JP2003070230A - シャント抵抗を備えた電力変換装置 - Google Patents

シャント抵抗を備えた電力変換装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】高精度で制御特性の優れた大電力変換装置を小
形低コストで提供する。 【解決手段】板状抵抗体でシャント抵抗部と複数の主電
極部を構成してなるシャント抵抗器において、前記主電
極部が絶縁層に固着している側面と逆側の側面に、少な
くとも前記板状抵抗体よりも体積電気抵抗率が小さく、
少なくとも前記板状抵抗体よりも熱伝導率が大きく、少
なくとも前記板状抵抗体よりも厚さの厚いプレートを半
田等により固着させ、前記プレートに主回路配線と電気
的に接続するプレート主電極を少なくとも１つを設け、
前記プレート主電極とシャント抵抗部の間にくびれを少
なくとも１つ構成し、前記プレートにシャント抵抗部の
両端の電圧を検出する為のプレート検出電極をシャント
抵抗部近傍に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ装置や
蓄電装置などの電力変換装置に係り、特に、シャント抵
抗による電流検出器を備えたパルス幅変調制御方式の電
力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】インバータ装置は、誘導電動機など交流
電動機の運転に広く用いられ、近年では乗物の動力源の
コントローラとしても用いられるようになり、インバー
タ装置による可変速運転の利点が充分に享受できるよう
になっている。
【０００３】インバータ装置の制御には、負荷電流の検
出を要する場合があり、この負荷電流の検出にホール素
子型電流センサ２８や、シャント抵抗器１３及び検出回
路１８が従来から採用されている。
【０００４】ここで、ホール素子型電流センサ２８と
は、環状の磁性体の一部にホール素子を設け、この磁性
体に負荷電流が流れる電線を巻付けたり貫通させたりす
ることにより、負荷電流が作り出す磁束をホール素子で
電圧に変換する電流センサのことであり、この場合、検
出対象となる電路から電気的に隔離された検出信号が得
られるというメリットがある。
【０００５】同じく、ここでシャント抵抗器１３及び検
出回路１８とは、要するに、負荷電流が流れる電路に直
列に挿入した抵抗器を用い、その両端子間に、負荷電流
により現われる電圧降下を取り出し、検出信号とする回
路のことで、従って、かなり低コストで済むので、従来
から広く用いられている。
【０００６】ここで、図１１は、従来技術の一例とし
て、ＰＷＭ（パルス・ワイド・モジュレーション：パル
ス幅変調）制御方式の電力変換装置を対象として、これ
にホール素子型電流センサ２８と、シャント抵抗器１３
及び検出回路１８の双方を適用した場合について示した
もので、ここで、ホール素子型電流センサ２８と、シャ
ント抵抗器１３及び検出回路１８の双方が示されている
のは説明のためで、実際には何れか一方を設ければよい
ことは言うまでもない。
【０００７】図１１は、ダイオード整流器からなるコン
バータ部（順変換部）１４と、このコンバータ部１４か
ら出力される直流電力が入力されるＰＷＭ制御方式のイ
ンバータ部（逆変換部）１５、それにコンバータ部１４
とインバータ部１５の間の直流部に接続された平滑用の
コンデンサ（キャパシタ）１６で構成された主回路を備
えている。
【０００８】そして、コンバータ部１４に、電力源とな
る商用電源２９から交流電力が入力されると、コンデン
サ１６で平滑化された直流電力がインバータ部１５に供
給され、ここで、インバータ部１５のＩＧＢＴ（インシ
ュレーテッド・ゲート・バイポーラ・トランジスタ）に
代表される半導体スイッチング素子５がＰＷＭ制御され
ることにより、直流電力が所定の電圧と所定の周波数の
交流電力に変換され、この結果、誘導電動機などの負荷
に可変電圧可変周波数の電力が供給されることになる。
【０００９】当然、図１２に示すようにバッテリー等の
蓄電装置３０が出力する直流電力をインバータ部１５に
