JP2021182841A - ノイズフィルタ、電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズを十分に抑制可能なノイズフィルタを提供する。【解決手段】電流に重畳されたノイズを抑制するノイズフィルタ１は、電流が流れる複数のバスバ１２と、複数のバスバ１２を支持するバスバ支持部１４と、複数のバスバ１２とバスバ支持部１４の間にそれぞれ配置された絶縁層１５とを備える。バスバ支持部１４は導電体であり、バスバ１２はバスバ支持部１４に埋め込まれた埋込部１２５を有し、埋込部１２５は、バスバ支持部１４と電気的に絶縁されている。【選択図】図２

Description

本発明は、電流に重畳されたノイズを抑制するノイズフィルタおよびこれを用いた電力変換装置に関する。

本発明に関する背景技術として、特許文献１が知られている。特許文献１には、コア部材と、互いに主面が対向した状態でコア部材をそれぞれ貫通する正極側導体および負極側導体と、これらを収納するベースとを備え、正極側導体および負極側導体がベースに絶縁部材を介して配置されている電力変換装置のノイズフィルタ回路が開示されている。

国際公開第２０１９／０６４８３３号

特許文献１の技術では、ノイズ抑制に伴うコア部材の発熱を十分に放熱させることが困難であり、フィルタ性能を維持するためには、コア部材に印加されるノイズレベルを一定値以下に制限する必要がある。したがって、ノイズの抑制に関して改善の余地がある。

本発明によるノイズフィルタは、電流に重畳されたノイズを抑制するものであって、前記電流が流れる複数のバスバと、前記複数のバスバを支持するバスバ支持部と、前記複数のバスバと前記バスバ支持部の間にそれぞれ配置された絶縁層と、を備え、前記バスバ支持部は、導電体であり、前記バスバは、前記バスバ支持部に埋め込まれた埋込部を有し、前記埋込部は、前記バスバ支持部と電気的に絶縁されている。
本発明による電力変換装置は、ノイズフィルタと、パワーモジュールと、直流電力を平滑化する平滑キャパシタと、前記パワーモジュールを制御する制御部と、を備える。

本発明によれば、ノイズを十分に抑制可能なノイズフィルタおよびそれを用いた電力変換装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態に係るノイズフィルタの外観斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るノイズフィルタの断面図である。 コモンモードノイズ電流が流れる電流経路の説明図である。 比較例に係るノイズフィルタの外観斜視図である。 比較例に係るノイズフィルタによるコモンモードノイズ電流の低減効果の説明図である。 比較例に係るノイズフィルタにおけるコモンモードノイズ電流の計算結果の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るノイズフィルタによるコモンモードノイズ電流の低減効果の説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るノイズフィルタにおけるコモンモードノイズ電流の計算結果の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るノイズフィルタの容量値とスイッチング損失の関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るノイズフィルタの外観斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るノイズフィルタの断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るノイズフィルタによるコモンモードノイズ電流の低減効果の説明図である。 本発明の変形例に係るノイズフィルタの断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るノイズフィルタの構成図である。 本発明の第４の実施形態に係るノイズフィルタの構成図である。 本発明の第６の実施形態に係る電力変換装置を含むモータ駆動システムの構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

同一あるいは同様な機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るノイズフィルタの構造について、図１、図２を参照して以下に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るノイズフィルタの外観斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るノイズフィルタの断面図である。

図１に示すように、本実施形態のノイズフィルタ１は、磁性体コア１１、複数のバスバ１２、ベース部１３およびバスバ支持部１４を備えて構成される。各バスバ１２は、板状の導電体、例えば銅等の金属を用いて構成され、磁性体コア１１をそれぞれ貫通している。磁性体コア１１は、磁石等の磁性体を用いて構成され、中心にバスバ１２を貫通させるための貫通孔を有する。バスバ支持部１４はベース部１３の上に配置されており、各バスバ１２を支持している。

なお、図１の例では３つのバスバ１２を示しており、各バスバ１２は三相交流モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルと電気的にそれぞれ接続される。すなわち、ノイズフィルタ１の３つのバスバ１２には、三相交流モータのＵ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流がそれぞれ流れる。ノイズフィルタ１は、各バスバ１２に流れるこれらの電流に重畳されたノイズを抑制するものである。ただし、バスバ１２の数は３つに限定されない。ノイズフィルタ１がノイズの抑制対象とする電流の相数に応じて、任意数のバスバ１２を設けることができる。

図２（ａ）は、図１に示したＡ−Ａ’線におけるノイズフィルタ１の断面図であり、図２（ｂ）は、図１に示したＢ−Ｂ’線におけるノイズフィルタ１の断面図である。図２に示すように、バスバ１２は、一方の端部１２１と他方の端部１２４の間に、バスバ支持部１４によって支持される被支持部１２２と、磁性体コア１１を貫通する貫通部１２３とを有している。

被支持部１２２において、バスバ１２の延在方向（図２（ａ）の左右方向）と直交する方向（図２（ｂ）の左右方向）の両端には、バスバ１２の延在方向に沿ってバスバ１２を折り曲げることで形成された一対の埋込部１２５が設けられている。図２（ｂ）に示すように、埋込部１２５はバスバ支持部１４の表面側から内側に向かって、バスバ支持部１４に埋め込まれている。

