DE112015002084T5

DE112015002084T5 - Leistungsumsetzer

Info

Publication number: DE112015002084T5
Application number: DE112015002084.5T
Authority: DE
Inventors: Youhei Nishizawa; Yutaka Okubo; Kaname Sasaki; Yuki Fujita
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2017-01-26
Also published as: CN106464158A; JPWO2015186469A1; US20190109532A1; CN106464158B; CN109327156B; JP7116287B2; US20200007026A1; WO2015186469A1; US10903736B2; CN109327156A; US10404156B2; JP6416250B2; US10181783B2; JP2021007300A; US20170063218A1; US20180123445A1; US9893603B2; JP6785276B2; JP2018207780A

Abstract

Es wird ein Leistungsumsetzer bereitgestellt, der eine Stoßspannung unterdrücken kann und das aus einem Eingang eines Leistungsumsetzers austretende Rauschen reduzieren kann. Der Leistungsumsetzer enthält eine Wechselrichterschaltung 140, einen Kondensator 514 zum Glätten von Gleichstromleistung, einen Kondensator 515 zum Entfernen von Rauschen und Leiter 564p und 564n. Die Leiter 564p und 564n sind mit den Kondensatoren 514 und 515 verbunden, wenn leistungsseitige Anschlüsse 562p und 562n mit einer Wechselrichterschaltung 140 verbunden sind und leistungsquellenseitige Anschlüsse 561p und 561n mit einer Batterie 136 verbunden sind. In den Leitern 564p und 564n ist eine Parasitärinduktivität L1 zwischen den Kondensatoranschlüssen 563p und 563n und den Kondensatoranschlüssen 560p und 560n größer als eine Parasitärinduktivität L2 zwischen den Kondensatoranschlüssen 563p und 563n und den leistungsseitigen Anschlüssen 562p und 562n.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsumsetzer zum Umsetzen von Gleichstromleistung in Wechselstromleistung oder zum Umsetzen von Wechselstromleistung in Gleichstromleistung.
Stand der Technik
Im Allgemeinen enthält ein Leistungsumsetzer ein Kondensatormodul zum Glätten von Gleichstromleistung, eine Wechselrichterschaltung zum Umsetzen zwischen Gleichstromleistung und Wechselstromleistung und eine Steuerschaltung zum Steuern der Wechselrichterschaltung. In den letzten Jahren ist es wünschenswert geworden, den Leistungsumsetzer zu miniaturisieren. Insbesondere ist es auf den Gebieten von Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen wünschenswert, einen Leistungsumsetzer auf kleinstem Raum, insbesondere in einem Maschinenraum außerhalb einer Kabine, zu montieren, und daher ist eine weitere Verkleinerung erforderlich, um die Montierbarkeit an einem Fahrzeug zu verbessern.
Ferner sollen wahrscheinlich eine Betriebszeit und ein Betriebszustand (ein Zustand mit hohem Ausgabedrehmoment) eines Motors, der als Antriebsquelle verwendet werden soll, erweitert werden und es ist gleichzeitig erforderlich, eine Stromstärke und eine Spannung zur Leistungsumsetzung zu erhöhen. Als Ergebnis tritt eine momentane Spannungserhöhung (Stoßspannung) auf, die erzeugt wird, wenn ein Leistungshalbleiterelement, das eine Wechselrichterschaltung bildet, einen Schaltvorgang ausführt.
Ein Stoßspannungspegel hängt von einem Produkt eines Parasitärinduktivitätswertes zwischen einem Kondensatormodul und einem Leistungshalbleiterelement und einer Stromstärkeänderung während des Schaltens ab. Daher unterdrückt eine in PTL 1 beschriebene Technik eine Stoßspannung durch Absenken einer Induktivität einer Sammelschiene. Ferner wird das Rauschen, das in einem Leistungsumsetzer fließt, durch Verbinden eines Kondensators zum Entfernen von Rauschen mit einem eingangsseitigen Stromquellenanschluss reduziert.
Entgegenhaltungsliste
Patentdokument(e)

PTL 1: JP 2012-152104 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Das Problem ist, dass zusätzlich zu dem oben beschriebenen Rauschstrom, der aus einem Fahrzeugkörper in einen Leistungsumsetzer fließt, eine Batterie, die eine Leistungsquelle ist, und eine periphere elektrische Schaltung beeinträchtigt werden, da eine Spannungsänderung, die durch eine Stoßspannung verursacht wird, in einem Leistungsquellenanschluss eines Kondensatormoduls erzeugt wird und als Leitungsrauschen/Strahlungsrauschen aus einem Eingang des Leistungsumsetzers austritt.
