JP2021175248A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】C字状のコアによる高い集磁効果及び電力変換装置の小型化を維持しつつ、C字状のコアを配置する基板の強度の低下を抑制することができる電力変換装置を得ること。【解決手段】板状のバスバーと、バスバーが内側に配置された、磁性体からなるU字状のコアと、2つの貫通孔を有し、U字状のコアの2つの脚部のそれぞれが2つの貫通孔のそれぞれに挿入された基板と、2つの貫通孔の間の基板の部分における、一方の貫通孔の側及び他方の貫通孔の側に互いに間隔を空けてそれぞれ配置された2つの磁性体と、2つの貫通孔の間の基板の部分に配置され、検知した磁界を電気信号に変換して出力する磁電変換素子とを備え、U字状のコアと2つの磁性体とにより、C字状のコアが形成されている。【選択図】図1
Description
本願は、電力変換装置に関するものである。
電気自動車又はハイブリッド自動車のように、駆動源にモータが用いられている電動車両には、複数の電力変換装置が搭載されている。電力変換装置は、モータの駆動または駆動エネルギーのバッテリへの回生などに用いられる。具体的な電力変換装置としては、商用の交流電源から直流電源に変換して高圧バッテリに充電する充電器、高圧バッテリの直流電源から補助機器用のバッテリの電圧(例えば12V)に変換するDC/DCコンバータ、バッテリからの直流電力をモータへの交流電力に変換するインバータなどが挙げられる。電力変換装置の内部には、大電流をスイッチングする素子及び電力変換機能を制御する演算回路に加えて、バスバーに流れる電流を測定する電流センサなどが設けられる。このように電力変換装置の内部には多くの電気部品等が含まれるため、電力変換装置全体のサイズが大きくなるという課題があった。
電力変換装置の大型化を抑制するために、電流センサを他の部品と一体的に形成した構成が開示されている(例えば、特許文献1参照)。電流センサは、バスバーと、バスバーが内側に配置され、切欠き部を備えた磁性体からなるC字状のコアと、C字状のコアの切欠き部に設けられる磁電変換素子とから構成される。C字状のコアは切欠き部のギャップ長を短く形成できるため、磁電変換素子への集磁効果を高めることができる。そのため、電流センサを構成する磁性体コアにC字状のコアがよく用いられる。磁電変換素子は基板に接続され、バスバーを流れる電流に起因して切り欠き部に生じた磁束を検知する。基板は、磁電変換素子を備えた側に切欠き部を配置するために、C字状のコアの一部を貫通させる1対の貫通孔を備える。
上記特許文献1においては、基板に1対の貫通孔を設けてC字状のコアの一部を貫通させて電流センサと基板とを一体的に形成しているため、C字状のコアによる高い集磁効果を維持しつつ、電力変換装置を小型化することができる。しかしながら、C字状のコアの一部を基板に設けた1対の貫通孔に貫通させるため、基板に設ける貫通孔が大きくなり基板の強度が低下するという課題があった。また、基板の強度が低下すると、振動などの外力で基板が破壊するという課題があった。
そこで、本願は、C字状のコアによる高い集磁効果及び電力変換装置の小型化を維持しつつ、C字状のコアを配置する基板の強度の低下を抑制することができる電力変換装置を得ることを目的としている。
本願に開示される電力変換装置は、板状のバスバーと、バスバーが内側に配置された、磁性体からなるU字状のコアと、2つの貫通孔を有し、U字状のコアの2つの脚部のそれぞれが2つの貫通孔のそれぞれに挿入された基板と、2つの貫通孔の間の基板の部分における、一方の貫通孔の側及び他方の貫通孔の側に互いに間隔を空けてそれぞれ配置された2つの磁性体と、2つの貫通孔の間の基板の部分に配置され、検知した磁界を電気信号に変換して出力する磁電変換素子とを備え、U字状のコアと2つの磁性体とにより、C字状のコアが形成されているものである。
本願に開示される電力変換装置によれば、磁性体からなるU字状のコアの2つの脚部のそれぞれが基板に設けられた2つの貫通孔のそれぞれに挿入され、2つの磁性体が2つの貫通孔の間の基板の部分における、一方の貫通孔の側及び他方の貫通孔の側に互いに間隔を空けてそれぞれ配置されており、U字状のコアと2つの磁性体とによりC字状のコアが形成されているため、C字状のコアによる高い集磁効果及び電力変換装置の小型化を維持しつつ、C字状のコアを配置する基板の強度の低下を抑制することができる。
