JP2008054396A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却フィンの接地線を介して流れる電流経路により不要な共振電流及びノイズの発生を抑制する電力変換装置を得る。
【解決手段】直流電源系統から受電し、負荷を駆動するインバータ４と、インバータ４を冷却する冷却手段であるフィン５と、直流電源系統とインバータ４とを接続する高圧配線２１、及びインバータを接地する接地配線２２を通す貫通孔を有するコア８と、フィン５を接地する接地線９とを備え、接地線９がコアに巻回されてから接地される。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力変換装置におけるノイズ低減に関するものであり、特に冷却フィンの接地線を介して流れるノイズ源電流の抑制に関する。

従来の電力変換装置においては、電力を充電するフィルタコンデンサ、インバータ、インバータが内部に収納された着脱可能なユニット、ユニット内の入力側に設置される第１のコア群及びユニット内の出力側に設置される第２のコア群から構成され、架線電力を供給し、負荷へ電力を出力する。第１及び第２のコア群をノイズ発生源である半導体素子の極近傍に配置することにより、配線と装置箱枠間に存在する浮遊キャパシタンスを通して漏洩電流が流れるという現象を防止することができる（例えば、特許文献１参照）。

また、半導体素子を放熱するために受熱板を設置する場合には、受熱板を充分に厚い絶縁体を介して筐体に取り付け、電気的には抵抗を介して導電線により接地点と接続し、閉ループ経路を流れる共振電流を抑制することができる。接地線に接続された抵抗は、接地線を介して流れる電流に対してダンピング効果を与えるものである（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１８７３６８号公報（第５頁、第１図） 特開２００２−１３６１５３号公報（第３〜４頁、第１図）

従来の電力変換装置では、半導体素子を放熱するために受熱板であるフィンを設置する場合、インバータとフィンとの間の浮遊容量を介して、インバータ→フィン→接地線→フィルタコンデンサ→インバータの経路によって、浮遊容量及び接地線等における浮遊インダクタンスによる共振経路が構成され、インバータを構成する半導体素子のスイッチング動作に伴い、接地線を介して共振電流が流れる。この共振電流が放射ノイズ源となり、誘導障害やラジオ波帯に影響を与えるという課題があった。共振を抑制するために、接地線に抵抗を接続し、共振電流にダンピング効果を与えることにより、共振電流が放射ノイズ源とならないようにすることも可能であるが、接地線に別途抵抗を設ける必要がある。また、抵抗は低周波から高周波まで概ね一定のインピーダンスを持つため、放射ノイズ源となる比較的高周波の電流を抑制するために高インピーダンスな抵抗を選定すると、接地したい低周波の帯域までインピーダンスが高くなるため、充分な接地が得られないという課題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、接地線を介する共振経路に対して、別途抵抗などを設けることなく共振動作に対して充分なダンピング効果が得られ、低周波領域では充分に低いインピーダンスで接地作用を得ることができる電力変換装置を得るものである。

第１の発明に係る電力変換装置は、直流電源系統から受電し、負荷を駆動するインバータと、インバータを冷却する冷却手段と、直流電源系統とインバータとを接続する高圧配線、及びインバータを接地する接地配線を通す貫通孔を有するコアと、冷却手段を接地する接地線とを備え、接地線は、コアに巻回されてから接地されることを特徴とするものである。

第２の発明に係る電力変換装置は、直流電源系統から受電し、負荷を駆動するインバータと、インバータを冷却する冷却手段と、インバータと負荷とを接続する負荷配線を通す貫通孔を有する第２のコアと、冷却手段を接地する接地線とを備え、接地線は、第２のコアに巻回されてから接地されることを特徴とするものである。

第３の発明に係る電力変換装置は、直流電源系統から受電し、負荷を駆動するインバータと、インバータを冷却する冷却手段と、直流電源系統とインバータとを接続する高圧配線、及びインバータを接地する接地配線を通す貫通孔を有するコアと、冷却手段を接地する接地線と、接地線が巻回される貫通孔を有する接地線用コアとを備えたことを特徴とするものである。

第４の発明に係る電力変換装置は、交流電源系統から受電し、直流電圧を発生するコンバータと、直流電圧を受電し、負荷を駆動するインバータと、インバータを冷却する第１の冷却手段と、コンバータを冷却する第２の冷却手段と、交流電源系統とコンバータとを接続する低圧側配線を通す貫通孔を有する第３のコアと、第１の冷却手段を接地する第１の接地線と、第２の冷却手段を接地する第２の接地線とを備え、第１の接地線及び第２の接地線は、それぞれ第３のコアに巻回されてから接地されることを特徴とするものである。

第５の発明に係る電力変換装置は、交流電源系統から受電し、直流電圧を発生するコンバータと、直流電圧を受電し、負荷を駆動するインバータと、インバータを冷却する第１の冷却手段と、コンバータを冷却する第２の冷却手段と、インバータと負荷とを接続する負荷配線を通す貫通孔を有する第４のコアと、第１の冷却手段を接地する第１の接地線と第２の冷却手段を接地する第２の接地線とを備え、第１の接地線及び第２の接地線は、それぞれ第４のコアに巻回されてから接地されることを特徴とするものである。

