特許 7605379 ノイズフィルタ及びノイズ除去方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】ノイズフィルタ及びノイズ除去方法

(51)【国際特許分類】

   H03H 7/01 20060101AFI20241217BHJP

   H03H 7/09 20060101ALI20241217BHJP

   H02J 3/01 20060101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

H03H7/01 A

H03H7/09 A

H02J3/01

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2024538406

(86)(22)【出願日】2022-09-13

(86)【国際出願番号】 JP2022034191

(87)【国際公開番号】W WO2024057395

(87)【国際公開日】2024-03-21

【審査請求日】2024-06-24

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109612

【弁理士】

【氏名又は名称】倉谷 泰孝

(74)【代理人】

【識別番号】100116643

【弁理士】

【氏名又は名称】伊達 研郎

(74)【代理人】

【識別番号】100184022

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 美保

(72)【発明者】

【氏名】萩原 開人

(72)【発明者】

【氏名】大塚 喬太

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 健二

【審査官】石田 昌敏

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６０－２２３４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０４５３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１６４９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１８２９５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ ７／００－ ７／１３

Ｈ０２Ｊ ３／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源と負荷とを電気的に接続する電源線に設けられ、オン状態であるときは前記電源と前記負荷とを電気的に接続し、オフ状態であるときは前記電源と前記負荷とを電気的に遮断するスイッチング素子と、
前記電源線に印加される周期的なインパルスノイズを検出するセンサと、
第１のインパルスノイズを検出してから第２のインパルスノイズを検出するまでの時間に相当する時間が、前記第２のインパルスノイズを検出してから経過した場合、前記スイッチング素子をオフ状態とさせ、前記第２のインパルスノイズを検出してから前記時間が経過した後、予め設定された開放時間が経過した場合、前記スイッチング素子をオン状態とさせる制御部と、
を備えたノイズフィルタ。

【請求項2】

前記スイッチング素子と前記負荷との間の前記電源線に設けられ、
前記スイッチング素子がオフであるときに、前記負荷に電力を供給する給電回路を備えた
請求項１に記載のノイズフィルタ。

【請求項3】

前記センサは、前記第１のインパルスノイズに連続した前記第２のインパルスノイズを検出する
請求項１に記載のノイズフィルタ。

【請求項4】

前記スイッチング素子は、スイッチングダイオードである
請求項１に記載のノイズフィルタ。

【請求項5】

前記センサは、電圧センサまたは電流センサである
請求項１に記載のノイズフィルタ。

【請求項6】

前記給電回路は、コンデンサである
請求項２に記載のノイズフィルタ。

【請求項7】

前記センサは、前記第１のインパルスノイズを検出すると、前記第１のインパルスノイズに対応する第１の信号を前記制御部に送信し、前記第２のインパルスノイズを検出すると、前記第２のインパルスノイズに対応する第２の信号を前記制御部に送信し、
前記制御部は、前記第２の信号を受信した時間から前記第１の信号と前記第２の信号を受信した時間の差が経過した時間に前記スイッチング素子をオフ状態とさせ、前記時間が経過した後、前記開放時間が経過した場合、前記スイッチング素子をオン状態とさせる制御を行う
請求項１に記載のノイズフィルタ。

【請求項8】

前記電源と前記スイッチング素子の間の前記電源線に設けられ、前記電源から供給される三相交流を直流に整流して出力するダイオードブリッジを更に備えた
請求項１に記載のノイズフィルタ。

【請求項9】

電源と負荷とを電気的に接続する電源線に印加される周期的なインパルスノイズをセンサが検出するステップと、
前記センサが、第１のインパルスノイズを検出すると、前記第１のインパルスノイズに対応する第１の信号を制御部に送信するステップと、
前記センサが、第２のインパルスノイズを検出すると、前記第２のインパルスノイズに対応する第２の信号を前記制御部に送信するステップと、
前記制御部が、前記第１の信号を受信してから前記第２の信号を受信するまでの時間差を算出するステップと、
前記制御部が、前記第２の信号を受信してから前記時間差が経過したかを判断するステップと、
前記第２の信号を受信してから前記時間差が経過した場合は、オン状態であるときは前記電源と前記負荷とを電気的に接続し、オフ状態であるときは前記電源と前記負荷とを電気的に遮断するスイッチング素子に対して、前記制御部がオフ状態とさせる制御を行うステップと、
前記第２のインパルスノイズを検出してから前記時間差が経過した後、予め設定された開放時間が経過した場合、前記スイッチング素子に対して、前記制御部がオン状態とさせる制御を行うステップと、
を備えるノイズ除去方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、周期的なインパルスノイズに対するフィルタに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の技術として、例えば特許文献１には、サージ電圧により発生したインパルスノイズや適応しない電源が供給された場合の保護動作を行う電源回路が記載されている。特許文献１の電源回路では、過電圧検知回路の監視対象となる交流の伝送ラインと過電圧検知回路との間に、例えばコイルとコンデンサを備えたローパスフィルタを介挿し、このローパスフィルタによりインパルスノイズを除去している。また、この電源回路は、適応しない電源が供給された場合の過電圧を過電圧検知回路が検知した場合に、伝送ラインを電気的に切断する過電流保護回路を備えている。過電流保護回路は、伝送ラインに流れる過電流により溶断するヒューズにより構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－１８２９５６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された電源回路では、コイルとコンデンサにより構成されるローパスフィルタによってインパルスノイズを除去している。しかし、コンデンサは急速な電圧の変化に対応できず、一部のインパルスノイズがフィルタ後段の負荷へ流れてしまう可能性があり、コイルのコアは磁気飽和することで対策効果が失われる可能性がある。また、仮に、除去しきれなかったインパルスノイズを遮断するために過電流保護回路としてのヒューズを適用して、伝送ラインを電気的に切断した場合、新たなヒューズを装着するまで断線したままであり、負荷を継続的に動作させることが困難であるという課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示に係るノイズフィルタは、電源と負荷とを電気的に接続する電源線に設けられ、オン状態であるときは前記電源と前記負荷とを電気的に接続し、オフ状態であるときは前記電源と前記負荷とを電気的に遮断するスイッチング素子と、電源線に印加される周期的なインパルスノイズを検出するセンサと、第１のインパルスノイズを検出してから第２のインパルスノイズを検出するまでの時間に相当する時間が、第２のインパルスノイズを検出してから経過した場合、スイッチング素子をオフ状態とさせ、前記第２のインパルスノイズを検出してから前記時間が経過した後、予め設定された開放時間が経過した場合、前記スイッチング素子をオン状態とさせる制御部とを備えたものである。

