JP2006094586A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置において、ケース内にリアクトル、コンデンサ等振動を発生する構成部品が２つ以上収容されている場合、ケースの振動を抑制することが困難であった。
【解決手段】電力変換装置は、ケース１０と、ケースに固定され作動時に振動するリアクトル２０と、ケースに固定され作動時に振動するコンデンサ３０と、リアクトルとコンデンサとを接続し作動時に振動するバスバー４０と、から成る。ここで、リアクトルの振動方向、コンデンサの振動方向及びバスバーの振動方向が互いに異なるので、３つの振動発生源を含みながら、振動方向がそろっている場合に比べて装置全体の振動が抑えられる。
【選択図】図２

Description

本発明は昇圧コンバータ、インバータなどの電力変換装置、特にその構成部品の配置に起因する装置の振動の防止に関する。

電力変換装置の一種である昇圧コンバータは、スイッチング素子、リアクトル及びコンデンサなどがバスバーで接続され、これらがケースに収容されている。リアクトル等の作動時はコアやコイルに振動が発生し、この振動がケースに伝わり、気障りな騒音の原因となる。

リアクトルの振動を防止するために、従来のリアクトル（特許文献１参照）では環状のコアの中央の中空部にスペーサを挿入し、コアの対向する一対の巻線部の振動を防止している。また、リアクトルの騒音を防止するために、従来の防音装置（特許文献２参照）はリアクトルを防音箱及び吸音板で覆っている。
特開平８−２２２４５８号公報 特開２００２−７３０３４号公報

上記従来例の対策によりリアクトル自体の振動や騒音は抑えられるかも知れない。しかし、たとえば昇圧コンバータ等のように、リアクトルの他に、コンデンサやバスバー等の振動を発生する構成部品がケース内に収容されている場合が多い。この場合、リアクトルの振動を押さえても、コンデンサやバスバー等の振動も防止しなければケースが振動し、騒音を発生することになる。その際、例えリアクトル、コンデンサ及びバスバー個々の振動は比較的小さくても、それらの方向がそろっていると共振してケースの振動は大きくなる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ケース内にリアクトル、コンデンサ等振動を発生する構成部品が２つ以上収容されている場合でも、ケースの振動を抑制することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

本願の発明者は、ケース内に複数の構成部品をそれぞれの振動方向をそろえない（同じ方向にならない）ように配置することを思い付いて、本発明を完成した。

（１）本願の第１発明による電力変換装置は、請求項１に記載したように、ケースと、ケースに固定され作動時に振動するリアクトルと、ケースに固定され作動時に振動するコンデンサと、リアクトルとコンデンサとを接続し作動時に振動するバスバーとから成る。この電力変換装置において、リアクトルの振動方向、コンデンサの振動方向及びバスバーの振動方向が互いに異なる。その結果、ケースの振動方向はこれら３つの振動方向が合成されたものになる。

（２）第２発明による電力変換装置は、請求項４に記載したように、ケースと、ケースに固定されたリアクトルと、ケースに固定されたコンデンサと、リアクトルとコンデンサとを接続するバスバーとから成る。この電力変換器において、リアクトル、コンデンサ及びバスバーのうち、振動する２つの振動方向が異なる。その結果、ケースの振動方向はこれら２つの振動方向が合成されたものになる。

（１）第１発明にかかる電力変換装置によれば、ケース内にリアクトル、コンデンサ及びバスバーという３つの振動発生源を含みながら、各々の振動による共鳴が防止でき、ケースひいては電力変換装置全体の振動を小さく抑えることができる。

請求項２の電力変換装置によれば、リアクトル、コンデンサ及びバスバーの振動方向が互いに直角を成すので、ケースの振動をより小さく抑えることができる。請求項３の電力変換装置によれば、全体の振動を抑えつつリアクトル、コンデンサ及びバスバーをスペース効率良くケース内に配置できる。

（２）第２発明にかかる電力変換装置によれば、ケース内に配置されたリアクトル、コンデンサ及びバスバーのうち２つが振動発生源でありながら、こられの振動による共鳴が防止でき、ケースひいては電力変換装置全体の振動を小さく抑えることができる。

請求項５の電力変換装置によれば、リアクトルの振動方向とコンデンサの振動方向とが直角を成すので、ケースの振動をより小さく抑えることができる。請求項６の電力変換装置によれば、リアクトル又はコンデンサの振動方向とケースの振動方向とが直角を成すので、ケースの振動をより小さく抑えることができる

（イ）全体
電力変換装置には昇圧コンバータ、インバータ及びＤＣ−ＤＣコンバータなどが含まれる。何れもケースに固定されたリアクトルと、ケースに固定されたコンデンサと、リアクトルとコンデンサとを接続するバスバー等、作動時に電磁作用により振動を生ずる部品を含む。どの構成部品が振動を発生するかに応じて、２つのタイプに分類できる。

