JP7242963B2 - 電力制御装置及び電流検出用基板 - Google Patents

Description

本開示は、電力制御装置及び電流検出用基板に関する。

特許第６５７０７９７号公報には、電源から電力供給対象（モータ）に供給される電力を制御する電力制御装置（回転機制御装置）が開示されている。この電力制御装置では、制御回路が、シャント抵抗によって検出した出力電流の値に基づいてスイッチング素子のスイッチングを制御し、電源側の直流電流を交流電流に変換している。

特許第６５７０７９７号公報に記載された装置では、制御回路において大電流が流れると、シャント抵抗の発熱量が大きくなり抵抗値が大きく変化するため、シャント抵抗による電流の検出精度が低下するという課題がある。また、当該装置においてスイッチング素子は他の電子素子よりも発熱量が大きくなるが、そのスイッチング素子が実装されている基板にシャント抵抗も実装されているため、シャント抵抗がスイッチング素子の発熱の影響を受けやすく、これによっても電流の検出精度が低下するという課題がある。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、電流検出手段を備える電力制御装置及び当該電力制御装置に用いられる電流検出用基板において、電流の検出精度を向上させることを目的とする。

本開示に係る電力制御装置は、電源と電力供給対象とを電気的に接続する配線パターン、及び前記配線パターンに接続される複数のスイッチング素子を有するスイッチ基板と、板厚方向に貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔の周囲にロゴスキーコイルのパターンが形成されたコイル基板と、前記電源と前記スイッチ基板の前記配線パターンとを電気的に接続する電源側端子部材と、を備え、前記コイル基板が前記スイッチ基板に対して所定の間隔を空けて配置され、前記電源側端子部材が前記コイル基板の前記貫通孔に挿通された状態で配置されている。

本開示に係る電流検出用基板は、電源と電力供給対象とを電気的に接続する配線パターン、及び前記配線パターンに接続される複数のスイッチング素子を有するスイッチ基板と、前記電源と前記スイッチ基板の前記配線パターンとを電気的に接続する電源側端子部材とを備える電力制御装置に用いられる電流検出用基板であって、板厚方向に貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔の周囲にロゴスキーコイルのパターンが形成され、前記スイッチ基板に対して所定の間隔を空けた状態、且つ前記貫通孔に前記電源側端子部材を挿通させた状態で配置される。

本開示に係る電流制御装置及び電流検出用基板によれば、電源と電力供給対象との間で流れる電流をロゴスキーコイルを用いて検出するようになっており、当該電流がロゴスキーコイル自体を流れることがないため、当該電流によりロゴスキーコイルの発熱量が大きくなることがない。従って、例えば電源と電力供給対象との間で大電流が流れる場合であっても、ロゴスキーコイルを用いて当該大電流を精度良く検出することができる。また、ロゴスキーコイルのパターンが形成されたコイル基板が、複数のスイッチング素子を有するスイッチ基板に対して所定の間隔を空けて配置されるため、スイッチング素子の発熱の影響をロゴスキーコイルが受けにくい。以上のことから、電流の検出精度を向上させることができる。

第１実施形態に係る電力制御装置の斜視図である。 第１実施形態に係る電力制御装置の分解斜視図である。 第１実施形態に係るスイッチ基板の平面図である。 第１実施形態に係る制御基板の平面図である。 第１実施形態に係る制御基板に形成されたロゴスキーコイルのパターンを拡大して示す拡大平面図である。 図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った切断面を拡大して示す拡大断面図である。 第１実施形態に係るスイッチ基板と制御基板との部分的な構成を示す部分斜視図である。 第１実施形態に係る電力制御装置の回路図である。 図８に示す検出処理部の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る電源側端子部材と第３端子部材の変形例１を示す平面図である。 変形例１に係る電源側端子部材と第３端子部材の側面図である。 第１実施形態に係る電源側端子部材と第３端子部材の変形例２を示す斜視図である。 第１実施形態に係る電源側端子部材と第３端子部材の変形例３を示す斜視図である。 第２実施形態に係る電力制御装置が備えるコイル基板とその周辺の構成を示す斜視図である。 第２実施形態に係るコイル基板とその周辺の構成の変形例を説明するための側面図である。

以下、本開示の第１実施形態について、図１～図９を参照して説明する。本実施形態では、説明の便宜上、各図中に適宜示す上、左及び前の矢印で示す方向を、それぞれ電力制御装置の上方、左方及び前方と定義して説明する。

本実施形態では、本開示に係る電力制御装置の一例として、車両に搭載されるバッテリ２（電源）及び三相交流モータ４（電力供給対象）の間の電力の供給を制御する電力制御装置１について説明する。図１に示されるように、電力制御装置１は、矩形箱状に形成されたケース１０と、ケース１０の内部に収容されたスイッチ基板５０及び電流検出用基板が一体となった制御基板６０を有している。

図２に示されるように、ケース１０は、箱状のケース本体１２と、ケース本体１２の開口を閉塞する蓋体１４によって構成されている。ケース本体１２は、上方に開口した開口部１３を有する金属製の矩形箱状部材である。ケース本体１２は、前壁部１２Ａ、後壁部１２Ｂ、左壁部１２Ｃ、右壁部１２Ｄ及び底壁部１２Ｅを備えている。また、底壁部１２Ｅの下面には、後述するスイッチ基板５０の熱をケース本体１２の外部に放熱するためのヒートシンク１２Ｆが設けられている。

ケース本体１２の前壁部１２Ａには、一つのコネクタ装着部１６が形成されている。コネクタ装着部１６は、ケース本体１２の開口部１３側から矩形凹状に切りかかれた切り欠きにより構成されている。このコネクタ装着部１６には、電源側コネクタ１８が装着される。電源側コネクタ１８は、コネクタ装着部１６に装着されるハウジング１８Ａと、当該ハウジング１８Ａの後面から後方に突出する二つの端子部材２０Ｐ，２０Ｎを有している。電源側コネクタ１８がコネクタ装着部１６に装着されると、二つの端子部材２０Ｐ,２０Ｎは、ケース１０の内側に突出するようになっている。二つの端子部材２０Ｐ，２０Ｎは、第１端子部材２０を構成しており、バッテリ２（図８参照）の正極と負極にそれぞれ電気的に接続されている。以下、正極側の端子部材２０Ｐを第１端子部材２０Ｐとし、負極側の端子部材２０Ｎを第１端子部材２０Ｎとする。これらの第１端子部材２０Ｐ，２０Ｎは、左右方向を板厚方向として配置された平板状部材とされ、前後方向に沿って延びている。