第６の発明に係る電力変換装置は、交流電源系統から受電し、直流電圧を発生するコンバータと、直流電圧を受電し、負荷を駆動するインバータと、インバータを冷却する第１の冷却手段と、コンバータを冷却する第２の冷却手段と、交流電源系統とコンバータとを接続する低圧側配線を通す貫通孔を有する第３のコアと、第１の冷却手段を接地する第１の接地線と、第２の冷却手段を接地する第２の接地線と、第１の接地線が巻回される貫通孔を有する第１の接地線用コアと、第２の接地線が巻回される貫通孔を有する第２の接地線用コアとを備えたことを特徴とするものである。

第７の発明に係る電力変換装置は、直流電源系統から受電し、負荷を駆動するインバータと、インバータを冷却する冷却手段と、直流電源系統とインバータとを接続する高圧配線、及びインバータを接地する接地配線を通す貫通孔を有するコアと、冷却手段を接地する接地線とを備え、接地線、冷却手段、インバータ、及び接地配線によって配線ループが構成されることを特徴とするものである。

上記第１〜第６の発明によれば、インバータを冷却する冷却手段を接地する接地線を、貫通孔を有するコアに巻回させたので、接地線の高周波インピーダンスを増大させることにより、冷却手段の接地線を介して共振を伴い発生するノイズ源電流を抑制することができる。

また、上記第７の発明によれば、接地線、冷却手段、インバータ、及び接地配線によって構成される配線ループが貫通孔を有するコアを通過するので、ノイズ源電流を抑制することができる。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１を示す電力変換装置の構成図である。図１において、電力変換装置１０１は、直流の系統電圧を集電するパンタグラフ１及びリアクトル２を介して直流電源系統から受電し、直流電圧を交流電圧に変換し、負荷であるモータ６を駆動するインバータ４と、コンデンサ３と、インバータ４を構成する半導体素子を冷却する冷却手段であるフィン５とによって構成されている。また、直流電源系統に接続されているリアクトル２とインバータ４とを接続する高圧配線２１、及びインバータ４をアース７へ接地する接地配線２２の２本の配線が設けられている。さらに、インバータ４と負荷であるモータ６とを接続する負荷配線２３ａ，２３ｂ，２３ｃが設けられている。

電力変換装置１０１は、高圧配線２１及び接地配線２２を通す貫通孔を有するコア８と、冷却手段であるフィン５を接地する接地線９とを備えており、接地線９は、コア８に巻回されてからアース７へ接地されている。コア８を設置することによってインバータ４が発生する電源系統側へ漏洩するコモンモード電流を低減させることができる。コア８を巻回する巻き数は、少なくとも１回以上であればノイズ低減の効果がある。巻き数が多くなるほど、ノイズ低減の効果も向上するが、巻回する巻き線間の浮遊容量が発生する可能性がある。また、電力変換装置１０１の仕様に応じてコア８を選択すればよいが、本実施の形態では、例えば外径１２０ｍｍ程度、内径１００ｍｍ程度、厚さ３０ｍｍ程度のリング状のフェライトコアも用いた。

接地線９がコア８を介さずに直接接地される場合には、インバータ４とフィン５との間の浮遊容量を介して、インバータ４→フィン５→接地線９→コンデンサ３→インバータ４の経路により、浮遊容量と接地線９等における浮遊インダクタンスによる共振経路が構成される。しかしながら、本実施の形態のように、接地線９がコア８に巻回される場合には、コア８のインピーダンスにより共振経路の共振周波数が下がる。また、コア８の材質が、コア８の共振周波数でのインピーダンスの主成分が抵抗となるようなものであれば、共振経路に対してダンピング効果が得られる。

このように接地線９がコア８を巻回して接地されることにより、新規に抵抗を設けることなく、既存のコア８を利用して、共振周波数を降下させ、または共振のダンピングを得ることができる。このため、インバータ４→フィン５→接地線９→コンデンサ３→インバータ４の経路による共振周波数を所望の低い共振周波数にシフトすること、または共振そのものにダンピング効果を与えることができるので、放射ノイズ源を実用上問題とならない状態にすることができる。このように、部品コストをアップさせることなく放射ノイズ源に対する対策が可能となる。

また、接地線９は電力の受け渡しが無いことから比較的細いワイヤーハーネスなどで構成できるため、コア８に巻回することが容易であり、簡単にコア８に巻回する巻数を増やすことによりインピーダンスを必要量まで増大させることができる。本実施の形態では、直径１０ｍｍ程度のワイヤーハーネスを用いた。さらに、コア８は例えばフェライトやアモルファスを材料として構成されるため、直流近傍の低周波帯域において低インピーダンスとなり、コア８に巻回する巻数を増やしてもインピーダンスは顕著に増加せず、共振周波数帯域で高インピーダンスを得ながら低周波帯域で低インピーダンスとなり、直流近傍において充分な接地効果を得ることができる。具体的には、１００ｋＨｚ〜数ＭＨｚ程度の周波数帯域でノイズ低減の効果は顕著である。なお、接地線９は、コア８に巻回後にアース７に直接接地しても良い。