以下、本願の実施の形態による電力変換装置を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る電力変換装置100の概略の構成を示す斜視図、図2は電力変換装置100を示す正面図、図3は電力変換装置100の要部である一つの電流センサ30aを示す斜視図、図4は電力変換装置100の概略の構成を示す模式図である。図1及び図2は電力変換装置100を取り囲む筐体を取り除いて示した図で、図4は基板50を一方の面から見た図である。電力の変換を行う電力変換装置100は、モータを駆動源の一つとする電気自動車、もしくはハイブリット自動車等の車両に搭載されて用いられる。電力変換装置100は、3相の電流の各相がそれぞれに流れる3本のバスバー40a、40b、40cを備える。3相電流のそれぞれの電流値を測定するために、バスバー40aに電流センサ30a、バスバー40bに電流センサ30b、バスバー40cに電流センサ30cが設けられる。
図1は実施の形態1に係る電力変換装置100の概略の構成を示す斜視図、図2は電力変換装置100を示す正面図、図3は電力変換装置100の要部である一つの電流センサ30aを示す斜視図、図4は電力変換装置100の概略の構成を示す模式図である。図1及び図2は電力変換装置100を取り囲む筐体を取り除いて示した図で、図4は基板50を一方の面から見た図である。電力の変換を行う電力変換装置100は、モータを駆動源の一つとする電気自動車、もしくはハイブリット自動車等の車両に搭載されて用いられる。電力変換装置100は、3相の電流の各相がそれぞれに流れる3本のバスバー40a、40b、40cを備える。3相電流のそれぞれの電流値を測定するために、バスバー40aに電流センサ30a、バスバー40bに電流センサ30b、バスバー40cに電流センサ30cが設けられる。
<電力変換装置100の構成の概要>
電力変換装置100は、板状のバスバー40と、磁性体からなるU字状のコア10と、U字状のコア10が配置されている基板50と、基板50に配置されている磁電変換素子20及び磁性体15とを備える。電流センサ30は、U字状のコア10、磁性体15、磁電変換素子20、及びバスバー40から構成される。
電力変換装置100は、板状のバスバー40と、磁性体からなるU字状のコア10と、U字状のコア10が配置されている基板50と、基板50に配置されている磁電変換素子20及び磁性体15とを備える。電流センサ30は、U字状のコア10、磁性体15、磁電変換素子20、及びバスバー40から構成される。
3本のバスバー40a、40b、40cは、それぞれに3相の電流の各相が流れる導体である。バスバー40は、例えば銅もしくはアルミニウムで作製される。バスバー40の材料はこれらに限るものではなく電流が流れる材料であれば他の材料でも構わないが、バスバー40には抵抗率の低い材料が適している。バスバー40は、図4に示すように、例えば電力変換装置100が備えたパワーモジュール60と接続される。
基板50は、図1に示すように、3本のバスバー40a、40b、40cのそれぞれに対向して配置される。基板50には、磁電変換素子20に加えて、IC(Integrated Circuit)、抵抗、及びコンデンサ等の受動部品、及び他の必要な電気部品が実装される。基板50は、バスバー40に流れる電流を検出する機能を備える。基板50は、電流を検出する機能以外に、電流センサ30が測定した電流値に基づいてパワーモジュール60の動作を制御する回路等の、他の機能も有する。基板50が複数の機能を備えることで、機能ごとに複数の基板50を備える必要がないため、電力変換装置100を小型化することができる。
基板50は、複数の貫通孔50aを有する。磁電変換素子20は、2つの貫通孔50aの間の基板50の部分に配置され、検知した磁界を電気信号に変換して出力する。磁電変換素子20は、バスバー40と対向する基板50の一方の面である配置面に配置されている。本実施の形態では表面実装型の磁電変換素子20が用いられ、磁電変換素子20は、基板50に表面実装されている。磁電変換素子20の形態は表面実装型に限るものではないが、表面実装型の磁電変換素子20を用いることで磁電変換素子20を基板50に容易に実装することができ、電力変換装置100の生産性を向上することができる。また、電流センサ30を小型化することができる。また、磁電変換素子20に対する振動の影響が抑制され、電力変換装置100の電流検出の精度を向上させることができる。
