特許 7393456 電力制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-28

(45)【発行日】2023-12-06

(54)【発明の名称】電力制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20231129BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022038597

(22)【出願日】2022-03-11

(65)【公開番号】P2023132967

(43)【公開日】2023-09-22

【審査請求日】2023-01-19

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】チッスパ― ギンディーポップ

(72)【発明者】

【氏名】桃木 正憲

【審査官】町田 舞

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００９／１５０８７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－０９３９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／２１０２０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－０７２７６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４２－７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１配線パターン及び前記第１配線パターンに実装される複数の第１スイッチング素子を有する第１スイッチ基板と、
第２配線パターン及び前記第２配線パターンに実装される複数の第２スイッチング素子を有する第２スイッチ基板と、
前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン状態とオフ状態とを制御する制御部を有する制御基板と、
前記第１スイッチ基板、前記第２スイッチ基板及び前記制御基板を収容する装置ケースと、を備え、
前記第１スイッチ基板、前記第２スイッチ基板及び前記制御基板は、前記第１スイッチ基板、前記制御基板、前記第２スイッチ基板の順に前記装置ケースの高さ方向に所定の間隔を空けて並んで配置された状態で、前記装置ケース内に収容され、
前記第１及び第２配線パターンは、電源と電力供給対象とを電気的に接続するように形成され、
前記第１スイッチング素子は、前記電力供給対象に対して前記電源の正極側に電気的に接続されるハイサイドスイッチング素子で構成され、
前記第２スイッチング素子は、前記電力供給対象に対して前記電源の負極側に電気的に接続されるローサイドスイッチング素子で構成され、
前記第１スイッチ基板の端部に配置され、前記第１配線パターンに接続された第１基板側端子を有し、
前記第２スイッチ基板の端部に配置され、前記第２配線パターンに接続された第２基板側端子を有し、
前記第１基板側端子と前記第２基板側端子は、前記装置ケースの高さ方向に向かい合って配置され、前記第１スイッチング素子のソース電極と前記第２スイッチング素子のドレイン電極との間を電気的に接続するとともに、前記制御基板側に向かって延びる鉛直部を有し、当該鉛直部が前記制御基板側に形成された電流計測用のロゴスキーコイルパターンに挿通されている、
電力制御装置。

【請求項2】

前記第１スイッチング素子のソース電極と前記第２スイッチング素子のドレイン電極との間に電気的に接続され、前記電力供給対象に電力を供給する出力端子を有し、
前記第１基板側端子、前記第２基板側端子及び前記出力端子は、バスバー型の端子によって構成され、
前記第１基板側端子と前記第２基板側端子は、前記出力端子の側面を両側から挟み込むようにして、前記出力端子を介して接続されている、請求項１に記載の電力制御装置。

【請求項3】

前記制御基板には、該制御基板を板厚方向に貫通するスリット状の貫通部が設けられ、
前記第１基板側端子と前記第２基板側端子は、前記制御基板の前記貫通部の周囲に形成された二つの前記ロゴスキーコイルパターンにそれぞれ挿通されている、請求項１又は２に記載の電力制御装置。

【請求項4】

前記第１スイッチ基板と前記制御基板との間、及び前記第２スイッチ基板と前記制御基板との間は、複数の導体物によって前記装置ケースの高さ方向にそれぞれ連結されており、
複数の前記導体物は、前記第１配線パターンと前記制御部の信号線、及び前記第２配線パターンと前記制御部の信号線とを電気的に接続している、請求項１～３のいずれかに記載の電力制御装置。

【請求項5】

前記装置ケースは、ケース本体と、前記ケース本体に取り付けられるケースカバーとを有し、
前記第１及び第２スイッチ基板の一方は、前記ケース本体の底面に固定され、
前記第１及び第２スイッチ基板の他方は、前記ケースカバーの内面に固定され、
前記ケース本体の外面及び前記ケースカバーの外面にはそれぞれ、複数の放熱フィンが形成されている、請求項１に記載の電力制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、基板の一方の面のみに電子部品が実装された一枚の金属基板と放熱フィンと一体に構成された一枚の金属基板とで装置ケースを構成した電子回路装置が開示されている。この電子回路装置では、電子部品が実装された一方の金属基板で装置ケースの底面を構成し、他方の金属基板でケースの蓋を構成している。電子部品は装置ケース内に配置され、ケース内に樹脂を充填して封止することにより、電子部品から発せられる熱が二枚の金属基板を介して外部に放出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１１－３５４９５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

通電により発熱する回路素子として、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのスイッチング素子が知られている。これらのスイッチング素子は、電源と電力供給対象との間の電力の供給を制御する電力制御装置などに搭載される場合、金属基板などで構成された放熱性の高いスイッチ基板に実装されている。

【0005】

ところで、出力電圧の大きな電力制御装置では、スイッチング素子の搭載数が増加して基板の必要面積が大きくなる。従って、スイッチ基板の一面に全てのスイッチング素子を搭載しようとすると、スイッチ基板を収容する装置ケースも大型化するため、装置の小型化を図ることが難しいという課題がある。

【0006】

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、高出力化と両立して、装置の小型化を図ることができる電力制御装置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】

