WO2013080698A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2013080698A1
WO2013080698A1 PCT/JP2012/077104 JP2012077104W WO2013080698A1 WO 2013080698 A1 WO2013080698 A1 WO 2013080698A1 JP 2012077104 W JP2012077104 W JP 2012077104W WO 2013080698 A1 WO2013080698 A1 WO 2013080698A1
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power supply
power
metal housing
bus
feed
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PCT/JP2012/077104
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Inventor
賢太郎 秦
クライソン トロンナムチャイ
Original Assignee
日産自動車株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • the present invention relates to a power converter for driving a motor or the like for a vehicle, and more particularly to a power converter for reducing switching noise.
  • a so-called automotive power electronics system for obtaining mechanical energy from electric energy comprises mainly a battery for supplying DC power, a power converter such as an inverter for converting DC to AC, and power conversion. It consists of a motor that obtains a rotational force from the electrical output of the device.
  • the motor obtains a rotational force by an electromagnetic action by the AC power output from the power conversion device.
  • the power conversion device is connected to the battery by a shield line, and a switch group (power module) consisting of modularized power semiconductor elements and a capacitor are contained in the housing thereof.
  • a plate-like conductor (bus bar) is connected to connect the power module and the shield wire from the battery, and the capacitor is smoothed to absorb fluctuations in the input voltage of the power converter.
  • a capacitor is connected.
  • the smoothing capacitor is connected to a feed bus connecting the battery and the power conversion device, and partially suppresses voltage fluctuation due to switching.
  • a control circuit that controls the rotation of the motor by opening and closing a switch group made of a power semiconductor element exists inside the casing of the power conversion device.
  • the power converter of such a configuration generates AC power for converting DC power of the battery and obtaining rotational force of the motor by opening and closing the switch group in response to a signal from the control circuit.
  • switching noise occurs when opening and closing a switch inside.
  • This switching noise affects the listening of the on-vehicle radio mounted on the vehicle, for example, when the vehicle is mounted on a power conversion device, making it difficult to listen to the radio or generating offensive noise, In some cases, it is also feared that the operation of other digital devices mounted in the vehicle is adversely affected.
  • Patent Document 1 is disclosed as a technique for reducing a surge voltage due to switching.
  • a semiconductor device used for a power conversion device an electrode connected to the positive electrode side of the power supply and an electrode connected to the negative electrode side of the power supply are arranged in parallel, and the current flowing in each electrode was configured to be in the opposite direction.
  • the magnetic flux generated by the current is canceled to reduce the inductance, the surge voltage due to the switching is reduced.
  • the frequency of noise propagating from such an electrode to the metal housing is determined by the electrical characteristics including the size of the electrode. For example, when the dimension of each side in the case of a plate-like electrode is a, b, and the dielectric constant between the plates is ⁇ r, it can be expressed as the following equation (1).
  • this invention is proposed in view of the situation mentioned above, and it aims at providing a power converter which can reduce that a switching noise propagates to a metal case, and can reduce radiation noise. I assume.
