JP6783214B2

JP6783214B2 - ノイズ低減装置

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Publication number: JP6783214B2
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Inventors: 拓也酒井
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Description

この発明は、交流電力を三相モータなどの負荷に供給する交流電源からの漏れ電流やコモンモードノイズなど、系統に接続された電源線を流れるノイズ電流を低減するノイズ低減装置に関するものである。

従来のノイズ低減装置として、例えばインバータと誘導電動機との間に接続されたアクティブコモンモードキャンセラがある。これは、電力用半導体素子のスイッチング動作時に発生するコモンモード電圧を相殺するために、スター結線されたコンデンサによって検出したコモンモード電圧と同じ大きさで逆極性の電圧を制御電圧源により発生させ、コモンモードトランスを介して制御電圧源の出力をインバータの出力に重畳させるものである。（例えば、特許文献１参照）。
また、特許文献１の技術ではキャンセルできない交流電源側（交流電源とインバータとの間）のコモンモード電圧に対処するため、交流電源と整流器の間の線路に接続された接地コンデンサを介してコモンモード電圧を検出し、検出したコモンモード電圧と同じ大きさで逆極性の相殺用電圧を相殺用電圧源により発生させ、線路における交流電源と接地コンデンサの接続点との間に相殺用電圧を重畳させる伝導性ノイズフィルタがある（例えば、特許文献２参照）。

特許文献１及び特許文献２の技術では、系統に接続された電源線を流れるノイズの検出手段としてコンデンサを用いているため、より周波数が大きいノイズほど検出手段のインピーダンスが小さくなり検出値が小さくなってしまう。そこで、交流電源とコンバータとの間の接続線にカレントトランスを接続し、このカレントトランスによりノイズを電圧変換して検出する高周波電流低減装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３の高周波電流低減装置では、検出された検出電圧を増幅器で電圧増幅した後、コンデンサを介して増幅器の出力を接続線へ供給して接続線を流れるノイズを低減している。また特許文献３の高周波電流低減装置では、検出電圧を電圧増幅器に供給する際、所望の高周波成分を抽出するフィルタを通して検出電圧を供給することにより、除去や低減が必要なノイズの周波数について増幅器の増幅率を大きくとることができる構成となっている。

特開平１０−９４２４４号公報特開２０１０−０５７２６８号公報国際公開第２０１３−１１１３６０号公報

しかしながら、特許文献３の高周波電流低減装置では、１つの検出巻線を用いて様々な周波数のノイズを検出するため、周波数帯によってはノイズを十分に低減できない虞があるという問題がある。これは、検出巻線が１つの場合は増幅回路の周波数特性が装置全体で１つしかないためである。この場合、増幅回路の周波数特性においてゲインが最大になる周波数と位相反転周波数（検出したノイズの位相と増幅回路の出力の位相が反転する周波数）が一致もしくは近似した場合、増幅回路の出力がノイズを増幅してしまうことを避けるためにゲインを大きくすることができず、この周波数帯ではノイズを十分に低減できない。また、共振周波数についても同様であり、ゲインを最大にする周波数と増幅回路の共振周波数が一致もしくは近似した場合にはゲインを大きくすることができない。上記の問題は、ノイズ電流に交流電源からの漏れ電流とコモンモードノイズが含まれる場合のように、低減したいノイズが幅広い周波数範囲に及ぶ場合、増幅回路内の増幅器やフィルタの調整のみで両方の電流を低減できるようにすることが困難となるため、特に大きな問題となる。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、従来よりも広い周波数帯のノイズを低減可能なノイズ低減装置を得るものである。

この発明のノイズ低減装置は、互いにインダクタンスが異なる第１の検出部及び第２の検出部を有し、第１の電気装置と第２の電気装置とを接続する接続線を流れるノイズ電流を電圧として検出し、第１の検出部及び第２の検出部からそれぞれ出力するノイズ検出手段と、第１の検出部の出力を増幅し、第１の出力電圧として出力する第１の増幅回路と、第２の検出部の出力を増幅し、第２の出力電圧として出力する第２の増幅回路と、一端が第１の増幅回路及び第２の増幅回路に接続され、他端がノイズ検出手段よりも第２の電気装置側で接続線と接続されて、第１の出力電圧及び第２の出力電圧が印加されることにより、ノイズ電流を相殺して低減するノイズ低減電流を接続線に注入するノイズ低減電流注入手段とを備え、第１の増幅回路及び第２の増幅回路は、周波数特性が互いに異なるものである。

この発明によれば、従来よりも広い周波数帯のノイズを低減可能なノイズ低減装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１におけるノイズ低減装置の接続例を示す接続図である。この発明の実施の形態１におけるノイズ低減装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係るコンバータの詳細を示す回路図である。この発明の実施の形態１に係るインバータの詳細を示す回路図である。この発明の実施の形態１におけるノイズ低減装置のオープンループ特性を示す図である。この発明の実施の形態２におけるノイズ低減装置のオープンループ特性を示す図である。この発明の実施の形態３におけるノイズ低減装置の構成を示す図である。

