JPWO2020059337A1

JPWO2020059337A1 - フィルタ装置及び電力変換装置

Info

Publication number: JPWO2020059337A1
Application number: JP2020548091A
Authority: JP
Inventors: 勇作勝部; 船戸　裕樹; 裕樹船戸; 勲方田; 彩大前; 総徳錦見; 裕大久保
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2021-08-30
Anticipated expiration: 2039-08-06
Also published as: CN112703666B; WO2020059337A1; JP6961104B2; US11456675B2; US20220052616A1; CN112703666A; DE112019003456T5

Abstract

Ｙキャパシタまでの配線によるインダクタンスが大きいため、バスバー近くにＹキャパシタを配置する必要があり、Ｙキャパシタの配置自由度がない。
多芯ケーブル３００内の正極側配線３０１および負極側配線３０２を流れる電流の向きは、それぞれバスバー正極端子１１４およびバスバー負極端子１１５からＹキャパシタ正極端子２０１へ向かう方向３０１ａおよびＹキャパシタ負極端子２０２へ向かう方向３０２ｂである。一方、グランド配線３０３を流れる電流の向きは、Ｙキャパシタグランド端子２０３からグランド端子１１６へ向かう方向３０２ｂである。多芯ケーブル３００内の正極側配線３０１および負極側配線３０２を流れる電流により生じる磁束と多芯ケーブル３００内のグランド配線３０３を流れる電流により生じる磁束は互いに打ち消し合い、インダクタンスを小さく保つことができる。

Description

本発明は、フィルタ装置及び電力変換装置に関する。

電力変換装置のノイズ除去を目的として、フィルタ装置が組み込まれる。フィルタ装置として、例えば、電力変換装置内のインバータに接続されたバスバーからコンデンサを介してグランドに接地するＹキャパシタが用いられる。

Ｙキャパシタを高周波数まで機能させるために、バスバーからＹキャパシタまでの配線によるインダクタンスを極力小さくする必要があり、Ｙキャパシタはバスバーに近接して配置される。特許文献１では、対を成して平行に延伸するバスバーを、対を成すコンデンサを介して接地する構成とし、コンデンサは、対を成すバスバーに近接してバスバーを挟む位置に設けられる。

特開２００５−０１２９０８号公報

特許文献１に記載の技術では、Ｙキャパシタまでの配線によるインダクタンスが大きいため、バスバー近くにＹキャパシタを配置する必要があり、Ｙキャパシタの配置自由度がない。例えば、バスバーには大電流が流れて発熱するため、バスバー近くにＹキャパシタを配置する場合には、放熱装置を追加する必要があり、装置全体が大型化しコスト増大につながる。

本発明によるフィルタ装置は、Ｙキャパシタと、前記Ｙキャパシタの正極端子と正極バスバーを接続する正極側配線と、前記Ｙキャパシタの負極端子と負極バスバーを接続する負極側配線と、前記Ｙキャパシタのグランド端子と前記正極バスバーおよび前記負極バスバーの近傍に配設されたグランド接続部とを接続するグランド配線と、前記正極側配線と前記負極側配線と前記グランド配線とを束ねたケーブルと、を備え、前記Ｙキャパシタは前記ケーブルを介して前記グランド接続部、前記正極バスバー、および前記負極バスバーに接続される。
本発明によるフィルタ装置は、Ｙキャパシタと、前記Ｙキャパシタの正極端子と正極バスバーのバスバー正極接続部とを接続する正極側配線と、前記Ｙキャパシタの負極端子と負極バスバーのバスバー負極接続部とを接続する負極側配線と、前記Ｙキャパシタのグランド端子とフィルタ装置を収納する筐体に接続されたグランド接続部とを接続するグランド配線と、を備え、前記バスバー正極接続部、前記バスバー負極接続部、および前記グランド接続部は前記正極バスバーおよび前記負極バスバーの近傍に配置され、前記Ｙキャパシタは前記正極側配線、前記負極側配線、および前記グランド配線を束ねたケーブルを介して前記バスバー正極接続部、前記バスバー負極接続部、および前記グランド接続部に接続される。
本発明による電力変換装置は、フィルタ装置を備える電力変換装置であって、電力変換装置に用いられる制御回路と前記Ｙキャパシタとを実装した回路基板を備える。

