DE112021001283T5

DE112021001283T5 - Rauschfilter und leistungsumsetzungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112021001283T5
Application number: DE112021001283.5T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Taniguchi; Hiroki Funato
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2023-01-26
Also published as: WO2021235150A1; JP2021182841A; JP7506522B2

Abstract

Ein Rauschfilter, das verhindert, dass einem Strom Rauschen überlagert wird, enthält: mehrere Stromschienen, durch die der Strom fließt; einen Stromschienentragabschnitt, der die mehreren Stromschienen trägt; und eine Isolierschicht, die zwischen jeder der mehreren Stromschienen und dem Stromschienentragabschnitt angeordnet ist. Der Stromschienentragabschnitt ist ein Leiter, die Stromschiene weist einen eingebetteten Abschnitt auf, der in den Stromschienentragabschnitt eingebettet ist, und der eingebettete Abschnitt ist von dem Stromschienentragabschnitt elektrisch isoliert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rauschfilter, das verhindert, dass einem Strom Rauschen überlagert wird, und eine Leistungsumsetzungsvorrichtung, die es verwendet.
Stand der Technik
Als ein Stand der Technik in Bezug auf die Erfindung ist PTL 1 bekannt. PTL 1 offenbart eine Rauschfilterschaltung einer, Leistungsumsetzungsvorrichtung, die ein Kernbauelement, einen Leiter auf der Seite der positiven Elektrode und einen Leiter auf der Seite der negativen Elektrode, die das Kernbauelement in einem Zustand, in dem ihre Hauptoberflächen einander zugewandt sind, durchdringen, und eine Grundplatte, die das Kernbauelement, den Leiter auf der Seite der positiven Elektrode und den Leiter auf der Seite der negativen Elektrode aufnimmt, enthält, in der der Leiter auf der Seite der positiven Elektrode und der Leiter auf der Seite der negativen Elektrode über ein isolierendes Bauelement auf der Grundplatte angeordnet sind.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur
PTL 1: WO 2019/064833
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In der Technik aus PTL 1 ist es wegen der Rauschverhinderung schwierig, durch das Kernbauelement erzeugte Wärme ausreichend abzuleiten, außerdem ist es notwendig, den auf das Kernbauelement angewendeten Rauschpegel auf einen bestimmten Wert oder weniger zu begrenzen, um eine Filterleistungsfähigkeit aufrechtzuerhalten. Somit gibt es noch Raum für Verbesserung der Rauschverhinderung.
Lösung des Problems
Ein Rauschfilter gemäß der Erfindung verhindert, dass einem Strom Rauschen überlagert wird, und enthält: mehrere Stromschienen, durch die der Strom fließt; einen Stromschienentragabschnitt, der die mehreren Stromschienen trägt; und eine Isolierschicht, die zwischen jeder der mehreren Stromschienen und dem Stromschienentragabschnitt angeordnet ist. Der Stromschienentragabschnitt ist ein Leiter, die Stromschiene weist einen eingebetteten Abschnitt auf, der in den Stromschienentragabschnitt eingebettet ist, und der eingebettete Abschnitt ist von dem Stromschienentragabschnitt elektrisch isoliert. Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der Erfindung enthält: ein Rauschfilter; ein Leistungsmodul; einen Glättungskondensator, der zum Glätten der Gleichstromleistung konfiguriert ist; und eine Steuereinheit, die zum Steuern des Leistungsmoduls konfiguriert ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der Erfindung ist es möglich, ein Rauschfilter, das in der Lage ist, Rauschen ausreichend zu verhindern, und eine Leistungsumsetzungsvorrichtung, die dieses verwendet, zu schaffen.
Weitere Probleme, Konfigurationen und Wirkungen werden anhand der Beschreibung der Ausführungsformen wie folgt geklärt.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht des Aussehens eines Rauschfilters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht des Rauschfilters gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
3 ist ein Prinzipschaltbild, das Stromwege zeigt, durch die ein Gleichtakt-Rauschstrom fließt.
4 ist eine perspektivische Ansicht des Aussehens eines Rauschfilters gemäß einem Vergleichsbeispiel.
5 ist ein Prinzipschaltbild, das eine Wirkung der Verringerung eines Gleichtakt-Rauschstroms durch das Rauschfilter gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt.
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Berechnungsergebnisses des Gleichtakt-Rauschstroms in dem Rauschfilter gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt.
7 ist ein Prinzipschaltbild, das eine Wirkung der Verringerung eines Gleichtakt-Rauschstroms durch das Rauschfilter gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Berechnungsergebnisses des Gleichtakt-Rauschstroms in dem Rauschfilter gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
9 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Schaltverlust und einem Kapazitätswert des Rauschfilters gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
10 ist eine perspektivische Ansicht des Aussehens eines Rauschfilters gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
11 ist eine Querschnittsansicht des Rauschfilters gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
12 ist ein Prinzipschaltbild, das eine Wirkung der Verringerung eines Gleichtakt-Rauschstroms durch das Rauschfilter gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
13 ist eine Querschnittsansicht eines Rauschfilters gemäß Änderungen der Erfindung.
14 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Rauschfilters gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
15 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Rauschfilters gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
16 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Motoransteuersystems, das eine Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung enthält.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen sind Beispiele zur Beschreibung der Erfindung und sind zur Klärung der Beschreibung geeignet weggelassen und vereinfacht. Die Erfindung kann in verschiedenen anderen Formen implementiert werden. Sofern nicht etwas anderes spezifiziert ist, kann die Anzahl der jeweiligen Komponenten eine Einzahl oder Mehrzahl sein.
Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, können eine Position, eine Größe, eine Form, ein Bereich oder dergleichen jeder in den Zeichnungen gezeigten Komponente nicht eine tatsächliche Position, eine tatsächliche Größe, eine tatsächliche Form, einen tatsächlichen Bereich oder dergleichen repräsentieren. Somit ist die Erfindung nicht notwendig auf die Position, die Größe, die Form, den Bereich und dergleichen, die in den Zeichnungen offenbart sind, beschränkt.
Wenn es mehrere Bauelemente mit derselben oder einer ähnlichen Funktion gibt, können an dasselbe Bezugszeichen unterschiedliche Indizes angefügt sein. Allerdings können die Indizes weggelassen sein, wenn keine Notwendigkeit besteht, die mehreren Komponenten zu unterscheiden.
(Erste Ausführungsform)
Im Folgenden wird anhand von 1 und 2 eine Konfiguration eines Rauschfilters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Aussehens des Rauschfilters gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 2 ist eine Querschnittsansicht des Rauschfilters gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält das Rauschfilter 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen magnetischen Kern 11, mehrere Stromschienen 12, einen Grundplattenabschnitt 13 und einen Stromschienentragabschnitt 14. Jede Stromschiene 12 ist durch einen plattenförmigen Leiter implementiert, der aus einem Metall wie etwa Kupfer hergestellt ist und den magnetischen Kern 11 durchdringt. Der magnetische Kern 11 ist aus einem magnetischen Material wie etwa einem Magneten hergestellt und weist in einer Mitte ein Durchgangsloch auf, damit die Stromschienen 12 durchgehen. Der Stromschienentragabschnitt 14 ist auf dem Grundplattenabschnitt 13 angeordnet und trägt jede Stromschiene 12.
In dem Beispiel aus 1 sind drei Stromschienen 12 gezeigt, wobei die Stromschienen 12 jeweils mit Spulen einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase eines Dreiphasenwechselstrommotors elektrisch verbunden sind. Das heißt, durch die drei Stromschienen 12 des Rauschfilters 1 fließt jeweils ein U-Phasen-Strom, ein V-Phasen-Strom und ein W-Phasen-Strom des Dreiphasen-Wechselstrommotor-Flusses. Das Rauschfilter 1 verhindert, dass diesen durch die Stromschienen 12 fließenden Strömen Rauschen überlagert wird. Allerdings ist die Anzahl der Stromschienen 12 nicht auf drei begrenzt. Die Anzahl der Stromschienen 12 kann in Übereinstimmung mit der Anzahl der Phasen des Stroms, für den Rauschen durch das Rauschfilter 1 verhindert werden soll, frei eingestellt werden.
