JP2022072230A - Current detector and power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流検出器及び電力変換装置に関する。 The present invention relates to a current detector and a power converter.
近年、電力変換装置の高出力化に伴い、ユニットサイズが増大してしまう問題が発生している。この問題を解決するため、電力変換装置内を流れる電流を計測する電流検出器の小型化が検討されている。 In recent years, there has been a problem that the unit size increases with the increase in output of the power conversion device. In order to solve this problem, miniaturization of a current detector that measures the current flowing in the power converter is being studied.
電力変換装置において、一般的に用いられるホール効果を利用した電流検出器は、ホール素子そのもののセンサ感度が小さく、素子単体では十分な出力を得ることができない。このため、磁性体コアや増幅回路を活用することによって電流検出を可能にしているが、その反面でこうした活用が電流検出器の大型化を招き、電力変換装置の小型化の妨げとなっている。 In a power converter, a current detector that utilizes the Hall effect, which is generally used, has a small sensor sensitivity of the Hall element itself, and a sufficient output cannot be obtained by the element alone. For this reason, current detection is made possible by utilizing a magnetic core and an amplifier circuit, but on the other hand, such utilization causes an increase in the size of the current detector and hinders the miniaturization of the power conversion device. ..
そこで、電流検出器を小型化できる電流の検出方法として、シャント抵抗器を用いて電流を検出する技術が知られている。係る電流検出に関連する周知技術として、1mΩ以下の低抵抗値の大電流検出用途の抵抗器において、電流の検出精度を向上させた「シャント抵抗器およびその製造方法」(特許文献1参照)や、抵抗体に流れる電流を検出する「シャント抵抗器およびシャント式電流検出装置」(特許文献2参照)等が挙げられる。 Therefore, as a current detection method that can reduce the size of a current detector, a technique of detecting a current using a shunt resistor is known. As a well-known technique related to such current detection, "shunt resistor and its manufacturing method" (see Patent Document 1) having improved current detection accuracy in a resistor for large current detection with a low resistance value of 1 mΩ or less. , "Shunt resistor and shunt type current detector" for detecting the current flowing through the resistor (see Patent Document 2) and the like.
上述した特許文献1及び特許文献2に係る技術では、電流を流すための経路にシャント抵抗器を接続して電流検出を行っている。しかし、シャント抵抗器は一般的に2種類以上の金属材料を接合し構成される。よって、金属材料を接合するための作業工数の増加や複数の金属材料を用いる事によるコストの増加が問題となる。 In the techniques according to Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, a shunt resistor is connected to a path for passing a current to detect the current. However, shunt resistors are generally constructed by joining two or more types of metal materials. Therefore, there are problems such as an increase in man-hours for joining metal materials and an increase in cost due to the use of a plurality of metal materials.
こうした問題を解決するための一つの手法として、シャント抵抗器の代わりに電力変換装置の電流路として用いられるバスバーに寄生する抵抗成分の電圧降下を検出し、オームの法則により電流検出を行う方法が考えられる。通常バスバーは1種類の金属をプレス加工し形成されるため、2種類以上の金属材料を接合し構成されるシャント抵抗器よりも低コスト、小作業工数であると言える。しかし、バスバーは通常、抵抗成分の他にインダクタンス成分を持つ。よって、交流(AC)成分を持つ電流を測定した場合、バスバーに発生する電圧は、抵抗成分電圧とインダクタンス成分電圧との和に等しくなる。つまり、単純にオームの法則を適用して電流検出することが不可能である。こうした事情により、バスバーを用いて交流電流検出を行う試みは実施されていない。 One method to solve these problems is to detect the voltage drop of the resistance component parasitic on the bus bar, which is used as the current path of the power converter instead of the shunt resistor, and detect the current according to Ohm's law. Conceivable. Since a bus bar is usually formed by pressing one type of metal, it can be said that the cost and man-hours are lower than that of a shunt resistor formed by joining two or more types of metal materials. However, busbars usually have an inductance component in addition to a resistance component. Therefore, when the current having an alternating current (AC) component is measured, the voltage generated in the bus bar is equal to the sum of the resistance component voltage and the inductance component voltage. In other words, it is impossible to simply apply Ohm's law to detect current. Due to these circumstances, no attempt has been made to detect alternating current using a bus bar.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の目的は、電力変換装置用の単純化された構成で交流成分を持つ電流を検出可能な電流検出器、及びその電流検出器を用いた電力変換装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem. An object of the present invention is to provide a current detector capable of detecting a current having an AC component in a simplified configuration for a power conversion device, and a power conversion device using the current detector.
