JP5917231B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に、スイッチング動作する半導体素子からの電流を非接触型で磁電変換型の電流センサ素子によって検出する電流検出ユニットを備える電力変換装置に関する。

近年、電動モータを駆動力源として備える電気自動車が普及してきている。電気自動車には、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換して電動モータに供給する制御を行うと共に、制動時等に回生機構によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリに蓄電する制御を行う電力制御装置（ＰＥＵ：Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｕｎｉｔ）が設けられている。

かかる電力制御装置は、電力を変換して外部機器に供給する機能に着目すれば電力変換装置であり、交流電流の出力を検出してその検出値に基づき、安定な出力が得られるように変換動作を調整している。かかる交流電力の出力を検出するために、エアギャップを含む閉磁路を形成するように設けられたコアに検出対象の電流が流れる接続導体を貫通させ、ギャップに配置された磁気センサを利用して接続導体を流れる電流によって生じる磁束を検出することにより、接続導体を流れる電流を検出する構成が提案されている。

特許文献１は、電流検出装置に関し、第１磁気センサが、第１ループ部の内側において、その磁気検出方向を第１ループ部を流れる電流によって生じる磁界の向きに合わせて配置されると共に、第２磁気センサが、第２ループ部の内側において、その磁気検出方向を第２ループ部を流れる電流によって生じる磁界に向きに合わせて配置された構成を開示している。

特開２０１１−２７５３０号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１の構成においては、第１磁気センサが第１ループ部の内側に配置され、第２磁気センサが第２ループ部の内側に配置されているために、検出対象の電流が流れる接続導体の形状が複雑になり、電流検出装置と接続導体との組み付けが煩雑になる傾向がある。

本発明は、以上の検討を経てなされたもので、検出対象の電流が流れる接続導体の形状を複雑化させることなく、電流検出ユニットと接続導体との組み付け性を向上することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するため、本発明の第１の局面は、スイッチング動作する半導体素子と、前記半導体素子からの電流を磁電変換型の少なくとも一つの電流センサ素子によって検出する電流検出ユニットと、を備えた電力変換装置であって、前記半導体素子に電気的に接続するブロック構造体である接続導体を備え、前記電流検出ユニットは、基部と、前記接続導体を挟み込むように前記基部から延在する一対の延在部と、を有してコの字形状に形成されると共に、回路基板に実装され、前記少なくとも一つの電流センサ素子
は、前記一対の延在部の少なくとも一方に配置される電力変換装置である。

また、本発明の第２の局面は、かかる第１の局面に加えて、前記電流検出ユニットは、前記回路基板に載置するための載置面を備える電力変換装置である。

また、本発明の第３の局面は、かかる第１又は第２の局面に加えて、前記少なくとも一つの電流センサ素子は、磁気抵抗素子又はホール素子を含み、前記接続導体の対応する壁面部に対して、前記壁面部の高さ範囲内で隣接して配設される電力変換装置である。

また、本発明の第４の局面は、かかる第１から第３のいずれかの局面に加えて、２個の磁気抵抗素子を含み、前記２個の磁気抵抗素子の一方は、前記一対の延在部の一方に配置されると共に、前記２個の磁気抵抗素子の他方は、前記一対の延在部の他方に配置される電力変換装置である。

本発明の第１の局面における電力変換装置においては、電流検出ユニットが、ブロック状の接続導体を挟み込むようにコの字形状に形成され、かつ、回路基板に実装されていることにより、かかる回路基板を筐体に組み付けるだけで、少なくとも一つの電流センサ素子を有する電流検出ユニットと接続導体とを正確かつ簡便に組み付けることができ、接続導体の形状を複雑化させることなく、電流検出ユニットと接続導体との組み付け性を向上させることができる。

また、本発明の第２の局面における電力変換装置においては、電流検出ユニットが、回路基板に載置するための載置面を備えることにより、電流検出ユニットを回路基板により正確かつ簡便に実装することができる。

