(57)【要約】  正電源を供給する第一給電母線１０と負電源を供給する第二給電母線１１との間に設けられるパワーモジュール１２と、第一給電母線１０に一端を接続する第一コンデンサ１３ａと、第二給電母線１１に一端を接続する第二コンデンサ１３ｂと、第一コンデンサ１３ａの他端と第二コンデンサ１３ｂの他端との間に接続される接地部材１３ｃと、第一給電母線１０と第二給電母線１１の少なくとも一方に沿って配索され、接地部材１３ｃと接地電位との間を接続する導電部材１４とを具備する。
2016194050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の正極側から配設された第一給電母線と、
前記電源の負極側から配設された第二給電母線と、
前記第一給電母線と前記第二給電母線との間に設けられるスイッチング素子と、
一端を前記第一給電母線と接続する第一コンデンサと、
一端を前記第二給電母線と接続する第二コンデンサと、
前記第一コンデンサの他端と前記第二コンデンサの他端との間に接続される接地部材と、
前記第一給電母線と前記第二給電母線との少なくとも一方に沿って配索され、前記接地部材と前記接地電位との間を接続する導電部材と
を具備することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記スイッチング素子を冷却する冷却部材を備え、
前記冷却部材は、表面が接地され、当該表面に前記導電部材が接続される部位を有することを特徴とする請求項１に記載した電力変換装置。
【請求項３】
前記冷却部材を固定する筐体と、
前記接地部材と前記筐体とを接続する接地電位部材と、を備え、
前記導電部材の長さは、前記接地部材から前記筐体を介して前記部位に至るまでの最短長よりも短いことを特徴とする請求項２に記載した電力変換装置。
【請求項４】
前記導電部材は、
前記第一給電母線と当該導電部材との線間容量と、前記第二給電母線と当該導電部材との線間容量とが、均等になるように配索されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載した電力変換装置。
【請求項５】
前記導電部材は、
前記第一給電母線と当該導電部材との距離と、前記第二給電母線と当該導電部材との距離とが、等しくなるように配索されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載した電力変換装置。
【請求項６】
前記導電部材は、
２個の平板状の導線であって、
前記第一給電母線は、平板状の導線であって、前記導電部材の一方の導線と対向すると共に、前記導電部材と対向している面と同じ面で前記第二給電母線と対向し、
前記第二給電母線は、平板状の導線であって、前記第一給電母線と対向している面と同じ面で前記導電部材の他方の導線と対向する
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載した電力変換装置。
【請求項７】
前記導電部材の長さは、
前記スイッチング素子を開閉することで発生するコモンモードノイズの波長をλ、且つ、奇数ｎとした場合にｎλ/４であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載した電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリの直流電力を交流電力に、又は直流電力の電圧を変換する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッドカーに用いる自動車用パワーエレクトロニクスシステムは、主に直流電力を供給するためのバッテリと、直流を交流に変換するインバータと、インバータからの電気的出力により駆動力を得るモータとから構成される。この場合のインバータは電力変換装置となる。【０００３】
電力変換装置は、パワー半導体素子から成るスイッチを内蔵しており、インバータの場合、そのスイッチを開閉することで直流電力を交流電力に変換する。また、コンバータの場合は、スイッチを開閉することで電圧を変換する。【０００４】
スイッチを開閉したことで生じる電圧変動が、コモンモードノイズとして放射され、車載ラジオの聴取や、他のディジタル機器に悪影響を与える場合がある。そこで従来は、電圧変換装置に電力を供給する配線と接地面との間をコンデンサで接続することで、コモンモードノイズを接地電位に逃がしていた（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７８８８号公報
【発明の概要】
【０００６】
しかし、接地電位に逃がしていたコモンモードノイズが電力変換装置の筐体に漏れ出ることがある。筐体に漏れ出るコモンモードノイズの経路がアンテナとなり、不要電磁波（放射ノイズ）が放射され、この放射により車載ラジオ等の他の装置に誤動作が生じるといった課題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、筐体に漏れ出るコモンモードノイズを減少させる電力変換装置を提供することである。
【０００８】