【0007】

本発明の第１の態様に係る電力制御装置は、第１配線パターン及び前記第１配線パターンに実装される複数の第１スイッチング素子を有する第１スイッチ基板と、第２配線パターン及び前記第２配線パターンに実装される複数の第２スイッチング素子を有する第２スイッチ基板と、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のオン状態とオフ状態とを制御する制御部を有する制御基板と、前記第１スイッチ基板、前記第２スイッチ基板及び前記制御基板を収容する装置ケースと、を備え、前記第１スイッチ基板、前記第２スイッチ基板及び前記制御基板は、前記第１スイッチ基板、前記制御基板、前記第２スイッチ基板の順に前記装置ケースの高さ方向に所定の間隔を空けて並んで配置された状態で、前記装置ケース内に収容され、前記第１及び第２配線パターンは、電源と電力供給対象とを電気的に接続するように形成され、前記第１スイッチング素子は、前記電力供給対象に対して前記電源の正極側に電気的に接続されるハイサイドスイッチング素子で構成され、前記第２スイッチング素子は、前記電力供給対象に対して前記電源の負極側に電気的に接続されるローサイドスイッチング素子で構成され、前記第１スイッチ基板の端部に配置され、前記第１配線パターンに接続された第１基板側端子を有し、前記第２スイッチ基板の端部に配置され、前記第２配線パターンに接続された第２基板側端子を有し、前記第１基板側端子と前記第２基板側端子は、前記装置ケースの高さ方向に向かい合って配置され、前記第１スイッチング素子のソース電極と前記第２スイッチング素子のドレイン電極との間を電気的に接続するとともに、前記制御基板側に向かって延びる鉛直部を有し、当該鉛直部が前記制御基板側に形成された電流計測用のロゴスキーコイルパターンに挿通されている。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る電力制御装置によれば、制御基板によって制御される複数のスイッチング素子を第１スイッチ基板と第２スイッチ基板とに分けて実装することにより、一枚あたりのスイッチ基板の面積が縮小される。かかる二枚のスイッチ基板は、装置ケース内において、第１スイッチ基板、制御基板、第２スイッチ基板の順に高さ方向に所定の間隔を空けて収容される。これにより、装置ケース内における基板部分の搭載面積が実質的に一枚の基板の搭載面積と同等になり、装置ケースの大型化が抑制されるため、高出力化と両立して、装置の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る電力制御装置の装置ケース内を上方側から見た平面図である。

【図2】実施形態に係る電力制御装置の分解斜視図である。

【図3】図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿って切断した装置ケースの断面図である。

【図4】第１スイッチ基板を上方側から見た平面図である。

【図5】第２スイッチ基板を上方側から見た平面図である。

【図6】第１基板側端子と第２基板側端子とが第１電源側端子を介して接続された状態を示す斜視図である。

【図7】第１基板側端子と第２基板側端子とが出力端子を介して接続された状態を示す側断面図である。

【図8】制御基板を上方側から見た平面図である。

【図9】制御基板とスイッチ基板との接続構造を示す部分側断面図である。

【図10】制御基板に形成されたロゴスキーコイルパターンを拡大して示す拡大平面図である。

【図11】図１０のＸＩ－ＸＩ線に沿って切断した切断面の拡大図である。

【図12】電力制御装置の回路図である。

【図13】検出処理部の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態について、図１～図１３を参照して説明する。本実施形態では、説明の便宜上、各図中に適宜示す上下、左右及び前後の矢印で示す方向を、それぞれ電力制御装置の上下方向、左右方向及び前後方向と定義して説明する。

【0011】

本実施形態では、本発明に係る電力制御装置の一例として、車両に搭載されるバッテリ２（電源）と三相交流モータ４（電力供給対象）との間の電力の供給を制御する電力制御装置１について説明する（図１２参照）。電力制御装置１は、図２に示すように、矩形箱状に形成された装置ケース１０と、装置ケース１０の内部に収容された二枚のスイッチ基板５０（５０Ａ，５０Ｂ）と、電流計測用コイルが設けられた一枚の制御基板６０と、を有している。

【0012】

図１及び図２に示すように、装置ケース１０は、箱状のケース本体１２と、ケース本体１２に取り付けられる蓋体状のケースカバー１４によって構成されている。ケース本体１２は、上方に開口した開口部１３を有する金属製の矩形箱状部材である。ケース本体１２は、前壁部１２Ａ、後壁部１２Ｂ、左壁部１２Ｃ、右壁部１２Ｄ及び底壁部１２Ｅを備えている。また、底壁部１２Ｅの外面には、後述する第２スイッチ基板５０Ｂの熱をケース本体１２の外部に放熱するための放熱フィン１２Ｆが設けられている。

【0013】

ケースカバー１４は、金属製の矩形板状の部材である。ケースカバー１４は、ケース本体１２の前後左右の壁部１２Ａ～１２Ｄの上端部に塗布される接着剤と、締結用のネジ２４を用いてケース本体１２に固定される。ケースカバー１４がケース本体１２に固定されることにより、装置ケース１０の内部に収容空間が形成される。また、ケースカバー１４の外面には、後述する第１スイッチ基板５０Ａの熱をケース本体１２の外部に放熱するための放熱フィン１４Ａが設けられている。なお、図１は、ケースカバー１４の図示を省略し、ケース本体１２の内部を上方側から見た平面図である。

【0014】

ケース本体１２の前壁部１２Ａには、一つのコネクタ装着部１６が形成されている。コネクタ装着部１６は、前壁部１２Ａに貫通形成された長孔形状の貫通孔により構成されている。このコネクタ装着部１６には、センサ側コネクタ３０が装着される。センサ側コネクタ３０は、コネクタ装着部１６に装着されるハウジングと、当該ハウジングに設けられる複数の接続端子（不図示）とを有している。センサ側コネクタ３０がコネクタ装着部１６に装着されると、複数の接続端子の一端側はそれぞれ、ハウジングから突出して装置ケース１０の内側に延び、制御基板６０に接続されるようになっている。このセンサ側コネクタ３０には、車両に搭載された各種センサ等の電気機器と繋がるハーネス（ケーブル）が図示しないコネクタを介して接続される。

【0015】

装置ケース１０内の収容空間の後方部分には、ケース本体１２の後壁部１２Ｂに面して設けられた収容凹部１８を有している。収容凹部１８は、後壁部１２Ｂ、左壁部１２Ｃ、右壁部１２Ｄ及び底壁部１２Ｅと一体に形成されており、装置ケース１０の後部底面から下方側に突出している。この収容凹部１８には、複数のコンデンサ３と、複数のコンデンサ３をケース内で保持する端子台４０が収容されている。

