JP7396043B2 - ノイズフィルタ装置及び電力システム - Google Patents

Description

本開示は、電源装置及び負荷装置などの複数の電気装置を互いに接続する導線に挿入されるノイズフィルタ装置に関する。また、本開示は、そのような電気装置及びノイズフィルタ装置を備えた電力システムに関する。

電源装置及び負荷装置などの複数の電気装置を含む電力システムにおいて発生するノイズ信号は、導線を介してノイズ源に接続された他の装置に到達したり、ノイズ源の近傍に位置する他の装置に対して電磁干渉（ＥＭＩ）をもたらしたりするおそれがある。このようなノイズ信号又は電磁干渉を低減するために、ノイズ信号の極性とは逆の極性を有する反転信号を発生する能動素子を含むノイズフィルタ装置（「アクティブフィルタ」又は「アクティブＥＭＩフィルタ」ともいう）が使用されることがある。

例えば特許文献１は、ノイズ検出手段、増幅回路、及びノイズ低減電流注入手段を備えるノイズ低減装置を開示している。ノイズ検出手段は、第１及び第２の電気装置を互いに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て出力する検出部を有する。増幅回路は、検出部の出力を増幅し、出力電圧として出力する。ノイズ低減電流注入手段は、一端が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、増幅回路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。特許文献１によれば、ノイズ検出手段は、互いに異なるインダクタンスを有する第１及び第２の検出部を有し、増幅回路は、互いに異なる周波数特性を有する第１及び第２の増幅回路を含む。これにより、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。

特開２０１９－０８０４６９号公報

特許文献１のようなアクティブフィルタは、過電圧などにより故障しやすい能動素子を含む。アクティブフィルタが故障すると、導線を介してノイズ源に接続された他の装置がノイズ信号にさらされたり、ノイズ源の近傍に位置する他の装置が電磁干渉にさらされたりすることで、他の装置が誤動作又は故障するおそれがある。従って、アクティブフィルタを備えるノイズフィルタ装置であって、故障しても他の装置の誤動作又は故障を生じにくいノイズフィルタ装置が求められる。

本開示の目的は、アクティブフィルタを備えるノイズフィルタ装置であって、故障しても他の装置の誤動作又は故障を生じにくいノイズフィルタ装置を提供することにある。また、本開示の目的は、そのようなノイズフィルタ装置を備えた電力システムを提供することにある。

本開示の一側面に係るノイズフィルタ装置は、
第１及び第２の電気装置を互いに接続する導線に挿入されるノイズフィルタ装置であって、前記ノイズフィルタ装置は、
前記導線に流れるノイズ信号を検出し、前記ノイズ信号の極性とは逆の極性を有する反転信号を発生して前記導線に注入する反転信号発生回路と、
前記反転信号発生回路が正常に動作しているか、それとも故障したかをモニタリングする故障検出回路とを備え、
前記第１及び第２の電気装置の少なくとも一方は、能動素子を含む回路を備え、
前記故障検出回路は、前記反転信号発生回路が故障したことを示す信号を前記第１又は第２の電気装置に送ることにより、前記能動素子を含む回路の動作を停止させる。

この構成により、反転信号発生回路が故障したとき、故障検出回路が第１又は第２の電気装置における能動素子を含む回路の動作を停止させることにより、他の装置の誤動作又は故障を生じにくくすることができる。

本開示の一側面に係るノイズフィルタ装置によれば、
前記故障検出回路は、前記ノイズ信号が入力される前記反転信号発生回路の入力電圧をモニタリングし、前記入力電圧の絶対値が予め決められたしきい値を超えて増大したとき、前記反転信号発生回路が故障したことを示す信号を出力する。

この構成により、反転信号発生回路の入力電圧に基づいて、反転信号発生回路が故障したことを検出することができる。

本開示の一側面に係るノイズフィルタ装置によれば、
前記故障検出回路は、前記ノイズ信号が入力される前記反転信号発生回路の入力電圧をモニタリングし、前記入力電圧が予め決められた電圧から変化しなくなったとき、前記反転信号発生回路が故障したことを示す信号を出力する。

この構成により、反転信号発生回路の入力電圧に基づいて、反転信号発生回路が故障したことを検出することができる。

本開示の一側面に係るノイズフィルタ装置によれば、
前記ノイズフィルタ装置は、前記導線に磁気的に結合されたインダクタをさらに備え、
前記反転信号発生回路は、前記インダクタを介して前記ノイズ信号を検出する。

この構成により、インダクタを介して、導線に流れるノイズ信号を検出することができる。

本開示の一側面に係るノイズフィルタ装置によれば、
前記ノイズフィルタ装置は、前記導線に接続されたキャパシタをさらに備え、
前記反転信号発生回路は、前記キャパシタを介して前記ノイズ信号を検出する。

この構成により、キャパシタを介して、導線に流れるノイズ信号を検出することができる。

本開示の一側面に係るノイズフィルタ装置によれば、
前記ノイズフィルタ装置は、前記導線に接続された抵抗をさらに備え、
前記反転信号発生回路は、前記抵抗を介して前記ノイズ信号を検出する。

この構成により、抵抗を介して、導線に流れるノイズ信号を検出することができる。

本開示の一側面に係るノイズフィルタ装置によれば、
前記ノイズフィルタ装置は表示器をさらに備え、
前記故障検出回路は、前記反転信号発生回路が故障したことを示す信号を前記表示器に送ることにより、前記反転信号発生回路が故障したことを前記表示器に表示させる。

この構成により、反転信号発生回路が故障したことを表示器に表示させることができ、電力システムのユーザは、故障した反転信号発生回路を修理又は交換することができる。

本開示の一側面に係る電力システムは、
導線を介して互いに接続された第１及び第２の電気装置と、
前記導線に挿入された、請求項１～７のうちの１つに記載のノイズフィルタ装置とを備える。

この構成により、反転信号発生回路が故障したとき、故障検出回路が第１又は第２の電気装置における能動素子を含む回路の動作を停止させることにより、他の装置の誤動作又は故障を生じにくくすることができる。

