JP6472561B1 - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】設計の自由度を確保しつつ、高精度な電流検出が可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】本発明に係る電力変換装置（１００）は、電源（１）から供給された電力の変換を、磁性部品（１２）を用いて行うものである。この電力変換装置は、負荷（２）に電力を供給するための複数のバスバ（２３ａ〜２３ｃ）と、バスバ毎に設けられ、バスバに電流が流れることにより発生する磁束を検出する電流センサ素子（２２ａ〜２２ｃ）と、磁性部品と電流センサ素子とを結ぶ直線上に配置され、磁性部品から電流センサ素子に向かう磁束を遮蔽する板状の磁気シールド板（２４ａ、２４ｂ）と、を備える【選択図】図２

Description

本発明は、電源から供給された電力の変換を、磁性部品を用いて行う電力変換装置に関する。
例えば、電気自動車、プラグインハイブリッドのような電動車両に搭載される大電力容量の電力変換装置では、バスバと、バスバに流れる電流量を検出するための電流センサとを備えることが多い。バスバとは、金属板もしくは金属棒で形成される導体部材であり、電流量が多い電流経路で用いられる。
バスバに流れる電流は、磁束を発生させる。電流センサは、磁気検出素子を備え、その磁気検出素子がバスバに隣接させて配置される。バスバに流れる電流の値は、磁気検出素子が出力する磁束数に応じた信号値に対して、係数を乗じることで算出される。磁気検出素子は、以降「電流センサ素子」と表記する。
測定対象のバスバ以外に磁束を発生させる外乱磁場は、電流センサ素子の信号値、つまり磁束数の検出値に影響を与える場合が多い。そのため、外乱磁場の強い環境では、バスバに流れる電流の値を高精度に検出するのは困難である。このことから、バスバに沿って、電流センサ素子を囲むように磁気シールド材を設けることにより、外乱磁場の影響を低減させ、電流センサの精度を維持させることが行われている（例えば、特許文献１参照）。
リアクトルを用いて電力変換を行う電力変換装置では、そのリアクトルが強い磁場を発生させる。電流センサ素子が磁束を検出できる感磁方向は、限られている。このことから、リアクトルに対し、リアクトルが発生する磁束が感磁方向と直交するように、電流センサ素子を配置することも行われている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０１７−１５１１２６号公報 特開２０１７−２０４９８１号公報
バスバに沿って、電流センサ素子を囲むように磁気シールドを設けたとしても、外乱磁場が発生させる磁束の向きと磁気シールド材との位置関係によっては、十分な遮蔽効果が得られない。つまり、十分な遮蔽効果を得るためには、外乱磁場を発生させる磁性部品と、バスバとの間の位置関係を適切なものとしなければならない。
しかし、磁性部品とバスバとの間の位置関係を規定する場合、設計上の自由度を狭めることになる。電力変換装置は、負荷での電力供給に用いられることもあり、単体の装置として製品化されることは少ない。そのため、多くの場合、満たすべき条件は少なくない。このこともあり、設計の自由度は、より確保することが好ましい。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、その目的は、設計の自由度を確保しつつ、高精度な電流検出が可能な電力変換装置を提供することにある。
本発明に係る電力変換装置は、電源から供給された電力の変換を、磁性部品を用いて行うことを前提とし、負荷に電力を供給するための複数のバスバと、バスバ毎に設けられ、バスバに電流が流れることにより発生する磁束を検出する電流センサ素子と、磁性部品と電流センサ素子とを結ぶ直線上に配置され、磁性部品から電流センサ素子に向かう磁束を遮蔽する板状の磁気シールド板と、を備える。
