JP4351916B2

JP4351916B2 - ノイズフィルタ

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Publication number: JP4351916B2
Application number: JP2004009124A
Authority: JP
Inventors: 純一津田; 宏餅川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: JP2005204438A

Description

本発明は、電力変換装置に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作により発生する漏れ電流やＥＭＩノイズを抑制するためのノイズフィルタに関する。

例えばインバータやコンバータといった電力変換装置は、それに内蔵されるスイッチング素子の高速なスイッチング動作に起因してＥＭＩノイズ（電磁誘導ノイズ）を発生する。このＥＭＩノイズは、例えば電源を共通とする他の機器に伝導して誤動作を起こすなど悪影響を及ぼす可能性がある。このため、ＥＭＩノイズには規制が設けられており、装置が発生するＥＭＩノイズは、この規制値を満たす必要がある。そこで、従来はノイズフィルタによりＥＭＩノイズを抑制するという対策を行っている。

図９は最もシンプルで一般的なノイズフィルタの構成を示す回路図である。なお、ここでは、コンバータ１、インバータ２および平滑コンデンサ３から構成されるインバータ装置を用いてモータ４を駆動する場合を例に挙げて説明する。

インバータ装置の内部のスイッチング素子がスイッチングすることにより発生される高周波のコモンモード電流は、電力ラインを伝ってモータ４に達し、モータの巻線とアースとの間に存在する浮遊容量などを通してアースへ流れる。ノイズフィルタが存在しない場合、このコモンモード電流はアースから電源５を回ってインバータ装置に戻ってくる。この電源５に流れるコモンモード電流がコモンモードのＥＭＩノイズとして観測される。

今、コモンモードチョークコイル６、相間コンデンサ７ａ、７ｂおよび７ｃ、ならびに接地コンデンサ８から構成されるノイズフィルタを、電源５とインバータ装置との間に取り付けた場合を考える。コモンモードチョークコイル６は電源ラインを流れる高周波成分であるコモンモード電流に対して大きなインピーダンスを示し、逆に相間コンデンサ７ａ、７ｂおよび７ｃと接地コンデンサ８とから成るバイパス回路のインピーダンスは低くなる。その結果、モータ４からアースに流れたコモンモード電流はインピーダンスの低い接地コンデンサ８と相間コンデンサ７ａ、７ｂおよび７ｃとを通ってインバータ装置へ戻り、電源５でのコモンモードのＥＭＩノイズは低減する。また、相間コンデンサ７ａ、７ｂおよび７ｃは、インバータ装置で発生される他のノイズ成分である高周波のノーマルモード電流に対してバイパス回路として作用する。その結果、電源５でのノーマルモードのＥＭＩノイズも減少する。

なお、関連する技術として、特許文献１は、装置内および負荷から接地ラインに流れ、交流電源線から伝播する漏れ電流を低減し、ノイズ低減を安定して行うノイズ低減装置および電力変換装置を開示している。これらノイズ低減装置および電力変換装置では、零相変流器は、交流電源線に伝播する漏れ電流を、ラインＥ１，Ｅ２に流れる電流の差として、コンデンサよりも電力変換回路部側で検出する。その検出比は１である。検出電流は零相変流器の２次巻線に誘起され、増幅回路は、この電流を増幅する。その増幅率は１である。ノイズ低減回路部は、この電流を補償電流として、漏れ電流を相殺するように漏れ電流とは逆向きに、コンデンサを介して接地ラインに供給する。増幅回路の増幅率が１であるので、発振等は生じなくなる。

また、特許文献２は、新冷媒を用いた場合であっても筺体を介して流れる漏洩電流を小さくして、規制値を容易にクリアできるようにした漏洩電流抑制回路を開示している。この漏洩電流抑制回路では、コモンモードフィルタの２つのＹコンデンサの接続点と筺体との間に、ツェナーダイオードを双方向に接続して所定の電圧より大きな電圧が印加された時にのみ電流が流れるように電流抑制回路を形成して筺体に流れる電流を抑制する。また，Ｙコンデンサの容量およびコモンモードリアクトルコイルのインダクタンスの値を筺体に流れ込む他のパスの電流と略逆位相になるようにすることも含めて最適設定して位相調整回路を形成する。これにより，筺体から大地に流れる漏洩電流が抑制される。
特開２００３−１７４７７７号公報特開平１１−１４６５５７号公報

上述したように、従来のノイズフィルタでは、電力ラインとアースとの間にコンデンサを用いてインピーダンスの低いバイパス回路が形成されている。このため、コモンモード電流の流れる経路全体のインピーダンスはノイズフィルタが存在しない場合に比べて低くなり、モータからの漏れ電流は逆に増大する結果となる。この漏れ電流はアースを共通とする他の機器に再び悪影響を及ぼしたり、あるいはモータのベアリングに流れて電食を発生させるなどの原因になる。従って、ＥＭＩノイズを抑制するとともに漏れ電流を極力低減させることが望まれている。