供給して成る電力変換装置でも前記と同様インバータ部
１５の半導体スイッチング素子５がＰＷＭ制御されるこ
とにより、直流電力が所定の電圧と所定の周波数の交流
電力に変換され、この結果、乗物の動力源，冷却装置の
冷却ファン，冷却水の循環用ポンプ駆動電動機，油圧機
具向け油圧ポンプ駆動電動機，エアコン用コンプレッサ
ー駆動電動機などの負荷である電動機１７に可変電圧可
変周波数の電力が供給されることは言うまでもない。
【００１０】このとき、インバータ部１５にある半導体
スイッチング素子５のＰＷＭ信号によるオン（導通），
オフ（遮断）制御は、図１１に示すように、ドライバ回
路を介して、計算機（コンピュータ）１９により実行さ
れるが、このとき、計算機１９による制御には、負荷で
ある電動機１７に流れる電流の値、つまり負荷電流値が
必要になる。
【００１１】ここで、この検出には、上記したように、
ホール素子型電流センサ２８を用いる方法と、シャント
抵抗器１３及び検出回路１８を用いる方法がある。
【００１２】そして、まず、ホール素子型電流センサ２
８を用いたときは、この電流センサをインバータ部１５
と負荷である電動機１７の間に直列に接続し、これによ
る検出結果をＡ／Ｄ変換して計算機１９に入力する。
【００１３】一方、シャント抵抗器１３及び検出回路１
８を用いたときは、シャント抵抗器１３をコンデンサ１
６とインバータ部１５の間に直列に接続する。そして、
このシャント抵抗器１３に負荷電流が流れることにより
現われる電圧降下を、フィルタと増幅器等を介してＡ／
Ｄ変換し、計算機１９に入力するようになっている。こ
こで、シャント抵抗器１３の接続位置だが、インバータ
部１５と電動機１７の間に直列に接続しても構わない。
【００１４】ここで、シャント抵抗器１３は、一般に温
度特性に優れたマンガニン材（銅とマンガンの合金）か
ら成る板状抵抗体６であり、打ち抜き加工にて所定の形
状を整える方式や絶縁層４に固着した後エッチング加工
施し所定の形状を整え、シャント抵抗部８とシャント抵
抗部８に負荷電流を流し込む主電極部７とシャント抵抗
部８で発生した電圧を検出する検出電極部３１を同一抵
抗材で構成し、図１３に示すようにインバータ部１５の
半導体スイッチング素子５が実装される放熱特性に優れ
たパワーモジュールの放熱ベース板１上に絶縁層６を介
して実装される。
【００１５】シャント抵抗器１３の発熱は、シャント抵
抗部８と主電極部７に負荷電流が流れる為、シャント抵
抗部８と主電極部７両方で発生し、発生した発熱は放熱
ベース板１へと流れ温度の上昇が押さえられるようにな
っている。
【００１６】板状抵抗体６を用いたシャント抵抗器１３
の長さ，幅，厚さは、検出電流が流れる方向をシャント
抵抗器１３の長さ方向とし、長さ方向に対して垂直方向
をシャント抵抗器１３の幅方向とし、絶縁層４に対して
垂直方向をシャント抵抗器１３の厚さ方向とする。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ホー
ル素子型電流センサ２８やシャント抵抗器１３及び検出
回路１８を用いて電力変換装置のＰＷＭ制御を行ってい
たが、ホール素子型電流センサ２８の場合、比較的高価
なホール素子や大きな磁性体を必要とするため、低価格
化と小形化に問題があった。
【００１８】一方、シャント抵抗器１３及び検出回路１
８は、小形で安価な電子部品で構成できるが、電力線に
直列に接続され、数Ａから数千Ａの負荷電流を検出する
為発熱が生じ、抵抗温度変化率の小さいマンガニン材等
を用いて精度の向上を図るが、マンガニン材固有の抵抗
率が銅材に比べ数十倍と大きく、発熱を押さえる為に抵
抗値を極小（約０.５〜０.６ｍΩ程度）とする必要が生
じ、板状抵抗体６を厚く短くすると抵抗体の底面積が減
少し、放熱抵抗が大きくなり温度上昇を招き、さらにシ
ャント抵抗部８とシャント抵抗部８に負荷電流を流し込
む主電極部７でも発熱が生じ、シャント抵抗器全体での
発熱量の増大を招く、主電極７を大型化し放熱面積を増
加させ熱抵抗を下げることで避けられるが小形化と低コ
スト化できず大容量の電力変換装置への適用が困難であ
