JP6942822B2 - フィルタ回路装置及びそれを備えた電力変換装置 - Google Patents

Description

フィルタ回路装置及びそれを備えた電力変換装置に係り、特に電動車両に用いられるフィルタ回路装置及びそれを備えた電力変換装置に係る。

電気自動車やハイブリッド自動車においては、バッテリの電力により走行用回転電機を駆動するための電力変換装置を搭載している。電気自動車あるいはハイブリッド自動車用の電力変換装置においては、居住スペースの確保などの観点から、装置の小型化に対する要求が強い。

装置の小型化とともに部品が集積化され、部品間に送受する可能性があるノイズの伝播を抑制する必要が生じる。そのために、電力を伝送する導体にコア部材を含むフィルタ装置を備える場合がある（特許文献１）。

しかしながら、自動車の電動化が急速に進む中ではノイズ抑制機能を維持又は向上させながら装置の小型化を図ることが更に求められている。

特開２０１６−０２４９３９号公報

本発明の課題は、ノイズ抑制機能を維持又は向上させながら装置の小型化を図ることである。

本発明に係るフィルタ回路装置は、第１貫通孔を形成する第１コア部材と、第２貫通孔を形成する第２コア部材と、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔を通る第１導体と、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔を通る第２導体と、コンデンサと、前記第１導体と前記コンデンサを電気的に接続する第１端子と、前記第２導体と前記コンデンサを電気的に接続する第２端子と、を備え、前記第１貫通孔から前記第２貫通孔までの前記第１導体及び前記第２導体において、前記第１導体と前記第２導体との対向部を有し、前記第１端子は、前記第１導体の対向面とは反対側面を押圧して接触し、前記第２端子は、前記第２導体の対向面とは反対側面を押圧して接触する。

本発明により、ノイズ抑制機能を維持又は向上させながら装置の小型化を図ることができる。

本実施形態に係る電力変換装置１００の外観斜視図である。 本実施形態に係る電力変換装置１００の分解斜視図である。 本実施形態に係るフィルタ回路装置８００の斜視図である。 本実施形態に係るフィルタ回路装置８００の分解斜視図である。 図３に示すＡ―Ａ断面の矢印方向からフィルタ回路装置８００を切断した断面の断面図である。 図５に示されたフィルタ回路装置８００の断面図の範囲Ｃの拡大図である。 図３に示すＢ―Ｂ断面の矢印方向からフィルタ回路装置８００を切断した断面の断面図である。 図７に示されたフィルタ回路装置８００の断面図の範囲Ｄの拡大図である。 図３に示す方向Ｅの矢印方向から見た、フィルタ回路装置８００の背面図である。 図９に示すＦ―Ｆ断面の矢印方向からフィルタ回路装置８００を切断した断面の断面図である。 図９に示すＧ―Ｇ断面の矢印方向からフィルタ回路装置８００を切断した断面の断面図である。 図３に示す方向Ｈの矢印方向から見た、フィルタ回路装置８００の上面図である。 フィルタ回路装置８００において図１２に示される範囲Ｉの部分拡大図である。 第１コア部材８１４と第２コア部材８１６と直流用導体部８１０を組んだ状態の正面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る電力変換装置の実施の形態について説明する。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

図１は、本実施形態に係る電力変換装置１００の外観斜視図である。図２は、本実施形態に係る電力変換装置１００の分解斜視図である。

パワー半導体モジュール３００は、パワー半導体素子を複数有し、パワー半導体素子のスイッチング動作により直流電力を交流電力に変換する。コンデンサモジュール２３０は、直流電力を平滑化し、平滑化された直流電力をパワー半導体モジュール３００に供給する。

強電直流用コネクタ２４０は、バッテリからの直流電力を後述するフィルタ回路装置８００に伝達する。交流電流用導体部４００は、モータに交流電力を供給する。

駆動回路基板５１０は、パワー半導体素子を駆動するための駆動信号を演算し、さらにパワー半導体モジュール３００に出力する。弱電信号用コネクタ２５０は、統合制御回路部等と制御回路基板５００を繋ぎ、制御指令信号等を送受信する。制御回路基板５００は、制御指令信号に基づき駆動回路基板５１０を制御するための制御信号を生成し、さらに駆動回路基板５１０に出力する。

