电力变换装置的制作方法

本发明涉及电力变换装置。

本申请要求基于2018年2月20日向日本申请的特愿2018－027759号的优先权，将其内容沿用于此。

背景技术：

电动汽车等车辆中，在电池和电动机之间设置电力变换装置(pcu：powercontrolunit)。在电动机的驱动中需要比电池的电压高的电压的情况下，在电力变换装置中，设置使从电池输出的电压升压的升降压转换器。例如，在专利文献1中，公开了作为二相式的升降压转换器的双向dc/dc转换器。该双向dc/dc转换器具有检测各相的电流的两个电流传感器，根据各电流传感器的检测值控制开关动作。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2015－198483号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

但是，在上述双向dc/dc转换器中，因为设置了与相数相应的两个电流传感器，所以部件数增多，成本也增大。而且，在上述双向dc/dc转换器中，需要将两个电流传感器分别配置在各相的电流的通过路径中，同时需要对两个电流传感器各自实施布线，所以制造性未必良好。进而，在两个电流传感器的各自中存在检测误差的情况下，在电流值中产生偏差，对检测精度产生影响，电流控制变得复杂。

基于这样的状况，考虑通过某些办法来削减电流传感器的个数，但是在该情况下牺牲作为电流传感器的基本功能的各相的电流检测性能，使双向dc/dc转换器的性能降低，所以不理想。

本发明是鉴于前述的情况而完成的，目的是提供不牺牲电流检测性能，而能够比以往削减电流传感器的个数的电力变换装置。

用于解决课题的手段

本发明的一方式的电力变换装置包括：多相式电力变换电路；多个母线，相互相邻地配置，分别流过所述多相式电力变换电路的相电流；单一的电流传感器，全部检测所述多个母线中的所述相电流；以及壳体，容纳所述多相式电力变换电路、所述多个母线以及所述电流传感器，所述电流传感器包括：磁芯，穿插所述多个母线，使得所述相电流的流动方向为同一方向，同时具有单一的磁隙；以及在所述磁隙中插入的霍尔元件。

在上述一个方式的电力变换装置中，也可以所述磁芯以及所述霍尔元件被设置在所述壳体中，使得自如地观察识别所述霍尔元件对于所述磁隙的位置关系。

在上述一个方式的电力变换装置中，也可以所述壳体包括将所述霍尔元件从一侧插入，同时位置符合所述磁隙的插入孔，所述插入孔的所述一侧形成为锥状。

在上述一个方式的电力变换装置中，也可以在所述多个母线之间，插入用于将所述多个母线的间隔保持为固定的隔板。

在上述一方式的电力变换装置中，所述壳体中形成辅助所述霍尔元件的定位的定位标记。

发明效果

按照本发明，可以提供不牺牲电流检测性能而与以往相比能够削减电流传感器的个数的电力变换装置。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的pcu的电路图。

图2是本发明的第1实施方式的ipm的正面图。

图3a是本发明的第1实施方式的ipm的主要部分的放大图，是图2的iii－iii线截面图。

图3b是本发明的第1实施方式的ipm的主要部分的放大侧面图。

图4a是本发明的第2实施方式的pcu的电路图。

图4b是本发明的第2实施方式的ipm的主要部分放大截面图。

具体实施方式

(第1实施方式)

以下，参照图1～3b，说明本发明的第1实施方式。

最初，参照图1，说明本实施方式的pcu1的电路结构(电气的结构)。pcu1是在混合动力车和电动汽车等，将电机(电动机)作为动力源行驶的车辆中安装的电力变换装置。电机包括驱动电机(trc-mot)和发电机(gen-mot)。

pcu1包括：升降压转换器a1、驱动电机用逆变器a2、以及发电机用逆变器a3。如后述图2那样，这些升降压转换器a1、驱动电机用逆变器a2以及发电机用逆变器a3各自作为电源模块配置，构成为一体化的ipm

(intelligentpowermodule，智能电源模块)10。

升降压转换器a1将从直流电源e输入的直流电力升压，输出到驱动电机用逆变器a2以及发电机用逆变器a3，另一方面，将从驱动电机用逆变器a2以及发电机用逆变器a3输入的直流电力降压，输出到直流电源e。升降压转换器a1包括：一对电抗器l1、l2、第1电源模块p1、第2电源模块p2、初级侧电容器c1、次级侧电容器c2以及电流传感器4。这样的升降压转换器a1相当于本发明的二相式电力变换电路(多相式电力变换电路)。

第1电源模块p1包括一对开关元件q1、q2。此外，第2电源模块p2包括一对开关元件q3、q4。开关元件例如使用igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极晶体管)。

