JP2011135684A - コモンモードノイズ低減装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電源側に流れ込むコモンモード電流を低減できるコモンモードノイズ低減装置を提供する。
【解決手段】 コモンモードノイズ低減装置4は、コモンモード電圧を検出し、コモンモード電圧に応じた電圧を出力する電圧検出手段7と、電源1とインバータ2との間の一対の給電ライン5a,5bと終端が接地された中間接地線8cの始端とをそれぞれコンデンサ素子8a,8bを介してY字型に接続したYコンデンサ8と、中間接地線8c上に配置し、電圧検出手段7の出力電圧に基づいて、電源1側に流れ込むコモンモード電流を打ち消す電流をYコンデンサ8に流すYコンデンサ駆動回路9と、を備える。
【選択図】 図１
【解決手段】 コモンモードノイズ低減装置4は、コモンモード電圧を検出し、コモンモード電圧に応じた電圧を出力する電圧検出手段7と、電源1とインバータ2との間の一対の給電ライン5a,5bと終端が接地された中間接地線8cの始端とをそれぞれコンデンサ素子8a,8bを介してY字型に接続したYコンデンサ8と、中間接地線8c上に配置し、電圧検出手段7の出力電圧に基づいて、電源1側に流れ込むコモンモード電流を打ち消す電流をYコンデンサ8に流すYコンデンサ駆動回路9と、を備える。
【選択図】 図１
Description
本発明は、コモンモードノイズ低減装置に関する。
特許文献１には、トランスの１次巻線を一対の給電ライン上に配置し、２次巻線をYコンデンサの中間接地線上に配置したコモンモードノイズ低減装置が開示されている。
上記従来技術では、トランス側から見たYコンデンサの駆動点インピーダンスが大きいため、トランスの２次巻線に電流が流れにくい。このため、電源側に流れ込むコモンモード電流を低減できず、コモンモードノイズが大きくなるという問題があった。
本発明の目的は、電源側に流れ込むコモンモード電流を低減できるコモンモードノイズ低減装置を提供することにある。
本発明の目的は、電源側に流れ込むコモンモード電流を低減できるコモンモードノイズ低減装置を提供することにある。
上述の課題を解決するために、本発明では、Yコンデンサの中間接地線側に、コモンモード電圧に応じて電源側に流れ込むコモンモード電流を打ち消す電流をYコンデンサに流すYコンデンサ駆動回路を設けた。
よって、本発明にあっては、Yコンデンサの駆動点インピーダンスにかかわらず、電源側に流れ込むコモンモード電流を打ち消す電流をYコンデンサに流すことができる。この結果、電源側に流れ込むコモンモード電流を低減できる。
以下、本発明のコモンモードノイズ低減装置を実施するための形態を、図面に示す各実施例に基づいて説明する。
〔実施例１〕
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１のコモンモードノイズ低減装置を適用したモータ駆動回路図である。実施例１のモータ駆動回路は、電源1、電力変換装置であるインバータ（電力変換装置）2、インバータ2により駆動される電動モータ（負荷である以下モータと記す。）3およびコモンモードノイズ低減装置4を備える。
電源1は、車両の強電バッテリである。なお、実施例１の車両は、電動車両またはハイブリッド車両とし、電源1は、車両後方側に配置されている。
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１のコモンモードノイズ低減装置を適用したモータ駆動回路図である。実施例１のモータ駆動回路は、電源1、電力変換装置であるインバータ（電力変換装置）2、インバータ2により駆動される電動モータ（負荷である以下モータと記す。）3およびコモンモードノイズ低減装置4を備える。
電源1は、車両の強電バッテリである。なお、実施例１の車両は、電動車両またはハイブリッド車両とし、電源1は、車両後方側に配置されている。
インバータ2は、電源1から入力された直流電力を交流電力に変換してモータ3へ出力する。電源1とインバータ2は一対の給電ライン5a,5bで接続されている。インバータ2とモータ3は三相（U相、V相、W相）給電ライン6a,6b,6cで接続されている。インバータ2は、車両後方側であって電源1の近傍に配置されている。
モータ3は、駆動輪である前輪を駆動するためのモータ・ジェネレータであり、車両前方側に配置されている。
モータ3は、駆動輪である前輪を駆動するためのモータ・ジェネレータであり、車両前方側に配置されている。
コモンモードノイズ低減装置4は、インバータ2のスイッチングに起因するコモンモードノイズを低減するためのもので、電圧検出手段7と、Yコンデンサ8と、Yコンデンサ駆動回路9とを備える。コモンモードノイズ低減装置4は、車両前方側に配置されている。コモンモード電流は、モータ3の浮遊容量CMとインバータ2のスイッチングにより生じるコモンモード電圧によってモータ3と電源1との間の給電ライン5a,5b,6a,6b,6cと車両ボディをループする電流であり、ループする経路が長いほどコモンモードノイズは大きくなり、ラジオノイズ等に大きな影響を与える。コモンモードノイズ低減装置4は、Yコンデンサ8により電源1側に流れ込むコモンモード電流を低減し、コモンモード電流のループ経路を小さくすることで、コモンモードノイズを低減する。
電圧検出手段7は、コモンモード電圧を検出し、出力ライン10にコモンモード電圧を出力する。電圧検出手段7は、モータ3の中性点に接続されているため、コモンモード電圧変動のみを検出できる。給電ライン6a,6b,6cにコモンモード電流が流れないとき、中性点電圧の時間的変化量はゼロとなるからである。
Yコンデンサ8は、コモンモード電流のループ経路を短くするためのEMIフィルタであり、２つのコンデンサ素子8a,8bを備える。Yコンデンサ8は、一対の給電ライン5a,5bとYコンデンサ駆動回路9を介して終端が接地（モータ3の筐体3aに接続）された中間接地線8cの始端とをそれぞれコンデンサ素子8a,8bを介してY字型に接続したものである。