上記課題を解決するため、本発明のバスバーは電力変換装置の交流電流が通流する箇所に導通可能に接続される電圧検出用バスバーであって、前記電圧検出用バスバーは、第1及び第2基準電位部と第1電圧検出部と第2電圧検出部とを備えた2つの導体部を持ち、2つの導体部は第1電圧検出部と第1基準電位部との間の第1抵抗値と第2電圧検出部と第2基準電位部との間の第2抵抗値の比が、前記第1電圧検出部と前記第1基準電位部との間の第1インダクタンス値と前記第2電圧検出部と前記第2基準電位部との間の第2インダクタンス値の比とが異なることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the bus bar of the present invention is a voltage detection bus bar that is connected so as to be conductive at a location where an AC current of a power conversion device passes, and the voltage detection bus bar is a first and second voltage detection bus bar. It has two conductor sections including a reference potential section, a first voltage detection section, and a second voltage detection section, and the two conductor sections have a first resistance value between the first voltage detection section and the first reference potential section. The ratio of the second resistance value between the second voltage detection unit and the second reference potential unit is the first inductance value between the first voltage detection unit and the first reference potential unit and the second voltage. It is characterized in that the ratio of the second inductance value between the detection unit and the second reference potential unit is different.
2つの導体部は、それぞれ1種類以上の金属材料で形成されると共に、形状を規定する長さ、幅、及び厚さのうちの少なくとも2つ以上の要素を変えて得られた形状でもよい。 The two conductor portions may each be formed of one or more kinds of metal materials, and may have a shape obtained by changing at least two or more elements of a length, a width, and a thickness defining a shape.
電圧検出用バスバーは、前記金属材料の基体に対して1種類以上の切り欠きを設けて得られた形状でもよい。 The voltage detection bus bar may have a shape obtained by providing one or more types of notches in the substrate of the metal material.
第1及び第2基準電位部は、同電位でもよい。 The first and second reference potential portions may have the same potential.
電圧検出用バスバーと、第1電圧検出部と第1基準電位部との間の第1の電圧、及び第2電圧検出部と第2基準電位部との間の第2の電圧の差分電圧を、前記第1抵抗値、及び前記第2抵抗値の差分抵抗値で除算することにより電流検出を行う演算部と、を含む。 The difference voltage between the voltage detection bus bar, the first voltage between the first voltage detection unit and the first reference potential unit, and the second voltage between the second voltage detection unit and the second reference potential unit. , The calculation unit that detects the current by dividing by the difference resistance value of the first resistance value and the second resistance value.
交流電流が通流する箇所に本発明の電流検出器を備えてもよい。 The current detector of the present invention may be provided at a place where an alternating current flows.
本発明の上記一態様によれば、電力変換装置用の電流検出器に電圧検出用バスバーを用いる。電圧検出用バスバーが有する2つの導体部は、抵抗値が異なり、インダクタンス値が同等な電気特性にしている。このため、交流電流成分を持つ電流が流れる状況下において、2つの導体部が検出する電圧の差分電圧を演算することで、インダクタンス成分電圧のみを打ち消すことができる。更に、演算部では、電圧検出用バスバーの各導体部の両端に設けられた電圧検出部を用いて検出した電圧に係る差分電圧を、予め設計された各導電部の抵抗に係る差分抵抗で除算し、オームの法則を適用させて電流検出を可能にしている。これにより、電流検出器の単純化、小型化を実現できるため、上記他の態様の構成や別の態様の構成では、小型化された電力変換装置を提供できるようになる。 According to the above aspect of the present invention, a voltage detection bus bar is used as a current detector for a power conversion device. The two conductors of the voltage detection bus bar have different resistance values and have the same electrical characteristics as the inductance values. Therefore, in a situation where a current having an AC current component flows, only the inductance component voltage can be canceled by calculating the difference voltage of the voltages detected by the two conductor portions. Further, in the calculation unit, the difference voltage related to the voltage detected by using the voltage detection units provided at both ends of each conductor part of the voltage detection bus bar is divided by the difference resistance related to the resistance of each conductor part designed in advance. However, Ohm's law is applied to enable current detection. As a result, the current detector can be simplified and miniaturized, so that a miniaturized power conversion device can be provided in the configuration of the other aspect or the configuration of another aspect.
