(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と被制御装置との間に配置され、前記被制御装置に信号を送信するノイズ抑制装置であって、
特定の信号を検出する検出回路と、
この検出回路により検出された特定の信号から、前記交流電源と前記被制御装置との間に生じたノイズを相殺する波形信号を形成する波形信号形成回路と、
当該波形信号形成回路により形成された波形信号を前記被制御装置に送信する信号送信器と、
前記被制御装置、あるいは前記波形信号形成回路の状態を表す状態信号を検知する状態検知器と、
前記波形信号形成回路に内蔵され、前記状態検知器により検知した前記状態信号のいずれか一の状態信号に応じて、前記波形信号形成回路に過電流が生じた場合、または前記被制御装置に接続された負荷が過負荷状態である場合、当該過電流または当該過負荷状態が解消されるように、前記波形信号のゲインを一時的に変化させるゲイン調整器と、
を備え、
前記ゲイン調整器で調整された波形信号を前記被制御装置に送信することを特徴とするノイズ抑制装置。
【請求項２】
前記状態検知器が波形信号形成回路に過電流が生じたことを検知した場合に、前記過電流の検知時に前記波形信号のゲインを一時的に低下させるとともに、過電流状態が解消された後に前記波形信号のゲインを前記過電流の検知時の大きさに戻すことを特徴とする請求項１に記載のノイズ抑制装置。
【請求項３】
前記状態検知器は、前記被制御装置に接続された負荷が過負荷状態であることを検知した場合に、前記過負荷状態の検知時に前記波形信号のゲインを一時的に低下させるとともに、前記過負荷状態が解消された後に前記過負荷状態の検知時の前記波形信号のゲインに戻すことを特徴とする請求項１に記載のノイズ抑制装置。
【請求項４】
交流電源と被制御装置との間に配置され、前記被制御装置に信号を送信するノイズ抑制装置であって、
特定の信号を検出する検出回路と、
この検出回路により検出された特定の信号から所定の波形信号を形成する波形信号形成回路と、
当該波形信号形成回路により形成された波形信号を前記被制御装置に送信する信号送信器と、
前記被制御装置、あるいは前記波形信号形成回路の状態を表す状態信号を検知する状態検知器と、
前記波形信号形成回路に内蔵され、前記状態検知器により検知した前記状態信号のいずれか一に応じて、前記波形信号のゲインを調整するゲイン調整器と、
を備え、
前記被制御装置が一時的に動作を停止、または、前記波形信号形成回路が前記状態検知器から入力される前記波形信号形成回路の保護信号により一時的に動作を停止した後に、停止した前記被制御装置、あるいは停止した前記波形信号形成回路の再起動を行う場合、前記ゲイン調整器にゲインを段階的に低下させる動作を行わせた後、段階的に上昇させる動作を行わせるとともに、
前記ゲイン調整器で調整された波形信号を前記被制御装置に送信する
ことを特徴とするノイズ抑制装置。
【請求項５】
前記被制御装置が複数の運転モードを持つ場合において、前記状態検知器が、前記被制御装置の運転モードが切り替わったことを検知した場合、前記ゲイン調整器が前記波形信号のゲインを各運転モードに応じたゲインに変化させることを特徴とする請求項１に記載のノイズ抑制装置。
【請求項６】
交流電源と被制御装置との間に配置され、前記被制御装置に信号を送信するノイズ抑制装置であって、
特定の信号を検出する検出回路と、
この検出回路により検出された特定の信号から所定の波形信号を形成する波形信号形成回路と、
当該波形信号形成回路により形成された波形信号を前記被制御装置に送信する信号送信器と、
前記被制御装置、あるいは前記波形信号形成回路の状態を表す状態信号を検知する状態検知器と、
前記波形信号形成回路に内蔵され、前記状態検知器により検知した前記状態信号のいずれか一に応じて、前記波形信号のゲインを調整するゲイン調整器と、
を備え、
前記波形信号形成回路について、設定した時間以内に所定の回数以上の保護信号を検知した場合に、前記ゲイン調整器が前記波形信号のゲインを所定値幅だけ低下させた値に切り替え、所定の時間を超えて保護動作が生じない場合に、ゲイン調整器が前記波形信号のゲインを所定値幅だけ増加させた値に切り替えるとともに、
前記ゲイン調整器で調整された波形信号を前記被制御装置に送信する