る。さらに、シャント抵抗器１３への電力配線レイアウ
トに起因して生じる電磁誘導等によって負荷電流がシャ
ント抵抗器１３内で均等に流れず、発熱の集中や検出精
度の劣化を引き起こす問題があった。
【００１９】本発明の目的は、シャント抵抗器１３及び
検出回路１８による負荷電流の検出方式を大容量の電力
変換装置へ適用できるように、シャント抵抗器１３の熱
抵抗を下げると共に、シャント抵抗器１３内での負荷電
流分布を均一化し高精度で小形のシャント抵抗を用いた
制御特性の優れた電力変換装置を小形並びに低コストで
提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記目的は、シャント抵
抗部８と２つの主電極部７の３つから成るシャント抵抗
器１３から負荷電流を検出する電力変換装置において、
同一板状抵抗板６を用いてシャント抵抗部８と主電極部
７を構成し、シャント抵抗器１３の片面を絶縁層４に固
着し、それぞれの主電極部７の絶縁層４と逆側側面に少
なくとも板状抵抗板６よりも体積電気抵抗率値が小さ
く、板状抵抗板６よりも厚さが厚い板状のプレート９を
固着させ、プレート９にプレート用主電極１１を設け、
プレート９にシャント抵抗部８に発生する電圧を検出し
その電圧を他の配線に電気的に接続するプレート用検出
電極１２を設けたことから、シャント抵抗部８と同一板
状抵抗板６で構成された２つの主電極部７での発熱を大
幅に低減でき、体積電気抵抗率の小さいプレート９に検
出電極を設けたことにより小形化高精度化され達成され
る。
【００２１】上記目的は、シャント抵抗部８と２つの主
電極部７の３つから成るシャント抵抗器１３から負荷電
流を検出する電力変換装置において、同一板状抵抗板６
を用いてシャント抵抗部８と主電極部７を構成し、シャ
ント抵抗器１３の片面を絶縁層４に固着し、それぞれの
主電極部７の他面に少なくとも前記板状抵抗板６よりも
体積電気抵抗率が小さく、熱伝導率が大きく、前記板状
抵抗板６よりも厚さが大きい板状のプレート９を固着さ
せ、プレート９にプレート用主電極１１を設け、前記プ
レート９にシャント抵抗部８に発生する電圧を検出しそ
の電圧を他の配線に電気的に接続するプレート用検出電
極１２を設け、シャント抵抗部８で発生した発熱を前記
プレート９を用いて熱伝達及び熱の拡散が可能となり、
シャント抵抗器１３の熱抵抗を低減できることから達成
される。
【００２２】上記目的は、シャント抵抗部８と２つの主
電極部７の３つから成るシャント抵抗器１３から負荷電
流を検出する電力変換装置において、同一板状抵抗板６
を用いてシャント抵抗部８と主電極部７を構成し、シャ
ント抵抗器１３の片面を絶縁層４に固着し、それぞれの
主電極部７の他面に少なくとも前記板状抵抗板６よりも
体積電気抵抗率が小さく、熱伝導率が大きく、前記板状
抵抗板６よりも厚さが大きい板状のプレート９を固着さ
せ、前記プレート９にプレート用主電極１１を設け、前
記プレート用主電極１１とシャント抵抗部８の間に少な
くとも１つ電流流路を狭める為のくびれ部２３を前記プ
レート９内及び主電極７に設けたことにより、各プレー
ト９及び主電極部７での負荷電流の流路を制御できるこ
とから、シャント抵抗部８へ流れる負荷電流の電流密度
の均等化が達成される。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明による電力変換装置
について、図示の実施形態により詳細に説明する。
【００２４】図１は、本発明の第１の実施形態に係るシ
ャント抵抗器１３の一例であり、図２は実施形態に係る
シャント抵抗器１３を用いた電力変換装置の構成の一例
である。一般的な電力変換装置の構成は、図１１でも示
したようにダイオード整流器からなるコンバータ部１４
と、このコンバータ部１４から出力される直流電力が入
力されるＰＷＭ制御方式のインバータ部１５、それにコ
ンバータ部１４とインバータ部１５の間の直流部に接続
された平滑用のコンデンサ１６で構成された主回路を備
えている。
【００２５】シャント抵抗器１３は、インバータ１５か
ら負荷である交流電動機１７へ電力を供給する配線に挿
