DE112019003527T5

DE112019003527T5 - Hochspannungsfilter und leistungsumsetzungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112019003527T5
Application number: DE112019003527.4T
Authority: DE
Inventors: Isao Houda; Aya Ohmae; Hiroki Funato; Yusaku Katsube; Ayumu Hatanaka
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2021-04-01
Also published as: CN112514224B; JP2020054059A; JP6980630B2; US20210319956A1; CN112514224A; US11348735B2; WO2020066222A1

Abstract

Ein Hochspannungsfilter enthält eine Anodenstromschiene, eine Katodenstromschiene, ein erstes kapazitives Element, das zwischen die Anodenstromschiene und einen mit Masse verbundenen Masseverbinder geschaltet ist, ein zweites kapazitives Element, das zwischen die Katodenstromschiene und den Masseverbinder geschaltet ist, und ein drittes kapazitives Element, das zwischen die Anodenstromschiene und die Katodenstromschiene geschaltet ist. Ein Anodenanschluss des ersten kapazitiven Elements und ein Katodenanschluss des dritten kapazitiven Elements sind einander benachbart angeordnet und ein Katodenanschluss des zweiten kapazitiven Elements und ein Anodenanschluss des dritten kapazitiven Elements sind einander benachbart angeordnet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochspannungsfilter und eine Leistungsumsetzungsvorrichtung.
Stand der Technik
PTL 1 beschreibt ein LC-Filter, das verhindert, dass durch eine Schaltoperation einer Leistungsumsetzungsvorrichtung, die einen Wechselrichter enthält, erzeugtes Hochfrequenzrauschen auf eine Seite einer kommerziellen Leistungsversorgung abfließt.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur
PTL 1: JP-A-2016-10308
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn die Leistungsumsetzungsvorrichtung aus PTL 1 auf ein Elektrofahrzeug angewendet wird, entsteht das Problem, dass zusammen mit einer Zunahme einer Spannungsspezifikation eine Hochspannungsbatterie eine Kapazität eines kapazitiven Elements, das als ein Hochspannungsfilter eingefügt wird, groß sein muss, um eine Spannungsfestigkeit zu erhöhen, und dass es schwierig ist, die gewünschte Filterleistungsfähigkeit in einem begrenzten Volumen der Leistungsumsetzungsvorrichtung zu erhalten.
Lösung des Problems
Ein Hochspannungsfilter gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Anodenstromschiene, eine Katodenstromschiene, ein erstes kapazitives Element, das zwischen die Anodenstromschiene und einen mit einer Masse verbundenen Masseverbinder geschaltet ist, ein zweites kapazitives Element, das zwischen die Katodenstromschiene und den Masseverbinder geschaltet ist, und ein drittes kapazitives Element, das zwischen die Anodenstromschiene und die Katodenstromschiene geschaltet ist. Es ist bevorzugt, dass ein Anodenanschluss des ersten kapazitiven Elements und ein Katodenanschluss des dritten kapazitiven Elements einander benachbart angeordnet sind und dass ein Katodenanschluss des zweiten kapazitiven Elements und ein Anodenanschluss des dritten kapazitiven Elements einander benachbart angeordnet sind.
Ein Hochspannungsfilter gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Anodenstromschiene, eine Katodenstromschiene, ein erstes kapazitives Element, das zwischen die Anodenstromschiene und einen mit Masse verbundenen Masseverbinder geschaltet ist, ein zweites kapazitives Element, das zwischen die Katodenstromschiene und den Masseverbinder geschaltet ist, und mehrere kapazitive Elemente, die zwischen die Anodenstromschiene und die Katodenstromschiene geschaltet sind. Es ist bevorzugt, dass in den mehreren kapazitiven Elementen ein Anodenanschluss, der mit der Anodenstromschiene verbunden ist, eines der zwei benachbarten kapazitiven Elemente und ein Katodenanschluss, der mit der Katodenstromschiene des anderen kapazitiven Elements verbunden ist, einander benachbart angeordnet sind, dass die mehreren kapazitiven Elemente ein drittes kapazitives Element enthalten, das zu dem ersten kapazitiven Element und zu dem zweiten kapazitiven Element benachbart angeordnet ist, dass ein Anodenanschluss des ersten kapazitiven Elements und ein Katodenanschluss des dritten kapazitiven Elements nahe beieinander angeordnet sind und dass ein Katodenanschluss des zweiten kapazitiven Elements und ein Anodenanschluss des dritten kapazitiven Elements nahe beieinander angeordnet sind.
Vorteilhafte Wirkung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Filterleistungsfähigkeit des Hochspannungsfilters verbessert werden und kann ein Einfluss von Hochfrequenzrauschen verringert werden, ohne die Kapazitäten der kapazitiven Elemente zu erhöhen.
Andere Probleme, Konfigurationen und Wirkungen als die oben beschriebenen werden anhand der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen geklärt.
Figurenliste

1 ist ein Blockschaltplan, der eine Konfiguration einer Leistungsumsetzungsvorrichtung zeigt.
2 ist eine Explosionsdarstellung, die ein Beispiel eines kapazitiven Elements zeigt, das in einem Hochspannungsfilter verwendet ist.