以上のように、インバータ４を冷却するフィン５を接地する接地線９が貫通孔を有するコア８に巻回されたので、接地線９の高周波インピーダンスを増大させることにより、フィン５の接地線９を介して共振を伴い発生するノイズ源電流を抑制することができる。

実施の形態２．
図２は、この発明を実施するための実施の形態２を示す電力変換装置の構成図である。図２において、インバータ４と負荷６との間に第２のコア１０が設置され、インバータ４の直流電源系統側にコアが設置されていない点で実施の形態１と異なっている。図２において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の態様は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

図２において、電力変換装置１０２は、インバータ４と負荷であるモータ６とを接続する負荷配線２３ａ，２３ｂ，２３ｃをまとめて通す貫通孔を有する第２のコア１０を備えている。また、冷却手段であるフィン５を接地する接地線１１を備えており、接地線１１は、第２のコア１０に巻回されてからアース７へ接地されている。第２のコア１０は、インバータ４がモータ６を介して発生するコモンモード電流を抑制するものである。

接地線１１が第２のコア１０を介さずに直接接地される場合には、インバータ４とフィン５との間の浮遊容量を介して、インバータ４→フィン５→接地線１１→コンデンサ３→インバータ４の経路により、浮遊容量と接地線１１等における浮遊インダクタンスによる共振経路が構成される。しかしながら、本実施の形態のように、接地線１１が第２のコア１０に巻回される場合には、第２のコア１０のインピーダンスにより共振経路の共振周波数が下がる。また、第２のコア１０の材質が、第２のコア１０の共振周波数でのインピーダンスの主成分が抵抗となるようなものであれば、共振経路に対してダンピング効果が得られる。

このように接地線１１が第２のコア１０を巻回して接地することにより、新規に抵抗を設けることなく、既存の第２のコア１０を利用して、共振周波数を降下させ、または共振のダンピングを得ることができるため、インバータ４→フィン５→接地線１１→コンデンサ３→インバータ４の経路による共振周波数を所望の低い共振周波数にシフト、または共振そのものにダンピング効果を与えることができるので、放射ノイズ源を実用上問題とならない状態にすることができる。このように、部品コストをアップさせることなく放射ノイズ源に対する対策が可能となる。

また、接地線１１は電力の受け渡しが無いことから比較的細いワイヤーハーネスで構成できるため、第２のコア１０に巻回することが容易であり、簡単に第２のコア１０に巻回する巻数を増やすことによりインピーダンスを必要量まで増大させることができる。さらに、第２のコア１０は例えばフェライトやアモルファスを材料として構成されるため、直流近傍の低周波帯域において低インピーダンスとなり、第２のコア１０に巻回する巻数を増やしてもインピーダンスは顕著に増加せず、共振周波数帯域で高インピーダンスを得ながら低周波帯域で低インピーダンスとなり、直流近傍において充分な接地効果を得ることができる。

以上のように、インバータ４を冷却するフィン５を接地する接地線１１が貫通孔を有する第２のコア１０に巻回されたので、接地線１１の高周波インピーダンスを増大させることにより、フィン５の接地線１１を介して共振を伴い発生するノイズ源電流を抑制することができる。

実施の形態３．
図３は、この発明を実施するための実施の形態３を示す電力変換装置の構成図である。
図３において、インバータ４と負荷であるモータ６との間に第２のコア１０が設置されている点で実施の形態１と異なっている。図３において、電力変換装置１０３は、高圧配線２１及び接地配線２２を通す貫通孔を有するコア８に加えて、インバータ４と負荷であるモータ６とを接続する負荷配線２３ａ，２３ｂ，２３ｃをまとめて通す貫通孔を有する第２のコア１０を備えている。また、冷却手段であるフィン５を接地する接地線１２を備えており、接地線１２は、第２のコア１０に巻回されてから、さらにコア８に巻回されアース７へ接地されている。なお、接地線１２は、コア８に巻回され、さらに第２のコア１０に巻回されてからアース７へ接地されてもよい。

接地線１２がコア８及び第２のコア１０を介さずに直接接地される場合には、インバータ４とフィン５との間の浮遊容量を介して、インバータ４→フィン５→接地線１２→コンデンサ３→インバータ４の経路により、浮遊容量と接地線１２等における浮遊インダクタンスによる共振経路が構成される。しかしながら、本実施の形態のように、接地線１２がコア８及び第２のコア１０に巻回される場合には、コア８及び第２のコア１０のインピーダンスにより共振経路の共振周波数が下がる。また、コア８及び第２のコア１０の材質が、コア８及び第２のコア１０の共振周波数でのインピーダンスの主成分が抵抗となるようなものであれば、共振経路に対してダンピング効果が得られる。

このように接地線１２がコア８及び第２のコア１０を巻回して接地されることにより、新規に抵抗を設けることなく、既存のコア８及び第２のコア１０を利用して、共振周波数を降下させ、または共振のダンピングを得ることができる。このため、インバータ４→フィン５→接地線１２→コンデンサ３→インバータ４の経路による共振周波数を所望の低い共振周波数にシフトすること、または共振そのものにダンピング効果を与えることができるので、放射ノイズ源を実用上問題とならない状態にすることができる。このように、部品コストをアップさせることなく放射ノイズ源に対する対策が可能となる。

