JP2018153001A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができる電力変換装置を提供することである。【解決手段】実施形態の電力変換装置は、電力変換回路と、第１接地回路と、第２接地回路とを持つ。前記第１接地回路は、前記電力変換回路の直流側に自装置内で電気的に接続されている。前記第２接地回路は、前記電力変換回路の交流側に自装置内で電気的に接続されている。前記第１接地回路と前記第２接地回路とは、互いに電気的に接続されている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。

電動機に電力を供給する電力変換装置が知られている。電力変換装置は、ノイズ源となり得るため、他の装置に対する誘導障害を抑制する対策が必要となることがある。このような対策としては、例えば、コモンモードチョークコイルを多数設置することでノイズを低減させる手法がある。ただし、上記のような対策は、電力変換装置の小型化を困難にする場合があった。

特開平１１−２９８１８４号公報

本発明が解決しようとする課題は、小型化を図ることができる電力変換装置を提供することである。

実施形態の電力変換装置は、電力変換回路と、第１接地回路と、第２接地回路とを持つ。前記第１接地回路は、前記電力変換回路の直流側に自装置内で電気的に接続されている。前記第２接地回路は、前記電力変換回路の交流側に自装置内で電気的に接続されている。前記第１接地回路と前記第２接地回路とは、互いに電気的に接続されている。

第１の実施形態の電力変換装置１を示す構成図。 第１の実施形態の電力変換装置１の作用を示す構成図。 第２の実施形態の電力変換装置１Ａを示す構成図。 第２の実施形態の電力変換装置１Ａの作用を示す構成図。 第３の実施形態の電力変換装置１Ｂを示す構成図。 第３の実施形態の電力変換装置１Ｂの作用を示す構成図。 第４の実施形態の電力変換装置１Ｃを示す構成図。 第４の実施形態の電力変換装置１Ｃの作用を示す構成図。

以下、実施形態の電力変換装置を、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それらの構成の重複する説明は省略する場合がある。なお本願でいう「回路」とは、電流の流れる通路を広く意味する。

（第１の実施形態）
図１および図２を参照し、第１の実施形態の電力変換装置１について説明する。
本実施形態の電力変換装置１は、例えば、電気化（ハイブリッド化）されたディーゼル気動車のような鉄道車両に搭載される。なお、電力変換装置１の設置先は、上記例に限定されない。

図１は、本実施形態の電力変換装置１を示す構成図である。なお、同図は、電力変換装置１を含む車両用の駆動装置Ｄの一例を示す。
図１に示すように、駆動装置Ｄは、電力変換装置１と、発電機２と、電動機３とを備える。

電力変換装置１は、発電機２により発電された交流電力を、電動機３を駆動制御するための周波数・電圧の交流電力に変換し、変換後の電力を電動機３に供給することで電動機３を駆動させる。電力変換装置１は、筐体１０と、筐体１０の内部に収容された各種部品を有する。発電機２および電動機３は、電力変換装置１の筐体１０の外部に設けられる。本願では、例えば筐体１０の内部で電気的に接続された場合（例えば、筐体１０の内部に形成された閉回路などのこと）を、「電力変換装置１の内部（自装置の内部）で電気的に接続されている」と称する。なお、筐体１０は、例えば電力変換装置１の外部部材として、電力変換装置１が搭載される車両や駆動装置の一部として設けられてもよい。

電力変換装置１は、この電力変換装置１の外部（例えば筐体１０の外部）に設けられた装置などに接続可能な接続端子（外部接続端子）１０１，１０２，１０３を備える。例えば、発電機２は、接続端子１０１を介して電力変換装置１に電気的に接続される。電動機３は、接続端子１０２を介して、電力変換装置１に電気的に接続される。接続端子１０３は、電力変換装置１内の接地点である。電力変換装置１は、接続端子１０３を介して、電力変換装置１の外部に設けられた接地極４（例えば車両または駆動装置Ｄの接地極４）に電気的に接続される。また、電動機３の筐体３０は、接続端子１０３を介して、電力変換装置１に電気的に接続される。接続端子１０３は、「端子」の一例である。なお、電力変換装置１の内部構成については、詳しく後述する。

発電機２は、例えば、ディーゼル機関またはガソリン機関などにより駆動される発電機である。例えば、発電機２は、３相交流発電機である。発電機２は、この発電機２の中性点２０が直接または低抵抗で接地極４に接地されている。

電動機３は、電力変換装置１から供給される電力により駆動される。上述したように、電力変換装置１から供給される電力は、周波数および電圧が調整された交流電力である。電動機３の筐体３０は、電力変換装置１の外部の経路を介して、直接または低抵抗で接地極４に接地されている。また後述するように、電動機３の筐体３０は、電動機３から電力変換装置１の筐体１０の内部に引き込まれた電線３１および接続端子１０３を介して、接地極４に接地されている。電動機３は、「電力変換装置から電力が供給される負荷」の一例である。電動機３の筐体３０は、電動機３の「接地極」の一例である。