(a) aus 2 ist eine Querschnittsansicht des Rauschfilters 1 entlang einer in 1 gezeigten Linie A-A' und (b) aus 2 ist eine Querschnittsansicht des Rauschfilters 1 entlang einer in 1 gezeigten Linie B-B'. Wie in 2 gezeigt ist, weist die Stromschiene 12 einen getragenen Abschnitt 122, der durch den Stromschienentragabschnitt 14 getragen ist, und einen durchdringenden Abschnitt 123, der den magnetischen Kern 11 zwischen einem Endabschnitt 121 und dem anderen Endabschnitt 124 durchdringt, auf.
An beiden Enden in einer Richtung (einer Links-rechts-Richtung in (b) aus 2) sind orthogonal zu der Verlaufsrichtung (einer Links-rechts-Richtung in (a) aus 2) der Stromschiene 12 ein paar eingebettete Abschnitte 125 des getragenen Abschnitts 122, die durch Biegen der Stromschiene 12 entlang einer Verlaufsrichtung der Stromschiene 12 gebildet sind, vorgesehen. Wie in (b) aus 2 gezeigt ist, ist der eingebettete Abschnitt 125 von einer Oberflächenseite in Richtung des Inneren des Stromschienentragabschnitts 14 in den Stromschienentragabschnitt 14 eingebettet.
Sowohl der Grundplattenabschnitt 13 als auch der Stromschienentragabschnitt 14 ist durch einen Leiter implementiert und ist elektrisch geerdet. Zwischen dem getragenen Abschnitt 1122 und den eingebetteten Abschnitten 125 und dem Stromschienentragabschnitt 14 ist eine Isolierschicht 15 angeordnet. Dementsprechend sind der getragene Abschnitt 122 und die eingebetteten Abschnitte 125 von dem Stromschienentragabschnitt 14 elektrisch isoliert und ist zwischen dem getragenen Abschnitt 122 und den eingebetteten Abschnitten 125 und dem Stromschienentragabschnitt 14 eine parasitäre Kapazitätskomponente gebildet. Der Grundplattenabschnitt 13 und der Stromschienentragabschnitt 14 können ein Teil eines Gehäuses sein, das das Rauschfilter 1 aufnimmt, oder können ein Teil eines Gehäuses einer Vorrichtung wie etwa einer Leistungsumsetzungsvorrichtung, an der das Rauschfilter 1 angebracht ist, sein. Ferner kann der Grundplattenabschnitt 13 aus einem nichtleitenden Material hergestellt sein und kann nur der Stromschienentragabschnitt 14 elektrisch geerdet sein. Anders als in der obigen Beschreibung kann irgendeine Konfiguration angenommen werden, solange wenigstens der Stromschienentragabschnitt 14 elektrisch geerdet ist und zwischen dem getragenen Abschnitt 122 und den eingebetteten Abschnitten 125 und dem Stromschienentragabschnitt 14 die parasitäre Kapazitätskomponente gebildet ist.
Nachfolgend wird Gleichtaktrauschen beschrieben, das durch das Rauschfilter 1 verhindert werden soll.
3 ist ein Prinzipschaltbild, das Stromwege zeigt, durch die Gleichtaktrauschströme fließen. In 3 sind ein Leistungsmodul 401, das einen Dreiphasenwechselstrom ausgibt, und ein Elektromotor 408, der durch Empfangen des von dem Leistungsmodul 401 zugeführten Dreiphasenwechselstroms angesteuert wird, über eine Wechselstromstromschiene 403, ein Wechselstromrauschfilter 404, eine Wechselstromstromschiene 405 und ein Wechselstromkabel 406 miteinander verbunden, wobei Stromwege gezeigt sind, wenn zwischen dem Leistungsmodul 401 und dem Elektromotor 408 Gleichtaktrauschströme fließen.
Der durch eine Gleichtaktrauschquelle 402 in dem Leistungsmodul 401 erzeugte Gleichtakt-Rauschstrom wird dem von dem Leistungsmodul 401 ausgegebenen Dreiphasenwechselstrom überlagert. Der Dreiphasenwechselstrom, dem der Gleichtakt-Rauschstrom überlagert wird, fließt über die Wechselstromstromschiene 403, das Wechselstromrauschfilter 404, die Wechselstromstromschiene 405 und des Wechselstrom kabel 406 in den Elektromotor 408.
Mit den Massen des Leistungsmoduls 401 und des Elektromotors 408 ist gemeinsam eine Erdungsverdrahtung 410 verbunden, wobei die Massen des Leistungsmoduls 401 und des Elektromotors 408 über die Erdungsverdrahtung 410 elektrisch geerdet sind. Hier ist in dem Elektromotor 408 zwischen einer Verdrahtung 407 und der Masse eine parasitäre Kapazitätskomponente 409 vorhanden und ist in dem Leistungsmodul 401 zwischen der Gleichtaktrauschquelle 402 und der Masse eine parasitäre Kapazitätskomponente 411 vorhanden. In diesem Fall ist ein Schleifenstromweg gebildet, der von der Gleichtaktrauschquelle 402 kommt und über die parasitäre Kapazitätskomponente 409 des Elektromotors 408 und die parasitäre Kapazitätskomponente 411 des Leistungsmoduls 401 zu der Gleichtaktrauschquelle 402 zurückkehrt. Zwischen dem Leistungsmodul 401 und dem Elektromotor 408 fließt durch diesen Schleifenstromweg ein Gleichtakt-Rauschstrom 412.
Das Rauschfilter 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die oben beschriebene Konfiguration auf, wodurch der wie oben beschrieben erzeugte Gleichtakt-Rauschstrom verhindert wird.
Nachfolgend wird im Folgenden im Vergleich mit einem in 4 gezeigten Vergleichsbeispiel eine Wirkung der Verringerung des Gleic.htakt-Rauschstroms durch das Rauschfilter 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
4 ist eine perspektivische Ansicht des Aussehens eines Rauschfilters gemäß dem Vergleichsbeispiel. Ein in 4 gezeigtes Rauschfilter 1C unterscheidet sich von dem Rauschfilter 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung dadurch, dass der in 1 und 2 gezeigte Stromschienentragabschnitt 14 nicht vorgesehen ist und dass die Stromschienen 12C nicht durch den Stromschienentragabschnitt 14 getragen sind. Somit weist jede Stromschiene 12C des Rauschfilters 1C, wie in 4 gezeigt ist, eine Plattenform auf und sind der getragene Abschnitt 122 und die eingebetteten Abschnitte 125, die in 2 gezeigt sind, in der Stromschiene 12C nicht vorgesehen.
5 ist ein Prinzipschaltbild, das eine Wirkung der Verringerung eines Gleichtakt-Rauschstroms durch das Rauschfilter 1C gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt. In 5 fließt ein von einer Gleichtakt-Rauschstromquelle 501 in einem Leistungsmodul ausgegebener Gleichtakt-Rauschstrom 502 in die Stromschiene 12C. Zwischen der Stromschiene 12C und dem Grundplattenabschnitt 13 ist eine parasitäre Kapazitätskomponente 503 gebildet. Währenddessen ist zwischen einer Erdungsleitung und einem Motor oder einer Leistungsquelle, der bzw. die über die Stromschiene 12C mit dem Leistungsmodul verbunden ist, eine parasitäre Kapazitätskomponente 504 gebildet. Somit wird der durch die Stromschiene 12C fließende Gleichtakt-Rauschstrom 502 verzweigt und fließt er in einen Stromweg, der durch die parasitäre Kapazitätskomponente 503 geht, und in einen Stromweg, der durch die parasitäre Kapazitätskomponente 504 geht, fließt er in die Erdungsleitung und kehrt er über die Erdungsleitung zu der Gleichtakt-Rauschstromquelle 501 zurück.
In der in 4 gezeigten Konfiguration des Rauschfilters 1C weist hier die zwischen der Stromschiene 12C und dem Grundplattenabschnitt 13 gebildete parasitäre Kapazitätskomponente 503 einen Kapazitätswert auf, der ausreichend kleiner als der der parasitären Kapazitätskomponente 504 ist. Zum Beispiel ist in den drei Stromschienen 12C, die dem Dreiphasenwechselstrom entsprechend vorgesehen sind, der Kapazitätswert der parasitären Kapazitätskomponente 503 von den drei Phasen insgesamt etwa 10,5 pF, während der Kapazitätswert der parasitären Kapazitätskomponente 504 etwa mehrere nF ist. Somit ist der durch die parasitäre Kapazitätskomponente 503 fließende Gleichtakt-Rauschstrom vernachlässigbar klein und geht fast der gesamte von der Gleichtakt-Rauschstromquelle 501 durch die Stromschiene 12C fließende Gleichtakt-Rauschstrom 502 durch den magnetischen Kern 11.