また、接地線１２は電力の受け渡しが無いことから比較的細いワイヤーハーネスで構成できるため、コア８及び第２のコア１０のそれぞれに巻回することが容易であり、簡単にコア８及び第２のコア１０のそれぞれに巻回する巻数を増やすことによりインピーダンスを必要量まで増大させることができる。さらに、コア８及び第２のコア１０は例えばフェライトやアモルファスを材料として構成されるため、直流近傍の低周波帯域において低インピーダンスとなり、コア８及び第２のコア１０のそれぞれに巻回する巻数を増やしてもインピーダンスは顕著に増加せず、共振周波数帯域で高インピーダンスを得ながら低周波帯域で低インピーダンスとなり、直流近傍において充分な接地効果を得ることができる。また、既設のコア８及び第２のコア１０のインピーダンスを同時に利用するため、フィン５の接地線１２を介して流れる共振電流に対して、より一層の減衰効果が得られる。またフィン５の接地線１２を唯一の接地線とし、接地線１２をコア８及び第２のコア１０に巻回したので、接地線の数を増やすことなく２つのコアによるノイズ低減の効果を同時に得られる。

以上のように、インバータ４を冷却するフィン５を接地する接地線１２が貫通孔を有するコア８及び第２のコア１０に巻回されたので、接地線１２の高周波インピーダンスを増大させることにより、フィン５の接地線１２を介して共振を伴い発生するノイズ源電流をより一層抑制することができる。

実施の形態４．
図４は、この発明を実施するための実施の形態４を示す電力変換装置の構成図である。
図４において、接地線６１がコア８に巻回されず、コア８とは別の接地線用コア６０に巻回されている点で実施の形態１と異なっている。図４において、電力変換装置１０４は、高圧配線２１及び接地配線２２を通す貫通孔を有するコア８に加えて、接地線６１が巻回される貫通孔を有する接地線用コア６０を別途備えている。接地線６１は、インバータ４の接地配線側に接続してもよいし、アース７に直接接続してもよい。

接地線６１が接地線用コア６０を介さずに直接接地される場合には、インバータ４とフィン５との間の浮遊容量を介して、インバータ４→フィン５→接地線６１→コンデンサ３→インバータ４の経路により、浮遊容量と接地線６１等における浮遊インダクタンスによる共振経路が構成される。しかしながら、本実施の形態のように、接地線６１が接地線用コア６０に巻回される場合には、接地線用コア６０のインピーダンスにより共振経路の共振周波数が下がる。また、接地線用コア６０の材質が、接地線用コア６０の共振周波数でのインピーダンスの主成分が抵抗となるようなものであれば、共振経路に対してダンピング効果が得られる。

このように接地線６１が接地線用コア６０を巻回して接地されることにより共振周波数を降下させ、または共振のダンピングを得ることができる。このため、インバータ４→フィン５→接地線６１→コンデンサ３→インバータ４の経路による共振周波数を所望の低い共振周波数にシフト、または共振そのものにダンピング効果を与えることができるので、放射ノイズ源を実用上問題とならない状態にすることができる。

また、接地線６１は電力の受け渡しが無いことから比較的細いワイヤーハーネスで構成できるため、接地線用コア６０に巻回することが容易であり、簡単に接地線用コア６０の巻数を増やすことによりインピーダンスを必要量までアップさせることができる。また、接地線用コア６０は例えばフェライトやアモルファスを材料として構成されるため、直流近傍の低周波帯域において低インピーダンスとなり、接地線用コア６０の巻数を増やしてもインピーダンスは顕著に増加せず、共振周波数帯域で高インピーダンスを得ながら低周波帯域で低インピーダンスとなり、従来の抵抗を介する接地と比較して直流近傍において充分な接地効果を得ることができる。

以上のように、インバータ４を冷却するフィン５を接地する接地線６１が貫通孔を有する接地線用コア６０に巻回されたので、接地線用コア６０を別途設置する必要があるものの、接地線６１の高周波インピーダンスを増大させることにより、フィン５の接地線６１を介して共振を伴い発生するノイズ源電流を抑制することができる。

実施の形態５．
図５は、この発明を実施するための実施の形態５を示す電力変換装置の構成図である。図５において、電力変換装置１０５は、交流の系統電圧を集電するパンタグラフ３０及び変圧器３１を介して交流電源系統から受電し、直流電圧を発生するコンバータ３２と、直流電圧を交流電圧に変換し、負荷であるモータ３５を駆動するインバータ３４と、コンデンサ３３と、インバータ３４を構成する半導体素子を冷却する第１の冷却手段であるフィン３７と、コンバータ３２を構成する半導体素子を冷却する第２の冷却手段であるフィン３６とによって構成されている。また、交流電源系統に接続されている変圧器３１とコンバータ３２とを接続する低圧側配線５１，５２の２本の配線が設けられている。さらに、インバータ３４と負荷であるモータ３５とを接続する負荷配線５３ａ，５３ｂ，５３ｃが設けられている。変圧器３１の一端はアース３９に接地されている。

