特開 2022-162441 フィルタ装置及び電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022162441

(43)【公開日】2022-10-24

(54)【発明の名称】フィルタ装置及び電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H03H 7/09 20060101AFI20221017BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20221017BHJP

【ＦＩ】

H03H7/09 A

H02M7/48 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021067298

(22)【出願日】2021-04-12

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】特許業務法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】李 ジャア

(72)【発明者】

【氏名】野原 正美

(72)【発明者】

【氏名】清水 宏文

【テーマコード（参考）】

5H770

5J024

【Ｆターム（参考）】

5H770AA05

5H770BA02

5H770CA06

5H770DA03

5H770DA41

5H770KA01W

5H770QA12

5H770QA21

5J024AA01

5J024CA02

5J024CA06

5J024CA10

5J024DA01

5J024DA26

5J024DA35

5J024EA08

5J024KA01

(57)【要約】

【課題】低コスト化と小型化と低ノイズ化とを並立させたフィルタ装置及び電力変換装置を提供する。
【解決手段】
一端が直流電源側に接続され、他端が電力変換回路側に接続されるフィルタ装置であって、正極配線と、負極配線と、前記正極配線及び前記負極配線の間に並列に接続された第１コンデンサ及び第２コンデンサと、を備え、前記正極配線は、前記一端側に前記第１コンデンサと接続する第１正極接続部と、前記他端側に前記第２コンデンサと接続する第２正極接続部と、を有し、前記負極配線は、前記一端側に前記第２コンデンサと接続する第１負極接続部と、前記他端側に前記第２コンデンサと接続する第２負極接続部と、を有し、前記正極配線と前記負極配線とは交差する。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一端が直流電源側に接続され、他端が電力変換回路側に接続されるフィルタ装置であって、
正極配線と、負極配線と、前記正極配線及び前記負極配線の間に並列に接続された第１コンデンサ及び第２コンデンサと、を備え、
前記正極配線は、前記一端側に前記第１コンデンサと接続する第１正極接続部と、前記他端側に前記第２コンデンサと接続する第２正極接続部と、を有し、
前記負極配線は、前記一端側に前記第２コンデンサと接続する第１負極接続部と、前記他端側に前記第２コンデンサと接続する第２負極接続部と、を有し、
前記正極配線と前記負極配線とは交差する
フィルタ装置。

【請求項2】

請求項１に記載されたフィルタ装置であって、
前記正極配線と前記負極配線との交差部は、積層している
フィルタ装置。

【請求項3】

請求項２に記載されたフィルタ装置であって、
前記正極配線と前記負極配線とは、前記第１コンデンサおよび第２コンデンサそれぞれの複数面に沿って配置される
フィルタ装置。

【請求項4】

請求項２に記載されたフィルタ装置であって、
前記第２コンデンサの容量が前記第１コンデンサの容量よりも小さいとき、前記正極配線と前記負極配線とは、前記第２コンデンサの下面で交差する
フィルタ装置。

【請求項5】

請求項２に記載されたフィルタ装置であって、
前記交差部は、蛇行している
フィルタ装置。

【請求項6】

請求項１に記載されたフィルタ装置であって、
前記正極配線と前記負極配線とのインダクタンスは、前記第１コンデンサまたは前記第２コンデンサのインダクタンスと略等しい
フィルタ装置。

【請求項7】

請求項１から６に記載されたフィルタ装置を備えた
電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フィルタ装置及び電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載されている電力変換装置は、漏れ電流により発生する伝導性ノイズの対応について、国際規格に追加された高電圧伝導ノイズ規格に基づき各カーメーカーが制定した独自規格を満たす必要がある。それと同時に、電力変換装置は搭載される電気自動車の発展に合わせて、近年、小型化と低コスト化の要求が高まっている。そのため、電力変換装置に備わるフィルタ装置は、低コスト化及び小型化を維持させつつ高周波ノイズ減衰性能を向上させることが強く求められている。

【0003】

本願発明の背景技術として、下記の特許文献１では、大電流適用のため、低周波成分を通すインダクタンス成分と高周波成分を通す抵抗成分を並列接続する構造を示す技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－２７３２０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