本開示の側面に係るノイズフィルタ装置によれば、反転信号発生回路が故障したとき、故障検出回路が第１又は第２の電気装置における能動素子を含む回路の動作を停止させることにより、他の装置の誤動作又は故障を生じにくくすることができる。

第１の実施形態に係るノイズフィルタ装置２を含む電力システムの構成例を模式的に示すブロック図である。 図１のノイズフィルタ装置２の構成例を模式的に示す回路図である。 図２の反転信号発生回路１１の構成例を模式的に示す回路図である。 図２の故障検出回路１２の構成例を模式的に示す回路図である。 第１の実施形態に係るノイズフィルタ装置２のシミュレーションにおいて設定された回路の構成例を模式的に示す回路図である。 図５の回路に対して行ったシミュレーションの結果であって、入力信号Ｖｉｎ及び検出信号Ｖｄｅｔの時間的変化を示すグラフである。 第１の実施形態の第１の変形例に係るノイズフィルタ装置２Ａの構成例を模式的に示す回路図である。 第１の実施形態の第２の変形例に係るノイズフィルタ装置２Ｂの構成例を模式的に示す回路図である。 第１の実施形態の第３の変形例に係るノイズフィルタ装置２Ｃの構成例を模式的に示す回路図である。 第２の実施形態に係るノイズフィルタ装置２を含む電力システムの構成例を模式的に示すブロック図である。 第３の実施形態に係るノイズフィルタ装置２Ｄを含む電力システムの構成例を模式的に示す回路図である。 第４の実施形態に係るノイズフィルタ装置２Ｅを含む電力システムの構成例を模式的に示す回路図である。 第５の実施形態に係るノイズフィルタ装置２Ｆを含む電力システムの構成例を模式的に示す回路図である。

以下、本開示の一側面に係る実施形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。各図面において、同じ符号は同様の構成要素を示す。

［適用例］
図１は、第１の実施形態に係るノイズフィルタ装置２を含む電力システムの構成例を模式的に示すブロック図である。図１の電力システムは、例えば、電源装置１、ノイズフィルタ装置２、整流器３、力率調整器４、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５、及び負荷装置６を備え、これらの構成要素は導線Ｂ１，Ｂ２によって互いに接続される。

図１の例では、ノイズフィルタ装置２の左側に接続された電源装置１を「第１の電気装置」とも呼び、ノイズフィルタ装置２の右側に接続された整流器３、力率調整器４、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５、及び負荷装置６を「第２の電気装置」とも呼ぶ。言いかえると、図１の電力システムは、導線Ｂ１，Ｂ２を介して互いに接続された第１及び第２の電気装置と、導線Ｂ１，Ｂ２に挿入されたノイズフィルタ装置２とを備える。

第１及び第２の電気装置の少なくとも一方は、能動素子を含む回路を備え、能動素子からノイズ信号を発生する可能性がある。図１の例では、整流器３、力率調整器４、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５、及び負荷装置６（第２の電気装置）の少なくとも一部が能動素子を含む回路を備え、これらの構成要素をまとめて、「ノイズ源装置１００」とも呼ぶ。ノイズ源装置１００から発生するノイズ信号は、導線Ｂ１，Ｂ２を介してノーマルモードノイズ信号又はコモンモードノイズ信号として伝搬する。従って、ノイズフィルタ装置２は、導線Ｂ１，Ｂ２を介して伝搬するノーマルモードノイズ信号及びコモンモードノイズ信号のうちの少なくとも一方を低減するように構成される。

ノイズフィルタ装置２は、ノイズ信号の極性とは逆の極性を有する反転信号を発生する能動素子を含むアクティブフィルタを備える。ノイズフィルタ装置２は、アクティブフィルタに加えて、キャパシタ及びインダクタなどの受動素子からなるパッシブフィルタを備えてもよい。

図２は、図１のノイズフィルタ装置２の構成例を模式的に示す回路図である。ノイズフィルタ装置２は、少なくとも、反転信号発生回路１１及び故障検出回路１２を備える。

反転信号発生回路１１は、導線Ｂ１，Ｂ２に流れるノイズ信号を検出し、ノイズ信号の極性とは逆の極性を有する反転信号を発生して導線Ｂ１，Ｂ２に注入する。反転信号発生回路１１は、反転信号を発生するために、例えばオペアンプなどの能動素子を含む。

故障検出回路１２は、反転信号発生回路１１が正常に動作しているか、それとも故障したかをモニタリングする。故障検出回路１２は、例えば、ノイズ信号が入力される反転信号発生回路１１の入力電圧をモニタリングし、この入力電圧に基づいて、反転信号発生回路１１が正常に動作しているか、それとも故障したかを判断する。前述のように、第１及び第２の電気装置の少なくとも一方は、能動素子を含む回路を備える。故障検出回路１２は、反転信号発生回路１１が故障したと判断したとき、反転信号発生回路１１が故障したことを示す信号を第１又は第２の電気装置（図１の例では、ノイズ源装置１００）に送ることにより、能動素子を含む回路の動作を停止させる。

反転信号発生回路１１は、過電圧などにより故障しやすい能動素子を含む。反転信号発生回路１１が故障すると、導線を介してノイズ源装置１００に接続された他の装置がノイズ信号にさらされたり、ノイズ源装置１００の近傍に位置する他の装置が電磁干渉にさらされたりすることで、他の装置が誤動作又は故障するおそれがある。本開示の実施形態によれば、反転信号発生回路１１が故障したとき、故障検出回路１２がノイズ源装置１００における能動素子を含む回路の動作を停止させることにより、他の装置の誤動作又は故障を生じにくくすることができる。

［第１の実施形態］
以下、図１～図９を参照して、第１の実施形態に係るノイズフィルタ装置を含む電力システムについて説明する。

［第１の実施形態の構成例］
図１を参照して、電力システムの各構成要素についてさらに説明する。

電源装置１は、所定電圧及び所定周波数の交流電力を供給する。電源装置１は、商用電力網の電源設備であってもよく、それに代わって、例えば、直流電源装置及びインバータを備えてもよい。

