JP3957206B2 - 保安アース線用ノイズフィルタ及びこれを備えた電子装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電源を使用する電子装置のアース線に取り付けられるノイズフィルタに関し、詳しくはアース線に誘導されるノイズを抑制するインダクタを備えたノイズフィルタ等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来のノイズフィルタは、インダクタからなり、ノイズと呼ばれる不要信号を周波数弁別し、商用電源からの短絡電流をアース側へ通過させる機能を有している（例えば下記特許文献１参照）。ノイズの周波数は、例えば１０ｋＨｚ以上である。国内での商用電源の周波数は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚである。
【０００３】
図９［１］は、従来のノイズフィルタを示す回路図である。図９［２］は、図９［１］のノイズフィルタの使用状態を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００４】
ノイズフィルタ７０は、一個のインダクタ７１からなるアース線用の二端子ノイズフィルタである。一方の端子７２がアース線７４を介して接地され、他方の端子７３が電子装置７５に接続される。また、インダクタ７１のインダクタンスは、漏電などに起因する商用電源の短絡電流Ｉｓを電子装置７５からアース７６へ流すとともに、アース線７４に誘導されるノイズ電流Ｉｎを阻止するように設定されている。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭６１−１４０６２０号公報（第１図等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のノイズフィルタでは次のような問題があった。
【０００７】
（１）．ノイズと言われる雑音電力は、定常電流の形でアース線７４に誘導されるだけではなく、不定期的に時間をおいてパルス状に誘導される場合もある。このような場合、ノイズフィルタ７０を構成するインダクタ７１は、磁界によって電力を蓄えているため、ノイズ電力の流入が止まれば蓄えた電力を放出する。そのため、この放出電力によって、電子装置７５が誤動作したり一時的に機能低下を起こしたりする恐れがある。
【０００８】
（２）．アース７４線上に誘導されるノイズ電流Ｉｎの低減には、前述のとおりインダクタ７１が有効である。一方、アース線７４に接続されている電子装置７５のうち特に大型のものでは、かなりの対地容量Ｃを有するため、その対地容量Ｃとインダクタ７１とで直列共振を生じる場合もある。したがって、その共振周波電流が電子装置７５側に流れ込むと、ノイズ障害を発生する恐れがある。
【０００９】
（３）．インダクタ７１のインダクタンスは、ノイズ電流Ｉｎを遮断するためにはできるだけ高いことが望ましく、一方短絡電流Ｉｓを円滑に大地側に逃がすためにはできるだけ低いことが望ましい。このように相反する特性を両立させることは極めて困難であった。つまり、ノイズ電流Ｉｎを十分に遮断しようとしてインダクタンスを高くすると商用周波数を基本周波とする短絡電流Ｉｓが十分に導通しなくなり、逆に短絡電流Ｉｓを十分に導通させようとしてインダクタンスを低くするとノイズ電流Ｉｎが十分に遮断されなくなる。
【００１０】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、ノイズフィルタからの放出電力、ノイズフィルタと対地容量との共振周波電流、及びノイズ電流の遮断と短絡電流の導通との両立を解決し得る、ノイズフィルタ、及びこれを備えた電子装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題を解決すべく研究に励んだ結果、「ノイズフィルタからの放出電力による問題は、ノイズフィルタがノイズ電流を消費（熱エネルギに変換）する機能を持たないことに起因すること。」及び「ノイズ電流の遮断と短絡電流の導通との両立を図るには、インダクタの磁気飽和現象を利用すればよいこと。」をそれぞれ見い出した。本発明は、この知見に基づきなされたものである。すなわち、インダクタに並列に抵抗器を接続することにより、抵抗器でノイズ電流が消費されるのである。また、このような構成にしたところ、対地容量とインダクタとの直列共振電流の一部も抵抗器によって減衰し得ることがわかった。更に、短絡電流で磁気飽和するインダクタであれば、短絡電流に対してはインダクタンスに関係なく低インピーダンスになるので、インダクタンスを高くしてノイズ電流を十分に遮断することが可能となる。以下に詳しく説明する。
