JP2020205604A - フィルタ部品およびフィルタ部品の使用 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁誘導方式による無線電力伝送において、基本周波数を通過させて高調波を減衰させるフィルタを提供する。【解決手段】フィルタ部品２０は、共振回路Ｌ３Ｃ３Ｘと、ローパスフィルタとして機能する第１のＬＣフィルタ段Ｌ１Ｃ１Ｘ，Ｌ２Ｃ２Ｘと、を含む。共振回路Ｌ３Ｃ３Ｘは、インダクタンスＬ３と直列に接続されているキャパシタＣ３と、を有する。共振回路Ｌ３Ｃ３Ｘは、第１のＬＣフィルタ段Ｌ１Ｃ１Ｘ，Ｌ２Ｃ２Ｘの下流側に接続され、基本周波数を通過させて２次高調波を減衰させる。【選択図】図２

Description

本発明は、フィルタ部品、具体的にはＥＭＣフィルタに関する。さらに本発明は、フィルタ部品の使用に関する。

無線電力伝送（ＷＰＴ；wireless power transmission）においては、電力は非接触で１つの物体から他の物体に伝送される。この無線電力伝送の周波数は、典型的には８１ｋＨｚ〜９０ｋＨｚであり、特に自動車部門におけるアプリケーション用には約８５ｋＨｚとなっている。無線電力伝送に続いて、その交流信号は整流される必要があり、そして続いて高電圧（ＨＶ）バスに送られる。次にこのＨＶバス上の信号は、８５ｋＨｚの高調波領域に限定された整流および調整を必要とし、そして出来る限り干渉が無いようにされなければならない。

標準的なフィルタ部品は、長波（ＬＷ）帯域における充分なフィルタリングを考慮していない。特に一般的なＬＣ回路に基づいたフィルタは、過度に大きな寸法を有し、そして非常に多くの電子部品を必要とする。

本発明の目的は、改善された特性を有するフィルタを提示することである。

この目的は、独立請求項に記載のフィルタ部品およびフィルタ部品の使用によって達成される。

１つの態様によれば、無線電力伝送において使用するためのフィルタ部品が提示される。具体的には、このフィルタ部品は、自動車部門における無線電力伝送での信号フィルタリング用に使用される。

このフィルタ部品は１つの共振回路を有する。この共振回路は１つのインダクタンスを有する。この共振回路は少なくとも１つのキャパシタを有する。このキャパシタは、上記のインダクタンスと直列に接続されている。この共振回路は直列共振回路である。この共振回路は、長波帯域における高周波を減衰するために設計され、そして配設されている。

上記の共振回路のインダクタンスは、１つ以上の素子を有し得る。これらの複数の素子は、並列または直列に接続されている。上記の共振回路のキャパシタあるいはキャパシタ配列は、１つ以上の素子を有し得る。これらの複数の素子は、並列または直列に接続されている。

さらに本発明によるフィルタ部品は、１つ以上のフィルタ構造Ｌ，Ｃ，ＬＣ，ＣＬＣ，ＬＣＬＣ，等を有してよい。本発明によるフィルタ部品は、これらのフィルタ構成を適宜組み合わせたものを有してよい。例として、本発明によるフィルタ部品は、１つ以上のＬＣ段を有してよく、たとえば１つの第１のＬＣフィルタ段および１つの第２のＬＣフィルタ段を有してよい。

本発明によるフィルタ部品に供給される信号を整流することにより、基本周波数、例として８５ｋＨｚ、を逓倍したものをノイズスペクトラムに見ることができる。約３０〜４０ｄＢの減衰の達成を可能とする標準的なＥＭＣフィルタ部品は、長波無線帯域である１７０ｋＨｚの第２高調波を、少数の電気的変数／部品によって充分に減衰することができない。

ここで記載する本発明によるフィルタ部品は、この第２高調波を効果的に除去する、コンパクトかつ簡素な部品を明示する。具体的には、この高調波は、共振回路により簡単に短絡される。多数のキャパシタ、たとえば第１段と第２段のＬＣフィルタ用のキャパシタ、およびこの第１と第２のＬＣフィルタ段の大きなインダクタンスを省くことができる。これは小さな寸法を有する簡素な部品を用いて、低ノイズ信号が得られることを可能とする。

１つの例示的な実施形態によれば、本発明によるフィルタ部品は１つの第１のＬＣフィルタ段を有する。本フィルタ部品、具体的にはこの第１のフィルタ段は、１つ以上の第１のキャパシタを有する。本フィルタ部品は、１つの第２のＬＣフィルタ段を有してよい。本フィルタ部品、具体的にはこの第２のフィルタ段は、１つ以上の第２のキャパシタを有する。

