(57)【要約】【課題】フィルタの減衰特性を容易に改善ないし調整することができるノイズフィルタを提供する。【解決手段】電力変換装置で発生する伝導ノイズを抑制するノイズフィルタ３あって、  フィルタ３を構成する接地コンデンサ回路５及び相間コンデンサ回路４の少なくとも一方にフィルタ減衰特性を調整するインピーダンス回路１０を接続した。【選択図】図１
2012044812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置で発生する伝導ノイズを抑制するノイズフィルタであって、
フィルタを構成する接地コンデンサ回路及び相間コンデンサ回路の少なくとも一方にフィルタ減衰特性を調整するインピーダンス回路を接続したことを特徴とするノイズフィルタ。
【請求項２】
前記インピーダンス回路は、前記接地コンデンサ回路及び前記相間コンデンサ回路の少なくとも一方に直列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のノイズフィルタ。
【請求項３】
前記インピーダンス回路は、前記接地コンデンサ及び前記相間コンデンサ回路の少なくとも一方に並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のノイズフィルタ。
【請求項４】
前記請求項１〜３の何れか１項のノイズフィルタを使用したことを特徴とするＥＭＣフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置で発生する伝導ノイズを抑制するノイズフィルタ及びこれを使用したＥＭＣフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のノイズフィルタとしては、一般的には、図４に示すように構成されている。すなわち、ノイズフィルタ１００は、交流電源１０１と電力変換装置１０２との間に電源供給線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗにそれぞれコモンモードリアクトルＣＬを介挿し、これらコモンモードリアクトルＣＬと電力変換装置１０２との間の電源供給線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗにそれぞれ相間コンデンサＰＣ１、ＰＣ２及びＰＣ３の一端が接続され、これら相間コンデンサＰＣ１〜ＰＣ３の他端が互いに接続されて相間コンデンサ回路１０３が形成され、さらに相間コンデンサ回路１０３と接地との間に接地コンデンサＥＣを介挿した接地コンデンサ回路１０４が形成されている。
【０００３】
このノイズフィルタ１００によると、相間コンデンサＰＣ１〜ＰＣ３によって、バイパス経路を形成するとともに、コモンモードリアクトルＣＬの漏れインダクタンス成分によって電源側のインピーダンスを増大させることにより、電源側へのノイズの流出を防止することができる。また、接地コンデンサＥＣ及びコモンモードリアクトルＣＬのインダクタンス成分によって、３相電力を供給する電源供給線Ｌｕ〜Ｌｗを通して電源側に流れ込む高周波電流のバイパス経路として機能させる。
【０００４】
ところで、上記構成を有するノイズフィルタ１００では、コンデンサは自己共振周波数以上では容量成分として作用しないため、それ以上の周波数ではバイパス効果が低減し、一方、コモンモードリアクトルＣＬも自己共振周波数以上では誘導成分として作用しないため、それ以上の周波数では高周波電流が電源側に流出する。
このため、交流電源及び電力変換装置との間の電源供給線にコモンモードリアクトルを設け、さらに、コンデンサとリアクトルとがそれぞれ直列接続された直列回路が三相電圧を供給する電源供給線と接地間にそれぞれ接続された構成として、高周波成分に対するバイパス経路を確保しつつ、コモンモードリアクトルの自己共振周波数以上の帯域あるノイズ成分に対する減衰特性を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、他のノイズフィルタとして、交流電源及び電力変換装置との間の電源供給線にコモンモードリアクトルを接続し、これらコモンモードリアクトルと直列に接続される接地用コンデンサ及び相間コンデンサを容量の大きなコンデンサと容量の小さなコンデンサとを並列接続して構成し、容量の大きなコンデンサが容量性を果たさなくなる数ＭＨｚ帯域以上の高周波電流成分は容量の小さなコンデンサでバイパスさせ、ノイズ低減効果を得るようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２４５０３７号公報