ベース部１３およびバスバ支持部１４は、導電体を用いてそれぞれ構成されており、電気的に接地されている。被支持部１２２および埋込部１２５とバスバ支持部１４との間には、絶縁層１５が配置されている。これにより、被支持部１２２および埋込部１２５はバスバ支持部１４と電気的に絶縁されており、被支持部１２２および埋込部１２５とバスバ支持部１４との間に寄生容量成分が形成されるようになっている。なお、ベース部１３およびバスバ支持部１４は、ノイズフィルタ１を収納する筐体の一部であってもよいし、ノイズフィルタ１が搭載される電力変換装置等の機器が有する筐体の一部であってもよい。また、ベース部１３を非導電性の物質で構成し、バスバ支持部１４のみを電気的に接地してもよい。これ以外にも、少なくともバスバ支持部１４が電気的に接地されており、被支持部１２２および埋込部１２５とバスバ支持部１４との間に寄生容量成分が形成される構成であれば、任意の構成とすることができる。

次に、ノイズフィルタ１が抑制対象とするコモンモードノイズについて説明する。

図３は、コモンモードノイズ電流が流れる電流経路の説明図である。図３では、三相交流電流を出力するパワーモジュール４０１と、パワーモジュール４０１から三相交流電流の供給を受けて駆動する電動機４０８とが、ＡＣバスバ４０３、ＡＣノイズフィルタ４０４、ＡＣバスバ４０５およびＡＣケーブル４０６を介して互いに接続されており、これらの間にコモンモードノイズ電流が流れる場合の電流経路を示している。

パワーモジュール４０１内のコモンモードノイズ源４０２で発生したコモンモードノイズ電流は、パワーモジュール４０１が出力する三相交流電流に重畳される。コモンモードノイズ電流が重畳された三相交流電流は、ＡＣバスバ４０３、ＡＣノイズフィルタ４０４、ＡＣバスバ４０５およびＡＣケーブル４０６を経由して、電動機４０８に流れ込む。

パワーモジュール４０１と電動機４０８のフレームグランドには、グランド配線４１０が共通に接続されており、グランド配線４１０を介してそれぞれ電気的に接地されている。ここで、電動機４０８において、巻線４０７とフレームグランドの間には寄生容量成分４０９が存在しており、パワーモジュール４０１において、コモンモードノイズ源４０２とフレームグランドの間には寄生容量成分４１１が存在しているものとする。この場合、コモンモードノイズ源４０２から、電動機４０８の寄生容量成分４０９およびパワーモジュール４０１の寄生容量成分４１１を経由して、コモンモードノイズ源４０２に戻るループ電流経路が形成される。このループ電流経路を通って、パワーモジュール４０１と電動機４０８の間にコモンモードノイズ電流４１２が流れる。

本実施形態のノイズフィルタ１は、前述のような構造を有することにより、上記のようにして発生するコモンモードノイズ電流を抑制するものである。

続いて、本実施形態のノイズフィルタ１によるコモンモードノイズ電流の低減効果について、図４に示す比較例との比較を以下に説明する。

図４は、比較例に係るノイズフィルタの外観斜視図である。図４に示すノイズフィルタ１Ｃは、本発明の第１の実施形態に係るノイズフィルタ１と比べて、図１、２に示したバスバ支持部１４が設けられておらず、各バスバ１２Ｃがバスバ支持部１４によって支持されていない点が異なっている。そのため、ノイズフィルタ１Ｃの各バスバ１２Ｃは、図４に示すように板状の形状を有しており、図２に示した被支持部１２２や埋込部１２５はバスバ１２Ｃにおいて設けられていない。

図５は、比較例に係るノイズフィルタ１Ｃによるコモンモードノイズ電流の低減効果の説明図である。図５において、パワーモジュール内のコモンモードノイズ電流源５０１から出力されたコモンモードノイズ電流５０２は、バスバ１２Ｃに流れ込む。バスバ１２Ｃとベース部１３の間には、寄生容量成分５０３が形成されている。一方、バスバ１２Ｃを介してパワーモジュールと接続されているモータや電源には、グランド線との間に寄生容量成分５０４が形成されている。そのため、バスバ１２Ｃに流れ込んだコモンモードノイズ電流５０２は、寄生容量成分５０３を通る電流経路と、寄生容量成分５０４を通る電流経路とに分流されてグランド線にそれぞれ流れ込み、グランド線を経由してコモンモードノイズ電流源５０１に戻る。

ここで、図４に示したノイズフィルタ１Ｃの構造において、バスバ１２Ｃとベース部１３の間に形成される寄生容量成分５０３は、寄生容量成分５０４と比較して容量値が十分に小さい。例えば、三相交流電流に対応して設けられた３つのバスバ１２Ｃにおいて、寄生容量成分５０３の容量値は３相合計で10.5pF程度であるのに対して、寄生容量成分５０４の容量値は数nF程度である。そのため、寄生容量成分５０３に流れるコモンモードノイズ電流は無視できるほど小さく、コモンモードノイズ電流源５０１からバスバ１２Ｃに流れ込んだコモンモードノイズ電流５０２は、ほぼ全てが磁性体コア１１を通過する。

図６は、比較例に係るノイズフィルタ１Ｃにおけるコモンモードノイズ電流の計算結果の一例を示す図である。図６では、最大出力が100kW程度である自動車用の車載モータが接続された場合のコモンモードノイズ電流をシミュレーションにより計算した結果を示している。図６の計算結果では、パワーモジュールからモータへ流れる電流において、実効値で約7.9Aのコモンモードノイズ電流が発生することを示している。

