JP5760864B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関するものである。

交流電源に接続されたコンバータと、このコンバータの直流出力側に接続されたインバータと、直流中間回路に接続された直流平滑コンデンサとを有する電力変換装置を対象とし、前記インバータを構成する半導体スイッチング素子のオン・オフにより前記電力変換装置を流れるノイズ電流を低減させるための装置であって、前記ノイズ電流を検出するノイズ電流検出手段と、検出されたノイズ電流を低減させるためのノイズ補償電流を生成して前記電力変換装置に供給するノイズ補償電流供給手段とを備えたノイズ低減装置において、前記ノイズ補償電流供給手段は、前記ノイズ電流検出手段の検出信号により出力電流が制御される素子であって前記直流中間回路の電圧より低い耐圧を有するトランジスタと、ツェナダイオードとの直列回路を備えた電力変換装置のノイズ低減装置が知られている（特許文献１）。

特開２００２−２５２９８５号公報

しかしながら、高周波のスイッチングノイズに対して、当該トランジスタ及び当該ツェナダイオードが高速動作できずに、ノイズを抑制することができない、という問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、インバータのスイッチングによるノイズを抑制することができる電力変換装置を提供することである。

本発明は、インバータと接続する正極側の給電母線である第１の給電母線及び負極側の給電母線である第２の給電母線と、第１の給電母線及び第２の給電母線にそれぞれ容量結合された第１の導電体及び第２の導電体と、抵抗を含み、前記第１の導電体と前記第２の導電体との間を電気的に接続する接続回路とを備えることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、インバータのスイッチングにより給電母線で発生したノイズが接続回路に含まれる抵抗で吸収されるため、ノイズを抑制することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 図１のII線に沿う断面図である。 図１の給電母線、誘電体、導電体、及び、接続回路を等価回路で表した、駆動システムの概要図である。 本発明の実施形態の変形例に係る電力変換装置を含む、電気自動車の駆動システムの概要図である。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 図５のVI線に沿う断面図である。 図５の給電母線の斜視図である。 図５の抵抗の抵抗値に対するノイズ特性を示すグラフである。 図５の駆動システムにおける、ノイズ周波数に対する、給電母線のインピーダンス特性を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 図１０のXI線に沿う断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 図１２のXIII線に沿う断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 図１４のXV線に沿う断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 図１６のXVII線に沿う断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 本発明の実施形態の変形例に係る電力変換装置を含む、電気自動車の駆動システムの概要図である。 本発明の実施形態の変形例に係る電力変換装置を含む、電気自動車の駆動システムの概要図である。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 本発明の実施形態の変形例に係る電力変換装置を含む、電気自動車の駆動システムの概要図である。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。図２は図１のII線に沿う断面図である。詳細な図示は省略するが、本例の電気自動車は、三相交流電力モータなどの電動機３００を走行駆動源として走行する車両であり、電動機３００は電気自動車の車軸に結合されている。以下、電気自動車を例に説明するが、本発明は、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）にも適用することができ、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。

本例の電力変換装置を含む駆動システムは、電力変換装置１００と、直流電源２００と、電動機３００と、シールド線７、８を備えている。直流電源２００は、複数の電池により構成され、シールド線７により電力変換装置１００に接続されている。直流電源２００は、車両の動力源となり、電力変換装置１００に直流電力を供給する。電力変換装置１００は、直流電源２００と電動機３００との間に接続され、直流電源２００から供給される直流電力を交流電力に変換し電動機３００に供給する。シールド線７、８は、金属線を樹脂により被覆することで形成される電線である。シールド線７は、一対のシールド線で構成され、一方のシールド線７は直流電源２００の正極端子と給電母線１１とを接続し、他方のシールド線７は直流電源２００の負極端子と給電母線２１とを接続する。シールド線８は三本のシールド線により構成され、３本のシールド線８は、電動機３００のＵ相、Ｖ相、Ｗ相と対応して、バスバ６と電動機３００とを接続する。

電力変換装置１００は、給電母線１１、２１と、誘電体１２、２２と、導電体１３、２３と、接続回路３０と、平滑コンデンサ４と、パワーモジュール５と、バスバ６とを備えている。給電母線１１は、板状（平板）の導電体により形成され、直流電源２００の正極側から出力される電力をパワーモジュール５に給電する電源線であって、電力変換装置１００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。給電母線２１は、板状（平板）の導電体により形成され、直流電源２００の負極側から出力される電力をパワーモジュール５に給電する電源線であって、電力変換装置１００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。給電母線１１の上下面のうち、誘電体１２と対向しない、給電母線１１の下面は、給電母線２１の上面と対向している。同様に、給電母線２１の上下面のうち、誘電体２２と対向しない、給電母線１１の上面は、給電母線１１の下面と対向している。給電母線１１、２１の一部、又は、給電母線１１、２１の先端部分が、電力変換装置１００の端子（タブ）となって、シールド線７の先端に接続されている。

