JP2014117047A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータのスイッチングにより給電母線で発生したノイズを抑制することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】スイッチング素子を有し、電源から出力される電力を変換するパワーモジュール４０と、パワーモジュール４０及び電源に接続された第１給電母線１０と、パワーモジュール４０及び電源に接続された第２給電母線２０とを備え、第１給電母線１０の屈曲部１２と第２給電母線２０の屈曲部２２との間に形成される容量成分の平方根と誘導成分の平方根の第１商で示される第１インピーダンスと、第１給電母線１０の直線部１１、１３と第２給電母線２０の直線部２１、２３との間に形成される容量成分の平方根と誘導成分の平方根の第２商で示される第２インピーダンスが整合している。
【選択図】図３

Description

本発明は、電力変換装置に関するものである。

交流電源に接続されたコンバータと、このコンバータの直流出力側に接続されたインバータと、直流中間回路に接続された直流平滑コンデンサとを有する電力変換装置を対象とし、前記インバータを構成する半導体スイッチング素子のオン・オフにより前記電力変換装置を流れるノイズ電流を低減させるための装置であって、前記ノイズ電流を検出するノイズ電流検出手段と、検出されたノイズ電流を低減させるためのノイズ補償電流を生成して前記電力変換装置に供給するノイズ補償電流供給手段とを備えたノイズ低減装置において、前記ノイズ補償電流供給手段は、前記ノイズ電流検出手段の検出信号により出力電流が制御される素子であって前記直流中間回路の電圧より低い耐圧を有するトランジスタと、ツェナダイオードとの直列回路を備えた電力変換装置のノイズ低減装置が開示されている（特許文献１）。

特開２００２−２５２９８５号公報

しかしながら、上記従来技術の構成では、例えばFMラジオの周波数帯である高周波数領域になると、ノイズ補償電流供給回路が交流電流成分と逆位相の電流をより精度良く生成する必要があるため、ノイズ電流検出手段は交流電流成分を高精度で検出する必要がある。このため、交流電流成分を高精度で検出するためには高価な検出回路が必要となる。また、高精度に交流電流成分の検出を行ったとしても、高周波領域では制御周期が短くなるため、ノイズ補償電流供給回路を高速動作させる必要がある。高速動作させるためには、例えばトランジスタをSiCといった高価な素子に変える必要がある。従って、上記従来技術では、高周波領域のスイッチングに起因して給電母線に発生する交流電流成分を低減させるために高価な回路が必要になるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、インバータのスイッチングによるノイズを抑制することができる電力変換装置を提供することである。

本発明は、第１給電母線及び第２給電母線に、屈曲部と、屈曲部に接続された直線部を、それぞれ設け、第１給電母線の屈曲部と第２給電母線の屈曲部との間に形成される容量成分の平方根と誘導成分の平方根の商と、第１給電母線の直線部と第２給電母線の直線部との間に形成される容量成分の平方根と誘導成分の平方根の商とを整合させることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、直線部と屈曲部の間における反射係数が低くなり、第１、第２給電母線からのノイズの漏れが抑制されるため、電力変換装置における高調波ノイズを安価な回路で抑制することができる、という効果を奏する。

本発明の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 図１の駆動システムの回路図である。 図１の駆動システムの主要部分の概要図である。 図３の屈曲部における反射を説明するための図である。 図３の直線部の斜視図である。 図３の直線部の斜視図である。 図１の給電母線の平面図である。 図３の直線部と屈曲部の間の反射係数に対するノイズ強度特性を示すグラフである。 図１の給電母線における、周波数に対するノイズレベルの特性を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 図１０のXI線に沿う断面図である。 本発明の変形例に係る電力変換装置の給電母線の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 （ａ）は図１３の矢印XIVａでみた矢視図の一部分であり、（ｂ）は図１３の矢印XIVａでみた矢視図の一部分である。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 図１５の矢印XVでみた矢視図の一部分である。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 図１７のXVIII線に沿う断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 図１９の給電母線の平面図である。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。 図２１の給電母線の屈曲部と直線部の一部の平面図である。 本発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。

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、本発明の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。図２は、図１の駆動システムの回路図である。なお、図１のＸＹＺの軸表示は、給電母線１０、２０の斜視図と対応するように図示されている。詳細な図示は省略するが、本例の電気自動車は、三相交流電力モータなどの電動機２００を走行駆動源として走行する車両であり、電動機２００は電気自動車の車軸に結合されている。以下、電気自動車を例に説明するが、本発明は、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）にも適用することができ、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１００は、複数の二次電池を直列又は並列に接続することで構成されるバッテリであって、車両の動力源である。本例の電力変換装置１は、直流電源１００とモータ２００との間に接続され、直流電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換して、モータ２００に供給するインバータである。

