JP2006261468A - ノイズフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
小型，高性能で、組立性が良く安価なインバータ用コモンノイズフィルタを提供する。
【解決手段】
絶縁部で覆われたドーナツ形状の磁心の周囲に、Ｕ字型金属板２０３ａ，２０４ａ，
２０５ａと接続用金属平板２０１ａ，２０２ａとを配置し、これらをネジ２５を用いて電気的接続することによりコイルを形成する。樹脂で構成された絶縁部は、接続用金属平板２０１ａ，２０２ａの間に配置された凸部２４ａを有しており、絶縁性の確保を確実にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用インバータのノイズフィルタの構造に係り、特に、電気自動車またはハイブリット車を制御するインバータに用いられるコモンノイズフィルタの構造に関する。

近年自動車は、モータにより駆動される電気自動車や、ハイブリット車の需要が拡大してきている。これらの制御装置にはパルス幅制御(ＰＷＭ制御：Pulse Width Modulation)のインバータが一般的に広く採用されている。しかしながら、インバータ内のスイッチング素子がスイッチングすることにより急峻なｄＶ／ｄｔが生じる。このため、同時に搭載されるラジオ等への電波障害が拡大する要因となっている。このような問題は、使用電圧が高いほど厳しくなり、特にＡＭ帯ラジオにノイズが乗り聴取不能になるという問題が生じている。電磁環境適合性（ＥＭＣ）に関する規制をクリアするため、このようなインバータには、ノイズフィルタを設ける必要が出てきている。

この点、特開平７−１８４３０１号公報（特許文献１）には、バッテリーカーの制御装置のインバータ主回路にコモンノイズフィルタを設け、ラジオノイズ低減を図ることが提案されている。しかしながら、本文献には、コモンノイズフィルタの具体的な構造は記載されていない。

また、特開平１０−８２２４号公報（特許文献２）には、コモンノイズフィルタ用のチョークコイルの磁性材料として高飽和磁束密度で特に高い透磁率を示すナノ結晶軟磁性合金およびそれを用いた高性能なコアを用いることが提案されている。

また、特開２００１−３００６９７号公報（特許文献３）には、ナノ結晶軟磁性材料用アモルファスリボンの製造方法が記載されている。

特開平７−１８４３０１号公報 特開平１０−８２２４号公報 特開２００１−３００６９７号公報

しかしながら、従来のフィルタは、コア材を磁心として用い、その磁心に一般的な電線を用いて巻装することによりコイルを形成している。このように、通常の電線を用いてコイルを巻装しようとすると、例えば、ドーナツ状の磁心を用いた場合等において、作業性及び組立性が悪いという問題がある。

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、電源ラインノイズ対策として用いられるコモンノイズフィルタの性能を改善し、小型化が可能で、かつ、組立性の良い安価なコモンノイズフィルタを提供することを目的とする。

本発明は、上記ラジオノイズを軽減するための、基本的なコモンノイズフィルタの構造を提供するものである。

本発明の代表的な一つは、磁心と、磁心を覆う絶縁部と、絶縁部の周囲に設けられたコイルとを有するノイズフィルタであって、コイルは、複数の金属板を電気的接続することにより構成されている。

より好ましくは、複数の金属板は、ネジを用いて電気的接続される。ただし、金属板は溶接により電気的に接続されるものでもよい。複数の金属板は、Ｕ字型金属板と接続用金属平板とから構成され、銅板または黄銅板であることが好ましい。

絶縁部は樹脂により構成されており、より好ましくは、絶縁性の確保を確実とするために、絶縁部は複数の接続用金属平板の間に配置された凸部を有する。また、磁心はナノ結晶軟磁性材料により構成され、ドーナツ状である。

本発明の他の代表的な一は、樹脂で覆われたドーナツ状の磁心を準備する工程と、複数のＵ字型金属板と複数の接続用金属板とを磁心の周囲に設ける工程と、Ｕ字型金属板と接続用金属板とをネジを用いて電気的に接続してコイルを形成する工程とを有するノイズフィルタの製造方法である。

本発明によれば、作業性及び組立性の良い安価なインバータ用コモンノイズフィルタを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。本実施例におけるコモンノイズフィルタを実装したインバータシステムの回路図を図１に示す。

本実施例におけるインバータは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：
Insulated Gate Bipolar Transistor）をスイッチング素子として、三相の同期電動機を用いた場合を示している。図１において、バッテリ１とモータ４を制御するインバータ３との間には、コモンノイズフィルタ２が挿入されている。コモンノイズフィルタ２は、磁心２１と同相コイル２２及び２３とから構成されている。