ことを特徴とするノイズ抑制装置。
【請求項７】
前記検出回路および前記信号送信器は、コモンモードトランスで構成されることを特徴とする請求項１に記載のノイズ抑制装置。
【請求項８】
前記波形信号形成回路は、帯域制限回路と高周波増幅回路で構成されることを特徴とする請求項１に記載のノイズ抑制装置。
【請求項９】
交流電源と被制御装置との間に配置され、前記被制御装置に信号を送信するノイズ抑制装置であって、
特定の信号を検出する検出回路と、
この検出回路により検出された特定の信号から所定の波形信号を形成する波形信号形成回路と、
当該波形信号形成回路により形成された波形信号を前記被制御装置に送信する信号送信器と、
前記信号送信器に対して直列に接続されたシャント抵抗と、当該シャント抵抗の両端に生ずる電圧を所定の閾値と比較するコンパレータと、当該コンパレータに前記所定の閾値を与える閾値作成回路と、を有し、前記被制御装置、あるいは前記波形信号形成回路の状態を表す状態信号を検知する状態検知器と、
前記波形信号形成回路に内蔵され、前記状態検知器により検知した前記状態信号のいずれか一に応じて、前記波形信号のゲインを調整するゲイン調整器と、
を備え、
前記ゲイン調整器で調整された波形信号を前記被制御装置に送信することを特徴とするノイズ抑制装置。
【請求項１０】
前記ゲイン調整器は、異なる制御回路網同士を切り替えるロードスイッチ、回路部品を短絡させて定数を変化させる半導体スイッチ、抵抗値を可変できる電子抵抗のいずれかで構成されることを特徴とする請求項１に記載のノイズ抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ノイズ抑制装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のノイズフィルタに代表されるノイズ抑制装置は、インバータ装置と系統との間に配線されている電源線に生じる高周波ノイズを低減するために、ノイズ経路に直列に接続されるチョークコイルと、ノイズ経路に並列に接続されるコンデンサ等の組合せで構成される。【０００３】
このノイズ抑制装置については、ノイズ低減効果を高めつつ小型化、あるいは軽量化を図るために、高周波ノイズ検出手段と、検出された高周波ノイズを増幅する高周波増幅手段と、増幅された高周波ノイズを逆位相で電源線に電磁的に注入する補助巻線を設けた注入トランスとにより高周波ノイズを低減させる、アクティブノイズキャンセル技術がある。【０００４】
具体的には、三相電源ラインと電力変換装置の間に、コモンモード電流検出手段（例えば零相ＣＴ（Current Transformer）等）、補償演算部、電流発生手段、コモンモードトランスを設け、三相電源ラインのコモンモード電流を検出し、補償演算部で演算した相殺電流を、コモンモードトランスの補助巻線に注入しているものがある（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
また、三相電源ラインと電力変換装置の間に、コンデンサを用いたコモンモード電圧検出手段、電圧発生手段、コモンモードトランスを設け、電力変換装置のコモンモード電圧を検出し、補償演算部で相殺用の補償電圧を演算し、コモンモードトランスの補助巻線に注入しているものがある（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】特許第4238638号公報
【特許文献２】特許第5263663号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１あるいは特許文献２で説明したコモンモードトランスを介して補償電圧ないしは相殺電流を送信する、能動素子を用いたノイズ抑制装置においては、トランスコアの磁束飽和、あるいはノイズ抑制装置の保護が制約となり、装置の小型化、あるいは低コスト化の妨げとなっていた。【０００８】
具体的には、電力変換装置に瞬時過負荷、あるいは瞬時不平衡が生じた場合において、ノーマルモード電流の一時的な増加により、トランスコア内のノーマル成分磁束が一時的に増加するという問題がある。また、トランスコアの磁気飽和を回避するために、トランスコアが大型化してしまうという問題がある。【０００９】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、能動素子を用いたノイズ抑制装置を小型、かつ低コストで実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願に開示されるノイズ抑制装置は、
