JP6925560B1 - ノイズキャンセル装置およびそれを備えた電気装置 - Google Patents

Abstract

ノイズキャンセル装置（４）は、正極側、負極側の電線（２１Ｐ，２１Ｎ）に対してそれぞれノイズキャンセル回路（４Ｐ，４Ｎ）を備える。各ノイズキャンセル回路（４Ｐ，４Ｎ）は、電線（２１Ｐ，２１Ｎ）に直列に挿入された第１巻線（４１Ｐ，４１Ｎ）と、第１巻線（４１Ｐ，４１Ｎ）の第１端（Ａ）、第２端（Ｂ）にそれぞれ接続される第２巻線（４２Ｐ，４２Ｎ）、第３巻線（４３Ｐ，４３Ｎ）と、共通コア（４０Ｐ，４０Ｎ）とを備える。第１巻線（４１Ｐ，４１Ｎ）および第３巻線（４３Ｐ，４３Ｎ）は互いに逆結合される。第２巻線（４２Ｐ，４２Ｎ）および第３巻線（４３Ｐ，４３Ｎ）は、互いに逆結合され、かつ第１巻線（４１Ｐ，４１Ｎ）と接続されない端子同士が巻線接続点（Ｃ，Ｇ）にて接続され、巻線接続点（Ｃ，Ｇ）が接地される。

Description

本願は、ノイズキャンセル装置およびそれを備えた電気装置に関するものである。

電力変換装置では、スイッチング素子のオンオフ動作などに起因してコモンモードノイズが発生するため、従来からノイズキャンセル手段を備えることが提案されている。
特許文献１に記載される従来の電気装置としての電力変換装置は、ノイズキャンセル手段が、直流母線に直列に挿入されたフィルタリアクトルと、直流母線間に接続された２直列のフィルタコンデンサとを有するＬＣフィルタを備え、２直列のフィルタコンデンサの相互の接続点をアースする。また、ノイズキャンセル回路により、ＬＣフィルタと電力変換回路との間に設けられた平滑コンデンサとアースとの間に発生するリプル電圧またはリプル電流を用いてフィルタリアクトルに流れるリプル電流と大きさのほぼ等しい逆位相の電流を発生し、フィルタリアクトルの直流電源側端子に注入する。

また、特許文献２に記載される従来のノイズキャンセル装置である電力線雑音フィルタでは、検出回路により電力線上の電流性のコモンノードノイズが検出される。そして、逆相信号発生回路によって、検出回路により検出されたノイズと逆相の信号となる逆相信号が発生される。さらに、注入回路によって電力線に対して逆相信号に対応した電流変化を与える。

特開平５−２１９７５８号公報 特開２００２−２０４１８９号公報

特許文献１記載の従来の電気装置におけるノイズキャンセル手段は、ＬＣフィルタを備え、さらにノイズキャンセル回路を備えているため、回路構成が大型化する。また、ＬＣフィルタのフィルタリアクトル自身も小型化が難しい。さらに、リプル電流が理想的にキャンセルされずに残存すると、電源ケーブルにコモンモードノイズ電流が漏れ出し、コモンモードノイズが生じるという問題点があった。

また、特許文献２記載の従来のノイズキャンセル装置は、検出回路と逆相信号発生回路と注入回路とを備え、回路構成が複雑化するという問題点があった。

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、コモンモードノイズを抑制し、かつ装置構成の小型化、簡略化を促進できるノイズキャンセル装置を提供することを目的とする。
さらに、このノイズキャンセル装置を備えて、コモンモードノイズが抑制された信頼性の高い電気装置を、小型で簡略な装置構成にて提供する事を目的とする。