【0016】

端子台４０は、ケース本体１２の後壁部１２Ｂに沿って並んだバスバー型の五つの端子部材を有している。五つの端子部材のそれぞれは、一端が端子台４０から装置ケース１０の内側に延び、他端が端子台４０の上面の接続面に露出している。左端に配置された端子部材は、バッテリ２の正極と電気的に接続される第１電源側端子２０Ｐである。右端に配置された端子部材は、バッテリ２の負極と電気的に接続される第２電源側端子２０Ｎである。複数のコンデンサ３は、正極側の第１電源側端子と負極側の第２電源側端子２０Ｎとに接続され、バッテリ２に対して並列に接続されることにより、後述するインバータ回路５（図１２参照）に生じるノイズを緩和するための素子として機能する。

【0017】

第１電源側端子２０Ｐと第２電源側端子２０Ｎの間に配置された三つの端子部材は、三相交流モータ４に電力を供給する出力端子２６である。各出力端子２６（２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ）は、それぞれが三相交流モータ４の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）に対応しており、三相交流モータ４のステータの有する各相のコイルと後述するスイッチ基板５０（５０Ａ，５０Ｂ）の配線パターン５２（５２Ａ，５２Ｂ）とを電気的に接続する。

【0018】

図３に示すように、装置ケース１０の収容空間には、第１スイッチ基板５０Ａと第２スイッチ基板５０Ｂによって構成された二枚のスイッチ基板５０と、一枚の制御基板６０が収容されている。これらの基板は、上方側から第１スイッチ基板５０Ａ、制御基板６０、第２スイッチ基板５０Ｂの順に装置ケース１０の高さ方向に所定の間隔を空けて配置されている。各基板は、上下方向を板厚方向とし平面視で同等の大きさを有する矩形板状に形成されている。従って、装置ケース１０内では、基板約一枚分の搭載面積の中に、三枚の基板が収容される。

【0019】

第１及び第２スイッチ基板５０Ａ，５０Ｂは、一例として、アルミ製の基板に銅又はアルミニウム等の金属製の配線パターン５２（５２Ａ，５２Ｂ）が接合された放熱用絶縁基板で構成されている。装置ケース１０内の上部に配置された第１スイッチ基板５０Ａは、ケースカバー１４の内面（図３では下面）に塗布される接着剤によってケースカバー１４に固定されている。従って、第１スイッチ基板５０Ａは、上面側がケースカバー１４の内面に接触された状態でケースカバー１４に固定されており、第１スイッチ基板５０Ａの熱がケースカバー１４を介して外部に放熱されるようになっている。装置ケース１０内の下部に配置された第２スイッチ基板５０Ｂは、ケース本体１２の底壁部１２Ｅの内面に塗布される接着剤によってケース本体１２に固定されている。従って、第２スイッチ基板５０Ｂは、下面側がケース本体１２の内面に接触された状態でケース本体１２に固定されており、第２スイッチ基板５０Ｂの熱がケース本体１２を介して外部に放熱されるようになっている。

【0020】

制御基板６０は、ケース本体１２に固定された第２スイッチ基板５０Ｂに対して装置ケース１０の高さ方向に所定の間隔を空けた状態で複数の間隔保持部材４６を介して支持されている。間隔保持部材４６は、例えば、円筒又は多角柱形状のスペーサナットで構成されており、下端が第２スイッチ基板５０Ｂの上面に接合（接着）されている。また、制御基板６０の貫通孔（符号省略）に挿通されたネジ４８が、間隔保持部材４６の上端のネジ孔に螺合することにより、間隔保持部材４６と制御基板６０とが固定されている。

【0021】

このようにして、装置ケース１０の内部では、三枚の基板が高さ方向に所定の間隔を空けた状態で安定して保持される。従って、基板間の間隔を保持するために、装置ケース１０内の空間をポッティング樹脂で封止することが不要となっている。

【0022】

図４に示すように、第１スイッチ基板５０Ａには、制御基板６０と対向する下面側の実装領域に第１配線パターン５２Ａが形成されている。この第１配線パターン５２Ａは、バッテリ２と三相交流モータ４とを電気的に接続しており、複数のスイッチング素子５４が実装されている。なお、図４では、第１スイッチ基板５０Ａの外形を二点鎖線で示し、下面側の実装領域に設けられた部材を実線で示している。

【0023】

図５に示すように、第２スイッチ基板５０Ｂには、制御基板６０と対向する上面側の実装領域に第２配線パターン５２Ｂが形成されている。この第２配線パターン５２Ｂは、バッテリ２と三相交流モータ４とを電気的に接続しており、複数のスイッチング素子５４が実装されている。

【0024】

第１及び第２スイッチ基板５０Ａ，５０Ｂの第１及び第２配線パターン５２Ａ，５２Ｂや複数のスイッチング素子５４等は、バッテリ２側の直流電流を交流電流に変換するインバータ回路５（図１２参照）の一部を構成している。インバータ回路５では、三相交流モータ４に対してバッテリ２の正極側に電気的に接続されるハイサイドスイッチング素子と、三相交流モータ４に対してバッテリ２の負極側に電気的に接続されるローサイドスイッチング素子を有している。

【0025】

本実施形態では、第１スイッチ基板５０Ａに実装される複数のスイッチング素子５４が、ハイサイドスイッチング素子を構成し、第２スイッチ基板５０Ｂに実装される複数のスイッチング素子５４がローサイドスイッチング素子を構成している。各スイッチング素子５４は、一例としてｎＭＯＳＦＥＴ（ｎ型ＭＯＳ電界効果トランジスタ）で構成されており、三相交流モータ４の各相に供給する電力のスイッチングを行う。

【0026】

具体的に、第１スイッチ基板５０Ａの第１配線パターン５２Ａには、三相交流モータ４の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）に対応するそれぞれ六つのハイサイドスイッチング素子５４ＵＨ，５４ＶＨ，５４ＷＨが実装されている。図４に示すように、各相のハイサイドスイッチング素子５４ＵＨ，５４ＶＨ，５４ＷＨは、相毎に分かれて配列され、一方向（図４では前後方向）に列を成して並べられている。