誘電体１２は、板状（平板）に形成され、給電母線１１及び導電体１３より誘電率の高い材料で、例えば樹脂等により形成されている。誘電体１２の両側面は、給電母線１１の主面及び導電体１３の主面とそれぞれ対向して、給電母線１１と導電体１３との間に設けられ、給電母線１１と導電体１３との間に狭持されている。誘電体２２は、板状（平板）に形成され、給電母線２１及び導電体２３より誘電率の高い材料で形成されている。誘電体２２の両側面は、給電母線２１の主面及び導電体２３の主面とそれぞれ対向して、給電母線２１と導電体２３との間に設けられ、給電母線２１と導電体２３との間に狭持されている。

導電体１３は板状で、導電材料により形成され、例えば誘電体１２に金属テープを貼り付けることで誘電体１２の表面に取り付けられている。導電体１３の底面は、誘電体１２の上面と対向する位置に配置されている。導電体２３は板状で、導電材料により形成され、例えば誘電体２２に金属テープを貼り付けることで誘電体２２の表面に取り付けられている。導電体２３の上面は、誘電体２２の下面と対向する位置に配置されている。

給電母線１１、誘電体１２及び導電体１３は、誘電材料（絶縁材料）を狭持する、２枚の導電板で構成されているため、電荷を蓄積するコンデンサとして作用する。同様に、給電母線２１、誘電体２２及び導電体２３は、誘電材料（絶縁材料）を狭持する、２枚の導電板で構成されているため、電荷を蓄積するコンデンサとして作用する。すなわち、給電母線１１と導電体１３との間は絶縁されながら容量結合し、給電母線２１と導電体２３との間は絶縁されながら容量結合している。

接続回路３０は、抵抗３１と、配線３２、３３とを備えている。接続回路３０は、導電体１３と導電体２３との間を電気的に接続する回路である。抵抗３１は、接続回路３０に抵抗成分を持たせるために設けられた回路である。抵抗３１の抵抗値は、少なくとも導電体１３、２３の抵抗値より高く設定され、配線３２及び配線３３の配線抵抗よりも高くなっている。配線３２の一端は導電体１３に接続され、他端は抵抗３１に接続されている。配線３３の一端は導電体２３に接続され、他端は抵抗３１に接続されている。すなわち、接続回路３０は導電体１３と導電体２３との間を電気的に導通しつつ、導電体１３と導電体２３との間で短絡することを防ぐよう抵抗３１を備えている。

給電母線１１、２１はそれぞれ分岐して、平滑コンデンサ４の正極端子と負極端子にそれぞれ接続され、パワーモジュール５の正極端子と負極端子にそれぞれ接続されている。平滑コンデンサ４は、給電母線１１及び給電母線２１との間に接続されることで、直流電源２００とパワーモジュール５との間に接続される。平滑コンデンサ４は、直流電源２００に入出力される電力を整流するコンデンサである。

パワーモジュール５は、給電母線１１、２１を介して、直流電源２００とバスバ６との間に接続されている。パワーモジュール５は、ＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴ等のモジュール化された、複数の半導体スイッチング素子を基板上に複数有している。そして、図示しないコントローラからの制御信号に基づき、当該半導体スイッチング素子をオン及びオフさせることで直流電源からの電力を変換して、バスバ６を介して電動機３００に電力を出力するインバータである。図示しないコントローラが、車両のアクセル開度と対応するトルク指令値から、当該半導体スイッチング素子のスイッチング信号を生成し、パワーモジュール５に出力することで、当該半導体スイッチング素子のオン及びオフが切り換えられて、電動機３００において所望の出力トルクを得るための交流電力がパワーモジュール５から出力される。パワーモジュール５は電動機３００の各相に対応させて、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の出力線で、三相の電動機３００に電気的に接続されている。

バスバ６は、導電材料により板状の、３本の導電板で形成されており、パワーモジュール５とシールド線８をと接続する。バスバ６の先端部分が、電力変換装置１００の端子（タブ）となって、シールド線８の先端に接続されている。

次に、本例における、給電母線１１、２１、誘電体１２、２２、導電体１３、２３、及び、接続回路３０の作用について、図３を用いて説明する。図３は、図１の駆動システムのうち、給電母線１１、２１、誘電体１２、２２、導電体１３、２３、及び、接続回路３０を等価回路で示した概要図である。なお、図３において、電力変換装置１００の一部及びシールド線７、８は図示を省略している。

上記のように、導電体１３及び導電体２３は、誘電体１２及び誘電体２２をそれぞれ介して、給電母線１１及び給電母線２１にそれぞれ容量結合しているため、図３に示すように、コンデンサでそれぞれ表される。そして給電母線１１と給電母線２１との間は、当該コンデンサと、抵抗３１とを接続する等価回路で表される。

ところで、パワーモジュール５に含まれるスイッチング素子がスイッチング動作すると、スイッチングノイズが発生する。スイッチングノイズは、スイッチング素子のスイッチングのタイミングに応じて様々な周波数のノイズとなり、さらに給電母線１１、２１において特定の周波数でピーク値をもつノイズ発生源となるため、電力変換装置１００の外部へ漏洩する可能性がある。そして、電力変換装置１００を備えた車両に搭載されている車載ラジオの周波数帯域と、ノイズの周波数とが干渉した場合には、ラジオの聴取を困難にしたり、ノイズがユーザにとって耳障りとなる雑音になったりする可能性もある。さらに、ノイズが、車両に搭載された他の電子機器へ悪影響を及ぼす可能性もある。

