(57)【要約】      （修正有）【課題】周辺機器へのノイズ影響を許容レベル以下に低コストで抑制できる電力変換装置を得ること。【解決手段】直流電力を任意周波数の交流電力に変換するインバータ回路を有する電力変換装置１において、インバータ回路の入力端子をパワーモジュール１０に備え、ヒートシンク２０のベース部２１に、負荷機器のアースと接続するための出力アース端子３０と、系統電源のアースと接続するための入力アース端子４０とを個別に設け、インバータ回路の正負の直流入力端子のうち出力アース端子３０の位置から遠方にある直流入力端子から出力アース端子３０までの電流伝播経路における最短長さをＤ１とし、直流入力端子から入力アース端子４０までの電流伝播経路における最短長さをＤ２とし、出力アース端子から入力アース端子までの電流伝播経路における最短長さをＤ３とするとき、Ｄ１＜Ｄ２、且つ、Ｄ１＜Ｄ３とする。【選択図】図２
2014138541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を任意周波数の交流電力に変換するインバータ回路を有するパワーモジュールと、前記パワーモジュールを冷却するヒートシンクと、を有する電力変換装置であって、
前記インバータ回路における正負の直流入力端子を前記パワーモジュールに備え、
前記パワーモジュールは前記ヒートシンクのベース部に取り付け、
前記ヒートシンクのベース部に、前記パワーモジュールから電力供給を行う負荷機器のアースと接続するための出力アース端子と、系統電源のアースと接続するための入力アース端子とを個別に設け、
前記インバータ回路の正負の直流入力端子のうち出力アース端子の位置から遠方にある直流入力端子から前記出力アース端子までの電流伝播経路における最短長さをＤ１とし、前記直流入力端子から前記入力アース端子までの電流伝播経路における最短長さをＤ２とし、前記出力アース端子から前記入力アース端子までの電流伝播経路における最短長さをＤ３とするとき、
Ｄ１＜Ｄ２、且つ、Ｄ１＜Ｄ３
が成り立つ
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
一端が前記ベース部に接合され、他端が前記ベース部から離間している突出部をさらに備え、
前記出力アース端子は、前記ベース部上に設けられ、
前記入力アース端子は、前記突出部上に設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記入力アース端子は、前記突出部上における前記他端側に設けられる
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記出力アース端子は、前記ベース部上における前記突出部の前記他端が接合された部分と反対側に設けられる
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
一端が前記ベース部に接合され、他端が前記ベース部から離間している線状部材をさらに備え、
前記出力アース端子は、前記ベース部上に設けられ、
前記入力アース端子は、前記線状部材上に設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記入力アース端子は、前記線状部材上における前記他端側に設けられる
ことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記出力アース端子は、前記ベース部上における前記線状部材の前記他端が接合された部分と反対側に設けられる
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記電力変換装置は、複数の前記パワーモジュールを備え、
前記電力変換装置では、
前記複数のパワーモジュールのうち前記出力アース端子から最も遠いパワーモジュールの直流入力端子と前記出力アース端子の間の電流伝播経路における最短長さをＤ１”とし、前記最も遠いパワーモジュールの直流入力端子と前記入力アース端子との間の電流伝播経路における最短長さをＤ２”とし、前記出力アース端子及び前記入力アース端子の間の電流伝播経路における最短長さをＤ３”とするとき、
Ｄ１”＜Ｄ２”、且つ、Ｄ１”＜Ｄ３”
が成り立つ
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記インバータ回路と負荷機器とを接続するシールドケーブルと、
前記出力アース端子に隣接した位置で前記シールドケーブルのシールド層を前記ベース部に電気的に接続するように前記出力アース端子の近傍に設けられた出力シールド端子と、
をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記ヒートシンクは、前記ベース部を介して前記パワーモジュールをそれぞれ冷却する複数の冷却フィンをさらに有し、
前記電力変換装置は、
金属盤と、
前記複数の冷却フィンを前記金属盤上へ固定する複数の脚部と、
をさらに備え、
前記出力アース端子は、前記金属盤上における前記複数の脚部のうちの脚部に対応した位置に設けられる
ことを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記パワーモジュール及び前記ヒートシンクを収容するとともに前記ヒートシンクに接続された導体の筐体シャーシをさらに備え、
前記出力アース端子は、前記ベース部側に設けられ、
前記入力アース端子は、前記筐体シャーシ上に設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
一端が前記ベース部に接合され、他端が前記ベース部から離間しているとともに前記入力アース端子に隣接して位置している第２の突出部をさらに備え、
前記出力アース端子は、前記第２の突出部上に設けられている
ことを特徴とする請求項１１に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記突出部は、内側に空洞部を有する
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記突出部は、前記空洞部内に冷却水を流すための注入口をさらに有する
ことを特徴とする請求項１３に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記パワーモジュールは、前記インバータ回路内にワイドバンドギャップ半導体で形成された素子を有する
ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１６】
一端が前記直流入力端子に接続され、他端が前記出力アース端子に接続されたコンデンサをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１７】
前記パワーモジュールは、前記ベース部との間に静電容量を形成するように、前記インバータ回路が実装される絶縁基板に誘電材料を適用している
ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項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、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置の構成要素であるパワーモジュールは、発熱量が大きいためヒートシンクに実装される形態が一般的である。またパワーモジュールには、スイッチング素子で構成されたインバータ回路が内蔵される。このインバータ回路では、スイッチング素子が高周波スイッチングを行うため、高周波ノイズの発生源となっている。このようにパワーモジュールは、発熱源であると同時に高周波ノイズの発生源となっている。
【０００３】
パワーモジュールを有する電力変換装置は、系統電源および負荷機器に接続される。パワーモジュールで発生した高周波ノイズは、系統電源や負荷機器に流出し、他の機器を誤動作させる要因となる。
【０００４】
それに対して、高周波ノイズ抑制のためのノイズフィルタを電力変換装置の入出力に接続する方策が取られている。欧州地域では電力変換装置から流出する高周波ノイズの許容値を定めている。国内においても機器誤動作回避を目的とした高周波ノイズ抑制が必要となる場合がある。このような高周波ノイズ抑制に必要なノイズフィルタは、コイルとコンデンサとで構成される。コイル、コンデンサの定数増加は、ノイズ低減の効果を改善できるが、ノイズフィルタの大型化・コスト増加を招く可能性がある。
【０００５】
特許文献１には、インバータ及びヒートシンクを含むモータ駆動回路において、電源側のグランドラインをヒートシンクに接続し両者の間にインダクタを挿入するとともに、モータ側のグランドラインをヒートシンクに接続し両者の間にインダクタを挿入することが記載されている。これにより、特許文献１によれば、電源と整流器との間のコモンモードフィルタが不要になるとされている。
【０００６】
