JP2013219919A - ノイズ低減フィルタおよびそれを用いた電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズ源の近傍で発生する放射ノイズを効果的に抑制すること。
【解決手段】Ｐ導体２３と、モジュール２１を搭載するアース導体２５の延設部との間に絶縁体２６ａを挟んで形成されるＹコンデンサ２８ａと、アース導体２５の延設部を基準にＰ導体２３の反対側に配置され、Ｎ導体２４とアース導体２５の延設部との間に絶縁体２６ｂを挟んで形成されるＹコンデンサ２８ｂと、をフィルタ回路要素として構成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ノイズ低減フィルタおよび、それを用いた電力変換装置に関する。

従来、電力変換手段から発生するノイズを低減する技術を開示した文献として、例えば下記特許文献１などがある。この特許文献１では、バッテリから電力変換手段に直流電力を供給する電力配線として、幅広形状を有し厚み方向に所定間隔で対向する複数の導体と、導体間に静電容量を発生させるよう少なくとも導体間に介在する誘電体とを有する電力配線の構造を開示している。

特開平０５−２３６６１１号公報

しかしながら、上記従来文献で想定されている電力配線は、電源ケーブルである。電力変換装置の場合、電源ケーブルは、整流回路などの交流直流変換回路（以下「コンバータ回路」と称する）に接続されるケーブルである。また、電力変換装置では、ノイズ源であるスイッチング素子を搭載する直流交流変換回路（以下「インバータ回路」と称する）と電源ケーブルとの間には、コンバータ回路、直流電力を蓄積する平滑回路、コンバータ回路と平滑回路を電気的に接続する直流母線などが介在している。このため、従来技術では、ノイズ源の近傍で発生する放射ノイズを効果的に抑制することができないという問題があった。

また、従来技術は、電源ケーブルの一方と他方との間に生ずる静電容量（いわゆる「Ｘコンデンサ」）の特性を利用する技術である。Ｘコンデンサは、ノーマルモードのノイズに対しては効果的であるが、放射ノイズとして支配的なコモンモードに対しては効果的ではない。つまり、従来技術では、コモンモードノイズを効果的に抑制することができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ノイズ源の近傍で発生する放射ノイズを効果的に抑制すると共に、放射ノイズとして支配的なコモンモードノイズを効果的に抑制することができるノイズ低減フィルタおよびそれを用いた電力変換装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るノイズ低減フィルタは、電力変換部が発生するノイズ電流を低減可能に構成されるノイズ低減フィルタであって、前記電力変換部に接続される正極側の直流母線を成す正極導体と、前記電力変換部に具備されるスイッチング素子モジュールを搭載するアース導体を延設した第１の導体部との間に第１の絶縁体を挟んで形成される第１のＹコンデンサと、前記第１の導体部を基準に前記正極導体の反対側に配置され、前記電力変換部に接続される負極側の直流母線を成す負極導体と、前記第１の導体部との間に第２の絶縁体を挟んで形成される第２のＹコンデンサと、をフィルタ回路要素として構成したことを特徴とする。

本発明によれば、ノイズ源の近傍で発生する放射ノイズを効果的に抑制することができるという効果を奏する。また、本発明によれば、放射ノイズとして支配的なコモンモードノイズを効果的に抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る電力変換装置の一構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１に係る配線構造を模式的に示す図である。 図３は、図２に示す配線構造を用いたときの等価回路を模式的に示す図である。 図４は、実施の形態２に係る配線構造を模式的に示す図である。 図５は、図４に示す配線構造を用いたときの等価回路を模式的に示す図である。 図６は、実施の形態３に係る配線構造を模式的に示す図である。 図７は、図６に示す配線構造を用いたときの等価回路を模式的に示す図である。 図８は、実施の形態４に係る配線構造を用いたときの等価回路を模式的に示す図である。 図９は、実施の形態５に係る配線構造を模式的に示す図である。 図１０は、実施の形態６に係る配線構造を用いたときの等価回路を模式的に示す図である。 図１１は、実施の形態７に係る配線構造を模式的に示す図である。 図１２は、実施の形態７に係る他の配線構造を模式的に示す図である。 図１３は、実施の形態８に係る配線構造を模式的に示す図である。 図１４は、実施の形態８に係る他の配線構造を模式的に示す図である。 図１５は、実施の形態８に係る更に他の配線構造を模式的に示す図である。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係るノイズ低減フィルタおよびノイズ低減フィルタを備えた電力変換装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の一構成例を示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置１１は、交流電源２から供給された交流電圧を所望の直流電圧に変換する第１の電力変換部としてのコンバータ回路１２と、コンバータ回路１２によって変換された直流電圧を平滑するコンデンサ（平滑コンデンサ）１３ａを有する平滑回路１３と、平滑後の直流電圧をスイッチング制御により所望の交流電圧に変換して負荷３へ供給する第２の電力変換部としてのインバータ回路１４と、を備えて構成される。なお、コンバータ回路１２としては、整流回路や回生コンバータ回路、ＰＷＭコンバータ回路などが用いられる。

