JP2005080337A - ノイズフィルタ、電気装置及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 単一の制御信号線の制御信号電流を還流させるための通信線路として用いる場合のノイズ低減機能を保持するノイズフイルタ、これを用いた電気装置及び空気調和機を提供する。
【解決手段】 ノイズフィルタ５Ａは、電力負荷２１の受電経路に接続され、往路電流を流す第１のコイル５１及び復路電流を流す第２のコイル５２が単一のトロイダルコアに巻装され、かつ、制御信号を伝送するための単一の制御信号線４の制御信号電流を還流させるための通信線路として、第１のコイルを含む受電経路及び第２コイルを含む受電経路の少なくとも一方を用いるとき、制御信号線の制御信号電流及び通信に供される受電経路の制御信号電流によってそれぞれ発生する磁束が相殺するように、制御信号線を接続することが可能な第３のコイル５３をトロイダルコアに巻装する。電気装置及び空気調和機はこのノイズフィルタ５Ａを用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、同一の受電端に接続される２つの機器がそれぞれ制御回路を有し、これらの制御回路が一方向又は相互方向に制御情報を通信するのに好適なノイズフィルタ、このノイズフィルタを用いる電気装置及び空気調和機に関する。

同一の受電端に接続される２つの機器がそれぞれ制御回路を有し、これらの制御回路が一方向又は相互方向に制御情報を通信するために、単一の制御信号線を介してシリアル制御信号を授受する電気装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図４はこの従来の電気装置にノイズフイルタを付加した装置の構成を部分的にブロックで示した回路図である。同図において、受電端としてのプラグ１が結合された電源母線２，３に電気機器１０と電気機器２０とが接続されている。電気機器１０は制御回路１２を含み、この制御回路１２の制御信号によって励磁、非励磁の制御が行われるリレーコイル１１によって電源母線２に接続されたリレー接点１１ａをオン、オフ制御する構成になっている。一方、電気機器２０は交流を直流に変換し、さらに、直流を可変電圧、可変周波数の交流に変換して電動機等を駆動する電力負荷２１と、制御回路２２とを含んでいる。

この場合、電力負荷２１の受電経路には、トロイダルコアに第１のコイル５１と第２のコイル５２とが巻装されたノイズフィルタ５が設けられている。そして、第１のコイル５１を経由するように電源母線２を接続し、第２のコイル５２を経由するように電源母線３を接続することによって、往路電流と復路電流によりそれぞれ発生する磁束が相殺されるようにして交流電源側にノイズが漏れないようにしている。なお、制御回路１２及び制御回路２２はそれぞれ電源母線２，３から動作電力を受給するが、その電力経路は図面の簡単化のために省略してある。

一方、制御回路１２と制御回路２２とで制御信号を授受するために、制御回路１２は発光素子１３と受光素子１８ａとを備えている。そして、発光素子１３の出射光に応動してオン状態になるサイリスタ１３ａのアノードが、リレー接点１１ａの負荷側における電源母線２に接続され、このサイリスタ１３ａのカソードにダイオード１４のアノードが接続されている。ダイオード１４のカソードには抵抗１５，１６を介してダイオード１７のカソードが接続されている。ダイオード１７のアノードには発光素子１８のカソードが接続され、そのアノードが電源母線３に接続されて、その出射光を受光素子１８ａが受光するようになっている。

また、制御回路２２は発光素子２３と受光素子２８ａとを備えている。そして、発光素子２３の出射光に応動してオン状態になるサイリスタ２３ａのカソードが、ノイズフィルタ５の負荷側における電源母線２に接続され、このサイリスタ２３ａのアノードにダイオード２４のカソードが接続されている。ダイオード２４のアノードには抵抗２５，２６を介してダイオード２７のアノードが接続されている。ダイオード２７のカソードには発光素子２８のアノードが接続され、そのカソードが電源母線３に接続されて、その出射光を受光素子２８ａが受光するようになっている。

さらに、電気機器１０が制御信号を授受する系統の抵抗１５と抵抗１６の相互接続点に制御信号線４の一端が接続され、電気機器２０が制御信号を授受する系統の抵抗１５と抵抗２６の相互接続点に制御信号線４の他端が接続されている。