以下、本実施形態の電力変換装置１の内部構成の一例について説明する。
電力変換装置１は、整流器１１（第１電力変換回路）と、平滑コンデンサ１２と、三相インバータ１３と、中性点接地回路１４（第１接地回路、第１回路）と、スナバ回路１５（第２接地回路、第２回路）と、制御部１６と、中性線１７とを備える。整流器１１、平滑コンデンサ１２、三相インバータ１３、中性点接地回路１４、スナバ回路１５、制御部１６、中性線１７、および電線３１は、筐体１０の内部に収容されている。

整流器１１の入力側は、電力変換装置１の接続端子１０１に電気的に接続され、接続端子１０１を介して発電機２に電気的に接続されている。整流器１１は、発電機２から供給される交流電力を整流して直流電力に変換する。例えば、整流器１１は、三相ブリッジ整流器である。整流器１１の入力側には、電力変換装置１内（筐体１０内）において、後述するスナバ回路１５が電気的に接続される。整流器１１の入力側は、「電力変換回路の交流側」の一例である。整流器１１の出力側は、電力変換装置１内（筐体１０内）において、後述する平滑コンデンサ１２と、三相インバータ１３と、中性点接地回路１４とが電気的に接続される。整流器１１の出力側は、「電力変換回路の直流側」の一例である。

平滑コンデンサ１２は、整流器１１から出力される脈流を平滑化する。

三相インバータ１３の入力側は、整流器１１の出力側に電気的に接続されている。三相インバータ１３の出力側は、電力変換装置１の接続端子１０２に電気的に接続され、接続端子１０２を介して電動機３に電気的に接続されている。三相インバータ１３は、整流器１１と平滑コンデンサ１２とにより生成された直流電力を変換して、交流電力を生成し、接続端子１０２から出力する。例えば、三相インバータ１３は、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御により駆動されることで、周波数および電圧を任意に制御した交流電力を出力し、電動機３のトルク・速度制御を可能にする。

中性点接地回路１４は、整流器１１の出力側と三相インバータ１３の入力側との間の直流区間において中性点１４０を形成している。中性点接地回路１４は、例えば、１対のインピーダンス回路１４１とインピーダンス回路１４２とを含む。インピーダンス回路１４１およびインピーダンス回路１４２の各々は、互いに電気的に並列に接続された抵抗とコンデンサとを含む。インピーダンス回路１４２の一端は、正極（整流器１１と三相インバータ１３との間の正極接続線１４５）に電気的に接続される。インピーダンス回路１４２の一端は、負極（整流器１１と三相インバータ１３との間の負極接続線１４６）に電気的に接続される。各インピーダンス回路１４１，１４２の他端は、互いに電気的に接続される。つまり、平衡になるように結線された中性点接地回路１４は、直流区間の中性点１４０を形成し、その中性点１４０を接地可能とする。

スナバ回路１５は、例えば、相数に対応する複数のＲＣスナバ回路１５１，１５２，１５３を含む。すなわち、スナバ回路１５１、スナバ回路１５２、およびスナバ回路１５３の各々が、ＲＣスナバ回路である。ＲＣスナバ回路１５１，１５２，１５３の各々は、電気的に直列に接続された抵抗とコンデンサとを含む。ＲＣスナバ回路１５１，１５２，１５３の各々の一端は、交流の各相にそれぞれ電気的に接続されている。すなわち、ＲＣスナバ回路１５１，１５２，１５３の各々の一端は、接続端子１０１と整流器１１との間の三相線１４７のそれぞれに電気的に接続されている。一方で、ＲＣスナバ回路１５１，１５２，１５３の各々の他端は、互いに電気的に接続されている。これにより、ＲＣスナバ回路１５１，１５２，１５３によって、Ｙ（スター）型に結線されたスナバ回路１５が形成されている。本実施形態では、Ｙ（スター）型に結線されたスナバ回路１５は、電力変換装置１の発電機２側の交流区間において中性点１５０を形成し、その中性点１５０を接地可能とする。スナバ回路１５は、整流器１１の転流サージ電圧を抑圧し、高電圧から整流器１１などを保護する。

制御部１６は、図示されていない検出器により検出された電力変換装置１の各部（各種装置および部品）の状態を取得するとともに、電動機３を制御するための指令値などを外部から取得する。制御部１６は、電力変換装置１の各部の状態と、電動機３を制御するための指令値とに基づき、三相インバータ１３を制御することで、電動機３を駆動させる。

中性線１７は、中性点接地回路１４により形成された中性点１４０と、スナバ回路１５により形成された中性点１５０とを、電力変換装置１内（筐体１０内）で互いに電気的に接続する。例えば、中性線１７は、電力変換装置１の筐体１０の内部に設けられた、ケーブルまたはバスバーなどの導体、あるいは、中性点１４０と中性点１５０を電気的に接続する端子などである。中性線１７は、「接続体」の一例である。中性線１７は、例えば筐体１０とは独立して設けられている。電力変換装置１が車両または駆動装置Ｄに搭載された場合、中性線１７、中性点１４０、および中性点１５０は、これら中性線１７、中性点１４０、および中性点１５０の少なくとも一つを介して、前述の接地極４に電気的に接続される。