電源側コネクタ１８のハウジング１８Ａの後面（ケース内側に面した側面）側には、円柱状のコンデンサ３が二つの第１端子部材２０Ｐ，２０Ｎに接続されて設けられている。コンデンサ３は、バッテリ２に対して並列に接続されている。

ケース本体１２の後壁部１２Ｂには、左右方向に所定の間隔を空けて三つのコネクタ装着部２２が設けられている。これらのコネクタ装着部２２は、上述したコネクタ装着部１６と同様に、ケース本体１２の開口部１３側から矩形凹状に切りかかれた切り欠きにより構成されている。これらのコネクタ装着部２２にはそれぞれ、モータ側コネクタ２４が装着される。三つのモータ側コネクタ２４はそれぞれ、三相交流モータ４（図８参照）の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応しており、コネクタ装着部２２に装着されるハウジングと、当該ハウジングの前面から前方に突出する一つの端子部材２６を有している。各モータ側コネクタ２４がコネクタ装着部２２に装着されると、端子部材２６はケース１０の内側に突出するようになっている。当該端子部材２６は、三相交流モータ４のステータの有する各相のコイルと後述するスイッチ基板５０の配線パターン５２とを電気的に接続する。以下において、端子部材２６を第２端子部材２６と称する。第２端子部材２６は、左右方向を板厚方向として配置された平板状部材とされ、前後方向に沿って延びている。

ケース本体１２の左壁部１２Ｃには、一つのコネクタ装着部２８が設けられている。コネクタ装着部２８は、上述したコネクタ装着部１６と同様に、ケース本体１２の開口部１３側から矩形凹状に切りかかれた切り欠きにより構成されている。このコネクタ装着部２８には、センサ側コネクタ３０が装着される。センサ側コネクタ３０は、コネクタ装着部２８に装着されるハウジングと、当該ハウジングに設けられる複数の接続端子（不図示）とを有している。センサ側コネクタ３０がコネクタ装着部２８に装着されると、複数の接続端子の一端側はそれぞれ、ハウジングから突出してケース１０の内側に延び、制御基板６０に接続されるようになっている。このセンサ側コネクタ３０には、車両に搭載された各種センサ等の電気機器と繋がるハーネス（ケーブル）が図示しないコネクタを介して接続される。

ケース本体１２の開口部１３は、蓋体１４によって上方から閉塞される。この蓋体１４は、金属製の矩形板状の部材である。蓋体１４は、ケース本体１２の前後左右の壁部１２Ａ～１２Ｄの上端部に塗布される接着剤によりケース本体１２に固定される。蓋体１４がケース本体１２に固定されることにより、ケース１０の内部に収容空間が形成される。

ケース１０内の収容空間の前方部分には、ケース本体１２の前壁部１２Ａに沿って三つのコンデンサモジュール４０が配置されている。各コンデンサモジュール４０は、三相交流モータ４の各相に対応しており、二つのコンデンサ３を保持する保持部材４４と、保持部材４４に設けられた二つの第３端子部材４６とを備えている。保持部材４４は、絶縁材料により形成されたブロック状の部材によって構成されている。この保持部材４４の下面側に、二つのコンデンサ３が左右に並んだ状態で保持されている。二つの第３端子部材４６は、左右方向を板厚方向とし、前後方向に延在する板状の端子部材である。これらの第３端子部材４６は、二つのコンデンサ３に接続されて平行に配置された状態で保持部材４４に保持されている。

ケース本体１２に装着された電源側コネクタ１８と、ケース１０内に配置された三つのコンデンサモジュール４０との間の収容空間には、バッテリ２から供給される電力を三相交流モータ４の各相に分配するバスバーモジュール（不図示）が配置される。各コンデンサモジュール４０において、一方側の第３端子部材４６の一端は、当該バスバーモジュールを介して、電源側コネクタ１８の正極側の第１端子部材２０Ｐと電気的に接続される。他方側の第３端子部材４６の一端は、当該バスバーモジュールを介して、電源側コネクタ１８の負極側の第１端子部材２０Ｎと電気的に接続される。二つの第３端子部材４６の他端はそれぞれ、三相交流モータ４の各相に対応するスイッチ基板５０の配線パターン５２と電気的に接続される。以下、正極側の端子部材４６を第３端子部材４６Ｐとし、負極側の端子部材４６を第３端子部材４６Ｎと称する。

各コンデンサモジュール４０において、二つのコンデンサ３は、正極側及び負極側の第３端子部材４６Ｐ，４６Ｎに接続され、バッテリ２に対して並列に接続されている。このように、電力制御装置１では、上述した電源側コネクタ１８及び三つの保持部材４４によって保持された複数（七つ）のコンデンサ３が、バッテリ２に対して並列に接続されている。各コンデンサ３は、後述するインバータ回路５（図８参照）に生じるノイズを緩和するための素子である。

図２及び図３に示されるように、ケース１０内の収容空間において、三つのコンデンサモジュール４０の後方には、三相交流モータ４の各相に対応する三枚のスイッチ基板５０が配置される。各スイッチ基板５０は、上下方向を板厚方向とし、平面視で矩形板状に形成されており、一例として、セラミックス製の基板に銅又はアルミニウム等の金属製の回路板が接合された放熱用絶縁基板で構成されている。また、各スイッチ基板５０は、ケース本体１２の底壁部１２Ｅに載置されており、各スイッチ基板５０の熱が底壁部１２Ｅを介してヒートシンク１２Ｆに伝達されるようになっている。