実施の形態１．
以下に、この発明の実施の形態１を図１から図５に基づいて説明する。図１は、実施の形態１におけるノイズ低減装置の接続例を示す接続図であり、図２は、実施の形態１におけるノイズ低減装置の構成を示す図である。ノイズ低減装置１００は、図１に示すように交流電源４０と三相モータ４３とを接続する接続線上において、交流電源４０と三相モータ４３との間に接続されているもので、その入力側（以下、電源側）は交流電源４０からの接続線９１ａ〜９１ｃが接続され、出力側（以下、負荷側）は三相モータ４３に延びる接続線９２ａ〜９２ｃに接続されている。ノイズ低減装置１００と三相モータ４３の間には、ノイズ低減装置１００からの交流電流を直流電流に変換するコンバータ４１と、直流母線４９Ｐ、４９Ｎを介してコンバータ４１と接続され、コンバータ４１から入力された直流電流をパルス幅変調方式により交流電流に変換するインバータ４２が接続されている。インバータ４２の出力は、三相フィルタ４５及び接続線９３ａ〜９３ｃを通って三相モータ４３に送られる。また、直流母線４９Ｐ、４９Ｎの間には、母線コンデンサ４４が接続されている。なお、実施の形態１では三相交流を用いる例を説明するが、単相交流でもよい。また、ノイズ低減装置１００とパッシブフィルタを直列に接続して併用してもよい。

なお、実施の形態１ではノイズ低減装置１００を交流電源４０とコンバータ４１の間に設けているが、ノイズ低減装置１００は、コンバータ４１とインバータ４２の間やインバータ４２と三相モータ４３の間に設けてもよい。また、コンバータ４１とインバータ４２との間に直流電圧の大きさを任意の大きさに調整する電圧変換用の第２のコンバータ（図示なし）を設け、コンバータ４１と第２のコンバータとの間、もしくは第２のコンバータとインバータ４２との間にノイズ低減装置１００を設けてもよい。また本発明において、ノイズ低減装置１００の交流電源４０側に接続される機器を第１の電気装置とし、三相モータ４３側に接続される機器を第２の電気装置とする。

次に、ノイズ低減装置１００の構成について説明する。図２に示すように、ノイズ低減装置１００は、電源側の接続線９１ａ〜９３ｃ上を流れるノイズ電流Ｉ１を検出するカレントトランス１、すなわちノイズ検出手段と、ノイズ電流Ｉ１を相殺して低減するノイズ低減電流Ｉ２を負荷側の接続線９２ａ〜９２ｃに注入する注入回路２、すなわちノイズ低減電流注入手段との間に増幅回路１０Ａ、すなわち第１の増幅回路、及び増幅回路１０Ｂ、すなわち第２の増幅回路を並列に接続したもので、カレントトランス１からの出力が増幅回路１０Ａ及び１０Ｂで別々に増幅され、２つの増幅回路の出力電圧が印加された注入回路２によりノイズ低減電流Ｉ２が注入される。ノイズ電流Ｉ１は、コンバータ４１、インバータ４２からのスイッチングノイズやコモンモードノイズなどの高周波電流のノイズと、交流電源４０からの漏れ電流などの低周波電流を含んでいる。以下、具体的に説明する。

カレントトランス１は、電源側の接続線９１ａ〜９１ｃに直列接続された３つの導体線からなる主巻線１１と、電流検出用の検出巻線１２Ａ、すなわち第１の検出部、及び検出巻線１２Ｂ、すなわち第２の検出部を有している。主巻線１１を構成する３つの導体線は、図示しない鉄心に例えば４回、同一の巻方向に巻き回されている。この鉄心には、検出巻線１２Ａ及び１２Ｂがそれぞれ巻き回されており、接続線９１ａ〜９１ｃから主巻線１１に流れるノイズ電流Ｉ１を検出電圧Ｖ１及び検出電圧Ｖ４にそれぞれ変換して出力する。
なお、カレントトランス１は接続線９１ａ〜９１ｃを流れるノイズ電流Ｉ１を電圧に変換して検出できればよいので、鉄心に主巻線１１を巻き回すものに限らず、図示しない環状の鉄心に接続線９１ａ〜９１ｃを貫通させ、この環状の鉄心に検出巻線１２Ａ及び１２Ｂを巻き回してもよい。この場合、主巻線１１を省略することが可能である。

検出巻線１２Ａと検出巻線１２Ｂは、互いにインダクタンス（自己インダクタンス及び主巻線１１との間の相互インダクタンス）が異なる。実施の形態１では、検出巻線１２Ａの巻き数８回、検出巻線１２Ｂの巻き数を４回とし、互いの巻き数を異なるものとすることで検出巻線１２Ａ及び１２Ｂのインダクタンスが異なるようにしている。この結果、主巻線１１、検出巻線１２Ａ、検出巻線１２Ｂの巻き数比は、４回：８回：４回＝１：２：１となっている。検出電圧の大きさは巻き数に比例するので、この巻き数比を調整することでノイズ電流Ｉ１の検出値である検出電圧Ｖ１及び検出電圧Ｖ４の大きさを調整することができる。また、主巻線１１との巻き数比は検出巻線１２Ａ、１２Ｂでそれぞれ独立に設定することができるので、検出電圧Ｖ１、Ｖ４の大きさも独立に設定することができる。また、このような巻き数比の調整による検出電圧の調整では周波数の選択性がなく全ての周波数成分を同様に増幅するが、位相を変化させること無く検出電圧の大きさを調整できる。特定の周波数成分の増幅は、増幅回路１０Ａ、１０Ｂでそれぞれ行うこととなる。

