特開 2024-132518 ハイブリッドノイズフィルタ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024132518

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】ハイブリッドノイズフィルタ装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/44 20070101AFI20240920BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240920BHJP

   H03H 7/09 20060101ALI20240920BHJP

   H03H 11/12 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H02M1/44

H02M7/48 Z

H03H7/09 Z

H03H11/12 Z

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023043315

(22)【出願日】2023-03-17

(71)【出願人】

【識別番号】000195029

【氏名又は名称】星和電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100164013

【弁理士】

【氏名又は名称】佐原 隆一

(72)【発明者】

【氏名】野上 晴加

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 菜実

【テーマコード（参考）】

5H740

5H770

5J024

5J098

【Ｆターム（参考）】

5H740BA11

5H740BB09

5H740BB10

5H740BC01

5H740BC02

5H740NN03

5H770AA05

5H770BA01

5H770DA03

5H770GA16

5H770HA01W

5H770KA01W

5J024AA01

5J024CA06

5J024DA01

5J024DA25

5J024DA35

5J024EA08

5J098AA01

5J098AA11

5J098AA14

5J098AA16

5J098AB02

5J098AB31

5J098AD11

(57)【要約】      （修正有）

【課題】小型・軽量化でき、パッシブフィルタのコイルサイズに依存せずにアクティブフィルタ回路の低周波特性を向上でき、アクティブフィルタ用の電源回路を内蔵させることによりノイズ対策用の電気機器に後付けで取り付けやすくしたハイブリッドノイズフィルタ装置を提供する。
【解決手段】交流電源と、交流電源により駆動される電気機器との間に挿入されるハイブリッドノイズフィルタ装置１００であって、交流電源と電気機器とを接続する電線に流れるノイズ信号を検出し、その極性とは逆極性の逆極性信号を発生して電線に注入するアクティブフィルタ回路１１０と、電線の夫々に一端部が接続され、他端部が共通に接続された第１の線間コンデンサＣ７～Ｃ９及び第２の線間コンデンサＣ１０～Ｃ１２、電線の夫々に直列に設けられたコイルＬ１～Ｌ３及び第２の線間コンデンサと接地との間の接地コンデンサＣ１３を含むパッシブフィルタ回路１２０と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源と、前記電源により駆動される電気機器との間に挿入されるハイブリッドノイズフィルタ装置であって、
前記ハイブリッドノイズフィルタ装置は、
前記電源と前記電気機器とを接続する電線に流れるコモンモードノイズ信号を検出し、前記コモンモードノイズ信号とは逆極性の信号を発生して前記電線に注入するアクティブフィルタ回路と、
前記電線のそれぞれにその一端部が接続され、他端部が共通に接続された第１の線間コンデンサおよび第２の線間コンデンサと、前記電線のそれぞれに直列に介装されたコイルと、前記第２の線間コンデンサの前記他端部とその一端部が接続され、他端部が接地された接地コンデンサとを含むパッシブフィルタ回路と、
前記電源側の前記電線とそれぞれ接続するための入力端子と、
前記電気機器側の前記電線とそれぞれ接続するための出力端子と、
を含むことを特徴とするハイブリッドノイズフィルタ装置。

【請求項2】

前記パッシブフィルタ回路には、前記第１の線間コンデンサおよび前記第２の線間コンデンサと並列にそれぞれ放電用抵抗がさらに設けられたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドノイズフィルタ装置。

【請求項3】

前記アクティブフィルタ回路は、
一端部が前記電線にそれぞれ接続され、他端部が共通に接続された検出コンデンサを介してコモンモードノイズを検出するコモンモードノイズ検出部と、
前記コモンモードノイズ検出部から入力されたコモンモードノイズ信号に基づき、前記コモンモードノイズとは逆極性の相殺用電圧を発生する演算増幅部と、
前記演算増幅部の出力端子に共通に接続され、一端部がそれぞれ前記電線に接続されて、前記相殺用電圧を前記電線に重畳して注入する出力コンデンサからなる相殺用電圧重畳部とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッドノイズフィルタ装置。

【請求項4】

前記アクティブフィルタ回路には、前記電線と接続し、前記電線を介して接続されている前記電源を駆動源として直流電圧を生成する電源回路をさらに含み、前記電源回路により前記演算増幅部を駆動することを特徴とする請求項３に記載のハイブリッドノイズフィルタ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバータ装置などの種々の電気機器で発生するノイズを低減するためにパッシブフィルタ回路とアクティブフィルタ回路とからなるハイブリッドノイズフィルタ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