本発明によれば、設計の自由度を確保しつつ、高精度な電流検出を行うことができる。
本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の回路構成例を示す図である。 昇圧リアクトルと負荷に供給される電流用の各電流センサ素子との間の位置関係例を示す斜視図である。 昇圧リアクトルと負荷に供給される電流用の各電流センサ素子との間の位置関係例を示す平面図である。 昇圧リアクトルと負荷に供給される電流用の各電流センサ素子との間の位置関係例を示す側面図である。 磁界シミュレーションのための昇圧リアクトル、電流センサ素子、及び２つの磁気シールド板の間の位置関係を示す斜視図である。 磁界シミュレーションの結果を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る電力変換装置が収められた筐体内での昇圧リアクトル、バスバ、電流センサ素子、及び磁気シールド板の配置例を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る電力変換装置におけるバスバを含む周辺の構成例と昇圧リアクトルとの間の位置関係例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４に係る電力変換装置におけるバスバを含む周辺の構成例と昇圧リアクトルとの間の位置関係例を示す斜視図である。
以下、本発明に係る電力変換装置の実施の形態を、図を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の回路構成例を示す図である。
この電力変換装置１００は、電源１から供給される電力を変換し、電気諸量、つまり電圧、電流、周波数、位相、相数などを異ならせる装置であり、ＤＣ（Direct Current）ＤＣ昇圧コンバータ回路１０、及びインバータ回路２０を備えている。ＤＣＤＣ昇圧コンバータ回路１０の入力段には入力電力平滑コンデンサ３が接続され、ＤＣＤＣ昇圧コンバータ回路１０とインバータ回路２０とはリンクコンデンサ４を介して接続されている。
ＤＣＤＣ昇圧コンバータ回路１０は、電流センサ素子１１ａ、１１ｂ、昇圧リアクトル１２、及び半導体スイッチング素子１３ａ〜１３ｄを備える。
図２に示すように、昇圧リアクトル１２は、磁心１２１に、巻き数比が１対１の２つの巻線１２２を有し、各巻線１２２が、発生する磁束がその磁心内で互いに打ち消すように巻かれた磁気結合型の磁性部品である。各電流センサ素子１１ａ、１１ｂは、電流が発生させる磁束に応じた信号を出力する素子であり、巻線１２２に流れる電流の測定を個別に行うために用いられる。電流値は、サンプリングされた信号の値に係数を乗じることで得られる。
本実施の形態１では、半導体スイッチング素子１３ａ〜１３ｄとして、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）を採用している。リンクコンデンサ４の両端に、半導体スイッチング素子１３ａ、１３ｂと、半導体スイッチング素子１３ｃ、１３ｄとがそれぞれ並列に接続されている。半導体スイッチング素子１３ａ、１３ｂは直列に接続されている。半導体スイッチング素子１３ｃ、１３ｄも直列に接続されている。なお、半導体スイッチング素子１３ａ〜１３ｄとして用いる素子の種類は特に限定されない。つまり、半導体スイッチング素子１３ａ〜１３ｄは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等であっても良い。
リンクコンデンサ４の正極端子には、半導体スイッチング素子１３ａ、１３ｃの各ドレインが接続され、半導体スイッチング素子１３ａ、１３ｃの各ソースには、それぞれ半導体スイッチング素子１３ｂ、１３ｄの各ドレインが接続されている。半導体スイッチング素子１３ｂ、１３ｄの各ソースは、リンクコンデンサ４の陰極端子に接続されている。