交流電源２とコンバータ回路１２とは入力配線１６によって接続され、インバータ回路１４と負荷３とは出力配線１８によって接続される。なお、入力配線１６と出力配線１８は電力変換器内部と外部で別々に構成され接続される場合もある。コンバータ回路１２とインバータ回路１４とは、正極側の直流母線を成す正極配線（以下「Ｐ配線」と略記）１７ａおよび負極側の直流母線を成す負極配線（以下「Ｎ配線」と略記）１７ｂによって接続される。平滑コンデンサ１３ａは、コンバータ回路１２およびインバータ回路１４に対して並列の関係になるように、Ｐ配線１７ａとＮ配線１７ｂとの間に接続される。

インバータ回路１４は、スイッチング素子ＵＰＩ，ＶＰＩ，ＷＰＩで構成される正側アーム（例えばＵ相ではＵＰＩ）と、スイッチング素子ＵＮＩ，ＶＮＩ，ＷＮＩで構成される負側アーム（例えばＵ相ではＵＮＩ）とがそれぞれ直列に接続された直列回路（レグ）を有している。すなわち、インバータ回路１４には、３組（Ｕ相分、Ｖ相分、Ｗ相分）のレグを有する３相ブリッジ回路が構成されている。

インバータ回路１４は、スイッチング素子ＵＰＩ，ＶＰＩ，ＷＰＩ，ＵＮＩ，ＶＮＩ，ＷＮＩをＰＷＭ制御することで入力された直流電圧を所望の交流電圧に変換して負荷３に印加する。

スイッチング素子ＵＰＩ，ＶＰＩ，ＷＰＩ，ＵＮＩ，ＶＮＩ，ＷＮＩはモジュール化されて、導体基板上に搭載される。モジュール化される単位は各種あり、全スイッチング素子の場合もあれば、レグ単位でモジュール化される場合もある。なお、レグ単位でモジュール化された場合、モジュール化されたスイッチング素子モジュール（以下単に「モジュール」と称する）からは、Ｐ配線１７ａとの電気的接続を得るための端子と、Ｎ配線１７ｂとの電気的接続を得るための端子と、出力配線１８との電気的接続を得るための端子とが設けられることになる。

図２は、例えば図１に示す電力変換装置１１に用いられて好適な実施の形態１に係る配線構造を模式的に示す図である。図２において、モジュール２１は、インバータ回路１４を構成するモジュールを想定している。このモジュール２１では、所定の各端子に出力導体２２、Ｐ導体２３およびＮ導体２４が接続されている。出力導体２２は、図１の回路構成で言えば出力配線１８を成す、例えば平板状の導体である。以下同様に、Ｐ導体２３は、Ｐ配線１７ａを成す、例えば平板状の導体であり、Ｎ導体２４は、Ｎ配線１７ｂを成す、例えば平板状の導体である。

これらの出力導体２２、Ｐ導体２３およびＮ導体２４のうち、実施の形態１に係る配線構造では、まず、モジュール搭載面側に配されるアース導体２５を延設すると共に、誘電体としての性質も有する絶縁体２６ａを挟んでモジュール２１の近傍にＰ導体２３を構成し、且つ、アース導体２５の反対側に同様な絶縁体２６ｂを挟んでモジュール２１の近傍にＮ導体２４を構成している。この構成による等価回路は、図２の右側のように表される。

図２の等価回路に示されるように、Ｐ導体２３とアース導体２５の延設部（第１の導体部）との間で一つのＹコンデンサ（Ｐ導体Ｙコンデンサ）２８ａが形成され、Ｎ導体２４とアース導体２５の延設部とで他のＹコンデンサ（Ｎ導体Ｙコンデンサ）２８ｂが形成される。これらのＹコンデンサ２８ａ，２８ｂは、絶縁体２６ａ，２６ｂを挟んでいるため、絶縁体２６ａ，２６ｂの比誘電率が大きくなればなるほど、その容量値が大きくなる。また、これらのＹコンデンサ２８ａ，２８ｂは、絶縁体２６ａ，２６ｂの厚さが薄くなればなるほど、その容量値が大きくなる。さらに、これらのＹコンデンサ２８ａ，２８ｂは、各導体間の対向面積が大きくなればなるほど、その容量値が大きくなる。したがって、比誘電率、絶縁体の厚さ、および各導体間の対向面積の値の少なくとも一つを調整することで、所望の容量値を得ることができる。