上記のように構成された電気装置の概略動作について以下に説明する。図示省略のリモコン装置等から電気機器１０に運転指令が与えられると、制御回路１２は制御動作を開始すると共に、リレーコイル１１を励磁してリレー接点１１ａをオン状態にする。これによって、制御回路２２も制御動作を開始し、電力負荷２１に制御電力が供給される。電力負荷２１に流れる電流は比較的大きいが、ほとんどの電流は往路と復路で相殺され、ノイズフィルタ５は回路素子として作用しない。電力負荷２１がインバータを含むとすれば、高周波スイッチングにより負荷の浮遊容量を通して回路の外にスイッチングに応じた高周波電流が流れる。この電流はノイズフィルタにおいて相殺されず、コアに高周波の磁束を発生させ、ノイズフィルタ５はこの電流を減衰させるフィルタとして作用する。

ここで、電気機器１０が電気機器２０に対して制御に必要な信号を送信する場合、制御回路１２は電源母線２の電圧波形が正になる期間に、シリアル信号に対応するように発光素子１３を発光又は消光させ、サイリスタ１３ａをオン、オフ制御する。このオン、オフに対応する電流が電源母線２→サイリスタ１３ａ→ダイオード１４→抵抗１５→制御信号線４→抵抗２６→ダイオード２７→発光素子２８→電源母線３の経路に流れ、発光素子２８の発光又は消光に対応して受光素子２８ａからシリアル信号が制御回路２２に加えられる。これとは反対に、電気機器２０が電気機器１０に対して制御に必要な信号を送信する場合、制御回路２２は電源母線３の電圧波形が正になる期間に、シリアル信号に対応するように発光素子２３を発光又は消光させ、サイリスタ２３ａをオン、オフ制御する。このオン、オフに対応する電流が電源母線３→発光素子１８→ダイオード１７→抵抗１６→制御信号線４→抵抗２５→ダイオード２４→サイリスタ２３ａ→電源母線２の経路に流れ、発光素子１８の発光又は消光に対応して受光素子１８ａからシリアル信号が制御回路１２に加えられる。

これにより、単一の制御信号線４と電力負荷２１に対する受電経路、すなわち、電源母線２，３を用いて制御回路１２と制御回路２２とが互いに制御に必要な信号を授受することができる。

図４に示した電気装置はノイズフィルタ５を電気機器２０の電源入力端に接続した場合を示しているが、このノイズフィルタ５を図５に示すように制御信号を授受する回路の後段に設けることもできる。
特公平１−５７２６４号公報

上述した電気装置を構成するノイズフィルタ５のコアには、通常、トロイダルコアが用いられる。このトロイダルコアはギャップが存在しないため透磁率が高く、少ない巻数で大きなインダクタンスが得られる反面、僅かな電流でも磁束飽和を起こしやすかった。従って、図４を用いて説明したように、電気機器１０と電気機器２０との間で制御信号線４を介して制御信号を授受した場合、制御信号線４の還流電流によって第１のコイル５１と第２のコイル５２とで電流の不平衡が生じ、その不平衡電流により磁束飽和が発生し、ノイズによるコモンモード電流に対してノイズフィルタ５の機能が損なわれてしまうという問題があった。

また、図５に示した電気装置は、電気機器１０と電気機器２０との間で制御信号線４を介して制御信号を授受した場合の帰路電流の影響を受けない部位にノイズフィルタ５が接続されているので、第１のコイル５１と第２のコイル５２とで電流の不平衡が発生し難い構成になっているが、制御信号の還流電流に伴うノイズ対策を施すことができないという問題があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、単一のトロイダルコアに巻装されたコイルを含む２つの受電経路の少なくとも一方を、単一の制御信号線の制御信号電流を還流させるための通信線路として用いる場合でもノイズ低減機能を保持することのできるノイズフイルタを提供することにある。

