体部分には、磁気検出部の少なくとも一部分を収納する窪みが設けられて、磁気検出部の少なくとも一部分が収納されていることが好ましい。磁気検出部の窪みとの非対向部分の少なくとも２箇所には固定治具が接着層を介して当てがわれ、磁極検出部を固定していることが好ましい。固定治具は、導体が基板の窪みとの非対向部分に突出したものであることが好ましい。
上記電力変換装置において、磁気検出部は、磁気検出用半導体素子と、磁気検出用半導体素子及び制御部に電気的に接続されると共にワイヤボディングが可能な電極部材とが、電極部材が外部に露出するように樹脂で梱包されたものであることが好ましい。
上記電力変換装置において、磁気検出部の近傍に配置された他の導体と磁気検出部との相対的距離は、導体と磁気検出部との相対的距離よりも大きいことが好ましい。導体の磁気検出部が近接する部分の通電面積は導体のその他の部分の通電面積よりも小さいことが好ましい。
上記電力変換装置において、制御部は、電流検出器の検出精度を校正させる手段を有することが好ましい。校正手段は、電力制御用半導体素子の制御に必要な演算を実行する計算機であることが好ましい。計算機は、基準電流を導体に流して電流検出器から得られた結果と基準電流の値との比較に基づいて、電流検出器に入力すべく校正信号を生成することが好ましい。校正信号は、信号の昇圧或いは降圧が可能な回路を介して電流検出器に入力されることが好ましい。また、制御部は、校正信号及び電流検出器の検出結果を外部に出力する手段を有することが好ましい。また、校正手段は、電力制御用半導体素子の制御に必要な演算を実行する第１計算機と、第１計算機と電気的に接続された第２計算機であることが好ましい。第１計算機は、基準電流を前記導体に流して電流検出器から得られた結果と基準電流の値との比較に基づいて、電流検出器に入力すべく第１校正信号を生成し、第２計算機は、基準電流を導体に流して電流検出器から得られた結果と基準電流の値との比較に基づいて第２校正信号を生成すると共に、第２校正信号と第１校正信号とを比較して第１校正信号が偽信号と判断した場合、第１校正信号に代えて第２校正信号を電流検出器に出力することが好ましい。第１校正信号或いは第２校正信号は、信号の昇圧或いは降圧が可能な回路を介して電流検出器に入力されることが好ましい。また、制御部は、第１校正信号或いは第２校正信号を外部に出力する手段を有することが好ましい。また、制御部は、電流検出器の検出精度を校正させるべく校正信号を外部から入力する手段を有することが好ましい。
上記電力変換装置において、磁気検出部は、少なくとも２個設けられることが好ましい。磁気検出部の他方は、磁気検出部の一方のバックアップ用として設けられたものであり、磁気検出部の一方と対称となるように設けられることが好ましい。
上記電力変換装置において、電流検出器は、少なくとも２個設けられることが好ましい。電流検出器の一方は、導体に流れる電流を検出するものであり、電流検出器の他方は、電流検出器の一方の磁気検出用半導体素子と同方向に向く磁気検出用半導体素子を備えて電流検出器の一方の近傍に設けられたものであることが好ましい。また、電流検出器の他方は、外部から放射された磁気を検出するものであり、制御部は、電流検出器の他方の検出結果に基づいて電流検出器の一方の検出結果を補正することが好ましい。
上記電力変換装置において、導電性部材は、半導体モジュール及び制御部を収納する金属製の筐体であることが好ましい。或いは電力変換用半導体素子が実装された絶縁基板の導電体箔であることが好ましい。若しくは電力制御用半導体素子と電気的に接続された他の導体であることが好ましい。又は絶縁部材を介して電力制御用半導体素子が積層された金属製のベースであることが好ましい。金属製のベースは、電力制御用半導体素子及び導体の発熱を外部或いは冷却器に放出する放熱部材であることが好ましい。
発明を実施するための最良の形態
電力変換装置は、負荷に供給される電力を制御するものであり、例えば交流電力を直流電力に変換する整流装置，直流電力を交流電力に変換するインバータ装置，整流装置とインバータ装置とを組み合せであって、入力された直流電力を所望の直流電力に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ装置などがある。以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
〔実施例１〕
本発明の第１実施例を第１図乃至第９図に基づいて説明する。本実施例では、電動機を唯一の駆動源とする電気自動車の電動機駆動システムに適用されると共に、蓄電手段であるバッテリから出力された直流電力を３相交流電力に変換して電動機に供給する電力変換装置（インバータ装置）を例にとり説明する。
第９図は、本実施例の電力変換装置が適用された電動機駆動システムを搭載する電気自動車の概略構成を示す。図において１８は車体である。車体１８の前部には、車軸２０と、車軸２０の両端に取り付けられた車輪１９ａ，１９ｂとを有してなる前輪が回転可能に取り付けられている。車体１８の後部には、後輪は、車軸２２と、車軸２２の両端に取り付けられた車輪２１ａ，２１ｂとを有してなる後輪が回転可能に取り付けられている。
車軸２０にはギア２３を介して電動機５が機械的に接続されている。電動機５には電力変換装置２４が電気的に接続されており、バッテリ６から供給された直流電力が３相交流電力に変換されて供給される。電力変換装置２４には上位制御装置２５が電気的に接続されており、アクセルの踏込みに対応する指令信号などが入力される。
第８図は、本実施例の電力変換装置が適用された電気自動車の電動機駆動システムのシステム構成を示す。本実施例の電力変換装置は、ＰＷＭ信号（パルス・ワイド・モジュレーション信号）に基づいてパワー半導体素子７のスイッチング動作（ＯＮ・ＯＦＦ動作）を制御し、バッテリ６から出力された直流電力を３相交流電力に変換して電動機５に供給するパルス幅変調方式のものであり、パワーモジュール１６及び制御部２６から構成されている。
パワーモジュール１６は、バッテリ６から出力された直流電力を３相交流電力に変換する変換部であり、パワー半導体素子７及び電流検出器４０を有する。パワー半導体素子７には、ＩＧＴＢとダイオード素子との組み合せからなるスイッチング素子或いはＭＯＳ−ＦＥＴからなるスイッチング素子を用いている。電流検出器４０は、通電導体が作る磁束を磁気検出用半導体素子に直接入力して通電導体に流れる電流を検出するものであり、パワー半導体素子７によって変換された３相交流電力の各相（ｕ相，ｖ相，ｗ相）の電流を検出するために、各相毎に設けられている。
制御部２６は、パワーモジュール１６に設けられたパワー半導体素子７のスイッチング動作（ＯＮ・ＯＦＦ動作）を上位制御装置２５の指令信号などに基づいて制御する部分であり、ドライブ回路８，計算機９，制御電源３６及びインターフェース回路３７を有する。
インターフェース回路３７は、アクセルの踏込みに対応する指令信号など上位制御装置２５から出力された指令信号を受信するものであり、上位制御装置２５から入力ポート３８を介して入力された指令信号を受信する通信用レシーバＩＣ３９Ａと、通信用レシーバＩＣ３９Ａから出力された信号を絶縁するフォトカプラ３９Ｂとを有する。
計算機９は、マイコンチップに代表される演算処理用素子で構成されたものであり、インターフェース回路３７から出力された信号、電流検出器４０から出力された検出信号などに基づいて演算処理を行い、ＰＷＭ制御信号を生成して出力するものである。
ドライブ回路８は、計算機９から出力されたＰＷＭ制御信号を昇圧若しくは降圧し、パワーモジュール１６に設けられたパワー半導体素子７のスイッチング動作（ＯＮ・ＯＦＦ動作）を制御するドライブ信号としてパワーモジュール１６に出力するものである。
制御電源３６は、ドライブ回路８，計算機９，電流検出器４０及びインターフェース回路３７に駆動電力を供給するものであり、バッテリ６から供給された直流電力の電圧値を昇圧或いは降圧させるための電圧制御用素子であるレギュレータＩＣと、レギュレータＩＣの出力を安定化させるための容量素子であるコンデンサと、バッテリ６から絶縁した電源を作り出すための電圧制御用素子であると共に、一次巻線及び二次巻線を有するトランスと、トランスの一次巻線の電圧を二次巻線の電圧に基づいて変化させる手段と、トランスの二次巻線の出力を平滑化させるための整流素子及び容量素子であるダイオード及びコンデンサ３とを有する。
バッテリ６から供給された直流電力は、直流用の端子台３５Ａに保持された直流用のブスバー３１Ａを介してパワーモジュール１６に入力される。一方、上位制御装置２５からアクセルの踏込みに対応する指令信号などが制御部２６に入力され、インターフェース回路３７を介して計算機９に、電流検出器４０から出力された検出信号などと共に入力される。計算機９では、入力された信号に基づいて演算処理を実行し、ＰＷＭ制御信号を生成し、ドライブ回路８に出力する。ドライブ回路８では、ＰＷＭ制御信号を昇圧若しくは降圧した後、ドライブ信号としてパワーモジュール１６に入力する。これにより、パワー半導体素子７のスイッチング動作が制御され、パワーモジュール１６に入力された直流電力が３相交流電力に変換される。変換された３相交流電力は、交流用の端子台３５Ｂに保持された交流用のブスバー３１Ｂを介して電動機５に供給される。電動機５は、供給された３相交流電力によって駆動される。
第４図，第５図は、本実施例の電力変換装置に設けられた１相分のパワーモジュールの構成を示す。第６図は、本実施例の電力変換装置に設けられた一相分のパワーモジュールの電気的な回路構成を示す。第７図は本実施例の電力変換装置の全体構成を示す。
図において３０は電力変換装置ケースである。電力変換装置ケース３０内にはパワーモジュール１６及び制御部２６が収納されている。パワーモジュール１６は、パワーモジュールベース２７及びこの周縁に沿って立設するモジュールケース２９から構成された器体が電力変換装置ケース３０の底壁上に３相分並設されたものである。
パワーモジュールベース２７上には、平板状の絶縁部材であるセラミックス基板２８が３つ設けられている。セラミックス基板２８は、パワーモジュールベース２７側の面に固着された積層銅箔製の電極５２を介してパワーモジュールベース２７上に半田５１によって固着されている。セラミックス基板２８のパワーモジュールベース２７側とは反対側の面には、積層銅箔製の電極５２によって形成された配線パターン（或いはアームという）が固着されている。セラミックス基板２８の３つのうちの２つのパワーモジュールベース２７側とは反対側の面に固着された電極５２の上にはパワー半導体素子７が半田５１によって固着されている、これにより、正極側の変換回路及び負極側の変換回路を構成する積層体が形成されている。正極側の変換回路及び負極側の変換回路を構成する積層体は、パワーモジュールベース２７上において対向するように配置されている。正極側の変換回路及び負極側の変換回路を構成する積層体には、それぞれＩＧＢＴ７Ａとダイオード素子７Ｂとを電気的に並列接続してなるパワー半導体素子７が２つ電気的に並列接続されるように実装されている。
正極側の変換回路を構成する積層体では、ＩＧＢＴ７Ａのコレクタとダイオード素子７Ｂのカソードがコレクタ１のアームに、ＩＧＢＴ７Ａのエミッタとダイオード素子７Ｂのアノードがエミッタ１のアームに、ＩＧＢＴ７Ａのゲートがゲート１のアームにそれぞれ電気的に接続されている。コレクタ１のアームには直流用正極側の接続端子１１が電気的に接続されている。エミッタ１のアームには電流検出器４０が電気的に接続されている。
負極側の変換回路を構成する積層体では、ＩＧＢＴ７Ａのコレクタとダイオード素子７Ｂのカソードがコレクタ２のアームに、ＩＧＢＴ７Ａのエミッタとダイオード素子７Ｂのアノードがエミッタ２のアームに、ＩＧＢＴ７Ａのゲートがゲート２のアームにそれぞれ電気的に接続されている。エミッタ２のアームには直流用正極側の接続端子１２が電気的に接続されている。コレクタ２のアームには電流検出器４０が電気的に接続されている。