電力変換装置１は、給電母線１０、２０と、コンデンサ３０と、パワーモジュール４０とを備えている。電力変換装置１は、モジュール化された、コンデンサ３０及びパワーモジュール４０を、金属製の筐体内に収容する。そして、外部からのコントローラにより、パワーモジュール４０内のスイッチング素子を動作させることで、電力を変換する。また、電力変換装置１の筐体内には、給電母線１０、２０の一部が収容されている。そして、給電母線１０、２０が、電力変換装置１内のインバータ回路と、外部の直流電源１００とを電気的に接続する。

給電母線１０、２０は、金属材料により板状にそれぞれ形成された一対のバスバである。給電母線１０、２０は、板状の導電体（金属部材）を屈曲させることで形成され、それぞれ平行になるように配置されている。給電母線１０は、一端を直流電源１００の正極側に、他端をパワーモジュール４０の正極端子に接続されている。また給電母線２０は、一端を直流電源１００の負極側に、他端をパワーモジュール４０の負極端子に接続されている。給電母線１０がＰ側の電源線に相当し、給電母線２０がＮ側の電源線に相当する。なお、本例は、給電母線１０を負極側の母線に、給電母線２０を正極側の母線にしてもよい。

コンデンサ３０は、電力変換装置１００内のＰ側配線と、Ｎ側配線との間に接続されている。コンデンサ３０は、直流電源１００から入力される電圧の変動を吸収する平滑コンデンサである。なお、図１では、コンデンサ３０の図示を省略している。

パワーモジュール４０は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６を有し、また、給電母線１０、２０を介して、直流電源１００に接続するための正極端子及び負極端子と、３本のシールド線５０と接続する端子を有している。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は半導体素子により形成されたＩＧＢＴ等のトランジスタであって、ダイオードＤ１〜Ｄ６に対して、それぞれ逆並列に接続されている。そして、スイッチング素子Ｓ１とダイオードＤの並列回路と、スイッチング素子Ｓ２とダイオードＤ２の並列回路が、Ｐ側とＮ側の配線の間に直列に接続されている。また、他のスイッチング素子Ｓ３〜Ｓ６及びダイオードＤ３〜Ｄ６についても、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２及びダイオードＤ１、Ｄ２と同様に、Ｐ、Ｎ側配線間に接続されている。これにより、パワーモジュール４０は、モジュール内で、三相ブリッジ回路を形成している。

シールド線５０は、導線を樹脂で覆ったケーブルであって、パワーモジュール４０と電動機２００との間に接続されている。シールド線５０は、パワーモジュール４０内のインバータ回路及び電動機２００の各相に合わせて、３本のケーブルで構成されている。

次に、給電母線１０、２０の形状及び配置について、図３を用いて説明する。図３は、本例の駆動システムの概要図である。ただし、電力変換装置１を平面図で示している。なお、図３のＹＺの軸表示は、給電母線１０、２０の平面図と対応するように図示されている。

給電母線１０は、直線部１１、１３と、直線部１１、１３に接続される屈曲部１２を有している。また、給電母線２０は、直線部２１、２３と、直線部２１、２３に接続される屈曲部２２を有している。直線部１１、１３及び屈曲部１２は一体であり、直線部２１、２３及び屈曲部２２は一体である。

直線部１１は平坦な板状の部材である。直線部１１の一端は、直流電源１００の正極側に接続されている。また直線部１１は、直流電源１００の正極側から電力変換装置１内に向かって（図３のＹ方向に向かって）延在している。

屈曲部１２は、導電部材を屈曲させることで、給電母線１０の長手方向へ向きを変える部分である。屈曲部１２は、直線部１１、１３と異なり曲面を有している。屈曲部１２は、給電母線１０の長手方向が、直線部１１の延在方向（図３のＹ方向）から、当該延在方向に対して垂直の方向になるように、直線部１１の他端から曲がり、湾曲しつつ、直線部１３の一端に繋がっている。

直線部１３は、平坦な板状の部材である。直線部１３の長手方向（図３のＺ方向）が直線部１１の長手方向（図３のＹ方向）と垂直になるように、直線部１３は、電力変換装置１内に配置されている。そして、直線部１３は、屈曲部１２とつながる一端から、パワーモジュール４０に向かって延在している。

直線部２１は、直線部１１と同様の形状に形成されている。直線部２１は、直流電源１００の負極側から、電力変換装置１内に向かって（図３のＹ方向に向かって）延在している。直線部１１及び直線部２１は平行に配置され、互いの面が向き合うように配置されている。このとき、直線部１１及び直線部２１の表面のうち、最も表面積の大きいそれぞれの面が対向している。なお、図１、図３では、直線部１１、２１のＸＹ方向の面が対向面となる。

また、直線部１１と直線部２１との間には、隙間が設けられているが、この隙間の大きさ、言い換えると、直線部１１と直線部２１の間の距離（直線部１１、２１間の間隔）は、直線部１１、２１との間で容量成分又は誘導成分の少なくとも一方の成分が生じる程度の距離である。なお、給電母線１０、２０間の容量成分及び誘導成分については、後述する。

