JP2007259578A - Power conversion device - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機に接続される電力変換回路を有する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device having a power conversion circuit connected to a rotating electrical machine.
従来の電力変換装置では、電力変換回路であるインバータの半導体素子のスイッチング動作に起因する電磁ノイズを防止するために、インバータと電動機とを接続するハーネスに外被シールド線を用いることで対処していた(例えば、特許文献1参照)。また、モータ・ジェネレータとバッテリとを接続する三相の3本のケーブルのうちの1本のケーブルのシールドを、DC/DCコンバータとバッテリとを接続する電源線を兼ねるようにしたものがある(例えば、特許文献2参照)。さらに、多重巻線電動機と電力変換器モジュールとを一体化し、ケーブルを短くするといった方法も提案されている(例えば、特許文献3参照)。 In the conventional power conversion device, in order to prevent electromagnetic noise caused by the switching operation of the semiconductor element of the inverter that is the power conversion circuit, a shield wire is used for the harness connecting the inverter and the motor. (For example, see Patent Document 1). In addition, there is one in which the shield of one of the three-phase three cables connecting the motor / generator and the battery is also used as a power line connecting the DC / DC converter and the battery ( For example, see Patent Document 2). Furthermore, a method of integrating a multiple winding motor and a power converter module and shortening a cable has also been proposed (see, for example, Patent Document 3).
上記のような、空間への不要電磁放射を防止するために外被シールド線を用いる電力変換装置にあっては、外被シールド線を用いるため、重量やコストが増加する。さらに、シールド端子が必要となり、外被シールド線は硬いために、取り付け性が悪くなるなどの問題点がある。また、多重巻線電動機と電力変換器モジュールとを一体化させると、全体が大きくなり、設置上の制限が生じるという問題点がある。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電力変換回路と回転電機との接続が容易で空間への不要電磁放射を小さくできる電力変換装置を得ることを目的とする。
In the power converter using the outer shielded wire to prevent unnecessary electromagnetic radiation to the space as described above, since the outer shielded wire is used, the weight and cost increase. Furthermore, since a shield terminal is required and the outer shield wire is hard, there are problems such as poor attachment. Further, when the multi-winding motor and the power converter module are integrated, there is a problem that the whole is enlarged and installation is restricted.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power converter that can easily connect a power converter circuit and a rotating electric machine and reduce unnecessary electromagnetic radiation to a space.
この発明における電力変換装置は、正極及び負極を有する直流電源と、交流側端子と正負一対の直流側端子とを有し直流側端子が一対の直流電力線により直流電源の正極及び負極に接続されるとともに交流側端子が交流巻線とフレームとを有する回転電機の交流巻線に交流電力線により接続される電力変換回路と、交流電力線に近接して配置され電力変換回路の直流側端子の一方と回転電機のフレームとを接続する接続線とを備えたものである。 The power converter according to the present invention includes a DC power source having a positive electrode and a negative electrode, an AC side terminal and a pair of positive and negative DC side terminals, and the DC side terminal is connected to a positive electrode and a negative electrode of the DC power source by a pair of DC power lines. A power conversion circuit connected to an AC winding of a rotating electrical machine having an AC winding and a frame by an AC power line, and rotating with one of the DC side terminals of the power conversion circuit arranged close to the AC power line And a connection line for connecting the frame of the electric machine.