入される場合とコンデンサ１６とインバータ１５間を電
気的に接続する配線に挿入する場合が一般的であり、負
荷電流とシャント抵抗器１３の抵抗値で決まる電圧を検
出回路１８を介して計算機１９に伝え、計算機１９で所
定の計算を行い半導体スイッチング素子５をＯＮ，ＯＦ
Ｆ制御して負荷電流を指定の値に制御する。
【００２６】当然、バッテリー等の蓄電装置３０が出力
する直流電力をインバータ部１５に供給して成る電力変
換装置でも前記と同様にコンバータ部１４の代わりにバ
ッテリー等の蓄電装置３０を接続することで構成でき
る。
【００２７】ここで、シャント抵抗器１３はインバータ
部１５の構成部品である半導体スイッチング素子５が実
装されるパワーモジュール内に配置され、図１３で示す
ように絶縁層４の片面に板状抵抗体６が固着され、板状
抵抗体６でシャント抵抗部８とシャント抵抗部８に負荷
電流を流し込む主電極部７、さらにシャント抵抗部８で
発生する電圧を取り出す検出電極３１を作りシャント抵
抗器１３を構成し、絶縁層４の反対側に金属箔３がさら
に固着され、モジュールの放熱ベース１上に前記金属箔
３を半田２等により固着し実装され、前記シャント抵抗
器１３に設けた主電極７にメッキを掛けアルミワイヤー
１０などの配線を固着させ電気的にインバータの主回路
を構成する配線に接続される。シャント抵抗器１３に用
いる板状抵抗体６は、抵抗温度係数が小さなマンガニン
材（銅とマンガンの合金）やニクロム材やイザベリン材
等が用いられているが、図１３で示した従来技術と同じ
である。
【００２８】従って、この図１及び図２に示した実施形
態が、図１１，図１２，図１３の従来技術と異なる点
は、前記板状抵抗体６でシャント抵抗部８と複数の主電
極部７を構成してなるシャント抵抗器１３において、前
記主電極部７が絶縁層４に固着している側面と逆側の側
面に、少なくとも前記板状抵抗体６よりも体積電気抵抗
率が小さく、少なくとも前記板状抵抗体６よりも熱伝導
率が大きく、少なくとも前記板状抵抗体よりも厚さの厚
いプレート９を半田２等により固着させ、前記プレート
９に主回路配線と電気的に接続するプレート主電極１１
を少なくとも１つ設け、シャント抵抗部８近傍の前記プ
レート９上にシャント抵抗部８に発生する電圧を検出す
る為のプレート検出電極１２を設けた点にある。ここ
で、プレート９内の電流密度が均一に成るように電流が
集中している個所のプレート厚さを薄くし、電流が流れ
ていない個所のプレート厚を厚くして電流分布を最適化
できる。
【００２９】このようにすると、シャント抵抗器１３に
入力された負荷電流は体積電気抵抗率の小さいプレート
９にその多くが流れることから、板状抵抗体６で作られ
た主電極部７を通る負荷電流が大幅に減少する。例え
ば、板状抵抗体６として厚さ０.１cm，幅１cmのマンガ
ニンを用い、プレート９として厚さ０.２cm，幅１cmの
純銅を用い、一般的なマンガニンの体積電気抵抗率が４
３μΩcm、純銅が１.７μΩcmとすると、約５０：１の
比で分岐してプレート９と主電極７に負荷電流を流す事
が出来る。
【００３０】従って、主電極部７での発熱を大幅に低減
できることから、シャント抵抗部８の周囲温度を低減し
温度上昇を抑制でき検出許容電流の拡大が容易になり、
放熱機の小形化も可能となることから小形の電力変換装
置が提供でき、電力変換装置の変換効率の向上に繋が
り、さらにプレート検出電極１２を低抵抗なプレート９
上に形成したことで検出電極３１の形状に依存せず高精
度にシャント抵抗部８の電圧を検出出来ることから高性
能な電力変換装置が提供できる。
【００３１】図３は、本発明の第２の実施形態に係るシ
ャント抵抗器の一例で、この実施形態が、図１で説明し
た実施形態と異なる点は、図１のシャント抵抗部８に負
荷電流を分岐させる分岐口２０を少なくとも１つ設け、
前記分岐口２０によって分離された複数のシャント抵抗
部８をプレート９にて並列接続した点である。
【００３２】このことから、プレート９により負荷電流
の分布を均等化し、各シャント抵抗部８に等しい負荷電
流を分岐させ、各シャント抵抗部での発熱を均等化する