電線３１は、その一部が電力変換装置１内（筐体１０内）に設けられ、接続端子１０３と電動機３とを電気的に接続している。これにより、電動機３の筐体３０は、電線３１、および接続端子１０３を介して、接地極４に電気的に接続されている。

ここで、電力変換装置１の接地系について整理する。
まず、電力変換装置１の筐体１０の外部の接地系について説明する。
電力変換装置１の接続端子１０３、発電機２の中性点２０、電動機３の筐体３０のそれぞれは、接地極４に電気的に接続され、接地極４に接地されている。

次に、電力変換装置１の筐体１０の内部の接地系について説明する。
電力変換装置１の筐体１０の内部では、中性点接地回路１４の中性点１４０、スナバ回路１５の中性点１５０、および、電動機３の筐体３０から引き込んだ電線３１が纏めて接続端子１０３に電気的に接続されている。接続端子１０３は、電力変換装置１内の接地点である。接続端子１０３は、接地極４に電気的に接続される。これにより、中性点接地回路１４の中性点１４０、スナバ回路１５の中性点１５０、および、電動機３の筐体３０は、接続端子１０３を介して、接地極４に接地される。

次に、本実施形態の電力変換装置１の作用について説明する。
ここで比較のため、中性線１７が設けられていない比較例について説明する。この比較例では、スナバ回路１５により形成された中性点１５０は、接地されておらず、中性点接地回路１４により形成された中性点１４０にも電気的に接続されていない。

上記比較例の電力変換装置では、発電機２から整流器１１までの交流区間に、接地極４に対する電位が生じると零相電流（コモンモード電流）が流れる。例えば、この零相電流は、発電機２の中性点２０から接地極４に向かう経路に流れる。さらに、この零相電流は、接続端子１０３を介して電力変換装置１の内部に入り、直流区間の中性点接地回路１４を経て整流器１１に戻り一巡する（網掛け矢印Ａ）。言い換えると、零相電流の多くが、電力変換装置の外部に流れる。この場合、零相電流に起因する誘導ノイズが大きくなり、その対策に多くの部品が必要となる。

一方で、図２は、本実施形態の電力変換装置１の作用を示す。
図２に示すように、本実施形態の電力変換装置１では、中性点接地回路１４と、スナバ回路１５とが互いに電気的に接続されている。これにより、本実施形態の電力変換装置１では、接地極４に対する電位が生じた場合に零相電流が流れる経路が、発電機２と整流器１１との間の交流区間に２通り存在する。

第１ルートは、前述の比較例と同じルート（網掛け矢印Ａ）である。
第２ルートは、スナバ回路１５を介して、スナバ回路１５の中性点１５０から接続端子１０３に向かうルート（黒矢印Ｂ）である。この第２ルートの零相電流は、接続端子１０３を介して直流区間の中性点接地回路１４を経て整流器１１に戻り一巡する。言い換えると、第２ルートの零相電流は、電力変換装置１の外部（筐体１０の外部）に出ることなく、電力変換装置１の内部（筐体１０の内部）で循環する。

すなわち、本実施形態の電力変換装置１に生じる零相電流は、この第２ルートがあることにより、第１ルートと第２ルートとに分かれて流れる。このため、比較例と等量の電流が流れるとすれば、電力変換装置１の外部に流れる零相電流（第１ルートに流れる零相電流）は、比較例の場合と比べて減少する。

さらに、第２ルートは、第１ルートとは異なり、電力変換装置１の筐体１０の内部を通る経路であるため、外部を通る経路に比べて経路長が短く、経路のインピーダンスが比較的低くなる。また、スナバ回路１５に設定される抵抗値および容量値を適切に設定することで、第１ルートに流れる電流がさらに減少する。これにより、第１ルートに流れる電流に起因するふく射ノイズが減少する。

また、上記の通り、第２ルートは、電力変換装置１の筐体１０の内部に流れる電流であることから、第２ルートの電流によってふく射ノイズが生じたとしても、電力変換装置１の筐体１０による遮蔽効果により、電力変換装置１の筐体１０の外部に対してふく射されるノイズのエネルギーは減少する。

また、第１ルート中、接地極４から電力変換装置１の接続端子１０３までの経路に流れる電流が減少することから、接地極４に対する電力変換装置１の電位の変動が減少する。これにより、電力変換装置１からふく射されるノイズが減少する。

本実施形態によれば、電力変換装置１は、整流器１１と、中性点接地回路１４と、スナバ回路１５とを有する。中性点接地回路１４は、整流器１１の直流側に、この電力変換装置１内で電気的に接続されている。スナバ回路１５は、整流器１１の交流側に、この電力変換装置１内で電気的に接続されている。そして、中性点接地回路１４とスナバ回路１５とは、互いに電気的に接続されている。この構成によれば、零相電流に起因するノイズが減少する。このため、コモンモードチョークコイルを設けることなく、またはその必要数を減らしつつ、ノイズ対策を施すことができる。これにより、ノイズ対策を図りつつ、小型化を図ることができる電力変換装置１を提供することができる。

