(57)【要約】【課題】電力変換装置におけるコモンモード電流に起因する放射ノイズを低減し、装置の小形，低コスト化を図る。【解決手段】インバータ装置１を整流器モジュール３とインバータモジュール５とに分離し、各モジュールに個別の放熱器６ａ，６ｂをそれぞれ設け、これらの放熱器間をインピーダンス素子２０を介して接続する。放射ノイズ源となるコモンモード電流が、必ずそのインピーダンス素子２０を流れるようになるので、この素子２０によりコモンモード電流の波高値が低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を直流に変換する第１の変換器と、その変換された直流を別の直流または交流に変換する第２の変換器とを備えた電力変換装置において、
前記第１の変換器を構成する電力用半導体モジュールを冷却するための第１の放熱器と、前記第２の変換器を構成する電力用半導体モジュールを冷却するための第２の放熱器とをそれぞれ個別に設け、これら第１，第２放熱器間を抵抗，リアクタトルを含むインピーダンス素子またはインピーダンス値が通常の銅線，アルミ線と比較して十分に大きな配線材で接続することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第１の放熱器の電位をアース基準電位とす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】
前記電力変換装置へ配線する電源側からのケーブルおよび負荷側からのケーブルのアース線またはシールドを、前記第１の放熱器または第１の放熱器とほぼ同等電位となる箇所に接続す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】
前記電力変換装置内で、アース基準電位と主回路電位間に接続されている接地用コンデンサのアース側端子を、前記第１の放熱器または第１の放熱器とほぼ同等電位となる箇所に接続することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インバータなどの電力変換装置、特にその構造改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に、電力変換装置を代表するインバータ主回路の例を示す。
同図の符号２は商用の交流電源で、インバータ装置１の入力となる。３は入力交流電源２を直流に変換するダイオード整流器モジュール（第１変換器ともいう）、４は大容量の直流平滑用電解コンデンサ、５は電力用スイッチングデバイスからなり直流を交流に変換するインバータモジュール（第２変換器ともいう）、６はダイオード整流器モジュール３とインバータモジュール５を冷却する放熱器で、この放熱器６とインバータ装置１のケースは通常アース電位点７に接地される。また、インバータモジュール５はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）８等の電力用スイッチングデバイスと、これに逆並列接続されたＦＷＤ（フリーホイールダイオード）９の６回路で構成されている。インバータ装置１の出力にはモータ１０などの負荷が接続される。
【０００３】
一般に、インバータ装置１と交流電源２やモータ１０との配線には、ケーブルから発生する放射ノイズを防止する目的から、アース線を含む４線式のケーブルや、さらにはシールド線（１１，１２）などが適用され、これらアース線やシールド線は上記と同様アース電位７に接地される。
また、入力電源の各線とアース間を接続しているコンデンサ１３〜１６は接地コンデンサと呼ばれ、インバータモジュール５の対地間浮遊容量１７（Ｃ１７）や、モータ１０の対地間浮遊容量１８（Ｃ１８）の充放電電流であるアースを介するコモンモード電流を、これらのコンデンサ１３〜１６でバイパスさせ（一点鎖線の電流経路Ｌ参照）、電源側に流さないことを目的に接続されている。
【０００４】
ノイズを低減するためのものではないが、コンバータユニットとインバータユニットとを互いに分離したインバータ装置は、例えば特許文献１に示されている。
【特許文献１】特開平１１−２８５２７４号公報（第４頁、図１，２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、電力変換装置を製品化する場合、ＣＩＳＰＲ（国際無線障害特別委員会）規約などに規定されている雑音電界強度（放射ノイズ）をある規格値以内に抑える必要がある。その規格範囲は、３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚである。
一般にＩＧＢＴやＦＷＤは、高ｄｖ／ｄｔによるスイッチングが行なわれる。その際、図３におけるインバータモジュール５の対地間浮遊容量Ｃ１７はＵ電位が変動するため充放電現象が起こり、これにより電流が流れる。その電流経路は多々存在するが、代表的な経路は図４に一点鎖線で示す電流経路Ｌである。経路Ｌを流れる電流は、モジュール５内のＩＧＢＴチップ（またはＦＷＤチップ）から接地コンデンサ１３〜１６間（図４にはＣ１４とＣ１６の直列回路のみ記載）までの、放熱器６を介するコモンモード電流となる。
【０００６】
このとき、経路Ｌに流れる電流の波形は、その経路の配線抵抗値（図示していないが
≒０Ω）と各配線インダクタンス値の和（Ｌｔ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）および浮遊容量Ｃ１７によって決まり（通常Ｃ１７≪Ｃ１３〜Ｃ１６であるため）、その電流波形のスペクトルはＣ１７の容量と配線インダクタンス値の和（Ｌｔ）とで決まる共振周波数（ｆｒ＝１／（２π√（Ｌｔ・Ｃ））でピークとなる。この電流が放射ノイズ源となり、空間に電磁波が放射される。
【０００７】
このときの或る空間距離地点（ｒ）での電界の最大値は、次の（１）式のように求められる。
