(57)【要約】【課題】コモンモード電流が流れるループの面積をできるだけ小さくし、放射ノイズや外部装置への影響を低減する。【解決手段】整流器モジュール３とコンデンサ４との間の配線１６，１７をラミネートブスバーまたは撚り線などで並行して近接させるとともに、接地電極または接地線１８をラミネート構造または撚り線で並行に近接配置することで、配線１６，１７およびアース線１８にて形成される面積を可能な限り小さくし、このループをアンテナとして放射するノイズの低減を図る。その結果、高価なシールド材が不要となるので、装置全体を小型，安価にすることが可能となる。マトリックスコンバータへの適用例もある。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチから構成され交流を直流に変換する整流器を含む電力変換器スタックにおいて、
ラミネート構造または撚り線で並行に近接配置した、直流電源の正極電極と整流器半導体スイッチの接続導体および直流電源の負極電極と整流器半導体スイッチの接続導体に、少なくとも１つの接地電極または接地線をラミネート構造または撚り線で並行に近接配置したことを特徴とする電力変換器スタック構造。
【請求項２】
交流電圧源から半導体スイッチを用いて電圧や周波数の異なる交流電圧または直流電圧に変換する電力変換器スタックにおいて、
前記半導体スイッチの入力端子または出力端子の少なくとも一方に接続する接続導体に、少なくとも１つの接地電極または接地線をラミネート構造または撚り線で並行に近接配置したことを特徴とする電力変換器スタック構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流電圧から直流電圧に変換する整流器回路等を含む電力変換器スタック構造、特に電磁ノイズの発生を低減し得る電力変換器スタック構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に、モータの可変速駆動などに用いる、ごく一般的な交流電源入力形のインバータの主回路図を示す。１が商用の交流電源、２がコモンモ−ドノイズ低減用接地コンデンサで、一方をアース電位に接続している。３が交流から直流に変換するダイオード整流器モジュール、４が大容量のコンデンサ、５がモータなどの負荷、６が電力用半導体で構成され直流から交流に変換するインバータモジュールである。その中の符号７はＩＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ）、符号８は逆並列に接続されているダイオードであり、これらが６回路で構成されている。
【０００３】
また、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６は通常、冷却するためにヒートシンク９の上に設置し（例えば、非特許文献１参照）、さらにヒートシンク９は安全のためアース電位に接続する。また、ＩＧＢＴ７のスイッチング時に発生するサージ電圧を抑制するために、図４のようにコンデンサ４とインバータモジュール６間の配線１０および１１は、低インピーダンス化を図るために最短配線やラミネート構造などで並行に近接配置することを、出願人は先に特願２００２−２４８００８号として提案しており、さらには図４のように、低放射ノイズ化のためにアース電極１２を含めてラミネート化することも考えられる。
【０００４】
図３，図４の構成で、実際にＩＧＢＴ７がスイッチングした場合について図５を参照して説明すると、点Ｓと対地間との浮遊容量（図５ではコンデンサ１４として示す）の充放電電流が、接地コンデンサ２を介してコモンモード電流として図示の経路１５で流れる。この経路１５を流れるコモンモード電流は通常高周波であるため、この電流が流れることによって経路１５がループアンテナとなり、不要電磁波として放射し、他の装置を誤動作させたりするおそれのあることが確かめられている。
【０００５】
一般的に、ループアンテナから放射される電磁波の強さは、次の（１）式で示すようにループアンテナの面積に比例するため、経路１５のループ面積が大きいほど不要電磁波も強くなる。
電磁波（電界）＝（１．３２×１０−１４×ｆ２×Ｓ×ｉ）／ｒ    …（１）
ここに、Ｓ：ループアンテナ面積、ｉ：コモンモード電流、ｆ：周波数、ｒ：ノイズ源からの距離を示す。
ループアンテナ面積を減らすため、図４でも説明したようにコンデンサ４とインバータモジュール６の間を、最短配線やラミネート化などにより対応しているが、コンデンサ４とダイオード整流器モジュール３との間については、このような対策を全く実施していないのが現状で、このため不要電磁波が大きくなりこれを遮蔽するため装置を高価なシールド材で覆うなどの対策を必要としている。
【０００６】
これまでは主としてインバータ装置について説明したが、以上のことは図６に示すようなマトリックスコンバータと呼ばれる電力変換器の場合にも、同様にあてはめることができる。なお、マトリックスコンバータの構成，動作等は例えば非特許文献２を始めとして良く知られているが、簡単に説明する。
マトリックスコンバータは例えば図６のように、入力電流の高調波成分を除去するための高調波フィルタＦ、コモンモードノイズを低減するための接地コンデンサ２、半導体双方向スイッチ９個より構成（図６の場合、半導体双方向スイッチ３個を１組とするモジュールＳＷ１〜ＳＷ３より構成）され、３相入力電圧を電圧，周波数の異なる３相交流電圧に変換して、電動機５を駆動するものである。なお、符号１は３相交流電源、９はヒートシンク、Ｃ１〜Ｃ３は浮遊容量をそれぞれ示す。
【０００７】
図７に、図６の双方向スイッチモジュールＳＷ２の、スタック構造例を示す。他のモジュールＳＷ１，ＳＷ３のスタック構造も同様である。図７のＬ１，Ｌ２，Ｌ３はそれぞれ双方向スイッチモジュールＳＷ２の入力端子に接続される導体または配線、また、Ｌ４は同じく出力端子に接続される導体または配線をそれぞれ示す。
同図において、双方向スイッチモジュールＳＷ２を構成する３個の双方向スイッチは、それぞれ交互にオン，オフするが、モジュールＳＷ２の出力端子の電位は、各スイッチがオンすることで接続される入力電源の電位にほぼ等しくなる。これにより、モジュールＳＷ２の出力端子と大地間に存在する浮遊容量（コンデンサＣ２）を充放電する電流が、コモンモード電流として図示の点線１５ｂの経路で流れることになる。
【０００８】
【非特許文献１】
「電力変換器内部の冷却器とパワーデバイスの配置」東芝技術公開集，株式会社  東芝  ，２０００年１２月２１日，ｐ．５１〜５２
【非特許文献２】