図６のようなコモンモードノイズ電流が重畳された電流がバスバ１２Ｃを流れてノイズフィルタ１Ｃの磁性体コア１１を貫通すると、磁性体コア１１において発生するコア損失は数十Ｗ程度にまで達する。そのため、磁性体コア１１の発熱が大きくなり、キュリー温度の超過によるフィルタ性能の低下や焼損などを引き起こすおそれがある。なお、磁性体コア１１の放熱性を強化することでこうした問題を回避することも考えられるが、その場合には、構造の複雑化に伴うコストアップの要因になってしまう。

図７は、本発明の第１の実施形態に係るノイズフィルタ１によるコモンモードノイズ電流の低減効果の説明図である。図７において、パワーモジュール内のコモンモードノイズ電流源５０１から出力されたコモンモードノイズ電流５０２は、バスバ１２に流れ込む。ノイズフィルタ１では、前述のように、被支持部１２２および埋込部１２５とバスバ支持部１４との間に、寄生容量成分６０３が形成されている。そのため、バスバ１２に流れ込んだコモンモードノイズ電流５０２は、寄生容量成分６０３を通る電流経路と、寄生容量成分５０４を通る電流経路とに分流されてグランド線にそれぞれ流れ込み、グランド線を経由してコモンモードノイズ電流源５０１に戻る。

図１，２に示したノイズフィルタ１の構造において、被支持部１２２および埋込部１２５とバスバ支持部１４との間に形成される寄生容量成分６０３は、比較例における寄生容量成分５０３とは異なり、寄生容量成分５０４と比較して無視できない容量値を有する。例えば、三相交流電流に対応して設けられた３つのバスバ１２において、寄生容量成分６０３の容量値は３相合計で7.8nF程度であり、寄生容量成分５０４の容量値（例えば数nF）と同程度である。そのため、コモンモードノイズ電流源５０１からのコモンモードノイズ電流５０２は、寄生容量成分６０３を通過する電流経路と寄生容量成分５０４を通過する電流経路とに分かれて流れることとなり、磁性体コア１１を貫通するコモンモードノイズ電流が大きく減少する。その結果、比較例に係るノイズフィルタ１Ｃと比較して、磁性体コア１１の発熱を抑制することができる。

図８は、本発明の第１の実施形態に係るノイズフィルタ１におけるコモンモードノイズ電流の計算結果の一例を示す図である。図８では、前述の図６と同様に、最大出力が100kW程度である自動車用の車載モータが接続された場合のコモンモードノイズ電流をシミュレーションにより計算した結果を示している。図８の計算結果では、パワーモジュールからモータへ流れる電流において、実効値で約2.0Aのコモンモードノイズ電流が発生することを示している。これにより、本実施形態のノイズフィルタ１を用いた場合には、比較例に係るノイズフィルタ１Ｃと比較して、コモンモードノイズ電流を実効値で約1/4に減少できることが分かる。

以上説明したように、本実施形態のノイズフィルタ１によれば、コモンモードノイズを抑制して磁性体コア１１の発熱を低減する効果が確認できる。

なお、本実施形態のノイズフィルタ１をＡＣフィルタに適用し、図７のようにパワーモジュールからモータに出力される三相交流電流に重畳されたコモンモードノイズ電流の抑制に用いる場合、被支持部１２２および埋込部１２５とバスバ支持部１４との間に形成される寄生容量成分６０３は、パワーモジュールから見て容量性負荷となる。これは、パワーモジュールにおいてスイッチング損失の増大の原因となるため、寄生容量成分６０３の容量値はあまり大きくしすぎないことが好ましい。

図９は、本発明の第１の実施形態に係るノイズフィルタ１の容量値とスイッチング損失の関係を示す図である。図９において、グラフの横軸はノイズフィルタ１の被支持部１２２および埋込部１２５とバスバ支持部１４との間に形成される寄生容量成分６０３の容量値を表し、グラフの縦軸はパワーモジュールのスイッチング損失の増加率を表している。図９のグラフでは、これらの関係をシミュレーションにより計算した結果の一例を示している。

ノイズフィルタ１において、寄生容量成分６０３の容量値が大きくなるほど、コモンモードノイズ電流の抑制効果が向上する。一方、図９のグラフから分かるように、寄生容量成分６０３の容量値が大きくなるほど、スイッチング損失が増加する。すなわち、ノイズフィルタ１では、コモンモードノイズ電流の抑制とスイッチング損失の低減とがトレードオフの関係にあり、これらの最適化を図る必要がある。

前述のように、寄生容量成分６０３の容量値が３相合計で7.8nF（一相あたり2.6nF）である場合、図９からスイッチング損失の増加率は0.9%と無視できる程度であることが分かる。例えば、自動車用の車載モータと組み合わせて使用されるインバータのパワーモジュールにおいて、ノイズフィルタ１によるスイッチング損失の増加率を5%程度に抑えるためには、図９より寄生容量成分６０３の容量値を３相合計で25.5nF（一相あたり8.5nF）以下とすることが望ましい。一方、コモンモードノイズ電流の抑制効果を十分に得るためには、寄生容量成分６０３の容量値を、モータとグランド線の間における図７の寄生容量成分５０４と同程度にする必要がある。そのためには、例えば寄生容量成分６０３の容量値を一相あたり1nF以上とすることが望ましい。

以上説明したように、本実施形態のノイズフィルタ１では、各バスバ１２とバスバ支持部１４の間に、1nF以上かつ8.5nF以下の容量がそれぞれ形成されていることが好ましい。

