DE102004028308A1

DE102004028308A1 - Vorrichtung zur Erfassung eines Motorantriebstroms

Info

Publication number: DE102004028308A1
Application number: DE102004028308A
Authority: DE
Inventors: Shin Anjo Taguchi; Hiromichi Anjo Agata; Masayuki Anjo Takenaka
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2005-01-27
Also published as: US20040251928A1; US7012446B2; JP4324846B2; JP2005006445A

Abstract

Eine Vorrichtung zur Erfassung eines Motorantriebsstroms ist derart angeordnet, dass sie im Wesentlichen keinen zusätzlichen Raum benötigt. Eine Vorrichtung (S) zur Erfassung eines Motorantriebsstroms erfasst die Ströme der Phasen, die durch Zufuhrleitungen fließen, die die Motoren (M, G) mit einem Umrichter (I) unter Verwendung erster Stromschienen für jede Phase, die parallel zueinander angeordnet sind, und zweiter Stromschienen für jede Phase verbinden, die sich von den Enden der vorstehend genannten Stromschienen in einer derartigen Richtung erstrecken, dass sie deren Achsen schneiden, unter Verwendung von Felderfassungselementen für jede Phase, die nahe an den Zufuhrleitungen angeordnet sind, wobei Verarbeitungseinrichtungen zur Erfassung der Ströme unter Verwendung von Felderfassungselementen für jede Phase auf einer gemeinsamen Schaltungsplatine vorgesehen sind. Die Felderfassungselemente sind nahe an den ersten Stromschienen für jede Phase angeordnet, und die Schaltungsplatine ist in einem Raum angeordnet, der zwischen den ersten Stromschienen jeweils auf der äußeren Seite sandwichartig angeordnet ist. Somit ist die Schaltungsplatine derart angeordnet, dass sie im Wesentlichen keinen zusätzlichen Raum benötigt, weshalb eine kompakte Form für die Stromerfassungsvorrichtung verwirklicht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines elektrischen Stroms zum Antrieb eines elektrischen Motors und insbesondere eine Vorrichtung zur Erfassung eines Motorantriebstroms, die dazu eingerichtet ist, in einer Antriebseinheit für Elektroautos und in einer Antriebseinheit für Hybridautos verwendet zu werden.
Ein Umrichter zum Antrieb von Elektromotoren ist für Wechselstromelektromotoren (in dieser Beschreibung werden sowohl ein Motor als auch ein Generator, der ebenfalls als Motor arbeitet, beide als Elektromotoren bezeichnet), die durch eine Gleichspannungs-Energieversorgung einer Speicherbatterie oder dergleichen betrieben werden, in einer Antriebseinheit für Elektroautos und in einer Antriebseinheit für Hybridautos erforderlich. Der Umrichter wird auf der Grundlage von Steuerungssignalen gesteuert, die eine Motorsteuerungseinheit zu einer Signalleitung des Umrichters sendet. Während des Motorbetriebs wird ein aus der Batterie über eine Gleichstromenergieversorgungsleitung zugeführter Gleichstrom in Ströme der U-, V- und W-Phasen umgewandelt, und diese Ströme werden Dreiphasenspulen des Elektromotors über Dreiphasen-Wechselstromenergieversorgungsleitungen zugeführt. Im Generatorbetrieb (Generation oder Regeneration) werden weiterhin die Ströme der U-, V- und W-Phasen, die in den Dreiphasenspulen des Elektromotors erzeugt werden, über die Dreiphasen-Wechselstromenergieversorgungsleitungen zugeführt, werden in Gleichströme umgewandelt und werden dann der Batterie über die Gleichstrom-Energieversorgungsleitung zugeführt.
Ein Stromsensor zur Erfassung eines Antriebsstroms ist für die Dreiphasen-WechselstromEnergieversorgungsleitungen vorgesehen, die den Elektromotor mit den Umrichter verbinden, um einen Zustand zu überwachen, in dem der Motor durch den Umrichter angetrieben wird, und um Daten zu der Motorsteuerungseinheit zu senden. 12 zeigt konkret einen herkömmlichen Aufbau zur Anordnung der Stromsensoren für die Dreiphasen-WechselstromEnergieversorgungsleitungen. In dieser gezeigten Anordnung ist eine gedruckte Schaltungsplatine d eines Stromsensors nahe den Erstreckungspositionen a, b, und c von drei Sammelschienen angeordnet, wobei die Plattenoberfläche parallel zu den Sammelschienen verläuft. In dieser Anordnung ist jedoch die gedruckte Schaltungsplatine d derart platziert, dass sie parallel zu den Busschienen verläuft. Falls die Richtung, in der die Sammelschienen sich erstrecken, mit der Z-Achse bezeichnet wird, die Richtung, in der die Sammelschienen angeordnet sind, durch Y-Achse bezeichnet wird, und die Richtung im rechten Winkel dazu durch die Y-Achse bezeichnet wird, wird es schwierig, die Größe in Richtung der Y-Achse zu verringern und die Fläche zum Anordnen der Stromerfassungseinrichtung in einer Richtung zu verringern, die quer zu den Sammelschienen verläuft.