本例では、導電体１３及び導電体２３が、給電母線１１及び給電母線２１にそれぞれ容量結合されているため、パワーモジュール５でスイッチングノイズにより、給電母線１１、２１でノイズが発生した場合には、当該ノイズを、容量結合させた部分（図３で等価的に示すコンデンサに相当）で誘起させる。そして、ノイズに基づく、容量結合させた部分で誘起されたノイズ電流を、抵抗３１で熱として消費させる。これにより、ノイズを抑制し、電力変換装置１００から外部へノイズの漏洩を防ぐ。

また、本例では、抵抗３１の抵抗値と、給電母線１１、２１、誘電体１２、２２、及び、導電体１３、２３により形成される容量結合部分の静電容量を、スイッチングノイズの周波数に応じて設定し、スイッチングに基づくノイズを抑制する。すなわち、スイッチングノイズは、複数の周波数を持っており、給電母線１１の形状等により、特定の周波数のノイズが、給電母線１１で発生するため、当該特定の周波数のノイズのピーク値を抑制するよう、ノイズ成分に応じて抵抗３１の抵抗値及び容量結合部分の静電容量を設定することで、ノイズのピークを抑制することができる。

上記のように、本例は、パワーモジュール５に接続される給電母線１１及び給電母線２１と、給電母線１１及び給電母線２１にそれぞれ容量結合された導電体１３及び導電体２３と、抵抗を含み、導電体１２と導電体２２との間を電気的に接続する接続回路３０とを備えている。これにより、パワーモジュール５のスイッチングに基づき、給電母線１１及び２１で発生したノイズによるノイズ電流を容量結合された部分に導通させることで、電荷を蓄積させて当該電荷を抵抗３１で熱として消費させることができ、ノイズを当該容量結合された部分で誘起させて抵抗３１で吸収することができる。その結果として、ノイズを抑制し、電力変換装置１００から外部へノイズの漏洩を防ぐことができる。

また本例は、抵抗３１の抵抗値を、導電体１３又は導電体２３の抵抗値より高くする。これにより、接続回路３０により導電体１３と導電体２３との間を接続した場合に、導電体１３、２３間の短絡を防ぎ、ノイズを抑制することができる。

また本例は、給電母線１１と導電体１３との間に設けられる誘電体１２と、給電母線２１と導電体２３との間に設けられる誘電体２２とを備えている。これにより、給電母線１１、２１と導電体１３、２３との間の容量結合が強くなるため、ノイズの抑制効果を高めることができる。また、本例は、導電体１３、２３は、誘電体１２、２２を介して、給電母線１１、２１の近傍に配置されているため、給電母線１１、２１と導電体１３、２３との間の容量結合を強くすることができ、ノイズの抑制効果を高めることができる。

また、導電体１３、２３は金属テープにより形成されている。これにより、導電体１３、２３を容易に形成することができる。

本例は、パワーモジュール５のスイッチング動作により給電母線１１、２１で発生するノイズの周波数に応じて、抵抗の抵抗値、または、容量結合部分の静電容量を設定する。これにより、スイッチング動作により発生するノイズのピークに合わせて、容量結合部分及び抵抗３１においてノイズを吸収させることができ、ノイズを抑制することができる。

なお本例は、給電母線１１と導電体１３との間、及び、給電母線２１と導電体２３との間に、誘電体１２、２２をそれぞれ狭持させているが、図４に示すように、誘電体１２、２２を設けなくてもよい。図４は、本発明の実施形態の変形例に係る電力変換装置１００を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。なお、図４において、電力変換装置１００の一部及びシールド線７、８は図示を省略している。

上記パワーモジュール５が本発明に係る「インバータ」に相当し、給電母線１１が本発明の「第１の給電母線」に、給電母線２１が本発明の「第２の給電母線」に、導電体１３が本発明の「第１の導電体」に、導電体２３が本発明の「第２の導電体」に、誘電体１２が本発明の「第１の誘電体」に、誘電体２２が本発明の「第２の誘電体」に相当する。

《第２実施形態》
図５は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。図６は、図５のVI線に沿う断面図である。本例では上述した第１実施形態に対して、誘電体の構成が異なる。これ以外の構成は、上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

図５及び図６に示すように、誘電体１４は給電母線１１及び給電母線２１の表面を樹脂で覆いつつ、給電母線１１と導電体１３との間、及び、給電母線２１と導電体２３との間に設けられ、導電体１３及び導電体２３に狭持されるよう構成されている。言い換えると、給電母線１１の外周の一部は誘電体１４に覆われ、給電母線２１の外周の一部は誘電体１４に覆われ、給電母線１１と給電母線２１との間にも誘電体１４が狭持される。これにより、導電体１３は誘電体１２を介して給電母線１１に容量結合され、導電体２３は誘電体２２を介して給電母線２１に容量結合される。

ここで、本例における抵抗３１の抵抗値の設定方法について、図７〜図９を用いて説明する。図７は給電母線１１、２１の斜視図であり、図８は抵抗３１の抵抗値に対するノイズ特性を示すグラフであり、図９はノイズ周波数に対する、給電母線１１、２１のインピーダンス特性を示すグラフである。なお、図７において、給電母線１１、２１の長さをＬ、幅をＷ、高さＨとし、給電母線１１と給電母線２１との間の距離をｄとする。

