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1. WO2020008922 - 電力変換装置

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明 細 書

発明の名称 電力変換装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005  

先行技術文献

特許文献

0006  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0007   0008  

課題を解決するための手段

0009  

発明の効果

0010  

図面の簡単な説明

0011  

発明を実施するための形態

0012  

実施例 1

0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064  

実施例 2

0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078  

実施例 3

0079   0080   0081  

実施例 4

0082   0083   0084   0085   0086  

符号の説明

0087  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

明 細 書

発明の名称 : 電力変換装置

技術分野

[0001]
 本発明は、直流電力を交流電力に変換、あるいは交流電力を直流電力に変換するために使用される電力変換装置に関する。

背景技術

[0002]
 車両の電動機の駆動に用いられる電力変換装置は、高信頼化のために内蔵部品が故障した場合においても継続した動作が求められる。部品故障時にも動作を継続することができる構成としては、機能を冗長化する方法がよく用いられる。
[0003]
 電力変換装置では、出力電流を制御するために電力変換装置の出力となる交流電流を検出して、所望の電流値となるように装置内のパワー半導体をオン・オフするタイミングを変えることで出力電流を制御している。出力電流を検出する電流センサにおいては、ひとつの被検出電流に対して2つの電流センサを用いて検出することで冗長化し、一方の電流センサが故障した際にも継続動作できるようにする方法が一般的である。
[0004]
 電流を検出する方法としては、特許文献1に開示されているように、被検出電流が流れる導体にギャップを有する磁性コアを貫通させ、ギャップに設置したホール素子で導体近傍の磁界を検出する電流センサがよく使用される。このような電流センサを冗長化する場合には、磁性コアを2重に置き、それぞれのコアを通る磁界を2重のホール素子で検出する。
[0005]
 また、特許文献2には磁性コアを使用せずに電流を検出する電流センサが開示されているが、このような電流センサを冗長化する場合には、ホール素子等の電流検出素子数が倍となる。

先行技術文献

特許文献

[0006]
特許文献1 : 特開2003-14789号公報
特許文献2 : 特開2005-207791号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0007]
 しかしながら、上述の従来技術では、1相の磁性コアを通る磁界を2つの電流検出素子で検出するため、電流検出対象の相の電流検出素子数が倍となる。電流検出素子数が増えると、電流センサのコストが増大するという課題がある。
[0008]
 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、電力変換装置における電流センサのコスト削減を実現できる電力変換装置を提案しようとするものである。

課題を解決するための手段

[0009]
 かかる課題を解決するため本発明においては、電力変換装置は、第1の交流導体を貫通しかつ第1のギャップを形成する第1の磁性コアと、第2の交流導体を貫通しかつ第2のギャップを形成する第2の磁性コアと、前記第1のギャップ及び前記第2のギャップを跨るように配置される第1の電流検出素子と、を備えるようにした。

発明の効果

[0010]
 本発明によれば、電力変換装置における電流センサのコスト削減を実現できる。

図面の簡単な説明

[0011]
[図1] 実施例1の電力変換装置の構成例を示す図。
[図2] 実施例1の電力変換装置の外観例を概略的に示す斜視図。
[図3] 実施例1の電流センサの構成例を示す図。
[図4] 実施例1の電流検出素子の異常判定処理例を示すフローチャート。
[図5] 実施例2の電流センサの構成例を示す図。
[図6] 実施例2の電流検出素子の異常判定処理例を示すフローチャート。
[図7] 実施例3の電流センサの構成例を示す図。
[図8] 実施例3の変形例の電流センサの構成例を示す図。
[図9] 実施例4の電流センサの構成例を示す図。