本発明は、上記要請に応えるためになされたものであり、その課題は電力変換装置によって発生されるＥＭＩノイズに対して十分な抑制効果を有し、且つ漏れ電流を大幅に低減できるノイズフィルタを提供することにある。

上記課題を達成するために、第１の発明に係るノイズフィルタは、電力変換装置で発生されるＥＭＩノイズを抑制するノイズフィルタであって、電力変換装置の出力側の電源ラインに接続されたコモンモード電流に対して低インピーダンスのコモンモード電流抽出回路と、電力変換装置の入力側の電源ラインに接続された相間コンデンサと、相間コンデンサから電力変換装置を経由してコモンモード電流抽出回路に至る経路の任意の位置に直列に挿入された第１コモンモードチョークコイルとを備え、コモンモード電流抽出回路に形成されたコモンモード電流の抽出点は相間コンデンサにより形成された中性点に接続され
、電力変換装置は三相出力を有し、コモンモード電流抽出回路は、鉄心を介して電磁結合する２つの巻線からなる３個の単相リアクトルの各巻線のうち、任意の２つの相の組み合わせに属する２個の巻線がコモンモード電流に対して鉄心の磁束を打ち消しあうように直列接続され、更に２つの相の組み合わせに属する２個の巻線にコンデンサが直列接続された直列回路を備え、直列回路の一方の端部は電力変換装置の出力に接続され、３個の直列回路の他方の端部は１箇所で接続されてコモンモード電流の抽出点を形成していることを特徴とする。

第２の発明に係るノイズフフィルタは、入力側の電源ラインからの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、該コンバータから出力される直流電力を交流電力に変換して出力側の電源ラインに出力するインバータとを備えた電力変換装置で発生されるＥＭＩノイズを抑制するノイズフィルタであって、出力側の電源ラインに接続された低インピーダンスのコモンモード電流抽出回路と、コンバータの出力側に接続された、２個の直列接続された相間コンデンサと、相間コンデンサから前記インバータを経由してコモンモード電流抽出回路に至る経路の任意の位置に直列に挿入された第１コモンモードチョークコイルとを備え、コモンモード電流抽出回路に形成されたコモンモード電流抽出点は２個の相間コンデンサの接続点に形成される中性点に接続され、電力変換装置は三相出力を有し、コモンモード電流抽出回路は、鉄心を介して電磁結合する２つの巻線からなる３個の単相リアクトルの各巻線のうち、任意の２つの相の組み合わせに属する２個の巻線がコモンモード電流に対して鉄心の磁束を打ち消しあうように直列接続され、更に２つの相の組み合わせに属する２個の巻線にコンデンサが直列接続された直列回路を備え、直列回路の一方の端部は電力変換装置の出力に接続され、３個の直列回路の他方の端部は１箇所で接続されてコモンモード電流の抽出点を形成していることを特徴とする。

また、第３の発明に係るノイズフフィルタは、入力側の電源ラインからの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、該コンバータから出力される直流電力を交流電力に変換して出力側の電源ラインに出力するインバータとを備えた電力変換装置で発生されるＥＭＩノイズを抑制するノイズフィルタであって、出力側の電源ラインに接続された低インピーダンスのコモンモード電流抽出回路と、コンバータの出力側に接続された１つの高耐圧の相間コンデンサと、相間コンデンサの何れか一方の端子と前記コモンモード電流抽出回路に形成されたコモンモード電流抽出点との間に設けられたコンデンサと、相間コンデンサからインバータを経由してコモンモード電流抽出回路に至る経路の任意の位置に直列に挿入された第１コモンモードチョークコイルとを備え、前記電力変換装置は三相出力を有し、前記コモンモード電流抽出回路は、鉄心を介して電磁結合する２つの巻線からなる３個の単相リアクトルの各巻線のうち、任意の２つの相の組み合わせに属する２個の巻線がコモンモード電流に対して鉄心の磁束を打ち消しあうように直列接続され、更に前記２つの相の組み合わせに属する２個の巻線にコンデンサが直列接続された直列回路を備え、前記直列回路の一方の端部は前記電力変換装置の出力に接続され、前記３個の直列回路の他方の端部は１箇所で接続されてコモンモード電流の抽出点を形成していることを特徴とする。

また、第４の発明に係るノイズフィルタは、第１〜第３の発明に係るノイズフィルタにおいて、電源から相間コンデンサに至る経路またはコモンモード電流抽出回路から負荷に至る経路の少なくとも１つに、さらに、第２コモンモードチョークコイルを挿入したことを特徴とする。

