(57)【要約】【課題】容易で、雑音環境の変化にも対応可能な雑音の低減対策を提供する。【解決手段】雑音検出部１１により電源線を伝導する雑音を検出して雑音波形を得て、反転増幅回路１２により検出した雑音波形の位相を反転させてレベルを増幅した反転信号を生成し、打ち消し波形印加部１４により電源線に反転信号を印加する。これにより、電源線に重畳した雑音信号を打ち消すことができるので、簡単な構成で既存の電気製品や電気機器などに改造を加えることなく、容易に雑音の低減対策が可能となる。加えて、雑音環境が変化した場合にも自動的に追従して動作するので、保守者にかかる稼働を大幅に低減することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電線に重畳された雑音を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した雑音波形の位相を反転させて振幅を所望の値にまで増幅した反転信号を生成する反転増幅手段と、
前記反転信号を前記電線に印加する印加手段と、
を有することを特徴とする雑音除去装置。
【請求項２】
前記検出手段が検出した雑音波形をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記ディジタル信号を前記Ａ／Ｄ変換手段から入力して記憶する記憶手段と、
前記雑音に対して雑音周期の整数倍遅延させたタイミングで、前記記憶手段から前記ディジタル信号を読み出してアナログ信号に変換して前記反転増幅手段へ出力するＤ／Ａ変換手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載の雑音除去装置。
【請求項３】
前記反転増幅手段は、前記Ｄ／Ａ変換手段の前段に配置されたものであって、前記記憶手段から前記ディジタル信号を読み出して当該ディジタル信号にデータ処理を施すことにより、前記雑音波形の位相を反転させて振幅を所望の値にまで増幅したディジタル反転信号を生成し、
前記Ｄ／Ａ変換手段は、前記ディジタル反転信号をアナログ信号である反転信号に変換して前記印加手段へ出力することを特徴とする請求項２記載の雑音除去装置。
【請求項４】
前記検出手段と前記印加手段を共用して１つの装置で構成し、
前記検出手段による雑音の検出処理と前記印加手段による反転信号の印加処理とを時分割で制御する制御手段を有することを特徴とする請求項２又は３記載の雑音除去装置。
【請求項５】
前記印加手段が前記反転信号を印加した前記電線に残留した雑音成分を測定する効果測定手段と、
前記効果測定手段の測定結果に基づいて前記反転信号の印加タイミングと前記反転信号の増幅レベルの両方もしくはいずれか一方を制御する評価手段と、
を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の雑音除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源線や通信線等の電線に重畳する周期性の雑音を除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電気・電子機器は、その動作に伴って不要な雑音を発生し、その雑音は電源線や通信ケーブルを介して、あるいは空間を放射して伝わり、他の機器に電磁的影響を及ぼすことがある。このような雑音の強度や性質によっては、影響を受けた機器が故障したり、不具合を起こしたりすることがあるので、雑音の影響を防ぐ対策が必要となる。
【０００３】
雑音対策としては、雑音を出す機器の側でその雑音を低減させる対策と、雑音を受ける機器の側でその雑音を防ぐ対策がある（非特許文献１参照）。
【０００４】
従来、雑音を出す機器の側での対策としては、電子回路等の実装を工夫して、なるべく外部に伝導性雑音や放射が出ないようにする、機器やその部品に電磁シールドを施す、といった対策が行われている。また、有線や無線の通信装置については、フィルタ等を利用してその通信出力について、通信に使用する周波数帯域以外の不要なスプリアスなどの雑音を減衰させる手段が取られる。
【０００５】
一方で、雑音を受ける機器の側での対策としては、放射性、誘導性の雑音を防ぐために機器全体に電磁シールドを施したり、伝導性の雑音を防ぐために、通信線や電源線にあらかじめフィルタを挿入する対策が行われている。この場合のフィルタとして、外来雑音を減衰させるためにはコモンモードフィルタを用いるが、フィルタの有効な周波数帯域が限られるため、あらかじめ雑音の周波数帯域を想定しておく必要がある。その場合、想定外の周波数の雑音には対応することができない。通信線等においては、通信に使用する周波数帯域のみを通過させるノーマルモードフィルタを使用することで、帯域外の雑音を除去することが可能である。
【０００６】
雷や過電圧の対策としては、通信線や電源線にサージ防護素子（ＳＰＤ）を取り付けておき、閾値以上の大電圧や大電流が機器に流入した場合に、それらをアースに逃がしたり、通信線からのサージ電圧／電流を電源線にバイパスする、あるいはその逆の対策が講じられる（非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「最新  電磁波の吸収と遮蔽」、第２版、日本技術図書株式会社、１９９９年９月１０日、ｐ．４−５