給電母線１１と給電母線２１との間の誘導成分をＬ_ｐｎ、容量成分をＣ_ｐｎとすると、給電母線１１、２１の抵抗値（Ｒ_ｐｎ）は、下記の式（１）で示されるように、誘導成分（Ｌ_ｐｎ）の平方根に比例し、容量成分（Ｃ_ｐｎ）の平方根に反比例する値により近似される。

そして、給電母線１１と給電母線２１との間の自己インダクタンス（Ｌ_ｏ）及び相互インダクタンス（Ｍ_ｏ）は、以下の式（２）及び式（３）により表される。

長さ（Ｌ）が、距離（ｄ）に対して十分長い場合には、式（１）において、給電母線１１と給電母線２１との間の誘導成分（Ｌ_ｐｎ＝２（Ｌ_ｏ−Ｍ_ｏ））と比較して、給電母線１１と給電母線２１との間の容量成分（Ｃ_ｐｎ）が支配的になる。

給電母線１１と給電母線２１との間の比誘電率をε_ｒとし、真空誘電率をε_ｏとし、給電母線１１及び給電母線２１の相互に対向する面の面積をＳとすると、容量成分（Ｃ_ｐｎ）は、下記の式（４）で近似される。

そして、式（４）を式（１）に代入することで、下記の式（５）が導き出される。

すなわち、給電母線１１、２１の抵抗値（Ｒ_ｐｎ）は、距離（ｄ）の平方根に比例し、面積（Ｓ）の平方根に反比例する値で近似される。

接続回路３０において、ノイズ低減効果を発揮させるためには、抵抗３１と給電母線１１、２１の抵抗との間でマッチングさせることが求められる。給電母線１１、２１の抵抗値（Ｒ_ｐｎ）を中心に、抵抗３１の抵抗値を変化させ、ノイズ特性をとると、図８に示すような特性を示す。なお、図８において、縦軸はノイズ強度を表してしている。すなわち、給電母線１１、２１の抵抗に対して、抵抗３１の抵抗値を抵抗値（Ｒ_ｐｎ）に設定した場合が最もノイズを低減させて、少なくとも、抵抗値（Ｒ_ｐｎ）を、抵抗値（Ｒ_ｐｎ／１０）から抵抗値（１０Ｒ_ｐｎ）の間に設定することで、ノイズを低減させることができる。

次に、パワーモジュール５に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作により生じるスイッチングノイズの周波数に対する、インピーダンス特性について説明する。ここで、給電母線１１、２１からみた、容量結合部分及び接続回路３０のインピーダンスをＺ_ｏとし、抵抗３１の抵抗値（Ｒ）を抵抗値（Ｒ_ｐｎ）とマッチングさせた場合（Ｒ≒Ｒ_ｐｎ）のインピーダンス特性を図８のグラフａに示し、抵抗３１の抵抗値を抵抗値（Ｒ_ｐｎ）に対して十分に大きい場合（Ｒ＞＞Ｒ_ｐｎ）、または、抵抗３１の抵抗値を抵抗値（Ｒ_ｐｎ）に対して十分に小さい場合（Ｒ＜＜Ｒ_ｐｎ）のインピーダンス特性を図８のグラフｂで示す。

グラフｂに示すように、給電母線１１、２１の抵抗値（Ｒ_ｐｎ）に対して、抵抗３１の抵抗値（Ｒ）が十分に大きい、または、十分に小さい場合には、鋭い共振を示し、共振点でのインピーダンスの変化量が大きくなっている。一方、グラフａに示すように、抵抗３１の抵抗値（Ｒ）が給電母線１１、２１の抵抗値（Ｒ_ｐｎ）に近似している場合には、共振が緩くなり、共振点でのインピーダンスの変化量が小さくなるため、共振点に相当する周波数のノイズが抑制される。これにより、抵抗３１の抵抗値（Ｒ）を、給電母線１１、２１の抵抗値（Ｒ_ｐｎ）に基づいて設定することで、ノイズを抑制することができる。また、共振点付近に、ラジオの周波数等、干渉させたくない周波数帯域がある場合でも、抵抗３１の抵抗値（Ｒ）と給電母線１１、２１の抵抗値（Ｒ_ｐｎ）とをマッチングさせることで、共振周波数におけるインピーダンス（Ｚ_ｏ）の変化量を抑制し、その結果として、当該周波数帯域におけるノイズを抑制することができる。

上記のように、本例は、給電母線１１、２１の表面の一部を覆い、給電母線１１と導電体１３との間、及び、給電母線２１と導電体２３との間に設けられ、樹脂により形成される誘電体１４を備えている。これにより、本例は、給電母線１１、２１の表面の一部が樹脂によりモールドされ、導電体１３、２３と給電母線１１、２１とを容量結合させるように導電体１３、２３を位置決めする際に、導電体１３、２３を誘電体の１４の表面に配置すればよいため、容易に、給電母線１１、２１に対する導電体１３、２３の位置決めを容易にすることができ、その結果として、給電母線１１、２１で発生するノイズを抑制することができる。

