JP5120434B2 - 帯域阻止フィルタ - Google Patents
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Description
また、近年自動車業界においては、車両の燃費向上のために交差点停止時等にエンジンを停止する機能(いわゆるアイドリングストップ機能)が注目されており、このような機能を備えた車両においては、ラジオ等の快適装備を搭乗者が使用している状態であっても、エンジン始動を行う必要が発生する。このときに、エンジン始動に伴うスタータの作動によってラジオにノイズが入る等、スタータ作動時に生じる電磁ノイズが問題となる。
このような問題に対し、特許文献1では、スタータに用いられる電動モータに対して、少なくとも1つのコンデンサを並列に接続することで、スタータ作動時に生じる電磁ノイズを抑制している。
本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、従来よりも広い周波数領域においてノイズ抑制効果を有する帯域阻止フィルタを提供することを目的とする。
請求項1に記載の帯域阻止フィルタは、電気配線上に電圧変動を発生する発生源に対してそれぞれ並列に電気配線に接続された、少なくとも2つ以上のコンデンサを有する。
そして、電気配線とコンデンサとの接続点より発生源側のインダクタンスよりも、接続点からコンデンサ側のインダクタンスが小さくなるよう設定されており、コンデンサの少なくとも1つには、抵抗体が直列に接続され、抵抗体の抵抗値は、抵抗体と直列に接続されているコンデンサが有する抵抗成分の抵抗値よりも大きい。
さらに、コンデンサ同士の並列接続によって発生する並列共振を抑制する抵抗体を備えているので、並列共振による減衰効果の低下を防ぐことができる。
請求項2に記載の帯域阻止フィルタによれば、コンデンサは、複数のコンデンサ素子を直列又は並列に接続して構成されている。
これは、本発明の帯域阻止フィルタにおけるコンデンサの構成に関する一実施態様である。
〔請求項3の手段〕
請求項3に記載の帯域阻止フィルタによれば、抵抗体は、複数の抵抗素子を直列又は並列に接続して構成されている。
これは、本発明の帯域阻止フィルタにおける抵抗体の構成に関する一実施態様である。
請求項4に記載の帯域阻止フィルタによれば、接続点よりも発生源側及び、接続点よりもコンデンサ側のインダクタンスは、それぞれを電気的に接続している配線部材によって設定されている。
請求項5に記載の帯域阻止フィルタによれば、接続点よりも発生源側及び、接続点よりもコンデンサ側の少なくとも一方にコイルが接続されている。
これらは、本発明の帯域阻止フィルタにおいて、接続点よりも発生源側及び、接続点よりもコンデンサ側のインダクタンスを設定するための手段である。
請求項6に記載の帯域阻止フィルタによれば、抵抗体は、コンデンサの高電位側に直列に接続されている。
請求項7に記載の帯域阻止フィルタによれば、抵抗体は、コンデンサの低電位側に直列に接続されている。
請求項8に記載の帯域阻止フィルタによれば、抵抗体は、コンデンサの高電位側及び低電位側に、少なくともそれぞれ1つずつ、直列に接続されている。
これらは、本発明の帯域阻止フィルタにおける、抵抗体とコンデンサとの接続態様である。
請求項9に記載の帯域阻止フィルタによれば、抵抗体は、コンデンサを発生源に並列に接続する配線部材を兼ねている。
これは、本発明の帯域阻止フィルタにおける抵抗体の構成に関する一実施態様である。
請求項10に記載の帯域阻止フィルタによれば、発生源は、回転機である。
〔請求項11の手段〕
請求項11に記載の帯域阻止フィルタによれば、発生源は車両用内燃機関の始動に用いられるスタータのモータである。
特にアイドリングストップ機能を有する車両に搭載されるスタータにおいては、ラジオ等を搭乗者が使用している状態でスタータが作動する場合があるが、この場合に、スタータのモータの作動によってラジオ等にノイズが入ることを防止することができる。
実施例1の帯域阻止フィルタ1の構成を、図1〜図3を用いて説明する。
本実施例の帯域阻止フィルタ1は、車両用エンジンの始動に用いられるスタータに適用されるものであり、帯域阻止フィルタ1はスタータが備えるモータ2より発生する電磁ノイズを抑制するためのものである。すなわち、本実施例においては、モータ2が本発明の電圧変動を発生する発生源に対応している。
