JP5862163B2 - 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、開放端からｎλ／４の長さの位置で、パワーモジュールを収容する金属製の筐体に接続されている導電部材を設けることによって上記課題を解決する。

本発明は、金属製の筐体内を伝播するノイズが導電部材により打ち消されるため、金属製の筐体から漏洩するノイズを抑制することができる、という効果を奏する。

本発明の実勢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の給電母線の斜視図である。 図１の筐体の平面の概要図である。 図３の筐体の筐体面のノイズ分布を示す図である。 図１の導電部材及び筐体を伝播するノイズを説明するための説明図である。 図１の導電部材における、時間に対するノイズ特性を示すグラフである。 図１の導電部材及び筐体を伝播するノイズを説明するための説明図である。 図１の導電部材における、時間に対するノイズ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９の導電部材における、時間に対するノイズ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１１の導電部材における、時間に対するノイズ特性を示すグラフである。 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１４の導電部材の平面図である。 本発明の実施形態の変形例に係る、導電部材の平面図である。 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１７の導電部材の平面図である。 図１７の筐体の筐体面のノイズ分布を示す図である。 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２１の導電部材の平面図である。 図２１の筐体の筐体面のノイズ分布を示す図である。 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。 図２４の導電部材の平面図である。 図２４の筐体の筐体面のノイズ分布を示す図である。 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。 図２７の導電部材の平面図である。 図２７の筐体の筐体面のノイズ分布を示す図である。 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。

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。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１２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、１２と、導電部材２と、筐体３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１２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及び給電母線１２は互いに対向している。給電母線１１、１２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。

給電母線１１、１２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１２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、１２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。

導電部材２は、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発生するノイズを抑制するための部材であって、導電性を有する材料により形成され、筐体３に設けられている。なお、導電部材２の具体的な構成は後述する。

筐体３は、給電母線１１、１２の一部、平滑コンデンサ４、パワーモジュール５、及びバスバ６の一部を内部に収容するケースであり、金属により形成されている。また、筐体３には、電力変換装置１００に含まれる回路を制御する制御回路基板（図示しない）も収容されている。筐体３は、外部からパワーモジュール５を保護するための収容部である。

ここで、電力変換装置１００で発生するノイズについて説明する。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、給電母線１１、１２及び筐体３を介して、電力変換装置１００の外部へ漏洩する可能性がある。本例では、給電母線１１、１２を金属の板状に形成しており、当該給電母線１１、１２がノイズの放射源になってしまう可能性がある。

次に、図２を用いて、給電母線１１、１２がノイズの放射源になる点について説明する。図２は、給電母線１１、１２の斜視図を示す。図２に示すように、板状の給電母線１１と給電母線１２との間には、樹脂部１３が設けられおり、樹脂部１３は給電母線１１、１２を筐体３の内部で固定するために設けられている。給電母線１１、１２で振動しやすい電磁波の周波数は、給電母線１１、１２の形状、給電母線１１と給電母線１２との間の誘電率（εｒ）に応じて決まり、以下の式（１）で表される。

ただし、ａは給電母線１１、１２の高さを、ｂは給電母線１１、１２の長さを、ｍ、ｎは次数を示す。

図１に示すように、給電母線１１、１２は配線を介してパワーモジュール５に接続されているため、パワーモジュール５でスイッチングノイズが発生した場合には、ノイズが給電母線１１、１２を伝播し、主に、式（１）で示す周波数のノイズ発生源となってしまう。例えば、ａ＝０．３（ｍ）、ｂ＝０．０３（ｍ）、εｒ＝６．２５とすると、（ｍ、ｎ）＝（２、０）で、振動しやすい周波数は２００ＭＨｚとなる。