なお、図４に示した比較例のノイズフィルタ１Ｃにおいて、本実施形態のノイズフィルタ１と同様の効果を得るために、各バスバ１２Ｃとベース部１３の間にＹキャパシタを配置することも考えられる。しかしながら、このような構造を採用した場合には、Ｙキャパシタのリード線に起因するＥＳＬ（Equivalent Series Inductance）やＥＳＲ（Equivalent Series Resistance）が発生し、高周波領域においてコモンモードノイズ電流の抑制効果が減少するおそれがある。また、Ｙキャパシタの追加による部材費の増加や、Ｙキャパシタをバスバ１２Ｃとベース部１３の間に電気的に接続するためのねじ止めや溶接等の工数増加が発生し、コスト増加の原因にもなる。一方、本実施形態のノイズフィルタ１では、これらの問題が発生しないため、Ｙキャパシタの追加よりも有利である。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）ノイズフィルタ１は、電流に重畳されたノイズを抑制するものであって、電流が流れる複数のバスバ１２と、複数のバスバ１２を支持するバスバ支持部１４と、複数のバスバ１２とバスバ支持部１４の間にそれぞれ配置された絶縁層１５とを備える。バスバ支持部１４は、導電体であり、バスバ１２は、バスバ支持部１４に埋め込まれた埋込部１２５を有し、埋込部１２５は、バスバ支持部１４と電気的に絶縁されている。このようにしたので、ノイズを十分に抑制可能なノイズフィルタを提供することができる。

（２）ノイズフィルタ１は磁性体コア１１を備えており、複数のバスバ１２は、貫通部１２３において磁性体コア１１をそれぞれ貫通する。このようにしたので、バスバ１２に流れる電流に重畳されたノイズをさらに抑制することができる。

（３）複数のバスバ１２とバスバ支持部１４の間に、１ｎＦ以上かつ８．５ｎＦ以下の容量がそれぞれ形成されていることが好ましい。このようにすれば、トレードオフの関係にあるノイズ電流の抑制とスイッチング損失の低減とをそれぞれ最適化したＡＣフィルタを実現することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るノイズフィルタの構造について、図１０、図１１を参照して以下に説明する。図１０は、本発明の第２の実施形態に係るノイズフィルタの外観斜視図である。図１１は、本発明の第２の実施形態に係るノイズフィルタの断面図である。

図１０に示すように、本実施形態のノイズフィルタ１Ａは、複数のバスバ１２、ベース部１３およびバスバ支持部１４を備えて構成される。本実施形態のノイズフィルタ１Ａにおいて、図１、図２で説明した第１の実施形態のノイズフィルタ１との違いは、磁性体コア１１が設けられていない点である。これ以外の点では、本実施形態のノイズフィルタ１Ａと、第１の実施形態のノイズフィルタ１とは、同様の構造を有している。なお、本実施形態でも第１の実施形態と同様に、ノイズフィルタ１Ａが有するバスバ１２の数は３つに限定されない。ノイズフィルタ１Ａがノイズの抑制対象とする電流の相数に応じて、任意数のバスバ１２を設けることができる。

図１１（ａ）は、図１０に示したＡ−Ａ’線におけるノイズフィルタ１Ａの断面図であり、図１１（ｂ）は、図１０に示したＢ−Ｂ’線におけるノイズフィルタ１Ａの断面図である。図１１に示すように、バスバ１２は、一方の端部１２１と他方の端部１２４の間に、バスバ支持部１４によって支持される被支持部１２２を有している。第１の実施形態のノイズフィルタ１と同様に、被支持部１２２において、バスバ１２の延在方向（図１１（ａ）の左右方向）と直交する方向（図１１（ｂ）の左右方向）の両端には、バスバ１２の延在方向に沿ってバスバ１２を折り曲げることで形成された一対の埋込部１２５が設けられている。埋込部１２５はバスバ支持部１４の表面側から内側に向かって、バスバ支持部１４に埋め込まれている。

被支持部１２２および埋込部１２５とバスバ支持部１４との間には、絶縁層１５が配置されている。これにより、被支持部１２２および埋込部１２５はバスバ支持部１４と電気的に絶縁されており、被支持部１２２および埋込部１２５とバスバ支持部１４との間に寄生容量成分が形成されるようになっている。なお、少なくともバスバ支持部１４が電気的に接地されており、被支持部１２２および埋込部１２５とバスバ支持部１４との間に寄生容量成分が形成される構成であれば、任意の構成とすることができる。

図１２は、本発明の第２の実施形態に係るノイズフィルタ１Ａによるコモンモードノイズ電流の低減効果の説明図である。図１２において、パワーモジュール内のコモンモードノイズ電流源５０１から出力されたコモンモードノイズ電流５０２は、バスバ１２に流れ込む。ノイズフィルタ１Ａでは、第１の実施形態のノイズフィルタ１と同様に、被支持部１２２および埋込部１２５とバスバ支持部１４との間に、寄生容量成分６０３が形成されている。そのため、バスバ１２に流れ込んだコモンモードノイズ電流５０２は、寄生容量成分６０３を通る電流経路と、パワーモジュールと接続されているモータや電源が有する寄生容量成分５０４を通る電流経路とに分流されてグランド線にそれぞれ流れ込み、グランド線を経由してコモンモードノイズ電流源５０１に戻る。