本発明によれば、Ｙキャパシタまでの配線によるインダクタンスを小さくすることができ、Ｙキャパシタの配置自由度が上がり、バスバーの近くにＹキャパシタを配置する必要がなくなる。

電力変換装置の構成図である。Ｙキャパシタの構成を説明する図である。フィルタ装置の構成を説明する図である。多芯ケーブルの断面図である。Ｙキャパシタを実装した電力変換装置の一例を示す図である。多芯ケーブルの他の例を示す断面図である。（Ａ）（Ｂ）多芯ケーブルを固定する一例を示す図である。

［第１の実施形態]
図１は、電力変換装置１００の構成図である。
電力変換装置１００は、フィルタ装置１０１、コンデンサモジュール１０２、パワーモジュール１０３、ドライバ回路１０４、制御回路１０５、電流センサ１０６を備える。

バッテリ１２０は、車両の走行に必要な電気エネルギーを蓄えることによって、電力変換装置１００に直流電流を供給する。直流コネクタ１１１は、バッテリ１２０の直流電流を電力変換装置１００に入力するために使用されるコネクタである。

バッテリ１２０から供給された直流電流は、電力変換装置１００で３相交流に変換され、交流端子１０８より出力された３相交流によりモータジェネレータ１３０が駆動される。モータジェネレータ１３０の回転角の信号は信号線１０９を介して制御回路１０５へ入力される。また、制御回路１０５には、電流センサ１０６で検出された３相交流に流れる電流値が入力される。さらに、制御回路１０５には、制御コネクタ１１０を介して、図示省略した制御装置から駆動指令などが入力される。

制御回路１０５は、入力された指令などを処理して、ドライバ回路１０４に駆動信号を送信する。ドライバ回路１０４は、制御回路１０５からの駆動信号に基づいて、インバータ回路により構成されるパワーモジュール１０３を駆動する。

コンデンサモジュール１０２は、バッテリ１２０からの直流電流を平滑することにより安定して直流電流をパワーモジュール１０３へ供給する。

正極バスバー１１２は直流コネクタ１１１とコンデンサモジュール１０２とを接続する。負極バスバー１１３は直流コネクタ１１１とコンデンサモジュール１０２とを接続する。

フィルタ装置１０１は、Ｙキャパシタ２００と多芯ケーブル３００を備える。Ｙキャパシタ２００は、多芯ケーブル３００を介して正極バスバー１１２、負極バスバー１１３に接続される。

多芯ケーブル３００は、正極側配線３０１、負極側配線３０２、グランド配線３０３を備える。

Ｙキャパシタ２００は、Ｙキャパシタ正極端子２０１、Ｙキャパシタ負極端子２０２、Ｙキャパシタグランド端子２０３を有する。Ｙキャパシタ２００は、電力変換装置１００で発生するノイズが直流コネクタ１１１から出力されるのを防ぐために設けられる。

正極バスバー１１２および負極バスバー１１３の近傍には、バスバー正極端子１１４、バスバー負極端子１１５およびグランド端子１１６が配設されている。Ｙキャパシタ正極端子２０１は、多芯ケーブル３００の正極側配線３０１を介して、バスバー正極端子１１４に接続される。Ｙキャパシタ負極端子２０２は、多芯ケーブル３００の負極側配線３０２を介して、バスバー負極端子１１５に接続される。Ｙキャパシタグランド端子２０３は、多芯ケーブル３００のグランド配線３０３を介して、グランド端子１１６に接続される。グランド端子１１６は電力変換装置１００の金属筐体であるフレームグランドFGに接続される。

