JP2007259578A

JP2007259578A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2007259578A
Application number: JP2006080008A
Authority: JP
Inventors: Akinori Nishizawa; 昭則西沢
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】回転電機である交流電動発電機との接続が容易で、空間への不要電磁放射を小さくできる電力変換装置を得る。
【解決手段】三相電力ケーブル５に近接して配設された敷設ケーブル７により、半導体スイッチング回路部１の負側端子１ｂと交流電動発電機３のフレーム３ａを接続している。バッテリ２ｂの直流電力を半導体スイッチング回路部１により交流に変換するときのスイッチング動作により発生した高周波の電磁ノイズは、三相電力ケーブル５から交流電動発電機３に流れ、図示しない巻線とフレーム間の浮遊インピーダンスにより、フレーム３ａへ流れる。フレーム３ａから半導体スイッチング回路部１へは三相電力ケーブル５に近接して配置された最も低インピーダンスの経路である敷設ケーブル７を流れて戻るので、金属シャシー６を流れるノイズ電流を小さくでき、空間への不要電磁放射を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に接続される電力変換回路を有する電力変換装置に関する。

従来の電力変換装置では、電力変換回路であるインバータの半導体素子のスイッチング動作に起因する電磁ノイズを防止するために、インバータと電動機とを接続するハーネスに外被シールド線を用いることで対処していた（例えば、特許文献１参照）。また、モータ・ジェネレータとバッテリとを接続する三相の３本のケーブルのうちの１本のケーブルのシールドを、ＤＣ／ＤＣコンバータとバッテリとを接続する電源線を兼ねるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。さらに、多重巻線電動機と電力変換器モジュールとを一体化し、ケーブルを短くするといった方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平８−９８３２８号公報（段落番号００３１及び図２）特開平２０００−１０４９１８号公報（段落番号００１３及び図１）特開平８−３３６２６１号公報（段落番号００３０及び図１）

上記のような、空間への不要電磁放射を防止するために外被シールド線を用いる電力変換装置にあっては、外被シールド線を用いるため、重量やコストが増加する。さらに、シールド端子が必要となり、外被シールド線は硬いために、取り付け性が悪くなるなどの問題点がある。また、多重巻線電動機と電力変換器モジュールとを一体化させると、全体が大きくなり、設置上の制限が生じるという問題点がある。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電力変換回路と回転電機との接続が容易で空間への不要電磁放射を小さくできる電力変換装置を得ることを目的とする。

この発明における電力変換装置は、正極及び負極を有する直流電源と、交流側端子と正負一対の直流側端子とを有し直流側端子が一対の直流電力線により直流電源の正極及び負極に接続されるとともに交流側端子が交流巻線とフレームとを有する回転電機の交流巻線に交流電力線により接続される電力変換回路と、交流電力線に近接して配置され電力変換回路の直流側端子の一方と回転電機のフレームとを接続する接続線とを備えたものである。

この発明における電力変換装置は、正極及び負極を有する直流電源と、交流側端子と正負一対の直流側端子とを有し直流側端子が一対の直流電力線により直流電源の正極及び負極に接続されるとともに交流側端子が交流巻線とフレームとを有する回転電機の交流巻線に交流電力線により接続される電力変換回路と、交流電力線に近接して配置され電力変換回路の直流側端子の一方と回転電機のフレームとを接続する接続線とを備えたので、電力変換回路より発生したノイズ電流は交流電力線から回転電機の巻線を経てフレームに流れ最もインピーダンスの低い接続線を通って電力変換回路の直流側端子の一方へ帰還することになり、交流電力線と接続線によるループの面積、すなわちノイズ電流のループを小さくすることができ、空間への不要電磁放射を抑制することができる。また、交流電力線にシールド線を用いる必要がないので、交流電力線の取り回しが容易で、回転電機との接続が容易である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す構成図である。図１において、電力変換装置は、電力変換回路である半導体スイッチング回路部１、バッテリ装置２、直流電力線である直流電力ケーブル４の正極側及び負極側電力線４ａ，４ｂ、交流電力線である三相電力ケーブル５を備えている。半導体スイッチング回路部１は、一対の直流側端子である正側及び負側端子１ａ，１ｂとシャーシ１ｃを有する。バッテリ装置２は、筐体２ａに収容された直流電源であるバッテリ２ｂを有する。