車載インバータなど高電圧・大電流応用の場合には、高圧・大電流応用且つ小型化により限られた配置空間で、いかに直流配線のインダクタンス成分を自由にコントロールし、コンデンサのＥＳＬ（Equivalent Series Inductance）成分に容易に揃えられるか、が課題となる。しかしながら、特許文献１の技術では、高圧・大電流応用且つ小型化により限られた配置空間において、低コスト化及び小型化を維持しながら、直流配線のインダクタンス成分をコンデンサのＥＳＬ成分に揃えて高周波ノイズ減衰性能を向上させることが困難である。

【0006】

これを鑑みて、本発明は、低コスト化と小型化と低ノイズ化とを並立させたフィルタ装置及び電力変換装置を提供することが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のフィルタ装置およびそれを備えた電力変換装置は、一端が直流電源側に接続され、他端が電力変換回路側に接続されるフィルタ装置であって、正極配線と、負極配線と、前記正極配線及び前記負極配線の間に並列に接続された第１コンデンサ及び第２コンデンサと、を備え、前記正極配線は、前記一端側に前記第１コンデンサと接続する第１正極接続部と、前記他端側に前記第２コンデンサと接続する第２正極接続部と、を有し、前記負極配線は、前記一端側に前記第２コンデンサと接続する第１負極接続部と、前記他端側に前記第２コンデンサと接続する第２負極接続部と、を有し、前記正極配線と前記負極配線とは交差する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、低コスト化と小型化と低ノイズ化とを並立させたフィルタ装置及び電力変換装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態にかかる電力変換装置の全体構成を示すブロック図である。

【図2】ノーマルモード高電圧伝導ノイズ低減用のノイズフィルタの等価回路図である。

【図3】図２にノイズフィルタの寄生成分を含めた等価回路図である。

【図4】図３のノイズフィルタの挿入ロスを示す特性図である。

【図5】ノイズフィルタの構造の一例を示す図である。

【図6】従来技術を適用したノイズフィルタの寄生成分を含めた等価回路図である。

【図7】図６のノイズフィルタの挿入ロスを示す特性図である。

【図8】第１の実施形態にかかるノイズフィルタの構造を示す図である。

【図9】図８のノイズフィルタの挿入ロスを示す特性図である。

【図10】第２の実施形態にかかるノイズフィルタの構造を示す図である。

【図11】第３の実施形態にかかるノイズフィルタの構造を示す図である。

【図12】従来技術と第１の実施形態と第２の実施形態との比較を示す図である。

【0010】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

【0011】

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

【0012】

（本発明の全体構成）
図１は、本発明の実施形態にかかる電力変換装置の全体構成を示すブロック図である。

【0013】

電力変換装置１（以下、インバータ１）は種々の回路ブロックおよび素子が格納されている。また、インバータ１は、直流高電圧を給電する高電圧バッテリ２と、インバータ１で直流電圧から変換された交流電圧によって駆動される電気モータ６と、接続されている。

【0014】

インバータ１の筐体は、金属ケースでありＧＮＤストラップ８を介してＧＮＤプレーン９に接続しており、国際規格ＣＩＳＰＲ２５に準拠して、例えば高さが５ｍｍの絶縁物７の上に置かれている構成である。

【0015】

インバータ１は、直流電圧を交流電圧に変換するために、スイッチング回路１４を有している。スイッチング回路１４は、互いに同じ構成を有する３個の単位スイッチング回路ＳＷ１～ＳＷ３を備えており、これらを周期的にスイッチングしている。また、単位スイッチング回路ＳＷ１～ＳＷ３は、それぞれ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下、トランジスタ）ＴＲ１，ＴＲ２、およびダイオードＤ１，Ｄ２を備えている。なお、図示しないが、インバータ１は、スイッチング回路１４の制御信号を生成する制御回路基板を備えている。

【0016】

トランジスタＴＲ１，ＴＲ２のそれぞれのコレクタ－エミッタ間にダイオードＤ１，Ｄ２が接続されている。トランジスタＴＲ１のコレクタは、直流配線である正極配線１１に電気的に接続され、トランジスタＴＲ２のエミッタは、おなじく直流配線である負極配線１２に電気的に接続されている。トランジスタＴＲ１のエミッタは、トランジスタＴＲ２のコレクタに接続されている。また、このエミッタとコレクタとの間に接続されている接続ノードは出力ノードであり、各単位スイッチング回路ＳＷ１～ＳＷ３から高電圧ＡＣケーブル５を介して、電気モータ６のコイル６－Ｕ～６－Ｗにそれぞれ接続されている。