セラミック基板２８の残りの１つは、正極側の変換回路を構成する積層体と負極側の変換回路を構成する積層体との一方端側に配置されている。セラミック基板２８の残りの１つのパワーモジュールベース２７側とは反対側の面に固着された電極５２の上には電流検出器４０が半田５１によって固着されている。これにより、電流検出器４０を実装する積層体が形成されている。尚、電流検出器４０の具体的な構成については後述する。
パワーモジュール１６の電流検出器４０側とは反対側には、直流用正極側のブスバー３１Ａと機械的に接続される正極側の接続端子１１と、直流用負極側のブスバー３１Ａと機械的に接続される負極側の接続端子１２が設けられている。パワーモジュール１６の電流検出器４０側には、交流用１相分のブスバー３１Ｂと機械的に接続される１相分の接続端子１３が設けられている。
パワーモジュール１６の上方には、平板状の絶縁部材である制御基板５５が配置されている。制御基板５５の両面には積層銅箔製の電極が固着されており、制御部２６を構成するドライブ回路８，計算機９，制御電源３６及びインターフェース回路３７が電気的に接続されている。また、制御基板５５には、バッファ回路７２及び外部接続端子７３，パワーモジュール１６から上方に突出するパワー半導体素子７の制御端子１５及び電流検出器４０の接続端子４４が電気的に接続されている。
電力変換装置ケース３０の底壁の収容体と対応する部分には冷却器３４が設けられている。冷却器４３は、冷却媒体である冷却水が流れる冷却水路である。これにより、パワー半導体素子７の発熱はセラミックス基板２８，パワーモジュールベース２７を介して冷却器３４に熱伝達され、冷却器３４を流通する冷却水によって冷却される。尚、本実施例では、冷却器４３として冷却水路を用いた場合について説明したが、冷却媒体である冷却空気との熱交換が可能な放熱部材（冷却フィン）を用いてもよい。
制御基板５５の上方には、容量素子であるコンデンサ３が設けられている。コンデンサ３は、パワー半導体素子７のスイッチング動作による直流電圧の変動を抑制するために設けられているものであり、直流用正極側のブスバー３１Ａと直流用負極側のブスバー３１Ａとの間に電気的に接続されている。コンデンサ３には電界コンデンサを用いているが、上記機能を果たすことができる容量素子であればそれに限定される必要はない。
接続端子１１とコレクタ１のアームとの電気的な接続，接続導体１２とエミッタ２のアームとの電気的な接続，パワー半導体素子７の極と各アームとの電気的な接続，電流検出器４０とエミッタ１のアーム，コレクタ２のアーム及び接続端子１３との電気的な接続には、接続部材であるアルミワイヤ３２によるワイヤボンディング方式が用いられている。
第１図乃至第３図は、本実施例の電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す。電流検出器４０は、パワー半導体素子７によって変換されると共に、電動機５に供給される交流電力の電流を検出するものであり、磁気検出部４７，検出導体４１及び検出電流用電極４２から構成されている。磁気検出部４７は、検出精度を校正する機能を有するものであり、磁気検出用半導体素子４３と、磁気検出用半導体素子４３と電気的に接続された接続端子４４、すなわち電源端子６５，信号端子７０及び校正端子７１の一部とをモールド樹脂４５によって覆われて構成されている。磁気検出用半導体素子４３にはホール素子を用いている。
電源端子６５は、磁気検出用半導体素子４３の駆動用電力を磁気検出用半導体素子４３に供給する接続端子４４であり、制御部２６の制御電源３６と電気的に接続されている。信号端子７０は、磁気検出用半導体素子４３で検出された結果を伝送する接続端子４４であり、制御部２６の計算機９と電気的に接続されている。校正端子７１は、検出精度校正用の校正信号を磁気検出用半導体素子４３に伝送する接続端子４４であり、バッファ回路７２を介して制御部２６の計算機９と電気的に接続されている。制御部２６の計算機９から出力された校正信号はバッファ回路７２で昇圧或いは降圧される。また、電源端子６５，信号端子７０及び校正端子７１は外部接続端子７３と電気的に接続されおり、磁気検出用半導体素子４３の駆動用電力及び磁気検出部４７の検出精度校正用の校正信号を外部から受けたり、磁気検出用半導体素子４３で検出された結果を外部に供給したりすることができる。
検出電流用電極４２は平板状の導電性部材であり、セラミックス基板２８のパワーモジュールベース２７側とは反対側の面に固着された電極５２上に２つ、間隔をあけて対向配置され、電極５２上に半田５１によって固着されている。検出電流用電極４２の一方が固着された電極５２と、検出電流用電極４２の他方が固着された電極５２は電気的に非導通である。
検出導体４１は、検出電流である負荷電流１０が流れ、磁気検出部４７に検出されるべく磁束を形成する導電性部材であり、検出電流が作る磁束の密度が所定の位置で所定の強さになるよう効率良く集中させかつ所定の位置近傍で磁束密度の変化が緩やかな領域を生成できるように、細長くかつ往復電流が近接し流れるように形成され、間隔をあけて対向配置された検出電流用電極４２に電気的及び機械的に接続されている。
具体的には、検出導体４１は、検出電流用電極４２の一方に垂直に立設する部分，検出電流用電極４２の他方に垂直に立設する部分，検出電流用電極４２と平行であり、垂直に立設する部分間を電気的及び機械的に接続する部分から逆凹状に、すなわちセラミックス基板２８を介してパワーモジュールベース２７上に積層された検出電流用電極４２よりもパワーモジュールベース２７から遠ざかる方向（或いはパワーモジュールベース２７，セラミックス基板２８及び検出電流用電極４２の積層方向でパワーモジュールベース２７から検出電流用電極４２に向う方向若しくは上方）に突出するように形成されている。
このように形成された検出導体４１においては、検出電流用電極４２に流れる検出電流（パワーモジュールベース２７の載置面と平行な平面上において流れる検出電流）が、パワーモジュールベース２７（パワーモジュールベース２７の載置面と平行な平面）から遠ざかる方向（或いはパワーモジュールベース２７，セラミックス基板２８及び検出電流用電極４２の積層方向でパワーモジュールベース２７から検出電流用電極４２に向う方向若しくは上方）に流れ、パワーモジュールベース２７（パワーモジュールベース２７の載置面と平行な平面）に近づく方向（或いはパワーモジュールベース２７，セラミックス基板２８及び検出電流用電極４２の積層方向で検出電流用電極４２からパワーモジュールベース２７に向う方向若しくは下方）に流れる。
検出導体４１のパワーモジュールベース２７との相対的距離はパワー半導体素子７のパワーモジュールベース２７との相対的距離よりも大きい。また、検出導体４１は、セラミックス基板２８を介してパワーモジュールベース２７上に積層された検出電流用電極４２よりもパワーモジュールベース２７に対する相対的距離が大きい。
検出導体４１の表面上において検出電流が流れる方向に直交する方向の一方側端部（逆凹状断面の一方側端部）には窪み４６（凹部）が設けられている。窪み４６には磁気検出部４７の一部が、接続端子４４が上方（或いはパワーモジュールベース２７，セラミックス基板２８及び検出電流用電極４２の積層方向でパワーモジュールベース２７から検出電流用電極４２に向う方向）に延びるように収納されている。本実施例では、磁気検出部４７を一つ設けた場合について説明したが、検出導体４１の表面上において検出電流が流れる方向に直交する方向の他方側端部（逆凹状断面の他方側端部）にもう一つ磁気検出部を同様に設けて、すなわち対称に設けてバックアップ用としてもよい。
磁気検出部４７の窪み４６との非対向のモールド樹脂４５部分には接着層５０を介して固定治具が１箇所に当てがわれている。固定治具は、磁気検出部４７のモールド樹脂４５の一部分を囲む（抱く）ように、磁気検出部４７の窪み４６との非対向のモールド樹脂４５部分に検出導体４１が突出して形成されたアーム状の凸部４９である。接着層５０は、磁気検出部４７を押し付ける弾性力を有するもの或いは所定の処理を施すことで硬化し接着する機能を持つものであり、磁気検出部４７と凸部４９とを接着させている。
電流検出器４０の検出精度校正の校正信号は、基準電流を検出導体４１に流して電流検出器４０から得られた結果と基準電流の値との比較に基づいて計算機９で生成される。生成されたと校正信号は、バッファ回路７２で昇圧或いは降圧されてから電流検出器４０に入力される。
本実施例では、計算機９で校正信号を生成する場合について説明したが、計算機９とは別の計算機を設け、基準電流を検出導体４１に流して電流検出器４０から得られた結果と基準電流の値との比較に基づいて計算機９で第１校正信号を生成し、計算機９とは別の計算機では、基準電流を検出導体４１に流して電流検出器４０から得られた結果と基準電流の値との比較に基づいて第２校正信号を生成すると共に、第２校正信号と第１校正信号とを比較して第１校正信号が偽信号と判断した場合、第１校正信号に代えて第２校正信号を電流検出器４０に出力するようにしてもよい。
本実施例によれば、検出導体４１が作る磁束を磁気検出用半導体素子４３に直接入力して検出導体４１に流れる電流を検出する電流検出器４０を電力変換装置２４に用いたので、従来よりも電流検出器４０を小型にでき、電流検出器４０を電力変換装置２４のパワーモジュール１６に内蔵することができる。従って、本実施例によれば、電力変換装置２４の内部に電流検出器を設けるスーペスが不要となると共に、交流用のブスバー３１Ｂを短く或いは交流用のブスバー３１Ｂを削除さらには交流用の端子台３５Ｂをも削除し、電動機５に電力を供給する配線を直接、接続端子１５に接続することができるので、電力変換装置２４を小型化することができる。しかも、本実施例によれば、パワーモジュール１６の大型化も抑制することができる。
また、本実施例によれば、検出導体４１のパワーモジュールベース２７に対する相対的距離を、セラミック基板２８を介してパワーモジュールベース２７上に載置された検出電流用電極４２のパワーモジュールベース２７に対する相対的距離よりも大きく（パワー半導体素子７のパワーモジュールベース２７に対する相対的距離よりも大きく）なるようにしているので、検出導体４１に流れる電流によって生成された磁束がパワーモジュールベース２７に鎖交し、パワーモジュールベース２７に渦電流（誘導電流）が流れることによって生成される磁束の影響を抑制することができる。従って、本実施例によれば、電流検出器４０の検出精度を向上させることができる。すなわち検出導体４１に流れる電流によって生成された磁束がパワーモジュールベース２７に鎖交する量は、検出導体４１に流れる電流によって生成された磁束とパワーモジュールベース２７との磁気的な結合係数の大小によって変化する。これにより、渦電流（誘導電流）の大きさが結合係数の大きさに比例して変化する。このため、検出導体４１とパワーモジュールベース２７との相対的距離が大きくなると、検出導体４１に流れる電流によって生成された磁束の漏れる量が増加して結合係数が小さくなる。これにより、渦電流（誘導電流）つまり鏡像電流が減少して、渦電流（誘導電流）が流れることによって生成される磁束の影響を抑制することができる。従って、本実施例によれば、電流検出器の検出精度を向上させることができる。
尚、本実施例では、検出導体４１とパワーモジュールベース２７との相対的距離を検出電流用電極４２とパワーモジュールベース２７との相対的距離よりも大きく（パワー半導体素子７とパワーモジュールベース２７との相対的距離よりも大きく）なるように構成する手段として、上述の検出導体４１を備えた例をとり説明したが、検出導体４１と対応するパワーモジュールベース２７の部分に窪みを設けたり、その部分の厚みを他の部分より小さくしても、同様の効果の得ることができる。