本発明の他の目的は、このノイズフィルタを用いることによって、制御信号電流に起因するノイズを確実に低減することのできる電気装置を提供することにある。

本発明のもう１つ他の目的は、このノイズフィルタを用いることによって、制御信号電流に起因するノイズを確実に低減することのできる空気調和機を提供することにある。

請求項１に係る発明は、
電力負荷の受電経路に接続され、電力負荷の往路電流を流す第１のコイル及び復路電流を流す第２のコイルが単一のトロイダルコアに巻装され、かつ、制御信号を伝送するための単一の制御信号線の制御信号電流を還流させるための通信線路として、第１のコイルを含む受電経路及び第２コイルを含む受電経路の少なくとも一方を用いるノイズフィルタにおいて、
制御信号線の制御信号電流及び通信に供される受電経路の制御信号電流によってそれぞれ発生する磁束が相殺するように、制御信号線を接続することが可能な第３のコイルをトロイダルコアに巻装した、ことを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のノイズフィルタにおいて、ノイズフィルタを収納すると共に、第１、第２、第３のコイルを外部接続するための各接続端子及びそれ自体を接地する接地端子を備えたシールドケースと、シールドケースに収納され、第１及び第２のコイルの端部間、並びに第１、第２、第３のコイルの各端部及びシールドケース間にそれぞれ接続されたキャパシタとを備えた、ことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、
第１の制御回路を有する第１の電気機器と、電力負荷及び第２の制御回路を有し、第１の電気機器と同一の受電端に接続された第２の電気機器と、第１及び第２の制御回路が通信するための単一の制御信号線と、電力負荷の受電経路に接続され、電力負荷の往路電流を流す第１のコイル及び復路電流を流す第２のコイルが単一のトロイダルコアに巻装され、かつ、制御信号線の制御信号電流を還流させるための通信線路として、第１のコイルを含む受電経路及び第２コイルを含む受電経路の少なくとも一方を用いるノイズフィルタとを備えた電気装置において、
ノイズフィルタは、制御信号線の制御信号電流及び通信に供される受電経路の制御信号電流によってそれぞれ発生する磁束が相殺するように、制御信号線を接続する第３のコイルをトロイダルコアに巻装したものである、ことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、
室内制御回路を有する室内機と、電力変換器及び室外制御回路を有し、室内機と同一の受電端に接続された室外機と、室内制御回路及び室外制御回路が通信するための単一の制御信号線と、電力変換器の受電経路に接続され、電力変換器の往路電流を流す第１のコイル及び復路電流を流す第２のコイルが単一のトロイダルコアに巻装され、かつ、制御信号線の制御信号電流を還流させるための通信線路として、第１のコイルを含む受電経路及び第２コイルを含む受電経路の少なくとも一方を用いるノイズフィルタとを備えた空気調和機において、
ノイズフィルタは、制御信号線の制御信号電流及び通信に供される受電経路の制御信号電流によってそれぞれ発生する磁束が相殺するように、制御信号線を接続する第３のコイルをトロイダルコアに巻装したものである、ことを特徴とする。

本発明のノイズフィルタによれば、単一のトロイダルコアに巻装されたコイルを含む２つの受電経路の少なくとも一方を、単一の制御信号線の制御信号電流を還流させるための通信線路として用いる場合でもノイズ低減機能を保持することができる。

また、本発明の電気装置によれば、単一のトロイダルコアに巻装されたコイルを含む２つの受電経路の少なくとも一方を、単一の制御信号線の制御信号電流を還流させるための通信線路として用いる場合でも、制御信号電流に起因するノイズを確実に低減することができる。

さらに、本発明の空気調和機によれば、単一のトロイダルコアに巻装されたコイルを含む２つの受電経路の少なくとも一方を、単一の制御信号線の制御信号電流を還流させるための通信線路として用いる場合でも、制御信号電流に起因するノイズを確実に低減することができる。

以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るノイズフィルタ及びこれを用いた電気装置の一実施形態の構成を部分的にブロックで示した回路図であり、図中、従来装置を示した図４と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は、図４に示したノイズフィルタ５の代わりに、単一のトロイダルコアに第１のコイル５１、第２のコイル５２及び第３のコイル５３を巻装したノイズフィルタ５Ａを用い、電源母線２が第１のコイル５１を経由し、電源母線３が第２のコイル５２を経由するように接続すると共に、制御信号線４が第３のコイル５３を経由するように接続した点が図４に示した従来装置と構成を異にし、これ以外は図４と同一に構成されている。

ノイズフィルタ５Ａを構成する第１のコイル５１及び第２のコイル５２は、それぞれ電力負荷２１に対する往路電流及び復路電流を流すもので、線径は比較的大きく、また、両者の磁束が互いに相殺されるように巻方向（又は端子接続）が同じにされて同一の巻数でなっている。第３のコイル５３は制御回路１２と制御回路２２とが制御信号を送信するための制御信号電流が流れるだけであるため、第１のコイル５１及び第２のコイル５２と比較して線径の小さいものが用いられ、その巻方向は、第１、第２のコイル５１、５２と同じ方向で、その巻数は第１のコイル５１及び第２のコイル５２と等しくされる。