図２は、Ｙキャパシタ２００の構成を説明する図である。
Ｙキャパシタ２００は、Ｙキャパシタ正極端子２０１、Ｙキャパシタ負極端子２０２、Ｙキャパシタグランド端子２０３、正極側コンデンサ２０４、負極側コンデンサ２０５により構成される。正極側コンデンサ２０４の一端はＹキャパシタ正極端子２０１と接続され、他端はＹキャパシタグランド端子２０３に接続される。負極側コンデンサ２０５の一端はＹキャパシタ負極端子２０２と接続され、他端はＹキャパシタグランド端子２０３に接続される。Ｙキャパシタ正極端子２０１とＹキャパシタ負極端子２０２に入力されるコモンモードノイズ電流はＹキャパシタグランド端子２０３にバイパスし、直流コネクタ１１１からのノイズの出力を低減する。

図３は、フィルタ装置１０１の構成を説明する図である。Ｙキャパシタ２００を多芯ケーブル３００により正極バスバー１１２、負極バスバー１１３に接続した状態を示す。

多芯ケーブル３００は、正極側配線３０１、負極側配線３０２、グランド配線３０３を束ねて被覆部材で被覆して構成される。多芯ケーブル３００の正極側配線３０１、負極側配線３０２、グランド配線３０３は、それぞれＹキャパシタ２００のＹキャパシタ正極端子２０１、Ｙキャパシタ負極端子２０２、Ｙキャパシタグランド端子２０３とねじ止めにより固定される。同様に、多芯ケーブル３００の正極側配線３０１、負極側配線３０２、グランドｗ配線３０３は、それぞれバスバー正極端子１１４、バスバー負極端子１１５、グランド端子１１６とねじ止めにより固定される。また、グランド端子１１６は、バスバー正極端子１１４とバスバー負極端子１１５の間に位置するように配設される。そして、グランド端子１１６は電力変換装置１００の金属筐体であるフレームグランドFGに接続される。すなわち、正極側配線３０１とグランド配線３０３を近接させ、且つ、負極側配線３０２とグランド配線３０３を近接させる。これにより、後述のように正極側配線３０１および負極側配線３０２に流れる電流と、グランド配線３０３に流れる電流とは逆向きであるので、電流により生じる磁束が互いに打ち消し合い、インダクタンスを小さく保つことができる。

多芯ケーブル３００内の正極側配線３０１および負極側配線３０２を流れる電流の向きは、バスバー正極端子１１４とバスバー負極端子１１５に対し、グランド端子に流れる電流の向きを正とした場合、それぞれバスバー正極端子１１４およびバスバー負極端子１１５からＹキャパシタ正極端子２０１へ向かう方向３０１ａおよびＹキャパシタ負極端子２０２へ向かう方向３０２ｂである。一方、多芯ケーブル３００内のグランド配線３０３を流れる電流の向きは、Ｙキャパシタグランド端子２０３からグランド端子１１６へ向かう方向３０３ｃである。

図４は、多芯ケーブル３００の断面図である。多芯ケーブル３００内の正極側配線３０１および負極側配線３０２を流れる電流により生じる磁束Ａと多芯ケーブル３００内のグランド配線３０３を流れる電流により生じる磁束Ｂは互いに打ち消し合い、インダクタンスを小さく保つことができる。したがって、多芯ケーブル３００を長くしても低インダクタンスを保つことができ、Ｙキャパシタ２００の高周波性能を保つことが可能である。しかも、Ｙキャパシタ２００をフレキシブルな多芯ケーブル３００を介してバスバーと接続できるので、Ｙキャパシタ２００の配置自由度を上げることができる。