ノイズフィルタ装置２は、前述のように、図１の例では電源装置１及び整流器３の間において、導線Ｂ１，Ｂ２に挿入される。ノイズフィルタ装置２は、導線Ｂ１，Ｂ２を介して伝搬するノーマルモードノイズ信号及びコモンモードノイズ信号を低減するように構成される。ノイズフィルタ装置２は、アクティブフィルタ及びパッシブフィルタを備える。

整流器３は、電源装置１からノイズフィルタ装置２を介して供給された交流電力を直流電力に変換する。整流器３は、ダイオードブリッジを備える整流回路であってもよい。また、整流器３は、入力される交流電圧又は交流電流の位相に合わせて動作するスイッチング素子を備える同期整流回路であってもよい。

力率調整器４は、整流器３から出力された直流電力の力率を調整する。力率調整器４は、インダクタ及び／又はキャパシタなどの受動素子を備えてもよく、トランジスタ及びダイオードなどの能動素子をさらに備えてもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５は、力率調整器４から出力された所定の直流電圧を異なる直流電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５は、例えば、インバータ回路、インダクタ又はトランス、整流回路、及び平滑化回路を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５は、例えば、トランスと、その一次側に設けられたインダクタ及びキャパシタとを備えたＬＬＣ共振コンバータとして構成されてもよい。

負荷装置６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５から出力された直流電力により動作して何らかの仕事を行う。負荷装置６は、例えば、モータ、蓄電池、センサ、通信装置などを含む。

前述のように、整流器３は、能動素子としてダイオード又はスイッチング素子を含む。また、前述のように、力率調整器４は、能動素子としてダイオード又はトランジスタを備えてもよい。また、前述のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５は、能動素子としてインバータ回路のスイッチング素子を含む。また、前述のように、負荷装置６は、能動素子として、例えば、モータ、蓄電池、センサ、又は通信装置などを構成する構成要素を含む。整流器３、力率調整器４、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５、及び負荷装置６のうちの少なくとも一部は、ノイズフィルタ装置２の制御下で、能動素子を含む回路の動作を停止させるように構成される。

図２～図４を参照して、ノイズフィルタ装置２についてさらに説明する。

図２を参照すると、ノイズフィルタ装置２は、キャパシタＣ１～Ｃ３，Ｃ１３～Ｃ１４、コモンモードチョークコイルＬ１、反転信号発生回路１１、故障検出回路１２、及び表示器１３を備える。

キャパシタＣ１，Ｃ２は、導線Ｂ１，Ｂ２と接地導体との間にそれぞれ接続され、導線Ｂ１，Ｂ２に流れるコモンモードノイズ信号を接地導体にバイパスして低減する。このように接続されたキャパシタＣ１，Ｃ２を「Ｙキャパシタ」とも呼ぶ。

キャパシタＣ３は、導線Ｂ１，Ｂ２にわたって接続され、導線Ｂ１，Ｂ２に流れるノーマルモードノイズ信号を低減する。このように接続されたキャパシタＣ３を「Ｘキャパシタ」とも呼ぶ。

コモンモードチョークコイルＬ１は、導線Ｂ１に挿入された巻線ｗ１と、導線Ｂ２に挿入された巻線ｗ２とを備える。巻線ｗ１，ｗ２は、導線Ｂ１，Ｂ２に流れるコモンモードノイズ信号を相殺するように、互いに磁気的に結合する。また、コモンモードチョークコイルＬ１は、巻線ｗ１，ｗ２に磁気的に結合された巻線ｗ３をさらに備える。言いかえると、巻線ｗ３は、導線Ｂ１，Ｂ２に磁気的に結合されたインダクタである。

反転信号発生回路１１は、巻線ｗ３を介して、導線Ｂ１，Ｂ２に流れるコモンモードノイズ信号を検出する。反転信号発生回路１１は、例えば、巻線ｗ３の一端に生じる電圧を検出することにより、コモンモードノイズ信号を表す入力信号Ｖｉｎを取得する。反転信号発生回路１１は、コモンモードノイズ信号の極性とは逆の極性を有する出力信号Ｖｏｕｔ（すなわち反転信号）を発生する。反転信号発生回路１１は、出力信号Ｖｏｕｔを、キャパシタＣ１３，Ｃ１４を介して導線Ｂ１，Ｂ２にそれぞれ注入する。

図３は、図２の反転信号発生回路１１の構成例を模式的に示す回路図である。反転信号発生回路１１は、例えば、オペアンプ２１及び抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を備える反転増幅回路である。オペアンプ２１の反転入力端子は、抵抗Ｒ２１を介して巻線ｗ３に接続され、抵抗Ｒ２２を介して出力端子に接続される。オペアンプ２１の非反転入力端子は接地導体に接続される。また、オペアンプ２１は、正の電源Ｖ＋及び負の電源Ｖ－に接続される。

巻線ｗ３、反転信号発生回路１１、及びキャパシタＣ１３，Ｃ１４は、導線Ｂ１，Ｂ２に流れるコモンモードノイズ信号を低減するアクティブフィルタとして動作する。一方、キャパシタＣ１～Ｃ３及び巻線ｗ１，ｗ２は、導線Ｂ１，Ｂ２に流れるノーマルモードノイズ信号及びコモンモードノイズ信号を低減するパッシブフィルタとして動作する。

故障検出回路１２は、反転信号発生回路１１に入力される入力信号Ｖｉｎの電圧をモニタリングし、この入力信号Ｖｉｎの電圧に基づいて、反転信号発生回路１１が正常に動作しているか、それとも故障したかを判断する。故障検出回路１２は、例えば、入力信号Ｖｉｎの電圧の絶対値が予め決められたしきい値を超えて増大したとき、反転信号発生回路１１が故障したと判断する。故障検出回路１２は、反転信号発生回路１１が故障したと判断したとき、反転信号発生回路１１が故障したことを示す信号をノイズ源装置１００に送ることにより、能動素子を含む回路の動作を停止させる。また、故障検出回路１２は、反転信号発生回路１１が故障したと判断したとき、反転信号発生回路１１が故障したことを示す信号を表示器１３に送ることにより、反転信号発生回路１１が故障したことを表示器１３に表示させる。

