CN103368409B - 功率转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明得到一种功率转换装置，其可以降低从与电抗器连接的电缆辐射出的噪声。该功率转换装置具有：转换器电路（12），其将来自交流电源的交流电压变换为直流电压；平滑电路（13），其使从转换器电路（12）输出的直流电压平滑化；逆变器电路（14），其将从平滑电路（13）输出的直流电压变换为交流电压；电抗器连接导体（19a），其将转换器电路（12）和电缆（9a）之间电连接；电抗器连接导体（19b），其将平滑电路（13）和电缆（9b）之间电连接；电容器（21），其一端与电抗器连接导体（19a）连结，另一端成为接地电位；以及第2电容器，其一端与电抗器连接导体（19b）连接，另一端成为接地电位。

Description

功率转换装置

技术领域

本发明涉及一种功率转换装置。

背景技术

在专利文献1中记载了现有的功率转换装置的一个例子。在专利文献1中记载的车辆用功率转换装置，具有滤波电容器及三相桥电路等，将直流电力变换为负载驱动用的三相交流电力。将滤波电容器及三相桥电路进行单元化，在其前段设置电抗器，该电抗器用于使流向单元的输入电流平滑化。另外，在单元内的输入侧及输出侧设置铁心（core）而实现噪声的降低。

专利文献1：日本特开2004-187368号公报

发明内容

在作为产品进行销售的功率转换装置中，存在下述结构的装置，即，将没有设置以改善功率因数为目的的电抗器的结构作为基本结构，更详细地说，将没有设置用于使流向进行功率转换的电路的输入电流平滑化的电抗器的结构作为基本结构，且可以与所连接的负载的规格等相对应而追加电抗器。在这种结构中，构成为，在追加并安装电抗器的情况下，不是直接向基板上安装，而是经由电缆等安装（连接）。另外，即使在作为标准规格而已安装有电抗器的结构的情况下，根据使基板或部件、框体等通用化的目的或使电抗器可更换的目的等，也普遍构成为，经由电缆等对电抗器进行安装。但是，在单纯地将电抗器进行电缆连接的结构中，电缆作为天线起作用，存在辐射噪声变大的问题。

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，得到一种功率转换装置，其可以降低从连接电抗器的电缆辐射出的噪声。

为了解决上述课题，实现目的，本发明所涉及的功率转换装置，其至少连接有第1电缆组、第2电缆组以及第3电缆组这三组或大于三组的电缆组，其中，该第1电缆组接受交流电源的供给，该第2电缆组向电动机供给电力，该第3电缆组具有与电抗器的一端及另一端分别连接的第1电缆及第2电缆，该功率转换装置的特征在于，具有：转换器电路，其将来自所述交流电源的交流电压变换为直流电压；平滑电路，其使从所述转换器电路输出的直流电压平滑化；逆变器电路，其将从所述平滑电路输出的直流电压变换为负载驱动用的交流电压；第1连接导体，其将所述转换器电路和所述第1电缆之间电连接；第2连接导体，其将所述平滑电路和所述第2电缆之间电连接；第1电容器，其一端与所述第1连接导体连接，另一端成为接地电位；以及第2电容器，其一端与所述第2连接导体连接，另一端成为接地电位。

发明的效果

根据本发明，得到下述效果，即，可以有效地降低从与电抗器连接的电缆辐射出的噪声。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的要部结构的图。

图2是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的电路结构例的图。

图3是示意地表示实施方式1所涉及的功率转换装置的要部剖面的图。

图4是表示实施方式2所涉及的功率转换装置的要部结构的图。

图5是表示实施方式2所涉及的功率转换装置的电路结构例的图。

图6是表示铁心的频率特性的一个例子的图。

图7是表示实施方式3所涉及的功率转换装置的要部结构的一个例子的俯视透视图。

图8是示意地表示图7所示的结构的要部剖面的图。

图9是表示实施方式3所涉及的功率转换装置的要部结构的其他例子的俯视透视图。

图10是示意地表示图9所示的结构的要部剖面的图。

图11是表示实施方式4所涉及的功率转换装置的要部结构的俯视透视图。

图12是示意地表示实施方式4所涉及的功率转换装置的要部剖面的图。

具体实施方式

下面，参照附图，说明本发明的实施方式所涉及的功率转换装置。另外，本发明并不受下面所示的实施方式限定。

实施方式1

下面，参照图1～图3，说明实施方式1所涉及的功率转换装置。在这里，图1是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的要部结构的俯视透视图，图2是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的电路结构例的图，图3是示意地表示实施方式1所涉及的功率转换装置的要部剖面的图。