交流電源と被制御装置との間に配置され、前記被制御装置に信号を送信するノイズ抑制装置であって、
特定の信号を検出する検出回路と、
この検出回路により検出された特定の信号から、前記交流電源と前記被制御装置との間に生じたノイズを相殺する波形信号を形成する波形信号形成回路と、
当該波形信号形成回路により形成された波形信号を前記被制御装置に送信する信号送信器と、
前記被制御装置、あるいは前記波形信号形成回路の状態を表す状態信号を検知する状態検知器と、
前記波形信号形成回路に内蔵され、前記状態検知器により検知した前記状態信号のいずれか一の状態信号に応じて、前記波形信号形成回路に過電流が生じた場合、または前記被制御装置に接続された負荷が過負荷状態である場合、当該過電流または当該過負荷状態が解消されるように、前記波形信号のゲインを一時的に変化させるゲイン調整器と、
を備え、
前記ゲイン調整器で調整された波形信号を前記被制御装置に送信することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願に開示されるノイズ抑制装置によれば、能動素子を用いたノイズ抑制装置を小型、かつ低コストで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本願に係るノイズ抑制装置の適用先である電力変換システムの回路を示す概要図である。
【図２】典型的な２レベルの三相インバータの回路の一例を示す図である。
【図３】本願に係るノイズ抑制装置の適用先である電力変換システムのコモンモード等価回路を示す図である。
【図４】実施の形態１に係るノイズ抑制装置の回路を説明するための図である。
【図５】実施の形態１、２、３、４、５に係る検出回路の構成例を示す図である。
【図６】実施の形態１、２、３、４、５に係る波形信号形成回路の一例を示す図である。
【図７】実施の形態１、２、３、４、５に係る信号送信器の構成例を示す図である。
【図８】実施の形態１、２、３、４、５に係るゲイン調整器の構成例を示す図である。
【図９】実施の形態１、２、３、４、５に係るゲイン調整器の構成例の動作の一例を示す図である。
【図１０】実施の形態２に係るノイズ抑制装置の一例を示す回路図である。
【図１１】実施の形態１、２、３、４、５に係る状態検知器の構成例を示す図である。
【図１２】実施の形態４に係るノイズ抑制装置の一例を示す回路図である。
【図１３】本願のノイズ抑制装置の信号処理に係るハードウエアの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本願は、交流電源に接続され任意の交流電圧を出力する電力変換装置等で発生する高周波ノイズを低減するノイズ抑制装置に関するものであり、以下、このノイズ抑制装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表されている構成要素の形態は、あくまでも例示であって明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本願に係るノイズ抑制装置の適用対象である電力変換システム１００の回路を示す概要図である。交流電源１と、被制御装置である電力変換装置８０と、その負荷９０と、交流電源１と電力変換装置８０の間を接続する交流電源と電力変換装置間の電源線２と、電力変換装置８０の動作により生じ交流電源１へ流出するノイズを抑制するために設けられ交流電源１と電力変換装置８０間の電源線に挿入されるノイズフィルタ１０と、で構成される、電力変換システム１００を示したものである。
【００１６】