図４は、図２の故障検出回路１２の構成例を模式的に示す回路図である。故障検出回路１２は、例えば、基準電圧源３２，３４、比較器３３，３５、論理和演算器３６、及び制御回路３７を備える。

増幅器３１は、入力信号Ｖｉｎを増幅し、比較器３３の反転入力端子及び比較器３５の非反転入力端子に入力する。

基準電圧源３２は、予め決められた上限基準電圧を発生し、比較器３３の非反転入力端子に入力する。比較器３３は、増幅された入力信号Ｖｉｎの電圧が上限基準電圧を超えたか否かを判断し、その結果を示す信号を論理和演算器３６の第１の入力端子に入力する。

基準電圧源３４は、予め決められた下限基準電圧を発生し、比較器３５の反転入力端子に入力する。比較器３５は、増幅された入力信号Ｖｉｎの電圧が下限基準電圧を超えたか否かを判断し、その結果を示す信号を論理和演算器３６の第２の入力端子に入力する。

論理和演算器３６は、増幅された入力信号Ｖｉｎの電圧が上限基準電圧及び下限基準電圧の間の範囲に含まれるか否かを判断し、その結果を示す信号を制御回路３７に送る。

制御回路３７は、論理和演算器３６の出力信号に基づいて、反転信号発生回路１１が正常に動作しているか、それとも故障したかを判断する。例えば、上限基準電圧及び下限基準電圧は、互いに等しい絶対値を有する正の電圧及び負の電圧であってもよい。この場合、制御回路３７は、反転信号発生回路１１の故障に起因して、入力信号Ｖｉｎの電圧の絶対値が予め決められたしきい値を超えて増大した状態を検出することができる。制御回路３７は、反転信号発生回路１１が故障したと判断したとき、反転信号発生回路１１が故障したことを示す信号をノイズ源装置１００及び表示器１３に送る。

表示器１３は、例えば発光ダイオードを含む。表示器１３は、例えば、反転信号発生回路１１が故障したときに点灯する。

［第１の実施形態の動作例］
次に、図５及び図６を参照して、故障検出回路１２が、入力信号Ｖｉｎの電圧に基づいて、反転信号発生回路１１が正常に動作しているか、それとも故障したかを判断することについてさらに説明する。

図５は、第１の実施形態に係るノイズフィルタ装置２のシミュレーションにおいて設定された回路の構成例を模式的に示す回路図である。シミュレーションでは、図５の反転信号発生回路１１Ａ及び故障検出回路１２Ａを設定した。反転信号発生回路１１Ａ及び故障検出回路１２Ａの入力端子（入力信号Ｖｉｎが入力される端子）は、キャパシタＣ０及び抵抗Ｒ０を介して接地導体に接続されている。反転信号発生回路１１Ａは、オペアンプ２１及び抵抗Ｒ２１，Ｒ２２に加えて、キャパシタＣ２１、ダイオードＤ１，Ｄ２、トランジスタＱ２１～Ｑ２２、及び抵抗Ｒ２３～Ｒ２５を備える。故障検出回路１２Ａは、オペアンプ３１Ａ及び抵抗Ｒ３１～Ｒ３３を備える。シミュレーションでは、コモンモードノイズ信号を表す入力信号Ｖｉｎが入力されているとき、故障検出回路１２Ａの検出信号Ｖｄｅｔの時間的変化を計算した。図５のオペアンプ３１Ａは図４の増幅器３１に対応し、検出信号Ｖｄｅｔは、図４の増幅器３１の出力端子の電圧に対応する。

図６は、図５の回路に対して行ったシミュレーションの結果であって、入力信号Ｖｉｎ及び検出信号Ｖｄｅｔの時間的変化を示すグラフである。反転信号発生回路１１のオペアンプ２１が正常に動作しているとき、検出信号Ｖｄｅｔの電圧は、コモンモードノイズ信号を表す入力信号Ｖｉｎの電圧の変化に少し遅れて追従する。一方、反転信号発生回路１１のオペアンプ２１が故障しているとき、検出信号Ｖｄｅｔの電圧は、正常時とは異なる態様で変化する。例えば、故障時には、検出信号Ｖｄｅｔの電圧の絶対値のピークが、正常時のピークよりも大きくなることがある。また、故障時には、ある瞬間における検出信号Ｖｄｅｔの電圧が、入力信号Ｖｉｎの電圧に追従せず、所定時間にわたって保持されることがある。従って、例えば、正常時の検出信号Ｖｄｅｔの電圧を予め測定して基準電圧として設定し、基準電圧からの検出信号Ｖｄｅｔの電圧の増大を検出することにより、反転信号発生回路１１の故障を検出することができる。

反転信号発生回路１１は、さまざまな原因により故障する可能性がある。例えば、反転信号発生回路１１は、その出力端子が接地導体に短絡されるように故障することがある。また、反転信号発生回路１１は、そのオペアンプ２１の電源Ｖ＋及びＶ－が停止したり、電源Ｖ＋及びＶ－の内部で短絡が生じたりするように故障することがある。いずれの場合でも、反転信号発生回路１１から導線Ｂ１，Ｂ２に注入される反転信号は常にゼロになる。導線Ｂ１，Ｂ２に注入される反転信号がゼロであるので、ノイズ信号は相殺されず、入力信号Ｖｉｎの電圧が増大する。従って、故障検出回路１２は、入力信号Ｖｉｎの電圧の絶対値がしきい値を超えて増大した状態を検出することにより、反転信号発生回路１１が故障している判断することができる。

［第１の実施形態の変形例］
以上、本開示の実施形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本開示の例示に過ぎない。本開示の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。

図７は、第１の実施形態の第１の変形例に係るノイズフィルタ装置２Ａの構成例を模式的に示す回路図である。ノイズフィルタ装置２Ａは、図２のコモンモードチョークコイルＬ１及びキャパシタＣ１３，Ｃ１４に代えて、キャパシタＣ１１，Ｃ１２及びコモンモードチョークコイルＬ２を備える。