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Berechnungsergebnisses des Gleichtakt-Rauschstroms in dem Rauschfilter 1C gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt. 6 zeigt ein Ergebnis der Berechnung eines Gleichtakt-Rauschstroms durch Simulation, wenn ein in ein Fahrzeug integrierter Motor für ein Kraftfahrzeug mit einer maximalen Ausgabe von etwa 100 kW verbunden ist. Das Berechnungsergebnis in 6 gibt an, dass in dem von dem Leistungsmodul zu dem Motor fließenden Strom ein Gleichtakt-Rauschstrom mit einem Effektivwert von etwa 7,9 A erzeugt wird.
Wenn der Strom, dem der Gleichtakt-Rauschstrom wie in 6 gezeigt überlagert wird, durch die Stromschiene 12C fließt und durch den magnetischen Kern 11 des Rauschfilters 1C geht, erreicht ein in dem magnetischen Kern 11 erzeugter Kernverlust etwa mehrere zehn Watt. Somit ist die Wärmeerzeugung des magnetischen Kerns 11 groß und können wegen eines Übersteigens einer Curie-Temperatur eine Verschlechterung der Filterleistungsfähigkeit, ein Durchbrennen oder dergleichen auftreten. Es ist denkbar, ein derartiges Problem dadurch zu vermeiden, dass die Wärmeableitung des magnetischen Kerns 11 verstärkt wird, wobei in diesem Fall aber die Konfiguration kompliziert wird und die Kosten steigen.
7 ist ein Prinzipschaltbild, das eine Wirkung der Verringerung eines Gleichtakt-Rauschstroms durch das Rauschfilter 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. In 7 fließt der von der Gleichtakt-Rauschstromquelle 501 in dem Leistungsmodul ausgegebene Gleichtakt-Rauschstrom 502 in die Stromschiene 12. In dem wie oben beschriebenen Rauschfilter 1 ist zwischen dem getragenen Abschnitt 122 und den eingebetteten Abschnitten 125 und dem Stromschienentragabschnitt 14 eine parasitäre Kapazitätskomponente 603 gebildet. Somit wird der durch die Stromschiene 12 fließende Gleichtakt-Rauschstrom 502 verzweigt und fließt er in einen Stromweg, der durch die parasitäre Kapazitätskomponente 603 geht, und in einen Stromweg, der durch die parasitäre Kapazitätskomponente 504 geht, fließt er in die Erdungsleitung und kehrt er über die Erdungsleitung zu der Gleichtakt-Rauschstromquelle 501 zurück.
In der in 1 und 2 gezeigten Konfiguration des Rauschfilters 1 weist die zwischen dem getragenen Abschnitt 122 und den eingebetteten Abschnitten 125 und dem Stromschienentragabschnitt 14 gebildete parasitäre Kapazitätskomponente 603 anders als bei der parasitären Kapazitätskomponente 503 in dem Vergleichsbeispiel einen Kapazitätswert auf, der im Vergleich zu der parasitären Kapazitätskomponente 504 nicht vernachlässigbar ist. Zum Beispiel ist in den drei Stromschienen 12, die dem Dreiphasenwechselstrom entsprechend vorgesehen sind, der Kapazitätswert der parasitären Kapazitätskomponente 603 für die drei Phasen insgesamt etwa 7,8 nF und etwa derselbe wie der Kapazitätswert (z. B. mehrere nF) der parasitären Kapazitätskomponente 504. Somit wird der Gleichtakt-Rauschstrom 502 von der Gleichtakt-Rauschstromquelle 501 verzweigt und fließt er in den Stromweg, der durch die parasitäre Kapazitätskomponente 603 geht, und in den Stromweg, der durch die parasitäre Kapazitätskomponente 504 geht, sodass der Gleichtakt-Rauschstrom, der durch den magnetischen Kern 11 geht, wesentlich verringert .ist. Im Ergebnis kann die Wärmeerzeugung des magnetischen. Kerns 11 im Vergleich zu dem Rauschfilter 1C gemäß dem Vergleichsbeispiel verhindert werden.
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Berechnungsergebnisses des Gleichtakt-Rauschstroms in dem Rauschfilter 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Ähnlich der oben beschriebenen 6 zeigt 8 ein Ergebnis der Berechnung eines Gleichtakt-Rauschstroms durch Simulation, wenn der in ein Fahrzeug integrierte Motor für ein Kraftfahrzeug mit der maximalen Ausgabe von etwa 100 kW verbunden ist. Das Berechnungsergebnis in 8 gibt an, dass in dem von dem Leistungsmodul zu dem Motor fließenden Strom ein Gleichtakt-Rauschstrom mit einem Effektivwert von etwa 2,0 A erzeugt wird. Dementsprechend ist zu sehen, dass der Effektivwert des Gleichtakt-Rauschstroms um etwa 1/4 des Effektivwerts des Gleichtakt-Rauschstroms, wenn das Rauschfilter 1C gemäß dem Vergleichsbeispiel verwendet ist, verringert werden kann, wenn das Rauschfilter 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet ist.
Wie oben beschrieben wurde, können gemäß dem Rauschfilter 1 der vorliegenden Ausführungsform Wirkungen des Verhinderns des Gleichtakt-Rauschstroms und des Verringerns der Wärmeerzeugung des magnetischen Kerns 11 bestätigt werden.
Wenn das Rauschfilter 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf ein Gleichstromfilter angewendet wird und verwendet wird, um zu verhindern, dass, wie in 7 gezeigt ist, dem von dem Leistungsmodul an dem Motor ausgegebenen Dreiphasenwechselstrom der Gleichtakt-Rauschstrom überlagert wird, wird die parasitäre Kapazitätskomponente 603, die zwischen dem getragenen Abschnitt 122 und den eingebetteten Abschnitten 125 und dem Stromschienentrababschnitt 14 gebildet ist, von dem Leistungsmodul aus gesehen zu einer kapazitiven Last. Da dies eine Zunahme des Schaltverlusts in dem Leistungsmodul verursacht, ist es bevorzugt, dass der Kapazitätswert der parasitären Kapazitätskomponente 603 nicht recht groß ist.
9 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Schaltverlust und einem Kapazitätswert des Rauschfilters 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. In 9 repräsentiert eine horizontale Achse des Graphen den Kapazitätswert der parasitären Kapazitätskomponente 603, die zwischen dem getragenen Abschnitt 122 und den eingebetteten Abschnitten 125 und dem Stromschienentragabschnitt 14 des Rauschfilters 1 gebildet ist, und repräsentiert eine vertikale Achse des Graphen eine Zunahmerate des Schaltverlusts des Leistungsmoduls. In dem Graphen aus 9 ist ein Beispiel eines Ergebnisses der Berechnung dieser Beziehungen durch die Simulation gezeigt.
Während der Kapazitätswert der parasitären Kapazitätskomponente 603 in dem Rauschfilter 1 zunimmt, verbessert sich die Wirkung der Verhinderung des Gleichtakt-Rauschstroms. Wie aus dem Graphen von 9 zu sehen ist, nimmt andererseits der Schaltverlust zu, während der Kapazitätswert der parasitären Kapazitätskomponente 603 zunimmt. Das heißt, in dem Rauschfilter 1 gibt es eine Abwägungsbeziehung zwischen der Verhinderung des Gleichtakt-Rauschstroms und der Verringerung des Schaltverlusts und ist es notwendig, die Verhinderung des Gleichtakt-Rauschstroms und die Verringerung des Schaltverlusts zu optimieren
Wie oben beschrieben wurde, ist aus 9 zu sehen, dass die Zunahmerate des Schaltverlusts 0,9 % ist, was vernachlässigbar ist, wenn der Kapazitätswert der parasitären Kapazitätskomponente 603 in drei Phasen insgesamt 7,8 nF (2,6 nF pro Phase) ist. Zum Beispiel ist es in einem Leistungsmodul eines Wechselrichters, der zusammen mit dem in ein Fahrzeug integrierten Motor für ein Kraftfahrzeug verwendet wird, auf der Grundlage von 9 bevorzugt, dass der Kapazitätswert der parasitären Kapazitätskomponente 603 für drei Phasen insgesamt auf 25,5 nF (8,5 nF pro Phase) oder weniger eingestellt wird, um die Zunahmerate.des Schaltverlusts durch das Rauschfilter 1 auf etwa 5 % zu verringern. Währenddessen ist es notwendig, den Kapazitätswert der parasitären Kapazitätskomponente 603 im Wesentlichen gleich dem der parasitären Kapazitätskomponente 504 in 7 zwischen dem Motor und der Erdungsleitung einzustellen, um ausreichend die Wirkung der Verhinderung des Gleichtakt-Rauschstroms zu erhalten. Zu diesem Zweck ist der Kapazitätswert der parasitären Kapazitätskomponente 603 z. B. vorzugsweise 1 nF oder mehr pro Phase.