【特許文献２】特開２００７−２３６１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１及び２に記載された従来例にあっては、コモンモードリアクトル、相間コンデンサ、接地コンデンサの容量を変更することでフィルタの減衰特性を調整することができるが、ノイズフィルタを構成する相間コンデンサ回路１０３及び接地コンデンサ回路１０４における配線の長さ、経路がフィルタの減衰特性を大きく悪化させる場合ある。すわなち、図５に示すように、接地コンデンサＥＣと接地との間の接地線Ｌｅが非常に長く、しかも接地線Ｌｅの一部が交流電源に近接する場合には、ノイズ電流により接地線ＬｅのインピーダンスＺＬにノイズ電圧Ｖｚが発生してフィルタ減衰特性が悪化する。また、接地線Ｌｅが交流電源１に近接しているので、ノイズ誘導１０５が発生し、フィルタ減衰特性が悪化する。接地線Ｌｅの長さ、経路の問題は装置の構造的欠陥が原因であるため、装置の完成後は対策が困難であるという未解決の課題がある。
【０００８】
また、相間コンデンサ回路１０３及び接地コンデンサ回路１０４における配線の問題によりフィルタ減衰特性が悪化した場合、従来ではフィルタのコモンモードリアクトル、相間コンデンサ及び接地コンデンサの定数を強化して対応していたが、定数が非常に大きくなるため、製造コストが嵩むという未解決の課題もある。
さらに、接続されるパワーエレクトロニクス機器の変更など、回路変更時にはコモンモードリアクトル、相間コンデンサ及び接地コンデンサの各定数の再選定によりフィルタ減衰特性を調整するため、多くの時間を費やさざるを得ないという未解決の課題もある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、フィルタの減衰特性を容易に改善ないし調整することができるノイズフィルタ及びこれを使用したＥＭＣフィルタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係るノイズフィルタは、電力変換装置で発生する伝導ノイズを抑制するノイズフィルタであって、フィルタを構成する接地コンデンサ回路及び相間コンデンサ回路の少なくとも一方にフィルタ減衰特性を調整するインピーダンス回路を接続したことを特徴としている。
この構成によると、接地コンデンサ回路及び相間コンデンサ回路の少なくとも一方にインダクタ、コンデンサ、抵抗等のインピーダンス素子を直列又は並列に接続することにより、減衰特性を調整することができる。ここで、抵抗成分は配置した経路のインピーダンスを大きくすることでノイズ電流を抑制することができ、インダクタンス成分は配置した経路の周波数特性を調整することができ、容量成分は配置した経路に対して周波数調整とインピーダンス低減とを行うことができる。また、フェライトコア等の磁気コアを適用することにより、ノイズ電流を抑制すると共に、周波数調整を行うことができる。
【００１０】
また、請求項２に係るノイズフィルタは、請求項１に係る発明において、前記インピーダンス素子は、前記接地コンデンサ回路及び前記相間コンデンサ回路の少なくとも一方に直列に接続されていることを特徴としている。
この構成によると、インピーダンス素子を直列に接続することにより、インピーダンス素子に応じたインピーダンス調整を行ってフィルタの減衰特性を調整することができる。
【００１１】
また、請求項３に係るノイズフィルタは、請求項１に係る発明において、前記インピーダンス素子は、前記接地コンデンサ及び前記相間コンデンサ回路の少なくとも一方に並列に接続されていることを特徴としている。
この構成によると、インピーダンス素子を並列に接続することにより、インピーダンス素子に応じたインピーダンス調整を行ってフィルタの減衰特性を調整することができる。
また、請求項４に係るＥＭＣフィルタは、請求項１乃至３の何れか１項に係るノイズフィルタを使用したことを特徴としている。