スイッチ基板５０の上面である実装面５０Ａには、配線パターン５２（一部のみ図示）が設けられている。配線パターン５２は、バッテリ２と三相交流モータ４とを電気的に接続する配線パターンである。配線パターン５２には、複数のスイッチング素子５４と、複数の端子部材５６，５８が接続されている。これらの配線パターン５２やスイッチング素子５４等は、バッテリ２側の直流電流を交流電流に変換するインバータ回路５（図８参照）の一部を構成している。具体的には、各スイッチ基板５０の実装面５０Ａには、六つのスイッチング素子５４が実装されている。これら六つのスイッチング素子５４は、一例としてｎＭＯＳＦＥＴ（ｎ型ＭＯＳ電界効果トランジスタ）で構成されており、三相交流モータ４の各相のうち一相に供給する電力のスイッチングを行う。図３には、一例として、三相交流モータ４のＵ相に対応するスイッチ基板５０Ｕが平面視で示されている。

スイッチ基板５０Ｕの実装面５０Ａにおいて、右側の部分に実装された三つのスイッチング素子５４ＵＨ１，５４ＵＨ２，５４ＵＨ３は、Ｕ相の電圧レベルが高い側の(バッテリ２の正極側に電気的に接続される）スイッチング素子５４ＵＨを構成している。これら三つのスイッチング素子５４ＵＨ１，５４ＵＨ２，５４ＵＨ３は、互いに並列に接続されており、各々のドレインがバッテリ２の正極側に電気的に接続される。一方、スイッチ基板５０Ｕの実装面５０Ａにおいて、左側の部分に実装された三つのスイッチング素子５４ＵＬ１，５４ＵＬ２，５４ＵＬ３は、Ｕ相の電圧レベルが低い側の（バッテリ２の負極側に電気的に接続される）スイッチング素子５４ＵＬを構成している。これら三つのスイッチング素子５４ＵＬ１，５４ＵＬ２，５４ＵＬ３は、互いに並列に接続されており、各々のソースはバッテリ２の負極側に電気的に接続される。また、スイッチ基板５０Ｕの実装面５０Ａには、スイッチング素子５４の近くにサーミスタ５５が実装されている。サーミスタ５５は、インバータ回路５の発熱に係る温度を感知する温度センサである。

スイッチ基板５０Ｕの実装面５０Ａにおいて、スイッチング素子５４ＵＨ，５４ＵＬよりも前端部５０Ｂに近い位置には、左右両側に二つの電源側端子部材５６が設けられている。各電源側端子部材５６は、略左右方向を板厚方向とする長尺な平板状の部材とされ、実装面５０Ａから上方側へ延在している。各電源側端子部材５６の下部には、Ｕ字形状に湾曲された湾曲部５６Ａ（図２では符号省略）が設けられている。この湾曲部５６Ａの下面は、実装面５０Ａに載置されて半田付けされることにより、配線パターン５２に接続されている。各電源側端子部材５６は、湾曲部５６Ａの上端から上方に直線状に延びている。スイッチ基板５０Ｕがケース１０内に配置されると、ケース１０内に配置されたコンデンサモジュール４０の二つの第３端子部材４６Ｐ，４６Ｎの後端側と、二つの電源側端子部材５６の上端側とがそれぞれ、左右方向に並んで配置されるようになっている。これらの電源側端子部材５６の上端側と第３端子部材４６Ｐ，４６Ｎの後端側とがそれぞれ抵抗溶接等により接合される。これにより、バッテリ２と配線パターン５２が、二つの第３端子部材４６Ｐ，４６Ｎ及び二つの電源側端子部材５６を介して電気的に接続される。以下、正極側の電源側端子部材５６を電源側端子部材５６Ｐとし、負極側の電源側端子部材５６を電源側端子部材５６Ｎと称する。

スイッチ基板５０Ｕの実装面５０Ａにおいて、スイッチング素子５４ＵＨ，５４ＵＬよりも後端部５０Ｃに近い位置には、一つのモータ側端子部材５８が設けられている。モータ側端子部材５８の基本的な構造は、電源側端子部材５６と同様に構成されている。モータ側端子部材５８の湾曲部５８Ａの下面が実装面５０Ａに半田付けされることにより、モータ側端子部材５８は配線パターン５２に接続されている。モータ側端子部材５８は、湾曲部５８Ａの上端から上方に直線状に延びている。スイッチ基板５０Ｕがケース１０内に配置されると、ケース１０に装着されたモータ側コネクタ２４の第２端子部材２６の端部側と、モータ側端子部材５８の上端側とが、左右方向に並んで配置されるようになっている。これらのモータ側端子部材５８の上端側と第２端子部材２４の端部側とが抵抗溶接等により接合される。これにより、三相交流モータ４と配線パターン５２が、第２端子部材２４及びモータ側端子部材５８を介して電気的に接続される。

これまでは、三相交流モータ４のＵ相に対応するスイッチ基板５０Ｕについて説明したが、Ｖ相及びＷ相に対応するスイッチ基板５０Ｖ、５０Ｗも基本的には同様に構成されている。Ｖ相に対応するスイッチ基板５０Ｖに実装された六つのスイッチング素子５４は、Ｖ相の電圧レベルが高い側の（バッテリ２の正極側に電気的に接続される）三つのスイッチング素子５４ＶＨと、Ｖ相の電圧レベルが低い側の（バッテリ２の負極側に電気的に接続される）三つのスイッチング素子５４ＶＬとによって構成されている。スイッチ基板５０Ｖの電源側端子部材５６は、正極側の第３端子部材４６Ｐに接合される電源側端子部材５６Ｐと、負極側の第３端子部材４６Ｎに接合される電源側端子部材５６Ｎとを有して構成されている。スイッチ基板５０Ｖのモータ側端子部材５８は、Ｖ相に対応するモータ側コネクタ２４の第２端子部材２６に接合される。