Lösung des Problems
Ein Leistungsumsetzer gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Leistungsumsetzungseinheit, einen ersten Kondensator, einen zweiten Kondensator und einen Leiter. Die Leistungsumsetzungseinheit enthält mehrere Halbleiterschaltelemente und setzt Leistung zwischen Gleichstromleistung und Wechselstromleistung um. Der erste Kondensator glättet Gleichstromleistung aus einer Gleichstromleistungsquelle. Der zweite Kondensator entfernt Rauschen. Der Leiter enthält ein Positivelektrodenleitermaterial und ein Negativelektrodenleitermaterial, deren eine Enden mit der Leistungsumsetzungseinheit verbunden sind und deren andere Enden mit der Gleichstromleistungsquelle verbunden sind. Der Leiter weist einen ersten Verbindungsabschnitt und einen zweiten Verbindungsabschnitt auf. Der erste Verbindungsabschnitt ist an der einen Endseite vorgesehen und mit dem ersten Kondensator verbunden. Der zweite Verbindungsabschnitt ist an der anderen Endseite vorgesehen und mit dem zweiten Kondensator verbunden. Eine erste Parasitärinduktivität des Leiters zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt ist größer als eine zweite Parasitärinduktivität des Leiters zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt und dem einen Ende.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Stoßspannung unterdrückt werden und Rauschen, das aus einem Eingang eines Leistungsumsetzers austritt, kann reduziert werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Hybridfahrzeugs zeigt, das einen Leistungsumsetzer gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung trägt.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Teils darstellt, das sich auf die Antriebssteuerung einer elektrischen Drehmaschine MG1 in einem Leistungsumsetzer 200 bezieht.
3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen den Parasitärinduktivitäten L1 und L2, einer Stoßspannung und einem Rauschaustritt beschreibt.
4 ist ein Diagramm, das die Stoßspannung beschreibt.
5(a) und 5(b) sind Diagramme, die eine Verringerung des Rauschaustritts beschreiben.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Kondensatormoduls 500 in einer ersten Ausführungsform.
7 zeigt einzelne Draufsichten auf Leiter 564p und 564n.
8 ist eine Ansicht, die eine Induktivität in einer laminierten Struktur beschreibt.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Kondensatormoduls 500 in einer zweiten Ausführungsform.
10 ist ein Aufriss des Kondensatormoduls 500, das in 9 dargestellt ist.
11 ist eine perspektivische Ansicht, betrachtet von einer Bodenflächenseite des Kondensatormoduls 500, das in 9 dargestellt ist.
12 zeigt Leiter 564p und 564n in einer dritten Ausführungsform.
Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Ein Leistungsumsetzer gemäß der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise in einem Elektrofahrzeug wie etwa einem Hybridfahrzeug und einem Elektroautomobil montiert. 1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Hybridfahrzeugs zeigt, das einen Leistungsumsetzer gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung trägt.
Bei dem in 1 gezeigten Hybridfahrzeug erzeugen eine Kraftmaschine EGN und elektrische Drehmaschinen MG1 und MG2 ein Fahrdrehmoment eines Fahrzeugs. Die elektrischen Drehmaschinen MG1 und MG2 fungieren als Motorgenerator und setzen die von außen beaufschlagte mechanische Energie in Leistung um. Ein Ausgabedrehmoment auf einer Ausgangsseite der Kraftmaschine EGN und ein Ausgabedrehmoment der elektrischen Drehmaschine MG2 werden über einen Leistungsverteilungsmechanismus TSM an die elektrische Drehmaschine MG1 übertragen. Ein Drehmoment aus dem Leistungsverteilungsmechanismus TSM oder ein Drehmoment, das von der elektrischen Drehmaschine MG1 erzeugt wird, wird über eine Übersetzung TM und ein Differentialgetriebe DIF auf Räder übertragen.
Während des Nutzbremsens wird ein Drehmoment von Rädern an die elektrische Drehmaschine MG1 übertragen und basierend auf dem zugeführten Drehmoment wird eine Wechselstromleistung erzeugt. Die Wechselstromleistung wird durch den Leistungsumsetzer 200 in Gleichstromleistung umgesetzt, eine Batterie 136 für Hochspannung wird geladen und die geladene Energie wird als Fahrenergie wiederverwendet. Ferner wird in dem Fall, in dem die in der Batterie 136 für Hochspannung gespeicherte Energie verringert ist, die Rotationsenergie der Kraftmaschine EGN durch die elektrische Drehmaschine MG2 in Wechselstromleistung umgesetzt und die Batterie 136 wird aufgeladen, indem durch den Leistungsumsetzer 200 die Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umgesetzt wird. Mechanische Energie wird von der Kraftmaschine EGN durch den Leistungsverteilungsmechanismus TSM an die elektrische Drehmaschine MG2 übertragen.
