JP6005381B2 - Power converter - Google Patents
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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。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device including a current detection unit that detects a current from a semiconductor element that performs a switching operation by a non-contact type magneto-electric current sensor element.
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。
In recent years, electric vehicles equipped with an electric motor as a driving force source have become widespread. An electric vehicle performs control to convert DC power supplied from a battery into AC power and supply it to an electric motor, and also converts AC power generated by a regenerative mechanism during braking to DC power into a battery. Power control unit (PEU: Power Electronic) that controls to store electricity
Unit).
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、接続導体を流れる検出対象の電流によって生じる磁束を磁気センサにより検出することにより、検出対象の電流を検出する構成が提案されている。 Such a power control device is a power conversion device if attention is paid to the function of converting power and supplying it to an external device. The power control device detects the output of an alternating current and converts it so that a stable output is obtained based on the detected value. The operation is adjusted. In order to detect the output of such AC power, a configuration has been proposed in which a magnetic current generated by a current to be detected flowing through a connection conductor is detected by a magnetic sensor to detect the current to be detected.
特許文献1は、屈曲部を有する接続導体を流れる電流によって生じる磁束を測定することにより、接続導体を流れる電流を求める電流検出装置に関し、屈曲部に配設されると共に感受面を有し、接続導体を流れる電流による磁束を電気信号に変換する磁束検出素子を備える構成を開示している。
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、磁束検出素子が接続導体の屈曲部付近に配置されているために、磁束検出素子が接続導体の垂直方向及び水平方向の磁束の他に屈曲部に起因する斜め方向の磁束を検出して、電流を正確に検出することが困難になる傾向がある。特に、屈曲部においては、電流が集中することによって斜め方向に強い磁束が発生するため、磁束検出素子は、電流を正確に検出することが困難になる傾向が強い。
However, according to the study of the present inventor, in the configuration of
本発明は、以上の検討を経てなされたもので、簡便な構成により、検出対象の電流を正確に検出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。 The present invention has been made through the above studies, and an object thereof is to provide a power conversion device that can accurately detect a current to be detected with a simple configuration.
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少なくとも1つの半導体素子と、前記半導体素子からの電流を検出する磁電変換型の電流センサ素子と、を備えた電力変換装置であって、前記半導体素子の出力端子と外部機器の接続端子とを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、前記接続導体は、第1の方向に延在し、前記半導体素子の前記出力端子と接続する第1の接続導体と、前記第1の接続導体から前記第1の方向に直交する第2の方向に延在し、外部機器の接続端子と接続する第2の接続導体と、を有し、前記第1の接続導体と前記第2の接続導体とは、傾斜形状部を介して接続され、前記電流センサ素子は、前記第2の接続導体に対応して配設され、前記少なくとも1つの半導体素子は、前記第1の方向で対向する2個の半導体素子を含み、前記接続導体は、前記2個の半導体素子の前記出力端子と前記外部機器の前記接続端子とを電気的に接続するブロック構造体であって、前記第1の接続導体と前記第2の接続導体とを接続する前記第3の接続導体を備え、前記第1の接続導体は、前記2個の半導体素子の前記出力端子と接続し、前記第3の接続導体は、前記傾斜形状部を有すると共に、前記第1の接続導体と前記第2の接続導体との間を分岐して接続する電力変換装置である。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention includes at least one semiconductor element that performs a switching operation, and a magnetoelectric conversion type current sensor element that detects a current from the semiconductor element. A power conversion device comprising a connection conductor that is a block structure that electrically connects an output terminal of the semiconductor element and a connection terminal of an external device, the connection conductor extending in a first direction, A first connection conductor connected to the output terminal of the semiconductor element; and a first connection conductor extending from the first connection conductor in a second direction orthogonal to the first direction and connected to a connection terminal of an external device. Two connection conductors, wherein the first connection conductor and the second connection conductor are connected via an inclined shape portion, and the current sensor element corresponds to the second connection conductor. disposed Te, wherein at least one of the semiconductor The element includes two semiconductor elements facing each other in the first direction, and the connection conductor electrically connects the output terminal of the two semiconductor elements and the connection terminal of the external device. The structure includes the third connection conductor that connects the first connection conductor and the second connection conductor, and the first connection conductor is the output terminal of the two semiconductor elements. connected to the third connection conductor, which has the inclined shaped portion, a power conversion device to connect to branch between said first connecting conductor and the second connecting conductor.