次に、筐体３における、ノイズの振動について、図３を用いて説明する。図３は筐体３の平面の概要図であって、説明のために、筐体３の一面を簡略化させた上で表示している。また、筐体３の一面の縦、横の長さをｃ、ｄとする。筐体３の一面で、振動しやすい電磁波の周波数は式（１）と同様に表される。例えば、ａ、ｂ＝１．５（ｍ）、εｒ＝１、とすると、（ｍ、ｎ）＝（２、２）で、振動しやすい周波数は２００ＭＨｚとなり、給電母線１１、１２で振動しやすい周波数と一致する。そして、この時の筐体３の一面におけるノイズ分布は図４で示される。図４は、筐体３の一面におけるノイズ分布のシミュレーション結果を示す図である。

すなわち、給電母線１１、１２の形状、筐体３の形状、誘電率の条件により、パワーモジュール５のスイッチング動作により発生する高周波ノイズが給電母線１１、１２から放射され、筐体３の面で励振し、その結果として、筐体３からの放射ノイズとなる外部に漏洩する可能性がある。

そのため、本例では、以下に説明するように、導電部材２を筐体３に設けることで、スイッチングノイズに基づく、筐体３からの漏洩ノイズを抑制する。

図１に戻り、導電部材２は線状に形成されており、一端は筐体３に接続され、他端は開放端になっている。導電部材２は、例えば金属テープ等を筐体３に貼り付けることで形成される。導電部材２の長さは、筐体３の面状に伝播するノイズ波長に応じて設定されている。ノイズ波長（λ）は以下の式（２）で示される。

ただし、ｃは伝播速度、ｆはノイズ周波数を示す。なお、ノイズ周波数（ｆ）は、スイッチングノイズの周波数、給電母線１１、１２の形状に基づいて決まる。例えば、スイッチングノイズにより給電母線１１、１２から放射されるノイズ周波数（ｆ）を２００ＭＨｚとし、伝播速度（ｃ）を３×１０^８（ｍ／ｓ）とした場合に、式（２）より、ノイズ波長は、１．５（ｍ）となる。

そして、当該ノイズ波長（λ）もつノイズが、筐体３の筐体面を伝播し、導電部材２との接続点に達すると、当該ノイズは、導電部材２の接続点から開放端に沿って伝播し、開放端で反射する。そして、反射したノイズは、反対側の端部、すなわち導電部材２と筐体３との接続点でも反射する。そのため、導電部材２内において、端部に向かって入射するノイズと端部から反射するノイズとが干渉し合うため、以下の式（３）で表すように、導電部材２の長さを規定することで、波長（λ）のノイズを打ち消しあうようにする。

ただし、ｎは１以上の奇数であり、Ｌは導電部材２の開放端から接続点までの線路長である。

ｎ＝１とし、図５及び図６を用いて、導電部材２を伝播するノイズを説明する。図５は導電部材２及び筐体３を伝播するノイズを説明するための概要図である。図６は導電部材２における、時間に対するノイズ特性を示すグラフである。なお図６において、グラフａは導電部材２で反射しない場合の、導電部材２を伝播するノイズ波形を示し、グラフｂは導電部材２で反射した場合の、導電部材２を伝播するノイズ波形を示している。なお図６のノイズ波形の振幅は、センサによる導電部材２の検出電圧に相当する。

図５に示すように、ノイズは筐体３の筐体面を伝播し、筐体３と導電部材２との接続点から、導電部材２に入射する。そして、ノイズは、筐体３と導電部材２との接続点から、λ／４の線路長を伝播し、開放端で反射する。ノイズの反射波は、開放端への入射波に対して逆相になっているため、互いに打ち消し合う。すなわち、図６に示すように、時間ｔ_０の時点で、グラフａに示すノイズが接続点から入射されたとすると、時間の経過と共に、開放端及び接続点で反射される波が増え、互いに打ち消し合うことで、ノイズ波形は徐々に減衰し、グラフｂの時間ｔ_１の時点で収束する。