Der Leistungsumsetzer 200 enthält Wechselrichterschaltungen 140 und 142, eine Steuerschaltung 172, eine Ansteuerschaltung 174, ein Kondensatormodul 500 und ein Hilfsmodul 350. Die Wechselrichterschaltung 140 setzt Gleichstromleistung in Wechselstromleistung um, um die Drehmaschine MG1 anzutreiben, und ist mit der elektrischen Drehmaschine MG1 durch ein Wechselstromverbindungselement 188 verbunden. Die Wechselrichterschaltung 142 setzt Gleichstromleistung in Wechselstromleistung um, um die elektrische Drehmaschine MG2 anzutreiben, und ist mit der elektrischen Drehmaschine MG2 durch ein Wechselstromverbindungselement 159 verbunden. Ein Leiter ist zwischen den Wechselrichterschaltungen 140 und 142 angeordnet und die Batterie 136 ist mit dem Kondensatormodul 500 verbunden, um Gleichstromleistung, die den Wechselrichterschaltungen 140 und 142 zugeführt werden soll, zu glätten. Der Leiter ist mit der Batterie 136 durch ein Gleichstromverbindungselement 138 verbunden.
Eine Ansteuerschaltung 350A und eine Wechselrichterschaltung 350B sind an dem Hilfsmodul 350 vorgesehen. Die Ansteuerschaltung 350A erzeugt einen Ansteuerpuls, um die Wechselrichterschaltung 350B auf der Grundlage eines von der Steuerschaltung 172 erzeugten Steuerpulses zu steuern. Die Wechselrichterschaltung 350B setzt Gleichstromleistung der Batterie 136 in Wechselstromleistung zum Antreiben eines Hilfsmotors 195 um. Die Wechselstromleistung wird über einen Wechselstromanschluss 120 an den Hilfsmotor 195 ausgegeben. Beispiele des Hilfsmotors 195 umfassen einen Motor zum Antreiben eines Verdichters einer Klimaanlage und einen Hilfsmotor zum Antreiben einer hydraulischen Pumpe zum Kühlen.
Die Steuerschaltung 172 berechnet Steuerbeträge der elektrischen Drehmaschinen MG1 und MG2 und des Hilfsmotors 195 auf der Basis einer Befehlseingabe von einem Hostcontroller (nicht dargestellt) über ein Verbindungselement 21. Ferner berechnet die Steuerschaltung 172, ob als Motor oder als Leistungsgenerator angesteuert werden soll, und erzeugt basierend auf dem Berechnungsergebnis einen Steuerpuls. Jeder Steuerpuls wird in die Ansteuerschaltung 174 und die Ansteuerschaltung 350A des Hilfsmoduls 350, die oben beschrieben sind, eingegeben. Die Ansteuerschaltung 174 erzeugt einen Ansteuerpuls zum Steuern der einzelnen Wechselrichterschaltungen 140 und 142 basierend auf einem Steuerpuls, der durch die Steuerschaltung 172 erzeugt wird.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Konfiguration eines Teils, das sich auf eine Antriebssteuerung einer elektrischen Drehmaschine MG1 in einem Leistungsumsetzer 200 bezieht, darstellt. Die Wechselrichterschaltung 140 enthält mehrere Schaltleistungshalbleiterelemente. In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen wird ein bipolarer Transistor vom Typ mit isoliertem Gate als das Schaltleistungshalbleiterelement verwendet, der mit IGBT bezeichnet ist. Die Wechselrichterschaltungen 140 und 142 haben die gleiche Konfiguration und die Wechselrichterschaltung 140 wird nachstehend als Beispiel beschrieben.
Die Wechselrichterschaltung 140 enthält drei Leistungsmodule 300, die drei Phasen einschließlich der U-, V- und W-Phase der auszugebenden Wechselstromleistung entsprechen. Jedes der Leistungsmodule 300 bildet eine Reihenschaltung von oberen und unteren Zweigen, die einen IGBT 328 und eine Diode 156 umfassen, die als ein oberer Zweig fungieren, und einen IGBT 330 und eine Diode 166 umfassen, die als ein unterer Zweig fungieren. In jedem der Leistungsmodule 300 ist ein Mittelpunkt jeder der Reihenschaltungen über das Wechselstromverbindungselement 188 mit der elektrischen Drehmaschine MG1 verbunden. Ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (im Folgenden als MOSFET abgekürzt) kann als Schaltleistungshalbleiterelement verwendet werden. In diesem Fall werden die Diode 156 und die Diode 166 nicht benötigt.
Die Steuerschaltung 172 enthält einen Mikrocomputer zum Berechnen einer Schaltzeitvorgabe der IGBTs 328 und 330. Eingabeinformationen für den Mikrocomputer umfassen einen Solldrehmomentwert, der für die elektrische Drehmaschine MG1 angefordert wird, einen Stromstärkewert, der der elektrischen Drehmaschine MG1 aus jedem Leistungsmodul 300 zugeführt werden soll, und eine Magnetpolposition eines Rotors der elektrischen Drehmaschine MG1. Der Solldrehmomentwert basiert auf einem Befehlssignal, das von einer übergeordneten Steuervorrichtung (nicht dargestellt) ausgegeben wird.