昇圧リアクトル１２の各巻線１２２の一端は電源１の正極に接続され、２つの巻線１２２のうちの一方の他端は半導体スイッチング素子１３ａのソースに、２つの巻線１２２のうちの他方の他端は半導体スイッチング素子１３ｃのソースにそれぞれ接続されている。各半導体スイッチング素子１３ａ〜１３ｄのゲートは、それぞれ、制御線３２ａ〜３２ｄを介して制御部３０に接続されている。
ＤＣＤＣ昇圧コンバータ回路１０は、インターリーブ方式のコンバータ回路であり、電源１が供給する直流電力をより高い電圧の直流電力に変換する。この電力変換は、各半導体スイッチング素子１３ａ〜１３ｄのオン／オフ制御を制御部３０が行うことにより実現される。
インバータ回路２０は、負荷２を駆動するための電力供給用であり、ＤＣＤＣ昇圧コンバータ回路１０が出力する直流電力を３相の交流電力に変換する。そのために、リンクコンデンサ４の両端には、半導体スイッチング素子２１ａ、２１ｂ、半導体スイッチング素子２１ｃ、２１ｄ、半導体スイッチング素子２１ｅ、２１ｆが並列に接続されている。半導体スイッチング素子２１ａ、２１ｂは、リンクコンデンサ４の両端に直列に接続されている。つまり、半導体スイッチング素子２１ａのドレインがリンクコンデンサ４の正極端子に、半導体スイッチング素子２１ａのソースが半導体スイッチング素子２１ｂのドレインに、半導体スイッチング素子２１ｂのソースがリンクコンデンサ４の陰極端子にそれぞれ接続されている。これは、半導体スイッチング素子２１ｃ、２１ｄ、半導体スイッチング素子２１ｅ、２１ｆでも同様である。
各半導体スイッチング素子２１ａ〜２１ｆの各ゲートは、制御線３３ａ〜３３ｆを介して制御部３０と接続されている。それにより、制御部３０は、各半導体スイッチング素子２１ａ〜２１ｆのオン／オフ制御を行う。この結果、負荷２に３相の交流電力が供給され、負荷２が駆動する。
負荷２は、半導体スイッチング素子２１ａ、２１ｃ、及び２１ｅの各ソースと接続されている。このため、１つの相の電力は、半導体スイッチング素子２１ａがオンし、半導体スイッチング素子２１ｂがオフしている場合に供給される。別の相の電力は、半導体スイッチング素子２１ｃがオンし、半導体スイッチング素子２１ｄがオフしている場合に供給される。最後の相の電力は、半導体スイッチング素子２１ｅがオンし、半導体スイッチング素子２１ｆがオフしている場合に供給される。
負荷２に電力を供給する相別に、電流センサ素子２２ａ〜２２ｃが設けられている。これら電流センサ素子２２ａ〜２２ｃは、上記電流センサ素子１１ａ、１１ｂと同じものである。電流センサ素子２２ａ〜２２ｃにより検出された各相の電流値は、負荷２を適切に駆動するための情報として制御部３０に用いられる。つまり、制御部３０は、各相で検出された電流値を用いて、各半導体スイッチング素子２１ａ〜２１ｆのオン／オフ制御を行う。
各電流センサ素子２２ａ〜２２ｃは、制御線３１ｃ〜３１ｅを介して制御部３０と接続されている。昇圧リアクトル１２に流れる電流用の各電流センサ素子１１ａ、１１ｂも、制御線３１ａ、３１ｂを介して制御部３０と接続されている。制御部３０は、各制御線３１ａ〜３１ｅを介して、各電流センサ素子１１ａ、１１ｂ、２２ａ〜２２ｃが出力する信号値を入力する。制御部３０は、入力した信号値に定められた係数を乗算することにより、電流値を算出する。制御部３０は、このようにして得られた電流値を制御に反映させる。
ＤＣＤＣ昇圧コンバータ回路１０及びインバータ回路２０は、共に周知の回路である。このことから、より詳細な説明は省略する。
図２は、昇圧リアクトルと負荷に供給される電流用の各電流センサ素子との間の位置関係例を示す斜視図である。インバータ回路２０から負荷２への電流供給は、バスバ２３ａ〜２３ｃを介して行われる。各電流センサ素子２２ａ〜２２ｃは、図２に示すように、バスバ２３ａ〜２３ｃに隣接して設置される。
