(57)【要約】【課題】供試体から発生する電磁波を簡易に計測して表示させる。【解決手段】スイッチング素子を有する昇圧コンバータの供試体１５と、供試体１５からの距離が同等であり、それぞれ異なる位置に配置される複数のアンテナを含むアンテナ部１１と、スイッチング素子のスイッチング周波数に応じてアンテナの受信周波数を調整する周波数調整部１６１と、供試体１５の稼働時にアンテナにより受信される電磁波に対応する値をそれぞれ計測する計測部１６２と、計測された値に基づいて、供試体１５の周辺に発生する電磁波の状況を表示装置１７に表示させる解析表示部１６３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を有する電力変換装置の供試体と、
前記供試体からの距離が同等であり、それぞれ異なる位置に配置される複数のアンテナと、
前記スイッチング素子のスイッチング周波数に応じて前記アンテナの受信周波数を調整する周波数調整部と、
前記スイッチング素子によるスイッチング動作時に前記アンテナにより受信される電磁波に対応する値をそれぞれ計測する計測部と、
前記計測された値に基づいて、前記供試体の周辺に発生する電磁波の状況を表示装置に表示させる表示部と、
を備えることを特徴とする電磁波計測システム。
【請求項２】
前記表示部は、前記電磁波の状況として、前記アンテナにおける前記電磁波の大きさを示す指標を、前記供試体の位置を原点とする三次元座標上にそれぞれ表示させる、ことを特徴とする請求項１記載の電磁波計測システム。
【請求項３】
前記指標は、前記電磁波の大きさに応じて異なる色または模様が付された前記アンテナをそれぞれ示す指標である、ことを特徴とする請求項２記載の電磁波計測システム。
【請求項４】
前記指標は、前記アンテナにおける前記電磁波の大きさをそれぞれ示すベクトルである、ことを特徴とする請求項２記載の電磁波計測システム。
【請求項５】
前記表示部は、前記電磁波の状況として、全ての前記アンテナにおけるそれぞれの前記電磁波の大きさを累計した値を表示させる、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁波計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を搭載する燃料電池車両では軽量化が要求されており、この要求に応えるために、例えば燃料電池のセル枚数を減らすことが試行されている。燃料電池のセル枚数を減らすと、燃料電池の発電電圧が低下するため、発電電圧を昇圧させる昇圧コンバータは、燃料電池車両にとって必須のユニットとなる。
【０００３】
ところが、昇圧コンバータは、スイッチング素子を動作させて入力電圧を昇圧するため、昇圧時のスイッチング動作により電磁波（ノイズ）が発生する。燃料電池車両には、ＥＣＵ（electronic control unit）等の重要な電子機器が搭載されており、これらの電子機器が電磁波の影響を受けて正常に動作できなくなる事態は避けなければならない。したがって、電磁波が電子機器に異常を来たすことが無いように、市場投入前に、電磁波の対策効果を十分に検証する必要がある。具体的には、昇圧コンバータの供試体を準備し、この供試体から発生する電磁波を計測し、この計測値に基づいて電磁波の対策効果を検証する。
【０００４】
下記特許文献１には、電磁波を計測する装置として、電磁波センサを三次元に順次移動させてＸＹＺ方向の電磁波を計測する電磁波測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３４６８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の電磁波測定装置では、電磁波センサを三次元に順次移動させながら電磁波を計測しているため、構成が複雑になるとともに、計測結果を解析するのに時間を要してしまう。