屈曲部２２は、屈曲部１１と同様の方向に曲げることで、屈曲部１１と形状を対応させつつ、給電母線２０の長手方向への向きを変えるように形成されている。屈曲部１１及び屈曲部２２は、形成される曲面のそれぞれの曲率中心（図３の点Ｏは、屈曲部２２の曲率中心を示す）に対して、同方向に回転するように形成されている。また、屈曲部１２は、屈曲部２２の曲率中心に対して、屈曲部２２よりも外側に配置されている。言い換えると、屈曲部２２は、屈曲部１２と曲率中心（点Ｏ）との間に配置されている。屈曲部１２の両曲面のうち、曲率中心側に配置された曲面と、屈曲部２２の両曲面のうち、曲率中心に対し反対側に配置された曲面は、互いに向き合うことで対向している。これにより、屈曲部１２と屈曲部２２は対向して配置されている。なお、屈曲部１１及び屈曲部２２の曲率中心は、必ずしも同一点にする必要はない。また、屈曲部１１、２２の曲面は、曲率中心に対して同一の半径で曲げた面とする必要はない。

直線部２３は、直線部１３と同様の形状に形成されている。直線部２３は、屈曲部２２の端部から、パワーモジュール４０に向かって（図３のＺ方向に向かって）延在している。直線部１３及び直線部２３は平行に配置され、互いの面が向き合うように配置されている。

次に、給電母線１０、２０の電気的な特性について説明する。直線部１１、２１のインピーダンスをＺ_ａｂとし、屈曲部１２、２２のインピーダンスをＺ_ｃｄとする。また、説明を容易にするために、直線部１３、２３のインピーダンスは、直線部１１、２１のインピーダンスと同じインピーダンス（Ｚ_ａｂ）とする。

給電母線１０と給電母線２０の間のＬ_ａｂ、容量成分をＣ_ａｂとすると、直線部１１、２１のインピーダンス（Ｚ_ａｂ）は、以下の式（１）で表される。

また、屈曲部１１、２１のインピーダンスも、式（１）で表される。すなわち、直線部１１、２１のインピーダンス（Ｚ_ａｂ）は、直線部１１と直線部２１との間に形成される容量成分（Ｃ_ａｂ）の平方根と誘導成分（Ｌ_ａｂ）の平方根と商で示される。また、屈曲部１２、２２のインピーダンス（Ｚ_ａｂ）は、屈曲部１２と屈曲部２２との間に形成される容量成分（Ｃ_ａｂ）の平方根と誘導成分（Ｌ_ａｂ）の平方根と商で示される。

次に、図４を用いて、屈曲部１２、２２におけるノイズの反射について説明する。図４は、ノイズの反射を説明するための概念図である。

パワーモジュール４０内のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６が高周波で動作すると、モジュール内でノイズが発生する。そして、このノイズは、パワーモジュール４０に接続されている給電母線１０、２０を伝搬する。本例では、図３に示すように、給電母線１０、２０が屈曲部１２、２２を有する。そのため、屈曲部１２、２２が不連続点になると、直線部１３、２３から屈曲部１２、２２への進行波（ノイズ）は、不連続点で反射し、進行波の一部のエネルギーが進行波と逆向きに伝搬する。このときの反射係数は、以下の式（２）で表される。

そして、式（２）より、屈曲部による高調波ノイズの反射を抑えるためには、直線部１１、２１及び直線部１３、２３のインピーダンス（Ｚ_ａｂ）と、屈曲部１２、２２のインピーダンス（Ｚ_ａｂ）との間で、式（３）を満たすことが求められる。

すなわち、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）とインピーダンス（Ｚ_ａｂ）が近似的に等しくする。これにより、反射係数をゼロ又はゼロに近い値にすることができるため、屈曲部１２、２２での高調波ノイズの反射を抑制することができる。

そして、式（１）で示したとおり、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）及びインピーダンス（Ｚ_ａｂ）は、容量成分（Ｃ_ａｂ）の平方根と誘導成分（Ｌ_ａｂ）の平方根と商で表される。そのため、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）の式（１）で示される商と、インピーダンス（Ｚ_ｃｄ）の式（１）と同様に示される商と整合させることで、式（３）の条件を満たすことができ、屈曲部１２、２２での高調波ノイズの反射を抑制することができる。なお、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）、インピーダンス（Ｚ_ｃｄ）の各商の整合は、必ずしもＺ_ａｂを示す商とＺ_ｃｄを示す商とを等しくする必要はなく、許容される反射係数（ρ）を満たす範囲であればよい。

次に、給電母線１０、２０の形状と、インピーダンス（Ｚ_ａｂ、Ｚ_ｃｄ）との関係について、図５、６を用いて説明する。図５、図６は直線部１１、２１の斜視図であり、図５は容量成分を説明するための図であり、図６は誘導成分を説明するための図である。

