JP4314513B2

JP4314513B2 - インバータノイズ除去装置

Info

Publication number: JP4314513B2
Application number: JP2003173952A
Authority: JP
Inventors: 真田口; 清隆古賀; 克彦服部
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2023-06-18
Also published as: US20040257841A1; US7085144B2; DE102004029245A1; JP2005012908A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流バスラインをコンデンサを介して中点接地することでラインを流れる高周波成分を除去するノイズ除去装置に関し、特に、電気自動車用駆動装置やハイブリッド車用駆動装置の電動機を制御するインバータに適したノイズ除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車用駆動装置やハイブリッド車用駆動装置のようにバッテリ直流電源により駆動される交流電動機（本明細書において、モータと、モータとしても作動させるジェネレータを総称して電動機という）は、電動機駆動のためのインバータを必要とする。こうした駆動装置に用いるインバータは、例えば２つの電動機をモータ及びジェネレータとして搭載する駆動装置において、図５に示すような回路構成（信号回路は省略）とされる。図示するように、インバータは、車両搭載の直流電源としてのバッテリＢに接続される直流平滑回路Ｆと、それに並列に接続し、モータＭ及びジェネレータＧのＵ、Ｖ、Ｗ各相の巻き線に接続される３相交流変換回路Ｅで構成され、別途配置された電動機制御装置がインバータの信号回路に出力する制御信号に基づいて制御される。すなわち、力行時には、バッテリＢから直流パワーラインＳを介して供給される直流の電流を、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の電流に変換し、各電流を３相交流パワーラインＡを経て電動機Ｍ，Ｇの３相コイルに送る。また、発電又は回生時には、電動機Ｍ，Ｇの３相コイルに発生するＵ、Ｖ、Ｗ各相の電流を３相交流パワーラインＡを経て供給され、これを直流の電流に変換して、直流パワーラインＳ経由でバッテリＢに送るコンバータとして作用する。
【０００３】
こうしたインバータを構成する回路において、直流パワーラインＳにつながる平滑回路Ｆには、低周波成分を除去する平滑コンデンサＣや並列抵抗Ｒの他に、平滑回路Ｆに漏れ出す高周波成分（通常数１００ｋＨｚ〜数ＭＨｚ）を、対を成すコンデンサＹを介する中点接地で除去するノイズ除去手段として、いわゆるＹコンデンサが配置される。なお、ノイズフィルタとしてＹコンデンサを用いることが開示された文献として、特許文献１がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３１５９２９号公報
【０００５】
上記のようなＹコンデンサの直流バスラインへの具体的配置としては、図６及び図７に示す配置が想起される。図６に示す構成は、Ｙコンデンサ配置部分のインピーダンスを極力小さくすることを主眼とする配置である。この配置では、平行する直流バスラインを構成するバスバーＳ１，Ｓ２から、ラインの片側に延び出す接続部分Ｓ１ａ，Ｓ２ａを形成し、これらの部分にＹコンデンサの一方のリードＹａを接続し、他方のリードＹｂを直接接地端子Ｎに接続するものである。また、図７に示す構成は、ノイズ発生源からＹコンデンサに至るラインのインダクタンス成分の平衡を主眼とする配置である。この配置では、コンデンサＹの両リードをそれぞれ等長の電線Ｌａ，Ｌｂを介してバスバーＳ１，Ｓ２と接地端子Ｎに接続するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の配置は、それぞれの目的に沿っては有効なものである。しかしながら、ノイズフィルタとしての機能は、フィルタ部のインピーダンスを極力小さくすることと、フィルタ部に至るまでのインダクタンス成分を平衡させることの何れが欠けても十分に達成されない。