【0017】

インバータ１の制御信号の流れを説明する。図示しない制御回路基板からのスイッチ制御信号が、単位スイッチング回路ＳＷ１～ＳＷ３のトランジスタＴＲ１およびＴＲ２のゲートに供給される。このスイッチ制御信号によってトランジスタＴＲ１とＴＲ２は、相補的にオン状態／オフ状態となるようにスイッチング制御される。さらに、トランジスタＴＲ１とＴＲ２とが相補的にオン状態／オフ状態となることによって、出力ノードには、周期的に正極電圧と負極電圧、つまり交流電圧が出力される。

【0018】

なお、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２の周期的なオン／オフによる出力部の電圧変動によって、スイッチング回路１４とインバータ１の筐体との間に、浮遊容量（寄生容量）が発生する。図１では、この浮遊容量を、浮遊容量１－Ｃｓとして示している。

【0019】

高電圧電源インピーダンス安定回路網（ＬＩＳＮ）３について説明する。高電圧バッテリ２は、高電圧電源インピーダンス安定回路網（ＬＩＳＮ）３を介して、インバータ１に給電する。この筐体３は、高電圧バッテリ２の正極電極端子ＨＶＰに接続される正極ＬＩＳＮ回路部３１と、高電圧バッテリ２の負極電極端子ＨＶＮに接続される負極ＬＩＳＮ回路部３２と、を有しており、これらが金属製の筐体に格納されている。ＬＩＳＮ３の筐体は、ＧＮＤプレーン９に接続されている。正極ＬＩＳＮ回路部３１と負極ＬＩＳＮ回路部３２は、高電圧ＤＣケーブル４を介して、インバータ１の直流配線である正極配線１１及び負極配線１２に、電気的に接続されている。

【0020】

電気モータ６について説明する。電気モータ６は３相電気モータによって構成されており、図示しない回転子と固定子を備えている。また、電気モータ６の筐体はＧＮＤプレーン９と接続されている。この電気モータ６は、インバータ１によって生成された３相の交流電圧を、高電圧ＡＣケーブル５を介して固定子に配置されたＵ，Ｖ，Ｗの３相のコイル６－Ｕ，６－Ｖ，６－Ｗへ供給させている。これにより、三相のコイル６－Ｕ，６－Ｖ，６－Ｗが、それぞれ３相の交流電圧に応じた磁界を発生させ、回転子が回転することになる。なお、図１では三相のコイル６－Ｕ，６－Ｖ，６－Ｗとモータ６の筐体との間に発生する浮遊容量（寄生容量）を、浮遊容量６－Ｃｓとして示している。なお、特に制限されないが、電気モータ６の筐体はＧＮＤプレーン９と接続されている。

【0021】

インバータ１において、正極配線１１と負極配線１２との間には、直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサＣｘと、ノイズフィルタ装置１３を備えている。平滑コンデンサＣｘは、スイッチング回路１４のスイッチング動作時に、直流高電圧と接続するバスバである直流配線１１，１２において発生するリプル電圧やリプル電流を抑制する。なお、平滑コンデンサＣｘ１とＣｘ２は、ノーマルモードノイズ低減用である。その低減効果または減衰性能は一般的にフィルタの挿入ロスで表現する。以下、コンデンサによる低減メカニズムを説明する。その原理は、ノイズフィルタの実装により直流配線間に低インピーダンス経路を設けることによって、ノイズの外部への流出を抑制することである。また、幅広い周波数帯域での高電圧伝導ノイズを抑制するため、一般的には、並列接続される容量が異なる２つのコンデンサが用いられる。

【0022】

ノイズフィルタ装置１３は、正極配線１１及び負極配線１２を含んだ直流配線を囲む磁性体コアＬｃと、磁性体コアＬｃの前段において直流配線１１，１２と接続される第１接地コンデンサＣｙ１と、磁性体コアＬｃの後段において直流配線１１，１２と接続される第２接地コンデンサＣｙ２とを有している。なお、接地コンデンサＣｙ１とＣｙ２および磁性体コアＬｃは、コモンモードノイズ低減用である。

【0023】

第１接地コンデンサＣｙ１は、正極配線１１と第１接地点Ｇ１との間に接続される接地コンデンサＣｙ１１と、負極配線１２と第１接地点Ｇ１との間に接続される接地コンデンサＣｙ１２と、から構成される。同様に、第２接地コンデンサＣｙ２は、正極配線１１と第２接地点Ｇ２との間に接続される接地コンデンサＣｙ２１と、負極配線１２と第２接地点Ｇ２との間に接続される接地コンデンサＣｙ２２と、から構成される。