１つの例示的な実施形態によれば、上記の無線電力伝送の基本周波数は８１ｋＨｚ〜９０ｋＨｚとなっている。好ましくはこの基本周波数は８５ｋＨｚである。上記の共振回路は、上記の第２高調波の減衰用に設計され、そして配設されている。具体的には、この共振回路は、１７０ｋＨｚの周波数の減衰用に設計され、そして設定されている。好ましくはこの共振回路の共振周波数は１７０ｋＨｚである。このようにして上記の第２高調波は簡単に効果的に減衰することができる。

１つの例示的な実施形態によれば、上記の共振回路は、上記のＬＣフィルタ段の下流側に接続されている。

１つの例示的な実施形態によれば、上記の共振回路の等価抵抗は、少なくとも１つの上記の第２のキャパシタのインピーダンス以下である。具体的には上記の共振回路は、ほんの少数のキャパシタを有する。このようにして１７０ｋＨｚでのインピーダンスを低減することができる。

１つの例示的な実施形態によれば、上記の共振回路は、１つのＱ値Ｑを有し、好ましくはＱは１００以下であり、とりわけ好ましくはＱは５０以下である。小さなＱ値は、１６２ｋＨｚ〜１８０ｋＨｚの帯域をカバーすることができることを目的としている。上記の第２高調波は効果的に除去することができる。

１つの例示的な実施形態によれば、上記のインダクタンスは、共振周波数が１７０ｋＨｚであるように設計されている。これは約８５ｋＨｚの基本周波数で、上記の第２高調波が効果的に除去されることを可能とする。

１つの例示的な実施形態によれば、上記の共振回路のキャパシタ（複数）の値は、上記の第２のキャパシタ（複数）に相当している。これは上記の第２高調波より上でも十分なフィルタ動作となることを保証する。

もう１つの態様によれば、１つのＱ値Ｑを有する共振回路を１７０ｋＨｚの周波数で使用することが示され、ここでＱは１００以下である。好ましくは上記の共振回路は、１つのインダクタンスおよび少なくとも１つのキャパシタを有する。この共振回路は、複数のキャパシタを有してよい。この少なくとも１つのキャパシタは、このインダクタンスと直列に接続されている。好ましくは、この共振回路は、上述の共振回路に対応している。上記の共振回路に関して記載された全ての特性は、この共振回路の使用に対しても適用されるものであり、またこの逆も成り立つものである。

好ましくは、上記の共振回路は、無線電力伝送に使用される。具体的には、この共振回路は、自動車部門における無線電力伝送での信号フィルタリング用に使用される。好ましくはこの共振回路は、ＥＭＣフィルタ部品において、具体的には上述のようなフィルタ部品において使用される。具体的には、この共振回路は、８５ｋＨｚの基本周波数での第２高調波のフィルタリング用に使用される。

以下に説明する図は、寸法通りであることを意図しているものではない。より見易くするために、むしろ個々の寸法は拡大、縮小されて示されていることがあり、あるいは歪んでいることもある。

互いに同一な要素または同一の機能を果たす要素は、同じ参照記号で示されている。

妨害電圧のフィルタリング用の従来のフィルタ部品の回路図を示す。 妨害電圧のフィルタリング用のフィルタ部品の回路図を示す。 従来のフィルタ部品を使用してフィルタされた電圧信号のグラフを示す。 本発明によるフィルタ部品を使用してフィルタされた電圧信号のグラフを示す。

図１は、混信電圧のフィルタリング用の従来のフィルタ部品１０の回路図を示す。このフィルタ部品１０は、１つのＥＭＣフィルタである。

このフィルタ部品１０は、１つの第１のＬＣフィルタ段Ｌ１Ｃ１Ｘを有する。この第１のＬＣフィルタ段Ｌ１Ｃ１Ｘは、１つの第１のインダクタンスＬ１および１つの第１のキャパシタ配列Ｃ１Ｘを有する。このキャパシタ配列Ｃ１Ｘは、すくなくとも１つのキャパシタＣ１を有し、しかしながら好ましくはＸ個の複数のキャパシタＣ１を有する。

さらにフィルタ部品１０は、１つの第２のＬＣフィルタ段Ｌ２Ｃ２Ｘを有する。この第２のＬＣフィルタ段Ｌ２Ｃ２Ｘは、上記の第１のＬＣフィルタ段Ｌ１Ｃ１Ｘに直列に接続されている。この第２のＬＣフィルタ段Ｌ２Ｃ２Ｘは、１つの第２のインダクタンスＬ２および１つの第２のキャパシタ配列Ｃ２Ｘを有する。このキャパシタ配列Ｃ２Ｘは、すくなくとも１つのキャパシタＣ２を有し、しかしながら好ましくはＸ個の複数のキャパシタＣ２を有する。

