JP2021164244A

JP2021164244A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2021164244A
Application number: JP2020062638A
Authority: JP
Inventors: 優山平; Yu Yamahira; 俊幸甲埜; Toshiyuki Kono; 弘洋一条; Koyo Ichijo; 和哉竹内; Kazuya Takeuchi; 達也村上; Tatsuya Murakami; 侑也橋本; Yukiya Hashimoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2021-10-11
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: US20230012536A1; WO2021199803A1; JP7415742B2; CN115380464A; DE112021002013T5

Abstract

【課題】モータへの出力電流のひずみを抑制して、コアレス式電流センサで出力電流を検出可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１００の制御回路部１７０は、第一インバータ１４０ａを、第一インバータ１４０ａと第一回転電機１とを接続する第一電機用バスバ１６１ａの電流を検知する第一電機用センサ１６２ａの検出値に基づいてフィードバック制御する。第二インバータ１４０ｂと第二回転電機とを接続する第二電機用バスバ１６１ｂは、コンバータ１２０の電流を流すコンバータバスバ１６１ｃを挟んで、第一電機用センサ１６２ａから離れて配置されている。【選択図】図３

Description

本開示は、コアレス電流センサを用いる電力変換装置に関する。

特許文献１には、車両で用いられるメインモータおよびサブモータの二つのモータに対して、それぞれ三相交流を出力する電力変換装置が開示されている。特許文献１の電力変換装置は、各モータに対応する二つのインバータ、各インバータから各モータに電力を伝送する二組のバスバセット、および複数の電流センサを備える。メインモータに電力を伝送するメインバスバセットに流れる電流は、集磁コアを伴うコア付き電流センサにより検出される。サブモータに電力を伝送するサブバスバセットに流れる電流は、集磁コアを伴わないコアレス電流センサにより検出される。電力変換装置は、各電流センサでの検出値に従って各インバータを制御することにより、各モータへの出力電流をフィードバック制御する。

特開２０１５−１８６３１７号公報

コアレス電流センサは、コア付き電流センサよりも体格やコストなどの点で有利である。しかし、コアレス電流センサは、コア付き電流センサよりも他のバスバに流れる電流により発生した磁界の影響を受けやすい。故に、複数のモータに電力を提供する電力変換装置において、バスバに流れる電流をコアレス電流センサで検出する構成とした場合、他のモータのバスバとの間でクロストークが生じやすくなる。すなわち、あるモータの電流センサの検出値が、実際に流れている電流に、他のモータへの電流の周波数成分を重畳された数値となりやすくなる。従って、上述した構成の電力変換装置において、検出値に従ってフィードバック制御された出力電流にひずみが生じやすくなるおそれがあった。

本開示は、モータへの出力電流のひずみを抑制して、コアレス式電流センサで出力電流を検出可能な電力変換装置の提供を目的とする。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、本開示の更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するための本開示の電力変換装置は、三相交流式の第一回転電機（１）と接続される第一インバータ（１４０ａ）と、三相交流式の第二回転電機（２）と接続される第二インバータ（１４０ｂ）と、直流電源（３）と、第一インバータおよび第二インバータとの間で直流電圧の電圧を変換するコンバータ（１２０）と、第一インバータと第一回転電機との間の電流を流す第一電機用バスバ（１６１ａ）と、第二インバータと第二回転電機との間の電流を流す第二電機用バスバ（１６１ｂ）と、コンバータの電流を流すコンバータバスバ（１６１ｃ）と、第一電機用バスバに流れる電流を発生した磁界に基づいて検出するセンサであって、集磁コアを伴わない第一電機用センサ（１６２ａ）と、第一電機用センサの検出値に基づいて第一インバータを制御する制御回路部（１７０）と、を備え、第二電機用バスバは、コンバータバスバを挟んで第一電機用センサから離れて配置されている。

以上の構成によれば、第二電機用バスバが、第一電機用センサに対して、コンバータバスバを挟んで離れた配置とされている。故に、第一電機用センサによる検出値に対する、第二電機用バスバに流れる三相交流の周波数成分の重畳が抑制される。制御部は、こうした第一電機用センサの検出値に基づいて第一インバータを制御することにより、第二電機用バスバに流れる三相交流の影響を抑制して第一インバータを動作させうる。従って、第一インバータから第一回転電機への出力電流におけるひずみを抑制して、コアレス式電流センサで出力電流を検出可能となる。

電力変換装置の回路構成を示す図である。電力変換装置の機械的な構成を示す図である。センサユニットの構成を示す図である。図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。変形例のセンサユニットの構成を示す図である。他の変形例のセンサユニットの構成を示す図である。