発明を実施するための形態

[0012]
 以下図面に基づいて、本発明の実施例を詳述する。以下の実施例の説明では、同一の要素に同一符号を付与して、後出の説明を省略する。
実施例 1
[0013]
(1-1)実施例1の電力変換装置の構成例
 図1は、実施例1の電力変換装置の構成例を示す図である。本実施例の電力変換装置500は、パワー半導体モジュール100U、100V、及び100Wと、コンデンサモジュール200と、正極導体310と、負極導体320と、から構成される。電力変換装置500は、直流電流を3相の交流電流に変換、または3相の交流電流を直流電流に変換する電力変換装置である。
[0014]
 それぞれのパワー半導体モジュールには、交流端子が設けられる。すなわち、パワー半導体モジュール100Uは、モジュール交流端子150Uを有する。パワー半導体モジュール100Vは、モジュール交流端子150Vを有する。パワー半導体モジュール100Wは、モジュール交流端子150Wを有する。交流導体340U、340V、及び340Wの一端はそれぞれモジュール交流端子150U、150V、及び150Wと接続され、もう一端(342U、342V、及び342W)はモータ(図示せず)の3相端子それぞれと接続される。交流導体340U、340V、及び340WにはUVWの各相の電流を検出する電流センサ250が設けられている。
[0015]
 正極導体310の直流入出力正極端子319は、高電圧バッテリー(図示せず)の正極端子と接続される。負極導体320の直流入出力負極端子329は、高電圧バッテリーの負極端子に接続される。
[0016]
 コンデンサモジュール200は、正極導体310と負極導体320とに電気的に接続される。
[0017]
 パワー半導体モジュール100U、100V、及び100Wのそれぞれは、上アームと下アームの半導体素子から構成されている。なお、以下で半導体素子として絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを例に使用しており、以下略してIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)と記す。なお、IGBTに限らず、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の他のパワー半導体であってもよい。
[0018]
 例えばV相を例に説明するが、U相及びW相も、V相と同様である。パワー半導体モジュール100Vの上アームは、IGBT161とダイオード162から構成される。また、上アームには、IGBT161をオン・オフするための制御端子171が設けられている。パワー半導体モジュール100Vの下アームは、IGBT163とダイオード164から構成される。また、下アームには、IGBT163をオン・オフするための制御端子172が設けられている。
[0019]
 また上アームのIGBT161のコレクタには、正極導体310と接続するためのモジュール正極端子111が設けられている。下アームのIGBT163のエミッタは、負極導体320と接続するためのモジュール負極端子121が設けられている。また上アームのIGBT161のエミッタと下アームのIGBT163のコレクタとの間には、モジュール交流端子150Vが設けられている。
[0020]
 電力変換装置500は、上アームの制御端子171及び下アームの制御端子172に印加する制御信号を切り換えることで、直流電流から交流電流、又は交流電流から直流電流に変換できる。例えば、パワー半導体モジュール100Vの上アームのIGBT161をオンにし、下アームのIGBT163をオフの定常状態では、正極導体310からモジュール正極端子111を通ってモジュール交流端子150Vに向かって電流が流れる。逆にパワー半導体モジュール100Vの上アームのIGBT161をオフにし、下アームのIGBT163をオンの定常状態では、モジュール交流端子150Vからモジュール負極端子121に向かって電流が流れる。
[0021]
 また、電力変換装置500は、インバータ制御部51と、電流算出部52とを有する制御回路基板50を備える。
[0022]
 インバータ制御部51は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)を一例とするマイクロ・コンピュータ等の処理装置である。インバータ制御部51は、モータのトルク指令値や、電流算出部52により出力電圧から算出されたモータの出力電流(被測定電流値)に基づいて、パワー半導体モジュール100U、100V、及び100Wそれぞれの上アームと下アームに対してゲート駆動指令を出力する。
[0023]
 また、電流算出部52は、後述のように、電流センサ250の出力電圧の検知結果をもとに、電流センサ250の異常を判定する。電流算出部52は、電流センサ250の異常を判定し、後述のいずれの電流検出素子が異常であるかを特定すると、異常であると特定した電流検出素子の出力電圧を用いず除外して、異常でない電流検出素子の出力電圧を用いてモータの出力電流を算出する。