図５において直線部１１、２１の面積をＳとし、直線部１１と直線部２１の間隔をｄとし、直線部１１と直線部２１との間の誘電率をεとする。誘電率（ε）は、比誘電率（ε_ｒ）と真空誘電率（ε_ｏ）の積で示される。直線部１１、２１の容量成分（Ｃ_ａｂ）は、式（４）で表される。

図５において、直線部１１、２１の長さをＬ、幅をｗ、厚さをＨとし、直線部１１と直線部２１の間隔をｄとする。また、直線部１１と直線部２１との間の透磁率をμ_ｏとする。なお、長さ（Ｌ）は直線部１１、２１の長手方向（図１４のＹ方向）の長さである。直線部１１、２１の誘導成分（Ｌ_ａｂ）である自己インダクタンスは、式（５）で表される。

また、屈曲部１２、２２の容量成分（Ｃ_ｃｄ）及び誘導成分（Ｌ_ｃｄ）についても、式（４）（５）と同様に、表すことができる。そして、式（４）、（５）で示されるように、直線部１１、１３、２１、２３及び屈曲部の容量成分（Ｃ_ａｂ、Ｃ_ｃｄ）は面積（Ｓ）と間隔（ｄ）により調整され、直線部１１、１３、２１、２３及び屈曲部の誘導成分（Ｌ_ａｂ、Ｌ_ｃｄ）は長さ（Ｌ）、幅（ｗ）及び厚さ（Ｈ）により調整される。

よって、式（４）、（５）より、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）の式（１）で示される商と、インピーダンス（Ｚ_ｃｄ）の式（１）と同様に示される商と整合させるためには、直線部１１、１３、２１、２３の形状及び直線部１１、１３、２１、２３間の間隔と、屈曲部１２、２２の形状と屈曲部１２、２２間の間隔とを調整して、それぞれの商が近い値になるように、給電母線１０、２０を設計すればよい。

また、本例において直線部１１、１３、及び、屈曲部２１、２３の長さ（Ｌ）は間隔（ｄ）に対して十分に長い。そのため、式（１）において、直線部１１、２１の容量成分（Ｃ_ａｂ）は、直線部１１、２１の誘導成分（Ｌ_ａｂ）と比較して、支配的になる。そのため、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）の式（１）で示される商と、インピーダンス（Ｚ_ｃｄ）の式（１）と同様に示される商と整合させるためには、直線部１１、１３、２１、２３の容量成分（Ｃ_ａｂ）と屈曲部１２、２２の容量成分（Ｃ_ｃｄ）を整合させればよい。

本例は、図７に示すように、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）、インピーダンス（Ｚ_ｃｄ）の各商の整合をとるため、給電母線１０と給電母線２０の間隔（ｄ）を一定に保っている。なお、給電母線１０、２０の幅及び高さは、それぞれ同一である。図７は、給電母線１０、２０の平面図である。

式（４）に示すように、屈曲部１２、２２の間隔が、直線部１１、２１の間隔（ｄ）よりも倍大きくなると、屈曲部１２、２２の容量成分（Ｃ_ｃｄ）は、対向面の単位面積あたりで、直線部１１、２１の容量成分（Ｃ_ａｂ）よりも倍、小さくなる。上記のとおり、インピーダンス（Ｚ_ａｂ、Ｚ_ｃｄ）は、誘導成分と比較して容量成分で支配されている。そのため、比較例の場合では、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）を示す商と、インピーダンス（Ｚ_ｃｄ）を示す商が整合しない。

一方、本例では、屈曲部１２、２２の間隔（ｄ）は、直線部１１、２１の間隔及び直線部１３、２３の間隔と同じである。そのため、単位面積あたりで、屈曲部１２、２２の容量成分（Ｃ_ｃｄ）は直線部１１、２１の容量成分（Ｃ_ａｂ）と等しくなる。本例では、給電母線１０、２０の間隔を一定にすることで、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）を示す商と、インピーダンス（Ｚ_ｃｄ）を示す商とを整合させることができる。その結果として、本例は、屈曲部１２、２２における不連続を抑制し、給電母線１０、２０で発生する高周波ノイズを低減することができる。

また、本例は、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）を示す商と、インピーダンス（Ｚ_ｃｄ）を示す商とが均一に分布するように、給電母線１０、２０を設計する。これにより、本例は、屈曲部１２、２２における不連続を抑制し、給電母線１０、２０で発生する高周波ノイズを低減することができる。