【非特許文献２】倉本昇一、「ブロードバンド通信機器の雷防護技術」、ＮＴＴ技術ジャーナル、日本電信電話株式会社、２００３年３月、第１５巻、第３号、ｐ．４７−５０
【非特許文献３】「ノイズ対策最新技術」、株式会社総合技術出版、１９８６年７月３０日、ｐ．１１８−１２５
【非特許文献４】”使われる理由｜フェライトコア｜基礎知識｜村田製作所”、［online］、株式会社村田製作所、［平成２３年２月１５日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.murata.co.jp/products/emc/basic/ferrite/reason.html〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の雑音対策では、電源線を介して機器に流入する伝導性ノイズに関しては、電磁シールドは効果がないため、フィルタを用いた対策が取られることとなる。しかしながら、電源周波数は５０Ｈｚもしくは６０Ｈｚと低いため、ノーマルモードフィルタを実現するためにこの周波数でのローパスフィルタを構成しようとすると、大容量のコンデンサやインダクタンス、電流容量の大きなコイルが必要となり、大きく、重く、価格の高いフィルタとなってしまう。一方で、コモンモードフィルタとしては、絶縁トランス（非特許文献３）や、フェライトコア等を用いた外付けフィルタ（非特許文献４）が用いられる。前者については、電力損失を減らすために巻き線数を多く取り、透過率の高いコア材を用いる必要があり、電流容量を大きくするに従って、大きく重い、高価なものとなる欠点があった。後者については、その材質や形状によってフィルタとしての減衰周波数範囲は限定されており、効果的な雑音除去を行うためには、雑音の周波数によってフィルタを変える必要があった。この場合、雑音の除去は、実際に故障や誤動作が生じた状況で、保守者が雑音の周波数特性や時間波形を測定、分析し、フィルタを選択して対応するという方法を取る必要があり、保守者の知識や技術、経験も必要となっていた。あらかじめ、広い帯域の雑音に対応しようとすると、複数のフィルタを同時に設置しておく必要があり、大きさや価格の点で問題があった。
【０００９】
加えて、これらの雑音対策は、周囲環境の変化により雑音の周波数や波形が変わった場合にそれに対応することができず、別途新たな対策を講じる必要があるといった問題もあった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、容易で、雑音環境の変化にも対応可能な雑音の低減対策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】
【００１１】
本発明に係る雑音除去装置は、電線に重畳された雑音を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した雑音波形の位相を反転させて振幅を所望の値にまで増幅した反転信号を生成する反転増幅手段と、前記反転信号を前記電線に印加する印加手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
上記雑音除去装置において、前記検出手段が検出した雑音波形をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記ディジタル信号を前記Ａ／Ｄ変換手段から入力して記憶する記憶手段と、前記雑音に対して雑音周期の整数倍遅延させたタイミングで、前記記憶手段から前記ディジタル信号を読み出してアナログ信号に変換して前記反転増幅手段へ出力するＤ／Ａ変換手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
上記雑音除去装置において、前記反転増幅手段は、前記Ｄ／Ａ変換手段の前段に配置されたものであって、前記記憶手段から前記ディジタル信号を読み出して当該ディジタル信号にデータ処理を施すことにより、前記雑音波形の位相を反転させて振幅を所望の値にまで増幅したディジタル反転信号を生成し、前記Ｄ／Ａ変換手段は、前記ディジタル反転信号をアナログ信号である反転信号に変換して前記印加手段へ出力することを特徴とする。
【００１４】
上記雑音除去装置において、前記検出手段と前記印加手段を共用して１つの装置で構成し、前記検出手段による雑音の検出処理と前記印加手段による反転信号の印加処理とを時分割で制御する制御手段を有することを特徴とする。
【００１５】
上記雑音除去装置において、前記印加手段が前記反転信号を印加した前記電線に残留した雑音成分を測定する効果測定手段と、前記効果測定手段の測定結果に基づいて前記反転信号の印加タイミングと前記反転信号の増幅レベルの両方もしくはいずれか一方を制御する評価手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、容易で、雑音環境の変化にも対応可能な雑音の低減対策を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態における雑音除去装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】電源線の電源電圧波形と雑音波形を示すグラフである。