また、第５の発明に係るノイズフィルタは、第１〜第４の発明に係るノイズフィルタにおいて、電力変換装置の入力側の電源ラインにノーマルモードノイズ除去用相間コンデンサをさらに接続したことを特徴とする。

第１の発明に係るノイズフィルタによれば、第１コモンモードチョークコイルによって電力変換装置で発生されるコモンモード電流が低減するのに加え、電源ラインに流れ出るコモンモード電流の殆どはインピーダンスの低いコモンモード電流抽出回路と相間コンデンサとで形成される回路を流れるため、アースや電源にはコモンモード電流は殆ど流れない。その結果、電源でのＥＭＩノイズの低減に加えて、漏れ電流も大幅に低減できる。また、三相リアクトルを用いた場合と同様、コモンモード電流だけを選択的に抽出することができるとともに、単相リアクトルの巻線構造の工夫により漏れインダクタンスを極力抑えることが可能となる。

第２の発明に係るノイズフィルタによれば、相間コンデンサをコンバータの出力側に設けたので、コモンモード電流抽出回路から相間コンデンサに流れるコモンモード電流がコンバータでブロックされて電源に回りこむのを防ぐことができる。その結果、コモンモード電流抽出回路から取り出されるコモンモード電流が電源に迂回することがなく、電源でのＥＭＩノイズを一層低減させることができる。また、三相リアクトルを用いた場合と同様、コモンモード電流だけを選択的に抽出することができるとともに、単相リアクトルの巻線構造の工夫により漏れインダクタンスを極力抑えることが可能となる。

第３の発明に係るノイズフィルタによれば、高耐圧が必要な相間コンデンサを１つにしたので、比較的大きな形状を有する相間コンデンサの数を減らすことができる。その結果、
ノイズフィルタの小型化を実現できる。また、三相リアクトルを用いた場合と同様、コモンモード電流だけを選択的に抽出することができるとともに、単相リアクトルの巻線構造の工夫により漏れインダクタンスを極力抑えることが可能となる。

第４の発明に係るノイズフィルタによれば、電源から相間コンデンサに至る経路またはコモンモード電流抽出回路から負荷に至る経路の少なくとも１つにさらに第２コモンモードチョークコイルを挿入したので、コモンモード電流抽出回路と相間コンデンサとから成るコモンモード電流のバイパス回路に対して、電源を通る経路のインピーダンスがさらに大きくなる。その結果、第１〜第３の発明に係るノイズフィルタに比べて、漏れ電流およびＥＭＩノイズをさらに低減できる。

第５の発明に係るノイズフィルタによれば、電力変換装置の入力側の電源ラインにノイズ除去用相間コンデンサをさらに接続したので、電源に流れようとするノーマルモード電流に対して、インピーダンスの低いバイパス回路が形成される。

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の各実施例において、同一または相当する構成要素には同一の符号を付して説明する。また、電力変換装置としてインバータ装置が使用されるものとする。

図１は本発明の実施例１に係るノイズフィルタが適用されたインバータ装置で負荷を駆動するための駆動回路の構成を示す図である。

インバータ装置は、コンバータ１、インバータ２および平滑コンデンサ３から構成されている。コンバータ１の入力端子は、後述するコモンモードチョークコイル６および電源ラインを介して電源５に接続されている。コンバータ１の出力端子は、インバータ２の入力端子に接続されている。このコンバータ１は、電源５から入力側の電源ラインおよびコモンモードチョークコイル６を介して供給される交流電力を直流電力に変換してインバータ２に送る。

インバータ２の入力端子は、上述したようにコンバータ１の出力端子に接続されている。インバータ２の出力端子は、電源ラインを介して負荷であるモータ４および後述するコモンモード電流抽出回路９に接続されている。インバータ２は、コンバータ１からの直流電力を交流電力に変換し、出力側の電源ラインを介してモータ４に供給する。平滑コンデンサ３は、コンバータ１の出力端子間（インバータ２の入力端子間に等しい）に接続されており、コンバータ１から出力される直流電力を平滑化する。

ノイズフィルタは、コモンモードチョークコイル６、相間コンデンサ７ａ、７ｂおよび７ｃ、ならびにコモンモード電流抽出回路９から構成されている。コモンモードチョークコイル６は、３本の電線に対応した３つの巻線６ａ〜６ｃが相互に電磁結合してなり、電源５とコンバータ１とを結ぶ電源ラインに直列に挿入されている。

相間コンデンサ７ａ、７ｂおよび７ｃの一方の端子は、電源５とコモンモードチョークコイル６との間で、電源ラインを構成する３本の電線にそれぞれ接続され、他方の端子は１箇所に接続されて中性点を形成している。