電力変換装置１０５は、２本の低圧側配線５１，５２を通す貫通孔を有する第３のコア３８と、第１の冷却手段であるフィン３７を接地する第１の接地線４１と、第２の冷却手段であるフィン３６を接地する第２の接地線４０とを備えており、第１の接地線４１は、第３のコア３８に巻回されてからアース４５へ接地され、第２の接地線４０は、第３のコア３８に巻回されてからアース４５へ接地されている。第３のコア３８を設置することによってインバータ３４が発生する電源系統側へ漏洩するコモンモード電流を低減させることができる。第３のコア３８を巻回する第１の接地線４１及び第２の接地線４０の巻き数は、少なくとも１回以上であればノイズ低減の効果がある。巻き数が多くなればなるほど、ノイズ低減の効果も向上するが、巻回する巻き線間の浮遊容量が発生する可能性がある。

第１の接地線４１及び第２の接地線４０が第３のコア３８を介さずに直接接地される場合には、コンバータ３２とフィン３６との間の浮遊容量を介して、コンバータ３２→フィン３６→第２の接地線４０→アース４５→アース３９→変圧器３１→コンバータ３２の経路、及びインバータ３４とフィン３７との間の浮遊容量を介して、インバータ３４→フィン３７→第１の接地線４１→アース４５→アース３９→変圧器３１→コンバータ３２→コンデンサ３３の経路により、浮遊容量と接地線等における浮遊インダクタンスによる共振経路が構成される。しかしながら、本実施の形態のように、第１の接地線４１及び第２の接地線４０が第３のコア３８に巻回される場合には、第３のコア３８のインピーダンスにより２つの共振経路の共振周波数が下がる。また、第３のコア３８の材質が、第３のコア３８の共振周波数でのインピーダンスの主成分が抵抗となるようなものであれば、共振経路に対してダンピング効果が得られる。

このように第１の接地線４１及び第２の接地線４０が第３のコア３８を巻回して接地されることにより、新規に抵抗を設けることなく、既存の第３のコア３８を利用して、共振周波数を降下させ、または共振のダンピングを得ることができるため、コンバータ３２→フィン３６→第２の接地線４０→アース４５→アース３９→変圧器３１→コンバータ３２の経路、及びインバータ３４→フィン３７→第１の接地線４１→アース４５→アース３９→変圧器３１→コンバータ３２→コンデンサ３３の経路による共振周波数を所望の低い共振周波数にシフト、または共振そのものにダンピング効果を与えることができるので、放射ノイズ源を実用上問題とならない状態にすることができる。このように、部品コストをアップさせることなく放射ノイズ源に対する対策が可能となる。

また、第１の接地線４１及び第２の接地線４０は電力の受け渡しが無いことから比較的細いワイヤーハーネスで構成できるため、第３のコア３８に巻回することが容易であり、簡単に第３のコア３８に巻回する巻数を増やすことによりインピーダンスを必要量まで増大させることができる。さらに、第３のコア３８は例えばフェライトやアモルファスを材料として構成されるため、直流近傍の低周波帯域において低インピーダンスとなり、第３のコア３８に巻回する巻数を増やしてもインピーダンスは顕著に増加せず、共振周波数帯域で高インピーダンスを得ながら低周波帯域で低インピーダンスとなり、直流近傍において充分な接地効果を得ることができる。

以上のように、コンバータ３２及びインバータ３４を冷却するフィン３６，３７を接地する接地線４０，４１が貫通孔を有する第３のコア３８に巻回されたので、接地線４０，４１の高周波インピーダンスを増大させることにより、フィン３６，３７の接地線４０，４１を介して共振を伴い発生するノイズ源電流を抑制することができる。

実施の形態６．
図６は、この発明を実施するための実施の形態６を示す電力変換装置の構成図である。図６において、インバータ３４と負荷３５との間に第４のコア４２が設置され、コンバータ３２の変圧器３１側に第３のコアが設置されていない点で実施の形態５と異なっている。電力変換装置１０６は、インバータ３４と負荷であるモータ３５とを接続する負荷配線５３ａ，５３ｂ，５３ｃをまとめて通す貫通孔を有する第４のコア４２を備えている。また、第１の冷却手段であるフィン３７を接地する第１の接地線４４と、第２の冷却手段であるフィン３６を接地する第２の接地線４３とを備えており、第１の接地線４４は、第４のコア４２に巻回されてからアース４６へ接地され、第２の接地線４３は、第４のコア４２に巻回されてからアース４６へ接地されている。第４のコア４２を設置することによってインバータ３４が発生する電源系統側へ漏洩するコモンモード電流を低減させることができる。

第１の接地線４４及び第２の接地線４３が第４のコア４２を介さずに直接接地される場合には、コンバータ３２とフィン３６との間の浮遊容量を介して、コンバータ３２→フィン３６→第２の接地線４３→アース４６→アース３９→変圧器３１→コンバータ３２の経路、及びインバータ３４とフィン３７との間の浮遊容量を介して、インバータ３４→フィン３７→第１の接地線４４→アース４６→アース３９→変圧器３１→コンバータ３２→コンデンサ３３の経路により、浮遊容量と接地線等における浮遊インダクタンスによる共振経路が構成される。しかしながら、本実施の形態のように、第１の接地線４４及び第２の接地線４３に第４のコア４２を介することにより、第４のコア４２のインピーダンスにより２つの共振経路の共振周波数が下がる。また、第４のコア４２の材質が、第４のコア４２の共振周波数でのインピーダンスの主成分が抵抗となるようなものであれば、共振経路に対してダンピング効果が得られる。