【図３】第２の実施の形態における雑音除去装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】打ち消し波形が遅延した場合の打ち消し効果の劣化を説明するための図である。
【図５】打ち消し波形を１周期分遅延させた場合の打ち消し効果を説明するための図である。
【図６】第３の実施の形態における雑音除去装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図７】第４の実施の形態における雑音除去装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図８】第５の実施の形態における雑音除去装置の構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。以下では、一般の商用交流電源線における雑音除去を例として説明するが、本発明は、交流電源線に限らず、通信線等の電線に広く適用することが可能である。特に、雑音が一定の周期性を持つ場合の雑音除去に有効である。
【００１９】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態における雑音除去装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示す雑音除去装置１は、雑音検出部１１、反転増幅回路１２、利得制御部１３、および打ち消し波形印加部１４を備える。本雑本除去装置１は、電源１００から負荷１１０への電力の供給を行う電源線に雑音検出部１１、打ち消し波形印加部１４を取り付けて、電源線を伝導する雑音を除去する。図２に、電源線の電源電圧波形３００と雑音波形２００を示す。国内外における商用電源の周波数は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであり、図２に示すように、電源線に重畳する雑音は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの電源電圧の周期に同期していることが多い。以下、雑音除去装置１の各部について説明する。
【００２０】
雑音検出部１１は、電源線に重畳されているコモンモード雑音を検出して雑音波形を得る。雑音検出部１１は、コモンモード電流を測定するための電流プローブ、コモンモード電圧を測定するための容量性電圧プローブなどを用いて実現することができる。雑音電流波形については、一定のインピーダンスで終端して電圧波形として取り出すことで、電気的処理が容易になる。図１では、電源線の例を示しているが、電源線の場合は、片側（コールド側）と大地アースとの間の電位差を直接測定しても良い。平衡伝送を行う通信線の場合は、ペア線のどちらか１線と大地アースとの間の電位差を直接測定しても良い。
【００２１】
反転増幅回路１２は、雑音検出部１１が検出した雑音波形を入力し、入力した雑音波形の位相を反転させて所望の値にまでレベルを増幅させた反転信号を生成する。反転増幅回路１２は、利得制御部１３からの指示に応じて信号増幅利得を所望の値に設定する。これは、既存の利得可変型の反転増幅回路等を用いて実現できる。
【００２２】
打ち消し波形印加部１４は、反転増幅回路１２が生成した反転信号を電源線に印加する。これにより、電源線には、もとの雑音信号にそれを打ち消す波形を持った反転信号が加えられる。反転信号のレベルをもとの雑音信号と同じ値となるように利得制御部１３で設定することによって、雑音信号を打ち消すことができる。結果として、この電源線を伝わって伝播する雑音を抑圧、除去することが可能となる。打ち消し波形印加部１４は、雑音検出部１１と同じ構造の電流プローブや容量性電圧プローブを信号印加用として用いることができる。また、容量性結合クランプなど、ＥＭＣ測定等に用いられ、電源線や通信線にコモンモード信号を印加する機能を持った様々な機器を用いることも可能である。加えて、両線とアースとの間に直接電圧を印加してもよい。なお、雑音検出部１１で雑音を電流として検出した場合には、打ち消し用の反転信号も電流プローブ等を用いて電流の形で印加することによって、精度の良い雑音除去が可能となる。
【００２３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、雑音検出部１１により電源線を伝導する雑音を検出し、反転増幅回路１２により検出した雑音波形の位相を反転させてレベルを増幅した反転信号を生成し、打ち消し波形印加部１４により電源線に反転信号を印加することにより、電源線に重畳した雑音信号を打ち消すことができるので、簡単な構成で既存の電気製品や電気機器などに改造を加えることなく、容易に雑音の低減対策が可能となる。加えて、雑音環境が変化した場合にも自動的に追従して動作するので、保守者にかかる稼働を大幅に低減することが可能となる。
【００２４】
［第２の実施の形態］