3 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration des Hochspannungsfilters gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Hochspannungsfilters gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die folgenden Beschreibungen und die Zeichnungen sind Beispiele zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung und sind zur Klärung der Beschreibung mit geeigneten Weglassungen versehen und vereinfacht. Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen anderen Formen implementiert werden. Sofern nichts anderes spezifiziert ist, kann die Anzahl der jeweiligen Komponenten eine Einzahl oder Mehrzahl sein.
Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, können in den Zeichnungen gezeigte Positionen, Größen, Formen, Bereiche usw. der jeweiligen Komponenten nicht tatsächliche Positionen, Größen, Formen, Bereiche usw. repräsentieren. Somit ist die vorliegende Erfindung nicht notwendig auf die Position, die Größe, die Form, den Bereich usw., die in den Zeichnungen gezeigt sind, beschränkt.
In den Zeichnungen bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben oder einander entsprechende Teile. Wenn es mehrere Komponenten mit einer selben oder ähnlichen Funktion gibt, können an demselben Bezugszeichen unterschiedliche tiefgestellte Indizes angebracht sein. Allerdings können die tiefgestellten Indizes weggelassen sein, wenn es nicht notwendig ist, die mehreren Komponenten zu unterscheiden.
[Erste Ausführungsform]
In der vorliegenden Ausführungsform wird anhand von 1 bis 3 eine Ausführungsform beschrieben, in der ein Hochspannungsfilter gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung angewendet ist, die einen Wechselrichter enthält, um einen Motor eines Elektrofahrzeugs, eines Hybridfahrzeugs oder dergleichen anzusteuern.
1 ist ein Blockschaltplan, der eine Konfiguration einer Leistungsumsetzungsvorrichtung 30 zeigt. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 30 enthält ein Metallgehäuse 31 und ist dafür konfiguriert, in diesem Metallgehäuse 31 verschiedene Schaltungsblöcke und Elemente aufzunehmen. In 1 sind unter den Schaltungsblöcken und den Elementen, die in dem Metallgehäuse 31 aufgenommen sind, nur die für die Beschreibung notwendigen dargestellt. Wie in 1 gezeigt ist, führt eine Leistungsversorgung 10 der Leistungsumsetzungsvorrichtung 30 eine Gleichspannung zu. Durch eine durch die Leistungsumsetzungsvorrichtung 30 gebildete Wechselspannung wird ein Elektromotor 50 angesteuert.
Die Leistungsversorgung 10 ist ein Produkt, das eine Wechselstromleistungsversorgung durch einen Umsetzer in eine Gleichspannung umsetzt, oder eine Batterie. Zum Beispiel verwendet ein Ansteuerwechselrichter eines Hybridfahrzeugs als die Leistungsversorgung 10 eine Hochspannungsbatterie mit mehreren hundert Volt. Da eine medizinische Vorrichtung wie etwa eine Röntgendiagnosevorrichtung eine kommerzielle Wechselstromleistungsversorgung verwendet, wird ferner z. B. ein Produkt verwendet, das die Wechselstromleistungsversorgung durch eine Gleichrichterschaltung oder durch einen Umsetzer in eine Gleichstromleistungsversorgung umsetzt. Eine Anodenelektrode der Leistungsversorgung 10 ist mit einem Hochspannungsanodenkabel 21 verbunden und eine Katodenelektrode der Leistungsversorgung 10 ist mit einem Hochspannungskatodenkabel 22 verbunden. Obgleich dies nicht besonders beschränkt ist, ist ein Gehäuse der Leistungsversorgung 10 als eine Rahmenmasse G eingestellt und mit einer Masseleitung GND verbunden. Das Hochspannungsanodenkabel 21 ist mit einem Eingangsanschluss (dem Anodeneingangsanschluss für die Leistungsversorgung) P1 der Leistungsumsetzungsvorrichtung 30 verbunden und das Hochspannungskatodenkabel 22 ist mit einem Eingangsanschluss (dem Katodeneingangsanschluss für die Leistungsversorgung) N1 der Leistungsumsetzungsvorrichtung 30 elektrisch verbunden.
Der Elektromotor 50 ist nicht besonders beschränkt, ist aber durch einen Dreiphasenelektromotor konfiguriert. Dieser Elektromotor 50 enthält einen Rotor und einen Stator, die nicht gezeigt sind, und ist in dem Stator mit drei Spulen 51-U, 51-V und 51-W versehen. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 30 bildet eine Dreiphasenwechselspannung und führt die Dreiphasenwechselspannung über die Hochspannungs-Wechselstromkabel 41, 42 und 43 den drei Spulen 51-U, 51-V und 51-W zu. Dementsprechend erzeugen die drei Spulen 51-U, 51-V und 51-W ein Magnetfeld, das der Dreiphasenwechselspannung entspricht, um zu veranlassen, dass sich der Rotor dreht. Obgleich dies nicht besonders beschränkt ist, ist ein Gehäuse des Elektromotors 50 ebenfalls als eine Rahmenmasse G eingestellt und mit der Masseleitung GND verbunden.
