WO2019082364A1 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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WO2019082364A1
WO2019082364A1 PCT/JP2017/038802 JP2017038802W WO2019082364A1 WO 2019082364 A1 WO2019082364 A1 WO 2019082364A1 JP 2017038802 W JP2017038802 W JP 2017038802W WO 2019082364 A1 WO2019082364 A1 WO 2019082364A1
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WO
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case
power module
noise
conversion device
frequency band
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Application number
PCT/JP2017/038802
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English (en)
French (fr)
Inventor
圭史 小柳津
康紀 北島
百瀬　友昭
Original Assignee
日産自動車株式会社
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Publication date
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Priority to PCT/JP2017/038802 priority patent/WO2019082364A1/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
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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
    • 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
    • H02M7/42—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

Definitions

  • the present invention relates to a power converter.
  • the conductive case includes an electrically conductive case having an opening, and a multilayer printed wiring board on which at least one layer is a GND plane.
  • a multilayer printed wiring board is assembled on a surface to form a closed space, and a circuit portion is accommodated in the closed space (Patent Document 1).
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a power converter that suppresses noise in a predetermined frequency band.
  • the present invention includes a power module and a metal case for accommodating the power module in a plurality of case surfaces, and the level of noise generated by the operation of the switching element is less than or equal to a predetermined value in a predetermined frequency band.
  • a recess or a protrusion is provided in a predetermined range of either the case surface or the resin tray supporting the power module so that the resonance point is out of the predetermined frequency band, and the coupling capacitance between the case surface and the conductive portion Set
  • the said electroconductive part is a part which has electroconductivity among the components or power modules accommodated in a case.
  • the coupling capacitance between the case surface and the conductive portion is suppressed, and the resonance point of noise is shifted from the predetermined frequency band, so that noise in the predetermined frequency band can be suppressed.
  • FIG. 1 is a plan view of the power conversion device according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a plan view showing the bottom of the power module, the smoothing capacitor, and the outer case.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the power conversion device according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a power conversion device according to a comparative example.
  • FIG. 6 is a graph showing noise characteristics of the power conversion device according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a graph showing noise characteristics of the power conversion device according to the comparative example.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a power conversion device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a power conversion device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a plan view of a power conversion device 100 according to this embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG.
  • FIG. 1 represents the top view of the power converter device 100 in the state which abbreviate
  • Power converter 100 is mounted on a vehicle such as an electric car or a hybrid vehicle, is connected between a battery and a motor, and converts power between the battery and the motor.
  • Power conversion device 100 may be mounted not only on a vehicle but also on another device.
  • Power converter 100 includes power module 10, power module case (PM case) 11, bus bar 20, smoothing capacitor 30, smoothing capacitor case (capacitor case) 31, cooler 40, resin tray 50, flow path 60, external A case 70 is provided.
  • the power module 10 When the power converter 100 is viewed from the top surface 71 to the bottom surface 73 of the outer case 70, the power module 10 is disposed in the area on the left side of the bottom surface 73, and the smoothing capacitor 30 is in the area on the right side of the bottom surface 73. It is arranged.
  • the bottom surface 73 is a reference plane, the heights of the power module 10, the cooler 40, the resin tray 50, and the flow passage 60 are higher in the order of the flow passage 60, the resin tray 50, the cooler 40, and the power module 10. Each part is stacked to become.
  • the respective components are stacked so that the heights of the smoothing condenser 30, the resin tray 50, and the flow path 60 become higher in the order of the flow path 60, the resin tray 50, and the smoothing condenser 30.
  • the resin tray 50 is disposed above the bottom surface 73 via the flow path 60.
  • the power module 10 and the smoothing capacitor 30 are disposed on the resin tray 50.
  • the power module 10 is a component in which an inverter circuit, a drive circuit, and the like are modularized.
  • the inverter circuit is a circuit in which a plurality of switching elements are connected in series in each phase of UVW, converts input power by the switching operation of the switching elements, and outputs the converted power.
  • the switching element is a transistor such as an IGBT or a MOSFET.
  • the power module 10 is formed in a rectangular parallelepiped shape, and the power module 10 is installed on the cooling surface of the cooler 40 such that the bottom surface 10a of the power module 10 faces the bottom surface 73 of the cooler.
  • the bottom surface 10a of the power module 10 corresponds to a mounting surface of a circuit element such as a switching element, and has conductivity due to a metal member, solder or the like contained in the element.
  • the bottom surface 10a is a conductive portion of the power module 10 having conductivity.
  • the PM case 11 is a case for housing the power module 10.
  • the PM case 11 is formed of resin or the like.
  • the bus bar 20 is a transmission path that electrically connects the circuit elements in the power conversion device 100, and is formed of a plate-like member made of metal.
  • the bus bar 20 is bent in accordance with the layout of the power module 10 and the smoothing capacitor 30.
  • the bus bar 20 has a metal plate 21 connecting between an output terminal (not shown) and the power module 10, and a metal plate 22 connecting between the power module 10 and the smoothing capacitor 30.
  • the metal plate 21 is composed of three metal plates corresponding to the respective phases of UVW.
  • the metal plate 21 enters the inside of the power conversion device 100 from the bottom surface 73 of the outer case 70, and extends along the side surface 72 with a certain distance from the side surface 72 of the outer case 70.
  • the metal plate 21 is bent at the height of the power module 10 and extends toward the power module 10.
  • the front end portion of the metal plate 21 is connected to the power module 10 in the PM case 11.
  • the metal plate 22 is a transmission path connecting the plurality of switching elements corresponding to the upper arm circuit in each phase of UVW and the plurality of switching elements corresponding to the lower arm circuit in each phase of UVW to the smoothing capacitor 30 respectively.
  • the metal plate 22 has six members 22a to 22f corresponding to upper and lower arms of each phase of UVW, a member 22g, and a member 22h.
  • the member 22g is a plate-like member in which the respective tips of the six members 22a to 22f are connected.
  • the member 22 g is disposed in the capacitor case 31 such that the main surface of the member 22 g is parallel to the side surface 72 of the outer case 70.
  • the tip portion of the member 22g is bent, and the member 22h extends along the bottom surface of the smoothing capacitor 30 from the bending point of the member 22g.
  • the member 22 h is connected to the smoothing capacitor 30.
  • the member 22 b corresponds to a conductive portion housed in the outer case 70.
  • the smoothing capacitor 30 smoothes the input / output voltage between the battery (not shown) and the power module 10.
  • the volume of the smoothing capacitor 30 is larger than the volume of the power module 10, and the width of the smoothing capacitor 30 (corresponding to the length in the x-axis direction in FIG. 2) is substantially the same as the width of the power module 10.
  • the capacitor case 31 is a case for housing the smoothing capacitor 30.
  • the capacitor case 31 is formed of resin or the like.
  • the cooler 40 cools the power module 10.
  • the switching operation of the switching elements included in the power module 10 generates heat from the power module 10.
  • the power module 10 is installed on the cooler 40 such that the cooling surface of the cooler 40 overlaps the connection surface of the power module 10, whereby the temperature rise of the power module 10 is suppressed.
  • the resin tray 50 supports the power module 10, the smoothing capacitor 30, and the cooler 40 in the outer case 70.
  • the resin tray 50 is fixed to the bottom surface 73 by, for example, a screw or the like.
  • the condenser case 31 and the cooler 40 are fixed to the upper surface of the resin tray 50.