[0024]
(1-2)実施例1の電力変換装置の外観
 図2は、実施例1の電力変換装置の外観例を概略的に示す斜視図である。電力変換装置500は、正極導体310と、負極導体320と、交流導体340U、340V、及び340Wと、パワー半導体モジュール100U、100V、及び100Wと、コンデンサモジュール200と、電流センサ250と、から構成される。
[0025]
 コンデンサモジュール200は、正極導体310と電気的に接続される正極端子と、負極導体320と電気的に接続される負極端子が設けられる。
[0026]
 W相を例にとって説明すると、パワー半導体モジュール100Wのモジュール正極端子111は、正極導体310の正極端子311と電気的に接続される。パワー半導体モジュール100Wのモジュール負極端子121は、負極導体320の負極端子321と電気的に接続される。パワー半導体モジュール100Wのモジュール交流端子150Wは、交流導体340Wの交流端子341と電気的に接続される。電流センサ250は、交流導体340Wが電流センサ250を貫通し、交流端子342Wが引き出されるように設置される。図2では、交流導体340Wは、バスバーとしているが、円柱形状であってもよいし、もしくはケーブルであってもよい。U相及びV相もW相と同様である。
[0027]
(1-3)実施例1の電流センサの構成例
 次に、磁性コアや電流検出素子の数を削減できる冗長電流センサの構成例を示す。図3は、実施例1の電流センサの構成例を示す図である。図3は、図1に示す電流センサ250の、交流導体340U、340V、及び340Wの長手方向に垂直な断面での断面図である。以下では、交流導体340U、340V、及び340Wを交流導体11、12、及び13と読み替えるが、交流導体340U、340V、及び340Wと交流導体11、12、及び13との対応関係は、特に限定されるものではない。
[0028]
 電流センサ250は、交流導体11を貫通しかつギャップ31及びギャップ32を形成する磁性コア21と、交流導体12を貫通しかつギャップ33及びギャップ34を形成する磁性コア22と、交流導体13を貫通しかつギャップ35及びギャップ36を形成する磁性コア23とを備えている。
[0029]
 また、電流センサ250は、ギャップ31に電流検出素子41を備え、ギャップ32及びギャップ33を跨るように電流検出素子42を備え、ギャップ34及びギャップ35を跨るように電流検出素子43を備え、ギャップ36に電流検出素子44を備えている。電流検出素子41~44は、電流検出素子を垂直方向に通過する磁束を検出する。
[0030]
 電流検出素子41は、交流導体11に流れる電流I1が作りかつ磁性コア21に鎖交する磁束Φ1を検出する。電流検出素子42は、磁束Φ1と、交流導体12に流れる電流I2が作りかつ磁性コア22に鎖交する磁束Φ2とを検出する。電流検出素子43は、磁束Φ2と、交流導体13に流れる電流I3が作りかつ磁性コア23に鎖交する磁束Φ3とを検出する。電流検出素子44は、磁束Φ3を検出する。
[0031]
 電流検出素子41~44としてはホール素子等を用い、電流検出素子を貫く磁束Φ1、Φ2、Φ3の強度により変化する信号を出力する。
[0032]
 ここで、電流検出素子41、42、43、及び44の出力信号(出力電圧)をそれぞれV1、V2、V3、及びV4とし、電流検出素子を貫く磁束に対する感度係数をFとすると、出力信号V1~V4はそれぞれ下記(1)式~(4)式で表現できる。下記(1)式~(4)式では、図3における電流検出素子の下方から上方への向きを磁束の正方向としている。
[0033]
V1=F・Φ1     ・・・(1)
V2=F・(Φ2-Φ1)・・・(2)
V3=F・(Φ3-Φ2)・・・(3)
V4=-F・Φ3    ・・・(4)
[0034]
 上記(1)式~(4)式を用いて磁束Φ1、Φ2、及びΦ3と出力信号V1、V2、V3、及びV4の関係を表すと、下記(5)式~(7)式で表現できる。
[0035]
Φ1=V1/F=-(V2+V3+V4)/F  ・・・(5)
Φ2=(V1+V2)/F=-(V3+V4)/F・・・(6)
Φ3=(V1+V2+V3)/F=-V4/F  ・・・(7)
[0036]
 上記(5)式~(7)式より、電流検出素子41、42、43、及び44の出力信号V1、V2、V3、及びV4から、交流導体11、12、13に流れる電流I1、I2、及びI3が作る磁束Φ1、Φ2、及びΦ3を算出することができる。さらに、磁性コアに鎖交する磁束強度から交流導体に流れる電流への換算係数を事前に算出することで、電流検出素子41、42、43、及び44の出力信号V1、V2、V3、及びV4から、交流導体11、12、及び13それぞれを流れる電流値を算出することが可能となる。
[0037]
(1-4)実施例1の電流検出素子の異常判定処理例
 上述したように、交流導体11、12、及び13に流れる電流I1、I2、及びI3が作る磁束Φ1、Φ2、Φ3は、上記(5)式、(6)式、及び(7)式から算出することが可能である。さらに上記(5)式、(6)式、及び(7)式より、磁束Φ1、Φ2、及びΦ3は2種類の数式で表現できることが分かる。