コモンモード電流抽出回路９は、インバータ２の出力側の電源ラインに、モータ４に並列になるように接続されている。このコモンモード電流抽出回路９に形成されたコモンモード電流の抽出点は、相間コンデンサ７ａ、７ｂおよび７ｃにより形成される中性点に接続されている。

以上のように構成される駆動回路では、ノーマルモード電流に対するコモンモード電流抽出回路９のインピーダンスは、モータ４の運転周波数およびインバータ装置のキャリア周波数に対して十分大きくなるように設定される。これは、インバータ装置からコモンモード電流抽出回路９に流れ込む無効電流を極力抑えるためである。

一方、コモンモード電流に対しては、コモンモード電流抽出回路９および相間コンデンサ７ａ、７ｂおよび７ｃで形成される回路のインピーダンスが、モータ４、アースおよび電源５から形成される回路のインピーダンスよりも十分低くなるように設定される。

これにより、インバータ装置で発生されたコモンモード電流は、モータ４、アースおよび電源５へではなく、コモンモード電流抽出回路９および相間コンデンサ７ａ、７ｂおよび７ｃで形成される回路に流れる。加えて、コモンモード電流に対して高インピーダンスを示すコモンモードチョークコイル６が相間コンデンサ７ａ、７ｂ、７ｃとコモンモード電流抽出回路９との間の電源ラインに取り付けられているので、モータ４からの漏れ電流および電源５でのＥＭＩノイズが大幅に減少する。

なお、図１に示す構成では、コモンモードチョークコイル６は、相間コンデンサ７ａ、７ｂ、７ｃとインバータ装置との間に接続されているが、相間コンデンサ７ａ、７ｂ、７ｃからインバータ装置を経由してコモンモード電流抽出回路９に至る経路の任意の位置、例えばインバータ２の出力端子とコモンモード電流抽出回路９との間、または、コンバータ１とインバータ２との間に挿入するように構成できる。

図２は本発明の実施例２に係るノイズフィルタが適用されたインバータ装置で負荷を駆動するための駆動回路の構成を示す図である。

インバータ装置は、コンバータ１、インバータ２および平滑コンデンサ３から構成されている。コンバータ１の入力端子は、電源ラインを介して電源５に接続されている。コンバータ１の出力端子は、後述するコモンモードチョークコイル１１を介してインバータ２の入力端子に接続されている。このコンバータ１は、電源５から入力側の電源ラインを介して供給される交流電力を直流電力に変換し、コモンモードチョークコイル１１を介してインバータ２に供給する。コモンモードチョークコイル１１は２つの巻線１１ａ，１１ｂが相互に電磁結合してなる。

インバータ２の入力端子は、上述したようにコモンモードチョークコイル１１を介してコンバータ１の出力端子に接続されている。インバータ２の出力端子は、電源ラインを介して負荷であるモータ４および後述するコモンモード電流抽出回路９に接続されている。インバータ２は、コンバータ１からコモンモードチョークコイル１１を介して供給される直流電力を交流電力に変換し、出力側の電源ラインを介してモータ４に供給する。平滑コンデンサ３は、インバータ２の入力端子間に接続されており、コンバータ１からコモンモードチョークコイル１１を介して供給される直流電力を平滑化する。

ノイズフィルタは、相間コンデンサ１０ａおよび１０ｂ、コモンモードチョークコイル１１、ならびにコモンモード電流抽出回路９から構成されている。相間コンデンサ１０ａと相間コンデンサ１０ｂとは直列に接続され、コンデンサの出力端子間に接続されている。相間コンデンサ１０ａと相間コンデンサ１０ｂとの接続点は、中性点を形成している。

コモンモードチョークコイル１１は、コンバータ１の出力端子とインバータ２の入力端子とを結ぶラインに直列に挿入されている。

コモンモード電流抽出回路９は、インバータ２の出力側の電源ラインに、モータ４に並列になるように接続されている。このコモンモード電流抽出回路９に形成されたコモンモード電流の抽出点は、相間コンデンサ１０ａおよび１０ｂにより形成される中性点に接続されている。

なお、図２に示す構成では、コモンモードチョークコイル１１は、相間コンデンサ１０ａおよび１０ｂの出力端子とインバータ２の入力端子との間に接続されているが、相間コンデンサ１０ａおよび１０ｂからインバータ２を経由してコモンモード電流抽出回路９に至る経路の任意の位置、例えばインバータ２の出力端子とコモンモード電流抽出回路９との間、または、平滑コンデンサ３とインバータ２との間に挿入するように構成できる。