次に、反射係数（ρ）と高周波ノイズの強度との関係を示す。図８は、反射係数（ρ）に対するノイズ強度の特性を示すグラフである。ノイズ強度（Ｎｐ）は、給電母線１０、２０から許容される漏れノイズの強度であって、例えば、安全基準や法規(日本国内では電波法)などで決められる。本例では、例として、反射係数を−０．１から０．１の範囲内に抑えることで、高周波ノイズを強度（Ｎｐ）以下に抑えることができることになる。そして、反射係数（ρ）を−０．１から０．１の範囲内に抑えることが、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）を示す商と、インピーダンス（Ｚ_ｃｄ）を示す商とを整合させることに対応する。なお、反射係数の範囲は、電力変換装置１で発生するノイズ強度や、ノイズのシールド特性等により適宜設定される範囲である。

図８に示すように、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）を示す商と、インピーダンス（Ｚ_ｃｄ）を示す商とを等しくすることで、ノイズを最小限に抑えることができる。また、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）を示す商と、インピーダンス（Ｚ_ｃｄ）を示す商とを整合させることで、反射係数（ρ）を−０．１から０．１の範囲内の値とし、高周波ノイズの強度をＮｐ以下に抑制することができる。

図９は、高調波ノイズの周波数に対するノイズレベルの特性を示すグラフである。グラフａは本発明の特性を、グラフｂは比較例の特性を示す。図９に示すように、本例は、比較例と比較して、ノイズレベルのピーク値を抑制することができる。特に、図９の点線に対応する周波数帯域が、車載ラジオの周波数帯域又は車載用のディジタル機器の動作周波数を含む場合に、比較例では、ノイズのピーク値が高いため、ラジオの聴取を困難にしたり、ディジタル機器の動作に悪影響を及ぼしたりする。また比較例では、耳障りの雑音が発生する可能性がある。一方、本例では、ノイズレベルのピーク値が抑えられるため、比較例で発生した悪影響を防ぐことができる。

上記のように、本例は、給電母線１０、２０に、直線部１１、１３、２１、２３及び屈曲部１２、２２を設け、直線部１１、１３、２１、２３のインピーダンス（Ｚ_ａｂ）の商と、屈曲部１２、２２のインピーダンス（Ｚ_ｃｄ）の商とを整合させている。これにより、給電母線１０、２０の長手方向で、給電母線１０、２０間の誘導成分と容量成分との商が、屈曲部１２、２２の前後で大きく変化せず、屈曲部１２、２２のインピーダンスの不連続性を解消することができるため、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチングによる高調波ノイズを抑制することができる。

また、本例は、給電母線１０、２０の長手方向への長さを、給電母線１０、２０の間隔より十分に長くし、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）の容量成分と、インピーダンス（Ｚ_ｃｄ）の容量成分とを整合させている。これにより、屈曲部１２、２２のインピーダンスの不連続性を解消することができるため、高調波ノイズを抑制することができる。

また、本例は、互いの面同士を対向させて、給電母線１０、２０を配置し、給電母線１０、２０の間隔を一定に保っている。これにより、屈曲部１２、２２のインピーダンスの不連続性を解消することができるため、高調波ノイズを抑制することができる。

上記給電母線１０が本発明の「第１給電母線」に、給電母線２０が本発明の「第２給電母線」に相当する。

《第２実施形態》
図１０は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。図１１は、図１０のXI線に沿う断面図である。本例では上述した第１実施形態に対して、屈曲部１２の形状及び屈曲部１２、２２に誘電体を設ける点が異なる。これ以外の構成は、上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。なお、図１０のＹＺの軸表示は、給電母線１０、２０の平面図と対応するように図示されている。

本例では、屈曲部１２、２２で母線間の間隔がｄから大きくなっているため、屈曲部１２、２２の容量成分（Ｃ_ｃｄ）が、直線部１１、２１及び直線部１３、２３の容量成分（Ｃ_ａｂ）よりも、単位面積あたりで、小さくなっている。そのため、本例は、屈曲部１２と屈曲部２２との間に、誘電体１４を設けている。

上記のように、本例は、屈曲部１２と屈曲部２２との間に、誘電体１４を設ける。これにより、屈曲部１２、２２の部分で、給電母線間の容量結合が強くなり、屈曲部１２、２２のインピーダンスの不連続性を解消することができるため、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチングによる高調波ノイズを抑制することができる。

なお、本発明の変形例として、屈曲部１２、２２及び誘電体１４を樹脂体１６で覆ってもよい。樹脂体１６は樹脂材料で形成されている。図１２は、変形例に係る屈曲部１２、２２の断面図であって、図１０のXI線に沿う断面図に相当する。これにより、変形例は、誘電体１４を屈曲部１２、２２間で容易に固定することができる。

《第３実施形態》
図１３は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。図１４（ａ）は図１３の矢印XIVａの方向でみた矢視図の一部分を、図１４（ｂ）は図１３の矢印XIVｂの方向でみた矢視図の一部分を示す。本例では上述した第２実施形態に対して、屈曲部１２の形状が異なる。これ以外の構成は、上述した第２実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。なお、図１３のＹＺの軸表示は、給電母線１０、２０の平面図と対応するように図示されている。