【0024】

ノイズフィルタ装置１３は、高電圧バッテリ２から供給される直流高電圧のノイズを減衰させつつ、電力変換部であるスイッチング回路１４に直流高電圧を入力する。ノイズを引き起こすノイズ電流は、直流高電圧バッテリ２とインバータ１との間に接続する電源配線またはケーブルに漏れている電流であり、ＧＮＤ間に流れているためコモンモード電流である。

【0025】

コモンモード電流は、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２が、周期的にオン状態／オフ状態となるスイッチング動作時に発生する、対地電圧変動によるものである。このスイッチング回路１４の出力部に発生した電圧変動により、スイッチング回路１４とインバータ１の筐体との間に寄生する浮遊容量１－Ｃｓや、モータ６のコイル６－Ｕ～Ｗと筐体との間に存在する浮遊容量６－Ｃｓを通して、インバータ１およびモータ６の筐体間にコモンモード電流が流れ、その電流により高電圧伝導ノイズが発生する。よって、高電圧伝導ノイズを低減するためには、コモンモード電流を低減する必要がある。インバータ１では、ノイズフィルタ装置１３の構成を用いることにより、高電圧伝導ノイズの主な発生要因であるノイズ電流に対応させ、高電圧伝導ノイズ規格にも対応しながらノイズを減衰させている。

【0026】

（ノイズ規格について）
高電圧伝導ノイズ規格についての説明をする。ノイズ規格は、一般的に０．１５ＭＨｚから１０８ＭＨｚまでの周波数帯での規制値を規定するものである。高電圧伝導ノイズ規格は、２０１６年１０月に国際無線障害特別委員会（ＣＩＳＰＲ）が作成した国際規格であるＣＩＳＰＲ２５ Ｅｄ４において追加された規格である。これは、特に種々の用途で用いられているＦＭ放送周波数帯域（７６ＭＨｚ～１０８ＭＨｚ）のノイズを、他の周波数帯域に比べて低くするように規制する内容である。高電圧伝導ノイズは、たとえば、車載電気電子機器の誤動作を引き起こす恐れがある。そのため、出荷前の段階においてインバータ１で発生する高電圧伝導ノイズ量を実測し、そのノイズ発生量が、各国法規制及び顧客要求仕様で規定される規制値以下にならなければならない。そこで、インバータ１では高電圧伝導ノイズ規格に適合させ、効果的なフィルタ構成にするためにノイズフィルタ装置１３が採用されている。

【0027】

図２は、ノーマルモード高電圧伝導ノイズ低減用のノイズフィルタ装置１３の等価回路図である。

【0028】

正極直流配線１１と負極直流配線１２にコンデンサＣｘ１とＣｘ２が並列接続される。Ｐ１とＮ１はＣｘ１とそれぞれ正極直流配線１１と負極直流配線１２との接続部であり、Ｐ２とＮ２はＣｘ２とそれぞれ正極直流配線１１と負極直流配線１２との接続部である。また、ＰｉｎとＮｉｎはそれぞれ正極側と負極側の入力端子であり、ノイズ源であるスイッチング回路１４と正極直流配線１１、負極配線１２との接続部を表している。同様に、ＰｏｕｔとＮｏｕｔはそれぞれ正極側と負極側の出力端子であり、正極直流配線１１、負極配線１２と高電圧ＤＣケーブル４との接続部を表している。

【0029】

ノイズ低減効果ＮＳは、ＰｉｎとＮｉｎとの間に入力される入力電圧Ｖｉｎ（ノイズ源を模擬）と、ＰｏｕｔとＮｏｕｔとの間に出力される出力電圧Ｖｏｕｔを用いて、下記の式（１）で表される。

【0030】

ＮＳ＝｜Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ｜…式（１）

【0031】

所望のノイズ低減効果ＮＳを得るためには、理想的には対象周波数帯域で低インピーダンスとなるようなコンデンサＣｘ１とＣｘ２の定数を選択するのみでよいが、実際の部品（素子）には寄生成分が存在する。例えば、コンデンサ部品や直流配線はリード線などの寄生インダクタンス（以下、ＥＳＬ）成分が存在する。

