JP4930575B2 - ノイズ抑制装置、空気調和機 - Google Patents

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Description

この発明は、インバータ装置を備えた電気機器が発生するノイズ電流を抑制するノイズ抑制装置に関するものであり、特にインバータ装置を備えた空気調和機の室外機に実装されるノイズ抑制装置に好適なものである。
従来の空気調和機の室外機では、室外機のインバータ装置で発生したノイズがインバータ装置から外部電源側への流出することを抑制するために、電力線とコモンモード電流還流線をそれぞれ同じ方向に同数巻回したコモンモードコイルと電源ライン・アース間のライン・バイパス・コンデンサとで構成したノイズフィルタが用いられていた（例えば、特許文献１）。
外部電源側への過大なノイズ電流の流出は他の電気製品の誤動作等を引き起こす可能性があるため、流出ノイズ成分の抑制が国内外の法規で規制されている。例えば、日本国内向け製品に対しては電気用品安全法、欧州市場向け製品に対してはＥＭＣ指令（ＥＮ５５０１４―１）等の規格に準拠することが求められている。
特開２００１−２６８８９０号公報
上記のような構成のコモンモードコイルを備えた従来のノイズ抑制装置では、発生するノイズレベルが過大となった場合、コモンモードコイルに巻きつける巻き数を増やすことや、コモンモードコイルのサイズを大きくすることにより、ノイズ抑制に必要十分なインダクタンスを得るようにする必要があった。この為、コイル実装スペースの拡大や、部材費用等の製造コストの増加が避けられなかった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、第１の目的はインバータ装置の駆動により発生したノイズ電流の外部電源側への流出を抑制する効果の大きいノイズ抑制装置を得ることである。
また、第２の目的はノイズ抑制装置を小型化し、より安価なインバータを搭載した空気調和機を得ることである。
前記目的を達成する為に、この発明に係るノイズ抑制装置は、 電力信号に対して交流／直流の信号変換を行うコンバータ回路と第１の電力信号線で接続され、該第１の電力信号線に重畳して前記コンバータ回路から伝達したノイズ成分を抑制する第１ノイズ抑制部と、 前記第１ノイズ抑制部と第２の電力信号線で接続され、該第２の電力信号線に重畳して前記第１ノイズ抑制部から伝達したノイズ成分を抑制する第２ノイズ抑制部と、 前記第２ノイズ抑制部と第３の電力信号線で接続され、外部電源と第４の電力信号線で接続され、第１のアース線で外部アースと接続された端子台と、 前記コンバータ回路と前記第１ノイズ抑制部と前記第２ノイズ抑制部と前記端子台を収容した筐体とを備え、 前記第２ノイズ抑制部は、中空部分を有する環状の磁性体を有し、前記第２の電力信号線を前記磁性体の周囲に前記中空部分を通して巻き回して前記第３の電力信号線とするとともに、前記筐体に接続された第２のアース線を前記中空部分に貫通させて第３のアース線として前記端子台に接続したものであり、 前記第２の電力信号線を流れる第１のノイズ電流が前記磁性体に生じる第１の磁束の方向と、前記第２のアース線を流れる第２のノイズ電流が前記磁性体に生じる第２磁束の方向とが逆方向となることを特徴とするものである。
本発明に係るノイズ抑制装置によれば、第２の電力信号線を流れる第１のノイズ電流により発生する第１の磁束の方向と、第２のアース線を流れる第２のノイズ電流が発生する第２磁束の方向とが互いに反対向きになるので、電源電流の大きさによらず発生するノイズを効率的に抑制することが出来る。また、ノイズが大きくてもインダクタンスを増大させる必要が無いのでノイズ抑制装置を小型で安価な構成にできる。
本発明の実施の形態１におけるノイズ抑制装置を搭載した空気調和機の構成図。 本発明の実施の形態１におけるノイズ抑制装置の構成図。 本発明の実施の形態１による第２ノイズ抑制部の構成図。 本発明の実施の形態２による第２ノイズ抑制部の構成図。
実施の形態１.