また、本発明の第2の局面は、かかる第1の局面に加えて、前記第3の接続導体の前記傾斜形状部は、R形状部である電力変換装置である。 In addition to the first aspect, the second aspect of the present invention is a power conversion device in which the inclined shape portion of the third connection conductor is an R shape portion.
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、前記電流センサ素子の上端部の位置は、前記第1の接続導体と前記第3の接続導体との接続位置よりも低く、かつ、前記電流センサ素子の前記第3の接続導体側の端部の位置は、前記第2の接続導体と前記第3の接続導体との接続位置よりも前記第2の接続導体側に位置している電力変換装置である。 Further, according to a third aspect of the present invention, in addition to the first or second aspect, the position of the upper end portion of the current sensor element is a connection between the first connection conductor and the third connection conductor. The position of the end of the current sensor element on the side of the third connection conductor is lower than the connection position of the second connection conductor and the third connection conductor. It is the power converter device located in the conductor side.
本発明の第1の局面における電力変換装置においては、半導体素子の出力端子と外部機器の接続端子とを電気的に接続するブロック構造体である接続導体が、第1の方向に延在し、スイッチング動作する半導体素子の出力端子と接続する第1の接続導体と、第1の接続導体から記第1の方向に直交する第2の方向に延在し、外部機器の接続端子と接続する第2の接続導体と、を有し、第1の接続導体と第2の接続導体とが、傾斜形状部を介して接続されており、電流センサ素子が、第2の接続導体に対応して配設されていることにより、第1の接続導体と第2の接続導体との接続部付近での電流の集中を緩和すると共に斜め方向の磁束を低減し得て、電流センサ素子に対する斜め方向の磁束の影響を低減することができるので、検出対象の電流を正確に検出することができる。併せて、接続導体が、ブロック構造体であるため、別途端子台を用意することなく、半導体素子の出力端子と外部機器の接続端子とを電気的に接続することができる。 In the power conversion device according to the first aspect of the present invention, the connection conductor, which is a block structure that electrically connects the output terminal of the semiconductor element and the connection terminal of the external device , extends in the first direction, A first connection conductor connected to the output terminal of the semiconductor element performing the switching operation, and a first connection conductor extending from the first connection conductor in a second direction orthogonal to the first direction and connected to the connection terminal of the external device. Two connection conductors, the first connection conductor and the second connection conductor are connected via the inclined shape portion, and the current sensor element is arranged corresponding to the second connection conductor. By being provided, the concentration of current near the connection portion between the first connection conductor and the second connection conductor can be reduced and the magnetic flux in the oblique direction can be reduced, and the magnetic flux in the oblique direction with respect to the current sensor element can be reduced. Can reduce the effects of They are possible to accurately detect. In addition, since the connection conductor is a block structure, the output terminal of the semiconductor element and the connection terminal of the external device can be electrically connected without preparing a separate terminal block.
また、本発明の第1の局面における電力変換装置においては、第1の方向で対向する2個の半導体素子の出力端子と外部機器の接続端子とを電気的に接続するブロック構造体である接続導体が、第1の接続導体と第2の接続導体とを接続する傾斜形状部を有すると共に第1の接続導体と第2の接続導体との間を分岐して接続する第3の接続導体を備えることにより、接続導体を流れる電流を分散させることができて、第1の接続導体と第2の接続導体との接続部付近での電流の集中をより緩和すると共に斜め方向の磁束の発生をより低減し得て、電流センサ素子に対する斜め方向の磁束の影響をより低減することができるので、検出対象の電流をより正確に検出することができる。併せて、第3の接続導体の分岐部分には貫通孔を形成することができるので、接続導体の材料の余分な部分を削減し得てそのコストを低減することができる。 In the power conversion device according to the first aspect of the present invention, the connection is a block structure that electrically connects the output terminals of the two semiconductor elements facing each other in the first direction and the connection terminals of the external device. A conductor having an inclined shape part for connecting the first connection conductor and the second connection conductor, and a third connection conductor for branching and connecting between the first connection conductor and the second connection conductor; By providing, the current flowing through the connection conductor can be dispersed, the concentration of current near the connection portion between the first connection conductor and the second connection conductor is further reduced, and the generation of magnetic flux in an oblique direction is generated. Since the influence of the magnetic flux in the oblique direction on the current sensor element can be further reduced, the current to be detected can be detected more accurately. In addition, since a through hole can be formed in the branching portion of the third connection conductor, an extra portion of the material of the connection conductor can be reduced and the cost can be reduced.