Bei dem anderen Aufbau zum Anordnen der Stromerfassungseinrichtung ist eine Schaltungsplatine, die die Stromerfassungseinrichtung bildet, an einem Abschnitt von Stromzufuhrleitungen (Sammelschienen) angeordnet (vgl. Patentdokument 1, JP-A-9-304447, Seite 8, 4). In diesem Beispiel ist die gedruckte Schaltungsplatine benachbart zu den Kernen (cores) angeordnet, die derart angeordnet sind, dass sie die umlaufenden Oberflächen der plattenförmigen Sammelschienen umgeben, wobei die Sammelschienen durch die gedruckte Schaltungsplatine hindurch dringen.

Gemäß den in dem vorstehend beschriebenen Patentdokument beschriebenen Stand der Technik ist jedoch die Stromerfassungseinrichtung an einem Umrichtergehäuse angebracht, und der Strom wird durch die plattenförmigen Sammelschienenabschnitte erfasst. Daher wird die Stromerfassungseinrichtung in Bezug auf den Raum zum Anordnen der Sammelschienen sperrig. Wenn alle Sammelschienen durch die gedruckte Schaltungsplatine hindurchdringen ist außerdem die Richtung der Sammelschienen begrenzt, und ist der Anschlussvorgang nicht einfach.

Die Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Umstände gemacht, und ihre hauptsächliche Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zur Erfassung eines Motorantriebstroms anzugeben, die im Wesentlichen keinen zusätzlichen Raum benötigt.

Zum Lösen der vorstehend beschriebenen Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Erfassung eines Motorantriebstroms angegeben, die die Ströme der Phasen erfasst, die durch Zufuhrleitungen fließen, die Motoren mit einem Umrichter unter Verwendung erster Stromschienen für jede Phase, die parallel zueinander angeordnet sind, und zweiter Stromschienen für jede Phase verbinden, die sich von den Enden der vorstehend genannten Stromschienen in einer Richtung derart erstrecken, dass sie deren Achsen schneiden, unter Verwendung von Felderfassungselementen für jede Phase, die nahe an den Zufuhrleitungen angeordnet sind, wobei eine Verarbeitungseinrichtung zur Erfassung der Ströme unter Verwendung von Felderfassungselementen für jede Phase auf einer gemeinsamen Schaltungsplatine angeordnet sind, und wobei die Felderfassungselemente nahe an den ersten Stromschienen für jede Phase angeordnet sind, und die Schaltungsplatine in einem Raum angeordnet ist, der zwischen den ersten Stromschienen an der äußersten Seite sandwichartig angeordnet ist.

In der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung ist es wünschenswert, dass die Schaltungsplatine derart angeordnet ist, dass deren Plattenoberfläche in einer Richtung gerichtet ist, um die Achsen der ersten Sammelschienen jeder der Phasen zu schneiden. Genauer gesagt weisen die ersten Sammelschienen jeder Phase drei parallele Sammelschienen zum Leiten eines Dreiphasenstroms auf, und die in der Mitte von ihnen angeordnete Sammelschiene dringt durch die Schaltungsplatine hindurch. Bei irgendeinem der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen weist die Schaltungsplatine weiterhin Verstärker von jeder Phase zum Verstärken der durch die Felderfassungselemente jeder der Phasen erfassten Signale auf, und die Verstärker sind derart angeordnet, dass sie zu einer Seite auf der Oberfläche der Schaltungsplatine einschließlich der Achsen der ersten Sammelschienen jeder Phase versetzt sind. Genauer sind die ersten Sammelschienen jeder der Phasen mit den Wicklungen jeder der Phasen der Motoren in dem Motorgehäuse mit den Motoren verbunden, und liegen in Form von Anschlussteilen vor, die durch das Motorgehäuse hindurchdringen und zu einem Umrichtergehäuse verlaufen, der den Umrichter aufweist.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Erfassung eines Motorantriebsstroms, die die Ströme der Phasen erfasst, die durch Zufuhrleitungen fließen, die Motoren mit einem Umrichter unter Verwendung erster Stromschienen für jede Phase, die parallel zueinander angeordnet sind, und zweiter Stromschienen für jede Phase verbinden, die sich von den Enden der vorstehend genannten Stromschienen in einer Richtung derart erstrecken, dass sie deren Achsen schneiden, unter Verwendung von Felderfassungselementen für jede Phase, die nahe an den Zufuhrleitungen angeordnet sind, wobei Verarbeitungseinrichtungen zur Erfassung der Ströme unter Verwendung der Felderfassungselemente für jede Phase auf einer gemeinsamen Schaltungsplatine vorgesehen sind, und wobei die Schaltungsplatine mit Verstärkern für jede Phase zur Verstärkung der durch die Felderfassungselemente für jede Phase erfassten Signale versehen ist, und die ersten Stromschienen für jede Phase von deren Achsen in eine Richtung derart erstreckt sind, das sie deren Achsen schneiden und sich weg von den Verstärkern entfernen, um mit den Anschlüssen für jede Phase des Umrichters verbunden zu werden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schaltungsplatine in einem Raum angeordnet, der zwischen den ersten Sammelschienen an beiden äußersten Seiten der Zufuhrleitung sandwichartig angeordnet ist. Daher ist die Schaltungsplatine in dem Raum angeordnet, der durch die Zufuhrleitung belegt ist, ohne dass im Wesentlichen zusätzlicher Raum benötigt wird, weshalb eine kompakte Größe der Stromerfassungsvorrichtung erhalten werden kann. Außerdem ist der Abschnitt zur Erfassung des Stroms durch die ersten Sammelschienen gebildet, die näher an dem Motor als die zweiten Sammelschienen liegen, die direkt mit dem Umrichter verbunden sind. Daher können die zweiten Sammelschienen frei gerichtet werden, um mit dem Umrichter verbunden zu werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verläuft die Plattenoberfläche der Schaltungsplatine nicht parallel zu den ersten Sammelschienen, wodurch ermöglicht wird, dass ein Abstand zwischen den ersten Sammelschienen und der Schaltungsplatine beibehalten wird und ein Abfall in den Störungscharakteristiken der Erfassungsvorrichtung verhindert wird, die dadurch verursacht werden, dass die zweiten Sammelschienen näher an die Schaltungsplatine kommen .