また、本実施例によれば、磁気検出部４７の少なくとも一部分を検出導体４１に設けた窪み４６に収納したので、磁気検出用半導体素子４３と検出導体４１との間の間隔を一定に保つことができる。従って、本実施例によれば、磁気検出用半導体素子４３と検出導体４１との間にバラツキを生じることがないので、電流検出器４０の検出精度の低下を防止することができる。また、磁気検出部４７の位置決めを簡単に行うことができる。従って、本実施例によれば、歩留まりの低下を抑制することができ、電力変換装置２４の製造コストの上昇を抑えることができる。
また、本実施例によれば、磁気検出部４７が設けられた検出導体４１を検出電流用電極４２，セラミック基板２８を介してパワーモジュールベース２７上に載置させたので、電流の流通によって検出導体４１や検出電流用電極４２に発生する熱を、放熱部材であるパワーモジュールベース２７を介して放熱することができる。従って、本実施例によれば、磁気検出部４７への熱伝達を抑制することができ、磁気検出用半導体素子４３をその仕様限界温度以上に上昇させることを防止することができる。これにより、熱による磁気検出用半導体素子４３の性能の低下を抑制することができ、電流検出器４０の検出精度を向上させることができる。また、磁気検出用半導体素子４３とモールド樹脂４５との線膨張係数の差によって生じる熱応力などによって磁気検出用半導体素子４３に生じる永久歪みを抑制することができ、電流検出器４０の検出精度を向上させることができる。
また、本実施例によれば、所定位置の磁束密度を高めることができるので、検出電流以外からの磁束流入によるノイズ成分と検出成分とのＳ／Ｎ比を向上させるできる。従って、本実施例によれば、電流検出器４０の検出精度を向上させることができる。
また、本実施例によれば、熱変形に弱い磁気検出部４７と検出導体４１とを分けてパワーモジュール１６に実装することが可能である。まず、パワー半導体素子７が半田付けされる高温かつ数分間という長い半田プロセスを用いて検出導体４１をセラミックス基板２８の電極５２に半田付けする。この後、検出導体４１に形成された窪み４６に磁気検出部４７を差し込み、磁気検出部４７の窪み４６との非対向のモールド樹脂４５部分に接着層５０を介して凸部４９を当てがって磁気検出部４７を検出導体４１に固定する。従って、本実施例によれば、半田プロセスを避けて磁気検出部４７を検出導体４１に固定することができるので、半田プロセスの熱応力に対する磁気検出部４７の信頼性及び検出精度の低下を抑えることができる。
また、本実施例によれば、検出精度の校正機能をもった電流検出器４０を用いており、その校正を行わせる校正信号を計算機で生成しているので、電力変換装置２４の組立時に生じる磁気検出部４７と検出導体４１との位置ズレによる検出誤差や制御電源３６の誤差により生じる電流検出器４０の検出誤差を計算機９で校正することができる。従って、本実施例によれば、電流検出器４０の初期不良によるパワーモジュール１６及び電力変換装置２４の歩留まりの低下を防ぐことができる。ここで、当然ながら検出精度の校正機能をもたない電流検出器４０であっても、図示していないが制御部２６に補正回路を別途用意するかもしくは計算機９を用いデジタル補正してもよい。
また、本実施例によれば、計算機９とは別の計算機を設け、計算機９の校正内容を検証させているので、電流検出器４０の信頼性をさらに向上させることができる。
また、本実施例によれば、小型でかつ高精度な電力制御が行える電力変換装置２４を提供することができるので、その電力変換装置２４を用いた電気自動車の電動機駆動システムでは、システムの小型化，低価格化，信頼性の向上などを図ることができる。また、その電力変換装置２４を用いた電気自動車では、電気自動車の低価格化，一充電あたりの走行距離の向上，電力変換装置の実装スペースの縮小化などを図ることができる。
〔実施例２〕
次に、本発明の第２実施例を第１０図乃至第１２図に基づいて説明する。第１０図乃至第１２図は、本実施例の電力変換装置に設けられた電流検出器の構成を示す。本実施例は第１実施例の変形例である。本実施例では、樹脂絶縁層と積層銅箔からなる積層配線５４が複数積層されたプリント配線基板５３上に磁気検出用半導体素子４３が固着されると共に、磁気検出用半導体素子４３と積層配線５４とがアルミワイヤによって電気的に接続され、かつ接続端子４４と積層配線５４とが電気的に接続された磁気検出部４７を備えている。磁気検出用半導体素子４３はモールド樹脂４５によって覆われている。
積層配線５４は、例えば同一配線層に引き回すと共に、異なる配線層に積層配線５４の大凡全体が重なるような幅の広いシールド電極を設けて配置する。或いは積層配線５４の幾つかを異なる配線層に配置すると共に、積層配線５４が全域に渡り重なるように配置する。後者の場合、積層配線５４間にチップコンデンサ５６などの電子部品を搭載することができる。
検出導体４１には、第１実施例と同様に窪み４６が設けられている。窪み４６には磁気検出部４７の一部が、接続端子４４が第１実施例と同様の方向に延びるように収納されている。
磁気検出部４７の窪み４６との非対向のプリント配線基板５３部分には接着層５０を介して固定治具が２箇所に当てがわれている。固定治具は、プリント配線基板５３の一部分を囲む（抱く）ように、磁気検出部４７の窪み４６との非対向のプリント配線基板５３部分に検出導体４１が突出して形成されたアーム状の凸部４９である。接着層５０は、磁気検出部４７を押し付ける弾性力を有するもの或いは所定の処理を施すことで硬化し接着する機能を持つものであり、プリント配線基板５３と凸部４９とを接着させている。この他の構成は第１実施例と同様であり、その具体的な説明は省略する。
本実施例によれば、第１実施例と同様の効果を達成できると共に、プリント配線板５３の積層配線５４と電気的に接続された接続端子４４の形状を自由に変更することができる。従って、本実施例によれば、制御部２６の制御基板５５との接続方式の自由度を向上することができ、例えばコネクタによる接続も容易に実施することができる。
また、本実施例によれば、同一配線層に引き回すと共に、異なる配線層に積層配線５４の大凡全体が重なるような幅の広いシールド電極を設けて積層配線５４を配置したり、積層配線５４の幾つかを異なる配線層に配置すると共に、積層配線５４が全域に渡り重なるように配置したりするので、制御基板５５の回路配線などで作られる電気的な環状結線内に鎖交する磁束（ノイズ）を低減することができ、磁気検出用半導体素子４３の近接にチップコンデンサ５６などのノイズ対策部品を配置することができる。従って、本実施例によれば、電流検出器４０の検出精度を向上させることができる。
〔実施例３〕
次に、本発明の第３実施例を第１３図乃至第１５図に基づいて説明する。第１３図乃至第１５図は、本実施例の電力変換装置に設けられた電流検出器の構成を示す。本実施例は第１実施例の変形例である。本実施例では、第１実施例と同様に構成された磁気検出部４７を有し、この一部を、接続端子４４が第１実施例と同様の方向に延びるように、第１実施例と同様に設けられた検出導体４１の窪み４６に収納している。
検出導体４１には、凹凸部５８を有する略コ字状の樹脂成形体５７の下片部分が、検出導体４１の磁気検出部４７側とは反対側から検出導体４１の空洞部に挿入され、検出導体４１の検出電流用電極４２と平行な部分を挟み込むように検出導体４１と噛み合っている。樹脂成形体５７の下片部分の先端には爪部５９が形成されている。爪部５９の爪状突起部は、磁気検出部４７の窪み４６との非対向のモールド樹脂４５部分に接着層５０を介して当てがわれ、磁気検出部４７を固定している。樹脂成形体５７の上片部分の先端には接続端子４４が嵌め込み可能な凹部が形成されている。樹脂成形体５７の上片部分の先端の凹部には接続端子４４が嵌め込まれ、接続端子４４を支持している。樹脂成形体５７は磁気検出部４７の固定治具である。この他の構成は第１実施例と同様であり、その具体的な説明は省略する。
このように構成された電流検出器４０では、パワー半導体素子７が半田付けされる高温かつ数分間という長い半田プロセスを用いて検出導体４１をセラミックス基板２８の電極５２に半田付けする。この後、樹脂成形体５７に形成された凹凸部５８を用いて樹脂成形体５７を検出導体４１に挿入し、樹脂成形体５７と検出導体４１とを噛み合わせる。この後、検出導体４１に形成された窪み４６に磁気検出部４７を差し込み、磁気検出部４７の窪み４６との非対向のモールド樹脂４５部分に接着層５０を介して樹脂成形体５７の爪部５９の爪状突起部を当てがって磁気検出部４７を検出導体４１に固定する。
本実施例によれば、第１実施例と同様の効果を達成できると共に、樹脂成形体５７に磁性体粉末などを混ぜ合わせ、検出導体４１と共に樹脂成形体５７で磁気回路を構成することにより、磁気検出部４７に入力される磁束量を向上させることができる。従って、本実施例によれば、電流検出器４０の検出感度をさらに向上させることができる。
〔実施例４〕
次に、本発明の第４実施例を第１６図乃至第１８図に基づいて説明する。第１６図乃至第１８図は、本実施例の電力変換装置に設けられた電流検出器の構成を示す。本実施例は第１実施例の変形例である。本実施例では、第１実施例と同様に構成された磁気検出部４７を有し、この一部を、接続端子４４が第１実施例と同様の方向に延びるように、第１実施例と同様に設けられた検出導体４１の窪み４６に収納している。
接続端子４４は、磁気検出用半導体素子４３が実装された平面に対して検出導体４１側とは反対側に角度θを持つように曲げられてから上方（或いはパワーモジュールベース２７，セラミックス基板２８及び検出電流用電極４２の積層方向でパワーモジュールベース２７から検出電流用電極４２に向う方向）に延びている。
本実施例によれば、第１実施例と同様の効果を達成できると共に、検出電流の通電によって作られる磁束が、検出導体４１に近接して配置される接続端子４４と制御基板５５の回路配線などで作られる電気的な環状結線内に鎖交し、低減されることを抑制することができる。従って、本実施例によれば、電流検出器４０の検出精度を向上させることができる。
〔実施例５〕
次に、本発明の第５実施例を第１９図，第２０図に基づいて説明する。第１９図，第２０図は、本実施例の電力変換装置に設けられた電流検出器の構成を示す。本実施例は第１実施例の変形例である。本実施例では、セラミック基板２８の電極５２が固着される面を２等分線によって左右対称に２等分し、電極５２が２等分線を面対称軸として左右対称に配置されるように、かつ左右の電極５２が連続しないように、電極５２をセラミック基板２８上に設けている。
電極５２には、検出電流が流れる流路を狭くするくびれ部６１が２等分線を面対称軸として左右対称に配置されるように設けられている。電極５２上には、第１実施例と同様に構成された電流検出器４０が２等分線を面対称軸としてその軸上に左右対称に配置されるように、電流検出器４０の検出電流用電極４２が半田によって固着されている。くびれ部６１は電流検出器４０の上流側及び下流側の近傍に配置されている。
セラミック基板２８の左側に設けられた電極５２はアルミワイヤ３２を介してパワー半導体素子７の変換回路と電気的に接続されている。セラミック基板２８の右側に設けられた電極５２はリード端子６０を介して接続端子１５と電気的に接続されている。この他の構成は第１実施例と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