本発明の一態様に係わる電力変換装置は、第一給電母線、第二給電母線、スイッチング素子、第一コンデンサ、第二コンデンサ、接地部材、及び導電部材を具備する。第一給電母線は電源の正極側から配設され、第二給電母線は電源の負極側から配設され、スイッチング素子は第一給電母線と第二給電母線との間に設けられる。第一コンデンサの一端は第一給電母線と接続し、第二コンデンサの一端は第二給電母線と接続する。接地部材は、第一コンデンサの他端と第二コンデンサの他端との間に接続される。そして、本発明に係る電力変換装置は、導電部材を第一給電母線と第二給電母線との少なくとも一方に沿って配索し、導電部材を接地部材と接地電位との間に接続する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の電力変換装置１の構成例を示す図である。
【図２】電力変換装置１を回路記号で表した図である。
【図３】電力変換装置１の浮遊容量Ｃｐｍ２を説明する図である。
【図４】コモンモードノイズを比較した例を示すグラフである。
【図５】電力変換装置１を、コンバータに変形した電力変換装置２の構成例を示す図である。
【図６】第２実施形態の電力変換装置３の構成例を示す図である。
【図７】電力変換装置３を回路記号で表した図である。
【図８】第３実施形態の電力変換装置４の構成例を示す図である。
【図９】図９（ａ）は２個の板状の導電体の寸法を示し、図９（ｂ）は当該寸法に対する相互インダクタンスＭの変化の傾向を示すグラフである。
【図１０】第４実施形態の電力変換装置５の構成例を示す図である。
【図１１】第４実施形態の電力変換装置５の他の構成例を示す図である。
【図１２】導電部材１４と第一給電母線１０と第二給電母線１１との配索関係の一例を示す断面図である。
【図１３】図１１の各導電線（１０,１１,１４）の電気的特性のバランスＣＬＢＡＬと、コモンモードノイズのノイズ強度との関係を示すグラフである。
【図１４】第５実施形態の電力変換装置６の構成例を示す図である。
【図１５】導電部材１４ａ，１４ｂ、第一給電母線１０、及び第二給電母線１１の配索関係の一例を示す断面図である。
【図１６】導電部材１４ａ,１４ｂ、第一給電母線１０、及び第二給電母線１１の配索関係の他の例を示す断面図である。
【図１７】第６実施形態の電力変換装置７の構成例を示す図である。
【図１８】導電部材１４の長さを、コモンモード電圧（電流）の高周波信号の波長λのλ/４の長さにした作用効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して、実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１に、第１実施形態の電力変換装置１の構成例を示す。本実施形態の電力変換装置１を、例えば自動車用パワーエレクトロニクスシステムにおいて、バッテリの直流電力を交流電力に変換するインバータの例で示す。
【００１２】
電力変換装置１は、第一給電母線１０と、第二給電母線１１と、パワーモジュール１２（スイッチング素子）と、接地電位部材１３と、筐体１５とを具備する。
【００１３】
第一給電母線１０は、直流電力を供給する電源１６（バッテリ）の正電源（正極側）を、電力変換装置１に供給する。第二給電母線１１は、電源１６の負電源（負極側）を、電力変換装置１に供給する。第一給電母線１０及び第二給電母線１１とは、給電系統のどこからでも配設することが可能である。
【００１４】
パワーモジュール１２は、第一給電母線１０と第二給電母線１１との間に設けられ、電源１６から直流電力が供給される。パワーモジュール１２は、図示を省略している制御信号によって内部のスイッチが開閉を繰り返すことで、例えば直流電力を交流電力に変換するインバータである。
【００１５】
接地電位部材１３は、第一給電母線１０及び第二給電母線１１と、接地電位に接続された筐体１５とを接続する。ここでの接続は、リアクタンスを介した交流的な接続を意味する。詳しくは後述する。
【００１６】
導電部材１４は、第一給電母線１０と第二給電母線１１の少なくとも一方に沿って配索され、接地電位部材１３とパワーモジュール１２の近傍の筐体１５との間を接続する。このように第一給電母線１０と第二給電母線１１とは、接地電位部材１３と導電部材１４とによって接地電位に接続される。
【００１７】
ここで「沿って配索」とは、線状に延長された第一給電母線１０及び第二給電母線１１の少なくとも一方の脇を、導電部材１４が一定範囲にわたって距離を空けずに延長されることを意味する。具体例については後述する。
【００１８】
ここで、コモンモードノイズについて簡単に説明する。コモンモードノイズとは、ある装置内の配線に共通して伝搬するノイズ、或いは接地電位面（接地面）を伝搬するノイズ等として定義される。さらに詳述するに、コモンモードノイズは、パワーモジュール１２におけるスイッチング素子の断接に際し発生するもので、第一給電母線１０及び第二給電母線１１において同方向に流れるノイズのことである。
【００１９】
電力変換装置１においては、パワーモジュール１２のスイッチが開閉する際に、図１では省略しているパワーモジュール１２の出力ノードと接地電位との間の浮遊容量を充放電するコモンモード電流が流れる。そのコモンモード電流は、第一給電母線１０と第二給電母線１１とを同時に流れて、導電部材１４を経由する第１のループＲ１（一点鎖線）と、筐体１５を経由する第２のループＲ２（破線）との２つの経路で流れる。