また、本願に開示されるノイズキャンセル装置は、外部と接続される正極側、負極側の２本の電線に対してそれぞれノイズキャンセル回路を備えて、前記電線を介して流れるコモンモードのノイズ電流を抑制する。前記各ノイズキャンセル回路は、対応する前記電線に直列に挿入された第１巻線と、該第１巻線の第１端に接続される第２巻線と、該第１巻線の第２端に接続される第３巻線と、前記第１〜第３巻線の共通コアとを備える。前記第１巻線および前記第３巻線は互いに逆結合され、前記第２巻線および前記第３巻線は、互いに逆結合され、かつ前記第１巻線と接続されない端子同士が巻線接続点にて接続され、前記巻線接続点は接地される。そして、前記第３巻線は、前記第１巻線との結合度の大きさ、および前記第２巻線との結合度の大きさが０．５である。
また、本願に開示されるノイズキャンセル装置は、外部と接続される正極側、負極側の２本の電線に対してそれぞれノイズキャンセル回路を備えて、前記電線を介して流れるコモンモードのノイズ電流を抑制する。前記各ノイズキャンセル回路は、対応する前記電線に直列に挿入された第１巻線と、該第１巻線の第１端に接続される第２巻線と、該第１巻線の第２端に接続される第３巻線と、前記第１〜第３巻線の共通コアとを備える。前記第１巻線および前記第３巻線は互いに逆結合され、前記第２巻線および前記第３巻線は、互いに逆結合され、かつ前記第１巻線と接続されない端子同士が巻線接続点にて接続され、前記巻線接続点は接地される。そして、前記電線は、電源ケーブルに接続される直流母線であり、前記各ノイズキャンセル回路は、交流成分のみを通す第１コンデンサおよび第２コンデンサを備え、前記巻線接続点が、前記第１コンデンサを介して接地されると共に、前記第２コンデンサを介して前記電源ケーブルのシールド線に接続される。

また、本願に開示されるノイズキャンセル装置を備えた電気装置は、前記ノイズキャンセル装置における前記電線が、電源ケーブルに接続される直流母線であり、前記各ノイズキャンセル回路が、交流成分のみを通す第１コンデンサおよび第２コンデンサを備え、前記巻線接続点が、前記第１コンデンサを介して接地されると共に、前記第２コンデンサを介して前記電源ケーブルのシールド線に接続される。そして、前記電気装置は、前記直流母線を入出力線とする電力変換回路を備え、前記ノイズキャンセル装置が、前記電力変換回路の動作により発生する前記ノイズ電流を抑制する。

また、本願に開示されるノイズキャンセル装置を備えた電気装置は、前記ノイズキャンセル装置における前記電線が、交流信号のみが流れる信号線である。そして、前記電気装置は、差動伝送信号を前記信号線を介して送信する送信回路と、前記差動伝送信号を前記信号線を介して受信する受信回路とを備え、前記ノイズキャンセル装置は、前記送信回路と前記受信回路との間に配置されて、前記ノイズ電流を抑制する。

本願に開示されるノイズキャンセル装置によれば、コモンモードノイズを抑制し、かつ装置構成の小型化、簡略化を促進できる。
また、本願に開示されるノイズキャンセル装置を備えた電気装置によれば、小型で簡略な装置構成にて、コモンモードノイズを抑制して信頼性を向上することができる。

実施の形態１による電力変換装置の概略構成を示す図である。 実施の形態１による正極側ノイズキャンセル回路の構成を示す回路図である。 実施の形態１による正極側ノイズキャンセル回路の起電力を説明する回路図である。 実施の形態１による負極側ノイズキャンセル回路の構成を示す回路図である。 実施の形態１による負極側ノイズキャンセル回路の起電力を説明する回路図である。 実施の形態１による正極側ノイズキャンセル回路の各巻線のインダクタンスを説明する回路図である。 実施の形態１によるノイズキャンセル回路の動作を説明する各部の波形図である。 実施の形態１によるノイズキャンセル回路の効果を説明する図である。 実施の形態１の別例による電力変換装置の概略構成を示す図である。 実施の形態２による送受信装置の概略構成を示す図である。