【００１２】
本発明に係るノイズフィルタは、一方の端子がアース線を介して接地され、他方の端子が電子装置に接続されたアース線用２端子ノイズフィルタであって、当該２端子ノイズフィルタは、コアに巻き線を施した構成であって大電流の短絡電流で磁気飽和するインダクタと、当該インダクタに並列接続された抵抗器とを備え、短絡電流で磁気飽和して導線抵抗値のみを呈する回路素子となった前記インダクタを通して、前記電子装置の短絡電流を前記アース線の接地側に通過させ、前記アース線に誘導されて前記電子装置側に流入するノイズ電流のノイズ電力を前記抵抗器で熱消費することを特徴とするものである。
さらに本発明に係るノイズフィルタは、一方の端子がアース線を介して接地され、他方の端子が電子装置に接続されたアース線用２端子ノイズフィルタであって、当該２端子ノイズフィルタは、コアに巻き線を施した構成であって大電流の短絡電流で磁気飽和するインダクタと、当該インダクタに並列接続された抵抗器とを備え、短絡電流で磁気飽和して導線抵抗値のみを呈する回路素子となった前記インダクタを通して、前記電子装置の短絡電流を前記アース線の接地側に通過させ、前記アース線に誘導されて前記電子装置側に流入するノイズ電流のノイズ電力を前記抵抗器で熱消費するものであり、
電源電流の角周波数をωｐ［ｒａｄ］、設定ノイズ電流の下限角周波数をωｎ［ｒａｄ］、前記インダクタのインダクタンスをＬ［Ｈ］、前記抵抗器の抵抗値をＲ［Ω］としたとき、（ωｐ・Ｌ）
≪ Ｒ ≪ （ωｎ・Ｌ）が成り立つことを特徴とするものである。
電子装置において短絡事故などが発生すると、短絡電流がノイズフィルタを通って大地へ流れる。このとき、ノイズフィルタのインダクタは磁気飽和現象による例えば０．１Ω以下の導線抵抗値のみを呈する回路素子と化し、短絡電流はインダクタを阻害されることなく通過する。
一方、共振周波電流を含む高周波のノイズ電流の大部分は、インダクタを通過せずに抵抗器で消費される。したがって、ノイズフィルタでノイズの電力が蓄えられないので、放出電力による問題もない。また、ノイズフィルタと対地容量との共振周波電流の一部も抵抗器で消費されるので、共振周波電流による問題も減少する。
【００１３】
前記２端子ノイズフィルタは、一方の端子が前記アース線を介して接地され、他方の端子が前記電子装置に接続される。インダクタ及び抵抗器の数は、単数でも複数でもよい。インダクタが複数ある場合は、少なくとも一つのインダクタに抵抗器が並列接続されていればよい。
【００１４】
短絡電流が２５Ａであるとき、ノイズフィルタのインピーダンスが０．１Ω以下であることが望ましいものである。これは、ＩＥＣ規格を満たす特性である。また、ノイズ電流の周波数が１０ｋＨｚであるとき、インダクタのリアクタンスが２ｋΩ以上であることが望ましいものである。１０ｋＨｚ以上のノイズ周波数に対して２ｋΩ以上のリアクタンスがあれば、ノイズフィルタとして十分な性能となる。
【００１５】
また本発明に係るノイズフィルタの構成においては、商用電源電流の角周波数をωｐ［ｒａｄ］、ノイズ電流の下限設定角周波数をωｎ［ｒａｄ］、前記インダクタのインダクタンスをＬ［Ｈ］、前記抵抗器の抵抗値をＲ［Ω］としたとき、
（ωｐ・Ｌ） ≪ Ｒ ≪ （ωｎ・Ｌ）
が成り立つことが望ましいものである。
【００１６】
また、
（ωｎ・Ｌ）／Ｒ ≧ １／（２ωｎ）
が成り立つことが望ましい。このとき、抵抗器で消費される電力がインダクタに蓄えられる電力を越える特性となる。
【００１７】
抵抗器が固定抵抗器或は可変抵抗器のいずれかを含むことが望ましいものである。ノイズフィルタが取り付けられる電子装置ごとに、その対地容量がばらつく。このような場合でも、可変抵抗器の抵抗値を変えることにより、共振周波数のばらつきに的確に対応できる。なお、ここでいう「可変抵抗器」には、固定抵抗器と可変抵抗器との直列回路やいわゆる半固定抵抗器等も含むものとする。