  • the flow passage 60 is a passage through which air is formed, and is formed between the lower surface of the resin tray 50 and the bottom surface of the outer case 70.
  • the passage of air through the flow passage 60 promotes the release of heat from the cooler 40.
  • the flow passage 60 is formed in the space formed by the recess 73 b of the outer case 70.
  • the flow channel 60 is not limited to the air flow channel, but may be a water channel or the like.
  • the outer case 70 is a housing made of metal such as aluminum, and accommodates the power module 10, the bus bar 20, the smoothing capacitor 30, the cooler 40, the resin tray 50, and the flow path 60.
  • the outer case 70 is configured of a metal plate to be the bottom surface 73, a plurality of metal plates to be the side surface 72, and a metal plate to be the top surface 71.
  • a rectangular parallelepiped hexahedron is formed by each metal plate. Further, the surface areas of the bottom surface 73 and the top surface 71 are larger than the surface areas of the side surfaces 72.
  • the outer case 70 also functions as a shield plate for preventing noise leakage. This prevents noise generated in the power module 10 from leaking to the outside of the device.
  • concave portions 73a to 73c and convex portions 73d and 73e are formed on the bottom surface 73.
  • recess 73a and recess 73b are disposed in the outer peripheral portion of bottom surface 73
  • recess 73c is disposed in the central portion of bottom surface 73.
  • the convex portion 73d is disposed between the concave portion 73a and the concave portion 73b
  • the convex portion 73e is disposed between the concave portion 73b and the concave portion 73c.
  • the recesses 73a to 73c are recessed from the outside to the inside of the case 70.
  • the convex portions 73 d and 73 e protrude from the inside to the outside of the case 70.
  • Boundary portions between the concave portions 73a to 73c and the convex portions 73d and 73e are tapered.
  • FIG. 3 shows a plan view of the power converter 100.
  • the power module 10 the member 22f, and the bottom surface 73 of the outer case 70 are illustrated, and the other components are omitted.
  • Region A represents a range where the bottom surface 10a of the power module 10 is projected onto the bottom surface 73 of the outer case 70. That is, the region A is a range on the case surface of the outer case 70 and indicates a range in which the conductive portion of the power module 10 is projected on the bottom surface 73 of the outer case 70. In other words, when the bottom surface 73 of the power module 10 and the outer case 70 is viewed from above (when viewed in the negative direction of the z axis), the region A is the bottom surface 10a of the power module 10 and the bottom surface 73 of the outer case 70 It corresponds to the overlapping part with.
  • the negative direction of the z axis is the projection direction.
  • Region B represents a range in which the member 22 h included in the bus bar 20 is projected on the bottom surface 73 of the outer case 70. That is, the region B is a range on the case surface of the outer case 70 and indicates a range where the member 22 b which is a conductive portion is projected on the bottom surface 73 of the outer case 70. In other words, when the member 22 h and the bottom surface 73 of the outer case 70 are viewed from above (when viewed in the negative direction of the z axis), the region B is in the overlapping portion of the member 22 h and the bottom surface 73 of the outer case 70. Equivalent to.
  • the convex portion 73 d is formed in the region A
  • the convex portion 73 e is formed in the region B.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of power converter 100.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of a power conversion device according to a comparative example.
  • the convex portions 73 d and 73 e are not formed in the region A and the region B, and the bottom surface (case surface) of the outer case 70 is formed of a single metal plate without unevenness. It is flat with no steps.
  • the bottom surface 10a of the power module 10 has conductivity, and is disposed to face the bottom surface 73 of the outer case 70. Further, the member 22 h has conductivity and is disposed to face the bottom surface 73 of the outer case 70.
  • the bottom surface 73 of the outer case 70 is conductive.
  • Noise is generated by the switching operation of the switching element included in the power module 10.
  • the resin tray 50 supporting the power module 10 can not shield noise because it is made of resin.
  • the power converter 100 has an outer case 70 made of metal in order to shield noise. When the conductive component in the power conversion device 100 is covered with a metal case, the conductive surface of the component and the metal case surface face each other, so that capacitive coupling occurs between a pair of facing surfaces.
  • the bottom surface 10a of the power module 10 and the member 22h of the bus bar 20 face the bottom surface 73 of the outer case 70. Therefore, capacitive coupling occurs between the portion of the region A of the bottom surface 73 and the bottom surface 10a, and capacitive coupling occurs between the portion of the region B of the bottom surface 73 and the member 22h.
  • the noise peak may be high in a frequency band that affects an external device, such as an FM frequency band.
  • an external device such as an FM frequency band.
  • noise resonating due to capacitive coupling may affect the operation of the car radio.
  • the transfer characteristics of such noise depend on the distance between the bottom surface 10a of the power module 10 and the bottom surface 73 of the outer case 70.
  • noise peaks may occur in frequency bands that affect external equipment.
  • the power conversion device 100 forms a convex portion 73 d in a portion of the region A (case surface of the region A), so that the bottom surface 10 a of the power module 10 and the portion of the region A the distance d 1 between the, longer than the distance d 0 from the bottom surface 10a to surface along the main surface of the recess 73a ⁇ 73c.
  • the distance d 2 between the bottom surface 10a and the region portion of the B of the power module 10, recess 73a ⁇ 73c from the bottom surface 10a It is longer than the distance d 0 to the surface along the main surface of As a result, the distance between the electrodes becomes long at the portion where the capacitive coupling occurs, and the coupling capacitance (C 1 , C 2 ) is suppressed.
  • the transfer characteristics of the noise generated in the power conversion device 100 differ depending on the shape of the housed components such as the power module 10, the smoothing capacitor 30, and the bus bar 20, the layout of each component, and the like.
  • the noise transfer characteristic in the power converter 100 is grasped in advance by simulation or the like. Then, the bottom surface 10a of the power module 10 and the area A are set so that the noise level falls below a predetermined level within a predetermined frequency band that affects external devices, and the resonance point of the noise deviates from the predetermined frequency band.
  • the coupling capacitance between the surface enclosed by and is set.
  • the coupling capacitance between the member 22h and the surface surrounded by the region B is set so that the noise level falls below a predetermined level within a predetermined frequency band and the resonance point of the noise deviates from the predetermined frequency band. It is set.
  • the predetermined level represents an allowable value of the noise level affecting the external device.
  • the coupling capacitance is set by providing the convex portion 73 d in the region A and the convex portion 73 e in the region B, and adjusting the height of the protruding portion of the convex portion 73 d and adjusting the height of the protruding portion of the convex portion 73 e.
  • the distance between the bottom surface 10a of the power module 10 and the bottom surface 73 of the case 70 (distance between the electrodes) is d, the opposing area (electrode area) between the bottom surface 10a and the surface surrounded by the area A is S, and the bottom surface of the power module 10
  • the dielectric constant (coupling dielectric constant) between 10 a and the bottom surface 73 is ⁇ , and the coupling capacitance between the bottom surface 10 a of the power module 10 and the surface surrounded by the region A is C.
  • the distance d between the bottom surface 10a and the surface surrounded by the region A is expressed by the following equation (1).
  • the area S is determined by the area of the facing portion between the bottom surface 10 a and the bottom surface 73 of the power module 10.
  • the dielectric constant is determined by the material, shape, and the like of the resin tray 50.