図５は、Ｙキャパシタ２００を実装した電力変換装置１００の一例を示す図である。
制御基板５０１は、制御回路１０５を搭載した基板である。制御回路１０５には、制御コネクタ１１０を介して、図示省略した制御装置から駆動指令などが入力される。さらに、制御基板５０１には、Ｙキャパシタ２００が搭載される。Ｙキャパシタ２００は、コネクタ５０２、多芯ケーブル３００を介して、バスバー正極端子１１４、バスバー負極端子１１５、グランド端子１１６と接続される。グランド端子１１６は電力変換装置１００の金属筐体であるフレームグランドFGに接続される。このように、Ｙキャパシタ２００は、正極バスバー１１２および負極バスバー１１３の熱の影響を受けないように、正極バスバー１１２および負極バスバー１１３から離れて配置される。

制御基板５０１において、制御基板５０１のグランド配線とＹキャパシタ２００のグランド端子２０３は、制御基板５０１上で接続されないように構成する。換言すれば、多芯ケーブル３００のグランド配線３０３は、制御基板５０１のグランド配線と接続及び接触しない構成とする。この構成により、多芯ケーブル３００のグランド配線３０３に流れる電流は制御基板５０１上を流れることなく、多芯ケーブル３００を通ってグランド端子１１６に流れる。この電流の流れによって、磁束の打消し効果を発揮し、インダクタンスを増加させずにＹキャパシタ２００を接続することができ、高周波性能を保つことができる。加えて、Ｙキャパシタ２００として制御基板５０１上の実装部品を用いることもでき、実装面積を小型化することが出来る。

多芯ケーブル３００の被覆部材３０４は、正極側配線３０１および負極側配線３０２とグランド配線３０３を束ねる機能を有するが、この構成に限らない。例えば、チューブに正極側配線３０１および負極側配線３０２とグランド配線３０３を通すことによって束ねる、テープで正極側配線３０１および負極側配線３０２とグランド配線３０３を一括で巻くことによって束ねる、正極側配線３０１および負極側配線３０２とグランド配線３０３を互いに撚ることにより束ねる、あるいは金属や樹脂のガイドや穴に挿入することにより束ねる、複数の結束バンドや接着材により束ねることができる。また、正極側配線３０１および負極側配線３０２とグランド配線３０３は密着するほど磁束の打消し効果が高くなる。

図６は、磁束の打消し効果を高めることができる、多芯ケーブル３００の他の例を示す断面図である。
多芯ケーブル３００は、正極側配線３０１と、負極側配線３０２と、正極側配線３０１および負極側配線３０２を囲む導電性のシールド層４０３と、被覆部材３０４とを備える。シールド層４０３は、グランド配線３０３を構成し、グランド端子１１６とＹキャパシタグランド端子２０３とを接続する。このように、グランド配線３０３をシールド層４０３に置き換えても、正極側配線３０１および負極側配線３０２と、シールド層４０３に流れる電流の向きは逆方向になるので、磁束が互いに打ち消し合い、インダクタンスを小さく保つことができる。この例では、正極側配線３０１および負極側配線３０２の表面のそれぞれ約半分がシールド層４０３に密接するので、シールド層４０３を用いない場合と比較して、磁束の打消し効果が増大する。また、シールド層４０３が正極側配線３０１および負極側配線３０２を覆っているため、シールド層４０３内部で発生する電界によるノイズ放射を防ぐことが可能になる。なお、シールド層４０３をグランド配線３０３とする例を説明したが、シールド層４０３とせずに、グランド配線３０３を複数本にして、正極側配線３０１および負極側配線３０２と共に被覆部材３０４で覆って多芯ケーブル３００を形成してもよい。