Nachfolgend wird die Konfiguration der Leistungsumsetzungsvorrichtung 30 beschrieben. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 30 enthält ein Hochspannungsfilter 32, einen Glättungskondensator 33, Halbleitermodule 34a bis 34c und eine Steuereinheit 35, die dafür konfiguriert ist, die Halbleitermodule 34a bis 34c zu steuern. Der Eingangsanschluss P1 der Leistungsumsetzungsvorrichtung 30 und ein Eingangsanschluss P2 auf der Anodenseite des Hochspannungsfilters 32 sind über eine erste Stromschiene B1 verbunden und der Eingangsanschluss N1 der Leistungsumsetzungsvorrichtung 30 und ein Katodeneingangsanschluss N2 des Hochspannungsfilters 32 sind über eine zweite Stromschiene B2 verbunden. Ferner sind ein Ausgangsanschluss P3 des Hochspannungsfilters 32 und die Anodenanschlüsse der Halbleitermodule 34a bis 34c über eine dritte Stromschiene B3 verbunden und sind ein Ausgangsanschluss N3 des Hochspannungsfilters 32 und die Katodenanschlüsse der Halbleitermodule 34a bis 34c über eine vierte Stromschiene B4 verbunden. Ein Masseverbindungsanschluss YG des Hochspannungsfilters 32 ist mit einer Masse G des Metallgehäuses 31 verbunden. Ferner ist die Rahmenmasse G des Metallgehäuses 31 mit der Masseleitung GND verbunden.
Die Halbleitermodule 34a bis 34c, die einen Wechselrichter zum Ansteuern des Elektromotors 50 bilden, erzeugen, wenn sie schalten, einen Hochfrequenzschaltstrom und eine Hochfrequenzschaltspannung. Somit wird allgemein der Glättungskondensator 33 verwendet, der dafür konfiguriert ist, diese zu glätten, wobei mehrere Kondensatoren mit einer Kapazität von mehreren zehn Mikrofarad parallelgeschaltet sind, obgleich dies in 1 nicht gezeigt ist. Ein Anschluss auf der Anodenseite des Glättungskondensators 33 ist hier mit der dritten Stromschiene B3 verbunden und ein Anschluss auf der Katodenseite des Glättungskondensators 33 ist mit der vierten Stromschiene B4 verbunden. Jede der ersten Stromschiene B1 bis zu der vierten Stromschiene B4 ist eine Kupferplatte, die aus Kupfer hergestellt ist, obgleich sie nicht besonders beschränkt sind.
Die Halbleitermodule 34a bis 34c enthalten Halbleiterelemente wie etwa IGBTs, MOSFETs und SiC, die den Wechselrichter bilden, und erzeugen dadurch, dass sie diese Halbleiterelemente schalten (ein- und ausschalten), eine gewünschte Spannung oder einen gewünschten Strom. Ferner sind Schaltausgänge der Halbleitermodule 34a bis 34c in dieser Reihenfolge über Kabel 41, 42 und 43 mit dem Elektromotor 50 verbunden. Die Steuereinheit 35 steuert Schaltoperationen der Halbleitermodule 34a bis 34c.
In der wie oben beschrieben konfigurierten Leistungsumsetzungsvorrichtung 30 werden die Halbleiterelemente in den Halbleitermodulen 34a bis 34c gemäß einem Schaltsteuersignal von der Steuereinheit 35 geschaltet, wobei an die Hochspannungs-Wechselstromkabel 41, 42 und 43 periodisch eine Anodenspannung und eine Katodenspannung ausgegeben werden und wobei sie periodisch ein-/ausgeschaltet werden. Somit ändern sich die Spannungen/Ströme in der dritten Stromschiene B3 und in der vierten Stromschiene B4 und wird Rauschen erzeugt.
Nachfolgend wird anhand von 2 ein Beispiel des in der Leistungsumsetzungsvorrichtung 30 montierten Hochspannungsfilters 32 beschrieben. 2 ist hier eine Explosionsdarstellung, die ein Beispiel eines in dem Hochspannungsfilter 32 verwendeten kapazitiven Elements 320 zeigt. Wie in 2 gezeigt ist, enthält das kapazitive Element 320 ein dielektrisches Material 321 und eine erste Elektrode 322 und eine zweite Elektrode 323, zwischen denen dieses dielektrische Material 321 von beiden Seiten aufgenommen ist, um das kapazitive Element 320 zu bilden. Ferner enthält das kapazitive Element einen ersten Verbindungsanschluss 320P, der mit der ersten Elektrode 322 verbunden ist und der zum Verbinden eines Äußeren des kapazitiven Elements 320 verwendet wird, und einen zweiten Verbindungsanschluss 320N, der mit der zweiten Elektrode 323 verbunden ist und der zum Verbinden des Äußeren des kapazitiven Elements 320 verwendet wird. Dieses dielektrische Material 321, die erste Elektrode 322 und die zweite Elektrode 323 sind mit einem Harzmaterial 324 abgedichtet. Ferner ist das Harzmaterial 324 durch eine isolierende Schutzhülle 325 bedeckt und geschützt. Wie in 2 gezeigt ist, sind der erste Verbindungsanschluss 320P und der zweite Verbindungsanschluss 320N nach außen freigelegt. Der freiliegende Abschnitt des ersten Verbindungsanschlusses 320P und des zweiten Verbindungsanschlusses 320N weisen Längen auf, die den Längen der in der Schutzhülle 325 und in dem Harzmaterial 324 vergrabenen Abschnitte entsprechen.