  • the coupling capacitance C is correlated with the resonance point of the noise. Therefore, the distance d is determined by determining the capacitance value so that the noise resonance point deviates from the predetermined frequency band. Since the distance d can be adjusted by the height of the protruding portion of the convex portion 73 d, the shape of the convex portion 73 d is set by determining the height of the protruding portion so as to satisfy the above (1).
  • the coupling capacitance between the member 22 h and the case surface surrounded by the region B can also be expressed in the same manner as the above equation (1). Since the distance d can be adjusted by the height of the protruding portion of the convex portion 73e, the shape of the convex portion 73e is set by determining the height of the protruding portion so as to satisfy the above (1). Further, in the present embodiment, the facing area (electrode area) between the member 22 h and the bottom surface 73 of the case 70 is greater than the facing area (electrode area) between the bottom surface 10 a of the power module 10 and the bottom surface 73 of the case 70 large. Therefore, the distance between the electrodes d 2 is longer than the distance between electrodes d 1. Electrode distance d 1 represents the distance between the surface to be surrounded by the bottom surface 10a and the region A, the interelectrode distance d 2 is the distance between the surface to be surrounded by member 22h and the region B.
  • FIG. 7 shows noise transfer characteristics of the power conversion device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 8 shows noise transfer characteristics of the power conversion device 100 according to the comparative example.
  • the vertical axis shows the magnitude of noise, and the horizontal axis shows frequency.
  • F represents a frequency band of noise affecting external devices, and is an FM frequency band.
  • f th represents an allowable value (upper limit value) of the noise level affecting the external device.
  • the noise resonance point does not exist in the frequency band (F), and the noise level in the frequency band (F) is equal to or less than the allowable value (f th ) It is suppressed by
  • the noise resonance point exists in the frequency band (F), and the noise level in the frequency band (F) is the allowable value (f th ) It is getting higher.
  • the noise when noise is generated due to the operation of the switching element, the noise does not easily resonate in the capacitive coupling portion, and thus noise in the frequency band (F) can be suppressed.
  • the power conversion device 100 includes the power module 10 and the metal outer case 70 accommodating the power module 10.
  • a predetermined range of the case surface of the outer case 70 (region A, so that the noise level generated by the operation of the switching element is less than or equal to a predetermined value in a predetermined frequency band and the resonance point of the noise deviates from the predetermined frequency band.
  • the flow path 60 is disposed on the case surface surrounded by the region A and on the case surface surrounded by the region B. This can enhance the cooling performance.
  • the conductive portion facing the case 70 is not limited to the bottom surface 10 a and the member 22 h of the power module 10, and may be other components accommodated in the outer case 70.
  • the conductive portion may be another portion of the bus bar 20 other than the member 22h, or may be a terminal included in the smoothing capacitor 30 or the like. That is, when the conductive portion faces the case surface of the case 70, capacitive coupling occurs with the case surface, and the capacitive coupling causes a resonance point of noise that affects external devices. It may be any component that can be used.
  • the noise level generated by the operation of the switching element is less than or equal to a predetermined value in a predetermined frequency band, and the resonance point of the noise deviates from the predetermined frequency band.
  • a recess may be provided on the case surface surrounded by the regions A and B, and the coupling capacitance between the surface surrounded by the regions A and B and the conductive portion may be set.
  • convex portions may be provided on the case surface in the range other than the regions A and B.
  • Second Embodiment A power converter according to another embodiment of the present invention will be described.
  • the shape of the bottom surface 73 of the outer case 70 and the shape of the resin tray 50 are different from those of the first embodiment.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description according to the first embodiment is incorporated as appropriate.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the power conversion device according to the present embodiment.
  • a bead structure 73 f is formed on the bottom surface 73 of the outer case 70.
  • the bead structure 73 f is configured by alternately arranging the concave portion and the convex portion.
  • the size of the recess and the size of the protrusion are substantially the same.
  • a portion protruding outward from the inside of the outer case 70 corresponds to a convex portion.
  • Capacitive coupling occurs between the portion A of the bottom surface 73 and the bottom surface 10a of the power module 10.
  • the surface area of the bead structure 73f is not adjusted so as to suppress noise caused by capacitive coupling. Therefore, depending on the area of the area where the bead structure of the area A and the bottom surface 10a of the power module 10 face each other, a noise peak that may affect external equipment may occur. Similarly, depending on the area of the portion where the bead structure in the region B and the bottom surface 10a of the power module 10 face each other, a noise peak that may affect external equipment may occur.
  • the resin tray 50 has a convex portion 50a in a portion located between the bottom surface 10a of the power module 10 and the case surface surrounded by the region A, and the member 22 and the case surface surrounded by the region B
  • the projection 50b is provided at a portion located on the The upper surfaces of the convex portions 50 a and 50 b are higher than the surface of a portion of the upper surface of the resin tray 50 where the convex portions 50 a and 50 b are not formed.
  • the convex portion 50 a protrudes toward the bottom surface 10 a in order to adjust the distance between the bottom surface 10 a and the case surface surrounded by the region A.
  • the protrusion 50 b protrudes toward the member 22 h in order to adjust the distance between the member 22 h and the case surface surrounded by the area B.
  • the coupling capacity between the bottom surface 10 a of the power module 10 and the case surface surrounded by the area A is C 1 .
  • the coupling capacity C 1 is represented by the formula (1) shown in the first embodiment.
  • Electrode area for determining the coupling capacitance C 1 is determined by the area of the opposed portion between the bottom surface 10 réelle and the bottom 73.
  • the dielectric constant is determined by the material, shape, and the like of the resin tray 50.
  • Out noise resonance point from affecting the frequency band to the external apparatus, so that the magnitude of the noise is equal to or less than the allowable value in the frequency band determining the coupling capacitance C 1.
  • the distance d 1 between the bottom surface 10 a and the case surface surrounded by the region A is determined based on the equation (1).
  • the distance d 1 since the adjustable height of the protruding portion of the protrusion 50a, to determine the height of the projecting portion so as to satisfy the equation (1), the shape of the convex portion 50a is set.
  • the coupling capacitance between the member 22 h of the bus bar 20 and the case surface surrounded by the region B is also expressed by the equation (1) shown in the first embodiment, similarly for C 2 .
  • the electrode area is determined by the area of the facing portion between the member 22 h and the bottom surface 73.
  • the dielectric constant is determined by the material, the shape, and the like of the resin tray 50, and the dielectric constant is determined by the material, the shape, and the like of the resin tray 50.
  • the noise resonance point deviates from affecting the frequency band to the external apparatus, so that the magnitude of the noise is equal to or less than the allowable value in the frequency band, determining the coupling capacitance C 2.
  • the height of the protruding portion of the protrusion 50 b is adjusted such that the distance d 2 between the bottom surface 10 a and the case surface surrounded by the region B satisfies the formula (1). Thereby, the shape of the convex part 50b is set.
  • the convex portion 50a is configured such that the level of noise generated by the operation of the switching element is less than or equal to a predetermined value in a predetermined frequency band and the resonance point of noise is out of the predetermined frequency band.
  • the convex portion 50 b is provided on the resin tray 50.
  • the outer case 70 has a bead structure on the bottom surface 73. Thereby, the rigidity of the outer case 70 can be enhanced.
  • the resin tray 50 has a recess in a portion located between the bottom surface 10 a of the power module 10 and the case surface surrounded by the region A, and the member 22 and the case surface surrounded by the region B It may have a recess in the part located in.
