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電力変換装置および電力変換装置の製造方法 - 三菱電機株式会社
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発明の名称 電力変換装置および電力変換装置の製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−28785(P2007−28785A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−206634(P2005−206634)
出願日 平成17年7月15日(2005.7.15)
代理人 【識別番号】100094916
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 啓吾
発明者 金田 直人 / 松尾 治之 / 園田 功
要約 課題
バスバーの形状や外部端子の構成に対する規制が少なく、防水対策を容易に、かつ安定した精度を得ることができる電力変換装置を提供する。

解決手段
スイッチング素子7を有するパワー基板6の上部に配設されスイッチング素子7を駆動制御する制御基板4と、パワー基板6の放熱を行うヒートシンク10と、一端1aをパワー基板6の各スイッチング素子7間に接続され他端1bに外部と接続するための外部端子12を有するバスバー1と、バスバー1の電流により発生する磁束を集める空隙部3aを有する集磁コア3と、集磁コア3の磁束を検出するとともに制御基板4に接続された磁気検出素子2と、バスバー1および集磁コア3は樹脂ケース8に一体成形され、バスバー1の一端1aはベント部11を介しパワー基板4と接続されているものである。
特許請求の範囲
【請求項1】
直流電流と交流電流とを変換するスイッチング素子を有するパワー基板と、上記パワー基板の上部に配設され上記スイッチング素子と接続され上記スイッチング素子を駆動制御する制御基板と、上記パワー基板の下部に配設され上記パワー基板の放熱を行うヒートシンクと、一端を上記パワー基板の各スイッチング素子間に接続され他端に外部と接続するための外部端子を有するバスバーと、上記バスバーを囲うように配設され上記バスバーの電流により発生する磁束を集める空隙部を有する集磁コアと、上記集磁コアの磁束を検出するとともに上記制御基板に接続された磁気検出素子と、上記パワー基板および制御基板を外部から保護するために上記パワー基板および制御基板の外周を取り囲むように配設された樹脂ケースとを備えた電力変換装置において、上記バスバーおよび集磁コアは上記樹脂ケースに一体成形され、上記バスバーの一端は上記樹脂ケースから上記パワー基板側に露出してベント部を備えて上記パワー基板と接続され、上記バスバーの他端は上記樹脂ケースから外部側に露出して上記外部端子が形成されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項2】
上記樹脂ケースには、上記集磁コアにより形成される空隙部の磁路に鎖交する位置に位置決め穴が形成され、上記磁気検出素子は上記樹脂ケースに形成された位置決め穴に挿入して配設されることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
【請求項3】
上記集磁コアの空隙部は、上記制御基板と対向する位置に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。
【請求項4】
上記集磁コアは複数の分割集磁コアにて形成され、上記バスバーの周囲を囲うように上記分割集磁コアを配設することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずかに記載の電力変換装置。
【請求項5】
上記バスバーの一部に、水平部に連続する略垂直方向部を有する曲げ構造箇所を形成し、上記バスバーの略垂直方向部に上記分割集磁コアを囲むようして配設することを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。
【請求項6】
請求項1ないし請求項5の電力変換装置の製造方法において、上記樹脂ケースは、上記集磁コアと上記バスバーとを一体成形したバスバーアセンブリ部を構成し、上記バスバーアセンブリ部を上記樹脂ケースと一体成形して形成したことを特徴とする電力変換装置の製造方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、磁気検出素子を使用した電力変換装置および電力変換装置の製造方法に関し、特に、バスバーの形状や外部端子の構成に対する規制が少なく、防水対策を容易に、かつ安定した精度を得ることができるものである。