次にｎ＝３とし、図７及び図８を用いて、導電部材２を伝播するノイズを説明する。図７は導電部材２及び筐体３を伝播するノイズを説明するための概要図である。図８は導電部材２における、時間に対するノイズ特性を示すグラフである。なお図８において、グラフａは導電部材２で反射しない場合の、導電部材２を伝播するノイズ波形を示し、グラフｂは導電部材２で反射した場合の、導電部材２を伝播するノイズ波形を示している。なお図８のノイズ波形の振幅は、センサによる導電部材２の検出電圧に相当する。

図７に示すように、ノイズは筐体３の筐体面を伝播し、筐体３と導電部材２との接続点から、導電部材２に入射する。そして、ノイズは、筐体３と導電部材２との接続点から、３λ／４の線路長を伝播し、開放端で反射する。ノイズの反射波は、開放端への入射波に対して逆相になっているため、互いに打ち消し合う。図８に示すように、時間ｔ_０の時点で、グラフａに示すノイズが接続点から入射されたとすると、時間の経過と共に、開放端及び接続点で反射される波が増え、互いに打ち消し合うことで、ノイズ波形は徐々に減衰し、グラフｂの時間ｔ_２の時点で収束する。ｎ＝３の場合には、ｎ＝１の場合と比較して、導電部材２の線路長が長くなっているため、ノイズが減衰し、収束するまでの時間が長くなる、すなわち、ノイズの減衰時間を短くするためには、ｎは小さい方がよい。

上記のように、本例は、開放端からｎλ／４の長さの位置で筐体３に接続さている導電部材２を備える。これにより、パワーモジュール５のスイッチングノイズにより筐体３を伝播するノイズを、導電部材２に伝播させて、導電部材２の開放端におけるインピーダンスの違いにより、ノイズを反射させる。また、導電部材２と開放端３との接続点でもノイズを反射させる。そして、本例は、導電部材２で伝播させるノイズが互いに打ち消すように、導電部材２の長さを設定しているため、ノイズを抑制し、筐体３からノイズが漏洩することを防ぐことができる。

また本例は、ノイズの波長（λ）を、パワーモジュール５のスイッチングノイズにより給電母線１１、１２から放射される放射ノイズの周波数に応じて設定される。これにより、給電母線１１、１２の形状により、給電母線１１、１２がスイッチングノイズに基づいたノイズ放射源となった場合でも、導電部材２で当該ノイズを減衰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。

なお、図１において、導電部材２は、筐体３との接続部分から突出し、途中、屈曲させ、筐体３の側面に沿った形状で表されているが、導電部材２と筐体３との接続部分から屈曲点までの長さは導電部材２の他の部分の長さに比べて（ノイズの波長λに比べて）無視できるほど小さい。そのため、図１では、図示を分かりやすくするために、屈曲点から開放端までの導電部材２の長さをｎλ／４として示しているが、実質的には、導電部材２と筐体３との接続部分から開放端までの長さがｎλ／４になるよう規定されている。

なお、本例では、導電部材２の線路長の例として、ｎ＝１の場合、及びｎ＝３の場合を挙げて説明したが、ｎは５以上の奇数であってもよい。

《第２実施形態》
図９は、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は導電部材における、時間に対するノイズ特性を示すグラフである。本例では上述した第１実施形態に対して、導電部材の構成が異なる。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。なお、図９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。図１０において、グラフａは導電部材２で反射しない場合の、導電部材２を伝播するノイズ波形を示し、グラフｂは導電部材２で反射した場合の、導電部材２を伝播するノイズ波形を示している。なお図１０のノイズ波形の振幅は、センサによる導電部材２の検出電圧に相当する。

図９に示すように、導電部材２は、長さ（２λ／４）の第１導電部２１と、長さ（λ／４）の第２導電部２２とで構成されている。第１導電部２１は、筐体３との接続点から分岐点までの長さが、２λ／４になるよう、構成されている。第２導電部２２は、分岐点から開放端までの長さがλ／４になるよう構成されている。また第１導電部２１と第２導電部２２との接続点が分岐点となり、当該接続点と筐体３が接続されている。第１導電部２１及び第２導電部２２は一体で形成されている。