モータなどを制御するために用いられるインバータ装置は、ダイオードブリッジやスイッチング素子などによって商用の交流電圧を直流電圧に変換する整流部を備え、その直流電圧をスイッチング素子によって交流電圧に変換するインバータ部を備えている。 このようなインバータ装置は、スイッチング素子の動作などに起因して、電源線を伝わって他の電子機器に影響を与える伝導性ノイズを発生する。伝導性ノイズには、電源線間で往復するノーマルモードノイズ（ディファレンシャルモードノイズ）と、電源線と接地（アース）との間を伝わるコモンモードノイズとがある。

【0003】

コモンモードノイズはノーマルモードノイズに比べてノイズ対策が難しい。また、ノーマルモードノイズのように相殺効果が現れないので、場合によってはノーマルモードノイズと比べて１０００倍近くのノイズ電波が放射されることもあり、他の電子機器等へのノイズ障害への影響が大きい。ノイズを抑制するためにフィルタ装置が用いられている。フィルタ装置としては、パッシブフィルタ、アクティブフィルタおよびこれらを組み合わせたハイブリッドフィルタがある。

【0004】

パッシブフィルタは、電磁ノイズを抑制するために広く用いられている。近年、種々の装置の設計において、小型化・軽量化の要求がさらに強まっているが、パッシブフィルタはノイズ抑制効果を大きくすると、容積が大きく、重量が重くなるという課題を有している。アクティブフィルタやハイブリッドフィルタは、パッシブフィルタの問題点を解決できることから注目を集めている。特に、ハイブリッドフィルタは、アクティブフィルタとパッシブフィルタとの両方のメリットを生かし、デメリットを避ける構成を取りうるのでインバータ装置などの電気機器のノイズ対策用として注目されている。

【0005】

例えば、特許文献１には、交流電源の出力を直流電圧に変換する整流器と、電力用半導体素子のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換する電力変換器とを有する系に適用される伝導性ノイズフィルタであって、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、交流電源と整流器間の線路に接続された接地コンデンサを介して検出するコモンモード電圧検出手段と、検出したコモンモード電圧に基づいて、コモンモード電圧と同じ大きさの逆極性の相殺用電圧を発生し、この相殺用電圧を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重畳させてコモンモード電圧を相殺する相殺用電圧源とを備える伝導性ノイズフィルタが開示されている(例えば、特許文献１参照)。

【0006】

また、交流を供給する複数の電源線のそれぞれに直列に設けられ、相互に磁気結合する複数のコイルを有する第１のコイル部と、第１のコイル部に直列に接続されるとともに、複数の電源線のそれぞれに直列に設けられ、相互に磁気結合する複数のコイルを有する第２のコイル部と、第１のコイル部と第２のコイル部とのいずれか一方に磁気結合してコモンモードノイズを検出する検出コイルと、検出コイルが検出したコモンモードノイズに対応する信号を増幅する増幅部と、第１のコイル部と第２のコイル部との間において複数の電源線のそれぞれに接続され、増幅部からの出力を当該複数の電源線のそれぞれに重畳する複数のコンデンサを有するコンデンサ部とを備える伝導性ノイズ抑制回路が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

【0007】

また、第１の一次巻線と、第２の一次巻線と、二次巻線と、二次巻線の両端に直列接続された第１の抵抗（RCT）及び第１のインダクタンス（Ｌａ）とを有し、二次巻線が第１の一次巻線及び第２の一次巻線と電磁カップリングし、第１の一次巻線の巻数が二次巻線の巻数よりも多く設定され、第２の一次巻線の巻数が二次巻線の巻数よりも多く設定され、第１の一次巻線の一端がインピーダンス安定化ネットワークの第１の出力端に接続され、第２の一次巻線の一端がインピーダンス安定化ネットワークの第２の出力端に接続され、第１の一次巻線の他端及び第２の一次巻線の他端がそれぞれ用電設備の電力入力端に接続されるように構成されたコモンモードチョークコイルと、２つの入力端がコモンモードチョークコイルの二次巻線の両端にそれぞれ接続され、出力端から補償信号を出力し、出力端と入力端との間に帰還抵抗（Ｒf）が接続されるように構成されたオペアンプと、第１の一次巻線の他端と第２の一次巻線の他端との間に直列接続された抵抗とキャパシタとを含み、オペアンプの出力端に接続され、補償信号に基づいて第１の一次巻線および第２の一次巻線に電流を注入するように構成された電流注入ネットワークとを備えた電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタ回路が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

