JP5733421B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用の電動機などを駆動するための電力変換装置に係り、特にスイッチングノイズを低減するための電力変換装置に関する。

電気自動車において、電気エネルギーから力学的エネルギーを得るためのいわゆる自動車用パワーエレクトロニクスシステムは、主に直流電源を供給するためのバッテリと、直流を交流に変換するインバータなどの電力変換装置と、電力変換装置の電気的出力から回転力を得るモータとから構成されている。

モータは、電力変換装置から出力される交流電力により、電磁気的作用によって回転力を得ている。

電力変換装置は、シールド線によってバッテリと接続され、その筐体内にはモジュール化されたパワー半導体素子からなるスイッチ群（パワーモジュール）とコンデンサとが入っている。ここで、電力変換装置では、パワーモジュールとバッテリからのシールド線とを接続するために板状の導体（バスバー）が接続されており、コンデンサとしては電力変換装置の入力電圧の変動を吸収する平滑コンデンサが接続されている。この平滑コンデンサは、バッテリと電力変換装置を接続する給電母線に接続され、スイッチングによる電圧の変動を一部抑制している。また、電力変換装置の筐体内部には、パワー半導体素子からなるスイッチ群を開閉してモータの回転を制御する制御回路が存在している。

このような構成の電力変換装置は制御回路からの信号によってスイッチ群を開閉することにより、バッテリの直流電力を変換してモータの回転力を得るための交流電力を生成している。

ところで、上述したような電力変換装置では、内部にあるスイッチを開閉するときにスイッチングノイズが発生する。このスイッチングノイズは、例えば電力変換装置を車載する場合を考えると、車両に搭載されている車載ラジオの聴取に対して影響を与え、ラジオの聴取を困難にしたり、耳障りな雑音を発生したり、場合によっては車載されている他のデジタル機器の動作に悪影響を及ぼすことも懸念される。

そこで、従来ではスイッチングによるサージ電圧を低減するための技術として特許文献１が開示されている。この特許文献１では、電力変換装置に利用される半導体装置において、電源の正極側に接続される電極と、電源の負極側に接続される電極とを平行に配置し、それぞれの電極に流れる電流が逆方向になるように構成されていた。これにより、電流で発生する磁束は相殺されてインダクタンスが低減するので、スイッチングによるサージ電圧は低減されていた。

特開２００５−２３６１０８号公報

しかしながら、上述した従来の半導体装置では、半導体装置を金属筐体に収容した場合に、正極側の電極と金属筐体との間の容量結合が、負極側の電極と金属筐体との間の容量結合と相違しているために、正極側の電極と負極側の電極で発生したスイッチングノイズが金属筐体へと伝播し、例えばラジオノイズなどの発生原因になってしまうという問題点があった。

このような電極から金属筐体に伝播するノイズの周波数は、電極の寸法を含む電気的特性で決まる。例えば、電極が板状の場合の各辺の寸法をａ、ｂとし、板の間の誘電率をεｒとすると以下に示す式（１）のように表すことができる。

例えば、式（１）にａ＝０．３ｍ、ｂ＝０．０３ｍ、εｒ＝６．２５を入れると、（ｍ、ｎ）＝（１、０）の場合にｆ _１０ ＝２００ＭＨｚとなる。このとき金属筐体や電極の寸法、誘電率等の条件が揃うと、パワーモジュールにおけるスイッチングにより、電極部で高周波の振動が生じ、電極が金属筐体の面を励振する。その結果、金属筐体の面から放射ノイズが生じることになる。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、スイッチングノイズが金属筐体へ伝播することを低減して放射ノイズを低減することのできる電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明は、直流電力を交流電力に変換するパワーモジュールと、入力端子とパワーモジュールとを接続する第１及び第２の給電母線と、第１及び第２の給電母線とパワーモジュールとを収容する金属筐体とを備えている。そして、第１の給電母線と金属筐体との間の容量結合と第２の給電母線と金属筐体との間の容量結合とを略一致させることにより、上述した課題を解決する。