と共に第１のシャント抵抗部２１と第２のシャント抵抗
部２２の間隔を空け、各シャント抵抗部で生じる発熱を
横方向へ広がり易くし熱抵抗を小さく出来ることから、
第１のシャント抵抗部２１と第２のシャント抵抗部２２
の温度上昇を低減できることから、第１のシャント抵抗
部２１と第２のシャント抵抗部２２の温度で決まる許容
可能な最大負荷電流値を大きくすることができ、電力変
換装置の小形化を可能にする。
【００３３】図４は、本発明の第３の実施形態に係るシ
ャント抵抗器の一例で、この実施形態が、前記実施例で
説明した実施形態と異なる点は、図１のプレート９に設
けた各プレート主電極部１１とシャント抵抗部８の間に
少なくとも１個所くびれ部２３を設けた点にある。
【００３４】このことから、電力変換装置の主回路配
線，パワーモジュール内の配線パターンや端子台及びア
ルミワイヤー配線やシャント抵抗器間での相互インダク
タンスに起因した電磁誘導によってパワーモジュール内
の配線パターンや端子台及びアルミワイヤー配線内で生
じる電流の不均一や、シャント抵抗器の前後で配線を急
峻に曲げてレイアウトした際に生じる配線及びシャント
抵抗器内で電流の不均一が発生するが、プレート用主電
極１１とシャント抵抗部８間のプレート用主電極１１側
にくびれ部２３を設けたことで、プレート用主電極１１
から流入した負荷電流が一度くびれ部２３へと集中して
流れ、くびれ部２３を通過した負荷電流は体積電気抵抗
率の小さいプレート９上で拡散し、シャント抵抗部８直
前の電流分布が均一となり、均一な負荷電流をシャント
抵抗部８に流し込むことが可能となる。
【００３５】ここで、くびれ部２３とシャント抵抗部８
間の距離や、くびれ部２３の中心とシャント抵抗部８の
長手方向中心との距離や、くびれ部２３の幅や長さを調
節することでシャント抵抗部８への電流分布を最適化で
きる。
【００３６】従って、シャント抵抗部８での片寄った発
熱を防げることから、局部的な温度上昇を避けることが
でき、同じサイズのシャント抵抗器１３でシャント抵抗
部８の温度上昇で決まる最大負荷電流値を増加させるこ
とができ、小型のシャント抵抗器１３を用いて電力変換
装置を構成できることから電力変換装置の小形化を可能
とし、さらに局部な温度上昇を改善できることからシャ
ント抵抗値の誤差を低減でき高精度にシャント抵抗部８
の電圧を検出できることから高性能な電力変換装置が提
供できる。
【００３７】当然だが、くびれ部２３を設けたプレート
９と、プレート９に設けたくびれ部２３と同様のくびれ
を主電極部７に設けても同様の効果が得られる。
【００３８】図５は、本発明の第４の実施形態に係るシ
ャント抵抗器の一例で、この実施形態が、図４で説明し
た実施形態と異なる点は、図４の各プレート９に設けた
くびれ部２３の中心位置を同一直線上から少なくとも１
つずらした点にある。
【００３９】このことから、パワーモジュール内の配線
及びシャント抵抗器間での相互インダクタンスに起因し
た電磁誘導によって各配線内で生じる電流の不均一や、
シャント抵抗器の前後で接続配線を急峻に曲げた際に生
じる配線及びシャント抵抗器内での電流の不均一を各プ
レート９に設けた各くびれ部２３を用いて整流する際、
例えばシャント抵抗部８の電流密度が均一になるよう第
１のプレート９−１に用意した第１のくびれ部２４−１
の中心をシャント抵抗部８の長手方向中心線上に配置
し、シャント抵抗部８の逆側に用意した第２のプレート
９−２に用意した第２のくびれ部２４−２の中心を長手
方向中心線上から遠ざけるように配置することで、片寄
って流れていた電流を均一に整流し電流密度を均一化さ
れた負荷電流をシャント抵抗部８に流し込むことが可能
となる。従って、シャント抵抗部８での片寄った発熱を
防げることから、シャント抵抗部８の温度不均一を低減
でき局部的な温度上昇を低減することで許容できる最大
負荷電流値を大きくすることができ小型のシャント抵抗
器１３によって電力変換装置の小形化を可能とし、さら
にシャント抵抗値の誤差を低減でき高精度にシャント抵
抗部８の電圧を検出できることから高性能な電力変換装