実施の形態１．
図１は実施の形態１による電気装置としての電力変換装置の概略構成を示す図である。
図に示すように、電力変換装置２０は、電源回路１内の直流電圧源２と電源ケーブル１０を介して接続され、電源回路１、電力変換装置２０はそれぞれ接地される。
電源ケーブル１０は、正極側のケーブル線１１Ｐと該ケーブル線１１Ｐのシールド線１２Ａ、および負極側のケーブル線１１Ｎと該ケーブル線１１Ｎのシールド線１２Ｂで構成される。正極側のケーブル線１１Ｐとシールド線１２Ａとの間には浮遊容量１３Ｐが形成され、負極側のケーブル線１１Ｎとシールド線１２Ｂとの間には浮遊容量１３Ｎが形成される。
なお、シールド線１２Ａ、１２Ｂは接地されない。
また、シールド線１２Ａ、１２Ｂは共通のシールド線で構成しても良い。

電力変換装置２０は、電源ケーブル１０に接続される正極側、負極側の２本の電線としての直流母線２１Ｐ、２１Ｎと、直流母線２１Ｐ、２１Ｎを入出力線とする電力変換回路５と、ノイズキャンセル装置４とを備える。
直流母線２１Ｐはケーブル線１１Ｐに接続され、直流母線２１Ｎはケーブル線１１Ｎに接続される。電力変換回路５は、直流電圧源２からの直流電力を、直流電力あるいは交流電力に電力変換して、負荷（図示省略）に出力する。電力変換回路５は、正極側ノイズ源となる正極側回路５Ｐと負極側ノイズ源となる負極側回路５Ｎとを備え、ノイズキャンセル装置４は、電力変換回路５内のスイッチング動作に起因して発生するコモンモードノイズである正極側ノイズおよび負極側ノイズを抑制する。

ノイズキャンセル装置４は、同様に構成された正極側のノイズキャンセル回路４Ｐと負極側のノイズキャンセル回路４Ｎとを備え、正負の各直流母線２１Ｐ、２１Ｎを介して電源ケーブル１０に流れるコモンモードのノイズ電流を抑制する。
正極側のノイズキャンセル回路４Ｐは、直流母線２１Ｐに直列に挿入された第１巻線４１Ｐと、第１巻線４１Ｐの第１端Ａに接続される第２巻線４２Ｐと、第１巻線４１Ｐの第２端Ｂに接続される第３巻線４３Ｐと、第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐの共通コア４０Ｐとを備え、さらに交流成分のみを通す第１、第２コンデンサ４４Ｐ、４５Ｐとを備える。
なお、第１巻線４１Ｐの第１端Ａが電力変換回路５側になるように、ノイズキャンセル回路４Ｐは配置される。

第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐは、直列接続されて共通コア４０Ｐに巻かれ、第１巻線４１Ｐと第３巻線４３Ｐとが逆結合され、かつ第２巻線４２Ｐと第３巻線４３Ｐとが逆結合される。なお、第１巻線４１Ｐと第２巻線４２Ｐとは順結合となる。
逆結合された第２巻線４２Ｐと第３巻線４３Ｐとは、第１巻線４１Ｐに接続されない端子同士が巻線接続点Ｃにて互いに接続される。巻線接続点Ｃは、第１コンデンサ４４Ｐを介して接地されると共に、第２コンデンサ４５Ｐを介してケーブル線１１Ｐのシールド線１２Ａに接続される。

第１、第２コンデンサ４４Ｐ、４５Ｐは、直流成分を除去して交流成分のみを通す。さらに、第１コンデンサ４４Ｐは短絡防止に用いられ、第２コンデンサ４５Ｐは感電防止に用いられる。
ケーブル線１１Ｐのシールド線１２Ａは、直接接地されず、第１、第２コンデンサ４４Ｐ、４５Ｐを介して接地される。