本発明の電流検出器は図6に示す通り電力変換装置の交流電流が通流する箇所に取り付けられ、電圧検出用バスバーと演算部から構成される。なお、図6における電流検出器100bが本発明である電流検出器であり、電圧検出用バスバーは電圧検出用バスバー11であり、演算部は演算部110である。
As shown in FIG. 6, the current detector of the present invention is attached to a place where an alternating current of a power conversion device passes, and is composed of a voltage detection bus bar and a calculation unit. The
以下、本発明の幾つかの実施形態および全体構成例に係る電流検出器について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the current detector according to some embodiments and the overall configuration example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
本実施形態においては本発明の電流検出器に用いる電圧検出用バスバーの設計方法および演算部の演算方法についても記載するが、他の実施形態でもこれらの内容は本実施形態と同様であるため割愛する。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, the design method of the voltage detection bus bar used in the current detector of the present invention and the calculation method of the calculation unit are also described, but these contents are the same as those in the present embodiment in other embodiments, so they are omitted. do.
まず、本実施形態における電圧検出用バスバーの形状について説明する。 First, the shape of the voltage detection bus bar in this embodiment will be described.
図1に本発明である電流検出器に用いる電圧検出用バスバー11の一例を示す。電圧検出用バスバー11は形状として、長さ(図1中の長手方向)と幅(図1中の短手方向)とが異なり、厚さ(図1中の奥行方向)が同等な2種類の導体部11a、11bを含んでいる。ここでの導体部11aの長さは導体部11bの長さよりも長く、導体部11aの幅は導体部11bの幅よりも広くなっている。なお、本実施形態における導体部11a、導体部11bは請求項における2つの導体部の一例である。
FIG. 1 shows an example of a voltage
また、電圧検出用バスバー11は、一方の導体部11aを区分する箇所と他方の導体部11bを区分する箇所との両端に設けられた電圧検出部13a、13cおよび基準電位部13bを有している。即ち、この電圧検出用バスバー11は、一方の導体部11aに対応する両端の電圧検出部13aと基準電位部13bおよび他方の導体部11bに対応する両端の電圧検出部13cと基準電位部13bとを有している。尚、本実施形態において基準電位部13bは、一方の導体部11a及び他方の導体部11bにおいて共有される構成になっている。また、電圧検出部13aと基準電位部13bの間をバスバーA、他方の導体部11bの電圧検出部13cと基準電位部13bの間をバスバーBとしバスバーAとバスバーBは各々のインダクタンス値Lが等しく抵抗値Rが異なるように設計されている。なお、穴部12は他の導体との接続用に設けられた穴である。本実施形態において請求項における第1及び第2基準電位部は13bである。つまり本実施形態は第1及び第2基準電位部が同電位となる本実施形態である。
Further, the voltage
また、図1の電圧検出用バスバー11は、電圧検出部13a、13cおよび基準電位部13bを電圧検出用バスバー11の表面(図1中の長手方向と図1中の短手方向によって形成される面)に設けているがこの限りではない。例として図2に電圧検出部13a、13cおよび基準電位部13bを電圧検出用バスバー11の側面に設けた構成を示す。図2のように構成することで、電圧検出部および基準電位部はバスバーを形成するプレス加工と同時に形成することができる。そのため、図1の電圧検出用バスバー11と比べさらに小工数であると言える。
Further, in the voltage
図1の電圧検出用バスバー11は、ピン状の電圧検出部13a、13cおよび基準電位部13bにリード端子を接続することで電圧を測定するがこの限りではない。リード端子に代え、電圧検出部13a、13cおよび基準電位部13bに電圧計測線をねじ止めする構成にしても良い。
The voltage
上述した電圧検出部および基準電位部の構成については後述する他の電圧検出用バスバーの形状にも適用が可能である。 The configuration of the voltage detection unit and the reference potential unit described above can be applied to the shapes of other voltage detection bus bars described later.