Ein Stromstärkewert wird auf der Basis eines Detektionssignals von einem Stromstärkesensor 180 detektiert. Eine Magnetpolposition wird auf der Basis eines Detektionssignals detektiert, das von einem Drehmagnetpolsensor (nicht dargestellt) wie beispielsweise einem Drehmelder, der an der elektrischen Drehmaschine MG1 vorgesehen ist, ausgegeben wird. In der Ausführungsform ist ein Fall beispielhaft dargestellt, in dem der Stromstärkesensor 180 Stromstärkewerte aus drei Phasen detektiert. Jedoch können Stromstärkewerte für zwei Phasen detektiert werden und Stromstärken für drei Phasen berechnet werden.
Wie oben beschrieben empfangt die Steuerschaltung 172 einen Steuerbefehl von einer übergeordneten Steuervorrichtung über das Verbindungselement 21 (siehe 1). Basierend auf dem Steuerbefehl erzeugt die Steuerschaltung 172 einen Steuerpuls, der ein Steuersignal zum Steuern der IGBTs 328 und 330 ist, die einen oberen Zweig oder einen unteren Zweig des Leistungsmoduls 300 einer jeweiligen Phase bilden, die die Wechselrichterschaltung 140 bildet, und liefert den Steuerpuls an die Ansteuerschaltung 174.
Basierend auf dem oben beschriebenen Steuerpuls liefert die Ansteuerschaltung 174 einen Ansteuerpuls zum Steuern der IGBTs 328 und 330, die einen oberen Zweig oder einen unteren Zweig des Leistungsmoduls 300 jeder Phase bilden, an die IGBTs 328 und 330 der jeweiligen Phase. Die IGBTs 328 und 330 setzen die von der Batterie 136 gelieferte Gleichstromleistung in eine dreiphasige Wechselstromleistung um, indem sie die Leistung basierend auf dem Ansteuerpuls aus der Ansteuerschaltung 174 durchlassen oder unterbrechen, und die umgesetzte Leistung wird der elektrischen Drehmaschine MG1 zugeführt.
Die Batterie 136 und die Wechselrichterschaltung 140 sind durch zwei Leiter 564p und 564n verbunden. Der Leiter 564p verbindet eine positive Elektrodenseite der Batterie 136 und eine positive Elektrodenseite der Wechselrichterschaltung 140 und der Leiter 564n verbindet eine negative Elektrodenseite der Batterie 136 und die negative Elektrodenseite der Wechselrichterschaltung 140. Die Batterie 136 ist mit den leistungsquellenseitigen Anschlüssen 561p und 561n der Leiter 564p und 564n verbunden. Die Wechselrichterschaltung 140 ist mit den leistungsseitigen Anschlüssen 562p und 562n der Leiter 564p und 564n verbunden.
Ein Glättungskondensator 514 ist mit den Kondensatoranschlüssen 563p und 563n der Leiter 564p und 564n verbunden. Ferner ist ein Kondensator 515 zum Entfernen von Rauschen mit Kondensatoranschlüssen 560p und 560n verbunden, die zwischen den leistungsquellenseitigen Anschlüssen 561p und 561n und den Kondensatoranschlüssen 563p und 563n angeordnet sind. Der Kondensator 515 wird auch Y-Kondensator genannt und gibt Gleichtaktrauschen an eine Masse 569 ab.
Eine Konfiguration zum Unterdrücken einer Stoßspannung und eine Konfiguration zum Reduzieren von Rauschen, das aus einem Eingang eines Leistungsumsetzers austritt, gemäß der Ausführungsform werden als Nächstes beschrieben. 3 ist ein Blockdiagramm wie 2. In 3 sind Parasitärinduktivitäten in den Leitern 564p und 564n, die sich auf eine Stoßspannung und einen Rauschaustritt beziehen, mit L1 und L2 bezeichnet.
(Unterdrückung der Stoßspannung)
Das Problem ist, dass ein Leistungshalbleiterelement durch das Auftreten einer Stoßspannung zerstört wird und ein Rauschstrom durch eine Spannungsänderung aufgrund einer Stoßspannung an beiden Enden einer parasitären Kapazität eines Leistungsumsetzers verursacht wird und der Rauschstrom in einen Fahrzeugkörper fließt. Ferner beeinflusst der Rauschstrom Rauschen, das aus einem Eingang des Leistungsumsetzers austritt, das später beschrieben wird. 4 ist ein Diagramm, das eine Stoßspannung beschreibt. In 4 gibt Vce des IGBT 328 eine Spannung zwischen einem Kollektor und einem Emitter an und Ic eine Kollektorstromstärke an. Die folgende Formel (1) gibt eine Stoßspannung ΔVce an, die zwischen einem Kollektoranschluss und einem Emitteranschluss des Oberzweig-IGBT 328 des Leistungsmoduls 300 erzeugt wird. ΔVce = (L2 + Lp) × (di/dt) (1)
In der Formel (1) bezeichnet L2 eine Parasitärinduktivität zwischen dem Kondensatoranschluss 563p (563n) und dem leistungsseitigen Anschluss 562p (562n), Lp bezeichnet eine Parasitärinduktivität des Leistungsmoduls 300 und (di/dt) bezeichnet eine Stromstärkeänderung, wenn der Oberzweig-IGBT 328 geschaltet wird.
