JP2016092924A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属製ハウジング11に収納されて直流電源2からの電力を変換するパワーモジュール13と、直流電源2の正極側をパワーモジュール13に接続するPバスバー121と、直流電源2の負極側をパワーモジュール13に接続するNバスバー122と、Pバスバー121と容量結合する導電体123の第1電極部123αと、Nバスバー122と容量結合する導電体123の第2電極部123βと、導電体123をハウジング11に電気的に接続する接続回路124と、を備えている。そして、Pバスバー121と第1電極部123αの間の結合容量値Caと、Nバスバー122と第2電極部123βの間の結合容量値Cbを同じ値に設定し、第1電極部123αと第2電極部123βを同電位に設定する構成とした。
【選択図】図4
Description
前記ハウジングは、車体に接地された金属製の筐体である。
前記パワーモジュールは、電気的に絶縁した状態で前記ハウジングに収納され、電源から出力される電力を変換する。
前記第1電源線は、前記パワーモジュールを前記電源の正極側に接続する。
前記第2電源線は、前記パワーモジュールを前記電源の負極側に接続する。
前記第1導電体は、前記第1電源線と容量結合する。
前記第2導電体は、前記第2電源線と容量結合する。
前記第1接続回路は、前記第1導電体を前記ハウジングに電気的に接続する。
前記第2接続回路は、前記第2導電体を前記ハウジングに電気的に接続する。
そして、前記第1電源線と前記第1導電体との間の結合容量値と、前記第2電源線と前記第2導電体との間の結合容量値を同じ値に設定し、さらに、前記第1導電体と前記第2導電体を同電位に設定する。
一方、第1電源線に発生した高周波ノイズ電流は、この第1電源線から金属製のハウジングへも漏れ出る。しかし、第1電源線とハウジングとの間の結合容量値は、一般的に第1電源線と第1導電体との間の結合容量値よりも小さく、ハウジングのインピーダンスは比較的高くなっている。そのため、ハウジングへと漏れ出て車体等を迷走するループの大きい電流を抑制することができる。この結果、ノイズフィルタを用いることなくノイズの放射を抑制することができる。
まず、構成を説明する。
実施例1における電力変換装置の構成を、「電力変換装置を適用した駆動システムの全体構成」、「給電ラインの詳細構成」に分けて説明する。
図1は、実施例1の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り、図2は、図1に示す電気自動車の駆動システムの等価回路の回路図である。
以下、図1及び図2に基づき、実施例1の電力変換装置を適用した駆動システムの全体構成を説明する。
なお、コントローラでは、相電流を検出する電流センサからの検出値に基づいて、目標に合うようにフィードバック制御をおこなう。
そして、上アーム側スイッチング素子131a,132a,133aに対して、それぞれ上アーム側還流ダイオード131c,132c,133cが逆並列に接続されている。また、下アーム側スイッチング素子131b,132b,133bに対して、それぞれ下アーム側還流ダイオード131d,132d,133dが逆並列に接続されている。さらに、上アーム側スイッチング素子131aと上アーム側還流ダイオード131cの並列回路と、下アーム側スイッチング素子131bと下アーム側還流ダイオード131dの並列回路が、給電ライン12のPバスバー121とNバスバー122の間に直列に接続されている。なお、他のスイッチング素子132a,133a,132b,133b及び還流ダイオード132c,133c,132d,133dについても、同様にPバスバー121とNバスバー122の間に直列に接続されている。これにより、パワーモジュール13は、三相ブリッジ回路を形成している。
なお、各バスバー151,152,153の先端部分には、電力変換装置10の端子(タブ)が形成され、第2シールド線5に接続されている。
図3は、図1におけるA−A断面を示す断面図である。以下、図1及び図3に基づき、実施例1の電力変換装置の給電ラインの詳細構成を説明する。
そして、この導電体123は、第1平板面123aに対応してPバスバー121と容量結合する第1電極部123αと、第2平板面123bに対応してNバスバー122と容量結合する第2電極部123βと、を有している。すなわち、この導電体123は、Pバスバー121と容量結合する第1導電体と、Nバスバー122と容量結合する第2導電体に相当し、この第1導電体と第2導電体を一体化した導電材により形成したものである。そのため、Pバスバー121と容量結合した第1電極部123α(第1導電体に相当)と、Nバスバー122と容量結合した第2電極部123β(第2導電体に相当)は、必然的に同電位となる。
なお、この導電体123は、長手方向の長さを、Pバスバー121及びNバスバー122よりも短くなるように設定され、厚み寸法を、Pバスバー121及びNバスバー122よりも厚くなるように設定されている(図1参照)。