上記の第１および第２のＬＣフィルタ段の代わりに、このフィルタ部品２０は、代替として１つのフィルタ構造あるいは任意の数のフィルタ構造Ｌ，Ｃ，ＬＣ，ＣＬＣ，ＬＣＬＣを有してよい（図示せず）。特にこれらのフィルタ構造は、任意に組み合わされてよい。

さらにフィルタ部品１０は、キャパシタ（複数）ＣＹを有し、このキャパシタもまた、上記の第１のインダクタンスＬ１および上記の第２のインダクタンスＬ２と共に、グラウンドに対する混信を充分に除去することを支援する。

図１に示す構成においては、整流された信号が、ＨＶバスに送られる前に、フィルタ１０に到達する。この整流によって、８５ｋＨｚの基本周波数の逓倍がノイズスペクトラムに現れ得る。この従来技術のフィルタ部品１０は、単に約２０ｄＢの減衰を可能するものとして示されており、これは上記の第２高調波（２×８５ｋＨｚ＝１７０ｋＨｚ）を効果的に除去するには十分ではない。

図２は、妨害電圧のフィルタリング用のフィルタ部品２０の回路図を示す。このフィルタ部品２０は、１つのＥＭＣフィルタである。

以下の記載は、上記のフィルタ部品１０との比較における差のみを示す。具体的にはフィルタ部品２０は、上記の第１のＬＣフィルタ段Ｌ１Ｃ１Ｘおよび上記の第２のＬＣフィルタ段Ｌ２Ｃ２Ｘの他に１つの共振回路Ｌ３Ｃ３Ｘを有する。

この共振回路Ｌ３Ｃ３Ｘは、上記の第１のＬＣフィルタ段Ｌ１Ｃ１Ｘおよび上記の第２のＬＣフィルタ段Ｌ２Ｃ２Ｘに並列に接続されている。この共振回路Ｌ３Ｃ３Ｘは、１つのインダクタンスＬ３を有する。この共振回路Ｌ３Ｃ３Ｘは、１つのキャパシタ配列Ｃ３Ｘを有する。このキャパシタ配列Ｃ３Ｘは、少なくとも１つのキャパシタＣ３を有する。このキャパシタ配列Ｃ３ＸもＸ個の複数のキャパシタＣ３を有することは自明であり、とにかくたとえば２個、３個、５個、または１０個のキャパシタを有してよい。このインダクタンスＬ３およびこのキャパシタ配列Ｃ３Ｘは、直列に接続されている。この共振回路Ｌ３Ｃ３Ｘは、直列共振回路である。この共振回路は１７０ｋＨｚの共振周波数を有する。

１７０ｋＨｚの共振周波数を設定するためには、フィルタ部品２０に設けられているキャパシタ配列Ｃ２Ｘ及びＣ３Ｘの数および特性がＣ２Ｘ＝Ｃ３Ｘとなるように好適に選択される。さらに、Ｌ３は、共振周波数が１７０ｋＨｚとなるように選択される。

共振回路Ｌ３Ｃ３Ｘは、１つのＱ値Ｑを有する。このＱ値Ｑは、この共振回路Ｌ３Ｃ３Ｘによって達成される減衰の基準となる。このＱ値が大きいほど、この減衰は大きくなり、そしてこの逆も成り立つ。この共振回路Ｌ３Ｃ３Ｘは、１つの小さなＱ値を有する。１６２ｋＨｚ〜１８０ｋＨｚの帯域をカバーするために、このＱ値は小さくなければならない。具体的には、Ｑは１００以下となっている。

この共振回路Ｌ３Ｃ３Ｘは、は、キャパシタの大きな値を避けるために（たとえば６．８μＦの代わりに２．２μＦとする）設計されており、これは１７０ｋＨｚでのインピーダンスを低減するために必要である。この並列共振回路Ｌ３Ｃ３Ｘの等価抵抗は、上記のキャパシタ配列Ｃ２ＸのＸ個の並列な第２のキャパシタ配列のインピーダンス以下となっている。

図２に示す構成においては、電圧信号は最初に整流器２１によって処理される。 整流されたこの信号は、続いて、ＨＶバス２２に送られる前に、第１のフィルタ部品２０に到達する。このフィルタ部品２０は、無線ＬＷ帯域における高調波／第２高調波の良好な減衰を目的としている。具体的には、図４を見ると、第２高調波（１７０ｋＨｚ）が本発明によるフィルタ部品２０によって、従来の部品１０によるもの（図３参照）よりも約２５ｄＢ以上減衰されることが見て取れる。

