JP2023105342A - アクティブフィルタ装置及びそれを備えた電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】コモンモードノイズとディファレンシャルモードノイズを効果的に低減し、且つ、フィルタ特性の最適化を図ることができるアクティブフィルタ装置を提供する。【解決手段】コモンモード電圧を反転増幅する反転増幅回路３７と、ディファレンシャルモード電圧を差動増幅する差動増幅回路６４を備え、反転増幅回路３７の出力電圧をコモンモード補償電圧としてＹコンデンサ２１、２２に印加し、差動増幅回路６４の正側の電源ライン１１の電圧を増幅した出力を負側のＸコンデンサ４２にディファレンシャルモード補償電圧として印加し、差動増幅回路６４の負側の電源ライン１２の電圧を増幅した出力を正側のＸコンデンサ４１にディファレンシャルモード補償電圧として印加する。【選択図】図２

Description

本発明は、コモンモードノイズとディファレンシャルモードノイズを抑制するためのアクティブフィルタ装置、及び、当該アクティブフィルタ装置を備えた電動圧縮機に関するものである。

コモンモードノイズの低減を目的としたパッシブ方式のコモンモードノイズフィルタ（パッシブフィルタ）は、一対の電源ラインとグランド電位間にそれぞれ接続されたＹコンデンサと、一対の電源ラインに挿入されたコモンモードチョークコイルから構成されていた（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、例えば電動圧縮機のモータを駆動するインバータ装置の場合、パッシブ方式でコモンモードノイズフィルタの減衰特性を向上させるために、構成要素であるＹコンデンサで対応しようとすると、漏れ電流増加による安全面からの容量値の制約や、現実的でない容量値のものを採用する必要が生じる。また、コモンモードチョークコイルで対応しようとしても、実装可能なコイルに寸法的な制約が生じる課題があった。

そこで、コモンモードノイズフィルタにアクティブ方式を採用したものも種々開発されている（例えば、特許文献２～特許文献３参照）。

特開２００８－７８８４４号公報 特許第３０４４６５０号公報 特許第５５２８５４３号公報 特開２０１９－２０５２８６号公報

しかしながら、上記何れの文献においてもコモンモードノイズの検出や補償にコモンモードトランスを必要とし、アクティブフィルタ装置の大型化を伴うため、改善が望まれていた。

また、実際の回路においては、ディファレンシャルモード経路の回路アンバランス等で生じるモード変換により、ディファレンシャルモードノイズが増大してしまう。このディファレンシャルモードノイズの低減を目的としたパッシブ方式のディファレンシャルモードノイズフィルタは、一対の電源ライン間に接続されたＸコンデンサと、一対の電源ラインにそれぞれ接続されたノーマルモードチョークコイルから構成されていたが（例えば、特許文献４参照）、前述したコモンモードノイズと共に、このディファレンシャルモードノイズも低減することができるアクティブフィルタ装置の開発が望まれていた。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、コモンモードノイズとディファレンシャルモードノイズを効果的に低減し、且つ、フィルタ特性の最適化を図ることができるアクティブフィルタ装置、及び、それを備えた電動圧縮機を提供することを目的とする。

本発明のアクティブフィルタ装置は、正側と負側の一対の電源ラインに挿入されたコモンモードチョークコイルと、一対の電源ライン又はそれらのうちの一方に接続されたノーマルモードチョークコイルと、一対の電源ラインの電圧を検出する検出部と、この検出部で検出されたコモンモード電圧を反転増幅する反転増幅回路と、この反転増幅回路の出力と一対の電源ライン間にそれぞれ接続されたＹコンデンサと、検出部で検出された一対の電源ライン間のディファレンシャルモード電圧を差動増幅する差動増幅回路と、この差動増幅回路の出力と一対の電源ライン間にそれぞれ接続されたＸコンデンサを備え、反転増幅回路の出力電圧をＹコンデンサに印加すると共に、差動増幅回路の正側の電源ラインの電圧を増幅した出力電圧を、負側の電源ラインに接続されたＸコンデンサに印加し、差動増幅回路の負側の電源ラインの電圧を増幅した出力電圧を、正側の電源ラインに接続されたＸコンデンサに印加することを特徴とする。

請求項２の発明のアクティブフィルタ装置は、上記発明において差動増幅回路は、検出部で検出された正側の電源ラインの電圧が、差動入力信号として非反転入力端子に入力される正側の増幅器と、検出部で検出された負側の電源ラインの電圧が、差動入力信号として非反転入力端子に入力される負側の増幅器を有し、負側の電源ラインに接続されたＸコンデンサが正側の増幅器の出力に接続され、正側の電源ラインに接続されたＸコンデンサが負側の増幅器の出力に接続されていることを特徴とする。

請求項３の発明のアクティブフィルタ装置は、上記各発明において一対の電圧検出コンデンサから構成された単一の検出部が検出した電圧が、反転増幅回路と差動増幅回路に入力される構成としたことを特徴とする。