Yコンデンサ8は、コモンモード電流のループ経路を短くするためのEMIフィルタであり、２つのコンデンサ素子8a,8bを備える。Yコンデンサ8は、一対の給電ライン5a,5bとYコンデンサ駆動回路9を介して終端が接地（モータ3の筐体3aに接続）された中間接地線8cの始端とをそれぞれコンデンサ素子8a,8bを介してY字型に接続したものである。
Yコンデンサ駆動回路9は、出力ライン10へ付与された電圧（入力電圧）に基づいて、電源1側に流れ込むコモンモード電流を打ち消す電流がYコンデンサ8に流れるよう、Yコンデンサ8に電圧（出力電圧）を付与する。Yコンデンサ駆動回路9は、中間接地線8c上に配置されている。
図２は、実施例１のYコンデンサ駆動回路9の回路図であり、Yコンデンサ駆動回路9は、NPN型のトランジスタ11とPNP型のトランジスタ12とがプッシュプル動作を行うように配置したエミッタフォロワ回路である。トランジスタ11のエミッタ11aはYコンデンサ8の中間接地線8cと接続され、コレクタ11bはエミッタフォロワ用電源13の正極と接続され、ベース11cは出力ライン10と接続されている。エミッタフォロワ用電源13は、２つのトランジスタ11,12を駆動するための直流電源である。コレクタ11bとベース11cとの間にはバイアスのための抵抗14が設けられている。トランジスタ12のエミッタ12aはYコンデンサ8の中間接地線8cと接続され、コレクタ12bはエミッタフォロワ用電源13の負極と接続され、ベース12cは出力ライン10と接続されている。コレクタ12bとベース12cとの間には、バイアスのための抵抗15が設けられている。エミッタフォロワ用電源13は２つの電池を用いた直流電源であり、両電池の間はモータ3の筐体3aと接続されている。
図２は、実施例１のYコンデンサ駆動回路9の回路図であり、Yコンデンサ駆動回路9は、NPN型のトランジスタ11とPNP型のトランジスタ12とがプッシュプル動作を行うように配置したエミッタフォロワ回路である。トランジスタ11のエミッタ11aはYコンデンサ8の中間接地線8cと接続され、コレクタ11bはエミッタフォロワ用電源13の正極と接続され、ベース11cは出力ライン10と接続されている。エミッタフォロワ用電源13は、２つのトランジスタ11,12を駆動するための直流電源である。コレクタ11bとベース11cとの間にはバイアスのための抵抗14が設けられている。トランジスタ12のエミッタ12aはYコンデンサ8の中間接地線8cと接続され、コレクタ12bはエミッタフォロワ用電源13の負極と接続され、ベース12cは出力ライン10と接続されている。コレクタ12bとベース12cとの間には、バイアスのための抵抗15が設けられている。エミッタフォロワ用電源13は２つの電池を用いた直流電源であり、両電池の間はモータ3の筐体3aと接続されている。
次に、Yコンデンサ駆動回路9の出力電圧について説明する。
まず、モータ浮遊容量CMを流れるコモンモード電流ICMは、下記の式(1)で表される。
ICM=CM*dVin/dt …(1)
ここで、Vinは、入力電圧、すなわち、電圧検出手段7により検出されたモータ3の中性点電位（＝コモンモード電圧）である。
また、Yコンデンサ8に流れる電流ICyは、下記の式(2)で表される。
ICy=(Cy1+Cy2)*dVout/dt …(2)
ここで、Cy1はコンデンサ素子8aの静電容量、Cy2はコンデンサ素子8bの静電容量である。
いま、電源1側の浮遊容量に流れるコモンモード電流をICとしたとき、下記の式(3)が成立する。
ICM=IC+ICy …(3)
したがって、ICM=ICyとなれば、理論上、電源1側に流れるコモンモード電流ICはゼロとなる。
つまり、Yコンデンサ駆動回路9では、下記の式(4)を満たす出力電圧Voutを出力することで、電源1側に流れるコモンモード電流ICをゼロとすることができる。
CM*dVin/dt =(Cy1+Cy2)*dVout/dt …(4)
実施例１のYコンデンサ駆動回路9では、エミッタフォロワ回路を用いて式(4)を満たす出力電圧Voutを生成するために、２つのトランジスタ11,12の電圧増幅率をいずれも1倍としている。
まず、モータ浮遊容量CMを流れるコモンモード電流ICMは、下記の式(1)で表される。
ICM=CM*dVin/dt …(1)
ここで、Vinは、入力電圧、すなわち、電圧検出手段7により検出されたモータ3の中性点電位（＝コモンモード電圧）である。
また、Yコンデンサ8に流れる電流ICyは、下記の式(2)で表される。
ICy=(Cy1+Cy2)*dVout/dt …(2)
ここで、Cy1はコンデンサ素子8aの静電容量、Cy2はコンデンサ素子8bの静電容量である。
いま、電源1側の浮遊容量に流れるコモンモード電流をICとしたとき、下記の式(3)が成立する。
ICM=IC+ICy …(3)
したがって、ICM=ICyとなれば、理論上、電源1側に流れるコモンモード電流ICはゼロとなる。
つまり、Yコンデンサ駆動回路9では、下記の式(4)を満たす出力電圧Voutを出力することで、電源1側に流れるコモンモード電流ICをゼロとすることができる。
CM*dVin/dt =(Cy1+Cy2)*dVout/dt …(4)
実施例１のYコンデンサ駆動回路9では、エミッタフォロワ回路を用いて式(4)を満たす出力電圧Voutを生成するために、２つのトランジスタ11,12の電圧増幅率をいずれも1倍としている。
次に、作用を説明する。
まず、実施例１のコモンモードノイズ低減装置4の動作について説明する。
コモンモード電流がゼロのとき、出力ライン10と中間接地線8cとの電位は共にゼロであり、２つのトランジスタ11,12のベース11c,12cとエミッタ11a,12aとの電位差はゼロであるため、２つのトランジスタ11,12は共にOFFである。つまり、入力電圧がゼロのとき、２つのトランジスタ11,12は非動作領域であるため、Yコンデンサ駆動回路9の出力電圧はゼロである。
まず、実施例１のコモンモードノイズ低減装置4の動作について説明する。
コモンモード電流がゼロのとき、出力ライン10と中間接地線8cとの電位は共にゼロであり、２つのトランジスタ11,12のベース11c,12cとエミッタ11a,12aとの電位差はゼロであるため、２つのトランジスタ11,12は共にOFFである。つまり、入力電圧がゼロのとき、２つのトランジスタ11,12は非動作領域であるため、Yコンデンサ駆動回路9の出力電圧はゼロである。