図１は、本発明を適用した第１実施形態に係る電力変換装置の構造を示す立体斜視図である。 図２は、本発明を適用した第１実施形態に係る電力変換装置の構造を示す平面図である。 図３は、本発明を適用した第１実施形態に係る電力変換装置の回路構成を示す回路図である。 図４は、本発明を適用した第１実施形態に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。 図５は、本発明を適用した第１実施形態に係る電力変換装置における第１の給電母線と第２の給電母線に生じたスイッチングノイズのうち金属筐体に伝播したノイズを示す図である。 図６は、本発明を適用した第１実施形態に係る電力変換装置におけるノイズ強度と電気的特性のバランスとの間の関係を示す図である。 図７は、本発明を適用した第１実施形態に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。 図８は、本発明を適用した第２実施形態に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。 図９は、本発明を適用した第３実施形態に係る電力変換装置の構造を示す立体斜視図である。 図１０は、本発明を適用した第３実施形態に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。 図１１は、本発明を適用した第４実施形態に係る電力変換装置の構造を示す立体斜視図である。 図１２は、本発明を適用した第４実施形態に係る電力変換装置の構造を示す平面図である。 図１３は、本発明を適用した第４実施形態に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。 図１４は、本発明を適用した第４実施形態に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。 図１５は、本発明を適用した第５実施形態に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。 図１６は、本発明を適用した第６実施形態に係る電力変換装置の構造を説明するための斜視図である。 図１７は、本発明を適用した第７実施形態に係る電力変換装置の構造を説明するための斜視図である。 図１８は、本発明を適用した第８実施形態に係る電力変換装置の断面構造を示す図と立体斜視図である。 図１９は、本発明を適用した第８実施形態に係る電力変換装置の断面構造を示す図である。

以下、本発明を適用した第１〜第８実施形態について図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１は本実施形態に係る電力変換装置の構造を示す立体斜視図であり、図２は平面図、図３は回路図である。

図１〜３に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１は、直流電源２から供給される直流電力を交流電力に変換して電動機３を駆動するパワーモジュール４と、直流電源２の正極側とパワーモジュール４とを接続する第１の給電母線５と、直流電源２の負極側とパワーモジュール４とを接続する第２の給電母線６と、電力変換装置１を収容する金属筐体７と、直流電源２から供給される直流電力を平滑する平滑コンデンサ８と、パワーモジュール４と電動機３のＵＶＷ相にそれぞれ接続されるバスバー９と、直流電源２と第１及び第２の給電母線５、６との間を接続するシールド線１０と、バスバー９と電動機３との間を接続するシールド線１１とを備えている。また、第１の給電母線５は第１の入力端子１２を介してシールド線１０に接続され、直流電源２の正極に接続されている。同様に、第２の給電母線６は第２の入力端子１３を介してシールド線１０に接続され、直流電源２の負極に接続されている。さらに、バスバー９は、出力端子１４を介してシールド線１１に接続されている。

ここで、本実施形態に係る電力変換装置１は、直流電源２と電動機３との間に接続されて直流電源２から供給される直流電力を交流電力に変換して電動機３に供給する。本実施形態では電気自動車を一例として説明するが、本発明はハイブリッド自動車にも適用可能であり、また車両以外の装置に搭載される電力変換装置にも適用可能である。

直流電源２は、例えば車両に搭載されたバッテリなどであり、複数の電池から構成され、シールド線１０によって第１及び第２の給電母線５、６に接続されている。

電動機３は、例えば電気自動車に搭載される三相交流電力モータなどであり、ＵＶＷ相はそれぞれシールド線１１によってバスバー９に接続されている。

パワーモジュール４は直流電力を交流電力に変換する電力変換手段であり、図３に示すように直流から三相交流へ電力変換を行う複数のスイッチング素子と、三相交流から直流へ電力変換を行う複数のフリーホイールダイオードとから構成されている。

第１の給電母線５は第１の入力端子１２とパワーモジュール４とを接続する給電手段であり、板状（平板）の導電部材によって形成され、直流電源２の正極側から出力される電力をパワーモジュール４に給電する電源線である。特に、電力変換装置１を構成するインバータ回路のうちＰ側の電源線に相当する。

第２の給電母線６は第２の入力端子１３とパワーモジュール４とを接続する給電手段であり、第１の給電母線５と同一構造の板状（平板）の導電部材によって形成され、直流電源２の負極側から出力される電力をパワーモジュール４に給電する電源線である。特に、電力変換装置１を構成するインバータ回路のうちＮ側の電源線に相当する。

金属筐体７は、電力変換装置１全体、特に第１及び第２の給電母線５、６とパワーモジュール４を収容する金属製の収納容器（収納手段）であり、図１〜３に示した構成要素の他に図示していないが制御回路や駆動回路を内部に収容している。

平滑コンデンサ８は、パワーモジュール４に供給される直流電力の電圧変動を抑制して平滑するためのコンデンサである。

バスバー９は、３本の板状の導電体であり、シールド線１１を介して電動機３のＵＶＷ相にそれぞれ接続されている。

シールド線１０は、金属線を樹脂で被覆して形成された電線であり、一対のシールド線から構成され、一方のシールド線は直流電源２の正極端子と第１の給電母線５との間を接続し、他方のシールド線は直流電源２の負極端子と第２の給電母線６との間を接続している。

シールド線１１は、三本のシールド線によって構成され、それぞれ電動機３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応してバスバー９と電動機３との間を接続している。