金属ベース２８０は、制御回路基板５００と駆動回路基板５１０の間に配置される。金属ベース２８０は、グランドに接地された筐体ケース２００に接続される。金属ベース２８０は、パワー半導体モジュール３００や駆動回路基板５１０等から発生するノイズを遮蔽する遮蔽板と機能する。

励磁用コネクタ２６０は、筐体ケース２００に接続され、励磁回路モジュール６００に励磁信号を伝達する。

本実施形態では、筐体ケース２００にネジ穴を設け、励磁用コネクタ２６０をネジによって筐体ケース２００に接続されるが、その他の方法で接続されても良い。

フィルタ回路カバー２９０は、フィルタ回路装置８００を覆うように、筐体ケース２００に接続される。放電抵抗７００は、コンデンサモジュール２３０に溜まった電荷を放電する。

筐体ケース２００は、一方側の空間（図２では電力変換装置１００の下部領域）にコンデンサモジュール２３０を収納し、他方側の空間に（図２では電力変換装置１００の上部領域）に上述した他の電気回路部品を収納する。

冷媒流入用パイプ２１０ＩＮ及び冷媒流出用パイプ２１０ＯＵＴは、筐体ケース２００に組み付けられ、冷媒を流入または流出させる。

筐体下部カバー２２０及び筐体上部カバー２７０は、筐体ケース２００に各部品を収納した後に組み付けられる。

図３は、本実施形態に係るフィルタ回路装置８００の全体斜視図である。図４は、本実施形態に係るフィルタ回路装置８００の分解斜視図である。

フィルタ回路装置８００は、直流用導体部８１０と、コンデンサ回路部８５０と、から構成されている。

図４に示されるように、直流用導体部８１０は、第１導体８１１と、第２導体８１２と、第１貫通孔８１３を形成する第１コア部材８１４と、第２貫通孔８１５を形成する第２コア部材８１６と、第１導体８１１とコンデンサ回路部８５０を電気的に接続するための第１端子８１７と、第２導体８１２とコンデンサ回路部８５０を電気的に接続するための第２端子８１８と、樹脂製固定部８１９と、によって構成される。

第１導体８１１は、第１貫通孔８１３及び第２貫通孔８１５の双方を通る。第２導体８１２は、第１貫通孔８１３及び第２貫通孔８１５の双方を通る。

コンデンサ回路部８５０は、第１コモンモード用コンデンサ８５１と、第２コモンモード用コンデンサ８５２と、２つのノーマルノイズ用コンデンサ８５３と、によりノイズ抑制部を構成する。またコンデンサ用ケース８５４は、各コンデンサを収納する空間を形成する。

本実施形態では、コンデンサ用ケース８５４へ第１コモンモード用コンデンサ８５１と、第２コモンモード用コンデンサ８５２と、２つのノーマルノイズ用コンデンサ８５３を収納し、各コンデンサを１つにまとめた形状をしているが、コンデンサ用ケース８５４を複数使用し各コンデンサを２つ以上にまとめた形状にしても良い、またはコンデンサ用ケース８５４以外の方法でまとめても良い。

第１中継端子８５５は、第１端子８１７と各コンデンサとの間を電気的に接続する。第２中継端子８５６は、第２端子８１８と各コンデンサとの間を電気的に接続する。接地用端子８５７は、ノーマルノイズ用コンデンサ８５３を接地する。

コンデンサ用カバー８５８は、コンデンサ用ケース８５４の開口部に塞ぐための蓋として機能する。

本実施形態では静電容量が違う第１コモンモード用コンデンサ８５２と第２コモンモード用コンデンサ８５３の２つが配置されているが、コモンモード用コンデンサの数を２つ未満にしていても良く、または３つ以上にしても良い。

図５は、図３に示すＡ―Ａ断面の矢印方向からフィルタ回路装置８００を切断した断面の断面図である。

図５に示すように、第１貫通孔８１３及び第２貫通孔８１５を通る第１導体８１１及び第２導体８１２は、それぞれの主面が対向する対向部８２０を有している。ここで、第１導体８１１の主面及び第２導体８１２の主面とは、他の面に比して表面積が大きい面を指す。