【0008】

さらに、電源系統と負荷回路との間の受電点において一端が接続され、高調波電流を除去するフィルタ装置であって、一端が受電点に接続され、所定の次数の高調波電流に同調する同調フィルタと、この同調フィルタの他の一端に直接接続されるアクティブフィルタであって、受電点に対して電源系統側を流れる電源系統電流に含まれる高調波電流を抑制するようなアクティブフィルタ出力電圧を発生するアクティブフィルタと、を備えたフィルタ装置が開示されている（例えば、特許文献４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１０－５７２６８号公報

【特許文献2】特開２０１７－３８５００号公報

【特許文献3】ＷＯ２０２０／１７１０９５号公報

【特許文献4】特開２００２－３５９９２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

特許文献１に記載の発明においては、電源と誘導電動機との間にコイルからなるパッシブフィルタを設けたハイブリッドフィルタ構成も示されている。しかし、このハイブリッドフィルタ構成では、コイルをさらに設けて高周波ノイズに対する低減効果を得るようにしているが、コイルは大きく重いので、コモンモードトランスにさらにコイルを加えると容積が大きく、かつ重くなるので、電気機器の小型・軽量化に対しては障害となる。

【0011】

特許文献２に記載の発明では、第１のコイル部と第２のコイル部とを設けており、これらのコイル部を設ける結果として容積が大きくなり、かつ、重くなる。また、第1のコイル部は検出トランスを構成するだけでなく、高周波を低減させるパッシブフィルタとしても機能するように設計されている。しかし、アクティブフィルタとして最適なコイル構成とパッシブフィルタに最適なコイル構成とが全く同じになることはないので、どちらかのノイズ低減効果をある程度犠牲にした設計とせざるを得ない。

【0012】

特許文献３に記載の発明は、コモンモードチョークコイルを用いてパッシブフィルタとアクティブフィルタとの回路の統合を容易にして小型化を実現しているが、パッシブフィルタはコモンモードチョークコイルのみである。小型化は実現できるが、この構成ではコモンモードノイズを十分に低減することは難しいと思われる。

【0013】

特許文献４に記載の発明は、所定の次数の高調波電流に同調する同調フィルタにアクティブフィルタを直接接続しており、小型軽量化が容易で、製造コストも低減できるが、フィードバック回路やフィードフォワード回路などを設けることが必要であり回路構成が複雑である。

【0014】

本発明は、それぞれ最適なパッシブフィルタとアクティブフィルタとを組み合わせて、パッシブフィルタが主として高周波ノイズの低減、アクティブフィルタが主として低周波ノイズの低減を行うフィルタ構成とすることで、パッシブフィルタのコイルサイズや個数に依存せず低周波特性を向上させながら、小型・軽量化を実現したハイブリッドノイズフィルタ装置を提供することを目的とする。

【0015】

さらに、アクティブフィルタ用の電源回路を内蔵することにより、ノイズ対策が必要な電気機器に後付けする場合でも取り付けが容易なハイブリッドノイズフィルタ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記従来の課題を解決するために本発明のハイブリッドノイズフィルタ装置は、電源と、この電源により駆動される電気機器との間に挿入される装置であって、電源と電気機器とを接続する電線に流れるコモンモードノイズ信号を検出し、コモンモードノイズ信号とは逆極性の信号を発生して電線に注入するアクティブフィルタ回路と、電線のそれぞれにその一端部が接続され、他端部が共通に接続された第１の線間コンデンサおよび第２の線間コンデンサと、電線のそれぞれに直列に介装されたコイルと、第２の線間コンデンサの他端部とその一端部が接続され、他端部が接地された接地コンデンサとを含むパッシブフィルタ回路と、電源側の電線とそれぞれ接続するための入力端子と、電気機器側の電線とそれぞれ接続するための出力端子とを含むことを特徴とする。

【0017】

上記構成において、パッシブフィルタ回路には、第１の線間コンデンサおよび第２の線間コンデンサと並列にそれぞれ放電用抵抗がさらに設けられていてもよい。

【0018】

このような構成とすることにより、パッシブフィルタとアクティブフィルタとはそれぞれ最適な回路構成とすることができる。パッシブフィルタの第１の線間コンデンサと第２の線間コンデンサとは上記電線を流れるノーマルモードノイズをバイパスする。さらに、第２の線間コンデンサは接地コンデンサにより接地されているので、コモンモードノイズを接地導体にバイパスして低減する。上記電線間に直列に介装されたコイルは、高周波信号に対しては抵抗となるので高周波のコモンモードノイズを低減する機能を有する。
なお、第１の線間コンデンサと第２の線間コンデンサとについては、それぞれ放電用抵抗を並列に配置することで安全性を確保することができる。

【0019】

このように、パッシブフィルタはノーマルモードノイズの低減およびコモンモードノイズの高周波成分を主に低減する機能を有し、アクティブフィルタはコモンモードノイズの低周波成分を主に低減する機能を有するように設計されているので、全体として良好なフィルタ特性を得ることができる。