図２中の「●」は、主巻線１１、検出巻線１２Ａ、検出巻線１２Ｂの極性をそれぞれ表している。図２に示すように、実施の形態１では主巻線１１、検出巻線１２Ａ及び１２Ｂの極性を同方向としているが、ノイズ電流Ｉ１を相殺するノイズ低減電流Ｉ２と同等の電流を注入回路２から注入できればよいので、例えばカレントトランス１の極性を反転させて、後述する電圧増幅器３Ａ及び３Ｂの出力の極性を反転させてもよいし、検出巻線１２Ａ（１２Ｂ）の極性を反転させ、電圧増幅器３Ａ（３Ｂ）の出力の極性を反転させてもよい。これにより増幅回路１０Ａ及び１０Ｂの出力は実施の形態１の場合と同等となり、ノイズ低減電流Ｉ２と同等の電流を接続線９２ａ〜９２ｃ注入することができる。

増幅回路１０Ａは、検出巻線１２Ａに接続され、所定の周波数範囲の交流電圧を通過させるフィルタ部６Ａ、すなわち第１のフィルタ部と、フィルタ部６Ａに入力側が接続され、フィルタ部６Ａの出力である電圧Ｖ２を増幅率Ｇ１で増幅し出力電圧Ｖ３として出力する電圧増幅器３Ａ、すなわち第１の電圧増幅器と、電圧増幅器３Ａの出力側に一端が接続され、他端が注入回路２に接続された出力フィルタ部７Ａ、すなわち第１の出力フィルタ部とを備えている。なお、実施の形態１において、出力フィルタ部７Ａはコンデンサである。

増幅回路１０Ｂは、検出巻線１２Ｂに接続され、所定の周波数範囲の交流電圧を通過させるフィルタ部６Ｂ、すなわち第２のフィルタ部と、フィルタ部６Ｂに入力側が接続され、フィルタ部６Ｂの出力である電圧Ｖ５を増幅率Ｇ２で増幅し出力電圧Ｖ６として出力する電圧増幅器３Ｂ、すなわち第２の電圧増幅器と、電圧増幅器３Ｂの出力側に一端が接続され、他端が注入回路２に接続された出力フィルタ部７Ｂ、すなわち第２の出力フィルタ部とを備えている。なお、実施の形態１において、出力フィルタ部７Ｂは抵抗器である。

フィルタ部６Ａ及び６Ｂは、それぞれ１つのフィルタ回路、又は直列若しくは並列に接続された複数のフィルタ回路であり、それぞれのフィルタ回路はそのフィルタ定数を調整することで通過周波数範囲を調整することが可能となっている。また、それぞれのフィルタ定数の調整により、フィルタ部６Ａ、６Ｂに入力される検出電圧Ｖ１、Ｖ４と、フィルタ部６Ａ、６Ｂから出力される電圧Ｖ２、Ｖ５について、周波数別に振幅比や位相差を調整することができる。例えば、複数のハイパスフィルタとローパスフィルタを組み合わせて周波数別に振幅比と位相差を調整することで、低減対象の周波数帯については振幅比を大きくし、かつ、ノイズ電流Ｉ１とノイズ低減電流Ｉ２の位相差がゼロに近づくように調整することができる。また、共振周波数をなくすように調整することができる。

電圧増幅器３Ａ及び３Ｂは、それぞれ図示しない外部電源から動作用電力の供給を受ける正電源端子４Ａ及び４Ｂ、負電源端子５Ａ及び５Ｂを有し、図示しないオペアンプを内蔵している。なお、実施の形態１ではオペアンプを用いて電圧増幅器３Ａ及び３Ｂを構成しているが、電圧増幅用のトランジスタ等を用いて構成してもよい。また、電圧増幅器３Ａ及び３Ｂに動作用電力を供給する外部電源の構成は、ノイズ低減装置１００が接続される系統から電力を供給される電源やバッテリーなど、電力を安定して供給できるものであれば特に限られるものではない。

それぞれの増幅回路１０Ａ、１０Ｂの出力フィルタ部７Ａ及び７Ｂは、出力電圧Ｖ３及びＶ６の印加によって注入回路２において短絡が起こることを防ぐためのもので、周波数特性が異なっている。すなわち、出力フィルタ部７Ａはハイパスフィルタとして出力電圧Ｖ３の高周波成分のみを通過させる一方、出力フィルタ部７Ｂはローパスフィルタとして出力電圧Ｖ６の低周波成分のみを通過させる。