如图1所示，升降压转换器a1是具有并联的2系统的电流路径的二相式的升降压转换器(二相式电力变换电路)。即，一方的电抗器l1以及一对开关元件q3、q4构成一方的电流路径，另一方的电抗器l2以及一对开关元件q1、q2构成另一方的电流路径。

在这样的2系统的电流路径中，通过由控制电路(省略图示)以不同的定时驱动一对开关元件q1、q2和一对开关元件q3、q4，流过不同的相位(例如180°的相位差)的交流电流(第1相电流i1以及第2相电流i2)。即，在一对电抗器l1、l2中，在一方的电抗器l1中流过第1相电流i1，在另一方的电抗器l2中流过第2相电流i2。

这里，升降压转换器a1作为二相式的升降压转换器动作，所以一对电抗器l1、l2中的第1相电流i1和第2相电流i2的流动方向相同。即，在第1相电流i1从直流电源e向第2电源模块p2流动的情况下，第2相电流i2从直流电源e向第1电源模块p1流动。

而且，如图1所示，升降压转换器a1中的一对电抗器l1、l2进行磁耦合，构成变压器。即，一对电抗器l1、l2处于第1相电流i1和第2相电流i2相互产生影响(电磁感应)的关系。

电流传感器4是全部检测流动方向相同的第1相电流i1和第2相电流i2的单一的传感器。即，电流传感器4检测第1相电流i1和第2相电流i2的合计电流(相加电流)，输出到上述控制电路。而且，该控制电路根据电流传感器4的检测结果，对一对开关元件q1、q2以及一对开关元件q3、q4进行开/关(on/off)控制。

驱动电机用逆变器a2将从升降压转换器a1输入的直流电力变换为交流电力后提供给驱动电机，另一方面，将从驱动电机输入的交流电力(再生电力)变换为直流电力后输出到升降压转换器a1。发电机用逆变器a3将从升降压转换器a1输入的直流电力变换为交流电力后提供给发电机，另一方面，将从发电机输入的交流电力(发电电力)变换为直流电力后输出到升降压转换器a1。

接着，参照图2以及图3a、3b，说明本实施方式的ipm10的机械结构。图2是ipm10的正面图。图3a、3b是ipm10的主要部分放大图。图3a是图2的iii－iii线截面图，图3b是图2的侧面图。而且，以下的说明中，为了便于说明，将图3a的上下方向设为ipm10的上下方向，并且将与上下方向正交的方向定义为ipm10的水平方向。

ipm10至少包括：电路基板2、一对母线3a、3b、上述电流传感器4以及壳体5。电路基板2被固定配置在壳体5的上面。在电路基板2中安装上述的控制电路。电路基板2(控制电路)经由规定的通信电缆等与车辆控制装置等上位控制装置连接，根据从上位控制装置输入的控制指令控制升降压转换器a1、驱动电机用逆变器a2以及发电机用逆变器a3。

一方的母线3a是连接一方的电抗器l1和电源模块p2的金属板(例如铜板)。另一方的母线3b是连接另一方的电抗器l2和电源模块p1的金属板(例如铜板)。即，一方的母线3a的一端连接到一方的电抗器l1，另一端连接到电源模块p2。而且，另一方的母线3b的一端连接到另一方的电抗器l2，另一端连接到电源模块p1。

在这样的一对母线3a、3b中，在一方的母线3a中流过第1相电流i1，在另一方的母线3b中流过第2相电流i2。而且，设置这样的一对母线3a、3b，使得第1相电流i1和第2相电流i2的流动方向为同一方向。

如图3a所示，在壳体5内中，一对母线3a、3b以相互相邻的状态平行配置。在一对母线3a、3b之间，插入用于将一对母线3a、3b的间隔保持为固定的树脂制的隔板6。

如图3a所示，上述的电流传感器4包括磁芯41和霍尔元件42。磁芯41是设置在壳体5的侧部的磁性部件，形成为具有磁隙43的大致c字状。在磁芯41中，穿插一对母线3a、3b。磁芯41由透磁率高的强磁性体材料构成，所以在磁芯41中，起因于第1相电流i1以及第2相电流i2而在一对母线3a、3b的周围发生的磁力线集中地流过。

霍尔元件42被安装在电路基板2的一面，插入磁芯41的磁隙43。即，霍尔元件42是主要检测通过磁隙43的上述磁力线的磁传感器。电流传感器4检测分别流过一对母线3a、3b的第1相电流i1以及第2相电流i2的相加电流，对在电路基板2上另外安装的控制电路输出检测信号。