各電流センサ素子２２ａ〜２２ｃは、上記のように、磁束に応じた信号を出力する素子である。各バスバ２３ａ〜２３ｃに流れる電流を高精度に検出するためには、バスバ２３ａ〜２３ｃがそれぞれ発生させる磁束のみを各電流センサ素子２２ａ〜２２ｃに検出させるようにする必要がある。しかし、電力変換装置１００には、対象とする磁束以外の磁束を発生させる外乱磁場が存在する。電力変換装置１００において、昇圧リアクトル１２は、最も強い外乱磁場を発生させる磁性部品である。このことから、図２では、昇圧リアクトル１２と各電流センサ素子２２ａ〜２２ｃの位置関係例を示している。
本実施の形態１では、図２に示すように、各電流センサ素子２２ａ〜２２ｃを挟み込むように、２つの磁気シールド板２４ａ、２４ｂを対向配置している。これら磁気シールド板２４ａ、２４ｂは、磁束の遮蔽のために、高比透磁率の磁性材料を用いて作製した部材である。その磁性材料としては、比透磁率が３０００以上のものが好ましい。この条件を満たす磁性材料としては、パーマロイ、純鉄、Ｆｅ−６．５Ｓｉ、Ｆｅ−３．５Ｓｉ、Ｆｅ基アモルファス、ナノ結晶Ｆｅ基、軟磁性材料、珪素鋼板等を挙げることができる。
以降、説明上、便宜的に、特定する必要のない磁気シールド板には「２４」を符号として付すこととする。同様に、特定する必要のない１つ以上の電流センサ素子には「２２」を符号として付すこととし、特定する必要のない１つ以上のバスバには「２３」を符号として付すこととする。
図３は、昇圧リアクトルと負荷に供給される電流用の各電流センサ素子との間の位置関係例を示す平面図であり、図４は、昇圧リアクトルと負荷に供給される電流用の各電流センサ素子との間の位置関係例を示す側面図である。
図３に示す平面図は、図２中、Ｚ軸上、正側からの視点、つまりＺ軸上、値の大きい側から値の小さい側を向いた視点での図であり、図４に示す側面図は、図２中、Ｘ軸方向上、負側からの視点の図である。ここで、図３、及び図４を参照し、磁気シールド板２４について具体的に説明する。この図３及び図４では、説明上、便宜的に、磁気シールド板２４は１つのみ示している。
図３において、矢印Ａ１は、各バスバ２３ａ〜２３ｃに流れる電流の向きを示している。このことから、バスバ２３ａ〜２３ｃに流れる電流にも「Ａ１」を符号として付すこととする。Ｆ１は、昇圧リアクトル１２が発生する磁束のなかで、電流センサ素子２２に向かう磁束を表している。矢印Ｆ２は、図４にも示すように、電流Ａ１がバスバ２３ａを流れることによって発生する磁束を表している。図３では、ＸＹ平面上で磁束の向きを矢印により示している。この磁束Ｆ２は、電流センサ素子２２ａが最も高感度に磁束を検出する感磁方向と略一致する。磁束Ｆ２の向きは、他のバスバ２３ｂ、２３ｃでも基本的に同じであり、感磁方向は全ての電流センサ素子２２ａ〜２２ｃで基本的に同じである。
図３及び図４に示すように、磁気シールド板２４は、昇圧リアクトル１２と電流センサ素子２２とを結ぶ直線上に配置されている。より具体的には、磁気シールド板２４は、電流センサ素子２２ａ〜２２ｃの配列方向に沿って、３本のバスバ２３ａ〜２３ｃを横切るようにして、昇圧リアクトル１２と電流センサ素子２２との間に配置されている。磁気シールド板２４は、昇圧リアクトル１２が発生する磁束Ｆ１のなかで、電流センサ素子２２が検出可能な方向範囲内からその電流センサ素子２２に到達する磁束Ｆ１を遮蔽可能な形状となっている。そのため、磁気シールド板２４は、昇圧リアクトル１２が発生した磁束Ｆ１が電流センサ素子２２に検出されることを回避させるか、或いは検出される磁束を大きく抑制させる働きをする。
電流センサ素子２２と直線を結ぶ昇圧リアクトル１２上の位置としては、例えば昇圧リアクトル１２で磁束を発生させる部分のＸＺ平面上の中心が考えられる。複数の電流センサ素子２２に対し、同じ１つの磁気シールド板２４を用いるのであれば、複数の電流センサ素子２２の中心に位置する電流センサ素子２２、或いは複数の電流センサ素子２２が並ぶ方向上の中心となる位置が考えられる。昇圧リアクトル１２、電流センサ素子２２共に、直線を結ぶ位置は適宜、定めても良いものであり、その位置は仮想的な位置であっても良い。