三相交流モータ４のＷ相に対応するスイッチ基板５０Ｗでは、スイッチ基板５０Ｗにおける六つのスイッチング素子５４は、Ｗ相の電圧レベルが高い側の（バッテリ２の正極側に電気的に接続される）三つのスイッチング素子５４ＷＨと、Ｗ相の電圧レベルが低い側の（バッテリ２の負極側に電気的に接続される）三つのスイッチング素子５４ＷＬとによって構成されている。スイッチ基板５０Ｗの電源側端子部材５６は、正極側の第３端子部材４６Ｐに接合される電源側端子部材５６Ｐと、負極側の第３端子部材４６Ｎに接合される電源側端子部材５６Ｎとを有して構成されている。スイッチ基板５０Ｗのモータ側端子部材５８は、Ｗ相に対応するモータ側コネクタ２４の第２端子部材２６に接合される。

制御基板６０は、図１及び図２に示されるように、ケース１０内の収容空間において、三枚のスイッチ基板５０の上方側に、スイッチ基板５０に対して所定の間隔を空けて配置される。制御基板６０は、前後方向及び左右方向に所定の幅を有し、上下方向を板厚方向とする矩形板状のプリント配線板である。制御基板６０の前後方向の寸法は、スイッチ基板５０の前後方向の寸法と略一致している。制御基板６０の左右方向の寸法は、下方側に配置された三枚のスイッチ基板５０を覆うのに充分な大きさとされており、本実施形態では、スイッチ基板５０の左右方向の寸法の３倍程度とされている。

図４に示されるように、制御基板６０の上面である実装面６０Ｃには、制御基板６０の前端部６０Ａに近い位置に、六つの第１貫通孔６２が左右方向に並んで形成されている。これらの第１貫通孔６２は、制御基板６０を板厚方向に貫通しており、平面視で前後方向を長手とする長円形状に形成されている。また、制御基板６０の実装面６０Ｃにおいて、制御基板６０の後端部６０Ｂに近い位置に、三つの第２貫通孔６３が左右方向に並んで形成されている。これらの第２貫通孔６３は、第１貫通孔６２と同様に、制御基板６０を板厚方向に貫通しており、平面視で前後方向を長手とする長円形状に形成されている。

図４及び図７に示されるように、制御基板６０における六つの第１貫通孔６２の周囲にはそれぞれ、電流検出センサの一部を構成するロゴスキーコイルのパターン７０が形成されている。このロゴスキーコイルのパターン７０は配線パターンとして制御基板６０に形成されており、制御基板６０と一体に形成されている。以下、これらのパターン７０をロゴスキーコイル７０と称する。ケース１０内の収容空間において制御基板６０が三枚のスイッチ基板５０の上方側に配置されると、ロゴスキーコイル７０が周囲に形成された各第１貫通孔６２には、スイッチ基板５０の電源側端子部材５６が第１貫通孔６２の縁に対して非接触の状態で挿通されるようになっている。制御基板６０の上方側において、第１貫通孔６２を通って制御基板６０の上方側まで延びた電源側端子部材５６の上端側が、制御基板６０に対して平行に延在するコンデンサモジュール４０の第３端子部材４６に接合されるようになっている。これにより、電源側端子部材５６に流れる電流がロゴスキーコイル７０を用いてセンシングされる構造となっている。なお、六つの第１貫通孔６２を挿通する六つの電源側端子部材５６は、互いに平行に配置されており、各電源側端子部材５６に対するロゴスキーコイル７０の傾き及び距離が同一に設定されている。

ケース１０内の収容空間において制御基板６０が三枚のスイッチ基板５０の上方側に配置されると、制御基板６０の後端部６０Ｂ側に形成された各第２貫通孔６３には、スイッチ基板５０のモータ側端子部材５８が第２貫通孔６３の縁に対して非接触の状態で挿通されるようになっている。制御基板６０の上方側において、第２貫通孔６３を通って制御基板６０の上方側まで延びたモータ側端子部材５８の上端側が、制御基板６０に対して平行に延在するモータ側コネクタ２４の第２端子部材２６に接合されるようになっている。

次に、図５及び図６を用いて制御基板６０に形成されたロゴスキーコイル７０について説明する。ロゴスキーコイル７０は、制御基板６０に形成され、第１貫通孔６２と離隔して第１貫通孔６２を取り囲む環状の領域に配置されている。ロゴスキーコイル７０は、一方の端部が電極接続片７５と接続されており、そこから第１貫通孔６２の周囲に沿って、らせん状（進行方向に向かって時計回りに旋回するらせん状）に制御基板６０の板厚を径としたコイルが形成されている。そして、第１貫通孔６２の周囲に沿ってほぼ一周した位置で、ロゴスキーコイル７０の他方の端部が戻し線７１と接続されている。

ロゴスキーコイル７０は、制御基板６０の両面にそれぞれ形成された複数の導体膜７２，７３が、制御基板６０を板厚方向に貫通して形成された複数のビア７４を介して接続されることによって形成されたものである（図５の右下図参照）。このように、ロゴスキーコイル７０は、空芯コイルであるため、インピーダンスが小さく、電流測定による電力損失が小さい。また、ロゴスキーコイル７０では、磁束が飽和せず大電流の測定にも対応することができる。

戻し線７１は、一方の端部がロゴスキーコイル７０と接続され、第１貫通孔６２の軸方向から見てロゴスキーコイル７０を取り囲むように形成されている。戻し線７１の他方の端部が、電極接続片７５と並んで配置されている電極接続片７６と接続されている。従って、ロゴスキーコイル７０は、電極接続片７５から第１貫通孔６２を囲むようにほぼ一周しており、そこから折り返すように戻し線７１が、ロゴスキーコイル７０の外側位置を逆方向にほぼ一周して電極接続片７５の外側位置を過ぎた位置で、ロゴスキーコイル７０の内側位置に入り込み、電極接続片７６と接続されている。ロゴスキーコイル７０の計測対象となる導体（本実施形態では電源側端子部材５６）に電流が流れると、コイルの両端の電極接続片７５、７６に誘導起電力が生ずる。この誘導起電力は、ロゴスキーコイル７０から出力される信号として、後述する検出処理部７に出力される。検出処理部７では、ロゴスキーコイル７０から出力された信号に基づいて、電源側端子部材５６に流れる電流値を演算する。

