(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体に収容された電力変換手段と、
前記筐体の外部から前記電力変換手段に電力を供給する入力線と、
前記入力線によって供給され、前記電力変換手段によって変換された電力を前記筐体の外部に出力する出力線と、
前記入力線、前記出力線の少なくとも一方が複数あって、前記入力線間、前記出力線間の少なくとも一方に接続され、前記筐体内の前記電力変換手段を含む機器が発生するノイズによって誘導された電流をバイパスして外部に流れ出ることを防ぐバイパス用コンデンサと、
前記入力線、前記出力線の少なくとも一方に接続され、接続された前記入力線、前記出力線に伝搬したノイズを減衰させるノイズフィルタと、
を備え、
前記バイパス用コンデンサ及び前記ノイズフィルタの全ては前記筐体の内部に取付けられる基板によって実装され、前記バイパス用コンデンサは、該バイパス用コンデンサに接続された前記入力線または前記出力線が前記筐体の内壁に取り付けられた端子台に固定されることによって前記内壁に固定されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記ノイズフィルタがコンデンサを含み、前記ノイズフィルタに含まれるコンデンサを前記バイパス用コンデンサとして、前記入力線間、前記出力線間の少なくとも一方に接続することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置にかかり、特にノイズを減衰させるためのノイズフィルタを備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置には、直流電圧の電圧値を変換するＤＣ−ＤＣコンバータ、交流電圧の電圧値を変換するＡＣ−ＡＣインバータ、直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ−ＡＣインバータ等がある。このような電力変換装置は、一般的に電力の変換を実行する電力変換部、電力変換部を制御する制御部、電力変換部の入力線、出力線を流れる電流に含まれる伝導ノイズを減衰させるノイズフィルタを備え、以上の構成が金属等の筐体内部に設置されて構成されている。
【０００３】
図１１は、電力変換装置の上記した構成を示した図である。図示した電力変換装置は、電力変換部１０３と制御部１０４とを備えている。また、電力変換部１０３に図示しない系統電源から電力を供給する入力線１０５ａ及び入力線１０５ｂ、電力変換部１０３から図示しない負荷に電力を供給する出力線１０６ａ、１０６ｂを有している。
入力線１０５ａと入力線１０５ｂとの間には入力フィルタ１０１が設けられ、入力フィルタ１０１は入力線１０５ａに伝搬する伝導ノイズを減衰させるノイズフィルタである。また、出力線１０６ａと出力線１０６ｂとの間には出力フィルタ１０２が設けられ、出力フィルタ１０２は出力線１０６ｂを伝搬する伝導ノイズを減衰させるノイズフィルタである。
【０００４】
さらに、電力変換装置は、上記した構成を収容する金属筐体１を備えていて、金属筐体１によって、電力変換部１０３、制御部１０４等が発生する放射ノイズの外部への放射を抑えるためにシールドされている。
上記した構成において、電力変換器１０３等が発生し、入力線１０５ｂを伝搬する伝導ノイズは入力フィルタ１０１によって減衰できる。また、出力線１０６ｂを伝搬する伝導ノイズは出力フィルタ１０２によって減衰できる。しかし、電力変換部１０３が発生する放射ノイズは、シールドされた金属筐体１内を空間伝搬し、入力線１０５ａや出力線１０６ａに伝搬し、金属筐体１の外部に漏洩する可能性がある。金属筐体１外部へのノイズの漏洩は、金属筐体１の外部に設けられている機器に影響を与えてノイズ障害を発生させる原因になり得る。
【０００５】
電力変換装置の金属筐体１外へのノイズの漏洩を防ぐ従来技術としては、例えば、特許文献１、特許文献２に記載された発明が挙げられる。