【0032】

図３は、図２にノイズフィルタ装置１３の寄生成分を含めた等価回路図である。

【0033】

図３には、第１コンデンサＣｘ１と第２コンデンサＣｘ２が有する寄生インダクタンスをそれぞれ等価直列インダクタンスＬｃ１，Ｌｃ２で表している。また、正極接続部Ｐ１とＰ２との間の正極直流配線１１が有するインダクタンス成分は等価直列インダクタンスＬｐ１、負極接続部Ｎ１とＮ２との間の負極直流配線１２が有するインダクタンス成分は、等価直列インダクタンスＬｎ１で表される。同様に、Ｌｐ０はＰｏｕｔ－Ｐ１間、Ｌｐ２はＰｉｎ－Ｐ２間にある正極直流配線が有するインダクタンス成分であり、Ｌｎ０はＮｏｕｔ－Ｎ１間、Ｌｎ２はＮｉｎ－Ｎ２間にある負極直流配線が有するインダクタンス成分である。

【0034】

ｋ１はインダクタンスＬｐ１とＬｎ１を有するインダクタ同士の結合係数である。なお、Ｌｐ０とＬｎ０、Ｌｐ２とＬｎ２のインダクタンス成分を有するインダクタ間の結合係数は図示されていないが実計算には使用されている。また、インダクタＬｐ１とＬｎ１に付された＊印は、磁界の発生方向を示している。

【0035】

電源Ｇｎはスイッチング回路１４により発生するノイズ電圧を模擬するＡＣ電圧源で、Ｖ１は電源Ｇｎを計測する電圧計である。抵抗Ｒ３とＲ４はそれぞれ電源Ｇｎの内部抵抗と出力側に接続する部品の等価抵抗を模擬する。Ｖ２は抵抗Ｒ４の電圧を計測する電圧計である。

【0036】

図４は、図３のノイズフィル装置１３の挿入ロスを示す特性図である。

【0037】

図４の特性図は、横軸が周波数Ｆ（Frequency[ＭＨｚ]）を示し、縦軸がノイズフィルタ装置１３の挿入ロス、すなわち図３に示した電圧Ｖ２とＶ１の比をデシベル（ｄＢ）で表している。電圧Ｖ２とＶ１の比は小さくすればするほど、フィルタの挿入ロスが高くなり、減衰性能が良くなる。

【0038】

特性曲線ＧＬｂ１は、コンデンサＣｘ１とＣｘ２の等価直列インダクタンスＬｃ１とＬｃ２をそれぞれ０ｎＨとしたときの周波数Ｆの変化に伴う挿入ロスの変化を示している。一方、特性曲線ＧＬｂ０は、等価直列インダクタンスＬｃ１とＬｃ２をそれぞれ典型的な値である４０ｎＨとしたときの挿入ロスの変化を示している。なお、特性曲線ＧＬｂ０とＧＬｂ１を求めるときのＬｃ１とＬｃ２以外の回路素子のパラメータは、同じである。

【0039】

特性曲線ＧＬｂ０とＧＬｂ１を比較すると、対象周波数帯域である２０ＭＨｚ以上の高周波帯域では、特性曲線ＧＬｂ０のフィルタの挿入ロスは特性曲線ＧＬｂ１と比較して悪化している。前述したように、高電圧伝導ノイズ規格は０．１５ＭＨｚから１０８ＭＨｚまでの周波数帯域での規制値を規定し、特に、種々の用途で用いられているＦＭ周波数帯域（７６ＭＨｚ～１０８ＭＨｚ）を含めた２０ＭＨｚ以上の高周波帯域では、他の周波数帯域に比べて低くするように規制する内容となっているため、フィルタの挿入ロスの改善が必要になる。

【0040】

図５は、ノイズフィルタの構造の一例を示す図である。

【0041】

このノイズフィルタの構造例は、接続部間の配線１１１と１２１はそれぞれ長さが約１０ｍｍで、幅が約１５ｍｍであり、そのインダクタンス成分は計算すると、約１０ｎＨである。これらの値を使って、等価回路（図６）を用いてフィルタの挿入ロスを計算する。計算結果は図７に図示する。