【発明の効果】

【0006】

本開示のノイズフィルタは、第１のインパルスノイズを検出してから第２のインパルスノイズを検出するまでの時間に相当する時間が、第２のインパルスノイズを検出してから経過した場合、スイッチング素子をオフさせる制御部を備えており、電源と負荷とをヒューズの溶断による遮断を行わずに、インパルスノイズの到達に合わせて電源と回路を遮断するため、負荷の継続的な動作を妨げることなく、インパルスノイズが負荷へ流れてしまうことを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施の形態１におけるノイズフィルタの構成図

【図2】インパルスノイズの周期性を示した模式図

【図3】実施の形態１におけるノイズフィルタの適用前における電源線及び負荷にかかる電圧の変化を示したタイミングチャート

【図4】実施の形態１におけるノイズフィルタの適用後におけるノイズフィルタの構成要素の動作と電源線及び負荷にかかる電圧の変化とを示したタイミングチャート

【図5】実施の形態１における制御部の動作を表すフローチャート

【図6】実施の形態１における制御部の状態遷移図

【図7】実施の形態１の変形例におけるノイズフィルタの構成図

【図8】実施の形態１の変形例におけるノイズフィルタの適用後におけるノイズフィルタの構成要素の動作と電源線及び負荷にかかる電圧の変化及びスイッチング素子の開放時間と電源線間電圧の関係図

【図9】実施の形態２におけるノイズフィルタの構成図

【発明を実施するための形態】

【0008】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるノイズフィルタ３の構成を示す図である。実施の形態１では、ノイズフィルタ３を単相の電源線４に適用した場合について説明する。ノイズフィルタ３は、図１に示すように、電源１と、負荷２との間に設けられている。電源１は、負荷２に対して電力を供給する。負荷２は、電源１から電源線４を介して電力が供給され、供給された電力により駆動する。負荷２は、１つ以上の回路素子から構成されている。電源線４は、電源１と負荷２を電気的に接続する。電源線４は、第１の電源線４１と第２の電源線４２の２線からなる。なお、第１の電源線４１と第２の電源線４２を分けて説明する必要がない場合には、これ以降、単に電源線４と記載する。実施の形態１では、電源線４がインパルスノイズの伝搬経路となる場合について説明する。

【0009】

ノイズフィルタ３は、図１に示すように、スイッチング素子３１と、センサ３２と、制御部３３とを備えている。ノイズフィルタ３は、負荷２をインパルスノイズから保護するために、電源線４に設けられている。

【0010】

スイッチング素子３１は、電源線４において、負荷２よりも電源１に近い位置に設けられている。スイッチング素子３１は、第１のスイッチング素子３１１と第２のスイッチング素子３１２との２つからなる。第１のスイッチング素子３１１は、第１の電源線４１に設けられている。第２のスイッチング素子３１２は、第２の電源線４２に設けられている。これ以降、第１のスイッチング素子３１１と第２のスイッチング素子３１２が同じ動作を行う場合の説明については、スイッチング素子３１と記載する。

【0011】

なお、例えば、第１のスイッチング素子３１１のみ動作させ、第２のスイッチング素子３１２を動作させない場合、第２の電源線４２を介してインパルスノイズが伝搬してしまう可能性がある。そのため、インパルスノイズの伝搬を防ぐために、本実施の形態では、第１のスイッチング素子３１１と第２のスイッチング素子３１２とを同時に動作させることとする。

【0012】

スイッチング素子３１は、オンオフ動作により電源１と負荷２との電気的な接続または遮断を切り替える。スイッチング素子３１は、オン状態であるときは電源１と負荷２とを電気的に接続し、オフ状態であるときは電源１と負荷２とを電気的に遮断する。スイッチング素子３１は、詳細は後述するが、制御部３３によってオンオフ動作が制御される。スイッチング素子３１は、例えば、スイッチングダイオードなどである。また、スイッチング素子３１は、ノイズフィルタ３用に別途設けることに限られず、ＤＣ－ＤＣコンバータ等のスイッチング電源の回路内のスイッチング素子を代用してもよい。

【0013】

センサ３２は、電源線４において、スイッチング素子３１よりも電源１に近い位置に設けられている。センサ３２は、例えば、電源線４にかかる電圧を測定する電圧センサである。センサ３２は、電圧の測定値が所定値以上のとき、これをインパルスノイズとして検出する。図２を用いて、本実施の形態で扱うインパルスノイズについて説明する。図２は、インパルスノイズの周期性を示した模式図である。図２（ａ）は、バーストの非周期性について示した模式図である。バーストとは、数十回分程度のインパルスノイズの束をいう。図２（ａ）に示すように、バーストは非周期的に到来する。