ここで、一般的に結合容量値Cは、下記[数1]により求められる。
そのため、ここでは、Pバスバー121と導電体123とが対向する面積と、Nバスバー122と導電体123とが対向する面積とが等しくなるように設定され、また、このPバスバー121と導電体123の間の距離と、Nバスバー122と導電体123の間の距離とが等しくなるように設定されている。
つまり、Pバスバー121とハウジング11の結合容量値と、Pバスバー121と導電体123の結合容量値を合成した値と、Nバスバー122とハウジング11の結合容量値と、Nバスバー122と導電体123の結合容量値を合成した値を、同じ値に設定する。
そして、この接続回路124は、ここでは電気抵抗体等を介することなく、導電体123とハウジング11を直接接続している。これにより、導電体123は、ハウジング11と同電位になる。
なお、Pバスバー121及びNバスバー122に形成された複数の端子(タブ)は、被覆樹脂125から突出する。
まず、「コモンモードノイズの発生原理」を説明し、続いて実施例1の電力変換装置における「ノイズ電流ループの縮小作用」を説明する。
例えば、図1に示す電気自動車の駆動システム1のようなモータ駆動のための交流電流に変換される前の直流電流が流れる回路を「主回路」と呼ぶ。この主回路では、直流電源2からの給電ラインであるPバスバー121とNバスバー122の結合容量とインダクタンスにより、インピーダンスが形成され、電気的な共振周波数を持つ。そして、この共振周波数において、直列共振回路ではインピーダンスが低く、共振電流が増えることが分かっている。
しかし、この場合では、主回路の電力損失やノイズフィルタの発熱、ノイズフィルタを設置するためのスペース確保に伴う装置の大型化等の問題が発生してしまう。
モータ駆動のための交流電流に変換される前の直流電流が流れる駆動システム1の主回路において、直流電源2からの正極側の給電ラインであるPバスバー121に主回路給電ラインの共振周波数等による高周波ノイズ電流が発生した場合を考える。
このとき、Pバスバー121に発生した高周波ノイズ電流の大部分は、上述のPバスバー121→第1容量結合部Cα→導電体123→第2容量結合部Cβ→Nバスバー122へと繋がる電流ループによって帰還される。
そのため、Pバスバー121とハウジング11との間の結合容量値は比較的小さくなり、インピーダンスが高くなる。そのため、高周波ノイズ電流は、Pバスバー121とハウジング11との容量結合部分を介してハウジング11へと漏れ出にくくなっている。
これにより、Pバスバー121とNバスバー122の間に、第1容量結合部Cαと第2容量結合部Cβのみを存在させることができ、この第1容量結合部Cαと第2容量結合部Cβによる電流のループを短くして、コモンモードノイズの放射を抑制することができる。
そのため、給電ライン12がハウジング11に近接し、Pバスバー121とハウジング11の間の浮遊容量や、Nバスバー122とハウジング11との間の浮遊容量が大きくても、Pバスバー121からハウジング11へとノイズ電流が漏れ出にくくすることができ、コモンモードノイズの放射を抑制することができる。
実施例1の電力変換装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
電気的に絶縁した状態で前記ハウジング11に収納され、電源(直流電源2)から出力される電力を変換するパワーモジュール13と、
前記電源(直流電源2)の正極(正極端子2a)側を前記パワーモジュール13に接続する第1電源線(Pバスバー121)と、
前記電源(直流電源2)の負極(負極端子2b)側を前記パワーモジュール13に接続する第2電源線(Nバスバー122)と、
前記第1電源線(Pバスバー121)と容量結合する第1導電体(導電体123の第1電極部123α)と、
前記第2電源線(Nバスバー122)と容量結合する第2導電体(導電体123の第2電極部123β)と、
前記第1導電体(導電体123の第1電極部123α)を前記ハウジング11に電気的に接続する第1接続回路(接続回路124)と、
前記第2導電体(導電体123の第2電極部123β)を前記ハウジング11に電気的に接続する第2接続回路(接続回路124)と、
を備え、
前記第1電源線(Pバスバー121)と前記第1導電体(導電体123の第1電極部123α)との間の結合容量値(第1容量値Ca)と、前記第2電源線(Nバスバー122)と前記第2導電体(導電体123の第2電極部123β)との間の結合容量値(第2容量値Cb)を同じ値に設定すると共に、前記第1導電体(導電体123の第1電極部123α)と前記第2導電体(導電体123の第2電極部123β)を同電位に設定する構成とした。
これにより、ノイズフィルタを用いることなくコモンモードノイズの放射を抑制することができる。