特許文献１には、ノイズを発生する機器と、ノイズフィルタを有する入力線または出力線との間に金属製の仕切りを設けることが記載されている。そして、この仕切りを筐体と同電位に保つことによって入力線、出力線にノイズが伝搬することを防ぐことが記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、筐体と出力側のノイズフィルタとの間を接続する出力線に銅箔テープを巻き、銅箔テープを筐体に接地することが記載されている。特許文献２に記載された発明によれば、電力変換部等の機器が発生したノイズを銅箔テープが吸収し、筐体の外部にノイズを漏らさないようにすることができる。
【特許文献１】特開２００１−４４６８５号公報
【特許文献２】特開平７−２３５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、電力変換装置から漏洩するノイズを抑える技術は、電力変換装置の構成や設計、抑えるべきノイズの周波数や大きさといった様々な要素に合わせて適宜選択できるよう、バリエーションが豊富なことが望ましい。本発明は、この点に鑑みてなされたものであって、ノイズの漏洩を抑える新規な構成を有する電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の電力変換装置は、筐体に収容された電力変換手段と、前記筐体の外部から前記電力変換手段に電力を供給する入力線と、前記入力線によって供給され、前記電力変換手段によって変換された電力を前記筐体の外部に出力する出力線と、前記入力線、前記出力線の少なくとも一方が複数あって、前記入力線間、前記出力線間の少なくとも一方に接続され、前記筐体内の前記電力変換手段を含む機器が発生するノイズによって誘導された電流をバイパスして外部に流れ出ることを防ぐバイパス用コンデンサと、前記入力線、前記出力線の少なくとも一方に接続され、接続された前記入力線、前記出力線に伝搬したノイズを減衰させるノイズフィルタと、を備え、前記バイパス用コンデンサ及び前記ノイズフィルタの全ては前記筐体の内部に取付けられる基板によって実装され、前記バイパス用コンデンサは、該バイパス用コンデンサに接続された前記入力線または前記出力線が前記筐体の内壁に取り付けられた端子台に固定されることによって前記内壁に固定されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載の電力変換装置は、請求項１に記載の発明において、前記ノイズフィルタがコンデンサを含み、前記ノイズフィルタに含まれるコンデンサを前記バイパス用コンデンサとして、前記入力線間、前記出力線間の少なくとも一方に接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、請求項１に記載の電力変換装置によれば、入力線間、出力線間にバイパス用コンデンサを接続することにより、入力線、出力線を流れる電流をコンデンサの側にバイパスしてノイズ電流の流出を防ぐことができる。このため、ノイズフィルタや入力線、出力線の金属箔による被覆といった既存の構成によらず筐体外にノイズが漏洩することを防ぐことができる。
また、入力線、出力線に伝搬した伝導ノイズを減衰させるノイズフィルタを備え、このために変換器から発生し、入力線や出力線を伝搬してきた伝導ノイズを除去することができる。
【００１３】
また、コンデンサを筐体の内部または外部に取付けられる基板によって実装することにより、コンデンサを筐体に簡易に取付けることができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の電力変換装置は、ノイズフィルタに含まれるコンデンサを、バイパス用コンデンサとして使用することによって電力変換装置を構成する部品点数を抑えることができる。このため、小型化、製造コストの低廉化により有利な電力変換装置を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図を参照して本発明にかかる実施形態１ないし４を説明する。
ここで、本発明の実施形態の説明に先立って、本発明が対象となるノイズについて説明する。
ノイズは、伝導ノイズと放射ノイズとに分けられる。伝導ノイズとは、電力の入出力に使用されるケーブルを伝わっていくノイズを指し、１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数のものが規制の対象となっている。また、放射ノイズとは、電磁波となって装置の外部へ空間伝搬するものであって、３０ＭＨｚ以上の周波数を有するものが規制の対象となっている。
【００１６】