図３は、電力変換装置として図２に示す配線構造を用いたときの等価回路を模式的に示す図である。図２に示す配線構造を採用しない場合、インバータ回路１４とグラウンド電位との間には浮遊容量３２のみが等価的に存在する。これに対して、図２に示すような配線構造を採用した場合、Ｐ配線１７ａとグラウンド電位との間に多数のＰ導体Ｙコンデンサ２８ａが形成され、Ｎ配線１７ｂとグラウンド電位との間に多数のＮ導体Ｙコンデンサ２８ｂが形成され、これらのＹコンデンサ２８ａ，２８ｂが浮遊容量３２に加わる。これにより、グラウンド電位との間に形成される容量値は大きくなり、スイッチング素子で発生したノイズ電流は、ノイズ源であるスイッチング素子の近傍でグラウンド電位側に流出し、ノイズ電流は、極めて短い距離でモジュール側に戻されることになってノイズの外部への流出が抑制される。

以上説明したように、実施の形態１では、Ｐ導体２３と、モジュール２１を搭載するアース導体２５の延設部との間に絶縁体２６ａを挟んで形成されるＹコンデンサ２８ａと、アース導体２５の延設部を基準にＰ導体２３の反対側に配置され、Ｎ導体２４とアース導体２５の延設部との間に絶縁体２８ｂを挟んで形成されるＹコンデンサ２６ｂと、をフィルタ回路要素として構成したので、ノイズ源の近傍で発生する放射ノイズを効果的に抑制することが可能となり、また、放射ノイズとして支配的なコモンモードノイズを効果的に抑制することが可能となる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る配線構造を模式的に示す図である。図２に示す実施の形態１の配線構造では、絶縁体２６ａ，２６ｂを間に挟む構造をＰ導体２３およびＮ導体２４に採用したが、実施の形態２の配線構造では、図４に示すように、絶縁体２６ｃを出力導体２２とアース導体２５との間に挟む構造としている。

図５は、電力変換装置として図４に示す配線構造を用いたときの等価回路を模式的に示す図である。図４に示すような配線構造を採用した場合、出力配線１８とグラウンド電位との間には多数の出力導体Ｙコンデンサ２８ｃが形成される。スイッチング素子で発生したノイズのうちで出力配線側に流出しようとするノイズ電流は、ノイズ源であるスイッチング素子の近傍でグラウンド電位側に流出するため、外部への流出が抑制される。特に、出力配線１８は、負荷３との電気的接続を得るための電力配線であり、電力変換装置の外側では外部に露出するため、出力配線１８側へのノイズ電流の低減は放射ノイズの抑制に効果的である。

上記のように、実施の形態２では、出力導体２２と、モジュール２１を搭載するアース導体２５の延設部との間に絶縁体２６ｃを挟んで形成されるＹコンデンサ２８ｃをフィルタ回路要素として構成したので、ノイズ源の近傍で発生する放射ノイズを効果的に抑制することが可能となり、また、放射ノイズとして支配的なコモンモードノイズを効果的に抑制することが可能となる。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る配線構造を模式的に示す図であり、図７は、電力変換装置として図６に示す配線構造を用いたときの等価回路を模式的に示す図である。この実施の形態に係る配線構造は、図２に示すような実施の形態１に係る配線構造と、図４に示すような実施の形態２に係る配線構造の双方を採用した配線構造である。具体的には、図６に示すように、Ｐ導体２３、Ｎ導体２４がそれぞれ絶縁体２６ａ、絶縁体２６ｂを間に挟んでアース導体２５の延設部（第１の導体部）と対向し、出力導体２２が絶縁体２６ｃを間に挟んで第１の導体部とは異なるアース導体２５の延設部（第２の導体部）と対向するように構成している。

また、図６において、スイッチング素子で発生したノイズのうち、電力変換装置の内部でコンバータ回路１２側へ向かおうとするノイズ電流は、Ｙコンデンサ２８ａ，２８ｂの作用によって抑制できる。また、スイッチング素子で発生したノイズのうち、電力変換装置の外部に向かおうとするノイズ電流は、Ｙコンデンサ２８ｃの作用によって抑制できる。このため、実施の形態３に係る配線構造を採用した場合、ノイズ電流の行き場を効果的にグラウンド電位側に向けることが可能となる。