【００２０】
出力ノードと接地電位との間の浮遊容量が大きい程、コモンモード電流も大きくなる。コモンモード電流は高周波であり、第２のループＲ２を流れるコモンモード電流の経路がループアンテナとなり、筐体１５から不要電磁波（コモンモードノイズ）が放射される場合がある。
【００２１】
本実施形態の導電部材１４は、第一給電母線１０と第二給電母線１１の少なくとも一方に沿って配索されている。よって、その間の相互インダクタンスＭの作用で導電部材１４のインダクタンスを小さくできる。その結果、導電部材１４のインピーダンスが低下し、コモンモードノイズの発生原となるコモンモード電流が導電部材１４を優先的に流れ、筐体１５等に漏れ出る第２のループＲ２のコモンモード電流が減少する。相互インダクタンスＭについて詳しくは後述する。
【００２２】
このように電力変換装置１は、筐体１５に漏れ出るコモンモード電流を減少させるので、その伝搬経路によって生じるコモンモードノイズによる不要電磁波の放射を抑制する。なお、パワーモジュール１２等を収容する筐体１５は無くてもよい。筐体１５の代わりに導線や導電板を用いて第一給電母線１０と第二給電母線１１とを接地させてもよい。以降において、他の図面も参照して本実施形態の電力変換装置１の動作を詳しく説明する。
【００２３】
図２に、図１を回路記号で表した図を示す。図２に示すパワーモジュール１２は、例えば正電源にコレクタ電極を接続するスイッチング素子１２ａと、負電源にエミッタ電極を接続するスイッチング素子１２ｂとで構成されるインバータの例である。スイッチング素子１２ａのエミッタ電極とスイッチング素子１２ｂのコレクタ電極とが接続されて出力ノード１２ｃを構成する。スイッチング素子１２ａと１２ｂとには、それぞれダイオードＤ１とＤ２とが逆並列の向きで接続される。
【００２４】
接地電位部材１３は、第一コンデンサ１３ａと、第二コンデンサ１３ｂと、接地部材１３ｃとで構成される。第一コンデンサ１３ａの一端は第一給電母線１０に接続する。第二コンデンサ１３ｂの一端は第二給電母線１１に接続する。
【００２５】
第一コンデンサ１３ａ及び第二コンデンサ１３ｂの他端は、接地された接地部材１３ｃに接続する。接地部材１３ｃを長方形で表しているが、その形状は何であってもよい。
【００２６】
導電部材１４は、接地部材１３ｃと、パワーモジュール１２の出力ノード１２ｃに近い筐体１５の底面の内側とを接続する。導電部材１４は、第一給電母線１０と第二給電母線１１の少なくとも一方に沿って配索される。ここで出力ノード１２ｃに近いとは、スイッチング素子１２ａ,１２ｂが形成された後述する半導体チップに近いことを意味する。
【００２７】
この出力ノード１２ｃと、導電部材１４が接続される筐体１５と、の間に浮遊容量Ｃｐｍ２が形成される。スイッチング素子１２ａ,１２ｂを開閉した時に浮遊容量Ｃｐｍ２を流れるコモンモード電流は、一点鎖線で示す第１のループＲ１と、破線で示す第２のループＲ２とを流れる。なお、第二給電母線１１にもコモンモード電流は流れる。第二給電母線１１を流れるコモンモード電流は、図が見難くなるのでその表記を省略している。
【００２８】
図３を参照してパワーモジュール１２と筐体１５との間に形成される浮遊容量Ｃｐｍ２について説明する。図３は、パワーモジュール１２の断面構造を示す。パワーモジュール１２は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が形成された半導体チップ１２０と、その半導体チップ１２０が実装された銅パターン１２１と、銅パターン１２１を配線するセラミック基板１２２と、セラミック基板１２２を固定する銅ベース１２３とを備える。
【００２９】
パワーモジュール１２の出力ノード１２ｃと接地電位との間の浮遊容量Ｃｐｍ２の容量は、銅パターン１２１と銅ベース１２３との間で、次式で計算される。
【数１】
2016194050.tif 000003
ここで、Ｓは銅パターン１２１と銅ベース１２３とが対向する面積、ｄは銅パターン１２１と銅ベース１２３との距離、εｒはセラミック基板１２２の比誘電率である。
【００３０】
第１のループＲ１は、第一給電母線１０と第二給電母線１１と、第一コンデンサ１３ａと第二コンデンサ１３ｂと、導電部材１４とを経由する経路である。第２のループＲ２は、第一給電母線１０と第二給電母線１１と、第一コンデンサ１３ａと第二コンデンサ１３ｂと、接地部材１３ｃと、接地部材１３ｃの部分に浮遊する容量もしくは接地電位部材１３を介して筐体１５とを経由する経路である。
【００３１】
ここで、接地部材１３ｃと筐体１５との間のインピーダンスをＺ１とする。インピーダンスＺ１は、接地部材１３ｃに浮遊する容量によるリアクタンスと、接地電位部材１３のインダクタンスによるリアクタンスと、を含んでいる。また、導電部材１４のインピーダンスをＺ２とする。また、筐体１５のインピーダンスをＺ３とする。電力変換装置１は、導電部材１４を第一給電母線１０と第二給電母線１１の少なくとも一方に沿って配索することにより、各インピーダンスの関係を次式に示す関係にし、筐体１５に漏れ出るコモンモード電流を減少させる。
【数２】
2016194050.tif 000004
【００３２】