なお、スタータに用いられるモータ2は、直流電流を印加することにより回転を行う直流モータである。
電源回路3は、モータ2と、モータ2に電力供給を行う電力供給装置であるバッテリ4とを備えており、モータ2とバッテリ4との間には、電磁スイッチにより開閉されてモータ2に対する通電及び遮断を切り替えるメイン接点5が介在している。
なお、電源回路3を構成する各構成要素同士は、例えば銅製のワイヤやバスバー、スタータの外郭を構成するハウジングなどの導電性の金属部材にて電気的に接続されている。
図2において、端子aはモータ2の高電位側に、端子bはメイン接点5に、そして端子cはモータ2の低電位側に電気的に接続されており、端子cはスタータの外郭を形成するハウジング(図示せず)を介してアースへと接続されている。したがって、帯域阻止フィルタ1は、ノイズ発生源であるモータ2に対して電気的に並列に接続されている。
すなわち、コンデンサC1、C2は、それぞれ、一端が主配線8に、他端が端子cを介してモータ2の低電位側に接続されており、モータ2、コンデンサC1、コンデンサC2は、互いに電気的に互いに並列に接続されている。
また、ESR1及びESR2は、コンデンサC1及びコンデンサC2が微小ながら含む抵抗成分である等価直列抵抗(以下、ESRと呼ぶ)を模式的に示したものである。
すなわち、分岐点pよりもコンデンサC1側のインダクタンス(ESL1とL2の合計)は、分岐点pよりもモータ2側のインダクタンス(L1及びモータ回路内のインダクタンス(モータコイル等)の合計)よりも小さくなっている。そして、分岐点qよりもコンデンサC2側のインダクタンス(ESL2とL4の合計)は、分岐点qよりモータ2側のインダクタンスよりも小さくなっている。
以下に、分圧によるフィルタの抑制効果を図3を用いて説明する。
はじめに、ノイズ発生源に対して1つのコンデンサ(コンデンサC1)が並列に設けられた回路(図3(a)参照)における減衰特性は、以下の数式1〜3を用いて算出できる。
〔数式1〕
減衰量1=20log10(V1/Vnoise)
ここで、Vnoiseは、帯域阻止フィルタ1を接続しない状態の発生電圧であり、V1はコンデンサC1による抑制効果を受けた状態の発生電圧である。
〔数式2〕
V1/Vnoise=|Z2|/(|Z1|+|Z2|)
ここで、コンデンサC1のESLが顕在化している周波数領域では、
|Z1|=2πf(L1)であり、|Z2|=2πf(ESL1+L2)であるため、数式1に数式2を当てはめると、コンデンサC1による減衰特性は数式3で算出できる(fは周波数)。
〔数式3〕
減衰量1=20log10{(ESL1+L2)/(L1+ESL1+L2)}
まず、図3(b)の回路は、図3(a)をもとにV1を用いて、図3(c)のように回路展開できるため、コンデンサC2による減衰量2は数式4で算出することができる。
〔数式4〕
減衰量2=20log10(V2/V1)
〔数式5〕
V2/V1=|Z4|/(|Z1//Z2|+|Z3|+|Z4|)
ここで、コンデンサC1、C2のESLが顕在化している周波数領域では、|Z1|=2πf(L1)であり、|Z2|=2πf(ESL1+L2)であり、|Z3|=2πf(L3)であり、 |Z4|=2πf(ESL2+L4)でああるため、数式4に数式5を当てはめると、コンデンサC2による減衰量2は数式6で算出できる。
〔数式6〕
減衰量2=20log10{(ESL2+L4)/(L1//(ESL1+L2)+L3+ESL2+L4)}
〔数式7〕
20log10(V1/Vnoise)+20log10(V2/V1)=20log10{(ESL1+L2)/(L1+ESL1+L2)}+20log10{(ESL2+L4)/(L1//(ESL1+L2)+L3+ESL2+L4)}
なお、この減衰特性の低下抑制効果については、実施例2で実験結果とともに、さらに具体的に説明する。
抵抗体R1の抵抗値を設定するにあたって、まず、互いに並列に接続されたコンデンサC1及びC2によって形成される閉路Xの合計インダクタンスLallと、コンデンサC1及びC2の合成容量Callを算出する。
そして、コンデンサC1及びC2の合成容量Callは、Call=(C1×C2)/(C1+C2)にて求めることができる。