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、供試体から発生する電磁波を簡易に計測して表示させることができる電磁波計測システム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】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明に係る電磁波計測システムは、スイッチング素子を有する電力変換装置の供試体と、前記供試体からの距離が同等であり、それぞれ異なる位置に配置される複数のアンテナと、前記スイッチング素子のスイッチング周波数に応じて前記アンテナの受信周波数を調整する周波数調整部と、前記スイッチング素子によるスイッチング動作時に前記アンテナにより受信される電磁波に対応する値をそれぞれ計測する計測部と、前記計測された値に基づいて、前記供試体の周辺に発生する電磁波の状況を表示装置に表示させる表示部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、スイッチング動作時に供試体から発生する電磁波を、供試体の周辺に配置した複数のアンテナで受信させることができ、受信した電磁波に対応する値に基づいて、供試体の周辺に発生する電磁波の状況を表示させることができる。
【００１０】
上記電磁波計測システムにおいて、上記表示部は、前記電磁波の状況として、前記アンテナにおける前記電磁波の大きさを示す指標を、前記供試体の位置を原点とする三次元座標上にそれぞれ表示させることとしてもよい。
【００１１】
このようにすることで、三次元座標上に表示される指標を観ることで、スイッチング動作時に供試体の周辺に発生する電磁波の大きさおよび向きを容易に把握することが可能となる。
【００１２】
上記電磁波計測システムにおいて、上記指標は、前記電磁波の大きさに応じて異なる色または模様が付された前記アンテナをそれぞれ示す指標であってもよいし、前記アンテナにおける前記電磁波の大きさをそれぞれ示すベクトルであってもよい。
【００１３】
上記電磁波計測システムにおいて、上記表示部は、前記電磁波の状況として、全ての前記アンテナにおけるそれぞれの前記電磁波の大きさを累計した値を表示させることとしてもよい。
【００１４】
このようにすることで、供試体から発生する電磁波の総量を表示させることができるため、例えば設計変更の前後における電磁波の総量を容易に比較することができ、電磁波の対策効果を客観的に評価することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、供試体から発生する電磁波を簡易に計測して表示させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態における電磁波計測システムの構成を模式的に例示する図である。
【図２】図１に示す供試体とアンテナ部との配置関係を例示する図である。
【図３】図２に示す各アンテナの構造を例示する図である。
【図４】電磁波分布表示モード時の表示画面を例示する図である。
【図５】電磁波ベクトル表示モード時の表示画面を例示する図である。
【図６】総電磁波表示モード時の表示画面を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電磁波計測システムの好適な実施形態について説明する。本実施形態では、電磁波計測システムを、燃料電池車両（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）に搭載される昇圧コンバータの電磁波を計測するシステムとして説明する。上述したように、昇圧コンバータは、昇圧時のスイッチング動作によって電磁波を発生するため、市場に投入する前に、その供試体を用いて電磁波の対策効果を十分に検証する必要がある。以下においては、本実施形態における電磁波計測システムを、昇圧コンバータの供試体から発生する電磁波を検証するシステムとして説明する。
【００１８】
なお、電磁波の計測対象となる供試体は、昇圧コンバータの供試体であることには限定されない。例えばＩＧＢＴ（Insulated gate bipolar transistor）等のスイッチング素子を有する電力変換装置の供試体を用いることができる。
【００１９】