インバータ３の主回路は、ＩＧＢＴ素子３３，３４，３５，３６，３７，３８より構成されるブリッジ回路からなる。インバータ３は、図示しない制御回路により動作制御され、モータ４の電機子電流をＰＷＭ制御する。

ブリッジ回路の入力側には、Ｙ結線されたコンデンサ３１及び３２が接続されている。これらはノイズフィルタを形成している。また、インバータ３とモータ４との間の配線には、通常、シールド線が用いられる。

バッテリ１，インバータ３、及び、モータ４は、それぞれが浮遊容量を有する。このため、この浮遊容量による漏れ電流が車体本体に流れると、これが放射ノイズとなり、ラジオの電波障害の原因となる。インバータ３は、ＰＷＭ制御によるＩＧＢＴ素子のスイッチング時において、急峻なｄＶ／ｄｔを生じる。このため、約１５０ｋＨｚ〜２ＭＨｚ付近のレベルが高くなり、ラジオＡＭ帯へ及ぼす影響が大きくなる。さらに近年、効率向上のため、主回路の電圧が約２００Ｖ以上に上がってきており、ノイズレベルはさらに厳しくなっている。

ここで、漏れ電力Ｐは、ＰＷＭのキャリア周波数ｆ（Ｈｚ），浮遊容量Ｃｓ（Ｆ）、及び、電源電圧Ｖ（Ｖ）を用いて、次式で表される。

Ｐ＝２・ｆ・Ｃｓ・Ｖ^２ （Ｗ）
ラジオノイズ低減のため、電源回路に挿入するコモンノイズフィルタの構造の一実施例を図２及び図３に示す。図２はコモンノイズフィルタの構造の正面図であり、図３はその部分断面図である。

磁心２１は、樹脂成形された絶縁部２４により覆われている。絶縁部２４の外側には、Ｕ字型(コの字型)金属板である、銅板，黄銅板等の銅系材２０３ａ，２０４ａ，２０５ａと、前記Ｕ字型銅板間を接続する金属平板である、銅板，黄銅板等の銅系材２０１ａ，
２０２ａとが設けられている。複数のＵ字型金属板とこれらに接続する金属平板とは、複数のネジ２５を用いて電気的および機械的に接続される。このようにして、約３ターンの図１の回路図に示すコイル２２が構成されている。

また、同相で巻装されるもう一方のコイル２３は、コイル２２と同様に、Ｕ字型金属板である、銅板，黄銅板等の銅系材２０３ｂ,２０４ｂ(図２では隠れて見えない),２０５ｂと、これらのＵ字型金属板との間を接続する金属平板である、銅板，黄銅板等の銅系材
２０１ｂ，２０２ｂとが、複数のネジ２５により電気的および機械的に接続されて構成される。また、Ｕ字型銅板，黄銅板には、図示しない配線用バスバーを接続するためのメネジ部２０５ａｃ，２０３ａｄ，２０５ｂｅ，２０３ｂｆを有する。

樹脂成形された絶縁部２４の一部には、凸部２４ａ，２４ｂが形成されている。これは、銅板，黄銅板等の銅系材２０１ａ，２０１ｂ，２０２ａ，２０２ｂ間の絶縁を確保するために設けられている。本発明では、このような凸部を設けることは必須ではない。しかし、凸部２４ａ，２４ｂを設けることは、金属板間の絶縁性をより確実なものとすることができ、また、組立時の誤組防止にもなるという点で、より望ましい。

また、本実施例では、Ｕ字型の銅板，黄銅板等の銅系材２０３ａ，２０４ａ，２０５ａと、前記Ｕ字型銅系材間を接続する銅板，黄銅板等の銅系材２０１ａ，２０２ａとをアウトサートしている。しかし、これらを絶縁部２４に一部インサート成形しても良い。

また、本実施例では、約３ターンのコイルとなるが、Ｕ字型銅板，黄銅板等の銅系材と、接続用銅板，黄銅板等の銅系材の数を増やすことにより、コイルの巻き数を所望に応じて変えることができる。

複数のＵ字型銅板，黄銅板等の銅系材としては、それぞれが同一形状のものを用いることができる。複数の接続用銅板，黄銅板等の銅系材についても同様である。このように同一形状のものを用いることは、プレス型の数を増やす必要がないという点で、より望ましい。また、ネジ部にはバーリング等を施し、タップを立てることにより、部品点数の増加を抑制することができる。

なお、本実施例では、Ｕ字型銅板，黄銅板等の銅系材と、接続用銅板，黄銅板等の銅系材との電気的接続をネジ２５により可能としている。しかし、本発明では特にこれに限られず、例えば、Ｕ字型板と接続板との電気的接続を溶接により実施する等、他の手段を用いて接続することもできる。