特許文献２には、入力ケーブルと出力ケーブルとが絶縁体上の互いに隣接した位置に設けられた端子台に接続される電力変換装置において、出力ケーブルの下方に絶縁体を挟むように出力側導体を設けることが記載されている。これにより、特許文献２によれば、入力ケーブルと出力ケーブルとの間の容量結合に対して、出力ケーブルと出力側導体との間の容量結合がより一層強くなるので、出力ケーブルを伝播する高周波ノイズは入力ケーブルに誘導されないとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３５１５４８２号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１００９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の技術では、グランドラインに高周波ノイズを低減させるためにインダクタを挿入しているので、高インピーダンスのインダクタとする必要があり、コンデンサ素子に比べて高価な磁気材料を用いる必要がある。これにより、２つのインダクタの追加コストはコモンモードフィルタの低減コストよりも高くなり、高周波ノイズを低減させるためのコストを増大させる可能性がある。
【０００９】
また、特許文献１に記載の技術では、グランドラインに高インピーダンスのインダクタが挿入されるので、グランドラインのインピーダンスが高くなっており、大地とヒートシンクとの間の電位差が大きくなり感電事故を起こす可能性がある。
【００１０】
さらに、特許文献１には、グランドラインをヒートシンクのどこに接続するのかについて具体的な記載が一切ない。
【００１１】
仮に、電源側のグランドラインとモータ側のグランドラインとをヒートシンクにおける隣接した位置に接続すると、モータ側のグランドラインを介してヒートシンクに流れ出した高周波ノイズが電源側のグランドラインに流れ込む可能性がある。高周波ノイズが電源側のグランドラインに流れ込むと、同一電源系統に接続されている周辺機器に許容レベルを超えたノイズ影響が発生する可能性がある。
【００１２】
特許文献２に記載の技術では、出力ケーブルのアース線がＬ字型導体部材によって構成された出力アース端子を介して冷却フィンに接続され、入力ケーブルのアース線がＬ字型導体部材によって構成された入力アース端子を介して冷却フィンに接続されている。これらのＬ字型導電部材は入力側と出力側とで長さを変えて形成するか、または、両側のＬ字型導電部材を一体化した構造としている。これは、ケーブルとＬ字型導電部材との間の浮遊容量を入出力ケーブル間の浮遊容量よりも低減することを目的とした構造であり、入力アース線と出力アース線とを長さの異なる導電部材に接続する構造ではない。
【００１３】
すなわち、特許文献２に記載の技術では、出力ケーブルのアース線と入力ケーブルのアース線とが比較的近い位置に接続されているので、モータ側のアース線を介して冷却フィンに流れ出した高周波ノイズが電源側のアース線に流れ込む可能性がある。高周波ノイズが電源側のアース線に流れ込むと、同一電源系統に接続されている周辺機器に許容レベルを超えたノイズ影響が発生する可能性がある。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、周辺機器へのノイズ影響を許容レベル以下に低コストで抑制できる電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる電力変換装置は、直流電力を任意周波数の交流電力に変換するインバータ回路を有するパワーモジュールと、前記パワーモジュールを冷却するヒートシンクと、を有する電力変換装置であって、前記インバータ回路における正負の直流入力端子を前記パワーモジュールに備え、前記パワーモジュールは前記ヒートシンクのベース部に取り付け、前記ヒートシンクのベース部に、前記パワーモジュールから電力供給を行う負荷機器のアースと接続するための出力アース端子と、系統電源のアースと接続するための入力アース端子とを個別に設け、前記インバータ回路の正負の直流入力端子のうち出力アース端子の位置から遠方にある直流入力端子から前記出力アース端子までの電流伝播経路における最短長さをＤ１とし、前記直流入力端子から前記入力アース端子までの電流伝播経路における最短長さをＤ２とし、前記出力アース端子から前記入力アース端子までの電流伝播経路における最短長さをＤ３とするとき、Ｄ１＜Ｄ２、且つ、Ｄ１＜Ｄ３が成り立つことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、出力アース端子に流れ込んだ高周波ノイズの電流が容易に直流入力端子に流れ込むようにすることができ、直流入力端子に流れ込んだ高周波ノイズの電流が入力アース端子へ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力アース端子に流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール内へ還流させることができるので、出力アース端子に流れ込んだ高周波ノイズの電流が入力アース端子へ流れ出すことを抑制でき、電力変換装置の外部へ流れ出す高周波ノイズの電流を許容上限レベル以下に抑制できる。この結果、同一電源系統に接続されている周辺機器へのノイズ影響を許容レベル以下に低コストで抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１における電流伝播経路を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１における電流伝播経路を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１の変形例にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態２にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２における電流伝播経路を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２の変形例にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態３にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態４にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態４におけるシールドケーブルの構成を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態５にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態５にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態６にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態７にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、実施の形態８にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１８】図１８は、実施の形態９にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図１９】図１９は、実施の形態１０にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【図２０】図２０は、比較例にかかる電力変換装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明にかかる電力変換装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
実施の形態１．
実施の形態１にかかる電力変換装置１について図１を用いて説明する。図１は、電力変換装置１の構成を示す図である。
【００２０】
電力変換装置１は、図１に示すように、コンバータ１１ａ、平滑コンデンサＣ１、インバータ１１ｂ、ヒートシンク２０を備える。このコンバータ１１ａとインバータ１１ｂとは、電力変換装置１の主要部分であり、例えば、同一ケースに収納されたものをパワーモジュール１０とする。また、ヒートシンク２０には、入力アース端子４０と出力アース端子３０とが設けられている。
【００２１】
電力変換装置１は、系統電源ＰＳから電源配線ＰＳＬ（電源線Ｒ、Ｓ、Ｔ）経由で電源電力（例えば、３相交流電力）を受け、電源電力を用いて電力変換を行って駆動用の電力（例えば、３相交流電力）を生成し、駆動用の電力を電力配線ＰＬ（電力線Ｕ、Ｖ、Ｗ）経由で負荷機器ＬＤに供給する。負荷機器ＬＤは、例えば、モータである。また、負荷機器ＬＤのアース端子と電力変換装置１の出力アース端子３０をアース線ＯＥＬで接続し、系統電源ＰＳのアースと電力変換装置の入力アース端子４０をアース線ＩＥＬで接続する。
【００２２】
コンバータ１１ａは、電源電力（例えば、交流電力）を直流電力に変換する。例えば、コンバータ１１ａは、複数のダイオード（図示せず）を有し、複数のダイオードを用いて電源電力（例えば、交流電力）を整流化する。