【背景技術】
【0002】
従来の車載用の電力変換装置に使用されていた電流センサー内蔵の電力変換装置は、導電部材のバスバー、磁気検出素子、バスバーを囲うように構成された集磁コア、電力変換装置の制御基板、磁気検出素子の出力信号及び電源を制御基板と電気的に接合するリード端子、バスバーと接続されるパワー基板、パワー基板上に実装されたスイッチング素子、電力変換装置全体を囲い成形された樹脂ケース、パワー基板の発熱を冷却し電力変換装置の構造の基盤となるヒートシンクにて成る。
【0003】
従来の電力変換装置の組み立て方法は、樹脂ケースを成形後、集磁コアおよびバスバーを規定位置へ勘着し、その後樹脂ケースの一部となる防水用蓋を集磁コアおよびバスバー上に装着する。次に、磁気検出素子が実装されている制御基板を集磁コアの空隙部に磁気検出素子が配設されて組み立てられる。
【0004】
次に従来の電流センサー内蔵の電力変換装置の動作について説明する。まず、バスバーの外部端子より外部の直流電源より供給された電力をパワー基板へ導入し、制御基板により駆動されるスイッチング素子で交流へ電力変換し、他のバスバーへ出力する。また、バスバーの外部端子より供給される交流電力を整流し、他のバスバーの外部端子より外部の直流電源へ出力する。この時、バスバーを流れる電流により発生する磁束を集磁コアに集め磁気検出素子で検出し、この検出値は制御基板において制御のパラメーターとして使用される(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】特開平11−127583号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来の電流センサー内蔵の電力変換装置は以上のように構成されていたため、バスバーや集磁コアを樹脂ケースに組みたてるためは使用環境により完全防水仕様が要求されるような場合があり、その場合、防水処理を施す界面が複雑であり、また、集磁コアを樹脂ケースに後挿入されるため位置精度が悪く確実な保持をするための後工程でのカシメや樹脂固定等が必要であり、組立工程においてタイムロスおよびコストアップに繋がっていた。更に、制御基板に実装された磁気検出素子の集磁コアの空隙部に対する位置制度を向上することが困難である。その他、組み立て時において樹脂ケースに集磁コアやバスバーを通し組み付けるためバスバーの曲げ形状および外部端子部の形状に自由度が少なく、ボルトにて成る外部端子等の構成が難しい構造になっていた。
【0007】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、バスバーの形状や外部端子の構成に対する規制が少なく、防水対策を容易に、かつ安定した精度を得ることができる電力変換装置および電力変換装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明は、直流電流と交流電流とを変換するスイッチング素子を有するパワー基板と、パワー基板の上部に配設されスイッチング素子と接続されスイッチング素子を駆動制御する制御基板と、パワー基板の下部に配設されパワー基板の放熱を行うヒートシンクと、一端をパワー基板の各スイッチング素子間に接続され他端に外部と接続するための外部端子を有するバスバーと、バスバーを囲うように配設されバスバーの電流により発生する磁束を集める空隙部を有する集磁コアと、集磁コアの磁束を検出するとともに制御基板に接続された磁気検出素子と、パワー基板および制御基板を外部から保護するためにパワー基板および制御基板の外周を取り囲むように配設された樹脂ケースとを備えた電力変換装置において、バスバーおよび集磁コアは樹脂ケースに一体成形され、バスバーの一端は樹脂ケースからパワー基板側に露出してベント部を備えてパワー基板と接続され、バスバーの他端は樹脂ケースから外部側に露出して外部端子が形成されているものである。
【発明の効果】
【0009】