实施方式1所涉及的功率转换装置，具有下述部分而构成：功率转换电路11，其将从作为例如三相电源的交流电源2供给的三相交流电压变换为期望的三相交流电压，并施加至作为负载的电动机3；电源输入导体17，其经由作为第1电缆组的电缆组7与交流电源2连接；电压输出导体18，其经由作为第2电缆组的电缆组8与电动机3等负载连接；作为第1连接导体的电抗器连接导体19a，其经由构成第3电缆组的一条电缆的电缆9a与电抗器5的一端连接；作为第2连接导体的电抗器连接导体19b，其经由构成第3电缆组的另一条电缆的电缆9b与电抗器5的另一端连接；正极导体15，其设置为与正极侧的直流母线同电位；以及端子台16，其用于实现电缆组7和电源输入导体17之间的电连接、电缆组8和电压输出导体18之间的电连接、电缆9a和电抗器连接导体19a之间的电连接及电缆9b和电抗器连接导体19b之间的电连接。

另外，在图1的例子中，由于交流电源2是三相电源，因此电缆组7至少具有3根电配线而构成，与输入电源的种类等对应而使用规定数量的电配线。另外，在图1的例子中，由于电动机3是三相电动机，因此电缆组8至少具有3根电配线而构成，与电动机的种类等对应而使用规定数量的电配线。

另外，功率转换电路11构成为，作为主电路具有：转换器电路12，其将从交流电源2供给的交流电压变换为直流电压；平滑电路13，其使通过转换器电路12变换后的直流电压平滑化；以及逆变器电路14，其通过开关控制将平滑后的直流电压变换为三相交流电压并向负载供给，并且功率转换电路11还具有用于降低辐射噪声的作为第1电容器的电容器21及作为第2电容器的电容器22。另外，转换器电路12也可以只是整流电路。

在设置于功率转换装置中的端子台16上，设置有多组（在图1中例示出9组）端子部36，该端子部36具有一对连结部件。在端子部36的一侧的连结部件上连结电源输入导体17、电压输出导体18及电抗器连接导体19a、19b等，并且在端子部36的另一侧的连结部件上连结电缆组7、8及电缆9a、9b。利用上述的连接，通过由导体构成的端子台16，实现交流电源2和转换器电路12之间的电连接、逆变器电路14和电动机3之间的电连接及经由电抗器5的转换器电路12和平滑电路13之间的电连接。

转换器电路12和平滑电路13之间的电连接，如上所述是通过电缆9a、9b及电抗器连接导体19a、19b实现的。如果参照图1及图2更详细地说明，则电抗器连接导体19a与转换器电路12的正极侧（正极侧输出端）连接，电抗器连接导体19b与平滑电路13的正极侧连接。另外，也可以将该连接中的正极变更为负极。即，也可以将电抗器连接导体19a与转换器电路12的负极侧（负极侧输出端）连接，将电抗器连接导体19b与平滑电路13的负极侧连接。

逆变器电路14具有多个开关元件而构成（参照图2）。开关元件例如是Si晶体管。另外，也可以使用带隙更大的半导体，具体地说，使用碳化硅（SiC：SiliconCarbide）或氮化镓（GaN：GalliumNitride）、金刚石等宽带隙半导体形成开关元件。

由宽带隙半导体形成的开关元件，耐电压性高，容许电流密度也高，因此可以小型化，通过使用这些小型化的开关元件，可以实现安装有这些元件的半导体模块的小型化。另外，由于电力损耗低，因此可以实现开关元件的高效率化，进而可以实现半导体模块的高效率化。

如上所述，电容器21、22是用于抑制（降低）辐射噪声的电容元件。电容器21设置在转换器电路12侧，电容器22设置在平滑电路13侧。

电容器21连接在电抗器连接导体19a和接地电位23之间（参照图1），该电抗器连接导体19a作为与电抗器5电连接的其中一侧的导体。如果更详细地说明，则电抗器连接导体19a弯曲为曲柄形状，以使得可以有效地利用功率转换装置的有限空间，并利用弯曲为曲柄形状的部位的一端（始端部）进行连接。

电容器22连接在电抗器连接导体19b和接地电位23之间（参照图1），该电抗器连接导体19b作为与电抗器5电连接的另一侧的导体。如果更详细地说明，则电抗器连接导体19b弯曲为曲柄形状，以使得可以有效地利用功率转换装置的有限空间，并利用弯曲为曲柄形状的部位的一端（终端部）进行连接。

图3是利用示意性的剖面图表示电容器21、22的连接形式的图。在图3中，在图示的半导体元件26是搭载于转换器电路12中的开关元件（在整流电路的情况下为整流元件）的情况下，连接在正极导体15和散热片25之间的图示的电容器28，与图1及图2所示的电容器22对应。另外，在半导体元件26是搭载于逆变器电路14中的开关元件的情况下，连接在正极导体15和散热片25之间的图示的电容器28，与图1及图2所示的电容器21对应。