すると、閉路X全体として並列共振を抑制するために必要な抵抗値Rallは、Rall=2√(Lall/Call)にて求めることができる。
なお、本実施例においては、抵抗体が1つである例について説明しているが、仮に抵抗体が複数の場合、例えばコンデンサC1及びC2の両方にそれぞれ抵抗体が直列に接続されている場合には、それぞれの抵抗体の抵抗値の合計が、閉路Xに含まれる配線の抵抗値及びコンデンサC1、C2のESRによる抵抗値の合計を抵抗値Rallから引いた値に等しくなる様にすればよい。
実施例1の帯域阻止フィルタ1では、各コンデンサC1、C2への分岐点p、qよりモータ2側のインダクタンスよりも、分岐点p、qからコンデンサ側のインダクタンスが小さくなるよう設定されている。これにより、各コンデンサC1、C2のESLが顕在化する所定値以上の領域を含めた従来よりも広い周波数領域においてノイズ抑制効果を得ることができる。
さらに、コンデンサ同士の並列接続によって発生する並列共振を抑制する抵抗体R1を備えているので、並列共振による減衰効果の低下を防ぐことができる。
実施例2の帯域阻止フィルタ1の構成を、実施例1とは異なる点を中心に、図4〜8を用いて説明する。
本実施例2の帯域阻止フィルタ1は、モータ2の高電位側とメイン接点5とを接続する導電性の主配線8と、主配線8から分岐する分岐配線9〜11と、各分岐配線9〜11上にモータ2と電気的に並列にとなるように接続されたコンデンサC1〜C3を有する。
すなわち、コンデンサC1〜C3は、それぞれ、一端が主配線8に、他端が端子cを介してモータ2の低電位側に接続されており、モータ2、コンデンサC1、コンデンサC2、コンデンサC3は、互いに電気的に互いに並列に接続されている(図4参照)。
また、ESR1〜ESR3は、コンデンサC1〜C3が微小ながら含む抵抗成分である等価直列抵抗を模式的に示したものである。
なお、抵抗体R1は、コンデンサC1が有する抵抗成分であるESR1よりも大きい抵抗値を有し、抵抗体R2は、コンデンサC2が有する抵抗成分であるESR2よりも大きい抵抗値を有する。
図5に示した回路は、電磁ノイズの発生源であるモータ2に通電する前述の電源回路3に対して、車両搭載時のスタータを除く電源網を模擬する役目を有する電源インピーダンス安定化回路網(以下、LISN15と呼ぶ(LISN:Line Impedance Stabilization Network))を接続した試験装置を示したものである。
また、図5では、モータ2を、電磁ノイズの発生源としての成分とモータ2の等価回路とに分けて記載している。
ここで、複数のコンデンサC1〜C3を並列に接続した帯域阻止フィルタ1Aにおいては、図7中に直列共振1〜3と示した直列共振部分と、並列共振1〜2と示した並列共振部分とが発生する。
直列共振1〜3は、コンデンサC1〜C3のそれぞれの直列回路部分から生じ、並列共振1は、コンデンサC1とコンデンサC2を含む閉路Xから生じ、並列共振2は、コンデンサC2とコンデンサC3を含む閉路Yから生じる。
図7と図8とを比較すると、図7では並列共振によって減衰特性が低下する部分があったのに対して、図8の結果では、減衰特性の低下が抑制されている。
なお、前述のように、実施例1のコンデンサを2つ並列接続した帯域阻止フィルタ1でも同様に減衰特性の低下抑制効果を奏する。
実施例1の帯域阻止フィルタ1では、モータ2に対して電気的にそれぞれ並列に2つのコンデンサC1、C2を接続し、その一方(C1)に対して直列に抵抗体R1を接続する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、両方のコンデンサC1、C2に対して、それぞれ、抵抗体を直列に接続するようにしてもよい。
この場合でも実施例1と同様に減衰特性の低下を抑制することができる。
例えば、図10に示すように、抵抗体R4をコンデンサC1の高電位側と端子aとの間に、コンデンサC1と直列に接続してもよい。また、図11に示すように、抵抗体R1をコンデンサC1の低電位側と端子cとの間に、コンデンサC1と直列に接続し、抵抗体R4をコンデンサC1の高電位側と端子aとの間に、コンデンサC1と直列に接続してもよい。
また、各抵抗体は、複数の抵抗体素子を直列または並列に接続して構成されたものであってもよい。例えば、図11に示すように、抵抗体R1を2つの抵抗体素子を並列に接続して構成し、抵抗体R2を2つの抵抗体素子を直列に接続して構成してもよい。