[0038]
 例えば磁束Φ1は、上記(5)式より、電流検出素子41の出力信号V1をもとに算出できると共に、電流検出素子の出力信号V2、電流検出素子の出力信号V3、電流検出素子の出力信号V4をもとに算出できるように、2種類の方法から算出できる。つまり、電流検出素子41が異常の際には、電流検出素子42と、電流検出素子43と、電流検出素子44との出力信号V2、V3、及びV4を用いて磁束Φ1を算出することができる。
[0039]
 一方、電流検出素子42、電流検出素子43、電流検出素子44のいずれかひとつが異常の際には、電流検出素子41の出力信号V1から磁束Φ1を算出することができる。同様に、磁束Φ2および磁束Φ3も上記(6)式及び(7)式から2種類の数式で算出することができ、異常である電流検出素子を除いた電流検出素子の出力信号を使って磁束Φ1、Φ2、及びΦ3を算出することが可能である。
[0040]
 次に、異常となった電流検出素子を判別する方法について説明する。なお、以下では、簡単のために電流検出素子の出力信号に雑音などが重畳していない理想的な条件で説明する。
[0041]
 すべての電流検出素子が正常の場合には、上記(1)式、(2)式、(3)式、及び(4)式より、下記(8)式の関係式が得られる。
[0042]
V1+V2+V3+V4=0・・・(8)
[0043]
 上記(8)式より、信号出力V1、V2、V3、及びV4の和がゼロであれば、すべての電流検出素子が正常であると判断できる。言い換えると、V1、V2、V3、及びV4の和がゼロではないときには、いずれかの電流検出素子が異常であると判断できる。
[0044]
 次に、いずれかの電流検出素子が異常の場合について考える。通常、各交流導体に流れる電流I1、I2、I3の和はゼロであり、これらの電流が作る磁束Φ1、Φ2、及びΦ3の和もゼロになる。つまり、下記(9)式のようになる。
[0045]
Φ1+Φ2+Φ3=0・・・(9)
[0046]
 上記(9)式に上記(5)式、(6)式、(7)式を代入する。まず電流検出素子41の出力信号V1を使用せずに上記(9)式を式変形すると下記(10)式が得られる。
[0047]
V2+2V3+3V4=0・・・(10)
[0048]
 同様に、出力信号V2、V3、V4をそれぞれ用いずに上記(9)式を式変形すると下記(11)式、(12)式、(13)式が得られる。
[0049]
V1-V3-2V4=0 ・・・(11)
2V1+V2-V4=0 ・・・(12)
3V1+2V2+V3=0・・・(13)
[0050]
 上記(10)式が成立する場合には出力信号V2、V3、及びV4が正常であり、これよりV1が異常であることが分かる。同様に、上記(11)式が成立する場合には出力信号V1、V3、及びV4が正常であり、これよりV2が異常であることが分かる。同様に、上記(12)式が成立する場合には出力信号V1、V2、及びV4が正常であり、これよりV3が異常であることが分かる。同様に、上記(13)式が成立する場合には出力信号V1、V2、及びV3が正常であり、これよりV4が異常であることが分かる。このように異常が発生した電流検出素子を特定できる。
[0051]
(1-5)実施例1の電流検出素子の異常判定処理のフローチャート
 図4は、実施例1の電流検出素子の異常判定処理例を示すフローチャートである。図4に示す電流検出素子の異常判定処理は、電流算出部52により所定周期で繰り返し実行される。
[0052]
 まず、ステップS601で電流算出部52は、上記(8)式が成立するかどうか判定する。ステップS601:Yesの場合には、電流算出部52は、すべての電流検出素子で異常が無いと判断する(ステップS605)。ステップS601:Noの場合には、電流算出部52は、電流検出素子の異常があると判断し、ステップS602に処理を移す。
[0053]
 ステップS602で電流算出部52は、上記(10)式が成立するかどうか判定する。ステップS602:Yesの場合には、電流算出部52は、電流検出素子41の異常と判断する(ステップS606)。ステップS602:Noの場合には、電流算出部52は、電流検出素子41以外の電流検出素子に異常があると判断し、ステップS603に処理を移す。
[0054]
 ステップS603で電流算出部52は、上記(11)式が成立するかどうか判定する。ステップS603:Yesの場合には、インバータ制御部51は、電流検出素子42の異常と判断する(ステップS607)。ステップS603:Noの場合には、電流算出部52は、電流検出素子43又は電流検出素子44に異常があると判断し、ステップS604に処理を移す。
[0055]
 ステップS604で電流算出部52は、上記(12)式が成立するかどうか判定する。ステップS604:Yesの場合には、電流算出部52は、電流検出素子43の異常と判断する(ステップS608)。ステップS604:Noの場合には、電流算出部52は、電流検出素子44に異常があると判断する。ステップS605~S609が終了すると、電流算出部52は、実施例1の電流検出素子の異常判定処理を終了する。