磁電変換素子20には、例えばホール素子もしくはMR(Magneto Resistive)素子が用いられる。MR素子には、AMR、GMR、TMRの種類があるが、何れの素子であっても構わない。磁電変換素子20はこれらの素子に限るものではなく、検知した磁界を電気信号に変換して出力する機能を備えていれば他の素子でも構わない。また、磁電変換素子20の配置は基板の一方の面に限るものではなく、磁電変換素子20を他方の面に実装しても構わない。バスバー40に流れた電流に起因して2つの磁性体15の間に生じる磁界は、2つの磁性体15の間に限って生じるものではなく、2つの磁性体15の間の周囲にも広がって生じる。そのため、基板50の何れの面に磁電変換素子20を配置しても、磁電変換素子20はバスバー40に流れた電流に起因した磁界を検知することができる。
U字状のコア10は、底部と、底部の両端から対向して延出する脚部とから構成される。U字状のコア10の内側にバスバー40が配置される。U字状のコア10は、U字状のコア10の2つの脚部のそれぞれが、2つの貫通孔50aのそれぞれに挿入されて基板50に配置されている。U字状のコア10は、例えば基板50に接着して固定される。電流センサ30の構成部品であるU字状のコア10は基板50と一体的に設けられ双方のスペースが共有されているため、電力変換装置100を基板50の配置面に垂直な方向において小型化することができる。また、U字状のコア10の脚部を貫通孔50aに挿入しているため、C字状のコアを貫通孔に挿入して配置する場合と比較して、基板50に形成される貫通孔50aの大きさを小さくすることができると共に、貫通孔50aの間隔を広くすることができる。貫通孔50aを小さくすることができるため、基板50の強度の低下を抑制することができる。また、2つの貫通孔50aの間隔を広くすることができるため、磁電変換素子20が取り付けられている基板50の部分が縮小されず、基板50の強度の低下を抑制することができる。このため、電力変換装置100に振動等の外力が加わっても、基板50の貫通孔50aと貫通孔50aとの間の破断を防ぐことができる。
2つの磁性体15は、2つの貫通孔50aの間の基板50の部分における、一方の貫通孔50aの側及び他方の貫通孔50aの側に互いに間隔を空けてそれぞれ配置される。本実施の形態ではブロック形状の磁性体15が用いられ、ブロック形状の2つの磁性体15が基板50の他方の面に配置されている。磁性体15の形状はブロック形状に限るものではなく、板状もしくはシート状であっても構わない。また、磁性体15の配置は、基板50の一方の面であっても構わない。磁性体15は、例えば接着剤もしくはハンダを利用して基板50に取り付けられる。また、基板50に形成されたザグリに磁性体15を嵌め込んでも構わない。また、基板50に磁性体15をねじ止めしても構わない。なお、磁性体15は必ずしも基板50と固定する必要はなく、U字状のコア10の脚部に固定しても構わない。磁性体15をブロック形状とすることで、磁性体15を容易に取り扱うことができ、磁性体15を基板50に容易に取り付けることができる。また、磁性体15をブロック形状とし、ある程度の体積を備えた形態とすることで、磁電変換素子20への集磁の効果を向上させることができる。
U字状のコア10及び磁性体15の材料は、例えば電磁鋼板、鉄、パーマロイ、もしくはフェライトが用いられる。これらの材料は、鉄、ニッケル、コバルトといった強磁性材料、もしくは強磁性体材料を含有した材料であればよく、特に軟磁性材料が適している。U字状のコア10と磁性体15は、それぞれが異なる材料であっても構わない。U字状のコア10の作製方法は、巻き鉄心でも積層でも構わない。
本実施の形態では、U字状のコア10とバスバー40とは、樹脂70で一体化されている。図2に示すように、破線で囲まれた範囲が樹脂70で一体化されている部分である。複数のU字状のコア10と複数のバスバー40とを一体化した場合、複数の部品を1つの部品として扱うことができる。複数の部品を1つの部品として扱うことができるため、組み立て及び検査工程を省力化することができ、電力変換装置100の生産性を向上させることができる。なお、U字状のコア10とバスバー40とが樹脂70で一体化されていなくても構わない。