In der Ausführungsform wird durch Verwenden der Leiter 564p und 564n, die eine Struktur aufweisen, die später beschrieben wird, die Parasitärinduktivität L2 in der Formel (1) reduziert und die Stoßspannung ΔVce unterdrückt.
(Verringerung des aus dem Eingang des Leistungsumsetzers tretenden Rauschens)
Ein Verfahren zum Reduzieren von Rauschen, das aus einem Eingang eines Leistungsumsetzers austritt, wird als Nächstes unter Bezugnahme auf 3 und 5 beschrieben. Bei der Erzeugung der oben beschriebenen Stoßspannung weist eine Spannung Vbat der leistungsquellenseitigen Anschlüsse 561p und 561n der Leiter 564p und 564n eine Spannungsänderung auf. Das Problem ist, dass die Spannungsänderung aus einem Eingang des Leistungsumsetzers als Leitungsrauschen und Strahlungsrauschen austritt und sich nachteilig auf die Batterie 136, die eine Leistungsquelle ist, und eine periphere elektrische Schaltung auswirkt.
In der Ausführungsform wird zum Unterdrücken der Spannungsänderung die Parasitärinduktivität L1 in den Leitern 564p und 564n, mit anderen Worten eine Parasitärinduktivität von dem Kondensatoranschluss 560p (560n) des Kondensators 515 zum Entfernen von Rauschen zu dem Kondensatoranschluss 563p (563n) des Kondensators 514, erhöht. Eine Impedanz Z (= jωL1, j: eine komplexe Zahl, ω: eine Winkelgeschwindigkeit) durch die Parasitärinduktivität L1 nimmt mit zunehmender Frequenz wie in 5(a) gezeigt zu. Folglich fungiert die Parasitärinduktivität L1 als Niederfrequenz-Bandpassfilter (LPF) und eine Änderung in der Spannung Vbat des leistungsquellenseitigen Anschlusses 561p (561n) wird in Verbindung mit einer Stoßspannung, die eine Änderung in einer Hochfrequenzspannung ist, blockiert.
Wie oben beschrieben wird gemäß der Ausführungsform in den Leitern 564p und 564n die Parasitärinduktivität L2 von der leistungsseitigen Anschluss 562p (562n) zu dem Kondensatoranschluss 563p (563n) verringert und die Parasitärinduktivität L1 von dem Kondensatoranschluss 563p (563n) zu dem Kondensatoranschluss 560p (560n) erhöht. Als Ergebnis wird die Erzeugung einer Stoßspannung verhindert und ein Rauschen, das in Verbindung mit der Erzeugung einer Stoßspannung aus einem Eingang des Leistungsumsetzers austritt, wird verringert. Speziell sind die Leiter 564p und 564n so ausgebildet, dass L2 < L1.
Die Leiter 564p und 564n, die die oben beschriebenen Bedingungen erfüllen, werden nachfolgend im Detail beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
6 und 7 zeigen eine erste Ausführungsform der Leiter 564p und 564n. 6 ist eine perspektivische Ansicht des Kondensatormoduls 500. 7 zeigt jeweilige Draufsichten auf die Leiter 564p und 564n. Die Leiter 564p und 564n haben eine Plattenform. Hier werden sowohl weite Vorderflächen als auch weite Rückflächen, die in einer Dickenrichtung angeordnet sind, als Hauptfläche bezeichnet.
In dem Leiter 564p ist ein leistungsseitiger Anschluss 562p an einem Ende ausgebildet und ein leistungsquellenseitiger Anschluss 561p an einem anderen Ende ausgebildet. Darüber hinaus umfasst der Leiter 564p den Kondensatoranschluss 563p als Verbindungsabschnitt mit einer positiven Elektrodenseite des Kondensators 514 und den Kondensatoranschluss 560p als Verbindungsabschnitt mit einer positiven Elektrodenseite des Kondensators 515. In dem Leiter 564p ist ein Bereich A ein laminierter Bereich. Der Bereich A und die Hauptfläche des Leiters 564n sind so laminiert, dass sie einander in dem laminierten Bereich zugewandt sind. Andererseits ist ein Bereich B des Leiters 564p ein nichtlaminierter Bereich, der nicht mit dem Leiter 564n laminiert ist (siehe 6). Insbesondere sind in dem nichtlaminierten Bereich B die Hauptflächen der Leiter 564p und 564n einander nicht zugewandt. Eine Breite W2 des nichtlaminierten Bereichs B ist kleiner als 1/2 einer Breite W1 des laminierten Bereichs A festgelegt. In dem laminierten Bereich ist ein isolierendes Element 565 (beispielsweise ein isolierendes Papier) eingeschlossen, um den Leiter 564p und den Leiter 564n elektrisch zu isolieren.
