電流制御装置

本発明は、スイッチ素子の発熱の影響による電流検出精度の低下を抑圧し、高精度に電流を検出し、接続される誘導素子の電流供給量を精度よく制御する電流制御装置に関するものである。

インバータなどは、スイッチ素子が制御されることで、電源からモータの各コイルへの電流供給経路を切り替えることで、モータの駆動制御を行っている。また、変圧機などは、スイッチ素子が制御されることで、電源からリアクトルへの電流供給量を調整し、電源で発生する電圧を任意の電圧に変圧して出力する。

モータあるいは変圧機は、誘導素子(一般的にはコイル)から構成される。そして、例えば、モータのトルクを制御するためには、コイルに通電する電流供給量を制御することとなる。

電流制御装置は、コイルに通電する電流供給量を電流値として検出し、検出された電流値を元に、スイッチ素子を制御することで、コイルに通電する電流供給量が所望の値となるように制御する。

電流制御に使用される電流検出値は、電流制御装置内に配置されたバスバーを貫通させるコアに取り付けられた磁電変換素子により得られる。

バスバーが通電すると、電流値に応じた磁界が発生し、磁電変換素子は、発生した磁界をコアを介して検出し、磁界に応じた電圧に変換する。さらに、磁電変換素子により変換された電圧は、制御手段に出力され、制御手段は、入力された電圧から、コイルに流れる電流を算出し、電流制御を行う。

ところで、車載用インバータは、運転性、効率の観点から、高精度のモータ制御が望まれる。高精度のモータ制御を実現させるためには、電流検出の高精度化が必要である。電流検出精度は、磁電変換素子の磁界検出精度に影響される。磁界検出精度は、磁電変換素子の特性、およびコアと磁電変換素子の位置精度に影響される。

例えば、コアと磁電変換素子の位置精度を高める方法として、ケースとコアを一体成型し、コアを確実に固定している従来技術がある(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1は、ケースとコアの一体成型により、車両走行中の振動によるコアの移動を防ぐことで、コアと磁電変換素子の距離を常時一定に保つことができる。

そのため、特許文献1は、コアの移動による磁気変化に影響されることなく、高精度の電流検出を行うことができる。この結果、高精度の電流制御を行うことが可能となり、結果的に、高効率でモータを制御できる。

特開2007—028785号公報

しかしながら、従来技術は、以下のような課題がある。車載用モータを制御する際には、高電圧、大電流が車載用モータに供給されることとなる。車載用モータに大電流を供給するためには、電流制御装置のスイッチ素子に流れる電流も大きくなり、発熱が大きくなる。そのため、スイッチ素子に冷却器を取り付け、冷却する必要がある。

一方、磁電変換素子は、温度上昇により検出精度が悪化するという特性を持つ。そのため、高精度の電流検出を実現するためには、スイッチ素子の発熱増加に起因する磁電変換素子の温度上昇を抑圧する必要がある。

磁電変換素子を用いた電流検出では、電流検出精度を高めるために、出荷検査時、装置組立後に電流値の学習を行い、回路のバラつきの影響を補正している。しかしながら、出荷検査の短時間化の観点から、検査時の温度のみで学習し、その他の温度に対する学習は、行われていない場合が多い。つまり、磁電変換素子の温度が、電流値の学習時温度よりも高くなった場合には、電流検出精度が悪化する。

一方、磁電変換素子自体は、発熱しない。しかしながら、磁電変換素子をスイッチ素子と同一ケース内に配置する場合には、スイッチ素子が発生する熱の影響でケース内部の温度が上昇し、磁電変換素子の温度が学習時よりも上昇する場合が考えられる。従って、この場合には、電流制御装置のケース内温度上昇に伴い、電流検出精度が悪化してしまう。

図9は、特許文献1において提案されている電流制御装置のケース内温度と電流検出誤差の関係を示す図である。そこで、この図9を用いて、ケース内温度と電流検出誤差との関係について説明する。

図9の横軸は、電流制御装置のケース内温度を示す。ケース内温度は、スイッチ素子が動作したときに発せられる熱により上昇する。縦軸は、基板に搭載されているスイッチ素子の制御手段が算出する電流値と実際にバスバーに流れる電流との誤差を示す。図9中の(a)は、磁電変換素子の温度上昇を抑圧した場合の、ケース内温度に対する電流検出誤差を示している。また、図9中の(b)は、磁電変換素子の温度がケース内温度よりも高い場合のケース内温度に対する電流検出誤差を示している。以下に、詳細に説明する。