本実施の形態では、図1に示すように、電流センサ30a、30b、30cを基板50の端に並べて配置したが電流センサ30a、30b、30cの配置はこれに限るものではない。基板50に貫通孔50aを形成すれば、U字状のコア10は基板50の中央であっても配置することができる。そのため、電力変換装置100において基板50に搭載する電気部品及び電流センサ30a、30b、30cの配置の自由度は向上し、電力変換装置100の生産性を向上させることができる。
<電流センサ30>
本願の要部である電流センサ30aについて説明する。ここでは電流センサ30aについて説明するが、他の電流センサ30b、30cも同様の構成を備えている。電流センサ30aは、図3に示すように、U字状のコア10a、2つの磁性体15a1、15a2、磁電変換素子20a、及びバスバー40aから構成され、U字状のコア10aと2つの磁性体15a1、15a2とからC字状のコア11aが形成されている。2つの磁性体15a1、15a2の間にエアギャップ部12が形成される。バスバー40aに流れた電流に起因してエアギャップ部12の周囲に生じた磁界が、磁電変換素子20aの内部の感磁部分に印加される。磁電変換素子20aの感磁の方向は、磁電変換素子20aが配置された基板50の配置面に平行な方向である。磁電変換素子20aは印加された磁界の大きさに応じた電圧を発生させ、発生した電圧を電流値に換算し、測定された電流値に相当する電気信号を基板50に設けられた回路に出力する。なお、磁電変換素子20aの有するICが磁界の大きさを電流値に換算する関係式を備えた構成としたが、磁電変換素子20aとは異なる別体のICが関係式を備え、基板50が別体のICを有しても構わない。
本願の要部である電流センサ30aについて説明する。ここでは電流センサ30aについて説明するが、他の電流センサ30b、30cも同様の構成を備えている。電流センサ30aは、図3に示すように、U字状のコア10a、2つの磁性体15a1、15a2、磁電変換素子20a、及びバスバー40aから構成され、U字状のコア10aと2つの磁性体15a1、15a2とからC字状のコア11aが形成されている。2つの磁性体15a1、15a2の間にエアギャップ部12が形成される。バスバー40aに流れた電流に起因してエアギャップ部12の周囲に生じた磁界が、磁電変換素子20aの内部の感磁部分に印加される。磁電変換素子20aの感磁の方向は、磁電変換素子20aが配置された基板50の配置面に平行な方向である。磁電変換素子20aは印加された磁界の大きさに応じた電圧を発生させ、発生した電圧を電流値に換算し、測定された電流値に相当する電気信号を基板50に設けられた回路に出力する。なお、磁電変換素子20aの有するICが磁界の大きさを電流値に換算する関係式を備えた構成としたが、磁電変換素子20aとは異なる別体のICが関係式を備え、基板50が別体のICを有しても構わない。
磁電変換素子20aは、測定対象のバスバー40aに流れる電流に起因して生じた磁界以外の磁界である外部磁界も検出する。磁電変換素子20aが検出した外部磁界は、電流測定の誤差となる。例えば、測定対象のバスバー40がバスバー40aである場合、隣接するバスバー40b、40cに流れる電流に起因した磁界は外部磁界の1つとなる。精度よく電流を測定するためには、外部磁界の影響を抑制することが重要である。外部磁界の影響を抑制するために、磁電変換素子20aの感磁部分をエアギャップ部12の中心に配置することが望ましい。図3に外部磁界の例を矢印で示す。磁電変換素子20aの感磁部分をエアギャップ部12の中心に配置することで、感磁部分に印加される外部磁界は基板50の配置面に垂直なU字状のコア10aの対称軸(図3の一点鎖線)に一致する方向のみとなり、この磁界の方向は磁電変換素子20aの感磁の方向ではないため検出されない。外部磁界が基板50の配置面に垂直な方向のみとなるのは、U字状のコア10aの対称軸に一致しない外部磁界は、U字状のコア10aもしくは2つの磁性体15a1、15a2に引き寄せられるためである。