In dem Leiter 564n ist ein leistungsseitiger Anschluss 562n an einem Ende ausgebildet und ein leistungsquellenseitiger Anschluss 561n an einem anderen Ende ausgebildet. Zusätzlich enthält der Leiter 564n den Kondensatoranschluss 563n als Verbindungsabschnitt, der mit einer negativen Elektrodenseite des Kondensators 514 verbunden ist, und den Kondensatoranschluss 560n als Verbindungsabschnitt, der mit einer negativen Elektrodenseite des Kondensators 515 verbunden ist. In dem Leiter 564n ist ein Bereich A ein laminierter Bereich, in dem der Bereich A und die Hauptoberfläche des Leiters 564p so laminiert sind, dass sie einander zugewandt sind, und ein Bereich B ein nichtlaminierter Bereich, in dem der Bereich B nicht mit dem Leiter 564p laminiert ist (siehe 6).
Das Kondensatormodul 500 ist in einem Kondensatorgehäuse aufgenommen und das Kondensatorgehäuse ist mit einem Füllstoff gefüllt, obwohl dies in 6 nicht dargestellt ist.
Wie in 6 gezeigt umfassen die Leiter 564p und 564n einen laminierten Bereich A zwischen den Kondensatoranschlüssen 563p und 563n und den leistungsseitigen Anschlüssen 562p und 562n und einen nichtlaminierten Bereich B zwischen den Kondensatoranschlüssen 563p und 563n und den Kondensatoranschlüssen 560p und 560n. Wie in 8 gezeigt sind in dem Fall, in dem die Leiter 564p und 564n mit Parasitärinduktivitäten Lp bzw. Ln miteinander laminiert sind, Richtungen der Ströme, die in den Leitern 564p und 564n fließen, einander entgegengesetzt. Daher verringert sich eine Gesamtinduktivität Ltotal um (–2 Mpn) für eine wechselseitige Induktivität Mpn. Daher ist die Parasitärinduktivität L2 des laminierten Bereichs A in 6 verringert und eine Stoßspannung kann unterdrückt werden.
Andererseits ist in dem Fall, in dem die Leiter 564p und 564n wie in dem nichtlaminierten Bereich B, der in 6 gezeigt ist, laminiert sind, die wechselseitige Induktivität Mpn wesentlich verringert und die Gesamtinduktivität Ltotal ist näherungsweise durch Ltotal = Lp + Ln gegeben. Infolgedessen kann im Vergleich zu einem Fall, bei dem eine laminierte Struktur verwendet wird, die Parasitärinduktivität L1 erhöht sein und Rauschen, das aus einem Eingang eines Leistungsumsetzers tritt, reduziert sein.
Eine Länge von den Kondensatoranschlüssen 563p und 563n zu den leistungsseitigen Anschlüssen 562p und 562n ist unter dem Aspekt der Reduktion der Parasitärinduktivität L2 vorzugsweise so kurz wie möglich. Wenn beispielsweise die Kondensatoranschlüsse 563p und 563n in der Nähe der leistungsseitigen Anschlüsse 562p und 562n angeordnet sind, wie es durch 563p' und 563n' angedeutet ist, kann die Parasitärinduktivität L2 weiter verringert sein und die Parasitärinduktivität L1 weiter erhöht sein. In diesem Fall ist zumindest ein Teil der Leiter 564p und 564n der nichtlaminierte Bereich B zwischen den Kondensatoranschlüssen 563p' und 563n' und den Kondensatoranschlüssen 560p und 560n.
(Zweite Ausführungsform)
9 bis 11 zeigen eine zweite Ausführungsform der Leiter 564p und 564n. 9 ist eine perspektivische Ansicht eines Kondensatormoduls 500 und 10 ist ein Aufriss davon. 11 ist eine perspektivische Ansicht von einer Bodenflächenseite des Kondensatormoduls 500 aus betrachtet. Wie in dem Fall von 6 hat der Kondensator 514, der an dem Kondensatormodul 500 angeordnet ist, eine im Wesentlichen rechteckige Spatform mit sechs Seitenflächen.
In der zweiten Ausführungsform wird eine Parasitärinduktivität L1 durch Ausdehnen der Länge eines Leiters zwischen Kondensatoranschlüssen 563p und 563n und Kondensatoranschlüssen 560p und 560n erhöht. Daher sind in der oben beschriebenen 7 die Leiter 564p und 564n entlang einer Seitenfläche des Kondensators 514 vorgesehen. In der zweiten Ausführungsform erstrecken sich jedoch wie in 11 gezeigt die Leiter 564p und 564n entlang vier Seitenflächen des Kondensators 514 und die Länge eines Bereichs, in dem die Leiter 564n und 564p laminiert sind, (eines laminierten Bereichs A) ist kürzer als die Länge eines Bereichs, in dem die Leiter nicht laminiert sind, (eines nichtlaminierten Bereichs B) festgelegt. Insbesondere hat wie in 10 gezeigt ein Abschnitt, der einer Seitenfläche S1 zugewandt ist, eine laminierte Struktur (der laminierte Bereich A) und ein Abschnitt, der Seitenflächen S2, S3 und S4 zugewandt ist, hat eine nichtlaminierte Struktur (der nichtlaminierte Bereich B).