電力変換装置８０の一例として、図２に典型的な２レベルの三相インバータの回路図を示す。負荷としては、例えば電動機などが接続される。半導体スイッチ８２ａと半導体スイッチ８２ｂの組合せでＵ相上下アーム８３を構成し、同様に、半導体スイッチ８４ａと半導体スイッチ８４ｂの組合せでＶ相上下アーム８５を構成し、半導体スイッチ８６ａと半導体スイッチ８６ｂの組合せでＷ相上下アーム８７を構成している。これら３種類の上下アーム８３、８５、８７がスイッチング動作を行うことにより、インバータ出力端８８に交流電力を出力する。このとき、Ｕ相Ｖ相Ｗ相の各アームの出力電位はインバータ直流電源８９の正電圧ないしは負電圧のいずれか一方をとるため、インバータのコモンモード電圧Ｖｃｍは、ゼロではない一定の値である、（Ｖｕ＋Ｖｖ＋Ｖｗ）／３で示される。
【００１７】
図３は、上述の電力変換システム１００の、コモンモード等価回路である。ノイズフィルタ１０に含まれる接地コンデンサ１１、あるいは電力変換装置８０の対地寄生容量８１、負荷９０の対地寄生容量９１、および接地線３を介するコモンモードループに、前記コモンモード電圧が印加され、コモンモード電流が流れる。なお、交流電源１とノイズフィルタ１０の間に示した矢印は発生するコモンモードノイズ４を示す。
【００１８】
図４は、実施の形態１に係るノイズ抑制装置２０の回路である。ノイズ抑制装置２０（図の内側の点線の枠を参照）は、かかる電力変換システムのコモンモードノイズを低減させることを目的とし、ノイズフィルタ１０（図の外側の点線の枠を参照）の一部ないしは全てを構成する。本実施の形態では、接地コンデンサ１１とノイズ抑制装置２０によってノイズフィルタ１０を構成している。
【００１９】
このノイズ抑制装置２０は、ノイズなどの特定の信号を検出する検出回路３０と、この検出回路３０から検出された成分をもとに所望の波形信号を形成する波形信号形成回路４０と、形成した波形信号をコモンモードへ送信する注入トランス５０などで構成される信号送信器と、電力変換装置８０、あるいは波形信号形成回路４０自身の動作状態を検知する状態検知器６０と、検知した信号に応じて所定の量、あるいは所定のタイミングだけゲインを調整するゲイン調整器７０で構成される。
【００２０】
図５は、実施の形態１、２、３、４、５に係る検出回路３０の構成例であり、検出回路をコモンモードトランスで構成した場合を示す。検出トランスは、交流電源１と被制御装置である電力変換装置８０間のＲＳＴ相動力線に挿入され、Ｒ相巻線３１、Ｓ相巻線３２、Ｔ相巻線３３は同相に巻かれている。このとき、ノーマルモードの発生磁束は相殺され、コモンモードの発生磁束は強め合うため、検出コイルは、コモンモードのみ高いインダクタンス値を備え、コモンモードチョークコイルとして働く。さらに、検出トランスを通過するコモンモードノイズ４によって、補助巻線３４の両端に、ノイズ検出信号３５が生じる。補助巻線の出力両端は、波形信号形成回路４０へと接続される。
【００２１】
図６は、実施の形態１、２、３、４、５に係る波形信号形成回路の一例であり、帯域制限回路４１と高周波増幅回路４２で構成した場合を示す。帯域制限回路４１はたとえば抵抗とコンデンサで構成されるパッシブフィルタにより、ノイズ補償に不要となる低周波成分を減衰させる。高周波増幅回路４２は、たとえばオペアンプ４５を用いて反転ないしは非反転増幅回路を形成し、帯域制限回路４１によって不要成分をカットされた信号を、入力抵抗４３と帰還抵抗４４の比に応じて増幅させる。
【００２２】
図７は、実施の形態１、２、３、４、５に係る信号送信器の構成例であり、信号送信器をコモンモードトランスで構成した場合を示す。注入トランス５０は、検出回路３０と電力変換装置８０間のＲＳＴ相動力線に挿入され、Ｒ相巻線５１、Ｓ相巻線５２、Ｔ相巻線５３は同相に巻かれている。ここで補助巻線５４にノイズ注入信号５５が入力され、Ｒ相巻線５１、Ｓ相巻線５２、Ｔ相巻線５３のコモンモードに対して、（図示しない）コモンモードノイズを相殺するようなコモンモード注入電圧５６が入力される。
【００２３】
ここで、電力変換装置８０が負荷急変などにより一時的な過負荷あるいは不平衡状態になる場合、負荷電流値が一時的に上昇するため、信号送信器に生じるノーマル成分の磁束が一時的に上昇する。信号送信器の１つである注入トランス５０に生じる磁束は、漏れインダクタンスとノーマル電流の積により発生するノーマル成分の磁束と、ノイズ抑制装置の能動的な動作により生じるコモンモード成分の磁束の和である。このうちノーマル成分の磁束が上昇し、コア内の磁束密度が上昇する。
【００２４】