図７は、多芯ケーブル３００を固定する一例を示す図である。
図７（Ａ）は、電力変換装置１００の金属筐体７００の内壁に突設された２つの固定部７０１の間に多芯ケーブル３００を挟み込んで固定した例である。図７（Ｂ）は、電力変換装置１００の金属筐体７００の内壁に設けられたコの字状のクリップ７０２に多芯ケーブル３００を挟み込んで固定した例である。多芯ケーブル３００は、バスバー正極端子１１４およびバスバー負極端子１１５から熱を伝導している。図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、多芯ケーブル３００を金属筐体７００の内壁と密着させることにより、多芯ケーブル３００に伝わった熱を金属筐体７００へ放熱することができる。従って、バスバーからの熱による、多芯ケーブル３００および、多芯ケーブル３００に接続されるＹキャパシタ２００の性能低下を防ぐことが可能となる。なお、固定部７０１やクリップ７０２は、電力変換装置１００の金属筐体７００に突設された例で説明したが、金属筐体７００は少なくともフィルタ装置１０１が収納される筐体であればよい。

次に、フィルタ装置１０１の直列共振周波数について述べる。フィルタ装置１０１の直列共振周波数は、１．８MHｚ以下であることが望ましい。多芯ケーブル３００内の正極側配線３０１および負極側配線３０２を流れる電流の向きは、グランド配線３０３を流れる電流の向きと逆となり、磁束が打消しあう。このため、多芯ケーブル３００の折り曲げや金属筐体７００などの金属の影響を受けにくい。従って、多芯ケーブル３００は任意の位置に自由に設置でき、多芯ケーブル３００の長さでフィルタ装置１０１の直列共振周波数を調整することができる。例えば、AMラジオで使用されるCISPR25（「車載受信機保護のための妨害波の推奨限度値及び測定法」）で規定されるMW帯域(０．５３MHz-１．８MHzが、車載機器では特に課題となる。直列共振周波数を１．８ MHz以下とすることでMW帯域のノイズを遮断することが出来る。

本実施形態によれば、多芯ケーブル３００内の正極側配線３０１および負極側配線３０２に流れる電流と、多芯ケーブル３００内のグランド配線に流れる電流の向きが逆向きになるように構成することが出来る。これにより、各電流によって生じる磁束が打ち消しあう効果が生じ、インダクタンスが小さくなる。従って、多芯ケーブル３００を長くしても低インダクタンスを保つことができ、且つ、Ｙキャパシタ２００の高周波性能を保つことが可能であり、Ｙキャパシタ２００の配置自由度を上げることができる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）フィルタ装置１０１は、Ｙキャパシタ２００と、Ｙキャパシタ２００のＹキャパシタ正極端子２０１と正極バスバー１１２を接続する正極側配線３０１と、Ｙキャパシタ２００のＹキャパシタ負極端子２０２と負極バスバー１１３を接続する負極側配線３０２と、Ｙキャパシタ２００のＹキャパシタグランド端子２０３と正極バスバー１１２および負極バスバー１１３の近傍に配設されたグランド端子１１６とを接続するグランド配線３０３と、正極側配線３０１と負極側配線３０２とグランド配線３０３とを束ねた多芯ケーブル３００と、を備え、Ｙキャパシタ２００は多芯ケーブル３００を介してグランド端子１１６、正極バスバー１１２、および負極バスバー１１３に接続される。これにより、Ｙキャパシタ２００までの配線によるインダクタンスを小さくすることができ、Ｙキャパシタ２００の配置自由度が上がり、バスバーの近くにＹキャパシタ２００を配置する必要がなくなる。