磁気シールド板２４は、図３及び図４に示すように、板状の部材である。その磁気シールド板２４は、各バスバ２３ａ〜２３ｃに電流Ａ１が流れることによって発生する磁束Ｆ２が電流センサ素子２２に到達するのを遮蔽しないように配置されている。これらの結果、電流センサ素子２２には、バスバ２３が発生する磁束Ｆ２のみが通るか、通る磁束の大部分はバスバ２３が発生させたものとなる。従って、磁気シールド板２４を配置することにより、電流センサ素子２２を用いた電流Ａ１の測定を高精度に行うことができる。
磁気シールド板２４の配置、及び形状の決定は、特許文献１に記載の従来技術とは異なり、各バスバ２３、各電流センサ素子２２ａ〜２２ｃ、及び昇圧リアクトルの配置の決定とは別に独立して行うことができる。そのため、磁気シールド板２４の配置に伴い、電力変換装置１００の設計上の自由度を抑制するようなことは回避されるか、或いはその抑制の程度は非常に低いレベルとなる。
本実施の形態１では、図３及び図４に示すように、昇圧リアクトル１２からの磁束Ｆ１を含む平面上に各電流センサ素子２２ａ〜２２ｃを配置している。このように各電流センサ素子２２ａ〜２２ｃ、各バスバ２３ａ〜２３ｃを配置した場合、各電流センサ素子２２ａ〜２２ｃに共通の磁気シールド板２４を用いることができる。この磁気シールド板２４のＺ軸方向上の必要な長さ、つまり高さも抑えられる。これらのことから、部品点数の抑制、磁気シールド板２４の取付性等の面での利点が得られる。
図５は、磁界シミュレーションのための昇圧リアクトル、電流センサ素子、及び２つの磁気シールド板の間の位置関係を示す斜視図であり、図６は、磁界シミュレーションの結果を示す図である。次に、図５及び図６を参照し、磁気シールド板２４による遮蔽効果について具体的に説明する。
図５及び図６において、同じ構成要素、或いは相当する構成要素には対応する符号を付している。電流センサ素子２２は、図３に示す電流センサ素子２２ｂに相当する。図６に示す磁界シミュレーション結果は、電流センサ素子２２を含むＸＹ平面に、電流センサ素子２２の感磁方向であるＸ軸方向での磁束の大きさを濃淡により表している。濃くなるほど、磁束が大きいことを表している。磁界シミュレーションでは、磁気シールド板２４による遮蔽効果の確認を容易とするために、バスバ２３は模擬しないこととしている。
図６に示すように、磁気シールド板２４ａは、昇圧リアクトル１２からの磁束Ｆ１を遮蔽することから、その磁気シールド板２４ａからＹ軸上、負方向側の磁束は非常に小さくなっている。２つの磁気シールド板２４ａ、２４ｂ間において、磁束が非常に小さくなっているＸ軸上の範囲は、Ｙ軸上、負方向側に向けて、徐々に狭くなった後、徐々に広くなる。
磁束が非常に小さくなるＸ軸上の範囲がＹ軸上、負方向側に向けて徐々に広くなるのは、磁気シールド板２４ｂ内に磁束Ｆ１が迂回されるからである。その迂回により、Ｙ軸上、磁気シールド板２４に近づくほど、磁束が非常に小さくなっているＸ軸上の範囲は広くなる。
このことから、磁束が非常に小さくなるＸ軸上の範囲のＹ軸上の位置による図６に示すような変化は、磁気シールド板２４ａはもとより、磁気シールド板２４ｂも有効であることを示している。つまり磁気シールド板２４ａ及び磁気シールド板２４ｂは共に、電流センサ素子２２が磁束を検出可能な感度領域内の不要な磁束を抑制する。この事実から、電流Ａ１をより高精度に測定するうえで、電流センサ素子２２を挟むように２つの磁気シールド板２４を配置することは非常に有効である。
図５に示すようなモデルの磁界シミュレーションにより、電流センサ素子２２の感磁方向上の磁気シールド板２４の長さは、その感磁方向上の電流センサ素子２２の長さの２倍よりも長くするのが好ましいことが確認された。感磁方向は、好ましくは、最も高感度に磁束を検出する感磁方向である。磁気シールド板２４の好ましい長さは、電流センサ素子２２との距離が長くなるほど、長くなる。以降、感磁方向上の電流センサ素子の長さを「素子長」と表記する。