本開示の実施形態による電力変換装置１００を図面に沿って説明する。まず、電力変換装置１００の回路構成を図１に沿って説明する。電力変換装置１００は、走行駆動源として内燃機関と回転電機とを備えたハイブリッド自動車などの車両で用いられる。電力変換装置１００は、車両において、第一回転電機１、第二回転電機２、および直流電源３の間の電力の変換を行う装置である。

第一回転電機１および第二回転電機２は、三相交流式の回転電機である。第一回転電機１は、例えば主として車両の走行駆動源として利用されている。第二回転電機２は、例えば主として車両の内燃機関から出力される回転駆動力を利用して発電する発電機として利用されている。直流電源３は、例えばリチウムイオン電池などの充放電可能な二次電池を含む、直流電圧を出力する電源ユニットである。

電力変換の一例として、電力変換装置１００は、直流電源３からの直流電圧を第一回転電機１への三相交流に変換する。これにより電力変換装置１００は、直流電源３に充電された電力で第一回転電機１に車両を駆動させる、いわゆるＥＶ駆動を提供する。また他の例として、電力変換装置１００は、内燃機関の回転駆動力で発電している第二回転電機２からの三相交流を、周波数などの異なる三相交流に変換して第一回転電機１に出力する。これにより電力変換装置１００は、内燃機関の回転駆動力を用いて発電した電力で第一回転電機１に車両を駆動させる、いわゆるＨＶ駆動を提供する。

なお、車両における第一回転電機１および第二回転電機２の用途は、上述したものに限られず、利用される車両の設計に応じて適宜変更や追加、入れ替え可能である。従って、電力変換装置１００の作動も、上述したものに限られず適宜変更や追加、入れ替え可能である。電力変換装置１００は、フィルタコンデンサ１１０、コンバータ１２０、平滑コンデンサ１３０、第一インバータ１４０ａ、第二インバータ１４０ｂ、センサユニット１６０、および制御回路部１７０を備える。

フィルタコンデンサ１１０は、直流電源３の正極に接続された正極ライン１０Ｐと、負極に接続された負極ライン１０Ｎとの間に設けられているコンデンサである。フィルタコンデンサ１１０は、直流電源３からコンバータ１２０に供給される直流電圧のノイズを除去するフィルタとして機能する。

コンバータ１２０は、半導体スイッチング素子やリアクトルなどを含む、直流電圧を異なる値の直流電圧に変換する変換回路部である。なお、本実施形態では、半導体スイッチング素子として逆導通絶縁ゲートバイポーラトランジスタが用いられている。コンバータ１２０は、直流電源３と、第一インバータ１４０ａおよび第二インバータ１４０ｂとの間における直流電圧の変換に用いられている。一例としてコンバータ１２０は、直流電源３から正極ライン１０Ｐと負極ライン１０Ｎとの間の電圧として提供される直流電圧を昇圧する動作を行う。コンバータ１２０は、昇圧した電圧を高電位ライン２０Ｈと低電位ライン２０Ｌとの間の電圧として第一インバータ１４０ａ等に提供する機能を有する。

コンバータ１２０は、高電位ライン２０Ｈと低電位ライン２０Ｌとの間に、直列に接続された二つの半導体スイッチング素子を有する。またコンバータ１２０は、半導体スイッチング素子同士の接続点と、正極ライン１０Ｐとを繋ぐ配置のリアクトル６０を有する。

平滑コンデンサ１３０は、高電位ライン２０Ｈと低電位ライン２０Ｌとの間に設けられているコンデンサである。平滑コンデンサ１３０は、コンバータ１２０の昇圧などにより高電位ライン２０Ｈと低電位ラインとの間に提供されている電圧を平滑化する機能を有する。

第一インバータ１４０ａおよび第二インバータ１４０ｂは、複数の半導体スイッチング素子などを含む、直流電圧と三相交流との間の変換を行う変換回路部である。第一インバータ１４０ａおよび第二インバータ１４０ｂは、三相に一対一で対応する三つの上下アームを備えている。各上下アームは、互いに並列な配置で、高電位ライン２０Ｈと低電位ライン２０Ｌとを接続している。各上下アームは、高電位ライン２０Ｈと低電位ライン２０Ｌとの間において直列に接続された二つの半導体スイッチング素子を含む。各上下アームの二つの半導体スイッチング素子の接続点が、回転電機の対応する相と接続されている。

第一インバータ１４０ａは、第一回転電機１と接続されている。第一インバータ１４０ａは、例えばコンバータ１２０などから提供された高電位ライン２０Ｈと低電位ライン２０Ｌとの間の直流電圧を、三相交流に変換して第一回転電機１に提供する。