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Raum, der durch die an beiden äußersten Seiten positionierten ersten Sammelschienen sandwichartig eingeschlossen wird, als maximales Ausmaß für die Fläche der Schaltungsplatine verwendet, wodurch ermöglicht wird, dass die Schaltungsplatine leicht in diesem Raum untergebracht werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Verstärker auf der Schaltungsplatine zu einer Seite der Oberfläche der Schaltungsplatine versetzt, die die Achsen der ersten Sammelschienen aufweisen, so dass keine Störungen (Rauschen) erzeugt werden, die dadurch hervorgerufen werden, dass die Verstärker nahe an die zweiten Sammelschienen gelangen. Die zweiten Stromschienen, die die ersten Stromschienen mit dem Umrichter verbinden, erstrecken sich nämlich auf der Seite, die gegenüberliegend zu der Oberfläche ist, auf der die Verstärker angeordnet sind, und auf der die Achsen der ersten Stromschienen enthalten sind, um eine Verschlechterung der Störungscharakteristiken der Erfassungsvorrichtung zu verhindern, die daraus resultieren, dass die zweiten Stromschienen nahe an die Verstärker gelangen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die vorstehend beschriebenen Wirkungen durch eine Vorrichtung erreicht, in der ein Umrichtergehäuse an einem Motorgehäuse angebracht ist, um die Motoren und die Umrichter einstückig miteinander anzuordnen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die zweiten Stromschienen in einer Richtung derart erstreckt, dass sie sich von den Verstärkern mit Beginn der Achsen der ersten Stromschienen trennen, im Gegensatz zu der Ausgestaltung, in der die Verstärker an der Schaltungsplatine angebracht sind und ein Grund für die Erzeugung von Störungen werden, wenn die zweiten Stromschienen nahe daran angeordnet sind. Diese Ausgestaltung verhindert nämlich eine Verschlechterung der Störungs- bzw. Rauschcharakteristiken der Vorrichtung zur Erfassung eines Stroms, die dadurch verursacht wird, dass die zweiten Stromschienen nahe an die Verstärker gelangen.

Nachstehend sind die Zeichnungen kurz beschrieben. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines elektrischen Stromkreises, die einen Abschnitt veranschaulicht, bei dem die Erfindung angewandt wird,
2 eine Darstellung, die schematisch die Anordnung einer Schaltungsplatine einer Stromerfassungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
3 eine Querschnittsdarstellung, wenn eine Stromerfassungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel in Querrichtung relativ zu einer Richtung betrachtet wird, in der die Stromschienen angeordnet sind,
4 eine Querschnittsansicht, wenn die Stromerfassungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel in einer Richtung betrachtet wird, in der die Stromschienen angeordnet sind,
5 an den Graphen, der eine Änderung in der Störung in Abhängigkeit von einem Abstand zwischen den Stromschienen und der Schaltungsplatine veranschaulicht,
6 eine Draufsicht der Stromerfassungsvorrichtungen gemäß dem Ausführungsbeispiel,
7 eine Darstellung, die schematisch ein Verfahren zum Messen von Störungscharakteristiken veranschaulicht,
8 ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen den Richtungen, in denen die Stromschienen sich erstrecken, und den Störungscharakteristiken veranschaulicht,
9 eine Querschnittsdarstellung in axialer Richtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Erfindung auf eine Hybridantriebseinheit angewandt ist,
10 eine Draufsicht entlang eines Pfeils X-X in 9, wobei die oberen Teile entfernt sind,
11 eine perspektivische Darstellung, die teilweise in auseinandergebauter Weise die Anordnung der Stromerfassungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellt, und
12 eine Darstellung, die schematisch die Anordnung eines gedruckten Substrats bei einer herkömmlichen Stromerfassungsvorrichtung veranschaulicht.