3 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration des Hochspannungsfilters 32 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 3 gezeigt ist, enthält das Hochspannungsfilter 32 eine fünfte Stromschiene (Anodenstromschiene) B5, eine sechste Stromschiene (Katodenstromschiene) B6 und einen Masseverbinder 303. Die fünfte Stromschiene B5 verbindet einen Verbindungspunkt P2 mit der ersten Stromschiene B1 und einen Verbindungspunkt P3 mit der dritten Stromschiene B3. Die sechste Stromschiene B6 verbindet einen Verbindungspunkt N2 mit der zweiten Stromschiene B2 und einen Verbindungspunkt N3 mit der vierten Stromschiene B4. Der Masseverbinder 303 ist mit dem Metallgehäuse 31 verbunden. Ferner kann das gesamte Hochspannungsfilter 32 mit einem Metallgehäuse bedeckt sein und kann das Hochspannungsfilter 32 modularisiert sein. In diesem Fall wird der Masseverbinder 303 mit dem Metallgehäuse 31 verbunden, nachdem er mit dem Metallgehäuse, das das Hochspannungsfilter 32 bedeckt, verbunden worden ist.
Außerdem bildet das Hochspannungsfilter 32 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass es zwei Typen kapazitiver Elemente 320 mit unterschiedlichen Rauschminderungswirkungen verwendet, ein Filter. Der erste Typ ist ein kapazitives Glättungselement 320-1, das zwischen die fünfte Stromschiene B5 und die sechste Stromschiene B6 geschaltet ist, um ein Differenzrauschen zwischen einer Hochspannungsanodenseite (der dritten Stromschiene B3) und einer Hochspannungskatodenseite (der vierten Stromschiene B4) zu unterdrücken. Das kapazitive Glättungselement 320-1 ist über einen Anodenverbindungsanschluss 320-1P mit der fünften Stromschiene B5 verbunden und ist über einen Katodenverbindungsanschluss 320-1N mit der sechsten Stromschiene B6 verbunden. Der Anodenverbindungsanschluss 320-1P und der Katodenverbindungsanschluss 320-1N entsprechen hier den Verbindungsanschlüssen 320P bzw. 320N in 2. Das kapazitive Element 320 in einer derartigen Anwendung wird ebenfalls allgemein ein X-Kondensator genannt. Eine Kapazität des X-Kondensators in dem Hochspannungsfilter 32 ist nicht besonders beschränkt, kann aber gemäß einem Frequenzband, von dem erwünscht ist, dass es unterdrückt wird, bestimmt werden, wobei anders als in dem oben beschriebenen Glättungskondensator 33 hauptsächlich das kapazitive Element 320 mit einer Kapazität von mehreren Nanofarad bis mehreren Mikrofarad verwendet wird.
Der zweite Typ des Hochspannungsfilters 32 enthält ein erstes kapazitives Element 320-2, das zwischen die fünfte Stromschiene B5 und den Masseverbinder 303 geschaltet ist, und ein zweites kapazitives Element 320-3, das zwischen die sechste Stromschiene B6 und den Masseverbinder 303 geschaltet ist, um ein Gleichtaktrauschen, das auf der Seite der Hochspannungsanode (der dritten Stromschiene B3) und auf der Seite der Hochspannungskatode (der vierten Stromschiene B4) phasengleich überlagert ist, zu unterdrücken. Das erste kapazitive Element 320-2 ist über einen Anodenverbindungsanschluss 320-2P mit der fünften Stromschiene B5 verbunden und ist über einen Masseverbindungsanschluss 320-2G mit dem Masseverbinder 303 verbunden. Das zweite kapazitive Element 320-3 ist über einen Katodenverbindungsanschluss 320-3N mit der sechsten Stromschiene B6 verbunden und ist über einen Masseverbindungsanschluss 320-3G mit dem Masseverbinder 303 verbunden. Das kapazitive Element 320 in einer derartigen Anwendung wird ebenfalls allgemein ein Y-Kondensator genannt. Eine Kapazität des Y-Kondensators in dem Hochspannungsfilter 32 ist nicht besonders beschränkt, kann aber gemäß einem Frequenzband, von dem erwünscht ist, dass es unterdrückt wird, bestimmt werden, wobei hauptsächlich ein kapazitives Element mit einer Kapazität von mehreren Nanofarad bis mehreren Mikrofarad verwendet wird.