実施の形態４．
図８は、実施の形態４に係る配線構造を用いたときの等価回路を模式的に示す図である。実施の形態４では、図６に示す実施の形態３に係る配線構造において、Ｐ配線１７ａ、Ｎ配線１７ｂおよび出力配線１８における導体表面を各配線を形成する素材よりも抵抗率の高い素材で被覆するようにしている。なお、このときの等価回路は、図８に示すように高抵抗成分３６または３７が多数直列に接続され、これらの高抵抗成分３６または３７にＰ導体Ｙコンデンサ２８ａ、Ｎ導体Ｙコンデンサ２８ｂおよび出力導体Ｙコンデンサ２８ｃのうちの何れかの容量成分が並列に加わる分布定数的なＲＣフィルタ回路が構成される。

本発明における電力変換装置は、例えば３０ＭＨｚ以上の周波数帯における放射ノイズ低減を図るものであるが、このような周波数帯の電流は導体の表面を流れる性質がある（表皮効果）。したがって、高周波帯のノイズ電流が流れる導体の表面に当該導体よりも高抵抗の材質で被覆すれば、パワーを伝達する低周波帯の電流に影響せず、表皮効果で導体表面を流れようとする高周波帯のノイズ電流を高抵抗素材の被覆で低減することが可能となる。さらに、上述した導体間のコンデンサと併せて、モジュール近傍にＲＣフィルタを構成することができるので、実施の形態１〜３の電力変換装置に比して、放射ノイズの抑制効果を更に高めることが可能となる。

なお、図８では、Ｐ配線１７ａおよびＮ配線１７ｂと、出力配線１８の双方に高低効率の素材を被覆するものとして説明したが、何れか一方に被覆するようにしてもよく、放射ノイズの抑制効果は大きくなる。

実施の形態５．
図９は、実施の形態５に係る配線構造を模式的に示す図である。図６に示す実施の形態３の配線構造では、アース導体２５を中央にしてその両側（上部側および下部側）にそれぞれ絶縁体２６ａ，２６ｂを間に挟んでＰ導体２３およびＮ導体２４を設けるようにしたが、実施の形態５の配線構造では、図９に示すように、絶縁体２６ｄを中央にしてその両側にＰ導体２３およびＮ導体２４を設け、それぞれの各外側（上部側および下部側）にそれぞれ絶縁体２６ａ，２６ｂを間に挟んでアース導体２５の延設部を設ける構造としている。また、実施の形態５の構造では、Ｐ導体２３の上部側にもアース導体２５の延設部が設けられるので、この構造を利用して出力導体２２を絶縁体２６ｃを間に挟んでアース導体２５の延設部に対向させている。

図９の配線構造の場合、右側に示す等価回路のように、Ｙコンデンサ２８ａ，２８ｂに加えてＸコンデンサ２９が構成される。図６の配線構造でも、Ｙコンデンサ２８ａ，２８ｂの直列接続回路は、Ｐ導体２３とＮ導体２４との間に配されたＸコンデンサと見なすことはできるが、直列接続であるため容量値はＹコンデンサの容量値の１／２になってしまう。一方、図９の場合、Ｐ導体２３とＮ導体２４との間にはＸコンデンサ２９のみが配されるので、条件が同一であれば、このＸコンデンサ２９の容量値はＹコンデンサ２８ａ（２８ｂ）と同一値、すなわち図６の場合の２倍となる。

Ｘコンデンサ２９は、Ｐ導体２３とＮ導体２４との間を行き来するノイズ電流に対して、モジュール２１に直近の経路となる。したがって、Ｙコンデンサ２８ａ（２８ｂ）と同容量のＸコンデンサ２９を形成することができる実施の形態５の配線構造は、図６に示す実施の形態３に係る配線構造に比して、放射ノイズの抑制効果を更に高めることが可能となる。

なお、図９では、Ｐ導体２３の上部側に設けられるアース導体２５の延設部を利用し、出力導体２２を絶縁体２６ｃを間に挟んでアース導体２５の延設部に対向させることとしたが、アース導体２５の下部側に絶縁体を挟んで出力導体２２を設けるようにしてもよく、図９に示すものと同等の効果が得られる。