図３は、第２の実施の形態における雑音除去装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示す雑音除去装置２は、雑音検出部２１、Ａ／Ｄ変換部２２、メモリ２３、データ読出し・Ｄ／Ａ変換部２４、タイミング制御部２５、反転増幅回路２６、利得制御部２７、および打ち消し波形印加部２８を備える。
【００２５】
雑音検出部２１は、第１の実施の形態と同様の機能を有し、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの電源周波数の少なくとも１周期分の雑音を検出する。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換部２２は、雑音検出部２１で検出した雑音のアナログ波形をディジタル信号に変換する。これは既存のアナログ・ディジタル変換回路等を用いて実現可能である。
【００２７】
メモリ２３は、Ａ／Ｄ変換された雑音波形をディジタル情報の形で記憶、保持する。測定時に混入する白色雑音は平均化処理によってそのレベルが減少することから、メモリ２３上で雑音波形を複数周期にわたって蓄積し、平均化処理することで、白色雑音の影響を除去してもよい。
【００２８】
データ読出し・Ｄ／Ａ変換部２４は、検出された雑音に対して雑音周期の整数倍遅延させて、メモリ２３上に記憶された雑音波形のディジタル情報を読み出し、アナログ信号に変換する。データの読み出しタイミングは、タイミング制御部２５からの指示で任意に設定することができ、特定の間隔で繰り返し読み出すことが可能である。これらの機能は、既存のメモリ技術やその入出力技術、Ｄ／Ａ変換回路技術等を用いて実現可能である。
【００２９】
また、所望のタイミングでアナログ信号を送出する手段として、Ｄ／Ａ変換後のアナログ信号を遅延させて、その遅延時間を制御してもよい。これらは、物理的な伝送路長を変えられる同軸管を用いたり、いくつかの長さの異なる遅延線をアナログスイッチで切り替える等の手段で実現できる。また、データ読み出しのタイミングと上述のアナログ遅延制御とを組み合わせて実現することもできる。
【００３０】
反転増幅回路２６、利得制御部２７、および打ち消し波形印加部２８は、第１の実施の形態と同様の機能を有し、データ読出し・Ｄ／Ａ変換部２４が出力するアナログ信号の強度を反転し、レベルを増幅して電源線に印加する。
【００３１】
雑音検出部２１で雑音を検出してから打ち消し波形印加部２８が反転信号を印加するまでの間に生じる遅延時間が、雑音周期に比較して無視できるほど小さい場合には、第１の実施の形態のように、利得制御のみで雑音を打ち消すことが可能である。しかし実際には、雑音波形の変換や記憶、読み出し、反転処理等により遅延が生じる。この場合、図４（ａ）の雑音波形２００に対する図４（ｂ）の雑音反転波形２０１は、時間のずれを含んだ波形となり、その結果、打ち消し処理後の波形２０２は、図４（ｃ）に示すように、打ち消し効果が十分に発揮されないものとなる。図４に示す例では、雑音波形２００に対して雑音反転波形２０１は約１６０μｓ遅延している。
【００３２】
そこで、例えば商用電源周波数の５０Ｈｚや６０Ｈｚに同期した周期性雑音に対しては、雑音検出部２１が雑音を検出してから打ち消し波形印加部２８が反転信号を印加するまでの遅延時間が、雑音周期の整数倍となるように遅延時間を制御する。雑音波形２００を雑音周期の１周期分遅延させて反転した雑音反転波形２１１を電源線に印加することで、図５（ｃ）に示すように、最大の雑音除去効果を得ることができる。図５に示す例では、雑音波形２００に対して雑音反転波形２１１を約２０ｍｓ遅延させた。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、検出した雑音のアナログ波形をディジタル信号に変換してメモリ２３に記憶、保持させておき、データ読出し・Ｄ／Ａ変換部２４が、メモリ２３上に記憶された雑音波形のディジタル情報を読み出してアナログ信号に変換し、変換したアナログ信号の位相を反転させてレベルを増幅して、検出された雑音に対して雑音周期の整数倍遅延させて、電源線に印加することにより、雑音信号を打ち消すことができるので、電源線を伝わって伝播する雑音を抑圧、除去することが可能となる。
【００３４】
［第３の実施の形態］
図６は、第３の実施の形態における雑音除去装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示す雑音除去装置３は、雑音検出部３１、Ａ／Ｄ変換部３２、メモリ３３、データ読出し・反転増幅信号生成部３４、タイミング・利得制御部３５、Ｄ／Ａ変換部３６、および打ち消し波形印加部３７を備える。
【００３５】
