(57)【要約】【課題】  車体へ高周波の電位変動が伝わらない車両用パワー・エレクトロニクス・システムを提供することを目的とする。【解決手段】  インバータ１で直流から交流に変換された電力は３本のシールド線３によりモータ２に給電される。インバータ、モータは、金属製の筐体４、５によりそれぞれ個別に格納され、筐体４、５は接地線６、７で車体８に接地されている。各シールド線は、筐体４、５に設けられた貫通孔を、絶縁材２３で筐体４、５と電気的に絶縁されて貫通する。シールド線３の端部の芯線１１がインバータまたはモータの端子に接続する。筐体４内に導かれたシールド線３の端部のシールド層１２は、高周波リアクトル２１を介して、筐体４に接地されている。インバータのスイッチングにより芯線に生じる高周波は、シールド層に高周波の電位変動を誘引するが、高周波リアクトルで吸収され、接地線６を通じて車体伝播されることが抑制される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を電力変換装置で交流電力に変換してモータに給電する車両用パワー・エレクトロニクス・システムにおいて、
前記電力変換装置と前記モータは、それぞれ個別の導電性の金属製の筐体内に設置され、前記各筐体は導電性の金属製の車体に電気的に接続され、
前記モータへの交流電力の給電線は、シールド線で構成され、該シールド線のシールド層は、前記電力変換装置の筐体、前記モータの筐体の少なくともいずれか一方の筐体に、高周波伝達抑制手段を介して電気的に接続されていることを特徴とする車両用パワー・エレクトロニクス・システム。
【請求項２】
前記シールド線の芯線は前記交流電力の相数に対応した本数を有し、前記シールド層は全相分の芯線を共通のシールド層で包んで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用パワー・エレクトロニクス・システム。
【請求項３】
前記高周波伝達抑制手段は、高周波リアクトルであることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用パワー・エレクトロニクス・システム。
【請求項４】
前記高周波伝達抑制手段は、コイル状のワイヤハーネスであることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用パワー・エレクトロニクス・システム。
【請求項５】
前記シールド線は、前記筐体の貫通孔を電気的に絶縁されて筐体の内部に導かれ、前記シールド線の端部のシールド層が前記内部にて前記高周波伝達抑制手段を介して前記筐体に電気的に接続されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の車両用パワー・エレクトロニクス・システム。
【請求項６】
前記筐体の貫通孔周囲の所定範囲の壁厚が、所定範囲外の壁厚より薄いことを特徴とする請求項５に記載の車両用パワー・エレクトロニクス・システム。
【請求項７】
前記筐体の貫通孔周囲の所定範囲の壁が、導電性の金属製網で形成されていることを特徴とする請求項５に記載の車両用パワー・エレクトロニクス・システム。
【請求項８】
直流電力を電力変換装置で交流電力に変換してモータに給電する車両用パワー・エレクトロニクス・システムにおけるノイズ抑制方法において、
個別の導電性の金属製の筐体内に設置された前記電力変換装置から前記モータへ、シールド線で給電し、
前記各筐体は車体に接地し、
前記モータへ交流電力を給電するシールド線のシールド層を、前記電力変換装置の筐体、前記モータの筐体の少なくともいずれか一方の筐体に、高周波伝達抑制手段を介して電気的に接続して、前記シールド線のシールド層に生じる高周波の電位変動を前記筐体から車体に伝播することを防止可能としたことを特徴とする車両用パワー・エレクトロニクス・システムにおけるノイズ抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源を電力変換装置で交流に変換してモータに給電する車両用パワー・エレクトロニクス・システムと、そのノイズ抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電力を電力変換装置（以下、インバータと称する）で交流電力に変換し、その交流電力をモータに給電線で給電するパワー・エレクトロニクス・システムにおいては、通常インバータとモータはそれぞれ導電性の金属製の筐体に収納され、それぞれの筐体は大地に接地されている。
【０００３】
インバータ内では、半導体スイッチがスイッチングすることで、直流電力から交流電力が生成される。インバータにおける上記スイッチングにより、コモンモード電流が、インバータ→給電線→モータ巻線→モータ筐体→モータ筐体の接地線→大地→インバータ筐体の接地線→インバータ筐体→インバータの経路を流れる。