  • the present invention accommodates a power module for converting DC power into AC power, first and second feed buses connecting the input terminal and the power module, and first and second feed buses and the power module. And a metal case. Then, the above-described problem is solved by substantially matching the capacitive coupling between the first power supply bus and the metal housing and the capacitive coupling between the second power supply bus and the metal housing.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a power conversion device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing the structure of the power conversion device according to the first embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the power conversion device according to the first embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 4 is a view showing a cross-sectional structure of the power conversion device according to the first embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 5 is a diagram showing noise transmitted to the metal casing among switching noises generated in the first feed bus and the second feed bus in the power conversion device according to the first embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a power conversion device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing the structure of the power conversion device according to the first embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a circuit configuration of
  • FIG. 6 is a view showing the relationship between the noise intensity and the balance of the electrical characteristics in the power conversion device according to the first embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 7 is a view showing a cross-sectional structure of the power conversion device according to the first embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 8 is a view showing a cross-sectional structure of a power conversion device according to a second embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 9 is a perspective view showing the structure of a power conversion device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing a cross-sectional structure of a power conversion device according to a third embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the structure of the power conversion device according to the fourth embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 12 is a plan view showing a structure of a power conversion device according to a fourth embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 13 is a view showing a cross-sectional structure of a power conversion device according to a fourth embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 14 is a view showing a cross-sectional structure of a power conversion device according to a fourth embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 15 is a view showing a cross-sectional structure of a power conversion device according to a fifth embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 16 is a perspective view for explaining the structure of the power conversion device according to the sixth embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 17 is a perspective view for explaining the structure of the power conversion device according to the seventh embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 18 is a view and a three-dimensional perspective view showing a cross-sectional structure of a power conversion device according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a view showing a cross-sectional structure of a power conversion device according to an eighth embodiment to which the present invention is applied.
  • FIG. 1 is a three-dimensional perspective view showing the structure of the power conversion device according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a plan view
  • FIG. 3 is a circuit diagram.
  • the power conversion device 1 includes a power module 4 that converts direct current power supplied from a direct current power supply 2 into alternating current power to drive a motor 3;
  • a first power supply bus 5 connecting the positive electrode side to the power module 4, a second power supply bus 6 connecting the negative electrode side of the DC power supply 2 to the power module 4, and a metal housing accommodating the power conversion device 1 7, smoothing capacitor 8 for smoothing DC power supplied from DC power supply 2, bus bar 9 connected to UVW phase of power module 4 and motor 3, DC power supply 2 and first and second feed buses, respectively.
  • a shield wire 10 connecting between 5 and 6 and a shield wire 11 connecting between the bus bar 9 and the motor 3 are provided.
  • first power supply bus 5 is connected to the shield wire 10 via the first input terminal 12 and is connected to the positive electrode of the DC power supply 2.
  • second power supply bus 6 is connected to the shield line 10 via the second input terminal 13 and connected to the negative electrode of the DC power supply 2.
  • the bus bar 9 is connected to the shield wire 11 via the output terminal 14.
  • the power conversion device 1 is connected between the DC power supply 2 and the motor 3, converts DC power supplied from the DC power supply 2 into AC power, and supplies the AC power to the motor 3.
  • an electric vehicle is described as an example in the present embodiment, the present invention is also applicable to a hybrid vehicle, and is also applicable to a power conversion device mounted on a device other than a vehicle.
  • the DC power supply 2 is, for example, a battery mounted on a vehicle, and is constituted of a plurality of batteries, and is connected to the first and second power supply buses 5 and 6 by a shield wire 10.
  • the motor 3 is, for example, a three-phase alternating current power motor or the like mounted on an electric vehicle, and the UVW phases are connected to the bus bars 9 by shield wires 11, respectively.
  • the power module 4 is a power conversion means for converting direct current power to alternating current power, and as shown in FIG. 3, performs power conversion from a plurality of switching elements for performing power conversion from direct current to three phase alternating current and from three phase alternating current to direct current. It is composed of a plurality of free wheeling diodes.
  • the first feed bus bar 5 is a feed means for connecting the first input terminal 12 and the power module 4 and is formed of a plate-like (flat plate) conductive member, and outputs the power output from the positive electrode side of the DC power supply 2 It is a power supply line for supplying power to the power module 4. In particular, it corresponds to the P-side power supply line in the inverter circuit constituting the power conversion device 1.
  • the second feed bus bar 6 is a feed means for connecting the second input terminal 13 and the power module 4 and is formed of a plate-like (flat plate) conductive member having the same structure as the first feed bus bar 5 It is a power supply line which supplies the power output from the negative electrode side of 2 to the power module 4. In particular, it corresponds to the N-side power supply line in the inverter circuit constituting the power conversion device 1.