【００２３】
平滑コンデンサＣ１は、整流化された直流電力をコンバータ１１ａから受け、直流電力を平滑化する。
【００２４】
インバータ１１ｂは、平滑化された直流電力を駆動用の電力（例えば、交流電力）に変換する。例えば、インバータ１１ｂは、複数のスイッチング素子（図示せず）及び複数の還流ダイオード（図示せず）を有し、各スイッチング素子を所定のタイミングでスイッチング動作させることにより、直流電力を駆動用の電力（例えば、交流電力）に変換する。
【００２５】
例えば図１において、電力変換装置１では、コンバータ１１ａ及びインバータ１１ｂの間における正側の直流母線ＰＬ上又は直流母線ＰＬに分岐接続された分岐線上に、正側の直流入力端子１２−１が設けられており、コンバータ１１ａ及びインバータ１１ｂの間における負側の直流母線ＮＬ上又は直流母線ＮＬに分岐接続された分岐線上に、負側の直流入力端子１２−２が設けられている。図１では、正側の直流入力端子１２−１が直流母線ＰＬ上に設けられ、負側の直流入力端子１２−２が直流母線ＮＬの分岐線上に設けられている場合が例示されている。平滑コンデンサＣ１は、例えば、直流入力端子１２−１，１２−２を介してパワーモジュール１０に対して外部的に接続されている。
【００２６】
コンバータ１１ａとインバータ１１ｂでは導通損失およびスイッチング損失による発熱が生じるため、ヒートシンク２０を設けることでコンバータ１１ａとインバータ１１ｂを冷却している。例えば、ヒートシンク２０は、そのベース部２１（図２参照）がパワーモジュール１０の裏面に熱的に接触されるとともに、パワーモジュール１０から受けた熱を例えばパワーモジュール１０から離れた場所で周辺雰囲気中へ放熱する。ヒートシンク２０は、受けた熱を効率的に放熱できるように導体（例えば、アルミニウム）で形成されている。
【００２７】
また、インバータ１１ｂは各スイッチング素子を高速でオンオフ動作させて電力変換を行っているが、このような高速スイッチングは高周波ノイズが発生する要因となる。すなわち、パワーモジュール１０は発熱源であると同時に高周波ノイズの発生源となる。
【００２８】
このとき、図１に破線の矢印で示すように、高周波ノイズ（コモンモードノイズ）がインバータ１１ｂから電力配線ＰＬ経由で負荷機器ＬＤ側に流れる。負荷機器ＬＤでは、電力が供給される負荷機器本体（各相の巻線等）ＬＤ１と、負荷機器本体ＬＤ１を収容する負荷機器筐体ＬＤ２との間が、寄生的な浮遊容量Ｃ２で等価的に接続されている。電力変換装置１から負荷機器ＬＤに高周波ノイズ電流が流れ込むと、流れ込んだ高周波ノイズの電流は、負荷機器本体ＬＤ１から浮遊容量Ｃ２、負荷機器筐体ＬＤ２、及び、アース線ＯＥＬを介して電力変換装置１に還流する。
【００２９】
出力アース端子３０は、アース線ＯＥＬをヒートシンク２０のベース部２１（図２参照）に電気的に接続するように設けられている。すなわち、ヒートシンク２０が導体で形成されているので、アース線ＯＥＬの還流先をヒートシンク２０にし、高周波ノイズの電流が出力アース端子３０を介してヒートシンク２０のベース部２１に流れ込むように構成する。
【００３０】
ここでアース線ＯＥＬは電力配線ＰＬと近距離で敷設することが望ましい。これは電力配線ＰＬとアース線ＯＥＬが近接して配置されると磁気結合が生じるため、アース線ＯＥＬが１本だけ個別に敷設される形態と比べて、高周波でのインダクタンスが低減するためである。高周波でのインダクタンスが低減すると高周波ノイズがアース線ＯＥＬに流れやすくなるため、例えば、負荷機器筐体ＬＤ２がアースに接続されている場合でも高周波ノイズをアース線ＯＥＬに流せるように出来る。例えば、電力配線ＰＬとアース線ＯＥＬは４芯のキャブタイヤケーブルか、または、４芯の最外側に磁気遮蔽層を備えたシールドケーブルを適用することが望ましい。
【００３１】
ヒートシンク２０は導体で形成されているので、ヒートシンク２０が直流的に浮遊状態のままであると、静電気等を帯電した場合に、大地とヒートシンク２０との間の電位差が大きくなり感電事故を起こす可能性がある。すなわち、ヒートシンク２０の電圧が許容上限値を超えて上昇すると、ヒートシンク２０に触れた作業者が感電する可能性もあり、安全面の問題が発生する可能性がある。
【００３２】
そこで、入力アース端子４０は、アース線ＩＥＬをヒートシンク２０のベース部２１（図２参照）に電気的に接続するように設けられている。アース線ＩＥＬは、電源アース線ＰＥＬ経由で大地の電位（接地電位ＧＮＤ）に接続されている。すなわち、ヒートシンク２０の電位を接地電位ＧＮＤに近づけるように、入力アース端子４０は、ヒートシンク２０を、アース線ＩＥＬ及び電源アース線ＰＥＬ経由で接地電位ＧＮＤに接続している。
【００３３】
このとき、仮に、出力アース端子３０と入力アース端子４０とがヒートシンク２０における隣接した位置に設けられていると、上記のように、高周波ノイズの電流が出力アース端子３０を介してヒートシンク２０のベース部２１に流れ込むので、ヒートシンク２０のベース部２１に流れ込んだ高周波ノイズの電流が、図１に一点鎖線の矢印で示すように、入力アース端子４０、アース線ＩＥＬ、及び電源アース線ＰＥＬ経由で電源ＰＳ側に流れ出す可能性がある。高周波ノイズの電流が電源ＰＳ側に流れ出すと、電源ＰＳと同一の電源系統に接続されている他の周辺機器に許容レベルを超えたノイズ影響（ノイズ）を及ぼす可能性がある。
【００３４】
そこで、実施の形態１では、電力変換装置１の実装形態を工夫することで、図１に破線の矢印で示すように、高周波ノイズの電流がパワーモジュール１０内へ還流させることを目指す。
【００３５】
電力変換装置１の実装形態について図２〜４を用いて具体的に説明する。図２は、電力変換装置１の外観構成及び電流伝播経路を示す斜視図である。図３は、パワーモジュール１０、ヒートシンク２０、出力アース端子３０、及び入力アース端子４０の間における等価的な電流伝播経路を示す図である。図４は、パワーモジュール１０、ヒートシンク２０、出力アース端子３０、及び入力アース端子４０の間における電流伝播経路を断面方向から見た図である。
【００３６】
パワーモジュール１０は、例えば電力変換装置１の主要部としてコンバータ１１ａ及びインバータ１１ｂを内蔵する場合、例えば図４に示すように、コンバータ１１ａに対応した半導体チップ（図示せず）とインバータ１１ｂに対応した半導体チップ１１ｂ１とが基板ＳＢ上に実装されているとともに絶縁封止材１３で封止されている。
【００３７】
例えば、半導体チップ１１ｂ１は、基板ＳＢ上で、直流母線ＰＬ，ＮＬにそれぞれ対応した導体パターンＣＰ１，ＣＰ２にそれぞれ接続されている。また、導体パターンＣＰ１，ＣＰ２は、それぞれ、導体パターンまたはボンディングワイヤ（ＴＨ１，ＴＨ２）を介して直流入力端子１２−１，１２−２に接続されている。基板ＳＢは、例えば、熱伝導性を有する絶縁物で形成されている。
【００３８】
なお、図４のパワーモジュール１０には、電源配線ＰＳＬ（電源線Ｒ、Ｓ、Ｔ）が接続される交流入力端子と、電力配線ＰＬ（電力線Ｕ、Ｖ、Ｗ）が接続される交流出力端子とがさらに設けられているが、図示及び説明を省略している。
【００３９】
パワーモジュール１０では、例えば、基板ＳＢの裏面には放熱性とパワーモジュール１０の構造強度とを確保するために金属製プレートＳＨが配置される。基板ＳＢと金属製プレートＳＨとの固定は、例えば、基板ＳＢの裏面に銅はくを設けて、この銅はくと金属製プレートＳＨとを半田付けすることで成される。この金属製プレートＳＨの裏面は熱伝導材料を介してヒートシンク２０のベース部に熱的に接触している。このようなパワーモジュール１０の構成において、基板ＳＢの導体パターンＣＰ１，ＣＰ２は基板ＳＢを介して金属製プレートＳＨとの間に容量成分Ｃを形成することとなる。
【００４０】
前記の容量成分Ｃを増加させる目的で基板ＳＢを誘電率の高い材料で形成するようにしてもよい。また、この誘電率の高い材料で形成する部分は基板ＳＢの全体または一部分としてもよい。
【００４１】
ヒートシンク２０は、例えば、パワーモジュール１０が熱的に接触されるベース部２１を有する。例えば、ヒートシンク２０は、図２に示すように、ベース部２１及び複数の放熱フィン２２−１〜２２−ｋを有する。この放熱フィンは図２に示すような構造の他に、格子状に組み合わされた構造などもあり、必要な放熱性能に応じて放熱フィンの形状が設計される。ベース部２１は、パワーモジュール１０の裏面に対応した平坦面を有し、パワーモジュール１０の裏面が接触しやすいように構成されており、例えば、パワーモジュール１０の裏面より大きな面積を主面に有する平板状の部材である。これにより、ベース部２１には、パワーモジュール１０の裏面が熱的に接触されるようにパワーモジュール１０が取り付けられている。
【００４２】
また、ベース部２１は、パワーモジュール１０から熱を受けた場合にその熱を効率的に複数の放熱フィン２２−１〜２２−ｋへ伝達できるように導体で形成されており、例えば、アルミニウムで形成されている。
【００４３】