【００１８】
前記インダクタがトロコロイダルコイルであり、前記抵抗器として可変抵抗器を用い、前記インダクタの内周壁に囲まれた空間内に前記可変抵抗器を配置して、これらを筐体内に収容し、前記可変抵抗器の抵抗値を変えるための抵抗値可変手段を、前記筐体外から操作可能な位置に設けた構成とすることが可能である。抵抗値可変手段を筐体外から操作することにより、対地容量のばらつきにも簡単に対応できる。しかも、前記インダクタの内周壁に囲まれた空間内に可変抵抗器が配置されているので、筐体内の空間が有効に利用される。
【００１９】
前記本発明に係るノイズフィルタを電子装置に備えるようにしてもよいものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１［１］は、本発明に係るノイズフィルタの第一実施形態を示す回路図である。図１［２］は、図１［１］のノイズフィルタの使用状態を示す回路図である。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、図９［１］と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００２１】
本実施形態のノイズフィルタ１０は、インダクタ１２に抵抗器１１が並列接続されたものである。インダクタ１２及び抵抗器１１の並列回路は、一方の端子７２がアース線７４を介して接地され、他方の端子７３が電子装置７５に接続される。このように、ノイズフィルタ１０はアース線用の二端子ノイズフィルタである。
【００２２】
電子装置７５において短絡事故などが発生すると、短絡電流Ｉｓがノイズフィルタ１０を通ってアース７６へ流れる。このとき、ノイズフィルタ１０のインダクタ１２が磁気飽和することにより、短絡電流Ｉｓはインダクタ１２をほぼ無損失で通過する。一方、共振周波電流を含む高周波のノイズ電流Ｉｎは、インダクタ１２を通過せずに抵抗器１１で消費される。したがって、ノイズフィルタ１０でノイズの電力が蓄えられないので、放出電力による問題もない。また、ノイズフィルタ１０と対地容量Ｃとの共振周波電流も抵抗器１１で消費されるので、共振周波電流による問題もない。
【００２３】
ここで、インダクタ１２のインダクタンスをＬ、角周波数をωとすると、そのリアクタンスはωＬとなる。一方、電子装置７５の対地容量Ｃが呈するリアクタンスは１／ωＣとなるので、これとωＬとが直列共振することによって共振周波ノイズ電流がアースライン回路に流れてしまうこととなる。
【００２４】
本実施形態では、インダクタ１２に並列に抵抗器１１を設けている。そのため、商用電源周波のような低周波での大電流（例えば２５Ａ）の短絡電流は低リアクタンスを呈するインダクタ１２を通過し、それより数十倍高い周波数成分を持つ小電流（例えば８０ｍＡ）のノイズ電流Ｉｎの大部分は抵抗器１１を通過することによりノイズ電力が消費される。
【００２５】
すなわち、抵抗器１１の抵抗値をＲとすると、ノイズフィルタ１０のインピーダンスＺは次式で表される。
【００２６】
Ｚ ＝ ［１／｛Ｒ^２＋（ωＬ）^２｝］・｛Ｒ（ωＬ）^２＋ｊＲ^２（ωＬ）｝ ・・・ （１）
そして、ωＬ<<Ｒのとき、
Ｚ ＝ ［１／｛１＋（ωＬ／Ｒ）^２｝］・｛（ωＬ）^２／Ｒ＋ｊωＬ｝ ≒ ｊωＬ ・・・（２）
である。そして、ωＬ>>Ｒのとき、
Ｚ ＝ ［１／｛１＋（Ｒ／ωＬ）^２｝］・｛Ｒ＋ｊＲ（Ｒ／ωＬ）｝ ≒ Ｒ ・・・（３）
である。
【００２７】
式（２）から明らかなように、低周波電流（電源電流）は、ノイズフィルタ１０のインピーダンスがＺ≒ｊωＬとなるから、ノイズフィルタ１０を低損失で通過する。一方、式（３）から明らかなように、共振周波数を含む高周波電流（ノイズ電流）は、ノイズフィルタ１０のインピーダンスがＺ≒Ｒとなるから、ノイズフィルタ１０でノイズ電力の大部分が消費される。
【００２８】
ここで、電源電流の角周波数をωｐ［ｒａｄ］、設定ノイズ電流の下限の角周波数をωｎ［ｒａｄ］、インダクタ１２のインダクタンスをＬ［Ｈ］、抵抗器１１の抵抗値をＲ［Ω］としたとき、式（２），（３）から明らかなように、