[0056]
 図4のフローチャートでは、上記(10)式~(12)式を用いて電流検出素子の異常判定を行ったが、上記(10)式~(13)式のうち上記とは異なる3式の組合せでも電流検出素子の異常判定が可能である。
[0057]
 上述では、雑音などが重畳していない理想的な条件で説明したが、実際には電流検出素子の出力には雑音が重畳する。そのため、図4で説明した電流検出素子の異常判定時には、上記(10)式、上記(11)式、上記(12)式、上記(13)式の左辺が各式に応じた閾値以下であるかどうかで判断するのが現実的である。例えばステップS601で、上記(8)式に代えて、V1+V2+V3+V4≦Vth(Vthは所定閾値)が成立するかどうかを判定してもよい。
[0058]
 また図3において、磁性コア21、22、及び23を省略すると、電流センサ250の小型化及び低コスト化を図ることができる。
[0059]
 実施例1によれば、3相の電流検出素子を、3相毎に2つずつ設ける冗長化ではなく、2相が一つの電流検出素子を共有する構成としたので、磁性コアや電流検出素子の数を倍にすることなく電流センサの冗長化を実現できると共に、電流センサの小型化を図れ、低コスト化を実現できる。また、故障した電流検出素子がいずれであるかを特定できる。電流センサ250は、鉄道車両のみならず、ハイブリッド自動車や電気自動車、産業機器に用いられる電動機に駆動電力を供給する電力変換装置に有用である。
[0060]
(1-6)実施例1の変形例
 なお図3に示す実施例1の電流センサ250の変形例を含む形態として、次の電流センサの構成がある。
[0061]
(構成1):磁性コア21及び磁性コア22と、ギャップ32及びギャップ33と、電流検出素子42とから構成される電流センサ。(構成1)の電流センサによれば、2相の電流検出を1つの電流検出素子で行うことができる。2相の電流を検出し、1相を演算で求める場合に、電流検出素子の数を減らして電流センサのコスト削減を図ることができる。
[0062]
(構成2):上記(構成1)において、磁性コア23と、ギャップ34及びギャップ35と、電流検出素子43とさらに含んで構成される電流センサ。(構成1)かつ(構成2)の電流センサによれば、3相の電流検出を2つの電流検出素子で行うので、電流検出素子の数を減らして電流センサのコスト削減を図ることができる。
[0063]
(構成3):上記(構成2)において、ギャップ31と、電流検出素子41とをさらに含んで構成される電流センサ。(構成2)かつ(構成3)の電流センサによれば、2相の電流検出を3つの電流検出素子で行うと共に、いずれの交流導体を流れる電流の検出に関しても電流検出素子が冗長構成となるので、電流センサのコスト削減を図りつつ信頼性を高めることができる。
[0064]
(構成4):上記(構成3)において、ギャップ36と、電流検出素子44とをさらに含んで構成される電流センサ。(構成3)かつ(構成4)の電流センサによれば、3相の電流検出を4つの電流検出素子で行い、いずれの交流導体を流れる電流の検出に関しても電流検出素子が冗長構成となるので、電流センサのコスト削減を図りつつ信頼性を高めることができる。
実施例 2
[0065]
(2-1)実施例2の電流センサの構成
 図5は、実施例2の電流センサの構成例を示す図である。実施例2の電流センサ250Bは、実施例1と比較して、磁性コア23が省略されている。
[0066]
(2-2)実施例2の電流検出素子の異常判定処理例
 実施例2において、上記(3)式は、下記(3-1)式に置き換えられる。なお、実施例2では、上記(4)式は用いない。
[0067]
V1=F・Φ1     ・・・(1)
V2=F・(Φ2-Φ1)・・・(2)
V3=-F・Φ2    ・・・(3-1)
[0068]
 また実施例2において、上記(5)式~(6)式は、下記(5-1)式~(6-1)式にそれぞれ置き換えられる。なお、実施例2では、上記(7)式は用いない。
[0069]
Φ1=V1/F=-(V2+V3)/F・・・(5-1)
Φ2=(V1+V2)/F=-V3/F・・・(6-1)
[0070]
 また実施例2において、上記(8)式は、下記(8-1)式に置き換えられる。
[0071]
V1+V2+V3=0・・・(8-1)
[0072]
 また実施例2において、上記(9)式は、下記(9-1)式に置き換えられる。
[0073]
Φ1+Φ2=0・・・(9-1)
[0074]
 また実施例2において、上記(10)式~(12)は、下記(10-1)式~(12-1)式にそれぞれ置き換えられる。なお、実施例2では、上記(13)式は用いない。
[0075]
V2+2V3=0・・・(10-1)
V1-V3=0 ・・・(11-1)
2V1+V2=0・・・(12-1)
[0076]
 上記(10-1)式が成立する場合には出力信号V2及びV3が正常であり、これよりV1が異常であることが分かる。同様に、上記(11-1)式が成立する場合には出力信号V1及びV3が正常であり、これよりV2が異常であることが分かる。同様に、上記(12-1)式が成立する場合には出力信号V1及びV2が正常であり、これよりV3が異常であることが分かる。