Wie oben beschrieben wurde, ist in dem Rauschfilter 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zwischen jeder Stromschiene 12 und dem Stromschienentragabschnitt 14 vorzugsweise eine Kapazität von 1 nF oder mehr und 8,5 nF oder weniger gebildet.
Es ist denkbar, in dem Rauschfilter 1C gemäß dem in 4 gezeigten Vergleichsbeispiel zwischen jeder Stromschiene 12C und dem Grundplattenabschnitt 13 einen Y-Kondensator vorzusehen, um dieselbe Wirkung wie die des Rauschfilters 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu erhalten. Allerdings können eine äquivalente Reiheninduktivität (ESL) und ein äquivalenter Reihenwiderstand (ESR) auftreten, die durch einen Leitungsdraht des Y- Kondensator verursacht sind, wenn eine derartige Konfiguration angenommen ist, wobei die Wirkung der Verhinderung des Gleichtakt-Rauschstroms in einem Hochfrequenzgebiet abnehmen kann. Zusätzlich treten eine Zunahme der Kosten der Bauelemente wegen der Hinzufügung des Y-Kondensators und eine Zunahme der Anzahl der Schritte wie etwa Schrauben und Schweißen zum elektrischen Verbinden des Y-Kondensators zwischen der Stromschiene 12C und dem Grundplattenabschnitt 13 auf, was zu einer Zunahme der Kosten führt. Da diese Probleme in dem Rauschfilter 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform andererseits nicht auftreten, ist das Rauschfilter 1 anstelle des Hinzufügens des Y-Kondensators vorteilhafter.
Gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Erfindung werden die folgenden Operationen und Wirkungen erzielt.

(1) Das Rauschfilter 1 verhindert einem Strom überlagertes Rauschen und enthält die mehreren Stromschienen 12, durch die der Strom fließt, den Stromschienentragabschnitt 14, der die mehreren Stromschienen 12 trägt, und die Isolierschicht 15, die zwischen jeder der mehreren Stromschienen 12 und dem Stromschienentragabschnitt 14 angeordnet ist. Der Stromschienentragabschnitt 14 ist ein Leiter, die Stromschiene 12 weist den eingebetteten Abschnitt 125 auf, der in den Stromschienentragabschnitt 14 eingebettet ist, und der eingebettete Abschnitt 125 ist von dem Stromschienentragabschnitt 14 elektrisch isoliert. Auf diese Weise ist es möglich, ein Rauschfilter bereitzustellen, das in der Lage ist, Rauschen ausreichend zu verhindern.
(2) Das Rauschfilter 1 enthält den magnetischen Kern 11 und die durchdringenden Abschnitte 123 der mehreren Stromschiene 12, die den magnetischen Kern 11 durchdringen. Auf diese Weise kann das Rauschen, das dem durch die Stromschiene 12 fließenden Strom überlagert ist, weiter verhindert werden.
(3) Vorzugsweise ist zwischen jeder der mehreren Stromschienen 12 und dem Stromschienentragabschnitt 14 eine Kapazität von 1 nF oder mehr und 8,5 nF oder weniger gebildet. Auf diese Weise ist es möglich, ein Wechselstromfilter zu implementieren, in dem die Verhinderung des Rauschstroms und die Verringerung des Schaltverlusts, die in der Abwägungsbeziehung stehen, optimiert sind.

(Zweite Ausführungsform)
Im Folgenden wird anhand von 10 und 11 eine Konfiguration eines Rauschfilters gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 10 ist eine perspektivische Ansicht des Aussehens des Rauschfilters gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. 11 ist eine Querschnittsansicht des Rauschfilters gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Wie in 10 gezeigt ist, enthält ein Rauschfilter 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform die mehreren Stromschienen 12, den Grundplattenabschnitt 13 und den Stromschienentragabschnitt 14. Das Rauschfilter 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem anhand von 1 und 2 beschriebenen Rauschfilter 1 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass der magnetische Kern 11 nicht vorgesehen ist. Abgesehen von diesem Punkt weisen das Rauschfilter 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform und das Rauschfilter 1 gemäß der ersten Ausführungsform dieselbe Konfiguration auf. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Anzahl der Stromschienen 12 in dem Rauschfilter 1A wie in der ersten Ausführungsform nicht auf drei beschränkt. Die Anzahl der Stromschienen 12 kann in Übereinstimmung mit der Anzahl der Phasen des Stroms, für die Rauschen durch das Rauschfilter 1A verhindert werden soll, frei eingestellt werden.
(a) aus 11 ist eine Querschnittsansicht des Rauschfilters 1A entlang einer in 10 gezeigten Linie A-A' und (b) aus 11 ist eine Querschnittsansicht des Rauschfilters 1A entlang einer in 10 gezeigten Linie B-B'. Wie in 11 gezeigt ist, weist die Stromschiene 12 den getragenen Abschnitt 122 auf, der durch den Stromschienentragabschnitt 14 zwischen dem einen Endabschnitt 121 und dem anderen Endabschnitt 124 getragen ist. Ähnlich dem Rauschfilter 1 gemäß der ersten Ausführungsform sind an beiden Enden in der Richtung (einer Links-rechts-Richtung in (b) aus 11) orthogonal zu der Verlaufsrichtung (einer Links-rechts-Richtung in (a) aus 11) der Stromschiene 12 das Paar der eingebetteten Abschnitte 125 des getragenen Abschnitts 122, die durch Biegen der Stromschiene 12 entlang der Verlaufsrichtung der Stromschiene 12 gebildet sind, vorgesehen. Der eingebettete Abschnitt 125 ist von einer Oberflächenseite in Richtung des Inneren des Stromschienentragabschnitts 14 in den Stromschienentragabschnitt 14 eingebettet.
Zwischen dem getragenen Abschnitt 122 und den eingebetteten Abschnitten 125 und dem Stromschienentragabschnitt 14 ist die Isolierschicht 15 angeordnet. Dementsprechend sind der getragene Abschnitt 122 und die eingebetteten Abschnitte 125 von dem Stromschienentragabschnitt 14 elektrisch isoliert und ist zwischen dem getragenen Abschnitt 122 und den eingebetteten Abschnitten 125 und dem Stromschienentragabschnitt 14 eine parasitäre Kapazitätskomponente gebildet. Solange wenigstens der Stromschienentragabschnitt 14 elektrisch geerdet ist und zwischen dem getragenen Abschnitt 122 und den eingebetteten Abschnitten 125 und dem Stromschienentragabschnitt 14 die parasitäre Kapazitätskomponente gebildet ist, kann irgendeine Konfiguration angenommen werden.
12 ist ein Prinzipschaltbild, das eine Wirkung der Verringerung eines Gleichtakt-Rauschstroms durch das Rauschfilter 1A gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. In 12 fließt der von der Gleichtakt-Rauschstromquelle 501 in dem Leistungsmodul ausgegebene Gleichtakt-Rauschstrom 502 in die Stromschiene 12. In dem Rauschfilter 1A ist ähnlich dem Rauschfilter 1 gemäß der ersten Ausführungsform zwischen dem getragenen Abschnitt 122 und den eingebetteten Abschnitten 125 und dem Stromschienentragabschnitt 14 die parasitäre Kapazitätskomponente 603 gebildet. Somit wird der durch die Stromschiene 12 fließende Gleichtakt-Rauschstrom 502 verzweigt und fließt er in den Stromweg, der durch die parasitäre Kapazitätskomponente 603 geht, und in den Stromweg, der durch die parasitäre Kapazitätskomponente 504 des Motors oder der Leistungsquelle geht, der bzw. die mit dem Leistungsmodul verbunden ist, fließt er in die Erdungsleitung und kehrt er über die Erdungsleitung zu der Gleichtakt-Rauschstromquelle 501 zurück.