図６は、図５に示されたフィルタ回路装置８００の断面図の範囲Ｃの拡大図である。

第１端子８１７は、第１導体８１１の対向面８２１とは反対側面８２２を押圧し、第１導体８１１に接触している。

本実施形態では、第１端子８１７は、ばね板状部材が用いられ、樹脂製固定部８１９と第１導体８１１の差し込み空間８２３に第１端子８１７を差し込まれる。第１端子８１７が差し込み空間８２３に差し込まれる際に生じる反力によって、第１端子８１７を第１導体８１１の反対側面８２２に押圧している。第１端子８１７を別部材によって第１導体８１１へ押圧するといった、別手段によって押圧されていても良い。

図７は、図３に示すＢ―Ｂ断面の矢印方向からフィルタ回路装置８００を切断した断面の断面図である。図８は、図７に示されたフィルタ回路装置８００の断面図の範囲Ｄの拡大図である。

第２端子８１８は、第２導体８１２の対向面８２４とは反対側面８２５に押圧し、第２導体８１２に接触している。

本実施形態では、第２端子８１８は、ばね板状部材を用いられ、樹脂製固定部８１９と第２導体８１２の差し込み空間８２６に第２端子８１８を差し込まれる。第２端子８１８が差し込み空間８２６に差し込まれる際に生じる反力によって、第２端子８１８を第２導体８１２の反対側面８２５に押圧している。第２端子８１８を別部材によって第２導体８１２へ押圧するといった、別手段によって押圧されていても良い。

ここで、本実施形態に係る発明の原理を説明する。第１導体８１１や第２導体８１２等の導体に電気が流れた場合、導体の周辺には磁界が発生し、発生した磁界によってノイズが発生する。

一方、導体が第１コア部材８１４と第２コア部８１６のコアを貫通すると、コアがインダクタを構成する。インダクタは、周波数の高い成分に対してインピーダンスが高くなる。そのため周波数の高いノイズ成分は通りにくくなり、ローパスフィルタとしての性能を持つ。

本実施形態では、第１コア部材８１４と第２コア部材８１６に、第１導体８１１と第２導体８１２を貫通させている。つまり第１コア部材８１４と第２コア部材８１６が二重にノイズフィルタを形成させることにより、ノイズ除去の性能を向上させている。

電力変換装置は、軽量化や小型化や低コスト化が望まれ、電力変換装置内に収納されるノイズフィルタは、高いノイズ除去能力を有しつつ、軽量小型かつ低コストであることが求められる。

本実施形態では、ノイズ除去能力を確保しながら小型なコアを使用し、またコアに貫通する導体は大きなスタッド等の大きな締結部品を組み付けてないものを使用する。大きなスタッド等を組付けない理由は、部品点数増加による重量の増加、スペース及びコストの増加を防ぐためである。また部品点数が削減できることにより、組立工程数の削減にもなり、組立性向上とコスト低減につながる。

またコアを使用する以外に、他のノイズを除去する手段として、コンデンサがある。コンデンサは、周波数が低い成分に対してインピーダンスが高くなる。そのため周波数が低いノイズ成分は通りにくくなり、ハイパスフィルタとしての性能を持つ。本実施形態では、容量の異なるコンデンサを複数使用し、任意の低周波域のノイズ除去の性能を向上させている。

導体同士を接続する手段として、押圧がある。第１導体８１１及び第２導体８１２は、第１導体８１１と第２導体８１２との対向部８２０を有しており、対向部８２０とは反対側面（第１導体８１１の反対側面８２２、第２導体８１２の反対側面８２５）第１端子８１７及び第２端子８１８を押圧させている。

本実施形態により、非分割タイプのコアを使用できる構造にしても、ノイズ除去能力を低下せず、部品点数削減により、軽量化、小型化、低コスト化、組立性向上につながる。

図９は、図３に示す方向Ｅの矢印方向から見た、フィルタ回路装置８００の背面図である。図１０は、図９に示すＦ―Ｆ断面の矢印方向からフィルタ回路装置８００を切断した断面の断面図である。図１１は、図９に示すＧ―Ｇ断面の矢印方向からフィルタ回路装置８００を切断した断面の断面図である。