（ωｐ・Ｌ） << Ｒ << （ωｎ・Ｌ） ・・・（４）
を満足する必要がある。
上式左辺の（ωｐ・Ｌ）<<Ｒの関係に着目すれば、Ｒは（ωｐ・Ｌ）よりもできるだけ大きいことが望ましい。一方、上式右辺のＲ<< （ωｎ・Ｌ）の関係に着目すれば、Ｒは（ωｎ・Ｌ）よりもできるだけ小さいことが望ましい。このような観点で、Ｒの範囲を狭める（式（４）を満足させる）ことによって、ωｐでの減衰量が適度に小さく、かつωｎでの減衰量が適度に大きい、バランスのとれた特性が得られる。
【００２９】
次に、図１［２］に基づき、ωｎ，Ｌ，Ｒの適切な関係について、更に詳しく説明する。
【００３０】
ノイズ源電圧Ｖｎによるノイズ電流Ｉｎは、アース線７４を介して電子装置７５側へ流入することにより、電子装置７５の障害を発生させる。ノイズフィルタ１０は、ノイズ電流Ｉｎの一部を抵抗器１１で熱に変換することによって、電子装置７５の障害を防ぐ。電子装置７５の障害の程度によっては、わずかなノイズ電流Ｉｎを抵抗器１１で消費するだけで、その障害が収まることがある。したがって、基本的にＲの値は限定されない。
【００３１】
ここで、ノイズフィルタ１０の両端に現れる電圧をＶｆ、インダクタ１２に流れる電流をＩｌ、抵抗器１１に流れる電流をＩｒとすると、
Ｉｌ ＝ Ｖｆ／（ωｎ・Ｌ） ・・・（１１）
Ｉｒ ＝ Ｖｆ／Ｒ ・・・（１２）
となる。そして、インダクタ１２に蓄えられる電力Ｗｌは、
Ｗｌ ＝ Ｌ・Ｉｌ^２／２ ＝ Ｖｆ^２／（２ωｎ^２・Ｌ）・・・（１３）
となる。このとき、抵抗器１１で消費される電力Ｐｒは、
Ｐｒ ＝ Ｉｒ^２・Ｒ ＝ Ｖｆ^２／Ｒ ・・・（１４）
となる。
【００３２】
ここで、抵抗器１１で消費される電力Ｐｒはインダクタ１２に蓄えられる電力Ｗｌを少なくとも上回ること、すなわちＰｒ≧Ｗｌとなることが望ましい。したがって、式（１３），（１４）より、
Ｗｌ／Ｐｒ ＝ Ｒ／（２ωｎ^２・Ｌ） ≦ １ ・・・（１５）
∴ （ωｎ・Ｌ）／Ｒ ≧ １／（２ωｎ） ・・・（１６）
が成り立つ。
【００３３】
例えば、Ｌ＝３［ｍＨ］、ωｎ＝２π×１００［ｒａｄ］とする。このωｎは商用電源の周波数５０［Ｈｚ］の第二高調波である。このとき、式（１６）から、
（２π×１００×０．００３）／Ｒ ＝ ０．６π／Ｒ ≧ １／（４π×１００）
∴ Ｒ ≦ ２４０π^２ ≒ ２．３７［ｋΩ］ ・・・（１７）
となる。すなわち、式（１７）を満たすＲの抵抗器１１を有するノイズフィルタ１０は、電源周波数の第二高調波以上のノイズを実質的に遮断できる。
【００３４】
次に、インダクタ１２について、具体的な数値に基づいて更に詳しく説明する。
【００３５】
インダクタ１２は、例えば外形９０ｍｍ、内径７４ｍｍかつ厚さ１３．５ｍｍのフェライト・トロイダルコアに、直径２ｍｍの銅線を１００ターン巻いたものである。このとき、インダクタ１２のインダクタンスが３２ｍＨになるので、１０ｋＨｚのノイズ電流Ｉｎに対するリアクタンスが２ｋΩとなることにより、かなりのノイズ電流抑制効果が期待できる。
【００３６】
一方、ＩＥＣ規格及びＵＬ規格では、アース線７４に挿入される回路素子は商用周波電流を２５Ａかつ６０秒通電した状態でインピーダンスが０．１Ω以下でなければならない、という規定がある。インダクタ１２は、６０Ｈｚの商用電源周波に対しては、インダクタンス３２ｍｍＨを使ってリアクタンスを計算すると１２Ωとなってしまい、上記規格を満たさない。しかし、実際には、インダクタ１２のインピーダンスが０．１Ω以下となるので、上記規格を満たすことになる。その理由は、前述のフェライト・トロイダルコアが２５Ａという電流値に対してＢ−Ｈ特性における飽和領域に入ることにより、インダクタ１２は、もはやインダクタとしての働きが失われ、単なる導線抵抗値のみの回路素子となってしまうからである。
【００３７】