このコモンモード電流は、放射ノイズを発生し、外部機器へ悪影響を及ぼす可能性がある。それを抑制するために、インバータからモータへ給電する給電線に、例えばコモンモードチョークを接続する方法がとられる。
しかし、コモンモードチョークは、インバータからモータへの大電力の給電経路の一部になるので、それに応じてコモンモードチョークの大きさも大きくする必要がある。
したがって、コモンモードチョークはシステムの小型化、低コスト化を阻害する要因となっている。
【０００４】
そこで、コモンモードチョークを使用する代わりに、給電線にシールド線を使用することでコモンモード電流による放射ノイズを低減するパワー・エレクトロニクス・システムが提案されている（特許文献１参照）。
その場合、シールド線の芯線をインバータとモータのそれぞれの端子に接続し、シールド線のシールド層をインバータとモータのそれぞれの筐体に接続する。インバータとモータのそれぞれの筐体は大地に接地する。
このように接続することでインバータからモータへコモンモード電流が流れ、その後モータ筐体→モータ筐体の接地線→大地→インバータ筐体の接地線→インバータ筐体→インバータの経路を流れるコモンモード電流よりも、モータ筐体→シールド層→インバータ筐体→インバータの経路を流れるコモンモード電流のほうが支配的になる。その結果、シールド線の芯線とシールド層を流れるコモンモード電流が作る磁場が打ち消しあい、給電線から放射される放射ノイズが抑制される。
【特許文献１】特開平１０−１３５６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術では工場などにおける定置型の強電設備の場合を想定しており、インバータおよびモータの各筐体は電位変動が非常に小さい大地に接地されているので、大地に接地されている他のシステムに接地線を通じて伝わる電位変動は極めて小さい。
これに対し、車両用パワー・エレクトロニクス・システムにこの接続技術を適用すると、必ずしも同様の効果が得られない。それは、車両用パワー・エレクトロニクス・システムにおいては、インバータの筐体、モータの筐体は車体に接地されており、車体は大地との間である大きさを持ったインピーダンスを持っている。つまり、ゴム製のタイヤ、車軸のベアリングといった必ずしもインピーダンスを低くすることができない部分が存在するので、車体の電位は大地に対してフローティングしている。
【０００６】
したがって、インバータ内のスイッチングによって発生した電圧変動が、シールド線の芯線とシールド層間の静電容量→筐体→車体→車体と弱電系信号線間の静電容量を経由して、弱電系システムに伝達される電位変動は、大地に接地した場合と異なり非常に大きくなる。そのため同じ車体に搭載された弱電系のシステムに対して悪影響を与える可能性がある。
本発明は、上記の問題点を解決するために、車体へインバータ内のスイッチングによる高周波の電位変動が伝わらない車両用パワー・エレクトロニクス・システムとそのノイズ抑制方法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】
【０００７】
このため、本発明は、直流電力を電力変換装置で交流電力に変換してモータに給電する車両用パワー・エレクトロニクス・システムにおいて、電力変換装置とモータは、それぞれ個別の導電性の金属製の筐体内に設置され、各筐体は導電性の金属製の車体に電気的に接続され、モータへの交流電力の給電線は、シールド線で構成され、シールド線のシールド層は、高周波伝達抑制手段を介して電力変換装置の筐体、モータの筐体の少なくともいずれか一方の筐体に電気的に接続されているものとした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、パワー・エレクトロニクス・システムのシールド線のシールド層は、高周波伝達抑制手段を介して電力変換装置の筐体、モータの筐体の少なくともいずれか一方に接続されているので、電力変換装置から給電線に伝えられる高周波は高周波伝達抑制手段によって吸収され、各筐体に伝わらない。その結果、筐体が接地されている車体が、高周波による電位変動を生じず、車体の近くに配線されている弱電系の信号線に高周波が伝播するのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明の実施の形態を実施例により説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は第１の実施例の車両用パワー・エレクトロニクス・システムのインバータとモータ間の給電系統図である。図２は図１のＸ部詳細図である。