導電部材２を伝播するノイズについて説明する。筐体３の筐体面を伝播したノイズは、第１導電部２１と筐体３との第１接続点から入射しつつ、第１導電部２１、第２導電部２２及び筐体３の第２接続点からも入射する。第２接続点から導電部材２の開放端までの長さは、第１接続点から導電部材２の開放端までの長さより短い。そのため、まず、第２接続点から入射したノイズが開放端で反射し、反射波は開放端に入射される入射波と打ち消し合う。また、当該反射波は、第１接続点から第１導電部２１及び第２導電部２２を伝播するノイズとも干渉し打ち消し合う。図１０に示すように、時間ｔ_０の時点で、グラフａに示すノイズが接続点から入射されたとすると、時間の経過と共に、開放端及び接続点で反射される波が増え、互いに打ち消し合うことで、ノイズ波形は徐々に減衰し、グラフｂの時間ｔ_３の時点で収束する。

本例の導電部材２では、筐体３と導電部材２との接続点を１つしか有さない導電部材２（第１実施形態の図７に示す構成に相当）と比較して、ノイズの反射点が、第２接続点の分、多くなるため、ノイズの減衰時間が、第２導電部２２を有さない導電部材２におけるノイズの減衰時間（図８に示す時間ｔ_２に相当）と比較して、短くすることができる。

上記のように、本例において、導電部材２は開放端からλ／４の長さで分岐して筐体３に接続されている。これにより、導電部材２は複数箇所で筐体３に接続されるため、ノイズの減衰時間を短くすることができ、スイッチングノイズに基づくノイズを抑制し、筐体３からノイズが漏洩することを防ぐことができる。

なお、本例において、導電部材２は開放端からλ／４の長さの位置で分岐させて筐体３と接続したが、開放端から、以下の式（４）を満たす長さ（Ｌ）で分岐させてもよい。

ただし、ｍは１以上の奇数である。

なお、図９に示す導電部材２において、第１接続点から導電部材２の屈曲点までの長さ、及び、第２接続点から導電部材２の分岐点までの長さは、導電部材２の他の部分に比べて（ノイズの波長λに比べて）無視できるほど小さい。そのため、図９では、図示を分かりやすくするために、屈曲点から分岐点までの導電部材２の長さを２λ／４、及び、分岐点から開放端までの長さをλ／４と示しているが、実質的には、第１の接続点から開放端までの長さ、及び、第２の接続点から開放端までの長さがｎλ／４になるよう規定されている。

《第３実施形態》
図１１は、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は導電部材における、時間に対するノイズ特性を示すグラフである。本例では上述した第１実施形態に対して、導電部材の構成が異なる。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、第２実施形態の記載を適宜、援用する。なお、図１１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。図１２において、グラフａは導電部材２で反射しない場合の、導電部材２を伝播するノイズ波形を示し、グラフｂは導電部材２で反射した場合の、導電部材２を伝播するノイズ波形を示している。なお図１２のノイズ波形の振幅は、センサによる導電部材２の検出電圧に相当する。

図１１に示すように、導電部材２は、開放端から筐体３との接続点までの長さをλ／４とする第１導電部２１と、第１導電部２１の開放端とは異なる開放端から筐体３との接続点までの長さをλ／４とする第２導電部２２とで構成されている。また、第１導電部２１及び第２導電部２２は一本の直線状の導線部分を含み、当該直線上の導線部分において、第１導電部２１の開放端と第２導電部２２の開放端との中点から分岐して、筐体３と接続している。また、当該直線上の導電部分は、筐体３の平面と一定の間隔を空けた状態で設けられている。