Wie in 3 gezeigt ist, sind in dem Hochspannungsfilter 32 mit einer derartigen Konfiguration der Anodenverbindungsanschluss 320-1P des kapazitiven Glättungselements 320-1 (des X-Kondensators) und der Katodenverbindungsanschluss 320-3N des zweiten kapazitiven Elements 320-3 (des Y-Kondensators der Katodenseite) einander benachbart angeordnet und sind der Katodenverbindungsanschluss 320-1N des kapazitiven Glättungselements 320-1 (des X-Kondensators) und der Anodenverbindungsanschluss 320-2P des ersten kapazitiven Elements 320-2 (des Y-Kondensators der Anodenseite) einander benachbart angeordnet. Auf diese Weise ermöglichen die Wirkungen der Gegeninduktivitäten zwischen den Verbindungsanschlüssen der Kondensatoren dadurch, dass der Anodenverbindungsanschluss 320-2P des Y-Kondensators und der Katodenverbindungsanschluss 320-1N des X-Kondensators einander benachbart angeordnet sind und dass der Katodenverbindungsanschluss 320-3N des Y-Kondensators und der Anodenverbindungsanschluss 320-1P des X-Kondensators einander benachbart angeordnet sind, die effektiven Induktivitäten der Verbindungsanschlüsse zu verringern. Außerdem ist es dadurch, dass die effektiven Induktivitäten der Verbindungsanschlüsse der Y-Kondensatoren auf diese Weise verringert sind, möglich, die Filtercharakteristiken für das Gleichtaktrauschen, das durch die Y-Kondensatoren verringert werden kann, zu verbessern.
In 3 ist das Hochspannungsfilter 32 in der Weise angeordnet, dass der Masseverbindungsanschluss 320-2G des ersten kapazitiven Elements 320-2 und der Masseverbindungsanschluss 320-3G des zweiten kapazitiven Elements 320-3 einander benachbart angeordnet sind. Gemäß dieser Anordnung können die zwei Masseverbindungsanschlüsse 320-2G und 320-3G mit demselben Masseverbinder 303 verbunden sein. Somit ist es dadurch, dass eine Impedanz von dem Anodenverbindungsanschluss 320-2P des Y-Kondensators zu einer Masse des Metallgehäuses 31 und eine Impedanz von dem Katodenverbindungsanschluss 320-3N des Y-Kondensators zu der Masse des Metallgehäuses 31 gemeinsam genutzt sind, möglich, das Gleichtaktrauschen effizient zu verringern.
[Zweite Ausführungsform]
In der vorliegenden Ausführungsform wird anhand von 4 eine Ausführungsform beschrieben, in der ein Hochspannungsfilter gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung angewendet ist, die einen Wechselrichter zum Ansteuern eines Motors eines Elektrofahrzeugs, eines Hybridfahrzeugs oder dergleichen enthält. Der Blockschaltplan, der die Konfiguration der in 1 gezeigten Leistungsumsetzungsvorrichtung zeigt, und die Explosionsdarstellung, die das Beispiel des in dem in 2 gezeigten Hochspannungsfilter verwendeten kapazitiven Elements zeigt, sind dieselben wie in der ersten Ausführungsform, so dass ihre Darstellungen weggelassen werden.
4 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Hochspannungsfilters 32' gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. in der vorliegenden Ausführungsform ist hinsichtlich des zwischen die fünfte Stromschiene B5 und die sechste Stromschiene B6 geschalteten X-Kondensators angenommen, dass es notwendig wird, die Kapazitäten wegen Beschränkungen der Volumina kapazitiver Elemente zusammen mit einer Zunahme einer Spannung der Leistungsversorgung 10 zu teilen.
Wie in 4 gezeigt ist, enthält das Hochspannungsfilter 32' die fünfte Stromschiene (die Anodenstromschiene) B5, die sechste Stromschiene (die Katodenstromschiene) B6 und einen Masseverbinder 304. Die fünfte Stromschiene B5 verbindet einen Verbindungspunkt P2 mit der ersten Stromschiene B1 und einen Verbindungspunkt P3 mit einer dritten Stromschiene B3. Die sechste Stromschiene B6 verbindet einen Verbindungspunkt N2 mit der zweiten Stromschiene B2 und einen Verbindungspunkt N3 mit der vierten Stromschiene B4. Der Masseverbinder 304 ist mit dem Metallgehäuse 31 verbunden. Das gesamte Hochspannungsfilter 32' kann mit einem Metallgehäuse bedeckt sein und das Hochspannungsfilter 32' kann modularisiert sein. In diesem Fall wird der Masseverbinder 304 mit dem Metallgehäuse 31 verbunden, nachdem er mit dem Metallgehäuse, das das Hochspannungsfilter 32' bedeckt, verbunden worden ist.
In dem Hochspannungsfilter 32' gemäß der zweiten Ausführungsform sind dadurch, dass ein Anodenverbindungsanschluss und ein Katodenverbindungsanschluss des kapazitiven Glättungselements einander benachbart angeordnet sind, zwischen die fünfte Stromschiene B5 und die sechste Stromschiene B6 kapazitive Glättungselemente 320-4, 320-5 und 320-6 geschaltet, um das Differenzrauschen zwischen der Hochspannungsanodenseite (der dritten Stromschiene B3) und der Hochspannungskatodenseite (der vierten Stromschiene B4) zu unterdrücken. Das heißt, das kapazitive Glättungselement 320-4 ist über einen Anodenverbindungsanschluss 320-4P mit der fünften Stromschiene B5 verbunden und ist über einen Katodenverbindungsanschluss 320-4N mit der sechsten Stromschiene B6 verbunden. Das kapazitive Glättungselement 320-5 ist über einen Anodenverbindungsanschluss 320-5P mit der fünften Stromschiene B5 verbunden und ist über einen Katodenverbindungsanschluss 320-5N mit der sechsten Stromschiene B6 verbunden. Ferner ist das kapazitive Glättungselement 320-6 über einen Anodenverbindungsanschluss 320-6P mit der fünften Stromschiene B5 verbunden und ist es über einen Katodenverbindungsanschluss 320-6N mit der sechsten Stromschiene B6 verbunden. Das kapazitive Element 320 in einer derartigen Anwendung wird allgemein ebenfalls ein X-Kondensator genannt. Eine Kapazität des X-Kondensators in dem Hochspannungsfilter 32' ist nicht besonders beschränkt, kann aber gemäß einem Frequenzband, von dem gewünscht ist, dass es unterdrückt wird, bestimmt werden und anders als der oben beschriebene Glättungskondensator 33 wird hauptsächlich ein kapazitives Element verwendet, das eine Kapazität von mehreren Nanofarad bis mehreren Mikrofarad aufweist.