図４に、コモンモードノイズを、本実施形態を適用しない場合と比較した例を示す。図４は、筐体１５に漏れ出るコモンモードノイズの例を示す。図４の横軸は時間、縦軸はノイズレベルである。
【００３３】
図４に示す波形β（破線）は、比較例の電力変換装置の筐体に漏れ出るノイズレベルを示す。比較例のノイズレベルに対して、本実施形態の電力変換装置１の筐体１５に漏れ出たノイズレベルを波形α（実線）で示す。このように、本実施形態の電力変換装置１は、筐体１５に漏れ出るコモンモード電流を減少させてノイズレベルを低減させる。
【００３４】
（変形例）
図５に、本実施形態を昇圧コンバータに変形した例を示す。図５は、電源１６の電圧を、より高い電圧に変換（昇圧）する電力変換装置２の構成例を示す。
【００３５】
インバータの例で示した図２の構成に対して、図５は、第一給電母線１０が、スイッチング素子１２ａのエミッタ電極とスイッチング素子１２ｂのコレクタ電極とが接続された出力ノード１２ｃに、接続されている点で異なる。この場合、スイッチング素子１２ａのコレクタ電極が昇圧出力となる。
【００３６】
このように、コンバータに対しても上記の考えを適用することができる。つまり、電力変換装置２は、コモンモード電流が流れる第１のループＲ１のインピーダンスＺ２を、筐体１５を含む第２のループＲ２のインピーダンス（Ｚ１＋Ｚ３）よりも小さくすることで、筐体１５に漏れ出るコモンモード電流を減少させる。
【００３７】
（第２実施形態）
図６に、第２実施形態の電力変換装置３の構成例を示す。本実施形態の電力変換装置３は、冷却部材３０を具備する点で電力変換装置１（図１）と異なる。
【００３８】
電力変換装置３は、パワーモジュール１２が発熱するため、冷却部材３０によって冷却される場合がある。冷却部材３０は、パワーモジュール１２とは絶縁した上で、その近くに配置される。冷却部材３０は、例えば図２の銅ベース１２３と筐体１５との間に配置される。
【００３９】
冷却部材３０の表面は接地されており、導電部材１４が接続される部位３０ａを有している。部位３０ａは、筐体１５よりもパワーモジュール１２に近い冷却部材３０の表面に設けられる。
【００４０】
部位３０ａは、パワーモジュール１２に近い筐体１５の底面から底上げされた位置に有る。したがって、部位３０ａと接地部材１３ｃの一端とを接続する導電部材１４の長さを、接地電位部材１３から筐体１５を介して部位３０ａに至るまでの最短長よりも短くすることができる。このことは、筐体１５のインピーダンスであるＺ３を相対的に大きくすることを意味する。
【００４１】
図７に、図６を回路記号で表した図を示す。図６は、図２に対して冷却部材３０を具備する点でのみ異なる。パワーモジュ−ル１２と筐体１５との間に、冷却部材３０が挿入されて配置するので、図２の導電部材１４よりもその長さを短くできる。つまり、Ｚ３＞Ｚ２の関係を強化することになる。
【００４２】
このように電力変換装置３は、上記の式（１）の関係を、より強化するので筐体１５に漏れ出るコモンモード電流を更に低減する。また、導電部材１４が冷却部材３０の部位３０ａに接続されるため、導電部材専用の接地電位を確保する部材が不要である。よって、電力変換装置３は、部材の数を削減すると共に導電部材１４の接地電位を容易に確保する効果も奏する。
【００４３】
（第３実施形態）
図８に、第３実施形態の電力変換装置４の構成例を示す。本実施形態の電力変換装置４の構成は、電力変換装置１（図２）と同じである。
【００４４】
電力変換装置４は、接地電位部材１３、導電部材１４、及び筐体１５のそれぞれのインピーダンスを、インダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３とした場合に、各インダクタンスの関係を式（３）で表せる構成にした点で、電力変換装置１と異なる。導電部材１４のインダクタンスＬ２を、接地電位部材１３と筐体１５とのインダクタンスの合計値（Ｌ１＋Ｌ３）よりも小さくすることで、筐体１５に漏れ出るコモンモード電流を減少させる。なお、インダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３は集中定数ではない。
【数３】
2016194050.tif 000005
【００４５】
接地電位部材１３と導電部材１４の断面形状を、例えば板状とした場合に得られるインダクタンスを式（４）に示す。ここで、ｌは板状導電体の長さ、ｈは板状導電体の厚さ、ｗは板状導電体の幅、μ０は透磁率である。
【数４】
2016194050.tif 000006
【００４６】
導電部材１４と第一給電母線１０との間の相互インダクタンスＭ、及び導電部材１４と第二給電母線１１との間の相互インダクタンスＭは次式で計算できる。図９（ａ）に、２個の板状導電体を、距離ｄの間隔を空けて重ねて配索した場合の各寸法を示す。一方の導電体の幅ｗ、厚みｈ、長さｌである。他方の導電体は、同じ幅と厚みであり、距離ｄを空けて一方の導電体と対向して配索されている。図９（ｂ）に、この２つの導電体間の相互インダクタンスＭの変化の傾向を示す。
【数５】
2016194050.tif 000007
【００４７】