電力変換装置であるインバータ１で直流から交流に変換された電力は給電線である３本のシールド線３によりモータ２に給電される。インバータ１およびモータ２は、インバータ１またはモータ２から絶縁された導電性の金属製の筐体４、５によりそれぞれ個別に格納されている。
筐体４、５は接地線６、７で車体８に接地されている。
シールド線３は芯線１１を絶縁材１３（図２参照）で被覆し、さらに絶縁材１３の外に導電性の金属で構成されたシールド層１２で覆われている。シールド層１２は、例えば導電性の金属細線を筒状に編んだ編み線である。
シールド層１２により芯線１１から外部に電磁波が放射されるのが抑制される。
【００１１】
図２に示すように各シールド線３は、筐体４に設けられた貫通孔を、絶縁材２３で筐体４と電気的に絶縁されて貫通する。貫通孔を通して筐体４内に導かれたシールド線３の端部は、芯線１１が剥き出され、インバータ１の端子に接続する。シールド線３の端部のシールド層１２は、接地線２２により高周波伝達抑制手段である高周波リアクトル２１を介して、筐体４に電気的に接続されている。以下、磁心に銅線を巻いたコイルを高周波リアクトルと称する。
なお、インバータ１へのバッテリなどの直流電源からの給電線は図示省略してある。
【００１２】
モータ２側においても同様に、シールド線３は、筐体５に設けられた貫通孔を、絶縁材で筐体５と電気的に絶縁されて貫通する。貫通孔を通して筐体５内に導かれたシールド線３の端部は、芯線１１が剥き出され、モータ２の端子に接続している。ただし、シールド線３の端部のシールド層１２は、高周波リアクトル２１を用いて筐体５に接地されず、フローティング状態である。
【００１３】
高周波リアクトル２１の高周波伝達抑制特性の設定は、予め計算にもとづいて選択した特性の高周波リアクトル２１を設置して行うが、パワー・エレクトロニクス・システムを実際に動作させ、問題となる筐体４の高周波の電位変動が検出された場合に、その周波数に有効な特性を有する高周波リアクトルを選択して、さらに高周波の電位変動を抑制する。
【００１４】
本実施例の作用を図１から図３にもとづき説明する。
図３は、本実施例の作用を説明する図である。
３本のシールド線３は、筐体４に接地されたシールド層１２により芯線１１から外部に電磁波が放射されるのを抑制する。また、インバータ１またはモータ２の端子にシールド線３を接続するとき、シールド線３を筐体４、５の貫通孔を通じて内部に導き、筐体４、５内において芯線１１をシールド層１２ならびに絶縁材１３から剥き出した上で行っているので、筐体４、５は芯線１１から外部に放射される高周波ノイズをシールドする。
【００１５】
また、インバータ１は直流電源から直流電力を供給され、インバータ１内部の半導体スイッチのスイッチングによって三相交流電力を生成している。そのスイッチングによる電圧変化はシールド線３の芯線１１内を伝播する。シールド線３の芯線１１とシールド層１２の間には容量が形成され（図３参照）、芯線１１の電圧変動がシールド層１２の電位変動を誘引する。
シールド層１２は、筐体４、５に直接接地されず、筐体４の内部で接地線２２により、高周波リアクトル２１を介して筐体４に接地されているので、シールド層１２に生じる高周波の電位変動は高周波リアクトル２１において熱エネルギに変換され吸収されて、高周波の電位変動が筐体４、接地線６を介して車体８に伝播するのが抑制される。
【００１６】
以上のように本実施例によれば、インバータ１が発する高周波の電圧変化にもとづく筐体４の接地線６を介した車体８側の電位変動が抑制されるので、車体８の近傍に配線されている他の弱電系の信号線３１と車体８との間での容量結合３２による、信号線３１への高周波の伝播を抑制できる。
また、設計時の高周波リアクトル２１の高周波伝達抑制特性の設定は、必要に応じて高周波リアクトル２１の交換だけですみ、高周波伝達抑制特性の手直しのためにシールド線３の取り外し交換などの煩雑な手直し作業が不要である。
【実施例２】
【００１７】
図４は第２の実施例のパワー・エレクトロニクス・システムのインバータとモータ間の給電系統図である。
第１の実施例と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。第１の実施例との差異は、シールド線３のシールド層１２の接地を、インバータ１側の筐体４の内部で行う代わりに、モータ２側の筐体５の内部で高周波リアクトル２１を介して筐体５に行う点である。
【００１８】
本実施例においても、第１の実施例と同様に、シールド層１２は、筐体４、５に直接接地されず、筐体５の内部で接地線２２により、高周波リアクトル２１を介して筐体５に接地されているので、シールド層１２に生じる高周波の電位変動は高周波リアクトル２１において熱エネルギに変換され吸収されて、高周波の電位変動が筐体５、接地線７を介して車体８に伝播するのが抑制される。