導電部材２を伝播するノイズについて説明する。筐体３の筐体面を伝播したノイズは、導電部材２と筐体３との接続点から入射し、導電部材２の分岐点で分岐して、第１導電部２１の開放端及び第２導電部２２の開放端に向かってそれぞれ伝播する。そして、それぞれの開放端で反射することで逆相になり、開放端へ入射するノイズと、開放端から反射するノイズとが干渉して打ち消し合う。図１２に示すように、時間ｔ_０の時点で、グラフａに示すノイズが接続点から入射されたとすると、複数の開放端で、それぞれ反射し互いに打ち消し、ノイズ波形は減衰し、グラフｂの時間ｔ_４の時点で収束する。本例では、筐体３との接続点から、複数の開放端までのそれぞれの長さが共にλ／４で等しいため、ノイズが、それぞれの開放端で同じタイミングで反射され、打ち消し合うため、ノイズを収束させるまでの減衰時間を短くすることができる。

上記のように、本例において、導電部材２は、複数の開放端からλ／４の長さで筐体３にそれぞれ接続されている。これにより、導電部材２は複数の開放端を有するため、ノイズの減衰時間を短くすることができ、スイッチングノイズに基づくノイズを抑制し、筐体３からノイズが漏洩することを防ぐことができる。

なお、本例において、導電部材２は分岐点を一つ設けたが、図１３に示すように、分岐点を複数設けて、複数の分岐点と対応させて、それぞれの分岐点と筐体３とを接続してもよい。図１３は、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。

なお、本例において、導電部材２は、複数の開放端から筐体３との接続点までの長さを、ｎλ／４としてもよい。ただし、ｎは１以上の奇数である。

なお、図１１、１３に示す導電部材２において、筐体３との接続点から導電部材２の分岐点までの長さは、導電部材２の他の部分に比べて（ノイズの波長λに比べて）無視できるほど小さい。そのため、図１１、１３では、図示を分かりやすくするために、開放端から分岐点までの導電部材２の長さをλ／４と示しているが、実質的には、筐体３との接続点から開放端までの長さがｎλ／４になるよう規定されている。

《第４実施形態》
図１４は、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１５は導電部材の平面図である。本例では上述した第１実施形態に対して、導電部材の構成が異なる。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〜第３実施形態の記載を適宜、援用する。なお、図１４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。

図１４及び図１５に示すように、導電部材２は、筐体３との接続点を含む筐体３の筐体面と平行な平面上で、線状で、かつ、一部に切れ目２２１を有する四角形状の導電部２１を有する。切れ目２２１は、導電部２１の四辺のうち１辺の中央部に形成されている。導電部２１は、一本の導電により形成されている。導電部２１は、一端を筐体３と接続し、他端を開放端とするよう形成されている。導電部２１の開放端から筐体３との接続点までの長さはｎλ／４である。ただし、ｎは１以上の奇数である。

導電部材２を伝播するノイズについて説明する。筐体３の筐体面を伝播したノイズは、筐体３との接続点から入射し、導電部２１の開放端に向かって伝播する。そして、開放端で反射することで逆相になり、開放端へ入射するノイズと、開放端から反射するノイズとが干渉して打ち消し合う。

また、導電部材２は、導電部２１によって、筐体面と平行な面状で、当該筐体面の一部を囲うように形成されている。そのため、導電部２１の形状を筐体３の筐体面に投影させた領域における、ノイズが減少する。

上記のように、本例において、導電部材２は、線状で、かつ、一部に切れ目２２１を有する四角形状に形成されている。これにより、切れ目２２１を設けることによって形成された開放端で、ノイズを反射させ、打ち消し合うため、スイッチングノイズに基づくノイズを抑制し、筐体３からノイズが漏洩することを防ぐことができる。また、導電部２１が筐体３の筐体面の一部に対して、所定の距離を空けつつ、平面上で当該筐体面の一部を囲うよう形成されているため、筐体３の筐体面に対してノイズの影響が小さい領域を形成することができる。

なお本例において、図１６に示すように、切れ目２２１は導電部２１の四辺のうち１辺の端部に形成されてもよい。図１６は、本発明の実施形態の変形例に係る導電部材２の平面図である。なお図１５及び図１６に示す切れ目２２１は、切れ目２１１の両端に相当する部分の間でノイズの漏洩による干渉が生じない限り、切れ目２２１の長さを短くするとよい。