【0042】

（従来技術とその課題）
図６は、従来技術を適用したノイズフィルタの寄生成分を含めた等価回路図である。

【0043】

図６は、図３に示した等価回路において、第１コンデンサＣｘ１と正極配線１１との接続配線と、第２コンデンサＣｘ２と正極配線１１との接続配線と、を交差させている。なお、この回路構成を用いて、第１コンデンサＣｘ１と第２コンデンサＣｘ２を構造的に交差させた例を、後述の図１２（ｂ）に示す。

【0044】

この接続配線の交差の意図について説明する。従来、ＥＳＬ成分を相殺させる技術として、リード線が短いコンデンサを採用したり、リード線を切断し短くしたりする技術があるが、カスタム品の追加や切断作業が必要となり、電力変換装置の製造価格が上昇する課題が新たに生まれる。この課題解決のために、図６に示す回路構成を用いてＥＳＬ成分を相殺させる。

【0045】

この構成のもう１つの要点として、接続部間の配線のインダクタンス成分Ｌｐ１とＬｎ１をコンデンサのＥＳＬ成分であるＬｃ１とＬｃ２に揃えることができる点である。これにより、フィルタの挿入ロスを改善できる。例えば、制御基板など低電圧・小電流応用の場合、コンデンサはリード線無しの面実装タイプが多くＥＳＬ成分が数ｎＨ程度であるため、基板配線トレースの長さ・幅などを調整すると、容易に接続部間の配線のインダクタンス成分をコンデンサのＥＳＬ成分に揃えることができる。

【0046】

しかし、車載インバータなど高電圧・大電流応用の場合は、ノイズフィルタに用いられるコンデンサは高電圧対応タイプであり、リード線付きでサイズも低電圧対応タイプに比べると大きいため、それに合わせてＥＳＬ成分制御基板など低電圧・小電流応用のものに比べて大きくなり、約４０～５０ｎＨ程度になっている。この場合、熱成立性を維持するため、直流配線を幅太くする必要があり、小型化の要求により直流配線の配置空間も限られるため、バスバを短くする必要もある。つまり、直流配線のインダクタンス成分は小さくなる方向となり、大きくなるコンデンサのＥＳＬ成分に揃えることが困難となる。この結果、フィルタの挿入ロスの改善効果が得られなくなる課題が生まれる。本発明は、図６に示した回路の性質を利用しつつ、構造的にこの課題を解決するためのものである。

【0047】

図７は、図６のノイズフィルタの挿入ロスを示す特性図である。

【0048】

特性曲線ＧＬｂ２は、インダクタＬｐ１とＬｎ１を１０ｎＨとしたときの周波数Ｆの変化に伴うフィルタの挿入ロスの変化を示している。特性曲線ＧＬｂ０は、交差配線がないときの挿入ロスの変化を示し、図４のＧＬｂ０と同じである。なお、特性曲線ＧＬｂ０とＧＬｂ２を求めるときの配線交差構成以外の回路素子のパラメータは、図３と同じである。

【0049】

図７に示すように、寄生インダクタンスとコンデンサＥＳＬ成分を揃えないと、特性曲線ＧＬｂ０とＧＬｂ２にほぼ変化がないように、フィルタの挿入ロスに改善効果が得られなくなる。

【0050】

（第１の実施形態）
図８は、第１の実施形態にかかるノイズフィルタ装置１３の構造を示す図である。

【0051】

図８（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係わるノイズフィルタ装置１３の回路図、図８（ｂ）はその３次元構造の構成を示す図である。図８（ａ）には、インバータ１の筐体に格納されている回路ブロックおよび部品のうち、一端（図８（ａ）の左側）が直流電源（高電圧バッテリ２）側に接続され、他端（図８（ａ）の右側）が電力変換回路（スイッチング回路１４）側に接続されるノイズフィルタ装置１３が示されている。

【0052】

本発明の特徴は、第１正極接続部Ｐ１と第２正極接続部Ｐ２とを接続する正極配線１１１と、第１負極接続部Ｎ１と第２負極接続部Ｎ２とを接続する負極配線１２１とが、交差することである。この交差部は、図８（ｂ）に示すように積層になっており、この部分の面積・間隔及び配線の長さ・幅を調整することで、正極配線１１１と負極配線１２１のインダクタンス成分をコントロールでき、第１コンデンサＣｘ１及び第２コンデンサＣｘ２のＥＳＬ成分であるＬｃ１とＬｃ２に揃えることができる。