キャパシタＣ１１，Ｃ１２は、導線Ｂ１，Ｂ２にそれぞれ接続される。

コモンモードチョークコイルＬ２は、導線Ｂ１に挿入された巻線ｗ４と、導線Ｂ２に挿入された巻線ｗ５とを備える。巻線ｗ４，ｗ５は、導線Ｂ１，Ｂ２に流れるコモンモードノイズ信号を相殺するように、互いに磁気的に結合する。また、コモンモードチョークコイルＬ２は、巻線ｗ４，ｗ５に磁気的に結合された巻線ｗ６をさらに備える。言いかえると、巻線ｗ６は、導線Ｂ１，Ｂ２に磁気的に結合されたインダクタである。

反転信号発生回路１１は、キャパシタＣ１１，Ｃ１２を介して、導線Ｂ１，Ｂ２に流れるコモンモードノイズ信号を検出する。また、反転信号発生回路１１は、出力信号Ｖｏｕｔを、巻線ｗ６を介して導線Ｂ１，Ｂ２にそれぞれ注入する。

図２の例では、導線Ｂ１，Ｂ２に磁気的に結合された巻線ｗ３を介してコモンモードノイズ信号を検出したが、図７に示すように、キャパシタＣ１１，Ｃ１２を介してコモンモードノイズ信号を検出してもよい。また、図２の例では、キャパシタＣ１３，Ｃ１４を介して反転信号を導線Ｂ１，Ｂ２にそれぞれ注入したが、図７に示すように、巻線ｗ６を介して反転信号を導線Ｂ１，Ｂ２にそれぞれ注入してもよい。

図８は、第１の実施形態の第２の変形例に係るノイズフィルタ装置２Ｂの構成例を模式的に示す回路図である。ノイズフィルタ装置２Ｂは、図２のキャパシタＣ１３，Ｃ１４に代えて、コモンモードチョークコイルＬ２を備える。

図９は、第１の実施形態の第３の変形例に係るノイズフィルタ装置２Ｃの構成例を模式的に示す回路図である。ノイズフィルタ装置２Ｃは、図２のコモンモードチョークコイルＬ１に代えて、キャパシタＣ１１，Ｃ１２を備える。

図２、図７～図９の例では、反転信号発生回路１１の入力端子が、巻線ｗ３（すなわちインダクタ）又はキャパシタＣ１１，Ｃ１２を介して導線Ｂ１，Ｂ２に接続される場合について説明した。しかしながら、図１３の例で後述するように、反転信号発生回路１１の入力端子は、抵抗を介して導線に接続されてもよい。

故障検出回路１２は、例えば、入力信号Ｖｉｎの電圧が予め決められた電圧（例えば、接地導体の電圧）から変化しなくなったとき、反転信号発生回路１１が故障したと判断してもよい。例え
ば、反転信号発生回路１１は、その入力端子が接地導体に短絡されるように故障することがある。この場合、故障検出回路１２の入力端子も接地導体に短絡される。従って、故障検出回路１２は、入力信号Ｖｉｎの電圧が接地導体の電圧から変化しなくなった状態を検出することにより、反転信号発生回路１１が故障していると判断することができる。基準電圧源３２の上限基準電圧及び基準電圧源３４の下限基準電圧は、互いに等しい又は実質的に等しい電圧（例えば、接地導体の電圧）に設定される。この場合、制御回路３７は、反転信号発生回路１１の故障に起因して、入力信号Ｖｉｎの電圧が予め決められた電圧（例えば、接地導体の電圧）から変化しなくなった状態を検出することができる。

ノイズフィルタ装置２は、表示器１３を省略してもよい。これにより、サイズ及びコストを削減することができる。

ノイズフィルタ装置２は、ノイズ源装置１００における能動素子を含む回路の動作を停止させる信号を出力しないように構成されてもよい。この場合、電力システムのユーザは、表示器１３を見ることにより、反転信号発生回路１１が故障したことを認識し、ノイズ源装置１００における能動素子を含む回路（又は電力システム全体）の動作を停止することができる。

電力システムは、交流の電源装置１及び整流器３に代えて、直流の電源装置を備えてもよい。また、電力システムは、直流の負荷装置６に代えて、インバータ及び交流の負荷装置を備えてもよい。本開示の実施形態に係るノイズフィルタ装置２はこれらの場合にも適用可能であり、反転信号発生回路１１が故障しても他の装置の誤動作又は故障を生じにくくすることができる。

［第１の実施形態の効果］
第１の実施形態に係るノイズフィルタ装置２によれば、反転信号発生回路１１が故障したとき、故障検出回路１２がノイズ源装置１００における能動素子を含む回路の動作を停止させることにより、他の装置の誤動作又は故障を生じにくくすることができる。一般に、受動素子はとても故障しにくいが、能動素子は受動素子に比べて故障しやすい。第１の実施形態に係るノイズフィルタ装置２によれば、能動素子を含む反転信号発生回路１１が故障しても、故障した反転信号発生回路１１から他の装置への影響を低減することができる。

また、第１の実施形態に係るノイズフィルタ装置２によれば、反転信号発生回路１１が故障したことを表示器１３に表示させることにより、電力システムのユーザは、故障した反転信号発生回路１１を修理又は交換することができる。

複数の電力システムが、共通の電源装置１（例えば、商用電力網の電源設備）に接続されてもよい。この場合、ノイズフィルタ装置２がなければ、ある電力システムにおいて発生したノイズ信号が電源装置１を介して他の電力システムに到達し、他の電力システムの装置が誤動作又は故障するおそれがある。第１の実施形態に係るノイズフィルタ装置２によれば、ノイズフィルタ装置２を備えたことにより、他の電力システムに伝搬するノイズ信号を低減することができる。

ノイズフィルタ装置がアクティブフィルタではなくパッシブフィルタのみを備える場合、ノイズ信号を十分に低減するためには、ノイズフィルタ装置は、多段のフィルタ（例えば複数のコモンモードチョークコイル）を含むように構成される必要がある。一方、第１の実施形態に係るノイズフィルタ装置２によれば、アクティブフィルタを備えることにより、例えばコモンモードチョークコイルの個数を削減し、パッシブフィルタのみを備える場合よりも小型化することができる。