[0077]
(2-3)実施例1の電流検出素子の異常判定処理のフローチャート
 図6は、実施例2の電流検出素子の異常判定処理例を示すフローチャートである。図6に示す電流検出素子の異常判定処理は、電流算出部52により所定周期で繰り返し実行される。図6に示す実施例2の電流検出素子の異常判定処理は、図4に示すフローチャートからステップS604及びステップS608を削除し、ステップS601、S602、S603に代えて、V4=0としたステップS601-1、S602-1、及びS603-1をそれぞれ採用し、ステップS603-1:Noの場合にステップS608に処理を移す点が、図4に示す実施例1の電流検出素子の異常判定処理と異なる。
[0078]
 実施例2によれば、3相のうちの2相の電流を検出し、残り1相の電流を3相の電流が平衡状態であると仮定して演算により求める構成においても、電流を検出する2相に設けられた電流検出素子の冗長性を担保し、いずれか1つの電流検出素子に異常が発生したことを検知すると共に、異常が発生していない残り2つの電流検出素子を用いて電流検出を継続することができる。
実施例 3
[0079]
(3-1)実施例3の電流センサの構成例
 図7は、実施例3の電流センサの構成例を示す図である。実施例1及び実施例2では、磁性コアの形状が円形の場合を説明した。実施例1及び実施例2で説明した電流センサの機能は、磁性コア形状であれば適宜変更してたコア形状をであっても実現することができる。
[0080]
 よって、例えば図7に示すように、電流センサ250Cの磁性コアは、交流導体11、12、及び13の長手方向に垂直な断面での形状が角型である磁性コア21C、22C、及び23Cであってもよい。図3に示した実施例1の電流センサ250と比べ、コア形状が異なること以外は、交流導体11~13と、ギャップ31~36と、電流検出素子41~44との位置関係は同じである。そのため、実施例3の電流センサ250Cは、実施例1の電流センサ250と同様の機能を持たせつつ、電流センサ250Cの小型化を図ることができる。
[0081]
(3-2)実施例3の電流センサの変形例
 なお、例えば図8に構成例を示す実施例3の変形例の電流センサ250C-1のように、磁性コア21Cと磁性コア22Cとの間や、磁性コア22Cと磁性コア23Cとの間のように、隣接する磁性コア間それぞれに磁束をシールドするシールド部材251及び252を設けてもよい。シールド部材251及び252により、電流センサ250C-1では、磁束Φ1と磁束Φ2の磁束結合や、磁束Φ2と磁束Φ3との磁束結合が抑制されるので、上記(10)式~(13)式を用いた電流検出素子の異常判定処理における異常検出精度の低下を防止できる。
実施例 4
[0082]
 実施例1~実施例3では、交流導体11~13と電流検出素子41~44とが、略直線状に並んで配置された場合について説明した。実施例1~実施例3で説明した電流センサの機能は、交流導体11~13と電流検出素子41~44との配置を適宜変更しても実現することができる。
[0083]
(4-1)実施例4の電流センサの構成例
 図9は、実施例4の電流センサの構成例を示す図である。例えば図9に示すように、交流導体11、12、13を、交流導体11、12、13の長手方向に垂直な断面において三角形状に配置して電流センサ250Dを構成してもよい。実施例1~実施例3の電流センサの構成例と同様に、電流センサ250Dは、交流導体11を貫通しかつギャップ31及びギャップ32Dを形成する磁性コア21Dと、交流導体12を貫通しかつギャップ33D及びギャップ34Dを形成する磁性コア22Dと、交流導体13を貫通しかつギャップ35D及びギャップ36を形成する磁性コア23Dとを備えている。
[0084]
 また、電流センサ250Dは、ギャップ31に電流検出素子41を備え、ギャップ32D及びギャップ33Dを跨るように電流検出素子42を備え、ギャップ34D及びギャップ35Dを跨るように電流検出素子43を備え、ギャップ36に電流検出素子44を備えている。
[0085]
 このような電流センサ250Dの構成であっても、実施例1~実施例3の電流センサと同様の機能を持たせつつ、電流センサのコンパクト化を図ることができる。
[0086]
 なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上述した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上述した実施例では電流検出素子としてホール素子を例として説明したが、同様の機能を有する別の電流検出素子を使用した場合でも同様の効果が得られる。さらに実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また上述の実施の形態及び変形例で例示した各構成及び各処理は、実装形態や処理効率に応じて適宜統合、分離、又は処理順序の入れ替えを行ってもよい。また、例えば上述の実施例及び変形例は、矛盾しない範囲で、その一部又は全部を組合せてもよい。