半導体スイッチング回路部１の正側及び負側端子１ａ，１ｂは直流電力ケーブル４の正極側電力線４ａ及び負極側電力線４ｂによりバッテリ２ｂの正極及び負極にそれぞれ接続されている。バッテリ２ｂの負極側が大地電位にある接地体である金属シャーシ６に接地されている。そして、半導体スイッチング回路部１の負側端子１ｂと後述の交流電動発電機３のフレーム３ａとを接続する接続線である敷設ケーブル７が三相電力ケーブル５に近接して配設されている。電力変換装置は以上のように構成されている。交流電動発電機３は、図示しない巻線とフレーム３ａを有し、巻線は三相電力ケーブル５により半導体スイッチング回路部１の図示しない交流側端子に接続されている。

このような電力変換装置は、例えばパラレル方式のハイブリッド自動車に用いられ、交流電動発電機３は図示しないガソリンエンジンと直結されており、力行時は主としてガソリンエンジンにより車両を駆動し、必要に応じてバッテリ２ｂから供給される直流電力を半導体スイッチング回路部１により交流電力に変換して交流電動発電機３を駆動して車両を走行させる。また、制動時は交流電動発電機３により発電をして発生した交流電力を半導体スイッチング回路部１により直流電力に変換してバッテリ２ｂを充電する。

半導体スイッチング回路部１は、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＦＥＴ（ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体素子により構成されるインバータ回路等からなるものである。このインバータ回路のスイッチング動作により高周波の電磁ノイズが発生し、三相電力ケーブル５を経由して、交流電動発電機３に流れ込む。交流電動発電機３に流れたノイズ電流は交流電動発電機３の図示しない巻線とフレーム間の浮遊インピーダンスにより、フレーム３ａへ流れる。フレーム３ａからはノイズ発生源である半導体スイッチング回路部１へは最も低インピーダンスの経路である敷設ケーブル７を流れて負側端子１ｂに還流する。

ノイズ電流が金属シャーシ６を流れて半導体スイッチング回路１に帰還するとノイズ電流が大きなループ経路を回ることとなり、これに応じて不要電磁放射の発生量も多くなる。しかし、図１に示した電力変換装置においては、交流電動発電機３のフレーム３ａと半導体スイッチング回路部１の大地電位側の直流側端子１ｂを接続する敷設ケーブル７が三相電力ケーブル５に近接して配置されている。従って、三相電力ケーブル５の各導体間及び三相電力ケーブル５と敷設ケーブル７との間の相互インダクタンス、敷設ケーブル７の自己インダクタンスの関係等によりノイズ電流は最もインピーダンスの低い敷設ケーブル７を通って半導体スイッチング回路１に帰還し、金属シャーシ６を流れるノイズ電流は小さくなり、その結果、空間への不要電磁放射を抑制できる。

以上のように、この実施の形態１の電力変換装置によれば、敷設ケーブル７を三相電力ケーブル５に近接させて敷設することにより、電力変換回路である半導体スイッチング回路部１により直流を交流に変換するときのスイッチング手段である半導体開閉素子のスイッチング動作により発生したノイズ電流は、交流電力線である三相電力ケーブル５から交流電動発電機３の巻線を経てフレーム３ａに流れ、最もインピーダンスの低い接続線である敷設ケーブル７を通って半導体スイッチング回路部１の負側端子１ｂへ帰還することになり、三相電力ケーブル５と敷設ケーブル７によるループの面積、すなわちノイズ電流のループを小さくすることができ、空間への不要電磁放射を抑制することができる。また、三相電力ケーブル５にシールド線を用いる必要がないので、三相電力ケーブル５の取り回しが容易で、半導体スイッチング回路部１と交流電動発電機３との接続が容易である。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２である電力変換装置の構成図である。
図２において、敷設ケーブル１７は、三相電力ケーブル５及び直流電力線の一方である負極側電力線４ｂに近接して配設され、交流電動発電機３のフレーム３ａとバッテリ２ｂの負極側とを接続している。すなわち、半導体スイッチング回路部１の負側端子１ｂと交流電動発電機３のフレーム３ａとを負極側電力線４ｂを介して敷設ケーブル１７により接続している。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。