コモンモード電流が電源ライン上を図１の矢印方向に流れるとき、すなわち、モータ3からグランド（モータ3の筐体3a）に向かって流れるとき、コモンモード電圧分だけ出力ライン10の電位が中間接地線8cの電位よりも高くなる。このとき、２つのトランジスタ11,12では、ベース11c,12cの電位がエミッタ11a,12aの電位よりも高くなるため、トランジスタ11はON、トランジスタ12はOFFとなる。トランジスタ11のONにより、Yコンデンサ駆動回路9はコモンモード電圧相当の電圧を出力電圧としてYコンデンサ8に付与する。つまり、入力電圧が正のときにはトランジスタ11が動作領域に入る。これにより、Yコンデンサ8を介してグランドから給電ライン5a,5bにコモンモード電流と同じ大きさの電流が流れ、グランドから給電ライン5a,5bにコモンモード電流を還流させることができる。
コモンモード電流が電源ライン上を図１の矢印方向と反対方向に流れるとき、すなわち、グランドからモータ3に向かって流れるとき、コモンモード電圧分だけ中間接地線8cの電位が出力ライン10の電位よりも高くなる。このとき、２つのトランジスタ11,12では、エミッタ11a,12aの電位がベース11c,12cの電位よりも高くなるため、トランジスタ11はOFF、トランジスタ12はONとなる。トランジスタ12のONにより、Yコンデンサ駆動回路9はコモンモード電圧相当の電圧を出力電圧としてYコンデンサ8に付与する。つまり、入力電圧が負のときにはトランジスタ12が動作領域に入る。これにより、Yコンデンサ8を介して給電ライン5a,5bからグランドにコモンモード電流と同じ大きさの電流が流れ、給電ライン5a,5bからグランドにコモンモード電流を還流させることができる。
従来のコモンモードノイズ低減装置では、Yコンデンサとトランスの２次巻線を接続しているため、Yコンデンサの駆動点インピーダンスが大きく、トランスの２次巻線に電流が流れにくい。理由は、Yコンデンサの駆動点インピーダンスが大きいほど、トランスの励磁アドミタンスに電流が流れるため、１次巻線および２次巻線に電流を流すことができないからである。ここで、励磁アドミタンスとは、磁気コアの鉄損を考慮した励磁コンダクタンスと励磁インダクタンスの合成アドミタンスをいう。したがって、従来のコモンモードノイズ低減装置では、電源側に流れ込むコモンモード電流を低減できず、コモンモードノイズを抑制できない。
上記従来技術において、トランスの要求性能を高くすることで、Yコンデンサにより多くの電流を流すことが可能となるが、巻数増や磁気コアの大型化が必要となるため、トランスの大型化および重量増を招き、車載性が著しく阻害されるため、採用し難い。なお、Yコンデンサを構成するコンデンサ素子の静電容量を大きくすることで、インピーダンスを小さくできるが、Yコンデンサは車両ボディと接続されており、かつ、車両駆動用モータの浮遊容量は大きいため、コンデンサの大容量化は制限される。
これに対し、実施例１のコモンモードノイズ低減装置4では、Yコンデンサ8の静電容量にかかわらず、Yコンデンサ駆動回路9によってYコンデンサ8に電源1側へ流れ込むコモンモード電流を打ち消す電流、すなわち、コモンモード電流と同等の大きさの電流を流すことができる。つまり、電圧検出手段7では、コモンモード電圧を検出でき、Yコンデンサ駆動回路9では、検出電圧、すなわちコモンモード電圧とほぼ同じ大きさの電圧をYコンデンサ8にかけることができる。よって、電源1側の浮遊容量C1に流れるコモンモード電流を打ち消す電流をYコンデンサ8に流すことができ、コモンモードノイズを低減できる。また、Yコンデンサ8に流す電流は、Yコンデンサ8の各コンデンサ素子8a,8bの静電容量に左右されることがないため、各コンデンサ素子8a,8bの静電容量を小さく抑え、小型化を図ることができる。
また、実施例１のYコンデンサ駆動回路9としてプッシュプル動作を行うエミッタフォロワ回路を用いている。エミッタフォロワは、出力インピーダンスが低いため、Yコンデンサ8のインピーダンスに影響されることなくYコンデンサ8にコモンモード電流を打ち消す電流を流すことができる。また、Yコンデンサ8とグランドは、コモンモード電流が流れとときのみ接続され、かつ、グランド側に流れる電流は、コモンモード電流の大きさ以下に制限される。よって、放電により大電流が車体ボディに流れるのを防止できる。
実施例１では、コモンモードノイズ低減装置4を車両前方側に配置しているため、インバータ2のスイッチングにより発生するコモンモード電流の大部分を、車両前方側でループさせることができる。特に、実施例１では、電源1を車両後方側に配置しているため、コモンモード電流が車両ボディを伝って車両後方側まで到達すると、ループ経路が非常に長くなるため、コモンモードノイズが大きくなってしまう。コモンモード電流を車両前方側でループさせるようにすることで、コモンモード電流のループ経路を短くでき、コモンモードノイズを効果的に低減できる。
次に、効果を説明する。
実施例１のコモンモードノイズ低減装置4にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
(1) コモンモードノイズ低減装置4は、コモンモード電圧を検出し、コモンモード電圧に応じた電圧を出力する電圧検出手段7と、電源1とインバータ2との間の一対の給電ライン5a,5bと終端が接地された中間接地線8cの始端とをそれぞれコンデンサ素子8a,8bを介してY字型に接続したYコンデンサ8と、中間接地線8c上に配置し、電圧検出手段7の出力電圧に基づいて、電源1側に流れ込むコモンモード電流を打ち消す電流をYコンデンサ8に流すYコンデンサ駆動回路9と、を備える。これにより、Yコンデンサ8の駆動点インピーダンスにかかわらず、電源1側の浮遊容量C1に流れるコモンモード電流を打ち消す電流をYコンデンサ8に流すことができる。この結果、電源側に流れ込むコモンモード電流を低減できる。