図１０に示されるように、第１端子８１７は、第１押圧部材８２７によって第１導体８１１の反対側面８２２に押圧される。また図１１に示されるように、第１端子８１７と同様に、第２端子８１８は、第２押圧部材８２８によって第２導体８１８の反対側面８２５に押圧される。

第１押圧部材８２７及び第２押圧部材８２８は、例えばネジ機構であるが、第１端子８１７及び第２導体８１８を押圧することができれば他の部材であってもよい。

図１２は、図３に示す方向Ｈの矢印方向から見た、フィルタ回路装置８００の上面図である。また図１２は、第１導体８１１の対向面８２１の直角方向から見た図でもある。

図１２に示すように、第１端子８１７と第２端子８１８は、互いに重ならない位置に配置され、コンデンサ回路部８５０の一部が第１端子８１７と第２端子８１８の間に挟まれる位置に配置される。

組立時の工程を削減し組立性を向上させる１つの手段として、第１押圧部材８２７や第２押圧部材８２８のネジの挿入向きの統一が挙げられる。

本実施形態では、対向面８２１の直角方向から見た向きでフィルタ回路装置８００を電力変換装置の筐体ケース挿入しネジ締結する構造となっている。これにより、筐体ケースの向きを変更することなくネジ締結を行うことができ、組立性を向上させることができる。

また部品配置の省スペース化の１つの手段として、デッドスペースの削減が挙げられる。本実施形態では、筐体ケースにフィルタ回路装置８００を収納するスペースが限られており、また使用するコンデンサにも寸法制約あり、コンデンサ回路部８５０は可能な限りデッドスペースを作らない配置が必要となっている。

図１２に示すように、第１コア部材８１４と第２コア部材８１６の間にあるデッドスペースへコンデンサ回路部８５０を侵入させつつ、コンデンサ回路部８５０を第１端子８１７と第２端子８１８の間に挟まれる位置に配置させることにより、デッドスペースを削減することができる。

図１３は、フィルタ回路装置８００において図１２に示される範囲Ｉの部分拡大図である。

実施形態では、コンデンサ回路部８５０にコンデンサをまとめた構造となっており、また使用するコンデンサの端子部は円柱状のリード線となっている。容易にコンデンサと電気的接続をするには、コンデンサ端子部と溶接または半田による接続が挙げられるが、外力が加わることによる溶接部またははんだ部のクラックを防ぐ構造が必要となる。そこで本実施形態では、コンデンサ回路部８５０を組立てる際に、第１コンデンサ側端子８５９及び第２コンデンサ側端子８６０を組み込み、溶接あるいははんだによって電気的接続を確保し、溶接部あるいははんだ部に外力が加わりにくい構造となっている。

第１端子８１７は、第１コンデンサ側に近い側に設けられる第１コンデンサ側端子８５９と、第１コンデンサ側端子８５９とは別部材で形成されかつ第１導体８１１に接触する第１導体側端子８２９と、により構成される。

また第２端子８１８は、第２コンデンサ側に近い側に設けられる第２コンデンサ側端子８６０と、第２コンデンサ側端子８６０とは別部材で形成されかつ第２導体８１２に接触する第２導体側端子８３０と、により構成される。

図１４は、第１コア部材８１４と第２コア部材８１６と直流用導体部８１０を組んだ状態の正面図である。

樹脂製固定部８１９は、第１コア部材８１４と第２コア部材８１６と第１導体８１１と第２導体８１２と第１導体側端子８２９と第２導体側端子８３０を支持する。

これにより各部品を１つのサブアッセンブリ部品としてまとめることにより組立性向上を図ることができる。また樹脂製固定部８１９は、電流が流れる第１導体８１１と第２導体８１２と第１導体側端子８２９と第２導体側端子８３０をそれぞれ絶縁し、かつ短絡を防ぐ働きも備えている。