また本例において、抵抗３１の抵抗値は、給電母線１１と給電母線２１との間の誘導成分の平方根に比例し、かつ、給電母線１１と給電母線２１との間の容量成分の平方根に反比例する値に設定されている。これにより、給電母線１１、２１で発生するノイズを抑制し、電力変換装置１００から外部へノイズの漏洩を防ぐことができる。

また本例において、抵抗３１の抵抗値は、給電母線１１と給電母線２１との間の距離の平方根に比例し、かつ、給電母線２１と対向する給電母線１１の対向面の面積、または、給電母線１１と対向する給電母線２１の対向面の面積の平方根に反比例する値に設定されている。これにより、給電母線１１、２１で発生するノイズを抑制し、電力変換装置１００から外部へノイズの漏洩を防ぐことができる。

なお、本例は、誘電体１４を一体化させて、給電母線１１及び給電母線２１を覆う構成としたが、誘電体１４を分離させて、分離した誘電体１４が、給電母線１１の一部及び給電母線２１の一部をそれぞれ覆うように、構成してもよい。

上記の誘電体１４が本発明の「第１の誘電体」及び「第２の誘電体」に相当する。

《第３実施形態》
図１０は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。図１１は、図１０のXI線に沿う断面図である。本例では上述した第１実施形態に対して、給電母線１１、２１と、配線３２、３３との間の接続部分の構成が異なる。これ以外の構成は、上述した第１実施形態と同じであり、第１実施形態又は第２実施形態の記載を適宜、援用する。

図１０及び図１１に示すように、給電母線１１、２１の両端部のうち、直流電源２００と反対側の端部には、給電母線１１、２１を中心線とする円筒状のケーブル部８１、８２がそれぞれ形成されており、当該ケーブル部８１、８２において、容量結合されている。

ケーブル部８１は、給電母線１１と、誘電体１２と、導電体１３と、絶縁部１５とを備えている。給電母線１１、誘電体１２、導電体１３及び絶縁部１５はそれぞれ円筒状で、軸心に対し垂直方向の断面において同心円状になるよう形成されている。給電母線１１はケーブル部８１の軸心となり、誘電体１２は給電母線１１と同軸状で給電母線１１の外周を覆うように形成され、導電体１３は給電母線１１と同軸状で誘電体１２の外周を覆うように形成され、絶縁部１５は給電母線１１と同軸状で導電体１３の外周を覆うように形成される。これにより、給電母線１１と導電体１３との間には、誘電体１２が狭持されるため、導電体１３は誘電体１２を介して給電母線１１と容量結合される。

ケーブル部８２は、給電母線２１と、誘電体２２と、導電体２３と、絶縁部２５とを備えている。給電母線２１、誘電体２２、導電体２３及び絶縁部２５はそれぞれ円筒状で、同軸になるよう形成されている。給電母線２１はケーブル部８２の軸心となり、誘電体２２は給電母線２１と同軸状で給電母線２１の外周を覆うように形成され、導電体２３は給電母線２１と同軸状で誘電体２２の外周を覆うように形成され、絶縁部２５は給電母線２１と同軸状で導電体２３の外周を覆うように形成される。これにより、給電母線２１と導電体２３との間には、誘電体２２が狭持されるため、導電体２３は誘電体２２を介して給電母線２１と容量結合される。

配線３２は導電体１３と接続し、配線３３は導電体２３と接続されている。

上記のように、本例は、給電母線１１、２１の一端にケーブル部８１、８２をそれぞれ設け、当該ケーブル部８１、８２の軸心を給電母線１１、２１とし、ケーブル部８１、８２の軸心に対し外方の導体を導電体１３、２３とすることで、ケーブル部８１、８２において容量結合させる。これにより、給電母線１１、２１から配線３２、３３までの導通経路における、寄生容量がノイズに影響することを防ぐことができ、給電母線１１、２１で発生するノイズを抑制し、電力変換装置１００から外部へノイズの漏洩を防ぐことができる。

《第４実施形態》
図１２は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。図１３は、図１２のXIII線に沿う断面図である。本例では上述した第１実施形態に対して、給電母線１１、２１と、導電体１３、２３の構成が異なる。これ以外の構成は、上述した第１実施形態と同じであり、第１実施形態又は第２実施形態の記載を適宜、援用する。

図１２及び図１３に示すように、給電母線１１、２１は、円筒の線状にそれぞれ形成され、一端は直流電源２００に接続され、他端は開放端になっている。導電体１３、２３は、給電母線１１、２１と一定の距離をあけた状態で、給電母線１１、２１を覆うように形成されている。導電体１３、２３は、板状の導体を曲げた柱状であり、給電母線１１、２１と同軸で、軸に対して垂直方向の断面において円弧状になるよう形成されている。給電母線１１、２１と導電体１３、２３との間には、隙間が形成されているため、導電体１３、２３は誘電体１２、２２を介して給電母線１１、２１と容量結合される。

上記のように、本例は、給電母線１１、２１を円筒の線状に形成し、給電母線１１、２１の側面を覆うように、平板を湾曲させた柱状に導電体１３、２３を形成する。これにより、給電母線１１、２１の側面の一部が導電体１３、２３に覆われるため、導電体１３、２３がノイズをシールドさせるよう作用するため、給電母線１１、２１で発生するノイズの漏洩を防ぐことができ、その結果として、給電母線１１、２１で発生するノイズを抑制し、電力変換装置１００から外部へノイズの漏洩を防ぐことができる。