なお、ロゴスキーコイル７０の特性上、ロゴスキーコイル７０で囲まれた面積を貫く磁束に対応した誘導電流が生じるが、戻し線７１によって、戻し線７１で囲まれた面積を貫く逆向きの磁束に対応した逆方向成分の誘導電流が生じて打ち消しあうため、第１貫通孔６２に挿通された電源側端子部材５６に流れる電流を正確に検出することができる。

また、検出対象の電流がロゴスキーコイル７０自体を流れることがないため、通電によりロゴスキーコイル７０の発熱量が大きくなることがない。ロゴスキーコイル７０の発熱の抑制は、ロゴスキーコイル７０と後述する検出処理部７（図８参照）による電流の検出精度の向上に寄与する。

さらに、ロゴスキーコイル７０の特性上、導体に対するロゴスキーコイル７０の傾きによって、実際に導体に流れた電流値と、演算により算出された算出値との誤差を補正する（較正する）ための補正値が異なるものとなる。従って、製品組み付け後の段階において、個々の電力制御装置１に実装されたロゴスキーコイル７０の上記傾きによる誤差を補正するための初期値補正が行われる。この初期値補正は、例えば、制御基板６０に診断機能を備える検査用の基板を接続し、制御基板６０に実装されたメモリに予め記憶された補正値を初期化して、検査電流に基づいて算出された補正値を新たに記憶させることにより行われる。このため、複数のロゴスキーコイル７０を電力制御装置１に実装した場合、個々のロゴスキーコイル７０の傾きにバラつきの生じる構造とすれば、単一のロゴスキーコイル７０毎に上述のような初期値補正が必要とされる。また、単一のロゴスキーコイル７０毎に検査用の基板を接続するための接続端子や診断用の回路が必要とされる。

しかし、本実施形態によれば、一枚の制御基板６０に複数のロゴスキーコイル７０が配線パターンにより形成されている。このため、各ロゴスキーコイル７０の傾きにバラつきが生じないため、初期値補正は共通の補正値を複数のロゴスキーコイル７０に用いて行うことができる。このため、初期値補正に伴う工数が減少する。

更に、上述したロゴスキーコイル７０の特性上、電力制御装置１の組み付け後に振動等、外部の環境に起因する制御基板６０の傾きの変位を抑制する手段を設けることが望ましい。本実施形態では、組み付け後、ケース１０の内部にポッティング樹脂が充填される。これにより、制御基板６０等の内部部品を組み付け時の位置で保持することができ、車両の走行時等の振動によって制御基板６０が不用意に変位されることを抑制することができる。

制御基板６０の実装面６０Ｃには、図８に示される制御部６と検出処理部７を構成する回路が実装されている。制御部６は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）６４（図４参照）を有し、複数のスイッチング素子５４のオン状態とオフ状態を制御する。制御基板６０に実装された種々の電子部品とスイッチ基板５０に実装された種々の電子部品は、図７に一部示すように、上下方向に延びる複数の接続ピン６６によって電気的に接続される。また、これらの接続ピン６６によって制御基板６０が三枚のスイッチ基板５０に対して所定の間隔を空けた状態で支持される。なお、図７以外の図面では、接続ピン６６の図示を省略している。

図４に示されるように、制御基板６０の実装面６０Ｃには、制御基板６０の左端部に近い位置に、制御基板６０を板厚方向に貫通した複数の第３貫通孔６８が形成されている。これらの第３貫通孔６８には、センサ側コネクタ３０の複数の接続端子の先端が下方から挿通されて半田付けされる。これによりセンサ側コネクタ３０が制御基板６０に接続される。車両に搭載された車速センサ等の各種センサによって検出された信号は、センサ側コネクタ３０を介して制御基板６０に出力され、制御基板６０に形成された配線パターンを介してＣＰＵ６４に出力される。

本実施形態では、ロゴスキーコイル７０と検出処理部７（図８参照）によって電流検出センサが構成されている。制御部６は、検出処理部７から入力される信号に基づいて電流値を算出し、複数のスイッチング素子５４のオン状態とオフ状態を切り替えて三相交流モータ４の各相に供給される電力を制御している。以下、これらの機能を図８及び図９のブロック図に基づいて説明する。

図８に示されるように、電力制御装置１は、三枚のスイッチ基板５０に実装されたインバータ回路５を備えている。インバータ回路５は、バッテリ２側の直流電流を交流電流に変換して、三相交流モータ４の各相に供給する。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応する電圧レベルが高い側（Ｈｉｇｈ側）のスイッチング素子５４ＵＨ，５４ＶＨ，５４ＷＨのドレインは、バッテリ２の正極側に接続されている。また、各相に対応する電圧レベルが低い側（Ｌｏｗ側）のスイッチング素子５４ＵＬ，５４ＶＬ，５４ＷＬのソースは、バッテリ２の負極側に接続されている。また、全てのスイッチング素子５４のゲートは、制御部６から出力される制御信号の信号線にそれぞれ接続されている。

六つのロゴスキーコイル７０は、バッテリ２の正極とインバータ回路５のＨｉｇｈ側のスイッチング素子５４ＵＨ，５４ＶＨ，５４ＷＨとの間にそれぞれ流れる電流を計測する三つのロゴスキーコイル７０Ｕ１，７０Ｖ１，７０Ｗ１と、バッテリ２の負極とインバータ回路５のＬｏｗ側のスイッチング素子５４ＵＬ，５４ＶＬ，５４ＷＬとの間にそれぞれ流れる電流を計測する三つのロゴスキーコイル７０Ｕ２，７０Ｖ２，７０Ｗ２とから構成されている。これらの六つのロゴスキーコイル７０では、三相交流モータ４の各相に対応するスイッチング素子５４のオン状態とオフ状態が切り替わった瞬間の電流値が計測される。そして、各ロゴスキーコイル７０から出力された出力信号（誘導起電力）は、制御基板６０に実装された検出処理部７に入力される。