注入回路２は、Ｙ結線され、負荷側の接続線９２ａ〜９２ｃにそれぞれ対応する注入用コンデンサ２２ａ〜２２ｃと、接地抵抗器２４を備えている。注入用コンデンサ２２ａ〜２２ｃは、それぞれ一方の端子が接地抵抗器２４を介して接地され、他方の端子は接続線９２ａ〜９２ｃ上の注入点２０ａ〜２０ｃにそれぞれ接続されている。また、注入用コンデンサ２２ａ〜２２ｃの一方の端子は出力フィルタ部７Ａを介して電圧増幅器３Ａの出力側に接続されるとともに、出力フィルタ部７Ｂを介して電圧増幅器３Ｂの出力側に接続されている。増幅回路１０Ａの出力電圧Ｖ３及び増幅回路１０Ｂの出力電圧Ｖ６は、接地抵抗器２４と注入用コンデンサ２２ａ〜２２ｃの接続点である中性点２３に電圧Ｖ７として印加される。この際、出力電圧Ｖ３は出力フィルタ部７Ａを介して印加され、出力電圧Ｖ６は、出力フィルタ部７Ｂを介して印加されるため、上述したように注入回路２において２つの増幅回路１０Ａ、１０Ｂの出力が短絡することがない。なお、接地抵抗器２４は、コンデンサに置き換えてもよい。

コンバータ４１は、図３に示すように半導体スイッチング素子としてダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ４１ａ〜４１ｆをフルブリッジ接続して構成したスイッチング方式のコンバータであり、ＩＧＢＴ４１ａ〜４１ｆの開閉制御により電源側の接続線９２ａ〜９２ｃから入力される三相交流を可変電圧の直流に変換し、直流母線４９Ｐ、４９Ｎに出力する。

インバータ４２は、図４に示すように半導体スイッチング素子としてダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ４２ａ〜４２ｆをフルブリッジ接続して構成したパルス幅変調方式のインバータであり、直流母線４９Ｐ、４９Ｎから入力される直流をＩＧＢＴ４２ａ〜４２ｆの開閉制御により可変周波数可変電圧の三相交流に変換し、三相モータ４３側の接続線９３ａ〜９３ｃに出力する。より具体的には、相電圧指定と所定周波数の三角波又は鋸波状のキャリアとを大小比較して発生するＰＷＭ信号によりＩＧＢＴ４１ａ〜４１ｆを開閉制御し、直流母線４９Ｐ、４９Ｎから入力される直流を可変周波数可変電圧の三相交流に変換している。接続線９３ａ〜９３ｃから出力された三相交流は、三相フィルタ４５を介して負荷としての三相モータ４３に送られる。なお、インバータ４２において、ＩＧＢＴ４２ａ〜４２ｆよりも電源側の直流母線４９Ｐ、４９Ｎの間には平滑用コンデンサ４２ｇが設けられている。

三相フィルタ４５は、三相モータ４３の振動、騒音や接続線９３ａ〜９３ｃを流れる高周波電流による放射ノイズの発生を低減するものである。

次に、動作について説明する。なお、実施の形態１では、ノイズ電流Ｉ１のうち第１の周波数帯の周波数を持つ高周波成分（コモンモードノイズなど）に検出巻線１２Ａ及び増幅回路１０Ａが対応し、増幅回路１０Ａによりノイズ電流Ｉ１の高周波成分を目標ゲイン値以上のゲインで増幅する。また、ノイズ電流Ｉ１のうち第２の周波数帯の周波数を持つ低周波成分（交流電源４０の漏れ電流など）に検出巻線１２Ｂ及び増幅回路１０Ｂが対応し、増幅回路１０Ｂによりノイズ電流Ｉ１の低周波成分を目標ゲイン値以上のゲインで増幅する。なお、目標ゲイン値は、十分なゲインが確保されたか否かを判断するための判断基準として適宜設定する。

カレントトランス１の検出巻線１２Ａ及び１２Ｂは、主巻線１１を流れるノイズ電流Ｉ１により発生する検出電圧Ｖ１及びＶ４をそれぞれ検出する。なお、一般に検出巻線により検出される電圧の大きさはインダクタンス及び周波数に比例するが、ここでは周波数はノイズ電流Ｉ１の周波数で共通しており、インダクタンスは検出巻線１２Ａ、１２Ｂの巻き数に比例するため、検出電圧Ｖ１及びＶ４は、それぞれの検出巻線の巻き数比に比例する。上述したように、主巻線１１、検出巻線１２Ａ、検出巻線１２Ｂの巻き数比は１：２：１であるため、検出電圧Ｖ１は検出電圧Ｖ４よりも大きい。

検出電圧Ｖ１は、増幅回路１０Ａにてフィルタ部６Ａに入力され、周波数別に振幅及び位相が調整されて電圧Ｖ２として出力される。電圧Ｖ２は、その高周波成分が電圧増幅器３ＡにおいてＧ１倍に増幅され、出力電圧Ｖ３として出力される。出力電圧Ｖ３は、出力フィルタ部７Ａにより低周波成分が除去されて高周波成分のみが注入回路２の中性点２３に印加される。

検出電圧Ｖ４は、増幅回路１０Ｂにてフィルタ部６Ｂに入力され、周波数別に振幅及び位相が調整されて電圧Ｖ５として出力される。電圧Ｖ５は、その低周波成分が電圧増幅器３ＢにおいてＧ２倍に増幅され、出力電圧Ｖ６として出力される。出力電圧Ｖ６は、出力フィルタ部７Ｂにより高周波成分が除去されて低周波成分のみが注入回路２の中性点２３に印加される。