なお、電圧検出用バスバー11は、上述した通り、導体部11a、11bつまりバスバーAとバスバーBの抵抗値Rと各々のインダクタンス値Lが等しく抵抗値Rが異なるように設計しておく必要がある。
As described above, the voltage
設計方法について説明する。導体部11a、11bの抵抗値Rとインダクタンス値Lの導電部材として銅Cuを選択した場合の設計方法を示す。導電部材が銅Cuであるときの抵抗値Rは、関係式(A)で求めることができる。
R[mΩ]=(ρ×d)/(t×w)×10 関係式(A)
但し、関係式(A)において、dは導体部11a、11bの長さ[mm]、wは導体部11a、11bの幅[mm]、tは導体部11a、11bの厚み[mm]、ρはCu銅の比抵抗[μΩm]である。
また、導体部11a、11bが銅Cuであるときのインダクタンス値Lは、関係式(B)で求めることができる。
L[nH]=0.2×d×(ln(2×d)/(w+t)+0.2235×(w+t)/d+0.5) 関係式(B)
但し、関係式(B)において、dは導体部11a、11bの長さ[mm]、wは導体部11a、11bの幅[mm]、tは導体部11a、11bの厚み[mm]、lnは自然対数である。
The design method will be explained. A design method is shown when copper Cu is selected as the conductive member having the resistance value R and the inductance value L of the
R [mΩ] = (ρ × d) / (t × w) × 10 Relational expression (A)
However, in the relational expression (A), d is the length [mm] of the
Further, the inductance value L when the
L [nH] = 0.2 × d × (ln (2 × d) / (w + t) + 0.2235 × (w + t) / d + 0.5) Relational expression (B)
However, in the relational expression (B), d is the length [mm] of the
つまり、電圧検出用バスバーの2つの導体部について、その形状を規定する長さ、幅、厚さの少なくとも2つ以上の要素を変えて別の形態にすることが可能である。図1の電圧検出用バスバーは2つの導体部の長さ及び幅を変化させて異なるようにし、厚さが同等である構造であるが、これに代えて、2つの導体部の長さが同じで幅及び厚さが異なる形状、或いは、幅が同じで長さ及び厚さが異なる形状を適用しても良い。こうした場合にも、得られた形状により抵抗値Rが異なり、且つインダクタンス値Lが同等な電気特性を有すれば、同等な作用効果が得られる。 That is, it is possible to change at least two or more elements of the length, width, and thickness that define the shape of the two conductor portions of the voltage detection bus bar into different forms. The voltage detection bus bar of FIG. 1 has a structure in which the lengths and widths of the two conductors are changed to be different and the thicknesses are the same, but instead, the lengths of the two conductors are the same. A shape having a different width and a thickness, or a shape having the same width but a different length and a thickness may be applied. Even in such a case, if the resistance value R differs depending on the obtained shape and the inductance value L has the same electrical characteristics, the same effect can be obtained.
なお、電圧検出用バスバーに用いる1種類の金属材料として銅Cuを例示したが、他の金属材料を使用しても良い。例えば、代替用の金属材料として、Cu-Mn-Ni系、Cu-Ni系、及びNi-Cr系等の合金材料にする場合を例示できる。 Although copper Cu is exemplified as one kind of metal material used for the voltage detection bus bar, another metal material may be used. For example, as an alternative metal material, a case where an alloy material such as Cu—Mn—Ni-based, Cu—Ni-based, or Ni—Cr-based is used can be exemplified.
また、関係式(A)により抵抗値Rを導出し、関係式(B)によりインダクタンス値Lを導出する手法を説明したが、これに代えて電磁界解析ソフトウェア等を使用して導出するようにしても良い。 Further, the method of deriving the resistance value R by the relational expression (A) and deriving the inductance value L by the relational expression (B) has been described. May be.
上述した設計方法については後述する他の電圧検出用バスバーの形状にも適用が可能である。 The above-mentioned design method can also be applied to the shapes of other voltage detection bus bars described later.
次に演算部の演算方法について記載する。 Next, the calculation method of the calculation unit will be described.
図3は、電圧検出用バスバー11に含まれる2つの導体部11a、11bのバスバーA、Bについての等価回路図である。上述した通り、バスバーAとバスバーBはインダクタンス値Lが等しく抵抗値Rが異なるように設計されている。そのため、バスバーAの等価回路については、電圧検出部13aと基準電位部13bの間に抵抗値R1とインダクタンス値Lとが存在し、抵抗成分電圧VR1とインダクタンス成分電圧VLとの和が検出される第1の電圧VAとなっている。また、バスバーBの等価回路についても、電圧検出部13cと基準電位部13bの間に抵抗値R2とインダクタンス値Lとが存在し、抵抗成分電圧VR2とインダクタンス成分電圧VLとの和が検出される第2の電圧VBとなっている。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the bus bars A and B of the two
上記を踏まえ、本発明の電流検出器における電流演算方法について説明する。 Based on the above, the current calculation method in the current detector of the present invention will be described.