Wie oben beschrieben kann die Parasitärinduktivität L1 weiter erhöht werden, indem eine Länge des nichtlaminierten Bereichs B erweitert wird, während eine Größe des Kondensatormoduls 500 auf fast die gleiche Größe wie die Größe in 7 festgelegt wird, indem die Leiter 564p und 564n entlang mehrerer der Seitenflächen S1 bis S4 des Kondensators 514 ausgedehnt werden. Wie in 9 bis 11 gezeigt sind die Kondensatoranschlüsse 563p und 563n in einer Mitte des laminierten Bereichs A angeordnet. Wie in 7 gezeigt können die Kondensatoranschlüsse jedoch an einem Ende einer Seite eines nichtlaminierten Bereichs in dem laminierten Bereich A angeordnet sein.
Im Vergleich mit der in 7 gezeigten Konfiguration ist die Parasitärinduktivität L2 auf dem gleichen Niveau und die Parasitärinduktivität L1 etwa 7,5-mal so groß. Als Ergebnis sind Spannungsschwankungen in den leistungsquellenseitigen Anschlüssen 561p und 561n auf ungefähr 1/2 verringert.
(Dritte Ausführungsform)
12 zeigt die Leiter 564p und 564n in einer dritten Ausführungsform. In der dritten Ausführungsform werden als Verfahren zum Einstellen der Parasitärinduktivitäten L1 und L2 auf L1 > L2 Leiterquerschnittsflächen variiert. Genauer werden die Querschnittsflächen (eine C2-C2-Querschnittsfläche) der Leiter 564p und 564n zwischen den Kondensatoranschlüssen 563p und 563n und den Kondensatoranschlüssen 560p und 560n so festgelegt, dass sie kleiner sind als Querschnittsflächen (eine C1-C1-Querschnittsfläche) der Leiter 564p und 564n zwischen den Kondensatoranschlüssen 563p und 563n und den leistungsseitigen Anschlüssen 562p und 562n. Die Größen der Querschnittsflächen werden durch Ändern der Breiten W1 und W2 und der Leiterdicke angepasst.
Eine Länge in einer Ausdehnungsrichtung (einer Stromflussrichtung) des Leiters ist in den Bereichen A1 und B2 nahezu gleich. Daher werden die Parasitärinduktivitäten L1 und L2 in dem Fall, in dem die Leiter 564p und 564n getrennt betrachtet werden, durch Festlegen einer Querschnittsfläche wie oben beschrieben auf L1 > L2 eingestellt. In dem in 12 gezeigten Beispiel haben die Leiter 564p und 564n in dem Bereich A1 eine laminierte Struktur. Daher ist die Parasitärinduktivität L2 weiter verringert.
Wie oben beschrieben sind gemäß der Ausführungsform in den Leitern 564p und 564n, die in einem Leistungsumsetzer 200 vorgesehen sind, die leistungsseitigen Anschlüsse 562p und 562n, die an einem Ende vorgesehen sind, mit einer Wechselrichterschaltung 140 verbunden und die leistungsquellenseitigen Anschlüsse 561p und 561n, die an einem anderen Ende vorgesehen sind, mit einer Batterie 136 verbunden. Weiterhin enthält der Leistungsumsetzer 200 die Kondensatoranschlüsse 563p und 563n, die auf Seite leistungsseitiger Anschlüsse 562p und 562n vorgesehen sind und mit einem Kondensator 514 zum Glätten verbunden sind, und die Kondensatoranschlüsse 560p und 560n, die auf Seite leistungsquellenseitiger Anschlüsse 561p und 561n vorgesehen sind und mit einem Kondensator 515 zum Entfernen von Rauschen verbunden sind.
Die Leiter 564p und 564n sind so ausgebildet, dass die Parasitärinduktivität L1 zwischen den Kondensatoranschlüssen 563p und 563n und den Kondensatoranschlüssen 560p und 560n größer ist als die Parasitärinduktivität L2 zwischen den Kondensatoranschlüssen 563p und 563n und den leistungsseitigen Anschlüssen 562p und 562n.
Im Allgemeinen sind wie in PTL 1 beschrieben die Leiter 564p und 564n so ausgebildet, dass eine Parasitärinduktivität des gesamten Leiters klein wird, um die Erzeugung einer Stoßspannung zu unterdrücken. Jedoch wird Rauschen, das aus einem Eingang eines Leistungsänderers austritt, nicht berücksichtigt. Insbesondere ist in dem Fall, in dem die Parasitärinduktivitäten der gesamten Leiter 564p und 564n abgesenkt sind, eine Stoßspannung verringert. Es können jedoch keine Effekte zum Unterdrücken des durch die Stoßspannung verursachten Rauschaustritts erwartet werden.