(2) Yコンデンサ駆動回路9を、２つのトランジスタ11,12のベース11c,112cを電圧検出手段7の出力ライン10と接続し、エミッタ11a,12aを中間接地線8cと接続し、コレクタ11b,12bを接地し、ベース電圧に応じてプッシュプル動作を行うように構成したエミッタフォロワ回路とした。これにより、Yコンデンサ8のインピーダンスに影響されることなくYコンデンサ8にコモンモード電流を打ち消す電流を流すことができる。
(3) Yコンデンサ駆動回路9は、電圧検出手段7の出力電圧がゼロのとき、すなわち、コモンモード電流が流れていないとき、中間接地線8cを遮断するため、グランド側に流れる電流を、コモンモード電流の大きさ以下に制限できる。よって、放電により大電流が車体ボディに流れるのを防止できる。
実施例１のコモンモードノイズ低減装置4にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
(1) コモンモードノイズ低減装置4は、コモンモード電圧を検出し、コモンモード電圧に応じた電圧を出力する電圧検出手段7と、電源1とインバータ2との間の一対の給電ライン5a,5bと終端が接地された中間接地線8cの始端とをそれぞれコンデンサ素子8a,8bを介してY字型に接続したYコンデンサ8と、中間接地線8c上に配置し、電圧検出手段7の出力電圧に基づいて、電源1側に流れ込むコモンモード電流を打ち消す電流をYコンデンサ8に流すYコンデンサ駆動回路9と、を備える。これにより、Yコンデンサ8の駆動点インピーダンスにかかわらず、電源1側の浮遊容量C1に流れるコモンモード電流を打ち消す電流をYコンデンサ8に流すことができる。この結果、電源側に流れ込むコモンモード電流を低減できる。
(2) Yコンデンサ駆動回路9を、２つのトランジスタ11,12のベース11c,112cを電圧検出手段7の出力ライン10と接続し、エミッタ11a,12aを中間接地線8cと接続し、コレクタ11b,12bを接地し、ベース電圧に応じてプッシュプル動作を行うように構成したエミッタフォロワ回路とした。これにより、Yコンデンサ8のインピーダンスに影響されることなくYコンデンサ8にコモンモード電流を打ち消す電流を流すことができる。
(3) Yコンデンサ駆動回路9は、電圧検出手段7の出力電圧がゼロのとき、すなわち、コモンモード電流が流れていないとき、中間接地線8cを遮断するため、グランド側に流れる電流を、コモンモード電流の大きさ以下に制限できる。よって、放電により大電流が車体ボディに流れるのを防止できる。
〔実施例２〕
図３は、実施例２のコモンモードノイズ低減装置を適用したモータ駆動回路図である。なお、実施例１と共通する部位については、同一呼称、同一の符号で表す。
実施例２のコモンモードノイズ低減装置21は、電圧検出手段22の構成が実施例１と異なる。
実施例２の電圧検出手段22は、３つのコンデンサ素子22a,22b,22cの一端をモータ3の各相（給電ライン6a,6b,6c）に接続し、他端を出力ライン10と接続している。
他の構成は実施例１と同じであるため、説明を省略する。
図３は、実施例２のコモンモードノイズ低減装置を適用したモータ駆動回路図である。なお、実施例１と共通する部位については、同一呼称、同一の符号で表す。
実施例２のコモンモードノイズ低減装置21は、電圧検出手段22の構成が実施例１と異なる。
実施例２の電圧検出手段22は、３つのコンデンサ素子22a,22b,22cの一端をモータ3の各相（給電ライン6a,6b,6c）に接続し、他端を出力ライン10と接続している。
他の構成は実施例１と同じであるため、説明を省略する。
次に、作用を説明する。
実施例１では、モータ3の中性点電位を検出するために、出力ライン10をモータ巻線の中性点から引き出す必要があり、手間が掛かる。また、分布巻きのモータについては中性点が存在しないため、適用できない。
これに対し、実施例２では、モータ3の各相（給電ライン6a,6b,6c）の中点電位を検出するため、モータ巻線から直接出力ライン10を引き出す必要がなく、配線の手間を省くことができると共に、配線のレイアウト自由度を高めることができる。また、分布巻きのモータにも適用可能となる。
また、実施例２では、電圧検出手段22としてコンデンサ素子22a,22b,22cを用いたことで、シャント抵抗またはトランスを用いた電圧検出手段に対し、以下のような利点を有する。シャント抵抗を用いた電圧検出手段では、抵抗に高電圧を加えると熱損失が大きくなり、検出精度が低下するが、コンデンサを用いることで、熱損失をゼロにできると共に、ノイズ成分のような高周波成分を精度良くに検出できる。また、トランスを用いた電圧検出手段では、検出精度を高めるには大きなインダクタンスが必要となり、トランスの大型化を伴うが、コンデンサを用いることで、小型化を図ることができる。
実施例１では、モータ3の中性点電位を検出するために、出力ライン10をモータ巻線の中性点から引き出す必要があり、手間が掛かる。また、分布巻きのモータについては中性点が存在しないため、適用できない。
これに対し、実施例２では、モータ3の各相（給電ライン6a,6b,6c）の中点電位を検出するため、モータ巻線から直接出力ライン10を引き出す必要がなく、配線の手間を省くことができると共に、配線のレイアウト自由度を高めることができる。また、分布巻きのモータにも適用可能となる。
また、実施例２では、電圧検出手段22としてコンデンサ素子22a,22b,22cを用いたことで、シャント抵抗またはトランスを用いた電圧検出手段に対し、以下のような利点を有する。シャント抵抗を用いた電圧検出手段では、抵抗に高電圧を加えると熱損失が大きくなり、検出精度が低下するが、コンデンサを用いることで、熱損失をゼロにできると共に、ノイズ成分のような高周波成分を精度良くに検出できる。また、トランスを用いた電圧検出手段では、検出精度を高めるには大きなインダクタンスが必要となり、トランスの大型化を伴うが、コンデンサを用いることで、小型化を図ることができる。
次に、効果を説明する。
実施例２のコモンモードノイズ低減装置21にあっては、実施例１の効果(1)〜(3)に加え、以下に列挙する高価を奏する。