また、負極側のノイズキャンセル回路４Ｎは、直流母線２１Ｎに直列に挿入された第１巻線４１Ｎと、第１巻線４１Ｎの第１端Ｅに接続される第２巻線４２Ｎと、第１巻線４１Ｎの第２端Ｆに接続される第３巻線４３Ｎと、第１〜第３巻線４１Ｎ〜４３Ｎの共通コア４０Ｎとを備え、さらに交流成分のみを通す第１、第２コンデンサ４４Ｎ、４５Ｎとを備える。
なお、第１巻線４１Ｎの第１端Ｅが電力変換回路５側になるように、ノイズキャンセル回路４Ｎは配置される。

第１〜第３巻線４１Ｎ〜４３Ｎは、直列接続されて共通コア４０Ｎに巻かれ、第１巻線４１Ｎと第３巻線４３Ｎとが逆結合され、かつ第２巻線４２Ｎと第３巻線４３Ｎとが逆結合される。なお、第１巻線４１Ｎと第２巻線４２Ｎとは順結合となる。
逆結合された第２巻線４２Ｎと第３巻線４３Ｎとは、第１巻線４１Ｎに接続されない端子同士が巻線接続点Ｇにて互いに接続される。巻線接続点Ｇは、第１コンデンサ４４Ｎを介して接地されると共に、第２コンデンサ４５Ｎを介してケーブル線１１Ｎのシールド線１２Ｂに接続される。

第１、第２コンデンサ４４Ｎ、４５Ｎは、直流成分を除去して交流成分のみを通す。さらに、第１コンデンサ４４Ｎは短絡防止に用いられ、第２コンデンサ４５Ｎは感電防止に用いられる。
ケーブル線１１Ｎのシールド線１２Ｂは、直接接地されず、第１、第２コンデンサ４４Ｎ、４５Ｎを介して接地される。

なお、２つのノイズキャンセル回路４Ｐ、４Ｎの共通コア４０Ｐ、４０Ｎは、結合された１つのコアで構成しても良く、その場合、第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐ、４１Ｎ〜４３Ｎの６つの巻線が、１つのコアに巻かれる。
また、２つのノイズキャンセル回路４Ｐ、４Ｎの第１コンデンサ４４Ｐ、４４Ｎは互いに接続され、接続点Ｄが接地される。

図２は、正極側ノイズキャンセル回路４Ｐの構成を示す回路図であり、図３は、正極側ノイズキャンセル回路４Ｐの起電力を説明する回路図である。
電力変換回路５の正極側回路５Ｐによる正極側のノイズ電流は、直流母線２１Ｐを介してノイズキャンセル回路４Ｐに入力され、ノイズ電流は第１巻線４１Ｐと第２巻線４２Ｐとの接続点Ａ（第１巻線４１Ｐの第１端Ａ）から接地方向に流れ、各第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐには、それぞれ起電力が生じる。第１巻線４１Ｐと第３巻線４３Ｐとが逆結合され、かつ第２巻線４２Ｐと第３巻線４３Ｐとが逆結合されるため、図３に示す向きの起電力となる。

図４は、負極側ノイズキャンセル回路４Ｎの構成を示す回路図であり、図５は、負極側ノイズキャンセル回路４Ｎの起電力を説明する回路図である。
電力変換回路５の負極側回路５Ｎによる負極側のノイズ電流は、直流母線２１Ｎを介してノイズキャンセル回路４Ｎに入力され、ノイズ電流は第１巻線４１Ｎと第２巻線４２Ｎとの接続点Ｅ（第１巻線４１Ｎの第１端Ｅ）から接地方向に流れ、各第１〜第３巻線４１Ｎ〜４３Ｎには、それぞれ起電力が生じる。第１巻線４１Ｎと第３巻線４３Ｎとが逆結合され、かつ第２巻線４２Ｎと第３巻線４３Ｎとが逆結合されるため、図５に示す向きの起電力となる。