この発明における電力変換装置は、正極及び負極を有する直流電源と、交流側端子と正負一対の直流側端子とを有し直流側端子が一対の直流電力線により直流電源の正極及び負極に接続されるとともに交流側端子が交流巻線とフレームとを有する回転電機の交流巻線に交流電力線により接続される電力変換回路と、交流電力線に近接して配置され電力変換回路の直流側端子の一方と回転電機のフレームとを接続する接続線とを備えたので、電力変換回路より発生したノイズ電流は交流電力線から回転電機の巻線を経てフレームに流れ最もインピーダンスの低い接続線を通って電力変換回路の直流側端子の一方へ帰還することになり、交流電力線と接続線によるループの面積、すなわちノイズ電流のループを小さくすることができ、空間への不要電磁放射を抑制することができる。また、交流電力線にシールド線を用いる必要がないので、交流電力線の取り回しが容易で、回転電機との接続が容易である。 The power converter according to the present invention includes a DC power source having a positive electrode and a negative electrode, an AC side terminal and a pair of positive and negative DC side terminals, and the DC side terminal is connected to a positive electrode and a negative electrode of the DC power source by a pair of DC power lines. A power conversion circuit connected to an AC winding of a rotating electrical machine having an AC winding and a frame by an AC power line, and rotating with one of the DC side terminals of the power conversion circuit arranged close to the AC power line The noise current generated from the power converter circuit flows from the AC power line to the frame through the winding of the rotating electrical machine, passes through the connection line with the lowest impedance, and is connected to the electric machine frame. It will be fed back to one of the DC side terminals, and the area of the loop by the AC power line and the connection line, that is, the loop of the noise current can be reduced. It is possible to suppress the electromagnetic radiation. Moreover, since it is not necessary to use a shield wire for the AC power line, the AC power line can be easily routed and can be easily connected to the rotating electrical machine.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による電力変換装置を示す構成図である。図1において、電力変換装置は、電力変換回路である半導体スイッチング回路部1、バッテリ装置2、直流電力線である直流電力ケーブル4の正極側及び負極側電力線4a,4b、交流電力線である三相電力ケーブル5を備えている。半導体スイッチング回路部1は、一対の直流側端子である正側及び負側端子1a,1bとシャーシ1cを有する。バッテリ装置2は、筐体2aに収容された直流電源であるバッテリ2bを有する。
1 is a block diagram showing a power conversion apparatus according to
半導体スイッチング回路部1の正側及び負側端子1a,1bは直流電力ケーブル4の正極側電力線4a及び負極側電力線4bによりバッテリ2bの正極及び負極にそれぞれ接続されている。バッテリ2bの負極側が大地電位にある接地体である金属シャーシ6に接地されている。そして、半導体スイッチング回路部1の負側端子1bと後述の交流電動発電機3のフレーム3aとを接続する接続線である敷設ケーブル7が三相電力ケーブル5に近接して配設されている。電力変換装置は以上のように構成されている。交流電動発電機3は、図示しない巻線とフレーム3aを有し、巻線は三相電力ケーブル5により半導体スイッチング回路部1の図示しない交流側端子に接続されている。
The positive and negative terminals 1a and 1b of the semiconductor
このような電力変換装置は、例えばパラレル方式のハイブリッド自動車に用いられ、交流電動発電機3は図示しないガソリンエンジンと直結されており、力行時は主としてガソリンエンジンにより車両を駆動し、必要に応じてバッテリ2bから供給される直流電力を半導体スイッチング回路部1により交流電力に変換して交流電動発電機3を駆動して車両を走行させる。また、制動時は交流電動発電機3により発電をして発生した交流電力を半導体スイッチング回路部1により直流電力に変換してバッテリ2bを充電する。
Such a power conversion device is used, for example, in a parallel hybrid vehicle, and the
半導体スイッチング回路部1は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor )やFET(field−effect transistor)などの半導体素子により構成されるインバータ回路等からなるものである。このインバータ回路のスイッチング動作により高周波の電磁ノイズが発生し、三相電力ケーブル5を経由して、交流電動発電機3に流れ込む。交流電動発電機3に流れたノイズ電流は交流電動発電機3の図示しない巻線とフレーム間の浮遊インピーダンスにより、フレーム3aへ流れる。フレーム3aからはノイズ発生源である半導体スイッチング回路部1へは最も低インピーダンスの経路である敷設ケーブル7を流れて負側端子1bに還流する。
The semiconductor
ノイズ電流が金属シャーシ6を流れて半導体スイッチング回路1に帰還するとノイズ電流が大きなループ経路を回ることとなり、これに応じて不要電磁放射の発生量も多くなる。しかし、図1に示した電力変換装置においては、交流電動発電機3のフレーム3aと半導体スイッチング回路部1の大地電位側の直流側端子1bを接続する敷設ケーブル7が三相電力ケーブル5に近接して配置されている。従って、三相電力ケーブル5の各導体間及び三相電力ケーブル5と敷設ケーブル7との間の相互インダクタンス、敷設ケーブル7の自己インダクタンスの関係等によりノイズ電流は最もインピーダンスの低い敷設ケーブル7を通って半導体スイッチング回路1に帰還し、金属シャーシ6を流れるノイズ電流は小さくなり、その結果、空間への不要電磁放射を抑制できる。
When the noise current flows through the
以上のように、この実施の形態1の電力変換装置によれば、敷設ケーブル7を三相電力ケーブル5に近接させて敷設することにより、電力変換回路である半導体スイッチング回路部1により直流を交流に変換するときのスイッチング手段である半導体開閉素子のスイッチング動作により発生したノイズ電流は、交流電力線である三相電力ケーブル5から交流電動発電機3の巻線を経てフレーム3aに流れ、最もインピーダンスの低い接続線である敷設ケーブル7を通って半導体スイッチング回路部1の負側端子1bへ帰還することになり、三相電力ケーブル5と敷設ケーブル7によるループの面積、すなわちノイズ電流のループを小さくすることができ、空間への不要電磁放射を抑制することができる。また、三相電力ケーブル5にシールド線を用いる必要がないので、三相電力ケーブル5の取り回しが容易で、半導体スイッチング回路部1と交流電動発電機3との接続が容易である。
As described above, according to the power conversion device of the first embodiment, when the
実施の形態2.