特許文献1において提案されている電流制御装置は、コア下部にスイッチ素子と共通の冷却器を配置している。そして、この冷却器によりコアを冷却することで、コアに設けられたギャップに挿入される磁電変換素子を冷却し、ケース内温度の上昇に伴う磁電変換素子の温度上昇を抑圧している。このようにして、ケース内温度に対し、磁電変換素子の温度上昇を抑圧した場合の、ケース内温度に対する電流検出誤差が、図9中の(a)に相当する。

しかしながら、特許文献1において提案されている電流制御装置において、駆動直後に大電流を流した場合には、必ずしも(a)とはならない。図10は、スイッチ素子に大電流を流した場合の、時間経過に伴う冷却器の温度およびケース内の温度の遷移状態を示す図である。図10を用いて、スイッチ素子へ電流の通電を開始したときの、スイッチ素子の冷却器の温度とケース内温度のその後の変化について説明する。

図10の横軸は、通電の経過時間を示し、縦軸は、温度を示す。図10中の(c)は、スイッチ素子の冷却器の温度、(d)は、ケース内温度を示す。スイッチ素子で発生した熱は、ケース内の気体およびスイッチ素子の冷却器へ伝導する。

流動のない気体は、断熱に使用されるなど、金属やプラスチック材料よりも熱伝導率が低い。一方、冷却器は、熱を伝達しやすいように、金属などが用いられるため、気体よりも熱伝導率が高い。ここで、熱伝導率は、数値が低いほど暖まりにくいことを表している。

特に、スイッチ素子に大電流を通電する場合には、発生する熱が高く、ケース内は、熱伝導率の低い気体で満たされている。このため、気体よりも熱伝導率のよい冷却器の方が、ケース内温度の上昇と比較して、温度上昇が早くなる。ある程度時間が経過し、温度が飽和した状態では、積極的に冷却している冷却器の温度よりも、ケース内の温度の方が高くなる。つまり、図10に示す(c)、(d)のような温度推移となる。

特許文献1において提案されている電流制御装置のように、磁電変換素子に用いられる冷却器として、スイッチ素子と共通の冷却器を用いている場合には、スイッチ素子で発生した熱は、冷却器およびコアを介して磁電変換素子に伝導する。従って、スイッチ素子へ電流を通電させた直後は、ケース内温度よりも磁電変換素子の方が、温度は高くなる。

磁電変換素子は、学習した温度よりも高いほど、電流検出誤差が大きい。このため、先の図9の(b)に示す特性のように、ケース内温度に対する電流検出誤差が大きくなる。ある程度時間が経過すれば、ケース内温度も上昇し、冷却器よりも温度が高くなる。このため、ケース内温度に対し、磁電変換素子の温度が低くなり、(a)と同じ状態となる。

スイッチ素子に通電される電流が低い場合には、スイッチ素子の熱が低く、冷却器およびコアを介して、磁電変換素子へ温度が伝達しない。このため、ケース内温度に対し、磁電変換素子の温度が低い(a)の状態となる。

一方、スイッチ素子に通電される電流が高い場合には、スイッチ素子の熱が高く、冷却器およびコアを介して、磁電変換素子へ温度が伝達する。このため、ケース内温度に対し、磁電変換素子の温度が高い(b)の状態となる。この結果、磁電変換素子の磁界検出精度が悪くなり、電流検出精度も悪くなる。

従って、電流制御装置の駆動直後に大電流を流した場合には、高精度に電流を検出することができず、電流制御装置に接続される誘導素子の電流供給量を精度よく制御できない。

特に、ハイブリッドカーは、発進時に、ガソリンエンジンは停止したまま、モータのみで発進させる運転モードがある。このような発進時の運転モードでは、低回転域を大トルクにより駆動させることで、自動車をスムーズに発進させることができる。そのため、低回転域で大トルクを出すことが不得手なガソリンエンジンではなく、低回転域でも大トルクを発生させることができるモータを使用する。

一方で、ガソリンエンジンの効率がよくなる運転モードでは、ガソリンエンジンを使用し、モータを停止させる。ハイブリッドカーは、このようにして、エネルギーを高効率で使用することにより、燃費を向上させている。