由于散热片25如图3所示接地，因此通过将电容器28的一端与散热片25电连接，从而使电容器28（21、22）的该一端成为接地电位。由此，电容器28（21、22）作为旁路（line-bypass）电容器（所谓的“Y电容器”）进行动作，可以降低从作为噪声源的逆变器电路14试图向外部辐射的辐射噪声。

另外，在这2根的电缆9a、9b中，流动大小相同但方向相反的往复电流，因此从电抗器5观察时的功率转换电路11形成对称形状。因此，通过设置电容器21、22这两者，维持电路的对称形状，以期待噪声的抑制效果提高。

另外，通过设置电容器21、22这两者的结构，也可以期待下述效果，即，可以使在电容器21中没能抑制而通过电抗器5的噪声成分，在电容器22中被抑制。

如上述说明所示，根据实施方式1的功率转换装置，具有第1电容器和第2电容器，对于该第1电容器，其一端与电抗器连接导体连接，另一端成为接地电位，对于该第2电容器，其一端与电抗器连接导体19b连接，另一端成为接地电位，因此，可以有效地降低从与用于改善功率因数的电抗器连接的电缆辐射出的噪声。

实施方式2

图4是表示实施方式2所涉及的功率转换装置的要部结构的俯视透视图，图5是表示实施方式2所涉及的功率转换装置的电路结构例的图。实施方式2所涉及的功率转换装置与实施方式1的不同点在于，追加了铁心6这一点，该铁心6以下述方式进行安装，即，将用于对电抗器5和电抗器连接导体19a、19b之间进行电连接的2根电缆9捆束并包围。其他结构与实施方式1相同或等同，从而标注相同的标号，省略重复的说明。另外，铁心6可以将例如铁素体等作为材料而形成。

如果功率转换装置进行动作，则在这2根电缆9中流动往复电流，因此将磁通彼此抵消。另外，在这里，将该安装方法称为“共用（common）模式连接”。如上所述，在将铁心6以共用模式进行连接的情况下，作用为彼此抵消磁通，因此，与相对于电缆分别安装铁心的情况（在这里，将该安装方法称为“正常（normal）模式连接”）相比，可以使用小型的铁心。即，与进行正常模式连接的情况相比，可以利用更小型的铁心实现相同的噪声抑制效果，可以实现设备的小型化。

图6是表示铁心6的频率特性的一个例子的图。在将图示的特性的铁心用作铁心6的情况下，30MHz时的阻抗大于或等于70Ω，在辐射噪声成为问题的大于或等于30MHz的范围中，确保充分的阻抗（大于或等于50Ω）。因此，在进一步安装铁心6的情况下，辐射噪声的抑制效果加大。

如上所述，在实施方式2的功率转换装置中，构成为，将与电抗器的两端连接的电缆捆束，从而在此处安装铁心（共用模式连接）。由此，可以抑制从电缆辐射出的共模噪声。此外，与不捆束电缆而安装铁心的情况（正常模式连接的情况）相比，可以避免磁饱和，同时，流过更多的电流。即，在希望实现相同的噪声抑制效果的情况下，与以正常模式连接的方式安装铁心的情况相比，可以使用体积更小的铁心，因此可以有效地抑制噪声，并且可以实现设备的小型化。

实施方式3

图7是表示实施方式3所涉及的功率转换装置的要部结构的一个例子的俯视透视图，图8是示意地表示图7所示的结构的要部剖面的图。实施方式3所涉及的功率转换装置与实施方式1的不同点在于，代替作为Y电容器进行动作的电容器，而将在与接地电位同电位的端部处连接的金属板30，设置在正极导体15的下部，并使其与正极导体15相对。其他结构与实施方式1相同或等同，标注相同的标号，省略重复的说明。另外，也可以构成为，如实施方式2所示在电缆9上安装铁心6。

在图8中，由于金属板30以L字形状弯曲并与散热片25连接，因此L字形状的水平部分和正极导体15之间，彼此的平面部平行并相对。通过这种正极导体15与金属板30相对的结构，使正极导体15和金属板30之间的耦合变强，可以使从作为噪声源的逆变器电路14经由端子台16及电缆9a、9b试图向外部辐射的辐射噪声，朝向接地侧，从而可以提高辐射噪声的抑制效果。

另外，在图7及图8中，例示出了下述结构，即，隔着正极导体15在电抗器连接导体19b的相反侧的位置设置金属板30，该金属板30具有与电抗器连接导体19b的正交于长度方向的宽度相同程度的宽度，但如图9及图10所示，也可以构成为，隔着正极导体15在电抗器连接导体19a的相反侧的位置设置金属板32，该金属板32具有与电抗器连接导体19a的正交于长度方向的宽度相同程度的宽度。另外，如果搭载空间允许，则也可以构成为将这些金属板30、32一体化。