図１０，１１に示したノイズフィルタ１Ａでは、寄生容量成分６０３と、バスバ１２が有するインダクタンス成分７０１とにより、ＬＣフィルタ構造が形成される。このＬＣフィルタ構造により、コモンモードノイズ電流５０２を大幅に抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態のノイズフィルタ１Ａによれば、磁性体コアを使用せずにコモンモードノイズの抑制が可能なため、前述の比較例に係るノイズフィルタ１Ｃと比較して、製造コストを大きく削減することができる。

なお、本実施形態のノイズフィルタ１ＡをＡＣフィルタに適用し、図１２のようにパワーモジュールからモータに出力される三相交流電流に重畳されたコモンモードノイズ電流の抑制に用いる場合には、第１の実施形態で説明したのと同様に、各バスバ１２とバスバ支持部１４の間に、1nF以上かつ8.5nF以下の容量がそれぞれ形成されていることが好ましい。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

（変形例）
なお、以上説明した第１および第２の実施形態において、バスバ１２の形状は、図１，２，１０，１１でそれぞれ説明したものに限定されない。例えば、被支持部１２２や埋込部１２５の形状を変更し、以下の変形例で説明するような構造とすることができる。

図１３は、本発明の変形例に係るノイズフィルタの断面図である。図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）では、図１、図１０に示したＢ−Ｂ’線におけるノイズフィルタ１，１Ａの各変形例の断面図をそれぞれ示している。

図１３（ａ）に示す変形例では、被支持部１２２において、バスバ１２の延在方向と直交する方向（図１３（ａ）の左右方向）の一端側にのみ、バスバ１２の延在方向に沿ってバスバ１２を折り曲げることで形成された埋込部１２５が設けられている。図１３（ｂ）に示す変形例では、被支持部１２２においてバスバ１２を角柱状の形状とすることで、バスバ１２の延在方向と直交する方向（図１３（ｂ）の左右方向）の両端とその間に埋込部１２５が連続的に形成されている。図１３（ｃ）に示す変形例では、被支持部１２２の全体を埋込部１２５と一体化し、絶縁層１５を介してバスバ支持部１４に埋込部１２５（被支持部１２２）が挟み込まれた構造となっている。

なお、第１および第２の実施形態でそれぞれ説明したバスバ１２の形状や、上記変形例でそれぞれ説明したバスバ１２の形状は、いずれかを単独で用いることもできるし、複数を任意に組み合わせて用いることもできる。すなわち、バスバ１２は、図１，２，１０，１１でそれぞれ説明した形状や、図１３（ａ）、図１３（ｂ）、図１３（ｃ）でそれぞれ説明した形状のうち、いずれかの形状、または少なくとも２つ以上を組み合わせた形状とすることが可能である。

さらに、第１および第２の実施形態でそれぞれ説明した形状や、上記変形例でそれぞれ説明した形状以外のものを、バスバ１２の形状として採用してもよい。被支持部１２２や埋込部１２５とバスバ支持部１４との間に所望の容量値を有する寄生容量成分を形成することができれば、任意の構造を採用することが可能である。

以上説明した本発明の変形例によれば、Ｙキャパシタを用いることなく、バスバ１２とバスバ支持部１４の間に所望の容量値を有する寄生容量成分を形成することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について、図１４を参照して以下に説明する。図１４は、本発明の第３の実施形態に係るノイズフィルタの構成図である。

本実施形態のノイズフィルタは、直流電流に重畳されたコモンモードノイズ電流を低減するためのものであり、例えば、直流電力を供給する直流電源と、直流電力を交流電力に変換して交流モータに出力するパワーモジュールとの間に接続されて用いられる。直流電源は、例えば電池やコンバータを用いて構成され、パワーモジュールは、例えばＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの半導体素子をスイッチング素子に用いて構成される。図１４に示すように、本実施形態のノイズフィルタ２は、フィルタ回路部２１、正極バスバ２２、負極バスバ２３、正電圧入力バスバ２４、負電圧入力バスバ２５、Ｘキャパシタ２６、Ｙキャパシタ２７，２８、平滑キャパシタ２９を備えて構成される。

フィルタ回路部２１は、第１の実施形態で説明したノイズフィルタ１、または第２の実施形態で説明したノイズフィルタ１Ａと同様の構成を有する。すなわち、フィルタ回路部２１は、複数のバスバ１２、ベース部１３およびバスバ支持部１４を備えており、各バスバ１２が有する被支持部１２２および埋込部１２５とバスバ支持部１４との間に、寄生容量成分６０３が形成されている。フィルタ回路部２１はグランド端子２１０を有しており、このグランド端子２１０を介して、バスバ支持部１４が電気的に接地されている。例えば、パワーモジュールや直流電源が有する金属製の筐体や、ノイズフィルタ２自身が有する金属製の筐体をフレームグランドとして用いて、これとグランド端子２１０を電気的に接続することにより、バスバ支持部１４を電気的に接地することができる。

正極バスバ２２は、直流電源の正極側に接続される電池側正極端子２２１と、フィルタ回路部２１に接続されるフィルタ側正極端子２２２を有する。負極バスバ２３は、直流電源の負極側に接続される電池側負極端子２３１と、フィルタ回路部２１に接続されるフィルタ側負極端子２３２を有する。正電圧入力バスバ２４は、フィルタ回路部２１に接続されるフィルタ側正電圧端子２４１と、パワーモジュールの正電圧入力側に接続される正電圧入力端子２４２を有する。負電圧入力バスバ２５は、フィルタ回路部２１に接続されるフィルタ側負電圧端子２５１と、パワーモジュールの負電圧入力側に接続される負電圧入力端子２５２を有する。これらのバスバ接続により、直流電源から出力される直流電圧がフィルタ回路部２１を介してパワーモジュールに入力される。