すなわち、図６に示す配置では、ノイズ発生源が図上で左側にあるものとして、接地点に対して反対側のバスバーＳ１からみたインダクタンス成分が大きくなり、インダクタンス成分の不平衡によりノイズ除去効果が減殺される。また、図７に示す配置では、途中にバスバーＳ１，Ｓ２やコンデンサのリードに比べてインピーダンスの大きな電線Ｌａ，Ｌｂが介在するため、インピーダンスが大きいことでノイズ除去効果が減殺される。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑み案出されたものであり、Ｙコンデンサによるノイズ除去効果を有効に発揮させることを主たる目的とする。次に、本発明は、Ｙコンデンサの配置スペースを極量小さくすることを更なる目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、対を成して平行に延伸するバスバーを、それぞれ対を成すコンデンサを介して接地するインバータノイズ除去装置において、前記コンデンサは、対を成すバスバーに対する対称位置でバスバーと接地端子にそれぞれ接続されるとともに、それらの長手方向をバスバーの延伸方向に沿わせてバスバーの近傍に配置されたことを特徴とする。
【０００９】
上記の構成において、より具体的には、前記バスバーは、それらの間に絶縁材を挟んだ帯板状部材で構成され、前記コンデンサは、両バスバーの外側に配置された構成とされる。更に、前記コンデンサは、それらの厚さ方向の側面をバスバーの板面に沿わせて配置されるのが有効である。更に具体的には、前記コンデンサは、その長手方向両端にリードを備え、バスバーとコンデンサの一方のリードとの接続は、バスバーからコンデンサの長手方向端に対向する位置に部分的に突出する接続部において成される。また、前記バスバーは、インバータケース内に収容されたスイッチング素子パワーモジュールの上部に載置された平滑コンデンサとインバータケース周壁との間で、平滑コンデンサに沿って引き回されたバスバーとされる。
【００１０】
【発明の作用及び効果】
上記請求項１に記載の構成では、ノイズ発生源となる変換回路につながる直流バスラインのＹコンデンサによる接地点までのインダクタンス成分が実質上均衡し、しかもコンデンサを挟む前後の接続部のインピーダンスが極めて小さくなる。したがって、この構成によれば、インバータの直流回路の高周波ノイズを有効に除去することができる。
【００１１】
さらに、上記請求項１に記載の構成では、両コンデンサが対を成して延伸するバスバーに沿って配置された関係になるため、ノイズ除去装置の配置スペースをバスバーに沿った小さなものとすることができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の構成では、接近配置されて対を成すバスバーの両側にバスバーに沿って外側に付随する形態でノイズ除去装置が配置されることになるので、両バスバーを含めたノイズ除去装置の占有面積を小さくすることができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の構成では、ノイズ除去装置がバスバーの両側にコンデンサの最小厚さ分だけ張り出す配置となるので、その占有面積を最小にすることができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の構成では、コンデンサをバスバーと接続する側のインピーダンスを最小に抑えることができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の構成では、インバータケース内に収容されたインバータの平滑コンデンサの周囲空間を利用してノイズ除去装置を狭いスペース内に配置することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿い、本発明の実施形態を説明する。図１は実施形態に係るインバータノイズ除去装置を模式化して斜視図で示す。この装置は、対を成して平行に延伸するバスバー１Ａ, １Ｂを、それぞれ対を成すコンデンサ２Ａ，２Ｂを介して接地する構成とされ、コンデンサ２Ａ，２Ｂは、対を成すバスバー１Ａ, １Ｂを挟む対称位置でバスバーと接地端子３にそれぞれ接続されている。この配置により、ノイズ発生源となる変換回路につながる直流バスラインのＹコンデンサ２Ａ，２Ｂによる接地点までのインダクタンス成分が実質上均衡し、しかもコンデンサ２Ａ，２Ｂを挟む前後の接続線のインピーダンスが極めて小さくなる。したがって、この構成によれば、インバータの直流回路の高周波ノイズを有効に除去することができる。