《第５実施形態》
図１４は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。図１５は、図１４のXV線に沿う断面図である。本例では上述した第４実施形態に対して、導電体１６、２６を設ける点が異なる。これ以外の構成は、上述した第４実施形態と同じであり、第４実施形態の記載を適宜、援用する。

図１４及び図１５に示すように、導電体１３、２３の外側には、さらに柱状の導電体１６、２６が設けられている。導電体１６、２６は、給電母線１１、２１の側面を覆うように、平板を湾曲させた柱状に形成されている。また、導電体１６、２６は、導電体１３と導電体２３との間の隙間を覆うように配置されている。導電体１６、２６は、配線３２、３３にそれぞれ接続されている。これにより、導電体１６、２６は、給電母線１１、２１と容量結合される。

上記のように、本例は、導電体１３、２３に加えて、給電母線１１、２１と容量結合させる導電体１６、２６を備え、導電体１３と導電体２３との間の隙間を覆うように導電体１６、２６を配置する。これにより、導電体１６、２６がノイズをシールドさせるよう作用するため、給電母線１１、２１で発生するノイズの漏洩を防ぐことができ、また、導電体１６、２６と給電母線１１、２１との間が容量結合されるため、給電母線１１、２１で発生するノイズを抑制することができる。

《第６実施形態》
図１６は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。図１７は、図１６のXVII線に沿う断面図である。本例では上述した第４実施形態に対して、誘電体１２、２２を設ける点が異なる。これ以外の構成は、上述した第４実施形態と同じであり、第４実施形態の記載を適宜、援用する。

図１６及び図１７に示すように、円筒の線状に形成された給電母線１１、２１の外周の側面を覆うように、円筒状の誘電体１２、２２が形成され、誘電体１２、２２の外周の側面の一部を覆うように、導電体１３、２３が形成されている。これにより、給電配線１１、２１と導電体１３、２３との間には、誘電体１２、２２が狭持されるため、導電体１３、２３は、誘電体１２、２２を介して、給電母線１１、２１に容量結合される。

上記のように、本例は、給電配線１１、２１と導電体１３、２３との間に、給電配線１１、２１の外周の側面を覆う、円筒状の誘電体１２、２２を備え、当該誘電体１２、２２の外周の側面の一部を覆うように、導電体１３、２３を配置する。これにより、これにより、給電母線１１、２１の側面の一部が誘電体１２、２２を課して、導電体１３、２３に覆われるため、導電体１３、２３がノイズをシールドさせるよう作用するため、ノイズの漏洩を防ぐことができ、その結果として、給電母線１１、２１で発生するノイズを抑制し、電力変換装置１００から外部へノイズの漏洩を防ぐことができる。

《第７実施形態》
図１８は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。本例では上述した第１実施形態に対して、給電母線１１、２１の形状及び導電体１３、２３の形状が異なる。これ以外の構成は、上述した第１実施形態と同じであり、第１〜第６実施形態の記載を適宜、援用する。

図１８に示すように、給電母線１１、２１は、板状の導電板で形成され、給電母線１１、２１の２カ所で直角に屈曲している。導電体１３、２３は、金属テープで形成され、導電体１３、２３の２カ所で直角に屈曲し、給電母線１１、２１の一部の形状と同一形状になるよう形成されている。すなわち、給電母線１１、２１の開放端から、給電母線１１、２１の屈曲箇所を含む、給電母線１１、２１の平面の一部は、導電体１３、２３の平面部と対向している。これにより、屈曲箇所を含む導電体１３、２３は、屈曲箇所を含む給電母線１１、２１と容量結合される。

上記のように、本例は、屈曲した板状の導電板で形成される給電母線１１、２１と、給電母線１１、２１の形状の一部と同一形状にし、給電母線１１、２１の平面部分と対向する導電体１３、２３とを備えている。これにより、本例の導電体１３、２３は、屈曲した給電母線１１、２１に対しても容量結合させることができるため、給電母線１１、２１で発生するノイズを抑制し、電力変換装置１００から外部へノイズの漏洩を防ぐ。

なお、本例は、給電母線１１、２１と導電体１３、２３との間に、誘電体１２、２２を設けてもよい。

《第８実施形態》
図１９は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。本例では上述した第１実施形態に対して、接続回路４０を設ける点が異なる。これ以外の構成は、上述した第１実施形態と同じであり、第１〜第７実施形態の記載を適宜、援用する。

図１９に示すように、接続回路４０は、抵抗４１と、配線４２、４３とを備えている。接続回路４０は、接続回路３０と同様に、導電体１３と導電体２３との間を接続する回路である。接続回路３０が導電体１３及び導電体２３の先端に、接続回路４０が導電体１３及び導電体２３の他端に接続される。抵抗４１の抵抗値は、抵抗３１と同様に、給電母線１１、２１で発生するノイズのノイズ成分に応じて設定され、また、給電配線１１、２１の抵抗とマッチングさせるよう設定される。