磁気シールド板２４は、図２及び図３に示すように、３つの電流センサ素子２２ａ〜２２ｃに対して１つ設けることもできる。その場合、磁気シールド板２４の好ましい長さは、３つの電流センサ素子２２ａ〜２２ｃの配列方向上の端から端までの長さに、素子長よりも大きい長さを加えた長さとなる。つまり、磁気シールド板２４の好ましい長さは、対象とする電流センサ素子２２の数に係わらず、対象とする電流センサ素子２２が存在する範囲の長さに、素子長よりも大きい長さを加えた長さとなる。
なお、本実施の形態１では、磁気シールド板２４を２つ配置しているが、磁気シールド板２４は１つとしても良い。この場合、磁気シールド板２４は、より大きくするのが好ましい。位置は、昇圧リアクトル１２からの視点において、電流センサ素子２２の手前側であっても良いが、電流センサ素子２２の奥側であっても良い。
また、１つ以上の磁気シールド板２４を、電流センサ素子２２毎に設けても良い。磁気シールド板２４の形状は、平面状ではなく、曲面状であっても良い。複数の平面を組み合わせたような形状であっても良い。これらのこともあり、磁気シールド板２４の配置の仕方、その形状等は、様々な変形が可能である。
また、電力変換装置１００は、ＤＣＤＣ昇圧コンバータ回路１０、インバータ回路２０を有したものであるが、本実施の形態１を適用可能な電力変換装置１００は、そのような装置に限定されない。例えば電力変換装置１００は、ＡＣ/ＤＣコンバータ回路を有するもの、絶縁型ＤＣＤＣコンバータ回路を有するもの、等であっても良く、３つ以上の回路を有するものであっても良い。つまり、電力変換装置１００は、非接触で電流Ａ１の検出に用いる電流センサ素子、及びその電流センサ素子の検出結果に影響を及ぼす磁性部品を有するものであれば良い。
実施の形態２．
ＤＣＤＣ昇圧コンバータ回路１０の半導体スイッチング素子１３ａ〜１３ｄをスイッチング動作させた場合、昇圧リアクトル１２が有する２つの巻線１２２にはリプル成分を持った電流が流れる。そのため、昇圧リアクトル１２が発生させる磁束Ｆ１は、このリプル成分に応じて変化する。昇圧リアクトル１２が発生する磁束Ｆ１を完全に遮蔽できない場合、その磁束Ｆ１の変化は、電流値の検出結果に含まれる誤差の大きさを変動させ、磁気シールド板２４を発熱させる。このことから、本実施の形態２は、電流値の検出結果に含まれる誤差の大きさの変動を抑制して、精度をより向上させると共に、磁気シールド板２４の発熱をより抑えるようにしたものである。ここでは、上記実施の形態１と同じ、或いは相当する構成要素には同じ符号を付し、異なる部分について詳細に説明する。これは、後述する他の実施の形態でも同様とする。
図７は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置が収められた筐体内での昇圧リアクトル、バスバ、電流センサ素子、及び磁気シールド板の配置例を示す断面図である。この断面図は、Ｘ軸方向上、負側からの視点のものである。
電力変換装置１００は、筐体５内に設けられる。本実施の形態２では、図７に示すように、磁気シールド板２４に加え、金属シールド板５ａが昇圧リアクトル１２と電流センサ素子２２とを結ぶ直線上に配置されている。すなわち、金属シールド板５ａは、電流センサ素子２２ａ〜２２ｃの配列方向に沿って、磁気シールド板２４と平行か、或いは略並行に、昇圧リアクトル１２と電流センサ素子２２との間に配置されている。そして、金属シールド板５ａは、昇圧リアクトル１２と磁気シールド板２４との間に配置されている。
金属シールド板５ａは、アルミニウム、銅、ステンレス等の非磁性体であり、かつ電気伝導率の高い材料で作製された板状部材であり、昇圧リアクトル１２から電流センサ素子２２に向かう磁束Ｆ１が通る範囲をカバーする大きさである。そのため、金属シールド板５ａは、渦電流による磁気遮蔽効果によって、昇圧リアクトル１２から電流センサ素子２２に向かう磁束Ｆ１を遮断するようになっている。したがって、昇圧リアクトル１２が発生させる時間変化を伴う磁束Ｆ１は、金属シールド板５ａによって遮断され、電流センサ素子２２および磁気シールド板２４に影響を与えないか、或いはその影響を大幅に抑制される。この結果、上記実施の形態１と比較し、本実施の形態２では、電流値の測定を、より高精度に行うことができる。