また、抵抗体素子だけてはなく、主配線8や分岐配線9〜11の太さや長さ等を設定することで主配線8や分岐配線9〜11を各抵抗体として機能させてもよい。
すなわち、例えば、分岐点qよりもモータ2側、及び、分岐点qよりもコンデンサC2側の少なくとも一方にコイルを設け、L3、L4、コイルのインダクタンスを任意に設定することで、分岐点qからコンデンサC2側のインダクタンスが小さくするように設定してもよい。
また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、請求項に記載した発明を逸脱しない範囲であれば、どのような形で実施するようにしてもよい。
2 モータ
8 主配線(電気配線)
C1〜C3 コンデンサ
ESL1〜ESL3 各コンデンサの等価直列インダクタンス
ESR1〜ESR3 各コンデンサの等価直列抵抗
R1〜R4 抵抗体
p、q、r 分岐点(接続点)
Claims (11)
- 電気配線上に電圧変動を発生する発生源に対してそれぞれ並列に前記電気配線に接続された、少なくとも2つ以上のコンデンサを有する帯域阻止フィルタにおいて、
前記電気配線と前記コンデンサとの接続点より前記発生源側のインダクタンスよりも、前記接続点から前記コンデンサ側のインダクタンスが小さくなるよう設定されており、
前記コンデンサの少なくとも1つには、抵抗体が直列に接続され、
前記抵抗体の抵抗値は、前記抵抗体と直列に接続されている前記コンデンサが有する抵抗成分の抵抗値よりも大きいことを特徴とする帯域阻止フィルタ。 - 請求項1に記載の帯域阻止フィルタにおいて、
前記コンデンサは、複数のコンデンサ素子を直列又は並列に接続して構成されていることを特徴とする帯域阻止フィルタ。 - 請求項1または請求項2に記載の帯域阻止フィルタにおいて、
前記抵抗体は、複数の抵抗素子を直列又は並列に接続して構成されていることを特徴とする帯域阻止フィルタ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の帯域阻止フィルタにおいて、
前記接続点よりも前記発生源側及び、前記接続点よりも前記コンデンサ側のインダクタンスは、それぞれを電気的に接続している配線部材によって設定されていることを特徴とする帯域阻止フィルタ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の帯域阻止フィルタにおいて、
前記接続点よりも前記発生源側及び、前記接続点よりも前記コンデンサ側の少なくとも一方にコイルが接続されていることを特徴とする帯域阻止フィルタ。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の帯域阻止フィルタにおいて、
前記抵抗体は、前記コンデンサの高電位側に直列に接続されていることを特徴とする帯域阻止フィルタ。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の帯域阻止フィルタにおいて、
前記抵抗体は、前記コンデンサの低電位側に直列に接続されていることを特徴とする帯域阻止フィルタ。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の帯域阻止フィルタにおいて、
前記抵抗体は、前記コンデンサの高電位側及び低電位側に、少なくともそれぞれ1つずつ、直列に接続されていることを特徴とする帯域阻止フィルタ。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の帯域阻止フィルタにおいて、
前記抵抗体は、前記コンデンサを前記発生源に並列に接続する配線部材を兼ねていることを特徴とするスタータ。 - 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の帯域阻止フィルタにおいて、
前記発生源は、回転機であることを特徴とする帯域阻止フィルタ。 - 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の帯域阻止フィルタにおいて、
前記発生源は車両用内燃機関の始動に用いられるスタータのモータであることを特徴とする帯域阻止フィルタ。
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