【0014】

図２（ｂ）は、バーストに含まれる複数のインパルスノイズの周期性について示した模式図である。図２（ｂ）に示すように、ある１つのバーストに含まれる複数のインパルスノイズは、ある程度周期的に到来する。実施の形態１では、このようなインパルスノイズのことを周期的なインパルスノイズと呼ぶ。周期的なインパルスノイズとは、具体的には、１つ目のインパルスノイズが到達してから２つ目のインパルスノイズが到達するまでの時間の差と、２つ目のインパルスノイズが到達してから３つ目のインパルスノイズが到達するまでの時間の差とがほぼ等しいものをいう。すなわち、バーストに含まれる複数のインパルスノイズが到来する時間の差は、それぞれほぼ等しい。

【0015】

図２（ｃ）は、１つのインパルスノイズの電圧波形について示した模式図である。図２（ｃ）に示すように、インパルスノイズは、例えば、負荷２の外部で発生し、電源線４を伝搬する電気的なノイズであり、電圧の最大値を１００％としたときに、１０％から９０％まで数ｎｓで立ち上がるような電圧波形となるものをいう。インパルスノイズは、例えば、この数ｎｓの立ち上がり時間の間にセンサ３２によって検出される。

【0016】

なお、センサ３２は、電圧センサだけではなく、電流センサであってもよいし、電界センサや磁界センサでもよい。センサ３２は、インパルスノイズを検出すると、制御部３３に検出結果を送信する。センサ３２は、検出結果として、例えば、センサ信号を制御部３３へ送信する。

【0017】

図１に示すように、制御部３３は、スイッチング素子３１のオンオフ動作を制御する。制御部３３は、スイッチング素子３１とセンサ３２とに電気的に接続されている。制御部３３は、例えば、ＣＰＵとメモリで構成された基板または装置である。この場合、制御部３３は、メモリに格納されているプログラムをＣＰＵが読み出して実行することで、動作する。制御部３３は、スイッチング素子３１のオンオフ動作を制御するための信号として、例えば、ゲート信号を出力する。ゲート信号は、デジタル信号またはアナログ信号のどちらでもよく、スイッチング素子３１の駆動方式にあわせて選択される。ここでは、ゲート信号がデジタル信号である場合について説明する。

【0018】

次に、ノイズフィルタ３の動作について説明する。図３は、実施の形態１におけるノイズフィルタ３の適用前における電源線４及び負荷２にかかる電圧の変化を示したタイミングチャートである。図３（ａ）は、実施の形態１におけるノイズフィルタの適用前における電源線４にかかる電圧の変化を示している。周期的なインパルスノイズが電源線４に伝搬するとき、図３（ａ）に示すように、電源線４のコモンモード電圧には、インパルスノイズの電圧が重畳される。ここで、コモンモードとは、第１の電源線４１と第２の電源線４２にかかる電圧の基準が接地である場合をいう。実施の形態１では、第１の電源線４１と第２の電源線４２にかかる電圧の波形が同位相である場合について説明する。図３（ａ）では、周期的なインパルスノイズが電源線４に４つ到来していることを示している。インパルスノイズは、到来する順に第１のインパルスノイズ、第２のインパルスノイズ、第３のインパルスノイズ、第４のインパルスノイズとする。第２のインパルスノイズは、第１のインパルスノイズに連続してセンサ３２に検出される。同様に、第３のインパルスノイズは第２のインパルスノイズに連続してセンサ３２に検出され、第４のインパルスノイズは第３のインパルスノイズに連続してセンサ３２に検出される。

【0019】

図３（ｂ）は、実施の形態１におけるノイズフィルタの適用前における負荷２にかかる電圧の変化を示している。図３（ｂ）では、インパルスノイズの電圧が負荷２のコモンモード電圧に重畳される例について図示している。図３（ｂ）からわかるように、ノイズフィルタ３を適用しない場合、インパルスノイズが負荷２へ伝搬してしまう。

【0020】

図４は、実施の形態１におけるノイズフィルタ３の適用後におけるノイズフィルタ３の構成要素の動作と電源線４及び負荷２にかかる電圧の変化とを示したタイミングチャートである。図４（ａ）は、実施の形態１におけるノイズフィルタ３の適用後における電源線４にかかる電圧の変化を示している。周期的なインパルスノイズが電源線４に伝搬するとき、図４（ａ）に示されるように、インパルスノイズの電圧が電源線４のコモンモード電圧に重畳される。図４（ａ）でも、図３（ａ）と同様に、第１から第４のインパルスノイズが電源線４に到来していることを示している。

【0021】

図４（ｂ）は、実施の形態１におけるノイズフィルタ３の適用後におけるセンサ３２の動作を示している。図４（ｂ）では、センサ３２がインパルスノイズを検出すると、制御部３３にセンサ信号を送信することを図示している。センサ３２は、第１のインパルスノイズを検出すると、これに対応するセンサ信号として第１の信号を制御部３３に送信する。同様に、センサ３２は、第２、第３、第４のインパルスノイズを検出すると、センサ信号として第２、第３、第４の信号を制御部３３に送信する。