上述した実施例１に係るノイズフィルタが適用された駆動回路では、コモンモード電流抽出回路９から相間コンデンサ７ａ、７ｂおよび７ｃに流れてきたコモンモード電流はその一部が電源５に迂回する。これはコンバータ１の各相には必ず導通していない状態が存在し、その状態では電流の流れが阻止されるためである。例えば、三相入力でＲ相とＳ相が導通していてＴ相が導通していない場合を考える。この場合、相間コンデンサ７ａ、７ｂおよび７ｃを通して電源ラインに流れてきた電流のうちＴ相の電流はコンバータ１を通過できず、電源５に迂回してＲ相、Ｓ相へ流れてインバータ２に戻る。

これに対し、この実施例２に係るノイズフィルタが適用された駆動回路では、相間コンデンサ１０ａおよび１０ｂをコンバータ１とインバータ２との間に設けたので、コモンモード電流抽出回路９から相間コンデンサ１０ａおよび１０ｂへ流れるコモンモード電流は、コンバータ１にブロックされることなく直接にインバータ２に戻る。その結果、コモンモード電流が電源５に迂回することはないので、電源５で観測されるＥＭＩノイズを大幅に低減することができる。

図３は本発明の実施例３に係るノイズフィルタが適用されたインバータ装置で負荷を駆動するための駆動回路の構成を示す図である。

インバータ装置は、コンバータ１、インバータ２および平滑コンデンサ３から構成されている。コンバータ１の入力端子は、電源ラインを介して電源５に接続されている。コンバータ１の出力端子は、後述するコモンモードチョークコイル１１を介してインバータ２の入力端子に接続されている。このコンバータ１は、電源５から入力側の電源ラインを介して供給される交流電力を直流電力に変換し、コモンモードチョークコイル１１を介してインバータ２に供給する。

ノイズフィルタは、コモンモード電流抽出回路９、コモンモードチョークコイル１１、相間コンデンサ１２およびコンデンサ１３から構成されている。相間コンデンサ１２は、コンバータ１の出力端子間に接続されている。コモンモードチョークコイル１１は、コンバータ１の出力端子とインバータ２の入力端子とを結ぶラインに直列に挿入されている。

コモンモード電流抽出回路９は、インバータ２の出力側の電源ラインに、モータ４に並列になるように接続されている。コンデンサ１３は、コモンモード電流抽出回路９に形成されたコモンモード電流の抽出点とコンバータ１の負極側の出力端子（インバータ２の負極側の入力端子）との間に接続されている。

なお、図３に示す構成では、コモンモードチョークコイル１１は、相間コンデンサ１２の出力端子とインバータ２の入力端子との間に接続されているが、相間コンデンサ１２からインバータ２を経由してコモンモード電流抽出回路９に至る経路の任意の位置、例えばインバータ２の出力端子とコモンモード電流抽出回路９との間、または、平滑コンデンサ３とインバータ２との間に挿入するように構成できる。

以上のように構成される実施例３に係るノイズフィルタによれば、高耐圧を必要とする相間コンデンサ１２が１つで済むのでノイズフィルタを安価に構成できる。また、コンデンサ１３としては低い耐圧の小型のコンデンサを用いることができるため、ノイズフィルタを全体として小型化できる。

図４は本発明の実施例４に係るノイズフィルタが適用されたインバータ装置で負荷を駆動するための駆動回路の構成を示す図である。

この駆動回路は、図２に示した実施例２に係るノイズフィルタが適用されたインバータ装置で負荷を駆動する駆動回路において、電源５とコンバータ１とを結ぶ電源ラインにコモンモードチョークコイル１４が挿入されて構成されている。

コモンモードチョークコイル１４は、３つの巻線１４ａ〜１４ｃが電磁結合してなり、モータ４、アースおよび電源５から形成される漏れ電流の経路のインピーダンスを高める働きをする。

この実施例４に係るノイズフィルタによれば、モータ４からの漏れ電流および電源５でのＥＭＩノイズを、実施例２に係るノイズフィルタに比べて、さらに低減させることができる。

なお、図４に示す構成では、電源５から相間コンデンサ１０ａおよび１０ｂに至る経路にコモンモードチョークコイル１４を挿入したが、このコモンモードチョークコイル１４は、コモンモード電流抽出回路９からモータ４に至る経路に挿入するように構成できる。あるいは、コモンモードチョークコイルを、電源５から相間コンデンサ１０ａおよび１０ｂに至る経路およびコモンモード電流抽出回路９からモータ４に至る経路の双方に挿入するように構成できる。

また、図１に示した実施例１に係るノイズフィルタが適用されたインバータ装置で負荷を駆動する駆動回路においては、電源５から相間コンデンサ７ａ、７ｂおよび７ｃに至る経路およびコモンモード電流抽出回路９からモータ４に至る経路の少なくとも１つにコモンモードチョークコイルを挿入するように構成できる。また、図３に示した実施例３に係るノイズフィルタが適用されたインバータ装置で負荷を駆動する駆動回路においては、電源５から相間コンデンサ１２に至る経路およびはコモンモード電流抽出回路９からモータ４に至る経路の少なくとも１つにコモンモードチョークコイルを挿入するように構成できる。