Vor der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, wie nachstehend beschrieben, ist zunächst ein Schaltbild beschrieben, das die Position zur Anordnung einer Vorrichtung zur Erfassung eines Motorantriebstroms gemäß der Erfindung darstellt. Gemäß 1, die den Schaltungsaufbau veranschaulicht, erfasst eine Stromerfassungsvorrichtung S die durch erste Stromschienen L_T fließenden Ströme unter Verwendung von (nicht gezeigten) Felderfassungselementen, die in der Nähe der ersten Stromschienen L_T angeordnet sind, die parallel verlaufen, um einen Umrichter I mit einem Motor M und einem Generator G zu verbinden, die als zwei Motoren arbeiten. In diesem Beispiel weist der Umrichter I zwei Schaltelement-Leistungsmodule I_M und I_G für den Motor M und den Generator G auf. Die zwei Schaltelement-Leistungsmodule I_M und I_G sind mit einer Batterie B, bei der es sich um eine Gleichspannungsenergieversorgung handelt, parallel zu einer Gleichspannungsschaltung geschaltet, die Glättungskondensatoren und dergleichen aufweist. Die drei Phasenanschlüsse der Leistungsmodule I_M und I_G sind mit den Leitungen L_C der Wicklungen des Motors M und des Generators G über zweite Stromschienen L_B und erste Stromschienen L_T verbunden. 1 veranschaulicht keine Signalschaltung zur Steuerung des Umrichters.
2 veranschaulicht schematisch das Konzept der Erfindung, 3 veranschaulicht in Querschnittsansicht ein Verhältnis zwischen den einzelnen ersten Stromschienen und der Stromerfassungsvorrichtung, und 4 veranschaulicht in einer Seitenansicht ein Verhältnis zwischen den ersten Stromschienen der drei Phasen und der Stromerfassungsvorrichtung. Wie es gezeigt ist, weist die Stromerfassungsvorrichtung S auf einer Schaltungsplatine 2 Verarbeitungseinrichtungen zur Erfassung eines Stroms unter Verwendung der (nicht gezeigten) Felderfassungselemente (Felddetektorelemente). Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Schaltungsplatine 2 in einem Raum angeordnet ist, der zwischen den ersten Stromschienen L_TU und L_TW an den äußersten Seiten sandwichartig angeordnet ist. Die ersten Stromschienen L_T sind mit dem Umrichter über die zweiten Stromschienen L_B verbunden. Wie nachstehend ausführlich beschrieben ist, sind die ersten Stromschienen L_T mit den Dreiphasenanschlüssen der Leistungsmodule I_M und I_G verbunden (vgl. 1). Somit ist die Schaltungsplatine 2 in einem Raum angeordnet, der zwischen den ersten Stromschienen L_TU und L_TW an den äußersten Seiten in der Leistungszufuhrleitung sandwichartig eingeschlossen ist. Daher ist die Schaltungsplatine 2 in dem Raum angeordnet, der durch die Zufuhrleitungen belegt ist, so dass im Wesentlichen kein zusätzlicher Raum erforderlich ist, weshalb eine kompakte Größe der Stromerfassungsvorrichtung S erhalten werden kann. Weiterhin sind die Stromerfassungsabschnitte durch Abschnitte der ersten Stromschienen L_T gebildet, die näher an den Motoren M und G als an den zweiten Stromschienen L_B liegen, die direkt mit den Umrichter I verbunden sind. Daher können die zweiten Stromschienen L_B frei zur Verbindung zu dem Umrichter I gerichtet werden.
Weiterhin ist die Schaltungsplatine 2 derart angeordnet, dass ihre Plattenoberfläche in einer Richtung gerichtet ist (in 2 die X-Y-Richtung), die die Achsen der ersten Stromschienen L_T schneidet. Bei diesem Aufbau verläuft die Plattenoberfläche der Schaltungsplatine 2 nicht parallel zu den ersten Stromschienen L_T, was ermöglicht, dass ein Abstand D (vgl. 3) zwischen den zweiten Stromschienen L_B und der Schaltungsplatine 2 beibehalten wird und dass ein Abfall in den Störungscharakteristiken der Erfassungsvorrichtung verhindert wird, der daraus resultiert, dass die zweiten Stromschienen L_B nahe an die Schaltungsplatine 2 gelangen. Ein Verhältnis zwischen dem Abstand D und der erzeugten Störung ist in 5 veranschaulicht. 5 veranschaulicht nämlich ein Verhältnis zwischen den zweien, wobei die Abszisse einen Abstand zwischen den Stromschienen (zweite Stromschienen) und der Schaltungsplatine zeigt, wohingegen die Ordinate einen unnötigen Ausgang des Stromsensors aufgrund einer dv/dt-Störung zeigt. Es geht daraus hervor, dass die Größe der Störung stark ansteigt, wenn der Abstand zwischen den Stromschienen und der Schaltungsplatine kleiner als ein vorbestimmter Abstand wird, jedoch angenähert derselbe bleibt, obwohl der Abstand größer als der vorbestimmte Wert bleibt. Durch Finden dieses vorbestimmten Werts kann daher der Abstand zwischen den zweiten Stromschienen und der Schaltungsplatine eingestellt werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wie in 4 veranschaulicht weisen die ersten Stromschienen L_T drei parallele Stromschienen L_TU, L_TV und L_TW zum Leiten der Dreiphasenströme auf. Daher dringt die erste Stromschiene L_TV, die in der Mitte angeordnet ist, durch die Schaltungsplatine 2 hindurch, die in einem Raum angeordnet ist, der zwischen den ersten Stromschienen L_TU und L_TW an den äußeren Seiten sandwichartig eingeschlossen ist. Dieser Aufbau ermöglicht, dass der Raum, der zwischen den an den äußersten Seiten positionierten Stromschienen L_TU und L_TW sandwichartig eingeschlossen ist, zu einem maximalen Grad für die Fläche der Schaltungsplatine 2 ausgenutzt wird, was einen Vorteil dahingehend bietet, dass die Fläche der Schaltungsplatine 2 leicht in dem vorstehend beschriebenen Raum untergebracht werden kann.