伝導ノイズ、放射ノイズは、いずれも電力の変換器やその制御部に備えられているスイッチング素子のスイッチング動作によって発生する。
ノイズフィルタは、伝導ノイズを減衰させて装置や筐体の外部に漏洩する伝導ノイズの量を小さくする役割を果たす。ノイズフィルタのうちの入力フィルタは、変換器や制御部から発生した伝導ノイズを減衰することによって伝導ノイズが系統電源へ漏洩するのを防止することを目的として設置されている。出力フィルタは、伝導ノイズを減衰することによって伝導ノイズの負荷への漏洩を防止するために設置されている。
【００１７】
放射ノイズ対策としては、放射ノイズ源において放射ノイズの量を小さくするための施策をするか、金属の筐体で放射ノイズ源をシールドすること等が考えられる。しかし、ノイズ源をシールドする方法を用いた場合、筐体内部の放射ノイズのノイズ量が大きくなる。発生源から近距離の放射ノイズは磁界成分が支配的であり、放射ノイズが筐体内のケーブルに照射されることによってケーブルに高周波の電流が誘導される。誘導された誘導電流は、伝導ノイズとして装置の外部へ漏洩する。
【００１８】
以下に説明する実施形態１ないし４は、放射ノイズによって誘導電流が生じ、伝導ノイズを発生する現象がノイズフィルタよりも外側のケーブルに起きた場合、伝導ノイズが装置外部に漏洩することを防ぐバイパスコンデンサに関するものである。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１の電力変換装置の構成を説明するための図である。図示した構成は、金属筐体１に収容された電力変換部１０３、金属筐体1の外部から電力変換部１０３に電力を供給する入力線１０５ａ及び１０５ｂ、入力線１０５ａ及び１０５ｂによって供給され、電力変換部１０３によって変換された電力を金属筐体１の外部に出力する出力線１０６ａ及び１０６ｂを備えている。
【００１９】
電力変換部１０３は複数の半導体素子を含む半導体ユニットである。制御部１０４は電子部品を実装したプリント板である。また、入力線１０５ａ及び１０５ｂを合わせて入力線１０５、出力線１０６ａ及び１０６ｂを出力線１０６とも記す。入力線１０５は、金属筐体１の外部にあって電力変換装置に電力を供給する図示しない系統電源に接続されている。また、出力線１０６は、金属筐体１の外部にあって電力変換装置から電力の供給を受ける図示しない負荷に接続されている。
【００２０】
金属筐体１は、内面が電気的にシールドされた本体と、同様にシールドされた蓋体を有している。実施形態１では、本体と蓋体とを合わせた構成を金属筐体１とする。金属筐体１は、電力変換部１０３の他、電力変換部１０３を制御する制御部１０４、電力変換部１０３で発生して入力線１０５に伝搬する伝導ノイズを減衰する入力フィルタ１０１、出力線１０６に伝搬するノイズを減衰する出力フィルタ１０２を収容している。
入力フィルタ１０１、出力フィルタ１０２は、入力線１０５、出力線１０６にそれぞれ接続される。
また、実施形態１の電力変換装置は、入力線１０５、出力線１０６に接続され、金属筐体１内の電力変換部１０３や制御部１０４等の機器が発生する放射ノイズによって誘導された電流が外部に流れ出ることを防ぐコンデンサ１００を備えている。
【００２１】
実施形態１では、入力線１０５、出力線１０６が各々３本ずつある三相交流システムの例を示す。コンデンサ１００は、複数の入力線１０５、出力線１０６の線間に設けられている。このように接続されたコンデンサを線間コンデンサとも記す。
以上の構成において、コンデンサ１００は、実施形態１のバイパス用コンデンサとして機能する。また、電力変換部１０３が電力変換手段として機能する。電力変換部１０３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＡＣインバータ、ＡＣ−ＡＣインバータ等、供給された電力の電圧値または特性のいずれを変換するものであってもよい。
【００２２】
図２は、図１中の破線で示す範囲Ａを模式的に示した斜視図である。入力フィルタ１０１は、コンデンサ１０１ａ、コイル１０１ｂを備えている。ただし、入力フィルタ１０１はコンデンサ１０１ａとコイル１０１ｂとを備える構成に限定されるものでなく、コンデンサ１０１ａ、コイル１０１ｂのいずれか１つを有するものであってもよい。また、コンデンサやコイル以外の構成によってノイズを減衰するものであってもよい。入力フィルタ１０１の遮断周波数（入力フィルタによって減衰させられる周波数）は、電力変換部１０３が発生するノイズの周波数に応じて設定することができる。