すなわち、本例は、屈曲部１２、２２の対向面の面積を、給電母線１０、２０の長手方向への単位長さあたり（長さＬあたり）で、直線部１３、２３の対向面の面積よりも大きくする。これにより、屈曲部１２、２２の部分で、給電母線間の容量結合が強くなり、屈曲部１２、２２のインピーダンスの不連続性を解消することができるため、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチングによる高調波ノイズを抑制することができる。

《第４実施形態》
図１５は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。図１６は図１５の矢印XVの方向でみた矢視図を示す。本例では上述した第２実施形態に対して、屈曲部１２の形状が異なる。これ以外の構成は、上述した第２実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。なお、図１５のＹＺの軸表示は、給電母線１０、２０の平面図と対応するように図示されている。

図１４に示すように、屈曲部１２の曲面部分の幅が、直線部１３の幅（ｗ）よりも大きい、Δｗになっている。屈曲部２２の曲面部分の幅は、直線部２３の幅（ｗ）と同じ、
ｗである。

直線部１３、２３の誘導成分（Ｌ_ｃｄ）について、幅ｗが厚さＨに対して十分に大きい、とすると、式（５）の関係式は、以下の式（６）で示されるように簡略化される。

式（６）から幅ｗを導出すると、式（７）で表される。

そして、式（７）に含まれる誘導成分（Ｌ_ｃｄ）を倍させたときに、幅（Δｗ）は、以下の式（８）で表される。

式（８）に、式（７）を代入することで、式（９）が導出される。

上記のように、本例は、屈曲部１２、２２の誘導成分（Ｌ_ｃｄ）を、給電母線１０、２０の長手方向の単位長さあたりで、直線部１１、１３、２１、２３の誘導線分（Ｌ_ａｂ）よりも小さくする。これにより、屈曲部１２、２２のインピーダンスの不連続性を解消することができるため、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチングによる高調波ノイズを抑制することができる。

《第５実施形態》
図１７は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。図１８は図１７の矢印XVIIIの方向でみた矢視図を示す。本例では上述した第４実施形態に対して、屈曲部１２の形状が異なる。これ以外の構成は、上述した第４実施形態と同じであり、その記載を適宜、援用する。なお、図１７のＹＺの軸表示は、給電母線１０、２０の平面図と対応するように図示されている。

屈曲部１２は、頂点部分の高さ（Ｈ_１）が屈曲部２２の頂点部分の高さ（Ｈ_２）よりも大きくなるように形成されている。また、屈曲部１２は、高さ（Ｈ）が両端部分から頂点に向けて徐々に大きくなり、頂点部分で最も大きくなるように、形成されている。屈曲部２２の高さは、直線部１１、１３、２１、２３の高さと同様である。なお、高さ（Ｈ_１、Ｈ_２）は、図１７に示すＹＺ平面で、給電母線１０、２０の長手方向に対して垂直な方向の長さに相当し、言い換えると、屈曲部１１、１２の対向面に対して垂直な方向の長さに相当する。

なお、誘導線分を、倍、小さくするための高さ（Ｈ_１）は、第４実施形態と同様に、高さ（Ｈ_２）で示される誘導成分（Ｌ_ｃｄ）を倍して、高さ（Ｈ_１）と高さ（Ｈ_２）との関係式を導出することで、算出すればよい。そして当該関係式は、以下の式（１０）で示される。

上記のように、本例は、屈曲部１２の高さを、屈曲部２２の高さと比較して、屈曲部１２及び屈曲部２２の対向面に対して垂直な方向に高くする。これにより、屈曲部１２、２２のインピーダンスの不連続性を解消することができるため、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチングによる高調波ノイズを抑制することができる。

《第６実施形態》
図１９は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。図２０は給電母線の平面図を示す。本例では上述した第１実施形態に対して、給電母線１０、２０の形状が異なる。これ以外の構成は、上述した第１実施形態と同じであり、その記載を適宜、援用する。なお、図１９のＸＹＺの軸表示は、給電母線１０、２０の斜視図と対応するように図示されている。

給電母線１０と給電母線２０が対向する一対の対向面は、平面上に配置されている。すなわち、直線部１１と直線部２１が対向する一対の対向面、屈曲部１２と屈曲部２２が対向する一対の対向面、直線部１３と直線部２３が対向する一対の対向面は、それぞれ同一平面上で、面一になるよう配置されている。また、屈曲部１２、２２で給電母線１０、２０を屈曲させた場合に、給電母線１０、２０の長手方向は、給電母線１０、２０の対向面を含む一平面内で９０度変わっている。

また、給電母線１０、２０の幅は一定の大きさ（ｗ）に保たれている。なお、幅（ｗ）は、給電母線１０、２０の対向面内で、給電母線１０、２０の長手方向に対して垂直方向の長さに相当する。