図９（ｂ）の横軸は、導電体の長さｌと幅ｗの比（ｌ/ｗ）、縦軸は相互インダクタンスＭである。また、パラメータ（0.25,0.5,1.0,2.5,5,10）は距離ｄと幅ｗの比（ｄ/ｗ）である。また、導電体の厚みｈと幅ｗの比（ｈ/ｗ）は0.25で一定である。相互インダクタンスＭは、導電体の長さｌが長くなると（ｌ/ｗ→大）大きくなる。また、導電体の幅ｗが大きくて導電体間の距離ｄが近い（ｄ/ｗ→小）と大きくなる。
【００４８】
図９（ｂ）に示す関係から、導電部材１４と第一給電母線１０との間、或いは導電部材１４と第二給電母線１１との間の距離を近づけると、その間の相互インダクタンスＭの値を大きくできることが分かる。導電部材１４と、第一給電母線１０或いは第二給電母線１１との間の距離を近づけた状態で、コモンモードノイズによる同相電流が第一給電母線１０と第二給電母線１１とに流れると、第一給電母線１０或いは第二給電母線１１と導電部材１４に差動電流が流れる。この差動電流が流れた場合は、相互インダクタンスＭの作用により、導電部材１４のインダクタンスを低減することができる。ひいては、導電部材１４のインピーダンスを低減して、漏れ出るコモンモード電流を減少させることができる。
【００４９】
つまり、導電部材１４を、第一給電母線１０と第二給電母線１１の少なくとも一方に沿って配索することで、導電部材１４と、第一給電母線１０或いは第二給電母線１１との間の相互インダクタンスＭを大きくできる。その結果、導電部材１４に、コモンモード電流を優先的に流すことができ、筐体１５に漏れ出るコモンモード電流を減少させる。その結果、電力変換装置４はコモンモードノイズによる不要電磁波の放射を抑制する。
【００５０】
なお、導電部材１４は、接地部材１３ｃの中央部分と接続した方が好適であるが、必ずしもそれに限らず、第一給電母線１０と第二給電母線１１の少なくとも一方に沿って配索されていれば、接地部材１３ｃの中央部分以外の部分に接続するようにしても良い。
【００５１】
つまり、導電部材１４が、第一給電母線１０と第二給電母線１１の少なくとも一方に沿って配索されることによって、導電部材１４の接続部位に関わらず、導電部材１４のインダクタンスを、接地部材１３ｃのインダクタンスよりも小さくできる。その結果、コモンモードノイズの発生源となるコモンモード電流を、導電部材１４に優先的に流すことができる。
【００５２】
（第４実施形態）
図１０に、第４実施形態の電力変換装置５の構成例を示す。本実施形態の電力変換装置５において、電力変換装置４（図８）の接地部材１３ｃと筐体１５との間に浮遊している容量を、Ｃｂで表している。
【００５３】
接地部材１３ｃと筐体１５との間の容量をＣｂとした場合、上記の式（３）は次式で表せる。電力変換装置５は、次式を満足することにより、特定の周波数帯域におけるコモンモード電流の筐体１５への漏れ出しを減少させることができる。
【数６】
2016194050.tif 000008
【００５４】
なお、図１０では浮遊容量Ｃｂを、接地電位部材１３のインダクタンスＬ１と直列に接続するように示したが、必ずしもそれに限らず、図１１に示すように、インダクタンスＬ１と並列に接続するように、浮遊容量Ｃｂを記載しても良い。
【００５５】
また、電力変換装置５は、図１２に示すように、導電部材１４と第一給電母線１０との距離、及び導電部材１４と第二給電母線１１との距離が等しくなるように、第一給電母線１０と第二給電母線１１とに沿って導電部材１４を配索する。図１２は、各導電線（１０,１１,１４）の延長方向と直交する向きの断面図（図１０のＡ−Ａ断面に相当）である。図１２は、各導電線（１０,１１,１４）の形状を平板状とし、導電部材１４の一面に、第一給電母線１０及び第二給電母線１１の一面が対向して配索される例である。
【００５６】
この例のように各導電線（１０,１１,１４）を配索すると、第一給電母線１０と導電部材１４との間の線間容量Ｃ１１と、第二給電母線１１と導電部材１４との間の線間容量Ｃ２２とは均等になる。第一給電母線１０のインダクタンスをＬ１１、第二給電母線１１のインダクタンスをＬ２２とすると、各導電線の電気的特性のバランスＣＬＢＡＬは次式で表せる。
【数７】
2016194050.tif 000009
【００５７】
式（７）から明らかなように、Ｃ１１とＣ２２、又は、Ｌ１１とＬ２２の大きさが同じであればバランスＣＬＢＡＬは０である。Ｃ１１とＣ２２、又は、Ｌ１１とＬ２２の大きさのバランスが悪いとバランスＣＬＢＡＬの値は大きくなる。
【００５８】
図１３に、バランスＣＬＢＡＬとコモンモードノイズのノイズ強度との関係を示す。図１３の横軸はバランスＣＬＢＡＬの値、縦軸はノイズ強度である。ノイズ強度は、バランスＣＬＢＡＬの値が1を超えると直線的に増加し、2.5以上で飽和する特性を示す。バランスＣＬＢＡＬの値を、ＣＬＢＡＬ≦2とすることでノイズ強度を低くできる。つまり、電力変換装置５は、バランスＣＬＢＡＬの値を小さくすることで更にコモンモードノイズを低減させることができる。
【００５９】
なお、バランスＣＬＢＡＬを小さくする点で、接地部材１３ｃの中央部分から導電部材１４を導出する意味がある。その導出部分を、図８の記号γで示す。接地部材１３ｃの中央部分から導電部材１４を導出することは、Ｃ１１とＣ２２と、Ｌ１１とＬ２２との大きさを揃えることに寄与する。
【００６０】
（第５実施形態）
図１４に、第５実施形態の電力変換装置６の構成例を示す。本実施形態の電力変換装置６は、電力変換装置３（図７）に対して、導電部材１４が、２個の導電部材１４ａ，１４ｂで構成される点で異なる。