雑音検出部３１、Ａ／Ｄ変換部３２、メモリ３３、および打ち消し波形印加部３７は、第２の実施の形態と同様の機能を有する。第３の実施の形態は、Ｄ／Ａ変換部３６の前段にデータ読出し・反転増幅信号生成部３４を有し、データ読出し・反転増幅信号生成部３４は、メモリ３３から雑音波形のディジタル信号を読み出すとともに、タイミング・利得制御部３５からのタイミング、利得の指示に基づき、ディジタル信号の段階で信号処理により振幅の反転および増幅を行う。その後、Ｄ／Ａ変換部３６でディジタル信号をアナログ化して打ち消し用の反転信号を生成して、打ち消し波形印加部３７が反転信号を電源線に印加する。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、検出した雑音のアナログ波形をディジタル信号に変換してメモリ３３に記憶、保持させておき、データ読出し・反転増幅信号生成部３４が、メモリ３３から雑音波形のディジタル信号を読み出すとともに、ディジタル信号の段階で信号処理により振幅の反転および増幅を行い、Ｄ／Ａ変換部３６が信号処理後のディジタル信号をアナログ化して、電源線に印加することにより、雑音信号を打ち消すことができるので、電源線を伝わって伝播する雑音を抑圧、除去することが可能となる。
【００３７】
［第４の実施の形態］
図７は、第４の実施の形態における雑音除去装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示す雑音除去装置４は、雑音検出・打ち消し波形印加部４１、Ａ／Ｄ変換部４２、メモリ４３、データ読出し・Ｄ／Ａ変換部４４、タイミング制御部４５、反転増幅回路４６、利得制御部４７、および時分割制御部４８を備える。
【００３８】
第２，３の実施の形態の雑音検出部２１，３１に用いられる電流プローブや容量性電圧プローブは、同一のプローブを信号印加用として、打ち消し波形印加部２８，３７にも用いることができる。そこで、第４の実施の形態では、雑音検出と打ち消し波形印加を同一のプローブで共用する雑音検出・打ち消し波形印加部４１を備え、時分割制御部４８を用いて時分割での動作をさせる。
【００３９】
例えば、時分割制御部４８をある１周期は雑音検出に利用し、その後の４９９周期は測定された１周期分のデータをもとに打ち消し波形印加に利用する、つまり、１０秒間に１度の２０ｍｓｅｃの雑音測定の結果をもとに雑音除去を行う。この場合、５００周期のうち１周期の間はノイズ成分が残ることとなるが、電力としてのノイズの影響は極めて小さくなる。
【００４０】
したがって、本実施の形態によれば、雑音検出と打ち消し波形印加を同一のプローブで共用する雑音検出・打ち消し波形印加部４１を備え、時分割制御部４８を用いて時分割での動作をさせることにより、装置を簡略化し小型化することができる。
【００４１】
［第５の実施の形態］
図８は、第５の実施の形態における雑音除去装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示す雑音除去装置５は、雑音検出部５１、Ａ／Ｄ変換部５２、メモリ５３、データ読出し・Ｄ／Ａ変換部５４、タイミング制御部５５、反転増幅回路５６、利得制御部５７、打ち消し波形印加部５８、効果測定部５９、および誤差評価部６０を備える。
【００４２】
第５の実施の形態は、図３に示す第２の実施の形態に対して効果測定部５９、および誤差評価部６０をさらに備えて、タイミング制御部５５および利得制御部５７での制御を、雑音低減効果をフィードバックすることによる自動制御としたものである。雑音除去装置５の雑音検出部５１、Ａ／Ｄ変換部５２、メモリ５３、データ読出し・Ｄ／Ａ変換部５４、タイミング制御部５５、反転増幅回路５６、利得制御部５７、および打ち消し波形印加部５８は、第２の実施の形態と同一の機能を有するので、ここでの説明は省略する。
【００４３】
効果測定部５９は、打ち消し波形印加部５８が打ち消し波形を印加したことによって低減された雑音の残留成分を測定する。
【００４４】
誤差評価部６０は、効果測定部５９で測定された打ち消し効果が不十分な場合の残留雑音の波形を検出し、その結果をタイミング制御部５５および利得制御部５７にフィードバックする。タイミング制御部５５および利得制御部５７では、残留雑音が最も少なくなる方向に遅延、利得を自動で調整する。
【００４５】
したがって、本実施の形態によれば、効果測定部５９、および誤差評価部６０を備えて雑音低減効果をフィードバックすることにより、調整等必要とせず自動で雑音抑制効果を得ることができる。
【００４６】
もちろん、第１，３，４の実施の形態に効果測定部５９、誤差評価部６０を備える構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１，２，３，４，５…雑音除去装置
１１，２１，３１，５１…雑音検出部
４１…雑音検出・打ち消し波形印加部
４８…時分割制御部
１２，２６，４６，５６…反転増幅回路
１３，２７，４７，５７…利得制御部
１４，２８，３７，５８…打ち消し波形印加部
２２，３２，４２，５２…Ａ／Ｄ変換部
２３，３３，４３，５３…メモリ
２４，３６，５４…Ｄ／Ａ変換部
２５，４５，５５…タイミング制御部
３４…データ読出し・反転増幅信号生成部
３５…タイミング・利得制御部
４４…データ読出し・Ｄ／Ａ変換部
５９…効果測定部
６０…誤差評価部
１００…電源
１１０…負荷
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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