複数の放熱フィン２２−１〜２２−ｋは、ベース部２１におけるパワーモジュール１０が取り付けられた主面と反対側の主面（裏面）に取り付けられている。複数の放熱フィン２２−１〜２２−ｋは、例えば、互いに離間するとともに、互いに（例えば互いに平行に）並んでいる。複数の放熱フィン２２−１〜２２−ｋは、ベース部２１の裏面に取り付けられているので、ベース部２１から熱が伝達された場合に、その熱を例えばパワーモジュール１０から離れた場所で周辺雰囲気中へ放熱できる。
【００４４】
また、各放熱フィン２２−１〜２２−ｋは、ベース部２１から熱が伝達された場合にその熱を効率的に放熱できるように導体で形成されており、例えば、アルミニウムで形成されている。
【００４５】
なお、ベース部２１及び複数の放熱フィン２２−１〜２２−ｋは、アルミダイカストにより一体成型されてもよい。
【００４６】
また、ベース部２１および複数の放熱フィン２２−１〜２２−ｋは系統電源ＰＳのアースおよび負荷機器ＬＤのアースの接続に必要な導体部分を除き、熱伝導性を有する絶縁材料で形成するようにしてもよい。このように絶縁材料を適用することにより導体部分の面積を低減できるため、この導体がアンテナとなって空中に放射される放射ノイズを抑制することができる。
【００４７】
出力アース端子３０は、アース線ＯＥＬをベース部２１に電気的に接続するように設けられている。例えば、図２に示すように、出力アース端子３０は、ベース部２１におけるアース線ＯＥＬの導線が接続される部分である。例えば、図４に示すように、出力アース端子３０は、ベース部２１及び複数の放熱フィン２２−１〜２２−ｋがアルミダイカストにより一体成型された際にベース部２１に同時に形成された凹部２１ａ内に、アース線ＯＥＬの導線が接続されるように導電体（例えば、半田など）が埋め込まれて形成された部分であってもよい。
【００４８】
なお、図２〜４では、出力アース端子３０がベース部２１におけるパワーモジュール１０の取り付けられる側の主面（表面）上に設けられる場合が例示的に示されているが、出力アース端子３０は、ベース部２１の側面又は裏面に設けられていてもよい。
【００４９】
入力アース端子４０は、アース線ＩＥＬをベース部２１に電気的に接続するように設けられている。例えば、図２に示すように、入力アース端子４０は、ベース部２１におけるアース線ＩＥＬの導線が接続される部分である。例えば、図４に示すように、入力アース端子４０は、ベース部２１及び複数の放熱フィン２２−１〜２２−ｋがアルミダイカストにより一体成型された際にベース部２１に同時に形成された凹部２１ｂ内に、アース線ＩＥＬの導線が接続されるように導電体（例えば、半田など）が埋め込まれて形成された部分であってもよい。
【００５０】
なお、図２〜４では、入力アース端子４０がベース部２１におけるパワーモジュール１０の取り付けられる側の主面（表面）上に設けられる場合が例示的に示されているが、入力アース端子４０は、ベース部２１の側面又は裏面に設けられていてもよい。
【００５１】
このとき、パワーモジュール１０の直流入力端子１２−１，１２−２と、出力アース端子３０と、入力アース端子４０との間における電流伝播経路は、等価的に図３に示すようになる。例えば、直流入力端子１２−１，１２−２は、導体パターンＣＰ１，ＣＰ２と、絶縁基板ＳＢ及び金属製プレートＳＨによる容量成分Ｃを介して、ベース部２１におけるパワーモジュール１０が熱的に接触された領域のノードＮ１に接続されている。ノードＮ１は、ベース部２１内の寄生インピーダンスＺ１を介して出力アース端子３０に接続されているとともに、ベース部２１内の寄生インピーダンスＺ２を介して入力アース端子４０に接続されている。出力アース端子３０と入力アース端子４０とは、ベース部２１内の寄生インピーダンスＺ３を介して互いに接続されている。
【００５２】
例えば、出力アース端子３０及び直流入力端子１２−１，１２−２の間の電流伝播経路ＰＰ１は、例えば、図２〜４に破線で示すように、出力アース端子３０からベース部２１内の寄生インピーダンスＺ１’（≒Ｚ１）の部分を通った後、例えば容量Ｃｐｐ１（＞＞Ｃ）に対応する封止材１３の表面（図２参照）を通って直流入力端子１２−１，１２−２に至るような経路である。
【００５３】
また、例えば、入力アース端子３０及び直流入力端子１２−１，１２−２の間の電流伝播経路ＰＰ２は、例えば、図２〜４に２点鎖線示すように、直流入力端子１２−１，１２−２から例えば容量Ｃｐｐ２（＞＞Ｃ）に対応する封止材１３の表面を通った後、ベース部２１内の寄生インピーダンスＺ２’（≒Ｚ２）の部分を通って入力アース端子３０に至るような経路である。
【００５４】
また、例えば、出力アース端子３０及び入力アース端子４０の間の電流伝播経路ＰＰ３は、出力アース端子３０からベース部２１内の寄生インピーダンスＺ３の部分を通って入力アース端子４０に至るような経路である。
【００５５】
ここで、仮に、図２０に示すように、出力アース端子１３０及び直流入力端子１１２−１の間の電流伝播経路ＰＰ１１の最短長さをＤ１１とし、入力アース端子１４０及び直流入力端子１１２−１の間の電流伝播経路ＰＰ１２の最短長さをＤ１２とし、出力アース端子１３０及び入力アース端子１４０の間の電流伝播経路ＰＰ１３の最短長さをＤ１３とする。この場合、図２０に示すように、Ｄ１２≒Ｄ１１、Ｄ１３＜Ｄ１１、Ｄ１３＜Ｄ１２となるので、出力アース端子１３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流が、容易に入力アース端子１４０へ流出してしまう。すなわち、ヒートシンク２０のベース部２１に流れ込んだ高周波ノイズの電流が、入力アース端子１４０、電源配線ＰＬ（電源線Ｇ）、及び電源アース線ＰＥＬ経由で電源ＰＳ側に流れ出す可能性がある（図１参照）。高周波ノイズの電流が電源ＰＳ側に流れ出すと、電源ＰＳと同一の電源系統に接続されている他の周辺機器に許容レベルを超えたノイズ影響（ノイズ）を及ぼす可能性がある。
【００５６】
それに対して、実施の形態１では、図２〜４に示すように、直流入力端子１２−１及び出力アース端子３０の間の電流伝播経路ＰＰ１における最短長さをＤ１とし、直流入力端子１２−１及び入力アース端子４０の間の電流伝播経路ＰＰ２における最短長さをＤ２とし、出力アース端子３０及び入力アース端子４０の間の電流伝播経路ＰＰ３における最短長さをＤ３とするとき、次の数式１が成り立つ。
Ｄ１＜Ｄ２、且つ、Ｄ１＜Ｄ３  ・・・数式１
【００５７】
これにより、出力アース端子３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ１経路で容易に直流入力端子１２−１に流れ込むようにすることができ、直流入力端子１２−１に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ２経由で入力アース端子４０へ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力アース端子３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール１０内（例えば、導電パターンＣＰ１等）へ還流させることができる。
【００５８】
また、数式１と同様の関係は、直流入力端子１２−２についても成り立つ。すなわち、パワーモジュール１０において、電力変換装置１の直流母線ＰＬ，ＮＬにそれぞれ電気的に接続された複数の直流入力端子１２−１，１２−２が引き出されている場合に、複数の直流入力端子１２−１，１２−２のうち出力アース端子３０から最も遠い直流入力端子１２−１について数式１が成り立てば、他の直流入力端子１２−２は、Ｄ１がＤ２，Ｄ３に比べてさらに小さい関係にあると考えられるので、数式１と同様の関係が成り立つ。
【００５９】
以上のように、実施の形態１では、電力変換装置１において、直流入力端子１２−１，１２−２及び出力アース端子３０の間の電流伝播経路ＰＰ１における最短長さをＤ１とし、直流入力端子１２−１，１２−２及び入力アース端子４０の間の電流伝播経路ＰＰ２における最短長さをＤ２とし、出力アース端子３０及び入力アース端子４０の間の電流伝播経路ＰＰ３における最短長さをＤ３とするとき、
Ｄ１＜Ｄ２、且つ、Ｄ１＜Ｄ３
が成り立つ。これにより、出力アース端子３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ１経路で容易に直流入力端子１２−１に流れ込むようにすることができ、直流入力端子１２−１に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ２経由で入力アース端子４０へ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力アース端子３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール１０内（例えば、導電パターンＣＰ１等）へ還流させることができるので、出力アース端子３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流が入力アース端子４０へ流れ出すことを抑制でき、電力変換装置１の外部へ流れ出す高周波ノイズの電流を許容上限レベル以下に抑制できる。この結果、同一電源系統に接続されている周辺機器へのノイズ影響を許容レベル以下に抑制できる。