上記のように、本例は、導電体１３と導電体２３との間に、抵抗３１、４１を有する接続回路４０、４１を接続する。これにより、導電体１３と導電体２３との間には、二つの抵抗３１、４１が接続されるため、容量結合部分で誘起された給電母線１１、２１で発生したノイズによる電流を二つの抵抗で熱として消費させることができるため、ノイズを抑制する時間を短縮化することができる。また、ノイズのモードを分散させることができるため、ノイズの抑制効果を高めることができる。

なお、本例は、図２０に示すように、抵抗５１と、配線５２、５３とを有する接続回路５０を、導電体１３と導電体２３との間に接続してよく、また、導電体１３と導電体２３との間には、抵抗３１、４１、５１の同様の抵抗をさらに接続してもよい。接続回路５０は接続回路３０、４０と同様な回路である。図２０は、本発明の実施形態の変形例に係る電力変換装置１００を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。

なお、本例は、図２１に示すように、導電体１３を、平板状の導電体１３ａ及び導電体１３ｂにより構成し、導電体２３を、平板状の導電体２３ａ及び導電体２３ｂにより構成し、導電体１３ａと導電体１３ｂとの間、及び、導電体２３ａと導電体２３ｂとの間を接続回路４０で接続してもよい。図２０は、本発明の実施形態の変形例に係る電力変換装置１００を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。これにより、容量結合部分で誘起されたノイズを複数の抵抗で熱として消費させることができるため、ノイズを抑制する時間を短縮化することができる。また、ノイズのモードを分散させることができるため、ノイズの抑制効果を高めることができる。

《第９実施形態》
図２２は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。本例では上述した第１実施形態に対して、抵抗６０を設ける点が異なる。これ以外の構成は、上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

抵抗６０は、複数の抵抗６０ａ〜６０ｃを有し、抵抗６０ａ〜６０ｃは、板状に形成されている。また抵抗６０ａ〜６０ｃは、所定の間隔をあけて、導電体２３の側面のうち、誘電体２２と対向しない側の側面に設けられている。また抵抗６０ａ〜６０ｂの単位長さあたりの抵抗値は、導電体２３の単位長さあたりの抵抗値より大きくなるよう、抵抗６０ａ〜６０ｃの材料が選択され、または、抵抗６０ａ〜６０ｃの形状が設計されている。

導電体１３の先端と導電体２３の先端との間には、板状の導電体１７が接続されており、導電体１３と導電体２３との間は、導電体１７を介して、電気的に接続されている。

抵抗６０ａ〜６０ｃの抵抗値は、導電体１３、１７、２３の抵抗値より高くなっており、抵抗６０ａ〜６０ｃは、導電体２３の抵抗を増大させるために設けられている。そして、給電母線１１、２１で発生したノイズによりノイズ電流が導電体１３、１７、２３に流れると、ノイズ電流は、抵抗値の高い抵抗６０ａ〜６０ｃで熱として消費される。これにより、本例は、高周波のノイズ電流を吸収する。

上記のように、本例は、導電体１３又は導電体２３の抵抗値より高い抵抗値である抵抗６０を導電体２３に設け、導電体１７により導電体１３と導電体２３との間を電気的に接続する。これにより、給電母線１１、２１で発生したノイズによるノイズ電流が抵抗６０で消費されるため、給電母線１１、２１で発生するノイズを抑制することができる。

なお本例は、図２３に示すように、導電体１３を、平板状の導電体１３ａ、導電体１３ｂ及び導電体１３ｃにより構成し、導電体２３を、平板状の導電体２３ａ、導電体２３ｂ及び導電体２３ｃにより構成し、導電体１３ａと導電体１３ｂとの間、導電体１３ｂと導電体１３ｃとの間、導電体２３ａと導電体２３ｂとの間、及び、導電体２３ｂと導電体２３ｂとの間に、抵抗６０ａ〜６０ｄを接続してもよい。図２３は、本発明の実施形態の変形例に係る電力変換装置１００を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。なお図２３では、抵抗６０ａ、６０ｂが導電体１３等の背面に隠れるため図示されていない。

これにより、スイッチグノイズによるノイズ電流が、導電体１３ａと導電体１３ｂとの間、導電体１３ｂと導電体１３ｃとの間、導電体２３ａと導電体２３ｂとの間、及び、導電体２３ｂと導電体２３ｂとの間を導通する際には、増大した抵抗６０ａ〜６０ｄを流れ、熱として消費されるため、給電母線１１、２１で発生するノイズを抑制することができる。また、図２２に示す抵抗６０ａ〜６０ｃと比較して、抵抗６０ａ〜６０ｄの大きさを小型化させることができる。

なお、本例は、抵抗６０ａ〜６０ｄにより抵抗を増大させたが、抵抗６０ａ〜６０ｄの代わりに、導電体１３、１７、２３の少なくとも一部分にフェライトを含ませることで、抵抗６０ａ〜６０ｄを形成してもよい。これにより、導電体１３、１７、２３のうち、フェライトを含む部分の抵抗値が、フェライトを含まない部分の抵抗値より高くなるため、ノイズ電流を、当該フェライトを含む部分で消費させることができるため、ノイズを抑制することができる。また、導電体２３の一部にファライトを吹き付ければよいため、導電体１３、１７、２３に容易に抵抗成分を加えることができる。