  • the coupling capacitance may be set by adjusting the depth of the recess in the recess so that the noise resonance point deviates from the frequency band that affects the external device and the noise level is less than the allowable value in the frequency band. .
  • the distance between the bottom surface 10a and the case surface is expressed by Formula (1) by adjusting the depth of the recess.
  • the shape of the recess may be determined so as to satisfy
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that the bottom surface of the outer case 70 is a shield plate 74.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description according to the first embodiment or the description according to the second embodiment is incorporated as appropriate.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the power conversion device according to the present embodiment.
  • a shield plate 74 is provided on the bottom of the outer case 70.
  • the shield plate 74 is formed of metal and is a thick plate-like member for shielding noise.
  • the surface of the shield plate is the case surface of the outer case 70.
  • the shield plate 74 has protrusions 74a to 74c and recesses 74d and 74e.
  • convex portion 74a and convex portion 74b are arranged on the outer peripheral portion of the bottom surface of outer case 70
  • convex portion 74c is the outer case It is arranged in the central part of the bottom of 70.
  • the concave portion 74d is disposed between the convex portion 74a and the convex portion 74c, and the concave portion 74e is disposed between the convex portion 74b and the convex portion 74c.
  • the recesses 74d and 74e are hollowed out toward the inside of the plate member.
  • the boundary between the convex portions 74a to 74c and the concave portions 74d and 74e is tapered.
  • the shield plate 74 has a recess 74 d in the case surface surrounded by the area A, and has a recess 74 e in the case surface surrounded by the area B.
  • the top surfaces of the recesses 74d and 74e are lower than the top surfaces of the protrusions 74a to 74c.
  • Recess 74 d is provided to adjust the distance between bottom surface 10 a and the case surface enclosed by region A, and recess 74 e adjusts the distance between member 22 h and the case surface enclosed by region B.
  • the recess 74 d is a portion in which the shield plate 74 is recessed such that a space sandwiched between the bottom surface 10 a of the power module 10 and the upper surface of the shield plate 74 is expanded.
  • the recess 74 e is a portion obtained by recessing the shield plate 74 such that a space sandwiched between the member 22 of the bus bar 20 and the upper surface of the shield plate 74 is expanded.
  • the coupling capacity between the bottom surface 10 a of the power module 10 and the case surface surrounded by the area A is C 1 .
  • the coupling capacity C 1 is represented by the formula (1) shown in the first embodiment.
  • Electrode area for determining the coupling capacitance C 1 is determined by the area of the opposed portion between the bottom 10 réelle and the surface of the shield plate 74.
  • the dielectric constant is determined by the material, shape, and the like of the resin tray 50.
  • Out noise resonance point from affecting the frequency band to the external apparatus, so that the magnitude of the noise is equal to or less than the allowable value in the frequency band determining the coupling capacitance C 1.
  • distance d 1 between the bottom face 10a and the surface of the recessed part 74d is determined.
  • the distance d 1 since the adjustable height of the protruding portion of the recess 74d, to determine the depth of the recess 74d so as to satisfy the equation (1), the shape of the recess 74d is set.