実施の形態１におけるノイズ抑制装置について図面を参照して説明する。図１は実施の形態１におけるノイズ抑制装置を備えた空気調和機の構成を示す図である。空気調和機は室外機１と室内機２で構成され、外部電源３から電力信号線４を介して電力供給を受けて動作する。外部電源３からの電力信号線４は室外機１に設けた端子台５に接続され、端子台５で分枝された１対の電力信号線６は室内機２に接続され、室内機２への電力供給が行われる。他方、端子台５で分枝されたもう１対の電力信号線７ａは第２ノイズ抑制部８に接続される。また、端子台５にはアース９が接続されている。
端子台５で受電した電力は、電力信号線７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄによって第２ノイズ抑制部８、第１ノイズ抑制部１０、コンバータ回路１１、及びインバータ回路１２へ順次供給される。電力信号線７ａ等の信号線を第２ノイズ抑制部８等の回路に接続する際は、半田付け等で固定接続すればよい。第１ノイズ抑制部１０、第２ノイズ抑制部８でノイズ抑制装置を構成し、電力信号に重畳したノイズ成分を抑制する機能を持つ。なお、ノイズ抑制装置の詳細構成は後述する。コンバータ回路１１はアクティブフィルタ等で構成され（図示していない）、電力信号に対して交流／直流の信号変換を行う。変換後の電力信号はインバータ回路１２に供給され、インバータ回路１２はインバータ制御により圧縮機１３を運転駆動する。なお、インバータ回路１２は、市販のインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）で実現可能である。
室外機１は筐体１４（例えば板金）で覆われ、筐体１４は端子台５とアース線１５で接続されているため、筐体１４とアース９は同電位となっている。アース線１５は第２ノイズ抑制部８を経由して端子台５と接続されるが詳細構成は後述する。また、コンバータ回路１１、インバータ回路１２、圧縮機１３は、筐体１４で覆われているため、これらの回路、機器と筐体１４との間には浮遊容量１６ａ、１６ｂ、１６ｃが存在する。
コンバータ回路１１、インバータ回路１２を起動し、圧縮機１３の運転を行うと、ノイズ電流（ノイズ成分）１７が発生する。このノイズ電流１７はインバータ回路１２からコンバータ回路１１を経由して第１ノイズ抑制部１０に達する。
図２は第１ノイズ抑制部１０、第２ノイズ抑制部８からなるノイズ抑制装置の構成を端子台５、筐体１４と共に示したものである。なお、図１と対応する部分については同一符号で示す。第１ノイズ抑制部１０はコモンモードチョークコイル２０、コンデンサ（Ｘコン）２１ａ、２１ｂ及びコンデンサ（Ｙコン）２２ａ、２２ｂで構成され、コモンモードノイズであるノイズ電流１７を抑制する機能を持つ。なお、第１ノイズ抑制部１０はこれ以外の構成でもよく、汎用品のノイズフィルタを流用してもよい。
第１ノイズ抑制部１０は回路基板に他の部品と共に実装できる形態とする。この場合、基板サイズの制約から第１ノイズ抑制部１０の物理形状も制約を受ける為、第１ノイズ抑制部１０のノイズ抑制性能も限定的にならざるを得ない。第１ノイズ抑制部１０のノイズ抑圧性能を超えるような過大なノイズレベルや高帯域成分をもつノイズ電流に対しては、第１ノイズ抑制部１０で抑制できなかったノイズ電流１８が外部電源側に流出する。一方、圧縮機１３、インバータ回路１２、コンバータ回路１１からは浮遊容量１６ａ、１６ｂ、１６ｃ及び筐体１４を介して、ノイズ電流１９がアース線１５に流れこむ。
図３に第２ノイズ抑制部８の斜視図を示す。第２ノイズ抑制部８は、中空部分２４を有する環状で単一の磁性体（フェライトコア等）２３を備え、第１ノイズ抑制部１０からの電力信号線７ｂを磁性体２３の外部から磁性体２３の中空部分２４を通して磁性体２３の外部へ通じるように巻き回し、電力信号線７aとするとともに、磁性体２３の中空部分２４にアース線１５を貫通させたものである。磁性体２３の中空部分２４に互いに逆方向のノイズ電流が流れる為、ノイズ電流１８が磁性体２３に発生する磁束とノイズ電流１９が磁性体２３に発生する磁束が打ち消しあう。この為、ノイズ電流１８とノイズ電流１９が相殺されて外部電源側に流出するノイズが大幅に抑制される。
また、第２ノイズ抑制部８は電力信号線７ａ、７ｂとアース線１５により磁性体２３に発生する磁束が互いに反対向きになるように構成したため、電源電流の大きさによりノイズ電流が増えた場合でもノイズ電流は互いに打ち消し合って効果的にノイズ成分を抑制できる。これにより、ノイズ電流が大きい場合でも第２ノイズ抑制部８は小型の磁性体コアを使用することができ、全体的にノイズ抑制装置を小型化することが出来る。
また、第１ノイズ抑制部１０をインバータ回路１２と共に回路基板に実装し、第２ノイズ抑制部８を基板外に取り付けるようにすれば、ノイズの発生状況の変化に応じて個別仕様の磁性体２３を用いることも可能で、より多様なノイズ抑制装置を容易に実現できる。
なお、以上の説明では、第２ノイズ抑制部８は磁性体２３の周囲に磁性体２３の中空部分２４を通して電力信号線７ｂを１回巻き回し、アース線１５を磁性体２３の中空部分２４を貫通するように構成したがこれに限定されるものではなく、電力信号線７ｂを磁性体２３に複数回巻き回しても良いし、また、アース線１５も貫通ではなく、電力信号線７ｂと同様に磁性体２３の周囲に磁性体２３の中空部分２４を通して巻き回すように構成してもよい。
また、第１の実施の形態では、第１ノイズ抑制部、第２ノイズ抑制部を空気調和機の室外機に設けるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、室内機にインバータ回路を搭載した場合には室内機にもノイズ抑制部を設けても良い。また、本発明は各種ポンプ、送風機、集塵機、加熱機、冷却機等、インバータ回路を用いて駆動する様々な機器に適用することが出来る。
実施の形態２.