Ferner ist zwischen die fünfte Stromschiene B5 und den Masseverbinder 304 ein erstes kapazitives Element 320-7 geschaltet und ist zwischen die sechste Stromschiene B6 und den Masseverbinder 304 ein zweites kapazitives Element 320-8 geschaltet, um ein Gleichtaktrauschen, das auf der Hochspannungsanodenseite (der dritten Stromschiene B3) und auf der Hochspannungskatodenseite (der vierten Stromschiene B4) phasengleich überlagert ist, zu unterdrücken. Das erste kapazitive Element 320-7 ist über einen Anodenverbindungsanschluss 320-7P mit der fünften Stromschiene B5 verbunden und ist über einen Masseverbindungsanschluss 320-7G mit dem Masseverbinder 304 verbunden. Ferner ist das zweite kapazitive Element 320-8 über einen Katodenverbindungsanschluss 320-8N mit der sechsten Stromschiene B6 verbunden und ist es über einen Masseverbindungsanschluss 320-8G mit dem Masseverbinder 304 verbunden. Das kapazitive Element in einer derartigen Anwendung wird ebenfalls allgemein ein Y-Kondensator genannt. Eine Kapazität des Y-Kondensators in dem Hochspannungsfilter 32' ist nicht besonders beschränkt, kann aber gemäß einem Frequenzband bestimmt werden, von dem gewünscht ist, dass es unterdrückt wird, wobei hauptsächlich ein kapazitives Element verwendet wird, das eine Kapazität von mehreren Nanofarad bis mehreren Mikrofarad aufweist.
Wie in 4 gezeigt ist, sind in dem Hochspannungsfilter 32' mit einer derartigen Konfiguration der Anodenverbindungsanschluss 320-4P des kapazitiven Glättungselements 320-4 (des X-Kondensators) und der Katodenverbindungsanschluss 320-8N des zweiten kapazitiven Elements 320-8 (des Y-Kondensators der Katodenseite) einander benachbart angeordnet und sind der Katodenverbindungsanschluss 320-4N des kapazitiven Glättungselements 320-4 (des X-Kondensators) und der Anodenverbindungsanschluss 320-7P des ersten kapazitiven Elements 320-7 (des Y-Kondensators der Anodenseite) einander benachbart angeordnet. Auf diese Weise ermöglichen die Wirkungen der Gegeninduktivitäten zwischen Verbindungsanschlüssen der Kondensatoren dadurch, dass der Anodenverbindungsanschluss 320-7P des Y-Kondensators und der Katodenverbindungsanschluss 320-4N des X-Kondensators einander benachbart angeordnet sind und dass der Katodenverbindungsanschluss 320-8N des Y-Kondensators und der Anodenverbindungsanschluss 320-4P des X-Kondensators einander benachbart angeordnet sind, die effektiven Induktivitäten der Verbindungsanschlüsse zu verringern. Außerdem ist es dadurch, dass die effektiven Induktivitäten der Verbindungsanschlüsse der Y-Kondensatoren auf diese Weise verringert sind, möglich, die Filtercharakteristiken für das Gleichtaktrauschen, das durch die Y-Kondensatoren verringert werden kann, zu verbessern.
In 4 ist das Hochspannungsfilter 32' in der Weise angeordnet, dass der Anodenverbindungsanschluss 320-4P des kapazitiven Glättungselements 320-4 und der Katodenverbindungsanschluss 320-5N des kapazitiven Glättungselements 320-5 einander benachbart angeordnet sind. Der Katodenverbindungsanschluss 320-4N des kapazitiven Glättungselements 320-4 und der Anodenverbindungsanschluss 320-5P des kapazitiven Glättungselements 320-5 sind einander benachbart angeordnet. Der Anodenverbindungsanschluss 320-5P des kapazitiven Glättungselements 320-5 und der Katodenverbindungsanschluss 320-6N des kapazitiven Glättungselements 320-6 sind einander benachbart angeordnet. Ferner sind der Katodenverbindungsanschluss 320-5N des kapazitiven Glättungselements 320-5 und der Anodenverbindungsanschluss 320-6P des kapazitiven Glättungselements 320-6 einander benachbart angeordnet. Auf diese Weise ermöglichen die Wirkungen der Gegeninduktivitäten zwischen den Verbindungsanschlüssen der Kondensatoren dadurch, dass die Anodenverbindungsanschlüsse und die Katodenverbindungsanschlüsse mehrerer X-Kondensatoren einander benachbart angeordnet sind, die effektiven Induktivitäten der Verbindungsanschlüsse zu verringern. Außerdem ist es dadurch, dass die effektiven Induktivitäten der Verbindungsanschlüsse der X-Kondensatoren auf diese Weise verringert werden, möglich, Filtercharakteristiken für das Differenzrauschen, das durch die X-Kondensatoren verringert werden kann, zu verbessern.