第二インバータ１４０ｂは、第二回転電機２と接続されている。第二インバータ１４０ｂは、例えば第二回転電機２の発電により生じた三相交流を整流し、高電位ライン２０Ｈと低電位ライン２０Ｌとの間の直流電圧として出力する。

センサユニット１６０は、電力変換装置１００の各部に流れる電流を検出するための装置である。センサユニット１６０は、第一インバータ１４０ａと第一回転電機１との間の電流、第二インバータ１４０ｂと第二回転電機２との間の電流、およびコンバータ１２０に流れる電流を検出する。センサユニット１６０の具体的な構造は後述する。

制御回路部１７０は、コンバータ１２０、第一インバータ１４０ａ、および第二インバータ１４０ｂの半導体スイッチング素子の作動を制御する機能を発揮する回路群である。制御回路部１７０は、例えば制御用のソフトウェアを記録したメモリ、およびソフトウェアを実行するプロセッサを含むマイクロコンピュータを主体として構成されている。制御回路部１７０は、センサユニット１６０で検出された電流などに基づいて各半導体スイッチング素子の作動を制御することにより、電力変換を制御する。

一例として制御回路部１７０は、車両の上位ＥＣＵからの第一回転電機１の出力トルク要求に基づいて、第一回転電機１の各相に流す電流の目標変動パターンを設定する。制御回路部１７０は、第一インバータ１４０ａから第一回転電機１への出力電流を目標変動パターンに沿って変動させるように、第一インバータ１４０ａをフィードバック制御する。すなわち制御回路部１７０は、センサユニット１６０の検出した第一インバータ１４０ａの出力電流に基づいて、第一インバータ１４０ａの各半導体スイッチング素子を駆動する。

他の一例として制御回路部１７０は、コンバータ１２０に流れる電流を、車輪の空転などの検出に用いる。制御回路部１７０は、例えばコンバータ１２０に流れる電流が想定している電流に対して数十％以上増大した場合に、空転発生と判断する。すなわち、本実施形態のコンバータ１２０に流れる電流は、第一回転電機１への電流と比較して、第二回転電機２とのクロストークによる影響を受けにくい制御に用いられている。

次に、電力変換装置１００の機械的な構成を説明する。以下において、互いに直交する三方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と示す。図２に示すように、電力変換装置１００は、複数の半導体装置４０、およびそれらを収容した冷却器５０を備えている。また電力変換装置１００は、平滑コンデンサ１３０およびセンサユニット１６０を、Ｘ方向において冷却器５０を挟む配置で備えている。電力変換装置１００は、冷却器５０、センサユニット１６０、および平滑コンデンサ１３０に対してＹ方向の片側に配置されたリアクトル６０を備えている。

半導体装置４０は、半導体スイッチング素子、およびそれらを電気的に接続する接続部材を、樹脂封止などにより一体パッケージ化した装置である。本実施形態の各半導体装置４０は、略矩形板状に形成されており、一相分の上下アームに相当する半導体スイッチング素子、およびそれらの接続部材を含んでいる。各半導体装置４０は、冷却器５０の冷媒流路を挟んでＹ方向に沿って積層されている。

各半導体装置４０は、それぞれ高電位端子４１Ｈ、低電位端子４１Ｌ、および接続点端子４１Ｍの三つの主端子を備える。高電位端子４１Ｈは、上下アームの高電位ライン２０Ｈとの接続点に相当する。低電位端子４１Ｌは、上下アームの低電位ライン２０Ｌとの接続点に相当する。接続点端子４１Ｍは、上下アームの半導体スイッチング素子同士の中間の接続点に相当する。三つの主端子は、Ｘ方向に沿って並ぶ配置で半導体装置４０のＺ方向を向く面から突出している。異なる半導体装置４０から突出している同種の主端子は、Ｙ方向に沿って並んでいる。各接続点端子４１Ｍは、三つの主端子のうち、最もセンサユニット１６０に近い配置で並んでいる。

本実施形態の電力変換装置１００は、コンバータ１２０、第一インバータ１４０ａ、および第二インバータ１４０ｂを構成する七つの半導体装置４０を備えている。具体的には、電力変換装置１００は、三つの第一電機用装置４０ａ、三つの第二電機用装置４０ｂ、および一つのコンバータ用装置４０ｃを備えている。

各第一電機用装置４０ａは、それぞれ第一インバータ１４０ａの一相分に相当する上下アームを構成している。三つの第一電機用装置４０ａにより、第一インバータ１４０ａが構成されている。Ｙ方向に並ぶ七つの半導体装置４０のうち、リアクトル６０から遠い側の端から三つが、第一電機用装置４０ａに相当している。