In dem in 10 und 11 gezeigten Rauschfilter 1A ist durch die parasitäre Kapazitätskomponente 603 und eine induktive Komponente 701 der Stromschiene 12 eine LC-Filterkonfiguration gebildet. Mit dieser LC-Filterkonfiguration kann der Gleichtakt-Rauschstrom 502 wesentlich verhindert werden.
Wie oben beschrieben wurde, können gemäß dem Rauschfilter 1A der vorliegenden Ausführungsform die Herstellungskosten im Vergleich zu dem Rauschfilter 1C gemäß dem oben beschriebenen Vergleichsbeispiel stark verringert werden, da das Gleichtaktrauschen verhindert werden kann, ohne den magnetischen Kern zu verwenden.
Wenn das Rauschfilter 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf das Wechselstromfilter angewendet wird und verwendet wird, um zu verhindern, dass dem von dem Leistungsmodul an den Motor ausgegebenen Dreiphasenwechselstrom, wie in 12 gezeigt ist, der Gleichtakt-Rauschstrom überlagert wird, ist, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, zwischen jeder Stromschiene 12 und dem Stromschienentragabschnitt 14 vorzugsweise eine Kapazität von 1 nF oder mehr und 8,5 nF oder weniger gebildet.
Gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform der Erfindung können dieselben Operationen und Wirkungen wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
(Änderungen)
Gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben sind, ist eine Form der Stromschiene 12 nicht auf die anhand von 1, 2, 10 und 11 beschriebenen beschränkt. Zum Beispiel können die Formen des getragenen Abschnitts 122 und der eingebetteten Abschnitte 125 geändert werden, sodass sie die wie in den folgenden Änderungen beschriebenen Konfigurationen aufweisen.
13 ist eine Querschnittsansicht eines Rauschfilters gemäß den Änderungen der Erfindung. (a), (b) und (c) aus 13 sind Querschnittsansichten jeweiliger Änderungen der Rauschfilter 1 und 1A längs der Linie B-B' in 1 und 10.
In der in (a) aus 13 gezeigten Änderung ist der eingebettete Abschnitt 125 des getragenen Abschnitts 122, der durch Biegen der Stromschiene 12 entlang der Verlaufsrichtung der Stromschiene 12 gebildet ist, nur auf einer Stirnseite in einer Richtung (einer Links-rechts-Richtung in (a) aus 13) orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Stromschiene 12 vorgesehen. in der in (b) aus 13 gezeigten Änderung ist der getragene Abschnitt 122 der Stromschiene 12 in einer prismatischen Form gebildet, sodass beide Enden der Stromschiene 12 in einer Richtung (einer Links-rechts-Richtung in (b) aus 13) orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Stromschiene 12 und dem eingebetteten Abschnitt 125 dazwischen ununterbrochen gebildet sind. In der in (c) aus 13 gezeigten Änderung ist der gesamte getragene Abschnitt 122 mit dem eingebetteten Abschnitt 125 integriert und ist der eingebettete Abschnitt 125 (der getragene Abschnitt 122) über die Isolierschicht 15 zwischen den Stromschienentragabschnitten 14 aufgenommen.
Die in der ersten und in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Formen der Stromschiene 12 und die in den oben beschriebenen Änderungen beschriebenen Formen der Stromschiene 12 können allein verwendet werden oder es können mehrere Formen in irgendeiner Kombination verwendet werden. Das heißt, die Stromschiene 12 kann irgendeine der anhand von 1, 2, 10 und 11 beschriebenen Formen, der anhand von (a), (b) und (c) aus 13 beschriebenen Formen oder eine Kombination wenigstens zweier oder mehrerer der Formen aufweisen.
Ferner können als die Form der Stromschiene 12 andere Formen als die in der ersten und zweiten Ausführungsform beschriebenen Formen und die in den oben beschriebenen Änderungen beschriebenen Formen angenommen werden. Es kann irgendeine Konfiguration angenommen werden, solange zwischen dem getragenen Abschnitt 122 und den eingebetteten Abschnitten 125 und dem Stromschienentragabschnitt 14 eine parasitäre Kapazitätskomponente mit einem gewünschten Kapazitätswert gebildet sein kann.
Gemäß den oben beschriebenen Änderungen der Erfindung kann zwischen der Stromschiene 12 und dem Stromschienentragabschnitt 14 eine parasitäre Kapazitätskomponente mit einem gewünschten Kapazitätswert gebildet werden, ohne den Y-Kondensator zu verwenden.
(Dritte Ausführungsform)
Anhand von 14 wird im Folgenden eine dritte Ausführungsform gemäß der Erfindung beschrieben. 14 ist ein Stromlaufplan eines Rauschfilters gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
Das Rauschfilter gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient dazu, einen Gleichtakt-Rauschstrom, der einem Gleichstrom überlagert ist, zu verringern und wird z. B. dadurch verwendet, dass es zwischen einer Gleichstromleistungsquelle, die Gleichstromleistung zuführt, und einem Leistungsmodu), das die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umsetzt und die Wechselstromleistung an einen Wechselstrommotor ausgibt, verbunden ist. Die Gleichstromleistungsquelle ist z. B. durch eine Batterie oder einen Umsetzer implementiert und das Leistungsmodul ist z. B. unter Verwendung eines Halbleiterbauelements wie etwa eines IGBT, eines MOSFET, eines SiC oder eines GaN als ein Schaltbauelement implementiert. Wie in 14 gezeigt ist, enthält ein Rauschfilter 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Filterschaltungseinheit 21, eine Stromschiene 22 der positiven Elektrode, eine Stromschiene 23 der negativen Elektrode, eine Stromschiene 24 des Eingangs der positiven Spannung, eine Stromschiene 25 des Eingangs der negativen Spannung, einen X-Kondensator 26, Y-Kondensatoren 27 und 28 und einen Glättungskondensator 29.
Die Filterschaltungseinheit 21 weist dieselbe Konfiguration wie das in der ersten Ausführungsform beschriebene Rauschfilter 1 oder das in der zweiten Ausführungsform beschriebene Rauschfilter 1A auf. Das heißt, die Filterschaltungseinheit 21 enthält die mehreren Stromschienen 12, den Grundplattenabschnitt 13 und den Stromschienentragabschnitt 14 und zwischen dem getragenen Abschnitt 122 und den eingebetteten Abschnitten 125 jeder Stromschiene 12 und dem Stromschienentragabschnitt 14 ist die parasitäre Kapazitätskomponente 603 gebildet. Die Filterschaltungseinheit 21 weist einen Erdungsanschluss 210 auf und der Stromschienentragabschnitt 14 ist über den Erdungsanschluss 210 elektrisch geerdet. Zum Beispiel kann der Stromschienentragabschnitt 14 unter Verwendung eines Metallgehäuses des Leistungsmoduls oder einer Gleichstromleistungsquelle oder eines Metallgehäuses des Rauschfilters 2 selbst als eine Masse elektrisch geerdet sein und die Masse mit dem Erdungsanschluss 210 elektrisch verbinden.
Die Stromschiene 22 der positiven Elektrode enthält einen Anschluss 221 der positiven Elektrode der Batterieseite, der mit einer Seite der positiven Elektrode der Gleichstromleistungsquelle verbunden ist, und einen Anschluss 222 der positiven Elektrode der Filterseite, der mit der Filterschaltungseinheit 21 verbunden ist. Die Stromschiene 23 der negativen Elektrode enthält einen Anschluss 231 der negativen Elektrode der Batterieseite, der mit einer Seite der negativen Elektrode der Gleichstromleistungsquelle verbunden ist, und einen Anschluss 232 der negativen Elektrode der Filterseite, der mit der Filterschaltungseinheit 21 verbunden ist. Die Stromschiene 24 des Eingangs der positiven Spannung enthält einen Anschluss 241 der positiven Spannung der Filterseite, der mit der Filterschaltungseinheit 21 verbunden ist, und einen Anschluss 242 des Eingangs der positiven Spannung, der mit einer Seite des Eingangs der positiven Spannung des Leistungsmoduls verbunden ist. Die Stromschiene 25 des Eingangs der negativen Spannung enthält einen Anschluss 251 der negativen Spannung der Filterseite, der mit der Filterschaltungseinheit 21 verbunden ist, und einen Anschluss 252 des Eingangs der negativen Spannung, der mit einer Seite des Eingangs der negativen Spannung des Leistungsmoduls verbunden ist. Durch diese Stromschienenverbindungen wird eine von der Gleichstromleistungsquelle ausgegebene Gleichspannung über die Filterschaltungseinheit 21 in das Leistungsmodul eingegeben.