その結果、第１の実施例と同様に、車体８の近傍に配線されている他の弱電系の信号線３１と車体８との間での容量結合による、信号線３１への高周波の伝播を抑制できる。
また、第１の実施例と同様に、設計時の高周波リアクトル２１の高周波伝達抑制特性の設定は、必要に応じて高周波リアクトル２１の交換だけですみ、高周波伝達抑制特性の手直しのためにシールド線３の取り外し交換などの煩雑な手直し作業が不要である。
【実施例３】
【００１９】
図５は第３の実施例のパワー・エレクトロニクス・システムのインバータとモータ間の給電系統図である。
第１の実施例と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。第１の実施例との差異は、シールド線３のシールド層１２の接地を、インバータ１側の筐体４の内部と、モータ２側の筐体５の内部の両方で高周波リアクトル２１を介して筐体４、５に行う点である。
【００２０】
本実施例においても、第１の実施例と同様に、シールド層１２は、筐体４、５に直接接地されず、筐体４、５の内部で接地線２２により、高周波リアクトル２１を介して筐体４、５に接地されているので、高周波の電位変動が筐体４、５、接地線６、７を介して車体８に伝播するのが抑制される。
その結果、第１の実施例と同様に、車体８の近傍に配線されている他の弱電系の信号線３１と車体８との間での容量結合による、信号線３１への高周波の伝播を抑制できる。
また、第１の実施例と同様に、設計時の高周波リアクトル２１の高周波伝達抑制特性の設定は、必要に応じて高周波リアクトル２１の交換だけですみ、高周波伝達抑制特性の手直しのためにシールド線３の取り外し交換などの煩雑な手直し作業が不要である。
【実施例４】
【００２１】
図６は第４の実施例のパワー・エレクトロニクス・システムのインバータとモータ間の給電系統図である。
第１の実施例と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。第１の実施例との差異は、インバータ１からモータ２に電力を供給する給電線として、３本の芯線１１を絶縁材１３で分離し、かつ１本に束ねられ、束全体を共通のシールド層１２’で覆ったシールド線３’を用いている点である。シールド線３’のシールド層１２’の接地は、インバータ１側の筐体４の内部で高周波リアクトル２１を介して筐体４に行う。
本実施例においては、３相の交流電力の給電線のシールド層１２’を共通にしたので、第１の実施例から第３の実施例までのように、３本の個別のシールド線３を用いた場合に比較して、シールド層１２’に誘引される電位変動が相間で相殺され減衰する。
【００２２】
第１の実施例と同様に、シールド線３’のシールド層１２’は、筐体４、５に直接接地されず、筐体４の内部で接地線２２により、高周波リアクトル２１を介して筐体４に接地されているので、高周波の電位変動が筐体４、接地線６を介して車体８に伝播するのが抑制される。
その結果、第１の実施例と同様に、車体８の近傍に配線されている他の弱電系の信号線３１と車体８との間での容量結合による、信号線３１への高周波の伝播を抑制できる。
また、第１の実施例と同様に、設計時の高周波リアクトル２１の高周波伝達抑制特性の設定は、必要に応じて高周波リアクトル２１の交換だけですみ、高周波伝達抑制特性の手直しのためにシールド線３の取り外し交換などの煩雑な手直し作業が不要である。
【００２３】
さらに、３相の交流電力の給電線のシールド層１２’を共通にし、シールド層１２’に誘引される電位変動を小さくできるので、高周波の電位変動の所要レベルまでの減衰に必要な高周波リアクトルを小さくすることができる。
なお、本実施例では、３本の芯線１１を絶縁材１３で１本の束にまとめたがそれに限定されるものではなく、芯線１１を絶縁材１３で個々に被覆したケーブル３本を、共通のシールド層１２’で覆ったもの、同軸３相のケーブルに対しさらにシールド層１２’で覆ったシールド線３’でもよい。
【００２４】
さらに、第４の実施例の変形として、シールド層１２’を筐体４の内部で接地する代わりに、筐体５の内部において高周波リアクトル２１を介して接地線２２で筐体５に接地してもよい。また、別の変形としてシールド層１２’を筐体４と筐体５の両方の内部において、高周波リアクトル２１を介して接地線２２で筐体４、５それぞれに接地してもよい。
【００２５】
次に、第１の実施例から第４の実施例における、シールド線を筐体内に導く筐体の貫通孔周辺の構成の変形例を、図７にもとづいて説明する。
（ａ）に示す変形例では、絶縁材２３の肉厚と、貫通孔周辺の所定範囲の筐体４（５）の金属壁の肉厚とを、所定範囲外のそれよりも薄くし、貫通部分でシールド層１２（１２’）と対向する筐体の壁の断面積を小さくしている。