壳体5容纳升降压转换器a1、驱动电机用逆变器a2以及发电机用逆变器a3的电源模块。如图3a以及图3b所示，壳体5包括：插入孔51、磁芯插入沟52以及缝隙54。插入孔51从壳体5的上面向下方延伸。插入孔51被设置为，在磁芯41埋没在壳体5中状态中，其位置与磁隙43符合。在插入孔51中，霍尔元件42从一侧(上方)插入。插入孔51的开口部51a形成为随着朝向一侧(上方)而逐渐扩大直径的锥状。

磁芯插入沟52被设置在壳体5的下部，向下方开口。在磁芯插入沟52中，磁芯41从另一侧(下方)插入。在该状态下通过在磁芯插入沟52中填充树脂53，磁芯41被固定在壳体5中。在磁芯插入沟52的水平方向的中央部，设置从磁芯插入沟52的底面(即，磁芯插入沟52的上面)向下方突出的突部52a。在突部52a中，在通过隔板6将一对母线3a、3b的间隔保持为固定的状态下，一对母线3a、3b被固定。一对母线3a、3b被一体成型在突部52a上。

如图3b所示，缝隙54被设置在壳体5的侧面，在侧面视图中从壳体5的上面向下方延伸。缝隙54将插入孔51和壳体5的侧面连通。即，缝隙54使霍尔元件42露出到壳体5的外侧。因此，通过缝隙54，从壳体5的外部自如地观察确认霍尔元件42对于磁隙43的位置关系。而且，在壳体5的侧面的缝隙54的下方，形成辅助霍尔元件42的定位的定位标记55。

在这样的ipm10中，通过使用规定的固定件(螺钉等)将安装了霍尔元件42以及控制电路的电路基板2固定在一体保持一对母线3a、3b以及磁芯41的壳体5的上部，霍尔元件42被位置设定在壳体5的插入孔51内。

按照本实施方式，一对母线3a、3b被设置为第1相电流i1和第2相电流i2的流动方向为同一方向，可以用单一的电流传感器4检测第1相电流i1和第2相电流i2的相加电流。因此，能够将以往在二相中分别设置的两个电流传感器综合为单一的电流传感器4，而不损失电力控制和过电流保护等功能性。而且，在设置一对母线3a、3b使得第1相电流i1和第2相电流i2的流动方向为相反方向的情况下，由于只能检测第1相电流i1和第2相电流i2的差分，所以不能实现过电流保护等功能。

因此，按照本实施方式的pcu1，可以比以往削减电流传感器4的个数而不牺牲电流传感器4的电流检测性能。

而且，电路基板2对于壳体5的位置关系，起因于固定件等能够产生一些偏差，但是按照本实施方式，因为在壳体5中设置缝隙54以及定位标记55，所以可以一边确认霍尔元件42相对插入孔51的位置一边将电路基板2最终固定在壳体5上。因此，按照本实施方式，能够将霍尔元件42对于插入孔51即磁芯41的磁隙43的位置容易地定位在希望的位置。

而且，在本实施方式中，壳体5具有霍尔元件42从一侧插入、同时位置符合磁隙43的插入孔51，插入孔51的一侧形成为锥状。因此，按照本实施方式，可以将霍尔元件42顺利地插入到插入孔51内。

而且，在本实施方式中，在一对母线3a、3b之间插入用于将一对母线3a、3b的间隔保持为固定的隔板6。即，按照本实施方式，可以在将间隔保持为固定的状态下将一对母线3a、3b固定在壳体5上。因此，可以将电流传感器4和一对母线3a、3b的位置关系保持为固定，所以可以通过电流传感器4稳定地检测第1相电流i1和第2相电流i2。

(第2实施方式)

接着，参照图4a以及4b，说明本发明的第2实施方式。而且，在本实施方式中，对与上述第1实施方式相同或者同等的结构部分附加同一标号，省略或者简化其说明。

图4a是本实施方式的pcu1a的电路图。图4b是本实施方式的ipm10a的主要部分放大截面图。

如图4a所示，本实施方式的pcu1a在取代作为二相式电力变换电路的升降压转换器a1，具有作为三相式电力变换电路(多相式电力变换电路)的升降压转换器b1这一点中，与第1实施方式的pcu1不同。升降压转换器b1包括：三个电抗器l1、l2、l3、第1电源模块p1、第2电源模块p2、第3的电源模块p3、初级侧电容器c1、次级侧电容器c2以及电流传感器4。第3的电源模块p3包括一对开关元件q5、q6。

升降压转换器b1是具有并联的3系统的电流路径的三相式的升降压转换器(三相式电力变换电路)。即，电抗器l1以及一对开关元件q3、q4构成第1电流路径，电抗器l2以及一对开关元件q1、q2构成第2电流路径，电抗器l3以及一对开关元件q5、q6构成第3的电流路径。