  • the coupling capacitance between the member 22 h of the bus bar 20 and the case surface surrounded by the region B is also expressed by the equation (1) shown in the first embodiment, similarly for C 2 .
  • the electrode area is determined by the area of the facing portion between the member 22 h and the surface of the shield plate 74.
  • the dielectric constant is determined by the material, the shape, and the like of the resin tray 50, and the dielectric constant is determined by the material, the shape, and the like of the resin tray 50.
  • the noise resonance point deviates from affecting the frequency band to the external apparatus, so that the magnitude of the noise is equal to or less than the allowable value in the frequency band, determining the coupling capacitance C 2.
  • the depth of the recess 74 e is adjusted such that the distance d 2 between the bottom surface 10 a and the surface of the recess 74 e satisfies the equation (1). Thereby, the shape of the recess 74e is set.
  • the shield plate 74 has the concave portions 74 d and 74 e formed in the portions of the regions A and B.
  • the noise resonance point can be shifted from the predetermined frequency band that affects the external device, and noise in the predetermined frequency band can be suppressed.
  • a crevice which flows a refrigerant may be provided in crevices 74d and 74e.
  • the flow path cools the heat generating body accommodated in the outer case 70 by flowing a refrigerant.
  • the heating element is, for example, a power module 10. Thereby, the cooling performance can be enhanced while preventing the volume increase of the power conversion device 100.

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Abstract

電力変換装置１００において、スイッチング素子を含むパワーモジュール１０と複数のケース面で、パワーモジュール１０を収容する金属製のケースとを備え、スイッチング素子の動作により生じるノイズのレベルが所定の周波数帯域で所定値以下となり、かつ、ノイズの共振点が所定の周波数帯域から外れるように、ケース面若しくはパワーモジュール１０を支持する樹脂トレイ５０のいずれか一方の所定範囲に凹部又は凸部を設けて、ケース面と導電部との間の結合容量を設定し、導電部は、ケースに収容される部品又はパワーモジュール１０のうち導電性を有する部分である。

Description

電力変換装置
　本発明は、電力変換装置に関するものである。
　電動自動車に搭載される電力変換装置において、開口がある導電性筐体と、回路部が実装され、少なくとも１層がＧＮＤプレーンである多層プリント配線板とを備え、導電性筐体の開口の開口面に多層プリント配線板を組み付けて閉空間を形成し、閉空間内に回路部を収容するものが知られている（特許文献１）。
国際公開第２０１４／０３３８５２号
　しかしながら、閉空間内に収容された電気部品と導電性筐体との間の共振特性により、外部機器に影響を及ばす周波数帯域でノイズが大きくなるという問題がある。
　本発明が解決しようとする課題は、所定の周波数帯域におけるノイズを抑制する電力変換装置を提供することである。
　本発明は、パワーモジュールと、複数のケース面でパワーモジュールを収容する金属製のケースとを備え、スイッチング素子の動作により生じるノイズのレベルが所定の周波数帯域で所定値以下となり、かつ、ノイズの共振点が当該所定の周波数帯域から外れるように、ケース面若しくはパワーモジュールを支持する樹脂トレイのいずれか一方の所定範囲に凹部又は凸部を設け、ケース面と導電部との間との結合容量を設定する。当該導電部は、ケースに収容される部品又はパワーモジュールのうち導電性を有する部分である。
　本発明によれば、ケース面と導電部との間の結合容量を抑制して、ノイズの共振点を所定の周波数帯域からシフトするため、当該所定の周波数帯域におけるノイズを抑制できる。
図１は、本実施形態に係る電力変換装置の平面図である。 図２は、図１のII-II線に沿った断面図である。 図３は、パワーモジュール、平滑コンデンサ、及び外部ケースの底面を示す平面図である。 図４は、本実施形態に係る電力変換装置の断面図である。 図５は、比較例に係る電力変換装置の断面図である。 図６は、本実施形態に係る電力変換装置のノイズ特性を示すグラフである。 図７は、比較例に係る電力変換装置のノイズ特性を示すグラフである。 図８は、本発明の他の実施形態に係る電力変換装置の断面図である。 図９は、本発明の他の実施形態に係る電力変換装置の断面図である。
　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は本実施形態に係る電力変換装置１００の平面図を示し、図２は図１のII-II線に沿った断面図である。なお、図１は、ケースの上面を省いた状態での、電力変換装置１００の平面図を表している。電力変換装置１００は、例えば電気自動車又はハイブリッド車両等の車両に搭載され、バッテリとモータとの間に接続され、バッテリとモータとの間で電力を変換する装置である。なお、電力変換装置１００は車両に限らず、他の装置に搭載されてもよい。
　電力変換装置１００は、パワーモジュール１０、パワーモジュール用ケース（ＰＭケース）１１、バスバ２０、平滑コンデンサ３０、平滑コンデンサ用ケース（コンデンサケース）３１、冷却器４０、樹脂トレイ５０、流路６０、外部ケース７０を備えている。
　外部ケース７０の天面７１から底面７３に向かって電力変換装置１００をみたときに、パワーモジュール１０は、底面７３の左側の領域に配置されており、平滑コンデンサ３０は底面７３の右側の領域に配置されている。底面７３を基準面としたときに、パワーモジュール１０、冷却器４０、樹脂トレイ５０、及び流路６０の各高さは、流路６０、樹脂トレイ５０、冷却器４０、パワーモジュール１０の順に高くなるように、各部品が積まれている。また、平滑コンデンサ３０、樹脂トレイ５０、及び流路６０の各高さは、流路６０、樹脂トレイ５０、及び平滑コンデンサ３０の順に高くなるように、各部品が積まれている。底面７３の上方には、流路６０を介して、樹脂トレイ５０が配置されている。パワーモジュール１０及び平滑コンデンサ３０は、樹脂トレイ５０上に配置されている。
　パワーモジュール１０は、インバータ回路及び駆動回路等をモジュール化した部品である。インバータ回路は、複数のスイッチング素子をＵＶＷの各相でそれぞれ直列に接続した回路であり、スイッチング素子のスイッチング動作により入力電力を変換して、変換された電力を出力する。スイッチング素子は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタである。パワーモジュール１０は直方体状に形成されており、パワーモジュール１０の底面１０аが冷却器の底面７３と対向するように、パワーモジュール１０は冷却器４０の冷却面上に設置されている。パワーモジュール１０の底面１０аは、スイッチング素子等の回路素子の実装面に相当し、素子に含まれる金属部材や半田等により導電性を有している。底面１０аは、パワーモジュール１０のうち導電性をもった導電部となる。