バスバー40aに流れる電流に起因して生じた磁界をC字状のコア11aが集磁する効果は、エアギャップ部12の間隔に反比例する。エアギャップ部12を構成する2つの磁性体15a1、15a2の基板50の配置面に平行な方向の長さを変更することで、エアギャップ部12の間隔を調整することができる。2つの磁性体15a1、15a2の長さを長くしてエアギャップ部12の間隔を縮めることで、磁界の集磁効果を向上させることができる。エアギャップ部12の間隔の調整は、2つの磁性体15a1、15a2のみで行えるため、U字状のコア10aを取り換えることなく容易に行うことができる。また、2つの磁性体15a1、15a2の長さを長くすることで、さらに外部磁界が磁性体15a1、15a2に引き寄せられるため、磁電変換素子20aは外部磁界の影響を受けにくくなる。
本実施の形態では、磁電変換素子20aは、バスバー40aと対向する基板50の一方の面に配置されている。磁電変換素子20aを基板50の一方の面に配置した場合、磁電変換素子20aはC字状のコア11aの内部でU字状のコア10aの底部の側であるバスバー40aに近い側に配置される。図3に示したように、外部磁界はU字状のコア10aもしくは2つの磁性体15a1、15a2に引き寄せられるため、磁電変換素子20aを外部磁界から遠ざかる基板50の一方の面に配置することで、磁電変換素子20aは外部磁界の影響を受けにくくなる。ノイズである外部磁界の影響が小さくなり、SN比(信号/ノイズ比)を大きくすることができるため、電力変換装置100の電流検出の精度を向上させることができる。
以上のように、実施の形態1による電力変換装置100において、磁性体からなるU字状のコア10の2つの脚部のそれぞれが基板50に設けられた2つの貫通孔50aのそれぞれに挿入されてU字状のコア10が基板50に配置されているため、U字状のコア10は基板50と一体的に設けられU字状のコア10と基板50の双方のスペースが共有されており、電力変換装置100を基板50の配置面に垂直な方向において小型化することができる。また、U字状のコア10の脚部が貫通孔50aに挿入されるため、貫通孔50aの大きさを小さくすることができ、2つの貫通孔50aの間隔を広くすることができる。また、貫通孔50aを小さくすることができるため、基板50の強度の低下を抑制することができる。また、2つの貫通孔50aの間隔を広くすることができるため、磁電変換素子20が取り付けられている基板50の部分が縮小されず、基板50の強度の低下を抑制することができる。また、電力変換装置100に振動等の外力が加わっても、基板50の貫通孔50aと貫通孔50aとの間の破断を防ぐことができる。
また、2つの磁性体15が2つの貫通孔50aの間の基板50の部分における、一方の貫通孔50aの側及び他方の貫通孔50aの側に互いに間隔を空けてそれぞれ配置されており、U字状のコア10と2つの磁性体15とによりC字状のコア11が形成されているため、C字状のコア11による高い集磁効果及び電力変換装置100の小型化を維持しつつ、C字状のコア11を配置する基板50の強度の低下を抑制することができる。また、磁電変換素子20は、バスバー40と対向する基板50の一方の面である配置面に配置されている場合、磁電変換素子20に加わる外部磁界の影響を抑制することができる。また、ブロック形状の2つの磁性体15が基板50の他方の面に配置されている場合、磁性体15を基板50に容易に取り付けることができ、電力変換装置100の生産性を向上させることができる。
また、磁電変換素子20が基板50に表面実装されている場合、磁電変換素子20に対する振動の影響が抑制され、電力変換装置100の電流検出の精度を向上させることができる。また、U字状のコア10とバスバー40とが樹脂70で一体化されている場合、複数の部品を1つの部品として扱うことができるため、組み立て及び検査工程を省力化することができ、電力変換装置100の生産性を向上させることができる。電力変換装置100がバスバー40に接続されたパワーモジュール60を備え、基板50がパワーモジュール60の動作を制御する回路を有する場合、基板50が複数の機能を備えることで、機能ごとに複数の基板50を備える必要がないため、電力変換装置100を小型化することができる。
実施の形態2.