図５は本発明の実施例５に係るノイズフィルタが適用されたインバータ装置で負荷を駆動するための駆動回路の構成を示す図である。

この駆動回路は、図２に示した実施例２に係るノイズフィルタが適用されたインバータ装置で負荷を駆動する駆動回路において、電源５とコンバータ１とを結ぶ電源ラインを構成する３本の電線に相間コンデンサ１５ａ、１５ｂおよび１５ｃの一方の端子がそれぞれ接続され、相間コンデンサ１５ａ、１５ｂおよび１５ｃの他方の端子は１箇所に接続されて構成されている。相間コンデンサ１５ａ、１５ｂおよび１５ｃは電源５へ流れるノーマルモード電流の高周波成分をバイパスする役割を果たす。

この実施例５に係るノイズフィルタによれば、ノーマルモードノイズは電源５まで伝導しないので、電源５でのＥＭＩノイズを低減させることができる。

なお、この実施例５に係るノイズフィルタでは、電源５からコンバータ１に至る経路に相間コンデンサ１５ａ、１５ｂおよび１５ｃを接続したが、実施例１〜実施例４に係るノイズフィルタにおいても、電源５からコンバータ１に至る経路に相間コンデンサ１５ａ、１５ｂおよび１５ｃを接続するように構成できる。これらの場合も、上述した効果と同様の効果を奏する。

図６は本発明の実施例６に係るノイズフィルタを構成するコモンモード電流抽出回路９の構造を示す図である。

このコモンモード電流抽出回路９は、三相リアクトル１６とコンデンサ１７ａ、１７ｂおよび１７ｃとから構成されている。三相リアクトル１６を構成する三脚鉄心１６ａ１〜１６ｃ１には３つの巻線１６ａ２〜１６ｃ２がそれぞれ同じ方向に巻きつけられる。３つの巻線１６ａ２〜１６ｃ２の一方の端部はインバータ２の出力側の電源ラインに接続されたコンデンサ１７ａ、１７ｂおよび１７ｃにそれぞれ接続され、３つの巻線１６ａ２〜１６ｃ２の他方の端部は１箇所で接続されてコモンモード電流の抽出点を形成している。

このように構成される三相リアクトル１６は、ノーマルモード電流に対しては各相で発生される磁束は互いに強めあうため、大きなインダクタンスを表す。一方、各相を流れるコモンモード電流は鉄心のそれぞれの脚に同じ方向に同じ大きさの磁束を発生する。このため鉄心内の磁束はバランスして変化せず、コモンモード電流に対してはインダクタンスを表さない。その結果、このコモンモード電流抽出回路９には主にコモンモード電流だけが流れ、電源ラインから流れ込むコモンモード電流はコモンモード電流の抽出点から流れ出す。

この実施例６に係るノイズフィルタによれば、コモンモード電流抽出回路９の三相リアクトル１６は、ノーマルモード電流に対しては大きなインダクタンスを示すため、電力変換装置からの無効電流はほとんど流れない。その一方、コモンモード電流に対して殆どインダクタンスを持たないため、コモンモード電流だけを選択的に抽出することが可能となる。

なお、モータ４を駆動する低周波のノーマルモード電流に対して三相リアクトル１６だけで大きなインピーダンスを確保しようとするとコモンモード電流抽出回路９は非常に大きなものとなってしまい実用的ではない。コンデンサ１７ａ、１７ｂおよび１７ｃはこのような低周波のノーマルモード電流をカットする。この構成により、コモンモード電流抽出回路９を実用的な大きさに抑えることができる。

また、共振による障害を避けるために、ノーマルモード電流に対する三相リアクトル１６とコンデンサ１７ａ、１７ｂおよび１７ｃとの共振周波数は、モータ４の運転周波数よりも高く、逆にインバータ装置のスイッチング周波数よりも低く設定される。また、この共振周波数が高い場合に、三相リアクトル１６の鉄心が磁気飽和しにくくなることから、小型化を図るにはスイッチング周波数を高くすることが好ましい。

また、三相リアクトル１６には実際には漏れインダクタンスが存在するため、これがコモンモード電流に対して作用する。この漏れインダクタンスとコンデンサ１７ａ、１７ｂおよび１７ｃ、ならびにコモンモード電流抽出回路９のコモンモード電流の抽出点に接続されるコンデンサとで形成される経路のＬＣ共振の周波数は、最も低減したい漏れ電流およびＥＭＩノイズの周波数に設定すれば、漏れ電流およびＥＭＩノイズのより大きな低減効果が発揮される。