【００６１】
導電部材１４ａと１４ｂは、例えば平板状の導線である。２個の導電部材１４ａ,１４ｂを用いることで、第一給電母線１０と導電部材１４ａとの線間容量（Ｃ１１）と、第二給電母線１１と導電部材１４ｂとの線間容量（Ｃ２２）とを均等にし易くする。
【００６２】
図１５に、各導電線（１０,１１,１４ａ,１４ｂ）の延長方向と直交する向きの断面図（図１４のＢ−Ｂ断面に相当）を示す。図１５に示すように、導電部材１４ａ,１４ｂ、第一給電母線１０、第二給電母線１１の断面形状は同じである。
【００６３】
導電部材１４ａ、第一給電母線１０、第二給電母線１１、及び導電部材１４ｂは、その順番で一つの平面を形成するように間隔を空けて水平に配列されている。また、導電部材１４ａと第一給電母線１０との距離と、導電部材１４ｂと第二給電母線１１との距離とが等しくなるように配索されている。
【００６４】
このように配索すると、第一給電母線１０と導電部材１４ａ、第二給電母線１１と導電部材１４ｂの、それぞれの間の容量結合を小さくできる。また、それぞれの組の相互インダクタンスＭの作用で、導電部材１４ａと１４ｂのインダクタンスを低減させることができる。
【００６５】
図１５に示したように、各導電線を配索することで、バランスＣＬＢＡＬの値を小さな値で均等にする。その結果、電力変換装置６は、ノイズ強度を更に低減させる。
【００６６】
また、図１６に示すように、導電部材１４ａ，１４ｂと、第一給電母線１０と、第二給電母線１１とを配索してもよい。このように配索することで、電力変換装置６は、相互インダクタンスＭの作用をより有効に利用する。
【００６７】
図１６に示す第一給電母線１０及び第二給電母線１１は、平板状の導線である。第一給電母線１０の一面が導電部材１４ａと対向すると共に、第二給電母線１１とも対向する。第二給電母線１１の一面は、第一給電母線１０と対向すると共に導電部材１４ｂとも対向する。
【００６８】
図１６に示すように第一給電母線１０と導電部材１４ａとを対向させ、第二給電母線１１と導電部材１４ｂとを対向させることで、それぞれの間の相互インダクタンスＭを大きくする（式（５））。その結果、電力変換装置６は、相互インダクタンスＭの作用で導電部材１４ａ，１４ｂのインダクタンスを低減させ、コモンモードノイズによる不要電磁波の放射を抑制する。
【００６９】
なお、導電部材１４ａ、第一給電母線１０、第二給電母線１１、及び導電部材１４ｂを一平面に配置した場合（図１５）、各導電線（１０,１１,１４ａ,１４ｂ）は筐体１５からの距離が等しくなるように配索するとよい。つまり、各導電線（１０,１１,１４ａ,１４ｂ）の筐体１５内部の上壁からの距離をｙ１、筐体１５内部の下壁からの距離をｙ２とし、導電部材１４ａの筐体１５内部の一方の側壁からの距離をｘ１、導電部材１４ｂの筐体１５内部の他方の側壁からの距離をｘ２とする。
【００７０】
そして、ｙ１＝ｙ２、ｘ１＝ｘ２とすることで、各導電線（１０,１１,１４ａ,１４ｂ）を、筐体１５内部の中央部分に配置する。各々の導電線（１０,１１,１４ａ,１４ｂ）を、筐体１５の内部の中央部分に配置することで、各導電線（１０,１１,１４ａ,１４ｂ）と筐体１５との間に生じる寄生インピーダンスのバランスも取れる。その結果、バランスＣＬＢＡＬの値を小さくする効果（図１３）をより有効に利用できる。
【００７１】
また、図１６に示すように各導電線（１０,１１,１４ａ,１４ｂ）を配索した場合も同様である。導電部材１４ａと１４ｂの筐体１５の内面からの距離をｙ１とｘ１とし、第一給電母線１０と第二給電母線１１の筐体１５の内面からの距離をｙ１とｘ２とする。そして、ｘ１とｘ２との差分をｘ１（ｘ２）に対して十分小さな距離にする。つまり、差分の占める割合を十分に小さくすることで、各導電線（１０,１１,１４ａ,１４ｂ）を筐体１５の内部の中央部分に配置する。その結果、バランスＣＬＢＡＬの値を小さくして、コモンモードノイズのノイズ強度を低減することができる。
【００７２】
（第６実施形態）
図１７に、第６実施形態の電力変換装置７の構成例を示す。電力変換装置７は、電力変換装置３（図６）の導電部材１４の長さを、スイッチング素子１２ａ,１２ｂを開閉することで発生するコモンモード電圧（電流）の高周波信号の波長λの四分の一にした点で異なる。
【００７３】
コモンモード電圧の高周波信号の周波数には、上記の第１のループＲ１及び第２のループＲ２のインダクタンス成分と容量成分とによる共振周波数と、当該共振周波数がトリガとなって冷却部材３０の面で生じる定在波の周波数との２つがある。電力変換装置７は、導電部材１４の長さをコモンモード電圧の高周波信号の波長λの四分の一にすることで、コモンモードノイズのノイズ強度を低減する。
【００７４】
図１８を参照してλ/４の長さにした導電部材１４の作用効果を説明する。図１８（ａ）は、コモンモード電圧Ｖｎが導電部材１４を通って冷却部材３０に至る伝搬ルートを模式的に示す図である。図１８（ｂ）は、コモンモード電圧Ｖｎの減衰を概念的に示す図である。
【００７５】