【００６０】
また、実施の形態１では、電力変換装置１において、パワーモジュール１０の複数の直流入力端子１２−１，１２−２のうち出力アース端子３０から最も遠い直流入力端子１２−１と出力アース端子３０との間の電流伝播経路ＰＰ１における最短長さをＤ１’とし、その最も遠い直流入力端子１２−１と入力アース端子４０との間の電流伝播経路ＰＰ２における最短長さをＤ２’とし、出力アース端子３０及び入力アース端子４０の間の電流伝播経路ＰＰ３における最短長さをＤ３’とするとき、
Ｄ１’＜Ｄ２’、且つ、Ｄ１’＜Ｄ３’
が成り立つ。これにより、パワーモジュール１０において複数の直流入力端子１２−１，１２−２が引き出されている場合に、各直流入力端子１２−１，１２−２について、出力アース端子３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ１経路で容易に直流入力端子１２−１，１２−２に流れ込むようにすることができ、直流入力端子１２−１，１２−２に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ２経由で入力アース端子４０へ流れにくいようにすることができる。
【００６１】
また、実施の形態１では、電力変換装置１において、例えば、出力アース端子３０及び入力アース端子４０がベース部２１の対角方向における互いに反対側に設けられている。これにより、直流入力端子１２−１，１２−２及び出力アース端子３０の間の電流伝播経路ＰＰ１における最短長さをＤ１とし、直流入力端子１２−１，１２−２及び入力アース端子４０の間の電流伝播経路ＰＰ２における最短長さをＤ２とし、出力アース端子３０及び入力アース端子４０の間の電流伝播経路ＰＰ３における最短長さをＤ３とするとき、
Ｄ１＜Ｄ２、且つ、Ｄ１＜Ｄ３
が成り立つように容易に構成できる。
【００６２】
なお、図２〜４の構成では、出力アース端子３０及び入力アース端子４０がベース部２１の対角方向における互いに反対側に設けられている場合が例示的に示されているが、数式１が成り立つように構成されていればよく、例えば、出力アース端子３０及び入力アース端子４０がベース部２１の反対側の輪郭辺の近傍に設けられていてもよい。
【００６３】
あるいは、パワーモジュール１０’は、例えば、図５に示すように、コンバータ１１ａ及び平滑コンデンサＣ１を外部に有するとともに、電力変換装置１の主要部としてインバータ１１ｂを内蔵していてもよい。この場合でも、図５に破線の矢印で示すように、出力アース端子３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール１０内へ還流させることで、電力変換装置１の外部へ流れ出す高周波ノイズの電流を許容上限レベル以下に抑制できる。
【００６４】
実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる電力変換装置１ｉについて図６及び図７を用いて説明する。図６は、電力変換装置１ｉの外観構成を示す斜視図である。図７は、パワーモジュール１０、ヒートシンク２０、出力アース端子３０、及び入力アース端子４０ｉの間における電流伝播経路を示す平面図である。以下では、直流入力端子１２−２の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００６５】
実施の形態１では、出力アース端子３０及び入力アース端子４０がともにベース部２１に設けられているが、実施の形態２では、入力アース端子４０ｉをベース部２１から離間させた位置に設ける。
【００６６】
具体的には、図６に示すように、電力変換装置１ｉは、突出部５０ｉをさらに備える。突出部５０ｉは、一端５０ｉ１がベース部２１に接合され、他端５０ｉ２がベース部２１から離間している。突出部５０ｉは、例えばベース部２１と同じ導体（例えば、アルミニウム）で形成され、一端５０ｉ１が公知の接合技術を用いてベース部２１に接合されている。例えば、図７に示す接合面５０ｉ１ａでは、突出部５０ｉを許容下限レベル以上の機械的強度でベース部２１に固定でき、且つ突出部５０ｉをベース部２１に電気的に許容上限レベル以下の抵抗値で（例えば、オーミック接触するように）、一端５０ｉ１がベース部２１に接合されている。
【００６７】
突出部５０ｉでは、一端５０ｉ１及び他端５０ｉ２の間の本体部５０ｉ３，５０ｉ４がベース部２１から離間するように延びており、それに応じて、他端５０ｉ２もベース部２１から離間している。離間の間隔の最小値ＣＬ１は、例えば、本体部５０ｉ３，５０ｉ４とベース部２１との間に直接的な電流伝播経路が形成される値より大きくなっている。
【００６８】
なお、図６，７では、突出部５０ｉがベース部２１の表面に沿って略Ｌ字形状に延びている場合が例示されているが、本体部５０ｉ３，５０ｉ４とベース部２１との間に直接的な電流伝播経路が形成されないように構成されていればよく、突出部５０ｉの形状はこの形状に限定されない。
【００６９】
入力アース端子４０ｉは、突出部５０ｉ上に設けられており、例えば突出部５０ｉ上における他端５０ｉ２側に設けられている。例えば、入力アース端子４０ｉは、突出部５０ｉ上における他端５０ｉ２の近傍に設けられている。
【００７０】
このとき、図７に示すように、直流入力端子１２−１及び出力アース端子３０の間の電流伝播経路ＰＰ１ｉにおける最短長さをＤ１ｉとし、直流入力端子１２−１及び入力アース端子４０ｉの間の電流伝播経路ＰＰ２ｉにおける最短長さをＤ２ｉとし、出力アース端子３０及び入力アース端子４０ｉの間の電流伝播経路ＰＰ３ｉにおける最短長さをＤ３ｉとするとき、次の数式２が成り立つ。
Ｄ１ｉ＜Ｄ２ｉ、且つ、Ｄ１ｉ＜Ｄ３ｉ  ・・・数式２
【００７１】
これにより、出力アース端子３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ１ｉ経路で容易に直流入力端子１２−１に流れ込むようにすることができ、直流入力端子１２−１に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ２ｉ経由で入力アース端子４０ｉへ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力アース端子３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール１０内（例えば、導電パターンＣＰ１等）へ還流させることができる。
【００７２】
このように、実施の形態２では、電力変換装置１ｉにおいて、突出部５０ｉの一端５０ｉ１がベース部２１に接合され、他端５０ｉ２がベース部２１から離間している。そして、出力アース端子３０がベース部２１上に設けられ、入力アース端子４０ｉが突出部５０ｉ上に設けられる。例えば、入力アース端子４０ｉは、突出部５０ｉ上における他端５０ｉ２側に設けられている。また、例えば、出力アース端子３０は、ベース部２１上における突出部５０ｉの他端５０ｉ２が接合された部分と反対側に設けられる。これにより、直流入力端子１２−１及び出力アース端子３０の間の電流伝播経路ＰＰ１ｉにおける最短長さをＤ１ｉとし、直流入力端子１２−及び入力アース端子４０ｉの間の電流伝播経路ＰＰ２ｉにおける最短長さをＤ２ｉとし、出力アース端子３０及び入力アース端子４０ｉの間の電流伝播経路ＰＰ３ｉにおける最短長さをＤ３ｉとするとき、
Ｄ１ｉ＜Ｄ２ｉ、且つ、Ｄ１ｉ＜Ｄ３ｉ
が成り立つように容易に構成できる。
【００７３】
なお、図８に示すように、電力変換装置１ｊは、突出部５０ｉに代えて線状部材５０ｊを備えてもよい。すなわち、線状部材５０ｊは、一端５０ｊ１がベース部２１に接合され、他端５０ｊ２がベース部２１から離間している。線状部材５０ｊは、例えばベース部２１と同じ導体（例えば、アルミニウム）で形成され、一端が公知の接合技術を用いてベース部２１に接合されている。例えば、接合面では、線状部材５０ｊを許容下限レベル以上の機械的強度でベース部２１に固定でき、且つ線状部材５０ｊをベース部２１に電気的に許容上限レベル以下の抵抗値で（例えば、オーミック接触するように）、一端がベース部２１に接合されている。
【００７４】
線状部材５０ｊでは、一端５０ｊ１及び他端５０ｊ２の間の本体部５０ｊ３がベース部２１から離間するように延びている。具体的には、線状部材５０ｊが可撓性を有する点を考慮し、接合面における接合の向きを、離間の間隔の最小値が、例えば、本体部５０ｊ３とベース部２１との間に直接的な電流伝播経路が形成される値より大きくなるような向きにすることが好ましい。
【００７５】
入力アース端子４０ｊは、線状部材５０ｊ上に設けられており、例えば線状部材５０ｊ上における他端５０ｊ２側に設けられている。例えば、入力アース端子４０ｊは、線状部材５０ｊ上における他端５０ｊ２の近傍に設けられている。
【００７６】
このとき、図８に示すように、直流入力端子１２−１及び出力アース端子３０の間の電流伝播経路ＰＰ１ｊにおける最短長さをＤ１ｊとし、直流入力端子１２−１及び入力アース端子４０ｊの間の電流伝播経路ＰＰ２ｊにおける最短長さをＤ２ｊとし、出力アース端子３０及び入力アース端子４０ｊの間の電流伝播経路ＰＰ３ｊにおける最短長さをＤ３ｊとするとき、次の数式３が成り立つ。