Dabei bildet, wie es in 4 gezeigt ist, die Stromerfassungsvorrichtung S Erfassungsabschnitte, indem Felderfassungselemente 3_U , 3_V und 3_W mit üblicher Weise Hall-Elementen auf der Schaltungsplatine 2 (auf der Rückseite des Substrats), wie es in 6 veranschaulicht ist, in den Schlitzabschnitten 10_U , 10_V und 10_W der Kerne I_U, I_V und I_W platziert werden, die derart angeordnet sind, dass sie die ersten Stromschienen L_T umgeben. Die Schaltungsplatine 2 weist Schaltungen zum Zuführen von Strömen zu den Felderfassungselementen 3 und zur Verstärkung der erfassten Signale auf. Daher weist die Schaltungsplatine 2 Verstärker (Operationsverstärker) 4_U , 4_V und 4_W als Schaltungschips zur Verstärkung der durch die Felderfassungselemente 3 erfassten Signale. Diese Verstärker 4 erzeugen Störungen, wenn diese nahe an den zweiten Stromschienen L_B angeordnet sind, durch die starke Ströme fließen. Dabei besteht ein Merkmal der Erfindung darin, dass die Verstärker 4 derart angeordnet sind, dass sie zu einer Seite (linke Seite in 6) auf der Oberfläche der Schaltungsplatine 2 einschließlich der Achsen der ersten Stromschienen L_T versetzt sind. In diesem Aufbau erstrecken sich die Stromschienen L_B, die die ersten Stromschienen L_T mit dem Umrichter verbinden, zu der Seite, die gegenüberliegend zu der Oberfläche liegt, auf der die Verstärker 4 angeordnet sind und an der die Achsen der ersten Stromschienen L_T enthalten sind. Dies ermöglicht, dass die zweiten Stromschienen L_B zum Anschluss gerichtet werden, d.h., ermöglicht, dass die zweiten Stromschienen L_B um ihre Achsen gedreht werden können, was einen Vorteil dahingehend bietet, dass eine Verschlechterung der Störungscharakteristiken der Erfassungsvorrichtung verhindert wird, die daraus resultiert, dass die Stromschienen L_B nahe an die Verstärker 4 gelangen.
Wenn diese Anordnung in anderer Hinsicht betrachtet wird, kann gesagt werden, dass die ersten Stromschienen L_T mit Anschlüssen der Umrichter über die zweiten Stromschienen L_B verbunden sind, die sich beginnend von deren Achsen in einer Richtung erstrecken, um deren Achsen zu schneiden und um sich von den Verstärkern 4 zu entfernen. Die Verstärker 4 an der Schaltungsplatine 2 erzeugen Störungen, wenn die zweiten Stromschienen L_B nahe daran gebracht werden. Bei diesem Aufbau erstrecken sich jedoch die zweiten Stromschienen L_B in einer Richtung, die sich von den Verstärkern 4 beginnend mit den Achsen der ersten Stromschienen L_T entfernen, wodurch eine Verschlechterung in den Störungscharakteristiken der Erfassungsvorrichtung verhindert wird, die dadurch verursacht wird, dass die zweiten Stromschienen L_B nahe an die Verstärker 4 gebracht werden.
7 und 8 veranschaulichen das Auftreten von Störungen in Abhängigkeit von dem Positionsverhältnis zwischen den zweiten Stromschienen L_B und den Verstärkern 4. Gemäß 7 werden, wenn die zweite Stromschiene L_B im Uhrzeigersinn um die Achse der ersten Stromschiene L_T der U-Phase gedreht wird, die Störungscharakteristiken wie durch eine dicke Linie wiedergegeben, die rhombische Markierungen in 8 verbindet, und Störungen werden zu einem maximalen Grad in der Richtung 6 in der Zeichnung erzeugt. In ähnlicher Weise werden, wenn die zweite Stromschiene L_B im Uhrzeigersinn um die Achse der ersten Stromschiene L_T der V-Phase gedreht wird, die Störungscharakteristiken so, wie sie durch eine in der Zeichnung mit den Markierungen
verbundene dünne Linie dargestellt sind, wobei Störungen zu einem maximalen Grad in der Richtung 7 in der Zeichnung erzeugt werden.