請求項４の発明のアクティブフィルタ装置は、請求項１又は請求項２の発明において検出部は、反転増幅回路と差動増幅回路に対してそれぞれ設けられていることを特徴とする。

請求項５の発明のアクティブフィルタ装置は、上記各発明において検出部のグランド経路と、反転増幅回路のグランド経路を、別々に回路グランドに接続したことを特徴とする。

請求項６の発明の電動圧縮機は、上記各発明のアクティブフィルタ装置と、インバータ装置を、筐体と一体に設けたことを特徴とする。

請求項７の発明の電動圧縮機は、上記発明において筐体をグランド電位とし、回路グランドを筐体に接続すると共に、検出部のグランド経路を筐体に接続し、反転増幅回路のグランド経路を回路グランドに接続したことを特徴とする。

本発明のアクティブフィルタ装置によれば、正側と負側の一対の電源ラインに挿入されたコモンモードチョークコイルと、一対の電源ライン又はそれらのうちの一方に接続されたノーマルモードチョークコイルと、一対の電源ラインの電圧を検出する検出部と、この検出部で検出されたコモンモード電圧を反転増幅する反転増幅回路と、この反転増幅回路の出力と一対の電源ライン間にそれぞれ接続されたＹコンデンサと、検出部で検出された一対の電源ライン間のディファレンシャルモード電圧を差動増幅する差動増幅回路と、この差動増幅回路の出力と一対の電源ライン間にそれぞれ接続されたＸコンデンサを備えており、反転増幅回路の出力電圧をＹコンデンサに印加すると共に、差動増幅回路の正側の電源ラインの電圧を増幅した出力電圧を、負側の電源ラインに接続されたＸコンデンサに印加し、差動増幅回路の負側の電源ラインの電圧を増幅した出力電圧を、正側の電源ラインに接続されたＸコンデンサに印加するようにした。

これにより、反転増幅回路のゲインに応じてＹコンデンサの見かけ上の容量値が増加することになる。このようなＹコンデンサの見かけ上の容量値の増加により、大容量のＹコンデンサや大型のコモンモードチョークコイルを用いること無く、ノイズ電流の還流を増やし、電源側へ漏れ出るコモンモード電流を低減させることができるようになる。

また、差動増幅回路のゲインに応じてＸコンデンサの見かけ上の容量値も増加することになる。このようなＸコンデンサの見かけ上の容量値の増加により、大容量のＸコンデンサや大型のノーマルモードチョークコイルを用いること無く、ノイズ電流の還流を増やし、電源側へ漏れ出るディファレンシャルモード電流を低減させることができるようになる。

また、コモンモードチョークコイル、ノーマルモードチョークコイル、Ｙコンデンサ、Ｘコンデンサから成る通常のパッシブ方式のノイズフィルタに適用して、コモンモードノイズとディファレンシャルモードノイズの減衰特性を改善することができるので、汎用性に富んだものとなる。

特に、反転増幅回路と差動増幅回路による補償電圧出力ゲインそれぞれを個別に設定することができるので、モードによるＥＭＩ特性の差違に応じたフィルタ回路素子（Ｙコンデンサ、Ｘコンデンサ、コモンモードチョークコイル、ノーマルモードチョークコイル）の選択と組み合わせにより、フィルタ特性の最適化を図ることが可能となる。

この場合、実際には請求項２の発明の如く差動増幅回路を、検出部で検出された正側の電源ラインの電圧が、差動入力信号として非反転入力端子に入力される正側の増幅器と、検出部で検出された負側の電源ラインの電圧が、差動入力信号として非反転入力端子に入力される負側の増幅器から構成し、負側の電源ラインに接続されたＸコンデンサを正側の増幅器の出力に接続し、正側の電源ラインに接続されたＸコンデンサを負側の増幅器の出力に接続することで、Ｘコンデンサの見かけ上の容量値を増加させる。

また、請求項３の発明の如く一対の電圧検出コンデンサから構成された単一の検出部が検出した電圧を、反転増幅回路と差動増幅回路に入力する構成とすることで、検出部の回路構成を簡略化することができるようになる。

一方、請求項４の発明の如く検出部を、反転増幅回路と差動増幅回路に対してそれぞれ設けるようにすれば、コモンモードとディファレンシャルモードの周波数特性に応じたノイズ電圧の検出特性を得ることができる利点がある。

また、請求項５の発明の如く検出部のグランド経路と、反転増幅回路のグランド経路を、別々に回路グランドに接続するようにすれば、反転増幅回路の動作電流に起因する回路グランドに対する電圧変動が、検出部によるコモンモード電圧の検出に及ぼす悪影響を低減することができるようになる。

そして、上記各発明のアクティブフィルタ装置は、請求項６の発明の如くインバータ装置と共に電動圧縮機の筐体に一体に設けられる場合に極めて好適なものとなる。

また、請求項７の発明の如く筐体をグランド電位とし、回路グランドを筐体に接続すると共に、検出部のグランド経路を筐体に接続し、反転増幅回路のグランド経路を回路グランドに接続することで、反転増幅回路の動作電流に起因する回路グランドの電位変動による検出部の検出誤差を排除することが可能となる。