換言すると、コアの磁気飽和を生じさせないためには、一時的な過負荷あるいは不平衡状態のノーマル成分磁束の上昇を考慮してコモンモードトランスのコア磁気設計を行わねばならず、コアのサイズは大きくなり、小型化、あるいは低コスト化の妨げとなる課題があった。
【００２５】
本実施の形態では、ノイズ抑制装置に備えた（図示しない）注入電流センサから出力される、注入電流の電流状態信号６８ａを状態検知器６０に入力し、入力値が所定の閾値を超えた場合（例えば過電流の場合）に、ゲイン調整器７０を用いてゲインを所定の時間だけ低下させることができる。これにより、コアに生じる磁束のうち、ノイズ抑制装置の能動的な動作により生じるコモンモード成分の磁束が一時的に減少し、コアの磁気飽和を回避することができる。なお、上記電流状態信号、及び後述する保護状態信号、特定状態信号、動作状態信号を総称して状態信号と呼ぶ。
【００２６】
本願の構成要素を示す図８、および図９に従い、本実施の形態１の動作を説明する。
図８は、実施の形態１、２、３、４、５に係るゲイン調整器７０の構成例であり、ゲイン調整器７０をアップダウン式のデジタルポテンショメータで構成した場合を示す。ここでは、ゲイン調整器７０は、制御ＩＣ７１とデジタルポテンショメータ７２で構成される。
【００２７】
図９は、実施の形態１、２、３、４、５に係る図８のゲイン調整器７０の構成例の動作の一例を示すものである。図８および図９中では状態検知器６０が検知する信号の１つである状態検知信号６０ａを（ローレベルで有効となる）ローアクティブ信号DETECTで表記している。ローアクティブ信号DETECTは、タイミングｔ１でハイからローになって任意状態を検知し、タイミングｔ２でローからハイになって任意状態の検知を終了する。
【００２８】
ここで、制御ＩＣ７１は、タイミングｔ１でデジタルポテンショメータ７２のチップセレクト信号７３をハイ（抵抗値の切り替え不可状態）からロー（抵抗値の切り替え可能状態）に切り替えて、アップダウン制御入力７４をハイ（アップカウント）からロー（ダウンカウント）に切り替える。ここで、制御ＩＣ７１の３つの信号の論理はすべて負論理であり、ローレベルで有効となる。
【００２９】
このときデジタルポテンショメータ７２は、インクリメント制御入力７５のハイからローの立下りに同期し、抵抗値７６が、アップダウン制御入力７４のハイ状態、あるいはロー状態に従って所定の分解能幅で上昇または低下する。
ここではアップダウン制御入力７４がロー（ダウンカウント）のため、抵抗値７６が低下し、高周波増幅回路４２の増幅ゲインは低下する。その後、タイミングｔ２となり、インクリメント制御入力７５がカウント停止しハイとなった後、チップセレクタ信号を所定の復帰時間７７だけ遅延させてローからハイへと切り替え、低下した抵抗値７６をデジタルポテンショメータの不揮発メモリへ記録することなく、抵抗値７６を初期値へと復帰させる動作を行う。この復帰動作により、一時的に増加した増幅ゲインが、過電流状態の解除に伴い、所定の復帰時間後に再び元の値に復帰する。
【００３０】
ここで、電力変換装置８０において負荷変動などの要因により、一時的な過負荷状態が生じるとき、信号送信器の１つである注入トランス５０におけるコア磁束について、ノーマルモード成分の磁束が一時的に増加してしまうため、コアの磁束飽和を避けるためには、一時的な過負荷状態も考慮のうえ、コアの磁束設計をしなければならなかった。
【００３１】
本願では、被制御装置である電力変換装置８０から得られる電流状態信号６８ｂを状態検知器６０に入力し、入力値が所定の閾値を超えた場合に、ゲイン調整器７０を用いてゲインを所定の時間低下させ、保護状態が解除されたのちに所定の復帰時間をもって増幅ゲインを再び元の値に戻すことができる。これにより、信号送信器の１つである注入トランス５０のコアの磁束設計において、一時的な過負荷状態による設計制約を生じさせず、ノイズ補償動作を実現することができる。
【００３２】
以上より、電力変換装置８０が一時的な過電流になり、コモンモードとノーマルモードの和で示されるコア磁束のうちノーマルモード成分の磁束が一時的に増加した場合、波形信号形成回路によって注入トランスに送信されるコモンモード成分の磁束を一時的に低下させることによってコアの最大磁束密度を低減することで、コアサイズを小型化することができ、ノイズ抑制装置の小型化および低コスト化を実現することができる。
【００３３】