各第二電機用装置４０ｂは、それぞれ第二インバータ１４０ｂの一相分に相当する上下アームを構成している。三つの第二電機用装置４０ｂにより、第二インバータ１４０ｂが構成されている。Ｙ方向に並ぶ七つの半導体装置４０のうち、リアクトル６０に近い側の端から三つが、第二電機用装置４０ｂに相当している。

コンバータ用装置４０ｃは、コンバータ１２０の上下アームを構成している。コンバータ用装置４０ｃは、リアクトル６０と合わせてコンバータ１２０を構成している。Ｙ方向に並ぶ七つの半導体装置４０のうち、中央に位置する一つがコンバータ用装置４０ｃに相当する。すなわちコンバータ用装置４０ｃは、第一インバータ１４０ａを構成する各第一電機用装置４０ａと、第二インバータ１４０ｂを構成する各第二電機用装置４０ｂとの間に配置されている。換言すれば、各第一電機用装置４０ａが、各第二電機用装置４０ｂから、コンバータ用装置４０ｃを挟んで離れた配置とされている。

センサユニット１６０は、検出対象とする電流を流すバスバ１６１、およびバスバ１６１に流れる電流を検出する電流センサ１６２を一体パッケージ化した装置である。本実施形態のセンサユニット１６０は、第一回転電機１および第二回転電機２から延びる接続用のコネクタを組み付けるための出力端子台の機能を兼ねている。センサユニット１６０は、図２、図３、および図４に示すように、センサ筐体１６３、複数のバスバ１６１、複数の電流センサ１６２、センサ基板１６４、および磁気シールド１６５を備える。

センサ筐体１６３は、樹脂などの絶縁材料により形成された、センサユニット１６０を構成する各部材を保持するための部材である。本実施形態のセンサ筐体１６３は、インサート成型によりバスバ１６１や磁気シールド１６５が埋設され、内部の収容空間にセンサ基板１６４が収容されている樹脂製のケースである。

バスバ１６１は、銅などの導電材料により帯板状に形成された、検出対象とする電流を流す導電部材である。本実施形態のセンサユニット１６０は、Ｘ方向に沿って並行して延伸し、Ｙ方向に沿って配列された七つのバスバ１６１を有している。従って、Ｙ方向がバスバ１６１の「配列方向」に相当する。具体的には、センサユニット１６０は、三つの第一電機用バスバ１６１ａ、三つの第二電機用バスバ１６１ｂ、および一つのコンバータバスバ１６１ｃを有している。

各バスバ１６１は、互いの位置関係が維持されるようにセンサ筐体１６３により一体に保持されている。各バスバ１６１の両端の一部は、電気的および機械的な接続のため、それぞれセンサ筐体１６３の外部に露出している。各バスバ１６１の一端は、センサ筐体１６３から、接続する対象である対応する半導体装置４０に向けてＸ方向に沿って突出している。

各バスバ１６１は、センサ筐体１６３の内部に位置する部分の少なくとも一部を、主面をＺ方向に向ける姿勢でＸ方向に沿って延伸している。この主面をＺ方向に向ける姿勢の部分が、電流センサ１６２による被検出部となる。各バスバ１６１は、Ｙ方向の投影視で被検出部の少なくとも一部を互いに重なる位置とするように配置されている。各バスバ１６１の被検出部におけるＹ方向の配列順は、それぞれに対応する半導体装置４０のＹ方向の配列順と一致している。

第一電機用バスバ１６１ａは、Ｙ方向に配列された七つのバスバ１６１のうち、リアクトル６０から遠い側の端から三つである。各第一電機用バスバ１６１ａの一端は、対応する第一電機用装置４０ａの接続点端子４１Ｍと、溶接などにより接続されている。第一電機用バスバ１６１ａと第一電機用装置４０ａとは、Ｙ方向の配列順が同じもの同士で対応している。より具体的には、第一電機用バスバ１６１ａと第一電機用装置４０ａとは、リアクトル６０から遠い側の端同士、端から二番目同士、端から三番目同士で対応している。

各第一電機用バスバ１６１ａの他端は、センサ筐体１６３から突出して第一回転電機１のコネクタが接続される端子とされている。従って、第一電機用バスバ１６１ａは、第一インバータ１４０ａと第一回転電機１との間を電気的に接続している。第一電機用バスバ１６１ａには、例えばＨＶ駆動時に、第一インバータ１４０ａから第一回転電機１に出力される三相交流が流れる。この場合各第一電機用バスバ１６１ａからは、第一回転電機１に提供している三相交流の周波数に従って強度および向きが周期的に変化する磁界が発生する。