電圧検出用バスバー11に交流電流iが流れた場合、図3よりバスバーAとバスバーBに発生する第1の電圧VAは関係式(C)、第2の電圧VBは関係式(D)で表すことができる。
VA=(R1×i)+L(di/dt) 関係式(C)
VB=(R2×i)+L(di/dt) 関係式(D)
When an alternating current i flows through the voltage
VA = (R1 × i) + L (di / dt) relational expression (C)
VB = (R2 × i) + L (di / dt) relational expression (D)
上述した通り、バスバーAとバスバーBはインダクタンス値Lが等しく抵抗値Rが異なるように設計されている。そのため、第1の電圧VAと第2の電圧VBの差分電圧は関係式(C)、関係式(D)より関係式(E)で表すことができる。
(VB-VA)=(R2-R1)×i 関係式(E)
関係式(E)より、第1の電圧VAと第2の電圧VBの差分電圧を算出することにより、検出した電圧におけるインダクタンス成分の影響が排除できることがわかる。また関係式(E)を交流電流iについて解くと、電圧検出用バスバー11に流れている電流は関係式(F)で表すことができる。
i=(VB-VA)/(R2-R1) 関係式(F)
関係式(F)より、第1の電圧VAと第2の電圧VBの差分電圧を、第1の抵抗R1と第2の抵抗R2との差分で除算することにより、オームの法則を適用してインダクタンス成分の影響を受けずに電流を検出できると言える。
As described above, the bus bar A and the bus bar B are designed so that the inductance value L is the same and the resistance value R is different. Therefore, the difference voltage between the first voltage VA and the second voltage VB can be expressed by the relational expression (E) from the relational expression (C) and the relational expression (D).
(VB-VA) = (R2-R1) × i relational expression (E)
From the relational expression (E), it can be seen that the influence of the inductance component on the detected voltage can be eliminated by calculating the difference voltage between the first voltage VA and the second voltage VB. Further, when the relational expression (E) is solved for the alternating current i, the current flowing through the voltage
i = (VB-VA) / (R2-R1) Relational expression (F)
From the relational expression (F), Ohm's law is applied by dividing the difference voltage between the first voltage VA and the second voltage VB by the difference between the first resistance R1 and the second resistance R2. It can be said that the current can be detected without being affected by the inductance component.
演算部は電圧検出用バスバーから第1の電圧VAの値と第2の電圧VBの値を検出値として読み込み演算器を用いて関係式(E)および関係式(F)の演算を行う。
なお、演算器はマイコンなどのディジタルの演算器を用いて構成しても良いし、オペアンプなどを用いてアナログの演算器を構成しても良い。
The calculation unit reads the value of the first voltage VA and the value of the second voltage VB as the detection values from the voltage detection bus bar, and calculates the relational expression (E) and the relational expression (F) using the arithmetic unit.
The arithmetic unit may be configured by using a digital arithmetic unit such as a microcomputer, or an analog arithmetic unit may be configured by using an operational amplifier or the like.
演算部は関係式(F)を用いて電流を演算するため抵抗値R1と抵抗値R2は固定値であることが望ましいが、電圧検出用バスバーの抵抗値は自身の温度によって変化する。そのため、電流の検出精度を向上させるために演算部に検出電流を温度により補正するアルゴリズムを組み込むとよい。例えば、周囲温度及び検出電圧に基づいて、電圧検出用バスバーの温度を推定し、得られた温度に対応する金属材料の比抵抗値を電流検出の演算に用いれば、温度補正することが可能である。また、電圧検出用バスバーの温度を推定する代わりに、電圧検出用バスバーの付近に温度センサを設置し、電圧検出用バスバーの温度を実測するようにしても良い。 Since the calculation unit calculates the current using the relational expression (F), it is desirable that the resistance value R1 and the resistance value R2 are fixed values, but the resistance value of the voltage detection bus bar changes depending on its own temperature. Therefore, in order to improve the current detection accuracy, it is advisable to incorporate an algorithm for correcting the detected current according to the temperature in the arithmetic unit. For example, if the temperature of the bus bar for voltage detection is estimated based on the ambient temperature and the detection voltage, and the specific resistance value of the metal material corresponding to the obtained temperature is used in the calculation of current detection, the temperature can be corrected. be. Further, instead of estimating the temperature of the voltage detection bus bar, a temperature sensor may be installed near the voltage detection bus bar to actually measure the temperature of the voltage detection bus bar.
なお、ファン等の冷却器を用いて電圧検出用バスバーの温度を一定に保つのも有効な手段である。 It is also an effective means to keep the temperature of the voltage detection bus bar constant by using a cooler such as a fan.
上述した電流検出器における電流演算方法、演算部の演算方法、演算器の構成、演算部の温度補正方法は後述する電圧検出用バスバーの実施形態にも適用可能である。 The current calculation method in the current detector, the calculation method of the calculation unit, the configuration of the calculation unit, and the temperature correction method of the calculation unit described above can also be applied to the embodiment of the voltage detection bus bar described later.