本発明のアクティブフィルタ装置を適用した一実施例の電動圧縮機及び当該電動圧縮機への給電経路の電気回路図である。 図１の電動圧縮機の電気回路図である（実施例１）。 図２のアクティブフィルタ装置のコモンモード電圧補償に関する等価回路図である。 本発明のアクティブフィルタ装置によるコモンモードノイズ低減作用を説明するためのＹコンデンサのインピーダンス特性を示す図である。 本発明のアクティブフィルタ装置によるコモンモードノイズ低減作用を説明する図である。 図２のアクティブフィルタ装置のディファレンシャルモード電圧補償に関する等価回路図である。 本発明のアクティブフィルタ装置によるディファレンシャルモードノイズ低減作用を説明するためのＸコンデンサのインピーダンス特性を示す図である。 図１の電動圧縮機及び当該電動圧縮機への給電経路の電気回路の他の実施例を示す図である（実施例２）。 図２の電動圧縮機の電気回路の他の実施例を示す図である（実施例３）。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明のアクティブフィルタ装置１を適用した一実施例の電動圧縮機２及び当該電動圧縮機２への給電経路の電気回路図、図２は電動圧縮機２の電気回路図をそれぞれ示している。実施例の電動圧縮機２は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されて車室内を空調する車両用空気調和装置の冷媒回路の一部を構成するものであり、インバータ装置（ＰＷＭインバータ）３及び本発明のアクティブフィルタ装置１は、この電動圧縮機２の後述する筐体１８と一体に設けられる。即ち、実施例の電動圧縮機２はインバータ一体型電動圧縮機である。

インバータ装置３は、直流電源として車両に搭載された高電圧バッテリ７（ＨＶ。例えばＤＣ３５０Ｖ）からの直流電圧を任意の周波数の交流電圧に変換して電動圧縮機２のモータ８に供給し、運転するものであり、本発明の実施例のアクティブフィルタ装置１は、係るインバータ装置３にて発生するコモンモードノイズ及びディファレンシャルモードノイズを低減するために設けられるものである。

（１）電動圧縮機２の給電経路
図１において、インバータ装置３は、高電圧バッテリ７の正側の電源ライン１１と、負側の電源ライン１２に接続された複数のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）１５から構成されている。図１中の２０は制御回路であり、インバータ装置３の各スイッチング素子１５は、この制御回路２０によりスイッチング制御（ＰＷＭ制御）される。また、１３は一対の前記電源ライン１１、１２間に接続された平滑コンデンサである。

尚、１４は車両のＥＣＵ、１６は低電圧バッテリ（ＤＣ１２Ｖ）であり、制御回路２０はＥＣＵ１４からの指令に基づき、低電圧バッテリ１６を電源としてインバータ装置３の各スイッチング素子１５をスイッチング制御する。また、１８は電動圧縮機２の筐体（アルミダイカスト製）である。更に、電動圧縮機２は、シールドされたＨＶハーネス２５（一対の電源ライン１１、１２を構成する）で高電圧バッテリ７に接続され、電動圧縮機２の筐体１８は、車両の車体に直接固定される。これにより、筐体１８がグランド電位となる。

実施例のアクティブフィルタ装置１は、デュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３と、一対の電源ライン１１、１２とデュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３の出力間にそれぞれ接続されたＹコンデンサ（Ｃ_Y）２１、２２、及び、Ｘコンデンサ（Ｃ_X）４１、４２と、一対の電源ライン１１、１２とデュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３間にそれぞれ接続された電圧検出コンデンサ２６、２７（Ｃ_sense：本発明における検出部２９を構成する）と、これらＹコンデンサ２１、２２やＸコンデンサ４１、４２、デュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３、電圧検出コンデンサ２６、２７から見て高電圧バッテリ７側における一対の電源ライン１１、１２に挿入されたコモンモードチョークコイル（ＣＭＣＣ）２８と、Ｙコンデンサ２１、２２やＸコンデンサ４１、４２、デュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３、電圧検出コンデンサ２６、２７から見て平滑コンデンサ１３（インバータ装置３）側における一対の電源ライン１１、１２にそれぞれ接続されたノーマルモードチョークコイル（ＮＭＣＣ）４３、４４から構成されている。

この場合、Ｙコンデンサ２１、２２については、デュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３が、当該Ｙコンデンサ２１、２２と筐体１８（グランド電位）間に接続されたかたちとなる。他方、Ｘコンデンサ４１、４２については、デュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３が、当該Ｘコンデンサ４１、４２の間に挿入されたかたちとなる。また、実施例ではノーマルモードチョークコイル４３、４４を一対の電源ライン１１、１２にそれぞれ接続しているが、ノーマルモードチョークコイル４３、４４のうちの何れか一方を、電源ライン１１、１２のうちの何れか一方のみに接続するものであってもよい。