本実施例によれば、第１実施例と同様の効果を達成できると共に、セラミック基板２８の２等分線を面対称軸として左右対称に配置されるように、電極５２及電流検出器４０を設け、かつ２等分線を面対称軸として左右対称に配置されるように、くびれ部６１を電極５２に設けているので、検出導体４１に流通する検出電流の分布が２等分線を面対称軸として左右対称になるように制御することができる。従って、本実施例によれば、小形化によってパワーモジュール１６内の配線が複雑になって配線内に電流集中が生じ、検出導体４１における電流密度が不均一になることを抑制することができ、電流検出器４０の検出精度を向上させることができる。
〔実施例６〕
次に、本発明の第６実施例を第２１図，第２２図に基づいて説明する。第２１図，第２２図は、本実施例の電力変換装置に設けられた電流検出器の構成を示す。本実施例では、セラミック基板２８の電極５２が固着される面を２等分線によって左右対称に２等分し、電極５２が２等分線を面対称軸として左右対称に配置され、かつ左右の電極５２が連続する電流流路となるように、電極５２をセラミック基板２８上に設けている。
電極５２には、検出電流が流れる流路を狭くするくびれ部６１が２等分線を面対称軸として左右対称に、かつ左側の電極５２（検出電流の上流側）から右側の電極５２（検出電流の下流側）に連続するように設けられ、検出導体４１が形成されている。セラミック基板２８上には、電流検出器を構成する磁気検出部４７が接着層５０を介して固着されている。磁気検出部４７は、その一部がくびれ部６１に収納されるように、かつ２等分線を面対称軸としてその軸上に左右対称に配置されるように、検出導体４１に近接配置されている。
磁気検出部４７は、磁気検出用半導体素子４３と、磁気検出用半導体素子４３に電気的に接続されたパッド６２がモールド樹脂４５によって覆われたものである。パッド６２は導電性の電極部材であり、モールド樹脂４５の外表面に露出している。パッド６２は、セラミック基板２８上に固着された電極５２にアルミワイヤを介して接続されている。セラミック基板２８の左側に設けられた電極５２はアルミワイヤ３２を介してパワー半導体素子７の変換回路と電気的に接続されている。セラミック基板２８の右側に設けられた電極５２はリード端子６０を介して接続端子１５と電気的に接続されている。尚、５６はチップコンデンサである。
セラミック基板２８には、検出導体４１及び磁気検出部４７に近接する自層及び他層の配線が無い無配線領域６４が設けられている。検出導体４１及び磁気検出部４７と対応するパワーモジュールベース２７部分には彫込み部６３（或いは窪み）が設けられている。これにより、検出導体４１及び磁気検出部４７と対応するパワーモジュールベース２７部分の厚みはその他の部分の厚みより小さくなっている。従って、検出導体４１及び磁気検出部４７とのパワーモジュールベース２７との相対的距離はパワー半導体素子７とパワーモジュールベース２７との相対的距離よりも大きい。
本実施例によれば、検出導体４１及び磁気検出部４７に近接する自層及び他層の配線を無くすると共に、検出導体４１及び磁気検出部４７と対応するパワーモジュールベース２７部分に彫込み部６３を設けたので、検出電流が作る磁束が検出導体４１以外の配線導体、セラミック基板２８の接続用の半田５１及びパワーモジュールベース２７に鎖交し、配線導体，セラミック基板２８の接続用の半田５１及びパワーモジュールベース２７に渦電流が流れ、渦電流によって反抗磁束が生成され、検出電流が作る磁束が反抗磁束によって相殺されることを抑制することができる。従って、本実施例によれば、電流検出器の検出精度を向上させることができる。
〔実施例７〕
次に、本発明の第７実施例を第２３図乃至第２５図に基づいて説明する。第２３図乃至第２５図は、本実施例の電力変換装置に設けられた電流検出器の構成を示す。本実施例は第１実施例の変形例である。本実施例では、第１実施例と同様に構成された磁気検出部４７を有し、この一部を、接続端子４４が第１実施例と同様の方向に延びるように、第１実施例と同様に設けられた検出導体４１の窪み４６に収納している。
磁気検出部４７の窪み４６との非対向のモールド樹脂４５部分には接着層５０を介して固定治具が当てがわれている。固定治具は電極一体樹脂成形体７４であり、磁気検出部４７の検出導体１１側とは反対側に配置されたステップ部分、ステップ部分から検出導体１１の磁気検出部４７側とは反対側に延びるアーム部分から構成されている。電極一体樹脂成形体７４のステップ部分の低部側には、その外表面に露出するようにパット６２が複数設けられている。パット６２のそれぞれには、電極一体樹脂成形体７４のステップ部分の形状に沿うように複数埋め込まれたインサート電極７６の一端が電気的に接続されている。インサート電極７６の他端は、電極一体樹脂成形体７４のステップ部分の高部側において外表面から突出しており、対応する接続端子４４と半田５１により接続されている。パット６２は導電性の電極部材であり、アルミワイヤ３２のボンディングが可能な平坦なものである。
電極一体樹脂成形体７４のアーム部分は、検出導体４１の立設する部分を取り囲むように、ステップ部分から検出導体１１の磁気検出部４７側とは反対側に延びて検出導体４１を挟示すると共に、接着層５０を介して検出電流用電極４２に固着されている。
このように構成された電流検出器４０では、パワー半導体素子７が半田付けされる高温かつ数分間という長い半田プロセスを用いて検出導体４１をセラミックス基板２８の電極５２に半田付けする。この後、電極一体樹脂成形体７４を検出導体４１に装着する。この後、検出導体４１に形成された窪み４６に磁気検出部４７を差し込み、磁気検出部４７の窪み４６との非対向のモールド樹脂４５部分に接着層５０を介して電極一体樹脂成形体７４を固着する。
本実施例によれば、第１実施例と同様の効果を達成できると共に、磁気検出部４７の接続端子４４を直接に制御基板５５と接続しないので、アルミワイヤ３２やアルミワイヤ３２に接続されたパワーモジュール１６内の配線にて自由な位置に引き回すことができ、制御基板５５との接続位置を電流検出部４７の位置に関係なくレイアウトでき、磁気検出部４７と検出導体４１との間の距離を効率良く高精度化することができる。
〔実施例８〕
次に、本発明の第８実施例を第２６図乃至第３１図に基づいて説明する。第２６図乃至第３０図は、本実施例の電力変換装置に設けられた電流検出器の構成を示す。第３１図は本実施例の電力変換装置の構成を示す。電力変換装置２４で用いられる交流用の端子台３５Ｂは、電気負荷である電動機５に交流電力を供給する配線を電力変換装置２４に接続する端子であり、配線を接続するための電極板６と、配線を固定するための締め付けネジ部６７と、電極板６６を固定する樹脂部６８と、電力変換装置２４に内蔵された計算機９及びパワー半導体素子７を制御するドライブ回路８，コンデンサ３，パワーモジュール１６が接続される制御基板５５の所定の配線と接続される引出電極６９とを有している。電極板６６と配線が接触する面は樹脂部６８表面に露出している。電極板６６及び引出電極６９の一部は樹脂部６８に内蔵されて固定されている。電極板６６と引出電極６９は同一の樹脂部６８に等間隔にて配置されている。
本実施例では、第１実施例と同様に構成された磁気検出部４７を有し、この一部を、引出電極６９の表面の一部に設けた窪み４６に収納している。検出電流を集中させるために引出電極６９の幅は一部細められている。磁気検出部４７の窪み４６との非対向のモールド樹脂４５部分には接着層５０を介して固定治具が当てがわれている。固定治具は、磁気検出部４７のモールド樹脂４５の一部分を囲む（抱く）ように、磁気検出部４７の窪み４６との非対向のモールド樹脂４５部分に引出電極６９が突出して形成されたアーム状の凸部４９である。接着層５０は、磁気検出部４７を押し付ける弾性力を有するもの或いは所定の処理を施すことで硬化し接着する機能を持つものであり、磁気検出部４７と凸部４９とを接着させている。
本実施例によれば、電流検出器４０を交流用の端子台３５Ｂの引出電極６９の一部に備えたので、電力変換装置２４の負荷電流１０が流れる配線部に新たに電流検出器４０専用の配線を設ける必要がない。従って、本実施例によれば、検出導体４１を内蔵することによるパワーモジュール１６の大型化や大型化に伴なうコストの上昇を押さえることができる。
また、本実施例によれば、計算機９及びパワー半導体素子７を制御するドライブ回路８が実装される制御基板５５から検出導体４１を取り去ることができるので、制御基板５５のサイズを小形化することができる。
また、本実施例によれば、磁気検出部４７の検出結果に重畳する検出導体４１の周辺回路からの磁気的なノイズ成分を低減することができるので、電流検出器４０の検出精度を向上させることができる。
〔実施例９〕
次に、本発明の第９実施例を第３２図に基づいて説明する。第３２図は本実施例の電力変換装置の構成を示す。本実施例は第１実施例の変形例である。本実施例では、電力変換装置２４内に負荷電流１０を検出する電流検出器４０以外に新たに外来磁気検出器４８を電流検出器４０近傍に設け、外来磁気検出器４８の向きを磁気検出部４７と同方向となるよう制御基板５５上に配置している。磁気検出部４７と外来磁気検出器４８との検出結果は、計算機９に入力されて引き合わせられる。尚、本実施例では、磁気検出部４７と外来磁気検出器４８との検出結果を計算機９に入力して引き合わせたが、磁気検出部４７と外来磁気検出器４８との検出結果を引き合わせる回路を別途設けてもよい。
本実施例によれば、電流検出器４０が電力変換装置２４の外部から放射された強磁界と検出電流が作り出す磁界の和を検出し、外来磁気検出器４８が電力変換装置２４の外部から放射された強磁界を検出し、電流検出器４０の出力と外来磁気検出器４８の出力を引き合わせるので、電流検出器４０の外来磁界による誤検出値を補正できると共に、外来磁気検出器４８が所定値以上の外来磁界を検出した場合には、その検出をもって電力変換装置２４の運転を制限或いは停止することができる。従って、本実施例によれば、外来磁気ノイズが原因の誤検出による影響を抑制することができるので、電力変換装置２４の信頼性を向上させることができる。
〔実施例１０〕
本発明の第１０実施例を第３３図乃至第３８図に基づいて説明する。第３３図乃至第３８図は、本実施例の電力変換装置に設けられた電流検出器の構成を示す。本実施例は第１実施例の変形例であり、第１実施例とは磁気検出部４７の配置が異なっている。検出用導体４１は、絶縁性を有するセラミック基板（図示省略）を介してパワーモジュールベース２７上に積層されている。検出用導体４１、検出電流用電極４２及び検出電流用電極４２の両端に接続された他の電極５２に流れる検出電流７７が作る検出磁束８０はパワーモジュールベース２７に鎖交する。このため、パワーモジュールベース２７には、電磁気学で用いられる鏡像法（若しくは影像法）に基づく鏡像電流８１が流れる。
一般に鏡像電流８１は、パワーモジュールベース２７に対して平行に流れる検出電流７７によって誘導された誘導電流７８（渦電流ともいう）であり、検出電流７７の周波数とパワーモジュールベース２７の導電率及び透磁率の積との平方根に比例してパワーモジュールベース２７の表面近傍を流れる。特にパワーモジュールベース２７の抵抗が極めて小さい場合、若しくは検出電流７７の周波数が極めて高い場合には、パワーモジュールベース２７の表面を対称面とした面対称の位置に検出電流７７と同じ大きさで逆方向に、しかも検出電流７７に対して平行に流れ、パワーモジュールベース２７の周辺に磁束７９を生成する。誘導電流による磁束７９は、検出電流７７の周波数によってパワーモジュールベース２７の表面に流れる鏡像電流８１つまり誘導電流７８（或いは渦電流）の電流密度が変化することから周波数依存性を持つものであり、パワーモジュールベース２７に対して垂直な方向の成分を主とし、パワーモジュールベース２７に対して平行な方向の成分は極めて小さい或いは持たないという特徴がある。従って、磁気検出部４７の配置によっては、パワーモジュールベース２７で生成された磁束の磁気検出部４７への影響を抑制し、電流検出器４０の検出精度をさらに向上させることができる。