図６は、正極側ノイズキャンセル回路４Ｐの各巻線のインダクタンスを説明する回路図である。なお、負極側ノイズキャンセル回路４Ｎの各巻線のインダクタンスも、同様であるため、図示および説明は省略する。
インダクタンスには、自身の巻線に電流が流れることにより生じる自己インダクタンスと、他の巻線に電流が流れ、巻線間の磁気結合により生じる相互インダクタンスとがある。ノイズキャンセル回路４Ｐの第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐは、共通コア４０Ｐに巻かれて磁気結合されているため、各巻線（第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐ）は、それぞれ自己インダクタンスと、他の２つの巻線との磁気結合による相互インダクタンスとを有する。

図６に示すように、第１巻線４１Ｐは、自己インダクタンスＬ１、第１巻線４１Ｐと第２巻線４２Ｐとの磁気結合で生じる相互インダクタンスＭ２１、および第１巻線４１Ｐと第３巻線４３Ｐとの磁気結合で生じる相互インダクタンスＭ３１により構成される。第２巻線４２Ｐは、自己インダクタンスＬ２、第２巻線４２Ｐと第１巻線４１Ｐとの磁気結合で生じる相互インダクタンスＭ１２、および第２巻線４２Ｐと第３巻線４３Ｐとの磁気結合で生じる相互インダクタンスＭ３２により構成される。第３巻線４３Ｐは、自己インダクタンスＬ３、第３巻線４３Ｐと第１巻線４１Ｐとの磁気結合で生じる相互インダクタンスＭ１３、および第３巻線４３Ｐと第２巻線４２Ｐとの磁気結合で生じる相互インダクタンスＭ２３により構成される。

電流ｉｉｎは、ノイズキャンセル回路４Ｐに入力される電流を示す。電流ｉ１は、第１巻線４１Ｐと第２巻線４２Ｐとの接続点Ａ（第１巻線４１Ｐの第１端Ａ）から、第１巻線４１Ｐと第３巻線４３Ｐとの接続点Ｂ（第１巻線４１Ｐの第２端Ｂ）に流れる電流、即ち、第１巻線４１Ｐを流れる電流を示す。電流ｉ２は、接続点Ａから巻線接続点Ｃに流れる電流、即ち、第２巻線４２Ｐを流れる電流を示し、電流ｉ３は、接続点Ｂから巻線接続点Ｃに流れる電流、即ち、第３巻線４３Ｐを流れる電流を示す。

また、電流ｉｏｕｔは、ノイズキャンセル回路４Ｐでノイズ電流を除去しきれず、接続点Ｂから直流母線２１Ｐを介してケーブル線１１Ｐに出力される電流を示す。
なお、電流ｉｉｎ、ｉ１〜ｉ３は、コモンモードのノイズ電流である。

電流ｉ２および電流ｉ３は、いずれも巻線接続点Ｃから第１コンデンサ４４Ｐを介して大地に流れる。直流母線２１Ｐは大地との間に浮遊容量（図示省略）を有し、電流ｉ２および電流ｉ３は、大地から浮遊容量を介して近接した直流母線２１Ｐに流れ、電力変換回路５の正極側回路５Ｐに戻るため、コモンモードノイズを外部環境に流出させない。

各巻線（第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐ）には、各巻線に流れる電流ｉ１〜ｉ３により起電力が生じ、ファラデーの法則により以下の式（１）で表される電圧（電圧降下量）Ｖ−ＡＢ、Ｖ−ＡＣ、Ｖ−ＢＣが発生する。電圧Ｖ−ＡＢはＡＢ間に生じる電圧を示し、電圧Ｖ−ＡＣはＡＣ間に生じる電圧を示し、電圧Ｖ−ＢＣはＢＣ間に生じる電圧を示す。
なお、各電圧Ｖ−ＡＢ、Ｖ−ＡＣ、Ｖ−ＢＣを示す式において、第１項は、自己インダクタンスにより発生する電圧、第２項および第３項は、相互インダクタンスにより発生する電圧である。