【００２３】
図３は、コンデンサ１００が入力線１０５ａに接続された状態を示した図である。実施形態１のコンデンサ１００は、金属筐体１の内部または外部に取付けられる端子台によって実装される。図示した例では、コンデンサ１００が、端子台３０1にネジ３０２によって接続された入力線１０５ａの線間に接続されている。
また、図３に示した端子台３０１の裏面には図示しないネジによって入力線１０５ａが接続してあり、入力線１０５ａは、系統電源と電力変換装置とを接続している。このように、実施形態１の構成は、通常入力線１０５や出力線１０６を固定することに使用される端子台３０１にコンデンサ１００を実装することができる。このようにすれば、実施形態１は、既存の構成を使ってコンデンサ１００を実装することができ、部品を追加することなく電力変換装置にコンデンサ１００を設けることができる。
【００２４】
なお、以上の構成は、図１中の範囲Ａについて示しているが、図１に示した出力フィルタ１０２の側も同様に構成されていることはいうまでもない。
電力変換部１０３をＡＣ−ＡＣインバータとした場合、ＡＣ−ＡＣインバータは、入力線１０５によって系統電源から交流電流を入力する。そして、入力された電流を所望の周波数、電圧の交流電流に変換し、出力フィルタ１０２を介して金属筐体１の外部に出力する。
【００２５】
このとき、電力変換部１０３がスイッチング素子を高速でオン、オフするため、前記したように、強い放射ノイズを発生し、放射ノイズが入力線１０５や出力線１０６に照射されて高周波の誘導電流を発生する。誘導電流が入力線１０５や出力線１０６を介して金属筐体１の外部に伝搬すると、電力変換装置の近傍にある機器に影響を与えることが知られている。
【００２６】
金属筐体１の内部で発生した伝導ノイズは、入力線１０５ａを介して外部に漏洩する。金属筐体１の外部には、ＬＩＳＮ（Line Impedance Stabilization Network）４００が設けられていて、漏洩した伝導ノイズはＬＩＳＮ４００に伝搬する。ＬＩＳＮ４００とは、ノイズを測定する擬似電源回路網である。
入力フィルタ１０１は、入力線１０５ｂに伝搬した伝導ノイズを減衰し、伝導ノイズが入力線１０５ａを介して、ＬＩＳＮ４００に漏洩することを防ぐ（減衰する）ために設けられた構成である。入力フィルタ１０１の遮断周波数は、金属筐体１の内部で発生したノイズを減衰させる大きさに合わせて設定される。
【００２７】
また、シールドされている金属筐体１内部の放射ノイズレベルは高く、この放射ノイズによって入力線１０５ａを流れる電流にノイズ電流が誘導されると、誘導されたノイズ電流は金属筐体１の外部に漏洩する。すなわち、金属筐体１の内部では、放射ノイズが入力線１０５に空間伝搬によって伝搬し、入力線１０５には放射ノイズの磁束を打ち消す向きに誘導電流（ノイズ電流）が流れる。ノイズ電流は、ＬＩＳＮ４００内部にある雑音端子電圧測定用抵抗を通った後、再び戻ってくる。このため、雑音端子電圧の電圧は金属筐体内部の放射ノイズと同じ周波数において増加することになる。
【００２８】
図４は、このような状態を示した図である。金属筐体１の内部の放射ノイズの入力線１０５に対する鎖交磁束成分が照射されることによって、入力線１０５には鎖交磁束を打ち消す向きに誘導電流が発生する。
ノイズ電流がＬＩＳＮ４００に漏洩して雑音端子電圧が増加するのを防ぐため、実施形態１では、図５に示すように、３本の入力線１０５ａの各々の間に３つのコンデンサ１００を接続している。コンデンサ１００は、いずれも入力線１０５ａを流れるノイズ電流をバイパスする。このため、実施形態１では、ＬＩＳＮ４００にノイズ電流が流れることを防ぐことができる。
【００２９】
すなわち、実施形態１は、金属筐体１の内部で発生した放射ノイズが入力線１０５ａに伝搬して誘導されたノイズ電流をコンデンサ１００によってバイパスし、電力変換部１０３の側に戻すことができる。このため、金属筐体１の外部に金属筐体１の内部で発生したノイズ電流が漏洩して電力変換装置の外部機器である、ＬＩＳＮ４００に流れ込むことを防ぐことができる。