Der Anschluss 241 der positiven Spannung der Filterseite der Stromschiene 24 des Eingangs der positiven Spannung und der Anschluss 251 der negativen Spannung der Filterseite der Stromschiene 25 des Eingangs der negativen Spannung sind mit dem einen Endabschnitt 121 der Stromschiene 12 in der Filterschaltungseinheit 21 verbunden. Der Anschluss 222 der positiven Elektrode der Filterseite der Stromschiene 22 der positiven Elektrode und der Anschluss 232 der negativen Elektrode der Filterseite der Stromschiene 23 der negativen Elektrode sind mit dem anderen Endabschnitt 124 der Stromschiene 12 in der Filterschaltungseinheit 21 verbunden. Somit ist auf einer Seite des Leistungsmoduls in Bezug auf den magnetischen Kern 11 die parasitäre Kapazitätskomponente 603 gebildet, wenn die Filterschaltungseinheit 21 den magnetischen Kern 11 enthält.
Der X-Kondensator 26 ist zwischen der Stromschiene 22 der positiven Elektrode und der Stromschiene 23 der negativen Elektrode verbunden. Der Y-Kondensator 27 ist zwischen der Stromschiene 22 der positiven Elektrode und einem Erdpotential verbunden. Der Y-Kondensator 28 ist zwischen der Stromschiene 23 der negativen Elektrode und dem Erdpotential verbunden. Der Glättungskondensator 29 ist zwischen der Stromschiene 24 des Eingangs der positiven Spannung und der Stromschiene 25 des Eingangs der negativen Spannung verbunden. Ähnlich dem Erdungsanschluss 210 der Filterschaltungseinheit 21 ist die Verbindung der Y-Kondensatoren 27 und 28 mit dem Erdpotential z. B. durch Verbinden mit dem Metallgehäuse des Leistungsmoduls oder mit der Gleichspannungsquelle oder mit dem Metallgehäuse des Rauschfilters 2 selbst ausgeführt. Das heißt, unter Verwendung dieser Gehäuse, die mit dem Erdpotential als die Masse elektrisch verbunden sind, kann eine Endseite jedes der Y-Kondensatoren 27 und 28 elektrisch geerdet sein.
Der X-Kondensator 26 glättet eine Spannungsänderung (Rauschen) in der Gleichspannung zwischen der Stromschiene 22 der positiven Elektrode und der Stromschiene 23 der negativen Elektrode. Die Y-Kondensatoren 27 und 28 glätten Spannungsänderungen (Rauschen) zwischen der Stromschiene 22 der positiven Elektrode und dem Erdpotential und zwischen der Stromschiene 23 der negativen Elektrode und dem Erdpotential. Die Kapazitätswerte des X-Kondensators 26 und der Y-Kondensatoren 27 und 28 können auf irgendwelche Werte in Übereinstimmung mit einem Frequenzband des Rauschens eingestellt werden, damit es in der Gleichspannungsausgabe von der Gleichspannungsquelle verhindert wird. Zum Beispiel sind als der X-Kondensator 26 und als die Y-Kondensatoren 27 und 28 ein kapazitives Bauelement mit einem Kapazitätswert von mehreren nF bis mehreren µF verwendet. Es wird angemerkt, dass der X-Kondensator 26 und die Y-Kondensatoren 27 und 28 bei Bedarf durch Kombinieren mehrerer kapazitiver Bauelemente implementiert werden können. Gleichzeitig können die Kapazitätswerte der jeweiligen kapazitiven Bauelemente dieselben oder voneinander verschieden sein. Ferner kann der X-Kondensator nach Bedarf zwischen der Stromschiene 24 des Eingangs der positiven Spannung und der Stromschiene 25 des Eingangs der negativen Spannung hinzugefügt sein.
Gemäß der oben beschriebenen dritten Ausführungsform der Erfindung ist hier jede Stromschiene 12 der Filterschaltungseinheit 21 in dem Rauschfilter 2 zwischen der Gleichstromleistungsquelle und dem Leistungsmodul, das die von der Gleichstromleistungsquelle zugeführte Gleichstromleistung in die Wechselstromleistung umsetzt und die Wechselstromleistung an den Wechselstrommotor ausgibt, verbunden. Ferner enthält das Rauschfilter 2 die Stromschiene 22 der positiven Elektrode, die mit der Seite der positiven Elektrode der Gleichstromleistungsquelle verbunden ist, und die Stromschiene 23 der negativen Elektrode, die mit der Seite der negativen Elektrode der Gleichstromleistungsquelle verbunden ist, und ist der Stromschienentragabschnitt 14 der Filterschaltungseinheit 21 mit dem Erdpotential verbunden. Das Rauschfilter 2 enthält den Y-Kondensator 27, der zwischen der Stromschiene 22 der positiven Elektrode und dem Erdpotential verbunden ist, den Y-Kondensator 28, der zwischen der Stromschiene 23 der negativen Elektrode und dem Erdpotential verbunden ist, und den X-Kondensator 26, der zwischen der Stromschiene 22 der positiven Elektrode und der Stromschiene 23 der negativen Elektrode verbunden ist. Auf diese Weise ist es möglich, ein Gleichstromfilter zu implementieren, das den dem Gleichstrom überlagerten Gleichtakt-Rauschstrom unter Verwendung des in der ersten und in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Rauschfilters verringert.
(Vierte Ausführungsform)
Im Folgenden wird anhand von 15 eine vierte Ausführungsform gemäß der Erfindung beschrieben. 15 ist ein Stromlaufplan eines Rauschfilters gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung.
Das Rauschfilter gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient ähnlich dem in der dritten Ausführungsform beschriebenen Rauschfilter 2 dazu, einen Gleichtakt-Rauschstrom, der einem Gleichstrom überlagert ist, zu verringern, und wird z. B. dadurch verwendet, dass es zwischen der Gleichstromleistungsquelle, die die Gleichstromleistung zuführt, und dem Leistungsmodul, das die Gleichstromleistung in die Wechselstromleistung umsetzt und die Wechselstromleistung an den Wechselstrommotor ausgibt, verbunden ist. Ähnlich dem in der dritten Ausführungsform beschriebenen Rauschfilter 2 enthält ein Rauschfilter 2A gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Filterschaltungseinheit 21; die Stromschiene 22 der positiven Elektrode, die Stromschiene 23 der negativen Elektrode, die Stromschiene 24 des Eingangs der positiven Spannung, die Stromschiene 25 des Eingangs der negativen Spannung, den X-Kondensator 26, die Y-Kondensatoren 27 und 28 und den Glättungskondensator 29.
Das Rauschfilter 2A gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem in der dritten Ausführungsform beschriebenen Rauschfilter 2 in einer Position des X-Kondensator 26. Genauer ist in dem Rauschfilter 2 der X-Kondensator 26 zwischen der Stromschiene 22 der positiven Elektrode und der Stromschiene 23 der negativen Elektrode verbunden, während in dem Rauschfilter 2A gemäß der vorliegenden Ausführungsform der X-Kondensator 26 zwischen der Stromschiene 24 des Eingangs der positiven Spannung und der Stromschiene 25 des Eingangs der negativen Spannung verbunden ist. Im Ergebnis kann in dem X-Kondensator 26 eine Spannungsänderung (Rauschen) in der Gleichspannung zwischen der Stromschiene 24 des Eingangs der positiven Spannung und der Stromschiene 25 des Eingangs der negativen Spannung geglättet werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Kapazitätswerte des X-Kondensator 26 und der Y-Kondensatoren 27 und 28 ebenfalls auf irgendwelche Werte in Übereinstimmung mit dem Frequenzband des zu verhindernden Rauschens in der Gleichspannungsausgabe von der Gleichstromleistungsquelle eingestellt werden. Zum Beispiel wird als der X-Kondensator 26 oder werden als die Y-Kondensatoren 27 und 28 ein kapazitives Bauelement mit einem Kapazitätswert von mehreren nF bis mehreren µF verwendet. Es wird angemerkt, dass der X-Kondensator 26 und die Y-Kondensatoren 27 und 28 nach Bedarf durch Kombinieren mehrerer kapazitiver Bauelemente gebildet sein können. Gleichzeitig können die Kapazitätswerte der jeweiligen kapazitiven Bauelemente dieselben oder voneinander verschieden sein. Ferner kann der X-Kondensator zwischen der Stromschiene 22 der positiven Elektrode und der Stromschiene 23 der negativen Elektrode nach Bedarf hinzugefügt sein.