なお、金属シールド板５ａは、筐体５の一部として実現させているが、個別の部品として作製しても良い。筐体５の一部として金属シールド板５ａを実現させた場合、部品点数の低減、組立コストの抑制等の面で利点がある。
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置におけるバスバを含む周辺の構成例と昇圧リアクトルとの間の位置関係例を示す斜視図である。
本実施の形態３では、図８に示すように、各電流センサ素子２２を挟む位置に２つの磁気シールド板２４ａ、２４ｂが配置され、各電流センサ素子２２には、それぞれ集磁コア２５ａ〜２５ｃが更に配置されている。
各集磁コア２５ａ〜２５ｃは、対応するバスバ２３が発生させた磁束数を増幅し、対応する電流センサ素子２２に供給する部品である。そのために、各集磁コア２５ａ〜２５ｃは、バスバ２３が発生する磁束Ｆ２のなかで電流センサ素子２２に供給される磁束Ｆ２の磁路上に設置される。
このような集磁コア２５ａ〜２５ｃを用いることにより、電流センサ素子２２のＳ／Ｎ比（Signal-to-Noise ratio）をより向上させることができる。従って、バスバ２３の電流値もより高精度に検出することができる。また、集磁コア２５ａ〜２５ｃは、自身が磁気シールドとしての効果を有する。これは、集磁コア２５ａ〜２５ｃを用いることにより、外乱磁界への耐性がより高くなることを意味する。このことも、バスバ２３の電流値をより高精度に検出できるように機能する。
各磁気シールド板２４は、図８に示すように、集磁コア２５ａ〜２５ｃが集磁する磁束Ｆ２の磁路上を避けて配置されている。そのため、磁気シールド板２４によって電流センサ素子２２のＳ／Ｎ比を低下させるようなことは回避される。
実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４に係る電力変換装置におけるバスバを含む周辺の構成例と昇圧リアクトルとの間の位置関係例を示す斜視図である。
本実施の形態４では、図９に示すように、上記実施の形態３から、各集磁コア２５ａ〜２５ｃを含む範囲をカバーする磁気シールド板２６が追加されている。この磁気シールド板２６は、各集磁コア２５ａ〜２５ｃのＺ軸上、負側に配置されている。
集磁コア２５ａ〜２５ｃは、例えば複種類の磁性部材を積層して作製された部品である。この磁性部材に磁束が供給されることにより、電流センサ素子２２に供給される磁束が変化する。磁気シールド板２６を配置することにより、外乱磁場による磁束が集磁コア２５ａ〜２５ｃに到達するのを抑制することができる。そのため、上記実施の形態３と比較し、バスバ２３の電流値をより高精度に測定することができる。
集磁コア２５ａ〜２５ｃの電流センサ素子２２の感度方向上の長さを「コア長」と表記する。その感度方向上の磁気シールド板２６の好ましい長さは、対象が集磁コア２５ａ〜２５ｃのうちの１つであった場合、コア長の２倍よりも大きい長さである。図９に示すように、集磁コア２５ａ〜２５ｃに対して１つの磁気シールド板２６を設ける場合、磁気シールド板２６の好ましい長さは、対象とする集磁コア２５ａ〜２５ｃが存在する範囲の長さに、コア長よりも大きい長さを加えた長さとなる。
なお、上記実施の形態１〜４では、電流センサ素子２２に影響を及ぼす外乱磁場を発生させる磁性部品として昇圧リアクトルを想定しているが、想定する磁性部品は、昇圧リアクトルに限定されない。想定する磁性部品は、電力変換装置１００に用いられる磁性部品、その位置関係等により、決定すれば良いものである。つまり磁性部品は、例えば比較的に透磁率の低いダストコアを用いたリアクトル、トランス等であっても良い。想定する磁性部品は複数であっても良い。例えば磁気シールド板２６は、別の磁性部品が発生する磁束の遮蔽用に配置しても良い。