【0022】

図４（ｃ）は、実施の形態１におけるノイズフィルタ３の適用後における制御部３３の動作を示している。図４（ｃ）では、インパルスノイズが到達する時間に合わせて、制御部３３がゲート信号をスイッチング素子３１に送信することを図示している。制御部３３は、センサ信号を受信した時間から、それぞれのインパルスノイズが到達した時間の差である時間差ΔＴ１２、ΔＴ２３、ΔＴ３４を計算する。ここで、時間差ΔＴ１２は、第１のインパルスノイズを検出してから第２のインパルスノイズを検出するまでの時間に相当する、第１と第２のインパルスノイズが到達した時間の差である。同様に、時間差ΔＴ２３は第２と第３のインパルスノイズが到達した時間の差であり、時間差ΔＴ３４は第３と第４のインパルスノイズが到達した時間の差である。第２のインパルスノイズが到達した時間から時間差ΔＴ１２が経過すると、制御部３３は、スイッチング素子３１にゲート信号＝１を送信する。ゲート信号＝１を受信すると、スイッチング素子３１はオフ状態となる。スイッチング素子３１がオフ状態になると、スイッチング素子３１が設けられた箇所において電源線４が電気的に遮断された状態となるため、負荷２は電源１から電気的に遮断されることになる。

【0023】

図４（ｄ）は、実施の形態１におけるノイズフィルタ３の適用後におけるスイッチング素子３１の動作を示している。図４（ｄ）では、図４（ｃ）で制御部３３からスイッチング素子３１に送信されたゲート信号に合わせて、スイッチング素子３１が電源１と負荷２との電気的な接続と遮断を行うことが図示されている。

【0024】

制御部３３は、時間差ΔＴ１２の経過後、更に開放時間Ｔｏｆｆが経過すると、ゲート信号＝０をスイッチング素子３１に送信する。開放時間Ｔｏｆｆとは、負荷２を電源１から電気的に遮断する時間のことである。開放時間Ｔｏｆｆの長さは、例えば数百ナノ秒である。ゲート信号＝０を受信すると、スイッチング素子３１はオン状態となる。スイッチング素子３１がオン状態になると、スイッチング素子３１が設けられた箇所において電源線４が電気的に接続された状態となるため、負荷２は電源１と電気的に接続されることになる。

【0025】

制御部３３は、第３のインパルスノイズが到達する時間から時間差ΔＴ２３が経過した後においてと、第４のインパルスノイズが到達する時間から時間差ΔＴ３４が経過した後においても、第２のインパルスノイズが到達する時間から時間差ΔＴ１２が経過した後と同様の動作を行う。このように、制御部３３が連続したインパルスノイズに対してそれぞれ動作を行うので、ノイズフィルタ３は第３のインパルスノイズ以降のインパルスノイズを取りこぼすことなく除去することができる。

【0026】

制御部３３は、第４のインパルスノイズが到達する時間から時間差ΔＴ３４が経過した後において、更に開放時間Ｔｏｆｆが経過する間にセンサ３２からのセンサ信号を受信しなかった場合、開放時間Ｔｏｆｆが経過してから更に待機時間Ｔｗａｉｔ待機する。制御部３３は、待機時間Ｔｗａｉｔの間にセンサ３２からのセンサ信号を受信しなかった場合は、バーストの到来が終了したと判断し、センサ３２からセンサ信号の受信を待つ状態に戻る。制御部３３は、待機時間Ｔｗａｉｔの間にセンサ３２からのセンサ信号を受信した場合は、図４（ｃ）での動作を繰り返す。ここで、待機時間Ｔｗａｉｔは、開放時間Ｔｏｆｆに比べて十分長い時間であればよく、例えば、数秒である。

【0027】

図４（ｅ）は、実施の形態１におけるノイズフィルタ３の適用後における負荷２にかかる電圧の変化を示している。図４（ｅ）では、負荷２にかかるコモンモード電圧に、第３のインパルスノイズと第４のインパルスノイズの電圧が重畳されなかったことを図示している。上述したように、制御部３３は、インパルスノイズが到達する時間にあわせてスイッチング素子３１のオンオフ動作の制御を行う。そして、スイッチング素子３１が、インパルスノイズが到達する時間にあわせて負荷２を電源１から電気的に遮断することにより、インパルスノイズから負荷２を保護することができる。

【0028】

次に、インパルスノイズから負荷２を保護するための制御部３３の動作について、図５を参照しながら詳細に説明する。図５は制御部３３の動作を表すフローチャートである。制御部３３は、定常状態となると、動作を開始する。ここで、定常状態とは、制御部３３がセンサ３２から第１の信号の受信を待つ状態のことをいう。また、後述する待機時間Ｔｗａｉｔの間に制御部３３がセンサ信号を受信せずに第１の信号の受信を待つ状態となる場合を含む。ステップＳ１１において、制御部３３は、スイッチング素子３１にゲート信号＝０を送信する。制御部３３は、ステップＳ１２において、センサ３２から第１の信号を受信しない場合、センサ３２からセンサ信号を受信するまで待機する。ステップＳ１２において、制御部３３がセンサ３２から第１の信号を受信すると、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３において、制御部３３は、センサ３２から第２の信号を受信しない場合、センサ３２からセンサ信号を受信するまで待機する。ステップＳ１３において、制御部３３がセンサ３２から第２の信号を受信すると、ステップＳ１４に進む。

【0029】

ステップＳ１４において、制御部３３は、第１の信号を受信してから第２の信号を受信するまでの時間差ΔＴ１２を計算する。例えば、時間差ΔＴ１２は、第１の信号を受信した時間をＴ１、第２の信号を受信した時間をＴ２とすると、以下の式（１）で求めることができる。
ΔＴ１２＝Ｔ２―Ｔ１・・・（１）