本実施形態では、中性点接地回路１４とスナバ回路１５とは、筐体１０の内部で電気的に接続されている。このような構成によれば、電力変換装置１の筐体１０の外部に生じるノイズがさらに小さくなる。このため、電力変換装置１のさらなる小型化を図ることができる。

本実施形態では、電力変換装置１は、筐体１０内で中性点接地回路１４とスナバ回路１５とを電気的に接続する中性線１７を有する。このため、零相電流が筐体１０に入力されにくくなり、電力変換装置１の筐体１０の外部に生じるノイズがさらに小さくなる。このため、電力変換装置１のさらなる小型化を図ることができる。

本実施形態では、中性線１７は、筐体１０の外部に設けられた接地極４に電気的に接続可能である。この構成によれば、スナバ回路１５の中性点１５０から接地極４までのインピーダンスを低減することができ、中性点１５０の電圧変動を低減することができる。

本実施形態では、中性点接地回路１４およびスナバ回路１５が用いられている。スナバ回路１５は、整流器１１の交流側に電気的に接続され、交流側の中性点１５０を形成するＲＣスナバ回路を含む。中性点接地回路１４は、整流器１１の直流側に電気的に接続され、直流側の中性点１４０を形成する中性点接地回路を含む。これらは、交流側の各相間および直流側の各極間の電位変動を抑圧するために利用される場合がある。本実施形態では、中性点接地回路１４およびスナバ回路１５を、整流器１１の交流側の中性点１５０の電位と、直流側の中性点１４０の電位の電位差を低減させることができ、コモンモードノイズを発生させる循環電流を減少させることができる。これにより、コモンモードチョークコイルなどの部品を追加するまでもなく、電力変換装置１の低コスト化、小型化が可能になる。

本実施形態では、整流器１１の交流側の中性点１５０と直流型の中性点１４０が電気的に接続されていることにより、第２のルートを形成するとともに、直流側ではそのルートに流れる電流（零相電流の一部）が、正極接続線１４５と負極接続線１４６に分かれて流れるため、コモンモードノイズがさらに小さくなる。

本実施形態では、電力変換装置１は、この電力変換装置１から電力が供給される電動機３の筐体３０に電線３１などにより電気的に接続可能な接続端子１０３を有する。接続端子１０３は、中性点接地回路１４と電力変換装置１内で電気的に接続されている。この構成によれば、電動機３の筐体３０の電位と中性点接地回路１４の電位を等電位化することができ、電力変換装置１から電動機３までの間で発生するコモンモードノイズを低減させることができる。

また別の観点で見ると、本実施形態では、電力変換装置１は、整流器１１と、整流器１１の直流側に電気的に接続され、直流側の中性点を形成する中性点接地回路１４と、整流器１１の交流側に電気的に接続され、交流側の中性点を形成するスナバ回路１５と、を有する。そして、中性点接地回路１４の中性点１４０とスナバ回路１５の中性点１５０とは、互いに電気的に接続されている。この構成によれば、零相電流に起因するノイズが減少する。このため、コモンモードチョークコイルを設けることなく、またはその必要数を減らしつつ、ノイズ対策を施すことができる。これにより、電力変換装置１を小型化するこができる。

例えば、気動車の電気化に際しては、車両に備わるディーゼル機関等に追加する形で、電力変換装置１などの各種電気機器を車両に艤装する必要がある。このため、電力変換装置１の小型化を図ることができると、車両により搭載しやすい電力変換装置１を提供することができる。

なお、整流器１１は、これに代えて、コンバータであってもよい。これにより、交流側の電圧（実効電圧等）に依存することなく、直流側の正極接続線１４５と負極接続線１４６の線間電圧を任意の電圧に決定できる。

なお、スナバ回路１５と中性点接地回路１４が接続されていればよく、接地極４に接地されていることは必須ではない。

（第２の実施形態）
次に、図３および図４を参照し、第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、発電機２に代えて直流電源５が設けられた点、および三相インバータ１３の交流側にスナバ回路１８が設けられた点などで第１の実施形態とは異なる。なお、以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態と同様である。

図３は、本実施形態の電力変換装置１Ａを示す構成図である。なお、同図は、電力変換装置１Ａを含む車両用の駆動装置Ｄの一例を示す。
図３に示す駆動装置Ｄは、電力変換装置１Ａと、直流電源５と、電動機３とを備える。

電力変換装置１Ａは、直流電源５が出力した直流電力を、電動機３を駆動制御するための周波数・電圧の交流電力に変換し、変換後の電力を電動機３に供給することで電動機３を駆動させる。電力変換装置１Ａは、筐体１０と、筐体１０の内部に収容された各種部品を有する。直流電源５および電動機３は、電力変換装置１Ａの筐体１０の外部に設けられる。電力変換装置１Ａは、この電力変換装置１Ａの外部（例えば筐体１０の外部）に設けられた装置などに接続可能な接続端子（外部接続端子）１０１，１０２，１０３を備える。例えば、直流電源５は、接続端子１０１を介して電力変換装置１Ａに電気的に接続される。