つまり、ノイズフィルタ１０は、磁性体の飽和特性を積極的に利用したアース線用ノイズフィルタである。アース線７４は、電子装置７５の基準電位を定める基準電位機能と、電子装置７５内における短絡事故の際の短絡電流路（いわゆる保安アース線）として働く短絡保護機能とを有する。基準電位機能は、電力供給側の基準電位と被供給側機器側の基準電位とを同一化するという機能であって、電流を流すという目的を持っていない。一方、短絡保護機能は、被電力供給側機器における短絡事故等で生じる焼損損害を最小限に止め、かつ機器筐体に接触した人体を保護する目的をもっている。したがって、短絡保護機能では大電流の通電が想定されていることとなる。それゆえに、前述の規格のような厳格な規定が設けられているのである。
【００３８】
図２及び図３は、インダクタ１２の電流−電圧特性を示すグラフである。以下、図１、図２及び図３に基づき説明する。
【００３９】
図２及び図３は、前述のインダクタ１２に２０Ωの電流制限抵抗器を直列に接続し、５０Ｈｚの商用電源周波電流を通電したときの、電流値とインダクタ端子間電圧値とをプロットしたものである。図２から明らかなように、電流値が８０ｍＡを超えると、電流−電圧関係における直線性が失われ、コア材が飽和領域に入る。そして、図３から明らかなように、２５Ａの電流を流したときのリアクタンス値は０．０７２Ωと読み取れるので、前述の規格を満たしている。一方、アース線７４に誘導されるノイズ電流Ｉｎが８０ｍＡを超えるケースは、皆無といってよい。したがって、ノイズ電流Ｉｎによってインダクタ１２が磁気飽和することはないので、インダクタ１２は商用電源周波数を含めたノイズ電流阻止フィルタとして十分な効果が期待できる。
【００４０】
次に、インダクタ１２に並列接続される抵抗器１１の必要性について説明する。
【００４１】
良く知られているように、コイル状のインダクタの回路素子としての表示記号は一般にインダクタンスＬであるが、厳密には抵抗ＲとインダクタンスＬとの直列二端子回路に並列容量Ｃが接続された複合二端子回路で表示される。このうち、抵抗Ｒはコア材にフェライトや珪素鋼などの磁性材を用いたときの磁性損失分であり、並列容量Ｃはコイル巻き線間に発生する迷容量である。それゆえ、実際にインダクタ１２を回路素子として便用する際にはこのＬとＣによる並列共振が生じることとなる。つまり、この回路素子のインピーダンス｜Ｚ｜は次式で示され、共振角周波数ωはω＝１／√（ＬＣ）である。
【００４２】
｜Ｚ｜＝√｛Ｒ^２＋（ωＬ）^２｝／√｛（１−ω^２ＬＣ）^２＋（ωＲＣ）^２｝
このとき、｜Ｚ｜は最大値
｜Ｚ｜＝√｛Ｒ^２＋（ωＬ）^２｝／ＲωＣ
を示す。さらに、１≪ω^２ＬＣとなるほどの高い各周波数に対しては
｜Ｚ｜≒√｛Ｒ^２＋（ωＬ）^２｝／√｛（ω^２ＬＣ）^２＋（ωＲＣ）^２｝
＝√｛Ｒ^２＋（ωＬ）^２｝／［ωＣ√｛Ｒ^２＋（ωＬ）^２｝］
＝１／ωＣ
となり、この回路素子は迷容量のみの素子となってしまう。しかも、大きなインダクタンス値を得るためにコイル巻き線のターン数を増やせば増やすほどこの迷容量も増加してしまうので、インダクタとして働く角周波数が低くなってしまう。
【００４３】
図４は、インダクタ１２の周波数−インピーダンス特性を示すグラフである。以下、図１及び図４に基づき説明する。
【００４４】
図４は、前述のフェライト・トロイダルコアに１００ターン又は８０ターンの巻き線を施してインダクタ１２を得て、これをインピーダンスアナライザで測定した結果である。１００ターンの場合は約３２０ｋＨｚで共振しており、８０ターンの場合では約４７０ｋＨｚでの共振を示している。そして、１ＭＨｚから２ＭＨｚの領域で｜Ｚ｜は１／ωＣの形の特性曲線を示している。そして、５ＭＨｚ以上の周波数では｜Ｚ｜の値は振動波形を呈している。このような｜Ｚ｜の振動現象はインダクタ１２が螺旋アンテナとして作動し始めたためと思われる。
【００４５】
したがって、インダクタ１２に並列に抵抗器１１を接続することにより、アンテナとしての作動現象を抑えるとともに、商用周波数を含む高周波ノイズをこの抵抗器１１で損失させる。
【００４６】
図５は、インダクタ１２に並列に抵抗器１１を接続した場合の周波数−インピーダンス特性を示すグラフである。以下、図１及び図５に基づき説明する。
【００４７】