図９に示されるように、検出処理部７は、六つのロゴスキーコイル７０に対応する六つの積分回路８０（Ａ～Ｆ）と、三相交流モータ４の各相に対応する三つの加算器８２（Ｕ～Ｗ）とを有して構成されている。検出処理部７では、六つのロゴスキーコイル７０の出力信号がそれぞれ六つの積分回路８０（Ａ～Ｆ）に入力される。各積分回路８０は、例えば、オペアンプと抵抗とコンデンサを有して構成されている。この積分回路８０ではロゴスキーコイル７０からの出力信号を積分し、各地点の計測電流に比例した電圧波形に対応する信号を出力する。

加算器８２は、三相交流モータ４のＵ相に対応する加算器８２Ｕと、Ｖ相に対応する加算器８２Ｖと、Ｗ相に対応する加算器８２Ｗとを備えている。加算器８２Ｕでは、Ｕ相に対応する二つのロゴスキーコイル７０Ｕ１,７０Ｕ２の出力信号が積分されて得られた電圧波形が加算される。これにより、バッテリ２の正極側の検出値から負極側の検出値が加算されてバッテリ２からＵ相に出力された直流電流に比例する出力信号ＵＣを得ることができる。同様にして、加算器８２Ｖでは、バッテリ２からＶ相に出力された直流電流に比例する出力信号ＵＶを得ることができる。また、加算器８２Ｗでは、バッテリ２からＷ相に出力された直流電流に比例する出力信号ＵＷを得ることができる。加算器８２Ｕ，８２Ｖ，８２Ｗから出力される信号は、制御部６に入力され、制御部６で演算処理されることにより、バッテリ２から三相交流モータ４の各相に出力された出力電流を得ることができる。

（作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。

本実施形態に係る電力制御装置１によれば、バッテリ２と三相交流モータ４との間で流れる電流をロゴスキーコイル７０を用いて検出するようになっており、当該電流がロゴスキーコイル７０自体を流れることがないため、通電によりロゴスキーコイル７０の発熱量が大きくなることがない。従って、例えばバッテリ２と三相交流モータ４との間で大電流が流れる場合であっても、ロゴスキーコイル７０を用いて当該大電流を精度良く検出することができる。また、ロゴスキーコイル７０のパターンが形成された制御基板６０が、複数のスイッチング素子５４を有するスイッチ基板５０に対して所定の間隔を空けて配置されるため、スイッチング素子５４の発熱の影響をロゴスキーコイル７０が受けにくい。以上のことから、電流の検出精度を向上させることができる。

また、ロゴスキーコイル７０が制御基板６０に形成されており、ロゴスキーコイル７０が形成されるコイル基板と制御基板６０とが一体になった構成であるため、制御基板６０とコイル基板を別体として構成する場合と比較して、電力制御装置１を構成する部品点数を減らすことができる。

また、本実施形態によれば、三相交流モータ４の各相に対応する三枚のスイッチ基板５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗに接続された六つの電源側端子部材５６に流れる電流を、一枚の制御基板６０に形成された六つのロゴスキーコイル７０を用いて検出している。このように、複数のロゴスキーコイル７０が一枚の制御基板６０（コイル基板）に形成されているため、スイッチ基板５０に対する各電源側端子部材５６の角度が同じ角度であれば（各電源側端子部材５６が平行になっていれば）、当該各電源側端子部材５６に対する各ロゴスキーコイル７０の傾き（距離）が揃うことになる。そのため、全てのロゴスキーコイル７０に対して電流検出の初期値補正（イニシャライズ）を行う必要がなく、一つのロゴスキーコイル７０に対して初期値補正を行い、その補正値を他のロゴスキーコイル７０に対しても用いることができるので、初期値補正の作業工数を減らすことができる。

なお、上記第１実施形態には、図１０及び図１１に示す変形例１としての電源側端子部材５６０と第３端子部材４６０を用いることもできる。なお、上述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

変形例１に係る電源側端子部材５６０は、上端部の側面に平面視（上下方向視）でくし歯形状の接合部１００が設けられている点に特徴がある。電源側端子部材５６０は、Ｕ字形状に湾曲された湾曲部５６０Ａの上端から上方へ直線状に延びて制御基板６０の第１貫通孔６２を挿通している。電源側端子部材５６０は、第１貫通孔６２を通って制御基板６０の上方まで延びた上端部の側面にくし歯形状の接合部１００が設けられている。この変形例１では、電源側端子部材５６０を第１貫通孔６２に挿通させるため、制御基板６０に形成された第１貫通孔６２は、制御基板６０の前端部６０Ａまで延びて前方にも開口したスリット形状になっている。なお、第１貫通孔６２を当該スリット形状ではなく、上記第１実施形態のように長円形状の第１貫通孔６２とする場合には、接合部１００を電源側端子部材５６０の上端部から上方に延びるように形成しておき、当該電源側端子部材５６０を第１貫通孔６２に挿通させた後に、電源側端子部材５６０に対して接合部１００を折り曲げて形成するようにしてもよい。

変形例１に係る第３端子部材４６０は、電源側端子部材５６０と接合される一端にくし歯形状の被接合部１１０が設けられている点に特徴がある。第３端子部材４６０は、上下方向を板厚方向とし、前後方向に延在している。また、第３端子部材４６０の先端部の側面には、平面視（上下方向視）でくし歯形状をなす被接合部１１０が設けられている。電源側端子部材５６０の接合部１００と第３端子部材４６０の被接合部１１０は、互いのくし歯が隙間なく噛み合った状態で、半田付け等により接合されている。この噛み合いにより、電源側端子部材５６０と第３端子部材４６０の接触面積が確保されている。

上記変形例１の構成によれば、くし歯形状をなす接合部１００と被接合部１１０をかみ合わせることにより電源側端子部材５６０と第３端子部材４６０の接合部分を小型化しつつ、接触面積を増やして導通率を確保することができる。例えば、図１１に２点鎖線で示されるように電源側端子部材と第３端子部材の側面同士を当接させて接合する構成と比較して電源側端子部材５６０の上下方向の寸法を短くすることができるため、電力制御装置１を上下方向に小型化することができる。

また、変形例１と同様の観点から、上記第１実施形態には、図１２に示す変形例２としての電源側端子部材５６２と第３端子部材４６２を用いることもできる。なお、上述した変形例１と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