【0030】

また、制御部３３は、計算した時間差ΔＴ１２を用いて第３のインパルスノイズが到達する時間Ｔ’３を予測する。時間Ｔ’３は、以下の式（２）で求めることができる。なお、インパルスノイズが到達すると予測する時間には「’」を付して、実際にセンサ信号を受信する時間とは区別するものとする。
Ｔ’３＝Ｔ２＋ΔＴ１２・・・（２）

【0031】

ステップＳ１５において、制御部３３がセンサ３２から新たなセンサ信号を受信していない場合、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６において、時間Ｔ２から時間差ΔＴ１２が経過していない場合、ステップＳ１５に戻る。ステップＳ１５とステップＳ１６とを繰り返すことで、制御部３３は、時間差ΔＴ１２が経過するまでの間にインパルスノイズが到達したかどうかを監視する。ステップＳ１６において、時間Ｔ２から時間差ΔＴ１２が経過した場合、ステップＳ１８に進む。

【0032】

ステップＳ１５において、センサ３２から第３の信号を受信した場合、時間差ΔＴ１２が経過するまでの間に第３のインパルスノイズが到達したと判断することができる。この場合、ステップＳ１４に戻り、再度のステップＳ１４において、制御部３３は、上記式（１）と同様に、第２の信号を受信してから第３の信号を受信するまでの時間差ΔＴ２３を計算する。また、制御部３３は、上記式（２）と同様に、計算した時間差ΔＴ２３を用いて第４のインパルスノイズが到達する時間Ｔ’４を予測する。

【0033】

ここで、ステップＳ１４の動作を繰り返す場合について、一般化して説明する。まず、ステップＳ１４において、ｎが２以上の整数である場合において、第ｎ－１の信号を受信してから第ｎの信号を受信するまでの時間差ΔＴ（ｎ－１）（ｎ）を算出する。そして、第ｎの信号を受信した時間に、時間差ΔＴ（ｎ－１）（ｎ）を加算することで、第ｎ＋１のインパルスノイズが到達する時間Ｔ’（ｎ＋１）を算出する。

【0034】

次に、ステップＳ１５において、センサ３２からセンサ信号を受信すると、ステップＳ１４に戻る。そして、制御部３３は、ｎに代入する整数を１だけ増加させたうえで、第ｎ－１の信号を受信してから第ｎの信号を受信するまでの時間差ΔＴ（ｎ－１）（ｎ）を求める。制御部３３は、計算した時間差ΔＴ（ｎ－１）（ｎ）を用いて次の第ｎ＋１のインパルスノイズが到達する時間Ｔ’（ｎ＋１）を予測する。

【0035】

このように、ステップＳ１４で予測した第ｎ＋１のインパルスノイズが到達する時間Ｔ’（ｎ＋１）よりも前に次のインパルスノイズが到達した場合、制御部３３は、ステップＳ１５において、そのインパルスノイズに対応するセンサ信号を受信する。再度のステップＳ１４において、制御部３３は、ｎに代入する整数を１だけ増加させたうえで、第ｎ－１の信号を受信してから第ｎの信号を受信するまでの時間差ΔＴ（ｎ－１）（ｎ）を用いて、再度第ｎ＋１のインパルスノイズが到達する時間Ｔ’（ｎ＋１）を予測し直す。以後、ステップ１４へ戻る毎に、制御部３３は同様の動作を繰り返し、そのたびｎに代入する整数は１ずつ増加させる。

【0036】

なお、開放時間Ｔｏｆｆを予め適切な長さに設定しておくことで、第ｎ＋１のインパルスノイズの到達が、予測した時間Ｔ’（ｎ＋１）より多少遅れても、第ｎ＋１のインパルスノイズが電源線４を伝搬経路として負荷２へ伝搬してしまうことを防ぐことができる。よって、第ｎ＋１のインパルスノイズの到達が多少遅れても、時間Ｔ’（ｎ＋１）を予測し直す必要がなくなる。また、開放時間Ｔｏｆｆは、例えば、予め設定されて制御部３３のメモリに保存されている。

【0037】

ステップＳ１６において、時間Ｔ’（ｎ＋１）が経過していない場合、ステップＳ１５に戻る。ステップＳ１５とステップＳ１６とを繰り返すことで、制御部３３は、時間Ｔ’（ｎ＋１）が経過するまでの間にインパルスノイズが到達したかどうかを監視する。ステップＳ１６において、時間Ｔ’（ｎ＋１）が経過した場合、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７において、制御部３３は、スイッチング素子３１にゲート信号＝１を送信する。スイッチング素子３１は、ゲート信号１を受信すると、開放時間Ｔｏｆｆだけオフ状態となる。負荷２は、スイッチング素子３１がオフ状態となることにより、インパルスノイズが伝搬する電源線４から遮断されることとなる。

【0038】

ステップＳ１８において、制御部３３は、第ｎ＋１のインパルスノイズが到達すると予測した時間Ｔ’（ｎ＋１）から開放時間Ｔｏｆｆが経過していない場合、開放時間Ｔｏｆｆが経過するまで待機する。

【0039】

ステップＳ１８において、開放時間Ｔｏｆｆが経過すると、ステップＳ１９に進む。

【0040】

ステップＳ１９において、制御部３３は、ゲート信号＝０をスイッチング素子３１に送信する。

【0041】

ステップＳ２０において、制御部３３が、第ｎ＋１のインパルスノイズが到達すると予測した時間Ｔ’（ｎ＋１）から開放時間Ｔｏｆｆが経過するまでの間にセンサ３２からセンサ信号を受信していない場合、ステップＳ２１に進む。ステップＳ２０において、制御部３３が、開放時間Ｔｏｆｆが経過するまでの間にセンサ３２からセンサ信号を受信した場合、予測した時間に第ｎ＋１のインパルスノイズが到達したと判断することができる。この場合、ステップＳ１４に戻る。