本開示の各実施形態では、導線が電力線である場合について説明するが、実施形態に係るノイズフィルタ装置は、導線が信号線である場合にも同様に適用可能である。

［第２の実施形態］
図１０は、第２の実施形態に係るノイズフィルタ装置２を含む電力システムの構成例を模式的に示すブロック図である。図１０に示すように、ノイズフィルタ装置２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５及び負荷装置６の間において、導線Ｂ１，Ｂ２に挿入されてもよい。

図１０の例では、ノイズフィルタ装置２の左側に接続された整流器３、力率調整器４、及びＤＣ／ＤＣコンバータ装置５を「第１の電気装置」とも呼び、ノイズフィルタ装置２の右側に接続された負荷装置６を「第２の電気装置」とも呼ぶ。言いかえると、図１０の電力システムは、導線Ｂ１，Ｂ２を介して互いに接続された第１及び第２の電気装置と、導線Ｂ１，Ｂ２に挿入されたノイズフィルタ装置２とを備える。

第１及び第２の電気装置の少なくとも一方は、能動素子を含む回路を備え、能動素子からノイズ信号を発生する可能性がある。図１０の例では、整流器３、力率調整器４、及びＤＣ／ＤＣコンバータ装置５（第１の電気装置）の少なくとも一部が能動素子を含む回路を備え、これらの構成要素をまとめて、「ノイズ源装置２００」とも呼ぶ。ノイズ源装置２００から発生するノイズ信号は、導線Ｂ１，Ｂ２を介してノーマルモードノイズ信号又はコモンモードノイズ信号として伝搬する。従って、ノイズフィルタ装置２は、導線Ｂ１，Ｂ２を介して伝搬するノーマルモードノイズ信号及びコモンモードノイズ信号のうちの少なくとも一方を低減するように構成される。

図１０のノイズフィルタ装置２は、図１のノイズフィルタ装置２と同様に構成され、少なくとも、反転信号発生回路１１及び故障検出回路１２を備える。反転信号発生回路１１は、導線Ｂ１，Ｂ２に流れるノイズ信号を検出し、ノイズ信号の極性とは逆の極性を有する反転信号を発生して導線Ｂ１，Ｂ２に注入する。故障検出回路１２は、反転信号発生回路１１が正常に動作しているか、それとも故障したかをモニタリングする。故障検出回路１２は、反転信号発生回路１１が故障したと判断したとき、反転信号発生回路１１が故障したことを示す信号をノイズ源装置２００に送ることにより、能動素子を含む回路の動作を停止させる。

第２の実施形態に係るノイズフィルタ装置２によれば、反転信号発生回路１１が故障したとき、故障検出回路１２がノイズ源装置２００における能動素子を含む回路の動作を停止させることにより、他の装置（例えば負荷装置６）の誤動作又は故障を生じにくくすることができる。

負荷装置６もまた能動素子を含むので、故障検出回路１２は、反転信号発生回路１１が故障したと判断したとき、反転信号発生回路１１が故障したことを示す信号を負荷装置６に送ることにより、能動素子を含む回路の動作を停止させてもよい。

本開示の実施形態に係る電力システムは、図１のノイズフィルタ装置２と、図１０のノイズフィルタ装置２との両方を備えてもよい。また、ノイズフィルタ装置２は、図１及び図１０の例とは異なる位置、例えば、整流器３及び力率調整器４の間において、及び／又は、力率調整器４及びＤＣ／ＤＣコンバータ装置５の間において、導線Ｂ１，Ｂ２に挿入されてもよい。

［第３の実施形態］
図１１は、第３の実施形態に係るノイズフィルタ装置２Ｄを含む電力システムの構成例を模式的に示す回路図である。本開示の実施形態に係るノイズフィルタ装置２Ｄは、第１の実施形態のものとは異なる電気装置の間において、第１の実施形態のものとは異なる導線に挿入されてもよい。

図１１の電力システムは、電源装置１Ｄａ、インバータ１Ｄｂ、ノイズフィルタ装置２Ｄ、及びモータ６Ｄを備える。

電源装置１Ｄａは、所定電圧の直流電力を供給する。インバータ１Ｄｂは、電源装置１Ｄａによって供給された直流電力から三相交流電力を発生する。インバータ１Ｄｂによって発生された三相交流電力は、導線Ｂ０１～Ｂ０３を介してモータ６Ｄに供給される。ノイズフィルタ装置２Ｄは、インバータ１Ｄｂ及びモータ６Ｄの間において、導線Ｂ０１～Ｂ０３に挿入される。

図１１の例では、ノイズフィルタ装置２Ｄの左側に接続された電源装置１Ｄａ及びインバータ１Ｄｂを「第１の電気装置」とも呼び、ノイズフィルタ装置２Ｄの右側に接続されたモータ６Ｄを「第２の電気装置」とも呼ぶ。言いかえると、図１１の電力システムは、導線Ｂ０１～Ｂ０３を介して互いに接続された第１及び第２の電気装置と、導線Ｂ０１～Ｂ０３に挿入されたノイズフィルタ装置２Ｄとを備える。

ノイズフィルタ装置２Ｄは、キャパシタＣ０１～Ｃ０６、トランスＬ３、反転信号発生回路１１Ｄ、故障検出回路１２、及び表示器１３を備える。

キャパシタＣ０１～Ｃ０３は、導線Ｂ０１～Ｂ０３にそれぞれ接続される。キャパシタＣ０４～Ｃ０６もまた、導線Ｂ０１～Ｂ０３にそれぞれ接続される。

トランスＬ３は、１つの一次巻線と、導線Ｂ０１～Ｂ０３にそれぞれ挿入された３つの二次巻線とを有する。

反転信号発生回路１１Ｄは、キャパシタＣ０１～Ｃ０３を介して、導線Ｂ０１～Ｂ０３に流れるコモンモードノイズ信号を表す入力信号Ｖｉｎ１を取得する。反転信号発生回路１１Ｄは、キャパシタＣ０４～Ｃ０６を介して、導線Ｂ０１～Ｂ０３に流れるコモンモードノイズ信号を表す入力信号Ｖｉｎ２を取得する。反転信号発生回路１１Ｄは、コモンモードノイズ信号の極性とは逆の極性を有する出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２（すなわち反転信号）を発生する。反転信号発生回路１１Ｄは、出力信号Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２を、トランスＬ３の一次巻線の両端に印加し、トランスＬ３を介して導線Ｂ０１～Ｂ０３にそれぞれ注入する。