なお、正電圧入力バスバ２４のフィルタ側正電圧端子２４１および負電圧入力バスバ２５のフィルタ側負電圧端子２５１は、フィルタ回路部２１が有するバスバ１２の一方の端部１２１とそれぞれ接続される。また、正極バスバ２２のフィルタ側正極端子２２２および負極バスバ２３のフィルタ側負極端子２３２は、フィルタ回路部２１が有するバスバ１２の他方の端部１２４とそれぞれ接続される。これにより、フィルタ回路部２１が磁性体コア１１を有する場合には、磁性体コア１１よりも寄生容量成分６０３がパワーモジュール側に形成されるようになっている。

Ｘキャパシタ２６は、正極バスバ２２と負極バスバ２３の間に接続されている。Ｙキャパシタ２７は、正極バスバ２２と接地電位の間に接続されている。Ｙキャパシタ２８は、負極バスバ２３と接地電位の間に接続されている。平滑キャパシタ２９は、正電圧入力バスバ２４と負電圧入力バスバ２５の間に接続されている。なお、Ｙキャパシタ２７，２８の接地電位への接続は、フィルタ回路部２１のグランド端子２１０と同様に、例えばパワーモジュールや直流電源が有する金属製の筐体や、ノイズフィルタ２自身が有する金属製の筐体との接続によって行われる。すなわち、接地電位と電気的に接続されたこれらの筐体をフレームグランドとして用いることにより、Ｙキャパシタ２７，２８の一端側をそれぞれ電気的に接地させることができる。

Ｘキャパシタ２６は、正極バスバ２２と負極バスバ２３間の直流電圧における電圧変化（ノイズ）を平滑化する。Ｙキャパシタ２７，２８は、正極バスバ２２および負極バスバ２３と接地電位間の電圧変化（ノイズ）をそれぞれ平滑化する。Ｘキャパシタ２６およびＹキャパシタ２７，２８の容量値は、直流電源から出力される直流電圧において抑制すべきノイズの周波数帯域に応じて、任意の値でそれぞれ定めることができる。例えば、数nF〜数μFの容量値を有する容量素子が、Ｘキャパシタ２６やＹキャパシタ２７，２８として使用される。なお、必要に応じて複数個の容量素子を組み合わせてＸキャパシタ２６やＹキャパシタ２７，２８を構成してもよい。このとき、各容量素子の容量値は同じでもよいし、互いに異なっていてもよい。また、正電圧入力バスバ２４と負電圧入力バスバ２５の間に、必要に応じてＸキャパシタを追加してもよい。

以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、ノイズフィルタ２が有するフィルタ回路部２１の各バスバ１２は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して交流モータに出力するパワーモジュールと、直流電源との間に接続されている。また、ノイズフィルタ２は、直流電源の正極側に接続される正極バスバ２２と、直流電源の負極側に接続される負極バスバ２３とを有しており、フィルタ回路部２１のバスバ支持部１４は接地電位に接続されている。ノイズフィルタ２は、正極バスバ２２と接地電位の間に接続されたＹキャパシタ２７と、負極バスバ２３と接地電位の間に接続されたＹキャパシタ２８と、正極バスバ２２と負極バスバ２３の間に接続されたＸキャパシタ２６とを備える。このようにしたので、第１、第２の実施形態で説明したノイズフィルタを用いて、直流電流に重畳されたコモンモードノイズ電流を低減するＤＣフィルタを実現できる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について、図１５を参照して以下に説明する。図１５は、本発明の第４の実施形態に係るノイズフィルタの構成図である。

本実施形態のノイズフィルタは、第３の実施形態で説明したノイズフィルタ２と同様に、直流電流に重畳されたコモンモードノイズ電流を低減するためのものであり、例えば、直流電力を供給する直流電源と、直流電力を交流電力に変換して交流モータに出力するパワーモジュールとの間に接続されて用いられる。本実施形態のノイズフィルタ２Ａは、第３の実施形態で説明したノイズフィルタ２と同じく、フィルタ回路部２１、正極バスバ２２、負極バスバ２３、正電圧入力バスバ２４、負電圧入力バスバ２５、Ｘキャパシタ２６、Ｙキャパシタ２７，２８、平滑キャパシタ２９を備えて構成される。

本実施形態のノイズフィルタ２Ａにおいて、第３の実施形態で説明したノイズフィルタ２との相違点は、Ｘキャパシタ２６の位置である。具体的には、ノイズフィルタ２ではＸキャパシタ２６が正極バスバ２２と負極バスバ２３の間に接続されているのに対して、本実施形態のノイズフィルタ２Ａでは、Ｘキャパシタ２６が正電圧入力バスバ２４と負電圧入力バスバ２５の間に接続されている。これにより、Ｘキャパシタ２６において、正電圧入力バスバ２４と負電圧入力バスバ２５間の直流電圧における電圧変化（ノイズ）を平滑化することができる。