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、第3の接続導体の傾斜形状部が、R形状部であることにより、第1の接続導体と第2の接続導体との接続部付近での電流の集中をより緩和すると共に斜め方向の磁束の発生をより低減し得て、電流センサ素子に対する斜め方向の磁束の影響をより低減させることができるので、検出対象の電流をより正確に検出することができる。 Further, in the power conversion device according to the second aspect of the present invention, the inclined connecting portion of the third connecting conductor is an R-shaped portion, whereby the connecting portion between the first connecting conductor and the second connecting conductor. The current concentration in the vicinity can be further relaxed and the generation of magnetic flux in the oblique direction can be further reduced, and the influence of the magnetic flux in the oblique direction on the current sensor element can be further reduced, so that the current to be detected can be more accurately detected. Can be detected.
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、電流センサ素子の上端部
の位置が、第1の接続導体と第3の接続導体との接続位置よりも低く、かつ、電流センサ素子の第3の接続導体側の端部の位置が、第2の接続導体と第3の接続導体との接続位置よりも第2の接続導体側に位置していることにより、電流センサ素子に対する水平方向の磁束を電流センサ素子の配置位置よりも高い位置で発生させることができると共に、電流センサ素子に対する斜め方向の磁束の影響をより低減させることができるので、検出対象の電流をより正確に検出することができる。
In the power conversion device according to the third aspect of the present invention, the position of the upper end portion of the current sensor element is lower than the connection position between the first connection conductor and the third connection conductor, and the current sensor element. The position of the end portion on the third connection conductor side of the second connection conductor is positioned on the second connection conductor side with respect to the connection position between the second connection conductor and the third connection conductor. The magnetic flux in the direction can be generated at a position higher than the position where the current sensor element is arranged, and the influence of the magnetic flux in the oblique direction on the current sensor element can be further reduced, so that the current to be detected can be detected more accurately. can do.
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。 Hereinafter, a power converter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
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。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。 FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a power conversion device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged partial longitudinal sectional view schematically showing the power conversion device cut along the AA cutting line shown in FIG. 1. In the figure, the x-axis, y-axis, and z-axis form a three-axis orthogonal coordinate system, the z-axis direction is the vertical direction, and the xy plane is the horizontal plane.
[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。
[Control system configuration]
First, the configuration of a control system to which the power conversion device according to this embodiment is applied will be described in detail.
図1及び図2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。
The
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。
For example, when a three-phase alternating current is used as the drive current of the electric motor, the
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。 The electric motor is, for example, a three-phase brushless electric motor that operates by supplying three-phase AC power, and supplies a driving force for driving an electric vehicle. The battery is typically a nickel metal hydride or lithium ion secondary battery, supplies electric power necessary for an electric motor and other auxiliary machines, and stores regenerative power generated from a regenerative mechanism.
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。
The
[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。
[Configuration of power converter]
Next, with respect to the configuration of the
図1及び図2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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
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。
The
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。
One
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1
2aの端部から延出した端子としては、y軸の負方向側の出力端子12bのみが図示されている。
The configuration of each of the three
As the terminal extending from the end of 2a, only the
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。
The
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。
One
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軸の負方向側の出力端子14bのみが図示されている。
The configuration of each of the three
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、共に図示を省略した締結部材を固定穴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。
The
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。
Here, the
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。 The positive electrode conductor 41 (P) and the negative electrode conductor (not shown) function as power supply input wiring when electric power is supplied to the electric motor and is electrically connected to the battery. Specifically, the positive conductor 41 (P) is electrically connected to the positive terminal of the battery, and the negative conductor, not shown, is electrically connected to the negative terminal of the battery. When charging the battery, the positive electrode conductor 41 (P) and the negative electrode conductor (not shown) function as output wiring.