　ＰＭケース１１は、パワーモジュール１０を収容するケースである。ＰＭケース１１は樹脂等により形成されている。
　バスバ２０は、電力変換装置１００内の回路素子を電気的に接続する伝送路であり、金属製の板状の部材で構成されている。バスバ２０は、パワーモジュール１０及び平滑コンデンサ３０のレイアウトに合わせて屈曲している。バスバ２０は、出力用端子（図示しない）とパワーモジュール１０との間を接続する金属板２１、パワーモジュール１０と平滑コンデンサ３０との間を接続する金属板２２を有している。金属板２１は、ＵＶＷの各相に対応した３つの金属板で構成されている。金属板２１は、外部ケース７０の底面７３から、電力変換装置１００の内部に入り、外部ケース７０の側面７２と一定の間隔を空けつつ、側面７２に沿って延在する。また金属板２１は、パワーモジュール１０の高さの位置で屈曲し、パワーモジュール１０に向かって延在している。金属板２１の先端部分は、ＰＭケース１１内で、パワーモジュール１０に接続されている。
　金属板２２は、ＵＶＷの各相で上アーム回路に相当する複数のスイッチング素子と、ＵＶＷの各相で下アーム回路に相当する複数のスイッチング素子を、平滑コンデンサ３０にそれぞれ接続する伝送路である。金属板２２は、ＵＶＷの各相の上下アームに対応した６つの部材２２а～２２ｆと、部材２２ｇと、部材２２ｈを有している。部材２２ｇは、６つの部材２２а～２２ｆの各先端を接続した板状の部材である。部材２２ｇは、部材２２ｇの主面が外部ケース７０の側面７２と平行になるように、コンデンサケース３１内に配置されている。部材２２ｇの先端部分は屈曲しており、部材２２ｈは、部材２２ｇの屈曲点から平滑コンデンサ３０の底面に沿って延在している。部材２２ｈは平滑コンデンサ３０に接続されている。部材２２ｂは、外部ケース７０内に収容される導電部に相当する。
　平滑コンデンサ３０は、図示しないバッテリとパワーモジュール１０との間の入出力電圧を平滑する。平滑コンデンサ３０の体積は、パワーモジュール１０の体積より大きく、平滑コンデンサ３０の幅（図２において、ｘ軸方向の長さに相当）は、パワーモジュール１０の幅とほぼ同じ長さである。
　コンデンサケース３１は、平滑コンデンサ３０を収容するケースである。コンデンサケース３１は、樹脂等により形成されている。
　冷却器４０は、パワーモジュール１０を冷却する。パワーモジュール１０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、パワーモジュール１０から熱が発生する。冷却器４０の冷却面がパワーモジュール１０の接続面と重なるように、パワーモジュール１０が冷却器４０上に設置されることで、パワーモジュール１０の温度上昇が抑制される。
　樹脂トレイ５０は、パワーモジュール１０、平滑コンデンサ３０、冷却器４０を、外部ケース７０内で支持している。樹脂トレイ５０は、例えばネジ等により底面７３に固定されている。樹脂トレイ５０の上面には、コンデンサケース３１及び冷却器４０が固定されている。
　流路６０は、空気を通る通路になっており、樹脂トレイ５０の下面と、外部ケース７０の底面との間に形成されている。流路６０を空気が通ることで、冷却器４０の熱の放出が促進される。また流路６０は外部ケース７０の凹部７３ｂにより形成される空間内に形成されている。なお、流路６０は、空気流路に限らず、水路等でもよい。
　外部ケース７０は、アルミなどの金属製の筐体であり、パワーモジュール１０、バスバ２０、平滑コンデンサ３０、冷却器４０、樹脂トレイ５０、及び流路６０を収容する。外部ケース７０は、底面７３となる金属板、側面７２となる複数の金属板、天面７１となる金属板で構成されている。各金属板で、直方体形状の六面体を形成している。また、底面７３及び天面７１の各表面積は、側面７２の各表面積より大きい。また外部ケース７０は、ノイズ漏洩を防ぐためのシールド板としても機能する。これにより、パワーモジュール１０で発生するノイズが装置の外部に漏れることを防ぐ。
　底面７３には、凹部７３ａ～７３ｃ及び凸部７３ｄ、７３ｅが形成されている。電力変換装置１００の断面（側面７２に沿う断面：ｘｚ面）でみた場合に、凹部７３ａと凹部７３ｂは、底面７３の外周部分に配置されており、凹部７３ｃは底面７３の中心部分に配置されている。また、凸部７３ｄは凹部７３ａと凹部７３ｂとの間に配置され、凸部７３ｅは凹部７３ｂと凹部７３ｃとの間に配置されている。凹部７３ａ～７３ｃは、ケース７０の外部から内部に向けて凹んでいる。凸部７３ｄ、７３ｅはケース７０の内部から外部に向けて突出している。凹部７３ａ～７３ｃと凸部７３ｄ、７３ｅとの間の境界部分はテーパーになっている。底面７３に凹部７３ａ～７３ｃ及び凸部７３ｄ、７３ｅを設けることで、外部ケース７０の剛性を高めることができる。
　次に、図２及び図３を用いて凸部７３ｄ、７３ｅの位置について説明する。図３は電力変換装置１００の平面図を示す。図３は、電力変換装置１００の各構成のうち、パワーモジュール１０、部材２２ｆ、及び外部ケース７０の底面７３が図示されており、その他の構成の図示は省略している。
　領域Ａは、パワーモジュール１０の底面１０аを、外部ケース７０の底面７３に投影させた範囲を表している。すなわち、領域Ａは、外部ケース７０のケース面上の範囲であって、パワーモジュール１０の導電部を外部ケース７０の底面７３に投影させた範囲を表している。言い換えると、パワーモジュール１０及び外部ケース７０の底面７３を、上方からみたときに（ｚ軸の負方向に見たときに）、領域Ａは、パワーモジュール１０の底面１０аと外部ケース７０の底面７３との重なり部分に相当する。ｚ軸の負方向が投影方向となる。
　領域Ｂは、バスバ２０に含まれる部材２２ｈを、外部ケース７０の底面７３に投影させた範囲を表している。すなわち、領域Ｂは、外部ケース７０のケース面上の範囲であって、導電部である部材２２ｂを外部ケース７０の底面７３に投影させた範囲を表している。言い換えると、部材２２ｈ及び外部ケース７０の底面７３を、上方からみたときに（ｚ軸の負方向に見たときに）、領域Ｂは、部材２２ｈと外部ケース７０の底面７３との重なり部分に相当する。凸部７３ｄは領域Ａ内に形成されており、凸部７３ｅは領域Ｂ内に形成されている。
　次に、電力変換装置１００のノイズ特性について、図４及び図５を用いて説明する。図４は電力変換装置１００の断面図を示す。図５は比較例に係る電力変換装置の断面図を示す。
　比較例に係る電力変換装置は、領域Ａ及び領域Ｂに凸部７３ｄ、７３ｅが形成されておらず、外部ケース７０の底面（ケース面）は、凹凸のない一枚の金属板で形成されており、段差のない平面になっている。
　パワーモジュール１０の底面１０аは、導電性を有しており、外部ケース７０の底面７３と対向するように配置されている。また部材２２ｈは、導電性を有しており、外部ケース７０の底面７３と対向するように配置されている。外部ケース７０の底面７３は導電性を有している。
　パワーモジュール１０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、ノイズ（コモンモードノイズ）が発生する。パワーモジュール１０を支持する樹脂トレイ５０は、樹脂製のため、ノイズを遮蔽できない。電力変換装置１００は、ノイズを遮蔽するために、金属製の外部ケース７０を有している。電力変換装置１００内の導電性を有する部品を金属ケースで覆った場合には、部品の導電面と金属製のケース面が対向するため、対向する一対の面の間で容量結合が生じる。
　図５に示すように、比較例に係る電力変換装置では、パワーモジュール１０の底面１０а及びバスバ２０の部材２２ｈが外部ケース７０の底面７３と対向している。そのため、底面７３の領域Ａの部分と底面１０аとの間で容量結合が生じ、底面７３の領域Ｂの部分と部材２２ｈとの間で容量結合が生じる。
　比較例のように、領域Ａと領域Ｂが凸部７３ｄ、７３ｅになっていない場合には、ＦＭ周波数帯域など、外部機器に影響を及ぼす周波数帯域でノイズのピークが高く場合がある。例えば、電力変換装置１００が車両に搭載された場合には、容量結合により共振するノイズが、カーラジオの動作に影響を及ぼす可能性がある。このようなノイズの伝達特性は、パワーモジュール１０の底面１０аと外部ケース７０の底面７３との間の距離に依存する。すなわち、比較例のように、容量結合を起因としたノイズを考慮せず設計した場合には、パワーモジュール１０の底面１０ａと領域Ａの部分との間の距離、及び、部材２２ｆと領域Ｂの部分との間の距離によって、外部機器に影響を及ぼす周波数帯域内でノイズピークが発生することがある。