符号の説明

[0087]
11、12、13:交流導体
21、21C、21D、22、22C、22D、23、23C、23D:磁性コア
31、32、32D、33、33D、34、34D、35、35D、36:ギャップ
41、42、43、44:電流検出素子
250、250B、250C、250C-1、250D:電流センサ
251、252:シールド部材
500:電力変換装置

請求の範囲

[請求項1]
 電流センサを有する電力変換装置において、
 前記電流センサは、
 第1の交流導体を貫通しかつ第1のギャップを形成する第1の磁性コアと、
 第2の交流導体を貫通しかつ第2のギャップを形成する第2の磁性コアと、
 前記第1のギャップ及び前記第2のギャップを跨るように配置される第1の電流検出素子と
 を備えることを特徴とする電力変換装置。
[請求項2]
 前記電流センサは、
 前記第2の磁性コアが、前記第2の交流導体を貫通しかつ第3のギャップを形成し、
 第3の交流導体を貫通しかつ第4のギャップを形成する第3の磁性コアと、
 前記第3のギャップ及び前記第4のギャップを跨るように配置される第2の電流検出素子と
 をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
[請求項3]
 前記電流センサは、
 前記第1の磁性コアが、前記第1の交流導体を貫通しかつ第5のギャップを形成し、
 前記第5のギャップに配置される第3の電流検出素子
 をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。
[請求項4]
 前記電流センサは、
 前記第3の磁性コアが、前記第3の交流導体を貫通しかつ第6のギャップを形成し、
 前記第6のギャップに配置される第4の電流検出素子
 をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の電力変換装置。
[請求項5]
 前記磁性コアは、前記交流導体の長手方向に垂直な断面での形状が角型である
 ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
[請求項6]
 隣接する前記磁性コア間に磁束をシールドするシールド部材を設けた
 ことを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。
[請求項7]
 前記第1の磁性コア、前記第2の磁性コア、及び前記第3の磁性コアが、前記交流導体の長手方向に垂直な断面において三角形状となるように配置された
 ことを特徴とする請求項2~4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
[請求項8]
 前記電流検出素子の出力電圧から被測定電流値を算出する電流算出部
 を備えることを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
[請求項9]
 前記電流算出部は、前記電流検出素子の出力電圧から故障した電流検出素子を特定する
 ことを特徴とする請求項8に記載の電力変換装置。
[請求項10]
 前記電流算出部は、前記故障した電流検出素子の出力電圧を除外して前記被測定電流値を算出する
 ことを特徴とする請求項8又は9に記載の電力変換装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]