なお、抵抗６０は、導電体１７に設けてもよい。

なお本例の抵抗６０ａ〜６０ｄが本発明に係る「抵抗」に相当し、導電体１７が本発明の「接続回路」に相当する。

《第１０実施形態》
図２４は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。本例では上述した第９実施形態に対して、導電体２３にスリット７０を設ける点が異なる。これ以外の構成は、上述した第９実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。

図２４に示すように、導電体２３の側面には、スリット７０が設けられており、スリット７０は、３つのスリット７０ａ〜７０ｃを有している。スリット７０は、導電体２３の対向する側面のうち、一方の側面から他方の側面に貫通するように形成されている。スリット７０と平行な導電体２３の断面において、スリット７０を有する部分の断面積は、スリット７０を有さない部分の断面積より小さくなっているため、スリット７０を有する部分の抵抗値は、スリット７０を有さない部分の抵抗値より高くなる。そのため、パワーモジュール５のスイッチング動作によりスイッチングノイズが発生し、ノイズ電流が導電体２３を流れると、ノイズ電流は、スリット７０を有する部分で熱として消費される。

上記のように、本例は、導電体２３に、導電体２３の一部分の断面積を他の部分の断面積より小さくするスリット７０を設け、当該スリット７０により抵抗を増大させる部分を形成する。これにより、スリット７０の部分での導電体２３の抵抗が増大されるため、給電母線１１、２１で発生したノイズによるノイズ電流を当該部分で消費させることができ、ノイズを抑制することができる。また、導電体２３の一部を加工することでスリット７０を形成することができるため、導電体２３に容易に抵抗成分を加えることができる。

なお、本例は、スリット７０を３つスリットで構成するが、２つでもよく、４つ以上であってもよい、またスリット７０は、導電体１３又は導電体１７に設けてもよい。

１００…電力変換装置
４…平滑コンデンサ
５…パワーモジュール
６…バスバ
７、８…シールド線
１１、２１…給電母線
１２、２２…誘電体
１３、１３ａ、１３ｂ、２３、２３ａ、２３ｂ…導電体
１４…誘電体
１５、２５…絶縁部
１６、２６…導電体
１７…導電体
３０…接続回路
３１…抵抗
３２、３３…配線
４０…接続回路
４１…抵抗
４２、４３…配線
５０…接続回路
５１…抵抗
５２、５３…配線
６０、６０ａ〜６０ｄ…抵抗
７０、７０ａ〜７０ｃ…スリット
８１、８２…ケーブル部
２００…直流電源
３００…電動機

Claims (11)

1. 電源から出力される電力を変換するインバータと、
   前記インバータ及び前記電源の正極側に接続された第１の給電母線と、
   前記インバータ及び前記電源の負極側に接続された第２の給電母線と、
   前記第１の給電母線と容量結合された第１の導電体と、
   前記第２の給電母線と容量結合された第２の導電体と、
   抵抗を含み、前記第１の導電体と前記第２の導電体との間を電気的に接続する接続回路と、
   を備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記抵抗の抵抗値は、前記第１の導電体の抵抗値または前記第２の導電体の抵抗値より高い
   ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記第１の給電母線と前記第１の導電体との間に設けられた第１の誘電体と、
   前記第２の給電母線と前記第２の導電体との間に設けられた第２の誘電体と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
4. 前記第１の給電母線の表面の少なくとも一部を覆い、前記第１の給電母線と前記第１の導電体との間に設けられ、かつ、樹脂により形成された第１の誘電体と、
   前記第２の給電母線の表面の少なくとも一部を覆い、前記第２の給電母線と前記第２の導電体との間に設けられ、かつ、樹脂により形成された第２の誘電体と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の電力変換装置。
5. 前記抵抗の抵抗値は、
   前記第１の給電母線と前記第２の給電母線との間の誘導成分の平方根に比例し、かつ、前記第１の給電母線と前記第２の給電母線との間の容量成分の平方根に反比例する値に設定されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 前記抵抗の抵抗値は、
   前記第１の給電母線と前記第２の給電母線との間の距離の平方根に比例し、かつ、前記第１の給電母線と対向する前記第２の給電母線の対向面、または、前記第２の給電母線と対向する前記第１の給電母線の対向面の面積の平方根に反比例する値に設定されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
7. 前記抵抗の抵抗値は、
   前記第１の導電体又は前記第２の導電体の抵抗値より高い抵抗値であり、
   前記抵抗は、
   前記第１の導電体又は前記第２の導電体に設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置
8. 前記抵抗は、
   前記第１の導電体又は前記第２の導電体に設けられ、前記第１の導電体又は前記第２の導電体の一部分の断面積を前記第１の導電体又は前記第２の導電体の他の部分の断面積より小さくするスリットにより形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
9. 前記抵抗は、
   前記第１の導電体又は前記第２の導電体に含まれるフェライトにより形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
10. 前記第１の導電体又は前記第２の導電体は金属テープにより形成されている
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
11. 前記抵抗の抵抗値は、前記インバータのスイッチング動作により給電母線で発生するノイズの周波数に応じて設定されている
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。

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