ここで、電気機器１０が電気機器２０に制御に必要な信号を送信する場合、制御回路１２は電源母線２の電圧波形が正になる期間に、サイリスタ１３ａをオン、オフ制御することによって、電源母線２→サイリスタ１３ａ→ダイオード１４→抵抗１５→制御信号線４→第３のコイル５３→制御信号線４→抵抗２６→ダイオード２７→発光素子２８→電源母線３→第２のコイル５２→電源母線３の経路で制御信号電流が流れるから、第３のコイル５３と第２のコイル５２が同一方向で、かつ同一回数だけ巻かれているとともに、両方のコイルを流れる制御信号電流は、逆方向であることから、第３のコイル５３と第２のコイル５２において制御信号電流に基づきトロイダルコアに生じる磁束は同じ大きさで互いに逆方向となり、相殺される。なお、電気機器１０が電気機器２０に制御信号を送信する場合、サイリスタ２３ａがオフ状態を維持するように制御回路２２は動作する。一方、電気機器２０が電気機器１０に対して制御に必要な信号を送信する場合、制御回路２２は電源母線３の電圧波形が正になる期間にサイリスタ２３ａをオン、オフ制御することによって、電源母線３→発光素子１８→ダイオード１７→抵抗１６→制御信号線４→第３のコイル５３→制御信号線４→抵抗２５→ダイオード２４→サイリスタ２３ａ→電源母線２→第１のコイル５１→電源母線２の経路に制御信号電流が流れ、上述の場合と同様に第３のコイル５３の磁束と第１のコイル５１の磁束とが互いに相殺することとなる。なお、この場合、サイリスタ１３ａがオフ状態を維持するように制御回路１２は動作する。

この結果、制御信号線４の制御信号電流を還流させるための通信線路として第１のコイル５１又は第２のコイル５２を用いた場合でも、制御信号電流に起因する電流の不平衡が生じることはなく、通常運転時のトロイダルコア内に発生する磁束はゼロとなり、磁束飽和も発生しない。

かくして、電気装置の一実施形態と併せて説明したノイズフィルタ５Ａによれば、単一のトロイダルコアに巻装されたコイルを含む２つの受電経路の少なくとも一方を、単一の制御信号線の制御信号電流を還流させるための通信線路として用いる場合でもノイズ低減機能を保持することができる。また、この実施形態に係る電気装置によれば、制御回路１２と制御回路２２との間で制御信号を送受信する場合の制御信号電流に起因するノイズを確実に低減することができる。

なお、上記実施形態では制御回路１２と制御回路２２とが相互に制御信号を授受する場合について説明したが、制御回路１２から制御回路２２に対してのみ通信する電気装置、あるいは、制御回路２２から制御回路１２に対してのみ通信する電気装置にもノイズフィルタ５Ａを適用することができる。

図２は本発明に係るノイズフィルタの他の実施形態の構成を示す回路図である。ここに示したノイズフィルタ５Ｂは第１のコイル５１〜５３を収納するシールドケース５０を備えている。そして、このシールドケース５０には第１のコイル５１及び第２のコイル５２の各一端を外部接続する１対の電源入出力端子５５、第１のコイル５１及び第２のコイル５２の各他端を外部接続する１対の電源出入力端子５６、第３のコイル５３の一端を外部接続する信号入出力端子５７、第３のコイル５３の他端を外部接続する信号出入力端子５８及びシールドケース５０自体を接地するためのシールド端子５９を備えている。また、シールドケース５０の内部には、第１のコイル５１及び第２のコイル５２の一端部を相互に接続すると共に、シールドケース５０に接続する３個のキャパシタ５４と、その他端部を相互に接続すると共に、シールドケース５０に接続する３個のキャパシタ５４と、第３のコイル５３の一端及び他端をそれぞれシールドケース５０に接続する２個のキャパシタ５４とが設けられている。

このように、トロイダルコイルに第１のコイル５１、第２のコイル５２及び第３のコイル５３を巻装したものをシールドケース５０に収納し、各端子間及び各端子とシールドケース５０間にキャパシタ５４を接続することによってノイズ除去性能が高められ、かつ、分解、改造を不要化することのできるノイズフィルタが得られる。この場合、第３のコイル５３を用いない従来の電気装置のノイズフィルタ５として用いても、信号入出力端子５７及び信号出入力端子５８を開放したままにしておけば、第３のコイル５３に電流が流れることはなく、機能的に悪影響を及ぼすことはない。

図３は本発明に係るノイズフィルタを用いた空気調和機の実施形態の構成を部分的にブロックで示した回路図であり、図中、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は図１中の制御回路１２を室内制御回路３２に置き換えて電気機器１０の代わりに室内機３０を構成し、さらに、図１中の電力負荷２１を整流回路及びインバータを含む電力変換器４１とし、図１中の制御回路２２を室外制御回路４２に置き換えて電気機器２０の代わりに室外機４０を構成したものであり、これ以外は図１と同様に構成されている。

この構成により、室内制御回路３２と室外制御回路４２とが制御に必要な情報を相互に通信することができ、また、ノイズフィルタ５Ａを備えているので、制御信号電流に起因するノイズを確実に低減することのできる空気調和機が提供される。