【0027】

第１配線パターン５２Ａは、ドレイン接続パターン部５２１、ソース接続パターン部５２２及び連結パターン部５２３を含み、バッテリ２の正極と三相交流モータ４との間で電圧レベルの高い電流路を構成している。ドレイン接続パターン部５２１とソース接続パターン部５２２は、各相のハイサイドスイッチング素子５４ＵＨ，５４ＶＨ，５４ＷＨによる配列の両側に配置され、配列方向（前後方向）に沿って略平行に延びている。ドレイン接続パターン部５２１は、各相のハイサイドスイッチング素子５４ＵＨ，５４ＶＨ，５４ＷＨのドレイン電極に接続される。また、ソース接続パターン部５２２は、各相のハイサイドスイッチング素子５４ＵＨ，５４ＶＨ，５４ＷＨのソース電極に接続される。これにより、各相に対応する六つのハイサイドスイッチング素子同士が並列に接続される。また、連結パターン部５２３は、第１スイッチ基板５０Ａの前端側で左右方向に延び、各相のドレイン接続パターン部５２１の端部同士を連結している。かかるパターン配置により、第１スイッチ基板５０Ａの後端側では、各相のドレイン接続パターン部５２１及びソース接続パターン部５２２の一端が連結パターン部５２３を回避して配置される。従って、第１配線パターン５２Ａに接続される五つの第１基板側端子５６Ａを第１スイッチ基板５０Ａの後端側に集約して配置することができる。これら五つの第１基板側端子５６Ａは、基本構成を互いに同一とするバスバー型の端子部材で構成されている。

【0028】

本実施形態では、Ｕ相のドレイン接続パターン部５２１の一端に接続される一つの第１基板側端子５６Ａと、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各ソース接続パターン部５２２の一端に接続される三つの第１基板側端子５６Ａと、ノイズ除去用のセラミックコンデンサ（不図示）に接続されたノイズ除去パターン部５２４の一端に接続される一つの第１基板側端子５６Ａと、が第１スイッチ基板５０Ａの後端側で左端から右端に向かって並んで配置されている。

【0029】

Ｕ相のドレイン接続パターン部５２１の一端に接続された第１基板側端子５６Ａは、バッテリ２の正極に接続される第１電源側端子２０Ｐに接続される。また、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各ソース接続パターン部５２２の一端に接続された第１基板側端子５６Ａは、三相交流モータ４の各相に電力を供給する三つの出力端子２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗにそれぞれ接続される。また、ノイズ除去パターン部５２４の一端に接続された第１基板側端子５６Ａは、バッテリ２の負極に接続される第２電源側端子２０Ｎに接続される。

【0030】

図５に示すように、第２スイッチ基板５０Ｂの第２配線パターン５２Ｂには、三相交流モータ４の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）に対応するそれぞれ六つのローサイドスイッチング素子５４ＵＬ，５４ＶＬ，５４ＷＬが実装されている。各相のローサイドスイッチング素子５４ＵＬ，５４ＶＬ，５４ＷＬは、相毎に分かれて配列され、一方向（図５では前後方向）に列を成して並べられている。

【0031】

第２配線パターン５２Ｂにおいても、第１配線パターン５２Ａと同様にドレイン接続パターン部５２１、ソース接続パターン部５２２及び連結パターン部５２３を含んでいる。この第２配線パターン５２Ｂは、バッテリ２の負極と三相交流モータ４との間で第１配線パターン５２Ａよりも電圧レベルの低い電流路を構成している。第２配線パターン５２Ｂのドレイン接続パターン部５２１とソース接続パターン部５２２は、各相のローサイドスイッチング素子５４ＵＬ，５４ＶＬ，５４ＷＬによって形成される配列の両側に配置され、互いに平行に延びている。これにより、各相に対応する六つのローサイドスイッチング素子同士が並列に接続される。また、連結パターン部５２３は、第２スイッチ基板５０Ｂの前端側で左右方向に延び、各相のソース接続パターン部５２２の端部同士を連結している。かかるパターン配置により、第２スイッチ基板５０Ｂの後端側には、第２配線パターン５２Ｂに接続される五つの第２基板側端子５６Ｂが集約して配置される。五つの第２基板側端子５６Ｂは、第１基板側端子５６Ａと基本構成を同一とするバスバー型の端子部材で構成されている。

【0032】

具体的に、ノイズ除去用のセラミックコンデンサ（不図示）に接続されたノイズ除去パターン部５２４の一端に接続される一つの第２基板側端子５６Ｂと、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各ドレイン接続パターン部５２１の一端に接続される三つの第２基板側端子５６Ｂと、Ｗ相のソース接続パターン部５２２の一端に接続される一つの第２基板側端子５６Ｂと、が第２スイッチ基板５０Ｂの後端側で左端から右端に向かって並んで配置されている。

【0033】

ノイズ除去パターン部５２４の一端に接続された第２基板側端子５６Ｂは、バッテリ２の正極に接続される第１電源側端子２０Ｐに接続される。また、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各ドレイン接続パターン部５２１の一端に接続された第２基板側端子５６Ｂは、三相交流モータ４の各相に電力を供給する三つの出力端子２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗにそれぞれ接続される。Ｗ相のソース接続パターン部５２２の一端に接続された第２基板側端子５６Ｂは、バッテリ２の負極に接続される第２電源側端子２０Ｎに接続される。

【0034】

図６及び図７に示すように、上記構成による第１スイッチ基板５０Ａ及び第２スイッチ基板５０Ｂでは、各基板の後端側に設けた五つの第１基板側端子５６Ａと五つの第２基板側端子５６Ｂとが装置ケース１０の高さ方向に向かい合って配置されている。

