説明

ノイズフィルタ

【課題】配電線から、スパイクやサージなどの過渡変動成分を吸収し、また、高周波ノイズを除去するノイズフィルタを提供すること。
【解決手段】配電線間に、ヒューズおよび金属酸化物バリスタとの直列接続体を接続し、前記金属酸化物バリスタに、コンデンサと抵抗との直列接続体、および発光デバイスを並列接続することで、配電線のインダクタンスとコンデンサと抵抗とで交流から高周波ノイズを除去するローパスフィルタを構成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、配電線間に並列に接続されるノイズフィルタに関し、特に、配電線のいわゆる基本波電圧に印加されるスパイク、サージなどの過渡変動を吸収することに加えて、配電線のいわゆる基本波電圧に重畳される高周波ノイズをフィルタリングするノイズフィルタに関する。
【背景技術】
【0002】
配電線は、スパイク、サージ、高周波ノイズなどに反応しやすいが、同時に、配電線に接続される機械や装置は、自身でも、そうしたスパイク、サージなどの過渡変動を生成して配電線のいわゆる基本波電圧に重畳してしまう。スイッチがターンオフ及びターンオンするときにも、電気的インパルスが配電線のいわゆる基本波電圧に重畳される。モータの始動や停止時に、サージが引き起こされ、また、様々なモータを駆動する電力変換器が発生する高調波などで配電線の交流波形が歪む。このように配電線の交流は、これら各種類のスパイク、サージなどで、波形が歪まされ、モータやその他機器の効率を低下させる。また、配電線には、高周波ノイズが重畳されやすい。高周波ノイズは、交流に重畳された不要な電圧や電流成分であり、電子装置、制御回路、スイッチング電源などから発生する。また、高周波ノイズは、データエラー、機器の誤動作、などの問題を引き起こす原因ともなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2004−159376号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明においては、配電線に印加されるスパイクやサージなどの過渡変動を吸収し、また、配電線に重畳する高周波ノイズを除去することができるノイズフィルタ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】
【0005】
本発明によるノイズフィルタは、配電線間に並列に接続されるノイズフィルタであって、前記配電線間に、過電流遮断素子および過電圧吸収素子の直列接続体を接続し、前記過電圧吸収素子に、コンデンサおよび抵抗の直列接続体と発光デバイスとを並列接続することを特徴とする。
【0006】
前記過電流遮断素子は、特に限定しないが、好ましくは、ヒューズである。
【0007】
前記過電圧吸収素子は、特に限定しないが、好ましくは、金属酸化物バリスタである。
【0008】
本発明のノイズフィルタにおいては、前記コンデンサが配電線のインダクタンス成分と作用し合って、少なくとも2次のローパスフィルタを構成し、配電線に重畳する高周波ノイズを除去することができる。
【0009】
前記抵抗を低インダクタンスの抵抗で構成すると、高周波領域でもノイズフィルタの減衰特性が劣化しなくて済むようになる。この抵抗としては、板状の抵抗または無誘導抵抗により構成することができる。
【0010】
前記配電線が交流電源と負荷との間の一対の配電線であり、かつ、これら一対の配電線の配線インダクタンスと、前記配電線間に並列に接続される当該ノイズフィルタ内の前記コンデンサおよび前記抵抗と、前記負荷とで構成される回路の伝達関数の減衰係数を0.7以上に選ぶと、配線に重畳するノイズを効果的に減衰させることができる。
【0011】
前記コンデンサは、その容量値(μF)と前記抵抗の抵抗値(Ω)との積である時定数が10ないし40(μ秒)となるようにその容量値と抵抗値を設定することが好ましい。例えば、このコンデンサの容量値は、10ないし30(μF)に設定することができる。前記時定数の範囲では、当該ノイズフィルタが接続される電源側と負荷側それぞれの配線インダクタンスを0.2mH程度と考えると、ノイズフィルタのカットオフ周波数を略3kHz程度とすることができる。