なお、図３に示したノイズフィルタ５Ａの代わりに、図２に示したノイズフィルタ５Ｂを用いることによって、ノイズ除去性能がより一層高められ、かつ、分解、改造を不要化することができるという効果も得られる。

なおまた、図３では室内制御回路３２及び室外制御回路４２が相互に制御信号を授受するものについて説明したが、室内制御回路３２から室外制御回路４２に対してのみ通信する空気調和機、あるいは、室外制御回路４２から室内制御回路３２に対してのみ通信する空気調和機にもノイズフィルタ５Ａ又は５Ｂを適用することができる。

本発明に係るノイズフィルタ及びこれを用いた電気装置の一実施形態の構成を部分的にブロックで示した回路図。 本発明に係るノイズフィルタの他の実施形態の構成を示す回路図。 本発明に係るノイズフィルタ及びこれを用いた空気調和機の一実施形態の構成を部分的にブロックで示した回路図。 従来の電気装置にノイズフイルタを付加した装置の構成を部分的にブロックで示した回路図。 従来の電気装置にノイズフイルタを付加したもう１つの装置の構成を部分的にブロックで示した回路図。

符号の説明

２，３ 電源母線
４ 制御信号線
５Ａ，５Ｂ ノイズフィルタ
１０，２０ 電気機器
２１ 電力負荷
３０ 室内機
３２ 室内制御回路
４０ 室外機
４１ 電力変換器
４２ 室外制御回路
５０ シールドケース
５１ 第１のコイル
５２ 第２のコイル
５３ 第３のコイル
５４ キャパシタ

Claims (4)

1. 電力負荷の受電経路に接続され、前記電力負荷の往路電流を流す第１のコイル及び復路電流を流す第２のコイルが単一のトロイダルコアに巻装され、かつ、制御信号を伝送するための単一の制御信号線の制御信号電流を還流させるための通信線路として、前記第１のコイルを含む前記受電経路及び前記第２コイルを含む前記受電経路の少なくとも一方を用いるノイズフィルタにおいて、
   前記制御信号線の制御信号電流及び通信に供される前記受電経路の制御信号電流によってそれぞれ発生する磁束が相殺するように、前記制御信号線を接続することが可能な第３のコイルを前記トロイダルコアに巻装した、ことを特徴とするノイズフィルタ。
2. 前記ノイズフィルタを収納すると共に、前記第１、第２、第３のコイルを外部接続するための各接続端子及びそれ自体を接地する接地端子を備えたシールドケースと、前記シールドケースに収納され、前記第１及び第２のコイルの端部間、並びに前記第１、第２、第３のコイルの各端部及びシールドケース間にそれぞれ接続されたキャパシタとを備えた、ことを特徴とする請求項１に記載のノイズフィルタ。
3. 第１の制御回路を有する第１の電気機器と、電力負荷及び第２の制御回路を有し、前記第１の電気機器と同一の受電端に接続された第２の電気機器と、前記第１及び第２の制御回路が通信するための単一の制御信号線と、前記電力負荷の受電経路に接続され、前記電力負荷の往路電流を流す第１のコイル及び復路電流を流す第２のコイルが単一のトロイダルコアに巻装され、かつ、前記制御信号線の制御信号電流を還流させるための通信線路として、前記第１のコイルを含む前記受電経路及び前記第２コイルを含む前記受電経路の少なくとも一方を用いるノイズフィルタとを備えた電気装置において、
   前記ノイズフィルタは、前記制御信号線の制御信号電流及び通信に供される前記受電経路の制御信号電流によってそれぞれ発生する磁束が相殺するように、前記制御信号線を接続する第３のコイルを前記トロイダルコアに巻装したものである、ことを特徴とする電気装置。
4. 室内制御回路を有する室内機と、電力変換器及び室外制御回路を有し、前記室内機と同一の受電端に接続された室外機と、前記室内制御回路及び室外制御回路が通信するための単一の制御信号線と、前記電力変換器の受電経路に接続され、前記電力変換器の往路電流を流す第１のコイル及び復路電流を流す第２のコイルが単一のトロイダルコアに巻装され、かつ、前記制御信号線の制御信号電流を還流させるための通信線路として、前記第１のコイルを含む前記受電経路及び前記第２コイルを含む前記受電経路の少なくとも一方を用いるノイズフィルタとを備えた空気調和機において、
   前記ノイズフィルタは、前記制御信号線の制御信号電流及び通信に供される前記受電経路の制御信号電流によってそれぞれ発生する磁束が相殺するように、前記制御信号線を接続する第３のコイルを前記トロイダルコアに巻装したものである、ことを特徴とする空気調和機。

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