【００１７】
この形態におけるバスバー１Ａ, １Ｂは、それらの間に絶縁紙等からなる絶縁材４を挟んだ帯板状部材で構成されている。そこで、コンデンサ２Ａ，２Ｂは、それらの長手方向（図においてＸ軸方向）をバスバー１Ａ, １Ｂの延伸方向に沿わせてバスバーの近傍、本形態では両バスバー１Ａ, １Ｂの外側に配置されている。更に、コンデンサ２Ａ，２Ｂは、それらの厚さ方向（図においてＹ軸方向）の側面（図においてＸＺ軸を含む面方向）をバスバー１Ａ, １Ｂの板面（同じく図においてＸＺ軸を含む面方向）に沿わせて配置されている。コンデンサ２Ａ，２Ｂの厚さとは、６面体の外形の最大寸法に当たる長さ（前記Ｘ軸方向の長さ）及びそれより短い寸法である幅（図においてＺ軸方向の長さ）を定めるいずれの面にも直交する面間の長さ（前記Ｙ軸方向の長さ）をいい、この長さがコンデンサ２Ａ，２Ｂの最小寸法に当たる。これらの配置により、両コンデンサ２Ａ，２Ｂが対を成して延伸するバスバー１Ａ, １Ｂに沿って配置された関係になるため、ノイズ除去装置の配置スペースをバスバーに沿った小さなものとすることができる。また、接近配置されて対を成すバスバー１Ａ, １Ｂの両側にバスバーに沿って外側に付随する形態でノイズ除去装置が配置されることになり、バスバー１Ａ, １Ｂの両側にコンデンサ２Ａ，２Ｂの最小厚さ分だけ張り出す配置となるので、その占有面積を最小にすることができる。
【００１８】
図２に平面配置を示すように、コンデンサ２Ａ，２Ｂは、その長手方向両端にリード２１，２２を備えることから、バスバー１Ａ, １Ｂとコンデンサ２Ａ，２Ｂの一方のリード２１との接続は、バスバー１Ａ, １Ｂからコンデンサ２Ａ，２Ｂの長手方向端に対向する位置に部分的に突出する接続部１ａ，１ｂにおいて成されている。コンデンサ２Ａ，２Ｂの接地は、他方のリード２２を直接接地端子３に接続することで成されている。この配置により、コンデンサ２Ａ，２Ｂをバスバー１Ａ, １Ｂと接続する側及びコンデンサ２Ａ，２Ｂを接地する側のインピーダンスが共に最小に抑えられる。
【００１９】
次に、本発明をハイブリッド車用駆動装置に適用した実施例を説明する。図３にインバータを斜視状態で示し、図４にインバータの部分平面を示すように、この例のインバータは、図示しないモータとジェネレータを内蔵する駆動装置ケースの上部に取付けたインバータケース５に収容して配置されている。インバータを構成する２つのスイッチング素子パワーモジュール６は、図上には明確に現れていないが、３相端子を図３における奥側に向け、直流端子を手前側に向けて横並びに、インバータケース５の底壁に載置固定されている。それらの上部にブラケット７に支持して平滑コンデンサを構成する３つの電解コンデンサ８Ａ，８Ｂ，８Ｃが配置されている。各電解コンデンサ８Ａ，８Ｂ，８Ｃは、それらの端子８１，８２がスイッチング素子パワーモジュール６の直流端子と近接位置になるように、端子８１，８２を手前側に向けて横並びに配置されている。
【００２０】
上記の関係に配置されるスイッチング素子パワーモジュール６と平滑コンデンサ８Ａ，８Ｂ，８Ｃに対して、直流バスラインを構成するバスバー１Ａ，１Ｂは、インバータケース５内に収容されたスイッチング素子パワーモジュール６の上部に載置された平滑コンデンサ８Ａ，８Ｂ，８Ｃとインバータケース５周壁との間で、平滑コンデンサ８Ａ，８Ｂ，８Ｃに沿って引き回されたバスバーとされている。
【００２１】
更に詳述すると、バスバー１Ａ，１Ｂは、インバータケース５内の上下方向位置で、スイッチング素子パワーモジュール６の２対の直流端子と平滑コンデンサ８Ａ，８Ｂ，８Ｃの３対の端子８１，８２とにそれぞれボルト止め接続され、この部分を始端として、上記端子間を、板面を垂直に向けて、各端子の並び方向に沿って水平に延び、平滑コンデンサのブラケット７の角部の手前で板面を垂直に保ったまま上方に曲げられ、角部で直角に曲がって端の平滑コンデンサ８Ｃの側面に沿って延び、その先で直角に曲げられて再び当初の方向と平行且つ下方に延びて、最終的に先端が相互に離れる方向に曲げられて終端し、終端部でインバータケース５に設けられたコネクタ５１内の導体にボルト止め固定されている。