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である第1の接続導体43と、第1の接続導体43からy軸の負方向に延在する延在ブロック部である第2の接続導体44と、第1の接続
導体43と第2の接続導体44との間に介在してこれらを接続する第3の接続導体45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一体に構成される。第1の接続導体43には、雌ねじを有する上下一対の締結孔46A、46Bが設けられ、第2の接続導体44のy軸の負方向側の端部には、雌ねじを有する締結孔47が設けられる。
Each of the connection conductors 42 (U), 42 (V), and 42 (W) is typically made of an aluminum alloy, and the
かかる接続導体42(U)、42(V)、42(W)は、各々、締結部材48A、48B及び一対の締結孔46A、46B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の出力端子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。
The connection conductors 42 (U), 42 (V), and 42 (W) are respectively connected to the corresponding
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47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。
In addition, the connection conductors 42 (U), 42 (V), and 42 (W) are respectively connected to the U phase, the V phase, and the W of the corresponding electric motor by using a fastening member and a
ここで、第3の接続導体45は、第1の接続導体43の上側起立部分と第2の接続導体44との接続部でy−z平面に平行な縦断面においてこれらに接するR形状の外形を付与された上側分岐部45Aを有すると共に、第1の接続導体43の下側起立部分と第2の接続導体44との接続部でy−z平面に平行な縦断面においてこれらに接するR形状の外形を付与された下側分岐部45Bを一体に有する。かかる上側分岐部45Aと下側分岐部45Bとの間には、x軸の方向に貫通した貫通孔45Cが形成されている。
Here, the third connection conductor 45 is an R-shaped outer shape in contact with each other in a longitudinal section parallel to the yz plane at the connection portion between the upper standing portion of the
かかる接続導体42(U)、42(V)、42(W)は、各々、それらの柱状の1個の母材を押し型でx軸の方向に押し出し加工することにより好適に成形され、この際、第1の接続導体43、第2の接続導体44、及び第3の接続導体45が、一度に成形され、特に、R形状の外形を付与された上側分岐部45A、R形状の外形を付与された下側分岐部45B、及びそれらの間でx軸の方向に貫通する貫通孔45Cが、一度に成形されることになる。つまり、接続導体42(U)、42(V)、42(W)は、単なる線状や板状の構成にした場合には、第1の接続導体43、第2の接続導体44及び第3の接続導体45から構成される複雑な造形を、同一母材から一度に成形することは不可能であるが、ブロック構造体とすることにより、かかる複雑な造形を、同一母材から一度に成形することを可能としたものである。なお、貫通孔45Cは、押し出し加工時の母材の材料流れとの関連で、孔部として形成されたものである。
Each of the connection conductors 42 (U), 42 (V), and 42 (W) is preferably formed by extruding one columnar base material in the x-axis direction with a pressing die. At this time, the first connecting
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、接続導体42(V)を流れるV相交流電流、及び接続導体42(W)を流れるW相交流電流をそれぞれ検出する非接触型の3個の電流センサ素子51を備えている。かかる電流センサ51は、典型的にはホール素子を有するコアレス型の磁電変換電流センサであり、対応する接続導体42(U)、42(V)、42(W)における第2の接続導体44の直上の近接位置において、回路基板31を延長した延長部Sの上に実装され、第2の接続導体44にW相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垂直に入射する磁束感受方向を有する。なお、かかる電流センサ51は、絶縁シートを介在させてケース22に装着して固定してもよい。また、図2において、3個の電流センサ素子51としては、W相交流電流用のものが図示されている。
Furthermore, the
ここで、3個の電流センサ素子51は、3個の電流センサ素子51の上端部が、対応する接続導体42(U)、42(V)、42(W)における第1の接続導体43と第3の接続導体45との接続位置、つまり上側分岐部45AのR形状の上側のR止まり位置P1よ
りも低く、かつ、3個の電流センサ素子51のy軸の正方向側の端部が、対応する接続導体42(U)、42(V)、42(W)における第2の接続導体44と第3の接続導体45との接続位置、つまり上側分岐部45AのR形状の下側のR止まり位置P2よりもy軸の負方向側に位置するように配置されている。なお、かかるR形状に関しては、その曲率は一定でなくともよく、また、R形状の外形に代えて、位置P1と位置P2とを結ぶ直線状の外形を付与してもよく、かかる直線状の外形は、複数の直線から成るものであってもよい。
[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。
Here, the three
[Operation of power converter]
Next, when the operation of the
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。
When a direct current from the battery is supplied to the three
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。 And the three-phase alternating current obtained in this way is supplied to an electric motor via the connection conductors 42 (U), 42 (V), and 42 (W).