最初に、図１を参照して、本実施形態における電磁波計測システムの構成について説明する。
【００２０】
図１に示すように、電磁波計測システム１は、アンテナ部１１と、電力供給装置１２と、負荷装置１３と、昇圧制御装置１４と、昇圧コンバータの供試体１５と、電磁波計測装置１６と、表示装置１７と、昇圧条件設定装置１８と、を有する。
【００２１】
供試体１５は、燃料電池車両に搭載される昇圧コンバータの供試体である。供試体１５は、ＩＧＢＴ（スイッチング素子）をスイッチング動作させて、電力供給装置１２から付与される電圧を昇圧して負荷装置１３に出力する。
【００２２】
アンテナ部１１は、図２に示すような球状筐体Ｒの球面に貼り付けられる複数のアンテナＡを有する。球状筐体Ｒの内部には、架台Ｓに載せられた供試体１５が配置される。供試体１５は、その重心が球状筐体Ｒの中心点に位置するように配置される。これにより、供試体１５の重心と各アンテナＡとの間の距離はそれぞれ同等となる。なお、球状筐体Ｒの中心点に位置させるのは、供試体１５の重心には限定されない。例えば供試体１５の中心点を球状筐体Ｒの中心点に位置させることとしてもよい。
【００２３】
図３に示すように、アンテナＡは、例えば導線を渦巻き状に巻いて形成する。アンテナＡの端子Ｔ１、Ｔ２には、可変コンデンサＣとダイオードＤとを含む回路が接続される。アンテナＡの受信周波数は、可変コンデンサＣの静電容量を変化させることで変更する。これは、ラジオで受信周波数を選曲する際の周知の原理を採用することで実現できる。アンテナＡで電磁波を受信すると、電磁誘導によりアンテナＡの端子Ｔ１、Ｔ２間に電位差が生じ、この電位差を電磁波計測装置１６で計測する。
【００２４】
アンテナＡを球状筐体Ｒの球面全体に隙間なく貼り付けることで、供試体１５がどのような電磁波を発生させるのかを、きめ細かく調べることが可能となる。一方、供試体１５から発生する電磁波のうち、特定方向の電磁波のみを観察する場合には、その方向にのみアンテナＡを貼り付けることとしてもよい。球状筐体Ｒは、例えばプラスチック等の電磁波を反射しない部材を用いて製作する。
【００２５】
図１に示す電力供給装置１２は、供試体１５に電力を供給する装置であり、燃料電池車両の燃料電池の発電状態を模擬する装置である。電力供給装置１２は、燃料電池の出力電流に対する出力電圧を設定したＩＶ特性マップにしたがって供試体１５に電力を供給する。具体的に、電力供給装置１２は、供試体１５が昇圧するのに要する電流に対する電圧（電力）を供試体１５に付与する。
【００２６】
負荷装置１３は、供試体１５から出力される電力を吸収する回生式電子負荷装置であり、燃料電池車両のトラクションモータ等の電力消費装置を模擬する装置である。負荷装置１３は、例えば、入力された電力を一次ユーティリティに回生することで、電力を吸収する。なお、負荷装置１３は、入力された電力を抵抗（熱）で消費することにより、電力を吸収することとしてもよい。
【００２７】
昇圧条件設定装置１８は、供試体１５で昇圧する際のデューティ比とスイッチング周波数とを昇圧制御装置１４に設定する。設定するスイッチング周波数は、ＩＧＢＴのスイッチング周波数そのものであることには限定されず、例えばＩＧＢＴのスイッチング周波数の整数倍にあたる周波数を併せて設定することもできる。
【００２８】
昇圧制御装置１４は、供試体１５を制御するＥＣＵである。昇圧制御装置１４は、昇圧条件設定装置１８により設定されたデューティ比およびスイッチング周波数にしたがって、供試体１５の昇圧動作を制御する。
【００２９】
電磁波計測装置１６は、各アンテナＡで受信された電磁波に対応する電圧値を計測し、計測した電圧値に基づいて電磁波の発生状況を解析し、その解析結果を表示装置１７に表示させるデータロガーである。
【００３０】
電磁波計測装置１６は、例えば、周波数調整部１６１と、計測部１６２と、解析表示部１６３と、を有する。
【００３１】