次に、図４を参照して図１のＡで示す部分の断面構造を説明する。

図４に示すように、第１の給電母線５と第２の給電母線６は、それぞれ金属筐体７までの距離が一致または略一致するように配置されている。このように第１の給電母線５と金属筐体７との間の距離と第２の給電母線６と金属筐体７との間の距離との関係を調整することによって、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１は、第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２と一致または略一致させることができる。さらに、図４に示すように第１の給電母線５と第２の給電母線６は互いに面積の広い平面で対向して配置され、面積の小さい平面で金属筐体７に対向している。

ここで、各給電母線５、６と金属筐体７との間の容量結合をＣとすると、以下の式（２）で表すことができる。

また、各給電母線５、６が板状導電体の場合のインダクタンス成分Ｌと、対向する導電体の相互インダクタンス成分Ｍ（以下誘導結合）は以下の式（３）で表すことができる。

さらに、第１の給電母線５と金属筐体７との間の電気的特性と、第２の給電母線６と金属筐体７との間の電気的特性は以下の式（４）、（４’）で表すことができる。ただし、ａ、ｂは給電母線と金属筐体を表している。

したがって、断面形状が同等である第１の給電母線５と第２の給電母線６を、金属筐体７に対して図４のように距離が略一致するように配置すると、容量結合Ｃ１、Ｃ２が等しくなり、電気的特性も等しくなる。

ここで、各給電母線５、６に生じたスイッチングノイズの金属筐体７への伝播について説明する。

図５は、パワーモジュール４の内部におけるスイッチングにより第１の給電母線５と第２の給電母線６に生じたスイッチングノイズのうち金属筐体７に伝播したノイズを示す図である。実線は、第１の給電母線５と金属筐体７との間の電気的特性が、第２の給電母線６と金属筐体７との間の電気的特性と均等の場合のノイズ波形であり、点線は第１の給電母線５と金属筐体７との間の電気的特性が、第２の給電母線６と金属筐体７との間の電気的特性と不均等の場合のノイズ波形である。

さらに、図５の波形を自乗平均して積分したときのノイズ強度と電気的特性のバランスＣＬ_ＢＡＬとの間の関係を図６に示す。電気的特性のバランスＣＬ_ＢＡＬは式（５）で表される。

図６から分かるように、電気的特性のバランスＣＬ_ＢＡＬが小さくなるほどノイズ強度は低くなる。また、図６では、少なくとも電気的特性のバランスＣＬ_ＢＡＬを２以下にすることによってノイズ強度を低減できることが分かる。すなわち、第１の給電母線５と金属筐体７との間の電気的特性と、第２の給電母線６と金属筐体７との間の電気的特性が均等になる場合にノイズ強度が低くなることを表しており、容量結合の差（Ｃ１−Ｃ２）と誘導結合の差（Ｌ１−Ｌ２）の両方が小さくなった場合にノイズ強度が低くなる。つまり、スイッチングサージを低減して金属筐体７へのノイズの伝播を低減することができる。

特に、本実施形態では容量結合の差（Ｃ１−Ｃ２）がほぼ０になるように第１の給電母線５の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６の容量結合Ｃ２とを略一致させるので、ノイズ強度を確実に低減させることができる。

尚、電気的特性のバランスＣＬ_ＢＡＬを２以下にする場合について説明したが、|Ｃ１−Ｃ２／Ｃ１＋Ｃ２|か|Ｌ１−Ｌ２／Ｌ１＋Ｌ２|のいずれかを２以下にしてもノイズ強度を低減することは可能である。

また、図７に示すように、第１の給電母線５と第２の給電母線６の全体を樹脂１７でモールドしてもよい。これにより第１の給電母線５と第２の給電母線６を容易に固定することができる。

［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る電力変換装置によれば、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを略一致させたので、スイッチングノイズが金属筐体７へ伝播することを低減して放射ノイズを低減させることができる。

さらに、本実施形態に係る電力変換装置によれば、第１の給電母線５と金属筐体７との間の距離と第２の給電母線６と金属筐体７との間の距離との関係を調整することによって、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを略一致させたので、スイッチングノイズが金属筐体７へ伝播することを低減して放射ノイズを低減させることができる。

また、本実施形態に係る電力変換装置によれば、第１の給電母線５と第２の給電母線６とをそれぞれ板状導電部材で形成し、第１の給電母線５と第２の給電母線６とを互いに面積の広い平面で対向させて配置したので、第１の給電母線５と第２の給電母線６との間の誘導結合が小さくなり、第１の給電母線５と第２の給電母線６に生じるスイッチングノイズを低減させることができる。