リー  エンプリンハム，パトリック  ホイーラ，ジョン  クレア「アマトリックス  コンバータ  インダクション  モータ  ドライブ  ユージングインテリジェント  ゲート  ドライブ  レベル  カレント  コミュテーションテクニクス」２０００  アイ  イー  イー  イー  インダストリ  アプリケーションズ  ミーティングス，ｖｏｌ．３，ｐｐ．１９３６−１９４１，２０００（Ｌｅｅ  Ｅｍｐｒｉｎｇｈａｍ，Ｐａｔｒｉｃｋ  Ｗｈｅｅｌｅｒ，Ｊｏｎ  Ｃｌａｒｅ「Ａ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｍｏｔｏｒ  Ｄｒｉｖｅ  ｕｓｉｎｇ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｇａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ  Ｌｅｖｅｌ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｅｓ」２０００  ＩＥＥＥ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｍｅｅｔｉｇｓ，ｖｏｌ．３，ｐｐ．１９３６−１９４１，２０００）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、この発明の課題は、コモンモード電流が流れるループ面積をより小さくして不要電磁波を小さくし、外部装置への影響低減や放射ノイズを低減させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、半導体スイッチから構成され交流を直流に変換する整流器を含む電力変換器スタックにおいて、
ラミネート構造または撚り線で並行に近接配置した、直流電源の正極電極と整流器半導体スイッチの接続導体および直流電源の負極電極と整流器半導体スイッチの接続導体に、少なくとも１つの接地電極または接地線をラミネート構造または撚り線で並行に近接配置したことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明では、交流電圧源から半導体スイッチを用いて電圧や周波数の異なる交流電圧または直流電圧に変換する電力変換器スタックにおいて、
前記半導体スイッチの入力端子または出力端子の少なくとも一方に接続する接続導体に、少なくとも１つの接地電極または接地線をラミネート構造または撚り線で並行に近接配置したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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。
これは、整流器モジュール３とコンデンサ４間の配線１６，１７およびアース電極１８をラミネートブスバーなどで並行して近接させる構造とした例で、ラミネートブスバーを用いる場合は、その順番は特にこだわらない。つまり、ここでは直流電源の正極，第１のアース電極，直流電源の負極，第２のアース電極の順にラミネートしているが、この順番に限らないものである。また、電線で配線する場合は、配線１６，１７およびアース線に撚り線を用いることで、配線１６，１７およびアース線で形成される面積を極小にする。その他は、図２と同様である。
図１では、整流器モジュールとしてダイオードのみとしているが、この発明はＩＧＢＴなどのスイッチング素子が入っている場合にも適用することができる。
【００１３】
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。
図７との相違点は、導体Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に接地電極１８ａを、また、導体Ｌ４には接地電極１８ｂをそれぞれ近接配置し、導体Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と接地電極１８ａとで形成される面積を最小にし、かつ、導体Ｌ４と接地電極１８ｂとで形成される面積を最小にするものである。
【００１４】
近接配置するための手段としては図１と同様、導体に電線を用いる場合には電線として撚り線を用い、また、導体にブスバー等を用いる場合にはラミネート構造とする。また、図２ではスイッチ素子の入力端，出力端とも面積を最小にしたが、いずれか一方のみでも良い。
以上のようにすることで、コモンモード電流は１５ａの経路で流れ、コモンモード電流が流れる経路で形成されるループ面積を従来よりも小さくすることができる。
【００１５】
【発明の効果】
この発明によれば、コモンモード電流が流れるループ面積を十分に小さくすることで、不要電磁波を小さくできるため、外部装置への影響低減や放射ノイズを低減させるべく高価なシールド材を使用しなくても済む結果、装置を小型，安価にできるという利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【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】
ごく一般的なインバータ主回路図
【図４】
インバータ部のスタック構造例図
【図５】
図２，図３の場合のＩＧＢＴスイッチング時の充放電電流経路の説明図
【図６】
マトリックスコンバータの従来例を示す回路図
【図７】
図６の双方向スイッチモジュールのスタック構造例図
【符号の説明】
１…交流電源、２…接地コンデンサ、３…ダイオード整流器モジュール、４…大容量コンデンサ、５…負荷（モータ）、６…インバータモジュール、７…ＩＧＢＴ（絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ）、８…ダイオード、９…ヒートシンク、１０，１１，１６，１７，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…配線、１２，１８，１８ａ，１８ｂ…アース電極、１３…点、１４，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…コンデンサ、１５，１５ａ，１５ｂ…経路、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３…双方向スイッチモジュール。
【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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【図６】
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【図７】
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