（ロ）第１タイプ
第１タイプの電力変換装置は、リアクトル、コンデンサ及びバスバーが全て振動することが前提である。この電力変換装置において、リアクトルの振動方向、コンデンサの振動方向及びバスバーの振動方向を互いに異ならせ、これによって共振の発生を防止している。例えば、リアクトル、コンデンサ及びバスバーの振動方向は互いに直角を成すことができる。ただし、これらが成す角度は直角に限らず、直角よりも大きい鈍角又は直角よりも小さい鋭角でも良い。

振動方向を互いに異ならせるために、たとえばリアクトルとコンデンサとをそれぞれの振動方向が直交するように並置し、その近くにバスバーを両者にわたり（またがり）、その振動方向がリアクトル及びコンデンサの振動方向と直交するように配置すれば良い。

（ハ）第２タイプ
第２タイプの電力変換装置は、リアクトル、コンデンサ及びバスバーのうちの２つが振動することが前提である。リアクトル、コンデンサ又はバスバーは常に振動するとは限らず、その構成によっては振動しないこともある。態様としてリアクトル及びコンデンサが振動する場合、コンデンサ及びバスバーが振動する場合、そしてバスバー及びリアクトルが振動する場合、の３つがある。

この電力変換装置において、リアクトル、コンデンサ及びバスバーのうち振動する２つの振動方向を互いに異ならせ、これによって共振の発生を防止している。例えば、リアクトルの振動方向とコンデンサの振動方向とが直角を成している。また、リアクトル又はコンデンサの振動方向とバスバーの振動方向とが直角を成している。２つの振動方向を互いに異ならせるために、たとえばリアクトルとコンデンサとをそれぞれの振動方向が直交するように並置すれば良い。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。

（構成）
図１及び図２に示す昇圧コンバータはリアクトル２０、コンデンサ３０及びバスバーユニット４０を含み、これらがケース１０内に収容されている。この他にも基板やスイッチング素子を含むが、本発明に関係ないので図示を省略している。図２に示すように、箱形状のコンバータケース１０は底壁１１、一対の長い側壁１３、一対の短い端壁１２及び上壁１４を含む。

図３に示すように、リアクトル２０はケース２１、ケース２１内に収容されたトラックレース形状のコア２３及びコア２３に巻かれたコイル２５を含む。このうち、ケース２１は箱形状で側壁２２ａ及び端壁２２ｂを含む。コア２３の一対の巻線部２４に巻かれたコイル２５の一対の端部２６がケース２１の端壁２２ｂから引き出されている。長い側壁２２ａの剛性は短い端壁２２ｂのそれより小さく、リアクトル２０への通電時、コア２３の一対の巻線部２４即ち側壁２２ａが接近及び離間する方向（図３（ａ）中上下方向、Ｙ方向）に振動する。

図４に示すように、コンデンサ３０はケース３１と、その内部に収容された渦巻状の極板３３とを含む。このうちケース３１は箱形状で側壁３２ａ及び端壁３２ｂを含む。極板３３の一対の端部３４が端壁３２ｂから引き出されている。長い側壁３２ａの剛性は短い端壁３２ｂのそれより小さく、横長の渦巻形状の極板３３への充電時及び放電時、極板３３の直線部３４ａ即ち側壁３２ａが接近及び離間する方向（図４（ａ）中上下方向、Ｘ方向）に振動する。

図５に示すように、バスバーユニット４０はケース４８内に２枚のバスバー４１及び４４が上下方向に重ねて配置されて成る。上方バスバー４１はリアクトル２０に近接する第１部分４２ａ、コンデンサ３０に近接する第２部部分４２ｂ、第１部分４２ａと第２部分４２ｂとをつなぐ第３部分４２ｃ及び引出し部を形成する第４部分４２ｄを含む。第１部分４２ａ及び第２部分４２ｂにそれぞれ形成された接続部４３ａ及び４３ｂでリアクトル２０の引出し端部２６及びコンデンサ３０の引出し端部３４に接続されている。

第２バスバー４４は第１バスバー４１と同様に第１部分４５ａ、第２部分４５ｂ、第３部分４５ｃ及び第４部分４５ｄを持ち、第１部分４５ａ及び第２部分４５ｂにそれぞれ接続部４６ａ及び４６ｂが形成されている。ただし、接続部４６ａ及び４６ｂの位置は第１バスバー４１の接続部４３ａ及び４３ｂの位置とは少しずれている。第１バスバー４１及び第２バスバー４４がケース４８で覆われている。バスバーユニット４０への通電時は、両方のバスバー４１と４４とが接近、離間する方向（図５中上下方向、Ｚ方向）に振動する。なお、電気回路の構成によっては、バスバーは基板やスイッチング素子（不図示）に接続されることもありえる。