【0042】

ステップＳ２１において、開放時間Ｔｏｆｆからさらに待機時間Ｔｗａｉｔが経過する間に制御部３３がセンサ３２からセンサ信号を受信していない場合、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２１において、開放時間Ｔｏｆｆからさらに待機時間Ｔｗａｉｔが経過する間に制御部３３がセンサ３２からセンサ信号を受信した場合、待機時間Ｔｗａｉｔが経過するまでの間に新たなインパルスノイズが到達したと判断することができる。新たなインパルスノイズとは、例えば、遅れてきた第５のインパルスノイズである。この場合、ステップＳ１４に戻る。ステップＳ２１とステップＳ２２とを繰り返すことで、制御部３３は、待機時間Ｔｗａｉｔが経過するまでの間にインパルスノイズが到達したかどうかを監視する。

【0043】

ステップＳ２２において、待機時間Ｔｗａｉｔが経過した場合は、ステップＳ２３に進む。ステップＳ２３において、制御部３３は定常状態となり、周期的なインパルスノイズで構成された１つのバーストに対するノイズ除去のための動作を終了する。

【0044】

次に、制御部３３の状態遷移について説明する。図６は、制御部３３の状態遷移図である。状態遷移図とは、制御部３３の複数の状態を四角の中にそれぞれ記載し、矢印で状態の遷移を表し、矢印の近くには状態が遷移したきっかけとなる情報を記載したものである。

【0045】

図６の状態１において、制御部３３は、定常状態である。制御部３３が定常状態となったとき、制御部３３は、ゲート信号＝０をスイッチング素子３１に送信する。定常状態において、制御部３３は、センサ３２からのセンサ信号を待つ。制御部３３は、センサ３２から第１の信号を受信すると、状態２に遷移する。このとき、制御部３３は、第１の信号を受信した時間Ｔ１を、例えば、メモリに記録する。
図４の状態２において、制御部３３は、第２の信号を待つ状態となる。制御部３３は、センサ３２から第２の信号を受信すると、状態３に遷移する。

【0046】

状態３において、センサ３２から第１の信号と第２の信号を受信すると、制御部３３は、第１の信号を受信してから第２の信号を受信するまでの時間差ΔＴ１２を計算する。制御部３３は、この時間差ΔＴ１２を第２の信号を受信した時間Ｔ２に加算して、時間Ｔ’３を算出する。時間Ｔ’３とは、第３のインパルスノイズが到達することが予測される時間のことである。そして、制御部３３は、時間Ｔ’３を算出すると、状態４に遷移する。

【0047】

状態４において、制御部３３は、予測した時間Ｔ’３になるまで待機する。予測した時間Ｔ’３になる前にセンサ３２から第３の信号を受信した場合、制御部３３は、状態３に遷移する。

【0048】

状態４から状態３に遷移すると、制御部３３は、第２の信号を受信してから第３の信号を受信するまでの時間差ΔＴ２３を計算する。制御部３３は、第３の信号を受信した時間Ｔ３に時間差ΔＴ２３を加算して、時間Ｔ’４を算出し、再度状態４に遷移する。時間Ｔ’４とは、第４のインパルスノイズが到達することが予測される時間のことである。再度の状態４において、制御部３３は、時間Ｔ’４になるまで待機する。制御部３３は、時間Ｔ’４となる前にセンサ信号を受信した場合、再び状態３に遷移する。

【0049】

状態３と状態４の遷移について一般化して説明する。まず、状態３で時間差ΔＴ（ｎ－１）（ｎ）を計算し、これを用いて第ｎ＋１のインパルスノイズが到達すると予測した時間Ｔ’（ｎ＋１）を算出する。なお、ｎは２以上の整数である。状態４に遷移して、予測した到達時間Ｔ’（ｎ＋１）となる前にセンサ信号を受信すると、状態３に遷移する。そして、制御部３３は、ｎに代入する整数を１だけ増加させたうえで、第ｎ－１の信号を受信してから第ｎの信号を受信するまでの時間差ΔＴ（ｎ－１）（ｎ）を計算する。制御部３３は、時間Ｔ（ｎ）に時間差ΔＴ（ｎ－１）（ｎ）を加算して、第ｎ＋１のインパルスノイズが到達する時間である時間Ｔ’（ｎ＋１）を再度算出し直す。以後、状態３へ遷移する毎に、制御部３３は同様の動作を繰り返し、そのたびにｎに代入する整数を１ずつ増加させる。時間Ｔ’（ｎ＋１）まで待機している間にセンサ３２からセンサ信号を受信せず、時間Ｔ’（ｎ＋１）となった場合、制御部３３は、ゲート信号＝１を出力して状態５へ遷移する。ゲート信号＝１を受信することで、スイッチング素子３１はオフ状態となる。なお、状態５から状態３へ遷移したときの動作と、状態６から状態３へ遷移したときの動作は、状態４から状態３へ遷移したときの動作と同様である。

【0050】

状態５において、制御部３３は、第ｎ＋１のインパルスノイズが到達すると予測した時間Ｔ’（ｎ＋１）から開放時間Ｔｏｆｆが経過するまでの間、センサ３２からのセンサ信号を待つ。