（２）フィルタ装置１０１は、Ｙキャパシタ２００と、Ｙキャパシタ２００の正極端子２０１と正極バスバー１１２のバスバー正極端子１１４とを接続する正極側配線３０１と、Ｙキャパシタ２００の負極端子２０２と負極バスバー１１３のバスバー負極端子１１５とを接続する負極側配線３０２と、Ｙキャパシタ２００のグランド端子２０３とフィルタ装置１０１を収納する筐体に接続されたグランド端子１１６とを接続するグランド配線３０３と、を備え、バスバー正極端子１１４、バスバー負極端子１１５、およびグランド端子１１６は正極バスバー１１２および負極バスバー１１３の近傍に配置され、Ｙキャパシタ２００は正極側配線３０１、負極側配線３０２、およびグランド配線３０３を束ねた多芯ケーブル３００を介してバスバー正極端子１１４、バスバー負極端子１１５、およびグランド端子１１６に接続される。これにより、Ｙキャパシタ２００までの配線によるインダクタンスを小さくすることができ、Ｙキャパシタ２００の配置自由度が上がり、バスバーの近くにＹキャパシタ２００を配置する必要がなくなる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１００・・・電力変換装置、１０１・・・フィルタ装置、
１０２・・・コンデンサモジュール、１０３・・・パワーモジュール、
１０４・・・ドライバ回路、１０５・・・制御回路、
１０６・・・電流センサ、１１１・・・直流コネクタ、
１１２・・・正極バスバー、１１３・・・負極バスバー、
１１４・・・バスバー正極端子、１１５・・・バスバー負極端子、
１１６・・・グランド端子、２００・・・Ｙキャパシタ、
２０１・・・Ｙキャパシタ正極端子、２０２・・・Ｙキャパシタ負極端子、
２０３・・・Ｙキャパシタグランド端子、
３００・・・多芯ケーブル、３０１・・・正極側配線、
３０２・・・負極側配線、３０３・・・グランド配線。

Claims

Ｙキャパシタと、
前記Ｙキャパシタの正極端子と正極バスバーを接続する正極側配線と、
前記Ｙキャパシタの負極端子と負極バスバーを接続する負極側配線と、
前記Ｙキャパシタのグランド端子と前記正極バスバーおよび前記負極バスバーの近傍に配設されたグランド接続部とを接続するグランド配線と、
前記正極側配線と前記負極側配線と前記グランド配線とを束ねたケーブルと、を備え、
前記Ｙキャパシタは前記ケーブルを介して前記グランド接続部、前記正極バスバー、および前記負極バスバーに接続されるフィルタ装置。
請求項１に記載のフィルタ装置において、
前記正極側配線を前記正極バスバーへ接続するバスバー正極接続部と、
前記負極側配線を前記負極バスバーへ接続するバスバー負極接続部と、を備え、
前記グランド接続部は、前記バスバー正極接続部と前記バスバー負極接続部との間に配設されるフィルタ装置。
請求項１に記載のフィルタ装置において、
前記ケーブルは、前記正極側配線および前記負極側配線を囲む導電性のシールド層を備え、
前記シールド層は、前記グランド配線を構成するフィルタ装置。
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のフィルタ装置において、
前記フィルタ装置を収納する筐体を備え、
前記グランド接続部は前記筐体と接続されるフィルタ装置。
請求項４に記載のフィルタ装置において、
前記ケーブルを固定し、前記ケーブルを前記筐体の内壁に接触させる固定部を備えるフィルタ装置。
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のフィルタ装置を備える電力変換装置において、
前記電力変換装置に用いられる制御回路と前記Ｙキャパシタとを実装した回路基板を備える電力変換装置。
Ｙキャパシタと、
前記Ｙキャパシタの正極端子と正極バスバーのバスバー正極接続部とを接続する正極側配線と、
前記Ｙキャパシタの負極端子と負極バスバーのバスバー負極接続部とを接続する負極側配線と、
前記Ｙキャパシタのグランド端子とフィルタ装置を収納する筐体に接続されたグランド接続部とを接続するグランド配線と、を備え、
前記バスバー正極接続部、前記バスバー負極接続部、および前記グランド接続部は前記正極バスバーおよび前記負極バスバーの近傍に配置され、前記Ｙキャパシタは前記正極側配線、前記負極側配線、および前記グランド配線を束ねたケーブルを介して前記バスバー正極接続部、前記バスバー負極接続部、および前記グランド接続部に接続されるフィルタ装置。