直流電源５は、直流電力を出力し、電力変換装置１Ａに電力を供給する。直流電源５は、例えば、各種二次電池または燃料電池などの化学的変化を利用して直流電力を出力するものでもよい。直流電源５の種類は、上記に限定されず、これら以外のものでもよい。

以下、本実施形態の電力変換装置１Ａの内部構成の一例の詳細を説明する。
電力変換装置１Ａは、平滑コンデンサ１２と、三相インバータ１３（第１電力変換回路）と、中性点接地回路１４（第１接地回路）と、スナバ回路１８（第２接地回路）と、制御部１６と、中性線１７とを備える。平滑コンデンサ１２、三相インバータ１３、中性点接地回路１４、スナバ回路１５、制御部１６、中性線１７、および電線３１は、筐体１０の内部に収容されている。

平滑コンデンサ１２は、電力変換装置１Ａの接続端子１０１に供給される直流電圧を平滑化する。

三相インバータ１３の入力側は、直流電源５に電気的に接続されている。三相インバータ１３は、直流電源５から出力された直流電力を変換して、交流電力を生成し、接続端子１０２から出力する。三相インバータ１３の入力側には、電力変換装置１Ａ内（筐体１０内）において、中性点接地回路１４が電気的に接続されている。三相インバータ１３の入力側は、「電力変換回路の直流側」の一例である。三相インバータ１３の出力側は、電力変換装置１Ａ内（筐体１０内）において、スナバ回路１８が電気的に接続されている。三相インバータ１３の出力側は、「電力変換回路の交流側」の一例である。

スナバ回路１８は、第１の実施形態のスナバ回路１５と同様に、相数に対応する複数のＲＣスナバ回路１８１，１８２，１８３を含む。すなわち、ＲＣスナバ回路１８１、ＲＣスナバ回路１８２、およびＲＣスナバ回路１８３の各々が、ＲＣスナバ回路である。ＲＣスナバ回路１８１，１８２，１８３の各々は、電気的に直列に接続された抵抗とコンデンサとを含む。ＲＣスナバ回路１８１，１８２，１８３の各々の一端は、交流の各相にそれぞれ電気的に接続されている。すなわち、ＲＣスナバ回路１８１，１８２，１８３の各々の一端は、三相インバータ１３と接続端子１０２との間の三相線１４８に電気的に接続されている。一方で、ＲＣスナバ回路１８１，１８２，１８３の各々の他端は、互いに電気的に接続されている。そして、ＲＣスナバ回路１８１，１８２，１８３によって、Ｙ（スター）型に結線されたスナバ回路１５が形成されている。本実施形態では、Ｙ（スター）型に結線されたスナバ回路１８は、電力変換装置１Ａの電動機３側の交流区間において中性点１８０を形成し、その中性点１８０を接地可能とする。

中性線１７は、中性点接地回路１４により形成された中性点１４０と、スナバ回路１８により形成された中性点１８０とを、電力変換装置１内（筐体１０内）で互いに電気的に接続する。

ここで、電力変換装置１Ａの接地系について整理する。
まず、電力変換装置１Ａの筐体１０の外部の接地系について説明する。
電力変換装置１Ａの接続端子１０３および電動機３の筐体３０のそれぞれは、接地極４に電気的に接続され、接地極４に接地される。

次に、電力変換装置１Ａの筐体の内部の接地系について説明する。
電力変換装置１Ａの筐体１０の内部では、中性点接地回路１４の中性点１４０、スナバ回路１８の中性点１８０、および、電動機３の筐体３０から引き込んだ電線３１が纏めて接続端子１０３に電気的に接続されている。これにより、中性点接地回路１４の中性点１４０、スナバ回路１８の中性点１８０、および、電動機３の筐体３０は、接続端子１０３を介して、接地極４に接地される。

次に、本実施形態の電力変換装置１Ａの作用について説明する。
ここで比較のため、中性線１７が設けられていない比較例について説明する。この比較例では、スナバ回路１８により形成された中性点１８０は、接地されておらず、中性点接地回路１４により形成された中性点１４０にも電気的に接続されていない。

上記比較例の電力変換装置では、三相インバータ１３から電動機３までの交流区間に、接地極４に対する電位が生じると零相電流（コモンモード電流）が流れる。この零相電流は、電動機３において、電動機３の巻線と電動機３の筐体３０との間の浮遊容量（不図示）などを経て、電動機３の筐体３０に流れる。さらに、この零相電流は、電動機３の筐体３０から接地極４に向かう経路に流れる。また、この零相電流は、接続端子１０３を介して電力変換装置１Ａの内部に入り、直流区間の中性点接地回路１４を経て三相インバータ１３に戻り一巡する。言い換えると、零相電流の多くが、電力変換装置の外部に流れる。この場合、零相電流に起因する誘導ノイズが大きくなり、その対策に多くの部品が必要となる。