注入回路２では、増幅回路１０Ａにより印加された出力電圧Ｖ３及び増幅回路１０Ｂにより印加された出力電圧Ｖ６により注入用コンデンサ２２ａ〜２２ｃに電圧Ｖ７が印加され、電圧Ｖ７の変化により、増幅回路１０Ａからの高周波電流及び増幅回路１０Ｂからの低周波電流がノイズ低減電流Ｉ２として負荷側の接続線９２ａ〜９２ｃに注入される。なお、電圧Ｖ７は、電圧増幅器３Ａ及び電圧増幅器３Ｂにより制御される。

次に、ノイズ低減装置１００の周波数特性について説明する。ノイズ低減装置１００において、ノイズ電流Ｉ１と電圧増幅器３Ａ及び電圧増幅器３Ｂの出力電流の位相が反転して増幅回路１０Ａ、１０Ｂがノイズ電流Ｉ１を増幅してしまう位相反転周波数は、カレントトランス１、増幅回路１０Ａ及び増幅回路１０Ｂ、注入回路２といった回路全体のインピーダンスや、電圧増幅器３Ａ及び３Ｂにそれぞれ内蔵されたオペアンプの遅れ時間の特性などにより決まる。また、電圧増幅器３Ａ、３Ｂの出力が発振したり、検出されたノイズ電流を増幅したりすることで接続線を流れる高周波電流に悪影響を生じさせてしまう共振周波数は、負荷である三相モータ４３やそれぞれの接続線を含む系統全体のインピーダンスにより決まる。このため、ノイズ電流Ｉ１を効果的に低減するためには、ゲインをできるだけ大きくするとともに、インピーダンス等を調整して低減が必要なノイズ電流の周波数帯と位相反転周波数及び共振周波数とを離す必要がある。実施の形態１では、２つの検出巻線１２Ａ及び１２Ｂと、それぞれの検出巻線に接続された２つの増幅回路１０Ａ及び１０Ｂを設けたことで、２つの増幅回路１０Ａ及び１０Ｂにおいて別々に周波数特性を調整することが可能であるため、一方の増幅回路では十分なゲインを得ることができない周波数帯についても、他方の増幅回路で十分なゲインを得ることにより、従来よりも幅広い周波数帯のノイズに対応することができる。

それぞれの増幅回路における周波数特性は、上述したようにカレントトランス１における巻き数比や検出巻線１２Ａ及び検出巻線１２Ｂそれぞれの極性、フィルタ部６Ａ、６Ｂやコンデンサである出力フィルタ部７Ａの容量、抵抗器である出力フィルタ部７Ｂの抵抗値を変えることで調整可能であるので、位相反転周波数や共振周波数を低減が必要な周波数帯から離すことで、ゲインを大きくできるように調整すればよい。また、フィルタ部６Ａ及び６Ｂにおいてコンデンサを直列に接続することにより、電圧Ｖ２及びＶ５の位相を周波数ごとに調整することも可能であるので、低減が必要な周波数帯においてノイズ低減電流Ｉ２とノイズ電流Ｉ１の位相差をなくすように調整し、ノイズ低減効果を高めることができる。

図５は、ノイズ低減装置１００のオープンループ特性を示す図であり、ノイズ低減装置１００の周波数特性を表している。図５において、細い実線はゲイン特性を示し、太い実線は位相特性を示す。図５に示すように、仕様周波数帯において位相差が１８０°となることがなく、位相反転周波数が仕様周波数帯から離されている。このため、ノイズ低減装置１００は仕様周波数帯において大きなノイズ低減効果を有し、従来よりも広い周波数帯のノイズを低減可能であることが分かる。なお、「仕様周波数帯」とは、国際無線障害特別委員会（ＣＩＳＰＲ）による国際規格（ＣＩＳＰＲ規格）において定められる周波数帯（１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚ）の高周波ノイズや、国内規格において定められる周波数帯の漏れ電流等を指す。漏れ電流等の主な周波数帯は各国の国内電源周波数によって異なるが、例えば国内電源周波数が５０Ｈｚ、６０Ｈｚである日本国の場合、ダイオード整流における５０〜１８０Ｈｚの周波数帯や、インバータ等の電力変換器のスイッチング周波数の周波数帯を指す。

なお、実施の形態１では抵抗やコンデンサ、オペアンプなどアナログ回路を用いてノイズ低減装置１００を構成した場合について示した。この場合、コストを低く抑えることができるという利点があるが、一部又は全部の構成要素をディジタル回路に置き換え、ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）やマイコンを用いて構成してもよい。また、フィルタ回路にディジタル回路を用いた場合、設定した周波数のゲインのみ低くし、その周辺周波数のゲインを確保することができるなどの利点がある。

また、２つの電圧増幅器３Ａ及び電圧増幅器３Ｂを用いているが、ノイズ電流Ｉ１の大きさやノイズ電流Ｉ１を構成する周波数成分の範囲に応じて電圧増幅器の数を１つにしてもよいし、３並列以上にしてもよい。

実施の形態１によれば、従来よりも広い周波数帯のノイズを低減可能である。より具体的には、ノイズ電流を検出するカレントトランスにインダクタンスの異なる２つの検出巻線を設け、それぞれの検出巻線に周波数特性の異なる増幅回路を設けたことにより、ノイズ電流の高周波成分と低周波成分を別々に対応可能としたので、低周波成分に対応する増幅回路では位相反転周波数や共振周波数が低周波数帯から離れるように周波数特性を調整し、高周波成分に対応する増幅回路では位相反転周波数や共振周波数が高周波数帯から離れるように周波数特性を調整することができる。これにより、ノイズ電流が交流電源の漏れ電流とコモンモードノイズのような、低周波のノイズと高周波のノイズの両方を含む場合でも、ノイズ電流を効果的に低減可能であり、従来よりも広い周波数帯のノイズ電流を低減可能である。