　本実施形態に係る電力変換装置１００は、図４に示すように、領域Ａの部分（領域Ａのケース面）に凸部７３ｄを形成することで、パワーモジュール１０の底面１０ａと領域Ａの部分との間の距離ｄ１を、底面１０ａから凹部７３ａ～７３ｃの主面に沿う面までの距離ｄ０よりも長くする。また、領域Ｂの部分（領域Ｂのケース面）に凸部７３ｅを形成することで、パワーモジュール１０の底面１０ａと領域Ｂの部分との間の距離ｄ２を、底面１０ａから凹部７３ａ～７３ｃの主面に沿う面までの距離ｄ０よりも長くする。これにより、容量結合が生じる部分で電極間の距離が長くなり、結合容量（Ｃ１、Ｃ２）が抑制される。
　電力変換装置１００内で発生したノイズの伝達特性は、パワーモジュール１０、平滑コンデンサ３０、バスバ２０等の収容部品の形状や、各部品のレイアウト等によって異なる。本実施形態では、電力変換装置１００内のノイズ伝達特性をシミュレーション等で予め把握する。その上で、ノイズレベルが外部機器に影響を及ぼす所定の周波数帯域内で所定レベル以下になり、かつ、ノイズの共振点が所定の周波数帯域から外れるように、パワーモジュール１０の底面１０аと領域Ａで囲われる面との間の結合容量が設定されている。同様に、ノイズレベルが所定の周波数帯域内で所定レベル以下になり、かつ、ノイズの共振点が所定の周波数帯域から外れるように、部材２２ｈと領域Ｂで囲われる面との間の結合容量が設定されている。なお、所定レベルは、外部機器に影響及ぼすノイズレベルの許容値を表している。
　結合容量の設定は、領域Ａに凸部７３ｄを領域Ｂに凸部７３ｅを設け、凸部７３ｄの突出部分の高さの調整及び凸部７３ｅの突出部分の高さの調整により行われる。
　ここで、結合容量の設定について式を用いて説明する。パワーモジュール１０の底面１０аとケース７０の底面７３との距離（電極間距離）をｄとし、底面１０аと領域Ａで囲われる面との対向面積（電極面積）をＳとし、パワーモジュール１０の底面１０ａと底面７３との間の誘電率（結合誘電率）をεとし、パワーモジュール１０の底面１０ａと領域Ａで囲われる面との間の結合容量をＣとする。底面１０ａと領域Ａで囲われる面との間の距離ｄは下記式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　面積Ｓは、パワーモジュール１０の底面１０аと底面７３との間の対向部分の面積により決まる。誘電率は、樹脂トレイ５０の材質や形状等により決まる。結合容量Ｃはノイズの共振点と相関性を有している。そのため、ノイズ共振点が所定の周波数帯域から外れるように、容量値を決めることで距離ｄが決まる。距離ｄは、凸部７３ｄの突出部分の高さで調整できるため、上記（１）を満たすように突出部分の高さを決定することで、凸部７３ｄの形状が設定される。
　部材２２ｈと領域Ｂで囲われるケース面との間の結合容量も、上記の式（１）と同様に表すことができる。距離ｄは、凸部７３ｅの突出部分の高さで調整できるため、上記（１）を満たすように突出部分の高さを決定することで、凸部７３ｅの形状が設定される。また本実施形態では、部材２２ｈとケース７０の底面７３との間の対向面積（電極面積）が、パワーモジュール１０の底面１０ａとケース７０の底面７３との間の対向面積（電極面積）よりも大きい。そのため、電極間距離ｄ２は電極間距離ｄ１よりも長い。電極間距離ｄ１は、底面１０ａと領域Ａで囲われる面との間の距離を示し、電極間距離ｄ２は、部材２２ｈと領域Ｂで囲われる面との間の距離を示す。
　図７は本実施形態に係る電力変換装置１００のノイズの伝達特性を示す。図８は比較例に係る電力変換装置１００のノイズの伝達特性を示す。図７及び図８において、縦軸はノイズの大きさを示し、横軸は周波数を示す。Ｆは、外部機器に影響を及ぼすノイズの周波数帯域を表しており、ＦＭ周波数帯域である。ｆｔｈは、外部機器に影響及ぼすノイズレベルの許容値（上限値）を表している。
　図７に示すように、本実施形態に係る電力変換装置１００では、ノイズ共振点が周波数帯域（Ｆ）内に存在せず、周波数帯域（Ｆ）内のノイズレベルが許容値（ｆｔｈ）以下に抑えられている。一方、図８に示すように、比較例に係る電力変換装置では、ノイズ共振点が周波数帯域（Ｆ）内に存在しており、周波数帯域（Ｆ）内のノイズレベルが許容値（ｆｔｈ）より高くなっている。これにより、本実施形態では、スイッチング素子の動作によりノイズが発生した場合に、当該ノイズが容量結合の部分で共振し難くなっているため、周波数帯域（Ｆ）におけるノイズを抑制することができる。
　上記のように、本実施形態に係る電力変換装置１００は、パワーモジュール１０と、パワーモジュール１０を収容する金属製の外部ケース７０とを備える。スイッチング素子の動作により生じるノイズのレベルが所定の周波数帯域で所定値以下となり、かつ、ノイズの共振点が当該所定の周波数帯域から外れるように、外部ケース７０のケース面の所定範囲（領域Ａ、Ｂ）に凸部７３ｄ、７３ｅを設け、ケース面と導電部との間との結合容量を設定する。これにより、ノイズの共振点を、外部機器に影響を及ばす所定の周波数帯域からシフトさせて、所定の周波数帯域におけるノイズを抑制できる。
　また本実施形態では、流路６０は、領域Ａで囲われるケース面の上、及び、領域Ｂで囲われるケース面の上に配置されている。これにより冷却性能を高めることができる。
　なお、本実施形態において、ケース７０と対向する導電部は、パワーモジュール１０の底面１０ａ及び部材２２ｈに限らず、外部ケース７０内に収容される他の部品でもよい。例えば、導電部は、部材２２ｈ以外のバスバ２０の他の部分でもよく、平滑コンデンサ３０に含まれる端子などでもよい。すなわち、導電部は、ケース７０のケース面と対向することで、ケース面との間で容量結合が発生し、かつ当該容量結合により、外部機器に対して影響の及ぼすようなノイズの共振点になり得るような構成部品であればよい。
　なお、本実施形態において、電力変換装置１００は、スイッチング素子の動作により生じるノイズのレベルが所定の周波数帯域で所定値以下となり、かつ、ノイズの共振点が当該所定の周波数帯域から外れるように、領域Ａ、Ｂで囲われるケース面に凹部を設け、領域Ａ、Ｂで囲われる面と導電部との間との結合容量を設定してもよい。このとき、外部ケース７０の底面７３において、領域Ａ、Ｂ以外の範囲のケース面には凸部を設ければよい。
＜第２実施形態＞
　本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を説明する。本実施形態では、第１実施形態に対して、外部ケース７０の底面７３の形状及び樹脂トレイ５０の形状が異なる。他の構成は、第１実施形態と同様であり、第１実施形態に係る記載を適宜、援用する。
　図８は、本実施形態に係る電力変換装置の断面図である。外部ケース７０の底面７３にはビード構造７３ｆが形成されている。ビード構造７３ｆは、凹部と凸部が交互に並ぶことで構成されている。凹部の大きさと凸部の大きさはほぼ同一である。外部ケース７０の内側から外側に向けて突出した部分が凸部に相当する。
　底面７３の領域Ａの部分とパワーモジュール１０の底面１０аとの間では容量結合が発生する。本実施形態では、ビード構造７３ｆの表面積は、容量結合を要因としたノイズを抑制するように、調整されていない。そのため、領域Ａの部分のビード構造とパワーモジュール１０の底面１０аが対向する部分の面積によって、外部機器に影響するようなノイズピークが発生する可能性がある。同様に、領域Ｂの部分のビード構造とパワーモジュール１０の底面１０аが対向する部分の面積によって、外部機器に影響するようなノイズピークが発生する可能性がある。
　本実施形態では、樹脂トレイ５０は、パワーモジュール１０の底面１０ａと領域Ａで囲われるケース面と間に位置する部分に凸部５０ａを有し、部材２２と領域Ｂで囲われるケース面と間に位置する部分に凸部５０ｂを有する。凸部５０ａ、５０ｂの上面は、樹脂トレイ５０の上面のうち凸部５０ａ、５０ｂが形成されていない部分の面と比較して、高くなっている。凸部５０ａは、底面１０ａと領域Ａで囲われるケース面との間の距離を調整するために、底面１０ａに向かって突出している。凸部５０ｂは、部材２２ｈと領域Ｂで囲われるケース面との間の距離を調整するために、部材２２ｈに向かって突出している。