なお、本実施形態においても、Ｘキャパシタ２６およびＹキャパシタ２７，２８の容量値は、直流電源から出力される直流電圧において抑制すべきノイズの周波数帯域に応じて、任意の値でそれぞれ定めることができる。例えば、数nF〜数μFの容量値を有する容量素子が、Ｘキャパシタ２６やＹキャパシタ２７，２８として使用される。また、必要に応じて複数個の容量素子を組み合わせてＸキャパシタ２６やＹキャパシタ２７，２８を構成してもよい。このとき、各容量素子の容量値は同じでもよいし、互いに異なっていてもよい。さらに、正極バスバ２２と負極バスバ２３の間に、必要に応じてＸキャパシタを追加してもよい。

以上説明した本発明の第４の実施形態によれば、ノイズフィルタ２Ａが有するフィルタ回路部２１の各バスバ１２は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して交流モータに出力するパワーモジュールと、直流電源との間に接続されている。また、ノイズフィルタ２Ａは、直流電源の正極側に接続される正極バスバ２２と、直流電源の負極側に接続される負極バスバ２３と、正極バスバ２２とパワーモジュールの間に接続される正電圧入力バスバ２４と、負極バスバ２３とパワーモジュールの間に接続される負電圧入力バスバ２５とを有しており、フィルタ回路部２１のバスバ支持部１４は接地電位に接続されている。ノイズフィルタ２Ａは、正極バスバ２２と接地電位の間に接続されたＹキャパシタ２７と、負極バスバ２３と接地電位の間に接続されたＹキャパシタ２８と、正電圧入力バスバ２４と負電圧入力バスバ２５の間に接続されたＸキャパシタ２６とを備える。このようにしたので、第３の実施形態と同様に、第１、第２の実施形態で説明したノイズフィルタを用いて、直流電流に重畳されたコモンモードノイズ電流を低減するＤＣフィルタを実現できる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態について、図１６を参照して以下に説明する。図１６は、本発明の第５の実施形態に係る電力変換装置を含むモータ駆動システムの構成図である。

図１６に示すモータ駆動システムは、電力変換装置１００、電源２００およびモータ３００が互いに接続されることで構成される。電力変換装置１００は、正極ケーブル２０１および負極ケーブル２０２を介して電源２００と接続されており、複数の交流ケーブル３０１を介してモータ３００と接続されている。このモータ駆動システムは、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に搭載され、モータ３００を駆動源として電動車両を走行させるために用いられる。

電源２００は、電力変換装置１００へ直流電力を供給する直流電源である。例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両に搭載されるモータ駆動システムでは、リチウムイオン電池等の二次電池を多数接続して構成された数百ボルトの高電圧バッテリを電源２００に用いることができる。また、例えばＸ線診断装置などの医療装置において用いられるモータ駆動システムでは、商用の交流電源を整流回路やコンバ−タを用いて直流電源に変換することで、電源２００を得ることができる。

モータ３００は、電力変換装置１００から出力される交流電力に応じて、不図示の固定子に設けられた各相のコイル３０２に電流が流れることにより、不図示の回転子が回転駆動する。これにより、モータ３００は電力変換装置１００の負荷として作用する。

電力変換装置１００、電源２００およびモータ３００は、それぞれフレームグランドを有している。各フレームグランドは、共通の接地線を介して電気的に接地されている。

電力変換装置１００は、正極ケーブル２０１および負極ケーブル２０２を流れる直流電流に重畳されるコモンモードノイズ電流を低減するためのＤＣフィルタとして、第３の実施形態で説明したノイズフィルタ２、または第４の実施形態で説明したノイズフィルタ２Ａを有している。また、交流ケーブル３０１を流れる交流電流に重畳されるコモンモードノイズ電流を低減するためＡＣフィルタとして、第１の実施形態で説明したノイズフィルタ１、または第２の実施形態で説明したノイズフィルタ１Ａを有している。

電力変換装置１００は、上記のＤＣフィルタ（ノイズフィルタ２，２Ａ）およびＡＣフィルタ（ノイズフィルタ１，１Ａ）に加えて、筐体１０１、半導体モジュール１０２および制御部１０３を有している。

筐体１０１は、電力変換装置１００の各構成要素を収納する金属製のケースである。なお、図１６では筐体１０１に格納される回路や素子のうち、本実施形態のモータ駆動システムの説明において必要なもののみを図示している。筐体１０１は前述の接地線と電気的に接続されており、電力変換装置１００のフレームグランドとして利用される。電力変換装置１００のＤＣフィルタは、筐体１０１と接続されることにより、バスバ支持部１４を電気的に接地することができる。

半導体モジュール１０２は、正電圧入力バスバ２４および負電圧入力バスバ２５を介してＤＣフィルタと接続され、さらに正極ケーブル２０１および負極ケーブル２０２を介して電源２００と接続される。なお、図１４，１５と同様に、正電圧入力バスバ２４と負電圧入力バスバ２５の間には平滑キャパシタ２９が接続されている。半導体モジュール１０２は、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの半導体素子をスイッチング素子に用いて構成されたパワーモジュールであり、制御部１０３の制御に応じて動作することで、直流電力から交流電力への電力変換を行う。この電力変換動作によって生成された交流電流は、半導体モジュール１０２からＡＣフィルタを介して交流ケーブル３０１に出力され、交流ケーブル３０１を通ってモータ３００へ出力される。

制御部１０３は、半導体モジュール１０２が有する各半導体素子のスイッチング動作を制御することにより、半導体モジュール１０２の動作制御を行い、電力変換装置１００からモータ３００へ出力される交流電力の電圧や電流を制御する。制御部１０３は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成され、マイクロコンピュータにおいて所定のプログラムを実行することにより、半導体モジュール１０２の動作制御を行う。あるいは、ＬＳＩ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等の集積回路を用いて、制御部１０３が行う半導体モジュール１０２の動作制御を実現してもよい。