【0035】

ここで、第１及び第２基板側端子５６Ａ，５６Ｂは、一体に設けられた接続部５６１、鉛直部５６２、湾曲部５６３及び水平部５６４をそれぞれ有している。接続部５６１は、スイッチ基板５０（５０Ａ，５０Ｂ）の実装面に載置されて半田付けされることにより、配線パターン５２（５２Ａ，５２Ｂ）に接続されている。鉛直部５６２は、接続部５６１の端部から直角に折れ曲げられて形成され、制御基板６０に向かって延びている。湾曲部５６３は、鉛直部５６２の先端から略クランク状に湾曲して基板の外側に向かって延びている。水平部５６４は、湾曲部５６３の先端から水平に伸び、その先端が端子台４０から延びる第１及び第２電源側端子２０Ｐ，２０Ｎ又は出力端子２６の片側の側面に当接されて半田付け又は抵抗溶接される。

【0036】

第１基板側端子５６Ａと第２基板側端子５６Ｂとは、同一の基本構成を有し、装置ケース１０の高さ方向に逆向きに配置されている。従って、装置ケース１０内に実装された状態では、向かい合って配置された一組の第１基板側端子５６Ａと第２基板側端子５６Ｂとが、共通の端子部材（２０Ｐ，２０Ｎ，２６）の側面を両側から挟見込むようにして、当該端子部材を介して接続されている。このようにして、第１スイッチ基板５０Ａの第１配線パターン５２Ａと第２スイッチ基板５０Ｂの第２配線パターン５２Ｂとの接続線路が装置ケース１０の高さ方向の空間を利用して設けられており、基板間の接続線路の短縮化が図られている。

【0037】

また、三つの第１基板側端子５６Ａと三つの第２基板側端子５６Ｂによって三相交流モータ４の各相のハイサイドスイッチング素子５４ＵＨ，５４ＶＨ，５４ＷＨのソース電極とローサイドスイッチング素子５４ＵＬ，５４ＶＬ，５４ＷＬのドレイン電極との間が接続されている。更に、互いに向かい合う第１基板側端子５６Ａと第２基板側端子５６Ｂとが、共通の出力端子２６を介して接続されることにより、接続用のバスバーを用いた複雑な配線が不要であり、配線の効率化が図られている（図７参照。）。

【0038】

ここで、三相交流モータ４の各相に対応して設けられた三つの第１基板側端子５６Ａと三つの第２基板側端子５６Ｂは、それぞれが、制御基板６０に設けられた六つの電流計測用コイルに挿通されている。

【0039】

図８に示すように、制御基板６０は、矩形板状のプリント配線板で構成されている。制御基板６０の後端側には、六つの貫通部６２が左右方向に並んで形成されている。これらの貫通部６２は、制御基板６０の後端部に形成されたスリット状の切り欠きであり、制御基板６０を板厚方向に貫通している。六つの貫通部６２の周囲にはそれぞれ、電流検出センサの一部を構成する電流計測用コイルとしてのロゴスキーコイルのパターン７０が形成されている。このロゴスキーコイルのパターン７０は配線パターンとして制御基板６０に形成されており、制御基板６０と一体に形成されている。以下、これらのパターン７０をロゴスキーコイル７０と称する。

【0040】

制御基板６０は、電力制御装置１として構成される場合、装置ケース１０内の収容空間において、第１スイッチ基板５０Ａと第２スイッチ基板５０Ｂの間に配置され、各スイッチ基板５０Ａ，５０Ｂとの間には、高さ方向に所定の間隔が設けられる。この状態では、制御基板６０の六つの貫通部６２には、三つの第１基板側端子５６Ａの鉛直部５６２と三つの第２基板側端子５６Ｂの鉛直部５６２とが貫通部６２の縁に対して非接触の状態で挿通される。これにより、三相交流モータ４の各相に対応して設けられた三つの第１基板側端子５６Ａと三つの第２基板側端子５６Ｂに流れる電流が、ロゴスキーコイル７０を用いてセンシングされる構造となっている。これらの計測電流は、バッテリ２と三相交流モータ４との間で流れる電流をハイサイド側のソース電極とローサイド側のドレイン電極との間で計測したものである。従って、スイッチング素子５４による損失の影響が無い位置で三相交流モータ４に対する入力側の電流と出力側の電流を検出することができ、電流の検出精度を高めることができる。なお、三つの第１基板側端子５６Ａと三つの第２基板側端子５６Ｂは、互いに平行に配置されており、これらの端子に対するロゴスキーコイル７０の傾き及び距離が同一に設定されている。

【0041】

ここで、図１０及び図１１を参照し、制御基板６０に形成されたロゴスキーコイル７０について説明する。ロゴスキーコイル７０は、制御基板６０に形成され、貫通部６２と離隔して貫通部６２を取り囲むＵ字環状の領域に配置されている。ロゴスキーコイル７０は、一方の端部が電極接続片７５と接続されており、そこから貫通部６２の周囲に沿って、らせん状（進行方向に向かって時計回りに旋回するらせん状）に制御基板６０の板厚を径としたコイルが形成されている。そして、貫通部６２の周囲に沿ってほぼ一周した位置で、ロゴスキーコイル７０の他方の端部が戻し線７１と接続されている。

【0042】

ロゴスキーコイル７０は、制御基板６０の両面にそれぞれ形成された複数の導体膜７２，７３が、制御基板６０を板厚方向に貫通して形成された複数のビア７４を介して接続されることによって形成されたものである（図１０の右下図参照）。このように、ロゴスキーコイル７０は、空芯コイルであるため、インピーダンスが小さく、電流測定による電力損失が小さい。また、ロゴスキーコイル７０では、磁束が飽和せず大電流の測定にも対応することができる。

【0043】

戻し線７１は、一方の端部がロゴスキーコイル７０と接続され、貫通部６２の軸方向から見てロゴスキーコイル７０を取り囲むように形成されている。戻し線７１の他方の端部が、電極接続片７５と並んで配置されている電極接続片７６と接続されている。従って、ロゴスキーコイル７０は、電極接続片７５から貫通部６２を囲むようにほぼ一周しており、そこから折り返すように戻し線７１が、ロゴスキーコイル７０の外側位置を逆方向にほぼ一周して電極接続片７５の外側位置を過ぎた位置で、ロゴスキーコイル７０の内側位置に入り込み、電極接続片７６と接続されている。ロゴスキーコイル７０の計測対象となる導体（本実施形態では第１及び第２基板側端子５６Ａ，５６Ｂ）に電流が流れると、コイルの両端の電極接続片７５、７６に誘導起電力が生ずる。この誘導起電力は、ロゴスキーコイル７０から出力される信号として、後述する検出処理部７に出力される。検出処理部７では、ロゴスキーコイル７０から出力された信号に基づいて、第１及び第２基板側端子５６Ａ，５６Ｂに流れる電流値を演算する。