このように第１の接地線４４及び第２の接地線４３が第４のコア４２を巻回して接地されることにより、新規に抵抗を設けることなく、既存の第４のコア４２を利用して、共振周波数を降下させ、または共振のダンピングを得ることができるため、コンバータ３２→フィン３６→第２の接地線４３→アース４６→アース３９→変圧器３１→コンバータ３２の経路、及びインバータ３４→フィン３７→第１の接地線４４→アース４６→アース３９→変圧器３１→コンバータ３２→コンデンサ３３の経路による共振周波数を所望の低い共振周波数にシフト、または共振そのものにダンピング効果を与えることができるので、放射ノイズ源を実用上問題とならない状態にすることができる。このように、部品コストをアップさせることなく放射ノイズ源に対する対策が可能となる。

また、第１の接地線４４及び第２の接地線４３は電力の受け渡しが無いことから比較的細いワイヤーハーネスで構成できるため、第４のコア４２に巻回することが容易であり、簡単に第４のコア４２に巻回する巻数を増やすことによりインピーダンスを必要量まで増大させることができる。さらに、第４のコア４２は例えばフェライトやアモルファスを材料として構成されるため、直流近傍の低周波帯域において低インピーダンスとなり、第４のコア４２に巻回する巻数を増やしてもインピーダンスは顕著に増加しないため、共振周波数帯域で高インピーダンスを得ながら低周波帯域で低インピーダンスとなり、直流近傍において充分な接地効果を得ることができる。

以上のように、コンバータ３２及びインバータ３４を冷却するフィン３６，３７を接地する接地線４３，４４が貫通孔を有する第４のコア４２に巻回されたので、接地線４３，４４の高周波インピーダンスを増大させることにより、フィン３６，３７の接地線４３，４４を介して共振を伴い発生するノイズ源電流を抑制することができる。

実施の形態７．
図７は、この発明を実施するための実施の形態７を示す電力変換装置の構成図である。図７において、インバータ３４と負荷であるモータ３５との間に第４のコア４２が設置されている点で実施の形態５と異なっている。図７において、電力変換装置１０７は、２本の低圧側配線５１，５２を通す貫通孔を有する第３のコア３８に加えて、インバータ３４と負荷であるモータ３５とを接続する負荷配線５３ａ，５３ｂ，５３ｃをまとめて通す貫通孔を有する第４のコア４２を備えている。また、第１の冷却手段であるフィン３７を接地する第１の接地線４８を備えており、第１の接地線４８は、第４のコア４２に巻回されてから、さらに第３のコア３８に巻回されアース４９へ接地されている。さらに、第２の冷却手段であるフィン３６を接地する第２の接地線４７を備えており、第２の接地線４７は、第４のコア４２に巻回されてから、さらに第３のコア３８に巻回されアース４９へ接地されている。なお、第３のコア３８及び第４のコア４２に巻回される順番が逆でもよい。

このような構成においても、接地線４７，４８の高周波インピーダンスを増大させることにより、フィン３６，３７の接地線４７，４８を介して共振を伴い発生するノイズ源電流をより一層抑制することができる。

実施の形態８．
図８は、この発明を実施するための実施の形態８を示す電力変換装置の構成図である。
図８において、第１の接地線７３が第３のコア３８に巻回されず、第３のコア３８とは別の第１の接地線用コア７１に巻回され、第２の接地線７４が第３のコア３８に巻回されず、第３のコア３８とは別の第２の接地線用コア７２に巻回されている点で実施の形態５と異なっている。図８において、電力変換装置１０８は、２本の低圧側配線５１，５２を通す貫通孔を有する第３のコア３８に加えて、第１の接地線７３が巻回される貫通孔を有する第１の接地線用コア７１及び第２の接地線７４が巻回される貫通孔を有する第２の接地線用コア７２を別途備えている。

第１の接地線７３が第１の接地線用コア７１を介さず、第２の接地線７４が第２の接地線用コア７２を介さずに直接接地される場合には、コンバータ３２とフィン３６との間の浮遊容量を介して、コンバータ３２→フィン３６→第２の接地線７４→アース４５→アース３９→変圧器３１→コンバータ３２の経路、及びインバータ３４とフィン３７間の浮遊容量を介して、インバータ３４→フィン３７→第１の接地線７３→アース４５→アース３９→変圧器３１→コンバータ３２→コンデンサ３３の経路により、浮遊容量と接地線等における浮遊インダクタンスによる共振経路が構成される。しかしながら、本実施の形態のように、第１の接地線７３に第１の接地線用コア７１を介し、第２の接地線７４に第２の接地線用コア７２を介することにより、２つの共振経路の共振周波数が下がる。または第１の接地線用コア７１及び第２の接地線用コア７２の材質が、第１の接地線用コア７１及び第２の接地線用コア７２の共振周波数でのインピーダンスの主成分が抵抗となるようなものであれば、共振経路に対してダンピング効果が得られる。