この発明の電力変換装置は、直流電流と交流電流とを変換するスイッチング素子を有するパワー基板と、パワー基板の上部に配設されスイッチング素子と接続されスイッチング素子を駆動制御する制御基板と、パワー基板の下部に配設されパワー基板の放熱を行うヒートシンクと、一端をパワー基板の各スイッチング素子間に接続され他端に外部と接続するための外部端子を有するバスバーと、バスバーを囲うように配設されバスバーの電流により発生する磁束を集める空隙部を有する集磁コアと、集磁コアの磁束を検出するとともに制御基板に接続された磁気検出素子と、パワー基板および制御基板を外部から保護するためにパワー基板および制御基板の外周を取り囲むように配設された樹脂ケースとを備えた電力変換装置において、バスバーおよび集磁コアは樹脂ケースに一体成形され、バスバーの一端は樹脂ケースからパワー基板側に露出してベント部を備えてパワー基板と接続され、バスバーの他端は樹脂ケースから外部側に露出して外部端子が形成されているので、バスバーの形状や外部端子の構成に対する規制が少なく、防水対策を容易に、かつ安定した精度を得ることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態について説明する。図1は本発明の実施の形態1における電流センサー内蔵の電力変換装置の一部を断面にて示す側面図、図2は図1に示した電流センサ内蔵の電力変換装置の制御基板を配設する前の状態の構成を示す斜視図である。図において、直流電流と交流電流とを変換するためのスイッチング素子7を上面に複数個配設するパワー基板6と、このパワー基板6の上部に配設され各スイッチング素子7と接続されスイッチング素子7を駆動制御する制御基板4と、パワー基板6の下部に配設されパワー基板6の発熱を放熱して冷却し、電力変換装置の構造の基盤と成るヒートシンク10と、一端1aをパワー基板6の各スイッチング素子7間に接続され他端1bに外部と接続するための外部端子12を有するバスバー1と、バスバー1を囲むように配設し、バスバー1の電流により発生する磁束を集める空隙部3aを制御基板4と対向する位置に形成されている集磁コア3と、この集磁コア3の磁束を検出するように空隙部3aに配設され制御基板4に接続された磁気検出素子2と、パワー基板6および制御基板4を外部から保護するためにパワー基板6および制御基板4の外周を取り囲むように配設された樹脂ケース8とにて成る。
【0011】
そして本実施の形態1においては、バスバー1および集磁コア3は樹脂ケース8にあらかじめ一体成形されている。そして、バスバー1の一端1aは樹脂ケース8からパワー基板6側に露出してベント部11を備えてパワー基板6と接続され、バスバー1の他端1bは樹脂ケース8から外部側に露出して外部端子12が形成されている。そして、磁気検出素子2は出力信号及び電源得るために制御基板4と電気的に接合するリード端子40にて接続されている。また、リード端子40は制御基板4に固定されたガイド42を介して制御基板4に固定されている。また、樹脂ケース8には集磁コア3により形成される空隙部3aの磁路に鎖交する位置に位置決め穴80が形成され、この位置決め穴80に磁気検出素子2が挿入され配設されている。
【0012】
次に上記のように構成された実施の形態1の電力変換装置の製造方法について説明する。まず、樹脂ケース8の成形時に集磁コア3およびバスバー1を成形用金型で位置決めして一体成形する。この時同時に、位置決め穴80も成形される。次に、ヒートシンク10上にスイッチング素子7が形成されているパワー基板6を載置する。次に、ヒートシンク10上のパワー基板6の外周を囲むような形状にて形成された樹脂ケース8を載置する。そして、バスバー1とパワー基板6とは接続される。次に、位置決め穴80に磁気検出素子2を挿入し、ガイド42が装着された制御基板4を配設する。この際磁気検出素子2のリード端子40はガイド42により導かれ、制御基板4に半田付けされる。
【0013】
そして、上記のように構成された実施の形態1の電力変換装置の動作は、まず、図示しない外部の直流電源より供給された電力をバスバー1の外部端子12よりパワー基板6へ導入する。次に、制御基板4により駆動されるスイッチング素子7で交流へ電力変換して他のバスバー1の外部端子12から外部へ出力する。また、バスバー1より供給される交流電力を整流し、他のバスバー1を介して直流電源へ出力する。この時、バスバー1を流れる電流により発生する磁束を集磁コア3に集め磁気検出素子2で検出して、その値を制御基板4上で制御のパラメーターとして使用する。
【0014】
上記のように構成された実施の形態1の電力変換装置によれば、バスバーと集磁コアとは樹脂ケースに一体成形されいるため、バスバーに集磁コアを貫通する等の工程を省略して電力変換装置を組み立てることができる。このようにバスバーが樹脂ケースに一体に形成されることによりバスバーとパワー基板との応力緩和が懸念されるが、バスバーにベント部を備えているためこのベント部が応力緩和を担うことができる。また、磁気検出素子が位置決めされる位置決め穴が、あらかじめ樹脂ケース成形時に精密な金型で形成されているため、位置精度良く電力変換装置を組み立てることができる。またこの際、集磁コアの空隙部が制御基板と対向する位置に形成されているため、制御基板に接続するための磁気検出素子を簡便に配設することができる。
【0015】
実施の形態2.