変形例２に係る電源側端子部材５６２は、上端部に正面視（前後方向視）でくし歯形状をなす接合部１００が形成されている点に特徴がある。電源側端子部材５６２は、前後方向を板厚方向として上方に延びている。変形例２に係る第３端子部材４６２は、電源側端子部材５６２と接合される一端にくし歯形状の被接合部１１０が設けられている点に特徴がある。第３端子部材４６２は、上下方向を板厚方向とし、前後方向に延在している。また、第３端子部材４６２の先端部には、平面視（上下方向視）でくし歯形状をなす被接合部１１０が設けられている。電源側端子部材５６２の接合部１００と第３端子部材４６２の被接合部１１０は、互いに直交姿勢で配置されたくし歯同士が隙間なく噛み合った状態で、半田付け等により接合されている。当該構成を適用した場合も、電源側端子部材５６２と第３端子部材４６２との接合部分を小型化しつつ、接触面積を増やして導通率を確保することができるため、電力制御装置１の小型化に寄与する。

また、上記第１実施形態には、図１３に示す変形例３としての電源側端子部材５６４と第３端子部材４６４を用いることもできる。なお、上述した変形例１と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

電源側端子部材５６４は、Ｕ字形状に湾曲された湾曲部（不図示）の上端から上方へ直線状に延びている。電源側端子部材５６４は、前後方向を板厚方向として上下方向に延在している。電源側端子部材５６４は、電源側端子部材５６４の上端部側を前方に略直角に折り曲げて形成された接合部１０５を有している。第３端子部材４６４は、上下方向を板厚方向とし、前後方向に延在している。また、第３端子部材４６４は、先端部に電源側端子部材５６４よりも幅の狭い接合片１２０が一体に形成されている。この接合片１２０は、電源側端子部材５６４の接合部１０５に上方から重ねられて、接合部１０５の上面に当接した状態で半田付けされている。当該構成を適用した場合も、電源側端子部材５６４の上下方向の寸法を短くすることができるため、電力制御装置１を上下方向に小型化させることができる。また、電源側端子部材５６４と第３端子部材４６４の接合部分を簡単な形状にすることができるため、生産が容易である。

次に図１４を参照して第２実施形態に係る電力制御装置２００について説明する。なお、上述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。この第２実施形態では、制御基板６００と、ロゴスキーコイル７０が形成されたコイル基板６１０とが別体で構成されている点が、第１実施形態の電力制御装置１と異なる。このコイル基板６１０は、本発明における電流検出用基板に相当する。その他の構成は、第１実施形態と同一である。

本実施形態では、第１実施形態で説明した制御基板６０が、制御部６と検出処理部７を構成する回路が実装された制御基板６００と、複数のロゴスキーコイル７０が形成されたコイル基板６１０とに分割されている。制御基板６００は、実装面６００Ｃの前端部６００Ａ側に複数のロゴスキーコイル７０が形成されないため、実装面６００Ｃの前端部６００Ａ側まで各種回路の実装領域とすることができ、第１実施形態で説明した制御基板６０よりも若干小型に形成されている。

コイル基板６１０は、左右方向に延在する長尺なプリント配線板である。コイル基板６１０は、制御基板６００の実装面６００Ｃと反対側の面（スイッチ基板５０と対向する面）の前端部６００Ａ側の位置に設けられ、スイッチ基板５０と制御基板６００との間に配置されている。このコイル基板６１０は、前後方向を板厚方向としており、制御基板６００に対して直立する姿勢で配置されている。コイル基板６１０には、左右方向に沿って六つの第１貫通孔６２が形成されている。六つの第１貫通孔６２の周囲にはそれぞれ、ロゴスキーコイル７０が形成されている。

各ロゴスキーコイル７０の両端部に接続された電極接続片７５，７６には、それぞれ接続ピン６２０が接続されている。これらの接続ピン６２０は、コイル基板６１０の上端部から制御基板６００に向かって延在し、制御基板６００の実装面６００Ｃに形成された配線パターンに接続されている。これにより、各ロゴスキーコイル７０から出力される信号（誘導起電力）が、制御基板６００に形成された検出処理部７に出力される。また、これらの接続ピン６２０を介してコイル基板６１０が制御基板６００に取り付けられている。

コイル基板６１０の第１貫通孔６２には、コンデンサモジュール４０の保持部材４４から突出した第３端子部材４６が第１貫通孔６２の縁に対して非接触の状態で挿通されている。このように、本実施形態では、第３端子部材４６が本発明における「電源側端子部材」を構成している。また、第３端子部材４６の先端側は、スイッチ基板５０と制御基板６００の間で電源側端子部材５６の先端側に接合されている。

（作用並びに効果）
以上説明した通り、本実施形態に係る電力制御装置２００では、スイッチ基板５０及び制御基板６００とは別体のコイル基板６１０を備えており、コイル基板６１０は、スイッチ基板５０と制御基板６００との間に配置されている。このため、当該コイル基板が制御基板と一体に形成される構成と比較して、制御基板６００の実装領域を広げることや、制御基板６００を小型化することができる。

［補足説明］
上記各実施形態及び変形例では、本発明における電源がバッテリ２とされ、本発明における電力供給対象が三相交流モータ４として構成されているが、本発明はこれに限らない。電源及び電力供給対象は適宜設定可能である。例えば、電源は、発電機やコンセントから取れる電源でもよい。また、電力供給対象は、単相交流モータや、四相交流や五相交流等、三相以上の交流モータや、各種電気機器等を適宜採用することができる。

上記各実施形態及び変形例ではバッテリ２から三相交流モータ４に電力供給がされる場合について記載したが、本発明は回生電力のように、モータからバッテリに供給（充電）される電力の制御にも用いることができる。