反転信号発生回路１１Ｄは、オペアンプ２１、基準電圧源２２，２３、キャパシタＣ２２，Ｃ２３、トランジスタＱ２１～Ｑ２４、及び抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を備える。

図１１の故障検出回路１２及び表示器１３は、図２の故障検出回路１２及び表示器１３と同様に構成される。

ノイズフィルタ装置２Ｄは、以上の構成を備えたことにより、導線Ｂ０１～Ｂ０３に流れるコモンモードノイズ信号を低減するアクティブフィルタとして動作する。

第３の実施形態に係るノイズフィルタ装置２Ｄによれば、反転信号発生回路１１Ｄが故障したとき、故障検出回路１２がインバータ１Ｄｂにおける能動素子を含む回路の動作を停止させることにより、他の装置（例えばモータ６Ｄ）の誤動作又は故障を生じにくくすることができる。

［第４の実施形態］
図１２は、第４の実施形態に係るノイズフィルタ装置２Ｅを含む電力システムの構成例を模式的に示す回路図である。

ノイズフィルタ装置２Ｅは、反転信号発生回路１１Ｅ、故障検出回路１２、表示器１３、キャパシタＣ１～Ｃ２，Ｃ１１～Ｃ１２、ノーマルモードチョークコイルＬ４，Ｌ５、トランスＬ６、及び抵抗Ｒ１～Ｒ２，Ｒ１１～Ｒ１２を備える。

反転信号発生回路１１Ｅは、キャパシタＣ１１，Ｃ１２を介して、導線Ｂ１，Ｂ２に流れるノーマルモードノイズ信号を検出する。反転信号発生回路１１Ｅは、ノーマルモードノイズ信号の極性とは逆の極性を有する出力信号（すなわち反転信号）を発生する。反転信号発生回路１１Ｅは、出力信号を、トランスＬ６を介して導線Ｂ１，Ｂ２にそれぞれ注入する。反転信号発生回路１１Ｅは、オペアンプ２１、キャパシタＣ２１、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２６，Ｒ２７、及びトランスＴ１，Ｔ２を備える。キャパシタＣ１１，Ｃ１２、反転信号発生回路１１Ｅ、及びトランスＬ６は、導線Ｂ１，Ｂ２に流れるノーマルモードノイズ信号を低減するアクティブフィルタとして動作する。

第４の実施形態に係るノイズフィルタ装置２Ｅによれば、反転信号発生回路１１Ｅが故障したとき、故障検出回路１２がノイズ源装置１００における能動素子を含む回路の動作を停止させることにより、他の装置の誤動作又は故障を生じにくくすることができる。

［第５の実施形態］
図１３は、第５の実施形態に係るノイズフィルタ装置２Ｆを含む電力システムの構成例を模式的に示す回路図である。

ノイズフィルタ装置２Ｆは、反転信号発生回路１１Ｆ、故障検出回路１２、表示器１３、キャパシタＣ１～Ｃ２、ノーマルモードチョークコイルＬ４，Ｌ５、及び抵抗Ｒ１～Ｒ２を備える。

反転信号発生回路１１Ｆは、オペアンプ４１，４２、キャパシタＣ４１～Ｃ４６、ノーマルモードチョークコイルＬ４１、ツェナーダイオードＺ４１、トランジスタＱ４１、及び抵抗Ｒ４１～Ｒ４９を備える。オペアンプ４１、キャパシタＣ４３、及び抵抗Ｒ４８，Ｒ４９は、導線Ｂ１に流れるノーマルモードノイズ信号を検出する。オペアンプ４２、キャパシタＣ４２、トランジスタＱ４１、及び抵抗Ｒ４４，Ｒ４５は、ノーマルモードノイズ信号の極性とは逆の極性を有する反転信号を発生する。反転信号は、抵抗Ｒ４６，Ｒ４７を介して、導線Ｂ１に注入される。図１３の例では、反転信号発生回路１１Ｆは、抵抗Ｒ４８を介して、導線Ｂ１に流れるノーマルモードノイズ信号を検出する。

第５の実施形態に係るノイズフィルタ装置２Ｆによれば、反転信号発生回路１１Ｆが故障したとき、故障検出回路１２がノイズ源装置１００における能動素子を含む回路の動作を停止させることにより、他の装置の誤動作又は故障を生じにくくすることができる。

［まとめ］
本開示の各側面に係るノイズフィルタ装置及び電力システムは、以下のように表現されてもよい。

本開示の一側面に係るノイズフィルタ装置２は、第１及び第２の電気装置を互いに接続する導線Ｂ１，Ｂ２に挿入される。ノイズフィルタ装置２は、導線Ｂ１，Ｂ２に流れるノイズ信号を検出し、ノイズ信号の極性とは逆の極性を有する反転信号を発生して導線Ｂ１，Ｂ２に注入する反転信号発生回路１１と、反転信号発生回路１１が正常に動作しているか、それとも故障したかをモニタリングする故障検出回路１２とを備える。第１及び第２の電気装置の少なくとも一方は、能動素子を含む回路を備える。故障検出回路１２は、反転信号発生回路１１が故障したことを示す信号を第１又は第２の電気装置に送ることにより、能動素子を含む回路の動作を停止させる。

本開示の一側面に係るノイズフィルタ装置２において、故障検出回路１２は、ノイズ信号が入力される反転信号発生回路１１の入力電圧をモニタリングし、入力電圧の絶対値が予め決められたしきい値を超えて増大したとき、反転信号発生回路１１が故障したことを示す信号を出力してもよい。