また、２つの検出巻線の巻き数を互いに異なるものとすることでそれぞれの検出巻線に接続される増幅回路の周波数特性を変えることができるので、それぞれの増幅回路の周波数特性の調整が簡単である。

また、２つの増幅回路を用いて検出電圧をそれぞれ増幅するので、増幅回路がそれぞれ有する電圧増幅器１台あたりの負担を小さくすることができる。

実施の形態２．
以下に、この発明の実施の形態２を図６に基づいて説明する。実施の形態２におけるノイズ低減装置は、図２に示したノイズ低減装置１００と構成は同じであるが、実施の形態１では高周波、低周波という周波数の違いに着目して増幅回路１０Ａ、１０Ｂで検出電圧Ｖ１の高周波成分と検出電圧Ｖ４の低周波成分をそれぞれ増幅したのに対し、実施の形態２ではゲインを確保する周波数帯の広さと目標とするゲインの大きさに着目して増幅回路１０Ａ、１０Ｂで検出電圧をそれぞれ増幅する。すなわち、実施の形態２のノイズ低減装置では、増幅回路１０Ａは第１の周波数帯において検出電圧Ｖ１を第１の目標ゲイン値以上のゲインで増幅するとともに、第２の周波数帯において検出電圧Ｖ１を第１の目標ゲイン値よりも大きい第２の目標ゲイン値以上のゲインで増幅する周波数特性を有し、増幅回路１０Ｂは、第１の周波数帯よりも広い第３の周波数帯において検出電圧Ｖ４を第１の目標ゲイン値以上のゲインで増幅する周波数特性を有している。以下、具体的に説明する。

図６は、実施の形態２におけるノイズ低減装置のオープンループ特性を示す図であり、細い実線が増幅回路１０Ａのゲイン特性を示し、太い実線が増幅回路１０Ｂのゲイン特性を示している。なお、図６では位相特性については省略しているが、増幅回路１０Ａ、１０Ｂのいずれについても位相反転周波数になる周波数帯は避けている。また、第１の目標ゲイン値は１倍、第２の目標ゲイン値は１００倍とする。図６において、増幅回路１０Ａのゲインは、第１の周波数帯Ｒ１（約２ｋＨｚ〜約９０ＭＨｚ）において第１の目標ゲイン値以上となるとともに、第２の周波数帯Ｒ２（約１００ｋＨｚ〜約２０ＭＨｚ）において第２の目標ゲイン値以上となる。一方、増幅回路１０Ｂのゲインは第２の目標ゲイン値以上となることはないものの、第３の周波数帯Ｒ３（１００ＭＨｚ以下）という第１の周波数帯Ｒ１よりも広い周波数帯で第１の目標ゲイン値以上となる。このように、増幅回路１０Ａは特定の周波数帯でより大きなゲインを確保し、増幅回路１０Ｂは増幅回路１０Ａのように大きなゲインを確保することはないものの、より広い周波数帯で所定のゲインを確保する。実施の形態２では、上記のように異なる周波数特性を持つ２つの増幅回路１０Ａ、１０Ｂを組み合わせることにより、従来よりも広い周波数帯のノイズ電流を低減する。

なお、上記のような周波数特性を持つ増幅回路１０Ａ、１０Ｂを実現するためには、まず第２のゲイン目標値以上のゲインを確保できるようにフィルタ部６Ａのフィルタ定数と電圧増幅器３Ａのゲインを設定する、次に、増幅回路１０Ａでは第１の目標ゲイン値を確保できていない周波数帯を抽出し、この周波数帯において第１の目標ゲイン値を確保できるようにフィルタ部６Ｂのフィルタ定数と電圧増幅器３Ｂのゲインを設定する。
その他については実施の形態１と同様である。

実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
以下に、この発明の実施の形態３を図７に基づいて説明する。なお、図１から図５と同一又は相当部分については同一の符号を付し、その説明を省略する。図７は、実施の形態３におけるノイズ低減装置の構成を示す図である。ノイズ低減装置２００は、注入回路２１が注入用トランス３０を備えている点が実施の形態１と異なる。ノイズ低減装置２００において、高周波成分に対応する増幅回路１０Ａは実施の形態１と同様に注入回路２１の注入用コンデンサ２２ａ〜２２ｃに接続されている。一方、低周波成分に対応する増幅回路１０Ｂは注入用トランス３０の１次巻線３１に接続されている。

注入用トランス３０は、一端が出力フィルタ部７Ｂを介して電圧増幅器３Ｂに接続され、他端が接地された１次巻線３１と、負荷側の接続線９２ａ〜９２ｃに直列接続された３つの導体線からなる２次巻線３２とを備えている。注入用コンデンサ２２ａ〜２２ｃは電圧増幅器３Ａのみが接続されている。なお、図７では注入用トランス３０が注入用コンデンサ２２ａ〜２２ｃよりも負荷側に設けられているが、注入用トランス３０を注入用コンデンサ２２ａ〜２２ｃよりも電源側に設けてもよい。