このような構成においても、ノイズ電流を金属シャーシ６に流さずに敷設ケーブル１７に流すことができ、空間への不要電磁放射を抑制することができる。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３である電力変換装置の構成図である。
図３において、バッテリ２ｂの負極側が鉄心としてのフェライトコアを有するコイル８を介して金属シャーシ６に接地されている。コイル８は、円環状のフェライトコアに絶縁電線が巻回された簡易な構成のもので、所定の周波数において所定のインピーダンスを有する。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。

コイル８は、この発明における半導体スイッチング回路部１に発生するような高い周波数を遮断するとともにこれより低い周波数の交流及び直流は通過させる特性を有し、金属シャーシ６を流れるノイズ電流を抑制する効果を持っている。図１に示した実施の形態では、敷設ケーブル７により、金属シャーシ６を流れるノイズ電流は小さくなるがゼロにはならない。ところが、この実施の形態のように金属シャーシ６とバッテリ２ｂのマイナス端子側とをコイル８を介して金属シャーシ６に接地することにより、金属シャーシ６を流れるノイズ電流をさらに小さくでき、不要電磁放射を一層抑制することが可能となる。なお、図２に示した実施の形態においても同様にバッテリ２ｂのマイナス端子側をコイル８を介して金属シャーシ６に接地すれば、同様の効果を奏する。

実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４である電力変換装置の構成図である。
図４において、半導体スイッチング回路部１の負側端子１ｂは接地線２１により金属シャーシ６に接地されている。この実施の形態においては、直流電力の帰還経路として、金属シャーシ６を用いている。すなわち、金属シャーシ６が半導体スイッチング回路部１の負側端子１ｂとバッテリ２ｂの負極側とを接続する負極側電力線４ｂを兼ねている。敷設ケーブル７は、実施の形態１と同様に三相電力ケーブル５に近接して配置されている。

その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。このような構成においても、ノイズ電流を金属シャーシ６に流さずに敷設ケーブル７に流すことができ、空間への不要電磁放射を抑制することができる。

なお、上記各実施の形態では、バッテリ２ｂの負極側を接地するものを示したが、半導体スイッチング回路部１の負側端子１ｂを接地することによりバッテリ２ｂの負極側を負極側電力線４ｂを介して間接的に接地するものであってもよい。また、バッテリ２ｂの負極側を接地するものを示したが、正極側を接地するものであってもよい。さらに、電力変換装置はパラレル方式のハイブリッド自動車に用いられるものに限らず、他の方式のハイブリッド自動車や、他の用途に用いられるものであっても同様の効果を奏する。また、直流電源はバッテリに限られるものではなく、燃料電池等であってもよい。

この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す構成図である。この発明の実施の形態２による電力変換装置を示す構成図である。この発明の実施の形態３による電力変換装置を示す構成図である。この発明の実施の形態４による電力変換装置を示す構成図である。

符号の説明

１半導体スイッチング回路部、２バッテリ装置、２ａ筐体、２ｂバッテリ、
３交流電動発電機、３ａフレーム、４直流電力ケーブル、４ｂ負極側電力線、
５三相電力ケーブル、６金属シャーシ、７，１７敷設ケーブル、８コイル、
２１接地線。

Claims

正極及び負極を有する直流電源と、交流側端子と正負一対の直流側端子とを有し上記直流側端子が一対の直流電力線により上記直流電源の上記正極及び負極に接続されるとともに上記交流側端子が交流巻線とフレームとを有する回転電機の上記交流巻線に交流電力線により接続される電力変換回路と、上記交流電力線に近接して配置され上記電力変換回路の上記直流側端子の一方と上記回転電機の上記フレームとを接続する接続線とを備えた電力変換装置。
上記電力変換回路の上記直流側端子の一方が上記直流電力線の一方により上記直流電源の一方の極に接続されるものであり、上記接続線は上記交流電力線及び上記直流電力線の一方と近接して配置されかつ上記回転電機の上記フレームと上記直流電源の一方の極とを接続することにより上記直流電力線の一方を介して上記電力変換回路の上記直流側端子の一方と上記回転電機の上記フレームとを接続するものであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
上記直流電源の一方の極が、大地電位にある接地体に接地されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
上記直流電源端子の一方が、鉄心を有するコイルを介して接地されたものであることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
上記直流電源の一方の極が上記接地体に接地されたものであって、上記直流側端子の一方と上記接続線との接続点を上記接地体に接地する接地線を有し、上記接地線と上記接地体とが上記直流電力線の一方を兼ねるものであることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。