そこで、本実施例では、検出用導体４１で生成された検出磁束８０のうち、パワーモジュールベース２７或いはパワーモジュールベース２７に流れる誘導電流７８（渦電流）に対して平行な成分の磁束を検出するように、検出用導体４１に対して磁気検出部４７を配置している。具体的には、検出用導体４１のうち、検出電流用電極４２から屈曲してパワーモジュールベース２７から遠ざかる方向に延びる部分、すなわち検出電流用電極４２（パワーモジュールベース２７）に対して垂直に立設する部分の一方側に対して磁気検出用半導体素子４３の磁気検出面が平行かつ垂直になるように、しかも検出電流用電極４２（パワーモジュールベース２７）に対して垂直になるように、検出電流用電極４２から屈曲してパワーモジュールベース２７から遠ざかる方向に延びる検出用導体４１部分に磁極検出部４７を配置している。
磁気検出部４７の配置は、検出用導体４１のうち、検出電流用電極４２から屈曲して、パワーモジュールベース２７から遠ざかる方向に延びる部分、すなわち検出電流用電極４２（パワーモジュールベース２７）に対して垂直に立設する部分の一方側或いは他方側のどちらであっても構わない。すなわちパワーモジュールベース２７から遠ざかる方向に電流を流す検出用導体４１部分或いはパワーモジュールベース２７に近づく方向に電流を流す検出用導体４１部分のどちらであっても構わない。また、磁気検出部４７の配置は、検出用導体４１、検出電流用電極４２，電極５２から構成された電流の輪の内側或いは外側のどちらであっても構わない。
また、検出用導体４１のうち、検出電流用電極４２（パワーモジュールベース２７）に対して平行に延びる部分の長さを十分に確保することにより、検出電流用電極４２から屈曲して、パワーモジュールベース２７から遠ざかる方向に延びる部分、すなわち検出電流用電極４２（パワーモジュールベース２７）に対して垂直に立設する部分の一方側から他方側への磁気的相互干渉を低減することができる。従って、検出磁束８０の磁束密度を高めることができ、電流検出器４０の電流検出精度をさらに向上させることができる。
磁気検出部４７は、第１実施例と同様に、検出精度を校正する機能を有するものであり、磁気検出用半導体素子４３と、磁気検出用半導体素子４３と電気的に接続された接続端子４４、すなわち電源端子６５，信号端子７０及び校正端子７１の一部とをモールド樹脂４５によって覆われて構成されている。磁気検出用半導体素子４３にはホール素子を用いている。
磁気検出部４７が配置される検出用導体４１部分には磁気検出部４７の一部を収納するための窪み４６（凹部）が設けられいる。窪み４６（凹部）には、接続端子４４が検出用導体４１から遠ざかる方向に延びるように、磁気検出部４７のモールド樹脂４５の一部が収納されている。磁気検出部４７の窪み４６との非対向のモールド樹脂４５部分には接着層５０を介して固定治具が１箇所に当てがわれている。固定治具は、磁気検出部４７のモールド樹脂４５の一部分を囲む（抱く）ように、窪み４６との非対向のモールド樹脂４５部分に検出用導体４１が突出して形成されたアーム状の凸部４９である。接着層５０は、モールド樹脂４５を押し付ける弾性力を有するもの或いは所定の処理を施すことで硬化し接着する機能を持つものであり、モールド樹脂４５と凸部４９とを接着させて固定させるものである。
さらに具体的に説明する。検出用導体４１のうち、検出電流用電極４２から屈曲（第１の屈曲部）して、パワーモジュールベース２７から遠ざかる方向に延びる部分、すなわち検出電流用電極４２（パワーモジュールベース２７）に対して垂直に立設する（延びる）部分を第１の導体部、第１の導体部から第１の屈曲部で屈曲して延びる検出電流用電極４２を第２の導体部、第１の導体部から第２の屈曲部で屈曲して延びる検出用導体４１部分（検出電流用電極４２（パワーモジュールベース２７）に対して垂直に立設する（延びる）部分から屈曲（第２の屈曲部）して、検出電流用電極４２（パワーモジュールベース２７）に対して平行に延びる検出用導体４１部分）を第３の導体部とすると、磁気検出部４７は、第１の導体部で生成された磁束のうち、パワーモジュールベース２７或いはパワーモジュールベース２７に流れる誘導電流７８に対して平行な成分の磁束を検出する。
第２の導体部と第３の導体部は、第１の導体部に対して直角に屈曲したものであって、互いに異なる方向に延びるものである。具体的には、第２の導体部と第３の導体部が、互いに相反する方向に延びる。この場合、磁気検出部４７は、磁気検出用半導体素子４３が、第１の導体部で生成された磁束のうち、パワーモジュールベース２７或いはパワーモジュールベース２７に流れる誘導電流７８に対して平行な成分の磁束を検出するように、磁気検出用半導体素子４３の磁気検出面が、第１の導体部の軸線を交点として第２の導体部及び第３の導体部に対して垂直な平面上に配置される。
尚、本実施例では、第２の導体部と第３の導体部が、互いに相反する方向に延びる場合について説明したが、次のような場合も考えられる。すなわち第２の導体部及び第３の導体部を同一平面上に配置した場合、第３の導体部が、第２の導体部に対して鈍角（９０°＜θ＜１８０°の範囲）でずれた方向に延びる場合もある。このような場合、磁気検出部４７は、磁気検出用半導体素子４３が、第１の導体部で生成された磁束のうち、パワーモジュールベース２７或いはパワーモジュールベース２７に流れる誘導電流７８に対して平行な成分の磁束を検出するように、磁気検出用半導体素子４３の磁気検出面が、第１の屈曲部を交点として第２の導体部に対して垂直な平面で区切られる空間であって、第１の導体部を含む第３の導体部側の空間に配置される。或いは磁気検出用半導体素子４３が、第１の導体部で生成された磁束のうち、第１の導体部で生成された磁束のうち、パワーモジュールベース２７或いはパワーモジュールベース２７に流れる誘導電流７８に対して平行な成分の磁束を検出するように、磁気検出用半導体素子４３の磁気検出面が、第１の屈曲部を交点として第２の導体部に対して垂直な平面で区切られる空間であって、第１の導体部を含む第３の導体部側の空間と、第２の屈曲部を交点として第３の導体部に対して垂直な平面で区切られる空間であって、第１の導体部を含む第２の導体部側の空間との重複する空間に配置される。
この他の構成については第１実施例と同様であるので、第１実施例と同符号を付してここでの説明を省略する。
本実施例では、検出用導体４１のうち、検出電流用電極４２から屈曲して、パワーモジュールベース２７から遠ざかる方向に延びる部分、すなわち検出電流用電極４２（パワーモジュールベース２７）に対して垂直に立設する部分の一方側に窪み４６を設け、そこに磁気検出部４７の一部を収納させたが、他方側にも同様の窪みを設け、そこにもう一つ別の磁気検出部を同様に収納し、バックアップ用としてもよい。
本実施例によれば、第１実施例と同様の効果を奏することができると共に、検出用導体４１で生成された検出磁束８０のうち、パワーモジュールベース２７或いはパワーモジュールベース２７に流れる誘導電流７８（渦電流）に対して平行な成分の磁束を検出するように、磁気検出部４７を検出用導体４１に配置しているので、誘導電流７８によって生成され、周波数依存性を持つ磁束７９による影響を抑制することができる。従って、本実施例によれば、電流検出器４０の検出精度をさらに向上させることができる。
尚、本実施例では、導電性部材として、検出用導体４１と電気的に絶縁されたパワーモジュールベース２７を例にとり、パワーモジュールベース２７に流れる誘導電流７８によって生成される磁束７９の影響を抑制することについて説明したが、検出用導体４１と電気的に絶縁された或いは電気的に１点で接続された他の導電性部材、例えば金属製の電力変換装置ケース３０（筐体），パワー半導体素子７と電気的に接続された導体，セラミックス基板２８上の配線パターン（導電体箔）についても同様である。
また、本実施例によれば、磁気検出部４７が設けられた検出用導体４１を検出電流用電極４２，セラミック基板２８を介してパワーモジュールベース２７上に載置させたので、電流の流通によって検出用導体４１や検出電流用電極４２に発生するジュール発熱を、放熱部材であるパワーモジュールベース２７を介して放熱することができる。従って、本実施例によれば、ジュール発熱の増大を招く検出用導体４１の細線化が可能となり、検出磁束８０の磁束密度を高め、電流検出器４０の検出精度を向上させることができる。
〔実施例１１〕
本発明の第１１実施例を第３８図，第３９図に基づいて説明する。第３８図，第３９図は、本実施例の電力変換装置に設けられた電流検出器の構成を示す。本実施例は第１実施例の変形例であり、第１実施例とは磁気検出部４７の配置が異なっている。
本実施例では、検出用導体４１で生成された検出磁束８０のうち、パワーモジュールベース２７に対して垂直或いはパワーモジュールベース２７に対して垂直に交わる垂線に対して平行な成分の検出磁束８２を検出するように、検出用導体４１に対して磁気検出部４７を配置している。具体的には、検出用導体４１のうち、検出電流用電極４２から屈曲してパワーモジュールベース２７から遠ざかる方向に延びる部分からさらに屈曲し、パワーモジュールベース２７に対して平行に延びる部分に対して磁気検出用半導体素子４３の磁気検出面が平行かつ垂直になるように、しかも検出電流用電極４２（パワーモジュールベース２７）に対して平行になるように、検出電流用電極４２から屈曲してパワーモジュールベース２７から遠ざかる方向に延びる検出用導体４１部分からさらに屈曲し、パワーモジュールベース２７に対して平行に延びる検出用導体４１部分に磁極検出部４７を配置している。
すなわちパワーモジュールベース２７に流れる誘導電流７８によって生成される磁束７９は、パワーモジュールベース２７に対して垂直に交わる垂線に対して垂直な成分に比べ、垂線に対して平行な成分の方が小さい。従って、検出用導体４１で生成される磁束のうち、パワーモジュールベース２７に対して垂直に交わる垂線に対して平行な成分の磁束を検出すれば、誘導電流によって生成される磁束の影響を受け難い。このため、本実施例では、上記のようにパワーモジュールベース２７に対して平行に延びる検出用導体４１部分に磁極検出部４７を配置している。
この他の構成については第１実施例と同様であるので、第１実施例と同符号を付してここでの説明を省略する。
本実施例によれば、第１実施例と同様の効果を奏することができる共に、検出用導体４１で生成された検出磁束８０のうち、パワーモジュールベース２７に対して垂直或いはパワーモジュールベース２７に対して垂直に交わる垂線に対して平行な成分の検出磁束８２を検出するように、検出用導体４１に対して磁気検出部４７を配置しているので、誘導電流７８によって生成され、周波数依存性を持つ磁束７９による影響を抑制することができる。従って、本実施例によれば、電流検出器４０の検出精度をさらに向上させることができる。
〔実施例１２〕
本発明の第１２実施例を第４０図に基づいて説明する。第４０図は、本実施例の電力変換装置に設けられた電流検出器の構成を示す。本実施例では検出用導体４１の構成が異なっている。すなわち本実施例では、検出用導体４１と検出電流用電極４２から構成される導体がパワーモジュールベース２７に対して平行に延びたものであって、第１の屈曲部及び第２の屈曲部を有する略Ｓ字状形状のものである。本実施例では、第１の屈曲部と第２の屈曲部との間の導体部分が検出用導体４１に相当し、他の部分が検出電流用電極４２に相当する。検出用導体４１は直線状に形成されている。検出電流用電極４２の一方側（第１の屈曲部に近い導体の一端と第１の屈曲部との間の導体部分）と、検出電流用電極４２の他方側（第２の屈曲部に近い導体の他端と第２の屈曲部との間の導体部分）は互いに平行であり、相反する方向に延びている。すなわち検出電流用電極４２の一方側及び他方側は、検出用導体４１に対して直角な方向に延びている。検出用導体４１の長さは検出電流用電極４２の長さより短い。