  • the metal housing 7 is a metal storage container (storage means) for storing the entire power conversion device 1, in particular, the first and second power supply buses 5, 6 and the power module 4, and is shown in FIGS. Although not shown, in addition to the components, the control circuit and the drive circuit are accommodated inside.
  • the smoothing capacitor 8 is a capacitor for suppressing and smoothing the voltage fluctuation of the DC power supplied to the power module 4.
  • the bus bars 9 are three plate-shaped conductors, and are connected to the UVW phase of the motor 3 via the shield wires 11 respectively.
  • the shield wire 10 is an electric wire formed by coating a metal wire with a resin, and is composed of a pair of shield wires, and one shield wire is disposed between the positive electrode terminal of the DC power supply 2 and the first feeder bus 5 The other shield wire is connected between the negative terminal of the DC power supply 2 and the second feed bus 6.
  • Shield wire 11 is formed of three shield wires, and connects between bus bar 9 and motor 3 corresponding to the U phase, V phase, and W phase of motor 3, respectively.
  • the first power supply bus 5 and the second power supply bus 6 are arranged such that the distances to the metal housing 7 are the same or substantially the same.
  • the first power supply bus Capacitive coupling C1 between 5 and metal housing 7 can be matched or nearly matched with capacitive coupling C2 between second feed bus 6 and metal housing 7.
  • the first feed bus bar 5 and the second feed bus bar 6 are disposed opposite to each other in a plane having a large area, and are opposed to the metal casing 7 in a plane having a small area.
  • inductance component L when the respective feed buses 5, 6 are plate-like conductors and the mutual inductance component M (hereinafter referred to as inductive coupling) of the opposing conductors can be expressed by the following equation (3).
  • the electrical characteristics between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and the electrical characteristics between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 are given by the following equations (4), (4) Can be represented by ').
  • a and b represent a feed bus and a metal case.
  • FIG. 5 is a view showing the noise propagated to the metal casing 7 among the switching noise generated in the first feed bus 5 and the second feed bus 6 by the switching in the power module 4.
  • the solid line is a noise waveform in the case where the electrical characteristics between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 are equal to the electrical characteristics between the second power supply bus 6 and the metal housing 7
  • the dotted line indicates the noise waveform in the case where the electrical characteristics between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 are not equal to the electrical characteristics between the second power supply bus 6 and the metal housing 7. is there.
  • FIG. 6 shows the relationship between the noise intensity and the balance of electrical characteristics CL BAL when the waveforms of FIG. 5 are integrated by squaring.
  • Balance of electrical characteristics CL BAL is expressed by equation (5).
  • the noise intensity can be reduced by setting the balance CL BAL of at least the electrical characteristics to 2 or less. That is, the noise strength is low when the electrical characteristics between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and the electrical characteristics between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 are equal. The noise intensity is lowered when both of the capacitive coupling difference (C 1 -C 2) and the inductive coupling difference (L 1 -L 2) become smaller. That is, the switching surge can be reduced to reduce the propagation of noise to the metal housing 7.
  • the noise intensity can be reduced even if any of
  • the entire first feed bus 5 and the second feed bus 6 may be molded with a resin 17. Thereby, the first power supply bus 5 and the second power supply bus 6 can be easily fixed.
  • the capacitive coupling C1 between the first power supply bus 5 and the metal housing 7, the second power supply bus 6, and the metal housing 7 Since the capacitive coupling C2 between them is substantially matched, it is possible to reduce the propagation of the switching noise to the metal casing 7 and reduce the radiation noise.
  • the relationship between the distance between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and the distance between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 Since the capacitive coupling C1 between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and the capacitive coupling C2 between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 are made to substantially coincide by adjusting The propagation of the switching noise to the metal housing 7 can be reduced to reduce the radiation noise.
  • the first feed bus 5 and the second feed bus 6 are respectively formed of plate-like conductive members, and the first feed bus 5 and the second feed bus are formed. 6 are arranged opposite to each other in a plane having a large area, the inductive coupling between the first feed bus 5 and the second feed bus 6 is reduced, and the first feed bus 5 and the second feed bus are reduced. Switching noise generated in the bus 6 can be reduced.