【0053】

図９は、図８のノイズフィルタの挿入ロスを示す特性図である。

【0054】

本発明を採用した特性曲線ＧＬｂ３は、Ｌｐ１とＬｎ１のインダクタンス成分を概ね４０ｎＨ、としたときの周波数Ｆの変化に伴う挿入ロスの変化を示しており、２０ＭＨｚ以上の高周波帯域で挿入ロスは２０ｄＢ以上の改善効果が得られるようになった。

【0055】

（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態にかかるノイズフィルタ装置１３の構造を示す図である。なお、図１０（ａ）は図８（ａ）と同じである。

【0056】

図１０（ｂ）は、正極配線１１１と負極配線１２１の交差部を多面体形状キャパシタである第１コンデンサＣｘ１及び第２コンデンサＣｘ２の複数面に沿うように配置されている。また、コンデンサＣｘ２の容量がコンデンサＣｘ１よりも小さい場合、バスバ交差部がコンデンサＣｘ２の下面に沿う。コンデンサＣｘ２の下面はケース（インバータ１の筐体）への設置側である。これにより、バスバの配回しの面積をさらに確保でき、より正極配線１１１と負極配線１２１のインダクタンス成分を稼ぐことができる。

【0057】

また、交差する正極配線１１１と負極配線１２１とは、第１コンデンサおよび第２コンデンサそれぞれの複数面に沿って配置され、さらに、バスバ交差部は蛇行するように配回されている。これにより、さらにバスバの配回し面積を確保することができる。

【0058】

なお、例えば、バスバ交差部はキャパシタのノイズ源に近い側若しくは出力端子に近い側の側面のみに沿わせて配置する構成でも良い。

【0059】

（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態にかかるノイズフィルタ装置１３の構造を示す図である。なお、図１１（ａ）は、図８（ａ）、図１０（ａ）と同じ図である。

【0060】

図１１（ｂ）はキャパシタのノイズ源（電力変換装置側）に近い側の側面のみに沿わせて交差部を配置している。このようにすることで、高さ方向のサイズの大型化を防ぐことができる。

【0061】

図１２は、従来技術と第１の実施の形態と第２の実施形態との比較を示す図である。なお、図１２（ａ）は図５と同じ構造のノイズフィルタであり、図１２（ｂ）は図６の回路図を構造化させたノイズフィルタである。また、図１２（ｃ）は第１の実施形態、図１２（ｄ）は第２の実施形態を示した図である。

【0062】

図１２には、図１２（ａ）や図１２（ｂ）を実施した場合、と比較して、第１の実施形態である図１２（ｃ）や第２の実施形態である図１２（ｄ）は、インダクタンス成分が増加している。さらに、バスバ面積が第１の実施形態よりも多い第２の実施形態は、第１の実施形態よりもインダクタンス成分がさらに増加している。

【0063】

図１２（ｃ）と図１２（ｄ）の配線構造からわかるように、交差部は電流の流れる方向が、同じ方向になるため、同じ方向の磁界を発生する。そのため、この部分での相互係数及び相互インダクタンスは正の値となり、配線全体のインダクタンス成分がより大きくなる方向となる。つまり、前述の通り、交差部の面積・間隔及び配線の長さ・幅を調整することにより、配線のインダクタンス成分をコントロールしてコンデンサのＥＳＬ成分に揃えることができる。これにより、コンデンサのＥＳＬ成分をキャンセルすることにより、フィルタの挿入ロス特性を改善させ、高周波ノーマルモード高電圧伝導ノイズを抑制することができる。

【0064】

以上説明した本発明の第１～第３の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

【0065】

（１）フィルタ装置１３は、一端が直流電源側に接続され、他端が電力変換回路側に接続され、正極配線１１と、負極配線１２と、正極配線１１及び負極配線１２の間に並列に接続された第１コンデンサＣｘ１及び第２コンデンサＣｘ２と、を備え、正極配線１１は、一端側に第１コンデンサＣｘ１と接続する第１正極接続部Ｐ１と、他端側に第２コンデンサＣｘ２と接続する第２正極接続部Ｐ２と、を有し、負極配線１２は、一端側に第２コンデンサＣｘ２と接続する第１負極接続部Ｎ１と、他端側に第２コンデンサＣｘ２と接続する第２負極接続部Ｎ２と、を有し、正極配線１１と負極配線１２とは交差する。このようにしたことで、低コスト化と小型化と低ノイズ化とを並立させたフィルタ装置及び電力変換装置を提供できる。