本発明である電流検出器の1つの実施形態について電圧検出用バスバーの構造、電圧検出用バスバーの設計方法、演算部の演算方法について説明した。上述した通り、電圧検出用バスバーの設計方法および演算部の演算方法については電圧検出用バスバーの構造が変化しても変わりがないが、電圧検出用バスバーの構造については種々の形態が考えられる。以下にその形態を他の実施形態として示す。 Regarding one embodiment of the current detector of the present invention, the structure of the voltage detection bus bar, the design method of the voltage detection bus bar, and the calculation method of the calculation unit have been described. As described above, the design method of the voltage detection bus bar and the calculation method of the calculation unit do not change even if the structure of the voltage detection bus bar changes, but various forms can be considered for the structure of the voltage detection bus bar. The embodiment is shown below as another embodiment.
(実施形態2)
図4は、本発明の実施形態2に係る電流検出器に用いられる電圧検出用バスバー14の外観形状を一側面上方側から示した斜視図である。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a perspective view showing the external shape of the voltage
図4を参照すれば、電圧検出用バスバー14は、形状として、長さ(図4中の長手方向)と幅(図4中の短手方向の背高方向)とが異なり、厚さ(図4中の奥行方向)が同等な2種類の導体部14a、14bを含んでいる。ここでの導体部14aの長さは導体部14bの長さよりも長く、導体部14aの幅は導体部14bの幅よりも広くなっている。また、導体部14aの幅方向の上方には浅目の切り欠き17が設けられ、導体部14bの幅方向の上方には深目の切り欠き18が浅目の切り欠き17と隔てられるように設けられている。これにより、2つの導体部14a、14bは、抵抗値Rが異なり、且つインダクタンス値Lが同等な電気特性を有する。即ち、電圧検出用バスバー14は、金属材料に対して切り欠き17、18が設けられた形状により電気特性が持たされている。なお、本実施形態における導体部14a、導体部14bは請求項における2つの導体部の一例である。
Referring to FIG. 4, the voltage
また、電圧検出用バスバー14は、一方の導体部14aを区分する箇所と他方の導体部14bを区分する箇所との両端に設けられた電圧検出部16a、16b、16c、16dを有している。即ち、この電圧検出用バスバー14は、一方の導体部14aに対応する両端の電圧検出部16a、16bと他方の導体部14bに対応する両端の電圧検出部16c、16dとを有している。なお本実施形態において、導体部14aの基準電位部は電圧検出部16a、16bの何れか1つを選択すればよく、導体部14bの基準電位部は電圧検出部16c、16dの何れか1つを選択すればよい。つまり、本実施形態と実施形態1の電圧検出用バスバー11との相違は、電圧検出部が共通の基準電位部を持たない点である。この相違点により、電圧検出部16bと電圧検出部16cとの間の長さを自由に変えることができ、実施形態1の場合と比べて構造面の自由度が高いと言える。
Further, the voltage
(実施形態3)
図5は、本発明の実施形態3に係る電流検出器に用いられる電圧検出用バスバー20の外観形状を一側面上方側から示した斜視図である。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a perspective view showing the external shape of the voltage
図5を参照すれば、電圧検出用バスバー20は、形状として、長さ(図5中の長手方向)と幅(図5中の短手方向の背高方向)とが異なり、厚さ(図5中の奥行方向)が同等な2種類の導体部20a、20bを含んでいる。ここでの導体部20aの長さは導体部20bの長さよりも長く、導体部20aの幅は導体部20bの幅よりも広くなっている。また、導体部20aの幅方向の上方には浅目の切り欠き23aが設けられ、導体部20bの幅方向の上方には深目の切り欠き23bが浅目の切り欠き23aに繋がって段差を成すような形状の切り欠き23が設けられている。これにより、2つの導体部20a、20bは、抵抗値Rが異なり、且つインダクタンス値Lが同等な電気特性を有する。即ち、電圧検出用バスバー20は、金属材料に対して切り欠き23を設けて得られた形状により電気特性が持たされている。なお、本実施形態における導体部20a、導体部20bは請求項における2つの導体部の一例である。
Referring to FIG. 5, the voltage
また、電圧検出用バスバー20は、一方の導体部20aを区分する箇所と他方の導体部20bを区分する箇所との両端に設けられた電圧検出部22a、22cおよび基準電位部22b、を有している。即ち、この電圧検出用バスバー20は、一方の導体部20aに対応する両端の電圧検出部22aと基準電位部22bと他方の導体部20bに対応する両端の電圧検出部22c、基準電位部22bとを有している。本実施形態は実施形態1と同様に基準電位部が同電位である実施形態である。
Further, the voltage
上述したすべての実施形態において提示した電圧検出用バスバーと演算部からなる電流検出器を提示した。上述したすべての実施形態はホール素子を用いた電流検出器と比べると磁性体コアや増幅回路が不要となり、電流検出器の小型化が期待できる。
また、上述したすべての実施形態は1つの材料で形成されたバスバーであるためシャント抵抗器よりも低コスト、小作業工数であると言える。
The current detector including the bus bar for voltage detection and the calculation unit presented in all the above-described embodiments is presented. Compared with the current detector using the Hall element, all the above-described embodiments do not require a magnetic core or an amplifier circuit, and the current detector can be expected to be downsized.