  • the first power supply bus 5 and the second power supply bus 6 are arranged so as to face the metal housing 7 in a plane having a small area. It is possible to reduce the propagation of the switching noise generated in the first power supply bus 5 and the second power supply bus 6 to the metal housing 7 because the capacitive coupling between 7 and 7 is reduced.
  • the first feed bus 5 and the second feed bus 6 are molded with resin, the first feed bus 5 and the second feed bus 6 can be used. It can be easily fixed.
  • the quotient of the capacitive coupling obtained by dividing the difference between the capacitive coupling C1 and the capacitive coupling C2 by the sum of the capacitive coupling C1 and the capacitive coupling C2 is 2 or less.
  • the quotient of the inductive coupling obtained by dividing the difference between the inductive coupling L1 and the inductive coupling L2 by the sum of the inductive coupling L1 and the inductive coupling L2 is 2 or less.
  • the product of the quotient of capacitive coupling and the quotient of inductive coupling is made to be 2 or less, so the first feed bus 5 and the second feed bus 6 may be used. It is possible to reduce the propagation of the generated switching noise to the metal housing 7.
  • FIG. 8 is a view showing the cross-sectional structure of the portion shown by A in FIG. 1 described above.
  • the dielectric constant between the first feed bus bar 5 and the metal housing 7 and the distance between the second feed bus bar 6 and the metal housing 7 Capacitive coupling C1 between the first feed bus 5 and the metal housing 7 and capacitive coupling C2 between the second feed bus 6 and the metal housing 7 by adjusting the relationship with the dielectric constant. It is characterized in that it matches or almost matches.
  • the dielectric 21 or the magnetic body 22 is disposed between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and between the second power supply bus 6 and the metal housing 7.
  • the capacitive coupling C1 between the feed bus 5 and the metal housing 7 and the capacitive coupling C2 between the second feed bus 6 and the metal housing 7 are made to match or substantially match.
  • FIG. 8 the case where the distance between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 is shorter than the distance between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 is shown as an example.
  • the dielectric 21 is inserted between the first power supply bus 5 and the metal housing 7
  • the magnetic body 22 is inserted between the second power supply bus 6 and the metal housing 7.
  • the electrical characteristics between the feed bus 5 and the metal housing 7 and the electrical characteristics between the second feed bus 6 and the metal housing 7 are adjusted to be equal.
  • the distance between the first power supply bus 5 and the metal casing 7 may be shortened. Further, either the dielectric 21 or the magnetic body 22 is inserted into either the first feed bus 5 and the metal housing 7 or the second feed bus 6 and the metal housing 7. May be
  • the capacitive coupling C1 between the first power supply bus 5 and the metal housing 7, the second power supply bus 6, and the metal housing 7 Since the capacitive coupling C2 between them is substantially matched, it is possible to reduce the propagation of the switching noise to the metal casing 7 and reduce the radiation noise.
  • the dielectric constant between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and the dielectric constant between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 are substantially matched by adjusting the relationship Therefore, the propagation of the switching noise to the metal casing 7 can be reduced to reduce the radiation noise.
  • the dielectric or the magnetism between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 or between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 By arranging the body, the relationship between the dielectric constant between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and the dielectric constant between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 is adjusted. Thereby, capacitive coupling C1 between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and capacitive coupling C2 between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 can be made to substantially coincide with each other. The propagation of the switching noise to the metal housing 7 can be reduced to reduce the radiation noise.
  • FIG. 9 is a three-dimensional perspective view showing the structure of the power conversion device according to the present embodiment
  • FIG. 10 is a view showing the cross-sectional structure of a portion shown by B in FIG.
  • a single power module in the first embodiment is divided into a plurality of power modules 4a to 4f.