【0044】

なお、ロゴスキーコイル７０の特性上、ロゴスキーコイル７０で囲まれた面積を貫く磁束に対応した誘導電流が生じるが、戻し線７１によって、戻し線７１で囲まれた面積を貫く逆向きの磁束に対応した逆方向成分の誘導電流が生じて打ち消しあうため、貫通部６２に挿通された第１及び第２基板側端子５６Ａ，５６Ｂに流れる電流を正確に検出することができる。

【0045】

また、検出対象の電流がロゴスキーコイル７０自体を流れることがないため、通電によりロゴスキーコイル７０の発熱量が大きくなることがない。ロゴスキーコイル７０の発熱の抑制は、ロゴスキーコイル７０と後述する検出処理部７（図１２参照）による電流の検出精度の向上に寄与する。

【0046】

さらに、ロゴスキーコイル７０の特性上、導体に対するロゴスキーコイル７０の傾きによって、実際に導体に流れた電流値と、演算により算出された算出値との誤差を補正する（較正する）ための補正値が異なるものとなる。従って、製品組み付け後の段階において、個々の電力制御装置１に実装されたロゴスキーコイル７０の上記傾きによる誤差を補正するための初期値補正が行われる。この初期値補正は、例えば、制御基板６０に診断機能を備える検査用の基板を接続し、制御基板６０に実装されたメモリに予め記憶された補正値を初期化して、検査電流に基づいて算出された補正値を新たに記憶させることにより行われる。このため、複数のロゴスキーコイル７０を電力制御装置１に実装した場合、個々のロゴスキーコイル７０の傾きにバラつきの生じる構造とすれば、単一のロゴスキーコイル７０毎に上述のような初期値補正が必要とされる。また、単一のロゴスキーコイル７０毎に検査用の基板を接続するための接続端子や診断用の回路が必要とされる。

【0047】

しかし、本実施形態によれば、一枚の制御基板６０に複数のロゴスキーコイル７０が配線パターンにより形成されている。このため、各ロゴスキーコイル７０の傾きにバラつきが生じないため、初期値補正は共通の補正値を複数のロゴスキーコイル７０に用いて行うことができる。このため、初期値補正に伴う工数が減少する。

【0048】

図８に戻り、制御基板６０の前端側には、制御基板６０を板厚方向に貫通した複数の貫通孔６８が形成されている。これらの貫通孔６８には、センサ側コネクタ３０の複数の接続端子の先端が下方から挿通されて半田付けされることにより制御基板６０に接続される。車両に搭載された各種センサによって検出された信号は、センサ側コネクタ３０を介して制御基板６０に出力され、制御基板６０に形成された配線パターンを介してＣＰＵ６４に出力される。

【0049】

また、制御基板６０の実装領域には、図１２に示される制御部６と検出処理部７を構成する回路が実装されている。制御部６は、制御ＩＣとしてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）６４（図８参照）を有し、複数のスイッチング素子５４のオン状態とオフ状態を制御する。図９に示すように、制御基板６０と第１スイッチ基板５０Ａとの間、及び制御基板６０と第２スイッチ基板５０Ｂとの間はそれぞれ、複数の導体ピン９２を有するフローティングコネクタ９０によって高さ方向に連結されている。導体ピン９２は、各スイッチ基板５０Ａ，５０Ｂに接続された雄コネクタ９４で構成され、制御部６の信号線と第１及び第２スイッチ基板５０Ａ，５０Ｂの配線パターン５２Ａ，５２Ｂ（スイッチング素子５４のゲート電極）とを電気的に接続している。

【0050】

ここで、装置ケース１０内の上部に配置される第１スイッチ基板５０Ａは、装置の構造上、下層に位置する第２スイッチ基板５０Ｂと制御基板６０とを組付けた後に、制御基板６０に組付けられる。従って、組み付けによる公差が生じやすいため、雄コネクタ９４の先端が、制御基板６０の対向面に配置された雌コネクタ９６に接続されている。なお、装置ケース１０内の下部に配置される第２スイッチ基板５０Ｂは、上述の理由から組付けによる公差が生じにくいため、第２スイッチ基板５０Ｂに接続した雄コネクタ９４を制御基板６０に直接接続している。但し、これに限らず、第２スイッチ基板５０Ｂも第１スイッチ基板５０Ａと同様に、制御基板６０の対向面に配置された雌コネクタ９６に雄コネクタ９４を接続してもよい。

【0051】

本実施形態では、ロゴスキーコイル７０と検出処理部７によって電流検出センサが構成されている。制御部６は、検出処理部７から入力される信号に基づいて電流値を算出し、複数のスイッチング素子５４のオン状態とオフ状態を切り替えて三相交流モータ４の各相に供給される電力を制御している。

【0052】

図１２に示すように、電力制御装置１は、二枚のスイッチ基板５０Ａ，５０Ｂに実装されたインバータ回路５を備えている。インバータ回路５は、バッテリ２側の直流電流を交流電流に変換して、三相交流モータ４の各相に供給する。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応する電圧レベルが高い側（ハイサイド側）のスイッチング素子５４ＵＨ，５４ＶＨ，５４ＷＨのドレイン電極は、バッテリ２の正極側に接続されている。また、各相に対応する電圧レベルが低い側（ローサイド側）のスイッチング素子５４ＵＬ，５４ＶＬ，５４ＷＬのソース電極は、バッテリ２の負極側に接続されている。また、全てのスイッチング素子５４のゲート電極は、制御部６から出力される制御信号の信号線にそれぞれ接続されている。