Ｄ１ｊ＜Ｄ２ｊ、且つ、Ｄ１ｊ＜Ｄ３ｊ  ・・・数式３
【００７７】
これにより、出力アース端子３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ１ｊ経路で容易に直流入力端子１２−１に流れ込むようにすることができ、直流入力端子１２−１に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ２ｊ経由で入力アース端子４０ｊへ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力アース端子３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール１０内（例えば、導電パターンＣＰ１等）へ還流させることができる。
【００７８】
実施の形態３．
次に、実施の形態３にかかる電力変換装置１ｋについて図９を用いて説明する。図９は、電力変換装置１ｋの外観構成を示す斜視図である。以下では、直流入力端子１２−２の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
【００７９】
実施の形態２では、ベース部２１上に１つのパワーモジュール１０が実装される場合が例示されているが、実施の形態３では、ベース部２１上に複数のパワーモジュール１０−１〜１０−ｋ（ｋは２以上の整数）が実装される。
【００８０】
具体的には、図９に示すように、電力変換装置１ｋは、複数のパワーモジュール１０−１〜１０−ｋ（ｋは２以上の整数）を備える。例えば、出力容量を増加させたい場合などに、電力変換装置１ｋは、複数のパワーモジュール１０−１〜１０−ｋを備える。
【００８１】
例えば、ｋ＝３である場合、複数のパワーモジュール１０−１〜１０−３は、出力アース端子３０に近い方から順にベース部２１上に配置されている。すなわち、複数のパワーモジュール１０−１〜１０−３のうちパワーモジュール１０−３が、出力アース端子３０から最も遠いパワーモジュールである。
【００８２】
このとき、図９に示すように、出力アース端子３０から最も遠いパワーモジュール１０−３の直流入力端子１２−１と出力アース端子３０との間の電流伝播経路ＰＰ１ｋにおける最短長さをＤ１ｋとし、最も遠いパワーモジュール１０−３の直流入力端子１２−１と入力アース端子４０ｉとの間の電流伝播経路ＰＰ２ｋにおける最短長さをＤ２ｋとし、出力アース端子３０及び入力アース端子４０ｉの間の電流伝播経路ＰＰ３ｋにおける最短長さをＤ３ｋとするとき、次の数式４が成り立つ。
Ｄ１ｋ＜Ｄ２ｋ、且つ、Ｄ１ｋ＜Ｄ３ｋ  ・・・数式４
【００８３】
これにより、出力アース端子３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ１ｋ経路で容易に直流入力端子１２−１に流れ込むようにすることができ、直流入力端子１２−１に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ２ｋ経由で入力アース端子４０ｉへ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力アース端子３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール１０−３内（例えば、導電パターンＣＰ１等）へ還流させることができる。
【００８４】
また、数式４と同様の関係は、他のパワーモジュール１０−１，１０−２の直流入力端子１２−２についても成り立つ。すなわち、ベース部２１上に複数のパワーモジュール１０−１〜１０−３が実装されている場合に、複数の直流入力端子１０−１〜１０−３のうち出力アース端子３０から最も遠いパワーモジュール１０−３の直流入力端子１２−１について数式４が成り立てば、他のパワーモジュール１０−１，１０−２の直流入力端子１２−２は、Ｄ１ｋがＤ２ｋ，Ｄ３ｋに比べてさらに小さい関係にあると考えられるので、数式４と同様の関係が成り立つ。
【００８５】
このように、実施の形態３では、複数のパワーモジュール１０−１〜１０−ｋのうち出力アース端子から最も遠いパワーモジュール１０−ｋの直流入力端子１２−１と出力アース端子３０の間の電流伝播経路における最短長さをＤ１”とし、最も遠いパワーモジュール１０−ｋの直流入力端子１２−１と入力アース端子４０ｉとの間の電流伝播経路における最短長さをＤ２”とし、出力アース端子３０及び入力アース端子４０ｉの間の電流伝播経路における最短長さをＤ３”とするとき、
Ｄ１”＜Ｄ２”、且つ、Ｄ１”＜Ｄ３”
が成り立つ。これにより、ベース部２１上に複数のパワーモジュール１０−１〜１０−ｋが実装され場合に、各パワーモジュール１０−１〜１０−ｋの直流入力端子１２−１について、出力アース端子３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ１ｋ経路で容易に直流入力端子１２−１に流れ込むようにすることができ、直流入力端子１２−１に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ２ｋ経由で入力アース端子４０ｉへ流れにくいようにすることができる。
【００８６】
実施の形態４．
次に、実施の形態４にかかる電力変換装置１ｎについて図１０〜１２を用いて説明する。図１０は、電力変換装置１ｎの外観構成を示す斜視図である。図１１は、電力変換装置１ｎの構成を示す平面図である。図１２は、シールドケーブルの構成を示す図である。以下では、直流入力端子１２−２の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
【００８７】
実施の形態２では、言及していないが、パワーモジュール１０及び負荷機器ＬＤの間の電力配線ＰＬ（電力線Ｕ、Ｖ、Ｗ）と、パワーモジュール１０の出力側のアース線ＯＥＬとが、例えば図１２（ａ）に示すようなシールドケーブルＳＣとして構成される。例えば、パワーモジュール１０から負荷機器ＬＤへ３相交流電力としてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力が図１２（ａ）中にＵ，Ｖ，Ｗで示す電力線で伝達され、負荷機器筐体ＬＤ３からヒートシンク２０へ高周波ノイズの電流が図１２（ａ）中にＧで示すアース線で還流されるとする。この場合、シールドケーブルＳＣにおいて、電力線Ｕ，Ｖ，Ｗ及びアース線Ｇの周囲に電磁波ノイズが放射されることを抑制するため、電力線Ｕ，Ｖ，Ｗ及びアース線Ｇと外皮ＳＣ１との間に電力線Ｕ，Ｖ，Ｗ及びアース線Ｇを収容するようにシールド層ＳＣ２が設けられている。このシールド層ＳＣ２には、電力線Ｕ，Ｖ，Ｗ及び／又はアース線Ｇから高周波ノイズの電流が漏れ出すことがある。
【００８８】
そこで、実施の形態４では、シールド層ＳＣ２に漏れ出した高周波ノイズの電流もパワーモジュール１０内へ還流させるための工夫を行う。
【００８９】
具体的には、シールドケーブルＳＣが、図１２（ｂ）に示すように、シールド層ＳＣ２が露出された状態で、取付構造６０における端子台６３上に固定金具６４が出力シールド端子６１，６２にネジ等で取り付けられることに着目し、図１０に示すように、取付構造６０ｎにおける出力シールド端子６１ｎ，６２ｎを、出力アース端子３０と同様の考え方でヒートシンク２０に設けることにする。
【００９０】
例えば、端子台６３ｎを導体で形成するとともに、端子台６３ｎをベース部２１における出力アース端子３０の近傍に設ける。例えば、端子台６３ｎをベース部２１における出力アース端子３０の近傍の側面に取り付ける。これにより、出力シールド端子６１ｎ，６２ｎが出力アース端子３０の近傍に位置することになる。
【００９１】
このとき、図１１に示すように、直流入力端子１２−１及び出力シールド端子６１ｎの間の電流伝播経路ＰＰ４ｎにおける最短長さをＤ４ｎとし、直流入力端子１２−１及び入力アース端子４０ｉの間の電流伝播経路ＰＰ５ｎにおける最短長さをＤ５ｎとし、出力シールド端子６１ｎ及び入力アース端子４０ｉの間の電流伝播経路ＰＰ３ｎにおける最短長さをＤ６ｎとするとき、次の数式５が成り立つ。
Ｄ４ｎ＜Ｄ５ｎ、且つ、Ｄ４ｎ＜Ｄ６ｎ  ・・・数式５
【００９２】
これにより、出力シールド端子６１ｎに流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ４ｎ経路で容易に直流入力端子１２−１に流れ込むようにすることができ、直流入力端子１２−１に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ５ｎ経由で入力アース端子４０ｉへ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力シールド端子６１ｎに流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール１０内（例えば、導電パターンＣＰ１等）へ還流させることができる。
【００９３】