この構成によると、ＥＭＣフィルタの減衰特性を容易に調整することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ノイズフィルタを構成する接地コンデンサ回路及び相間コンデンサ回路の少なくとも一方にフィルタ減衰特性を調整するインピーダンス回路を接続したので、このインピーダンス回路によって、接地コンデンサ回路及び相間コンデンサ回路の少なくとも一方の特性を調整してフィルタ減衰特性を容易に調整することができる。
また、上記効果を有するノイズフィルタを使用してＥＭＣフィルタを構成することにより、ＥＭＣフィルタのフィルタ減衰特性を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の変形例を示す回路図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す回路図である。
【図４】従来例を示す回路図である。
【図５】従来例の他の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を電力変換装置に適用した場合の第１の実施形態を示す。
図中、１は３相交流を出力する交流電源であって、この交流電源１から出力される３相交流電力が電源供給線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗを介してコンバータ、インバータ等の高周波スイッチング素子を有する電力変換装置としてのパワーエレクトロニクス機器２に供給されている。
【００１５】
交流電源１及びパワーエレクトロニクス機器２間の電源供給線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗには、ＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）フィルタ３が介挿されている。このＥＭＣフィルタ３は、電源供給線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗのそれぞれに介挿されたコモンモードリアクトルＣＬと、相間コンデンサ回路４と、接地コンデンサ回路５とを備えている。
相間コンデンサ回路４は、電源供給線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗに一端が接続された相間コンデンサＰＣ１、ＰＣ２及びＰＣ３を有し、これら相間コンデンサＰＣ１〜ＰＣ３の他端が互いに接続されている。
【００１６】
また、接地コンデンサ回路５は、相間コンデンサ回路４と接地との間に接続され、相間コンデンサＰＣ１〜ＰＣ３と直列に接続される接地コンデンサＥＣを有する。
接地コンデンサ回路５における接地コンデンサＥＣと接地との間の接地線Ｌｅが長く設定されているとともに、接地線Ｌｅの一部が交流電源１に近接するように引き回されている。
【００１７】
そして、接地コンデンサ回路５の接地線Ｌｅにおける接地コンデンサＥＣの近傍にインピーダンス回路１０が接続されている。このインピーダンス回路１０は、接地線Ｌｅの接地コンデンサＥＣの近傍に装着された例えばファライトコアで構成される磁気コア１１と、この磁気コア１１と接地コンデンサＥＣとの間の接続点に一端が接続された調整用コンデンサＣｚとを備えている。
調整用コンデンサＣｚの他端は、接地線Ｌｅと異なる経路にて配設された接地線Ｌｅ２の一端に接続され、この接地線Ｌｅ２の他端が接地線Ｌｅの接地点近傍に接続されて一点接地とされている。
【００１８】
次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。
交流電源１から三相交流電力が電源供給線Ｌｕ〜Ｌｗを介してパワーエレクトロニクス機器２に供給され、このパワーエレクトロニクス機器２を構成する例えばコンバータで三相交流電力を直流電力に変換してインバータに供給し、このインバータで直流電力を交流電力に変換して電動機等の負荷に供給して負荷を駆動する。
【００１９】