在这样的3系统的电流路径中，通过由控制电路(图示略)以不同的定时驱动一对开关元件q1、q2、一对开关元件q3、q4、以及一对开关元件q5、q6，流过不同的相位(例如120°的相位差)的交流电流(第1相电流i1，第2相电流i2，以及第3的相电流i3)。即，在电抗器l1中流过第1相电流i1，在电抗器l2中流过第2相电流i2，在电抗器l3中流过第3的相电流i3。

电流传感器4全部检测流动方向相同的第1相电流i1、第2相电流i2、以及第3的相电流i3。即，电流传感器4检测第1相电流i1、第2相电流i2、以及第3的相电流i3的合计电流(相加电流)，输出到控制电路。控制电路根据电流传感器4的检测结果，对一对开关元件q1、q2、一对开关元件q3、q4、以及一对开关元件q5、q6进行开/关控制。

接着，参照图4b，说明本实施方式的ipm10a的机械的结构。本实施方式的ipm10a在还具有母线3c这一点中，与第1实施方式的ipm10不同。即，ipm10a至少包括：电路基板2、三个母线3a、3b、3c、电流传感器4以及壳体5。母线3c是连接电抗器l3和电源模块p3的金属板(例如铜板)。母线3c的一端连接到电抗器l3，另一端连接到电源模块p3。在母线3c中流过第3的相电流i3。而且，设置母线3a、3b、3c，使得第1相电流i1、第2相电流i2、以及第3的相电流i3的流动方向为同一方向。

在壳体5内，母线3a、3b、3c以相互相邻的状态平行配置。母线3a、3b、3c之间，分别插入用于将母线3a、3b、3c的间隔保持为固定的树脂制的隔板6。而且，在电流传感器4的磁芯41中，穿插母线3a、3b、3c。电流传感器4检测分别流过母线3a、3b、3c的第1相电流i1、第2相电流i2、以及第3的相电流i3的相加电流，对在电路基板2上另外安装的控制电路输出检测信号。

按照本实施方式，由于设置母线3a、3b、3c，使得第1相电流i1、第2相电流i2、以及第3的相电流i3的流动方向为同一方向，所以可以用单一的电流传感器4检测第1相电流i1、第2相电流i2、以及第3的相电流i3的相加电流。因此，能够将以往分别设置在三相的三个电流传感器综合作为单一的电流传感器4而不损害电力控制或过电流保护等功能性。其结果，按照本实施方式的pcu1a，与第1实施方式的pcu1同样，与以往相比能够削减电流传感器4的个数而不牺牲电流传感器4的电流检测性能。

而且，本发明不限于参照附图说明的上述实施方式，在其技术的范围中考虑各种变形例。

例如，在上述的实施方式中，为了确认霍尔元件42对于磁隙43的位置，采用了设置缝隙54以及定位标记55的结构，但是本发明不限于此。例如也可以取代缝隙54以及定位标记55，通过通电确认霍尔元件42的位置。

而且，在上述的实施方式中，采用了插入孔51的一侧形成为锥状的结构，但是本发明不限于此。插入孔51的一侧也可以不形成为锥状。

而且，在上述的实施方式中，采用了在一对母线3a、3b之间插入隔板6的结构，本发明不限于此。隔板6也可以被省略。

而且，在上述的实施方式中，采用了电抗器l1、l2、l3相互磁耦合的结构，但是本发明不限于此。本发明的电力变换装置也能够适用于磁耦合电抗器以外的电力变换电路。

而且，在上述的实施方式中，采用了pcu1具有升降压转换器a1、驱动电机用逆变器a2、以及发电机用逆变器a3的结构，但是本发明不限于此。pcu1也可以是具有升降压转换器a1以及驱动电机用逆变器a2的结构，或者，仅具有升降压转换器a1的结构。

而且，在上述的实施方式中，采用了浇注固定电流传感器4的磁芯41的结构，但是也能够适用镶嵌成形。

另外，在不脱离本发明的宗旨的范围内，能够适当将所述实施方式中的结构元件置换为公知的结构元件，而且，也可以适当组合所述的变形例。

标号说明

1，1a…pcu(电力变换装置)

2…电路基板

3a、3b…母线

4…电流传感器

5…壳体

6…隔板

10，10a…ipm

41…磁芯

42…霍尔元件

43…磁隙

51…插入孔

55…定位标记

a1…升降压转换器(二相式电力变换电路)

a2…驱动电机用逆变器

a3…发电机用逆变器

i1…第1相电流

i2…第2相电流