また、本発明の第３の局面における電力変換装置においては、磁気抵抗素子又はホール素子を用いた少なくと一つの電流センサ素子が、接続導体の対応する壁面部に対して、かかる壁面部の高さ範囲内で隣接して配設されることにより、接続導体を流れる電流をより確実に検出することができる。

また、本発明の第４の局面における電力変換装置においては、２個の磁気抵抗素子が、電流検出ユニットのコの字形状の一対の延在部に対応して配置されることにより、接続導体を流れる電流をより確実に検出することができる。

図１は、本発明の実施形態における電力変換装置の構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示すＡ−Ａ切断線で切断した電力変換装置を模式的に示す拡大部分縦断面図である。 図３は、図２に示すＢ−Ｂ切断線で切断した電力変換装置を示す横断面図である。

以下、本発明の実施形態における電力変換装置につき、図面を適宜参照して、詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態における電力変換装置の構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ切断線で切断した電力変換装置を模式的に示す拡大部分縦断面図である。図３は、図２に示すＢ−Ｂ切断線で切断した電力変換装置を示す横断面図である。なお
、図中、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は、３軸直交座標系を成し、ｚ軸の方向が上下方向であり、ｘ−ｙ平面が水平面である。

［制御システムの構成］
まず、本実施形態における電力変換装置が適用される制御システムの構成について、詳細に説明する。

図１から図３に示す本実施形態における電力変換装置１は、典型的には、いずれも図示を省略するが、駆動力源である電動モータ、及び二次電池であるバッテリを搭載すると共に、減速時に回生電力を生成する回生機構を備えた電気自動車に搭載される。電力変換装置１は、電気自動車において、それ単独で、又は電動モータ、バッテリ、及び回生機構を総合的に制御する図示を省略した制御装置の制御の下で、バッテリから電動モータへの駆動電力の供給を制御自在であると共に、回生機構からバッテリへの回生電力の供給を制御自在である。

例えば、電動モータの駆動電流に三相交流電流を用いる場合、電力変換装置１は、バッテリから供給される直流電流をＵ相、Ｖ相、及びＷ相の三相の交流電流に安定的に変換して、その交流電流を電動モータに供給するＤＣ／ＡＣコンバータの機能と、回生機構から生成された回生交流電流を直流電流に安定的に変換して、その直流電流をバッテリに供給するＡＣ／ＤＣコンバータの機能と、を併せ持つ。なお、電力変換装置１は、必要に応じて、バッテリから供給される直流電流を交流電流に安定的に変換して、その交流電流を電動モータに供給するＤＣ／ＡＣコンバータ機能のみを有していてもよい。

電動モータは、例えば、三相交流の電力が供給されて動作する三相ブラシレス電動モータであり、電気自動車を駆動する駆動力を供給する。バッテリは、典型的にはニッケル水素系やリチウムイオン系の二次電池であり、電動モータやその他の補機に必要な電力を供給すると共に、回生機構から生成される回生電力を蓄電する。

なお、電力変換装置１は、電動モータに加えて内燃機関等のエンジンを搭載するハイブリッド自動車や燃料電池を搭載する燃料電池自動車に適用することも可能である。電力変換装置１をハイブリッド自動車に適用した場合、電力変換装置１は、バッテリから電動モータへの駆動電力の供給を制御自在であると共に、回生機構からバッテリへの回生電力の供給、及びエンジンの補機である発電機からバッテリへの発電電力の供給を制御自在である。電力変換装置１を燃料電池自動車に適用した場合、電力変換装置１は、燃料電池から電動モータへの駆動電力の供給を制御自在であると共に、回生機構からバッテリへの回生電力の供給を制御自在である。また、電力変換装置１を電気自動車、ハイブリッド自動車、及び燃料電池自動車のいずれに適用した場合においても、電力変換装置１は、必要に応じて、制動時等における電動モータからバッテリへの回生電力の供給を制御することも可能である。

［電力変換装置の構成］
次に、本実施形態における電力変換装置１の構成につき、バッテリからの直流電流をＵ相、Ｖ相、及びＷ相の三相から成る三相交流電流に変換して電動モータに供給する場合を例に挙げて、詳細に説明する。