置が提供できる。
【００４０】くびれ部２３を設けたプレート９と、プレ
ート９に設けたくびれ部２３と同様のくびれを主電極部
７に設けても同様の効果が得られる。
【００４１】図６は、本発明の第５の実施形態に係るシ
ャント抵抗器の一例で、この実施形態が、図４で説明し
た実施形態と異なる点は、図４の各プレート９に設けた
くびれ部２３の幅を少なくとも１つ異なる幅にした点に
ある。
【００４２】このことから、パワーモジュール内の配線
及びシャント抵抗器間での相互インダクタンスに起因し
た電磁誘導によって各配線内で生じる電流の不均一や、
シャント抵抗器の前後で接続配線を急峻に曲げた際に生
じる配線及びシャント抵抗器内での電流の不均一を各プ
レート９に設けた各くびれ部２３を用いて整流する際、
例えばシャント抵抗部８の電流密度が均一になるよう第
１のプレート９−１に用意した第１のくびれ部２５−１
の幅をシャント抵抗部８の幅の四分の一にして、その中
心をシャント抵抗部８の長手方向中心線上に配置し、シ
ャント抵抗部８の逆側に用意した第２のプレート９−２
に用意した第２のくびれ部２５−２の幅をシャント抵抗
部８の幅の三分の二にしてその中心をシャント抵抗部８
の長手方向中心線上もしくは長手方向中心線から遠ざけ
るように配置することで、片寄って流れていた電流を均
一に整流し電流密度を均一化された負荷電流をシャント
抵抗部８に流し込むことが可能となる。従って、シャン
ト抵抗部８での片寄った発熱を防げることから、同じサ
イズのシャント抵抗器１３での温度不均一を低減でき局
部的な温度上昇を低減することで許容できる最大負荷電
流値を大きくすることができ小型のシャント抵抗器１３
によって電力変換装置の小形化を可能とし、さらにシャ
ント抵抗値の誤差を低減でき高精度にシャント抵抗部８
の電圧を検出出来ることから高性能な電力変換装置が提
供できる。
【００４３】くびれ部２３を設けたプレート９と、プレ
ート９に設けたくびれ部２３と同様のくびれを主電極部
７に設けても同様の効果が得られる。
【００４４】図７は、本発明の第６の実施形態に係るシ
ャント抵抗器の一例で、この実施形態が、図４で説明し
た実施形態と異なる点は、図４の各プレート９にそれぞ
れ一つくびれ部２３を設け、各くびれ部２３とシャント
抵抗部８の幅方向の中心線間距離を各くびれ部２３で異
なるようにした点にある。
【００４５】このことから、パワーモジュール内の配線
及びシャント抵抗器間での相互インダクタンスに起因し
た電磁誘導によって各配線内で生じる電流の不均一や、
シャント抵抗器の前後で接続配線を急峻に曲げた際に生
じる配線及びシャント抵抗器内での電流の不均一を各プ
レート９に設けた各くびれ部２３を用いて整流する際、
例えばシャント抵抗部８の電流密度が均一になるよう第
１のプレート９−１に用意した第１のくびれ部２６−１
とシャント抵抗部８の距離を１センチメートルとして配
置し、シャント抵抗部８の逆側に用意した第２のプレー
ト９−２に用意した第２のくびれ部２６−２とシャント
抵抗部８の距離を０.５ センチメートルにして配置した
ことで、片寄って流れていた電流を均一に整流し電流密
度を均一化された負荷電流をシャント抵抗部８に流し込
むことが可能となる。従って、シャント抵抗部８での片
寄った発熱を防げることから、同じサイズのシャント抵
抗器１３での温度不均一を低減でき局部的な温度上昇を
低減することで許容できる最大負荷電流値を大きくする
ことができ小型のシャント抵抗器１３によって電力変換
装置の小形化を可能とし、さらにシャント抵抗値の誤差
を低減でき高精度にシャント抵抗部８の電圧を検出でき
ることから高性能な電力変換装置が提供できる。
【００４６】くびれ部２３を設けたプレート９と、プレ
ート９に設けたくびれ部２３と同様のくびれを主電極部
７に設けても同様の効果が得られる。
【００４７】図８は、本発明の第７の実施形態に係るシ
ャント抵抗器の一例で、この実施形態が、図１及び図４
で説明した実施形態と異なる点は、図１及び図４のプレ
ート９に負荷電流を分岐させるプレート分岐口２７を少
なくとも１つ設けた点である。