さらに、本実施形態に係る電力変換装置によれば、第１の給電母線５と第２の給電母線６は面積の小さい平面が金属筐体７に対向して配置されているので、金属筐体７との間の容量結合が小さくなって第１の給電母線５と第２の給電母線６に生じるスイッチングノイズが金属筐体７へ伝播することを低減させることができる。

また、本実施形態に係る電力変換装置によれば、第１の給電母線５と第２の給電母線６が樹脂でモールドされているので、第１の給電母線５と第２の給電母線６を容易に固定することができる。

さらに、本実施形態に係る電力変換装置によれば、容量結合Ｃ１と容量結合Ｃ２との差を、容量結合Ｃ１と容量結合Ｃ２との和で割った容量結合の商が２以下になるようにしたので、第１の給電母線５と第２の給電母線６に生じるスイッチングノイズが金属筐体７へ伝播することを低減させることができる。

また、本実施形態に係る電力変換装置によれば、誘導結合Ｌ１と誘導結合Ｌ２との差を、誘導結合Ｌ１と誘導結合Ｌ２との和で割った誘導結合の商が２以下になるようにしたので、第１の給電母線５と第２の給電母線６に生じるスイッチングノイズが金属筐体７へ伝播することを低減させることができる。

さらに、本実施形態に係る電力変換装置によれば、容量結合の商と誘導結合の商との積が２以下になるようにしたので、第１の給電母線５と第２の給電母線６に生じるスイッチングノイズが金属筐体７へ伝播することを低減させることができる。
［第２実施形態］
次に、本発明を適用した第２実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１実施形態と同一の部分については詳細な説明を省略する。

図８は、上述した図１のＡで示す部分の断面構造を示す図である。図８に示すように、本実施形態に係る電力変換装置では、第１の給電母線５と金属筐体７との間の誘電率と第２の給電母線６と金属筐体７との間の誘電率との関係を調整することによって、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを一致または略一致させたことを特徴としている。

具体的には、第１の給電母線５と金属筐体７との間および第２の給電母線６と金属筐体７との間に誘電体２１または磁性体２２を配置して、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と、第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを一致または略一致させている。

図８では、第１の給電母線５と金属筐体７との間の距離に対して、第２の給電母線６と金属筐体７との間の距離が短くなる場合を一例として示している。この場合、第１の給電母線５と金属筐体７との間に誘電体２１を挿入し、第２の給電母線６と金属筐体７との間に磁性体２２を挿入して、第１の給電母線５と金属筐体７との間の電気的特性と、第２の給電母線６と金属筐体７との間の電気的特性とが均等になるように調整している。

これにより、パワーモジュール４の内部におけるスイッチングによって第１の給電母線５と第２の給電母線６に生じるスイッチングノイズが金属筐体７に伝播することを低減できる。

ただし、容量結合Ｃ１と容量結合Ｃ２が略一致すればよいので、第１の給電母線５と金属筐体７との間の距離が短くなるようにしてもよい。また、第１の給電母線５と金属筐体７との間または第２の給電母線６と金属筐体７との間のいずれかに誘電体２１または磁性体２２のいずれかを挿入するようにしてもよい。

［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る電力変換装置によれば、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを略一致させたので、スイッチングノイズが金属筐体７へ伝播することを低減して放射ノイズを低減させることができる。

また、本実施形態に係る電力変換装置によれば、第１の給電母線５と金属筐体７との間の誘電率と第２の給電母線６と金属筐体７との間の誘電率との関係を調整することによって、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを略一致させたので、スイッチングノイズが金属筐体７へ伝播することを低減して放射ノイズを低減させることができる。

さらに、本実施形態に係る電力変換装置によれば、第１の給電母線５と金属筐体７との間および、または第２の給電母線６と金属筐体７との間に誘電体または磁性体を配置することによって、第１の給電母線５と金属筐体７との間の誘電率と第２の給電母線６と金属筐体７との間の誘電率との関係を調整する。これにより、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを略一致させることができるので、スイッチングノイズが金属筐体７へ伝播することを低減して放射ノイズを低減させることができる。
［第３実施形態］
次に、本発明を適用した第３実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１及び第２実施形態と同一の部分については詳細な説明を省略する。

図９は本実施形態に係る電力変換装置の構造を示す立体斜視図であり、図１０は図９のＢで示す部分の断面構造を示す図である。

図９、１０に示すように、本実施形態に係る電力変換装置は、第１実施形態では１つだったパワーモジュールが複数のパワーモジュール４ａ〜４ｆに分割されている。

また、第１の給電母線５と第２の給電母線６は板状導電部材で形成されてＬ字型に曲がっており、それぞれ面積の広い平面５ａ、６ａが対向して配置され、面積の小さい平面５ｂ、６ｂが金属筐体７と対向して配置されている。第１の給電母線５と第２の給電母線６はそれぞれ面積の小さい平面５ｂ、６ｂでネジ３１によってパワーモジュール４ａ〜４ｆに接続されている。