図１から図３に示すように、本実施形態における電力変換装置１は、第１の冷却部材１１の内側の表面としての一方の表面１１Ａ上に装着されたスイッチング動作する３個の第１の半導体素子１２と、第２の冷却部材１３の内側の表面としての一方の表面１３Ａ上に装着されたスイッチング動作をする３個の第２の半導体素子１４と、上下方向に延在する典型的には矩形筒状の側壁２１を有した典型的にはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド
）樹脂等の樹脂製の一体成形品であるケース２２と、３個の第１の半導体素子１２及び３個の第２の半導体素子１４のスイッチング動作を制御する図示しない制御ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等を実装する制御回路基板であって典型的には矩形平板状の回路基板３１と、を主として備えている。なお、図２において、３個の第１の半導体素子１２及び３個の第２の半導体素子１４としては、Ｗ相交流電流用のものが各々図示されている。また、３個の第１の半導体素子１２及び３個の第２の半導体素子１４は、いずれも１個の半導体素子に統合して同様の機能を発揮させてもよく、同じ相の交流電流を生成する第１の半導体素子１２及び第２の半導体素子１４の組は、いずれも１個の半導体素子に統合して同様の機能を発揮させてもよい。また、図３において、ケース２２の図示は、省略されている。

第１の冷却部材１１は、典型的にはアルミニウム合金製でケース２２に固定され、３個の第１の半導体素子１２の動作時に発せられる熱を受けて外部に放熱するヒートシンクとしての機能と、３個の第１の半導体素子１２を装着する装着部材としての機能と、ケース２２の開口部を塞ぐ蓋としての機能と、を有している。３個の第１の半導体素子１２は、ｘ軸の方向に沿って配列された態様で、図示を省略する絶縁シートを介在させながら第１の冷却部材１１に装着されている。

第１の冷却部材１１の一方の表面１１Ａは、３個の第１の半導体素子１２を装着すべく段差の無いフラットな平面として構成され、その反対側の他方の表面１１Ｂには、放熱効率を高めるために複数枚の放熱フィン１１Ｃが規則的に配列された態様で配設されている。第１の冷却部材１１には、種々の取り付け用の貫通孔１１Ｄ等が配設されており、これらは必要に応じて防水や防塵のための図示を省略するプラグ等で塞がれることが好ましい。

３個の第１の半導体素子１２の各々の構成は同様であるが、各一が対応してＵ相交流電流用、Ｖ相交流電流用、及びＷ相交流電流用に適用される。Ｗ相交流電流用に適用された第１の半導体素子１２につき代表的に説明すると、かかる第１の半導体素子１２は、低電位側交流電流を生成するローサイド側スイッチング機能を有する。つまり、第１の半導体素子１２は、図示を省略する半導体チップと、半導体チップを封止する樹脂製のパッケージである封止体１２ａと、封止体１２ａの端部から延出した端子等と、封止体１２ａから上方に延出して図示を省略した接続リードと、を備える。なお、図２において、封止体１２ａの端部から延出した端子としては、ｙ軸の負方向側の端子１２ｂのみが図示されている。

第２の冷却部材１３は、第１の冷却部材１１と同様な構成であるが、第１の冷却部材１１に対して天地を逆にした態様で対向しながら、ケース２２に固定され、第２の半導体素子１４の動作時に発せられる熱を受けて外部に放熱するヒートシンクとしての機能と、第２の半導体素子１４を装着する装着部材としての機能と、ケース２２の開口部を塞ぐ蓋としての機能と、を有している。３個の第２の半導体素子１４は、ｘ軸の方向に沿って配列された態様で、図示を省略する絶縁シートを介在させながら第２の冷却部材１３に装着されている。

第２の冷却部材１３の一方の表面１３Ａは、３個の第２の半導体素子１４を装着すべく段差の無いフラットな平面として構成され、その反対側の他方の表面１３Ｂには、放熱効率を高めるために複数枚の放熱フィン１３Ｃが規則的に配列された態様で配設されている。第２の冷却部材１３には、種々の取り付け用の貫通孔１３Ｄ等が配設されている。