（２）電動圧縮機２の電気回路
次に、図２は電動圧縮機２の電気回路のみを抽出して示している。この図において、図１と同一符号で示すものは同一のものである。モータ８の巻線８Ｃと筐体１８間には、絶縁紙や冷媒、オイルが介在するが、このモータ８の巻線８Ｃと筐体１８間の浮遊容量を図２中に３１で示す。この浮遊容量３１を介してノイズ電流が流れ、コモンモードノイズが発生することになる。

（２－１）デュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３
また、図２中にはアクティブフィルタ装置１のデュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３の詳細を示している。実施例のデュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３は、コモンモード電圧補償部５２とディファレンシャルモード電圧補償部５３の主要部を構成するものである。

（２－２）コモンモード電圧補償部５２
このうち、コモンモード電圧補償部５２は、増幅器３２と、この増幅器３２の反転入力端子（－）と出力端子間に接続された負帰還抵抗（Ｒ_f＿_com）３３と、増幅器３２の正電源端子と負電源端子に接続された電源回路（Ｖ_CC、Ｖ_EE）３４（ここまでがデュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３に含まれる）、前述したＹコンデンサ２１、２２、コモンモードチョークコイル２８から構成される。

増幅器３２と負帰還抵抗３３、及び、コモンモード電圧検出抵抗３６により本発明における反転増幅回路３７（ゲインＧ₁）が構成される。また、電圧検出コンデンサ２６、２７の一端は、一対の電源ライン１１、１２にそれぞれ接続され、電圧検出コンデンサ２６、２７の他端は、電圧検出分圧抵抗（Ｒ_div1）５６及び（Ｒ_div2）５７をそれぞれ介して、共にコモンモード電圧検出抵抗（Ｒ_sense）３６の一端に接続されている。これら二組の電圧検出分圧抵抗５６及び５７と、コモンモード電圧検出抵抗３６も電圧検出コンデンサ２６、２７と共に検出部２９を構成する。

そして、このコモンモード電圧検出抵抗３６の他端は、増幅器３２の反転入力端子（－）に接続されている。また、この実施例では増幅器３２の非反転入力端子（＋）は、グランド経路３８にて、回路グランド３０に接続されている。このグランド経路３８が検出部２９のグランド経路となる。尚、回路グランド３０はグランド電位である筐体１８に接続されている。

一方、前述したＹコンデンサ２１、２２の一端は、一対の電源ライン１１、１２にそれぞれ接続されている。そして、これらＹコンデンサ２１、２２の他端は、共に増幅器３２の出力端子に接続されている。この増幅器３２の電源回路３４のグランド経路３９は、この実施例ではグランド経路３８とは別に回路グランド３０に接続されている。このグランド経路３９が反転増幅回路３７のグランド経路である。これにより、各Ｙコンデンサ２１、２２は、反転増幅回路３７の増幅器３２を介して、一対の電源ライン１１、１２と筐体１８（グランド電位）間に接続されたかたちとなり、反転増幅回路３７（増幅器３２）の出力電圧がコモンモード補償電圧としてＹコンデンサ２１、２２に印加されることになる。

（２－３）ディファレンシャルモード電圧補償部５３
他方、ディファレンシャルモード電圧補償部５３は、正側と負側の二つの増幅器５８、５９と、各増幅器５８、５９の各反転入力端子（－）と各出力端子間にそれぞれ接続されたフィードバック抵抗（Ｒ_f＿_dif1）６１と、各増幅器５８、５９の反転入力端子（－）間に接続されたフィードバック抵抗（Ｒ_f＿_dif2）６２と、各増幅器５８、５９の正電源端子と負電源端子に接続された電源回路（Ｖ_CC、Ｖ_EE）６３（ここまでがデュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３に含まれる）と、前述したＸコンデンサ４１、４２、ノーマルモードチョークコイル４３、４４から構成されている。増幅器５８、５９、フィードバック抵抗６１、６２により本発明における差動増幅回路（差動入力差動増幅回路）６４（ゲインＧ₂）が構成される。

そして、正側の電源ライン１１に接続されている電圧検出コンデンサ２６に接続された電圧検出分圧抵抗５６、５７間の電圧が、増幅器５８（正側の増幅器）の非反転入力端子（＋）に差動入力信号として入力され、負側の電源ライン１２に接続されている電圧検出コンデンサ２７に接続された電圧検出分圧抵抗５６、５７間の電圧が、増幅器５９（負側の増幅器）の非反転入力端子（＋）に差動入力信号として入力されている。

一方、前述したＸコンデンサ４１、４２の一端は、一対の電源ライン１１、１２にそれぞれ接続されている。そして、正側の電源ライン１１に接続されたＸコンデンサ４１（正側のＸコンデンサ）の他端は、負側の増幅器５９の出力端子に接続され、負側の電源ライン１２に接続されたＸコンデンサ４２（負側のＸコンデンサ）の他端は、正側の増幅器５８の出力端子に接続されている。