一方で、図４は、本実施形態の電力変換装置１Ａの作用を示す。
図４に示すように、本実施形態の電力変換装置１Ａでは、中性点接地回路１４と、スナバ回路１８とが互いに電気的に接続されている。これにより、本実施形態の電力変換装置１Ａでは、接地極４に対する電位が生じた場合に零相電流が流れる経路が、発電機２と整流器１１との間の交流区間に２通り存在する。

第１ルートは、前述の比較例と同じルート（網掛け矢印Ａ）である。
第２ルートは、スナバ回路１８を介して、その中性点１８０から接続端子１０３に向かうルート（黒矢印Ｂ）である。さらに、この第２のルートの零相電流は、接続端子１０３を介して直流区間の中性点接地回路１４を経て三相インバータ１３に戻り一巡する。言い換えると、第２ルートの零相電流は、電力変換装置１Ａの外部（筐体１０の外部）に出ることなく、電力変換装置１Ａの内部（筐体１０の内部）で循環する。

すなわち、本実施形態の電力変換装置１Ａに生じる零相電流は、この第２ルートがあることにより、第１ルートと第２ルートとに分かれて流れる。このため、比較例と等量の流れるとすれば、電力変換装置１Ａの外部に流れる零相電流（第１ルートに流れる零相電流）は、比較例の場合と比べて減少する。

さらに、第２ルートは、第１ルートとは異なり、電力変換装置１Ａの筐体１０の内部を通る経路であるため、経路長が短く、経路のインピーダンスが比較的低くなる。また、スナバ回路１８に設定される抵抗値および容量値を適切に設定することで、第１ルートに流れる電流がさらに減少する。これにより、第１ルートに流れる電流に起因するふく射ノイズが減少する。

また、上記の通り、第２ルートは、電力変換装置１Ａの筐体１０の内部に流れる電流であることから、第２ルートの電流によってふく射ノイズが生じたとしても、電力変換装置１Ａの筐体１０による遮蔽効果により、電力変換装置１Ａの筐体１０の外部に対してふく射されるノイズのエネルギーは減少する。

また、第１ルート中、接地極４から電力変換装置１Ａの接続端子１０３までの経路に流れる電流が減少することから、接地極４に対する電力変換装置１Ａの電位の変動が減少する。これにより、電力変換装置１Ａからふく射されるノイズが減少する。

本実施形態によれば、電力変換装置１Ａは、三相インバータ１３と、中性点接地回路１４と、スナバ回路１８とを有する。中性点接地回路１４は、三相インバータ１３の直流側に、この電力変換装置１Ａ内で電気的に接続されている。スナバ回路１８は、三相インバータ１３の交流側に、この電力変換装置１Ａ内で電気的に接続されている。そして、中性点接地回路１４とスナバ回路１５とは、互いに電気的に接続されている。この構成によれば、第１の実施形態と同様に、零相電流に起因するノイズが減少する。このため、コモンモードチョークコイルを設けることなく、またはその必要数を減らしつつ、ノイズ対策を施すことができる。これにより、ノイズ対策を図りつつ、小型化を図ることができる電力変換装置１Ａを提供することができる。

（第３の実施形態）
次に、図５および図６を参照し、第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態は、第１の実施形態に対して、第２の実施形態と同様に三相インバータ１３の交流側にスナバ回路１８が設けられた点などで、第１の実施形態とは異なる。なお、以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態と同様である。

図５は、本実施形態の電力変換装置１Ｂを示す構成図である。なお、同図は、電力変換装置１Ｂを含む車両用の駆動装置Ｄの一例を示す。
図５に示すように、駆動装置Ｄは、電力変換装置１Ｂと、発電機２と、電動機３を備える。電力変換装置１Ｂにおける発電機２側の構成は、第１実施形態の電力変換装置１における発電機２側の構成と略同じである。一方で、電力変換装置１Ｂにおける電動機３側の構成は、第２実施形態の電力変換装置１Ａにおける電動機３側の構成と略同じである。

以下、本実施形態の電力変換装置１Ｂの内部構成の一例の詳細を説明する。
電力変換装置１Ｂは、整流器１１（第１電力変換回路）と、平滑コンデンサ１２と、三相インバータ１３（第２電力変換回路）と、中性点接地回路１４（第１接地回路）と、スナバ回路１５（第２接地回路）と、制御部１６と、中性線１７と、スナバ回路１８（第３接地回路）と、中性線１９と、を備える。三相インバータ１３は、整流器１１の出力側（直流側）に電気的に接続されている。中性点接地回路１４の中性点１４０と、スナバ回路１５の中性点１５０と、スナバ回路１８の中性点１８０は、電力変換装置１Ｂ内（例えば筐体１０内）において、互いに電気的に接続されている。