周波数調整部１６１は、昇圧条件設定装置１８により設定されたスイッチング周波数に応じてアンテナＡの受信周波数を調整する。具体的に、周波数調整部１６１は、スイッチング周波数を用いて可変コンデンサＣの静電容量を算出し、算出した静電容量を用いて可変コンデンサＣのボリューム変化量を算出する。そして、周波数調整部１６１は、算出したボリューム変化量にしたがってボリュームを制御する。なお、周波数に対するボリュームの変化量を算出する方法は、ラジオの選曲時に用いられる周知の方法を採用することができる。
【００３２】
ここで、周波数を変更するしくみとして、例えば、可変コンデンサＣのボリュームをステッピングモータに接続し、算出したボリュームの変化量に応じて、デジタルＩ／Ｏでステッピングモータを制御する構成を採用することができる。
【００３３】
計測部１６２は、供試体１５の稼働時に各アンテナＡの端子Ｔ１、Ｔ２間に生ずる電位差を、各アンテナＡにより受信される電磁波に対応する電圧値として、それぞれ計測する。計測した電圧値はメモリに記憶させる。計測時間は任意に設定することができる。
【００３４】
解析表示部１６３は、計測された電圧値に基づいて、供試体１５の周辺に発生する電磁波の大きさおよび方向を解析し、解析結果である電磁波の大きさおよび方向を表示装置１７に表示させる。電磁波の大きさおよび方向は、供試体１５の重心位置を原点とする三次元座標上に模式的に表示させる。
【００３５】
三次元座標上に表示させるモードとして、例えば、以下の三つの表示モードがある。（１）電磁波分布表示モード、（２）電磁波ベクトル表示モード、（３）総電磁波表示モード。以下に、（１）〜（３）の各表示モードについて順に説明する。
【００３６】
（１）電磁波分布表示モードについて
図４に示すように、電磁波分布表示モードは、三次元座標上に描画される各アンテナＡ部分の色を、電圧値（電磁波）の大きさに応じて設定された色で表示するモードである。なお、電圧値の大きさに応じて設定するのは、アンテナＡ部分の色に限定されず、例えば、アンテナＡ部分の模様であってもよい。
【００３７】
具体的には、例えば、計測された電圧値が、０．５Ｖ以上の場合には黒色表示Ａ１にし、０．２５Ｖ以上０．５Ｖ未満の場合には濃灰色表示Ａ２にし、０．２５Ｖ未満の場合には薄灰色表示Ａ３にする。また、電磁波が計測されなかったアンテナＡについては白色表示Ａ４のままにする。
【００３８】
電磁波の分布表示は、例えば、計測時の周波数ごとや指定した周波数領域ごとに表示させることができる。
【００３９】
（２）電磁波ベクトル表示モードについて
図５に示すように、電磁波ベクトル表示モードは、計測時の周波数における各アンテナＡでの電磁波ベクトルＥＶを、三次元座標上に描画して表示するモードである。電磁波ベクトルＥＶは、例えば、以下の手順で算出することができる。
【００４０】
手順１：三次元座標の原点に対する対象アンテナＡの位置ベクトルＰＶを三次元座標上に描画する。
【００４１】
手順２：計測時の周波数における対象アンテナＡの電圧値と、位置ベクトルＰＶとを積算して電磁波ベクトルＥＶを算出する。そして、算出した電磁波ベクトルＥＶを三次元座標上に描画する。この場合、電磁波ベクトルＥＶの向きは、上記手順１の位置ベクトルＰＶと同一の方向になり、電磁波ベクトルＥＶの長さ（大きさ）は、対象アンテナＡの電圧値（電磁波の大きさ）に比例して長くなる。
【００４２】
手順３：上記手順１および手順２の各処理を、各アンテナＡに対して順次行う。
【００４３】
これにより、計測時の周波数で供試体１５を稼働させた場合に、供試体１５を中心にして、どの方向にどれ位の大きさの電磁波が発生するのかを一目で把握することが可能となる。
【００４４】
なお、上記手順１〜手順３の各処理を、全ての周波数または周波数領域に対して繰り返し行うこととしてもよい。この場合には、周波数ごとに電磁波ベクトルＥＶの線種や色を変えて区別することが好ましい。
【００４５】
また、供試体１５の設計変更前の解析結果と設計変更後の解析結果とに基づいて、設計変更の前後におけるそれぞれの電磁波ベクトルＥＶを、異なる線種や色で描画して表示させることとしてもよい。
【００４６】
（３）総電磁波表示モードについて