Ｖ−ＡＢ＝Ｌ１・（ｄｉ１／ｄｔ）＋Ｍ２１・（ｄｉ２／ｄｔ）＋Ｍ３１・（ｄｉ３／ｄｔ）
Ｖ−ＡＣ＝Ｌ２・（ｄｉ２／ｄｔ）＋Ｍ１２・（ｄｉ１／ｄｔ）＋Ｍ３２・（ｄｉ３／ｄｔ）
Ｖ−ＢＣ＝Ｌ３・（ｄｉ３／ｄｔ）＋Ｍ１３・（ｄｉ１／ｄｔ）＋Ｍ２３・（ｄｉ２／ｄｔ）
・・・（１）

巻線間の相互インダクタンスには可逆性があるため、
Ｍ１２＝Ｍ２１
Ｍ１３＝Ｍ３１
Ｍ２３＝Ｍ３２
である。

また、磁気結合される第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐにおいて、第１巻線４１Ｐと第２巻線４２Ｐとの結合度をｋ１２、第１巻線４１Ｐと第３巻線４３Ｐとの結合度をｋ１３、第２巻線４２Ｐと第３巻線４３Ｐとの結合度をｋ１３とすると、各相互インダクタンスは、以下の式（２）で表される。
Ｍ１２＝Ｍ２１＝ｋ１２・√（Ｌ１・Ｌ２）
Ｍ１３＝Ｍ３１＝ｋ１３・√（Ｌ１・Ｌ３）
Ｍ２３＝Ｍ３２＝ｋ２３・√（Ｌ２・Ｌ３）
・・・（２）

図７は、ノイズキャンセル回路４Ｐの動作を説明する各部の波形図である。
ノイズキャンセル回路４Ｐは、ケーブル線１１Ｐへ出力されるコモンモード電圧であるＶ−ＢＣを０電圧に、即ち、接続点Ｂと巻線接続点Ｃとの間の電圧差を０電圧にするように動作する。図７に示すように、理想的にノイズキャンセル回路４Ｐが動作してＶ−ＢＣが０電圧になると、ノイズキャンセル回路４Ｐに入力されたノイズ電流ｉｉｎは全てキャンセルされ、電流ｉｏｕｔは出力されない。ｉｏｕｔ＝ｉ１−ｉ３、であるため、電流ｉｏｕｔが０のとき、ｉ１＝ｉ３、である。

ここでは、第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐは、同等の巻数で同等の自己インダクタンスＬ（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ）を有するものとする。
また、第１巻線４１Ｐと第３巻線４３Ｐとは逆結合であり、第２巻線４２Ｐと第３巻線４３Ｐとも逆結合であるため、結合度ｋ１３、ｋ２３の極性は負であり、この場合、−０．５とする。
このような理想状態では、電流ｉ１と電流ｉ２と電流ｉ３とは、位相および振幅が等しい電流ｉとなり、電流変化率も全て等しい。これにより、上記式（１）は、以下の式（３）に変形できる。

Ｖ−ＡＢ＝Ｌ・（ｄｉ／ｄｔ）・（０．５＋ｋ１２）
Ｖ−ＡＣ＝Ｌ・（ｄｉ／ｄｔ）・（０．５＋ｋ１２）
Ｖ−ＢＣ＝Ｌ・（ｄｉ／ｄｔ）・０＝０
・・・（３）

このように、電圧Ｖ−ＡＢと電圧Ｖ−ＡＣとは等しくなり、コモンモード電圧である電圧Ｖ−ＢＣは０電圧となる。
この場合、電流ｉ１〜ｉ３は、ｉ１＝ｉ２＝ｉ３、であり、正極側のケーブル線１１Ｐに漏れ出る電流ｉｏｕｔ＝０となり、コモンモードノイズが理想的にキャンセルされる。

図８は、ノイズキャンセル回路４Ｐの効果を説明する図であり、周波数に対する電圧振幅の減衰特性を示すもので、ノイズキャンセル回路４Ｐへのコモンモードの入力電圧（Ｖ−ＡＣ）と出力電圧（Ｖ−ＢＣ）との電圧比を対数で示したものである。ノイズキャンセル回路４Ｐにより、低周波数帯域から高周波数帯域まで、広くコモンモード電圧を低減でき、コモンモードノイズがキャンセルされていることが示される。