実施の形態１で説明したノイズ抑制装置では、第２ノイズ抑制部８と端子台５との接続、及び第２ノイズ抑制部８と第１ノイズ抑制部１０との接続は電力信号線７ａ、７ｂ、及びアース線１５を半田付け等で固定接続するようにしたが、本実施の形態では電力信号線７ａ、７ｂ及びアース線１５の末端に接続端子を設け、第２ノイズ抑制部８を着脱可能に実装できるようにしたものである。
図４は、第２ノイズ抑制部８から出ている電力信号線７ａ、７ｂ及びアース線１５の両端に接続端子２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂ、及び接続端子２７ａ、２７ｂを設けた構成を示す。一方、端子台５には接続端子２５ａ、２５ｂ、２７ａが着脱できるように接続端子用の挿入口を設けておく。第１ノイズ抑制部１０についても同様に接続端子用の挿入口を設けて接続端子２６ａ、２６ｂ、２７ｂが着脱できるようにする。
以上のように第２の実施の形態によれば、第２ノイズ抑制部８を着脱可能な構成にしたので、第２ノイズ抑制部８の取り付け、交換作業が容易に行うことができる。また、室外機１の組立の際、組立手順を簡素化にすることができコスト低減、不良品低減の効果がある。
なお、電力信号線及びアース線の一部の末端にのみ接続端子を設けるようにしても良い。この場合でも、回路基板外に第２ノイズ抑制部８を取り付ける際の作業効率が向上する。
１ 室外機、２ 室内機、３ 外部電源、４ 電力信号線、５ 端子台、８ 第２ノイズ抑制部、１０ 第１ノイズ抑制部、１１ コンバータ回路、１２ インバータ回路、１３ 圧縮機、２３ 磁性体

Claims (5)

  1. 電力信号に対して交流／直流の信号変換を行うコンバータ回路と第１の電力信号線で接続され、該第１の電力信号線に重畳して前記コンバータ回路から伝達したノイズ成分を抑制する第１ノイズ抑制部と、
    前記第１ノイズ抑制部と第２の電力信号線で接続され、該第２の電力信号線に重畳して前記第１ノイズ抑制部から伝達したノイズ成分を抑制する第２ノイズ抑制部と、
    前記第２ノイズ抑制部と第３の電力信号線で接続され、外部電源と第４の電力信号線で接続され、第１のアース線で外部アースと接続された端子台と、
    前記コンバータ回路と前記第１ノイズ抑制部と前記第２ノイズ抑制部と前記端子台を収容した筐体とを備え、
    前記第２ノイズ抑制部は、中空部分を有する環状の磁性体を有し、前記第２の電力信号線を前記磁性体の周囲に前記中空部分を通して巻き回して前記第３の電力信号線とするとともに、前記筐体に接続された第２のアース線を前記中空部分に貫通させて第３のアース線として前記端子台に接続したものであり、
    前記第２の電力信号線を流れる第１のノイズ電流が前記磁性体に生じる第１の磁束の方向と、前記第２のアース線を流れる第２のノイズ電流が前記磁性体に生じる第２磁束の方向とが逆方向となることを特徴とするノイズ抑制装置。
  2. 電力信号に対して交流／直流の信号変換を行うコンバータ回路と第１の電力信号線で接続され、該第１の電力信号線に重畳して前記コンバータ回路から伝達したノイズ成分を抑制する第１ノイズ抑制部と、
    前記第１ノイズ抑制部と第２の電力信号線で接続され、該第２の電力信号線に重畳して前記第１ノイズ抑制部から伝達したノイズ成分を抑制する第２ノイズ抑制部と、
    前記第２ノイズ抑制部と第３の電力信号線で接続され、外部電源と第４の電力信号線で接続され、第１のアース線で外部アースと接続された端子台と、
    前記コンバータ回路と前記第１ノイズ抑制部と前記第２ノイズ抑制部と前記端子台を収容した筐体とを備え、
    前記第２ノイズ抑制部は、中空部分を有する環状の磁性体を有し、前記第２の電力信号線を前記磁性体の周囲に前記中空部分を通して巻き回して前記第３の電力信号線とするとともに、前記筐体に接続された第２のアース線を前記中空部分を通して巻き回して第３のアース線として前記端子台に接続したものであり、
    前記第２の電力信号線を流れる第１のノイズ電流が前記磁性体に生じる第１の磁束の方向と、前記第２のアース線を流れる第２のノイズ電流が前記磁性体に生じる第２磁束の方向とが逆方向となることを特徴とするノイズ抑制装置。
  3. 前記第２の電力信号線、前記第３の電力信号線、前記第２のアース線及び前期第３のアース線の末端の内、少なくとも一つの末端に接続端子を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のノイズ抑制装置。
  4. 前記磁性体がフェライトであることを特徴とする請求項１ないし３に記載のノイズ抑制装置。
  5. 請求項１ないし４に記載のノイズ抑制装置を備えたことを特徴とする空気調和機。
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