これにより、差動増幅回路６４は、Ｘコンデンサ４１、４２の間に挿入されたかたちとなり、差動増幅回路６４の正側の増幅器５８の出力（正側の差動増幅出力）が、負側の電源ライン１２に接続されたＸコンデンサ４２（負側のＸコンデンサ）にディファレンシャルモード補償電圧として印加され、差動増幅回路６４の負側の増幅器５９の出力（負側の差動増幅出力）が、正側の電源ライン１１に接続されたＸコンデンサ４１（正側のＸコンデンサ）にディファレンシャルモード補償電圧として印加されることになる。

（３）アクティブフィルタ装置１の作用（動作）
以上の構成で、次に図２～図７を参照しながら、この実施例のアクティブフィルタ装置１の作用（動作）について説明する。尚、図３～図７において図１、図２と同一符号で示すものは同一のものとする。

（３－１）コモンモード電圧補償部５２の作用（動作）
先ず、図３～図５を用いてコモンモード電圧補償部５２の作用（動作）について説明する。図３はアクティブフィルタ装置１のコモンモード電圧補償部５２の等価回路を示している。尚、実際の回路においては、Ｙコンデンサ２１、２２は寄生インダクタンス５１（Ｌ_stray＿_Cy）を有する（図３）。また、以下の説明では電圧分圧検出抵抗５６、５７の抵抗分についてはコモンモード電圧検出抵抗３６の抵抗値Ｒ_senseに含めて考えるものとする。

電源ライン１１、１２にあらわれるコモンモード電圧（ＨＶコモンモード電圧）をｖ_HV＿_com、反転増幅回路３７のコモンモード補償電圧をｖ_comp＿_comで表すと、コモンモード電圧検出抵抗３６が接続される反転増幅回路３７の入力端子は仮想接地となるため、コモンモード電圧（ＨＶコモンモード電圧）ｖ_HV＿_comは、下記数式（Ｉ）で表すことができる。尚、Ｒ_senseはコモンモード電圧検出抵抗３６の抵抗値、Ｃ_senseは電圧検出コンデンサ２６、２７の容量値であり、Ｃ_sense（×２）はそれらの合成容量値を意味している。Ｇ₁は反転増幅回路３７のゲインであり、Ｇ₁＝Ｒ_f＿_com／Ｒ_senseとなる。このＲ_f＿_comは負帰還抵抗３３の抵抗値である。

また、Ｌ_stray＿_Cyは寄生インダクタンス５１のインダクタンス値であり、Ｌ_stray＿_Cy（×１／２）はそれらの合成インダクタンス値を意味している。Ｃ_YはＹコンデンサ２１、２２の容量値であり、Ｃ_Y（×２）はそれらの合成容量値を意味している。更に、Ｉ_CYはＹコンデンサ２１、２２を流れる電流である。

数式（Ｉ）より、下記数式（ＩＩ）が成り立つ。

デュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３の反転増幅回路３７の補償によるＹコンデンサ２１、２２のインピーダンスをＺ_Cyとすると、インピーダンスＺ_Cyは下記数式（ＩＩＩ）となる。

数式（Ｉ）～数式（ＩＩＩ）を用いてインピーダンスＺ_Cyを電圧検出コンデンサ２６、２７の合成容量値Ｃ_sense（×２）、コモンモード電圧検出抵抗３６の抵抗値Ｒ_sense、Ｙコンデンサ２１、２２の合成容量値Ｃ_Y（×２）、寄生インダクタンス５１のインダクタンス値Ｌ_stray＿_Cyで表すと、下記数式（ＩＶ）となる。

ここで、高周波領域においては、電圧検出コンデンサ２６、２７のインピーダンスがコモンモード電圧検出抵抗３６のインピーダンスに対して無視できるように電圧検出コンデンサ２６、２７の容量値Ｃ_senseとコモンモード電圧検出抵抗３６の抵抗値Ｒ_sense等を選定することで、数式（ＩＶ）は下記数式（Ｖ）と見なすことができる。

この数式（Ｖ）は、（１＋Ｇ₁）倍のＹコンデンサが接続されているのと等価であることを意味している。即ち、デュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３の反転増幅回路３７の補償により、Ｙコンデンサ２１、２２の容量値が見かけ上、（１＋Ｇ₁）倍に増加したことになる。尚、寄生インダクタンス５１のインダクタンス値は等価的に低減（１／（１＋Ｇ₁））される。

以上のように、検出部２９で検出されたコモンモード電圧ｖ_HV＿_comを反転増幅する反転増幅回路３７を設け、この反転増幅回路３７の出力電圧をコモンモード補償電圧ｖ_comp＿_comとしてＹコンデンサ２１、２２に印加するようにしたので、反転増幅回路３７のゲインＧ₁に応じてＹコンデンサ２１、２２の見かけ上の容量値が増加（（１＋Ｇ₁）倍）することになる。