次に、ノイズキャンセル回路４Ｐが、入力されたノイズ電流ｉｉｎを除去しきれず、電流ｉｏｕｔが出力される場合を説明する。例えば、第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐの各巻線間の結合度、あるいは自己インダクタンスＬ１〜Ｌ３が理想状態からずれると、電圧Ｖ−ＢＣは０電圧とならず、電圧Ｖ−ＡＢと電圧Ｖ−ＡＣとは一致しない。
このように、ノイズキャンセル回路４Ｐは、コモンモード電圧であるＶ−ＢＣ（≠０）をケーブル線１１Ｐへ出力し、電流ｉｏｕｔ（≠０）を出力する。そして、ノイズキャンセル回路４Ｐ内の接続点Ｂから出力された電流ｉｏｕｔは、直流母線２１Ｐ、ケーブル線１１Ｐ、浮遊容量１３Ｐ、シールド線１２Ａ、第２コンデンサ４５Ｐ、第３巻線４３Ｐを介して接続点Ｂに戻り循環する（図１参照）。

このように、直流母線２１Ｐ、ケーブル線１１Ｐ、浮遊容量１３Ｐ、シールド線１２Ａ、第２コンデンサ４５Ｐ、第３巻線４３Ｐを介して循環電流（電流ｉｏｕｔ）が流れる電流経路が形成され、この電流経路内を電流ｉｏｕｔが循環電流として循環する。このため、電流ｉｏｕｔはコモンモードのノイズ電流と性質の異なるノーマルモードの電流となり、結果的に、コモンモードのノイズ電流はノイズキャンセル回路４Ｐにより全て除去されて外部環境に流出されない。

以上、正極側のノイズキャンセル回路４Ｐについて説明したが、負極側のノイズキャンセル回路４Ｎについても、同様に動作して同様の結果が得られる。

以上のように、この実施の形態によるノイズキャンセル装置４は、各ノイズキャンセル回路４Ｐ、４Ｎが、共通コア４０Ｐ、４０Ｎに巻かれた第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐ、４１Ｎ〜４３Ｎを備える。各巻線（第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐ、４１Ｎ〜４３Ｎ）には、自己インダクタンスおよび相互インダクタンスに応じて各巻線に流れる電流ｉ１〜ｉ３により起電力が生じて電圧が発生する。コモンモードノイズの出力側に配置される第３巻線４３Ｐ、４３Ｎは、第１巻線４１Ｐ、４１Ｎおよび第２巻線４２Ｐ、４２Ｎの双方と互いに逆結合に構成されるため、第３巻線４３Ｐ、４３Ｎの両端電圧であるコモンモード電圧は抑制される。
このため、ＬＣフィルタを用いる事無く、コモンモードノイズを抑制することができ、装置構成の小型化、簡略化を促進できる。また、このようなノイズキャンセル装置４を備えた電力変換装置２０は、小型で簡略な装置構成にて、コモンモードノイズを抑制して信頼性を向上することができる。

さらに、この実施の形態では、ノイズキャンセル装置４がノイズ電流を除去しきれずに電流ｉｏｕｔが出力されても、電流ｉｏｕｔは、ケーブル線１１Ｐとシールド線１２Ａとの間の浮遊容量１３Ｐを介して形成される電流経路を循環して外部に流出しない。このため、コモンモードノイズの抑制効果は格段と向上する。また、電流ｉｏｕｔによるコモンモードノイズが生じないため、電力変換装置２０の設計上の自由度が向上する。

なお、上記実施の形態では、電力変換装置２０は、電源回路１内の直流電圧源２と電源ケーブル１０を介して接続したが、図９に示すように、負荷回路３内の直流負荷３Ａと電源ケーブル１０を介して接続しても良い。
この場合も、ノイズキャンセル装置４は上記実施の形態と同様に動作し、電力変換装置２０は同様の効果を得る。