なお、電流センサ出力は、ノイズ抑制装置が備えるものでもよく、直接的な電流の検出量でなく、装置からのＩ／Ｏ信号（たとえば過電流状態通知信号、負荷急変通知信号など）であってもよい。
【００３４】
なお、帯域制限回路は低周波を抑制するハイパスフィルタのみならず、高周波を抑制するローパスフィルタ、特定帯域を抑制するノッチフィルタ、特定帯域を通過させるバンドパスフィルタなど、本願の趣旨を逸脱しない範囲で自由に構成することができる。また、高周波増幅回路は、オペアンプをもちいた反転増幅回路、非反転増幅回路など、本願の趣旨を逸脱しない範囲で自由に構成することができる。
【００３５】
また、本実施の形態の構成は、三相三線式の電力変換システムのみならず、三相四線式の電力変換システムであってもよい。さらに、ゲイン調整器は、制御ＩＣと通信インターフェースを持つデジタルポテンショメータの組合せ、アナログ回路網とアップダウン式デジタルポテンショメータの組合せ、あるいは半導体スイッチを用いた抵抗短絡回路ないしは異なるアナログ制御回路網同士のロードスイッチの切り替えによる抵抗およびコンデンサ容量値の切り替え、抵抗値を可変できる電子抵抗による抵抗値の切り替えなど、本願の趣旨を逸脱しない範囲で自由に構成することができる。
【００３６】
実施の形態２．
図１０は、実施の形態２に係るノイズ抑制装置２０の回路である。
実施の形態２に係るノイズ抑制装置２０が、実施の形態１に係るノイズ抑制装置２０と異なる点は、状態検知器６０に入力される信号が、電流状態信号６８ａの代わりに保護状態信号６５となる点である。
【００３７】
ここで、波形信号形成回路４０において何らかの理由で注入電流が過電流となる場合（たとえば雷サージ等の外来ノイズ侵入によりノイズ注入手段である信号送信器のコモンモードトランスが瞬時磁気飽和を起こした場合）、波形信号形成回路４０の回路部品保護のために、装置動作を停止する必要がある。しかし、波形信号形成回路４０の回路部品に保護回路内蔵の部品を選定することで、この動作を実現する場合、一般に保護回路内蔵部品は高価であることと、ラインナップ上の制約があり、設計制約が生じてしまう課題があった。
【００３８】
図１１は、実施の形態１、２、３、４、５に係る状態検知器６０の構成例であり、状態検知器６０を、単体の注入電流の過電流検出回路で構成した場合を示す。ここでは、波形信号形成回路４０の出力と信号送信器の１つである注入トランス５０の入力に対して、直列に挿入されたシャント抵抗６１と、注入電流値に比例してシャント抵抗の両端に生じる注入電流検出電圧を所定の閾値と比較するコンパレータ６２と、コンパレータ６２に所定の閾値を供給する閾値作成回路６３とで構成され、コンパレータ６２の出力が注入電流の過電流検出信号となる。
【００３９】
この他、状態検知器６０には、被制御装置である電力変換装置８０から特定の状態を示す特定状態信号６６（たとえば装置が過負荷状態であることを示す過負荷状態検出信号）をＩ／Ｏポートより受け取るインターフェース回路が追加されていてもよい。さらには、注入回路の発熱部品を冷却するための冷却フィンに具備したサーミスタからの過熱状態検出信号を受け取るインターフェース回路が追加されてもよい。
【００４０】
本実施の形態のノイズ抑制装置では、波形信号形成回路４０に備えた安価なシャント抵抗６１などの適宜の手段によって得られる保護状態信号６５を状態検知器６０に入力し、入力値が所定の閾値を超えた場合に、ゲイン調整器７０を用いてゲインを所定の時間低下させ、保護状態が解除されたのちに所定の復帰時間をもって増幅ゲインを再び元の値に戻すことができる。
【００４１】
これにより、波形信号形成回路４０の回路部品の選定において、設計制約を生じさせず、保護動作を実現することができる。
【００４２】
以上より、コアの磁気飽和が生じてノイズ補償用の注入電流が過電流になったときに、コモンモード成分とノーマルモード成分の和で示されるコア磁束のうち、コモンモード成分の磁束を一時的に減少させることによってコアの最大磁束密度を低減することで、コアサイズを小型化することができ、ノイズ抑制装置の小型化および低コスト化を実現することができる。
【００４３】
実施の形態３．
実施の形態３は、図１０に示す実施の形態２の変形例である。