Gemäß der oben beschriebenen vierten Ausführungsform der Erfindung ist jede Stromschiene 12 der Filterschaltungseinheit 21 in dem . Rauschfilter 2A zwischen der Gleichstromleistungsquelle und dem Leistungsmodul, das die von der Gleichstromleistungsquelle zugeführte Gleichstromleistung in die Wechselstromleistung umsetzt und die Wechselstromleistung an den Wechselstrommotor ausgibt, verbunden. Ferner enthält das Rauschfilter 2A die Stromschiene 22 der positiven Elektrode, die mit der Seite der positiven Elektrode der Gleichstromleistungsquelle verbunden ist, die Stromschiene 23 der negativen Elektrode, die mit der Seite der negativen Elektrode der Gleichstromleistungsquelle verbunden ist, die Stromschiene 24 des Eingangs der positiven Spannung, die zwischen der Stromschiene 22 der positiven Elektrode und dem Leistungsmodul verbunden ist, und die Stromschiene 25 des Eingangs der negativen Spannung, die zwischen der Stromschiene 23 der negativen Elektrode und dem Leistungsmodul verbunden ist, und ist der Stromschienentragabschnitt 14 der Filterschaltungseinheit 21 mit dem Erdpotential verbunden. Das Rauschfilter 2A enthält den Y-Kondensator 27, der zwischen der Stromschiene 22 der positiven Elektrode und dem Erdpotential verbunden ist, den Y-Kondensator 28, der zwischen der Stromschiene 23 der negativen Elektrode und dem Erdpotential verbunden ist, und den X-Kondensator 26, der zwischen der Stromschiene 24 des Eingangs der positiven Spannung und der Stromschiene 25 des Eingangs der negativen Spannung verbunden ist. Auf diese Weise ist es ähnlich der dritten Ausführungsform möglich, unter Verwendung des in der ersten und in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Rauschfilters das Gleichstromfilter zu implementieren, das den dem Gleichstrom überlagerten Gleichtakt-Rauschstrom verringert.
(Fünfte Ausführungsform)
Im Folgenden wird anhand von 16 eine fünfte Ausführungsform gemäß der Erfindung beschrieben. 16 ist ein Stromlaufplan eines Motoransteuersystems, das eine Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung enthält.
Das in 16 gezeigte Motoransteuersystem ist durch Verbinden einer Leistungsumsetzungsvorrichtung 100, einer Leistungsquelle 200 und eines Motors 300 miteinander implementiert. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 ist über ein Kabel 201 der positiven Elektrode und ein Kabel 202 der negativen Elektrode mit der Leistungsquelle 200 verbunden und ist über mehrere Wechselstromkabel 301 mit dem Motor 300 verbunden. Das Motoransteuersystem ist an einem Elektrofahrzeug wie etwa einem Elektrokraftfahrzeug oder einem Hybridkraftfahrzeug angebracht und wird verwendet, um zu veranlassen, dass das Elektrofahrzeug unter Verwendung des Motors 300 als eine Antriebsquelle fährt.
Die Leistungsquelle 200 ist eine Gleichstromleistungsquelle, die der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 Gleichstromleistung zuführt. Zum Beispiel kann in dem Motoransteuersystem, das an dem Elektrofahrzeug wie etwa an dem Elektrokraftfahrzeug oder Hybridkraftfahrzeug angebracht ist, als die Leistungsquelle 200 eine Hochspannungsbatterie mit mehreren hundert Volt, die durch Verbinden einer großen Anzahl von Sekundärbatterien wie etwa Lithium-Ionen-Batterien gebildet ist, verwendet werden. Außerdem kann z. B. in einem Motoransteuersystem, das in einer medizinischen Vorrichtung wie etwa in einer Röntgenstrahlendiagnosevorrichtung verwendet wird, die Leistungsquelle 200 durch Umsetzen einer kommerziellen Wechselstromleistungsquelle in eine Gleichstromleistungsquelle unter Verwendung einer Gleichrichterschaltung oder eines Umsetzers erhalten werden.
In dem Motor 300 wird ein Rotor (nicht gezeigt) durch einen Strom, der durch Spulen 302 jeweiliger Phasen fließt, die in einem Stator (nicht gezeigt) vorgesehen sind, gemäß der Wechselstromleistungsausgabe von der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 drehend angetrieben. Im Ergebnis arbeitet der Motor 300 als eine Last der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100.
Sowohl die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 als auch die Leistungsquelle 200 und der Motor 300 weisen eine Masse auf. Jede Masse ist über eine gemeinsame Erdungsleitung elektrisch geerdet.
Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 enthält als das Gleichstromfilter zum Verringern eines Gleichtakt-Rauschstroms, der einem durch das Kabel 201 der positiven Elektrode und durch das Kabel 202 der negativen Elektrode fließenden Gleichstrom überlagert ist, das in der dritten Ausführungsform beschriebene Rauschfilter 2 oder das in der vierten Ausführungsform beschriebene Rauschfilter 2A. Außerdem ist das in der ersten Ausführungsform beschriebene Rauschfilter 1 oder das in der zweiten Ausführungsform beschriebene Rauschfilter 1A als das Wechselstromfilter zum Verringern eines Gleichtakt-Rauschströms, der einem durch die Wechselstromkabel 301 fließenden Wechselstrom überlagert ist, vorgesehen.
Zusätzlich zu dem Gleichstromfilter (den Rauschfiltern 2 und 2A) und zu dem Wechselstromfilter (den Rauschfiltern 1 und 1A), die oben beschrieben sind, enthält die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 ein Gehäuse 101, ein Halbleitermodul 102 und eine Steuereinheit 103.
Das Gehäuse 101 ist ein Metallgehäuse, das die Komponenten der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 aufnimmt. Es wird angemerkt, dass in 16 nur Schaltungen und Bauelemente, die in dem Gehäuse 101 aufgenommen sind und die für die Beschreibung des Motoransteuersystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform notwendig sind, gezeigt sind. Das Gehäuse 101 ist mit der oben beschriebenen Erdungsleitung elektrisch verbunden und ist als die Masse der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 verwendet. Das Gleichstromfilter der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 kann den Stromschienentragabschnitt 14 dadurch, dass er mit dem Gehäuse 101 verbunden ist, elektrisch erden.
Das Halbleitermodul 102 ist über die Stromschiene 24 des Eingangs der positiven Spannung und die Stromschiene 25 des Eingangs der negativen Spannung mit dem Gleichstromfilter verbunden und ist ferner über das Kabel 201 der positiven Elektrode und das Kabel 202 der negativen Elektrode mit der Leistungsquelle 200 verbunden. Wie in 14 und 15 ist der Glättungskondensator 29 zwischen der Stromschiene 24 des Eingangs der positiven Spannung und der Stromschiene 25 des Eingangs der negativen Spannung verbunden. Das Halbleitermodul 102 ist ein Leistungsmodul, das unter Verwendung eines Halbleiterbauelements wie etwa eines IGBT, eines MOSFET, eines SiC oder eines GaN als ein Schaltbauelement implementiert ist, . und führt durch eine Operation unter der Steuerung der Steuereinheit 103 eine Leistungsumsetzung von Gleichstromleistung in Wechselstromleistung aus. Ein durch die Leistungsumsetzungsoperation erzeugter Wechselstrom wird von dem Halbleitermodul 102 über das Wechselstromfilter an das Wechselstromkabel 301 ausgegeben und wird über das Wechselstromkabel 301 an den Motor 300 ausgegeben.