【0051】

時間Ｔ’（ｎ＋１）から開放時間Ｔｏｆｆが経過するまでの間にセンサ信号を受信した場合、制御部３３は、開放時間Ｔｏｆｆの経過後にゲート信号＝０を出力して状態３へ遷移する。状態３において、制御部３３は、ｎに代入する整数を１だけ増加させたうえで、第ｎ－１の信号を受信してから第ｎの信号を受信するまでの時間差ΔＴ（ｎ－１）（ｎ）を計算し、これを用いて更に次の第ｎ＋１の信号が到来する時間Ｔ’（ｎ＋１）を算出する。

【0052】

時間Ｔ’（ｎ＋１）から開放時間Ｔｏｆｆが経過するまでの間にセンサ信号を受信しなかった場合、制御部３３は、開放時間Ｔｏｆｆの経過後にゲート信号＝０を出力して状態６へ遷移する。

【0053】

状態６において、制御部３３は、開放時間Ｔｏｆｆが経過して、更に待機時間Ｔｗａｉｔが経過するまでの間、センサ信号の受信を待つ。待機時間Ｔｗａｉｔが経過するまでの間にセンサ信号を受信した場合、制御部３３は、状態３へ遷移する。状態３において、制御部３３は、ｎに代入する整数を１だけ増加させたうえで、第ｎ－１の信号と第ｎの信号の受信時間の差から第ｎ＋１の信号が到来する時間Ｔ’（ｎ＋１）を予測する。待機時間Ｔｗａｉｔの間にセンサ信号を受信しなかった場合、制御部３３は、状態１へ遷移し、定常状態に戻る。状態１における制御部３３の動作は、前述した動作と同様の動作を行う。

【0054】

実施の形態１のノイズフィルタ３は、センサ３２が電源線４に印加される周期的なインパルスノイズを検出してセンサ信号を制御部３３に送信し、第１のインパルスノイズを検出してから第２のインパルスノイズを検出するまでの時間に相当する時間が、第２のインパルスノイズを検出してから経過した場合、スイッチング素子３１をオフさせる制御部３３を備えており、インパルスノイズの到達に合わせて電源１と負荷２を電気的に遮断する。このため、実施の形態１のノイズフィルタ３は、負荷２の継続的な動作を妨げることなく、インパルスノイズが負荷２へ流れてしまうことを防ぐことができる。

【0055】

なお、実施の形態１では、電源線４が２線である場合について説明したが、電源線４は３線以上であってもよい。この場合、スイッチング素子３１はそれぞれの電源線４に設ければよいので、電源線４の本数に応じたスイッチング素子３１を用意すればよい。

【0056】

また、実施の形態１では、センサ３２は電源線４１及び電源線４２に設けた場合について説明した。しかし、センサ３２の配置は、電源線４に印加されるインパルスノイズを検出できる配置であればどこでもよい。例えば、センサ３２は、インパルスノイズを除去する働きを持つコンデンサに直列に接続する配置としても良い。このようなコンデンサの例としては、例えば、電源ラインとグラウンドとの間に接続されるＹコンデンサがある。

【0057】

変形例として、ノイズフィルタ３は、負荷２が電源１から電気的に遮断された際に、負荷２に電力を供給する給電回路５を備えてもよい。ここで、負荷２としては、例えば、数ｎｓでも電気的に遮断されると動作をできなくなる精密機器などの回路を用いる場合を想定する。この場合、負荷２は、ノーマルモード電圧がかかっていることで動作する。負荷２は、開放時間Ｔｏｆｆの間であっても電源１から電気的に遮断されると、すなわち、負荷２にかかるノーマルモード電圧が一定値以下となると、動作を継続できなくなる。ここで、ノーマルモード電圧とは、第１の電源線４１と第２の電源線４２の間の電圧をいう。

【0058】

図７は、実施の形態１の変形例におけるノイズフィルタの構成図である。給電回路５は、図７に示すように、スイッチング素子３１と負荷２との間の電源線４に設けられている。給電回路５は、スイッチング素子３１がオフ状態である場合に、負荷２に電力を供給する。給電回路５は、例えば、コンデンサなどである。給電回路５として用いるコンデンサの数はいくつであってもよく、制限はない。また、給電回路５は、瞬間停電対策や電流の平滑化のために設けられたコンデンサを利用してもよい。

【0059】

給電回路５としてコンデンサを用いる場合、負荷２に供給される電力には、コンデンサの容量値と負荷２の消費電力に依存した電圧降下が生じる。そのため、負荷２の動作を継続させるために必要なコンデンサの容量値は、負荷２の消費電力とスイッチング素子３１がオフ状態となる開放時間Ｔｏｆｆの長さから算出する。

【0060】

図８は、ノイズフィルタ３の適用後におけるノイズフィルタ３の構成要素の動作と電源線及び負荷にかかる電圧の変化及びスイッチング素子３１の開放時間Ｔｏｆｆと、第１の電源線４１と第２の電源線４２との間にかかる電圧である電源線間電圧Ｖｎとの関係を示した図である。図８上部の（ａ）から（ｅ）は図４の（ａ）から（ｅ）と同じである。図８（ｆ）は、変形例におけるノイズフィルタ３の適用後における負荷２にかかるノーマルモード電圧の変化を示している。スイッチング素子３１が電源１と負荷２との電気的な接続と遮断を行う時間に、ノーマルモード電圧が変化する。