コモンモード電圧Ｖｎが、冷却部材３０に伝搬して来ると、冷却部材の大きさ（寸法）に応じた波形δ（実線）で示す定在波が生じる。定在波は、導電部材１４に伝搬し、導電部材１４の内部で反射する。そこで、定在波の波長λの１/４の長さの分岐路を形成することより、逆相の反射波が導電部材１４に生じ、定在波と反射波が互いに打ち消し合って定在波を抑制できる。つまり、導電部材１４の長さを、冷却部材３０に生じる定在波の波長λのλ/４にすることで、波形ε（破線）で示すように反射波同士が互いに打ち消しあって定在波を抑制できる。
【００７６】
また、導電部材１４の長さは、第１のループＲ１及び第２のループＲ２のインダクタンス成分と容量成分とによる共振周波数の波長λの１/４に設定してもよい。第一給電母線１０と第二給電母線１１とを伝搬して来るそのコモンモード電圧の高周波信号は、導電部材１４の内部で反射する。したがって、上記の定在波と同様に、導電部材１４の長さを、コモンモード電圧の高周波信号の周波数の波長λのλ/４にすることで、コモンモードノイズを抑制できる。
【００７７】
このように、導電部材１４の長さは、第１のループＲ１と第２のループＲ２のインダクタンス成分と容量成分とによる共振周波数の波長λの１/４、又は、冷却部材３０の面で生じる定在波の周波数の波長λの１/４の何れで有ってもよい。要するに波長λは、スイッチング素子を開閉することで発生するコモンモードノイズの周波数に対応する波長で有ればよい。なお、波長をλ、且つ、奇数ｎとした場合に、導電部材１４の長さをｎλ/４にすることで同様の作用効果を奏することができる。
【００７８】
以上説明したように、実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。
【００７９】
導電部材１４が、第一給電母線１０と第二給電母線１１の少なくとも一方に沿って配索されるため、導電部材１４と、第一給電母線１０もしくは第二給電母線１１と、の間の相互インダクタンスＭの作用によって、導電部材１４のインダクタンスを低減させることができる。そのため、導電部材１４のインピーダンスが低下し、コモンモード電流が優先的に導電部材１４を流れるようになるため、筐体１５に漏れ出るコモンモード電流が減少する。その結果、電力変換装置１はコモンモードノイズによる不要電磁波の放射を抑制するので、周辺の電子装置の動作に悪影響を与えない。
【００８０】
また、冷却部材３０を備える電力変換装置３は、導電部材１４を、接地された冷却部材３０の部位３０ａに接続するため、導電部材１４の接地電位を確保するためだけの部材が不要である。つまり、電力変換装置３は、コモンモード電流を減少させる効果に加えの接地電位の確保を容易にする効果も奏する。
【００８１】
また、冷却部材３０を備える電力変換装置３は、冷却部材３０の厚さ分だけ導電部材１４の長さを短くすることができる。つまりは、接地部材１３ｃと筐体１５とを介して部位３０ａに至るまでの長さに対して、導電部材１４の長さを短くすることができる。したがって、導電部材１４のインピーダンスが低減し、コモンモード電流を優先的に導電部材１４に流すことができ、筐体１５に漏れ出るコモンモード電流を減少させる。
【００８２】
また、電力変換装置４は、接地部材１３ｃ、導電部材１４、及び筐体１５のそれぞれのインダクタンスをＬ１，Ｌ２，Ｌ３とする。電力変換装置４は、導電部材１４のインダクタンスＬ２を、接地部材１３ｃと筐体１５とのインダクタンスの合計値（Ｌ１＋Ｌ３）よりも小さくすることで、筐体１５に漏れ出るコモンモード電流を減少させる。
【００８３】
また、接地部材１３ｃと筐体１５との間に、浮遊している容量Ｃｂがある電力変換装置５は、上記の式（６）を満足することにより、特定の周波数帯域におけるコモンモード電流の筐体１５への漏れ出しを減少させる。
【００８４】
また、各導電線の形状を平板状とし、導電部材１４の一面に、第一給電母線１０と第二給電母線１１との一面が対向して配索される構成とした電力変換装置５は、それぞれの導電線のインピーダンスで計算できる電気的特性のバランスＣＬＢＡＬを小さくできる。その結果、電力変換装置５はコモンモードノイズのノイズ強度を低くできる（図１２）。
【００８５】
また、導電部材１４が、２個の導電部材１４ａ，１４ｂで構成される場合、導電部材１４ａ，１４ｂと第一給電母線１０と第二給電母線１１との間の相互インダクタンスＭを大きくすることができる。その結果、電力変換装置６は、相互インダクタンスＭの作用で導電部材１４ａ，１４ｂのインダクタンスを低減させる。
【００８６】
また、導電部材１４の長さを、パワーモジュール１２のスイッチを開閉することで発生するコモンモードノイズの波長λのｎλ/４にすることにより、反射波の打消し合いによってコモンモードノイズのノイズ強度を低減させることができる。
【００８７】
以上、実施例に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。
【００８８】
例えば、２個の導電部材１４ａ，１４ｂを用いて相互インダクタンスＭの作用を有効に利用する実施例は、上記の電力変換装置１乃至５の何れに対して適用してもよい。また、導電部材１４の長さをコモンモード電圧（電流）の高周波信号の波長λのｎλ/４にする実施例も、電力変換装置１乃至６の何れに対して適用してもよい。
【００８９】
以上説明した本発明の実施例は、インバータ及びコンバータに適用することが可能であり不要電磁波の放射を抑制する必要のある用途の電力変換装置に広く利用できる。