なお、図１６のモータ駆動システムの構成では、電力変換装置１００がＤＣフィルタとＡＣフィルタの両方を備える例を示したが、これに限定されない。ＤＣフィルタとＡＣフィルタのいずれか一方のみを備え、他方を省略してもよい。また、ＤＣフィルタとＡＣフィルタの少なくとも一方において、図４の比較例に係るノイズフィルタ１Ｃで説明したような構造を採用してもよい。

以上説明した本発明の第５の実施形態によれば、電力変換装置１００は、ノイズフィルタ１，１Ａ，２，２Ａの少なくともいずれか一つと、パワーモジュールである半導体モジュール１０２と、電源２００から供給される直流電力を平滑化する平滑キャパシタ２９と、半導体モジュール１０２を制御する制御部１０３とを備える。このようにしたので、ノイズフィルタ１，１Ａ，２，２Ａの少なくともいずれか一つを用いて構成されるＡＣフィルタやＤＣフィルタにより、半導体モジュール１０２において生じるノイズ電流を効果的に減衰させることができる。そのため、電力変換装置１００から電源２００やモータ３００へ漏れだすノイズを、適切なレベルまで減少させることができる。

以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１，１Ａ，２，２Ａ：ノイズフィルタ
１１：磁性体コア
１２：バスバ
１３：ベース部
１４：バスバ支持部
１５：絶縁層
２１：フィルタ回路部
２２：正極バスバ
２３：負極バスバ
２４：正電圧入力バスバ
２５：負電圧入力バスバ
２６：Ｘキャパシタ
２７，２８：Ｙキャパシタ
２９：平滑キャパシタ
１００：電力変換装置
１０１：筐体
１０２：半導体モジュール
１０３：制御部
１２２：被支持部
１２３：貫通部
１２５：埋込部
２００：電源
３００：モータ

Claims (9)

1. 電流に重畳されたノイズを抑制するノイズフィルタであって、
   前記電流が流れる複数のバスバと、
   前記複数のバスバを支持するバスバ支持部と、
   前記複数のバスバと前記バスバ支持部の間にそれぞれ配置された絶縁層と、を備え、
   前記バスバ支持部は、導電体であり、
   前記バスバは、前記バスバ支持部に埋め込まれた埋込部を有し、
   前記埋込部は、前記バスバ支持部と電気的に絶縁されているノイズフィルタ。
2. 請求項１に記載のノイズフィルタにおいて、
   磁性体コアを備え、
   前記複数のバスバは、前記磁性体コアをそれぞれ貫通するノイズフィルタ。
3. 請求項１または２に記載のノイズフィルタにおいて、
   前記複数のバスバと前記バスバ支持部の間に、１ｎＦ以上かつ８．５ｎＦ以下の容量がそれぞれ形成されているノイズフィルタ。
4. 請求項１または２に記載のノイズフィルタにおいて、
   前記バスバは、前記バスバの延在方向と直交する直交方向の両端に一対の前記埋込部が形成された第１の形状、前記直交方向の一端に前記埋込部が形成された第２の形状、前記直交方向の両端とその間に前記埋込部が連続的に形成された第３の形状、前記バスバ支持部に前記埋込部が挟み込まれた第４の形状、または前記第１、第２、第３および第４の形状の少なくとも２つ以上を組み合わせた形状を有するノイズフィルタ。
5. 請求項１に記載のノイズフィルタにおいて、
   前記複数のバスバは、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して交流モータに出力するパワーモジュールと、前記交流モータとの間に接続されているノイズフィルタ。
6. 請求項１に記載のノイズフィルタにおいて、
   前記複数のバスバは、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して交流モータに出力するパワーモジュールと、前記直流電源との間に接続されているノイズフィルタ。
7. 請求項６に記載のノイズフィルタにおいて、
   前記複数のバスバは、前記直流電源の正極側に接続される正極バスバと、前記直流電源の負極側に接続される負極バスバとを有し、
   前記バスバ支持部は、接地電位に接続されており、
   前記正極バスバと前記接地電位の間に接続された第１のＹキャパシタと、
   前記負極バスバと前記接地電位の間に接続された第２のＹキャパシタと、
   前記正極バスバと前記負極バスバの間に接続されたＸキャパシタと、を備えるノイズフィルタ。
8. 請求項６に記載のノイズフィルタにおいて、
   前記複数のバスバは、前記直流電源の正極側に接続される正極バスバと、前記直流電源の負極側に接続される負極バスバと、前記正極バスバと前記パワーモジュールの間に接続される正電圧入力バスバと、前記負極バスバと前記パワーモジュールの間に接続される負電圧入力バスバとを有し、
   前記バスバ支持部は、接地電位に接続されており、
   前記正極バスバと前記接地電位の間に接続された第１のＹキャパシタと、
   前記負極バスバと前記接地電位の間に接続された第２のＹキャパシタと、
   前記正電圧入力バスバと前記負電圧入力バスバの間に接続されたＸキャパシタと、を備えるノイズフィルタ。
9. 請求項５から請求項８までのいずれか一項に記載のノイズフィルタと、
   前記パワーモジュールと、
   前記直流電力を平滑化する平滑キャパシタと、
   前記パワーモジュールを制御する制御部と、を備える電力変換装置。

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