Gleichermaßen werden, wenn die zweite Stromschiene im Uhrzeigersinn um die Achse der ersten Stromschiene L_T der W-Phase gedreht wird, die Störungscharakteristiken so, wie sie durch eine in der Zeichnung mit den Markierungen
verbundene gestrichelte Linie dargestellt sind wobei Störungen zu einem maximalen Grad in der Richtung 3 in der Zeichnung erzeugt werden. Durch Beurteilung der Richtungen, in der die zweiten Stromschienen L_B von den ersten Stromschienen L_T jeder der Phasen in Bezug auf die Positionen der Verstärker 4 erstreckt werden, kann gesagt werden, dass die Störung am effektivsten verringert wird, wenn die zweiten Stromschienen L_B in einer Richtung sich erstrecken, die sich von den Verstärkern 4 entfernt. Im Allgemeinen sind die drei Phasenanschlüsse des Umrichters quer angeordnet, und gleichermaßen sind die ersten Stromschienen L_T der drei Phasen quer angeordnet. Bei Anordnung der Verstärker 4 auf der Schaltungsplatine auf einer Seite davon ermöglicht die Verbindung (der Anschluss), die mit den Dreiphasenanschlüssen des Umrichters auf der gegenüberliegenden Seite gemacht wird, eine Verringerung der Störungen.
Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben, gemäß dem ein konkreterer Aufbau der Erfindung auf einer Antriebseinheit für Hybridfahrzeuge angewandt ist. 9 zeigt eine Schnittansicht, die teilweise einen stereoskopischen (dreidimensionalen) Aufbau der Antriebseinheit in axialer Richtung zeigt, 10 zeigt eine Draufsicht, die ein Verbindungsverhältnis zwischen den zwei Leistungsmodulen des Umrichters und den Stromerfassungsvorrichtungen veranschaulicht, und 11 zeigt eine perspektivische Darstellung, die teilweise in auseinandergebauter Weise ein Verbindungsverhältnis zwischen den zwei Leistungsmodulen und den Stromerfassungsvorrichtungen zeigt. Gemäß 9 ist der Umrichter durch eine Umrichtereinheit I mit hauptsächlich zwei Schaltelementleistungsmodulen I_M und I_G und einer darauf angeordneten Kondensatoreinheit C aufgebaut. Eine Steuerungsvorrichtung E ist weiterhin auf einem oberen Abschnitt davon angeordnet, um dadurch eine Steuerungseinheit U zu bilden.
Die Steuerungsvorrichtung E gemäß diesem Ausführungsbeispiel bildet eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) mit hauptsächlich einem Mikrocomputer und einem Speicher, in dem Daten und verschiedene Programme zur Steuerung der gesamten Antriebseinheit gespeichert sind. Die Steuerungseinheit E ist nämlich hauptsächlich durch eine Steuerungsplatine mit verschiedenen Funktionschips aufgebaut, die in einer Schaltung angeordnet sind. Die Umrichtereinheit I ist durch eine Schaltungsplatine mit Schalttransistoren und daran angeordneten zugehörigen Schaltungschips aufgebaut. Die Umrichtereinheit I, die Kondensatoreinheit C, und die Steuerungsvorrichtung E sind in einem Umrichtergehäuse H enthalten, das auf einem Antriebseinheitsgehäuse platziert ist, bei dem es sich um ein Motorgehäuse T mit dem Generator G und dem Motor M handelt.
Die ersten Stromschienen L_T sind parallel angeordnet, um die Motoren mit dem Umrichter zu verbinden, sind mit den Leitungen L_C der Wicklungen der Motoren in dem die Motoren enthalten Motorgehäuse T verbunden, sind als Anschlussteile aufgebaut, die durch das Motorgehäuse T dringen, wobei sie sich in das Umrichtergehäuse H mit dem Umrichter erstrecken, und weisen äußere umlaufende Oberflächen in Form einer soliden Achse im Querschnitt auf, die mit einem Isolator bedeckt sind.
Das Umrichtergehäuse H, bei dem es sich um eine Grundplatte der Umrichtereinheit I handelt, ist aus einem Aluminiumguss zur Abstrahlung von Wärme und zur Verringerung des Gewichts hergestellt und weist eine Rahmenstruktur in der Form eines kurzen rechteckigen Zylinders mit einer Unterseite auf, die eine derartige Querschnittsform aufweist, die zu den zwei Schaltelementleistungsmodulen I_M und I_B passt, die benachbart zueinander angeordnet sind (in 9 sind diese in einer derartigen Richtung angeordnet, dass sie sich auf der Oberfläche des Papiers überlappen, weshalb lediglich ein Modul zu sehen ist) und weiterhin zu der Anordnung von sechs Anschlussteilen L_TU, L_TU, L_TW passt, die in einer Reihe zum Anschluss an die Drei-PhasenwechselstromEnergieversorgungsleitung (vgl. 1) an einer Seite parallel angeordnet sind.