図５は、前述のフェライト・トロイダルコアに１００ターンの巻き線を施してインダクタ１２を得て、インダクタ１２に３００Ω又は３０００Ωの抵抗器１１を接続して、これをインピーダンスアナライザで測定した結果である。図５から明らかなように、ノイズフィルタ１０は、インダクタンスとして果たす機能が１ｋＨｚ以下の周波数でのみ期待され、１ｋＨｚ以上のノイズ周波数に対しては抵抗としての機能が増してくるのである。更に付言すれば、前述のインダクタ１２が高周波域でそのインピーダンス値を振動波形状に変化させる現象において、その極大値及び極小値はコア材の形状、磁性特性のバラツキ及び巻き線の線径、ターン数、巻き方等により変化する。したがって、ノイズフイルタ１０においては、前述のバラツキによって生じるノイズ低減効果の変動を補正するために、抵抗器１１が必要となっているのである。
【００４８】
図６は、ノイズフィルタ１０の効果を示すグラフである。以下、図１及び図６に基づき説明する。
【００４９】
図６は、大型電子装置にノイズフィルタ１０を装着した前後における、周波数−ノイズ電流特性を示している。ノイズフィルタ１０を装着する前は、アース線７４にノイズ電流Ｉｎが大量に誘起されている。ノイズフィルタ１０を装着すると、このノイズ電流Ｉｎが大幅に低下する。例えば、商用周波数付近では、ノイズ電流値で３８ｄＢの低減効果が認められる。したがって、ノイズフィルタとして、十分な機能を果たしていることがわかる。
【００５０】
図７［１］は、本発明に係るノイズフィルタの第二実施形態を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図１［１］と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００５１】
本実施形態のノイズフィルタ３０では、第一実施形態における抵抗器１１（図１［１］）が可変抵抗器３１となっている。ノイズフィルタ３０が取り付けられる電子装置ごとに、その対地容量Ｃがばらつく。このような場合でも、可変抵抗器３１の抵抗値を変えることにより、共振周波数のばらつきに的確に対応できる。
【００５２】
図７［２］は、本発明に係るノイズフィルタの第三実施形態を示す回路図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、図７［１］と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００５３】
本実施形態のノイズフィルタ４０では、第二実施形態における可変抵抗器３１に固定抵抗器４１が接続されている。ノイズフィルタ４０が取り付けられる電子装置ごとに、その対地容量Ｃがばらつく。このような場合でも、可変抵抗器３１の抵抗値を変えることにより、共振周波数のばらつきに的確に対応できる。
【００５４】
図８は、本発明に係るノイズフィルタの第四実施形態を示す斜視図である。以下、この図面に基づき説明する。ただし、回路は図７［１］と同じになるので、図７［１］と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。
【００５５】
本実施形態のノイズフィルタ５０は、インダクタとしてのトロイダルコイル１２に可変抵抗器３１が並列接続されたものである。トロイダルコイル１２及び可変抵抗器３１の並列回路は、一方の端子がコネクタ５１を介して接地され、他方の端子がコネクタ５２を介して電子装置に接続される。このように、ノイズフィルタ５０はアース線用の二端子ノイズフィルタである。トロイダルコイル１２及び可変抵抗器３１の並列回路は、筐体５３内に収容されている。筐体５３は、例えばアルミニウム等の金属又導電性プラスチックからなる。
【００５６】
また、トロイダルコイル１２の中心に可変抵抗器３１が配置されている。すなわち、トロイダルコイル１２の中心の空間に可変抵抗器３１が収まっているので、筐体５３内の空間が有効に利用されている。
【００５７】
更に、可変抵抗器３１の抵抗値を変えるための回転軸（抵抗値可変手段）５４が、筐体５３外から操作可能な位置に設けられている。そのため、回転軸５４を筐体５３外から操作することにより、対地容量Ｃのばらつきにも簡単に対応できる。具体的には、筐体５３に透孔５５が設けられているので、透孔５５からマイナスドライバを挿入することにより、回転軸５４を容易に回すことができる。
【００５８】