このように、実施の形態４では、電力変換装置１ｎにおいて、出力シールド端子６１ｎ，６２ｎが出力アース端子３０の近傍に設けられる。これにより、出力シールド端子６１ｎに流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ４ｎ経路で容易に直流入力端子１２−１に流れ込むようにすることができ、直流入力端子１２−１に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ５ｎ経由で入力アース端子４０ｉへ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力シールド端子６１ｎに流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール１０内（例えば、導電パターンＣＰ１等）へ還流させることができる。この結果、電力変換装置１ｎの外部へ流れ出す高周波ノイズの電流をさらに抑制できる。
【００９４】
なお、出力シールド端子６１ｎ，６２ｎは、ベース部２１において、出力アース端子３０もしくはパワーモジュール１０の直近で、突出部５０ｉから離れた位置であれば製品形状の制約範囲内でその取り付け位置を変更できる。例えば、出力シールド端子６１ｎ，６２ｎを出力アース端子３０もしくはパワーモジュール１０の直近で、冷却フィン２２−１〜２２−ｋに設ける構成でもよい。
【００９５】
実施の形態５．
次に、実施の形態５にかかる電力変換装置１ｐについて図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、電力変換装置１ｎの外観構成を示す斜視図である。図１４は、電力変換装置１ｎの構成を示す平面図である。以下では、直流入力端子１２−２の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
【００９６】
実施の形態２では、ベース部２１に出力アース端子３０を設けているが、実施の形態５では、ヒートシンク２０が取り付けられる金属盤７０ｐ上に出力アース端子３０ｐを設ける。
【００９７】
具体的には、図１３，１４に示すように、電力変換装置１ｐは、金属盤７０ｐ及び複数の脚部８０ｐ−１〜８０ｐ−３をさらに備えるとともに、出力アース端子３０に代えて出力アース端子３０ｐを備える。例えば、電力変換装置１ｐと負荷機器ＬＤとを近接して配置させたい場合、又は、電力変換装置１ｐと負荷機器ＬＤとを一体化させたい場合に、ヒートシンク２０が金属盤７０ｐ上に取り付けられる。
【００９８】
例えば、複数の脚部８０ｐ−１〜８０ｐ−３は、複数の冷却フィン２２−１〜２２−ｋを金属盤７０ｐ上へ固定する。例えば、各脚部８０ｐ−１〜８０ｐ−３は、ネジ等により金属盤７０ｐ上へ固定されることで、複数の冷却フィン２２−１〜２２−ｋを金属盤７０ｐ上へ固定する。このとき、複数の脚部８０ｐ−１〜８０ｐ−３は、例えば、図１４に示すように、平面視において、突出部５０ｉに近接した位置Ａを避けて設けるようにする。
【００９９】
出力アース端子３０ｐは、金属盤７０ｐ上における複数の脚部８０ｐ−１〜８０ｐ−３のうちの脚部８０ｐ−１に対応した位置に設けられる。出力アース端子３０ｐは、例えば、金属盤７０ｐ上における脚部８０ｐ−１に隣接した位置に設けられる。
【０１００】
このとき、図１３に示すように、直流入力端子１２−１と出力アース端子３０ｐとの間の電流伝播経路ＰＰ１ｐにおける最短長さをＤ１ｐとし、直流入力端子１２−１と入力アース端子４０ｉとの間の電流伝播経路ＰＰ２ｐにおける最短長さをＤ２ｐとし、出力アース端子３０ｐ及び入力アース端子４０ｉの間の電流伝播経路ＰＰ３ｐにおける最短長さをＤ３ｐとするとき、次の数式６が成り立つ。
Ｄ１ｐ＜Ｄ２ｐ、且つ、Ｄ１ｐ＜Ｄ３ｐ  ・・・数式６
【０１０１】
これにより、出力アース端子３０ｐに流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ１ｐ経路で容易に直流入力端子１２−１に流れ込むようにすることができ、直流入力端子１２−１に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ２ｐ経由で入力アース端子４０ｉへ流れにくいようにすることができる。すなわち、出力アース端子３０ｐに流れ込んだ高周波ノイズの電流を容易にパワーモジュール１０−３内（例えば、導電パターンＣＰ１等）へ還流させることができる。
【０１０２】
このように、実施の形態５では、電力変換装置１ｐにおいて、出力アース端子３０ｐが、金属盤７０ｐ上における複数の脚部８０ｐ−１〜８０ｐ−３のうちの脚部８０ｐ−１に対応した位置に設けられる。出力アース端子３０ｐは、例えば、金属盤７０ｐ上における脚部８０ｐ−１に隣接した位置に設けられる。これにより、直流入力端子１２−１及び出力アース端子３０ｐの間の電流伝播経路ＰＰ１ｐにおける最短長さをＤ１ｐとし、直流入力端子１２−１及び入力アース端子４０ｉの間の電流伝播経路ＰＰ２ｐにおける最短長さをＤ２ｐとし、出力アース端子３０ｐ及び入力アース端子４０ｉの間の電流伝播経路ＰＰ３ｐにおける最短長さをＤ３ｐとするとき、
Ｄ１ｐ＜Ｄ２ｐ、且つ、Ｄ１ｐ＜Ｄ３ｐ
が成り立つように容易に構成できる。
【０１０３】
なお、出力アース端子３０ｐは、脚部８０ｐ−１に重なる位置に設けられてもよい。すなわち、脚部８０ｐ−１は、出力アース端子３０ｐと重なるようにしてネジ固定してもよい。この場合でも、上記の数式６が成り立つように容易に構成できる。
【０１０４】
実施の形態６．
次に、実施の形態６にかかる電力変換装置１ｑについて図１５を用いて説明する。図１５は、電力変換装置１ｑの外観構成を示す斜視図である。以下では、直流入力端子１２−２の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
【０１０５】
実施の形態２では、入力アース端子４０ｉが突出部５０ｉ上に設けられているが、実施の形態６では、突出部５０ｉを筐体シャーシ８０ｑで代用し、入力アース端子４０ｑを筐体シャーシ８０ｑ上に設ける。
【０１０６】
具体的には、電力変換装置１ｑは、突出部５０ｉを備えず、筐体シャーシ８０ｑ及び突出部９０ｑを備える。筐体シャーシ８０ｑは、パワーモジュール１０及びヒートシンク２０を収容するとともにヒートシンク２０に接続されている。例えば、筐体シャーシ８０ｑは、底板部８０ｑ１上にヒートシンク２０における複数の放熱フィン２２−１〜２２−ｋが公知の接合方法により接合されている。筐体シャーシ８０ｑは、導体（例えば、アルミニウム）で形成されている。
【０１０７】
入力アース端子４０ｑは、筐体シャーシ８０ｑ上に設けられ、例えば、筐体シャーシ８０ｑにおける突出部８０ｑ２の先端近傍に設けられている。
【０１０８】
また、突出部９０ｑは、一端９０ｑ１がベース部２１に接合され、他端９０ｑ２がベース部２１から離間しているとともに入力アース端子４０ｑに隣接して位置している。すなわち、突出部９０ｑの他端９０ｑ２は、筐体シャーシ８０ｑの突出部８０ｑ２から離間しながら筐体シャーシ８０ｑの突出部８０ｑ２に隣接するように位置している。
【０１０９】
出力アース端子３０ｑは、突出部９０ｑ上に設けられ、例えば、突出部９０ｑ上における他端９０ｑ２側に設けられている。例えば、出力アース端子３０ｑは、突出部９０ｑ上における他端９０ｑ２の近傍に設けられている。
【０１１０】
このように、実施の形態６では、突出部５０ｉが筐体シャーシ８０ｑで代用されており、突出部５０ｉに比べて簡易な形状の突出部９０ｑが追加されているので、実施の形態２に比べて、材料低減とコスト低減を実現できる。
【０１１１】
また、実施の形態６では、突出部９０ｑの他端９０ｑ２が入力アース端子４０ｑに隣接して位置しており、出力アース端子３０ｑは、突出部９０ｑ上に設けられ、例えば、突出部９０ｑ上における他端９０ｑ２側に設けられている。これにより、入力アース端子４０ｑ及び出力アース端子３０ｑを隣接して配置させることができ、入力側のアース線ＩＥＬ及び出力側のアース線ＯＥＬを接続する作業を容易化できる。
【０１１２】
なお、実施の形態５の金属盤７０ｐ（図１３参照）を筐体シャーシ８０ｑの底板部８０ｑ１として代用してもよい。
【０１１３】
実施の形態７．
次に、実施の形態７にかかる電力変換装置１ｒについて図１６を用いて説明する。図１６（ａ）は、電力変換装置１ｒの構成を示す平面図である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示すＢ−Ｂ断面図である。以下では、直流入力端子１２−２の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
【０１１４】
実施の形態２では、突出部５０ｉの内部構成について特に言及していないが、実施の形態７では、突出部５０ｒの内部に空洞部５２ｒを設ける。
【０１１５】
具体的には、電力変換装置１ｒは、突出部５０ｉ（図６参照）に代えて突出部５０ｒを備える。突出部５０ｒは、例えば角筒状の外殻部５１ｒの内側に例えば角柱状の空洞部５２ｒを有する。これにより、突出部５０ｒを軽量化でき、突出部５０ｒに使用する材料量を低減できる。また、ヒートシンク２０のベース部２１との接合面において要求される機械的強度の許容下限レベルを下げることができ、接合作業を容易化できる。