前記第1導電体(導電体123の第1電極部123α)及び前記第2導電体(導電体123の第2電極部123β)を、前記第1電源線(Pバスバー121)と前記第2電源線(Nバスバー122)の間に配置する構成とした。
これにより、(1)の効果に加え、第1容量結合部Cαと第2容量結合部Cβによる電流のループを短くして、コモンモードノイズの放射を抑制することができる。
これにより、(1)又は(2)の効果に加え、Pバスバー121とハウジング11の間の浮遊容量や、Nバスバー122とハウジング11との間の浮遊容量が大きくても、コモンモードノイズの放射を抑制することができる。
これにより、(1)から(3)のいずれかの効果に加え、電力変換装置10を製造する際、給電ライン12のハウジング11への組み付けが行いやすくなり、製造性の向上を図ることができる。
これにより、(1)から(4)のいずれかの効果に加え、第1電極部123αと第2電極部123βを確実に同電位にして、コモンモードノイズの放射を効果的に抑制することができる。
実施例2は、第1,第2電源線に対する第1,第2導電体の配置を、実施例1と異ならせた例である。
そして、Pバスバー121とNバスバー122は、それぞれ主面である平板面121aと平板面122aを同一方向(図4では下方向)に向け、この平板面121aと平板面122aが同一面上に並ぶように所定の隙間を開けて並列に配置している。
なお、このPバスバー121とNバスバー122の間の隙間は、各バスバー121,122の長手方向に沿って一定になっている。
さらに、この導電体126は、第1平板面部126aに対応してPバスバー121と容量結合する第1電極部126αと、第2平板面部126bに対応してNバスバー122と容量結合する第2電極部126βと、第1電極部126αと第2電極部126βを連結する連結部126γと、を有している。
すなわち、この導電体126は、Pバスバー121と容量結合する第1導電体と、Nバスバー122と容量結合する第2導電体に相当し、この第1導電体と第2導電体を一体化した導電材により形成したものである。
なお、連結部126γは、Pバスバー121とNバスバー122の間に設けられた隙間に対向する。
そして、並列配置されたPバスバー121及びNバスバー122に対し、平板面121a及び平板面122aが臨む一方側に、隙間を開けて平板状の導電体126を平行に配置している。
前記第1導電体(導電体126の第1電極部126α)及び前記第2導電体(導電体126の第2電極部126β)を、前記第1電源線(Pバスバー121)の主面(平板面121a)と前記第2電源線(Nバスバー122)の主面(平板面122a)が臨む一方側に配置する構成とした。
これにより、給電ライン12Aの厚みを抑えて、薄くすることができる。
実施例3は、第1,第2電源線に対する第1,第2導電体の配置を、実施例1及び実施例2と異ならせた例である。
そして、Pバスバー121とNバスバー122は、それぞれ主面である平板面121aと平板面122aを互いに対向させ、所定の隙間を開けて平行に配置している。
前記第2電極部127βは、Nバスバー122の平板面122aとは反対側の外側面122b、つまりPバスバー121と反対側に臨む面に対向する第2平板面127bを有している。
前記連結部127γは、第1電極部127αの端部と第2電極部127βの端部を連結し、この第1電極部127αと第2電極部127βを同電位に一体化させる部分である。
すなわち、この導電体127は、Pバスバー121と容量結合する第1導電体と、Nバスバー122と容量結合する第2導電体に相当し、この第1導電体と第2導電体を一体化した導電材により形成したものである。
前記第1導電体(導電体127の第1電極部127α)及び前記第2導電体(導電体127の第2電極部127β)を、前記第1電源線(Pバスバー121)と前記第2電源線(Nバスバー122)の外側に配置する構成とした。
これにより、第1電源線(Pバスバー121)と第2電源線(Nバスバー122)の平行距離を最小にして、給電ライン12Bのインダクタンスを下げることができる。
実施例4は、第1電源線と第1導電体との結合容量値と、第2電源線と第2導電体との結合容量値を、部分的に異ならせた例である。
そして、Pバスバー121とNバスバー122は、それぞれ主面である平板面121aと平板面122aを互いに対向させ、所定の隙間を開けて平行に配置している。
そして、この導電体128は、第1平板面128aに対応してPバスバー121と容量結合する第1電極部128αと、第2平板面128bに対応してNバスバー122と容量結合する第2電極部128βと、を有している。すなわち、この導電体128は、Pバスバー121と容量結合する第1導電体と、Nバスバー122と容量結合する第2導電体に相当し、この第1導電体と第2導電体を一体化した導電材により形成したものである。
また、実施例1等と同様、Pバスバー121と第1電極部128αとの間の結合容量値(第1容量値Ca)と、Nバスバー122と第2電極部128βとの間の結合容量値(第2容量値Cb)は、同じ値に設定されている。