次に、本実施形態の電力変換装置１Ｂの作用について説明する。
図６は、本実施形態の電力変換装置１Ｂの作用を示す。
図６に示すように、本実施形態の電力変換装置１Ｂでは、中性点接地回路１４とスナバ回路１５とが電気的に接続されている。また、中性点接地回路１４とスナバ回路１８とが互いに電気的に接続されている。これにより、本実施形態の電力変換装置１Ｂでは、零相電流は、第１の実施形態で説明した第１および第２ルートに分流して流れるとともに、第２の実施形態で説明した第１および第２ルートとに分流して流れる。このため、電力変換装置１Ｂの外部に流れる零相電流が減少する。

このような構成によれば、第１および第２の実施形態と同様に、ノイズ対策を図りつつ、小型化を図ることができる電力変換装置１Ｂを提供することができる。

（第４の実施形態）
次に、図７および図８を参照して第４の実施形態について説明する。
本実施形態は、並列に稼働することが可能な複数の電力変換回路が設けられた点で第１の第２実施形態とは異なる。なお、以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態と同様である。

図７は、本実施形態の電力変換装置１Ｃを示す構成図である。なお、同図は、電力変換装置１Ｃを含む車両用の駆動装置Ｄの一例を示す。
図７に示すように、駆動装置Ｄは、電力変換装置１Ｃと、直流電源５と、電動機３を備える。なお、駆動装置Ｄは、直流電源５に代えて、発電機２を有してもよい。

電力変換装置１Ｃは、第２の実施形態の電力変換装置１Ａと同様に、直流電源５から出力された直流電力を変換し、変換後の電力を電動機３に供給する。

以下、本実施形態の電力変換装置１Ｃの内部構成の一例の詳細を説明する。
電力変換装置１Ｃは、平滑コンデンサ１２と、三相インバータ１３と、中性点接地回路１４（第１接地回路）と、制御部１６と、スナバ回路１８−１（第２接地回路）と、スナバ回路１８−１（第３接地回路）と、中性線１９−１と、中性線１９−２と、を備える。

本実施形態の三相インバータ１３は、電力変換回路１３１−１と、電力変換回路１３１−２とを備える。電力変換回路１３１−１は、「第１電力変換回路」の一例である。電力変換回路１３１−２は、「第２電力変換回路」の一例である。例えば、電力変換回路１３１−１および電力変換回路１３１−２の各々は、第２の実施形態の三相インバータ１３と同様に構成される。電力変換回路１３１−１と電力変換回路１３１−２とは、電気的に互いに並列に設けられている。つまり、電力変換回路１３１−１と電力変換回路１３１−２は、直流回路を互いに共有する複数の変換回路である。

電力変換回路１３１−１および電力変換回路１３１−２のそれぞれは、制御部１６からの制御を受け、直流電源５からの電力を変換して電動機３に電力を供給可能である。例えば、電力変換回路１３１−１および電力変換回路１３１−２のそれぞれは、制御部１６によって個々に制御され、電動機３に供給する電力、および、その位相などが調整可能である。例えば、制御部１６は、電力変換回路１３１−１および電力変換回路１３１−２のそれぞれの位相を制御することで、各電力変換回路の零相電流の位相をずらすことができ、さらに、発生するコモンモードノイズを低減することができる。

本実施形態では、中性点接地回路１４は、電力変換回路１３１−１および電力変換回路１３１−２の各々の入力側（直流側）に電気的に接続されている。

スナバ回路１８−１およびスナバ回路１８−２の各々は、第２の実施形態のスナバ回路１８と略同じ構成を有する。スナバ回路１８−１は、電力変換回路１３１−１の出力側（交流側）に、電力変換装置１Ｃ内（例えば筐体１０内）で電気的に接続されている。スナバ回路１８−１のＲＣスナバ回路１８１，１８２，１８３の各々の一端は、三相インバータ１３と接続端子１０２との間の三相線１４８−１に電気的に接続されている。一方で、スナバ回路１８−２は、電力変換回路１３１−２の出力側（交流側）に、電力変換装置１Ｃ内（例えば筐体１０内）で電気的に接続されている。スナバ回路１８−２のＲＣスナバ回路１８１，１８２，１８３の各々の一端は、三相インバータ１３と接続端子１０２との間の三相線１４８−２に電気的に接続されている。

中性線１９−１は、中性点接地回路１４により形成された中性点１４０と、スナバ回路１８−１により形成された中性点１８０−１とを、電力変換装置１Ｃ内（筐体１０内）で互いに電気的に接続する。中性線１９−２は、中性点接地回路１４により形成された中性点１４０と、スナバ回路１８−２により形成された中性点１８０−２とを、電力変換装置１Ｃ内（筐体１０内）で互いに電気的に接続する。なお、中性線１９−１、中性線１９−２、中性点１４０、および中性点１８０は、中性線１９−１、中性線１９−２、中性点１４０、および中性点１８０の少なくとも一つを介して、前述の接地極４に電気的に接続される。

ここで、電力変換装置１Ｃの接地系について整理する。
まず、電力変換装置１Ｃの筐体１０の外部の接地系について説明する。
電力変換装置１Ｃの接続端子１０３および電動機３の筐体３０のそれぞれは、接地極４に電気的に接続され、接地極４に接地される。