Ｅpeak＝１．３２・１０-14・ｆ2・ｉ・Ｓ／ｒ            …（１）
ｉ＝Ｖ／Ｚ                                          …（２）
Ｅpeak：電界のピーク値
ｆ    ：周波数
ｉ    ：電流
Ｓ    ：図４の電流経路Ｌの空間的な面積
ｒ    ：ノイズ源からの距離
Ｖ    ：図４の容量Ｃ（Ｃ１７）に印加される電圧
Ｚ    ：図４の電流経路Ｌのインピーダンス
【０００８】
図５に、ＬＣＲのインピーダンス特性を示す。
図示のように、周波数ｆｒでインピーダンスが最小になるため、上記（２）式より電流ｉが最大となる。一般に、インバータに適用するインバータモジュールの場合、電流経路Ｌの共振周波数ｆｒは３０ＭＨｚ付近になることが多く、そのため上記規格値をオーバするケースが多い。また、その周波数での電界強度も一般機器に比べて高いため、インバータの周辺機器が誤動作するという問題が発生する場合がある。
【０００９】
上記の問題に対しては上記（１），（２）式の電流ｉを減らすことが有効で、具体的にはＩＧＢＴやＦＷＤのスイッチング時のｄｖ／ｄｔを緩やかにする対策（（２）式の電圧Ｖを減らすことと等価）が施されるが、そのトレードオフとしてスイッチング損失が増加するため、放熱器の大型化や素子定格をアップさせるなどの対策が必要となり、装置のコストアップや大型化という問題が生じる。
したがって、この発明の課題は、電力変換装置でコモンモード電流に起因する放射ノイズを低減し、装置の小形，低コスト化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題を解決するために、請求項１の発明では、交流を直流に変換する第１の変換器と、その変換された直流を別の直流または交流に変換する第２の変換器とを備えた電力変換装置において、
前記第１の変換器を構成する電力用半導体モジュールを冷却するための第１の放熱器と、前記第２の変換器を構成する電力用半導体モジュールを冷却するための第２の放熱器とをそれぞれ個別に設け、これら第１，第２放熱器間を抵抗，リアクトルを含むインピーダンス素子またはインピーダンス値が通常の銅線，アルミ線と比較して十分に大きな配線材で接続することを特徴とする。
【００１１】
上記請求項１の発明においては、前記第１の放熱器の電位をアース基準電位とすることができる（請求項２の発明）。
また、この請求項２の発明においては、前記電力変換装置へ配線する電源側からのケーブルおよび負荷側からのケーブルのアース線またはシールドを、前記第１の放熱器または第１の放熱器とほぼ同等電位となる箇所に接続すること（請求項３の発明）、または、前記電力変換装置内で、アース基準電位と主回路電位間に接続されている接地用コンデンサのアース側端子を、前記第１の放熱器または第１の放熱器とほぼ同等電位となる箇所に接続することができる（請求項４の発明）。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、従来高い放射ノイズレベルとなっていた３０ＭＨｚ付近のものについて、放射ノイズ源となる電流のピーク値を電流経路内に設けられたインピーダンスによって減少させるようにしたので、３０ＭＨｚ付近の放射ノイズスペクトルの波高値が低減する。
その結果、外部機器への動作障害が減るとともに、雑音電界強度規格（放射ノイズ規格）に容易に適合させることが可能となり、ノイズ対策費を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
図示のように、第１の変換器であるであるダイオード整流器モジュール３用の放熱器６ａと、第２の変換器であるであるインバータモジュール３用の放熱器６ｂと、インバータ装置１のケースとを電気的に絶縁するとともに、上記放熱器６ａと６ｂとを、抵抗またはリアクトルなどのインピーダンス値が通常の電線に比べて十分に高い、鉄などの配線材（インピーダンス素子）２０により接続した点が特徴である。
【００１４】
図２はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
これは、図１に示すものに対し、（１）装置１のケースを含めてアース基準電位点７を放熱器６ａ側とする。（２）符号２１，２２で示す、入力ケーブル１１や出力ケーブル１２のアースの接続位置を同様に放熱器６ａ側とする。（３）符号２３で示す、接地コンデンサ１３〜１６のアース側端子も同様に放熱器６ａ側に接続する。
【００１５】
上記（１）〜（３）はその少なくとも１つを実施するだけでも良く、全部実施するようにしても良い。
以上のようにすることで、インバータモジュール３の対地間浮遊容量１７を充放電する電流経路Ｌは、全てインピーダンス素子２０を通ることになるため、電流の波高値が図３の従来例の場合よりも下がり、その結果、放射ノイズも低減することになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図
【図２】この発明の第２の実施の形態を示す構成図
【図３】一般的なインバータ装置例を示す構成図
【図４】図３の浮遊容量放電電流経路図
【図５】ＬＣＲのインピーダンス特性を示す特性図
【符号の説明】
【００１７】
１…インバータ装置、２…商用交流電源、３…ダイオード整流器モジュール（第１の変換器）、４…電解コンデンサ、５…インバータモジュール（第２の変換器）、６，６ａ，６ｂ…放熱器、７…アース（基準）電位点、８…ＩＧＢＴ、９…ＦＷＤダイオード、１０…負荷（モータ）、１１，１２…シールド線、１３〜１６…接地コンデンサ、１７，１８…浮遊容量、２０…配線材（インピーダンス素子）、２１，２２，２３…アース接続位置、Ｌ…電流経路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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