Die Steuereinheit 103 steuert durch Steuern einer Schaltoperation jedes Halbleiterbauelements in dem Halbleitermodul 102 den Betrieb des Halbleitermoduls 102 und steuert eine Spannung und einen Strom der Wechselstromleistungsausgabe von der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 an den Motor 300. Die Steuereinheit 103 ist z. B. durch einen Mikrocomputer implementiert und steuert durch Ausführen eines vorgegebenen Programms in dem Mikrocomputer den Betrieb des Halbleitermoduls 102. Alternativ kann der durch die Steuereinheit 103 gesteuerte Betrieb des Halbleitermoduls 102 durch eine integrierte Schaltung wie etwa eine LSI, eine FPGA oder eine ASIC implementiert werden.
In der Konfiguration des Motoransteuersystem das 16 ist ein Beispiel gezeigt, in dem die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 sowohl das Gleichstromfilter als auch das Wechselstromfilter enthält, wobei die Erfindung darauf aber nicht beschränkt ist. Es kann nur das Gleichstromfilter oder das Wechselstromfilter vorgesehen sein und das andere kann weggelassen sein. Außerdem kann das Gleichstromfilter und/oder das Wechselstromfilter die in dem Rauschfilter 1C gemäß dem Vergleichsbeispiel aus 4 beschriebene Konfiguration annehmen.
Gemäß der oben beschriebenen fünften Ausführungsform der Erfindung enthält die Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 wenigstens eines der Rauschfilter 1, 1A, 2 und 2A, das Halbleitermodul 102, das das Leistungsmodul ist, den Glättungskondensator 29, der die von der Leistungsquelle 200 zugeführte Gleichstromleistung glättet, und die Steuereinheit 103, die das Halbleitermodul 102 steuert. Auf diese Weise kann der Rauschstrom, der in dem Halbleitermodul 102 erzeugt wird, durch das Wechselstromfilter oder durch das Gleichstromfilter, das durch wenigstens eines der Rauschfilter 1, 1A, 2 und 2A implementiert ist, wirksam gedämpft werden. Somit kann das Rauschen, das von der Leistungsumsetzungsvorrichtung 100 zu der Leistungsquelle 200 und zu dem Motor 300 abfließt, auf einen geeigneten Pegel verringert werden.
Die verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen und Änderungen sind lediglich Beispiele und solange die Merkmale der Erfindung nicht beeinträchtigt werden, ist die Erfindung nicht auf diese Inhalte beschränkt. Obwohl oben verschiedenen Ausführungsformen und Änderungen beschrieben sind, ist die Erfindung nicht auf die Inhalte dieser Ausführungsformen und Änderungen beschränkt. Andere Ausführungsformen, die als innerhalb des Schutzumfangs der technischen Idee der Erfindung angesehen werden, sind ebenfalls in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten.
Bezugszeichenliste

1, 1A, 2, 2A: Rauschfilter
11: magnetischer Kern
12: Stromschiene
13: Grundplattenabschnitt
14: Stromschienentragabschnitt
15: Isolierschicht
21: Filterschaltungseinheit
22: Stromschiene der positiven Elektrode
23: Stromschiene der negativen Elektrode
24: Stromschiene des Eingangs der positiven Spannung
25: Stromschiene des Eingangs der negativen Spannung
26: X-Kondensator
27, 28: Y-Kondensator
29: Glättungskondensator
100: Leistungsumsetzungsvorrichtung
101: Gehäuse
102: Halbleitermodul
103: Steuereinheit
122: getragener Abschnitt
123: durchdringender Abschnitt
125: eingebetteter Abschnitt
200: Leistungsquelle
300: Motor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2019064833 [0003]

Claims

Rauschfilter, um zu verhindern, dass einem Strom Rauschen überlagert wird, wobei das Rauschfilter umfasst: mehrere Stromschienen, durch die der Strom fließt; einen Stromschienentragabschnitt, der die mehreren Stromschienen trägt; und eine Isolierschicht, die zwischen jeder der mehreren Stromschienen und dem Stromschienentragabschnitt angeordnet ist, wobei der Stromschienentragabschnitt ein Leiter ist, die Stromschiene einen eingebetteten Abschnitt aufweist, der in den Stromschienentragabschnitt eingebettet ist, und der eingebettete Abschnitt von dem Stromschienentragabschnitt elektrisch isoliert ist.
Rauschfilter nach Anspruch 1, das ferner umfasst: einen magnetischen Kern, wobei die mehreren Stromschienen den magnetischen Kern durchdringen.
Rauschfilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen jeder der mehreren Stromschienen und dem Stromschienentragabschnitt eine Kapazität von 1 nF oder mehr und 8,5 nF oder weniger gebildet ist.
Rauschfilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stromschiene eine erste Form, in der an beiden Enden in einer orthogonalen Richtung orthogonal zu einer Verlaufsrichtung der Stromschiene ein Paar der eingebetteten Abschnitte gebildet sind, eine zweite Form, in der der eingebettete Abschnitt an einem Ende in der orthogonalen Richtung gebildet ist, eine dritte Form, in der der eingebettete Abschnitt an beiden Enden in der orthogonalen Richtung und dazwischen unterbrochen gebildet ist, eine vierte Form, in der eingebettete Abschnitt von den Stromschienentragabschnitten aufgenommen ist, oder eine Form, die durch Kombinieren von wenigstens zwei oder mehr der ersten, der zweiten, der dritten und der vierten Form erhalten wird, aufweist.
Rauschfilter nach Anspruch 1, wobei die mehreren Stromschienen zwischen einem Wechselstrommotor und einem Leistungsmodul, das von einer Gleichstromleistungsquelle zugeführte Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umsetzt und die Wechselstromleistung an den Wechselstrommotor ausgibt, verbunden sind.
Rauschfilter nach Anspruch 1, wobei die mehreren Stromschienen zwischen einer Gleichstromleistungsquelle und einem Leistungsmodul, das von der Gleichstromleistungsquelle zugeführte Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umsetzt und die Wechselstromleistung an einen Wechselstrommotor ausgibt, verbunden sind.
Rauschfilter nach Anspruch 6, wobei die mehreren Stromschienen eine Stromschiene der positiven Elektrode, die mit einer Seite der positiven Elektrode der Gleichstromleistungsquelle verbunden ist, und eine Stromschiene der negativen Elektrode, die mit einer Seite der negativen Elektrode der Gleichstromleistungsquelle verbunden ist, enthalten, und der Stromschienentragabschnitt mit einem Erdpotential verbunden ist, und das Rauschfilter ferner enthält: einen ersten Y-Kondensator, der zwischen der Stromschiene der positiven Elektrode und dem Erdpotential verbunden ist, einen zweiten Y-Kondensator, der zwischen der Stromschiene der negativen Elektrode und dem Erdpotential verbunden ist, und einen X-Kondensator, der zwischen der Stromschiene der positiven Elektrode und der Stromschiene der negativen Elektrode verbunden ist.
Rauschfilter nach Anspruch 6, wobei die mehreren Stromschienen eine Stromschiene der positiven Elektrode, die mit einer Seite der positiven Elektrode der Gleichstromleistungsquelle verbunden ist, eine Stromschiene der negativen Elektrode, die mit einer Seite der negativen Elektrode der Gleichstromleistungsquelle verbunden ist, eine Stromschiene des Eingangs der positiven Spannung, die zwischen der Stromschiene der positiven Elektrode und dem Leistungsmodul verbunden ist, und eine Stromschiene des Eingangs der negativen Spannung, die zwischen der Stromschiene der negativen Elektrode und dem Leistungsmodul verbunden ist, enthalten, wobei der Stromschienentragabschnitt mit einem Erdpotential verbunden ist, und das Rauschfilter ferner enthält: einen ersten Y-Kondensator, der zwischen der Stromschiene der positiven Elektrode und dem Erdpotential verbunden ist, einen zweiten Y-Kondensator, der zwischen der Stromschiene der negativen Elektrode und dem Erdpotential verbunden ist, und einen X-Kondensator, der zwischen der Stromschiene des Eingangs der positiven Spannung und der Stromschiene des Eingangs der negativen Spannung verbunden ist.
Leistungsumsetzungsvorrichtung, die umfasst: das Rauschfilter nach einem der Ansprüche 5 bis 8; das Leistungsmodul; einen Glättungskondensator, der zum Glätten der Gleichstromleistung konfiguriert ist; und eine Steuereinheit, die zum Steuern des Leistungsmoduls konfiguriert ist.