ノイズフィルタ５０が取り付けられる電子装置ごとに、その対地容量Ｃがばらつく。そのため、ノイズフィルタ５０を電子装置に取り付けた後、回転軸５４を操作することにより、所望の減衰特性を得ることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電子装置側に発生する低周波・大電流の短絡電流を、インダクタを導線抵抗値のみの回路素子として大地に流すことができ、電子装置を保護することができる。さらに、アース線がアンテナとして動作して当該アンテナ線に高周波・低電流のノイズ電流が誘導されたとしても、このノイズ電流の流れをインダクタで阻止するとともに、その阻止したノイズ電流を可変抵抗器で熱消費することができ、アース線がアンテナとして動作しても電子装置を保護することができる。
さらに本発明は、アース線の端部が電子装置及び大地に直に、すなわちコンデンサを介することなく接続されるため、可変抵抗器の抵抗値は、インダクタのインダクタンス値と独立して調整することができ、アース線に誘導するノイズ電流を熱消費させることができ、より電子装置の保護を実現することができる。
さらに、従来のノイズフィルタのインダクタに抵抗器を並列接続したという簡単な構成により、共振周波電流を含む高周波のノイズ電流がインダクタを通過せずに抵抗器で消費されるので、放出電力による電子装置の誤動作等を防止できるとともに、電子装置の対地容量による共振周波電流も抑制できる。しかも、インダクタが短絡電流で磁気飽和することにより、短絡電流に対してはインダクタンスに関係なく低インピーダンスになるので、インダクタンスを高くしてノイズ電流を十分に遮断することができる。
【００６０】
さらに本発明のノイズフィルタによれば、インダクタ及び抵抗器の並列回路が一本のアース線に設けられ、一方の端子が接地され、他方の端子が電子装置に接続されるので、アース線用ノイズフィルタとして使用できる。
【００６１】
さらに本発明のノイズフィルタによれば、短絡電流が２５Ａであるとき、ノイズフィルタのインピーダンスが０．１Ω以下であるので、ＩＥＣ規格を満たすことができる。
【００６２】
さらに本発明のノイズフィルタによれば、１０ｋＨｚ以上のノイズ周波数に対して２ｋΩ以上のリアクタンスを有するので、ノイズ電流を十分に遮断することができる。
【００６３】
さらに本発明のノイズフィルタによれば、電源電流の角周波数をωｐ［ｒａｄ］、ノイズ電流の下限の角周波数をωｎ［ｒａｄ］、インダクタのインダクタンスをＬ［Ｈ］、抵抗器の抵抗値をＲ［Ω］としたとき、
（ωｐ・Ｌ） ≪ Ｒ ≪ （ωｎ・Ｌ）
とすることにより、ωｐでの減衰量が適度に小さく、かつωｎでの減衰量が適度に大きい、バランスのとれた特性を得ることができる。
【００６４】
さらに本発明のノイズフィルタによれば、
（ωｎ・Ｌ）／Ｒ ≧ １／（２ωｎ）
とすることにより、抵抗器で消費される電力がインダクタに蓄えられる電力を越える特性を得ることができる。
【００６５】
さらに本発明のノイズフィルタによれば、インダクタに並列接続される抵抗器を可変抵抗器としたことにより、電子装置ごとに対地容量がばらつく場合でも、可変抵抗器の抵抗値を変えることにより、共振周波数のばらつきに的確に対応できる。
【００６６】
さらに本発明のノイズフィルタによれば、可変抵抗器の抵抗値を変えるための抵抗値可変手段が筐体外から操作可能な位置に設けられていることにより、抵抗値可変手段を筐体外から操作できるので、対地容量のばらつきにも簡単に対応できる。しかも、トロイダルコイルの内周壁に囲まれた空間内に可変抵抗器が配置されていることにより、筐体内の空間を有効に利用できるので、小型化及び軽量化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１［１］は本発明に係るノイズフィルタの第一実施形態を示す回路図である。図１［２］は図１［１］のノイズフィルタの使用状態を示す回路図である。
【図２】 図１［１］のノイズフィルタにおけるインダクタの電流−電圧特性（その１）を示すグラフである。
【図３】 図１［１］のノイズフィルタにおけるインダクタの電流−電圧特性（その２）を示すグラフである。
【図４】 図１［１］のノイズフィルタにおけるインダクタの周波数−インピーダンス特性を示すグラフである。
【図５】 図１［１］のノイズフィルタの周波数−インピーダンス特性を示すグラフである。