このとき、パワーエレクトロニクス機器２のインバータ等では例えば６個のＩＧＢＴ等のスイッチング素子がスイッチング動作されることにより、コモンモードノイズやノーマルモードノイズ等の伝導ノイズが発生し、これらが電源供給線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗ間に現れる。
この伝導ノイズは、ＥＭＣフィルタ３を構成するコモンモードリアクトルＣＬと相間コンデンサＰＣ１、ＰＣ２及びＰＣ３及び接地コンデンサＥＣとによるＬＣフィルタによって減衰される。
【００２０】
このとき、図１に示すように、接地コンデンサ回路５の接地線Ｌｅが長く設定されている場合には、ノイズ電流により接地線Ｌｅのインピーダンスにノイズ電圧が発生してフィルタ減衰特性が悪化する。また、図１に示すように、接地線Ｌｅの一部が交流電源１に近接している場合には、ノイズ誘導が発生し、フィルタ減衰特性が悪化することになる。
このようにフィルタ減衰特性が悪化する場合には、フィルタ減衰特性の悪化状況を分析し、フィルタ減衰特性の改善が必要な周波数領域に合わせてインピーダンス回路１０を構成する磁気コア１１の特性及び調整用コンデンサＣｚの容量の大きさを設定する。
【００２１】
すなわち、接地コンデンサ回路５に設けられたインピーダンス回路１０は、接地線Ｌｅに装着された磁気コア１１と、この磁気コア１１と並列に接続される調整用コンデンサＣｚとで構成されている。
磁気コア１１のインピーダンスＺｍｃは、
Ｚｍｃ＝Ｒ＋ｊＸ      …………（１）
で表される。ここで、Ｒは抵抗成分であって、ノイズを熱として消費し、ｊは虚数、Ｘはリラクタンス成分であって、このリラクタンス成分Ｘは高周波信号を反射して減衰させる。
【００２２】
また、調整用コンデンサＣｚのインピーダンスＺｃは、
Ｚｃ＝１／ｊωＣ…………（２）
で表される。ここで、ｊは虚数、ωは信号の角周波数、Ｃは調整用コンデンサＣｚのキャパシタンスである。
したがって、合成インピーダンスＺｓは、
Ｚｓ＝（Ｒ＋ｊＸ）／｛１＋ｊωＣ（Ｒ＋ｊＸ）｝    …………（３）
で表される。
【００２３】
このため、磁気コア１１の抵抗成分Ｒによって、接地経路のインピーダンスを大きくすることができ、ノイズ電流を抑制する効果が得られる。また、磁気コア１１のリアクタンス成分Ｘによってノイズによる高周波信号を反射して減衰させることができ、周波数特性を調整することができる。さらに調整用コンデンサＣｚの容量成分Ｃを適用することにより、配置した経路に対して周波数調整とインピーダンス低減の双方の効果を発揮することに加えてノイズ誘導の原因であるノイズ電流を接地線Ｌｅ２に分流させることができる。
【００２４】
このため、上記のように調整用コンデンサＣｚによる並列インピーダンスＺｃと、磁気コア１１による適切な直列インピーダンスＺｍｃを追加することにより、フィルタ減衰特性を効果的に改善することができる。
ここで、インピーダンス回路１０の抵抗成分Ｒ、リアクタンス成分Ｘ及び容量成分Ｃの選択及び選択した各成分の大きさは、フィルタ減衰特性の改善が必要な周波数領域に合わせて最適化する必要がある。
なお、ノイズ誘導の低減が不要と判断される場合は、接地線Ｌｅ２はＬｅと平行に近接して配線しても問題は無い。
【００２５】
このように、上記第１の実施形態では、ＥＭＣフィルタ３のフィルタ減衰特性が悪化した場合に、ＥＭＣフィルタ３自体の特性調整は行うことなく、接地コンデンサ回路５の接地線Ｌｅに設けたインピーダンス回路１０でフィルタ減衰特性の調整を行うので、フィルタ減衰特性の調整を容易に、且つ短時間で行うことができ、さらに低コストで行うことができる。しかも、装置の完成後であっても、フィルタ減衰特性の調整を自由に行うことができる。
【００２６】
また、上記第1の実施形態では、調整用コンデンサＣｚが、接地線Ｌｅと異なる経路にて配設された接地線Ｌｅ２を通じて接地線Ｌｅの接地点近傍に接続されて一点接地とされているので、磁気コア１１及び調整用コンデンサＣｚと接地点との間で共通インピーダンスが生じることを防止することができる。因みに、調整用コンデンサＣｚの接地側の接地線Ｌｅ２を省略して、接地線Ｌｅの磁気コア１１の近傍における接地側に接続する場合には、接地線Ｌｅが磁気コア１１及び調整用コンデンサＣｚに対して共通インピーダンスとなって一方の電流変動によって他方が電位変動することになる。しかしながら、上記第１の実施形態では、一点接地によって共通インピーダンスが生じることを防止しているので、接地線Ｌｅ及びＬｅ２間の相互影響を防止することができる。