実施の形態2に係る電力変換装置100について説明する。図5は実施の形態2に係る電力変換装置100の要部である一つの電流センサ30aを示す斜視図である。実施の形態2に係る電力変換装置100は、実施の形態1に示した構成に加えて、基板50の一方の面に磁性体16を備えた構成になっている。
実施の形態2に係る電力変換装置100について説明する。図5は実施の形態2に係る電力変換装置100の要部である一つの電流センサ30aを示す斜視図である。実施の形態2に係る電力変換装置100は、実施の形態1に示した構成に加えて、基板50の一方の面に磁性体16を備えた構成になっている。
ブロック形状の2つの磁性体15、16が、基板50の一方の面及び他方の面の双方に配置されている。2つの磁性体15、16は同じ材料から作製しても構わないが、異なる材料から作製しても構わない。また、異なる形状であっても構わない。2つの磁性体15、16は基板50の双方の面に取り付けられるため、磁性体15、16及び磁性体15、16が取り付けられる基板50に貫通孔を設け、貫通孔を利用して磁性体15、16及び基板50をねじ止めしても構わない。また、何れか一方の面に配置される磁性体15、16にねじ穴を設けて、磁性体15、16をねじ止めして基板50に配置しても構わない。磁性体15、16の何れかにねじ穴を設けた場合、ねじ穴を備えた磁性体15もしくは磁性体16はナットの役割を担い、ねじ止めにより磁性体15、16を基板50に強固に固定することができる。
基板50の一方の面に磁性体16を設けたため、磁電変換素子20aの両側の磁電変換素子20aに近接した位置に磁性体16が配置される。そのため、磁電変換素子20aには実施の形態1と比較してより強い磁界が付与され、磁電変換素子20aに対する集磁効果を高めることができる。一方、磁性体15は実施の形態1と同様の位置に設けられており、磁電変換素子20aに向かう外部磁界は磁性体15に引き寄せられるため、磁電変換素子20aへの外部磁界の影響を抑制することができる。磁電変換素子20aへの集磁効果を高め、かつ磁電変換素子20aへの外部磁界の影響を抑制した効果として、さらにS/N比を大きくすることができるため、電力変換装置100の電流検出の精度を向上させることができる。なお、磁電変換素子20aは実施の形態1と同様にバスバー40と対向する基板50の一方の面である配置面に配置されているが、他方の面に配置しても構わない。
以上のように、実施の形態2による電力変換装置100において、ブロック形状の2つの磁性体15、16が、基板50の一方の面及び他方の面の双方に配置されているため、磁電変換素子20aに対する集磁効果を高めることができる。また、磁電変換素子20aへの外部磁界の影響を抑制することができる。
実施の形態3.
実施の形態3に係る電力変換装置100について説明する。図6は実施の形態3に係る電力変換装置100の要部である一つの電流センサ30aを示す斜視図である。実施の形態3に係る電力変換装置100は、基板50内に2つの磁性体17を備えた構成になっている。
実施の形態3に係る電力変換装置100について説明する。図6は実施の形態3に係る電力変換装置100の要部である一つの電流センサ30aを示す斜視図である。実施の形態3に係る電力変換装置100は、基板50内に2つの磁性体17を備えた構成になっている。
2つの磁性体17は、基板50内に埋め込まれて配置されている。2つの磁性体17は、2つの貫通孔50aの間の基板50の部分における、一方の貫通孔50aの側及び他方の貫通孔50aの側に互いに間隔を空けてそれぞれ配置される。2つの磁性体17は、基板50の作製時に基板50内に作り込まれた磁性体である。2つの磁性体17は、例えば多層基板の内部もしくは裏表のレイヤを利用して作製することができる。利用するレイヤは1層でも多層でも構わない。多層とした場合、磁性体17を厚く設けることができるため、2つの磁性体17a1、17a2の間に集磁される磁界の均一性を向上させることができる。磁性体17の材料は、磁性体15と同様に、強磁性体もしくは強磁性体を含有した強磁性材料が用いられる。
基板50内に設けられた2つの磁性体17においても、U字状のコア10aと組み合わせることでC字状のコア11aが形成されるため、C字状のコア11aによる高い集磁効果を得ることができる。また、磁電変換素子20aに向かう外部磁界は磁性体17に引き寄せられるため、磁電変換素子20aへの外部磁界の影響を抑制することができる。なお、磁電変換素子20aは実施の形態1と同様にバスバー40と対向する基板50の一方の面である配置面に配置されているが、他方の面に配置しても構わない。
以上のように、実施の形態3による電力変換装置100において、2つの磁性体17は基板50内に配置され、基板50と一体的に設けられているため、磁性体17を基板50に取り付ける工程が不要であり、電力変換装置100の生産性を向上させることができる。また、2つの磁性体17が基板50内に配置されており磁性体17が基板50から離間することが抑制されているため、C字状のコア11aによる高い集磁効果を継続して維持することができる。また、多層基板のレイヤを利用して磁性体17を配置した場合、高い位置決めの精度で磁性体17を配置することができる。
実施の形態4.