In 4 ist das Hochspannungsfilter 32' in der Weise angeordnet, dass der Masseverbindungsanschluss 320-7G des ersten kapazitiven Elements 320-7 und der Masseverbindungsanschluss 320-8G des zweiten kapazitiven Elements 320-8 einander benachbart angeordnet sind. Gemäß dieser Anordnung können die zwei Masseverbindungsanschlüsse 320-7G und 320-8G mit demselben Masseverbinder 304 verbunden sein. Somit ist es dadurch, dass eine Impedanz von den Anodenverbindungsanschlüssen der Y-Verbinder zu der Masse des Metallgehäuses 31 und eine Impedanz von den Katodenverbindungsanschlüssen der Y-Verbinder zu der Masse des Metallgehäuses 31 gemeinsam genutzt wird, möglich, das Gleichtaktrauschen effizient zu verringern.
Die zweite Ausführungsform beschreibt ein Beispiel, in dem dadurch, dass ein Anodenverbindungsanschluss und ein Katodenverbindungsanschluss der benachbarten kapazitiven Glättungselemente einander benachbart angeordnet sind, drei kapazitive Glättungselemente 320-4, 320-5 und 320-6 zwischen die fünfte Stromschiene B5 und die sechste Stromschiene B6 geschaltet sind. Allerdings ist die Anzahl der Glättungskapazitätselemente nicht auf drei beschränkt und können mehrere Glättungskapazitätselemente vorgesehen sein. Auch in diesem Fall sind die Glättungskapazitätselemente dadurch, dass ein Anodenverbindungsanschluss und ein Katodenverbindungsanschluss der benachbarten Glättungskapazitätselemente einander benachbart angeordnet sind, verbunden.
Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen werden die folgenden operativen Wirkungen erhalten.

(1) Das Hochspannungsfilter 32 enthält die Anodenstromschiene B5, die Katodenstromschiene B6, das erste kapazitive Element 320-2, das zwischen die Anodenstromschiene B5 und den Masseverbinder 303, der mit der Masse verbunden ist, geschaltet ist, das zweite kapazitive Element 320-3, das zwischen die Katodenstromschiene B6 und den Masseverbinder 303 geschaltet ist, und das kapazitive Glättungselement 320-1, das zwischen die Anodenstromschiene B5 und die Katodenstromschiene B6 geschaltet ist. Der Anodenanschluss 320-2P des ersten kapazitiven Elements 320-2 und der Katodenanschluss 320-1N des kapazitiven Glättungselements 320-1 sind einander benachbart angeordnet und der Katodenanschluss 320-3N des zweiten kapazitiven Elements 320-3 und der Anodenanschluss 320-1P des kapazitiven Glättungselements 320-1 sind einander benachbart angeordnet. Dementsprechend kann eine Filterleistungsfähigkeit des Hochspannungsfilters verbessert werden und kann ein Einfluss des Hochspannungsrauschens verringert werden, ohne die Kapazitäten kapazitiver Elemente zu erhöhen.

(2) Das Hochspannungsfilter 32' enthält die Anodenstromschiene B5, die Katodenstromschiene B6, das erste kapazitive Element 320-7, das zwischen die Anodenstromschiene B5 und den Masseverbinder 304, der mit der Masse verbunden ist, geschaltet ist, das zweite kapazitive Element 320-8, das zwischen die Katodenstromschiene B6 und den Masseverbinder 304 geschaltet ist, und die mehreren kapazitiven Elemente (die kapazitiven Glättungselemente 320-4, 320-5 und 320-6), die zwischen die Anodenstromschiene B5 und die Katodenstromschiene B6 geschaltet sind. In den mehreren kapazitiven Elementen (den kapazitiven Glättungselementen 320-4, 320-5 und 320-6) sind der Anodenanschluss, der mit der Anodenstromschiene B5 eines der zwei benachbarten kapazitiven Elemente verbunden ist, und der Katodenanschluss, der mit der Katodenstromschiene B6 des anderen kapazitiven Elements verbunden ist, einander benachbart angeordnet und sind die mehreren kapazitiven Elemente, die das kapazitive Glättungselement 320-4 enthalten, das zu dem ersten kapazitiven Element 320-7 und zu dem zweiten kapazitiven Element 320-8 benachbart angeordnet ist, der Anodenanschluss 320-7P des ersten kapazitiven Elements 320-7 und der Katodenanschluss 320-4N des kapazitiven Glättungselements 320-4 nahe einander benachbart angeordnet und sind der Katodenanschluss 320-8N des zweiten kapazitiven Elements 320-8 und der Anodenanschluss 320-4P des kapazitiven Glättungselements 320-4 einander benachbart angeordnet. Dementsprechend kann eine Filterleistungsfähigkeit des Hochspannungsfilters verbessert werden und kann ein Einfluss des Hochspannungsrauschens verringert werden, ohne die Kapazität kapazitiver Elemente zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und andere Ausführungsformen, die in dem Bereich der technischen Idee der vorliegenden Erfindung denkbar sind, sind ebenfalls in dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung enthalten, solange die Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt sind.