【0012】
前記抵抗には、さらに、第2のコンデンサおよび第2の抵抗の直列接続体を並列接続することが好ましい。この場合、前記コンデンサおよび第2のコンデンサが配電線のインダクタンス成分と作用し合って、3次のローパスフィルタを構成し、配電線を流れる交流に重畳する高周波ノイズをよりシャープに除去することができる。
【0013】
前記配電線が三相配電線であり、その三相配電線における各相線間それぞれに各ノイズフィルタを接続する場合、各ノイズフィルタをデルタ接続することが好ましい。
【0014】
当該ノイズフィルタを構成する部品と接地との間に接地電流が流れないようにすると、ノイズフィルタの性能の向上に寄与することができる。ノイズフィルタのケースは接地されるので、例えば前記部品とケースとの間に接地電流が流れないようにすることが好ましい。その方法としては、前記部品をケースから浮かせた状態で配置したり、前記部品とケースとの間に絶縁材を介装したりすること、などが考えられる。
【発明の効果】
【0015】
本発明のノイズフィルタでは、金属酸化物バリスタなどの過電圧吸収素子により、配電線間に印加されるスパイクやサージなどの過渡変動を吸収することができると共に、コンデンサが配電線のインダクタンス成分と作用し合って、ローパスフィルタを構成することができるので、このローパスフィルタにより、配電線に重畳する高周波ノイズを抑制ないし除去することができる。なお、ヒューズなどの過電流遮断素子は過電圧吸収素子やローパスフィルタが短絡破損したときの火災を防止するために設ける。また、発光デバイスは過電流遮断素子が電流を遮断すると発光しなくなり、このノイズフィルタが動作中か否かを目視で確認できるようにするために設ける。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】図1は、本発明の実施形態に係るノイズフィルタの回路図である。
【図2】図2(a)は、過渡過電圧が印加した交流の波形図、図2(b)は、過渡過電圧がクランプされた交流の波形図である。
【図3】図3(a)は、高周波ノイズが重畳している交流の波形図、図3(b)は、高周波ノイズを除去した交流の波形図である。
【図4】図4は、他の実施形態に係るノイズフィルタの回路図である。
【図5】図5は、図4のノイズフィルタにおける周波数対ゲイン特性図である。
【図6】図6は、さらに他の実施形態に係るノイズフィルタの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態に係るノイズフィルタを説明する。図1を参照して、交流電源1と負荷2との間の一対の配電線3,4間に、ノイズフィルタ5が接続されている。配電線3,4はインダクタンスを有し、図中にそのインダクタンス成分をLで示す。ノイズフィルタ5は、配電線3,4間に並列に接続されるヒューズ6および金属酸化物バリスタ7を含む第1の直列接続体8と、金属酸化物バリスタ7に並列接続される、コンデンサ9および抵抗10の第2の直列接続体11と、金属酸化物バリスタ7に並列接続される発光デバイス12と、を含む。
【0018】
第1の直列接続体8におけるヒューズ6は、過電流遮断素子として、金属酸化物バリスタ7、コンデンサ9、抵抗10、発光デバイス12が短絡的に破損したとき、発熱して溶断し、ノイズフィルタ5が発火するのを防ぐ。
【0019】
金属酸化物バリスタ7は、過電圧吸収素子として、交流にサージなどの過電圧が印加しないときは、高い抵抗値を有し、過電圧が印加されると、非常に低い抵抗となって、過電圧をクリッピングして吸収する。
【0020】
第2の直列接続体11におけるコンデンサ9は、配電線3,4のインダクタンスLと作用し合って、交流に重畳する高周波ノイズを除去するローパスフィルタを構成する。この場合、抵抗10もローパスフィルタに含む。
【0021】
抵抗10は、角周波数ωとし、コンデンサ9のキャパシタンスをCとして、ωL=1/ωC付近で、共振しないようにして、配電線3,4間に過電流が流れないようにする。即ち、共振を抑制する。
【0022】