磁気検出部４７は検出用導体４１に配置されている。本実施例では、検出用導体４１で生成される検出磁束８０のうち、パワーモジュールベース２７或いはパワーモジュールベース２７に流れる誘導電流７８（渦電流）に対して平行な成分の磁束を検出するように、磁気検出部４７を検出用導体４１に配置している。具体的には、磁気検出用半導体素子４３の磁気検出面が、パワーモジュールベース２７及び検出用導体４１に対して垂直で検出用導体４１に対して平行になるように、磁気検出部４７を検出用導体４１に配置している。
すなわちパワーモジュールベース２７に対して平行に延びる導体に第１及び第２の屈曲部を形成して検出用導体４１を形成することにより、検出用導体４１近傍のパワーモジュールベース２７に流れる誘導電流７８を、検出用導体４１に対してほぼ直交するように交差して流すことができる。誘導電流７８よって生成される磁束７９は、パワーモジュールベース２７に対して垂直で誘導電流７８に対して直交する平面に対して平行な成分であり、パワーモジュールベース２７に対して垂直で誘導電流７８に対して平行な平面に対して平行な成分を持たない。このため、本実施例では、上記のようにパワーモジュールベース２７に対して平行に延びる導体に第１及び第２の屈曲部を形成して検出用導体４１を形成し、それに磁極検出部４７を配置している。
この他の構成については第１実施例と同様であるので、第１実施例と同符号を付してここでの説明を省略する。
本実施例によれば、パワーモジュールベース２７に対して平行に延びる導体に第１及び第２の屈曲部を形成して検出用導体４１を形成し、検出用導体４１で生成される検出磁束８０のうち、パワーモジュールベース２７或いはパワーモジュールベース２７に流れる誘導電流７８（渦電流）に対して平行な成分の磁束を検出するように、磁気検出部４７を検出用導体４１に配置しているので、誘導電流７８によって生成され、周波数依存性を持つ磁束７９による影響を抑制することができる。従って、本実施例によれば、電流検出器４０の検出精度を向上させることができる。
尚、本実施例では、第１の屈曲部及び第２の屈曲部の屈曲角度を直角としたが鋭角であってもよい。また、本実施例では、検出電流用電極４２の一方側と検出電流用電極４２の他方側とを互いに平行で相反する方向に延びるように、検出用導体４１と検出電流用電極４２から構成される導体を構成したが、検出電流用電極４２の一方側と検出電流用電極４２の他方側とを互いに平行で同じ方向に延びるように、検出用導体４１と検出電流用電極４２から構成される導体を構成しても構わない。
〔実施例１３〕
本発明の第１３実施例を第４１図乃至第４３図に基づいて説明する。第４１図乃至第４３図は、本実施例の電力変換装置に設けられた電流検出器の構成を示す。本実施例は第１０実施例の変形例である。本実施例では、樹脂絶縁層と積層銅箔からなる積層配線５４が複数積層されたプリント配線基板５３上に磁気検出用半導体素子４３が固着されると共に、磁気検出用半導体素子４３と積層配線５４とがアルミワイヤによって電気的に接続され、かつ接続端子４４と積層配線５４とが電気的に接続された磁気検出部４７を備えている。磁気検出用半導体素子４３はモールド樹脂４５によって覆われている。
積層配線５４は、例えば同一配線層に引き回すと共に、異なる配線層に積層配線５４の大凡全体が重なるような幅の広いシールド電極を設けて配置する。或いは積層配線５４の幾つかを異なる配線層に配置すると共に、積層配線５４が全域に渡り重なるように配置する。後者の場合、積層配線５４間にチップコンデンサ５６などの電子部品や磁気検出用半導体素子４３の出力特性を改善する補正回路８５を搭載することができる。
検出用導体４１には、第１０実施例と同様に窪み４６が設けられている。窪み４６には、磁気検出部４７のプリント配線基板５３の一部が収納されている。具体的に窪み４６は、検出用導体４１の一部を検出用導体４１から２箇所突出させて設けたものである。尚、本実施例では、検出用導体４１の一部分を２箇所突出させたが、１個でも又それ以上であっても構わない。また、検出用導体４１と磁気検出用半導体素子４３の磁気検出面との配置関係は第１０実施例と同様の関係にある。
検出用導体４１の窪み４６（突出部）と対向するプリント配線基板５３部分には接着層５０が配置されている。プリント配線基板５３は接着層５０を介して窪み４６（突出部）に当てがわれ、窪み４６（突出部）に固定されている。接着層５０は所定の処理を施すことによって硬化され、窪み４６（突出部）とプリント配線基板５３とを接着している。
この他の構成については第１０実施例と同様であるので、第１０実施例と同符号を付してここでの説明を省略する。
本実施例によれば、第１０実施例と同様の効果を奏することができると共に、プリント配線板５３の積層配線５４と電気的に接続された接続端子４４の形状を自由に変更することができる。従って、本実施例によれば、制御部２６の制御基板５５との接続方式の自由度を向上することができ、例えばコネクタによる接続も容易に実施することができる。
また、本実施例によれば、同一配線層に引き回すと共に、異なる配線層に積層配線５４の大凡全体が重なるような幅の広いシールド電極を設けて積層配線５４を配置したり、積層配線５４の幾つかを異なる配線層に配置すると共に、積層配線５４が全域に渡り重なるように配置したりするので、制御基板５５の回路配線などで作られる電気的な環状結線内に鎖交する磁束（ノイズ）を低減することができ、磁気検出用半導体素子４３の近接にチップコンデンサ５６などのノイズ対策部品を配置することができる他、磁気検出用半導体素子４３の出力特性を改善する補正回路８５を搭載することができる。従って、本実施例によれば、電流検出器４０の検出精度を向上させることができる。
〔実施例１４〕
本発明の第１４実施例を第４４図乃至第４６図に基づいて説明する。第４４図乃至第４６図は、本実施例の電力変換装置に設けられた電流検出器の構成を示す。本実施例は第１０実施例の変形例である。本実施例では、第１０実施例と同様に構成された磁気検出部４７を有し、接続端子４４が第１０実施例と同様の方向に延びるように、磁気検出部４７のモールド樹脂４５の一部を検出用導体４１の窪み４６に収納している。
検出用導体４１には、磁気検出部４７と検出用導体４１とを固定するための爪部５９及び凹凸部５８を有する略コ字状の樹脂成形体５７が挿入されている。樹脂成形体５７は磁気検出部４７の固定治具であり、凹凸部５８が検出用導体４１の磁気検出部４７側とは反対側の検出用導体４１の空洞部に挿入され、爪部５９及び凹凸部５８によって検出用導体４１と磁気検出部４７とを挟み込むように検出用導体４１と噛み合っている。爪部５９は、検出用導体４１の窪み４６との対向するのモールド樹脂４５部分に接着層５０を介して当てがわれており、磁気検出部４７のモールド樹脂４５部分を窪み４６側に抑え付けて、磁気検出部４７のモールド樹脂４５部分を窪み４６に固定してる。接着層５０は所定の処理を施すことによって硬化され、磁気検出部４７のモールド樹脂４５と爪部５９とを接着する。
このように構成された電流検出器４０では、パワー半導体素子７が半田付けされる高温かつ数分間という長い半田プロセスを用いて検出用導体４１をセラミックス基板２８の電極５２に半田付けした後、樹脂成形体５７の凹凸部５８を検出用導体４１の空洞部に挿入して、樹脂成形体５７と検出導体４１とを噛み合わせる。この後、検出用導体４１の窪み４６に磁気検出部４７を差し込み、検出用導体４１の窪み４６との対向のモールド樹脂４５部分に接着層５０を介して樹脂成形体５７の爪部５９を当てがい、磁気検出部４７を検出用導体４１の窪み４６に固定する。尚、本実施例では、爪部５９とモールド樹脂４５部分との間に接着層５０を設けたが、これを無くし、樹脂成形体５７の爪部５９及び凹凸部５８に弾力性を持たせ、検出用導体４１と磁気検出部４７とを樹脂成形体５７の爪部５９及び凹凸部５８によって挟み込むようにしてもよい。
この他の構成については第１０実施例と同様であるので、第１０実施例と同符号を付してここでの説明を省略する。
本実施例によれば、第１０実施例と同様の効果を奏することができると共に、樹脂成形体５７に磁性体粉末などを混ぜ合わせ、検出用導体４１と共に樹脂成形体５７で磁気回路を構成することにより、磁気検出部４７に入力される磁束量を向上させることができると共に、近接回路から放出されるノイズ磁束や導電性部材８４の移動及び変形さらには追加による誘導電流による磁束７９の影響を低減することができる。従って、本実施例によれば、電流検出器４０の検出感度をさらに向上させることができ、電流検出器４０の検出精度を向上させることができる。
〔実施例１５〕
本発明の第１５実施例を第４７図乃至第４９図に基づいて説明する。第４７図乃至第４９図は、本実施例の電力変換装置に設けられた電流検出器の構成を示す。本実施例は第１４実施例の変形例である。本実施例では、第１４実施例と同様に構成された磁気検出部４７を有し、接続端子４４が第１４実施例と同様の方向に延びるように、磁気検出部４７のモールド樹脂４５の一部を検出用導体４１の窪み４６に収納している。
検出用導体４１には、磁気検出部４７と検出用導体４１とを固定するための爪部５９及び凹凸部５８を有する略コ字状の樹脂成形体７４が挿入されている。樹脂成形体７４は磁気検出部４７の固定治具であり、凹凸部５８が検出用導体４１の磁気検出部４７側とは反対側の検出用導体４１の空洞部に挿入され、爪部５９及び凹凸部５８によって検出用導体４１と磁気検出部４７とを挟み込むように検出用導体４１と噛み合っている。爪部５９は、検出用導体４１の窪み４６との対向するのモールド樹脂４５部分に接着層５０を介して当てがわれており、磁気検出部４７のモールド樹脂４５部分を窪み４６側に抑え付けて、磁気検出部４７のモールド樹脂４５部分を窪み４６に固定してる。接着層５０は所定の処理を施すことによって硬化され、磁気検出部４７のモールド樹脂４５と爪部５９とを接着する。
また、本実施例では、樹脂成形体７４の爪部５９の検出用導体４１側とは反対側には複数のインサート電極７６が内蔵されている。複数のインサート電極７６は、爪部５９の検出用導体４１側とは反対側に設けられたステップ部分まで延びている。樹脂成形体７４の爪部５９のステップ部分には、アルミワイヤ３２のボンディングが可能な平坦な複数のパット６２がその表面に露出するように埋設されおり、対応するインサート電極７６の一端が接続されている。複数のインサート電極７６の他端は爪部５９の先端から外部に突出しており、対応する接続端子４４と半田５１によって接続されている。
本実施例によれば、第１４実施例と同様の効果を奏することができると共に、磁気検出部４７の接続端子４４を直接、制御基板５５に接続しないので、アルミワイヤ３２やアルミワイヤ３２に接続されたパワーモジュール１６内の配線にて自由な位置に引き回すことができる。従って、本実施例によれば、制御基板５５との接続位置を磁気検出部４７の位置に関係なくレイアウトすることができ、磁気検出部４７と検出用導体４１との間の距離を効率良く高精度化することができる。
〔実施例１６〕
本発明の第１６実施例を第５０図に基づいて説明する。第５０図は、前述した第１乃至１５実施例のいずれかの電力変換装置を適用した電動機駆動システムが搭載されたハイブリッド自動車の概略構成を示す。ハイブリッド自動車は、内燃機関１７と電動機５を切り替えて一方の車輪を駆動するものである。車軸２０にはギア２３を介して内燃機関１７が機械的に接続されている。内燃機関１７には電動機５が機械的に接続されている。この他の構成は第１実施例の電気自動車と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