このように第１の給電母線５と第２の給電母線６が面積の広い平面で対向して配置されているので、相互インダクタンスが小さくなり、第１の給電母線５と第２の給電母線６に生じるスイッチングノイズを小さくすることができる。また、第１の給電母線５と第２の給電母線６の板状導電部材は金属筐体７と対向する面積が小さいので、容量結合Ｃ１、Ｃ２が小さくなり、第１の給電母線５と金属筐体７との間の電気的特性と、第２の給電母線６と金属筐体７との間の電気的特性とを均等にし易い構造となる。

［第３実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る電力変換装置によれば、第１の給電母線５と第２の給電母線６とをそれぞれ板状導電部材で形成し、第１の給電母線５と第２の給電母線６とを互いに面積の広い平面で対向させて配置したので、第１の給電母線５と第２の給電母線６との間の誘導結合が小さくなり、第１の給電母線５と第２の給電母線６に生じるスイッチングノイズを低減させることができる。

さらに、本実施形態に係る電力変換装置によれば、第１の給電母線５と第２の給電母線６は面積の小さい平面が金属筐体７に対向して配置されているので、金属筐体７との間の容量結合が小さくなって第１の給電母線５と第２の給電母線６に生じるスイッチングノイズが金属筐体７へ伝播することを低減させることができる。
［第４実施形態］
次に、本発明を適用した第４実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１〜第３実施形態と同一の部分については詳細な説明を省略する。

図１１は本実施形態に係る電力変換装置の構造を示す立体斜視図であり、図１２は平面図である。図１１、１２に示すように、本実施形態に係る電力変換装置は、金属筐体７と導通している筐体導電部材４１をさらに備えており、筐体導電部材４１と金属筐体７との間に第１の給電母線５と第２の給電母線６とを配置したことを特徴としている。

ここで、図１１のＣで示す部分の断面構造を図１３に示す。図１３に示すように、筐体導電部材４１は、金属筐体７にネジなどの取り付け部材４２で接続されて導通している。ただし、取り付け部材４２を用いなくてもダイキャスト成型等で接続してもよい。

第１の給電母線５と第２の給電母線６は、筐体導電部材４１と金属筐体７との間に配置され、第１の給電母線５と筐体導電部材４１との間の容量結合Ｃ１と、第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とは、一致または略一致するように構成されている。容量結合Ｃ１、Ｃ２を略一致させる方法としては、距離を略一致させてもいいし、磁性体や誘電体を挿入してもよい。

このように筐体導電部材４１と金属筐体７との間に第１の給電母線５と第２の給電母線６とを配置したので、第１の給電母線５と筐体導電部材４１との間の電気的特性を、第２の給電母線６と金属筐体７との間の電気的特性と容易に略一致させることができる。

また、図１４に示すように、第１の給電母線５と第２の給電母線６とを固定し易くするために樹脂４３でモールドしてもよい。このとき誘電体を含む樹脂４３でモールドする厚さを、金属筐体７側と筐体導電部材４１側とで変えることにより、第１の給電母線５と筐体導電部材４１との間の電気的特性と、第２の給電母線６と金属筐体７との間の電気的特性とが略一致するように形成する。これにより第１及び第２の給電母線５、６に生じるスイッチングノイズが金属筐体７に伝播することを低減できる。

［第４実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る電力変換装置によれば、金属筐体７と導通している筐体導電部材４１をさらに設け、筐体導電部材４１と金属筐体７との間に第１の給電母線５と第２の給電母線６とを配置したので、第１の給電母線５と筐体導電部材４１との間の電気的特性を、第２の給電母線６と金属筐体７との間の電気的特性と容易に略一致させることができる。
［第５実施形態］
次に、本発明を適用した第５実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１〜第４実施形態と同一の部分については詳細な説明を省略する。

図１５は本実施形態に係る電力変換装置の構造を説明するための断面図である。図１５に示すように、本実施形態に係る電力変換装置は、パワーモジュール４を制御するための制御装置５１と第１及び第２の給電母線５、６との間に、筐体導電部材４１を配置したことを特徴としている。

制御装置５１は、パワーモジュール４の内部にあるスイッチをＯＮ、ＯＦＦ制御するための装置であり、第１及び第２の給電母線５、６との間に筐体導電部材４１が配置されているので、第１及び第２の給電母線５、６からのスイッチングノイズによる影響を低減することができる。

各部の接続方法としては、最初に第１の給電母線５とパワーモジュール４及び平滑コンデンサ８の正極側とをネジ５２で接続し、次に第２の給電母線６とパワーモジュール４及び平滑コンデンサ８の負極側とをネジ５３で接続する。そして、金属筐体７と筐体導電部材４１との間に第１及び第２の給電母線５、６を配置し、筐体導電部材４１の一部に貫通孔５４を設けることによって制御装置５１とパワーモジュール４を接続する。