なお、図６に示す三相リアクトル１６とコンデンサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃとを入れ換えても、同様な効果が得られるのは勿論である。

図７は本発明の実施例７に係るノイズフィルタを構成するコモンモード電流抽出回路９の構造を示す図である。

このコモンモード電流抽出回路９は、３個の単相リアクトル１８ａ、１８ｂおよび１８ｃとコンデンサ１７ａ、１７ｂおよび１７ｃから構成されている。単相リアクトル１８ａは、鉄心１８ａ３を介して電磁結合する２つの巻線１８ａ１，１８ａ２からなる。単相リアクトル１８ｂは、鉄心１８ｂ３を介して電磁結合する２つの巻線１８ｂ１，１８ｂ２からなる。単相リアクトル１８ｃは、鉄心１８ｃ３を介して電磁結合する２つの巻線１８ｃ１，１８ｃ２からなる。巻線１８ａ１と巻線１８ｃ２とが直列に接続され、巻線１８ｂ１と巻線１８ａ２とが直列に接続され、巻線１８ｃ１と巻線１８ｂ２とが直列に接続されている。

即ち、３個の単相リアクトル１８ａ、１８ｂおよび１８ｃの各々の巻線は、三相の中の任意の２つの相の組み合わせに属する２つの巻線が直列に接続されて３個の巻線対を形成し、コモンモード電流に対して鉄心の磁束を打ち消しあって各単相リアクトル１８ａ、１８ｂおよび１８ｃがインダクタンスを示さないようになっている。

３個の巻線対の一方の端部はコンデンサ１７ａ、１７ｂおよび１７ｃにそれぞれ接続され、他方の端部は１箇所で接続されてコモンモード電流の抽出点を形成している。

以上のように構成されたコモンモード電流抽出回路９が含まれる本発明の実施例７に係るノイズフィルタによれば、実施例６に係るノイズフィルタと同様の作用および効果を奏する。さらに、コモンモード電流抽出回路９を単相リアクトル１８ａ、１８ｂおよび１８ｃで構成した場合、２つの巻線を同一鉄心上に巻くなどして漏れインダクタンスを極力抑えることも可能となり、コモンモード電流抽出回路９の性能をより一層向上させることができる。

図８は本発明の実施例８に係るノイズフィルタを構成するコモンモード電流抽出回路９の構造を示す図である。

このコモンモード電流抽出回路９は、単相リアクトル１９とコンデンサ２０ａおよび２０ｂから構成されている。単相リアクトル１９は、コモンモード電流に対してインダクタンスを示さないように巻線が巻回されている。そして、２つの巻線の一方の端部はコンデンサ２０ａおよび２０ｂにそれぞれ接続され、他方の端部は１箇所で接続されてコモンモード電流の抽出点を形成している。単相リアクトル１９は、鉄心１９ｃを介して電磁結合する２つの巻線１９ａ，１９ｂからなる。２つの巻線１９ａ，１９ｂは、互いに逆相電圧が発生するように巻回されている。

以上のように構成されたコモンモード電流抽出回路９が含まれる本発明の実施例８に係るノイズフィルタによれば、実施例６および実施例７に係る三相のノイズフィルタと同様の作用および効果を奏する。

本発明は、コンバータとインバータとを含むインバータ装置に適用可能である。

本発明の実施例１に係るノイズフィルタが適用されたインバータ装置で負荷を駆動するための駆動回路の構成を示す図である。本発明の実施例２に係るノイズフィルタが適用されたインバータ装置で負荷を駆動するための駆動回路の構成を示す図である。本発明の実施例３に係るノイズフィルタが適用されたインバータ装置で負荷を駆動するための駆動回路の構成を示す図である。本発明の実施例４に係るノイズフィルタが適用されたインバータ装置で負荷を駆動するための駆動回路の構成を示す図である。本発明の実施例５に係るノイズフィルタが適用されたインバータ装置で負荷を駆動するための駆動回路の構成を示す図である。本発明の実施例６に係るノイズフィルタを構成するコモンモード電流抽出回路の構造を示す図である。本発明の実施例７に係るノイズフィルタを構成するコモンモード電流抽出回路の構造を示す図である。本発明の実施例８に係るノイズフィルタを構成するコモンモード電流抽出回路の構造を示す図である。従来のノイズフィルタを説明するための図である。

符号の説明

１コンバータ
２インバータ
３平滑コンデンサ
４モータ
５電源
６コモンモードチョークコイル
７ａ、７ｂ、７ｃ相間コンデンサ
８接地コンデンサ
９コモンモード電流抽出回路
１０ａ、１０ｂ相間コンデンサ
１１コモンモードチョークコイル
１２相間コンデンサ
１３コンデンサ
１４コモンモードチョークコイル
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ相間コンデンサ
１６三相リアクトル
１７ａ、１７ｂ、１７ｃコンデンサ
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ単相リアクトル
１９単相リアクトル
２０ａ、２０ｂコンデンサ