  • first feed bus bar 5 and the second feed bus bar 6 are formed of a plate-like conductive member and bent in an L-shape, and the wide flat surfaces 5a and 6a are disposed to face each other, and the area is small.
  • the flat surfaces 5 b and 6 b are disposed to face the metal casing 7.
  • the first power supply bus 5 and the second power supply bus 6 are connected to the power modules 4a to 4f by screws 31 at flat surfaces 5b and 6b having small areas, respectively.
  • first feed bus 5 and the second feed bus 6 are disposed to face each other in a plane having a large area, the mutual inductance is reduced, and the first feed bus 5 and the second feed bus 6 Switching noise can be reduced. Further, since the plate-like conductive members of the first feed bus 5 and the second feed bus 6 have a small area facing the metal casing 7, the capacitive coupling C1, C2 becomes small, and the first feed bus 5 and the metal The electrical characteristics between the housing 7 and the electrical characteristics between the second feed bus 6 and the metal housing 7 can be easily equalized.
  • the first feed bus bar 5 and the second feed bus bar 6 are respectively formed of plate-shaped conductive members, and the first feed bus bar 5 And the second feed bus 6 are arranged opposite to each other in a plane with a wide area, so that the inductive coupling between the first feed bus 5 and the second feed bus 6 becomes smaller, and the first feed bus It is possible to reduce switching noise generated in the fifth and second feed buses 6.
  • the first power supply bus 5 and the second power supply bus 6 are arranged so as to face the metal housing 7 in a plane having a small area. It is possible to reduce the propagation of the switching noise generated in the first power supply bus 5 and the second power supply bus 6 to the metal housing 7 because the capacitive coupling between 7 and 7 is reduced.
  • FIG. 11 is a three-dimensional perspective view showing the structure of the power conversion device according to the present embodiment
  • FIG. 12 is a plan view.
  • the power conversion device according to the present embodiment further includes a case conductive member 41 electrically connected to the metal case 7, and the case conductive member 41 and the metal case 7 Between the first power supply bus 5 and the second power supply bus 6.
  • FIG. 13 a cross-sectional structure of a portion shown by C in FIG. 11 is shown in FIG.
  • the case conductive member 41 is electrically connected to the metal case 7 by means of a mounting member 42 such as a screw.
  • a mounting member 42 such as a screw.
  • the first power supply bus 5 and the second power supply bus 6 are disposed between the housing conductive member 41 and the metal housing 7, and capacitive coupling between the first power supply bus 5 and the housing conductive member 41 is provided.
  • C1 and the capacitive coupling C2 between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 are configured to match or substantially match.
  • the distances may be substantially matched, or a magnetic body or a dielectric may be inserted.
  • first power supply bus 5 and the second power supply bus 6 are disposed between the housing conductive member 41 and the metal housing 7, the first power supply bus 5 and the housing conductive member 41 The electrical characteristics between them can easily be made to substantially coincide with the electrical characteristics between the second feed bus 6 and the metal housing 7.
  • the resin 43 may be molded. At this time, by changing the thickness to be molded by the resin 43 containing a dielectric between the metal casing 7 side and the casing conductive member 41 side, the electricity between the first power supply bus 5 and the casing conductive member 41 is obtained. And the electrical characteristics between the second feed bus 6 and the metal housing 7 are substantially matched. This can reduce the propagation of switching noise generated in the first and second feed buses 5 and 6 to the metal casing 7.
  • the casing conductive member 41 electrically connected to the metal casing 7 is further provided, and the casing conductive member 41 and the metal casing 7 Since the first power supply bus 5 and the second power supply bus 6 are disposed between them, the electrical characteristics between the first power supply bus 5 and the casing conductive member 41 can be It can easily be made to substantially match the electrical characteristics with the housing 7.
  • Fifth Embodiment a fifth embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. The detailed description of the same parts as those in the first to fourth embodiments described above will be omitted.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view for describing the structure of the power conversion device according to the present embodiment.