第二電機用バスバ１６１ｂは、Ｙ方向に配列された七つのバスバ１６１のうち、リアクトル６０に近い側の端から三つである。各第二電機用バスバ１６１ｂの一端は、対応する第二電機用装置４０ｂの接続点端子４１Ｍと、溶接などにより接続されている。第二電機用バスバ１６１ｂと第二電機用装置４０ｂとは、Ｙ方向の配列順が同じもの同士で対応している。より具体的には、第二電機用バスバ１６１ｂと第二電機用装置４０ｂとは、リアクトル６０に近い側の端同士、端から二番目同士、端から三番目同士で対応している。

各第二電機用バスバ１６１ｂの他端は、第二回転電機２のコネクタと接続するための端子としてセンサ筐体１６３から突出している。従って第二電機用バスバ１６１ｂは、第二インバータ１４０ｂと第二回転電機２との間を電気的に接続している。第二電機用バスバ１６１ｂには、例えばＨＶ駆動時に、発電している第二回転電機２から第二インバータ１４０ｂに出力される三相交流が流れる。この場合各第二電機用バスバ１６１ｂからは、第二回転電機２の回転数に応じて定まる三相交流の周波数に従って強度および向きが周期的に変化する磁界が発生する。

コンバータバスバ１６１ｃは、Ｙ方向に配列された七つのバスバ１６１のうち、中央に位置している。コンバータバスバ１６１ｃの一端は、対応するコンバータ用装置４０ｃの接続点端子４１Ｍと、溶接などにより電気的および機械的に接続されている。コンバータバスバ１６１ｃの他端は、リアクトル６０の一端と直接または間接的に接続可能となるようにセンサ筐体１６３から露出している。本実施形態のコンバータバスバ１６１ｃの他端は、Ｙ方向において第一電機用バスバ１６１ａと第二電機用バスバ１６１ｂとの間の位置でセンサ筐体１６３からＺ方向に突出している。

センサ筐体１６３から突出した他端は、センサ筐体１６３の外部においてＹ方向に沿ってリアクトル６０に向けて延び、リアクトル６０と溶接などにより接続されている。従ってコンバータバスバ１６１ｃは、コンバータ１２０の半導体スイッチング素子同士の接続点と、リアクトル６０との間を電気的に接続している。コンバータバスバ１６１ｃには、コンバータ１２０のリアクトル６０が流している電流が流れる。従ってコンバータバスバ１６１ｃには、直流電源３と電力変換装置１００との間の電力の供給関係に応じて、向きおよび大きさが概ね一定の直流と見なせる電流が流れる。従ってコンバータバスバ１６１ｃからは、第二電機用バスバ１６１ｂから発生する磁界と比較して、時間経過に伴う向きや大きさの変動の小さい磁界が発生する。

電流センサ１６２は、電流によって発生した磁界の強度を検出することにより、各バスバ１６１に流れている電流を検出する装置である。電流センサ１６２は、例えば磁気抵抗効果素子などの磁電変換素子を形成された半導体基板を含むセンサパッケージである。電流センサ１６２は、例えば自身の位置における所定の検出軸に沿った磁界の強度および向きを示す検出値を、電気信号として出力する。

各電流センサ１６２は、Ｙ方向に沿って並ぶ配置でセンサ基板１６４に実装されている。各電流センサ１６２の出力する電気信号は、センサ基板１６４に実装された共通の信号コネクタを介して制御回路部１７０に送信される。各電流センサ１６２のＹ方向のピッチは、バスバ１６１のＹ方向のピッチに合わせて設定されている。各電流センサ１６２は、各バスバ１６１を保持するセンサ筐体１６３にセンサ基板１６４を組み付けることにより、対応するバスバ１６１に対して所定の位置関係で配置されている。具体的には、各電流センサ１６２は、対応するバスバ１６１のＺ方向に主面を向けている部分に対して、Ｚ方向に沿って並ぶ配置で対向している。

各電流センサ１６２の検出軸は、Ｙ方向に沿っている。各電流センサ１６２は、Ｘ方向に流れる電流により発生した、バスバ１６１のＺ方向を向く主面に対向する位置において磁界を検出する。各電流センサ１６２は、発生した磁界を直接検出している。