このように第１の接地線７３が第１の接地線用コア７１を巻回して接地され、第２の接地線７４が第２の接地線用コア７２を巻回して接地されることにより共振周波数を降下させ、または共振のダンピングを得ることができるため、コンバータ３２→フィン３６→第２の接地線７４→アース４５→アース３９→変圧器３１→コンバータ３２の経路、及びインバータ３４→フィン３７→第１の接地線７３→アース４５→アース３９→変圧器３１→コンバータ３２→コンデンサ３３の経路による共振周波数を所望の低い共振周波数にシフト、または共振そのものにダンピング効果を与えることができるので、放射ノイズ源を実用上問題とならない状態にすることができる。

また、第１の接地線７３及び第２の接地線７４は電力の受け渡しが無いことから比較的細いワイヤーハーネスで構成できるため、第１の接地線用コア７１及び第２の接地線用コア７２に巻回することが容易であり、簡単に第１の接地線用コア７１及び第２の接地線用コア７２の巻数を増やすことによりインピーダンスを必要量までアップさせることができる。また第１の接地線用コア７１及び第２の接地線用コア７２は例えばフェライトやアモルファスを材料として構成されるため、直流近傍の低周波帯域において低インピーダンスとなり、第１の接地線用コア７１及び第２の接地線用コア７２の巻数を増やしてもインピーダンスは顕著に増加せず、共振周波数帯域で高インピーダンスを得ながら低周波帯域で低インピーダンスとなり、従来の抵抗を介する接地と比較して直流近傍において充分な接地効果を得ることができる。

以上のように、インバータ３４を冷却するフィン３７を接地する第１の接地線７３が貫通孔を有する第１の接地線用コア７１に巻回され、コンバータ３２を冷却するフィン３６を接地する第２の接地線７４が貫通孔を有する第２の接地線用コア７２に巻回されたので、第１及び第２の接地線用コア７１，７２を別途設置する必要があるものの、第１及び第２の接地線７３，７４の高周波インピーダンスを増大させることにより、フィン３６、３７の第１及び第２の接地線７３，７４を介して共振を伴い発生するノイズ源電流を抑制することができる。

実施の形態９．
図９は、この発明を実施するための実施の形態９を示す電力変換装置の構成図である。図９において、接地線９１がコア８に巻回されていない点で実施の形態１と異なっている。電力変換装置１０９は、直流の系統電圧を集電するパンタグラフ１及びリアクトル２を介して直流電源系統から受電し、直流電圧を交流電圧に変換し、負荷であるモータ６を駆動するインバータ４と、コンデンサ３と、インバータ４を構成する半導体素子を冷却する冷却手段であるフィン５とによって構成されている。また、直流電源系統に接続されているリアクトル２とインバータ４とを接続する高圧配線２１、及びインバータ４をアース７へ接地する接地配線２２の２本の配線が設けられている。さらに、高圧配線２１及び接地配線２２を通す貫通孔を有するコア８と、冷却手段であるフィン５を接地する接地線９１とを備えている。本実施の形態では、接地線９１がコア８に巻回されていない。しかしながら、接地線９１、冷却手段であるフィン５、インバータ４、及び接地配線２２によって配線ループが構成されている。

この配線ループは、接地配線２２によってコア８の貫通孔を通過しているので、巻回数が１回相当のインピーダンスを得ることができる。つまり、接地線９１をコア８に巻回せずにアース７に直接接地しても、巻回数が１回相当のインピーダンスを得ることができる。この場合でも、インバータ４→フィン５→接地線９１→コンデンサ３→インバータ４の経路に、コア８が挿入されることにより、巻回数が１回相当の共振周波数を所望の低い共振周波数にシフトすること、または共振そのものにダンピング効果を与えることができる。なお、コンバータを配置した場合でも、本実施の形態で示したような配線ループを構成することにより、同等の効果を得ることができる。

以上のように、接地線９１、フィン５、インバータ４、及び接地配線２２によって構成される配線ループがコア８の貫通孔を通過するので、フィン５の接地線９１を介して共振を伴い発生するノイズ源電流を抑制することができる。

なお、実施の形態１〜４において、アース７へ接地する接地配線２２をコア８に貫通させずに直接アース７へ接地しても、フィン５の接地線を介して共振を伴い発生するノイズ源電流を抑制することができる。

また、実施の形態５〜８において、インバータ３４の半導体素子を冷却するための第１の冷却手段であるフィン３７と、コンバータ３２の半導体素子を冷却するための第２の冷却手段であるフィン３６とが独立した構成を示したが、これらのフィン３６，３７が共用化されている場合においても、少なくとも１本から構成される接地線に第３のコア３８及び第４のコア４２のうち少なくともいずれか一方を巻回させることにより同様の効果が得られる。