図2は、この発明の実施の形態2である電力変換装置の構成図である。
図2において、敷設ケーブル17は、三相電力ケーブル5及び直流電力線の一方である負極側電力線4bに近接して配設され、交流電動発電機3のフレーム3aとバッテリ2bの負極側とを接続している。すなわち、半導体スイッチング回路部1の負側端子1bと交流電動発電機3のフレーム3aとを負極側電力線4bを介して敷設ケーブル17により接続している。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 2 is a configuration diagram of a power conversion apparatus according to
In FIG. 2, the
このような構成においても、ノイズ電流を金属シャーシ6に流さずに敷設ケーブル17に流すことができ、空間への不要電磁放射を抑制することができる。
Even in such a configuration, noise current can be passed through the
実施の形態3.
図3は、この発明の実施の形態3である電力変換装置の構成図である。
図3において、バッテリ2bの負極側が鉄心としてのフェライトコアを有するコイル8を介して金属シャーシ6に接地されている。コイル8は、円環状のフェライトコアに絶縁電線が巻回された簡易な構成のもので、所定の周波数において所定のインピーダンスを有する。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
FIG. 3 is a configuration diagram of a power conversion apparatus according to
In FIG. 3, the negative electrode side of the battery 2b is grounded to the
コイル8は、この発明における半導体スイッチング回路部1に発生するような高い周波数を遮断するとともにこれより低い周波数の交流及び直流は通過させる特性を有し、金属シャーシ6を流れるノイズ電流を抑制する効果を持っている。図1に示した実施の形態では、敷設ケーブル7により、金属シャーシ6を流れるノイズ電流は小さくなるがゼロにはならない。ところが、この実施の形態のように金属シャーシ6とバッテリ2bのマイナス端子側とをコイル8を介して金属シャーシ6に接地することにより、金属シャーシ6を流れるノイズ電流をさらに小さくでき、不要電磁放射を一層抑制することが可能となる。なお、図2に示した実施の形態においても同様にバッテリ2bのマイナス端子側をコイル8を介して金属シャーシ6に接地すれば、同様の効果を奏する。
The coil 8 has a characteristic that cuts off a high frequency generated in the semiconductor
実施の形態4.
図4は、この発明の実施の形態4である電力変換装置の構成図である。
図4において、半導体スイッチング回路部1の負側端子1bは接地線21により金属シャーシ6に接地されている。この実施の形態においては、直流電力の帰還経路として、金属シャーシ6を用いている。すなわち、金属シャーシ6が半導体スイッチング回路部1の負側端子1bとバッテリ2bの負極側とを接続する負極側電力線4bを兼ねている。敷設ケーブル7は、実施の形態1と同様に三相電力ケーブル5に近接して配置されている。
FIG. 4 is a configuration diagram of a power conversion apparatus according to
In FIG. 4, the negative terminal 1 b of the semiconductor
その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。このような構成においても、ノイズ電流を金属シャーシ6に流さずに敷設ケーブル7に流すことができ、空間への不要電磁放射を抑制することができる。
Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. Even in such a configuration, a noise current can be passed through the laying
なお、上記各実施の形態では、バッテリ2bの負極側を接地するものを示したが、半導体スイッチング回路部1の負側端子1bを接地することによりバッテリ2bの負極側を負極側電力線4bを介して間接的に接地するものであってもよい。また、バッテリ2bの負極側を接地するものを示したが、正極側を接地するものであってもよい。さらに、電力変換装置はパラレル方式のハイブリッド自動車に用いられるものに限らず、他の方式のハイブリッド自動車や、他の用途に用いられるものであっても同様の効果を奏する。また、直流電源はバッテリに限られるものではなく、燃料電池等であってもよい。
In the above embodiments, the negative electrode side of the battery 2b is grounded. However, the negative terminal 1b of the semiconductor
1 半導体スイッチング回路部、2 バッテリ装置、2a 筐体、2b バッテリ、
3 交流電動発電機、3a フレーム、4 直流電力ケーブル、4b 負極側電力線、
5 三相電力ケーブル、6 金属シャーシ、7,17 敷設ケーブル、8 コイル、
21 接地線。
DESCRIPTION OF
3 AC motor generator, 3a frame, 4 DC power cable, 4b Negative power line,
5 Three-phase power cable, 6 Metal chassis, 7,17 laying cable, 8 coils,
21 Ground wire.
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