【0061】

スイッチング素子３１をオフ状態とすると、負荷２は、電源１からの電力供給が遮断される。このため、負荷２には、給電回路５として用いたコンデンサから電力が供給される。この場合、図８（ｇ）に示すように、電源線間電圧Ｖｎは、コンデンサの放電に伴って、時間の経過に応じて低下する。従って、負荷２の動作を継続させるために、コンデンサは、負荷２の消費電力とスイッチング素子３１がオフ状態となる開放時間Ｔｏｆｆの長さから計算した十分な容量があるものを選定すればよい。

【0062】

なお、電源１を上流側とし、負荷２を下流側とすると、上流側から電源１、センサ３２、制御部３３、スイッチング素子３１、給電回路５、負荷２の順に電気的に接続されていればよい。それぞれの回路や素子の間に他の回路や素子であるダイオードブリッジ、ＤＣ－ＤＣコンバータ、他のフィルタまたは入出力の保護回路などを配置してもよい。

【0063】

変形例によれば、本願のノイズフィルタ３は、負荷２が電源１から電気的に遮断された際に、負荷２に電力を供給する給電回路５を設けたので、負荷２が、数ｎｓでも電気的に遮断されると動作できなくなるような精密機器に搭載される回路の場合であっても、負荷２を継続的に動作させることができる。

【0064】

実施の形態２．
実施の形態１では、電源線４の数だけスイッチング素子３１が必要である場合について述べた。本実施の形態では、電源線４が３線以上で、電源１とスイッチング素子３１の間の電源線４にダイオードブリッジ６を設けた場合について述べる。ダイオードブリッジ６の下流にスイッチング素子３１を配置することで、電源線４が３線以上であっても、２つのスイッチング素子で構成することができる。なお、実施の形態２のノイズフィルタ３は、実施の形態１またはその変形例のノイズフィルタ３と共通している部分がほとんどである。そのため、以下においては、実施の形態１またはその変形例のノイズフィルタ３との相違点を中心に説明することとし、実施の形態１またはその変形例のノイズフィルタ３と共通する構成等については適宜説明を省略する。

【0065】

図９は、実施の形態２におけるノイズフィルタ３の構成図を示したものである。本実施の形態２では、電源線４が三相交流用であり、かつ電源線４を流れる電流をダイオードブリッジ６で整流している場合に適用した例について説明する。電源線４は、ダイオードブリッジ６よりも電源１に近い位置に設けられた第１の電源線４０１、第２の電源線４０２、第３の電源線４０３からなる。また、ダイオードブリッジ６よりも負荷２に近い位置に設けられた電源線７は、第１の電源線７０１、及び第２の電源線７０２からなる。第１の電源線４０１、第２の電源線４０２、第３の電源線４０３は、電源１とダイオードブリッジ６を電気的に接続する。第１の電源線７０１、第２の電源線７０２は、ダイオードブリッジ６と負荷２とを電気的に接続する。なお、第１の電源線７０１と第２の電源線７０２を分けて説明する必要がない場合には、これ以降、単に電源線７と記載する。ダイオードブリッジ６は、電源１から供給される三相交流を直流に整流して出力する。このため、ダイオードブリッジ６は３線の入力を２線で出力することとなる

【0066】

本実施の形態２で説明する構成は、電源線４が三相交流用であり、ダイオードブリッジ６を設けた構成以外の構成については、実施の形態１と同様である。すなわち、負荷２に対して電力を供給する電源１と、電源１から電源線４を介して電力が供給され、供給された電力により駆動する負荷２と、負荷２をインパルスノイズから保護するために電源線４に設けられたノイズフィルタ３と、を備える構成については実施の形態１と同様である。

【0067】

ノイズフィルタ３は、スイッチング素子３１と、センサ３２と、制御部３３とを備えている構成は実施の形態１と同様である。また、スイッチング素子３１は第１のスイッチング素子３１１と第２のスイッチング素子３１２からなる構成についても実施の形態１と同様である。図９に示すように、第１のスイッチング素子３１１は第１の電源線７０１に備えられている。また、第２のスイッチング素子３１２は第２の電源線７０２に備えられている。

【0068】

次に、ノイズフィルタ３の動作について説明する。センサ３２は、第１の電源線４０１と第２の電源線４０２と第３の電源線４０３を伝搬するインパルスノイズを検出し、制御部３３にセンサ信号を送信する。制御部３３は、センサ３２からセンサ信号を受信すると、スイッチング素子３１のオンオフ動作の制御を行う。制御部３３が行う動作は、実施の形態１と同様である。スイッチング素子３１は、オンオフ動作を行うことによってインパルスノイズが負荷２へ伝搬してしまうことを防ぐ。

【0069】

実施の形態２によれば、三相交流を直流に整流して出力するダイオードブリッジ６を設けたので、３線の電源線４からの入力を電源線７の２線で出力することとなる。このため、電源線４の本数よりも少ない電源線７の本数と同数の個数のスイッチング素子３１でノイズフィルタ３を構成することができる。

【0070】

なお、実施の形態２では、ノイズフィルタ３を三相３線式電源に用いた例について説明したが、これに限られない。例えば、三相４線式電源に用いた場合でも、電源線の本数よりも少ない個数のスイッチング素子にてノイズフィルタを構成することができる。

【符号の説明】

【0071】

１ 電源、２ 負荷、３ ノイズフィルタ、４ 電源線、５ 給電回路、６ ダイオードブリッジ、７ 電源線、３１ スイッチング素子、３２ センサ、３３ 制御部、 ４１ 第１の電源線、４２ 第２の電源線、３１１ 第１のスイッチング素子、３１２ 第２のスイッチング素子、４０１ 第１の電源線、４０２ 第２の電源線、４０３ 第３の電源線、７０１ 第１の電源線、７０２ 第２の電源線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】