一方、本例では、屈曲部１２、２２の幅は、直線部１１、２１の幅及び直線部１３、２３の幅と同じである。そのため、単位長さあたりで、屈曲部１２、２２の容量成分（Ｃ_ｃｄ）は直線部１１、２１の容量成分（Ｃ_ａｂ）と等しくなる。そのため本例では、給電母線１０、２０の幅を一定にすることで、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）を示す商と、インピーダンス（Ｚ_ｃｄ）を示す商とを整合させることができる。その結果として、本例は、屈曲部１２、２２における不連続を抑制し、給電母線１０、２０で発生する高周波ノイズを低減することができる。

上記のように、本例は、直線部１１、２１の一対の対向面、屈曲部１２、２２の一対の対向面、直線部１３、２３の一対の対向面を、それぞれ同一平面所に配置し、給電母線１０、２０の幅を一定に保っている。これにより、屈曲部１２、２２のインピーダンスの不連続性を解消することができるため、高調波ノイズを抑制することができる。

《第７実施形態》
図２１は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。図２２は給電母線の屈曲部と直線部の一部の平面図を示す。本例では上述した第６実施形態に対して、屈曲部の形状が異なる。これ以外の構成は、上述した第６実施形態と同じであり、その記載を適宜、援用する。なお、図２１のＸＹＺの軸表示は、給電母線１０、２０の斜視図と対応するように図示されている。

屈曲部１２の頂点を含んだ幅は、第６実施形態に係る屈曲部１２の幅（ｗ）よりも大きくなっているため、屈曲部２２と対向する屈曲部１２の対向面の面積は、第６実施形態に係る屈曲部１２の対向面の面積よりも大きくなっている。屈曲部２２の対向面の面積についても、第６実施形態に係る屈曲部２２の対向面と比較して、同様に大きくなっている。

そして、式（４）に示すように、屈曲部１２、２２の対向面の面積が大きくなると、屈曲部１２、２２の容量成分（Ｃ_ｃｄ）が増加する。そのため、本例では、図２２に示すように、屈曲部１２の頂点と屈曲部２２の頂点の間隔（ｄ_１）を、直線部１１、１３と直線部２１、２３との間隔（ｄ_２）よりも大きくする。また、屈曲部１２と屈曲部２２の間隔は、屈曲部１２、２２の両端から頂点に向かって、徐々に大きくなっている。これにより、本例は、式（４）を参照し、面積（Ｓ）の増加分に対して、間隔（ｄ）の増加させることで、屈曲部１２、２２の容量成分（Ｃ_ｃｄ）を調整し、直線部１１、１３、２１、２３の容量成分（Ｃ_ａｂ）と屈曲部１２、２２の容量成分（Ｃ_ｃｄ）を整合させている。

上記のように、本例は、屈曲部１２と屈曲部２２の間隔（ｄ_１）を直線部１１、１３と直線部１３、２３の間隔（ｄ_２）より大きくしている。これにより、屈曲部１２、２２のインピーダンスの不連続性を解消することができるため、高調波ノイズを抑制することができる。

《第８実施形態》
図２３は、発明の他の実施形態に係る電力変換装置を含む電気自動車の駆動システムの概要図である。本例では上述した第６実施形態に対して、屈曲部の形状が異なり、また、屈曲部がフェライトを含む点が異なる。これ以外の構成は、上述した第６実施形態と同じであり、第６、７実施形態の記載を適宜、援用する。なお、図２３のＸＹＺの軸表示は、給電母線１０、２０の斜視図と対応するように図示されている。

屈曲部１２の頂点を含んだ幅は、第６実施形態に係る屈曲部１２の幅（ｗ）よりも大きくなっているため、屈曲部２２と対向する屈曲部１２の対向面の面積は、第６実施形態に係る屈曲部１２の対向面の面積よりも大きくなっている。屈曲部２２の対向面の面積についても、第６実施形態に係る屈曲部２２の対向面と比較して、同様に大きくなっている。

そして、式（４）に示すように、屈曲部１２、２２の対向面の面積が大きくなると、屈曲部１２、２２の容量成分（Ｃ_ｃｄ）が増加する。そのため、本例では、図２３に示すように、屈曲部１２、２２の内部に、フェライトをぞれぞれ埋め込んで、磁性体１５、２５を形成する。これにより、本例は、屈曲部１２、２２の対向面の面積の増加による、容量成分（Ｃ_ｃｄ）の増加に対して、磁性体１５、２５を屈曲部１２、２２に設けることで、屈曲部１２、２２の誘導成分（Ｌ_ｃｄ）を調整し、インピーダンス（Ｚ_ａｂ）、インピーダンス（Ｚ_ｃｄ）の各商の整合をとる。

上記のように、本例において、屈曲部１２、屈曲部２２はフェライトを含む。これにより、屈曲部１２、２２のインピーダンスの不連続性を解消することができるため、高調波ノイズを抑制することができる。