なお本例において、導電部２１は四角形状に形成されたが、三角形状でもよく、多角形状であってもよい。

なお、図１４に示す導電部材２において、筐体３との接続点から導電部材２における、当該接続点に最も近い屈曲点までの長さは、導電部材２の他の部分に比べて（ノイズの波長λに比べて）無視できるほど小さい。そのため、図１４では、図示を分かりやすくするために、筐体３を平行な面における導電部２１の長さをｎλ／４と示しているが、実質的には、筐体３との接続点から開放端までの長さがｎλ／４になるよう規定されている。

《第５実施形態》
図１７は、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１８は導電部材の平面図である。本例では上述した第１実施形態に対して、導電部材の構成が異なる。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〜第４実施形態の記載を適宜、援用する。なお、図１７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。

図１７及び図１８に示すように、導電部材２は、筐体３との接続点を含む筐体３の筐体面と平行な平面上で、線状で、かつ、一部に切れ目２２１を有するループ状（円状）の導電部２１を有する。切れ目２２１は、導電部２１の円の一部に形成されている。導電部２１は、一本の導電により形成されている。導電部２１は、一端を筐体３と接続し、他端を開放端とするよう形成されている。導電部２１の開放端から筐体３との接続点までの長さはｎλ／４である。ただし、ｎは１以上の奇数である。

また、導電部材２は、導電部２１によって、筐体面と平行な面状で、当該筐体面の一部を囲うように形成されている。図１９に、導電部材２を設けた筐体３の筐体面におけるノイズ分布を示す。図１９に示すように、筐体３の筐体面において、円状である導電部２１の中心部に相当する部分でノイズが減少している。

上記のように、本例において、導電部材２は、線状で、かつ、一部に切れ目２２１を有する円状に形成されている。これにより、切れ目２２１を設けることによって形成された開放端で、ノイズを反射させ、打ち消し合うため、スイッチングノイズに基づくノイズを抑制し、筐体３からノイズが漏洩することを防ぐことができる。また、導電部２１が筐体３の筐体面の一部に対して、平面上で当該筐体面の一部を囲うよう形成されているため、筐体３の筐体面に対してノイズの影響が小さい領域を形成することができる。

なお図２０に示すように、本例において、導電部材２は、導電部２１と筐体３とを複数箇所で接続するよう構成してもよい。図２０は、本発明の実施形態の変形例に係る導電部材を含む、駆動システムの概要図である。

なお、図１７に示す導電部材２において、筐体３との接続点から屈曲点までの長さは、導電部材２の他の部分に比べて（ノイズの波長λに比べて）無視できるほど小さい。そのため、図１７では、図示を分かりやすくするために、筐体３を平行な面における導電部２１の長さをｎλ／４と示しているが、実質的には、筐体３との接続点から開放端までの長さがｎλ／４になるよう規定されている。

《第６実施形態》
図２１は、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２２は導電部材の平面図である。本例では上述した第１実施形態に対して、導電部材の構成が異なる。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〜第５実施形態の記載を適宜、援用する。なお、図２１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。

図２１及び図２２に示すように、導電部材２は、第１の導電部材２０１と第２の導電部材２０２とを備える。第１の導電部材２０１は、筐体３との接続点を含む筐体３の筐体面と平行な平面上で、線状で、かつ、一部に切れ目２２１を有するループ状（円状）の第１導電部２１を有する。第２の導電部材２０２は、第１の導電部材２０１の相似形の形状であり、一部に切れ目２２２を有するループ状（円状）の第２の導電部２２を有する。第２の導電部材２０２の長さは第１の導電部材２０１の長さより長く、第２の導電部材２０２の長さは３λ／４、第１の導電部材２０１の長さはλ／４である。

筐体３の筐体面と平行な平面において、第１導電部２１の外側に第２導電部２２が配置され、第１導電部２１の中心点及び第２導電部２２の中心点が同じ位置になるよう配置されている。切れ目２２２は、切れ目２２１の外側に配置されている。