本開示の一側面に係るノイズフィルタ装置２において、故障検出回路１２は、ノイズ信号が入力される反転信号発生回路１１の入力電圧をモニタリングし、入力電圧が予め決められた電圧から変化しなくなったとき、反転信号発生回路１１が故障したことを示す信号を出力してもよい。

本開示の一側面に係るノイズフィルタ装置２，２Ｂにおいて、ノイズフィルタ装置２，２Ｂは、導線Ｂ１，Ｂ２に磁気的に結合されたインダクタをさらに備えてもよい。この場合、反転信号発生回路１１は、インダクタを介してノイズ信号を検出する。

本開示の一側面に係るノイズフィルタ装置２Ａ，２Ｃ～２Ｅにおいて、ノイズフィルタ装置２Ａ，２Ｃ～２Ｅは、導線Ｂ１，Ｂ２に接続されたキャパシタＣ１１～Ｃ１２，Ｃ０１～Ｃ０６をさらに備えてもよい。この場合、反転信号発生回路１１，１１Ｄ，１１Ｅは、キャパシタＣ１１～Ｃ１２，Ｃ０１～Ｃ０６を介してノイズ信号を検出する。

本開示の一側面に係るノイズフィルタ装置２Ｆにおいて、ノイズフィルタ装置２Ｆは、導線Ｂ１に接続された抵抗Ｒ４８をさらに備えてもよい。この場合、反転信号発生回路１１Ｆは、抵抗Ｒ４８を介してノイズ信号を検出する。

本開示の一側面に係るノイズフィルタ装置２において、ノイズフィルタ装置２は表示器１３をさらに備えてもよい。この場合、故障検出回路１２は、反転信号発生回路１１が故障したことを示す信号を表示器１３に送ることにより、反転信号発生回路１１が故障したことを表示器１３に表示させる。

本開示の一側面に係る電力システムは、導線Ｂ１，Ｂ２を介して互いに接続された第１及び第２の電気装置と、導線Ｂ１，Ｂ２に挿入されたノイズフィルタ装置２とを備える。

本開示の一側面に係るノイズフィルタ装置は、例えば、交流電力が入力されて２ｋＷ程度の大きさの直流電力を出力する電源システムとして動作する電力システムに適用可能である。

１，１Ｄａ 電源装置
１Ｄｂ インバータ
２，２Ａ～２Ｆ ノイズフィルタ装置
３ 整流器
４ 力率調整器
５ ＤＣ／ＤＣコンバータ装置
６ 負荷装置
６Ｄ モータ
１１，１１Ａ，１１Ｄ～１１Ｆ 反転信号発生回路
１２，１２Ａ 故障検出回路
１３ 表示器
２１ オペアンプ
２２，２３ 基準電圧源
３１ 増幅器
３１Ａ オペアンプ
３２，３４ 基準電圧源
３３，３５ 比較器
３６ 論理和演算器
３７ 制御回路
４１，４２ オペアンプ
１００，２００ ノイズ源装置
Ｂ１～Ｂ２，Ｂ０１～Ｂ０３ 導線
Ｃ０，Ｃ０１～Ｃ０６，Ｃ１～Ｃ３，Ｃ１１～Ｃ１４，Ｃ２１～Ｃ２３，Ｃ４１～Ｃ４６ キャパシタ
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｌ１，Ｌ２ コモンモードチョークコイル
Ｌ３ トランス
Ｌ４，Ｌ５，Ｌ４１ ノーマルモードチョークコイル
Ｌ６ トランス
Ｑ２１～Ｑ２４，Ｑ４１ トランジスタ
Ｒ０，Ｒ１～Ｒ２，Ｒ１１～Ｒ１２，Ｒ２１～Ｒ２７，Ｒ３１～Ｒ３３，Ｒ４１～Ｒ４９ 抵抗
Ｔ１，Ｔ２ トランス
Ｚ４１ ツェナーダイオード

Claims (6)

1. 第１及び第２の電気装置を互いに接続する導線に挿入されるノイズフィルタ装置であって、前記ノイズフィルタ装置は、
   前記導線に流れるノイズ信号を検出し、前記ノイズ信号の極性とは逆の極性を有する反転信号を発生して前記導線に注入する反転信号発生回路と、
   前記反転信号発生回路が正常に動作しているか、それとも故障したかをモニタリングする故障検出回路とを備え、
   前記第１及び第２の電気装置の少なくとも一方は、能動素子を含む回路を備え、
   前記故障検出回路は、前記反転信号発生回路が故障したことを示す信号を前記第１又は第２の電気装置に送ることにより、前記能動素子を含む回路の動作を停止させ、
   前記故障検出回路は、前記ノイズ信号が入力される前記反転信号発生回路の入力電圧をモニタリングし、前記入力電圧が接地導体の電圧から変化しなくなったとき、前記反転信号発生回路が故障したことを示す信号を出力する、
   ノイズフィルタ装置。
2. 前記ノイズフィルタ装置は、前記導線に磁気的に結合されたインダクタをさらに備え、
   前記反転信号発生回路は、前記インダクタを介して前記ノイズ信号を検出する、
   請求項１記載のノイズフィルタ装置。
3. 前記ノイズフィルタ装置は、前記導線に接続されたキャパシタをさらに備え、
   前記反転信号発生回路は、前記キャパシタを介して前記ノイズ信号を検出する、
   請求項１記載のノイズフィルタ装置。
4. 前記ノイズフィルタ装置は、前記導線に接続された抵抗をさらに備え、
   前記反転信号発生回路は、前記抵抗を介して前記ノイズ信号を検出する、
   請求項１記載のノイズフィルタ装置。
5. 前記ノイズフィルタ装置は表示器をさらに備え、
   前記故障検出回路は、前記反転信号発生回路が故障したことを示す信号を前記表示器に送ることにより、前記反転信号発生回路が故障したことを前記表示器に表示させる、
   請求項１～４のうちの１つに記載のノイズフィルタ装置。
6. 導線を介して互いに接続された第１及び第２の電気装置と、
   前記導線に挿入された、請求項１～５のうちの１つに記載のノイズフィルタ装置とを備えた、
   電力システム。

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