Die Schaltelementleistungsmodule I_M und I_G sind eng auf der oberen Fläche kontaktiert, die aus dem Kühlblech ausgeschnitten und ausarbeitet ist, das einstückig mit der angehobenen unteren Wand des Umrichtergehäuses H mit diesen Leistungsmodulen aufgebaut ist, und direkt durch Bolzen befestigt sind, die in engem Kontakt mit der Oberfläche davon stehen, damit unter Verwendung von geeigneten Mitteln maximale Kontaktflächen beibehalten werden.
Die Steuerungseinheit gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist derart, dass unter den die Steuerungseinheit bildenden Teilen die Schaltelementleistungsmodule I_M und I_G, die starke Ströme verarbeiten und die große Mengen von Wärme aufgrund der darin enthaltenen Chips erzeugen, an der unteren Wandoberfläche an dem untersten Teil in der Steuerungseinheit angeordnet sind, damit sie in Kontakt mit dem durch die untere Seite des Umrichtergehäuses H aufgebauten Kühlblech gekühlt werden, dass die Kondensatoreinheit C für die Glättungsschaltung des Umrichters auf dem oberen Abschnitt davon wie vorstehend beschrieben angeordnet ist, und dass das Steuerungssubstrat E weiter darauf angeordnet ist. Die Kondensatoreinheit C und das Steuerungssubstrat E springen aufwärts über die Höhe des Umrichtergehäuses H vor, weshalb der obere Teil des Umrichtergehäuses H durch eine Abdeckung abgedeckt ist, die aufwärts ausgewölbt ist.
Die Stromerfassungsvorrichtungen S sind in einer Form angeordnet, die zu den Schaltelementleistungsmodulen I_M und I_G angepasst ist, die wie vorstehend beschrieben angeordnet sind, und zu den Vorsprungsabschnitten der sechs Anschlussteile L_TU, L_TV, L_TW angepasst ist, die benachbart zu den Leistungsmodulen in das Umrichtergehäuse H vorspringen. Gemäß 4 sind die Kerne 1 zur Bildung der Stromerfassungsvorrichtung S und die Schaltungsplatine 2 in dem Gehäuse enthalten, um an das Umrichtergehäuse H befestigt zu werden. Aufgrund dieser Anpassung sind die Kerne 1 an den untersten Abschnitten der Vorsprungsabschnitte der Anschlussteile L_TU, L_TV, L_TW positioniert und sind derart eingestellt, dass die Felderfassungselemente 3_U , 3_V und 3_W gemäß 6 in die Schlitzabschnitte 10_U , 10_V und 10_W beißen (hineinragen).
Nachdem die Stromerfassungsvorrichtungen S eingebaut sind, werden die sechs plattenartigen Stromschienen L_BU, L_BV, L_BW, bei denen es sich um die zweiten Stromschienen handelt, an ihren beiden Enden an die Köpfe der Anschlussteile L_TU, L_TU, L_TW und an die drei Phasenanschlüsse der Schaltelementleistungsmodule I_M und I_G mittels Bolzen befestigt, um die Verbindung der Energieversorgungsleitungen abzuschließen.
Gemäß diesem vorstehend ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispiel können die Zufuhrleitungen der Hybridantriebseinheit effizient unter Verwendung der ersten und zweiten Stromschienen verbunden werden. Im übrigen sind, wie es in 10 dargestellt ist, die Stromerfassungsvorrichtungen S in annähernd denselben Räumen wie die Räume angeordnet, die durch die sechs Anschlussteile L_TU, L_TU, L_TW, belegt sind. Auf diese Weise bietet die Anordnung der Schaltungsplatine gemäß der Erfindung einen Vorteil im Hinblick auf sowohl Raum als auch einfaches Richten der Stromschienen L_BU, L_BV und L_BW. Andere gemäß diesem Ausführungsbeispiel erhaltenen Effekte sind wie vorstehend gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Obwohl die Erfindung vorstehend derart beschrieben worden ist, dass die Ströme dreier Phasen erfasst werden, kann die Erfindung weiter auf die Erfassung von Strömen von beliebigen zwei Phasen von den drei Phasen oder zur Erfassung eines Zwei-Phasenstroms selbstverständlich angewendet werden. Weiterhin sei bemerkt, dass, obwohl das Ausführungsbeispiel auf eine Antriebseinheit für Hybridfahrzeuge gerichtet ist, die Erfindung keineswegs lediglich auf dieses Ausführungsbeispiel begrenzt ist, sondern kann ebenfalls breite Anwendung auf irgendein Gerät zur Steuerung des Antriebs durch einen Umrichter angewandt werden, wie beispielsweise eine Antriebseinheit für Elektrofahrzeuge unter Verwendung von zumindest elektrischen Motoren. Die Erfindung kann nämlich durch Modifizieren des konkreten Aufbaus ohne Verlassen des Umfangs der Patentansprüche der Erfindung umgesetzt werden.