【0020】

上記構成において、アクティブフィルタ回路は、一端部が電線にそれぞれ接続され、他端部が共通に接続された検出コンデンサを介してコモンモードノイズを検出するコモンモードノイズ検出部と、コモンモードノイズ検出部から入力されたコモンモードノイズ信号に基づき、コモンモードノイズとは逆極性の相殺用電圧を発生する演算増幅部と、演算増幅部の出力端子に共通に接続され、一端部がそれぞれ上記電線に接続されて、相殺用電圧を上記電線に重畳して注入する出力コンデンサからなる相殺用電圧重畳部とを含むようにしてもよい。

【0021】

具体的には、コモンモードノイズ検出部が電源と電気機器とを接続する電線に流れるコモンモードノイズ信号を検出し、演算増幅部がコモンモードノイズ信号とは逆極性の信号である相殺用電圧を発生し、相殺用電圧重畳部が相殺用電圧を電線に重畳して注入する構成である。

【0022】

このような構成とすることにより、アクティブフィルタのコモンモードノイズ検出部と相殺用電圧重畳部とは、それぞれ容量の小さなコンデンサを用いることができ、コイルなどを用いる場合に比べて大幅に小型化・軽量化することができる。

【0023】

上記構成において、 アクティブフィルタ回路には上記電線と接続し、電線を介して接続されている電源を駆動源として直流電圧を生成する電源回路をさらに含み、この電源回路により演算増幅部を駆動するようにしてもよい。なお、電源が単相電源である場合には２本の電線に接続し、３相電源の場合には３本の電線の内、例えばＳ相とＴ相とに接続すればよい。

【0024】

このような構成とすることにより、アクティブフィルタの演算増幅部を駆動するための電源を別途用意する必要がなくなるため、ハイブリッドノイズフィルタ装置の設置の自由度を大きくすることができる。例えば、電気機器のノイズ対策が必要であると機器設置後に判明した場合でも、電源とその電気機器との間に本発明のハイブリッドノイズフィルタ装置を簡単に設置することができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明のハイブリッドノイズフィルタ装置は、インバータ装置を使ってモータを駆動するような電気機器などで発生するノイズを効果的に減衰させることができ、パワーエレクトロニクス機器分野に大きな効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本実施の形態に係るハイブリッドノイズフィルタ装置の構成を示すブロック図である。

【図2】本実施の形態において、３相交流電源とインバータ装置との間にハイブリッドノイズフィルタ装置を挿入した例である。

【図3】本実施の形態の実施例において、図２に示すハイブリッドノイズフィルタ装置の外観形状を示す写真である。

【図4】本実施の形態の実施例において、比較例１の１段ノイズフィルタ装置の構成を示すブロック図である。

【図5】本実施の形態の実施例において、図４に示す比較例１の１段ノイズフィルタ装置の外観形状を示す写真である。

【図6】本実施の形態の実施例において、比較例２の２段ノイズフィルタ装置の構成を示すブロック図である。

【図7】本実施の形態の実施例において、図６に示す比較例２の２段ノイズフィルタ装置の外観形状を示す写真である。

【図8】本実施の形態の実施例において、本実施例、比較例１および比較例２について、それぞれ減衰特性を測定した結果である。

【図9】本実施の形態の実施例において、本実施例、比較例１および比較例２の重量を比較した結果である。

【図10】本実施の形態の実施例において、本実施例、比較例１および比較例２の容積を比較した結果である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

（実施の形態）

【0028】

以下、本発明の実施の形態のハイブリッドノイズフィルタ装置について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係るハイブリッドノイズフィルタ装置１００の構成を示すブロック図である。

【0029】

本実施の形態に係るハイブリッドノイズフィルタ装置１００は、電源とこの電源により駆動される電気機器との間に挿入されて用いられる。本実施の形態では、電源として３相交流電源を用いる場合について説明するので、電源と電気機器とを接続する電線はＲ相、Ｓ相およびＴ相として説明する。なお、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相をまとめて説明するときには電線とよぶことにする。

【0030】

ハイブリッドノイズフィルタ装置１００は、上記電線に流れるコモンモードノイズ信号を検出し、コモンモードノイズ信号とは逆極性の信号を発生して上記電線に注入するアクティブフィルタ回路１１０を含む。さらに、上記電線のそれぞれにその一端部が接続され、他端部が共通に接続された第１の線間コンデンサＣ７、Ｃ８、Ｃ９および第２の線間コンデンサＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２と、上記電線のそれぞれに直列に介装されたコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３と、第２の線間コンデンサＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２の他端部とその一端部が接続され、他端部が接地された接地コンデンサＣ１３とを含むパッシブフィルタ回路１２０とを含む。そして、電源側の電線とそれぞれ接続するための入力端子１４０と、電気機器側の電線とそれぞれ接続するための出力端子１５０とを含むことを特徴とする。