［第５実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る電力変換装置によれば、パワーモジュール４を制御する制御装置５１と第１及び第２の給電母線５、６との間に筐体導電部材４１を配置したので、制御装置５１に対して第１及び第２の給電母線５、６からのスイッチングノイズによる影響を低減することができる。
［第６実施形態］
次に、本発明を適用した第６実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１〜第５実施形態と同一の部分については詳細な説明を省略する。

図１６は本実施形態に係る電力変換装置における第１及び第２の給電母線の構造を説明するための図である。図１６に示すように、本実施形態に係る電力変換装置は、第１の給電母線５と第２の給電母線６が途中で交差し、金属筐体７に対して対称な位置に配置されていることを特徴としている。そして、このような構造の第１及び第２の給電母線５、６を、上述した第１〜第５実施形態に適用する。

このように第１の給電母線５と第２の給電母線６を交差して配置することにより、式（１）で示した周波数を高い方の周波数に変化させることができるので、パワーモジュール４の内部におけるスイッチングによって第１の給電母線５と第２の給電母線６に生じるスイッチングノイズが金属筐体７に伝播することを低減できる。

尚、図１６では１箇所のみで交差しているが、２箇所以上で交差してもよい。また、図１６では第１及び第２の給電母線５、６が金属筐体７と面積の広い平面で対向しているが、図４で示したように金属筐体７と面積の小さい平面で対向するようにしてもよい。

［第６実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る電力変換装置によれば、第１の給電母線５と第２の給電母線６が途中で交差し、金属筐体７に対して対称な位置に配置されているので、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合と、第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合とを容易に略一致させることができる。
［第７実施形態］
次に、本発明を適用した第７実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１〜第６実施形態と同一の部分については詳細な説明を省略する。

図１７は本実施形態に係る電力変換装置における第１及び第２の給電母線の構造を説明するための図である。図１７に示すように、本実施形態に係る電力変換装置は、第１の給電母線５と第２の給電母線６がそれぞれ複数の板状導電部材５ｘ、５ｙ、６ｘ、６ｙで構成され、各板状導電部材５ｘ、５ｙ、６ｘ、６ｙは金属筐体７に対して対称な位置に配置されていることを特徴としている。そして、このような構造の第１及び第２の給電母線５、６を、上述した第１〜第５実施形態に適用する。

このように各板状導電部材５ｘ、５ｙ、６ｘ、６ｙを金属筐体７に対して対称な位置に配置することにより、第１の給電母線５と金属筐体７との間の電気的特性と、第２の給電母線６と金属筐体７との間の電気的特性を容易に略一致させることが可能となる。これにより、パワーモジュール４の内部におけるスイッチングによって第１の給電母線５と第２の給電母線６に生じたスイッチングノイズが金属筐体７に伝播することを低減できる。

［第７実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る電力変換装置によれば、第１の給電母線５と第２の給電母線６をそれぞれ複数の板状導電部材で構成し、各板状導電部材を金属筐体７に対して対称な位置に配置したので、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合と、第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合とを容易に略一致させることができる。
［第８実施形態］
次に、本発明を適用した第８実施形態について図面を参照して説明する。尚、上述した第１〜７実施形態と同一の部分については詳細な説明を省略する。

図１８は、上述した図１のＡで示す部分の断面構造を示す図である。図１８（ａ）に示すように、本実施形態に係る電力変換装置では、金属筐体７に対向する第１の給電母線５の面積と金属筐体７に対向する第２の給電母線６の面積との関係を調整することによって、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを一致または略一致させたことを特徴としている。

具体的には、図１８（ｂ）に示すように、第１の給電母線５の長さをＬ１、幅をｗ１とすると、金属筐体７に対向する第１の給電母線５の面積Ｓ１は
Ｓ１＝Ｌ１×ｗ１
によって算出することができる。

同様に、金属筐体７に対向する第２の給電母線６の面積Ｓ２は、第２の給電母線６の長さをＬ２、幅をｗ２とすると、
Ｓ２＝Ｌ２×ｗ２
によって算出することができる。

ここで、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを一致させるためには、第１の給電母線５と金属筐体７との間の距離をｄ１、第２の給電母線６と金属筐体７との間の距離をｄ２として
Ｓ１／ｄ１＝Ｓ２／ｄ２ （６）
の関係を満たす必要がある。

したがって、予め距離ｄ１、ｄ２を設定しておき、金属筐体７に対向する第１の給電母線５の面積Ｓ１と、金属筐体７に対向する第２の給電母線６の面積Ｓ２との関係を調整することによって、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを一致または略一致させることができる。