Daher werden in der Ausführungsform zunächst die Parasitärinduktivitäten L2 zwischen den Kondensatoranschlüssen 563p und 563n und den leistungsseitigen Anschlüssen 562p und 562n, die eine Stoßspannung verursachen, reduziert, um eine Stoßspannung zu unterdrücken. Ferner wird durch Erhöhen der Parasitärinduktivitäten L1 zwischen dem Kondensatoranschluss 563p und 563n und dem Kondensatoranschluss 560p und 560n ein Rauschen vermindert, das aus einem Eingang eines Leistungsumsetzers tritt, der eine Stoßspannung verursacht.
Wie in 6 gezeigt umfasst ein Verfahren zum Einstellen der Parasitärinduktivität auf L1 > L2, dass die Parasitärinduktivität L2 durch eine laminierte Struktur in dem laminierten Bereich A der Leiter 564p und 564n verringert wird und die Parasitärinduktivität L1 durch eine nichtlaminierte Struktur in dem nichtlaminierten Bereich B erhöht wird. Ferner wird wie in 12 gezeigt die Parasitärinduktivität durch Verringern einer Leiterquerschnittsfläche in dem Bereich A1 im Vergleich zu einer Leiterquerschnittsfläche in dem Bereich B1 auf L1 > L2 eingestellt. Zusätzlich können sowohl die laminierten/nichtlaminierten Strukturen als auch die Querschnittsbeziehungen verwendet werden.
Ferner kann, neben der Verwendung der laminierten/nichtlaminierten Strukturen oder der Querschnittsbeziehungen wie in 9 bis 11 gezeigt, die Parasitärinduktivität L1 durch Ausdehnen der Längen der Bereiche B und B1 (nichtlaminierte Abschnitte oder Abschnitte mit einer kleinen Querschnittsfläche) durch Ausdehnen der Leiter 564p und 564n entlang der mehreren Seitenflächen des Kondensators 514 vergrößert werden.
Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen kann einzeln oder kombiniert verwendet werden. Dies liegt daran, dass Effekte in jeder Ausführungsform einzeln oder synergetisch erhalten werden können. Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, solange Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt werden.
Bezugszeichenliste

136: Batterie
140: Wechselrichterschaltung
156, 166: Diode
200: Leistungsumsetzer
300: Leistungsmodul
328, 330: IGBT
500: Kondensatormodul
514, 515: Kondensator
560n, 560p, 563n, 563p: Kondensatoranschluss
561n, 561p: Leistungsquellenseitiger Anschluss
562n, 562p: Leistungsseitiger Anschluss
564n: Negativelektrodenleiter
564p: Positivelektrodenleiter
565: Isolierendes Element
L1, L2: Parasitärinduktivität
MG1, MG2: elektrische Drehmaschine

Claims

Leistungsumsetzer, der umfasst: eine Leistungsumsetzungseinheit, die mehrere Halbleiterschaltelemente umfasst und dazu ausgelegt ist, Leistung zwischen Gleichstromleistung und Gleichstromleistung umzusetzen; einen ersten Kondensator, der dazu ausgelegt ist, Gleichstromleistung aus einer Gleichstromleistungsquelle zu glätten; einen zweiten Kondensator, der dazu ausgelegt ist, Rauschen zu entfernen; und einen Leiter, der ein Positivelektrodenleitermaterial und ein Negativelektrodenleitermaterial enthält, deren eine Enden mit der Leistungsumsetzungseinheit verbunden sind und deren andere Enden mit der Gleichstromleistungsquelle verbunden sind, wobei der Leiter einen ersten Verbindungsabschnitt, der an der einen Endseite vorgesehen ist und mit dem ersten Kondensator verbunden ist, und einen zweiten Verbindungsabschnitt, der an der anderen Endseite vorgesehen ist und mit dem zweiten Kondensator verbunden ist. aufweist, und eine erste Parasitärinduktivität des Leiters zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt größer als eine zweite Parasitärinduktivität des Leiters zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt und dem einen Ende ist.
Leistungsumsetzer nach Anspruch 1, wobei der Leiter eine laminierte Struktur aufweist, bei der das Positivelektrodenleitermaterial und das Negativelektrodenleitermaterial über ein isolierendes Element zwischen dem einen Ende und dem ersten Verbindungsabschnitt laminiert sind, und der Leiter eine nichtlaminierte Struktur aufweist, bei der das Positivelektrodenleitermaterial und das Negativelektrodenleitermaterial zumindest an einem Teil zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt nicht laminiert sind.
Leistungsumsetzer nach Anspruch 2, wobei der erste Kondensator eine im Wesentlichen rechteckige Spatform mit sechs Seitenflächen aufweist, der Leiter sich entlang mehrerer der Seitenflächen erstreckt und eine Länge des Abschnitts der laminierten Struktur kürzer als eine Länge des Abschnitts der nichtlaminierten Struktur in einer Länge entlang der mehreren Seitenflächen des Leiters ist.
Leistungsumsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem Positivelektrodenleitermaterial und dem Negativelektrodenleitermaterial eine Leiterquerschnittsfläche zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt kleiner als eine Leiterquerschnittsfläche zwischen dem einen Ende und dem ersten Verbindungsabschnitt ist.