３個の第２の半導体素子１４の各々の構成は、３個の第１の半導体素子１２の構成と同様である。Ｗ相交流電流用に適用された第２の半導体素子１４につき代表的に説明すると
、かかる第２の半導体素子１４は、高電位側交流電流を生成するハイサイド側スイッチング機能を有し、図示を省略する半導体チップを封止するパッケージである樹脂製の封止体１４ａと、封止体１４ａの端部から延出した端子等と、封止体１４ａから上方に延出して図示を省略した接続リードと、を備える。なお、図２において、封止体１４ａの端部から延出した端子としては、ｙ軸の負方向側の端子１４ｂのみが図示されている。

回路基板３１は、典型的にはＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）であり、そのプリント配線に各々電気的に接続しながら、各々図示を省略する制御ＩＣ、抵抗素子、コンデンサ等の各種素子を表面（上側面）上に実装する制御回路基板である。回路基板３１は、図示を省略した締結部材を固定穴３１Ａに挿通することによって、ケース２２内において、第１の半導体素子１２と第２の半導体素子１４との間に、これらからそれぞれ適度に離間した状態で、水平面と平行になるようにケース２２に装着される。これにより、第１の半導体素子１２、第２の半導体素子１４、及びそれらの動作時に相対的に大電流が流れる電流経路から、回路基板３１、制御ＩＣ、及びその制御電流経路を遠ざけられて、かかる回路基板３１等への不要な熱や電磁波の影響を低減すると共にそれらの耐久性を向上させることができる。

ここで、電力変換装置１は、いずれもケース２２に装着された、１個の正極導体４１（Ｐ）と、図示を省略した１個の負極導体と、第１の半導体素子１２及び第２の半導体素子１４の配列方向に対応して、ｘ方向に沿って配列された計３個の接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）と、を備えている。

正極導体４１（Ｐ）及び図示を省略した負極導体は、電動モータに電力を供給する場合、バッテリに電気的に接続されてバッテリから電力が供給される場合の電源入力配線として機能する。具体的には、正極導体４１（Ｐ）は、バッテリの正極端子に電気的に接続され、図示を省略した負極導体は、バッテリの負極端子に電気的に接続される。なお、バッテリを充電する場合には、正極導体４１（Ｐ）及び図示を省略した負極導体は、出力配線として機能する。

接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）は、各々、典型的にはアルミ合金製であり、上下方向に延在する起立ブロック部４２Ａと、起立ブロック部４２Ａからｙ軸の負方向に延在する延在ブロック部４２Ｂと、を有し、ｙ−ｚ平面に平行な縦断面でＴ字形状の導電性ブロック構造体により構成される。起立ブロック部４２Ａには、雌ねじを有する上下一対の締結孔４３Ａ、４３Ｂが設けられ、延在ブロック部４２Ｂのｙ軸の負方向側の端部には、雌ねじを有する締結孔４４が設けられる。接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）は、各々、締結部材４５Ａ、４５Ｂ及び一対の締結孔４３Ａ、４３Ｂを用いて、対応する第１の半導体素子１２及び第２の半導体素子１４の端子１２ｂ、１４ｂを機械的に締結しながら、第１の半導体素子１２及び第２の半導体素子１４に電気的に接続される。

併せて、接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）は、各々、図示を省略した締結部材及び締結孔４４を用いて、対応する電動モータのＵ相、Ｖ相、及びＷ相の駆動電流入力端子を機械的に締結しながら、電動モータに電気的に接続される。これにより、接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）は、電動モータに電気的に接続されて電動モータに電力を供給する場合の三相交流電流の出力配線として機能する。