【０１１６】
このように、実施の形態７では、電力変換装置１ｒにおいて、突出部５０ｒが内側に空洞部５２ｒを有する。これにより、突出部５０ｒを軽量化できるので、突出部５０ｒに使用する材料量を低減でき、電力変換装置１ｒの製造コストを低減できる。また、突出部５０ｒを軽量化できるので、ヒートシンク２０のベース部２１との接合面において要求される機械的強度の許容下限レベルを下げることができ、接合作業を容易化できる。
【０１１７】
実施の形態８．
次に、実施の形態８にかかる電力変換装置１ｓについて図１７を用いて説明する。図１７は、電力変換装置１ｒの構成を示す平面図である。以下では、直流入力端子１２−２の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
【０１１８】
実施の形態２では、突出部５０ｉの内部構成について特に言及していないが、実施の形態７では、突出部５０ｓの内部に空洞部５２ｓを設けるとともに、空洞部５２ｓを冷却水の経路として使用する。
【０１１９】
具体的には、電力変換装置１ｓは、突出部５０ｉ（図６参照）に代えて突出部５０ｓを備える。突出部５０ｓは、例えば角筒状の外殻部５１ｓの内側に例えば角柱状の空洞部５２ｓを有する。これにより、突出部５０ｓを軽量化でき、突出部５０ｓに使用する材料量を低減できる。また、ヒートシンク２０のベース部２１との接合面において要求される機械的強度の許容下限レベルを下げることができ、接合作業を容易化できる。
【０１２０】
さらに、突出部５０ｓは、他端５０ｓ２側に冷却水の注入口５３ｓを有するとともに、一端５０ｓ１側に冷却水の注出口５４ｓを有する。これにより、突出部５０ｓの空洞部５２ｓを冷却水の経路として使用することができ、突出部５０ｓを水冷することができる。これにより、突出部５０ｓに接合されたヒートシンク２０を間接的に水冷できる。
【０１２１】
このように、実施の形態８では、電力変換装置１ｓにおいて、突出部５０ｓが内側に空洞部５２ｓを有する。これにより、突出部５０ｓを軽量化できるので、突出部５０ｓに使用する材料量を低減でき、電力変換装置１ｓの製造コストを低減できる。また、突出部５０ｓを軽量化できるので、ヒートシンク２０のベース部２１との接合面において要求される機械的強度の許容下限レベルを下げることができ、接合作業を容易化できる。
【０１２２】
また、実施の形態８では、突出部５０ｓが、空洞部５２ｓ内に冷却水を流すための注入口５３ｓをさらに有する。これにより、突出部５０ｓを水冷することができ、突出部５０ｓに接合されたヒートシンク２０を間接的に水冷できる。
【０１２３】
実施の形態９．
次に、実施の形態９にかかる電力変換装置１ｓについて図１８を用いて説明する。図１８は、電力変換装置１ｔの構成を示す平面図である。以下では、直流入力端子１２−２の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【０１２４】
実施の形態１では、パワーモジュール１０における半導体素子（ダイオード、トランジスタ等）が通常の半導体（例えば、シリコン等）で形成されているが、実施の形態８では、パワーモジュール１０ｔにおける半導体素子（ダイオード、トランジスタ等）がワイドバンドギャップ半導体で形成されている。
【０１２５】
具体的には、パワーモジュール１０ｔが電力変換装置１の主要部としてコンバータ１１ａ及びインバータ１１ｂを内蔵する場合、コンバータ１１ａは、例えば複数のダイオード（図示せず）を有し、各ダイオードの材料として、ＳｉＣ、ＧａＮまたはダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を用いる。また、インバータ１１ｂは、例えば複数のスイッチング素子（図示せず）及び複数の還流ダイオード（図示せず）を有し、各スイッチング素子及び各還流ダイオードの材料として、それぞれ、ＳｉＣ、ＧａＮまたはダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を用いる。
【０１２６】
これにより、図１８に示すように、パワーモジュール１０ｔの発熱量を低減できるので、ヒートシンク２０ｔにおける複数の冷却フィン２２−１〜２２−ｋを無くすことができる、あるいは、小型化できる。これに応じて、ヒートシンク２０ｔを金属盤７０ｐ（図１３参照）に固定するための複数の脚部８０ｔ−１〜８０ｔ−３をベース部２１に直接取り付けることができ、脚部８０ｔ−１を出力シールド端子６１ｔと重なるようにしてネジ固定できる。すなわち、出力シールド端子６１ｔと直流入力端子１２−１との距離をより近づけることが可能となる。
【０１２７】
このように、実施の形態９では、パワーモジュール１０ｔにおける半導体素子（ダイオード、トランジスタ等）がワイドバンドギャップ半導体で形成されているので、パワーモジュール１０ｔにおける高キャリア運転により損失低減が可能となる一方で、ノイズ発生量は増大する可能性がある。この場合でも、出力側のアース線だけでなくシールド層に流れる高周波ノイズの電流もパワーモジュール１０ｔの直流入力端子１２−１に還流させることが容易であるため、ノイズ低減の効果が高まる。
【０１２８】
また、実施の形態９では、ヒートシンク２０ｔにおける複数の冷却フィン２２−１〜２２−ｋを無くすことができる、あるいは、小型化できるため、金属盤７０ｐ（図１３参照）に流入した高周波ノイズ電流をパワーモジュール１０ｔの直流入力端子１２−１に還流させやすくなる。
【０１２９】
実施の形態１０．
次に、実施の形態１０にかかる電力変換装置１ｖについて図１９を用いて説明する。図１９は、電力変換装置１ｖの外観構成を示す斜視図である。以下では、直流入力端子１２−２の図示及び説明を省略するとともに、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【０１３０】
実施の形態１では、出力アース端子３０及び直流入力端子１２−１の間の電流伝播経路ＰＰ１は、出力アース端子３０からベース部２１内の寄生インピーダンスＺ１’の部分を通った後、封止材１３の表面（図２参照）を通って直流入力端子１２−１に至るような経路となっている。
【０１３１】
それに対して、実施の形態１０では、出力アース端子３０及び直流入力端子１２−１の間にコンデンサ７５ｖを接続し、意図的に電流伝播経路ＰＰ１ｖを作り出す。
【０１３２】
具体的には、電力変換装置１ｖは、コンデンサ７５ｖ及び導線７６ｖ，７７ｖをさらに備える。コンデンサ７５ｖは、一端が導線７７ｖを介して直流入力端子１２−１に接続され、他端が導線７６ｖを介して出力アース端子３０に接続されている。これにより、コンデンサ７５ｖの容量値を大きくすることで、出力アース端子３０及び直流入力端子１２−１の間の電流伝播経路ＰＰ１ｖのインピーダンスを実施の形態１に比べて小さくすることが容易である。
【０１３３】
このように、実施の形態１０では、コンデンサ７５ｖの一端が導線７７ｖを介して直流入力端子１２−１に接続され、コンデンサ７５ｖの他端が導線７６ｖを介して出力アース端子３０に接続されている。これにより、出力アース端子３０及び直流入力端子１２−１の間の電流伝播経路ＰＰ１ｖのインピーダンスを容易に小さくすることができる。この結果、出力アース端子３０に流れ込んだ高周波ノイズの電流が電流伝播経路ＰＰ１ｖ経路でさらに容易に直流入力端子１２−１に流れ込むようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
以上のように、本発明にかかる電力変換装置は、周辺機器へのノイズ影響を許容レベル以下に低コストで抑制することができる。
【符号の説明】
【０１３５】
１，１ｉ，１ｊ，１ｋ，１ｎ，１ｐ，１ｑ，１ｒ，１ｓ，１ｔ，１ｖ  電力変換装置、１０，１０ｔ  パワーモジュール、２０  ヒートシンク、３０，１３０，２３０  出力アース端子、４０，１４０，２４０  入力アース端子。
【図１】
2014138541.tif 000003
【図２】
2014138541.tif 000004
【図３】
2014138541.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014138541.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014138541.tif 000009
【図８】
2014138541.tif 000010
【図９】
2014138541.tif 000011
【図１０】
2014138541.tif 000012
【図１１】
2014138541.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2014138541.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2014138541.tif 000019
【図１８】
2014138541.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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