【0053】

六つのロゴスキーコイル７０は、インバータ回路５のハイサイドスイッチング素子５４ＵＨ，５４ＶＨ，５４ＷＨのソース電極と三相交流モータ４の間にそれぞれ流れる電流を計測する三つのロゴスキーコイル７０Ｕ１，７０Ｖ１，７０Ｗ１と、三相交流モータ４とローサイドスイッチング素子５４ＵＬ，５４ＶＬ，５４ＷＬのドレイン電極との間にそれぞれ流れる電流を計測する三つのロゴスキーコイル７０Ｕ２，７０Ｖ２，７０Ｗ２とから構成されている。これらの六つのロゴスキーコイル７０では、三相交流モータ４の各相に対応するスイッチング素子５４のオン状態とオフ状態が切り替わった瞬間の電流値が計測される。そして、各ロゴスキーコイル７０から出力された出力信号（誘導起電力）は、制御基板６０に実装された検出処理部７に入力される。

【0054】

図１３に示されるように、検出処理部７は、六つのロゴスキーコイル７０に対応する六つの積分回路８０（Ａ～Ｆ）と、三相交流モータ４の各相に対応する三つの加算器８２（Ｕ～Ｗ）とを有して構成されている。検出処理部７では、六つのロゴスキーコイル７０の出力信号がそれぞれ六つの積分回路８０（Ａ～Ｆ）に入力される。各積分回路８０は、例えば、オペアンプと抵抗とコンデンサを有して構成されている。この積分回路８０ではロゴスキーコイル７０からの出力信号を積分し、各地点の計測電流に比例した電圧波形に対応する信号を出力する。

【0055】

加算器８２は、三相交流モータ４のＵ相に対応する加算器８２Ｕと、Ｖ相に対応する加算器８２Ｖと、Ｗ相に対応する加算器８２Ｗとを備えている。加算器８２Ｕでは、Ｕ相に対応する二つのロゴスキーコイル７０Ｕ１,７０Ｕ２の出力信号が積分されて得られた電圧波形が加算される。これにより、バッテリ２の正極側の検出値から負極側の検出値が加算されてバッテリ２からＵ相に出力された直流電流に比例する出力信号ＵＣを得ることができる。同様にして、加算器８２Ｖでは、バッテリ２からＶ相に出力された直流電流に比例する出力信号ＵＶを得ることができる。また、加算器８２Ｗでは、バッテリ２からＷ相に出力された直流電流に比例する出力信号ＵＷを得ることができる。加算器８２Ｕ，８２Ｖ，８２Ｗから出力される信号は、制御部６に入力され、制御部６で演算処理されることにより、バッテリ２から三相交流モータ４の各相に出力された出力電流を得ることができる。

【0056】

（作用並びに効果）
以上説明したように、上記実施形態に係る電力制御装置１によれば、制御基板６０によって制御される複数のスイッチング素子５４を第１スイッチ基板５０Ａと第２スイッチ基板５０Ｂとに分けて実装することにより、一枚あたりのスイッチ基板の面積が縮小される。かかる二枚のスイッチ基板５０Ａ，５０Ｂは、装置ケース１０内において、第１スイッチ基板５０Ａ、制御基板６０、第２スイッチ基板５０Ｂの順に高さ方向に所定の間隔を空けて収容される。これにより、装置ケース１０内における基板部分の搭載面積が実質的に一枚の基板の搭載面積と同等になり装置ケース１０が小型化するため、高出力化と両立して、装置の小型化を図ることができる。

【0057】

電力制御装置１によれば、第１スイッチ基板５０Ａにインバータ回路５のハイサイドスイッチング素子５４ＵＨ、５４ＶＨ，５４ＷＨを実装し、第２スイッチ基板５０Ｂにローサイドスイッチング素子５４ＵＬ，５４ＶＬ，５４ＷＬを実装している。従って、インバータ回路５のハイサイド側とローサイド側とで配線パターンの独立性を確保することができるため、配線効率を高めることができる。

【0058】

電力制御装置１によれば、第１配線パターン５２Ａに接続された三つの第１基板側端子５６Ａと第２配線パターン５２Ｂに接続された三つの第２基板側端子５６Ｂとによって、三相交流モータ４の各相に対応するハイサイドスイッチング素子５４ＵＨ、５４ＶＨ，５４ＷＨのソース電極とローサイドスイッチング素子５４ＵＬ，５４ＶＬ，５４ＷＬのドレイン電極とが電気的に接続されている。これらの第１基板側端子５６Ａと第２基板側端子５６Ｂとは、装置ケース１０の高さ方向に向かい合って配置されるため、ハイサイド側のソース電極とローサイド側のドレイン電極間の接続線路を短くすることができ、伝送損失を低減させることができる。

【0059】

電力制御装置１によれば、ハイサイドスイッチング素子５４ＵＨ、５４ＶＨ，５４ＷＨのソース電極とローサイドスイッチング素子５４ＵＬ，５４ＶＬ，５４ＷＬのドレイン電極との間に接続されるバスバー型の出力端子２６Ｕ、２６Ｖ，２６Ｗを備えている。各出力端子２６は、同じくバスバー型の端子によって構成された第１基板側端子５６Ａと第２基板側端子５６Ｂによって側面を両側から挟み込まれることにより上記ソース電極とドレイン電極との間に接続されている。従って、第１基板側端子５６Ａと第２基板側端子５６Ｂを共通の出力端子２６に直接接続できるので、接続用のバスバーを用いた複雑な接続が要せず、配線を容易にすることができる。

【0060】

電力制御装置１によれば、三相交流モータ４の各相において、二つのロゴスキーコイル７０から成る電流計測用コイルを用いて第１基板側端子５６Ａと第２基板側端子５６Ｂに流れる電流を計測することができる。かかる計測電流は、バッテリ２と三相交流モータ４との間で流れる電流をハイサイド側のソース電極とローサイド側のドレイン電極との間で計測したものである。従って、スイッチング素子５４による損失の影響が無い位置で三相交流モータ４に対する入力側の電流と出力側の電流を検出することができるため、電流の検出精度を高めることができる。