上記各実施形態及び変形例では、電源側端子部材５６の正極側端子部材５６Ｐと負極側端子部材５６Ｎに対応する六つのロゴスキーコイル７０が一枚の基板に形成されていたが、本発明はこれに限らない。六つのロゴスキーコイル７０を複数の基板に分割して形成してもよい。例えば、電源側端子部材５６の正極側端子部材５６Ｐに対応する三つのロゴスキーコイル７０が形成された第１コイル基板と、電源側端子部材５６の負極側端子部材５６Ｎに対応する三つのロゴスキーコイル７０が形成された第２コイル基板と、を備える構成としてもよい。

また、上記各実施形態及び変形例では、三相交流モータ４の各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に対応するスイッチ基板５０の正極側端子部材５６Ｐと負極側端子部材５６Ｎの電流をそれぞれ検出する構成としたが、本発明はこれに限らない。例えば、三相交流モータの二相に対応する電流を検出できれば、当該電流の検出値を用いて残り一相に供給する電力を演算し、制御することができる。この場合、三相交流モータの各相の何れか二相に対応するスイッチ基板５０の正極側端子部材５６Ｐと負極側端子部材５６Ｎの電流を検出する構成であればよい。この場合、コイル基板には、四つのロゴスキーコイル７０が形成される。

上記各実施形態における電力制御装置１，２００では、バッテリ２に対して七つのコンデンサ３が並列に接続される構成としたが、コンデンサ３を備えない構成としてもよい。この場合、コンデンサモジュール４０が不要とされ、電源側端子部材５６の正極側端子部材５６Ｐと負極側端子部材５６Ｎに、バスバーの正極と負極が接続される構成としてもよい。

上記変形例３では、電源側端子部材５６４の接合部１０５の上面に第３端子部材４６４の接合片１２０を接合する構成としたが、本発明はこれに限らない。第３端子部材４６２の接合片１２０を接合部１０５の下面に接合してもよい。また、電源側端子部材５６４の接合部１０５の先端に接合片１２０を形成し、第３端子部材４６４の一端に接合する構成にしてもよい。

上記第２実施形態では、コイル基板６１０が制御基板６００に対して直立する姿勢で配置される構成としたが、本発明はこれに限らない。コイル基板６１０の第１貫通孔６２にスイッチ基板５０の電源側端子部材５６が挿通されるように、コイル基板６１０を制御基板６００に対して平行又は略平行となる姿勢で配置する構成にしてもよい。

上記第２実施形態では、コイル基板６１０がスイッチ基板５０と制御基板６００との間に配置される構成としたが、本発明はこれに限らない。図１５に示すコイル基板位置Ａ（１～４）のように、制御基板６００の前方側にコイル基板６１０を配置する構成としてもよい。図１５に示すコイル基板位置Ａ１，Ａ２，Ａ３では、コイル基板６１０は、スイッチ基板５０（及び制御基板６００）と平行又は略平行となる姿勢で配置される。そして、コイル基板６１０の第１貫通孔６２にスイッチ基板５０の電源側端子部材５６が挿通されるようにして、制御基板６００の下方側（Ａ１位置）、又は制御基板６００と同一平面上（Ａ２位置）、又は制御基板６００の上方側（Ａ３位置）に配置されている。図１５に示すコイル基板位置Ａ４では、コイル基板６１０は、スイッチ基板５０（及び制御基板６００）に対して直立する姿勢とされ、制御基板６００の前方側に離間して配置される。そして、コイル基板６１０の第１貫通孔６２に電源側端子部材としてのコンデンサモジュール４０の第３端子部材４６が挿通されている。

２０２０年４月１４日に出願された日本国特許出願２０２０－０７２５９０号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載されたすべての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (6)

1. 電源と電力供給対象とを電気的に接続する配線パターン、及び前記配線パターンに接続される複数のスイッチング素子を有するスイッチ基板と、
   板厚方向に貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔の周囲にロゴスキーコイルのパターンが形成されたコイル基板と、
   前記電源と前記スイッチ基板の前記配線パターンとを電気的に接続する電源側端子部材と、を備え、
   前記コイル基板が前記スイッチ基板に対して所定の間隔を空けて配置され、前記電源側端子部材が前記コイル基板の前記貫通孔に挿通された状態で配置されている電力制御装置。
2. 前記電源側端子部材は、前記電源の正極と前記配線パターンとを電気的に接続する正極側端子部材と、前記電源の負極と前記配線パターンとを電気的に接続する負極側端子部材とを有し、
   前記コイル基板は、前記正極側端子部材及び前記負極側端子部材がそれぞれ挿通される二つの前記貫通孔を有し、当該二つの前記貫通孔の周囲にそれぞれ前記ロゴスキーコイルのパターンが形成されている請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記電力供給対象が三相交流モータであり、
   前記電源側端子部材は、前記三相交流モータの各相に対応する三つの前記正極側端子部材と三つの前記負極側端子部材とを有し、
   前記コイル基板は、三つの前記正極側端子部材及び三つの前記負極側端子部材がそれぞれ挿通される六つの前記貫通孔を有し、当該六つの前記貫通孔の周囲にそれぞれ前記ロゴスキーコイルのパターンが形成されている請求項２に記載の電力制御装置。
4. 前記ロゴスキーコイルを用いて検出される電流値に基づいて前記複数のスイッチング素子を制御する制御基板を備え、
   前記コイル基板は、前記制御基板と一体に形成されている請求項１～３の何れか１項に記載の電力制御装置。
5. 前記ロゴスキーコイルを用いて検出される電流値に基づいて前記複数のスイッチング素子を制御する制御基板を備え、
   前記コイル基板は、前記スイッチ基板と前記制御基板との間に配置されている請求項１～３の何れか１項に記載の電力制御装置。
6. 電源と電力供給対象とを電気的に接続する配線パターン、及び前記配線パターンに接続される複数のスイッチング素子を有するスイッチ基板と、
   前記電源と前記スイッチ基板の前記配線パターンとを電気的に接続する電源側端子部材とを備える電力制御装置に用いられる電流検出用基板であって、
   板厚方向に貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔の周囲にロゴスキーコイルのパターンが形成され、
   前記スイッチ基板に対して所定の間隔を空けた状態、且つ前記貫通孔に前記電源側端子部材を挿通させた状態で配置される電流検出用基板。

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