【図６】 図１［１］のノイズフィルタの効果を示すグラフである。
【図７】 図７［１］は本発明に係るノイズフィルタの第二実施形態を示す回路図である。図７［２］は本発明に係るノイズフィルタの第三実施形態を示す回路図である。
【図８】 本発明に係るノイズフィルタの第五実施形態を示す斜視図である。
【図９】 図９［１］は従来のノイズフィルタを示す回路図である。図９［２］は図９［１］のノイズフィルタの使用状態を示す回路図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０，５０ ノイズフィルタ
１１，３１，４１ 抵抗器
１２ インダクタ
３１ 可変抵抗器
５３ 筐体
５４ 回転軸（抵抗値可変手段）
７２，７３ 端子
７４ アース線
７５ 電子装置
Ｌ インダクタ１２のインダクタンス
Ｒ 抵抗器１１の抵抗値
Ｃ 電子装置７５の対地容量
Ｉｎ ノイズ電流
Ｉｓ 短絡電流

Claims (7)

1. １台毎に対地容量が異なる電子装置のアース線に取付けられる２端子の保安アース線用ノイズフィルタにおいて、
   前記アース線は、その一方の端子側が直に設置され、その他方の端子側が前記電子装置に直に接続されるものであり、
   コアに巻線を施した構成であって、低周波・大電流の短絡電流で磁気飽和し、かつ前記アース線に誘導されて前記電子装置側に流れる高周波・低電流のノイズ電流を阻止するインダクタと、
   前記電子装置の対地容量と前記インダクタの共振周波電流を含む前記ノイズ電流を熱消費する抵抗値に調整される固定抵抗器と可変抵抗器の直列回路からなる可変抵抗器を備え、
   前記インダクタと前記可変抵抗器の並列回路は、前記アース線に直列に接続され、
   前記インダクタは、前記低周波・大電流の短絡電流で磁気飽和して導線抵抗値のみを呈する回路素子となって、前記低周波・大電流の短絡電流を大地に流す電路として機能し、かつ前記電子装置側に流れる前記高周波・低電流の流れを阻止する機能を有しており、
   前記可変抵抗器は、前記インダクタで阻止されて当該可変抵抗器側に流れ込む、前記電子装置の対地容量と前記インダクタの共振周波電流を含む前記ノイズ電流を熱消費する機能を有しており、
   電源電流の角周波数をωｐ[ｒａｄ]、設定ノイズ電流の下限周波数をωｎ[ｒａｄ]、前記インダクタのインダクタンスをＬ[Ｈ]、前記抵抗器の抵抗器をＲ[Ω]としたとき、ノイズフィルタのインピーダンスＺが前記低周波・大電流の短絡電流についてＺ≒ｊωＬ、前記高周波・低電流のノイズ電流についてＺ≒Ｒとなるように、
   （ωｐ・Ｌ） ≪ Ｒ ≪ （ωｎ・Ｌ）が成立つ関係に設定したことを特徴とする保安アース線ノイズフィルタ。
2. 前記固定抵抗器と可変抵抗器の直列回路からなる可変抵抗器に代えて、半固定抵抗器からなる可変抵抗器を用いたことを特徴とする請求項１に記載の保安アース線ノイズフィルタ。
3. 前記インダクタは、前記短絡電流が２５Ａであるときにインピーダンスが、０．１Ω以下であることを特徴とする請求項１に記載の保安アース線ノイズフィルタ。
4. 前記インダクタは、前記ノイズ電流の周波数が１０ＫＨｚであるときにリアクタンスが２ｋΩ以上であることを請求項１に記載の保安アース線ノイズフィルタ。
5. ノイズ電流の設定下限角周波数をωｎ[ｒａｄ]、前記インダクタのインダクタンスをＬ[Ｈ]、前記抵抗器の抵抗値をＲ[Ω]としたときに、
   （ωｎ・Ｌ）／Ｒ ≫ １／（２ωｎ）
   が成立つことを特徴とする請求項１に記載の保安アース線ノイズフィルタ。
6. 前記インダクタがトロイダルコイルであり、
   前記インダクタの内壁面に囲まれた空間内に前記可変抵抗器を配置して、これらを筐体内に収容し、
   前記可変抵抗器の抵抗値を変えるための抵抗値可変手段を、前記筐体外から操作可能な位置に設けたことを特徴とする請求項１に記載の保安アース線ノイズフィルタ。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の保安アース線用ノイズフィルタを備えた電子装置。

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