Further, since all the above-described embodiments are bus bars made of one material, it can be said that the cost and man-hours are lower than those of the shunt resistor.
(適用例)
最後に本発明である電流検出器を電力変換装置に適用した例を示す。図6は、インバータ回路部100aの出力段に上述した各実施形態に係る電流検出器を適用した電力変換装置100の基本構成を例示した図である。
(Application example)
Finally, an example in which the current detector of the present invention is applied to a power conversion device is shown. FIG. 6 is a diagram illustrating a basic configuration of a
図6を参照すれば、電力変換装置100は、一般に直流電源101により供給される直流電力をインバータ回路部100aで交流電力に変換して負荷102に供給する機能を有するものである。この電力変換装置100の場合には、具体的に直流電源101により供給される直流電流をインバータ回路部100aで3相交流電流に変換して負荷102に供給する。そして、電力変換装置100は、インバータ回路部100aの出力側とその出力側に接続される負荷102との間に電流検出器100bが介在接続されて構成される。ここでの電流検出器100bは、交流三相分、総計3個の電圧検出用バスバー11が用いられ、これらに演算部110が接続されて構成されている。
Referring to FIG. 6, the
インバータ回路部100aは、直流コンデンサCとパワー半導体デバイスM1、M2、M3とが主回路配線基板に備えられて構成され、入力側が入力端子P、Nを介して直流電源101に接続される。パワー半導体デバイスM1、M2、M3は、それぞれ入力端子Pに接続される入力端子P1、P2、P3と、それぞれ入力端子Nに接続される入力端子N1、N2、N3と、を有する。また、パワー半導体デバイスM1、M2、M3は、それぞれインバータ回路部100aのu相用、v相用、w相用の出力端子u、v、wに接続される出力端子O1、O2、O3を有する。
The
次に、図7~図8を参照し、電圧検出用バスバー11における電圧検出について説明する。図7~図8は電力変換装置100および負荷102に流れる電流の1相分を表したものである。図7は電力変換装置100が負荷102へ出力している電流とその電流を本発明の電圧検出用バスバー11で検出し演算部110で演算した波形である。図7(a)は図6のインバータ回路部100aの出力電流である。また、図7(b)は図7(a)の電流が電圧検出用バスバー11に流れた際に電圧検出用バスバー11のバスバーA、Bに発生する電圧の差分電圧(VB-VA)に基づいて電流検出器の演算部110で算出した電流波形である。
Next, voltage detection in the voltage
図8は、電圧検出用バスバー11に含まれる2つの導体部11a、11bのバスバーA、Bに図7(a)の電流が流れた場合の波形である。図8(a)は、バスバーAで検出される第1の電圧VA[V]の波形であり、図8(b)はバスバーBで検出される第2の電圧VB[V]の波形である。また、図8(c)は図8(b)の第2の電圧VBから図8(a)の第1の電圧VAを差し引いた差分電圧(VB-VA)[V]の波形である。
FIG. 8 is a waveform when the current of FIG. 7A flows through the bus bars A and B of the two
図7(a)に示すインバータ回路部100aの出力電流は、インバータ回路部100aによって制御される正弦波成分の電流以外に、インバータのスイッチング動作によって発生する高周波成分の電流を含んでいる。スイッチング動作によって発生する高周波成分はインバータ回路部100aによって制御される正弦波成分の電流に対して時間変化が大きな電流となる。このような電流が電圧検出用バスバー11に流れた場合、2つの導体部11a、11bには関係式(C)、(D)よりバスバーA、Bに寄生するインダクタンス成分により高周波でピーク値が高い電圧が発生する。よって、図8(a)及び図8(b)に示されるように正弦波成分に高周波成分が重畳した波形となる。
The output current of the
これに対し、図8(c)を参照すれば、バスバーA、Bの差分電圧(VB-VA)は、正弦波形となっていることがわかる。これはバスバーA、Bのインダクタンス値Lが同等であるため、関係式(E)よりバスバーA、Bが持つインダクタンス成分電圧を打ち消しているからである。 On the other hand, referring to FIG. 8C, it can be seen that the differential voltage (VB-VA) of the bus bars A and B has a sinusoidal waveform. This is because the inductance values L of the bus bars A and B are the same, so that the inductance component voltages of the bus bars A and B are canceled out from the relational expression (E).