(4) 電圧検出手段22は、モータ3の各相（給電ライン6a,6b,6c）の中点電位を検出するため、配線作用の容易化および配線のレイアウト自由度の向上を図ることができる。
(5) 電圧検出手段22としてコンデンサ素子22a,22b,22bを用いたため、熱損失をゼロにできる、ノイズ成分のような高周波成分を精度良く検出できる、装置の小型化が可能になる、等の効果が得られる。
実施例２のコモンモードノイズ低減装置21にあっては、実施例１の効果(1)〜(3)に加え、以下に列挙する高価を奏する。
(4) 電圧検出手段22は、モータ3の各相（給電ライン6a,6b,6c）の中点電位を検出するため、配線作用の容易化および配線のレイアウト自由度の向上を図ることができる。
(5) 電圧検出手段22としてコンデンサ素子22a,22b,22bを用いたため、熱損失をゼロにできる、ノイズ成分のような高周波成分を精度良く検出できる、装置の小型化が可能になる、等の効果が得られる。
〔実施例３〕
図４は、実施例３のコモンモードノイズ低減装置を適用したモータ駆動回路図である。なお、実施例１と共通する部位については、同一呼称、同一の符号で表す。
実施例３のコモンモードノイズ低減装置23は、電圧検出手段24の構成が実施例１と異なる。
実施例３の電圧検出手段24は、モータ3の各相（給電ライン6a,6b,6c）とグランドとの間に２つのインピーダンス24a,24bが直列に設けられ、両インピーダンス24a,24bの間に出力ライン10が接続されている。２つのインピーダンス24a,24bは、検出したコモンモード電圧を小さくしてYコンデンサ駆動回路9へ出力する分圧回路を構成する。実施例３の電圧検出手段24では、検出したコモンモード電圧を1/mに分圧してYコンデンサ駆動回路9へ出力する。これに応じて、Yコンデンサ8における２つのコンデンサ素子8a,8bの合成静電容量をモータ3の浮遊容量のm倍としている。
図４は、実施例３のコモンモードノイズ低減装置を適用したモータ駆動回路図である。なお、実施例１と共通する部位については、同一呼称、同一の符号で表す。
実施例３のコモンモードノイズ低減装置23は、電圧検出手段24の構成が実施例１と異なる。
実施例３の電圧検出手段24は、モータ3の各相（給電ライン6a,6b,6c）とグランドとの間に２つのインピーダンス24a,24bが直列に設けられ、両インピーダンス24a,24bの間に出力ライン10が接続されている。２つのインピーダンス24a,24bは、検出したコモンモード電圧を小さくしてYコンデンサ駆動回路9へ出力する分圧回路を構成する。実施例３の電圧検出手段24では、検出したコモンモード電圧を1/mに分圧してYコンデンサ駆動回路9へ出力する。これに応じて、Yコンデンサ8における２つのコンデンサ素子8a,8bの合成静電容量をモータ3の浮遊容量のm倍としている。
次に、作用を説明する。
実施例３では、電圧検出手段24の出力電圧は、モータ3の各相の中点電位を分圧した電圧値となるため、Yコンデンサ駆動回路9の駆動電圧を低くすることが可能となる。
例えば、インピーダンス24aをZ1、インピーダンス24bをZ2とした場合、Yコンデンサ駆動回路9の入力電圧Vinは、下記の式(5)となる。
Vin=Vc*Z1/(Z1+Z2) …(5)
よって、ICM=ICyとするためには、下記の式(6)を満たせばよい。
(Cy1+Cy2)=CM*(Z1+Z2)/Z1 …(6)
ここで、モータ3の駆動電圧が300Vである場合、モータ3の中性点の電圧変動をそのまま伝えるためには、Yコンデンサ駆動回路9の電源電圧であるエミッタフォロワ用電源13を300Vにする必要がある。この場合、Yコンデンサ駆動回路9において、動作電圧が300Vの高価なトランジスタを用いなければならない。また、トランジスタは、一般的に動作電圧が高いものほど特性に劣るという性質がある。これに対し、電圧検出手段24で1/20に分圧した場合、Yコンデンサ駆動回路9の電源電圧を15Vにでき、安価で特性の良いトランジスタを用いることができる。
なお、実施例３では、Yコンデンサ8における２つのコンデンサ素子8a,8bの合成静電容量をモータ3の浮遊容量のm倍としているため、Yコンデンサ駆動回路9の駆動電圧を低くしつつ、コモンモード電流と同じ大きさの電流を流すことができる。
実施例３では、電圧検出手段24の出力電圧は、モータ3の各相の中点電位を分圧した電圧値となるため、Yコンデンサ駆動回路9の駆動電圧を低くすることが可能となる。
例えば、インピーダンス24aをZ1、インピーダンス24bをZ2とした場合、Yコンデンサ駆動回路9の入力電圧Vinは、下記の式(5)となる。
Vin=Vc*Z1/(Z1+Z2) …(5)
よって、ICM=ICyとするためには、下記の式(6)を満たせばよい。
(Cy1+Cy2)=CM*(Z1+Z2)/Z1 …(6)
ここで、モータ3の駆動電圧が300Vである場合、モータ3の中性点の電圧変動をそのまま伝えるためには、Yコンデンサ駆動回路9の電源電圧であるエミッタフォロワ用電源13を300Vにする必要がある。この場合、Yコンデンサ駆動回路9において、動作電圧が300Vの高価なトランジスタを用いなければならない。また、トランジスタは、一般的に動作電圧が高いものほど特性に劣るという性質がある。これに対し、電圧検出手段24で1/20に分圧した場合、Yコンデンサ駆動回路9の電源電圧を15Vにでき、安価で特性の良いトランジスタを用いることができる。
なお、実施例３では、Yコンデンサ8における２つのコンデンサ素子8a,8bの合成静電容量をモータ3の浮遊容量のm倍としているため、Yコンデンサ駆動回路9の駆動電圧を低くしつつ、コモンモード電流と同じ大きさの電流を流すことができる。
次に、効果を説明する。
実施例３のコモンモードノイズ低減装置23にあっては、実施例１の効果(1)〜(3)、実施例２の効果(4)に加え、以下の効果を奏する。
(6) 電圧検出手段24は、検出したコモンモード電圧を小さくしてYコンデンサ駆動回路9へ出力する分圧回路を備えるため、Yコンデンサ駆動回路9の駆動電圧を低くでき、トランジスタ11,12として安価で特性の良いトランジスタを用いることができる。
実施例３のコモンモードノイズ低減装置23にあっては、実施例１の効果(1)〜(3)、実施例２の効果(4)に加え、以下の効果を奏する。