各電流センサ１６２のＹ方向における両側には、磁性材料による部材は配置されていない。電流センサ１６２と、その電流センサ１６２対応するバスバ１６１に隣接するバスバ１６１との間には、磁性材料による部材は配置されていない。すなわち、センサユニット１６０の全ての電流センサ１６２は、対応するバスバ１６１を囲う集磁コアを伴わない、コアレス式電流センサとして構成されている。従って各電流センサ１６２で検出される磁界には、対応するバスバ１６１に隣接したバスバ１６１から発生する磁界の成分も部分的に重畳された状態となる。すなわち、各電流センサ１６２に対する、隣接するバスバ１６１の離間距離および検出軸に対する角度に従って減衰した成分が重畳される。センサユニット１６０は、七つの電流センサ１６２を備えている。具体的には、センサユニット１６０は、三つの第一電機用センサ１６２ａ、三つの第二電機用センサ１６２ｂ、およびコンバータ用センサ１６２ｃを備えている。

第一電機用センサ１６２ａは、それぞれ第一電機用バスバ１６１ａと一対一で対応している。第一電機用センサ１６２ａは、対応する第一電機用バスバ１６１ａに流れている電流を検出する。従って第一電機用センサ１６２ａは、Ｙ方向において、コンバータバスバ１６１ｃを挟んで第二電機用バスバ１６１ｂから離れた配置となっている。すなわち、コンバータバスバ１６１ｃと第二電機用バスバ１６１ｂとの並ぶ平面において、第一電機用センサ１６２ａを投影した位置と、第二電機用バスバ１６１ｂとの間にコンバータバスバ１６１ｃが配置された状態となっている。換言すれば、第二電機用バスバ１６１ｂが、第一電機用センサ１６２ａに対して、コンバータバスバ１６１ｃを挟んでコンバータバスバ１６１ｃよりも離れた配置とされている。

こうした配置により、三つのうち最も第二電機用バスバ１６１ｂに近い第一電機用センサ１６２ａは、第二電機用バスバ１６１ｂではなく、コンバータバスバ１６１ｃに隣接した状態となっている。従って、この第一電機用センサ１６２ａの検出値に重畳される隣接するバスバ１６１に流れる電流による成分は、第二電機用バスバ１６１ｂと隣接している場合よりも、時間経過に伴う向きや大きさの変動が抑制される。すなわち、検出する電流の波形にひずみが生じにくくなる。この結果、第一電機用バスバ１６１ａと第二電機用バスバ１６１ｂとの間隔増大に伴うセンサユニット１６０の体格増大を抑制しつつ、波形のひずみ抑制が可能となる。

第二電機用センサ１６２ｂは、それぞれ第二電機用バスバ１６１ｂと一対一で対応している。第二電機用センサ１６２ｂは、対応する第二電機用バスバ１６１ｂに流れている電流を検出する。第二電機用センサ１６２ｂは、Ｙ方向において、コンバータバスバ１６１ｃを挟んで第一電機用バスバ１６１ａから離れた配置となっている。

コンバータ用センサ１６２ｃは、コンバータバスバ１６１ｃに対応しており、コンバータバスバ１６１ｃに流れる電流を検出する。コンバータ用センサ１６２ｃは、Ｙ方向において隣接する第一電機用センサ１６２ａおよび第二電機用センサ１６２ｂの間に配置されている。すなわち、第一電機用センサ１６２ａおよび第二電機用センサ１６２ｂの並ぶ方向の投影視において、少なくとも一部が第一電機用センサ１６２ａおよび第二電機用センサ１６２ｂと重なりを生じている。

コンバータ用センサ１６２ｃの検出値には、実際にコンバータバスバ１６１ｃに流れる電流に加えて、両側の隣接するバスバ１６１の電流による成分が部分的に重畳される。すなわち、第一電機用バスバ１６１ａおよび第二電機用バスバ１６１ｂの交流による成分が重畳され、脈流成分を含む直流となる。上述の通り、コンバータ用センサ１６２ｃで検出される電流は、こうした脈流成分を含んでいても、制御回路部１７０における制御に実質的な影響を生じにくい。

磁気シールド１６５は、磁性材料により板状に形成され、両面をＺ方向に向ける姿勢で配置されている。磁気シールド１６５は、Ｚ方向において各電流センサ１６２に対して各バスバ１６１とは反対側と、各バスバ１６１に対して各電流センサ１６２とは反対側とにそれぞれ配置されている。本実施形態の各磁気シールド１６５は、Ｙ方向に沿って延びる帯板状に形成され、Ｚ方向の投影視において七つの電流センサ１６２を全て覆う配置で設けられている。各磁気シールド１６５は、センサユニット１６０の外部磁界による電流センサ１６２の検出値への影響を抑制する。なお磁気シールド１６５は、Ｙ方向において分割され、各電流センサ１６２に対して個別に設けられる構成でもよい。