次に、電力変換装置１Ｃの筐体の内部の接地系について説明する。
電力変換装置１Ｃの筐体の内部では、中性点接地回路１４の中性点１４０、スナバ回路１８−１の中性点１８０−１、スナバ回路１８−２の中性点１８０−２、および、電動機３の筐体３０から引き込んだ電線３１が纏めて接続端子１０３に電気的に接続する。これにより、中性点接地回路１４の中性点１４０、スナバ回路１８−１の中性点１８０−１、スナバ回路１８−２の中性点１８０−２、および、電動機３の筐体３０は、接続端子１０３を介して、接地極４に接地される。

次に、本実施形態の電力変換装置１Ｃの作用について説明する。
図８は、本実施形態の電力変換装置１Ｃの作用を示す。
図８に示すように、本実施形態の電力変換装置１Ｃでは、中性点接地回路１４の中性点１４０と、スナバ回路１８の中性点１８０−１と、スナバ回路１８−２の中性点１８０−２とが互いに電気的に接続されている。これにより、本実施形態の電力変換装置１Ｃでは、第２の実施形態と同様に、電力変換装置１Ｃの外部に流れる零相電流が減少する。

このような構成によれば、第２の実施形態と同様に、ノイズ対策を図りつつ、小型化を図ることができる電力変換装置１Ｃを提供することができる。

以上、いくつかの実施形態について説明したが、実施形態の構成は、上記例に限定されない。例えば、上記の実施形態における交流系は、３相であるものとして説明したが、Ｎ相（Ｎは３以上の自然数）であってもよい。例えば、整流器１１は、Ｎ相ブリッジ整流器である。また、接地極４は、大地に直接接地される極であってもよく、或いは、移動体のフレームなど基準電位を示す極であってもよい。その移動体には、車両、鉄道車両などが含まれる。また、中性点接地回路１４が直流の中性点１４０を形成するものとして説明したが、直流の一方の極を中性点として定めてもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電力変換装置は、電力変換回路と、前記電力変換回路の直流側に自装置内で電気的に接続された第１接地回路と、前記電力変換回路の交流側に自装置内で電気的に接続された第２接地回路とを持ち、前記第１接地回路と前記第２接地回路とは互いに電気的に接続されている。この構成によれば、電力変換装置の小型化を図ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…電力変換装置、２…発電機、３…電動機、４…接地極、１１…整流器（第１電力変換回路）、１２…平滑コンデンサ、１３…三相インバータ（第１電力変換回路、第２電力変換回路）、１４…中性点接地回路（第１接地回路）、１５、１８、１８−１、１８−２…スナバ回路（第２接地回路）、１６…制御部、１７、１９、１９−１、１９−２…中性線、２０、１４０、１５０、１８０…中性点、３０…筐体（接地極）、３１…電線。

Claims (10)

1. 第１電力変換回路と、
   前記第１電力変換回路の直流側に自装置内で電気的に接続された第１接地回路と、
   前記第１電力変換回路の交流側に自装置内で電気的に接続された第２接地回路と、
   を備え、
   前記第１接地回路と前記第２接地回路とは、互いに電気的に接続されている、
   電力変換装置。
2. 前記第１接地回路と前記第２接地回路とは、前記第１電力変換回路、前記第１接地回路、および前記第２接地回路を収容する筐体の内部で互いに電気的に接続されている、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記筐体の内部で前記第１接地回路と前記第２接地回路とを電気的に接続する接続体、
   を備える請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記接続体は、前記筐体の外部に設けられた接地極に電気的に接続可能である、
   請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記第１接地回路は、前記第１電力変換回路の交流側に電気的に接続され、前記交流側の中性点を形成するスナバ回路を含み、
   前記第２接地回路は、前記第１電力変換回路の直流側に電気的に接続され、前記直流側の中性点を形成する中性点接地回路を含み、
   前記交流側の中性点と前記直流側の中性点とが互いに電気的に接続されている、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記第１電力変換回路の交流側は、３相以上の複数の相を有し、
   前記スナバ回路は、前記複数の相にスター型で接続されて前記交流側の中性点を形成している、
   請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記第１電力変換回路は、三相ブリッジ整流器である、
   請求項６に記載の電力変換装置。
8. 前記第１電力変換回路から電力が供給される負荷の接地極に電気的に接続可能な端子を備え、
   前記端子は、前記第１接地回路と自装置内で電気的に接続されている、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記第１電力変換回路の直流側に電気的に接続された第２電力変換回路と、
   前記第２電力変換回路の交流側に自装置内で電気的に接続された第３接地回路と、
   を備え、
   前記第３接地回路と前記第２接地回路とが互いに電気的に接続されている、
   請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
10. 電力変換回路と、
    前記電力変換回路の直流側に電気的に接続され、前記直流側の中性点を形成する第１回路と、
    前記電力変換回路の交流側に電気的に接続され、前記交流側の中性点を形成する第２回路と、
    を備え、
    前記第１回路と前記第２回路とは、互いに電気的に接続されている、
    電力変換装置。

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