実施の形態６．
図１０は、実施の形態６に係る配線構造を用いたときの等価回路を模式的に示す図である。実施の形態４では、図８に示すように、Ｐ配線１７ａ、Ｎ配線１７ｂおよび出力配線１８における各導体表面を抵抗率の高い導体で被覆するようにしているが、実施の形態６では、更に入力配線１６の導体表面とＰ配線１７ａおよびＮ配線１７ｂにおけるコンバータ回路１２と平滑回路（平滑コンデンサ１３ａ）間の部分を抵抗率の高い導体で被覆することとしている。

入力配線１６の導体表面とＰ配線１７ａおよびＮ配線１７ｂにおけるコンバータ回路１２と平滑回路間の部分を抵抗率の高い導体で被覆した場合、ノイズ源であるインバータ回路１４から入力配線１６側を見たインピーダンスは、実施の形態４の場合に比して大きくなる。このため、入力配線１６側に流出しようとするノイズ電流をよりインピーダンスの低い浮遊容量３２を通るノイズ電流Ｋ１のようにモジュールの近傍でモジュール側に引き戻すことが可能となる。これにより、入力配線１６からの放射ノイズを抑制することが可能となる。

なお、入力配線１６側のインピーダンスが大きくなることから、入力配線１６よりもモジュール近傍にある出力配線１８側にノイズ電流が流れようとするが、出力配線１８の導体表面も抵抗率の高い導体で被覆されているので、ノイズ電流Ｋ２で示すようにモジュール側に引き戻すことができ、放射ノイズの発生の原因となるノイズ電流を電力変換装置内に閉じ込めることが可能となる。

実施の形態７．
図１１は、実施の形態７に係る配線構造を模式的に示す図である。実施の形態１〜６では、インバータ回路１４に具備されるモジュールを想定していたが、実施の形態７では、コンバータ回路１２が例えばＰＷＭコンバータ回路である場合を想定している。つまり、図１１に示すモジュール４１は、スイッチング素子を搭載したコンバータ回路１２のモジュールである。このモジュール４１では、所定の各端子に入力導体４２、Ｐ導体４３およびＮ導体４４が接続されている。入力導体４２は、図１の回路構成で言えば入力配線１６を成す、例えば平板状の導体である。以下同様に、Ｐ導体４３は、コンバータ回路１２側のＰ配線１７ａを成す、例えば平板状の導体であり、Ｎ導体４４は、コンバータ回路１２側のＮ配線１７ｂを成す、例えば平板状の導体である。

なお、配線構造については、出力導体２２が入力導体４２に代わる点を除き、図６に示す配線構造と同等である。具体的に説明すると、実施の形態７に係る配線構造では、モジュール搭載面側に配されるアース導体４５を延設すると共に、絶縁体４６ａを挟んでＰ導体４３を構成し、且つ、アース導体４５の反対側に同様な絶縁体４６ｂを挟んでＮ導体４４を構成し、更にアース導体４５を入力導体側に延設し、アース導体４５の延設部と入力導体４２との間に絶縁体４６ｃを挟む構成としている。この構成による等価回路は、図１１の右側のように表される。

図１１では、図６に示した等価回路と同様に、Ｐ導体４３とアース導体４５との間にＰ導体Ｙコンデンサ４８ａが形成され、Ｎ導体４４とアース導体４５の延設部との間にＮ導体Ｙコンデンサ４８ｂが形成され、入力導体４２とアース導体４５の延設部との間に入力導体Ｙコンデンサ４８ｃが形成される。

電力変換装置として図１１に示すような配線構造を採用した場合、入力配線とアース導体との間には多数の入力導体Ｙコンデンサ４８ｃが形成される。スイッチング素子で発生したノイズのうちで入力配線側に流出しようとするノイズ電流は、ノイズ源であるスイッチング素子の近傍でグラウンド電位側に流出するため、外部への流出が抑制される。特に、入力配線１６は、交流電源２との電気的接続を得るための電力配線であり、電力変換装置の外側では外部に露出するため、入力配線１６側へのノイズ電流の低減は放射ノイズの抑制に効果的である。このため、実施の形態７に係る配線構造を採用した場合、ノイズ源からの放射ノイズを効果的に抑制することが可能となる。

図１１では、Ｐ導体４３およびＮ導体４４と、入力導体４２とを分離して配線する構造であったが、図１２に示すように、Ｐ導体４３、Ｎ導体４４および入力導体４２を一体化して構成してもよい。なお、この場合、図９と同様に、絶縁体４６ｄを中央にしてその両側にＰ導体４３およびＮ導体４４を設け、それぞれの各外側（上部側および下部側）にそれぞれ絶縁体４６ａ，４６ｂを間に挟んでアース導体４５の延設部を設けると共に、入力導体４２を絶縁体４６ｃを間に挟んでアース導体４５の延設部に対向させることが好ましい。このような構造とすれば、Ｙコンデンサ４８ａ，４８ｂ，４８ｃを構成でき、且つ、Ｙコンデンサ４８ａとＹコンデンサ４８ｂとの間にＸコンデンサ４９を構成できるので、放射ノイズの抑制効果を高めることが可能となる。