　パワーモジュール１０の底面１０ａと領域Ａで囲われるケース面との間の結合容量をＣ１とする。結合容量をＣ１は、第１実施形態で示した式（１）で表される。結合容量Ｃ１を決める電極面積は、底面１０аと底面７３との間の対向部分の面積で決まる。誘電率は、樹脂トレイ５０の材質や形状等により決まる。ノイズ共振点が外部機器に影響を及ぼす周波数帯域から外れ、ノイズの大きさが当該周波数帯域で許容値以下となるように、結合容量Ｃ１を決める。そして、式（１）に基づき、底面１０ａと領域Ａで囲われるケース面との間の距離ｄ１を決める。距離ｄ１は、凸部５０ａの突出部分の高さで調整できるため、式（１）を満たすように突出部分の高さを決定することで、凸部５０ａの形状が設定される。
　バスバ２０の部材２２ｈと領域Ｂで囲われるケース面との間の結合容量をＣ２についても、同様に、第１実施形態で示した式（１）で表される。電極面積は、部材２２ｈと底面７３との間の対向部分の面積で決まる。誘電率は、樹脂トレイ５０の材質や形状等により決まり、誘電率は樹脂トレイ５０の材質や形状等により決まる。そして、ノイズ共振点が外部機器に影響を及ぼす周波数帯域から外れ、ノイズの大きさが当該周波数帯域で許容値以下となるように、結合容量Ｃ２を決める。底面１０ａと領域Ｂで囲われるケース面との間の距離ｄ２が式（１）を満たすように、凸部５０ｂの突出部分の高さが調整される。これにより、凸部５０ｂの形状が設定される。
　上記のように本実施形態では、スイッチング素子の動作により生じるノイズのレベルが所定の周波数帯域で所定値以下となり、かつ、ノイズの共振点が当該所定の周波数帯域から外れるように、凸部５０ａ、凸部５０ｂが樹脂トレイ５０に設けられている。これにより、凸部５０ａ、５０ｂの高さの調整により、ノイズ共振点を外部機器に影響を及ぼす所定の周波数帯域からずらすことができ、所定の周波数帯域におけるノイズを抑制できる。
　また本実施形態では、外部ケース７０は底面７３にビード構造を有する。これにより、外部ケース７０の剛性を高めることができる。
　なお、本実施形態において、樹脂トレイ５０は、パワーモジュール１０の底面１０ａと領域Ａで囲われるケース面と間に位置する部分に凹部を有し、部材２２と領域Ｂで囲われるケース面と間に位置する部分に凹部を有してもよい。ノイズ共振点が外部機器に影響を及ぼす周波数帯域から外れ、ノイズの大きさが当該周波数帯域で許容値以下となるように、凹部の凹み部分の深さを調整し、結合容量を設定すればよい。
　なお、本実施形態では、凸部５０ａ、凸部５０ｂに限らず、凹部を樹脂トレイ５０に設け、凹み部分の深さの調整により、底面１０ａとケース面との間の距離が式（１）を満たすように、凹部の形状を決めてもよい。
＜第３実施形態＞
　本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を説明する。本実施形態では、第１実施形態に対して、外部ケース７０の底面をシールド板７４とする点が異なる。他の構成は、第１実施形態と同様であり、第１実施形態に係る記載又は第２実施形態に係る記載を適宜、援用する。
　図９は、本実施形態に係る電力変換装置の断面図である。外部ケース７０の底面にはシールド板７４が設けられている。シールド板７４は、金属で形成されており、ノイズを遮蔽するための、厚みをもった板状の部材である。シールド板の表面が、外部ケース７０のケース面となる。シールド板７４は、凸部７４ａ～７４ｃと、凹部７４ｄ、７４ｅを有している。電力変換装置１００の断面（側面７２に沿う断面：ｘｚ面）でみた場合に、凸部７４ａと凸部７４ｂは、外部ケース７０の底面の外周部分に配置されており、凸部７４ｃは外部ケース７０の底面の中心部分に配置されている。また、凹部７４ｄは凸部７４ａと凸部７４ｃとの間に配置され、凹部７４ｅは凸部７４ｂと凸部７４ｃとの間に配置されている。凹部７４ｄ、７４ｅは、板部材の内部に向かってくりぬかれている。凸部７４ａ～７４ｃと凹部７４ｄ、７４ｅとの間の境界部分はテーパーになっている。
　本実施形態では、シールド板７４は、領域Ａで囲われるケース面に凹部７４ｄを有し、領域Ｂで囲われるケース面に凹部７４ｅを有する。凹部７４ｄ、７４ｅの上面は、凸部７４ａ～７４ｃの上面と比較して、低くなっている。凹部７４ｄは、底面１０ａと領域Ａで囲われるケース面との間の距離を調整するために設けられており、凹部７４ｅは、部材２２ｈと領域Ｂで囲われるケース面との間の距離を調整するために設けられている。すなわち、凹部７４ｄは、パワーモジュール１０の底面１０ａとシールド板７４の上面との間で挟まれる空間が広がるように、シールド板７４を凹ませた部分である。凹部７４ｅは、バスバ２０の部材２２とシールド板７４の上面との間で挟まれる空間が広がるように、シールド板７４を凹ませた部分である。
　パワーモジュール１０の底面１０ａと領域Ａで囲われるケース面との間の結合容量をＣ１とする。結合容量をＣ１は、第１実施形態で示した式（１）で表される。結合容量Ｃ１を決める電極面積は、底面１０аとシールド板７４の表面との間の対向部分の面積で決まる。誘電率は、樹脂トレイ５０の材質や形状等により決まる。ノイズ共振点が外部機器に影響を及ぼす周波数帯域から外れ、ノイズの大きさが当該周波数帯域で許容値以下となるように、結合容量Ｃ１を決める。そして、式（１）に基づき、底面１０ａと凹部７４ｄの表面との間の距離ｄ１を決める。距離ｄ１は、凹部７４ｄの突出部分の高さで調整できるため、式（１）を満たすように凹部７４ｄの深さを決定することで、凹部７４ｄの形状が設定される。
　バスバ２０の部材２２ｈと領域Ｂで囲われるケース面との間の結合容量をＣ２についても、同様に、第１実施形態で示した式（１）で表される。電極面積は、部材２２ｈとシールド板７４の表面との間の対向部分の面積で決まる。誘電率は、樹脂トレイ５０の材質や形状等により決まり、誘電率は樹脂トレイ５０の材質や形状等により決まる。そして、ノイズ共振点が外部機器に影響を及ぼす周波数帯域から外れ、ノイズの大きさが当該周波数帯域で許容値以下となるように、結合容量Ｃ２を決める。底面１０ａと凹部７４ｅの表面との間の距離ｄ２が式（１）を満たすように、凹部７４ｅの深さが調整される。これにより、凹部７４ｅの形状が設定される。
　上記のように本実施形態では、シールド板７４は、領域Ａ、Ｂの部分に形成された凹部７４ｄ、７４ｅを有する。これにより、凹部７４ｄ、７４ｅの高さの調整により、ノイズ共振点を外部機器に影響を及ぼす所定の周波数帯域からずらすことができ、所定の周波数帯域におけるノイズを抑制できる。
　本実施形態の変形例に係る電力変換装置１００として、凹部７４ｄ、７４ｅに、冷媒を流す流路を設けてもよい。流路は、冷媒を流すことで、外部ケース７０に収容される発熱体を冷却するものである。発熱体は、例えばパワーモジュール１０である。これにより、電力変換装置１００の体積増加を防ぎつつ、冷却性能を高めることができる。
１０…パワーモジュール
１０ａ…底面
１１…パワーモジュール用ケース（ＰＭケース）
２０…バスバ
２１、２２…金属板
２２а～２２ｆ…部材
３０…平滑コンデンサ
３１…平滑コンデンサ用ケース（コンデンサケース）
４０…冷却器
５０…樹脂トレイ
５０ａ、５０ｂ…凸部
６０…流路
７０…外部ケース
７１…天面
７２…側面
７３…底面
７３ａ、７３ｂ、７３ｃ…凹部
７３ｄ、７３ｅ…凸部
７３ｆ…ビード構造
７４…シールド板
７４ａ、７４ｂ、７４ｃ…凸部
７４ｄ、７４ｅ…凹部
１００…電力変換装置

Claims (6)

  1. 　スイッチング素子を含むパワーモジュールと、
    　複数のケース面で前記パワーモジュールを収容する金属製のケースとを備え、
    前記スイッチング素子の動作により生じるノイズのレベルが所定の周波数帯域で所定値以下となり、かつ、前記ノイズの共振点が前記所定の周波数帯域から外れるように、前記ケース面若しくはパワーモジュールを支持する樹脂トレイのいずれか一方の所定範囲に凹部又は凸部を設けて、前記ケース面と導電部との間の結合容量を設定し、
    前記導電部は、前記ケースに収容される部品又は前記パワーモジュールのうち導電性を有する部分である電力変換装置。
  2. 　前記ケースは、前記ケース面にシールド板を有し、
    　前記シールド板は前記凹部又は前記凸部を有する請求項１記載の電力変換装置。
  3. 　前記シールド板上に、前記ケースに収容される発熱体を冷却する流路を有する請求項２記載の電力変換装置。
  4. 　前記ケース面上の前記凹部に、前記ケースに収容される発熱体を冷却する流路を備える請求項１又は２に記載の電力変換装置。
  5. 　前記ケースは、前記ケース面にビード構造を有する請求項１～４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
  6. 　前記結合容量は、前記導電部を前記ケース面に投影させた部分と前記導電部との値の結合容量である請求項１～５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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