更に、電力変換装置１は、接続導体４２（Ｕ）を流れるＵ相交流電流を検出する電流検出ユニット５１（Ｕ）、接続導体４２（Ｖ）を流れるＶ相交流電流を検出する電流検出ユニット５１（Ｖ）、及び接続導体４２（Ｗ）を流れるＷ相交流電流を検出する電流検出ユニット５１（Ｗ）を備えている。

具体的には、電流検出ユニット５１（Ｕ）、５１（Ｖ）、５１（Ｗ）は、同様な構成を有するものであるが、いずれも、非接触型で磁電変換型の電流センサ素子である典型的には磁気抵抗素子５４Ａ、５４Ｂと、磁気抵抗素子５４Ａ、５４Ｂが電気的に接続されて増幅回路等を有するＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）５５と、磁気抵抗素子５４Ａ、５４Ｂ及びＩＣ５５を封止する樹脂製のパッケージである封止体５１ａと、封止体５１ａの端部から延出した端子５１ｂと、を備える。かかる封止体５１ａは、ｘ軸の方向に延在する基部５３と、対応する接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）を挟み込むように基部５３からｙ軸の負方向に延在して互いに対向する一対の延在部５２Ａ、５２Ｂと、を有し、平面視でコの字形状の形状を備える。ここで、非接触型で磁電変換型の電流センサ素子としては、原理的には、磁気抵抗素子のみならずホール素子も使用可能である。磁気抵抗素子を用いた場合には、接続導体を挟むようにして２個の磁気抵抗素子を配置することが、その検出精度を向上する等の観点からは好ましく、以下の説明では、接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）に対して２個の磁気抵抗素子５４Ａ、５４Ｂを各々配置した構造例で説明する。また、ホール素子を用いた場合には、一般的には接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）に対して１個のホール素子を配置すれば足りる。また、もちろん、磁気抵抗素子とホール素子とを組み合わせて使用してもよい。なお、図２において、電流検出ユニット５１（Ｗ）のみが図示されている。

より詳しくは、電流検出ユニット５１（Ｗ）につき代表的に説明すると、かかる電流検出ユニット５１（Ｗ）において、ｘ軸の負方向側に配置される延在部５２Ａには、磁気抵抗素子５４Ａが封止体５１ａ中に埋設され、ｘ軸の正方向側に配置される延在部５２Ｂには、磁気抵抗素子５４Ｂが封止体５１ａ中に埋設され、かつ、基部５３には、ＩＣ５５が埋設されている。構成の簡便上からは、磁気抵抗素子５４Ａ、５４Ｂ及びＩＣ５５は、封止体５１ａ中に埋設され平面視でコの字形状の形状を備えるＰＣＢ等の共通の１個の配線基板Ｓ上に実装されることが好ましい。

ここで、磁気抵抗素子５４Ａ、５４Ｂにおいては、上下方向が磁束入射方向に設定されているものであるため、対応する接続導体４２（Ｗ）の延在ブロック部４２Ｂに交流電流が流れることに起因して発生する磁界の磁束が、磁気抵抗素子５４Ａ、５４Ｂのｘ−ｙ平面に平行な感受面に各々確実に垂直に入射することが好ましい。