注入用トランス３０の１次巻線３１の巻き数が変われば励磁インダクタンスや漏れ磁束の変化により増幅回路１０Ｂの周波数特性が変化するため、負荷側の接続線９２ａ〜９２ｃを流れる高周波電流の位相が変化し、増幅回路１０Ａ及び１０Ｂの位相反転周波数も変化する。実施の形態３では、１次巻線３１の巻き数を調整する巻き数調整手段として複数のタップ（図示なし）を１次巻線３１に設けており、増幅回路１０Ｂに接続するタップを切り替えることによって１次巻線３１の巻き数を調整可能としている。

その他の構成は実施の形態１と同様である。ノイズ低減装置２００も検出巻線１２Ａ及び増幅回路１０Ａがノイズ電流Ｉ１の高周波成分（数百ｋＨｚ）に対応し、検出巻線１２Ｂ及び増幅回路１０Ｂが低周波成分（数百Ｈｚ）に対応する。ノイズ電流Ｉ１に含まれる高周波成分の振幅は一般に小さく、その検出電圧も小さくなる傾向があるので、高周波成分を検出する検出巻線１２Ａの巻き数をより多く施し、検出電圧Ｖ１の高周波成分の大きさが一定値以上になるようにしている。一方、交流電源４０の漏れ電流のような低周波成分はカレントトランス１で増幅する必要がないため、検出巻線１２Ｂの巻き数は少なくてもよい。

次に、動作について説明する。主巻線１１を流れるノイズ電流Ｉ１を検出巻線１２Ａ、１２Ｂで検出電圧Ｖ１、Ｖ４として検出し、検出電圧Ｖ１，Ｖ４がフィルタ部６Ａ、６Ｂを介して電圧Ｖ２、Ｖ５として電圧増幅器３Ａ、３Ｂに入力され、電圧増幅器３Ａ、３Ｂで増幅されて出力電圧Ｖ３、Ｖ６として出力される点は実施の形態１と同様である。
出力電圧Ｖ３は、コンデンサである出力フィルタ部７Ａを介することで高周波成分のみが注入回路２１に出力され、注入用コンデンサ２２ａ〜２２ｃには電圧Ｖ７が印加される。出力電圧Ｖ６は、抵抗器であるである出力フィルタ部７Ｂを介することで低周波成分のみが注入回路２１に出力され、注入用トランス３０の１次巻線３１には電圧Ｖ８が印加される。

注入回路２１において、注入用コンデンサ２２ａ〜２２ｃに印加される電圧Ｖ７は電圧増幅器３Ａによって制御され、電圧Ｖ７の変化により増幅回路１０Ａからの高周波電流が負荷側の接続線９２ａ〜９２ｃに注入される。また、注入用トランス３０の１次巻線３１に印加される電圧Ｖ８は電圧増幅器３Ｂにより制御され、電圧Ｖ８の変化により２次巻線３２に生じる低周波電流が負荷側の接続線９２ａ〜９２ｃに注入される。注入用コンデンサ２２ａ〜２２ｃから注入された高周波電流と注入用トランス３０から注入された低周波電流は接続線９２ａ〜９２ｃ上で重畳し、ノイズ低減電流Ｉ２としてコモンモードノイズのような高周波のノイズと交流電源からの漏れ電流のような低周波のノイズを含むノイズ電流Ｉ１を相殺して低減する。

実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、ノイズ電流の低周波成分をより効果的に低減することができる。より具体的には、低周波電流を接続線に注入する注入用トランスを注入回路に設けたので、低周波の電流に対する注入回路のインピーダンスが小さくなり、ノイズ低減電流の低周波成分を接続線に注入しやすくなった。このため、ノイズ電流の低周波成分をより効果的に低減することができる。

また、ノイズ電流の高周波成分に対応する増幅回路において、位相反転周波数を小さくし、ゲインを大きくすることがより容易である。より具体的には、タップなどによって注入用トランスの１次巻線の巻き数を調整することにより、高周波成分に対応する増幅回路の周波数特性を調整することができる。このため、高周波成分に対応する増幅回路の位相反転周波数を小さくして高周波成分に対応する増幅回路のゲインを大きくとることがより容易である。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１カレントトランス、２、２１注入回路、３Ａ、３Ｂ電圧増幅器、６Ａ、６Ｂフィルタ部、７Ａ、７Ｂ出力フィルタ部、１０Ａ、１０Ｂ増幅回路、１１主巻線、１２Ａ、１２Ｂ検出巻線、２２ａ〜２２ｃ注入用コンデンサ、３０注入用トランス、３１１次巻線、３２２次巻線、４０交流電源、４１コンバータ、４２インバータ、４３三相モータ、９１ａ〜９１ｃ、９２ａ〜９２ｃ、９３ａ〜９３ｃ接続線、１００、２００ノイズ低減装置、Ｉ１ノイズ電流、Ｉ２ノイズ低減電流、Ｒ１第１の周波数帯、Ｒ２第２の周波数帯、Ｒ３第３の周波数帯