【0066】

（２）フィルタ装置１３において、正極配線１１と負極配線１２との交差部は、積層している。このようにしたことで、この部分の面積・間隔及び配線の長さ・幅を調整することで、正極配線１１と負極配線１２のインダクタンス成分をコントロールでき、第１コンデンサＣｘ１及び第２コンデンサＣｘ２のＥＳＬ成分であるＬｃ１とＬｃ２に揃えることができる。

【0067】

（３）フィルタ装置１３において、正極配線１１と負極配線１２とは、第１コンデンサＣｘ１および第２コンデンサＣｘ２それぞれの複数面に沿って配置される。このようにしたことで、バスバ１１，１２の配回し面積を確保することができる。

【0068】

（４）フィルタ装置１３において、第２コンデンサＣｘ２の容量が第１コンデンサＣｘ１の容量よりも小さいとき、正極配線１１と負極配線１２とは、第２コンデンサＣｘ２の下面で交差する。このようにしたことで、バスバ１１，１２の配回し面積を確保することができる。

【0069】

（５）フィルタ装置１３において、正極配線１１と負極配線１２との交差部は、蛇行している。このようにしたことで、バスバ１１，１２の配回し面積を確保することができる。

【0070】

（６）フィルタ装置１３において、正極配線１１と負極配線１２とのインダクタンスは、第１コンデンサＣｘ１または第２コンデンサＣｘ２のインダクタンスと略等しい。このようにしたことで、フィルタの挿入ロスを改善できる。

【0071】

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。例えば、上述した実施の形態では、ハイブリッド自動車又は電気自動車等の車両に搭載される電力変換装置を例に説明したが、本発明はこれらに限らず建設機械等や鉄道の車両に用いられる電力変換装置にも適用することができる。

【符号の説明】

【0072】

１…電力変換装置（インバータ）
１－Ｃｓ…スイッチング回路・筐体間浮遊容量
２…高電圧バッテリ
３…高電圧電源インピーダンス安定回路網（ＬＩＳＮ）
３１…正極ＬＩＳＮ回路部
３２…負極ＬＩＳＮ回路部
４…高電圧ＤＣケーブル
５…高電圧ＡＣケーブル
６…電気モータ
６－Ｕ…Ｕ相コイル
６－Ｖ…Ｖ相コイル
６－Ｗ…Ｗ相コイル
６－Ｃｓ…コイル・筐体間浮遊容量
７…絶縁物
８…ＧＮＤストラップ
９…ＧＮＤプレーン
１０…電流
１０ａ…逆向きの電流
１０ｂ…同向きの電流
１１…正極（直流）配線
１２…負極（直流）配線
１３…ノイズフィルタ装置
１４…スイッチング回路
１１１…第１正極接続部Ｐ１と第２正極接続部Ｐ２とを接続する正極配線
１２１…第１負極接続部Ｎ１と第２負極接続部Ｎ２とを接続する負極配線
ＳＷ１～ＳＷ３…単位スイッチング回路
ＴＲ１、ＴＲ２…絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
Ｄ１、Ｄ２…ダイオード
Ｃｘ…平滑コンデンサ
Ｇｎ…電源
Ｌｃ…磁性体コア
Ｌｃ１、Ｌｃ２…等価直列インダクタンス
Ｌｐ０～Ｌｐ３…等価直列インダクタンス（正極配線）
Ｌｎ０～Ｌｎ３…等価直列インダクタンス（負極配線）
ｋ１…正極直流配線・負極直流配線間の結合係数
Ｃｙ１、Ｃｙ２…接地コンデンサ
Ｃｙ１１、Ｃｙ２１…正極直流配線・筐体間の接地コンデンサ
Ｃｙ１２、Ｃｙ２２…負極直流配線・筐体間の接地コンデンサ
Ｃｘ１…正極直流配線・負極直流配線間の第１コンデンサ
Ｃｘ２…正極直流配線・負極直流配線間の第２コンデンサ
Ｐ１…第１コンデンサＣｘ１と正極配線１１の接続部である第１正極接続部
Ｐ２…第２コンデンサＣｘ２と正極配線１１の接続部である第２正極接続部
Ｎ１…第１コンデンサＣｘ１と負極配線１２の接続部である第１負極接続部
Ｎ２…第２コンデンサＣｘ２と負極配線１２の接続部である第２負極接続部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】