  • a case conductive member 41 is provided between the control device 51 for controlling the power module 4 and the first and second power supply buses 5 and 6. It is characterized by having arranged.
  • the control device 51 is a device for controlling ON and OFF of a switch inside the power module 4, and the case conductive member 41 is disposed between the first and second power supply buses 5 and 6. Therefore, the influence of switching noise from the first and second feed buses 5, 6 can be reduced.
  • the connection method of each part first, the first feed bus 5 and the positive electrode side of the power module 4 and the smoothing capacitor 8 are connected by the screw 52, and then the second feed bus 6 and the power module 4 and the smoothing capacitor 8 are connected. And the negative electrode side of the Then, the control device 51 is provided by arranging the first and second power supply buses 5, 6 between the metal housing 7 and the housing conductive member 41 and providing the through holes 54 in a part of the housing conductive member 41. And the power module 4 are connected.
  • the case conductive member 41 is provided between the control device 51 that controls the power module 4 and the first and second power supply buses 5 and 6. Can be reduced, thereby reducing the influence of switching noise from the first and second feed buses 5 and 6 on the control device 51.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the structures of first and second feed buses in the power conversion device according to the present embodiment.
  • the first feed bus 5 and the second feed bus 6 cross each other halfway, and are arranged at symmetrical positions with respect to the metal casing 7 It is characterized by The first and second feed buses 5, 6 having such a structure are applied to the above-described first to fifth embodiments.
  • the frequency shown in equation (1) can be changed to a higher frequency. It is possible to reduce the propagation of switching noise generated in the first feed bus 5 and the second feed bus 6 due to internal switching to the metal casing 7.
  • first and second feed buses 5, 6 face the metal casing 7 in a wide plane, but as shown in FIG. It may be made to face each other.
  • the first feed bus bar 5 and the second feed bus bar 6 cross each other in the middle and are located at symmetrical positions with respect to the metal housing 7. Being arranged, the capacitive coupling between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and the capacitive coupling between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 are easily made to substantially coincide with each other.
  • Can. Seventh Embodiment a seventh embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. The same parts as those in the first to sixth embodiments described above will not be described in detail.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining the structures of first and second feed buses in the power conversion device according to the present embodiment.
  • the first power supply bus 5 and the second power supply bus 6 are respectively constituted by a plurality of plate-like conductive members 5x, 5y, 6x, 6y.
  • the plate-like conductive members 5x, 5y, 6x, 6y are characterized in that they are disposed at symmetrical positions with respect to the metal casing 7.
  • the first and second feed buses 5, 6 having such a structure are applied to the above-described first to fifth embodiments.
  • the plate-like conductive members 5x, 5y, 6x, 6y in symmetrical positions with respect to the metal housing 7, the electrical characteristics between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 can be obtained. It is possible to easily make the electrical characteristics between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 approximately match. Thereby, it is possible to reduce the propagation of the switching noise generated in the first power supply bus 5 and the second power supply bus 6 by the switching in the power module 4 to the metal casing 7.
  • the first power supply bus 5 and the second power supply bus 6 are each formed of a plurality of plate-shaped conductive members, and each plate-shaped conductive member Are arranged in symmetrical positions with respect to the metal housing 7, so that capacitive coupling between the first power supply bus 5 and the metal housing 7, and between the second power supply bus 6 and the metal housing 7. Capacitive coupling can easily be made to substantially coincide.
  • FIG. 18 is a view showing the cross-sectional structure of the portion shown by A in FIG. 1 described above.
  • the area of the first feed bus 5 facing the metal housing 7 and the area of the second feed bus 6 facing the metal housing 7 By adjusting the relationship with the area, the capacitive coupling C1 between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and the capacitive coupling C2 between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 are matched. Or it is characterized by having made it substantially match.
  • the distances d1 and d2 are set in advance, and the relationship between the area S1 of the first power supply bus 5 facing the metal housing 7 and the area S2 of the second power supply bus 6 facing the metal housing 7 to match or substantially match the capacitive coupling C1 between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and the capacitive coupling C2 between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 be able to.