【００４８】このことから、パワーモジュール内の配線
及びシャント抵抗器間での相互インダクタンスに起因し
た電磁誘導によって各配線内で生じる電流の不均一や、
シャント抵抗器の前後で接続配線を急峻に曲げた際に生
じる配線及びシャント抵抗器内での電流の不均一を各プ
レート９に設けたプレート分岐口２７とくびれ部２３を
用いて整流する際、例えば第１のシャント抵抗部２１と
第２のシャント抵抗部２２が並列に接続され構成された
シャント抵抗部８の電流密度が均一になるよう第１のプ
レート９−１に用意した第１のくびれ部２４−１と第１
のくびれ部２４−１とシャント抵抗部８の間に少なくと
も一つプレート分岐口２７を第１のシャント抵抗部２１
と第２のシャント抵抗部２２から等距離の位置に配置
し、同様にシャント抵抗部８の逆側に用意した第２のプ
レート９−２にもプレート分岐口２７を用意したこと
で、第１のシャント抵抗部２１もしくは第２のシャント
抵抗部２２に片寄って流れていた電流を均一に整流する
と共に第１のシャント抵抗部２１と第２のシャント抵抗
部２２の電流密度の不均一を改善できる。従って、第１
のシャント抵抗部２１もしくは第２のシャント抵抗部２
２での片寄った発熱を防げることから、同じサイズのシ
ャント抵抗器で温度不均一を低減でき局部的な温度上昇
を低減することで許容できる最大負荷電流値を大きくす
ることができ小型のシャント抵抗器１３によって電力変
換装置の小形化を可能とし、さらにシャント抵抗値の誤
差を低減でき高精度にシャント抵抗部８の電圧を検出で
きることから高性能な電力変換装置が提供できる。
【００４９】また、くびれ部２３を設けたプレート９
と、プレート９に設けたくびれ部２３と同様のくびれを
主電極部７に設けても同様の効果が得られる。
【００５０】図９に示す様な太陽電池３２と電力変換装
置で構成される太陽光発電システムの電源系統連係用電
力変換装置や、図１０で示す内燃機関と電動機１７もし
くは電動機１７のみを動力源とし、バッテリー等の蓄電
装置３０から供給される電力をシャント抵抗器１３で検
出し電動機１７を制御する動力システムを用いミッショ
ンを通して内燃機関と電動機の力をタイヤに伝えて移動
する乗物及び乗物に搭載されるエアコン，油圧ポンプ，
ブレーキ駆動用電動機１７等の全てのインバータ装置
や、さらに家庭用及び業務用のエアコンに用いるコンプ
レッサやファン用電動機駆動のインバータ装置や洗濯機
の洗濯層を回す電動機や掃除機の吸い込みファンの電動
機や電気調理機の磁界生成用インダクタンス駆動用電力
変換装置等にも前記した実施例の電力変換装置が適用で
きる。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、シャント抵抗器１３の
主電極に低抵抗なプレート９を設けたことで、発熱を低
減し、プレート９にくびれ部２３を設け抵抗部の電流密
度分布を均一化し高精度で高信頼の電力変換装置をロー
コストで提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシャント抵抗器の第１の実施形態
を示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のシャント抵抗器を用
いた電力変換装置を説明するための構成図である。
【図３】本発明によるシャント抵抗器の第２の実施形態
を示す構成図である。
【図４】本発明によるシャント抵抗器の第３の実施形態
を示す構成図である。
【図５】本発明によるシャント抵抗器の第４の実施形態
を示す構成図である。
【図６】本発明によるシャント抵抗器の第５の実施形態
を示す構成図である。
【図７】本発明によるシャント抵抗器の第６の実施形態
を示す構成図である。
【図８】本発明によるシャント抵抗器の第７の実施形態
を示す構成図である。
【図９】本発明によるシャント抵抗器の第８の実施形態
を示す構成図である。
【図１０】本発明によるシャント抵抗器の第９の実施形
態を示す構成図である。
【図１１】従来技術によるシャント抵抗器とそれを用い
た電力変換装置の構成図である。
【図１２】従来技術によるシャント抵抗器とそれを用い