図４の破線は通常のパッシブ方式のノイズフィルタのＹコンデンサのインピーダンス特性を示し、実線は本発明のアクティブフィルタ装置１によるＹコンデンサのインピーダンス特性を示している。尚、Ｚ_CyはＹコンデンサのインピーダンスである。この図からも明らかな如く本発明のアクティブフィルタ装置１によれば、Ｙコンデンサの容量値が見かけ上増加して、インピーダンスＺ_Cyが通常のパッシブ方式のノイズフィルタよりも、ゲインＧ₁の値に応じて減少している（図４は、Ｇ₁＝３の場合のインピーダンスの変化を示す）。

係るＹコンデンサ２１、２２の見かけ上の容量値の増加により、大容量のＹコンデンサや大型のコモンモードチョークコイルを用いること無く、図２中に破線矢印で示すコモンモードノイズ電流の還流を増やし、電源側へ漏れ出るコモンモード電流を低減し、コモンモードノイズを低下させることができるようになる。

図５の黒色部分は通常のパッシブ方式のノイズフィルタによるコモンモードノイズのレベルを示し、網掛け部分は本発明のアクティブフィルタ装置１によるコモンモードノイズのレベルを示している。この図からも明らかな如く、本発明のアクティブフィルタ装置１によればコモンモードノイズレベルが通常のパッシブ方式のノイズフィルタよりもＹコンデンサのインピーダンスの減少に応じて低下している。

特に、コモンモードチョークコイル２８とＹコンデンサ２１、２２から成る通常のパッシブ方式のノイズフィルタにデュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３を追加して、コモンモードノイズの減衰特性を改善することができるので、汎用性に富んだものとなる。

（３－２）ディファレンシャルモード電圧補償部５３の作用（動作）
次に、図６、図７を用いてディファレンシャルモード電圧補償部５３の作用（動作）について説明する。図６はアクティブフィルタ装置１のディファレンシャルモード電圧補償部５３の等価回路を示している。尚、実際の回路においては、Ｘコンデンサ４１、４２は寄生インダクタンス６６（Ｌ_stray＿_CX）をそれぞれ有する（図６）。

電源ライン１１、１２間にあらわれるディファレンシャルモード電圧（ＨＶディファレンシャルモード電圧）をｖ_HV＿_dif、差動増幅回路６４の正側の増幅器５８の出力端子と負側の増幅器５９の出力端子間の電圧をディファレンシャルモード補償電圧ｖ_comp＿_difとすると、ディファレンシャルモード補償電圧ｖ_comp＿_difと、ディファレンシャルモード電圧ｖ_HV＿_difは、下記数式（ＶＩ）、（ＶＩＩＩ）で表すことができる。

尚、Ｒ_div1、Ｒ_div2、は電圧検出分圧抵抗５６、５７の抵抗値、Ｃ_senseは電圧検出コンデンサ２６、２７の容量値である。Ｇ₂は差動増幅回路６４のゲインであり、数式（ＶＩＩ）で示される。また、Ｌ_stray＿_CXは寄生インダクタンス６６のインダクタンス値であり、Ｃ_XはＸコンデンサ４１、４２の容量値である。更に、Ｉ_CXはＸコンデンサ４１、４２を流れる電流である。

数式（ＶＩ）より、正側の電源ライン１１と負側の電源ライン１２の間のディファレンシャルモード電圧（ＨＶディファレンシャルモード電圧）ｖ_HV＿_difとして検出される電圧が零であれば、正側の増幅器５８の出力と負側の増幅器５９の出力の差も無くなり、ディファレンシャルモード補償電圧ｖ_comp＿_difは零となり、その場合は、二個のＸコンデンサ４１、４２が直列接続されたかたちと等価となる。

一方、正側の電源ライン１１と負側の電源ライン１２の間にディファレンシャルモード電圧として電圧差が生じた場合、例えば正側の電源ライン１１の電圧が「１」上昇し、負側の電源ライン１２の電圧が「１」低下した場合、ディファレンシャルモード補償電圧ｖ_comp＿_difは「２」となり、正側の増幅器５８の出力電圧が負側の電源ライン１２に接続されたＸコンデンサ４２に印加され、負側の増幅器５９の出力電圧が正側の電源ライン１１に接続されたＸコンデンサ４１に印加されて、両電源ライン１１、１２間の電圧の差を縮小する（補償）ように作用する。

上記数式（ＶＩＩＩ）より、下記数式（ＩＸ）が成り立つ。

デュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３の差動増幅回路６４の補償によるＸコンデンサ４１、４２のインピーダンスをＺ_CXとすると、インピーダンスＺ_CXは下記数式（Ｘ）となる。

数式（ＶＩ）～数式（ＩＸ）を用いてインピーダンスＺ_CXを電圧検出コンデンサ２６、２７の容量値Ｃ_sense、電圧検出分圧抵抗５６、５７の抵抗値Ｒ_div1、Ｒ_div2、Ｘコンデンサ４１、４２の容量値Ｃ_X、寄生インダクタンス６６のインダクタンス値Ｌ_stray＿_CXで表すと、下記数式（ＸＩ）となる。