［実施形態のまとめ］
以上、説明した実施形態によれば、第二電機用バスバ１６１ｂが、第一電機用センサ１６２ａに対して、コンバータバスバ１６１ｃを挟んで離れた配置とされている。故に、第一電機用センサ１６２ａによる検出値に対する、第二電機用バスバ１６１ｂに流れる三相交流の周波数成分の重畳が抑制される。制御回路部１７０は、こうした第一電機用センサ１６２ａの検出値に基づいて第一インバータ１４０ａを制御することにより、第二電機用バスバ１６１ｂに流れる三相交流の影響を抑制して第一インバータ１４０ａを動作させうる。従って、第一インバータ１４０ａから第一回転電機１への出力電流におけるひずみを抑制して、コアレス式の電流センサ１６２で出力電流を検出可能となる。

加えて本実施形態では、コンバータ用センサ１６２ｃが、第一電機用センサ１６２ａと、第二電機用センサ１６２ｂとの間に配置されている。上述の構成に反してコンバータ用センサ１６２ｃを他の位置に配置する場合、磁気シールド１６５などの他の部材の増加や拡大によるセンサユニット１６０の体格増大を生じうる。こうした懸念に対し本実施形態では、コンバータ用センサ１６２ｃは、他の部材の増加および拡大などを抑制可能な配置とされている。従って電力変換装置１００は、センサユニット１６０で検出された電流に基づく制御への影響を抑制しつつ、センサユニット１６０の体格増大を抑制可能となる。

また本実施形態の各半導体装置４０は、Ｙ方向において、接続されているバスバ１６１の配列順と同じ配列順とされている。上述の構成に反して、半導体装置４０の配列順がバスバ１６１の電流センサ１６２と対向する部分の配列順と異なる場合、一部のバスバ１６１が、他のバスバ１６１を迂回して対応する半導体装置４０と接続されることとなり、体格の増大が発生しうる。こうした懸念に対して本実施形態では、各バスバ１６１が他のバスバ１６１を迂回することなく対応する半導体装置４０と接続可能となる。従って電力変換装置は、各バスバ１６１の体格増大を抑制しつつ、第二電機用バスバ１６１ｂを第一電機用センサ１６２ａから離して配置可能となる。

さらに本実施形態では、各電流センサ１６２の全てが、センサ筐体１６３により各バスバ１６１と一体に保持されている。上述の構成に反して、各電流センサ１６２が個別に各バスバ１６１に対して取り付けられる構成の場合、センサユニット１６０全体の部品点数や、体格の増加を招く。こうした懸念に対して本実施形態では、一体に保持するセンサ筐体１６３により、部品点数や、体格の増加を抑制して各電流センサ１６２を各バスバ１６１に対して取り付け可能となる。

＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本開示の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。なお、以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。

上述の実施形態においては、電力変換装置１００は、二つの回転電機とそれぞれ接続される二つのインバータを備え、コンバータ１２０として単相コンバータを用いていた。また、それらを構成する半導体装置４０は、それぞれ一相の上下アームに相当する半導体スイッチング素子およびそれらの接続部材を含んでいた。この結果、上述の実施形態においては、半導体装置４０、バスバ１６１、および電流センサ１６２がそれぞれ七つずつ設けられていた。しかし、いずれかの回転電機へのバスバに対応する電流センサから、他の回転電機へのバスバ１６１がコンバータバスバ１６１ｃを挟んで離れて配置されていれば、電力変換装置１００の構成はこれに限られない。

一例として電力変換装置１００は、第三回転電機に接続される第三インバータをさらに備える構成を採用可能である。こうした構成の電力変換装置１００においては、図５に示すように、それらを接続する第三電機用バスバ１６１ｄ、およびそこに流れる電流を検出する第三電機用センサ１６２ｄが更に設けられる。この場合、第三電機用センサ１６２ｄと第二電機用バスバ１６１ｂの間には、コンバータバスバ１６１ｃを配置されていなくてもよい。すなわち、いずれかの回転電機のバスバ１６１と他の回転電機の電流センサ１６２との間にコンバータバスバ１６１ｃが配置されていれば、他の回転電機のペアにおける配置関係は問わない。

さらに他の一例として、コンバータ１２０として多相コンバータを用いる構成の場合には、複数のコンバータバスバ１６１ｃが設けられる。例えば二相コンバータを用いており、かつ第三インバータを備えている場合には、いずれかの回転電機のバスバ１６１を二つのコンバータバスバ１６１ｃの間に入れ子状に配置できる。すなわち、図６に示すように、二つのコンバータバスバ１６１ｃの間に三つの第二電機用バスバ１６１ｂを配置し、その外側の一方に三つの第一電機用バスバ１６１ａ、他方に三つの第三電機用バスバ１６１ｄを配置できる。複数のコンバータバスバ１６１ｃが設けられている場合、それらを互いに隣り合った状態で回転電機用のバスバ１６１の間に配置することも可能である。