これにより、パワーモジュール４の内部におけるスイッチングによって第１の給電母線５と第２の給電母線６に生じるスイッチングノイズが金属筐体７に伝播することを低減できる。

また、式（６）において、面積Ｓ１、Ｓ２だけではなく、第１の給電母線５と金属筐体７との間の距離ｄ１と、第２の給電母線６と金属筐体７との間の距離ｄ２との関係についても調整することによって、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを一致または略一致させてもよい。すなわち、面積Ｓ１、Ｓ２と距離ｄ１、ｄ２のすべてを調整することによって、容量結合Ｃ１と容量結合Ｃ２とを一致または略一致させてもよい。

さらに、上述した面積Ｓ１、Ｓ２と距離ｄ１、ｄ２に加えて、図８に示したように第１の給電母線５と金属筐体７との間の誘電率と、第２の給電母線６と金属筐体７との間の誘電率との関係を調整することによって、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを一致または略一致させてもよい。

具体的には、図８に示すように第１の給電母線５と金属筐体７との間および、または第２の給電母線６と金属筐体７との間に誘電体２１または磁性体２２を配置して、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と、第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを一致または略一致させる。すなわち、面積Ｓ１、Ｓ２と距離ｄ１、ｄ２と誘電率のすべてを調整することによって、容量結合Ｃ１と容量結合Ｃ２とを一致または略一致させる。

これにより、パワーモジュール４の内部におけるスイッチングによって第１の給電母線５と第２の給電母線６に生じるスイッチングノイズが金属筐体７に伝播することを低減できる。

また、図１８では第１及び第２の給電母線５、６の面積の小さい平面を金属筐体７に対向させていたが、図１９に示すように第１及び第２の給電母線５、６の面積の広い平面を金属筐体７に対向させるようにしてもよい。しかし、このように配置すると、第１の給電母線５が第２の給電母線６と対向する面積が小さくなってしまう。そこで、第２の給電母線６と面積の広い平面で対向するように板状導電部材５５を設置し、この板状導電部材５５を第１の給電母線５と接続する。これにより、第１の給電母線５と第２の給電母線６との間の誘導結合が小さくなり、第１の給電母線５と第２の給電母線６に生じるスイッチングノイズを低減させることができる。

［第８実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る電力変換装置によれば、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを略一致させたので、スイッチングノイズが金属筐体７へ伝播することを低減して放射ノイズを低減させることができる。

また、本実施形態に係る電力変換装置によれば、金属筐体７に対向する第１の給電母線５の面積と金属筐体７に対向する第２の給電母線６の面積との関係を調整することによって、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを略一致させたので、スイッチングノイズが金属筐体７へ伝播することを低減して放射ノイズを低減させることができる。

さらに、本実施形態に係る電力変換装置によれば、第１の給電母線５と金属筐体７との間の距離と第２の給電母線６と金属筐体７との間の距離との関係と、第１の給電母線５と金属筐体７との間の誘電率と第２の給電母線６と金属筐体７との間の誘電率との関係と、金属筐体７に対向する第１の給電母線５の面積と金属筐体７に対向する第２の給電母線６の面積との関係とを調整することによって、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを略一致させたので、スイッチングノイズが金属筐体７へ伝播することを低減して放射ノイズを低減させることができる。

なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

本出願は、２０１１年１１月２８日に出願された日本国特許願第２０１１−２５８５８９号に基づく優先権を主張しており、この出願の内容が参照により本発明の明細書に組み込まれる。

本発明の一態様に係る電力変換装置によれば、第１の給電母線５と金属筐体７との間の容量結合Ｃ１と第２の給電母線６と金属筐体７との間の容量結合Ｃ２とを略一致させる。これにより、スイッチングノイズが金属筐体７へ伝播することを低減して放射ノイズを低減させることができる。したがって、本発明の一態様に係る電力変換装置は、産業上利用可能である。

１ 電力変換装置
２ 直流電源
３ 電動機
４、４ａ〜４ｆ パワーモジュール
５、５ｘ、５ｙ 第１の給電母線
６、６ｘ、６ｙ 第２の給電母線
７ 金属筐体
８ 平滑コンデンサ
９ バスバー
１０、１１ シールド線
１７、４３ 樹脂
２１ 誘電体
２２ 磁性体
３１、５２、５３ ネジ
４１ 筐体導電部材
４２ 取り付け部材
５１ 制御装置
５４ 貫通孔

Claims (16)