実施の形態4に係る電力変換装置100について説明する。図7は実施の形態4に係る電力変換装置100の要部である一つの電流センサ30aを示す斜視図、図8は電力変換装置100の磁性体18を示す斜視図である。実施の形態4に係る電力変換装置100は、非磁性体を備えた磁性体18が配置された構成になっている。
実施の形態4に係る電力変換装置100について説明する。図7は実施の形態4に係る電力変換装置100の要部である一つの電流センサ30aを示す斜視図、図8は電力変換装置100の磁性体18を示す斜視図である。実施の形態4に係る電力変換装置100は、非磁性体を備えた磁性体18が配置された構成になっている。
2つの磁性体18は、一方の面及び他方の面の一方又は双方に非磁性体18aを備えている。本実施の形態では、図8に示すように、磁性体18は一方の面及び他方の面の双方に非磁性体18aを備えているが、基板50と接する面にのみ非磁性体18aを設けても構わない。非磁性体18aに挟まれた磁性部18bの材料は、磁性体15と同様に、強磁性体もしくは強磁性体を含有した強磁性材料が用いられる。非磁性体18aの材料は、例えば基板50の原料であるガラスエポキシであるが、これに限るものではない。磁性体18は、多層基板を利用して作製できる。多層基板のレイヤの全てに磁性部18bとなる磁性体を設けて多層基板を作製した後、磁性体18の大きさとなるように多層基板をカットすることで磁性体18は作製される。非磁性体18aを設けることで、磁性体18を基板50と同様に扱うことができるため、磁性体18を容易に取り扱うことができる。また、非磁性体18aを設けたことにより、電力変換装置100の製造工程において磁性部18bを保護することができる。
磁性体18の基板50と接する面に、さらに非磁性体である銅箔18cを設けても構わない。銅箔18cを設けることで、磁性体18を基板50に取り付ける際のハンダの溶着が容易になる。また、磁性体18を1つの電子部品として扱うことができるため、マウンター等により基板50に磁性体18を実装でき、リフロー工程等により基板50に磁性体18をハンダ溶着することができる。電子部品として磁性体18を基板50に表面実装することで、磁性体18の基板50への取り付け作業が自動化されるため、電力変換装置100の生産性を向上させることができる。また、磁性体18の基板50への実装の精度を向上させることができる。
非磁性体18aを備えた2つの磁性体18においても、U字状のコア10aと組み合わせることでC字状のコア11aが形成されるため、C字状のコア11aによる高い集磁効果を得ることができる。また、磁電変換素子20aに向かう外部磁界は磁性体18に引き寄せられるため、磁電変換素子20aへの外部磁界の影響を抑制することができる。なお、磁電変換素子20aは実施の形態1と同様にバスバー40と対向する基板50の一方の面である配置面に配置されているが、他方の面に配置しても構わない。
以上のように、実施の形態4による電力変換装置100において、2つの磁性体18は、一方の面及び他方の面の一方又は双方に非磁性体18aを備えており、電子部品として扱うことができるため、磁性体18を基板50へ容易に取り付けることができる。また、磁性体18に非磁性体である銅箔18cを設けた場合、磁性体18の基板50への取り付け作業を自動化することができる。また、磁性体18の基板50への取り付け作業が自動化された場合、電力変換装置100の生産性を向上させることができる。
実施の形態5.