この際、3個の電流センサ素子51が、それらの上端部が、対応する接続導体42(U)、42(V)、42(W)における第1の接続導体43と第3の接続導体45との接続位置、つまり上側分岐部45AのR形状の上側のR止まり位置P1よりも低く、かつ、それらのy軸の正方向側の端部が、対応する接続導体42(U)、42(V)、42(W)における第2の接続導体44と第3の接続導体45との接続位置、つまり上側分岐部45AのR形状の下側のR止まり位置P2よりもy軸の負方向側に位置するように配置されているため、接続導体42(U)、42(V)、42(W)の第2の接続導体44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、第2の接続導体44の周囲に発生した磁界の磁束が、対応する電流センサ素子51の磁束感受方向に入射する。一方で、第1の接続導体43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発生した磁界による磁束は、電流センサ素子51の上方に主として存在すると共に電流センサ素子51の磁束感受方向に直交するため、電流センサ素子51の検出動作に不要な影響を及ぼさない。また、第3の接続導体45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発生した磁界による磁束が、電流センサ素子51の磁束感受方向に交差すると共に、電流センサ素子51及び第3の接続導体45間の距離が相対的に長くなるため、電流センサ素子51の検出動作に与える影響が実用上無視し得るレベルの磁束密度となり、電流センサ素子51の検出動作に実質的に不要な影響を及ぼさない。
At this time, the three
すると、電流センサ素子51は、入射された磁束の磁束密度の大きさを検出して、それに対応した大きさの電流を電流信号として回路基板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、受けた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。
Then, the
[Assembly of power converter]
Next, a method for assembling the
電力変換装置1を組み立てる際には、まず、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22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。
When assembling the
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と共に、電流センサ51を、対応する接続導体42(U)、42(V)、42(W)における第2の接続導体44の直上において、回路基板31を延長した延長部Sの上に装着して固定する。
Next, the positive electrode conductor 41 (P), the negative electrode conductor (not shown), and the connection conductors 42 (U), 42 (V), and 42 (W) are inserted into the through
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共に図示を省略した締結部材を固定穴に挿通することにより、ケース22内に、制御IC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。
Next, by inserting a fastening member (not shown) into the fixing hole while positioning with respect to the
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。
Next, the three
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48Bを締結孔46B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48Aを締結孔46A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。
Next, a fastening tool (not shown) is sequentially inserted into the
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。
Finally, if necessary, the
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、第1の接続導体43と第2の接続導体44とが傾斜して接続している。これにより、第1の接続導体43と第2の接続導体44との接続部付近での電流の集中を緩和すると共に斜め方向の磁束の発生を低減し得て、電流センサ素子51に対する斜め方向の磁束の影響を低減することができるので、検出対象の電流を正確に検出することができる。併せて、接続導体42(U)、42(V)、42(W)ブロック構造体であるため、別途端子台を用意することなく、半導体素子12、14の出力端子と外部機器の接続端子とを電気的に接続することができる。
As is clear from the above description, in the
また、本実施形態における電力変換装置1では、第3の接続導体45が第1の接続導体43と第2の接続導体44との間で分岐して接続されている。これにより、接続導体42(U)、42(V)、42(W)を流れる電流を分散させることができ、第1の接続導体43と第2の接続導体44との接続部付近での電流の集中をより緩和すると共に斜め方向の磁束の発生をより低減し得て、電流センサ素子51に対する斜め方向の磁束の影響をよ
り低減させることができるので、検出対象の電流をより正確に検出することができる。また、第3の接続導体45の分岐部分には貫通孔45Cが形成されているので、接続導体42(U)、42(V)、42(W)の材料の余分な部分を削減し得て、接続導体42(U)、42(V)、42(W)のコストを低減することができる。
In the
また、本実施形態における電力変換装置1では、第3の接続導体45が、R形状を有している。これにより、第1の接続導体43と第2の接続導体44との接続部付近での電流の集中をより緩和すると共に斜め方向の磁束の発生をより低減し得て、電流センサ素子51に対する斜め方向の磁束の影響をより低減させることができるので、検出対象の電流をより正確に検出することができる。
Moreover, in the
また、本実施形態における電力変換装置1では、電流センサ素子51の上端部の位置が、第1の接続導体43と第3の接続導体45との接続位置P1よりも低く、かつ、電流センサ素子51の第3の接続導体45側の端部の位置が、第2の接続導体44と第3の接続導体45との接続位置P2よりも第2の接続導体44側に位置している。これにより、電流センサ素子51に対して水平方向に発生する磁束を電流センサ素子51の配置位置よりも高い位置で発生させることができると共に、電流センサ素子に対する斜め方向の磁束の影響をより低減させることができるので、検出対象の電流をより正確に検出することができる。