【0031】

パッシブフィルタ回路１２０には、第１の線間コンデンサＣ７、Ｃ８、Ｃ９および第２の線間コンデンサＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２と並列に、それぞれ放電用抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６がさらに設けられている。例えば、第１の線間コンデンサＣ７の一端部はＲ相に接続され、他端部は共通接続部を介して第１の線間コンデンサＣ８、Ｃ９に接続し、Ｓ相とＴ相に接続されている。放電用抵抗Ｒ１は同様にその一端部がＲ相に接続され、他端部が共通接続部を介して放電用抵抗Ｒ２、Ｒ３に接続し、Ｓ相とＴ相に接続されている。

【0032】

アクティブフィルタ回路１１０は、一端部が電線にそれぞれ接続され、他端部が共通に接続された検出コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３によりコモンモードノイズを検出するコモンモードノイズ検出部１１１と、コモンモードノイズ検出部１１１から入力されたコモンモードノイズ信号に基づき、このコモンモードノイズ信号（電圧）に対して逆極性の相殺用電圧を発生する演算増幅部１１３と、演算増幅部１１３の出力端子Ｐに共通に接続され、一端部がそれぞれ電線に接続されて、相殺用電圧を電線に重畳して注入する出力コンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６からなる相殺用電圧重畳部１１２とを含む構成からなる。

【0033】

本実施の形態に係るハイブリッドノイズフィルタ装置１００では、アクティブフィルタ回路１１０には電線と接続し、電線に接続された電源を駆動源として所定の直流電圧を生成する電源回路１３０をさらに含み、この電源回路１３０により演算増幅部１１３を駆動する構成としている。
以下、本実施の形態に係るハイブリッドノイズフィルタ装置１００について詳細に説明する。

【0034】

パッシブフィルタ回路１２０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の電線ごとに直列に接続されたコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を備えている。これらのコイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、それぞれＲ相、Ｓ相およびＴ相を構成する電線に相当し、１個のトロイダルコアにそれぞれ巻き回されて構成されている。そして、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、１個のトロイダルコアに互いに隣接するように巻き回されている。以下、これをコイル部１２３とよぶ。

【0035】

また、コイル部１２３の両側には、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の線間に第１の線間コンデンサＣ７、Ｃ８、Ｃ９と、これらの第１の線間コンデンサＣ７、Ｃ８、Ｃ９に対して並列に放電用抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、および、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の線間に第２の線間コンデンサＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２と、これらの第２の線間コンデンサＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２に対して並列に放電用抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６が設けられている。さらに、第２の線間コンデンサＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２は、その他端部に接地コンデンサＣ１３が接続され、接地（アース）されている。

【0036】

以下、第１の線間コンデンサＣ７、Ｃ８、Ｃ９を第１ノイズ吸収部１２１、第２の線間コンデンサＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２と接地コンデンサＣ１３とを含んで第２ノイズ吸収部１２２、放電用抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を第１放電用抵抗部１２４、放電用抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６を第２放電用抵抗部１２５とよぶことにする。すなわち、パッシブフィルタ回路１２０は、アクティブフィルタ回路１１０側から順に、第１放電用抵抗部１２４、第１ノイズ吸収部１２１、コイル部１２３、第２放電用抵抗部１２５、および、第２ノイズ吸収部１２２が配置された構成からなる。

【0037】

第１の線間コンデンサＣ７、Ｃ８、Ｃ９は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相間にそれぞれ設けられている。例えば、第１の線間コンデンサＣ７とＣ８とは直列に接続され、Ｒ相とＳ相との間に設けられており、第１の線間コンデンサＣ７とＣ９とも直列に接続され、Ｒ相とＴ相との間に設けられている。したがって、第１の線間コンデンサＣ７、Ｃ８、Ｃ９は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相を流れるノーマルモードノイズをバイパスするように機能する。

【0038】

第２の線間コンデンサＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２もＲ相、Ｓ相、Ｔ相間にそれぞれ設けられ、かつ共通接続部は接地コンデンサＣ１３を介して接地（アース）されている。したがって、第２の線間コンデンサＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２についても、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相を流れるノーマルモードノイズをバイパスするように機能する。加えて、接地コンデンサＣ１３と接続され接地(アース)されているので、コモンモードノイズを低減する機能も有する。