図６に示すように、総電磁波表示モードは、（２）電磁波ベクトル表示モードで表示可能な全ての電磁波ベクトルＥＶを三次元座標上に描画するとともに、設計変更の前後における供試体１５全体の電磁波の大きさを表示するモードである。供試体１５全体の電磁波の大きさは、三次元座標上のベクトル表示と区別できる状態で表示する。図６では、三次元座標の下に表形式で表示されている。
【００４７】
なお、図６に示す三次元座標上の電磁波ベクトルＥＶは、図を見易くするために、一部の電磁波ベクトルＥＶのみを抜粋して表示させている。また、電磁波ベクトルＥＶごとに表示させている周波数、デューティ比および電磁波の大きさ等の情報は、常時表示させることとしてもよいが、例えば、ポインタ等で選択指示した電磁波ベクトルＥＶの情報のみを表示させることとしてもよい。これにより、表示する電磁波ベクトルＥＶの数が多い場合に、表示が見難くなることを軽減することができる。
【００４８】
供試体１５全体の電磁波の大きさは、例えば、各センサの電磁波の大きさの絶対値を、全センサ分累計することで算出できる。具体的には、以下のように算出する。
【００４９】
各アンテナＡの計測値（電圧値）をａ（Ｖ）とし、各アンテナＡの表面積をｂ（ｍ2）とし、各アンテナＡの巻数をｎ（回）とし、各アンテナＡにおける磁束をφとすると、電磁誘導の法則から下記（１）式が成立する。
ａ＝｜ｎ×（ｄφ／ｄｔ）｜  …  （１）
【００５０】
上記（１）式から、各アンテナＡにおける磁束の変化量（単位：ウェーバ[Ｗｂ]）は、下記（２）式のように表せる。
ｄφ／ｄｔ＝｜ａ／ｎ｜  …  （２）
【００５１】
上記（２）式から、各アンテナＡにおける電磁波の大きさ（単位：ガウス[Ｇ]）は、下記（３）式のように表せる。
電磁波の大きさ＝｜（ａ×１０4）／（ｎ×ｂ）｜  …  （３）
【００５２】
上記（３）式で表される電磁波の大きさを全てのアンテナＡについてそれぞれ算出し、算出した各電磁波の大きさを累計することで、供試体１５全体の電磁波の大きさ（単位：ガウス[Ｇ]）を算出することができる。
【００５３】
上述してきたように、実施形態における電磁波計測システム１によれば、スイッチング動作時に供試体１５から発生する電磁波を、供試体１５の周辺に配置した複数のアンテナＡで受信させることができ、受信した電磁波に対応する電圧値に基づいて、供試体１５の周辺に発生する電磁波の状況を表示させることができる。
【００５４】
具体的に、例えば、電磁波分布表示モードや電磁波ベクトル表示モードでは、各アンテナＡにおける電磁波の大きさを示す指標（色付きアンテナや電磁波ベクトル）を、供試体１５の位置を原点とする三次元座標上にそれぞれ表示させることができるため、三次元座標上に表示される指標を観ることで、スイッチング動作時に供試体の周辺に発生する電磁波の大きさおよび向きを容易に把握することが可能となる。
【００５５】
また、例えば、総電磁波表示モードでは、全てのアンテナＡにおけるそれぞれの電磁波の大きさを累計した値（供試体１５から発生する電磁波の総量）を表示させることができるため、例えば供試体１５の設計変更の前後における電磁波の総量を容易に比較することができ、電磁波の対策効果を客観的に評価することが可能となる。
【００５６】
このように、実施形態における電磁波計測システム１によれば、供試体１５から発生する電磁波を簡易に計測して表示させることが可能となる。
【００５７】
なお、上述した実施形態では、三次元座標上に表示させるモードとして三つの表示モードを例示しているが、表示モードは、これに限定されない。例えば、三つのモードで表示される内容を適宜組み合わせることとしてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…電磁波計測システム、１１…アンテナ部、１２…電力供給装置、１３…負荷装置、１４…昇圧制御装置、１５…供試体、１６…電磁波計測装置、１７…表示装置、１８…昇圧条件設定装置、１６１…周波数調整部、１６２…計測部、１６３…解析表示部、Ａ…アンテナ、Ｃ…可変コンデンサ、Ｄ…ダイオード、Ｒ…球状筐体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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