なお、図１２では、Ｐ導体４３の上部側に設けられるアース導体４５の延設部を利用し、入力導体４２を絶縁体４６ｃを間に挟んでアース導体４５の延設部に対向させることとしたが、アース導体４５の下部側に絶縁体を挟んで入力導体４２を設けるようにしてもよく、図１２に示すものと同等の効果が得られる。

なお、実施の形態７に係る配線構造において、図１０に示すように、入力配線１６、Ｐ配線１７ａ、Ｎ配線１７ｂおよび出力配線１８における各導体表面を抵抗率の高い導体で被覆するようにすれば、放射ノイズの抑制効果を更に高めることが可能となる。

実施の形態８．
インバータ回路や回生コンバータ回路、ＰＷＭコンバータ回路などに用いられるスイッチング素子としては、Ｓｉ（Silicon）を用いて形成されたスイッチング素子（Ｓｉ素子）が一般的であるが、最近では、よりバンドギャップが大きい半導体、具体的には、炭化珪素（ＳｉＣ：Silicon Carbide）や窒化ガリウム（ＧａＮ：Gallium Nitride）、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を用いて形成されたスイッチング素子が用いられることも多い。

ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュールの小型化が可能となる。また、電力損失が低いため、スイッチング素子の高効率化が可能であり、延いては半導体モジュールの高効率化が可能になる。その一方で、スイッチングスピードが速く放射ノイズ増加が懸念されるため、上述の対策が有効である。

上述した実施の形態１〜７は、Ｓｉ素子のモジュールおよびＳｉＣ素子のモジュールの双方に用いて好適な実施の形態である。

一方、ＳｉＣ素子のモジュールであれば、モジュールを冷却する放熱器が不要の場合もあるが、Ｓｉ素子のモジュールでは、通常、放熱器が必要となる。このような場合には、例えば図１３に示すように、アース導体２５の下部に放熱器５０を配置してもよい。また、例えば図１４に示すように、モジュール２１は放熱器５０のフィンベース５２上に配置し、フィンベース５２とアース導体２５とを電気的に接続してもよい。さらに、例えば図１５に示すように、放熱器５０のフィンベース５２の端部を延設するようにして、フィンベース５２の一部をアース導体２５の延設部として用いても構わない。なお、放熱器５０は、フィンベース５２と放熱部５４とで構成される。

なお、図１３〜１５に示される実施の形態８の配線構造は、実施の形態１の配線構造を適用したものであるが、実施の形態２〜７に示す他の配線構造を適用してもよく、各実施の形態に固有の効果を得ることができる。

以上のように、本発明は、電力変換装置で発生する放射ノイズを効果的に抑制することができるノイズ低減フィルタとして有用である。

２ 交流電源
３ 負荷
１１ 電力変換装置
１２ コンバータ回路（第１の電力変換部）
１３ 平滑回路
１３ａ 平滑コンデンサ
１４ インバータ回路（第２の電力変換部）
１６ 入力配線
１７ａ 正極配線（Ｐ配線）
１７ｂ 負極配線（Ｎ配線）
１８ 出力配線
２１，４１ モジュール
２２ 出力導体
２３，４３ Ｐ導体
２４，４４ Ｎ導体
２５，４５ アース導体
２６ａ〜２６ｃ，４６ａ〜４６ｃ 絶縁体
２８ａ，４８ａ Ｙコンデンサ（Ｐ導体Ｙコンデンサ）
２８ｂ，４８ｂ Ｙコンデンサ（Ｎ導体Ｙコンデンサ）
２８ｃ Ｙコンデンサ（出力導体Ｙコンデンサ）
２９，４９ Ｘコンデンサ
３２ 浮遊容量
３６，３７ 高抵抗成分
４８ｃ Ｙコンデンサ（入力導体Ｙコンデンサ）
５０ 放熱器
５２ フィンベース
５４ 放熱部

Claims (31)