【0039】

コモンモードノイズは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相と接地（アース）との間に流れ、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相については同じ方向に流れる。コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、高周波信号であるコモンモードノイズに対しては抵抗として作用し、コモンモードノイズを低減する。また、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３のコイル定数を設定することによりカットオフ周波数を設定することができる。これらのコイルのインダクタンスは、１ｍＨ～１５ｍＨの範囲が好ましい。

【0040】

第１の線間コンデンサＣ７、Ｃ８、Ｃ９と第２の線間コンデンサＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２とは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相間にそれぞれ接続されているので、それぞれの両端には常に電源からの電圧が加わっている。そこで、第１の線間コンデンサＣ７、Ｃ８、Ｃ９と第２の線間コンデンサＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２とに対して放電用抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６をそれぞれ並列に設けている。

【0041】

以上のようにパッシブフィルタ回路１２０は、アクティブフィルタ回路１１０とは独立した回路構成であり、ノーマルモードノイズの低減とコモンモードノイズの特に高周波成分の低減に寄与する。

【0042】

なお、第１の線間コンデンサＣ７、Ｃ８、Ｃ９と第２の線間コンデンサＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２には、耐圧性能に優れるフィルムコンデンサが適している。静電容量の範囲としては、０．１μＦ～１０μＦが好ましい範囲である。また、接地コンデンサＣ１３は、通常フィルムコンデンサまたはセラミックコンデンサが主に使用される。漏れ電流の制限があるため大きな静電容量のものは使用できなく、１０００ｐＦ～４７００ｐＦが好ましい範囲である。

【0043】

第２ノイズ吸収部１２２の接地コンデンサＣ１３は、上記のように静電容量が小さいため、主に１ＭＨｚ以上の周波数のコモンモードノイズを低減する機能を有している。１ＭＨｚ以下の周波数帯域については、コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３と組み合わせたＬＣフィルタ構成でコモンモードノイズを低減するが、十分に低減することは難しいので、アクティブフィルタ回路１１０を用いる。

【0044】

つぎに、アクティブフィルタ回路１１０について説明する。コモンモードノイズ検出部１１１は、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相間にそれぞれ接続された検出コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の共通接続部が、演算増幅部１１３の抵抗Ｒｓを介してオペアンプ（ＯＰａｍｐ）のマイナス端子に接続されている。オペアンプ（ＯＰａｍｐ）のプラス端子は接地（アース）されている。オペアンプ（ＯＰａｍｐ）のマイナス端子と出力端子Ｐとの間には抵抗Ｒｆが設けられている。出力端子Ｐは抵抗Ｒｏを介して相殺用電圧重畳部１１２を構成する出力コンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６の共通接続部に接続されている。

【0045】

コモンモードノイズ検出部１１１を構成する検出コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３で検出されたコモンモードノイズ信号（電圧）は、電気機器で発生したコモンモードノイズよりも小さい場合が多い。そこで、増幅度を抵抗Ｒｓと抵抗Ｒｆの抵抗値により設定し、増幅して出力端子Ｐから相殺用電圧重畳部１１２を構成する出力コンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６に相殺用電圧を重畳する。なお、出力電圧（Ｖｏｕｔ）は下記式で与えられる。また、増幅度は電気機器により発生するコモンモードノイズが異なるためそれぞれ異なるが、通常１～１０程度である。
[式１]
Ｖｏｕｔ＝－Ｖｉｎ（Ｒｆ／Ｒｓ）
Ｖｉｎ：コモンモードノイズ信号（電圧）

【0046】

なお、本実施の形態に係るハイブリッドノイズフィルタ装置１００では、Ｓ相とＴ相に接続して、この電線に接続された電源を駆動源として直流電圧を生じるＡＣ－ＤＣ変換の電源回路１３０が設けられており、この電源回路１３０をオペアンプ（ＯＰａｍｐ）の駆動源としている。

【0047】

コモンモードノイズが発生すると、検出コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に電圧が発生し、オペアンプ（ＯＰａｍｐ）に入力される。オペアンプ（ＯＰａｍｐ）はコモンモードノイズと逆位相の電圧を発生し、出力コンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６を介してコモンモードノイズと逆位相の相殺用電圧を電線に重畳して注入し、コモンモードノイズを低減する。

【0048】

以上のように、本実施の形態に係るハイブリッドノイズフィルタ装置１００は、パッシブフィルタ回路１２０とアクティブフィルタ回路１１０とをそれぞれ別々の部品で構成し、パッシブフィルタ回路１２０に最適な回路構成及びアクティブフィルタ回路１１０に最適な回路構成としたことが特徴である。この結果、コモンモードノイズの高周波成分は主としてパッシブフィルタ回路１２０で低減し、低周波成分をアクティブフィルタ回路１１０で低減させ、全体としてコモンモードノイズを効率よく低減することができる。