実施の形態３に係るノイズ抑制装置２０が、実施の形態２に係るノイズ抑制装置２０と異なる点は、保護状態信号を検知したのちの、ゲイン調整器７０の動作について、所定の復帰時間経過後に、直ちに元の増幅ゲインに復帰させずに、段階的に増幅ゲインを微小値まで下げたのちに、再び上昇させて復帰に至る点である。
【００４４】
ここで、波形信号形成回路４０の何らかの保護動作によりノイズ抑制装置２０の出力が遮断された場合を考える。このとき、出力遮断直前のコア磁性材のヒステリシス特性にしたがって、コア内部には残留磁束が生じる。保護動作の働いた原因が取り除かれ、ノイズ抑制装置２０が再び出力を始めるとすると、通常のゲインでノイズ抑制装置が動作すると、通常生じる磁束に残留磁束が加わることで、コモンモードトランスコアの磁気飽和の恐れがある。コア磁性材中でも、高い透磁率のコア、たとえばファインメット等の高透磁率のナノ結晶磁性材では、一般的なフェライト材と比べて残留磁束が大きいため、問題となる。
【００４５】
本願では、ノイズ抑制装置２０が再始動する際に、波形信号形成回路４０の補償ゲインを、保護動作がはたらく以前の値に戻す際に、段階的に増幅ゲインを微小値まで低下させる動作を行うことで残留磁束を消磁することができる。
【００４６】
これにより、磁気飽和によるラッシュ電流の発生を回避することによって、残留磁束の大きなコア磁性材を適用することができる。また、ノイズ抑制装置２０が保護動作による遮断後、再び出力を開始する際に、補償ゲインを所定の時間をかけて段階的に上昇させることで、波形信号形成回路４０をソフトスタートさせ、回路消費電流のオーバーシュートを抑制し、回路電源容量の低減を図ることができる。
【００４７】
実施の形態４．
図１２は、実施の形態４に係るノイズ抑制装置の回路である。
実施の形態４に係るノイズ抑制装置２０が、実施の形態２に係るノイズ抑制装置２０と異なる点は、状態検知器６０に入力される信号が、保護状態信号６５の代わりに動作状態信号６９ａとなる点である。
【００４８】
ここで、電力変換装置８０が複数の運転モードを持っている場合、装置の運転モードが切り替わると、半導体スイッチのスイッチングパターンが変化することにより、一般にノイズの振幅と発生周波数が変化し、ノイズ規格を満たすためにノイズ抑制装置２０に必要となる減衰量、あるいは周波数特性が変化してしまう。
【００４９】
このため、すべての運転モードに対応したノイズ抑制装置２０の設計を行うことは難しく、ノイズ抑制装置２０の回路部品定格ならびに回路電源容量の低減、あるいはノイズ抑制効果の最大化の妨げとなっていた。
【００５０】
本実施の形態では、電力変換装置８０から得られる動作状態信号６９ｂを状態検知器６０に入力し、ゲイン調整器７０を用いて、波形信号形成回路４０の増幅ゲインを動作状態信号６９ｂの値に応じた所定の増幅ゲインに変化させることができる。
【００５１】
これにより、波形信号形成回路４０および信号送信器の１つである注入トランス５０のコアの磁束設計において、運転モードによるノイズ抑制装置２０の設計制約を生じさせず、ノイズ補償動作を実現することができる。
【００５２】
以上より、電力変換装置８０が異なるノイズ振幅と発生周波数をもつ複数の運転モードを持っている場合に、それぞれのノイズ振幅と発生周波数のパターンに応じて、波形信号形成回路４０の増幅ゲインを動作状態信号６９ａの値に応じた所定の増幅ゲインに変化させることによって、波形信号形成回路４０および信号送信器の１つである注入トランス５０のコアサイズを小型化することができ、ノイズ抑制装置２０の回路部品定格ならびに回路電源容量を低減するとともに、ノイズ抑制効果を最大化することができる。
【００５３】
実施の形態５．
実施の形態５は、実施の形態１、２、３、４の変形例である。
ここで、上記の実施の形態１による波形信号形成回路４０の保護動作について、典型的には、装置、あるいはトランスの発熱により、ノイズ量ないしはノイズの周波数帯域が異なるものに推移した場合、最適な補償ゲインが変化することで、連続して保護動作が働き続ける恐れがある。
【００５４】
これを回避するためには、典型的には、熱、あるいは電気的条件上のロバスト性も考慮のうえ、ノイズ減衰量、あるいは回路電源容量を設計せねばならず、小型化あるいは低コスト化の妨げとなっていた。
【００５５】