また、図7(b)を参照すれば、演算部110にて演算した関係式(F)に基づき演算した検出電流ICは、図7(a)の実際の出力電流IOUTと一致していることがわかる。上記から本発明を適用することでインバータの出力電流を精度良く検出ことができると言える。尚、図7(a)~(b)及び図8(a)~(c)では、三相交流電流の1相分について説明したが、他の相でも同様に測定可能である。
Further, referring to FIG. 7 (b), the detection current IC calculated based on the relational expression (F) calculated by the
上記は、図6から図8を用いて本発明である電流検出器を交流電流出力するインバータの出力部と負荷の間、すなわち交流電流が通流する箇所に適用した例を提示したが、交流電源と交流電源からの交流電流が供給されるコンバータの入力部との間、すなわち交流電流が通流する箇所であれば、本発明の電流検出器は適用が可能である。 The above has presented an example in which the current detector of the present invention is applied between the output unit of the inverter that outputs an alternating current and the load, that is, a place where the alternating current flows, using FIGS. 6 to 8. The current detector of the present invention can be applied between a power source and an input portion of a converter to which an AC current is supplied from an AC power source, that is, a place where an AC current flows.
11、14、20 電圧検出用バスバー
11a、11b、14a、14b、20a、20b 導体部
12、15、21 穴部
13a、13c、16a、16b、16c、16d、22a、22c 電圧検出部
13b、22b 基準電位部
17、18、23、23a、23b 切り欠き
100 電力変換装置
100a インバータ回路部
100b 電流検出器
101 直流電源
102 負荷
110 演算部
11, 14, 20 Voltage
Claims (6)
前記電圧検出用バスバーは、第1及び第2基準電位部と第1電圧検出部と第2電圧検出部とを備えた2つの導体部を備え、
前記2つの導体部は、前記第1電圧検出部と前記第1基準電位部との間の第1抵抗値と前記第2電圧検出部と前記第2基準電位部との間の第2抵抗値の比が、前記第1電圧検出部と前記第1基準電位部との間の第1インダクタンス値と前記第2電圧検出部と前記第2基準電位部との間の第2インダクタンス値の比と異なる
ことを特徴とする電圧検出用バスバー。 It is a voltage detection bus bar that is connected so as to be conductive at the place where the alternating current of the power converter passes.
The voltage detection bus bar includes two conductor sections including a first and second reference potential section, a first voltage detection section, and a second voltage detection section.
The two conductor portions have a first resistance value between the first voltage detection unit and the first reference potential portion and a second resistance value between the second voltage detection unit and the second reference potential portion. Is the ratio of the first inductance value between the first voltage detection unit and the first reference potential unit and the second inductance value between the second voltage detection unit and the second reference potential unit. A bus bar for voltage detection characterized by being different.
ことを特徴とする請求項1に記載の電圧検出用バスバー。 The two conductor portions are each formed of one or more kinds of metal materials, and have a shape obtained by changing at least two or more elements of the length, width, and thickness that define the shape. The voltage detection bus bar according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の電圧検出用バスバー。 The voltage detection bus bar according to claim 2, wherein the voltage detection bus bar has a shape obtained by providing one or more types of notches in a substrate of the metal material.
同電位である
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電圧検出用バスバー。 The first and second reference potential portions are
The voltage detection bus bar according to any one of claims 1 to 3, wherein the bus bar has the same potential.
前記第1電圧検出部と前記第1基準電位部との間の第1の電圧、及び前記第2電圧検出部と前記第2基準電位部との間の第2の電圧の差分電圧を、前記第1抵抗値、及び前記第2抵抗値の差分抵抗値で除算することにより電流検出を行う演算部と、
を含むことを特徴とする電流検出器。 The voltage detection bus bar according to any one of claims 1 to 4.
The difference voltage between the first voltage detection unit and the first reference potential unit and the second voltage between the second voltage detection unit and the second reference potential unit is defined as the difference voltage. An arithmetic unit that detects current by dividing by the first resistance value and the difference resistance value of the second resistance value, and
A current detector characterized by including.
ことを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device comprising the current detector according to claim 5 at a location where an alternating current flows.
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