【0049】

検出コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３と出力コンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６とは同じ容量のものを用いることができる。また、第１ノイズ吸収部１２１の第１の線間コンデンサＣ７、Ｃ８、Ｃ９および第２ノイズ吸収部１２２の第２の線間コンデンサＣ１０、Ｃ１１、Ｃ１２も同じ容量のものを用いることができる。また、放電用抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６についても同じ抵抗値のものを使用することができる。

【0050】

図２は、３相交流電源１６０とインバータ装置１７０との間に、本実施の形態に係るハイブリッドノイズフィルタ装置１００を挿入した例である。インバータ装置１７０からはモータ１８０に接続されておりモータ１８０を駆動する構成である。インバータ装置１７０とモータ１８０とが本発明にいう電気機器である。図２からわかるように、本発明のハイブリッドフィルタ装置１００は、電源１６０とインバータ装置１７０との間に配置するときに、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のそれぞれの電線を入力端子１４０と出力端子１５０にそれぞれ接続するのみでよく、接続作業が非常に容易である。

【0051】

インバータ装置１７０は、スイッチング素子を用いて電源からの交流電圧を直流電圧に変換し、変換された直流電圧をスイッチング素子によって交流電圧に変換するインバータ部を備えている。このようなインバータ装置１７０は、スイッチング素子の動作などを原因として電線を伝わって他の電気機器あるいは電子機器に悪影響を与える伝導性ノイズを発生する。伝導性ノイズには、ノーマルモードノイズとコモンモードノイズとがある。本実施の形態に係るハイブリッドノイズフィルタ装置１００は、これらのノイズを低減して、他の電気機器あるいは電子機器が異常動作することを防止する機能を有する。

【0052】

本実施の形態では、ハイブリッドノイズフィルタ装置１００を、３相交流電源１６０とインバータ装置１７０との間に設置する構成としたが、本発明はこれに限定されない。インバータ装置１７０とモータ１８０との間に設置してもよい。また、インバータ装置１７０を用いて駆動する機器としてはモータに限定されることもない。さらに、急速充電システムなどのＡＣ－ＤＣ変換装置のノイズ低減用として用いてもよい。

【0053】

また、本実施の形態では、３相交流電源を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。単相交流電源を用いてもよい。この場合には、電線が２本になるので、パッシブフィルタ回路１２０及びアクティブフィルタ回路１１０に用いるコンデンサ、コイルおよび抵抗はそれぞれ２個とすればよい。あるいは、電線として３相４線式の場合でもよい。

【0054】

また、本実施の形態では、パッシブフィルタ回路１２０には安全性の向上のために第１放電用抵抗部１２４と第２放電用抵抗部１２５に、放電用抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６を設けているが、フィルタ機能を得るためには必ずしも必須ではない。ただし、安全性を考慮すれば両方に設けることが好ましいが、第１放電用抵抗部１２４または第２放電用抵抗部１２５のみであってもよい。

【0055】

さらに、本実施の形態では、演算増幅部１１３のオペアンプの駆動源として、Ｓ相とＴ相に接続して、この電線に接続された電源により直流電圧を生じるＡＣ－ＤＣ変換の電源回路１３０を設けてハイブリッドノイズフィルタ装置の設置を容易な構成としたが、本発明はこれに限定されない。このような電源回路を設けず、例えば電池駆動としてもよい。
（実施例）

【0056】

以下、具体的な実施例について説明する。図３は、図２に示すハイブリッドノイズフィルタ装置１００の外観形状を示す写真である。図３において、（ａ）は主要部品が実装された面で、(ｂ)は反対側の面であり、基板に設けられたＲ相、Ｓ相、Ｔ相からなる電線と、アクティブフィルタ回路１１０とを設けた面である。図２と同じものについては同じ符号を付しているので説明は省略する。これを本実施例とよぶ。

【0057】

図４は比較例１の１段ノイズフィルタ装置２００の構成を示すブロック図である。比較例１の１段ノイズフィルタ装置２００は、本実施の形態に係るハイブリッドノイズフィルタ装置１００で用いたパッシブフィルタ回路１２０のみで構成されている。図１で説明した構成要件と同じ構成要件については同じ符号を付しているので説明を省略する。図５は、図４に示す比較例１の１段ノイズフィルタ装置２００の外観形状を示す写真である。図５において、（ａ）は主要部品が実装された面で、(ｂ)は反対側の面であり、基板に設けられたＲ相、Ｓ相、Ｔ相からなる電線を設けた面である。図２と同じものについては同じ符号を付しているので説明は省略する。図３と図５とを比較するとわかるように、本実施例のハイブリッドノイズフィルタ装置１００は、図５に示す１段ノイズフィルタ装置２００に対して、アクティブフィルタ回路１１０と電源回路１３０とを付加した構成であるが、全体形状はほとんど変わらない。