実施の形態5に係る電力変換装置100について説明する。図9は実施の形態5に係る電力変換装置100の要部である一つの電流センサ30aを示す斜視図である。実施の形態5に係る電力変換装置100は、実施の形態1に示した構成に加えて、U字状のコア10の位置調整部80を備えた構成になっている。
実施の形態5に係る電力変換装置100について説明する。図9は実施の形態5に係る電力変換装置100の要部である一つの電流センサ30aを示す斜視図である。実施の形態5に係る電力変換装置100は、実施の形態1に示した構成に加えて、U字状のコア10の位置調整部80を備えた構成になっている。
電力変換装置100の電流センサ30aは、U字状のコア10aの基板50に垂直な方向の位置を調整する位置調整部80を備える。位置調整部80は、例えば、U字状のコア10aの2つの脚部のそれぞれに設けられた位置調整用貫通孔80aと、位置調整用貫通孔80aと嵌め合うU字状のピン80bとから構成される。ピン80bは非磁性材からなり、例えば非磁性のステンレスで作製される。位置調整部80の構成はこれに限るものではなく、U字状のコア10aの脚部を基板50上で挟み込んで保持する機構を基板50が備える構成でも構わない。U字状のコア10aの位置が確定した際、ピン80bを図9に示した破線矢印の方向に移動させて位置調整用貫通孔80aと嵌め合う。その後、ピン80bは例えば接着にて基板50上に固定される。
電力変換装置100の内部の仕様は、電力変換装置100に要求される機能等により変更される。仕様変更の要求に応じて、異なるサイズのU字状のコア10aが電力変換装置100に必要になる場合がある。位置調整部80を備えることで、異なるサイズのU字状のコア10aを仕様毎に用意する必要がなくなり、1つのU字状のコア10aを多種の仕様で使用することができる。
また、位置調整部80を備えることで、基板50から突出するU字状のコア10aの脚部の長さを変えることができる。外部磁界は基板50から突出したU字状のコア10aの脚部に引き寄せられるため、基板50から突出する脚部の長さを変えることで磁電変換素子20aに向かう外部磁界の影響を調整することができる。磁電変換素子20aに向かう外部磁界の影響を調整することで、電流センサ30aの精度を調整することができる。
以上のように、実施の形態5による電力変換装置100において、電流センサ30はU字状のコア10の基板50に垂直な方向の位置を調整する位置調整部80を備えたため、異なるサイズのU字状のコア10を電力変換装置100の仕様毎に用意する必要がなくなり、1つのU字状のコア10を多種の電力変換装置100の仕様で使用することができる。1つのU字状のコア10を多種の電力変換装置100の仕様で使用することができるため、電力変換装置100の生産性を向上させることができる。また、位置調整部80を備えることで基板50から突出するU字状のコア10aの脚部の長さを変えることができるため磁電変換素子20に向かう外部磁界の影響を調整することができ、電流センサ30aの精度を調整することができる。
また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
10 U字状のコア、11 C字状のコア、12 エアギャップ部、15 磁性体、16 磁性体、17 磁性体、18 磁性体、18a 非磁性体、18b 磁性部、18c 銅箔、20 磁電変換素子、30 電流センサ、40 バスバー、50 基板、50a 貫通孔、60 パワーモジュール、70 樹脂、80 位置調整部、80a 位置調整用貫通孔、80b ピン、100 電力変換装置
Claims (9)
- 板状のバスバーと、
前記バスバーが内側に配置された、磁性体からなるU字状のコアと、
2つの貫通孔を有し、前記U字状のコアの2つの脚部のそれぞれが、2つの前記貫通孔のそれぞれに挿入された基板と、
2つの前記貫通孔の間の前記基板の部分における、一方の前記貫通孔の側及び他方の前記貫通孔の側に互いに間隔を空けてそれぞれ配置された2つの磁性体と、
2つの前記貫通孔の間の前記基板の部分に配置され、検知した磁界を電気信号に変換して出力する磁電変換素子と、を備え、
前記U字状のコアと2つの前記磁性体とにより、C字状のコアが形成されている電力変換装置。 - 前記磁電変換素子は、前記バスバーと対向する前記基板の一方の面に配置されている請求項1に記載の電力変換装置。
- ブロック形状の2つの前記磁性体が、前記基板の一方の面及び他方の面の一方又は双方に配置されている請求項2に記載の電力変換装置。
- 2つの前記磁性体が、前記基板内に配置されている請求項2に記載の電力変換装置。
- 2つの前記磁性体は、一方の面及び他方の面の一方又は双方に非磁性体を備えている請求項3に記載の電力変換装置。
- 前記磁電変換素子は、前記基板に表面実装されている請求項1から5のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記U字状のコアと前記バスバーとが樹脂で一体化されている請求項1から6のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記バスバーに接続されたパワーモジュールを備え、
前記基板は、前記パワーモジュールの動作を制御する回路を有する請求項1から7のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記U字状のコアの前記基板に垂直な方向の位置を調整する位置調整部を備えた請求項1から8のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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