本願で提示される対象物は、上記の個々の特定の実施形態に限定されない。むしろ上記の個々の実施形態の特徴は、技術的に意味がある限り、互いに任意に組み合わせることができる。

１０ ： フィルタ部品
２０ ： フィルタ部品
２１ ： 整流器
２２ ： ＨＶバス

Ｌ１ ： 第１のインダクタンス
Ｌ２ ： 第２のインダクタンス
Ｌ３ ： インダクタンス
Ｃ１ ： 第１のキャパシタ
Ｃ２ ： 第２のキャパシタ
Ｃ３ ： キャパシタ
ＣＹ ： キャパシタ
Ｃ１Ｘ ： 第１のキャパシタ配列
Ｃ２Ｘ ： 第２のキャパシタ配列
Ｃ３Ｘ ： キャパシタ配列

Ｌ１Ｃ１Ｘ ： 第１のフィルタ段
Ｌ２Ｃ２Ｘ ： 第３のフィルタ段
Ｌ３Ｃ３Ｘ ： 共振回路

Claims (8)

1. 電磁誘導方式による無線電力伝送に使用するためのフィルタ部品（２０）であって、
   フィルタ段を備え、前記フィルタ段は、
   １つのインダクタンス（Ｌ３）と、１つ以上のキャパシタ（Ｃ３）と、を有する１つの共振回路（Ｌ３Ｃ３Ｘ）と、
   ローパスフィルタとして機能する第１のＬＣフィルタ段（Ｌ１Ｃ１Ｘ，Ｌ２Ｃ２Ｘ）と、を含み、
   少なくとも１つの前記キャパシタは、前記インダクタンス（Ｌ３）と直列に接続され、
   前記共振回路（Ｌ３Ｃ３Ｘ）は、長波帯域における高周波を減衰するために設計され、そして配設され、
   前記フィルタ段の前記共振回路（Ｌ３Ｃ３Ｘ）は、前記第１のＬＣフィルタ段（Ｌ１Ｃ１Ｘ，Ｌ２Ｃ２Ｘ）の下流側に接続され、基本周波数を通過させて２次高調波を減衰させる、ことを特徴とするフィルタ部品。
2. 請求項１に記載のフィルタ部品において、
   前記第１のＬＣフィルタ段（Ｌ１Ｃ１Ｘ，Ｌ２Ｃ２Ｘ）は、１つの第１のフィルタ段（Ｌ１Ｃ１Ｘ）と、１つの第２のフィルタ段（Ｌ２Ｃ２Ｘ）と、を有し、
   前記第１のフィルタ段（Ｌ１Ｃ１Ｘ）は、１つ以上の第１のキャパシタ（Ｃ１）を有し、
   前記第２のフィルタ段（Ｌ２Ｃ２Ｘ）は、１つ以上の第２のキャパシタ（Ｃ２）を有する、
   ことを特徴とするフィルタ部品。
3. 請求項１又は２に記載のフィルタ部品において、
   前記無線電力伝送の前記基本周波数は、８１ｋＨｚ〜９０ｋＨｚであり、
   前記共振回路（Ｌ３Ｃ３Ｘ）は、前記基本周波数の２次高調波の減衰用に設計され、そして配設されている、
   ことを特徴とするフィルタ部品。
4. 前記共振回路（Ｌ３Ｃ３Ｘ）の共振周波数における等価抵抗は、並列に接続された少なくとも１つの前記第２のキャパシタ（Ｃ２）の前記共振周波数におけるインピーダンス以下となっていることを特徴とする、請求項２又は３に記載のフィルタ部品。
5. 前記共振回路（Ｌ３Ｃ３Ｘ）は、１つのＱ値を有し、当該Ｑ値は１００以下であり、且つ前記基本周波数を減衰しない、ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載のフィルタ部品。
6. 前記インダクタンス（Ｌ３）は、前記共振回路（Ｌ３Ｃ３Ｘ）の共振周波数が１７０ｋＨｚとなるように設計されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載のフィルタ部品。
7. 前記共振回路（Ｌ３Ｃ３Ｘ）のキャパシタ（Ｃ３）の値は、少なくとも１つの前記第２のキャパシタ（Ｃ２）の値と等しくなっていることを特徴とする、請求項２から６までのいずれか１項に記載のフィルタ部品。
8. １７０ｋＨｚの周波数でＱ値が１００以下であり、且つ前記基本周波数を減衰しない、請求項７に記載の共振回路（Ｌ３Ｃ３Ｘ）の使用。

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