(6) 電圧検出手段24は、検出したコモンモード電圧を小さくしてYコンデンサ駆動回路9へ出力する分圧回路を備えるため、Yコンデンサ駆動回路9の駆動電圧を低くでき、トランジスタ11,12として安価で特性の良いトランジスタを用いることができる。
〔実施例４〕
実施例４のコモンモードノイズ低減装置は、図４に示した実施例３の構成に対し、Yコンデンサ駆動回路9の入力電圧に対する出力電圧のゲインをm倍とした例である。つまり、２つのトランジスタ11,12の電圧増幅率をm倍としている。
次に、作用を説明する。
実施例４では、Yコンデンサ駆動回路9のゲインをm倍としたため、Yコンデンサ8におけるコンデンサ素子8a,8bの合成静電容量を1/m倍にでき、小型化を図ることができる。
インピーダンス24aをZ1、インピーダンス24bをZ2とした場合、Yコンデンサ駆動回路9の出力電圧Voutは下記の式(7)のようになる。
Vout=m*Vin=m*Vc*Z1/(Z1+Z2) …(7)
よって、ICM=ICyとするためには、下記の式(8)を満たせばよい。
(Cy1+Cy2)=CM*(Z1+Z2)/(Z1*m) …(8)
式(8)からわかるように、コンデンサ素子8a,8bの合成静電容量は1/m倍となる。
実施例４のコモンモードノイズ低減装置は、図４に示した実施例３の構成に対し、Yコンデンサ駆動回路9の入力電圧に対する出力電圧のゲインをm倍とした例である。つまり、２つのトランジスタ11,12の電圧増幅率をm倍としている。
次に、作用を説明する。
実施例４では、Yコンデンサ駆動回路9のゲインをm倍としたため、Yコンデンサ8におけるコンデンサ素子8a,8bの合成静電容量を1/m倍にでき、小型化を図ることができる。
インピーダンス24aをZ1、インピーダンス24bをZ2とした場合、Yコンデンサ駆動回路9の出力電圧Voutは下記の式(7)のようになる。
Vout=m*Vin=m*Vc*Z1/(Z1+Z2) …(7)
よって、ICM=ICyとするためには、下記の式(8)を満たせばよい。
(Cy1+Cy2)=CM*(Z1+Z2)/(Z1*m) …(8)
式(8)からわかるように、コンデンサ素子8a,8bの合成静電容量は1/m倍となる。
次に、効果を説明する。
実施例４のコモンモードノイズ低減装置にあっては、実施例１の効果(1)〜(3)、実施例２の効果(4)、実施例３の効果(6)に加え、以下の効果を奏する。
(7) Yコンデンサ駆動回路9は、電圧検出手段24の出力電圧をm倍に増幅した電圧をYコンデンサ8にかけるため、Yコンデンサ8におけるコンデンサ素子8a,8bの合成静電容量を1/m倍にでき、小型化を図ることができる。
実施例４のコモンモードノイズ低減装置にあっては、実施例１の効果(1)〜(3)、実施例２の効果(4)、実施例３の効果(6)に加え、以下の効果を奏する。
(7) Yコンデンサ駆動回路9は、電圧検出手段24の出力電圧をm倍に増幅した電圧をYコンデンサ8にかけるため、Yコンデンサ8におけるコンデンサ素子8a,8bの合成静電容量を1/m倍にでき、小型化を図ることができる。
〔実施例５〕
図５は、実施例５のコモンモードノイズ低減装置を適用したモータ駆動回路図である。なお、実施例１と共通する部位については、同一呼称、同一の符号で表す。
実施例５のコモンモードノイズ低減装置25は、電圧検出手段26の構成が実施例１と異なる。
電圧検出手段26は、各相（給電ライン6a,6b,6c）と出力ライン10との間に、コンデンサ素子26a,26b,26cと抵抗26d,26e,26fが並列に接続され、出力ライン10とグランドとの間にコンデンサ素子26gと抵抗26hを並列に接続されている。各抵抗26d,26e,26f,26hの抵抗値は、例えば、メガオーム単位の大きな抵抗値とする。
ここで、Yコンデンサ8のコンデンサ素子8a,8bの合成静電容量(Cy1+Cy2)と合成モータ浮遊容量(Cu+Cv+Cw)との比を9:1としたとき、モータ浮遊容量から車体ボディに漏れる電流と同量の電流をYコンデンサ8に流す場合、静電容量cのコンデンサ素子に流れる電流iはi=c*dv/dtで表せるため、Yコンデンサ8には、コモンモード電圧の1/10の電圧を与えればよい。
図５は、実施例５のコモンモードノイズ低減装置を適用したモータ駆動回路図である。なお、実施例１と共通する部位については、同一呼称、同一の符号で表す。
実施例５のコモンモードノイズ低減装置25は、電圧検出手段26の構成が実施例１と異なる。
電圧検出手段26は、各相（給電ライン6a,6b,6c）と出力ライン10との間に、コンデンサ素子26a,26b,26cと抵抗26d,26e,26fが並列に接続され、出力ライン10とグランドとの間にコンデンサ素子26gと抵抗26hを並列に接続されている。各抵抗26d,26e,26f,26hの抵抗値は、例えば、メガオーム単位の大きな抵抗値とする。
ここで、Yコンデンサ8のコンデンサ素子8a,8bの合成静電容量(Cy1+Cy2)と合成モータ浮遊容量(Cu+Cv+Cw)との比を9:1としたとき、モータ浮遊容量から車体ボディに漏れる電流と同量の電流をYコンデンサ8に流す場合、静電容量cのコンデンサ素子に流れる電流iはi=c*dv/dtで表せるため、Yコンデンサ8には、コモンモード電圧の1/10の電圧を与えればよい。
そこで、各抵抗26d,26e,26f,26fの抵抗値およびコンデンサ素子26gの静電容量を適宜設定することにより、電圧検出手段26の検出電圧をコモンモード電圧の1/10となるようにする。
抵抗26d,26e,26fの合成抵抗値と抵抗26hの抵抗値との比を9:1とし、コンデンサ素子26a,26b,26cの合成静電容量とコンデンサ素子26gの静電容量との比を1:9とすることで、検出電圧を1/10に分圧することができる。ただし、Yコンデンサ駆動回路9のインピーダンスを考慮すると、抵抗26d,26e,26fの合成抵抗値と、抵抗26h、Yコンデンサ駆動回路9のインピーダンスの合成抵抗値との比を9:1とし、コンデンサ素子26a,26b,26cの合成静電容量とコンデンサ素子26gの静電容量との比と、抵抗26hの抵抗値と抵抗26d,26e,26fの合成抵抗値との比が等しくなるようにコンデンサ素子26gの静電容量を決定する。