Claims

互いにインダクタンスが異なる第１の検出部及び第２の検出部を有し、第１の電気装置と第２の電気装置とを接続する接続線を流れるノイズ電流を電圧として検出し、前記第１の検出部及び前記第２の検出部からそれぞれ出力するノイズ検出手段と、
前記第１の検出部の出力を増幅し、第１の出力電圧として出力する第１の増幅回路と、
前記第２の検出部の出力を増幅し、第２の出力電圧として出力する第２の増幅回路と、
一端が前記第１の増幅回路及び前記第２の増幅回路に接続され、他端が前記ノイズ検出手段よりも前記第２の電気装置側で前記接続線と接続されて、前記第１の出力電圧及び前記第２の出力電圧が印加されることにより、前記ノイズ電流を相殺して低減するノイズ低減電流を前記接続線に注入するノイズ低減電流注入手段とを備え、
前記第１の増幅回路及び前記第２の増幅回路は、周波数特性が互いに異なることを特徴とするノイズ低減装置。
前記第１の増幅回路は、第１の周波数帯において前記第１の検出部の出力を目標ゲイン値以上のゲインで増幅する周波数特性を有し、
前記第２の増幅回路は、第２の周波数帯において前記第２の検出部の出力を目標ゲイン値以上のゲインで増幅する周波数特性を有し、
前記第１の周波数帯は、前記第２の周波数帯よりも高周波領域にあることを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減装置。
前記第１の増幅回路は、第１の周波数帯において前記第１の検出部の出力を第１の目標ゲイン値以上のゲインで増幅するとともに、第２の周波数帯において前記第１の検出部の出力を前記第１の目標ゲイン値よりも大きい第２の目標ゲイン値以上のゲインで増幅する周波数特性を有し、
前記第２の増幅回路は、前記第１の周波数帯よりも広い第３の周波数帯において前記第２の検出部の出力を前記第１の目標ゲイン値以上のゲインで増幅する周波数特性を有することを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減装置。
前記ノイズ低減電流注入手段は、前記第１の増幅回路又は前記第２の増幅回路に接続された１次巻線と、前記接続線に直列接続された２次巻線を有し、前記１次巻線に接続された増幅回路により印加される電圧の変化により前記接続線に前記ノイズ低減電流を注入する注入用トランスを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のノイズ低減装置。
前記１次巻線は、前記１次巻線の巻き数を調整する巻き数調整手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載のノイズ低減装置。
前記ノイズ検出手段は、前記接続線に直列接続され、鉄心に巻き回された主巻線を有するカレントトランスであり、前記第１の検出部及び前記第２の検出部は、前記鉄心に巻き回された第１の検出巻線及び第２の検出巻線であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のノイズ低減装置。
前記第１の検出巻線及び前記第２の検出巻線は、互いに巻き数が異なることを特徴とする請求項６に記載のノイズ低減装置。
前記第１の検出巻線及び前記第２の検出巻線は、互いに極性が異なることを特徴とする請求項６または７に記載のノイズ低減装置。
前記第１の増幅回路は、
前記第１の検出部に接続され、前記第１の検出部の出力から第１の周波数成分を通過させる第１のフィルタ部と、
前記第１のフィルタ部に接続され、前記第１のフィルタ部の出力を増幅して前記第１の出力電圧を出力する第１の電圧増幅器とを備え、
前記第２の増幅回路は、
前記第２の検出部に接続され、前記第２の検出部の出力から第２の周波数成分を通過させる第２のフィルタ部と、
前記第２のフィルタ部に接続され、前記第２のフィルタ部の出力を増幅して前記第２の出力電圧を出力する第２の電圧増幅器とを備えたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のノイズ低減装置。
前記第１の電圧増幅器は、第１の出力フィルタ部を介して前記ノイズ低減電流注入手段に接続され、
前記第２の電圧増幅器は、前記第１の出力フィルタ部と周波数特性が異なる第２の出力フィルタ部を介して前記ノイズ低減電流注入手段に接続されていることを特徴とする請求項９に記載のノイズ低減装置。
前記第１のフィルタ部及び前記第２のフィルタ部は、それぞれの通過周波数範囲が調整可能な１つのフィルタ回路、又は直列若しくは並列に接続された複数のフィルタ回路であることを特徴とする請求項９または１０に記載のノイズ低減装置。
前記フィルタ回路は、ディジタル回路であることを特徴とする請求項１１に記載のノイズ低減装置。
前記第１の電気装置は交流電源であり、前記ノイズ電流は、前記交流電源からの漏れ電流を含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のノイズ低減装置。
前記第１の電気装置又は前記第２の電気装置は、パルス幅変調方式により直流電流を交流電流に変換するインバータであり、前記ノイズ電流は、前記インバータからのスイッチングノイズを含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のノイズ低減装置。
前記第１の電気装置又は前記第２の電気装置は、交流電源から供給される交流電流をスイッチング方式により直流電流に変換するコンバータであり、前記ノイズ電流は、前記コンバータからのスイッチングノイズを含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のノイズ低減装置。
前記第１の電気装置又は前記第２の電気装置は、スイッチング方式により直流電圧の大きさを調整する電圧変換用のコンバータであり、前記ノイズ電流は、前記電圧変換用のコンバータからのスイッチングノイズを含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のノイズ低減装置。