Claims

電力変換装置で発生されるＥＭＩノイズを抑制するノイズフィルタであって、
前記電力変換装置の出力側の電源ラインに接続されたコモンモード電流に対して低インピーダンスのコモンモード電流抽出回路と、
前記電力変換装置の入力側の電源ラインに接続された相間コンデンサと、
前記相間コンデンサから前記電力変換装置を経由して前記コモンモード電流抽出回路に至る経路の任意の位置に直列に挿入された第１コモンモードチョークコイルとを備え、
前記コモンモード電流抽出回路に形成されたコモンモード電流の抽出点は前記相間コンデンサにより形成される中性点に接続され、
前記電力変換装置は三相出力を有し、
前記コモンモード電流抽出回路は、
鉄心を介して電磁結合する２つの巻線からなる３個の単相リアクトルの各巻線のうち、任意の２つの相の組み合わせに属する２個の巻線がコモンモード電流に対して鉄心の磁束を打ち消しあうように直列接続され、更に前記２つの相の組み合わせに属する２個の巻線にコンデンサが直列接続された直列回路を備え、前記直列回路の一方の端部は前記電力変換装置の出力に接続され、
前記３個の直列回路の他方の端部は１箇所で接続されてコモンモード電流の抽出点を形成していることを特徴とするノイズフィルタ。
入力側の電源ラインからの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、該コンバータから出力される直流電力を交流電力に変換して出力側の電源ラインに出力するインバータとを備えた電力変換装置で発生されるＥＭＩノイズを抑制するノイズフィルタであって、
前記出力側の電源ラインに接続された低インピーダンスのコモンモード電流抽出回路と、
前記コンバータの出力側に接続された、２個の直列接続された相間コンデンサと、
前記相間コンデンサから前記インバータを経由して前記コモンモード電流抽出回路に至る経路の任意の位置に直列に挿入された第１コモンモードチョークコイルとを備え、
前記コモンモード電流抽出回路に形成されたコモンモード電流抽出点は前記２個の相間コンデンサの接続点に形成される中性点に接続され、
前記電力変換装置は三相出力を有し、
前記コモンモード電流抽出回路は、
鉄心を介して電磁結合する２つの巻線からなる３個の単相リアクトルの各巻線のうち、任意の２つの相の組み合わせに属する２個の巻線がコモンモード電流に対して鉄心の磁束を打ち消しあうように直列接続され、更に前記２つの相の組み合わせに属する２個の巻線にコンデンサが直列接続された直列回路を備え、前記直列回路の一方の端部は前記電力変換装置の出力に接続され、
前記３個の直列回路の他方の端部は１箇所で接続されてコモンモード電流の抽出点を形成していることを特徴とするノイズフィルタ。
入力側の電源ラインからの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、該コンバータから出力される直流電力を交流電力に変換して出力側の電源ラインに出力するインバータとを備えた電力変換装置で発生されるＥＭＩノイズを抑制するノイズフィルタであって、
前記出力側の電源ラインに接続された低インピーダンスのコモンモード電流抽出回路と、
前記コンバータの出力側に接続された１つの高耐圧の相間コンデンサと、
前記相間コンデンサの何れか一方の端子と前記コモンモード電流抽出回路に形成された
コモンモード電流抽出点との間に設けられたコンデンサと、
前記相間コンデンサから前記インバータを経由して前記コモンモード電流抽出回路に至る経路の任意の位置に直列に挿入された第１コモンモードチョークコイルと、
を備え、
前記電力変換装置は三相出力を有し、
前記コモンモード電流抽出回路は、
鉄心を介して電磁結合する２つの巻線からなる３個の単相リアクトルの各巻線のうち、任意の２つの相の組み合わせに属する２個の巻線がコモンモード電流に対して鉄心の磁束を打ち消しあうように直列接続され、更に前記２つの相の組み合わせに属する２個の巻線にコンデンサが直列接続された直列回路を備え、前記直列回路の一方の端部は前記電力変換装置の出力に接続され、
前記３個の直列回路の他方の端部は１箇所で接続されてコモンモード電流の抽出点を形成していることを特徴とするノイズフィルタ。
電源から前記相間コンデンサに至る経路または前記コモンモード電流抽出回路から負荷に至る経路の少なくとも１つに、さらに、第２コモンモードチョークコイルを挿入したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載のノイズフィルタ。
前記電力変換装置の入力側の電源ラインにノーマルモードノイズ除去用相間コンデンサをさらに接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項記載のノイズフィルタ。