また、上記実施の形態１〜４は、組み合わせが可能である。例えば金属シールド板５ａは、上記実施の形態３及び４で用いても良い。その場合、磁気シールド板２４は一つのみ配置するようにしても良い。
１ 電源、２ 負荷、５ 筐体、５ａ 金属シールド板、１０ ＤＣＤＣ昇圧コンバータ回路、１２ 昇圧リアクトル（磁性部品）、２０ インバータ回路、２２、２２ａ〜２２ｃ 電流センサ素子、２３、２３ａ〜２３ｃ バスバ、２４、２４ａ、２４ｂ、２６ 磁気シールド板、２５ａ〜２５ｃ 集磁コア、１００ 電力変換装置、１２１ 磁心、１２２ 巻線。

Claims (15)

  1. 電源から供給された電力の変換を、磁性部品を用いて行う電力変換装置であって、
    負荷に電力を供給するための複数のバスバと、
    バスバ毎に設けられ、前記バスバに電流が流れることにより発生する磁束を検出する電流センサ素子と、
    前記磁性部品と前記電流センサ素子とを結ぶ直線上に配置され、前記磁性部品から前記電流センサ素子に向かう磁束を遮蔽する板状の磁気シールド板と、
    を備える電力変換装置。
  2. 前記磁気シールド板は、前記電流センサ素子の前記磁束が検出可能な感磁方向、及び前記磁性部品から前記電流センサ素子に向かう磁束を基に決定した形状を有する、
    請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記磁気シールド板は、前記電流センサ素子の前記磁束が検出可能な感磁方向を避けて配置されている、
    請求項１または２に記載の電力変換装置。
  4. 前記磁気シールド板は、複数、配置されている、
    請求項１〜３の何れか１項に記載の電力変換装置。
  5. ２つ以上の前記磁気シールド板は、前記電流センサ素子を挟む位置で対向配置されている、
    請求項４記載の電力変換装置。
  6. 前記感磁方向上の前記磁気シールド板の長さは、対象とする電流センサ素子が存在する前記感磁方向上の範囲の長さに、前記電流センサ素子の前記感磁方向上の長さより大きい長さを加えた長さである、
    請求項２〜５の何れか１項に記載の電力変換装置。
  7. 前記複数のバスバは、隣接して設置され、
    前記磁気シールド板は、前記バスバ毎に設けられる各電流センサ素子を対象に、前記複数のバスバを横切るように配置されている、
    請求項１〜６の何れか１項に記載の電力変換装置。
  8. 前記磁性部品と前記磁気シールド板との間に配置された金属板、
    を更に備える請求項１〜７の何れか１項に記載の電力変換装置。
  9. 前記金属板は、筐体の一部である、
    請求項８に記載の電力変換装置。
  10. 前記電流センサ素子毎に設けられ、前記バスバに電流が流れることにより発生する磁束を集磁する集磁コア、
    を更に備える請求項１〜９の何れか１項に記載の電力変換装置。
  11. 前記集磁コアを対象に配置された他の磁気シールド板、
    を更に備える請求項１０記載の電力変換装置。
  12. 前記感磁方向上の前記他の磁気シールド板の長さは、対象とする集磁コアが存在する前記感磁方向上の範囲の長さに、前記集磁コアの前記感磁方向上の長さより大きい長さを加えた長さである、
    請求項１１に記載の電力変換装置。
  13. 前記他の磁気シールド板は、磁性材料を用いて作製されている、
    請求項１１または１２に記載の電力変換装置。
  14. 前記磁気シールド板は、磁性材料を用いて作製されている、
    請求項１〜１３の何れか１項に記載の電力変換装置。
  15. 前記磁性部品は、共通の磁心に、巻き数比が１対１の複数の巻線を有し、前記複数の巻線が前記磁心内で互いに打ち消す向きに磁束を発生させるリアクトルである、
    請求項１〜１４の何れか１項に記載の電力変換装置。
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