  • the dielectric constant between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and the second power supply bus 6 as shown in FIG.
  • the capacitive coupling C2 between them may be matched or substantially matched.
  • the capacitive coupling C1 between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and the capacitive coupling C2 between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 are matched or substantially matched.
  • the small plane of the area of the first and second feed buses 5 and 6 is opposed to the metal casing 7, but as shown in FIG. 19, the first and second feed buses 5 and 6 are shown.
  • the flat surface having a large area may be opposed to the metal casing 7.
  • this arrangement reduces the area in which the first feed bus bar 5 faces the second feed bus bar 6. Therefore, the plate-like conductive member 55 is disposed to face the second feed bus bar 6 in a plane having a large area, and the plate-like conductive member 55 is connected to the first feed bus bar 5. Thereby, the inductive coupling between the first feed bus 5 and the second feed bus 6 is reduced, and the switching noise generated in the first feed bus 5 and the second feed bus 6 can be reduced.
  • the capacitive coupling C1 between the first power supply bus 5 and the metal housing 7, the second power supply bus 6, and the metal housing 7 Since the capacitive coupling C2 between them is substantially matched, it is possible to reduce the propagation of the switching noise to the metal casing 7 and reduce the radiation noise.
  • the relationship between the area of the first power supply bus 5 facing the metal housing 7 and the area of the second power supply bus 6 facing the metal housing 7 is adjusted Since the capacitive coupling C1 between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and the capacitive coupling C2 between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 are made to substantially coincide with each other, switching The propagation of noise to the metal housing 7 can be reduced to reduce the radiation noise.
  • the relationship between the distance between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and the distance between the second power supply bus 6 and the metal housing 7 A relationship between the dielectric constant between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 and the dielectric constant between the second power supply bus 6 and the metal housing 7, and Capacitive coupling between the first power supply bus 5 and the metal housing 7 by adjusting the relationship between the area of the power supply bus 5 of 1 and the area of the second power supply bus 6 facing the metal housing 7 Since C1 and the capacitive coupling C2 between the second feed bus 6 and the metal housing 7 are made to substantially coincide with each other, propagation of switching noise to the metal housing 7 can be reduced to reduce radiation noise. it can.
  • the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and even if it is a form other than this embodiment, according to design etc., if it is a range which does not deviate from the technical idea concerning the present invention.
  • various modifications are possible.
  • the capacitive coupling C1 between the first feed bus 5 and the metal housing 7 and the capacitive coupling between the second feed bus 6 and the metal housing 7 make C2 almost match. Therefore, the propagation of the switching noise to the metal casing 7 can be reduced to reduce the radiation noise. Therefore, the power conversion device according to one aspect of the present invention is industrially applicable.

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Abstract

　本発明の電力変換装置１は、直流電力を交流電力に変換するパワーモジュール４と、入力端子１２、１３とパワーモジュール４とを接続する第１及び第２の給電母線５、６と、第１及び第２の給電母線５、６とパワーモジュール４とを収容する金属筐体７とを備え、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へ伝播することを低減して放射ノイズを低減する。

Description

電力変換装置
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　例えば、式（１）にａ＝０．３ｍ、ｂ＝０．０３ｍ、εｒ＝６．２５を入れると、（ｍ、ｎ）＝（２、０）の場合にｆ２０＝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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　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ＣＬＢＡＬとの間の関係を図６に示す。電気的特性のバランスＣＬＢＡＬは式（５）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　図６から分かるように、電気的特性のバランスＣＬＢＡＬ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ＣＬＢＡＬ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ＣＬＢＡＬ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 (17)

  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る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. 　前記金属筐体と導通している筐体導電部材をさらに設け、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１０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１～１１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１～１１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１～１３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  15. 　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１～１４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  16. 　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１５に記載の電力変換装置。
  17. 　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ることを特徴とする電力変換装置。
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