抵抗26d,26e,26fの合成抵抗値と抵抗26hの抵抗値との比を9:1とし、コンデンサ素子26a,26b,26cの合成静電容量とコンデンサ素子26gの静電容量との比を1:9とすることで、検出電圧を1/10に分圧することができる。ただし、Yコンデンサ駆動回路9のインピーダンスを考慮すると、抵抗26d,26e,26fの合成抵抗値と、抵抗26h、Yコンデンサ駆動回路9のインピーダンスの合成抵抗値との比を9:1とし、コンデンサ素子26a,26b,26cの合成静電容量とコンデンサ素子26gの静電容量との比と、抵抗26hの抵抗値と抵抗26d,26e,26fの合成抵抗値との比が等しくなるようにコンデンサ素子26gの静電容量を決定する。
次に、作用を説明する。
実施例５では、電圧検出手段26の検出電圧がコモンモード電流の1/10となるように設定したため、Yコンデンサ8におけるコンデンサ素子8a,8bの合成静電容量を1/10倍にでき、小型化を図ることができる。
よって、実施例５のコモンモードノイズ低減装置にあっては、実施例４と同様の作用効果を得られる。
さらに、実施例５では、電圧検出手段26において、コンデンサ素子26a,26b,26c,26gと抵抗26d,26e,26f,26hによって分圧回路を構成している。理由は、コンデンサ素子のみとした場合、コンデンサ素子とコンデンサ素子の間の電位が直流的に不安定となり、絶縁抵抗の低下によるリーク電流によって電位がドリフトしてしまうからである。そこで、コンデンサ素子26a,26b,26c,26gに対して抵抗値の大きな抵抗26d,26e,26f,26hを並列させることで、直流電位を安定させることができる。
実施例５では、電圧検出手段26の検出電圧がコモンモード電流の1/10となるように設定したため、Yコンデンサ8におけるコンデンサ素子8a,8bの合成静電容量を1/10倍にでき、小型化を図ることができる。
よって、実施例５のコモンモードノイズ低減装置にあっては、実施例４と同様の作用効果を得られる。
さらに、実施例５では、電圧検出手段26において、コンデンサ素子26a,26b,26c,26gと抵抗26d,26e,26f,26hによって分圧回路を構成している。理由は、コンデンサ素子のみとした場合、コンデンサ素子とコンデンサ素子の間の電位が直流的に不安定となり、絶縁抵抗の低下によるリーク電流によって電位がドリフトしてしまうからである。そこで、コンデンサ素子26a,26b,26c,26gに対して抵抗値の大きな抵抗26d,26e,26f,26hを並列させることで、直流電位を安定させることができる。
〔実施例６〕
図６は、実施例６のYコンデンサ駆動回路27の回路図である。なお、実施例１と共通する部位については、同一呼称、同一の符号で表す。
実施例６のYコンデンサ駆動回路27は、トランジスタ11ベース11cとトランジスタ12のベース12cとの間に、コンデンサ素子28と抵抗29とが並列に接続されている。
図６では、出力ライン10をトランジスタ11のベース11cと接続しているが、トランジスタの動作領域によっては、トランジスタ12のベース12cと接続しても良い。
図６は、実施例６のYコンデンサ駆動回路27の回路図である。なお、実施例１と共通する部位については、同一呼称、同一の符号で表す。
実施例６のYコンデンサ駆動回路27は、トランジスタ11ベース11cとトランジスタ12のベース12cとの間に、コンデンサ素子28と抵抗29とが並列に接続されている。
図６では、出力ライン10をトランジスタ11のベース11cと接続しているが、トランジスタの動作領域によっては、トランジスタ12のベース12cと接続しても良い。
次に、作用を説明する。
実施例１のYコンデンサ駆動回路9では、一方のトランジスタ11がONのとき、他方のトランジスタ12はOFFとなる。トランジスタは一旦OFFにするとONにするのに時間がかかるため、高周波のときにON-OFF動作が間に合わなくなることで、スイッチング歪みが発生するおそれがある。
これに対し、実施例６のYコンデンサ駆動回路27では、両ベース11c,12c間を抵抗29で接続しているため、両ベース11c,12c間に電位差を持たせることで、２つのトランジスタ11,12を常にONさせることができ、スイッチング歪みを低減できる。
また、Yコンデンサ駆動回路27では、両ベース11c,12c間をコンデンサ素子28で接続しているため、両ベース11c,12cに等しい波形を入力させることができる。つまり、コモンモード電圧を再現してYコンデンサ8へ出力することができる。
実施例１のYコンデンサ駆動回路9では、一方のトランジスタ11がONのとき、他方のトランジスタ12はOFFとなる。トランジスタは一旦OFFにするとONにするのに時間がかかるため、高周波のときにON-OFF動作が間に合わなくなることで、スイッチング歪みが発生するおそれがある。
これに対し、実施例６のYコンデンサ駆動回路27では、両ベース11c,12c間を抵抗29で接続しているため、両ベース11c,12c間に電位差を持たせることで、２つのトランジスタ11,12を常にONさせることができ、スイッチング歪みを低減できる。
また、Yコンデンサ駆動回路27では、両ベース11c,12c間をコンデンサ素子28で接続しているため、両ベース11c,12cに等しい波形を入力させることができる。つまり、コモンモード電圧を再現してYコンデンサ8へ出力することができる。
〔実施例７〕
図７は、実施例７のYコンデンサ駆動回路30の回路図である。なお、実施例１と共通する部位については、同一呼称、同一の符号で表す。
実施例７のYコンデンサ駆動回路30は、トランジスタ11ベース11cとトランジスタ12のベース12cとの間が２つのダイオード31,32で接続されている。
次に、作用を説明する。
２つのダイオード31,32によって実施例６と同様に両ベース11c,12c間に電位差を持たせることができ、２つのトランジスタ11,12を常時動作させることでスイッチング歪みを低減できる。
図７は、実施例７のYコンデンサ駆動回路30の回路図である。なお、実施例１と共通する部位については、同一呼称、同一の符号で表す。