図２３に、導電部材２を設けた筐体３の筐体面におけるノイズ分布を示す。図２３に示すように、筐体３の筐体面において、円状である第１導電部２１及び第２導電部２２の中心部に相当する部分でノイズが減少し、図１９に示すノイズ分布と比較して、ノイズが減少している面積が広くなっている。

上記のように、本例において、導電部材２は、線状で、かつ、一部に切れ目２２１を有するループ状に形成された第１導電部２１と、線状で、かつ、一部に切れ目２２２を有するループ状に形成された第２導電部２２を有し、第１導電部２１及び第２導電部２２は、それぞれ中心点を同一にし、同一平面上に配置されている。これにより、筐体３の筐体面において、広い領域でノイズを減少させることができ、筐体３からのノイズの漏洩を防ぐことができる。

なお図２４及び図２５に示すように、本例の導電部材２は、切れ目２２１の外側に、切れ目２２２を有さない第２導電部２２を配置してよい。図２４は本発明の実施形態の変形例に係る導電部材２を含む駆動システムの概要図であり、図２５は導電部材２の平面図である。これにより、第２の導電部材２０２のうち第２導電部２２が、第１の導電部材２０１の切れ目２２１の外側に配置されるため、切れ目２２１の部分で漏洩したノイズが、第２導電部２２で覆われるため、ノイズの漏洩を防ぐことができる。

図２６に、変形例における、筐体３の筐体面のノイズ分布を示す。図２３に示すように本例では、中心部のノイズが減少している部分（図２３の中央の四角形の部分）内の一部でノイズが高い領域がある。一方、変形例では、図２６に示すように、中心部のノイズが減少している部分（図２６の中央の四角形の部分）内で、ノイズが高い領域の面積が本例と比較して小さくなっている。これにより、変形例に係る導電部材２を設けることで、ノイズの漏洩を防ぐことができる。

なお図２７及び図２８に示すように、本例の導電部材２は、第２の導電部材２０２の外側に、第２の導電部材２０２より長く、第２の導電部材２０２と相似した形状である、第３導電部材２０３を設けてもよい。図２７は本発明の実施形態の変形例に係る導電部材２を含む駆動システムの概要図であり、図２８は導電部材２の平面図である。第３導電部材２０３の長さは５λ／４であり、第３導電部材２０３は、線状で、かつ、一部に切れ目２２３を有するループ状に形成された第３導電部２３を有する。また、切れ目２２１の外側には第２導電部２２が配置され、切れ目２２２の外側には第３導電部２３が配置されている。これにより、切れ目２２１の部分で漏洩したノイズが第２導電部２２で覆われ、切れ目２２２の部分で漏洩したノイズが第３導電部２３で覆われるため、ノイズの漏洩を防ぐことができる。

図２９に、変形例における、筐体３の筐体面のノイズ分布を示す。これにより、変形例に係る導電部材２を設けることで、ノイズの漏洩を防ぐことができる。

なお、図３０に示すように、図２７及び図２８で示した変形例に係る導電部材２を筐体３に複数接続してもよい。図３０は本発明の実施形態の変形例に係る導電部材２を含む駆動システムの概要図である。これにより、筐体３の筐体面において、ノイズを低減させる領域の面積を拡大させることができるため、筐体３からのノイズの漏洩を防ぐことができる。

なお図３１に示すように、導電部材２と筐体３との間に、コントローラ９を設けてもよい。図３１は本発明の実施形態の変形例に係る導電部材２及びコントローラ９を含む駆動システムの概要図である。コントローラ９は、パワーモジュール５に含まれるスイッチング素子をオン及びオフさせる制御信号を生成し、当該スイッチング素子に送信することで、パワーモジュール５を制御する。導電部材２と筐体３との間は、筐体３の筐体面において、ノイズが低減されている部分であるため、ノイズの影響を受けやすいコントローラ９を、導電部材２と筐体３との間に設けることで、コントローラ９がノイズの影響を受けることを防ぐことができる。