また、磁心２１の材料としては、通常、フェライトが用いられる。しかし、本発明では、フェライトに代えて、ナノ結晶軟磁性材料のリボン状の形状コアを巻装してコアとした磁心２１を用いることもできる。これによれば、従来の磁性材料より、飽和磁束密度と透磁率の双方が高く小型化が可能で、コアロスの低い高耐熱で高周波数までノイズを低減させることができるという効果を有する点で、より望ましい。

本実施例では、特に、マグネットワイヤを巻装する必要がないため、組立性の良い安価なコモンノイズフィルタを提供することができる。また、本実施例のフィルタを用いれば、約数百ｋＨｚ〜約数ＭＨｚ帯域でのノイズレベルを大幅に低減することができる。

磁心２１はドーナツ状となっており、通常の電線でコイルを巻装するには作業性が悪い。本実施例によれば、銅板，黄銅板等の銅系材をコア(磁心２１)の両側からサンドイッチするように組み立てることができるため、フィルタの組立性を大幅に改善することが可能になる。また、本実施例の回路に用いられるフィルタには、一般に、直流成分が約１００Ａ以上である大電流が流れることになる。このため、温度上昇を考慮し導体断面積を銅板，黄銅板等の銅系材の板厚，幅等を適切な寸法に設計することが好ましいが、本実施例の構成によれば、これも可能である。

本実施例によれば、小型で高温まで使用が可能で、高周波のノイズまで低減可能で性能が良く、組立性の良い安価なインバータ用コモンノイズフィルタを提供することができる。

以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、本実施例の金属板としては銅系材を用いているが、他の金属材料を用いることもできる。また、Ｕ字型金属板及び接続用金属平板に代えて、他の形状、例えば双方をＵ字型・コの字型金属板を用いる等して電気的接続を行うことも可能である。

本発明の一実施例であるコモンノイズフィルタを実装したインバータシステム回路図。 本発明の一実施例であるコモンノイズフィルタの正面図。 本発明の一実施例であるコモンノイズフィルタ部分断面図。

符号の説明

１…バッテリ、２…ノイズフィルタ、３…インバータ、４…モータ、２１…磁心、３１，３２…コンデンサ、３３，３４，３５，３６，３７，３８…ＩＧＢＴ素子、２０１，
２０２…接続用銅板，黄銅板等の銅系材、２０３，２０４，２０５…Ｕ字型銅板，黄銅板等の銅系材。

Claims (10)

1. 磁心と、
   前記磁心を覆う絶縁部と、
   前記絶縁部の周囲に設けられたコイルとを有し、
   前記コイルは、複数の金属板を電気的接続することにより構成されていることを特徴とするノイズフィルタ。
2. 請求項１記載のノイズフィルタにおいて、
   前記複数の金属板は、ネジを用いて電気的接続されていることを特徴とするノイズフィルタ。
3. 請求項１記載のノイズフィルタにおいて、
   前記複数の金属板は、溶接により電気的に接続されていることを特徴とするノイズフィルタ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一に記載のノイズフィルタにおいて、
   前記複数の金属板は、Ｕ字型金属板と接続用金属平板とから構成されていることを特徴とするノイズフィルタ。
5. 請求項１乃至４のいずれか一に記載ノイズフィルタにおいて、
   前記絶縁部は、樹脂により構成されていることを特徴とするノイズフィルタ。
6. 請求項４記載のノイズフィルタにおいて、
   前記絶縁部は、複数の接続用金属平板の間に配置された凸部を有することを特徴とするノイズフィルタ。
7. 請求項１乃至６のいずれか一に記載のノイズフィルタにおいて、
   前記金属板は、銅板または黄銅板であることを特徴とするノイズフィルタ。
8. 請求項１乃至７のいずれか一に記載のノイズフィルタにおいて、
   前記磁心は、ナノ結晶軟磁性材料により構成されていることを特徴とするノイズフィルタ。
9. 請求項１乃至８のいずれか一に記載のノイズフィルタにおいて、
   前記磁心は、ドーナツ状であることを特徴とするノイズフィルタ。
10. 樹脂で覆われたドーナツ状の磁心を準備する工程と、
    複数のＵ字型金属板と複数の接続用金属板とを前記磁心の周囲に設ける工程と、
    前記Ｕ字型金属板と前記接続用金属板とをネジを用いて電気的に接続してコイルを形成する工程とを有することを特徴とするノイズフィルタの製造方法。
    

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