また、複数の半導体装置４０を併せて上下アームに相当している構成、また一つの半導体装置が複数の上下アームに相当している構成なども採用可能である。こうした構成に起因して各半導体装置４０と各バスバ１６１とが一対一に対応しない場合などにおいては、各半導体装置４０と各バスバ１６１とが異なった配列順となりうる。こうした配列の場合などにおいては、各バスバ１６１は、少なくとも一部が互いに並行していない状態となりうる。

上述の実施形態においては、三つの第一電機用バスバ１６１ａの全てに第一電機用センサ１６２ａが一対一で設けられていた。しかし、三つのうち二つに対して第一電機用センサ１６２ａを二つずつ設けて二重化し、残る一つに流れる電流を他の二つから推定して制御する構成も採用可能である。この場合、第一電機用センサ１６２ａを設けられていない第一電機用バスバ１６１ａの配置に拘わらず、最も第二電機用バスバ１６１ｂに近い第一電機用センサ１６２ａと第二電機用バスバ１６１ｂとの間にコンバータバスバ１６１ｃが設けられていればよい。

１第一回転電機、２第二回転電機、３直流電源、４０ａ第一電機用装置、４０ｂ第二電機用装置、４０ｃコンバータ用装置、１００電力変換装置、１２０コンバータ、１４０ａ第一インバータ、１４０ｂ第二インバータ、１６１ａ第一電機用バスバ、１６１ｂ第二電機用バスバ、１６１ｃコンバータバスバ、１６２ａ第一電機用センサ、１６２ｂ第二電機用センサ、１６２ｃコンバータ用センサ、１６３センサ筐体、１７０制御回路部

Claims

三相交流式の第一回転電機（１）と接続される第一インバータ（１４０ａ）と、
三相交流式の第二回転電機（２）と接続される第二インバータ（１４０ｂ）と、
直流電源（３）と、前記第一インバータおよび前記第二インバータとの間で直流電圧の電圧を変換するコンバータ（１２０）と、
前記第一インバータと前記第一回転電機との間の電流を流す第一電機用バスバ（１６１ａ）と、
前記第二インバータと前記第二回転電機との間の電流を流す第二電機用バスバ（１６１ｂ）と、
前記コンバータの電流を流すコンバータバスバ（１６１ｃ）と、
前記第一電機用バスバに流れる電流を発生した磁界に基づいて検出するセンサであって、コアレス式の第一電機用センサ（１６２ａ）と、
前記第一電機用センサの検出値に基づいて前記第一インバータを制御する制御回路部（１７０）と、を備え、
前記第二電機用バスバは、前記コンバータバスバを挟んで前記第一電機用センサから離れて配置されている電力変換装置。
前記第二電機用バスバに流れる電流を発生した磁界に基づいて検出するセンサであって、コアレス式の第二電機用センサ（１６２ｂ）と、
前記コンバータバスバに流れる電流を発生した磁界に基づいて検出するセンサであって、コアレス式のコンバータ用センサ（１６２ｃ）と、を備え、
前記コンバータ用センサは、前記第一電機用センサと、前記第二電機用センサとの間に配置されている請求項１に記載の電力変換装置。
前記第一インバータは、対応する前記第一電機用バスバと接続された第一電機用装置（４０ａ）を有し、
前記第二インバータは、対応する前記第二電機用バスバと接続された第二電機用装置（４０ｂ）を有し、
前記コンバータは、対応する前記コンバータバスバと接続されたコンバータ用装置（４０ｃ）を有し、
前記第一電機用装置、前記第二電機用装置、および前記コンバータ用装置は、前記第一電機用バスバ、前記第二電機用バスバ、および前記コンバータバスバの配列方向において、
対応する前記第一電機用バスバ、前記第二電機用バスバ、および前記コンバータバスバの配列順と同じ配列順で設けられている請求項１または２に記載の電力変換装置。
前記第二電機用バスバに流れる電流を発生した磁界に基づいて検出するセンサであって、コアレス式の第二電機用センサ（１６２ｂ）と、
前記コンバータバスバに流れる電流を発生した磁界に基づいて検出するセンサであって、コアレス式のコンバータ用センサ（１６２ｃ）と、
前記第一電機用センサ、前記第二電機用センサ、および前記コンバータ用センサを、前記第一電機用バスバ、前記第二電機用バスバ、および前記コンバータバスバと一体に保持するセンサ筐体（１６３）と、を備える請求項１に記載の電力変換装置。