In the
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。 In the present invention, the shape, arrangement, number, and the like of the members are not limited to the above-described embodiments, and the components depart from the gist of the invention, such as appropriately replacing the constituent elements with those having the same effects. Of course, it can be appropriately changed within the range not to be.
以上のように、本発明においては、簡便な構成により、検出対象の電流を正確に検出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。 As described above, in the present invention, a power converter that can accurately detect a current to be detected can be provided with a simple configuration. It is expected to be applicable to the field of semiconductor control devices such as power conversion devices.
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
41(P)…正極導体
42(U)、42(V)、42(W)…接続導体
43…第1の接続導体
44…第2の接続導体
45…第3の接続導体
45A…上側分岐部
45B…下側分岐部
45C…貫通孔
46A、46B、47…締結孔
48A、48B…締結部材
51…電流センサ素子
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記半導体素子の出力端子と外部機器の接続端子とを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、
前記接続導体は、第1の方向に延在し、前記半導体素子の前記出力端子と接続する第1の接続導体と、前記第1の接続導体から前記第1の方向に直交する第2の方向に延在し、外部機器の接続端子と接続する第2の接続導体と、を有し、前記第1の接続導体と前記第2の接続導体とは、傾斜形状部を介して接続され、
前記電流センサ素子は、前記第2の接続導体に対応して配設され、
前記少なくとも1つの半導体素子は、前記第1の方向で対向する2個の半導体素子を含み、前記接続導体は、前記2個の半導体素子の前記出力端子と前記外部機器の前記接続端子とを電気的に接続するブロック構造体であって、前記第1の接続導体と前記第2の接続導体とを接続する前記第3の接続導体を備え、前記第1の接続導体は、前記2個の半導体素子の前記出力端子と接続し、前記第3の接続導体は、前記傾斜形状部を有すると共に、前記第1の接続導体と前記第2の接続導体との間を分岐して接続することを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device comprising at least one semiconductor element that performs a switching operation, and a magnetoelectric conversion type current sensor element that detects a current from the semiconductor element,
A connection conductor that is a block structure that electrically connects an output terminal of the semiconductor element and a connection terminal of an external device,
The connection conductor extends in a first direction, and is connected to the output terminal of the semiconductor element, and a second direction orthogonal to the first direction from the first connection conductor. And a second connection conductor that connects to a connection terminal of an external device, and the first connection conductor and the second connection conductor are connected via an inclined shape portion,
The current sensor element is disposed corresponding to the second connection conductor ,
The at least one semiconductor element includes two semiconductor elements opposed in the first direction, and the connection conductor electrically connects the output terminal of the two semiconductor elements and the connection terminal of the external device. A block structure for connecting the first connecting conductor and the second connecting conductor, the third connecting conductor connecting the first connecting conductor and the second connecting conductor, wherein the first connecting conductor includes the two semiconductors. connected to the output terminal of the element, the third connection conductor, which has the inclined shape portion, that you branched and connected between said first connecting conductor and the second connecting conductor A power conversion device.
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