1. 電力変換部が発生するノイズ電流を低減可能に構成されるノイズ低減フィルタであって、
   前記電力変換部に接続される正極側の直流母線を成す正極導体と、前記電力変換部に具備されるスイッチング素子モジュールを搭載するアース導体を延設した第１の導体部との間に第１の絶縁体を挟んで形成される第１のＹコンデンサと、
   前記第１の導体部を基準に前記正極導体の反対側に配置され、前記電力変換部に接続される負極側の直流母線を成す負極導体と、前記第１の導体部との間に第２の絶縁体を挟んで形成される第２のＹコンデンサと、
   をフィルタ回路要素として構成したことを特徴とするノイズ低減フィルタ。
2. 前記電力変換部と負荷との間を接続する出力配線を成す出力導体と、前記電力変換部に具備されるスイッチング素子モジュールを搭載するアース導体を延設した第２の導体部との間に第３の絶縁体を挟んで形成される第３のＹコンデンサをフィルタ回路要素として構成したことを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減フィルタ。
3. 前記正極導体および前記負極導体の各表面をこれら正極導体および負極導体を形成する素材よりも抵抗率の高い素材で被覆して構成したことを特徴とする請求項２に記載のノイズ低減フィルタ。
4. 前記出力導体の表面を当該出力導体を形成する素材よりも抵抗率の高い素材で被覆して構成したことを特徴とする請求項２に記載のノイズ低減フィルタ。
5. 前記正極導体および前記負極導体の各表面をこれら正極導体および負極導体を形成する素材よりも抵抗率の高い素材で被覆して構成すると共に、前記出力導体の表面を当該出力導体を形成する素材よりも抵抗率の高い素材で被覆して構成したことを特徴とする請求項２に記載のノイズ低減フィルタ。
6. 前記電力変換部と交流電源との間を接続する入力配線を成す入力導体の各表面を当該入力導体を形成する素材よりも抵抗率の高い素材で被覆して構成したことを特徴とする請求項５に記載のノイズ低減フィルタ。
7. 前記電力変換部と交流電源との間を接続する入力配線を成す入力導体と、前記電力変換部に具備されるスイッチング素子モジュールを搭載するアース導体を延設した第２の導体部との間に第３の絶縁体を挟んで形成される第３のＹコンデンサをフィルタ回路要素として構成したことを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減フィルタ。
8. 前記正極導体および前記負極導体を前記第１および第２の絶縁体の内側に配置すると共に、これら正極導体および負極導体の間に第３の絶縁体を挟んで形成され、前記第１のＹコンデンサと前記第２のＹコンデンサとの間に直列に接続されてなるＸコンデンサをフィルタ回路要素として構成したことを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減フィルタ。
9. 前記正極導体および前記負極導体の各表面をこれら正極導体および負極導体を形成する素材よりも抵抗率の高い素材で被覆して構成したことを特徴とする請求項８に記載のノイズ低減フィルタ。
10. 前記出力導体の表面を当該出力導体を形成する素材よりも抵抗率の高い素材で被覆して構成したことを特徴とする請求項８に記載のノイズ低減フィルタ。
11. 前記正極導体および前記負極導体の各表面をこれら正極導体および負極導体を形成する素材よりも抵抗率の高い素材で被覆して構成すると共に、前記出力導体の表面を当該出力導体を形成する素材よりも抵抗率の高い素材で被覆して構成したことを特徴とする請求項８に記載のノイズ低減フィルタ。
12. 前記電力変換部と交流電源との間を接続する入力配線を成す入力導体の各表面を当該入力導体を形成する素材よりも抵抗率の高い素材で被覆して構成したことを特徴とする請求項１１に記載のノイズ低減フィルタ。
13. 前記正極導体および前記負極導体の各表面をこれら正極導体および負極導体を形成する素材よりも抵抗率の高い素材で被覆して構成したことを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減フィルタ。
14. 前記出力導体の表面を当該出力導体を形成する素材よりも抵抗率の高い素材で被覆して構成したことを特徴とする請求項１３に記載のノイズ低減フィルタ。
15. 電力変換部が発生するノイズ電流を低減可能に構成されるノイズ低減フィルタであって、
    前記電力変換部と負荷との間を接続する出力配線を成す出力導体と、前記電力変換部に具備されるスイッチング素子モジュールを搭載するアース導体を延設した第１の導体部との間に第１の絶縁体を挟んで形成されるＹコンデンサをフィルタ回路要素として構成したことを特徴とするノイズ低減フィルタ。
16. 前記出力導体の表面を当該出力導体を形成する素材よりも抵抗率の高い素材で被覆して構成したことを特徴とする請求項１５に記載のノイズ低減フィルタ。
17. 前記正極導体および前記負極導体の各表面をこれら正極導体および負極導体を形成する素材よりも抵抗率の高い素材で被覆して構成したことを特徴とする請求項１６に記載のノイズ低減フィルタ。