（ｂ）に示す変形例においては、貫通孔周辺の筐体４（５）の絶縁材２３の肉厚を薄くし、かつ貫通孔周辺の所定範囲の筐体４（５）の壁を金網２４として、貫通部分でシールド層１２と対向する筐体の壁の断面積を小さくしている。なお、金網２４は、筐体４（５）内からの放射ノイズが外部に漏れない程度の網の目とする。たとえば、網の目の大きさ（最大の幅）は、問題とする放射ノイズの波長の１／２０以下とする。
【００２６】
筐体４（５）のシールド線３用の貫通孔周辺の所定範囲の壁を、図７の（ａ）、（ｂ）のように構成することにより、シールド層１２と筐体４（５）との間の容量結合を抑制、低減でき、筐体４（５）に高周波の電位変動が誘引されることを抑制できる。
【実施例５】
【００２７】
図８は第５の実施例のパワー・エレクトロニクス・システムのインバータとモータ間の給電系統図である。図９は図８のＹ部詳細図である。
第１の実施例と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。第１の実施例との差異は、インバータ１側の筐体４の内部におけるシールド層１２の接地を、高周波リアクトル２１を介して接地線２２で筐体４に行う替わりに、インダクタンス素子２１’を用いて筐体４に行う点である。
ここでインダクタンス素子２１’とは、空芯のコイル、コイル状のワイヤハーネスを指す。空芯のコイル、ワイヤハーネスは、長さと巻きを調整することによって容易に所望の高周波伝達抑制特性を得ることができる。
【００２８】
本実施例においても、第１の実施例と同様に、シールド線３のシールド層１２は、筐体４、５に直接接地されず、筐体４の内部でインダクタンス素子２１’により、筐体４に接地されているので、シールド層１２に生じる高周波の電位変動はインダクタンス素子２１’において熱エネルギに変換され吸収されて、高周波の電位変動が筐体４、接地線６を介して車体８に伝播するのが抑制される。
その結果、第１の実施例と同様に、車体８の近傍に配線されている他の弱電系の信号線３１と車体８との間での容量結合による、信号線３１への高周波の伝播を抑制できる。
また、第１の実施例と同様に、設計時のインダクタンス素子２１’の高周波伝達抑制特性の設定は、必要に応じてインダクタンス素子２１’の交換だけですみ、高周波伝達抑制特性の手直しのためにシールド線３の取り外し交換などの煩雑な手直し作業が不要である。
【００２９】
さらに、第５の実施例の変形として、シールド層１２を筐体４の内部で接地する代わりに、筐体５の内部においてインダクタンス素子２１’で筐体５に接地してもよい。また、別の変形として筐体４と筐体５の両方の内部において、インダクタンス素子２１’で筐体４、５それぞれに接地してもよい。
さらに、第４の実施例およびその変形に対して、高周波リアクトル２１の代わりにインダクタンス素子２１’を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施例の車両用パワー・エレクトロニクス・システムのインバータとモータ間の給電系統図である。
【図２】図１のＸ部詳細を示す図である。
【図３】第１の実施例の作用を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施例の車両用パワー・エレクトロニクス・システムのインバータとモータ間の給電系統図である。
【図５】本発明の第３の実施例の車両用パワー・エレクトロニクス・システムのインバータとモータ間の給電系統図である。
【図６】本発明の第４の実施例の車両用パワー・エレクトロニクス・システムのインバータとモータ間の給電系統図である。
【図７】筐体の貫通孔周辺の構成の変形例を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施例の車両用パワー・エレクトロニクス・システムのインバータとモータ間の給電系統図である。
【図９】図８のＹ部詳細を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１        インバータ
２        モータ
３、３’    シールド線
４、５    筐体
６、７、２２    接地線
８        車体
１１      芯線
１２、１２’    シールド層
１３、２３    絶縁材
２１      高周波リアクトル
２１’    インダクタンス素子（ワイヤハーネス）
３１      信号線
３２      容量結合
【図１】
2006080215.tif 000003
【図２】
2006080215.tif 000004
【図３】
2006080215.tif 000005
【図４】
2006080215.tif 000006
【図５】
2006080215.tif 000007
【図６】
2006080215.tif 000008
【図７】
2006080215.tif 000009
【図８】
2006080215.tif 000010
【図９】
2006080215.tif 000011