発進時の運転モードの電流制御装置に注目すると、始動時にモータへ大トルクを発生させるために、電流制御装置は、スイッチ素子を介してモータへ大電流を通電する。このとき、電流制御装置の冷却器とケース内温度は、スイッチ素子を駆動させる前であるため、同じである。この状態で大電流を流した場合には、冷却器の温度は、(c)の状態となる。従って、(c)の温度状態は、(b)の電流検出誤差となり、必要以上にモータへ電流を流すこととなる。

つまり、発進時には、運転者の操作に対し、過敏にモータが動作してしまい、運転のレスポンスが悪く、省エネ運転ができない。結果的に、必要以上にエネルギーを消費させ、燃費が悪化するという問題がある。

本発明は、前述の問題を解決するためになされたもので、磁電変換素子およびスイッチ素子を同一ケース内に配置させた場合でも、スイッチ素子が発する熱の影響により、磁電変換素子の検出精度が低下することを抑圧し、高精度に電流を検出することで、接続される誘導素子の電流供給量を精度よく制御できる電流制御装置を得ることを目的とする。

本発明に係る電流制御装置は、スイッチ素子と、スイッチ素子を冷却する第1冷却器と、スイッチ素子に接続されるバスバーと、バスバーを貫通させるコアと、コアに設けられたギャップに挿入され、バスバーを流れてスイッチ素子に供給される電流値を検知する磁電変換素子と、磁電変換素子が検知した電流値を用いて、スイッチ素子を制御する制御器と、スイッチ素子、コア、磁電変換素子、および制御器を収納するケースと、ケースの開口部を覆うように設けられ、ケース内を密閉構造とするカバーとを備えて構成される電流制御装置であって、コアは、ギャップ以外の一部をケースの外部に露出部として露出させる露出配置構造を有し、スイッチ素子を冷却する第1冷却器の熱が、ケース、ケース内の気体、ケース外部の外気の少なくともいずれか1つを介さない限り、コアへ直接伝導されないように第1冷却器とコアを配置し、露出部の冷却を行う分割冷却構造をさらに備え、ギャップに磁電変換素子が挿入されたコアを複数有する構造において、分割冷却構造による第1の冷却性能による冷却と、露出配置構造による第2の冷却性能による冷却とを組み合わせた効果により、複数のコアのそれぞれを冷却する際に、第1の冷却性能と第2の冷却性能との組合せにより得られるトータルの冷却性能が、複数のコアのそれぞれで均一となるように、分割冷却構造と露出配置構造が設計されているものである。

本発明によれば、スイッチ素子および磁電変換素子が同一ケース内に配置されている場合に、コアの一部をケース外部に露出させて冷却するとともに、スイッチ素子を冷却する冷却器の温度が直接コアへ伝達しないように配置する構造を備えている。この結果、磁電変換素子およびスイッチ素子を同一ケース内に配置させた場合でも、スイッチ素子が発する熱の影響により、磁電変換素子の検出精度が低下することを抑圧し、高精度に電流を検出することで、接続される誘導素子の電流供給量を精度よく制御できる電流制御装置を得ることができる。

本発明の実施の形態1に係る電流制御装置を説明する図である。

本発明の実施の形態1に係る電流制御装置の断面図である。

本発明の実施の形態2に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。

本発明の実施の形態3に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。

本発明の実施の形態4に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。

本発明の実施の形態4に係る電流制御装置の短辺方向の断面図である。

本発明の実施の形態4に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。

本発明の実施の形態5に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。

特許文献1において提案されている電流制御装置のケース内温度と電流検出誤差の関係を示す図である。

スイッチ素子に大電流を流した場合の、時間経過に伴う冷却器の温度およびケース内の温度の遷移状態を示す図である。

以下、本発明に係る電流制御装置の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図面中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。

実施の形態1. 図1は、本発明の実施の形態1に係る電流制御装置を説明する図である。本実施の形態1に係る電流制御装置は、ケース1、スイッチ素子2a、2b、2c、基板3、コア4a、4b、4c、磁電変換素子5a、5b、5c、バスバー6a、6b、6c、冷却器7、およびカバー8を備えて構成されている。