なお、ノイズ電流がコンデンサ１００へ流れ込むように、コンデンサ１００の静電容量は、以下の式（１）によって求められるＬＩＳＮを経由するインピーダンスZLISNとの比率を適切に設定することで決定される。式（１）中のｆnoiseは、解決したいノイズの周波数である。
【００３０】
【数１】
0005470730.tif 000002
【００３１】
つまり実施形態１では、コンデンサ１００の周波数ｆnoiseにおけるインピーダンスを上記した式（１）によって求められるＺLISNよりも充分小さい値にする。このようにすれば、周波数ｆnoiseのノイズが発生している状況において、ノイズ電流はＬＩＳＮ４００よりもコンデンサ１００に流れやすくなる。したがって、実施形態１は、ノイズ電流が金属筐体１の外部へ漏洩することを防止することができる。
このような実施形態１によれば、ノイズの漏洩を防ぐことにより、ノイズ電流が外部機器であるＬＩＳＮ４００に流れ込んでノイズレベルが増加するのを防ぐことができる。そして、ノイズの漏洩防止にコンデンサを用いることにより、ノイズ漏洩防止のための新規な構成を有する電力変換装置を実現することができる。
【００３２】
なお、実施形態１は、図２、図３に示したようにコンデンサ１００を端子台３０１に実装する構成に限定されるものではなく、コンデンサ１００が金属筐体１の外部との境界近くに実装されるものであればよい。
図６は、実施形態１のコンデンサ１００の他の実装例を示したものである。実施形態１の電力変換装置では、例えば、図６に示すように、端子台３０１とは異なるプリント基板等の基板６０１を設けてコンデンサ１００を実装してもよい。
【００３３】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。
図７は、実施形態２の電力変換装置の構成を説明するための図である。実施形態２の電力変換装置は、金属筐体１の外部にある端子台３０１にコンデンサ１００が取付けられている点で、金属筐体１の内部にコンデンサ１００がある実施形態１と相違する。
なお、実施形態２においても入力線１０５ａが複数あって、コンデンサ１００が、複数ある入力線１０５ａ間に設けられる点は実施形態１と同一である。
【００３４】
また、実施形態２では、図７に示したように、端子台１００を用いて金属筐体１の外部にコンデンサ１００を設けている。しかし、実施形態２は、このような構成に限定されるものではない。例えば、図６に示した基板６０１を金属筐体１の外部に設けてコンデンサ１００を実装するものであってもよい。
このような実施形態２は、金属筐体１の内部にコンデンサ１００を設ける必要がないので、金属筐体１内の素子のレイアウトの自由度を高めることができる。
【００３５】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３について説明する。
図８は、本発明の実施形態３の電力変換装置を説明するための図である。実施形態３の電力変換装置は、入力フィルタ１０１がコンデンサ１０１ａを含むことから、入力フィルタ１０１に含まれるコンデンサ１０１ａを、バイパス用コンデンサとして、入力線１０５ａ間、出力線１０６ａ間の少なくとも一方に接続するものである。
すなわち、図８に示した構成では、入力フィルタ１０１を実装する基板８０１上にコイル１０１ｂだけを設ける一方、端子台３０１に実施形態１と同様にコンデンサ１００を実装する。
【００３６】
図８の構成では、コンデンサ１００が、入力線１０５ａを伝搬してくるノーマルモードのノイズを除去するばかりでなく、入力線１０５ａに放射ノイズが空間伝搬したことによって誘導されたノイズ電流をバイパスする。
このような実施形態３は、実施形態１、実施形態２の構成よりも金属筐体１の内部に設けられる部品点数を低減することができる。また、部品点数が低減することによって金属筐体１内部の素子のレイアウトの自由度を高め、装置構成の小型化を有利にし、かつ製造コストの低廉化を図ることができる。
【００３７】
なお、実施形態３のコンデンサ１００の静電容量は、上記した式（１）を使って求められるＬＩＳＮを経由するインピーダンスＺLISNとの比率を適切に設定することで決定する。ただし、一般的にコンデンサはノーマルモードのノイズを除去することを目的にして設計されるので、コンデンサ１００は、入力フィルタ１０１等のコモンモードリアクトルの漏れインダクタンスの値や遮断周波数、ノイズの減衰量をも考慮して設計される。