ここで、高周波領域においては、電圧検出コンデンサ２６、２７のインピーダンスが電圧検出分圧５６、５７のインピーダンスに対して無視できるように電圧検出コンデンサ２６、２７の容量値Ｃ_senseと電圧検出分圧抵抗５６、５７の抵抗値Ｒ_div1、Ｒ_div2を選定することで、数式（ＸＩ）は下記数式（ＸＩＩ）と見なすことができる。

ここで、電圧検出分圧抵抗５６、５７の分圧比は下記数式（ＸＩＶ）となるから、数式（ＸＩＩ）は下記数式（ＸＩＩＩ）、更に、数式（ＸＶ）となる。

この数式（ＸＶ）は、電源ライン１１、１２間にＸコンデンサ４１、４２（Ｃ_X）が二個直列で接続される構成において、Ｘコンデンサ４１、４２の容量値が（１＋Ｋ・Ｇ₂）倍であるのと等価であることを意味している。即ち、デュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３の差動増幅回路６４の補償により、Ｘコンデンサ４１、４２の容量値が見かけ上、（１＋Ｋ・Ｇ₂）倍に増加したことになる。尚、寄生インダクタンス６６のインダクタンス値は等価的に低減（１／（１＋Ｋ・Ｇ₂））される。

以上のように、検出部２９で検出されたディファレンシャルモード電圧ｖ_HV＿_difを差動増幅する差動増幅回路６４を設け、この差動増幅回路６４の出力電圧をディファレンシャルモード補償電圧ｖ_comp＿_difとしてＸコンデンサ４１、４２に、正側と負側を逆として印加するようにしたことにより、差動増幅回路６４のゲインＧ₂に応じてＸコンデンサ４１、４２の見かけ上の容量値が増加（（１＋Ｋ・Ｇ₂）倍）することになる。

図７の幅広の破線は通常のパッシブ方式のノイズフィルタのＸコンデンサのインピーダンス特性を示し、実線と細かい破線は本発明のアクティブフィルタ装置１によるＸコンデンサのインピーダンス特性を示している。尚、Ｚ_CXはＸコンデンサのインピーダンスであり、実線は（１＋Ｋ・Ｇ₂）＝２の場合、細かい破線は（１＋Ｋ・Ｇ₂）＝３の場合をそれぞれ示している。この図からも明らかな如く本発明のアクティブフィルタ装置１によれば、Ｘコンデンサの容量値が見かけ上増加して、インピーダンスＺ_CXが通常のパッシブ方式のノイズフィルタよりも、ゲインＧ₂の値に応じて減少している。

係るＸコンデンサ４１、４２の見かけ上の容量値の増加により、大容量のＸコンデンサや大型のノーマルモードチョークコイルを用いること無く、図２中に一点鎖線矢印で示すディファレンシャルモードノイズ電流の還流を増やし、電源側へ漏れ出るディファレンシャルモード電流を低減し、ディファレンシャルモードノイズを低下させることができるようになる。

また、実施例では一対の電圧検出コンデンサ２６、２７から構成された単一の検出部２９が検出した電圧を、反転増幅回路３７と差動増幅回路６４に入力する構成としているので、検出部２９の回路構成を簡略化することができるようになる。

更に、実施例では検出部２９のグランド経路３８と、反転増幅回路３７のグランド経路３９を、別々に回路グランド３０に接続しているので、反転増幅回路３７の動作電流に起因する回路グランド３０に対する電圧変動が、検出部２９によるコモンモード電圧の検出に及ぼす悪影響を低減することができるようになる。

次に、図８は本発明の他の実施例の電動圧縮機２及び当該電動圧縮機２への給電経路の電気回路図を示している。尚、この図において図１と同一符号で示すものは同一若しくは同様の機能を奏するものとする。この実施例の場合、デュアルモードアクティブフィルタ補償回路２３の反転増幅回路３７と差動増幅回路６４に対して、検出部（符号２９Ｃ、２９Ｄで示す）をそれぞれ設けている。

この場合、反転増幅回路３７用の検出部２９Ｃは、電源ライン１１、１２に一端がそれぞれ接続されたコモンモード電圧検出コンデンサ２６Ｃ、２７Ｃと、それらの他端に接続された前記コモンモード電圧検出抵抗３６（図２）で構成され、差動増幅回路６４用の検出部２９Ｄは、電源ライン１１、１２に一端がそれぞれ接続されたディファレンシャルモード電圧検出コンデンサ２６Ｄ、２７Ｄと、それらの他端にそれぞれ接続された前記電圧検出分圧抵抗５６、５７（図２）で構成されることになる。

このように、検出部２９Ｃ、２９Ｄを、反転増幅回路３７と差動増幅回路６４に対してそれぞれ設けるようにすれば、コモンモードとディファレンシャルモードの周波数特性に応じたノイズ電圧の検出特性を得ることができる利点がある。