本実施例によれば、小型でかつ高精度な電力制御が行える第１乃至１５実施例のいずれかの電力変換装置２４を用いたので、ハイブリッド自動車の電動機駆動システムとしては、システムの小型化，低価格化，信頼性の向上などを図ることができる。また、ハイブリッド自動車としては、低価格化，燃費の向上，一充電あたりの走行距離の向上，電力変換装置の実装スペースの縮小化などを図ることができる。
〔実施例１７〕
本発明の第１７実施例を第５１図に基づいて説明する。第５１図は、前述した第１乃至１５実施例のいずれかの電力変換装置を適用した電動機駆動システムが搭載された電動四駆式の自動車の構成を示す。電動四駆式の自動車は、内燃機関１７を主駆動源として車輪を駆動し、電動機５を副駆動源（アシスト用）として他方の車輪を駆動するものである。車軸２０にはギア２３を介して内燃機関１７が機械的に接続されている。車軸２２にはギア２３を介して電動機５が機械的に接続されている。この他の構成は第１実施例の電気自動車と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
本実施例によれば、小型でかつ高精度な電力制御が行える第１乃至１５実施例のいずれかの電力変換装置２４を用いたので、電動四駆式の自動車の電動機駆動システムとしては、システムの小型化，低価格化，信頼性の向上などを図ることができる。また、電動四駆式の自動車としては、低価格化，燃費の向上，電力変換装置の実装スペースの縮小化などを図ることができる。
〔実施例１８〕
本発明の第１８実施例を第５２図に基づいて説明する。第５２図は、前述した第１乃至１５実施例のいずれかの電力変換装置を適用した電動機駆動システムが搭載された自動車の概略構成を示す。電動機駆動システムとしては、電動機８７を駆動して、被駆動体である操舵装置８６（ステアリング装置）の操舵角を調整する電動パワーステアリングシステム，電動機８８を駆動して、被駆動体であるコンプレッサを駆動する電動エアコンシステム，電動機８９を駆動して、被駆動体であるブレーキキャリパー内のブレーキパッドを加圧する電動ブレーキシステムのいずれか或いは２つ以上を備えている。電動機駆動システムは、第１実施例の電気自動車と同様に、バッテリ６から供給された直流電力を電力変換装置２４で交流電力に変換し、電動機８６，８８，８９に供給し、電動機８６，８８，８９を駆動するように構成されている。
本実施例によれば、小型でかつ高精度な電力制御が行える第１乃至１５実施例のいずれかの電力変換装置２４を用いたので、自動車に搭載された電動機駆動システムの小型化，低価格化，信頼性の向上などを図ることができる。尚、本実施例では、直流電源としバッテリを用いて説明したが、燃料電池を用いたシステムなどにも適用することができる。
〔実施例１９〕
本発明の第１９実施例を第５３図に基づいて説明する。第５３図は、前述した第１乃至１５実施例のいずれかの電力変換装置を適用した太陽光発電システムの構成を示す。太陽光発電システムは、太陽電池で得られた直流電力をバッテリ６に蓄えている。バッテリ６に蓄えられた直流電力は、電力変換装置２４で交流電力に変換され、電源系統に供給される。
本実施例によれば、小型でかつ高精度な電力制御が行える第１乃至１５実施例のいずれかの電力変換装置２４を用いたので、太陽光発電システムの小型化，低価格化，信頼性の向上などを図ることができる。尚、本実施例では、太陽電池を用いた太陽光発電システムを例にとり説明したが、燃料電池を用いた燃料電池システムなどにも適用することができる。
〔実施例２０〕
本発明の第２０実施例を第５４図に基づいて説明する。第５４図は、前述した第１乃至１５実施例のいずれかの電力変換装置を適用した電力システムの構成を示す。本実施例の電力システムは、商用電源４から供給された交流電力を電力変換装置のコンバータ部１で直流電力に平滑し、この直流電力を電力変換装置のインバータ部２で所定の電圧と所定の周波数の交流電力に変換して電気負荷、例えば電動機５に供給する電動機駆動システムである。電力変換装置は、ダイオードなどの整流素子から構成されたコンバータ部１（順変換部）と、ＰＷＭ（パルス・ワイド・モジュレーション：パルス幅変調）制御方式のインバータ部２（逆変換部）と、コンバータ部１とインバータ部２との間の直流部に接続された平滑用のコンデンサ３（キャパシタ）が電気的に接続されて電力変換装置ケース３０内に収納されている。インバータ部２は、前述した第１乃至９実施例のいずれかの電力変換装置と同様に構成されている。従って、インバータ部２の詳細な説明は省略する。
本実施例によれば、インバータ部２の構成として、小型でかつ高精度な電力制御が行える第１乃至１５実施例のいずれかの電力変換装置と同様の構成を用いたので、電力システム、例えば電動機駆動システムの小型化，低価格化，信頼性の向上などを図ることができる。
産業上の利用可能性
以上説明した本発明によれば、小型でかつ高精度な電流検出が行える電流検出器を備えたので、小型でかつ高精度な電力制御が行える電力変換装置及びそれをそえた電力システム並びに移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す正面平面図である。
第２図は、本発明の第１実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す上面平面図である。
第３図は、本発明の第１実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す側面平面図である。
第４図は、本発明の第１実施例である電力変換装置のパワーモジュール（１相分）の内部構成を示す平面図である。
第５図は、本発明の第１実施例である電力変換装置のパワーモジュール（１相分）の内部構成を示すものであり、第４図のＡ−Ａ′断面を示す断面図である。
第６図は、本発明の第１実施例である電力変換装置のパワーモジュール（１相分）の電気的な回路構成を示す回路図である。
第７図は、本発明の第１実施例である電力変換装置の内部構成を示す断面図である。
第８図は、本発明の第１実施例である電力変換装置が適用された電気自動車の電動機駆動システムの構成を示すシステムブロック図である。
第９図は、本発明の第１実施例である電力変換装置が適用された電動機駆動システムを搭載する電気自動車の概略構成を示すブロック図である。
第１０図は、本発明の第２実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す正面平面図である。
第１１図は、本発明の第２実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す上面平面図である。
第１２図は、本発明の第２実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す側面平面図である。
第１３図は、本発明の第３実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す正面平面図である。
第１４図は、本発明の第３実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す上面平面図である。
第１５図は、本発明の第３実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す側面平面図である。
第１６図は、本発明の第４実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す正面平面図である。
第１７図は、本発明の第４実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す上面平面図である。
第１８図は、本発明の第４実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す側面平面図である。
第１９図は、本発明の第５実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す正面平面図である。
第２０図は、本発明の第５実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す上面平面図である。
第２１図は、本発明の第６実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す上面平面図である。
第２２図は、本発明の第６実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示すものであり、第２１図のＢ−Ｂ′断面を示す断面図である。
第２３図は、本発明の第７実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す正面平面図である。
第２４図は、本発明の第７実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す上面平面図である。
第２５図は、本発明の第７実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す側面平面図である。
第２６図は、本発明の第８実施例である電力変換装置の端子台に設けられた電流検出器の構成を示す正面平面図である。
第２７図は、本発明の第８実施例である電力変換装置の端子台に設けられた電流検出器の構成を示す上面平面図である。
第２８図は、本発明の第８実施例である電力変換装置の端子台の構成を示す正面平面図である。
第２９図は、本発明の第８実施例である電力変換装置の端子台の構成を示す上面平面図である。
第３０図は、本発明の第８実施例である電力変換装置の端子台の構成を示す側面平面図である。
第３１図は、本発明の第８実施例である電力変換装置の構成を示す断面図である。
第３２図は、本発明の第９実施例である電力変換装置の構成を示す断面図である。
第３３図は、本発明の第１０実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す斜視図である。
第３４図は、本発明の第１０実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す一部断面の側面平面図である。
第３５図は、本発明の第１０実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す正面平面図である。
第３６図は、本発明の第１０実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す上面平面図である。
第３７図は、本発明の第１０実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す側面平面図である。
第３８図は、本発明の第１１実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す斜視図である。
第３９図は、本発明の第１１実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す一部断面の側面平面図である。
第４０図は、本発明の第１２実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す斜視図である。
第４１図は、本発明の第１３実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す正面平面図である。
第４２図は、本発明の第１３実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す上面平面図である。
第４３図は、本発明の第１３実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す側面平面図である。
第４４図は、本発明の第１４実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す正面平面図である。