なお、一対の配電線3,4の配線インダクタンス2Lと、配電線3,4間に並列に接続される当該ノイズフィルタ5内の前記コンデンサ9のキャパシタンスCおよび前記抵抗10の抵抗値R1と、前記負荷2の抵抗値R2とで構成される回路の伝達関数の減衰係数を、共振が現れない0.7以上に選ぶと、配線に乗るノイズを減衰させることができる。この場合、負荷2は等価的に抵抗としている。
【0023】
この抵抗10を、低インダクタンスの抵抗とすると、高周波領域でも減衰特性が劣化しなくて済むようになる。抵抗10としては、例えば板状の抵抗または無誘導抵抗で構成することができる。
【0024】
前記コンデンサ9の容量の値(μF)を、その容量の値と抵抗10の抵抗値(Ω)との積である時定数が10〜40(μ秒)となるように設定することが好ましい。前記コンデンサ9は、容量の値としては、10〜40(μF)の範囲が好ましい。このような時定数であると、ノイズフィルタが接続される電源側および負荷側の配線インダクタンスの総計がそれぞれ0.2mH程度と考えた場合に、当該ノイズフィルタのカットオフ周波数を1ないし5kHz程度とすることができる。
【0025】
上記共振が発生しない場合、抵抗10は、必ずしも、必須のものではなく、省略することができる。
【0026】
発光デバイス12は、特に限定するものではなく、電流が流れて発光することができる素子であれば何でも良い。
【0027】
実施形態においては、配電線3,4のインダクタンス成分Lと、コンデンサ9のキャパシタンスとにより、2次のローパスフィルタを構成し、交流に重畳する高周波ノイズを抑制ないし除去することができる。
【0028】
図2(a)は、過渡電圧で歪んでいる交流の波形図である。実施形態のノイズフィルタ5は、配電線3,4に過渡電圧が印加されても、金属酸化物バリスタ7により、ノイズフィルタ5が接続された箇所では、図2(b)で示すように、点線で示すレベルの所定電圧にクリッピングされ、吸収される。金属酸化物バリスタ7は、過渡電圧が生じる以前は、回路内に無限に高い抵抗として出現する。金属酸化物バリスタ7は、過渡電圧が印加されると、非常に低い抵抗の素子になって、過渡電圧をクリッピングする。金属酸化物バリスタ7は、過渡電圧が印加されなくなると、高抵抗の素子に復帰する。金属酸化物バリスタ7が非常に低い抵抗の素子になって、実質、配電線3,4間の電圧を所定の値にクランプする。
【0029】
発光デバイス12は、ヒューズ6が溶断していない状態で、配電線3,4から流れる電流で発光する。発光デバイス12は、ヒューズ6が溶断したりして、電流が流れてこなくなると、発光停止する。この発光デバイス12の発光とその停止により、ユーザは過電圧の印加状況や、その他を知ることできる。
【0030】
次に、図3(a)は、配電線3、4に高周波ノイズが重畳している状態を示す図である。ノイズフィルタ5は、配電線3,4のインダクタンス成分Lと共に、コンデンサ9および抵抗10により、2次のローパスフィルタを構成して、図3(b)で示すように、交流から高周波ノイズを除去する。実施形態では、2次のローパスフィルタを構成するのに、別途に集中定数素子としてのインダクタを設けずに、配電線3,4のインダクタンス成分Lを利用している。コンデンサ9のキャパシタンスや抵抗10の抵抗値は、高周波ノイズの周波数に応じて設定することができる。
【0031】
図4は、本発明の他の実施形態にかかるノイズフィルタの回路図である。図4を参照して、この実施形態のノイズフィルタ5aは、上記実施形態のノイズフィルタ5における抵抗11に、第2のコンデンサ13と第2の抵抗14との第3直列接続体15を並列接続したものである。これにより、実施形態のノイズフィルタ5aは、インダクタンス成分L、コンデンサ10、第2のコンデンサ13により、3次のローパスフィルタを構成する。図4の実施形態では、図1のノイズフィルタ5における2次のローパスフィルタとは異なって、配電線3,4から高周波ノイズをよりシャープに除去することができる。
【0032】
図5は、ノイズフィルタ5とノイズフィルタ5aの周波数−ゲイン特性を示す図であり、Aはノイズフィルタ5の特性、Bはノイズフィルタ5aの特性を示す。ノイズフィルタ5のカットオフ周波数は、fc1である。ノイズフィルタ5aのカットオフ周波数はfc2である。この実施形態では、コンデンサ13を追加したことで、配電線3,4から高周波ノイズを、よりシャープに除去することができる。