なお本例において、第１の導電部材２０１、第２の導電部材２０２、及び、第３の導電部材２０３のそれぞれの長さは、ｎλ／４であればよい。ただし、ｎは１以上の奇数である。また、第１導電部２１、第２導電部２２及び第３導電部２３は、多角形であってもよい。また、本例は、導電部材２を４つ以上、筐体３に接続してもよい。

なお、図２１、２４、２７に示す導電部材２において、筐体３との接続点から屈曲点までの長さは、導電部材２の他の部分に比べて（ノイズの波長λに比べて）無視できるほど小さい。そのため、本例は、実質的には、筐体３との接続点から開放端までの長さがｎλ／４になるよう規定されている。

上記コントローラ９が本発明に係る「制御装置」に相当する。

１００…電力変換装置
２…導電部材
２１…導電部（第１導電部）
２２…第２導電部
２３…第３導電部
２２１、２２２、２２３…切れ目
３…筐体
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
９…コントローラ
１１、１２…給電母線
１３…樹脂部
２００…直流電源
３００…電動機

Claims (7)

1. スイッチング素子のオン及びオフを切り換えて、入力される電力を変換して出力するパワーモジュールと、
   前記パワーモジュールを収納する、金属製の筐体と、
   前記筐体に接続された導電部材と、
   を備え、
   前記導電部材は、
   開放端からｎλ／４の長さの位置で前記筐体に接続されており、
   前記開放端からｍλ／４の長さの位置で分岐して前記筐体に接続されていることを特徴とする電力変換装置。
   ただし、“ｎ”は１以上の奇数、“λ”は前記スイッチング素子のオン及びオフの切り換えにより発生するノイズの波長であり、“ｍ”は１以上の奇数である。
2. スイッチング素子のオン及びオフを切り換えて、入力される電力を変換して出力するパワーモジュールと、
   前記パワーモジュールを収納する、金属製の筐体と、
   前記筐体に接続された導電部材と、
   を備え、
   前記導電部材は、
   開放端からｎλ／４の長さの位置で前記筐体に接続されており、
   線状で、かつ、一部に切れ目を有するループ状または多角形状に形成されていることを特徴とする電力変換装置。
   ただし、“ｎ”は１以上の奇数、“λ”は前記スイッチング素子のオン及びオフの切り換えにより発生するノイズの波長である。
3. スイッチング素子のオン及びオフを切り換えて、入力される電力を変換して出力するパワーモジュールと、
   前記パワーモジュールを収納する、金属製の筐体と、
   前記筐体に接続された導電部材と、
   を備え、
   前記導電部材は、
   開放端からｎλ／４の長さの位置で前記筐体に接続されており、
   線状で、かつ、一部に切れ目を有するループ状または多角形状に形成された第１の導電部材と、
   線状で、かつ、一部に切れ目を有するループ状または多角形状に形成され、前記第１の導電部材より長い第２の導電部材とを有し、
   前記第１の導電部材のループ状または多角形状に形成された部分、及び、前記第２の導電部材のループ状または多角形状に形成された部分は、それぞれの中心点を同一にして、同一平面に配置されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
   ただし、“ｎ”は１以上の奇数、“λ”は前記スイッチング素子のオン及びオフの切り換えにより発生するノイズの波長である。
4. 前記第２の導電部材のうち前記切れ目を有さない部分が、前記第１の導電部材のうち前記切れ目を有する部分の外側に配置されている
   ことを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
5. 前記パワーモジュールと電源とを接続する給電母線をさらに備え、
   前記ノイズの波長は、
   前記スイッチング素子のオン及びオフの切り換えにより、前記給電母線から放射される放射ノイズの周波数に応じて設定される
   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. 複数の前記導電部材が前記筐体に接続されている
   ことと特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
7. 前記パワーモジュールを制御する制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記導電部材と前記筐体との間に設けられている
   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。

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