図3は本発明の実施の形態2における電流センサー内蔵の電力変換装置の一部を断面にて示す側面図、図4は図3に示した電流センサ内蔵の電力変換装置の制御基板を配設する前の状態の構成を示す斜視図、図5は図3に示した電流センサ内蔵の電力変換装置のバスバーアセンブリ部の構成を示した斜視図である。図において、上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。集磁コア30はC型の分割集磁コア31、32にて構成され、バスバー1の水平部に連続する略垂直方向部1cを有する曲げ構造箇所の略垂直方向部1cを囲むように分割集磁コア31、32を配置して集磁コア30を配設する。このような箇所に配設することにより、集磁コア30に電流経路となるバスバー1が巻きつく構造を、360°を1ターンと考えると90°すなわち1/4ターン分巻きつくこととなり、直線のバスバーより集磁効果が期待できる。また、このようにバスバーの曲げ構造箇所の前後の部分にて磁気検出素子2にて検出を行っているため、磁束密度に大きく関与する。
【0016】
次に上記のように構成された実施の形態2の電力変換装置の製造方法について説明する。まず、バスバー1と分割集磁コア31、32から成る集磁コア30とをあらかじめバスバーアセンブリ部100として一体成形している。これは集磁コア30が2個の部品である分割集磁コア31、32にて成るため、あらかじめ予備位置決め穴82を有するように樹脂81を用いて一体成形しておくことにより、後工程における樹脂ケース8形成時が簡便と成るためである。尚、上記実施の形態1においても同様に、バスバーと集磁コアとをあらかじめ一体成形し、バスバーアセンブリ部を構成した後樹脂ケースを一体成形するようにしてもよいことは言うまでもない。次に、上記実施の形態1と同様に樹脂ケース8の成形時に集磁コア30およびバスバー1が一体成形されたバスバーアセンブリ部100を成形用金型で位置決めして一体成形する。この時同時に、予備位置決め穴82に連続する位置決め穴80も成形される。次に、ヒートシンク10上にスイッチング素子7が形成されているパワー基板6を載置する。次に、ヒートシンク10上のパワー基板6の外周を囲むような形状にて形成された樹脂ケース8を載置する。そして、バスバー1とパワー基板6とは接続される。次に、位置決め穴80に磁気検出素子2を挿入し、ガイド42が装着された制御基板4を配設する。この際磁気検出素子2のリード端子40はガイド42により導かれ、制御基板4に半田付けされる。
【0017】
上記のように構成された実施の形態2の電力変換装置によれば、上記実施の形態1と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、集磁コアが分割されているためバスバーを貫通させるという制約がなくなる。また、あらかじめ集磁コアとバスバーとを一体成形したバスバーアセンブリ部を構成するため、集磁コアおよびバスバーを樹脂ケースに一体成形する場合容易に形成することが可能となる。また、集磁コアを略垂直方向部に配設してるため集磁効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】この発明の実施の形態1における電流センサー内蔵の電力変換装置の一部を断面にて示す側面図。
【図2】図1に示した電流センサ内蔵の電力変換装置の制御基板を配設する前の状態の構成を示す斜視図。
【図3】この発明の実施の形態2における電流センサー内蔵の電力変換装置の一部を断面にて示す側面図。
【図4】図3に示した電流センサ内蔵の電力変換装置の制御基板を配設する前の状態の構成を示す斜視図。
【図5】図3に示した電流センサ内蔵の電力変換装置のバスバーアセンブリ部の構成を示した斜視図。
【符号の説明】
【0019】
1 バスバー、1a 一端、1b 他端、1c 略垂直方向部、2 磁気検出素子、
3,30 集磁コア、3a 空隙部、4 制御基板、6 パワー基板、
7 スイッチング素子、8 樹脂ケース、10 ヒートシンク、11 ベント部、
12 外部端子、31,32 分割集磁コア、80 位置決め穴、
100 バスバーアセンブリ部。




 

 


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