【0033】
前記コンデンサ9,13の合計容量を、その合計容量の値と抵抗10,15の合計抵抗値(Ω)との積である時定数が10〜40(μ秒)となるように設定すると、電源側および負荷側の配線インダクタンスの総計がそれぞれ0.2mH程度であると考えた場合に、ノイズフィルタのカットオフ周波数を1ないし5kHz程度とすることができる。この場合の前記コンデンサ9,13の合計容量の値が10〜30(μF)である。
【0034】
図6は、本発明のさらに他の実施形態にかかるノイズフィルタの回路図である。図6のノイズフィルタは、図1のノイズフィルタ5をデルタ接続すると共に、三相電源16と三相負荷の一例である三相モータ17との間の各相線(配電線)18〜20間それぞれに接続したものである。図6は、各相線18〜20間にノイズフィルタ5を接続したが、勿論、ノイズフィルタ5aを接続してもよい。
【0035】
なお、前記実施形態のノイズフィルタでは、接地電流が流れないことが好ましい。そのため、各実施の形態のノイズフィルタを構成する部品は接地に対して十分に大きい絶縁抵抗を有することが好ましい。
【符号の説明】
【0036】
1 電源
2 負荷
3,4配電線
5 ノイズフィルタ
6 ヒューズ
7 金属酸化物バリスタ
8 第1直列接続体
9 コンデンサ
10 抵抗
11 第2直列接続体
12 発光デバイス

【特許請求の範囲】
【請求項1】
一対の配電線間に接続されるノイズフィルタであって、
前記配電線間に、過電流遮断素子および過電圧吸収素子の直列接続体を接続し、
前記過電圧吸収素子に、コンデンサおよび抵抗の直列接続体と、発光デバイスとを並列接続する、ことを特徴とするノイズフィルタ。
【請求項2】
前記過電流遮断素子が、ヒューズである請求項1に記載のノイズフィルタ。
【請求項3】
前記過電圧吸収素子が、金属酸化物バリスタである請求項1または2に記載のノイズフィルタ。
【請求項4】
前記抵抗が低インダクタンスの抵抗である請求項1ないし3のいずれかに記載のノイズフィルタ。
【請求項5】
前記一対の配電線は、交流電源と負荷との間の配電線であり、かつ、この一対の配電線の配線インダクタンスと、前記配電線間に並列に接続される当該ノイズフィルタ内の前記コンデンサおよび前記抵抗と、前記負荷とで構成される回路の伝達関数の減衰係数を0.7以上とする、請求項1に記載のノイズフィルタ。
【請求項6】
前記コンデンサは、その容量(μF)と前記抵抗の抵抗値(Ω)との積である時定数が10ないし40(μ秒)となるように、その容量が設定されている、請求項1ないし5のいずれかに記載のノイズフィルタ。
【請求項7】
前記コンデンサの容量が、10ないし30(μF)である請求項6に記載のノイズフィルタ。
【請求項8】
前記抵抗に、互いに直列接続された第2のコンデンサおよび第2の抵抗を並列に接続した、請求項1ないし7のいずれかに記載のノイズフィルタ。
【請求項9】
前記ノイズフィルタを構成する回路部品を通して接地電流が流れない、請求項1ないし8のいずれかに記載のノイズフィルタ。
【請求項10】
請求項1ないし9のいずれかに記載のノイズフィルタの少なくとも3個をデルタ接続すると共に、各ノイズフィルタを三相配電線の各相線間に個別接続した、ノイズフィルタ。

【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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【公開番号】特開2013−13278(P2013−13278A)
【公開日】平成25年1月17日(2013.1.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−145405(P2011−145405)
【出願日】平成23年6月30日(2011.6.30)
【出願人】(000217491)田淵電機株式会社 (67)
【出願人】(000211695)中西金属工業株式会社 (222)
【Fターム(参考)】