【0061】

更に、バッテリ２と三相交流モータ４との間で流れる電流がロゴスキーコイル７０により計測されるようになっているため、計測電流がロゴスキーコイル７０自体を流れることがない。従って、当該計測電流によりロゴスキーコイル７０の発熱量が大きくなることがなく、例えば、バッテリ２と三相交流モータ４との間で大電流が流れる場合であっても、ロゴスキーコイル７０を用いて当該大電流を精度良く検出することができる。また、ロゴスキーコイル７０のパターンが形成された制御基板６０が、複数のスイッチング素子５４を有する第１及び第２スイッチ基板５０Ａ，５０Ｂに対して所定の間隔を空けて配置されるため、スイッチング素子５４の発熱の影響をロゴスキーコイル７０が受けにくい。以上のことから、電流の検出精度を一層向上させることができる。

【0062】

電力制御装置１によれば、第１スイッチ基板５０Ａと制御基板６０との間、及び第２スイッチ基板５０Ｂと制御基板６０との間は、フローティングコネクタ９０の備える複数の導体ピン９２によって装置ケース１０の高さ方向にそれぞれ連結されている。複数の導体ピン９２は、第１配線パターン５２Ａと制御部６の信号線、及び第２配線パターン５２Ｂと制御部６の信号線とを電気的に接続し、制御部６からの制御信号を複数のスイッチング素子５４に伝達している。かかる構成では、各スイッチ基板５０Ａ，５０Ｂの配線パターン５２Ａ，５２Ｂと制御部６の信号線との間の接続線路を短くすることができるため、この点によっても、伝送損失を低減させることができる。

【0063】

また、上記実施形態によれば、第１スイッチ基板５０Ａに接続したフローティングコネクタ９０の雄コネクタ９４を制御基板６０の対向面に配置した雌コネクタ９６に接続させて基板間を連結している。これにより、コネクタ位置などの公差を吸収して基板間の接続をすることが可能になるため、組付けを容易にすることができる。

【0064】

電力制御装置１によれば、第１及び第２スイッチ基板５０Ａ，５０Ｂは、ケース本体１２の及びケースカバー１４の内面に、それぞれ接触された状態で固定されることにより、装置ケース１０の高さ方向に両基板間の間隔を保持することができる。また、制御基板６０は、ケース本体１２に固定された第２スイッチ基板５０Ｂに対して装置ケース１０の高さ方向に所定の間隔を空けて支持されることにより、各スイッチ基板５０Ａ，５０Ｂとの間隔を装置ケース１０の高さ方向に保持できる。以上により、三枚の基板間の間隔を安定して保持できるため、使用中の熱変形よりはんだ付け部へ与えるダメージが軽減され、装置ケース１０内でのポッティング樹脂による保持が不要になり、軽量化を図ることができる。

【0065】

また、ケース本体１２及びケースカバー１４の外面には、それぞれ、複数の放熱フィン１２Ｆ，１４Ａが形成されている。これにより、複数のスイッチング素子５４の熱を効率良く外部に放熱することができる。

【0066】

[補足説明]
上記実施形態では、本発明における電源がバッテリ２とされ、本発明における電力供給対象が三相交流モータ４として構成されているが、これに限らない。電源及び電力供給対象は適宜設定可能である。例えば、電源は、発電機やコンセントから取れる電源でもよい。また、電力供給対象は、単相交流モータや、四相交流や五相交流等、三相以上の交流モータや、各種電気機器等を適宜採用することができる。

【0067】

上記実施形態ではバッテリ２から三相交流モータ４に電力が供給される場合について記載したが、本発明は回生電力のように、モータからバッテリに供給（充電）される電力の制御にも用いることができる。

【0068】

また、上記実施形態では、三相交流モータ４の各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に対応する三つの第１基板側端子５６Ａと三つの第２基板側端子５６Ｂに流れる電流を計測する構成としたが、本発明はこれに限らない。例えば、三相交流モータの二相に対応する電流を計測できれば、当該電流の検出値を用いて残り一相に供給する電力を演算し、制御することができる。この場合、三相交流モータの各相の何れか二相に対応する二つの第１基板側端子５６Ａと二つの第２基板側端子５６Ｂに流れる電流を計測する構成であればよい。この場合、制御基板６０には、四つのロゴスキーコイル７０が形成される。

【0069】

上記実施形態における電力制御装置１では、バッテリ２に対して複数のコンデンサ３が並列に接続される構成としたが、コンデンサ３を備えない構成としてもよい。

【0070】

上記実施形態では、第１スイッチ基板５０Ａと制御基板６０との間、及び第２スイッチ基板５０Ｂと制御基板６０との間を連結する導体物がフローティングコネクタ９０の導体ピン９２で構成される例について説明したが、これに限らない。本発明に係る「導体物」は、板状の端子部材やリード線、ケーブル等で構成することもできる。

【符号の説明】

【0071】

１ 電力制御装置
２ バッテリ（電源）
４ 三相交流モータ（電力供給対象）
６ 制御部
１０ 装置ケース
１２ ケース本体
１２Ｆ 放熱フィン
１４ ケースカバー
１４Ａ 放熱フィン
２６ 出力端子（２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ）
５０Ａ 第１スイッチ基板
５０Ｂ 第２スイッチ基板
５４ スイッチング素子（第１スイッチング素子、第２スイッチング素子）
５２Ａ 第１配線パターン
５２Ｂ 第２配線パターン
５６Ａ 第１基板側端子
５６Ｂ 第２基板側端子
６０ 制御基板（コイル基板、電流検出用基板）
６２ 貫通部
９０ フローティングコネクタ
９２ 導体ピン（導体物）
９４ 雄コネクタ
９６ 雌コネクタ
７０ ロゴスキーコイル（電流計測用コイル、ロゴスキーコイルのパターン）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】