【００３８】
（実施形態４）
次に、本発明の実施形態４について説明する。
図９は、本発明の実施形態４の電力変換装置を説明するための図である。実施形態４の電力変換装置は、金属筐体１に電力変換部１０３や制御部１０４が収容されていて、金属筐体１の外部から電力変換部１０３に電力を供給する入力線、電力変換部によって変換された電力を金属筐体１の外部に出力する出力線、入力線、出力線の少なくとも一方に接続され、金属筐体１の内部の電力変換部１０３を含む機器が発生する伝導ノイズを減衰させ、外部に漏洩することを防ぐノイズフィルタである入力フィルタ１０１、出力フィルタ１０２と、を備える点で実施形態１と同様に構成されている。
ただし、実施形態４では、入力線のうちの金属筐体１の内壁面９０２から入力フィルタ１０１の間にある入力線９０１ａが金属箔部材によって覆われている点で実施形態１と相違する。
【００３９】
図１０に、入力線９０１ａの断面の斜視図を示す。入力線９０１ａは、銅箔等の金属箔１００３で被覆されている。金属箔１００３は、入力線９０１ａの磁気シールドとして機能するため、接地されることはない。また、金属箔１００３の厚みは、シールドしたいノイズの周波数の表皮深さより充分厚いものとする。なお、金属箔部材が、他の金属部と接触することを避けたい場合には、さらに絶縁部材の薄膜で被覆する構成にしてもよい。図１０に示した構成では、導線１００１の周囲を絶縁部材の薄膜１００２で被覆し、さらに金属箔１００３で被覆するものとした。
【００４０】
なお、実施形態４は、入力線の側において金属筐体１の内壁面９０２から入力フィルタ１０１の間にある入力線９０１ａのみを金属箔部材及び絶縁部材によって覆う構成に限定するものではない。入力線９０１ａ、出力線の側において金属筐体１の内壁面から出力フィルタ１０２の間にある入力線の少なくとも一方を金属箔部材によって覆うものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態１の電力変換装置の構成を説明するための図である。
【図２】図１中の破線で示す範囲Ａを模式的に示した斜視図である。
【図３】図２に示したコンデンサが入力線に接続された状態を示した図である。
【図４】本発明の実施形態１において誘導電流が発生することを説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態１において入力線の間にコンデンサを接続した状態を示した図である。
【図６】本発明の実施形態１のコンデンサの他の実装例を示したものである。
【図７】本発明の実施形態２の電力変換装置の構成を説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態３の電力変換装置を説明するための図である。
【図９】本発明の実施形態４の電力変換装置を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施形態４の入力線の断面の斜視図である。
【図１１】従来の電力変換装置の構成を示した図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  金属筐体
１００  コンデンサ
１０１  入力フィルタ
１０１ａ  コンデンサ
１０１ｂ  コイル
１０２  出力フィルタ
１０３  電力変換部
１０４  制御部
１０５ａ、１０５ｂ、９０１ａ  入力線
１０６ａ、１０６ｂ  出力線
３０1  端子台
３０２  ネジ
６０１、８０１  基板
１００１  導線
１００２  薄膜
１００３  金属箔
【図１】
0005470730.tif 000003
【図２】
0005470730.tif 000004
【図３】
0005470730.tif 000005
【図４】
0005470730.tif 000006
【図５】
0005470730.tif 000007
【図６】
0005470730.tif 000008
【図７】
0005470730.tif 000009
【図８】
0005470730.tif 000010
【図９】
0005470730.tif 000011
【図１０】
0005470730.tif 000012
【図１１】
0005470730.tif 000013