図1に示すように、各スイッチ素子2a、2b、2cは、冷却器7上に搭載され、この冷却器7により冷却される。素子2a、2b、2cが発生する熱が伝導された冷却器7は、自然対流または外気の対流、強制空冷、水冷などによる強制対流により冷却させる。

各バスバー6a、6b、6cは、各スイッチ素子2a、2b、2cに接続され、ケース1を貫通し、ケース外部へ出ている。各コア4a、4b、4cは、各バスバー6a、6b、6cが貫通するように取り付けられる。各コア4a、4b、4cには、ギャップが設けられており、このギャップに各磁電変換素子5a、5b、5cが挿入される。

基板3は、各スイッチ素子2a、2b、2cおよび各磁電変換素子5a、5b、5cに接続される。基板3には、各スイッチ素子2a、2b、2cを制御するための制御手段が搭載されている。また、この制御手段は、磁電変換素子5a、5b、5cから入力された電圧値を電流値に変換する。

ケース1は、基板3を囲うように形成され、ケース1を成形する際に、バスバー6a、6b、6cを、コア4a、4b、4cに貫通させた状態で、ケース1と一体成形する。カバー8は、ケース1の上部に取り付けられ、ケース1内が密閉される。ゆえに、ケース外部とケース内部との間で温度差が生じる。

次に、電流検出方法について説明する。各バスバー6a、6b、6cは、通電される電流に応じた磁気を発生する。発生した磁気は、各コア4a、4b、4cを通る。そして、各磁電変換素子5a、5b、5cは、各コア4a、4b、4cのギャップの磁束を検出し、電圧に変換して出力する。

すなわち、各磁電変換素子5a、5b、5cは、各コア4a、4b、4cのギャップに発生する磁束を検知し、電圧に変換する。この際、各磁電変換素子5a、5b、5cの出力電圧は、各コア4a、4b、4cのギャップの磁束密度に比例する。

そして、基板3に搭載された制御手段は、磁電変換素子5a、5b、5cから入力された電圧値を電流値に変換する。このようにして、電流制御装置は、各バスバー6a、6b、6cに通電する電流値を検出することができる。

次に、電流制御方法について説明する。上述した制御手段は、各スイッチ素子2a、2b、2cに制御信号を出力する。そして、各スイッチ素子2a、2b、2cは、入力された制御信号により、ON/OFF制御される。

制御手段は、ON指令を出力することで、電流制御装置に接続される誘電素子へ電流を供給できる。誘電素子への電流供給量は、スイッチ素子2a、2b、2cのON/OFFの比率により制御できる。ONの時間は、前述した方法により検出された各バスバー6a、6b、6cに通電される電流値と、制御手段にて指令する目標電流値との差分を用いて制御される。このようにして、電流制御装置は、電流を制御する。

続いて、図2を用いて、本発明の特徴である、スイッチ素子の発熱による電流検出精度低下の抑圧方法について説明する。図2は、本発明の実施の形態1に係る電流制御装置の断面図である。具体的には、この図2は、図1に対し、磁電変換素子5a、5b、5cのいずれかを短辺方向にカットした断面図である。

スイッチ素子2は、各スイッチ素子2a、2b、2cのいずれかを示し、コア4は、各コア4a、4b、4cのいずれかを示し、磁電変換素子5は、各磁電変換素子5a、5b、5cいずれかを示し、バスバー6は、各バスバー6a、6b、6cのいずれかを示す。

図2に示すように、コア4の一部は、露出部として、ケース1の外部へ露出されている。また、冷却器7は、冷却器7の熱が直接コア4に伝導しない位置に設置される。具体的には、コア4の下部に冷却器7を配置させない構成としている。この結果、冷却器7の熱は、ケース1、ケース内の気体、ケース外部の外気を介さなければ、コア4に伝導されない。また、ケース1、ケース内の気体、ケース外部の外気は、いずれも冷却器7より熱伝導率が低い。

冷却器7の熱がコア4へ直接伝導しないため、スイッチ素子2の熱は、冷却器7を介して、積極的に磁電変換素子5に伝導されることはない。また、コア4の一部は、ケース1の外部へ露出している。このため、コア4は、ケース内温度よりも低く、対流がある外気によって直接的に冷却される。この結果、コア4の温度は、ケース内温度よりも低くなる。