かかる観点からは、磁気抵抗素子５４Ａ、５４Ｂの上下方向の厚さは、対応する接続導体４２（Ｗ）の延在ブロック部４２Ｂの上下方向の厚さよりも各々小さく設定されると共に、磁気抵抗素子５４Ａは、対応する接続導体４２（Ｗ）の延在ブロック部４２Ｂにおけるｙ−ｚ平面に平行でｘ軸の負方向側に位置する縦壁面部４２Ｃに対して、磁気抵抗素子５４Ａの上下端部が縦壁面部４２Ｃから上下方向ではみ出さない範囲内で、つまり、縦壁面部４２Ｃの高さ範囲内で、ｘ軸の負方向側に隣接対向して設けられ、かつ、磁気抵抗素子５４Ｂは、対応する接続導体４２（Ｗ）の延在ブロック部４２Ｂにおけるｙ−ｚ平面に平行でｘ軸の正方向側に位置する縦壁面部４２Ｄに対して、磁気抵抗素子５４Ｂの上下端部が縦壁面部４２Ｄから上下方向ではみ出さない範囲内で、つまり、縦壁面部４２Ｄの高さ範囲内で、ｘ軸の正方向側に隣接対向して設けられることが好ましい。このように磁気抵抗素子５４Ａ、５４Ｂの上下方向の厚さを、対応する接続導体４２（Ｗ）の延在ブロック部４２Ｂの上下方向の厚さよりも各々小さく設定するには、接続導体４２（Ｗ）を、単なる線状や板状の構成にするのではなく、ｘ−ｚ断面やｙ−ｚ断面で典型的には矩形状のブロック状の構成にすることが、その上下方向の厚さを確保できるため好ましい。また、このように接続導体４２（Ｗ）をブロック状とすることで、それ自体の強度、剛性及びその組付け位置精度を十分に確保でき、磁気抵抗素子５４Ａ、５４Ｂが、封止体５１ａでモジュール化されていることとも相俟って、接続導体４２（Ｗ）及び磁気抵抗素子５４Ａ、５４Ｂの組付け位置精度も十分に確保できる。更に、磁気抵抗素子５４Ａ、５４Ｂに対し
て均等に磁束を入射させる観点からは、磁気抵抗素子５４Ａ、５４Ｂは、対応する接続導体４２（Ｗ）の延在ブロック部４２Ｂに対して、ｘ軸方向で対称に縦壁面部４２Ｃ、４２Ｄの上下方向の中央部に対応して配設されることが好ましい。

また、電流検出ユニット５１（Ｗ）の封止体５１ａにおいては、基部５３の裏面の少なくとも一部は、水平な面に設定され、かかる面は、封止体５１ａ、つまり電流検出ユニット５１（Ｗ）を回路基板３１の上面に載置するための載置面５３Ａとして機能する。よって、電流検出ユニット５１（Ｗ）は、載置面５３Ａが回路基板３１の上面上に載置され、かつ、基部５３内に埋設されたＩＣ５５から伸びる端子５１ｂが半田材５７で回路基板３１に固定され電気的に接続されることによって、回路基板３１に実装される。

［電力変換装置の動作］
次に、以上の構成を有する電力変換装置１の動作を、バッテリからの直流電流をＵ相、Ｖ相、及びＷ相の三相から成る三相交流電流に変換して電動モータに供給する場合を例に挙げて、詳細に説明する。

回路基板３１のスイッチング動作を制御する制御ＩＣが動作した状態で、バッテリからの直流電流が３個の第１の半導体素子１２及び３個の第２の半導体素子１４に供給されると、かかる制御ＩＣが３個の第１の半導体素子１２及び３個の第２の半導体素子１４のスイッチング動作を制御することにより、供給された直流電流はＵ相、Ｖ相、及びＷ相の三相から成る三相交流電流に変換される。

そして、このように得られた三相交流電流は、接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）を介して、電動モータに供給される。

この際、接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）の延在ブロック部４２Ｂを対応して流れるＵ相交流電流、Ｖ相交流電流、及びＷ相交流電流に起因して、延在ブロック部４２Ｂの周囲に磁界が発生し、その磁束は、対応する電流検出ユニット５１（Ｕ）、５１（Ｖ）、５１（Ｗ）の磁気抵抗素子５４Ａ及び磁気抵抗素子５４Ｂを垂直に貫くように入射する。

すると、磁気抵抗素子５４Ａ及び磁気抵抗素子５４Ｂは、入射された磁束の磁束密度に対応した大きさの電流を電流信号としてＩＣ５５に出力する。ＩＣ５５は、磁気抵抗素子５４Ａ及び磁気抵抗素子５４Ｂからの電流信号に対し増幅等の所定の処理を施し、所定の処理が施された電流信号を回路基板３１に実装された制御ＩＣに出力する。そして、かかる制御ＩＣは、ＩＣ５５からの電流信号を用いて三相交流電流出力の安定化制御等を行うことになる。