1. 直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、
   前記直流電源の正極と接続される第１の入力端子と、
   前記直流電源の負極と接続される第２の入力端子と、
   前記直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換するパワーモジュールと、
   前記第１の入力端子と前記パワーモジュールとを接続する第１の給電母線と、
   前記第２の入力端子と前記パワーモジュールとを接続する第２の給電母線と、
   前記第１及び第２の給電母線と前記パワーモジュールとを収容する金属筐体と、
   前記金属筐体と導通している筐体導電部材とを備え、
   前記第１の給電母線と前記金属筐体との間の容量結合と前記第２の給電母線と前記金属筐体との間の容量結合とを略一致させ、前記筐体導電部材と前記金属筐体との間に前記第１の給電母線と前記第２の給電母線とを配置したことを特徴とする電力変換装置。
2. 前記第１の給電母線と前記金属筐体との間の距離と前記第２の給電母線と前記金属筐体との間の距離との関係を調整することによって、前記第１の給電母線と前記金属筐体との間の容量結合と前記第２の給電母線と前記金属筐体との間の容量結合とを略一致させることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１の給電母線と前記金属筐体との間の誘電率と前記第２の給電母線と前記金属筐体との間の誘電率との関係を調整することによって、前記第１の給電母線と前記金属筐体との間の容量結合と前記第２の給電母線と前記金属筐体との間の容量結合とを略一致させることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記第１の給電母線と前記金属筐体との間および、または前記第２の給電母線と前記金属筐体との間に誘電体または磁性体を配置することによって、前記第１の給電母線と前記金属筐体との間の誘電率と前記第２の給電母線と前記金属筐体との間の誘電率との関係を調整することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記金属筐体に対向する前記第１の給電母線の面積と前記金属筐体に対向する前記第２の給電母線の面積との関係を調整することによって、前記第１の給電母線と前記金属筐体との間の容量結合と前記第２の給電母線と前記金属筐体との間の容量結合とを略一致させることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
6. 前記第１の給電母線と前記金属筐体との間の距離と前記第２の給電母線と前記金属筐体との間の距離との関係と、
   前記第１の給電母線と前記金属筐体との間の誘電率と前記第２の給電母線と前記金属筐体との間の誘電率との関係と、
   前記金属筐体に対向する前記第１の給電母線の面積と前記金属筐体に対向する前記第２の給電母線の面積との関係と
   を調整することによって、前記第１の給電母線と前記金属筐体との間の容量結合と前記第２の給電母線と前記金属筐体との間の容量結合とを略一致させることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
7. 前記第１の給電母線と前記第２の給電母線とをそれぞれ板状導電部材で形成し、前記第１の給電母線と前記第２の給電母線とを互いに面積の広い平面で対向させて配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記第１の給電母線と前記第２の給電母線は、面積の小さい平面を前記金属筐体に対向して配置されていることを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
9. 前記第１の給電母線と前記第２の給電母線は樹脂でモールドされていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
10. 前記パワーモジュールを制御する制御装置と前記第１及び第２の給電母線との間に、前記筐体導電部材を配置したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
11. 前記第１の給電母線と前記第２の給電母線は途中で交差し、前記金属筐体に対して対称な位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
12. 前記第１の給電母線と前記第２の給電母線はそれぞれ複数の板状導電部材で構成され、前記板状導電部材は前記金属筐体に対して対称な位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
13. 前記第１の給電母線と前記金属筐体との間の容量結合と前記第２の給電母線と前記金属筐体との間の容量結合との差を、前記第１の給電母線と前記金属筐体との間の容量結合と前記第２の給電母線と前記金属筐体との間の容量結合との和で割った容量結合の商が２以下であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電力変換装置。
14. 前記第１の給電母線と前記金属筐体との間の誘導結合と前記第２の給電母線と前記金属筐体との間の誘導結合との差を、前記第１の給電母線と前記金属筐体との間の誘導結合と前記第２の給電母線と前記金属筐体との間の誘導結合との和で割った誘導結合の商が２以下であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
15. 前記容量結合の商と前記誘導結合の商との積が２以下であることを特徴とする請求項１４に記載の電力変換装置。
16. 直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換する電力変換装置であって、
    前記直流電源の正極と接続される第１の入力端子と、
    前記直流電源の負極と接続される第２の入力端子と、
    前記直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、
    前記第１の入力端子と前記電力変換手段とを接続する第１の給電手段と、
    前記第２の入力端子と前記電力変換手段とを接続する第２の給電手段と、
    前記第１及び第２の給電手段と前記電力変換手段とを収容する金属製の収納手段と、
    前記収納手段と導通している筐体導電部材とを備え、
    前記第１の給電手段と前記収納手段との間の容量結合と前記第２の給電手段と前記収納手段との間の容量結合とを略一致させ、前記筐体導電部材と前記収納手段との間に前記第１の給電手段と前記第２の給電手段とを配置したことを特徴とする電力変換装置。

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