１…電力変換装置
１０、２０…給電母線
１１、１３、２１、２３…直線部
１２、２２…屈曲部
１４…誘電体
１５、２５…磁性体
１６…樹脂体
３０…コンデンサ
４０…パワーモジュール
Ｓ１〜Ｓ６…スイッチング素子
５０…シールド線

Claims (11)

1. スイッチング素子を有し、電源から出力される電力を変換するパワーモジュールと、
   前記パワーモジュール及び前記電源に接続された第１給電母線と、
   前記パワーモジュール及び前記電源に接続された第２給電母線とを備え、
   前記第１給電母線及び前記第２給電母線は、屈曲部と、前記屈曲部に接続された直線部を、それぞれ有し、
   前記屈曲部の第１インピーダンスは、第１給電母線の屈曲部と第２給電母線の屈曲部との間に形成される容量成分の平方根と誘導成分の平方根の第１商で示され、
   前記直線部の第２インピーダンスは、第１給電母線の直線部と第２給電母線の直線部との間に形成される容量成分の平方根と誘導成分の平方根の第２商で示され、
   前記第１インピーダンスを示す前記第１商と、前記第２インピーダンスを示す前記第２商が整合している
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１記載の電力変換装置であって、
   前記第１給電母線及び前記第２給電母線は、板状の金属部材で形成され、
   前記第１給電母線及び前記第２給電母線の長手方向への長さは、前記第１給電母線と前記第２給電母線の間隔より十分に長く、
   前記第１インピーダンスの前記容量成分と前記第２インピーダンスの前記容量成分が整合している
   ことを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１又は２記載の電力変換装置であって、
   前記第１給電母線及び前記第２給電母線は、板状の金属部材で形成され、かつ、互いの面同士を対向して配置され、
   前記第１給電母線と前記第２給電母線の間隔が一定に保たれている
   ことを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１又は２記載の電力変換装置であって、
   前記第１給電母線の前記屈曲部と前記第２給電母線の前記屈曲部との間に設けられた誘電体をさらに備える
   ことを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１又は２記載の電力変換装置であって、
   前記第１給電母線及び前記第２給電母線は、板状の金属部材で形成され、かつ、互いの面同士を対向して配置され、
   前記第１給電母線の前記屈曲部と前記第２給電母線の前記屈曲部の対向する部分の面積は、前記金属部材の長手方向への単位長さあたりで、前記第１給電母線の前記直線部と前記第２給電母線の前記直線部の対向する部分の面積よりも大きい
   ことを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項１又は２記載の電力変換装置であって、
   前記第１給電母線及び前記第２給電母線は、板状の金属部材で形成され、かつ、互いの面同士を対向して配置され、
   前記第１給電母線は、前記第２給電母線の前記屈曲部の曲率中心に対して、前記第２給電母線よりも外側に配置され、
   前記第１インピーダンスの前記誘導成分は、
   前記金属部材の長手方向への単位長さあたりで、前記第２インピーダンスの前記誘導成分よりも小さい
   ことを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項１又は２記載の電力変換装置であって、
   前記第１給電母線及び前記第２給電母線は、板状の金属部材で形成され、かつ、互いの面同士を対向して配置され、
   前記第１給電母線は、前記第２給電母線の前記屈曲部の曲率中心に対して、前記第２給電母線よりも外側に配置され、
   前記第１給電母線の前記屈曲部の高さは、前記第２給電母線の前記屈曲部の高さと比較して、前記第１給電母線の前記屈曲部と前記第２給電母線の前記屈曲部との対向面に対して垂直な方向に高い
   ことを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項１又は２記載の電力変換装置であって、
   前記第１給電母線及び前記第２給電母線は、板状の金属部材で形成され、かつ、互いの面同士を対向して配置され、
   前記第１給電母線の前記直線部と前記第２給電母線の前記直線部との一対の第１対向面、及び、前記第１給電母線の前記屈曲部と前記第２給電母線の前記屈曲部との一対の第２対向面は、それぞれ同一平面上に配置され、
   前記第１給電母線と前記第２給電母線との対向面における、前記第１給電母線及び前記給電母線の幅が一定に保たれている
   ことを特徴とする電力変換装置。
9. 請求項１又は２記載の電力変換装置であって、
   前記第１給電母線及び前記第２給電母線は、板状の金属部材で形成され、かつ、互いの面同士を対向して配置され、
   前記第１給電母線の前記屈曲部と前記第２給電母線の前記屈曲部の間隔は、前記第１給電母線の前記直線部と前記第２給電母線の前記直線部の間隔よりも大きい
   ことを特徴とする電力変換装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
    前記屈曲部はフェライトを含む
    ことを特徴とする電力変換装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
    前記屈曲部を樹脂部材で覆う樹脂体をさらに備える
    ことを特徴とする電力変換装置。

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