【符号の説明】
【００９０】
１，２，３，４，５，６，７  電力変換装置
１０  第一給電母線
１１  第二給電母線
１２  パワーモジュール
１２ａ，１２ｂ  スイッチング素子
１３ａ  第一コンデンサ
１３ｂ  第二コンデンサ
１３ｃ  接地部材
１４  導電部材
１５  筐体
１６  電源
３０  冷却部材
３０ａ  部位
【図１】
2016194050.tif 000010
【図２】
2016194050.tif 000011
【図３】
2016194050.tif 000012
【図４】
2016194050.tif 000013
【図５】
2016194050.tif 000014
【図６】
2016194050.tif 000015
【図７】
2016194050.tif 000016
【図８】
2016194050.tif 000017
【図９】
2016194050.tif 000018
【図１０】
2016194050.tif 000019
【図１１】
2016194050.tif 000020
【図１２】
2016194050.tif 000021
【図１３】
2016194050.tif 000022
【図１４】
2016194050.tif 000023
【図１５】
2016194050.tif 000024
【図１６】
2016194050.tif 000025
【図１７】
2016194050.tif 000026
【図１８】
2016194050.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月31日(2016.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の正極側から配設された第一給電母線と、
前記電源の負極側から配設された第二給電母線と、
前記第一給電母線と前記第二給電母線との間に設けられるスイッチング素子と、
一端を前記第一給電母線と接続する第一コンデンサと、
一端を前記第二給電母線と接続する第二コンデンサと、
前記第一コンデンサの他端と前記第二コンデンサの他端との間に接続される接地部材と、
前記第一給電母線と前記第二給電母線との少なくとも一方に沿って配索され、前記接地部材と接地電位との間を接続する導電部材と
を具備することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記スイッチング素子を冷却する冷却部材を備え、
前記冷却部材は、表面が接地され、当該表面に前記導電部材が接続される部位を有することを特徴とする請求項１に記載した電力変換装置。
【請求項３】
前記冷却部材を固定する筐体と、
前記接地部材と前記筐体とを接続する接地電位部材と、を備え、
前記導電部材の長さは、前記接地部材から前記筐体を介して前記部位に至るまでの最短長よりも短いことを特徴とする請求項２に記載した電力変換装置。
【請求項４】
前記導電部材は、
前記第一給電母線と当該導電部材との線間容量と、前記第二給電母線と当該導電部材との線間容量とが、均等になるように配索されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載した電力変換装置。
【請求項５】
前記導電部材は、
前記第一給電母線と当該導電部材との距離と、前記第二給電母線と当該導電部材との距離とが、等しくなるように配索されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載した電力変換装置。
【請求項６】
前記導電部材は、
２個の平板状の導線であって、
前記第一給電母線は、平板状の導線であって、前記導電部材の一方の導線と対向すると共に、前記導電部材と対向している面と同じ面で前記第二給電母線と対向し、
前記第二給電母線は、平板状の導線であって、前記第一給電母線と対向している面と同じ面で前記導電部材の他方の導線と対向する
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載した電力変換装置。
【請求項７】
前記導電部材の長さは、
前記スイッチング素子を開閉することで発生するコモンモードノイズの波長をλ、且つ、奇数ｎとした場合にｎλ／４であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載した電力変換装置。
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月15日(2017.12.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
スイッチを開閉したことで生じる電圧変動が、コモンモードノイズとして放射され、車載ラジオの聴取や、他のディジタル機器に悪影響を与える場合がある。そこで従来は、電力変換装置に電力を供給する配線と接地面との間をコンデンサで接続することで、コモンモードノイズを接地電位に逃がしていた（例えば特許文献１）。
【国際調査報告】
2016194050.tif 000028
2016194050.tif 000029
2016194050.tif 000030
2016194050.tif 000031