Ein offenbarter Inhalt der folgenden Prioritätsgrundanmeldung ist hier als ein Literaturhinweis enthalten.
Japanische Patentanmeldung Nr. 2018-179490 (25. September 2018)
Bezugszeichenliste

10:: Leistungsversorgung
21:: Hochspannungsanodenkabel
22:: Hochspannungskatodenkabel
30:: Leistungsumsetzungsvorrichtung
31:: Metallgehäuse
32,32':: Hochspannungsfilter
33:: Glättungskondensator
34a, 34b, 34c:: Halbleitermodul
35:: Steuereinheit
41, 42, 43:: Hochspannungs-Wechselstromkabel
50:: Elektromotor
51-U, 51-V, 51-: Spule
W:
B1 bis B6:: erste Stromschiene bis sechste Stromschiene
303, 304:: Masseverbinder
320:: kapazitives Element
320-1, 320-4,: kapazitives Glättungselement
320-5, 320-6:
320-2, 320-7:: erstes kapazitives Element
320-3, 320-8:: zweites kapazitives Element
321:: dielektrisches Material
322:: erste Elektrode
323:: zweite Elektrode
320P:: erster Verbindungsanschluss
320N:: zweiter Verbindungsanschluss
324:: Harzmaterial
325:: Schutzhülle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016010308 A [0003]
JP 2018179490 [0038]

Claims

Hochspannungsfilter, das Folgendes umfasst: eine Anodenstromschiene; eine Katodenstromschiene; ein erstes kapazitives Element, das zwischen die Anodenstromschiene und einen mit Masse verbundenen Masseverbinder geschaltet ist; ein zweites kapazitives Element, das zwischen die Katodenstromschiene und den Masseverbinder geschaltet ist; und ein drittes kapazitives Element, das zwischen die Anodenstromschiene und die Katodenstromschiene geschaltet ist, wobei ein Anodenanschluss des ersten kapazitiven Elements und ein Katodenanschluss des dritten kapazitiven Elements einander benachbart angeordnet sind, und ein Katodenanschluss des zweiten kapazitiven Elements und ein Anodenanschluss des dritten kapazitiven Elements einander benachbart angeordnet sind.
Hochspannungsfilter nach Anspruch 1, wobei ein Masseverbindungsanschluss, der mit dem Masseverbinder des ersten kapazitiven Elements verbunden ist, und ein Masseverbindungsanschluss, der mit dem Masseverbinder des zweiten kapazitiven Elements verbunden ist, einander benachbart angeordnet sind.
Hochspannungsfilter, das Folgendes umfasst: eine Anodenstromschiene; eine Katodenstromschiene; ein erstes kapazitives Element, das zwischen die Anodenstromschiene und einen mit Masse verbundenen Masseverbinder geschaltet ist; ein zweites kapazitives Element, das zwischen die Katodenstromschiene und den Masseverbinder geschaltet ist; und mehrere kapazitive Elemente, die zwischen die Anodenstromschiene und die Katodenstromschiene geschaltet sind, wobei in den mehreren kapazitiven Elementen ein Anodenanschluss, der mit der Anodenstromschiene verbunden ist, eines der zwei benachbarten kapazitiven Elemente und ein Katodenanschluss, der mit der Katodenstromschiene des anderen kapazitiven Elements verbunden ist, einander benachbart angeordnet sind, die mehreren kapazitiven Elemente ein drittes kapazitives Element enthalten, das zu dem ersten kapazitiven Element und zu dem zweiten kapazitiven Element benachbart angeordnet ist, ein Anodenanschluss des ersten kapazitiven Elements und ein Katodenanschluss des dritten kapazitiven Elements nahe beieinander angeordnet sind, und ein Katodenanschluss des zweiten kapazitiven Elements und ein Anodenanschluss des dritten kapazitiven Elements nahe beieinander angeordnet sind.
Hochspannungsfilter nach Anspruch 3, wobei die mehreren kapazitiven Elemente das dritte kapazitive Element, ein viertes kapazitives Element und ein fünftes kapazitives Element enthalten.
Hochspannungsfilter nach Anspruch 3 oder 4, wobei ein Masseverbindungsanschluss, der mit dem Masseverbinder des ersten kapazitiven Elements verbunden ist, und ein Masseverbindungsanschluss, der mit dem Masseverbinder des zweiten kapazitiven Elements verbunden ist, einander benachbart angeordnet sind.
Leistungsumsetzungsvorrichtung, die umfasst: das Hochspannungsfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5; ein Halbleitermodul, das einen Wechselrichter bildet; und eine Steuereinheit, die dafür konfiguriert ist, eine Schaltoperation des Halbleitermoduls zu steuern.
Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 6, die ferner umfasst: ein Metallgehäuse, das das Hochspannungsfilter, das Halbleitermodul und die Steuereinheit aufnimmt, und dass der Masseverbinder mit dem Metallgehäuse verbunden ist.