次に、図９は本発明の電動圧縮機２の他の実施例の電気回路を示している。尚、この図において図１や図２と同一符号で示すものは同一のものとする。この実施例の場合、検出部２９のグランド経路３８は、直接筐体１８（グランド電位）に接続され、増幅器３２の電源回路３４のグランド経路３９（反転増幅回路３７のグランド経路）は前述同様に回路グランド３０に接続されている。

この実施例のように、筐体１８をグランド電位とし、回路グランド３０を筐体１８に接続すると共に、検出部２９のグランド経路３８を筐体１８に接続し、反転増幅回路３７のグランド経路３９を回路グランド３０に接続するようにすれば、反転増幅回路３７の動作電流に起因する回路グランド３０の電位変動による検出部２９の検出誤差を排除することが可能となる。

尚、実施例では車両用空気調和装置の冷媒回路を構成する電動圧縮機２に本発明のアクティブフィルタ装置１を適用したが、請求項１乃至請求項５の発明ではそれに限らず、コモンモードノイズ及びディファレンシャルモードノイズの低減要求のある各種家庭用／業務用機器に本発明は有効である。

１ アクティブフィルタ装置
２ 電動圧縮機
３ インバータ装置
７ 高電圧バッテリ（直流電源）
８ モータ
１１、１２ 電源ライン
１５ スイッチング素子
１８ 筐体
２０ 制御回路
２１、２２ Ｙコンデンサ
２３ デュアルモードアクティブフィルタ補償回路
２６、２７、２６Ｃ、２７Ｃ、２６Ｄ、２７Ｄ 電圧検出コンデンサ
２８ コモンモードチョークコイル
２９ 検出部
３０ 回路グランド
３２、５８、５９ 増幅器（オペアンプ単体、若しくは、出力に電流増幅器を備えたオペアンプ）
３３ 負帰還抵抗
３６ コモンモード電圧検出抵抗
３７ 反転増幅回路
３８ グランド経路
４１、４２ Ｘコンデンサ
４３、４４ ノーマルモードコイル
５２ コモンモード電圧補償部
５３ ディファレンシャルモード電圧補償部
５６、５７ 電圧検出分圧抵抗
６１、６２ フィードバック抵抗
６４ 差動増幅回路

Claims (7)

1. 正側と負側の一対の電源ラインに挿入されたコモンモードチョークコイルと、
   前記一対の電源ライン又はそれらのうちの一方に接続されたノーマルモードチョークコイルと、
   前記一対の電源ラインの電圧を検出する検出部と、
   該検出部で検出されたコモンモード電圧を反転増幅する反転増幅回路と、
   該反転増幅回路の出力と前記一対の電源ライン間にそれぞれ接続されたＹコンデンサと、
   前記検出部で検出された前記一対の電源ライン間のディファレンシャルモード電圧を差動増幅する差動増幅回路と、
   該差動増幅回路の出力と前記一対の電源ライン間にそれぞれ接続されたＸコンデンサを備え、
   前記反転増幅回路の出力電圧を前記Ｙコンデンサに印加すると共に、
   前記差動増幅回路の前記正側の電源ラインの電圧を増幅した出力電圧を、前記負側の電源ラインに接続された前記Ｘコンデンサに印加し、前記差動増幅回路の前記負側の電源ラインの電圧を増幅した出力電圧を、前記正側の電源ラインに接続された前記Ｘコンデンサに印加することを特徴とするアクティブフィルタ装置。
2. 前記差動増幅回路は、前記検出部で検出された前記正側の電源ラインの電圧が、差動入力信号として非反転入力端子に入力される正側の増幅器と、前記検出部で検出された前記負側の電源ラインの電圧が、差動入力信号として非反転入力端子に入力される負側の増幅器を有し、
   前記負側の電源ラインに接続された前記Ｘコンデンサが前記正側の増幅器の出力に接続され、前記正側の電源ラインに接続された前記Ｘコンデンサが前記負側の増幅器の出力に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブフィルタ装置。
3. 一対の電圧検出コンデンサから構成された単一の検出部が検出した電圧が、前記反転増幅回路と前記差動増幅回路に入力される構成としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアクティブフィルタ装置。
4. 前記検出部は、前記反転増幅回路と前記差動増幅回路に対してそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアクティブフィルタ装置。
5. 前記検出部のグランド経路と、前記反転増幅回路のグランド経路を、別々に回路グランドに接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れかに記載のアクティブフィルタ装置。
6. 請求項１乃至請求項５のうちの何れかに記載のアクティブフィルタ装置と、インバータ装置を、筐体と一体に設けたことを特徴とする電動圧縮機。
7. 前記筐体をグランド電位とし、回路グランドを前記筐体に接続すると共に、
   前記検出部のグランド経路を前記筐体に接続し、前記反転増幅回路のグランド経路を前記回路グランドに接続したことを特徴とする請求項６に記載の電動圧縮機。

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