１００…電力変換装置、２００…筐体ケース、２１０ＩＮ…冷媒流入用パイプ、２１０ＯＵＴ…冷媒流出用パイプ、２３０…コンデンサモジュール、２４０…強電直流用コネクタ、２５０…弱電信号用コネクタ、２６０…励磁用コネクタ、２８０…金属ベース、２９０…フィルタ回路カバー、３００…パワー半導体モジュール、４００…交流電流用導体部、５００…制御回路基板、５１０…駆動回路基板、７００…放電抵抗、８００…フィルタ回路装置、８１０…直流用導体部、８１１…第１導体、８１２…第２導体、８１３…第１貫通孔、８１４…第１コア部材、８１５…第２貫通孔、８１６…第２コア部材、８１７…第１端子、８１８…第２端子、８１９…樹脂製固定部、８２０…対向部、８２１…対向面、８２２…反対側面、８２３…差し込み空間、８２５…反対側面、８２６…差し込み空間、８２７…第１押圧部材、８２８…第２押圧部材、８２９…第１導体側端子、８３０…第２導体側端子、８５０…コンデンサ回路部、８５１…第１コモンモード用コンデンサ、８５２…第２コモンモード用コンデンサ、８５３…ノーマルノイズ用コンデンサ、８５４…コンデンサ用ケース、８５５…第１中継端子、８５６…第２中継端子、８５７…接地用端子、８５８…コンデンサ用カバー、８５９…第１コンデンサ側端子、８６０…第２コンデンサ側端子

Claims (7)

1. 第１貫通孔を形成する第１コア部材と、
   第２貫通孔を形成する第２コア部材と、
   前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔を通る第１導体と、
   前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔を通る第２導体と、
   コンデンサと、
   前記第１導体と前記コンデンサを電気的に接続する第１端子と、
   前記第２導体と前記コンデンサを電気的に接続する第２端子と、を備え、
   前記第１貫通孔から前記第２貫通孔までの前記第１導体及び前記第２導体において、前記第１導体と前記第２導体との対向部を有し、
   前記第１端子は、前記第１導体の対向面とは反対側面を押圧して接触し、
   前記第２端子は、前記第２導体の対向面とは反対側面を押圧して接触するフィルタ回路装置。
2. 請求項１に記載されたフィルタ回路装置であって、
   前記第１端子を前記第１導体に押圧する第１押圧部材と、
   前記第２端子を前記第２導体に押圧する第２押圧部材と、を備えるフィルタ回路装置。
3. 請求項１または２に記載されたフィルタ回路装置であって、
   前記第１導体の対向面の直角方向から見た場合、
   前記第１端子と前記第２端子は、互いに重ならない位置に配置され、
   前記コンデンサは、前記第１端子と前記第２端子の間に挟まれる位置に配置されるフィルタ回路装置。
4. 請求項１ないし３に記載されたいずれかのフィルタ回路装置であって、
   前記第１端子は、前記コンデンサ側に近い側に設けられる第１コンデンサ側端子と、当該第１コンデンサ側端子とは別部材で形成されかつ前記第１導体に接触する第１導体側端子と、により構成され、
   前記第２端子は、前記コンデンサ側に近い側に設けられる第２コンデンサ側端子と、当該第２コンデンサ側端子とは別部材で形成されかつ前記第２導体に接触する第２導体側端子と、により構成されるフィルタ回路装置。
5. 請求項４に記載されたフィルタ回路装置であって、
   前記第１コア部材と前記第２コア部材と前記第１導体と前記第２導体と前記第１導体側端子と前記第２導体側端子を支持する樹脂製固定部を備えるフィルタ回路装置。
6. 請求項１ないし５に記載されたいずれかのフィルタ回路装置を備えた電力変換装置であって、
   直流電力を交流電力に変換するパワー半導体モジュールと、
   前記直流電力を平滑化するコンデンサモジュールと、を備え、
   前記フィルタ回路装置は、前記コンデンサモジュールに供給される直流電力のノイズを除去する電力変換装置。
7. 請求項６に記載された電力変換装置であって、
   前記パワー半導体モジュールと前記フィルタ回路装置を収納する空間を形成する筐体と、
   前記パワー半導体モジュールと前記フィルタ回路装置の間の空間に配置されかつ前記筐体に接続されるカバーと、を備える電力変換装置。

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