た電力変換装置の構成図である。
【図１３】従来技術によるシャント抵抗器の構成図であ
る。
【符号の説明】
１…モジュールの放熱ベース、２…半田層、３…金属
箔、４…絶縁層、５…半導体スイッチング素子、６…板
状抵抗体、７…主電極、８…シャント抵抗部、９…プレ
ート、１０…アルミワイヤー、１１…プレート主電極、
１２…プレート検出電極、１３…シャント抵抗器、１４
…コンバータ、１５…インバータ、１６…コンデンサ、
１７…電動機、１８…検出回路、１９…計算機、２０…
分岐口、２１…第１のシャント抵抗、２２…第２のシャ
ント抵抗、２３…くびれ部、２４−１，２５−１，２６
−１…第１のくびれ部、２４−２，２５−２，２６−２
…第２のくびれ部、２７…プレート分岐口、２８…ホー
ル素子型電流センサ、２９…商用電源、３０…バッテリ
ー等の蓄電装置、３１…検出電極、３２…太陽電池。
フロントページの続き (72)発明者 斉藤 隆一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 井堀 敏 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立製作所日立ドライブシステム ズ内 (72)発明者 高瀬 真人 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器グループ内 Ｆターム(参考） 5H740 BA11 BB09 MM11 PP02 PP03 PP04 PP06

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】板状抵抗体でシャント抵抗部と複数の電極
    部を構成し、前記シャント抵抗部と前記複数の電極部の
    片面を絶縁体に固着してなるシャント抵抗器から負荷電
    流を検出し、この検出値に基づいて少なくとも出力を制
    御する電力変換装置において、 前記主電極部が絶縁層に固着している側面と逆側の側面
    に、少なくとも前記板状抵抗体よりも体積電気抵抗率が
    小さく、少なくとも前記板状抵抗体よりも熱伝導率が大
    きいプレートを固着させ、前記プレートに電力変換装置
    の回路配線と電気的に接続するプレート電極を少なくと
    も１つ設け、シャント抵抗部近傍の前記プレート上にシ
    ャント抵抗部に発生する電圧を検出する検出電極を設け
    た電力変換装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の電力変換装置において、 シャント抵抗部に負荷電流を分岐させる分岐口を少なく
    とも１つ設け、前記分岐口により分離された複数個のシ
    ャント抵抗部を前記プレートにて並列接続した電力変換
    装置。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の電力変換装置において、 前記プレートに設けた電極部とシャント抵抗部の間に少
    なくとも１個所くびれ部を設けた電力変換装置。
  4. 【請求項４】請求項３に記載の電力変換装置において、 プレートに設けたくびれ部の中心位置を同一直線上から
    少なくとも１つずらしたシャント抵抗器を用いた電力変
    換装置。
  5. 【請求項５】請求項３に記載の電力変換装置において、 プレートに設けたくびれ部の幅を少なくとも１つ異なる
    幅にしたシャント抵抗器を用いた電力変換装置。
  6. 【請求項６】請求項３に記載の電力変換装置において、 各プレートにそれぞれ一つくびれ部を設け、各くびれ部
    とシャント抵抗部の幅方向の中心線間の距離を異なるよ
    うに配置した各くびれ部を持つシャント抵抗器を用いた
    電力変換装置。
  7. 【請求項７】請求項３に記載の電力変換装置において、
    プレートに負荷電流を分岐させる分岐口を少なくとも１
    つ設けたシャント抵抗器を用いた電力変換装置。
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