【００２７】
なお、上記第１の実施形態においては、磁気コア１１及び調整用コンデンサＣｚを接地コンデンサＥＣの接地線Ｌｅ側に並列に接続した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、接地コンデンサ回路５に対するインピーダンス素子の配置可能な箇所は、図２に示すように、接地コンデンサＥＣを含んで梯子形を形成するようにインピーダンス素子ｚ１〜ｚ７を配置した場合のインピーダンス素子ｚ１〜ｚ７の何れかの位置にインピーダンス素子を配置することができる。ここで、インピーダンス素子としては、前述した磁気コア１１や調整用コンデンサＣｚに限らず、インダクタンスや抵抗等をフィルタ減衰特性の調整に必要なインピーダンス素子を組み合わせることができる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態を図３について説明する。
この第２の実施形態では、相間コンデンサ回路４にインピーダンス回路を配置するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態では、図３に示すように、相間コンデンサＰＣ１〜ＰＣ３のそれぞれと並列に調整用コンデンサＣｚと磁気コア１１とを直列に配置したインピーダンス回路Ｚ１〜Ｚ３を接続してＥＭＣフィルタ３の周波数特性を調整するようにしたことを除いては前述した第１の実施形態における図１の構成と同様の構成を有し、図１との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
【００２９】
この第２の実施形態によると、交流電源１に接続されるパワーエレクトロニクス機器２を変更することにより、ＥＭＣフィルタ３の周波数特性がずれた場合に対応することができる。すなわち、パワーエレクトロニクス機器２を変更することにより、ＥＭＣフィルタ３の周波数特性が適合しなくなった場合に、調整用コンデンサＣｚ及び磁気コア１１とを直列に配置したインピーダンス回路Ｚ１〜Ｚ３を相間コンデンサＰＣ１〜ＰＣ３と並列に配置することにより、相間コンデンサＰＣ１〜ＰＣ３を新たなパワーエレクトロニクス機器２の周波数特性に合わせて交換することなく、磁気コア１１のリアクトル成分Ｘと調整用コンデンサＣｚのキャパシタンスＣとによってＥＭＣフィルタ３の周波数特性を新たなパワーエレクトロニクス機器２に整合するように調整することができる。
【００３０】
したがって、前述した第１の実施形態と同様に、ＥＭＣフィルタ３自体の特性調整は行うことなく、相間コンデンサ回路４の相間コンデンサＰＣ１〜ＰＣ３と並列に設けたインピーダンス回路Ｚ１〜Ｚ３でフィルタ周波数特性の調整を行うので、フィルタ周波数特性の調整を容易に、且つ短時間で行うことができ、さらに低コストで行うことができる。しかも、装置の完成後であっても、フィルタ周波数特性の調整を自由に行うことができる。
【００３１】
また、相間コンデンサにおけるインピーダンス素子の配置も、図２と同様に各コンデンサに対して梯子形を形成するように実施することができる。
さらに、上記第１及び第２の実施形態においては、本発明をＥＭＣフィルタに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ＥＭＩ(Electro-Magnetic Interference)フィルタ等の他のノイズフィルタに本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…交流電源、２…パワーエレクトロニクス機器、３…ＥＭＣフィルタ、ＣＬ…コモンモードリアクトル、４…相間コンデンサ回路、ＰＣ１〜ＰＣ３…相間コンデンサ、５…接地コンデンサ回路、ＥＣ…接地コンデンサ、Ｌｅ…接地線、１０…インピーダンス回路、１１…磁気コア、Ｃｚ…調整用コンデンサ、Ｌｅ２…接地線、Ｚ１〜Ｚ３…インピーダンス回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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