Wie es vorstehend beschrieben ist, ist eine Vorrichtung zur Erfassung eines Motorantriebstroms derart angeordnet, dass sie im Wesentlichen keinen zusätzlichen Raum benötigt. Eine Vorrichtung zur Erfassung eines Motorantriebstroms erfasst die Ströme der Phasen, die durch Zufuhrleitungen fließen, die die Motoren mit einem Umrichter unter Verwendung erster Stromschienen für jede Phase, die parallel zueinander angeordnet sind, und zweiter Stromschienen für jede Phase verbinden, die sich von den Enden der vorstehend genannten Stromschienen in einer derartigen Richtung erstrecken, dass sie deren Achsen schneiden, unter Verwendung von Felderfassungselementen für jede Phase, die nahe an den Zufuhrleitungen angeordnet sind, wobei Verarbeitungseinrichtungen zur Erfassung der Ströme unter Verwendung von Felderfassungselementen für jede Phase auf einer gemeinsamen Schaltungsplatine vorgesehen sind. Die Felderfassungselemente sind nahe an den ersten Stromschienen für jede Phase angeordnet, und die Schaltungsplatine ist in einem Raum angeordnet, der zwischen den jeweils auf der äußeren Seite liegenden ersten Stromschienen sandwichartig angeordnet ist. Somit ist die Schaltungsplatine derart angeordnet, dass sie im Wesentlichen keinen zusätzlichen Raum benötigt, weshalb eine kompakte Form für die Stromerfassungsvorrichtung verwirklicht wird.

Claims

Vorrichtung zur Erfassung eines Motorantriebstroms, die die Ströme der Phasen erfasst, die durch Zufuhrleitungen fließen, die Motoren (M, G) mit einem Umrichter (I) unter Verwendung erster Stromschienen (L_T) für jede Phase, die parallel zueinander angeordnet sind, und zweiter Stromschienen (L_B) für jede Phase verbinden, die sich von den Enden der vorstehend genannten Stromschienen in einer Richtung derart erstrecken, dass sie deren Achsen schneiden, unter Verwendung von Felderfassungselementen für jede Phase, die nahe an den Zufuhrleitungen angeordnet sind, wobei eine Verarbeitungseinrichtung zur Erfassung der Ströme unter Verwendung von Felderfassungselementen für jede Phase auf einer gemeinsamen Schaltungsplatine (2) angeordnet sind, und wobei die Felderfassungselemente nahe an den ersten Stromschienen (L_T) für jede Phase angeordnet sind, und die Schaltungsplatine (2) in einem Raum angeordnet ist, der zwischen den ersten Stromschienen an der äußersten Seite sandwichartig angeordnet ist.
Vorrichtung zur Erfassung eines Motorantriebstroms nach Anspruch 1, wobei die Schaltungsplatine (2) derart angeordnet ist, dass deren Plattenoberfläche in eine Richtung derart gerichtet ist, dass sie die Achsen der ersten Stromschienen (L_T) für jede Phase schneidet.
Vorrichtung zur Erfassung eines Motorantriebstroms nach Anspruch 2, wobei die ersten Stromschienen (L_T) für jede Phase drei parallele Stromschienen (L_TU, L_TV, L_TW) zum Leiten eines Drei-Phasenstroms aufweisen, und die in der Mitte von ihnen angeordnete Stromschiene durch die Schaltungsplatine hindurchdringt.
Vorrichtung zur Erfassung eines Motorantriebstroms nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Schaltungsplatine Verstärker (4_U , 4_V , 4_W ) für jede Phase zur Verstärkung der durch die Felderfassungselemente für jede Phase erfassten Signale aufweist, und die Verstärker derart angeordnet sind, dass sie zu einer Seite auf der Oberfläche der Schaltungsplatine (2) mit den Achsen der ersten Stromschienen für jede Phase versetzt sind.
Vorrichtung zur Erfassung eines Motorantriebsstroms nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ersten Stromschienen für jede Phase mit den Wicklungen für jede Phase der Motoren in dem Motorgehäuse (T), das die Motoren (M, G) enthält, verbunden sind, und in Form von Anschlussteilen vorliegen, die durch das Motorgehäuse hindurchdringen und sich in ein Umrichtergehäuse (H) erstrecken, das den Umrichter (I) enthält.
Vorrichtung zur Erfassung eines Motorantriebsstroms, die die Ströme der Phasen erfasst, die durch Zufuhrleitungen fließen, die Motoren (M, G) mit einem Umrichter (I) unter Verwendung erster Stromschienen (L_T) für jede Phase, die parallel zueinander angeordnet sind, und zweiter Stromschienen (L_B) für jede Phase verbinden, die sich von den Enden der vorstehend genannten Stromschienen in einer Richtung derart erstrecken, dass sie deren Achsen schneiden, unter Verwendung von Felderfassungselementen für jede Phase, die nahe an den Zufuhrleitungen angeordnet sind, wobei Verarbeitungseinrichtungen zur Erfassung der Ströme unter Verwendung der Felderfassungselemente für jede Phase auf einer gemeinsamen Schaltungsplatine (2) vorgesehen sind, und wobei die Schaltungsplatine mit Verstärkern (4_U , 4_V , 4_W ) für jede Phase zur Verstärkung der durch die Felderfassungselemente für jede Phase erfassten Signale versehen ist, und die ersten Stromschienen für jede Phase von deren Achsen in eine Richtung derart erstreckt sind, das sie deren Achsen schneiden und sich weg von den Verstärkern entfernen, um mit den Anschlüssen für jede Phase des Umrichters verbunden zu werden.