【0058】

図６は、比較例２の２段ノイズフィルタ装置３００の構成を示すブロック図である。比較例２の２段ノイズフィルタ装置３００は、比較例１の１段ノイズフィルタ装置２００と同じパッシブフィルタ回路１２０に、さらにコイル部３２０、第３放電用抵抗部３３０および第３ノイズ吸収部３１０を付加した構成からなる。コイル部３２０は、コイル部１２３と同様にＲ相、Ｓ相、Ｔ相に直列に、コイルＬ４、Ｌ５、Ｌ６が接続されている。第３ノイズ吸収部３１０は、第１ノイズ吸収部１２１と同じ構成であり、第３の線間コンデンサＣ１４、Ｃ１５、Ｃ１６の一端部がそれぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ相に接続され、他端部は共通に接続されている。第３放電用抵抗部３３０は、第１放電用抵抗部１２４および第２放電用抵抗部１２５と同じように相間に接続されている。すなわち、比較例２のノイズフィルタ装置３００は、ＬＣフィルタを２段構成にしてノイズ低減機能をさらに向上させたものである。図７は、図６に示す比較例２の２段ノイズフィルタ装置３００の外観形状を示す写真である。図６と同じものについては同じ符号を付しているので説明は省略する。

【0059】

図８は、本実施例、比較例１および比較例２について、それぞれ減衰特性を測定した結果である。測定器としてはＥＮＡベクトルネットワークアナライザ（キーサイトテクノロジー株式会社製）を用い、０．０１ＭＨｚ～３０ＭＨｚの周波数範囲で減衰特性を測定した。

【0060】

図８からわかるように、本実施例のハイブリッドノイズフィルタ装置１００は、比較例１の１段ノイズフィルタ装置２００に比べて、１ＭＨｚ以下の周波数領域で良好な減衰特性が得られた。一方、比較例２の２段ノイズフィルタ装置３００に比べると、１５０ＫＨｚ以下の周波数領域で良好な減衰特性が得られた。

【0061】

図９は、本実施例、比較例１および比較例２の重量を比較した結果である。本実施例のハイブリッドノイズフィルタ装置１００は、比較例１の１段ノイズフィルタ装置２００とほぼ同じ重量であるが、比較例２の２段ノイズフィルタ装置３００に比べると約４５％軽量化されている。

【0062】

図１０は、本実施例、比較例１および比較例２の容積を比較した結果である。本実施例のハイブリッドノイズフィルタ装置１００は、比較例２に比べると大幅（約５６％）な小型化を実現している。

【0063】

以上の結果、本実施例のハイブリッドノイズフィルタ装置１００は、低周波領域を含めて十分な減衰特性を有しながら、小型化と軽量化を実現することができた。

【産業上の利用可能性】

【0064】

本発明のハイブリッドノイズフィルタ装置は、小型でありながらコモンモードノイズを効率よく低減できるだけでなく、ノーマルモードノイズ低減もできインバータ装置などのノイズ源を発生する電気機器のノイズ対策分野に有用である。

【符号の説明】

【0065】

１００ ハイブリッドノイズフィルタ装置
１１０ アクティブフィルタ回路
１１１ コモンモードノイズ検出部
１１２ 相殺用電圧重畳部
１１３ 演算増幅部
１２０ パッシブフィルタ回路
１２１ 第１ノイズ吸収部
１２２ 第２ノイズ吸収部
１２３、３２０ コイル部
１２４ 第１放電用抵抗部
１２５ 第２放電用抵抗部
１３０ 電源回路
１４０ 入力端子
１５０ 出力端子
１６０ ３相交流電源
１７０ インバータ装置
１８０ モータ
２００ １段ノイズフィルタ装置
３００ ２段ノイズフィルタ装置
３１０ 第３ノイズ吸収部
３３０ 第３放電用抵抗部
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 検出コンデンサ
Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６ 出力コンデンサ
Ｃ７、Ｃ８、Ｃ９ 第１の線間コンデンサ
Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２ 第２の線間コンデンサ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６ コイル
Ｃ１３ 接地コンデンサ
Ｃ１４、Ｃ１５、Ｃ１６ 第３の線間コンデンサ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９ 放電用抵抗
Ｐ 出力端子
Ｒｓ、Ｒｆ、Ｒｏ 抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】