［電力変換装置の組み立て］
次に、以上の構成を有する電力変換装置１の組み立て方法につき、詳細に説明する。

電力変換装置１を組み立てる際には、まず、電流検出ユニット５１（Ｕ）、５１（Ｖ）、５１（Ｗ）の各々の封止体５１ａにおける載置面５３Ａを回路基板３１の上面上に位置決めしながら載置し、かつ、基部５３内に埋設されたＩＣ５５から伸びる端子５１ｂを半田材５７で回路基板３１に電気的に接続して固定することにより、電流検出ユニット５１（Ｕ）、５１（Ｖ）、５１（Ｗ）を回路基板３１に実装して、かかる電流検出ユニット５１（Ｕ）、５１（Ｖ）、５１（Ｗ）を実装した回路基板３１を用意する。

次に、第１の冷却部材１１の表面１１Ａ上に位置決めして固定した３個の第１の半導体素子１２をケース２２内に収納すると共に、第１の冷却部材１１の表面１１Ｂをケース２
２の外に露出させながら第１の冷却部材１１の表面１１Ａをケース２２の下端に当接させることにより、ケース２２に第１の半導体素子１２を固定した第１の冷却部材１１を装着して固定する。

次に、ケース２２の側壁２１に各々形成された貫通孔２２Ａに正極導体４１（Ｐ）、図示を省略した負極導体、及び接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）を挿通した後、ケース２２の側壁に設けられ図示を省略した固定部に各導体を固定する。

次に、ケース２２、第１の半導体素子１２、及び接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）に対する位置決めをしながら図示を省略した締結部材を固定穴３１Ａに挿通することにより、ケース２２内に、電流検出ユニット５１（Ｕ）、５１（Ｖ）、５１（Ｗ）等を実装した回路基板３１を載置して固定する。この際、回路基板３１に形成された図示を省略した位置決め孔に第１の半導体素子１２側に設けられた図示を省略した位置決めピンを挿通することによって、回路基板３１に対して第１の半導体素子１２を位置決めされ電気的に接続される。併せて、回路基板３１に実装された電流検出ユニット５１（Ｕ）、５１（Ｖ）、５１（Ｗ）の延在部５２Ａ、５２Ｂが対応する接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）を挟み込んだ態様で、電流検出ユニット５１（Ｕ）、５１（Ｖ）、５１（Ｗ）を実装した回路基板３１が、ケース２２に固定されている。

次に、第２の冷却部材１３の表面１３Ａ上に位置決めして固定した３個の第２の半導体素子１４をケース２２内に収納すると共に、第２の冷却部材１３の表面１３Ｂをケース２２の外に露出させながら第２の冷却部材１３の表面１３Ａをケース２２の上端に当接させることにより、ケース２２に第２の半導体素子１４を固定した第２の冷却部材１３を装着して固定する。この際、回路基板３１に形成された図示を省略した位置決め孔に第２の半導体素子１４側に設けられた図示を省略した位置決めピンを挿通することによって、回路基板３１に対して第２の半導体素子１４を位置決めされ電気的に接続される。

次に、図示を省略する締結工具を第１の冷却部材１１の貫通孔１１Ｄからケース２２内に順次侵入させながら、締結部材４５Ｂを締結孔４３Ｂに締め込むことにより、第１の半導体素子１２を対応する接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）に締結して電気的に接続する。次に、図示を省略する締結工具を第２の冷却部材１３の貫通孔１３Ｄからケース２２内に順次侵入させながら、締結部材４５Ａを締結孔４３Ａに締め込むことにより、第２の半導体素子１４を対応する接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）に締結して電気的に接続する。

そして最後に、必要に応じて、第１の冷却部材１１の貫通孔１１Ｄ、及び第２の冷却部材１３の貫通孔１３Ｄを図示を省略するグロメット等で塞ぐことにより、電力変換装置１の組み立ては完了する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態における電力変換装置１では、電流検出ユニット５１（Ｕ）、５１（Ｖ）、５１（Ｗ）が、ブロック状の接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）を挟み込むようにコの字形状に形成され、かつ、回路基板３１に実装されているので、回路基板３１をケース２２に組み付けるだけで、電流検出ユニット５１（Ｕ）、５１（Ｖ）、５１（Ｗ）と接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）とを組み付けることができ、接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）の形状を複雑化させることなく、電流検出ユニット５１（Ｕ）、５１（Ｖ）、５１（Ｗ）と接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）との組み付け性を向上させることができる。