従って、大電流がスイッチ素子2に流れ、スイッチ素子2の発熱により、冷却器7の温度がケース内温度よりも高くなった場合でも、磁電変換素子5の温度は、ケース内部の温度よりも低く抑えることができる。つまり、磁電変換素子5の検出精度の低下を抑制することができ、高精度に電流を検出できる。

以上のように、実施の形態1によれば、コアは、磁電変換素子が挿入されるギャップ以外の一部をケース外部に露出部として露出させる露出配置構造を有している。また、スイッチ素子を冷却する冷却器の温度の影響を受けずに、露出部の冷却を行う分割冷却構造として、露出部を外気によって直接冷却する構造を有している。

従って、磁電変換素子およびスイッチ素子を同一ケース内に配置させた場合にも、コアの一部をケース外部に露出させて冷却し、かつ、スイッチ素子を冷却する冷却器の温度が、直接コアへ伝達しないように配置することが可能となる。この結果、スイッチ素子の発熱によって生じる磁電変換素子の温度上昇による検出誤差の増加および電流検出精度の低下を抑制し、高精度に電流を検出し、接続される誘導素子の電流供給量を精度よく制御することができる。

実施の形態2. 先の実施の形態1では、冷却器7の熱が直接コア4に伝導しない位置に冷却器7を配置する構成について説明した。これに対して、本実施の形態2では、スイッチ素子2の直下に配置する冷却器7とは別に、コア専用の個別の冷却器を用いて、コア4を積極的に冷却する構成について説明する。

図3は、本発明の実施の形態2に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。図3に示した構成は、先の図2に示した構成と比較すると、スイッチ素子2の冷却器7とは異なる冷却器9を新たに設け、この冷却器9によりコア4を冷却するところが異なっている。そこで、冷却器9にてコア4を冷却する構成を中心に、以下に説明する。

本実施の形態2に係る電流制御装置は、露出部の冷却を行う分割冷却構造として、コア4に対して、冷却器9が取り付けられた構造を備えている。コア4の熱は、冷却器9へ伝導され、自然対流熱伝達により、または外気の対流、強制空冷、水などによる強制対流熱伝達により、冷却させる。

ここで、冷却器9は、外気よりも冷却性能がよいものとする。さらに、冷却器9は、スイッチ素子2の冷却器7とは異なるものとして個別に設けられ、冷却器7の温度が、直接、冷却器9に伝達しないように、冷却器7と冷却器9とは、互いに離れるように配置される。

さらに、冷却器9は、体積、表面積、および使用する冷媒を、冷却器7とは異なるものとすることで、冷却器7とは異なる冷却性能を設定することができる。そのため、冷却器9は、冷却器7とは独立した所望の温度に、コア4を冷却することができる。

コア4は、冷却器9により冷却されるため、所望の温度に冷却することで、コア4のギャップに挿入されている磁電変換素子5を、所望の温度にすることが可能である。つまり、所望の温度を適切に設計することで、磁電変換素子5は、ケース1内の温度に関わらず、学習時の精度を維持することができる。この結果、高精度に電流を検出できる。

先の実施の形態1では、露出部の冷却を行う分割冷却構造として、コア4の冷却を外気で行う構造を採用していた。これに対して、本実施の形態2では、上述したように、冷却性能を高めるため、冷却器7とは異なる冷却器9を、冷却器7から直接温度が伝達しないように配置させ、かつ、冷却器9に所望の温度となるような冷却性能を与え、コア4を介して磁電変換素子5を冷却する構造を、分割冷却構造として採用している。

この結果、スイッチ素子2の発熱によるケース1内の温度上昇に関わらず、磁電変換素子5を、学習時の精度を維持することができ、高精度に電流を検出し、接続される誘導素子の電流供給量を精度よく制御することができる。

以上のように、実施の形態2によれば、先の実施の形態1で説明した、スイッチ素子の直下に配置する冷却器に加えて、コア専用の個別の冷却器を用いて、コアを積極的に冷却する分割冷却構造を備えている。この結果、スイッチ素子の発熱によるケース内の温度上昇に関わらず、磁電変換素子を用いて高精度に電流を検出し、接続される誘導素子の電流供給量を精度よく制御することができる。