第４５図は、本発明の第１４実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す上面平面図である。
第４６図は、本発明の第１４実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す側面平面図である。
第４７図は、本発明の第１５実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す正面平面図である。
第４８図は、本発明の第１５実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す上面平面図である。
第４９図は、本発明の第１５実施例である電力変換装置のパワーモジュールに内蔵された電流検出器の構成を示す側面平面図である。
第５０図は、本発明の第１６実施例であり、第１乃至１５実施例のいずれかの電力変換装置を適用した電動機駆動システムが搭載されたハイブリッド自動車の概略構成を示すブロック図である。
第５１図は、本発明の第１７実施例であり、第１乃至１５実施例のいずれかの電力変換装置を適用した電動機駆動システムが搭載された電動四駆式の自動車の概略構成を示すブロック図である。
第５２図は、本発明の第１８実施例であり、第１乃至１５実施例のいずれかの電力変換装置を適用した電動機駆動システムが搭載された自動車の概略構成を示すブロック図である。
第５３図は、本発明の第１９実施例であり、第１乃至１５実施例のいずれかの電力変換装置を適用した太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。
第５４図は、本発明の第２０実施例であり、第１乃至１５実施例のいずれかの電力変換装置を適用した電力システムの構成を示すブロック図である。

Claims (16)

1. 電力制御用半導体素子、前記電力制御用半導体素子に入力される或いは前記電力制御用半導体素子から出力された電流を検出する電流検出器を有するパワーモジュール部と、前記電力制御用半導体素子の動作を制御する制御部と、前記電流検出器に流れる電流で生じる電磁誘導によって誘導電流が流れる導電性部材とを有し、前記電流検出器は、前記電力制御用半導体素子と電気的に接続された導体と、前記導体に設けられる或いはその近傍に配置されると共に、前記制御部と電気的に接続された磁気検出用半導体素子を有する磁気検出部とを有するものであり、前記導体で生成される磁束のうち、前記導電性部材に流れる前記誘導電流の方向に平行な成分の磁束を検出するものであることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記導体は、前記導電性部材から遠ざかる方向に延びる部分を有しており、前記磁気検出部は、前記導電性部材から遠ざかる方向に延びる前記導体部分で生成される磁束のうち、前記導電性部材に流れる前記誘導電流の方向に平行な成分の磁束を検出することを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記導体は、前記導電性部材に対して垂直で前記導電性部材から遠ざかる方向に延びる部分を有しており、前記磁気検出部は、前記磁気検出用半導体素子の磁気検出面が、前記導電性部材及び前記導電性部材から遠ざかる方向に延びる前記導体部分に対して垂直で前記導電性部材から遠ざかる方向に延びる前記導体部分に対して平行になるように、前記導電性部材に対して垂直で前記導電性部材から遠ざかる方向に延びる前記導体部分に設けられることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記導体は、前記導電性部材に対して平行に延びるものであって、少なくとも第１及び第２の屈曲部を有するものであり、前記磁気検出部は、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部との間の前記導体部分で生成される磁束のうち、前記導電性部材に流れる誘導電流の方向に平行な成分の磁束を検出することを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１に記載の電力変換装置において、前記導体は、前記導電性部材に対して平行に延びるものであって、少なくとも第１及び第２の屈曲部を有するものであり、前記磁気検出部は、前記磁気検出用半導体素子の磁気検出面が、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部との間の前記導体部分及び前記導電性部材に対して垂直で前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部との間の前記導体部分に対して平行になるように、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部との間の前記導体部分に設けられることを特徴とする電力変換装置。
6. 電力制御用半導体素子、前記電力制御用半導体素子に入力される或いは前記電力制御用半導体素子から出力された電流を検出する電流検出器を有するパワーモジュール部と、前記電力制御用半導体素子の動作を制御する制御部と、前記電流検出器に流れる電流で生じる電磁誘導によって誘導電流が流れる導電性部材とを有し、前記電流検出器は、前記電力制御用半導体素子と電気的に接続されると共に、前記導電性部材に対して平行に延び、かつ少なくとも第１及び第２の屈曲部を有する導体と、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部との間の前記導体部分に設けられる或いはその近傍に配置されると共に、前記制御部と電気的に接続された磁気検出用半導体素子を有する磁気検出部とを有するものであり、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部との間の前記導体部分で生成される磁束のうち、前記導電性部材に流れる前記誘導電流の方向に平行な成分の磁束を検出するものであることを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項６に記載の電力変換装置において、前記導体は、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部との間の前記導体部分である第１の導体部と、前記第１の導体部から前記第１の屈曲部で屈曲して延びる第２の導体部と、前記第１の導体部から前記第２の屈曲部で屈曲して延びる第３の導体部から構成されており、前記磁気検出部は、前記第１の導体部で生成された磁束のうち、前記導電性部材に流れる前記誘導電流の方向に平行な成分の磁束を検出することを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項６に記載の電力変換装置において、前記導体は、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部との間の前記導体部分である第１の導体部と、前記第１の導体部から前記第１の屈曲部で屈曲して延びる第２の導体部と、前記第１の導体部から前記第２の屈曲部で屈曲して延びる第３の導体部から構成されており、前記磁気検出部は、前記磁気検出用半導体素子の磁気検出面が、前記第１の導体部及び前記導電性部材に対して垂直で前記第１の導体部に対して平行になるように、前記第１の導体部に設けられることを特徴とする電力変換装置。
9. 電力制御用半導体素子、前記電力制御用半導体素子に入力される或いは前記電力制御用半導体素子から出力された電流を検出する電流検出器を有するパワーモジュール部と、前記電力制御用半導体素子の動作を制御する制御部と、前記電流検出器に流れる電流で生じる電磁誘導によって誘導電流が流れる導電性部材とを有し、前記電流検出器は、前記電力制御用半導体素子と電気的に接続されると共に、少なくとも第１及び第２の屈曲部を有する導体と、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部との間の前記導体部分に設けられる或いはその近傍に配置されると共に、前記制御部と電気的に接続された磁気検出用半導体素子を有する磁気検出部とを有するものであり、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部との間の前記導体部分で生成される磁束のうち、前記導電性部材に流れる前記誘導電流の方向に平行な成分の磁束を検出するものであることを特徴とする電力変換装置。
10. 請求項９に記載の電力変換装置において、前記導体は、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部との間の前記導体部分であって、前記導電性部材に対して垂直に延びる第１の導体部と、前記第１の導体部から前記第１の屈曲部で屈曲して延びる第２の導体部と、前記第１の導体部から前記第２の屈曲部で屈曲して延びる第３の導体部から構成されており、前記磁気検出部は、前記第１の導体部で生成された磁束のうち、前記導電性部材に流れる前記誘導電流の方向に平行な成分の磁束を検出することを特徴とする電力変換装置。
11. 請求項１０に記載の電力変換装置において、前記第２の導体部と前記第３の導体部は、前記第１の導体部に対して直角に屈曲したものであって、互いに異なる方向に延びるものであることを特徴とする電力変換装置。
12. 請求項１１に記載の電力変換装置において、前記第２の導体部と前記第３の導体部は、互いに相反する方向に延びるものであることを特徴とする電力変換装置。
13. 請求項１２に記載の電力変換装置において、前記磁気検出部は、前記磁気検出用半導体素子が、前記第１の導体部で生成された磁束のうち、前記導電性部材或いは前記導電性部材に流れる前記誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出するように、前記磁気検出用半導体素子の磁気検出面が、前記第１の導体部の軸線を交点として前記第２の導体部及び前記第３の導体部に対して垂直な平面上に配置されることを特徴とする電力変換装置。
14. 請求項１１に記載の電力変換装置において、前記第３の導体部は、前記第２の導体部に対して鈍角（９０°＜θ＜１８０°の範囲）でずれた方向に延びるものであることを特徴とする電力変換装置。
15. 請求項１４に記載の電力変換装置において、前記磁気検出部は、前記磁気検出用半導体素子が、前記第１の導体部で生成された磁束のうち、前記導電性部材或いは前記導電性部材に流れる前記誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出するように、前記磁気検出用半導体素子の磁気検出面が、前記第１の屈曲部を交点として前記第２の導体部に対して垂直な平面で区切られる空間であって、前記第１の導体部を含む前記第３の導体部側の空間に配置されることを特徴とする電力変換装置。
16. 請求項１４に記載の電力変換装置において、前記磁気検出部は、前記磁気検出用半導体素子が、前記第１の導体部で生成された磁束のうち、前記導電性部材或いは前記導電性部材に流れる前記誘導電流に対して平行な成分の磁束を検出するように、前記磁気検出用半導体素子の磁気検出面が、前記第１の屈曲部を交点として前記第２の導体部に対して垂直な平面で区切られる空間であって、前記第１の導体部を含む前記第３の導体部側の空間と、前記第２の屈曲部を交点として前記第３の導体部に対して垂直な平面で区切られる空間であって、前記第１の導体部を含む前記第２の導体部側の空間との重複する空間に配置されることを特徴とする電力変換装置。

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