本実施の形態では、所定の時間幅内で所定の回数以上、連続して保護動作が働いた場合に、最適な増幅ゲインが低い値に変化したとみなし、ゲイン調整器７０によって所定の幅だけ増幅ゲインを恒久的に低下させる。
【００５６】
実現手段としては、図１０に示した実施形態１の動作例とは異なり、所定の復帰時間の経過後に、インクリメント制御入力７５をロー状態ではなくハイ状態のまま、チップセレクト信号７３を立ち上げることにより、ゲイン調整器７０のデジタルポテンショメータ７２（図８参照）の設定抵抗値の設定を不揮発メモリに書き込むことで、恒久的に増幅ゲインを所定の幅だけ低下させる。
【００５７】
さらには、所定の時間幅内で、保護動作が一切働かない場合に、最適な増幅ゲインがより高い値にあるとみなし、ゲイン調整器によって所定の幅だけ増幅ゲインを恒久的に増加させることもできる。これにより、小型でかつ低コストであり、ロバストなノイズ抑制装置を実現させることができる。
【００５８】
なお、本願のノイズ抑制装置の信号処理に係るハードウエア９２の一例を図１３に示す。この図に示すように、本装置の信号処理に係るハードウエア９２（具体的には、図４、図１０、図１２に示す波形信号形成回路４０、あるいは状態検知器６０の少なくとも一部が該当する）には、プロセッサ９３と記憶装置９４が含まれる。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ９３は、記憶装置９４から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ９３にプログラムが入力される。また、プロセッサ９３は、演算結果等のデータを記憶装置９４の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１  交流電源、２  交流電源と電力変換装置間の電源線、３  接地線、４  コモンモードノイズ、１０  ノイズフィルタ、１１  接地コンデンサ、２０  ノイズ抑制装置、３０  検出回路、３１、５１  Ｒ相巻線、３２、５２  Ｓ相巻線、３３、５３  Ｔ相巻線、３４、５４  補助巻線、３５  ノイズ検出信号、４０  波形信号形成回路、４１  帯域制限回路、４２  高周波増幅回路、４３  入力抵抗、４４  帰還抵抗、４５  オペアンプ、５０  注入トランス、５５  ノイズ注入信号、５６  コモンモード注入電圧、６０  状態検知器、６０ａ  状態検知信号、６１  シャント抵抗（電流検出抵抗）、６２  コンパレータ、６３  閾値作成回路、６５  保護状態信号、６６  特定状態信号、６８ａ、６８ｂ  電流状態信号、６９ａ、６９ｂ  動作状態信号、７０  ゲイン調整器、７１  制御ＩＣ、７２  デジタルポテンショメータ、７３  チップセレクト信号、７４  アップダウン制御入力、７５  インクリメント制御入力、７６  抵抗値、７７  復帰時間、８０  電力変換装置、８１、９１  対地寄生容量、８２ａ、８２ｂ、８４ａ、８４ｂ、８６ａ、８６ｂ  半導体スイッチ、８３  Ｕ相上下アーム、８５  Ｖ相上下アーム、８７  Ｗ相上下アーム、８８  インバータ出力端、８９  インバータ直流電源、９０  負荷、９２  ハードウエア、９３  プロセッサ、９４  記憶装置、１００  電力変換システム、Ｖｃｍ  コモンモード電圧
【要約】
交流電源と被制御装置との間に配置され、被制御装置に信号を送信するノイズ抑制装置（２０）であって、特定の信号を検出する検出回路（３０）と、この検出回路（３０）により検出された特定の信号から所定の波形信号を形成する波形信号形成回路（４０）と、波形信号形成回路（４０）により形成された波形信号を被制御装置に送信する信号送信器（５０）と、被制御装置、あるいは波形信号形成回路（４０）の状態を表す状態信号を検知する状態検知器（６０）と、波形信号形成回路（４０）に内蔵され、状態検知器（６０）により検知した状態信号のいずれか一に応じて、波形信号のゲインを調整するゲイン調整器（７０）と、を備え、ゲイン調整器（７０）で調整された波形信号を被制御装置に送信するようにした。【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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