特に、コア専用の冷却器に所望の温度となるような冷却性能を持たせることで、外気により露出部を冷却するときと比べ、より高精度な電流検出が可能となる。

実施の形態3. 本実施の形態3では、コア専用の冷却器9を採用する代わりに、冷却器7に対してさらにダクトを設け、コア4の冷却効果を高める構成について説明する。

図4は、本発明の実施の形態3に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。図4に示した構成は、先の図2に示した構成と比較すると、スイッチ素子2の冷却器7にダクト10を設け、冷媒を強制対流により冷却する際に、冷媒をコア4の冷却にも積極的に用いているところが異なっている。そこで、露出部の冷却を行う分割冷却構造として、ダクト内を流れる冷媒を積極的に用いる本実施の形態3の技術的特徴について、以下に説明する。

冷却器7をより冷却したい場合には、図4に示すように、冷却器7の入口へダクト10を取り付け、冷媒を強制対流により冷却することが考えられる。ダクト10を取り付けることで、冷媒の流量や方向を制御することができるため、冷却器7をより冷却できることとなる。

このとき、ケース1の下に位置するダクト10の上部を開放し、ダクト10内にコア4の露出部が挿入されるようにして、ダクト10を冷却器7の入口へ取り付ける。このようにすることで、冷媒がコア4にも当たり、コア4が冷却される。

このような分割冷却構造を採用することで、先の実施の形態1のように、コア4に外気が触れる状態のときよりも、安定的にコア4を冷媒により冷却することができる。また、図4に示したように、冷媒を流す方向を冷媒方向11とすることで、冷却器7の熱を、コア4と逆方向に排出させることができる。このため、コア4に冷却器7の熱が伝導することを防止することができる。

さらに、冷媒が直接触れているコア4の温度は、冷媒の温度を制御することで、所望の温度に制御できる。このため、磁電変換素子5も、所望の温度に制御できることとなる。つまり、磁電変換素子5の温度をケース1内の温度に関わらず、学習時の温度とすることができ、先の実施の形態2と同様の効果を得ることができる。

さらに、コア4の冷却手段を冷媒とすることで、コア4に冷却器9を取り付けることができない場合であっても、コア4を所望の温度に冷却することができる。このため、先の実施の形態2に対し、冷却器9が必要ない分、軽量化を図ることができる。また、本実施の形態3の分割冷却構造は、スイッチ素子2とコア4を冷却する際に、共通の冷却器7と共通の冷媒を用いている。このため、コア4を冷却するための個別の冷却器9を用いることなく、簡単な構成によって、コア4を冷却できる効果もある。

以上のように、実施の形態3によれば、コア専用の個別の冷却器を用いることなく、スイッチ素子を冷却するための冷却器にダクトを取り付け、このダクト内を流れる冷媒によりコアを積極的に冷却する分割冷却構造を備えている。この結果、より簡単な構成で、先の実施の形態2と同様の効果を得ることができる。

実施の形態4. 本実施の形態4では、複数のコアを有する電流制御装置に関して、それぞれのコアの冷却効果を均一化させる方法について、以下に説明する。具体的には、先の実施の形態3の構成に対して湾曲したダクト10を採用した際に、3つのコア4a、4b、4cの冷却効果を均一化させることのできるレイアウトに関して説明する。

図5は、本発明の実施の形態4に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。図5は、磁電変換素子5a、5b、5cの位置で電流制御装置の長辺方向にカットした断面を示す。図5に示すように、コア4aは、ケース1に対し凸形状に、コア4bは、ケース1に対し平形状に、コア4cは、ケース1に対し凹形状に、それぞれ露出部を露出させるようにして、ケース1と一体成型される。

続いて、先の実施の形態3で示したように、冷却器7の入口にダクト10を取り付けた場合を考える。ダクト10は、必ずしも真っ直ぐな形状をしているとは限らない。例えば、ダクト10が湾曲している場合について、図6を用いて説明する。

図6は、本発明の実施の形態4に係る電流制御装置の短辺方向の断面図である。具体的には、図6は、磁電変換素子5cの位置で電流制御装置の短辺方向にカットした断面であり、電流制御装置の上面を示す図である。

また、図7は、本発明の実施の形態4に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。図6に示すような湾曲したダクト10が、図7に示すように、冷却器7の入口へ取り付けられている。また、図6中に示した点線の矢印は、湾曲したダクト10を通り、冷却器7を冷却するための冷媒の、冷媒方向11a、11b、11cを示す。