ここで、結合容量値は、容量結合する二つの電極の対向面積に比例し、対向距離に反比例する。
そのため、導電体128が、長手方向で高さ寸法を異ならせたことで、第1電極部128αは、導電体128の一端部(図6では右側)における結合容量値と、導電体128の他端部(図6では左側)における結合容量値が異なることとなる。また、第2電極部128βも、導電体128の一端部(図6では右側)における結合容量値と、導電体128の他端部(図6では左側)における結合容量値が異なることとなる。
これにより、容量結合によるLC共振の周波数を変更でき、車両で感度のある周波数帯内にハウジング11に対する結合容量、浮遊容量による共振周波数を持つことを防止することができる。
2 直流電源
3 電動機
10 電力変換装置
11 ハウジング
12 給電ライン
121 Pバスバー(第1電源線)
121a 平板面
122 Nバスバー(第2電源線)
122a 平板面
123 導電体(第1導電体、第2導電体)
123a 第1平板面
123b 第2平板面
123α 第1電極部(第1導電体)
123β 第2電極部(第2導電体)
124 接続回路(第1接続回路、第2接続回路)
125 被覆樹脂
13 パワーモジュール
14 コンデンサ
15 送電ライン
Claims (8)
- 車体に接地された金属製のハウジングと、
電気的に絶縁した状態で前記ハウジングに収納され、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、
前記電源の正極側を前記パワーモジュールに接続する第1電源線と、
前記電源の負極側を前記パワーモジュールに接続する第2電源線と、
前記第1電源線と容量結合する第1導電体と、
前記第2電源線と容量結合する第2導電体と、
前記第1導電体を前記ハウジングに電気的に接続する第1接続回路と、
前記第2導電体を前記ハウジングに電気的に接続する第2接続回路と、
を備え、
前記第1電源線と前記第1導電体との間の結合容量値と、前記第2電源線と前記第2導電体との間の結合容量値を同じ値に設定すると共に、前記第1導電体と前記第2導電体を同電位に設定する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1に記載された電力変換装置において、
前記第1電源線と前記第2電源線を、それぞれ平板面を主面にした平板状の導電材により形成すると共に、前記第1電源線の主面と前記第2電源線の主面を対向させて平行に配置し、
前記第1導電体及び前記第2導電体を、前記第1電源線と前記第2電源線の間に配置した
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1に記載された電力変換装置において、
前記第1電源線と前記第2電源線を、それぞれ平板面を主面にした平板状の導電材により形成すると共に、前記第1電源線の主面と前記第2電源線の主面を同一方向に向けて並列に配置し、
前記第1導電体及び前記第2導電体を、前記第1電源線の主面と前記第2電源線の主面が臨む一方側に配置した
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1に記載された電力変換装置において、
前記第1電源線と前記第2電源線を、それぞれ平板面を主面にした平板状の導電材により形成すると共に、前記第1電源線の主面と前記第2電源線の主面を対向させて平行に配置し、
前記第1導電体及び前記第2導電体を、前記第1電源線と前記第2電源線の外側に配置した
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載された電力変換装置において、
前記ハウジングと前記第1電源線との間の浮遊容量と、前記ハウジングと前記第2電源線との間の浮遊容量とを含めて、前記第1電源線と前記第1導電体との間の結合容量値と、前記第2電源線と前記第2導電体との間の結合容量値を、同じ値に設定する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載された電力変換装置において、
前記第1電源線と前記第1導電体との間の結合容量値を、前記第1電源線の部位により異ならせ、前記第2電源線と前記第2導電体との間の結合容量値を、前記第2電源線の部位により異ならせる
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載された電力変換装置において、
前記第1電源線と、前記第2電源線と、前記第1導電体と、前記第2導電体と、を樹脂材料により一体化した
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載された電力変換装置において、
前記第1導電体と前記第2導電体を、一体化した導電材により形成する
ことを特徴とする電力変換装置。
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