18. 前記第１の導体部を基準に前記正極導体の反対側に配置され、前記第１の導体部と、前記電力変換部と負荷との間を接続する出力配線を成す出力導体との間に第３の絶縁体を挟んで形成される第３のＹコンデンサをフィルタ回路要素として構成したことを特徴とする請求項８に記載のノイズ低減フィルタ。
19. 前記第１の導体部を基準に前記正極導体の反対側に配置され、前記第１の導体部と、前記電力変換部と交流電源との間を接続する入力配線を成す入力導体との間に第４の絶縁体を挟んで形成される第３のＹコンデンサフィルタ回路要素として構成したことを特徴とする請求項８に記載のノイズ低減フィルタ。
20. 前記第２の導体部を基準に前記負極導体の反対側に配置され、前記第２の導体部と、前記電力変換部と負荷との間を接続する出力配線を成す出力導体との間に第４の絶縁体を挟んで形成される第３のＹコンデンサをフィルタ回路要素として構成したことを特徴とする請求項８に記載のノイズ低減フィルタ。
21. 前記第２の導体部を基準に前記負極導体の反対側に配置され、前記第２の導体部と、前記電力変換部と交流電源との間を接続する入力配線を成す入力導体との間に第４の絶縁体を挟んで形成される第３のＹコンデンサをフィルタ回路要素として構成したことを特徴とする請求項８に記載のノイズ低減フィルタ。
22. 前記第１の導体部を基準に前記正極導体の反対側に配置され、前記第１の導体部と、前記電力変換部と負荷との間を接続する出力配線を成す出力導体との間に第３の絶縁体を挟んで形成される第３のＹコンデンサをフィルタ回路要素として構成したことを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載のノイズ低減フィルタ。
23. 前記第１の導体部を基準に前記正極導体の反対側に配置され、前記第１の導体部と、前記電力変換部と交流電源との間を接続する入力配線を成す入力導体との間に第４の絶縁体を挟んで形成される第３のＹコンデンサをフィルタ回路要素として構成したことを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載のノイズ低減フィルタ。
24. 前記第２の導体部を基準に前記負極導体の反対側に配置され、前記第２の導体部と、前記電力変換部と負荷との間を接続する出力配線を成す出力導体との間に第４の絶縁体を挟んで形成される第３のＹコンデンサをフィルタ回路要素として構成したことを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載のノイズ低減フィルタ。
25. 前記第２の導体部を基準に前記負極導体の反対側に配置され、前記第２の導体部と、前記電力変換部と交流電源との間を接続する入力配線を成す入力導体との間に第４の絶縁体を挟んで形成される第３のＹコンデンサをフィルタ回路要素として構成したことを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載のノイズ低減フィルタ。
26. 前記アース導体は、前記スイッチング素子モジュールと、このスイッチング素子モジュールを冷却する冷却器との間に配されていることを特徴とする請求項１〜２５の何れか１項に記載のノイズ低減フィルタ。
27. 前記スイッチング素子モジュールは、このスイッチング素子モジュールを冷却する冷却器のフィンベース上に搭載され、前記アース導体は、前記フィンベースに電気的に接続されて引き出されていることを特徴とする請求項１〜２５の何れか１項に記載のノイズ低減フィルタ。
28. 前記スイッチング素子モジュールは、このスイッチング素子モジュールを冷却する冷却器のフィンベース上に搭載され、前記フィンベースの端部が延設されて前記アース導体を構成していることを特徴とする請求項１〜２５の何れか１項に記載のノイズ低減フィルタ。
29. 前記スイッチング素子モジュールに搭載されるスイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体にて形成されるスイッチング素子であることを特徴とする請求項１〜２８の何れか１項に記載のノイズ低減フィルタ。
30. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料または、ダイヤモンドを用いた半導体であることを特徴とする請求項１〜２９の何れか１項に記載のノイズ低減フィルタ。
31. 前記電力変換部として、交流電圧を所望の直流電圧に変換する第１の電力変換部と、この第１の電力変換部が変換した直流電圧を所望の交流電圧に変換する第２の電力変換部と、が設けられ、
    請求項１〜３０のうちの何れか１項に記載のノイズ低減フィルタの構成を前記第１および第２の電力変換部のうちの少なくとも一つの電力変換部に適用して構成したことを特徴とする電力変換装置。

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