湾曲したダクト10を電流制御装置に取り付けた場合、湾曲したダクト10内の冷媒の流速は、 冷媒方向11a<冷媒方向11b<冷媒方向11c の関係となる。すなわち、湾曲したダクト10内の曲り角度が大きい壁側を流れる冷媒(冷媒方向11a)の流速は遅くなり、湾曲したダクト10内の曲り角度が小さい壁側を流れる冷媒(冷媒方向11c)の流速は早くなる。

先の実施の形態3における図4のダクト10を、図6に示すように湾曲したダクト10とした場合には、流速が速い冷媒ほど、コア4a、4b,4cを冷却する性能が高い。このため、流速が速い冷媒の当たるコア4cが一番冷却される。

つまり、湾曲したダクト10を用いる場合には、磁電変換素子5a、5b、5cの冷却度合が異なり、磁電変換素子5a、5b、5cの温度が均一とはならない、このため、検出精度に温度依存がある磁電変換素子5a、5b、5cにより、各相の電流検出誤差が異なる結果となってしまう。

先の実施の形態3に係る電流制御装置に湾曲したダクト10を取り付ける場合、コア4a、4b,4cの冷却状態から、コア4a、4b,4cの温度の関係は、 コア4a>コア4b>コア4c となる。

一方、磁電変換素子5a、5b、5cは、温度が高い程、検出誤差が大きい。従って、電流検出誤差は、 磁電変換素子5a>5b>5c となる。

バスバー6aをA相、バスバー6bをB相、バスバー6cをC相とした場合、電流制御装置が制御する電流の誤差は、大きい順に A相>B相>C相 となる。

電流制御装置にモータを接続したとき、モータのスムーズな回転は、電流制御装置が出力するA相、B相、C相の三相電流のバランスと密接な関係を有する。A相、B相、C相の三相の電流バランスが不均一な場合には、電流リップルが大きくなり、モータは、スムーズな回転をすることができず、運転性が低下する。このような運転性の低下を抑制するためには、電流検出誤差がある場合にも、その電流検出誤差の値を、A相、B相、C相で均一となるようにすることが望ましい。

そこで、湾曲したダクト10を使用する際に、各相での電流検出誤差を均一にする手法について、以下に説明する。図5に示すように、コア4aは、ケース1に対し凸形状として露出するように露出部が配置されている。このため、ケース1に対し露出した表面積分、冷媒により冷却される。

コア4bは、ケース1に対し平形状として露出するように露出部が配置されている。このため、コア4bの底面積分、冷媒により冷却される。コア4cは、ケース1に対し凹形状として露出するように露出部が配置されている。このため、冷却器7に向かい冷媒を流したとき、凹形状が抵抗となり、冷媒の流速が低下した状態で、コア4cの底面積分が冷媒により冷却される。

従って、このような露出配置構造による冷却性能は、高い順に、 コア4a>、コア4b>コア4c となる。

一方、湾曲したダクト10内の冷媒の流速は、 冷媒方向11a<冷媒方向11b<冷媒方向11c の関係となる。この関係は、分割冷却構造による冷却性能の大小関係に相当する。

つまり、冷却性能が低い冷媒方向11aの冷媒には、冷却性能の高いコア4aを配置し、冷却性能が低い冷媒方向11cの冷媒には、冷却性能の高い4aを配置し、冷却性能が冷媒方向11aより高く、冷媒方向11aよりも低い冷媒方向11bの冷媒には、冷却性能がコア4aより低く、冷媒方向コア4cよりも高いコア4bを配置する。

このような配置とすることで、湾曲したダクト10へ冷媒を流したときのコア4a、4b,4cの温度の関係を、結果的に、 コア4a=コア4b=コア4c とすることが可能となる。

換言すると、湾曲したダクト10を採用する場合にも、露出配置構造および分割冷却構造によるトータルの冷却性能を、全てのコア4a、4b、4cで均一化することができる。従って、磁電変換素子5a、5b、5cの検出誤差も同一とすることができる。

また、本実施の形態4は、先の実施の形態3のように、コア4a、4b,4cが、冷却器7から直接熱が伝達されない構造となっており、先の実施の形態3と同様の効果が得られる。