この発明の実施の形態１を示す電力変換装置の構成図である。 この発明の実施の形態２を示す電力変換装置の構成図である。 この発明の実施の形態３を示す電力変換装置の構成図である。 この発明の実施の形態４を示す電力変換装置の構成図である。 この発明の実施の形態５を示す電力変換装置の構成図である。 この発明の実施の形態６を示す電力変換装置の構成図である。 この発明の実施の形態７を示す電力変換装置の構成図である。 この発明の実施の形態８を示す電力変換装置の構成図である。 この発明の実施の形態９を示す電力変換装置の構成図である。

符号の説明

１，３０ パンタグラフ、２ リアクトル、３，３３ コンデンサ、４，３４ インバータ、５，３６，３７ フィン、６，３５ モータ、７，３９，４５，４６，４９ アース、８ コア、１０ 第２のコア、３８ 第３のコア、４２ 第４のコア、９，１１，１２，６１，９１ 接地線、２１ 高圧配線、２２ 接地配線、２３ａ〜２３ｃ，５３ａ〜５３ｃ 負荷配線、３１ 変圧器、３２ コンバータ、４０，４３，４７，７４ 第２の接地線、４１，４４，４８，７３ 第１の接地線、５１，５２ 低圧側配線、６０ 接地線用コア、７１ 第１の接地線用コア、７２ 第２の接地線用コア、１０１〜１０９ 電力変換装置。

Claims (9)

1. 直流電源系統から受電し、負荷を駆動するインバータと、
   前記インバータを冷却する冷却手段と、
   前記直流電源系統と前記インバータとを接続する高圧配線、及び前記インバータを接地する接地配線を通す貫通孔を有するコアと、
   前記冷却手段を接地する接地線とを備え、
   前記接地線は、前記コアに巻回されてから接地されることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記インバータと前記負荷とを接続する負荷配線を通す貫通孔を有する第２のコアを備え、
   前記接地線は、前記第２のコアに巻回されてから接地されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 直流電源系統から受電し、負荷を駆動するインバータと、
   前記インバータを冷却する冷却手段と、
   前記インバータと前記負荷とを接続する負荷配線を通す貫通孔を有する第２のコアと、
   前記冷却手段を接地する接地線とを備え、
   前記接地線は、前記第２のコアに巻回されてから接地されることを特徴とする電力変換装置。
4. 直流電源系統から受電し、負荷を駆動するインバータと、
   前記インバータを冷却する冷却手段と、
   前記直流電源系統と前記インバータとを接続する高圧配線、及び前記インバータを接地する接地配線を通す貫通孔を有するコアと、
   前記冷却手段を接地する接地線と、
   前記接地線が巻回される貫通孔を有する接地線用コアとを備えたことを特徴とする電力変換装置。
5. 交流電源系統から受電し、直流電圧を発生するコンバータと、
   前記直流電圧を受電し、負荷を駆動するインバータと、
   前記インバータを冷却する第１の冷却手段と、
   前記コンバータを冷却する第２の冷却手段と、
   前記交流電源系統と前記コンバータとを接続する低圧側配線を通す貫通孔を有する第３のコアと、
   前記第１の冷却手段を接地する第１の接地線と、
   前記第２の冷却手段を接地する第２の接地線とを備え、
   前記第１の接地線及び前記第２の接地線は、それぞれ前記第３のコアに巻回されてから接地されることを特徴とする電力変換装置。
6. 前記インバータと前記負荷とを接続する負荷配線を通す貫通孔を有する第４のコアを備え、
   前記第１の接地線及び前記第２の接地線は、それぞれ前記第４のコアに巻回されてから接地されることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
7. 交流電源系統から受電し、直流電圧を発生するコンバータと、
   前記直流電圧を受電し、負荷を駆動するインバータと、
   前記インバータを冷却する第１の冷却手段と、
   前記コンバータを冷却する第２の冷却手段と、
   前記インバータと前記負荷とを接続する負荷配線を通す貫通孔を有する第４のコアと、
   前記第１の冷却手段を接地する第１の接地線と
   前記第２の冷却手段を接地する第２の接地線とを備え、
   前記第１の接地線及び前記第２の接地線は、それぞれ前記第４のコアに巻回されてから接地されることを特徴とする電力変換装置。
8. 交流電源系統から受電し、直流電圧を発生するコンバータと、
   前記直流電圧を受電し、負荷を駆動するインバータと、
   前記インバータを冷却する第１の冷却手段と、
   前記コンバータを冷却する第２の冷却手段と、
   前記交流電源系統と前記コンバータとを接続する低圧側配線を通す貫通孔を有する第３のコアと、
   前記第１の冷却手段を接地する第１の接地線と、
   前記第２の冷却手段を接地する第２の接地線と、
   前記第１の接地線が巻回される貫通孔を有する第１の接地線用コアと、
   前記第２の接地線が巻回される貫通孔を有する第２の接地線用コアとを備えたことを特徴とする電力変換装置。
9. 直流電源系統から受電し、負荷を駆動するインバータと、
   前記インバータを冷却する冷却手段と、
   前記直流電源系統と前記インバータとを接続する高圧配線、及び前記インバータを接地する接地配線を通す貫通孔を有するコアと、
   前記冷却手段を接地する接地線とを備え、
   前記接地線、前記冷却手段、前記インバータ、及び前記接地配線によって配線ループが構成されることを特徴とする電力変換装置。

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