また、本実施形態における電力変換装置１では、電流検出ユニット５１（Ｕ）、５１（Ｖ）、５１（Ｗ）が、回路基板３１に載置するための載置面５３Ａを備えているので、電
流検出ユニット５１（Ｕ）、５１（Ｖ）、５１（Ｗ）を回路基板３１により正確かつ簡便に実装することができる。

また、本実施形態における電力変換装置１においては、磁気抵抗素子やホール素子といった２個の電流センサ素子５４Ａ、５４Ｂが、接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）の対応する縦壁面部４２Ｃ、４２Ｄに対して、かかる縦壁面部４２Ｃ、４２Ｄの高さ範囲内で隣接して配設されることにより、接続導体４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）を流れる電流をより正確に検出することができる。

なお、本発明においては、部材の形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

以上のように、本発明においては、検出対象の電流が流れる接続導体の形状を複雑化させることなく、電流検出ユニットと接続導体との組み付け性を向上することができる電力変換装置を提供することができるものであるため、その汎用普遍的な性格から広範に電力変換装置等の半導体制御装置の分野に適用され得るものと期待される。

１…電力変換装置
１１…第１の冷却部材
１１Ａ、１１Ｂ…表面
１１Ｃ…放熱フィン
１１Ｄ…貫通孔
１２…第１の半導体素子
１２ａ…封止体
１２ｂ…端子
１３…第２の冷却部材
１３Ａ、１３Ｂ…表面
１３Ｃ…放熱フィン
１３Ｄ…貫通孔
１４…第２の半導体素子
１４ａ…封止体
１４ｂ…端子
２１…側壁
２２…ケース
２２Ａ…貫通孔
３１…回路基板
３１Ａ…固定穴
４１（Ｐ）…正極導体
４２（Ｕ）、４２（Ｖ）、４２（Ｗ）…接続導体
４２Ａ…起立ブロック部
４２Ｂ…延在ブロック部
４２Ｃ、４２Ｄ…縦壁面部
４３Ａ、４３Ｂ、４４…締結孔
４５Ａ、４５Ｂ…締結部材
５１（Ｕ）、５１（Ｖ）、５１（Ｗ）…電流検出ユニット
５１ａ…封止体
５１ｂ…端子
５２Ａ、５２Ｂ…延在部
５３…基部
５３Ａ…載置面
５４Ａ、５４Ｂ…磁気抵抗素子（電流センサ素子）
５５…ＩＣ
５７…半田材

Claims (4)

1. スイッチング動作する半導体素子と、前記半導体素子からの電流を磁電変換型の少なくとも一つの電流センサ素子によって検出する電流検出ユニットと、を備えた電力変換装置であって、
   前記半導体素子に電気的に接続するブロック構造体である接続導体を備え、
   前記電流検出ユニットは、基部と、前記接続導体を挟み込むように前記基部から延在する一対の延在部と、を有してコの字形状に形成されると共に、回路基板に実装され、
   前記少なくとも一つの電流センサ素子は、前記一対の延在部の少なくとも一方に配置されることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記電流検出ユニットは、前記回路基板に載置するための載置面を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記少なくとも一つの電流センサ素子は、磁気抵抗素子又はホール素子を含み、前記接続導体の対応する壁面部に対して、前記壁面部の高さ範囲内で隣接して配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記少なくとも一つの電流センサ素子は、２個の磁気抵抗素子を含み、前記２個の磁気抵抗素子の一方は、前記一対の延在部の一方に配置されると共に、前記２個の磁気抵抗素子の他方は、前記一対の延在部の他方に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電力変換装置。

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