以上のように、実施の形態4によれば、図5に示したようなレイアウトを採用し、トータルの冷却性能を均一化することで、湾曲したダクトを用いた場合にも、A相、B相、C相の三相の電流バランスを均一化することができる。この結果、三相の電流リップルが小さい電流を、精度よく制御して供給でき、モータをスムーズな回転に制御できる効果を得ることができる。

実施の形態5. 本実施の形態5では、先の実施の形態4とは異なる方法で、複数のコアを有する電流制御装置に関して、それぞれのコアに対するトータルの冷却効果を均一化させる場合について説明する。具体的には、先の実施の形態2に示したコア専用の冷却器を用いる構成に対して、湾曲したダクト10を採用した際に、3つのコア4a、4b、4cの冷却効果を均一化させることのできるレイアウトに関して説明する。

図8は、本発明の実施の形態5に係る電流制御装置の一例を説明するための断面図である。図8に示した構成は、先の図5に示した構成と比較すると、コア4a、4b,4cのそれぞれに対して、スイッチ素子2a、2c、2bを冷却する冷却器7とは異なる、コア専用の冷却器9a、9b、9cが設けられているところが異なっている。

コア4a、4b,4cは、同じ高さで、ケース1と一体成型される。さらに、コア4a、4b,4cは、冷却性能が 冷却器9a>冷却器9b>冷却器9c である冷却器9a、9b、9cが、個別に設置されている。なお、各冷却器9a、9b、9cは、独立し、互いに温度の影響が直接伝達しないように設置される。

コア4a、4b,4cの温度は、それぞれ、冷却器9a、9b、9cの冷却性能に依存する。このため、同じ流速の冷媒を流した場合には、コア4a、4b,4cの冷却性能は、 コア4a>、コア4b>コア4c となる。

湾曲したダクト10を採用した場合には、湾曲したダクト10内の冷媒の流速は、 冷媒方向11a<冷媒方向11b<冷媒方向11c の関係となる。

このため、冷却性能が低い冷媒方向11aの冷媒には、冷却性能の高いコア4aを配置し、冷却性能が高い冷媒方向11cの冷媒には、冷却性能の低い4cを配置し、冷却性能が冷媒方向11aより高く、冷媒方向11cよりも低い冷媒方向11bの冷媒には、冷却性能がコア4aより低く、冷媒方向コア4cよりも高いコア4bを配置する。

このような配置とすることで、湾曲したダクト10へ冷媒を流したときのコア4a、4b,4cの温度の関係を、結果的に、 コア4a=コア4b=コア4c とすることが可能である。

換言すると、湾曲したダクト10を採用する場合にも、露出配置構造および分割冷却構造によるトータルの冷却性能を、全てのコア4a、4b、4cで均一化することができる。従って、前述の実施の形態4と同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施の形態5では、コア4a、4b,4cを、同じ高さとすることができる。このため、コア4a、4b,4cとケース1とを一体成型するときに、同形状の治具でコア4a、4b,4cを押さえて成形することができ、コア4a、4b,4cでそれぞれ異なる形状の治具を設計する必要がなくなる。この結果、本実施の形態5の構成は、先の実施の形態4の構成と比較して、一体成型に関わる設計工数を削減できる効果がある。

以上のように、実施の形態5によれば、図8に示したようなレイアウトを採用し、トータルの冷却性能を均一化することで、湾曲したダクトを用いた場合にも、全てのコアの高さを同一としてケースと一体成形した上で、A相、B相、C相の三相の電流バランスを均一化することができる。この結果、先の実施の形態4と同様の効果を得ることができるとともに、一体成型に関わる設計工数の削減効果を得ることができる。

なお、スイッチ素子2は、MOS−FETやIGBT、または、これらを組み合わせたパワーモジュールで実現可能である。また、基板に搭載される制御手段は、マイコンで実現可能である。また、磁電変換素子5は、ホール素子で実現可能である。さらに、一体成型は、インサート成形を用いることで実現可能である。

また、本発明は、その発明の範囲内において、上述した実施の形態1〜5にて説明した内容を自由に組み合わせたり、あるいは各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

1 ケース、2、2a、2b、2c スイッチ素子、3 基板、4、4a、4b、4c コア、5、5a、5b、5c 磁電変換素子、6、6a、6b、6c バスバー、7 冷却器(第1冷却器)、8 カバー、9、9a、9b、9c 冷却器(第2冷却器)、10 ダクト、11、11a、11b、11c 冷媒方向。