【００２２】
本例において、Ｙコンデンサから成るノイズ除去装置は、上記平滑コンデンサ８Ａの側面に沿って延びるバスバー部分に配置されている。先の実施形態の説明で述べたバスバー１Ａ，１Ｂの接続部１ａ，１ｂは、帯板状のバスバー１Ａ，１Ｂの下辺から下方に延びだし、途中で水平方向に折り曲げられた同じく帯板状部分で構成され、この部分に本例においてコンデンサ２Ａ，２Ｂの一方のリードに接続された締結金具２ａ，２ｂが重ねられて、コンデンサ２Ａ，２Ｂの載置台から起立するボルトにナット締め固定されて相互に接続されている。コンデンサ２Ａ，２Ｂの他方のリードは、それらに共通に接続された締結金具３をバスバー１Ａ，１Ｂの下方をバスバー横断方向に潜る接地端子３として、平滑コンデンサのブラケット７にねじ止め固定で接地されている。
【００２３】
この実施例においても、コンデンサ２Ａ，２Ｂは、それらの長手方向をバスバー１Ａ, １Ｂの延伸方向に沿わせてバスバーの外側に配置されている。更に、コンデンサ２Ａ，２Ｂは、それらの厚さ方向の側面をバスバー１Ａ, １Ｂの板面に沿わせて配置されている。
【００２４】
以上詳述した実施例の配置によれば、先述の実施形態における各配置構成を全て実現し、実施形態により得られる各効果をハイブリッド車用駆動装置のインバータにおいて実現することができる。特に、この実施例のように、インバータケースといった限られたスペース内に、本発明の構成を具現化したノイズ除去装置を配置するスペースメリットは大きい。
【００２５】
以上、本発明の実施例として、ハイブリッド車用の駆動装置を例示したが、本発明はこの実施例に限るものではなく、電気自動車用駆動装置等、少なくとも電動機を使用し、それをインバータで駆動制御する全ての装置に広く適用可能なものであり、特許請求の範囲に記載の事項の範囲内で種々に具体的構成を変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るインバータノイズ除去装置を模式化して示す斜視図である。
【図２】実施形態のインバータノイズ除去装置の模式平面図である。
【図３】本発明を適用したインバータの斜視図である。
【図４】実施例に係るインバータの部分平面図である。
【図５】駆動装置用インバータの一般的回路構成を示す電気回路図である。
【図６】一般的に想起されるインバータノイズ除去装置を模式化して示す平面図である。
【図７】一般的に想起される他のインバータノイズ除去装置を模式化して示す平面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂバスバー
１ａ，１ｂ接続部
２Ａ，２Ｂコンデンサ
２１，２２リード
３接地端子
４絶縁紙（絶縁材）
５インバータケース
６スイッチング素子パワーモジュール
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ平滑コンデンサ

Claims

対を成して平行に延伸するバスバーを、それぞれ対を成すコンデンサを介して接地するインバータノイズ除去装置において、
前記コンデンサは、対を成すバスバーに対する対称位置でバスバーと接地端子にそれぞれ接続されるとともに、それらの長手方向をバスバーの延伸方向に沿わせてバスバーの近傍に配置されたことを特徴とするインバータノイズ除去装置。
前記バスバーは、それらの間に絶縁材を挟んだ帯板状部材で構成され、前記コンデンサは、両バスバーの外側に配置された、請求項１記載のインバータノイズ除去装置。
前記コンデンサは、それらの厚さ方向の側面をバスバーの板面に沿わせて配置された、請求項２記載のインバータノイズ除去装置。
前記コンデンサは、その長手方向両端にリードを備え、バスバーとコンデンサの一方のリードとの接続は、バスバーからコンデンサの長手方向端に対向する位置に部分的に突出する接続部において成された、請求項１〜３の何れか１項記載のインバータノイズ除去装置。
前記バスバーは、インバータケース内に収容されたスイッチング素子パワーモジュールの上部に載置された平滑コンデンサとインバータケース周壁との間で、平滑コンデンサに沿って引き回されたバスバーである、請求項１〜４の何れか１項記載のインバータノイズ除去装置。