実施例７のYコンデンサ駆動回路30は、トランジスタ11ベース11cとトランジスタ12のベース12cとの間が２つのダイオード31,32で接続されている。
次に、作用を説明する。
２つのダイオード31,32によって実施例６と同様に両ベース11c,12c間に電位差を持たせることができ、２つのトランジスタ11,12を常時動作させることでスイッチング歪みを低減できる。
〔他の実施例〕
本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
実施例の電圧検出手段は、モータ3の中性点電位またはモータ3の各相の中点電位を検出する構成としたが、
電圧検出手段は、電源1とインバータ2との間の一対の給電ライン5a,5bの中点電位を検出する構成としてもよい。
本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
実施例の電圧検出手段は、モータ3の中性点電位またはモータ3の各相の中点電位を検出する構成としたが、
電圧検出手段は、電源1とインバータ2との間の一対の給電ライン5a,5bの中点電位を検出する構成としてもよい。
また、エミッタフォロワ用電源周りの構成は任意であり、例えば、図８(a)に示すように、エミッタフォロワ用電源33を１つの電池を用いた直流電源とし、正極と負極とをコンデンサ素子34,35を介してグランドに接続する構成としてもよい。また、図８(b)に示すように、１つの電池を用いたエミッタフォロワ用電源36の負極側をグランドと接続してもよい。
さらに、エミッタフォロワ用電源をモータ駆動用電源と共用化することで、エミッタフォロワを駆動するための電源を省くことができる。この場合、図９(a)に示すように、負極とグランドとをコンデンサ素子37で接続することで、コモンモード電流を吸い上げる経路をつくる。さらに、正極と負極の中点をコンデンサ素子38でつくり、グランドに接続してもよい。
さらに、エミッタフォロワ用電源をモータ駆動用電源と共用化することで、エミッタフォロワを駆動するための電源を省くことができる。この場合、図９(a)に示すように、負極とグランドとをコンデンサ素子37で接続することで、コモンモード電流を吸い上げる経路をつくる。さらに、正極と負極の中点をコンデンサ素子38でつくり、グランドに接続してもよい。
1 電源
2 インバータ（電力変換装置）
3 電動モータ（負荷）
3a 筐体
4 コモンモードノイズ低減装置
5a,5b 給電ライン
6a,6b,6c 給電ライン
7 電圧検出手段
8 Yコンデンサ
8a,8b コンデンサ素子
8c 中間接地線
9 Yコンデンサ駆動回路
10 出力ライン
11 トランジスタ
11a エミッタ
11b コレクタ
11c ベース
12 トランジスタ
12a エミッタ
12b コレクタ
12c ベース
13 エミッタフォロワ用電源
14 抵抗
15 抵抗
2 インバータ（電力変換装置）
3 電動モータ（負荷）
3a 筐体
4 コモンモードノイズ低減装置
5a,5b 給電ライン
6a,6b,6c 給電ライン
7 電圧検出手段
8 Yコンデンサ
8a,8b コンデンサ素子
8c 中間接地線
9 Yコンデンサ駆動回路
10 出力ライン
11 トランジスタ
11a エミッタ
11b コレクタ
11c ベース
12 トランジスタ
12a エミッタ
12b コレクタ
12c ベース
13 エミッタフォロワ用電源
14 抵抗
15 抵抗
Claims (7)
- 負荷と電源との間に配置された電力変換装置のスイッチングに起因するコモンモードノイズを低減するコモンモードノイズ低減装置であって、
コモンモード電圧を検出し、コモンモード電圧に応じた電圧を出力する電圧検出手段と、
前記電源と前記電力変換装置との間の一対の給電ラインと終端が接地された中間接地線の始端とをそれぞれコンデンサ素子を介してY字型に接続したYコンデンサと、
前記中間接地線上に配置し、前記電圧検出手段の出力電圧に基づいて、前記電源側に流れ込むコモンモード電流を打ち消す電流を前記Yコンデンサに流すYコンデンサ駆動回路と、
を備えたことを特徴とするコモンモードノイズ低減装置。 - 請求項１に記載のコモンモードノイズ低減装置において、
前記Yコンデンサ駆動回路は、２つのトランジスタのベースを前記電圧検出手段と接続し、エミッタを前記中間接地線と接続し、コレクタを接地し、ベース電圧に応じてプッシュプル動作を行うように構成したエミッタフォロワ回路であることを特徴とするコモンモードノイズ低減装置。 - 請求項１または請求項２に記載のコモンモードノイズ低減装置において、
前記Yコンデンサ駆動回路は、前記電圧検出手段の出力電圧がゼロのとき、前記中間接地線を遮断することを特徴とするコモンモードノイズ低減装置。 - 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のコモンモードノイズ低減装置において、
前記負荷は、車両の駆動輪を駆動する電動モータであり、
前記電圧検出手段は、前記電動モータの各相の中点電位を検出することを特徴とするコモンモードノイズ低減装置。 - 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のコモンモードノイズ低減装置において、
前記電圧検出手段は、コンデンサを用いたことを特徴とするコモンモードノイズ低減装置。 - 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のコモンモードノイズ低減装置において、
前記電圧検出手段は、検出したコモンモード電圧を小さくして前記Yコンデンサ駆動回路へ出力する分圧回路を備えることを特徴とするコモンモードノイズ低減装置。 - 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のコモンモードノイズ低減装置において、
前記Yコンデンサ駆動回路は、前記電圧検出手段の出力電圧を増幅した電圧を前記Yコンデンサにかけることを特徴とするコモンモードノイズ低減装置。
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