以上まとめると、全体として直方体形状のリアクトル２０と、同じく直方体形状のコンデンサ３０とをそれぞれの振動方向が直角となるように配置し、リアクトル２０とコンデンサ３０との振動方向が直角を成すようにした。その上で、リアクトル２０の一方引出し端部２６及びコンデンサ３０の一方引出し端部３４に接続される一方バスバー４１と、他方引出し端部２６及び３４に接続される他方バスバー４４とを重ねて、しかもリアクトル２０及びコンデンサ３０の側方に両者にわたって配置した。

（作用）
昇圧コンバータ自体の作動は公知で、しかも本発明と直接関係ないので、説明を割愛する。昇圧コンバータの外部から電力を供給しバスバーユニット４０を介してリアクトル２０及びコンデンサ３０に通電すると、ケース１０内で図６（ａ）に示すようにリアクトル２０はコア２３の巻線部２４間の相互磁気作用によりＹ方向に振動し、また、図６（ｂ）に示すようにコンデンサ３０は極板３３ａの対向する部分間の相互磁気作用によりＸ方向に振動する。リアクトル２０及びコンデンサ３０の振動がケース１０に伝わる。

バスバーユニット４０は一方バスバー４１と他方バスバー４４との間の磁気相互作用によりＺ方向に振動し、この振動がリアクトル２０及びコンデンサ３０を介してケース１０に伝わる。その結果、ケース１０ではコンデンサ３０のＸ方向、リアクトル２０のＹ方向及びバスバーユニット４０のＺ方向の振動が合成されることになる。

（効果）
この実施例の昇圧コンバータによれば、ケース１０内にリアクトル２０、コンデンサ３０及びバスバーユニット４０という３つの振動発生源を含みながら、ケース１０に加わる振動、騒音が抑制できる。これは、リアクトル２０、コンデンサ３０及びバスバーユニット４０の振動方向を互いに直角方向にしたからである。ここで、リアクトル２０、コンデンサ３０及びバスバーユニット４０の振動は互いに完全に打ち消し合うわけではない。但し、振動方向が互いに直交しているので、何れか２つ又は３つが同じ方向であるとき又はなす角度が小さい場合に比べてケース１０に発生する振動が遙かに小さくなる。

また、図１及び図２から分かるように、ケース１０内にリアクトル２０，コンデンサ３０及びバスバーユニット４０がスペース効率良く配置され、昇圧コンバータ全体がコンパクトである。

本発明の実施例を示す平面図である。 同じく斜視図である。 （ａ）は上記実施例のリアクトルの平面図、（ｂ）は同じく正面断面図である。 （ａ）は上記実施例のコンデンサの平面図、（ｂ）は同じく正面断面図である。 実施例のバスバーユニットの斜視図である。 （ａ）はリアクトルの振動方向を示す説明図、（ｂ）はコンデンサの振動方向を示す説明図、そして（ｃ）はバスバーユニットの振動方向を示す説明図である。

符号の説明

１０：ケース ２０：リアクトル
２１：ケース ２３：コア
２５：コイル ３０：コンデンサ
３１：ケース ３３：極板
４０：バスバーユニット ４１，４４：バスバー

Claims (6)

1. ケース（１０）と、
   前記ケースに固定され作動時に振動するリアクトル（２０）と、
   前記ケースに固定され作動時に振動するコンデンサ（３０）と、
   前記リアクトルと前記コンデンサとを接続し作動時に振動するバスバー（４０）と、から成り、
   前記リアクトルの振動方向、前記コンデンサの振動方向及び前記バスバーの振動方向が互いに異なることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記リアクトルの振動方向、前記コンデンサの振動方向及び前記バスバーの振動方向は互いに直角を成している請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記リアクトルと前記コンデンサとが前記ケース内にそれぞれの振動方向が直交するように並置され、該リアクトル及び該コンデンサにわたって前記バスバーが配置されている請求項１に記載の昇圧電力変換装置。
4. 前記ケース（１０）と、
   前記ケースに固定されたリアクトル（２０）と、
   前記ケースに固定されたコンデンサ（３０）と、
   前記リアクトルと前記コンデンサとを接続するバスバー（４０）と、から成り、
   前記リアクトル、前記コンデンサ及び前記バスバーのうち、振動する２つの振動方向が異なることを特徴とする電力変換装置。
5. 前記リアクトルの振動方向と前記コンデンサの振動方向とが直角を成している請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記リアクトル又は前記コンデンサの振動方向と前記バスバーの振動方向とが直角を成している請求項４に記載の電力変換装置。

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