如上所述，根据实施方式3的功率转换装置，将在与接地电位同电位的端部处连接的金属板与正极导体相对地进行配置，该正极导体将电抗器和逆变器电路电连接，由此与实施方式1相同地，可以有效地降低从与电抗器连接的电缆辐射出的噪声。

实施方式4

图11是表示实施方式4所涉及的功率转换装置的要部结构的俯视透视图，图12是示意地表示实施方式4所涉及的功率转换装置的要部剖面的图。实施方式4所涉及的功率转换装置与实施方式3的不同点在于，具有噪声抑制效果的金属板的配置位置。如果更详细地说明，则在实施方式3中，例示了下述结构，即，隔着正极导体15在电抗器连接导体19b的相反侧的位置或在电抗器连接导体19a的相反侧的位置，分别设置金属板30、32，但在实施方式4中，例示出下述结构，即，在将端子台16和电抗器5电连接的电缆9a、9b的下部，设置金属板34。另外，其他结构与实施方式1相同或等同，标注相同的标号，省略重复的说明。

在图11中，金属板34在电抗器5和端子台16之间沿电缆9配置，金属板34与电缆9平行并相对。通过该结构，使得作为噪声的辐射源的电缆9和金属板34之间的耦合变强，可以使从电缆9试图向外部辐射出的辐射噪声，朝向端子台16侧，从而可以提高辐射噪声的抑制效果。

如上所述，根据实施方式4的功率转换装置，在将端子台和电抗器电连接的第1及第2电缆的下部，设置金属板，该金属板与上述第1及第2电缆相对地配置，因此与实施方式1、3相同地，可以有效地降低从与电抗器连接的电缆辐射出的噪声。

工业实用性

如上所述，本发明适用于功率转换装置，其可以有效地抑制来自与电抗器连接的电缆的辐射噪声。另外，宽带隙半导体（碳化硅、氮化镓或金刚石）与现有的硅器件相比，以更高的速度进行开关，因此所产生的噪声大，因此本发明的效果更大。

Claims (8)

1.一种功率转换装置，其至少连接有第1电缆组、第2电缆组以及第3电缆组这三组的电缆组，其中，该第1电缆组接受交流电源的供给，该第2电缆组向电动机供给电力，该第3电缆组具有与电抗器的一端及另一端分别连接的第1电缆及第2电缆，

该功率转换装置的特征在于，具有：

转换器电路，其将来自所述交流电源的交流电压变换为直流电压；

平滑电路，其使从所述转换器电路输出的直流电压平滑化；

逆变器电路，其将从所述平滑电路输出的直流电压变换为负载驱动用的交流电压；

第1连接导体，其将所述转换器电路和所述第1电缆之间电连接；

第2连接导体，其将所述平滑电路和所述第2电缆之间电连接；以及

金属板，其连接在与接地电位同电位的端部上，与将所述电抗器和所述逆变器电路电连接的正极导体相对地配置。

2.根据权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

所述金属板隔着所述正极导体位于所述第2连接导体的相反侧的位置处，具有与该第2连接导体的正交于长度方向的宽度相同程度的宽度。

3.根据权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

所述金属板隔着所述正极导体位于所述第1连接导体的相反侧的位置处，具有与该第1连接导体的正交于长度方向的宽度相同程度的宽度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

具有铁心而构成，该铁心以将所述第1电缆及所述第2电缆捆束并包围的方式进行安装。

5.一种功率转换装置，其至少连接有第1电缆组、第2电缆组以及第3电缆组这三组的电缆组，其中，该第1电缆组接受交流电源的供给，该第2电缆组向电动机供给电力，该第3电缆组具有与电抗器的一端及另一端分别连接的第1电缆及第2电缆，

该功率转换装置的特征在于，具有：

转换器电路，其将来自所述交流电源的交流电压变换为直流电压；

平滑电路，其使从所述转换器电路输出的直流电压平滑化；

逆变器电路，其将从所述平滑电路输出的直流电压变换为负载驱动用的交流电压；

第1连接导体，其将所述转换器电路和所述第1电缆之间电连接；

第2连接导体，其将所述平滑电路和所述第2电缆之间电连接；以及

金属板，其在所述第1电缆及第2电缆的下部，与这些第1电缆及第2电缆相对地配置。

6.根据权利要求1至3、5中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

在所述功率转换装置中，设置端子台，该端子台具有多个端子部而构成，

所述第1电缆和所述第1连接导体之间的电连接以及所述第2电缆和所述第2连接导体之间的电连接是使用所述端子台进行的。

7.根据权利要求1至3、5中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述逆变器电路是使用由宽带隙半导体形成的开关元件而构成的。

8.根据权利要求7所述的功率转换装置，其特征在于，

所述宽带隙半导体是碳化硅、氮化镓或金刚石。