実施の形態２．
図１０は実施の形態２による電気装置としての送受信装置の概略構成を示す図である。
図に示すように、送受信装置３０は、正極側、負極側の２本の電線としての信号線２２Ｐ、２２Ｎを介して差動伝送信号を送信する送信回路６と、該差動伝送信号を受信する受信回路７と、送信回路６と受信回路７との間に配置されてコモンモードのノイズ電流を抑制するノイズキャンセル装置４Ａとを備える。送信回路６、受信回路７は、それぞれ接地される。
なお、差動伝送信号は交流信号であり、信号線２２Ｐ、２２Ｎには、交流信号のみが流れる。

送信回路６は、正極側回路６Ｐと負極側回路６Ｎとを備えて、正極側、負極側の信号線２２Ｐ、２２Ｎに対して差動伝送信号を出力する。信号線２２Ｐ、２２Ｎを流れる差動伝送信号には、外乱などによりコモンモードノイズが生じ、ノイズキャンセル装置４Ａは、コモンモードノイズである正極側ノイズおよび負極側ノイズを抑制する。

ノイズキャンセル装置４Ａは、同様に構成された正極側のノイズキャンセル回路４ＡＰと負極側のノイズキャンセル回路４ＡＮとを備え、正負の各信号線２２Ｐ、２２Ｎを介して流れるコモンモードのノイズ電流を抑制する。各ノイズキャンセル回路４ＡＰ、４ＡＮは、上記実施の形態１と同様に、共通コア４０Ｐ、４０Ｎに巻かれた第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐ、４１Ｎ〜４３Ｎを備える。この場合、交流信号のみを扱うため、第１、第２コンデンサは無い。

即ち、正極側のノイズキャンセル回路４ＡＰは、信号線２２Ｐに直列に挿入された第１巻線４１Ｐと、第１巻線４１Ｐの第１端Ａに接続される第２巻線４２Ｐと、第１巻線４１Ｐの第２端Ｂに接続される第３巻線４３Ｐと、第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐの共通コア４０Ｐとを備える。なお、第１巻線４１Ｐの第１端Ａが送信回路６側になるように、ノイズキャンセル回路４ＡＰは配置される。

第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐは、直列接続されて共通コア４０Ｐに巻かれ、第１巻線４１Ｐと第３巻線４３Ｐとが逆結合され、かつ第２巻線４２Ｐと第３巻線４３Ｐとが逆結合される。なお、第１巻線４１Ｐと第２巻線４２Ｐとは順結合となる。
逆結合された第２巻線４２Ｐと第３巻線４３Ｐとは、第１巻線４１Ｐに接続されない端子同士が巻線接続点Ｃにて互いに接続され、巻線接続点Ｃは接地される。

また、負極側のノイズキャンセル回路４ＡＮは、信号線２２Ｎに直列に挿入された第１巻線４１Ｎと、第１巻線４１Ｎの第１端Ｅに接続される第２巻線４２Ｎと、第１巻線４１Ｎの第２端Ｆに接続される第３巻線４３Ｎと、第１〜第３巻線４１Ｎ〜４３Ｎの共通コア４０Ｎとを備える。なお、第１巻線４１Ｎの第１端Ｅが送信回路６側になるように、ノイズキャンセル回路４ＡＮは配置される。

第１〜第３巻線４１Ｎ〜４３Ｎは、直列接続されて共通コア４０Ｎに巻かれ、第１巻線４１Ｎと第３巻線４３Ｎとが逆結合され、かつ第２巻線４２Ｎと第３巻線４３Ｎとが逆結合される。なお、第１巻線４１Ｎと第２巻線４２Ｎとは順結合となる。
逆結合された第２巻線４２Ｎと第３巻線４３Ｎとは、第１巻線４１Ｎに接続されない端子同士が巻線接続点Ｇにて互いに接続され、巻線接続点Ｇは接地される。この場合、巻線接続点Ｇは、正極側のノイズキャンセル回路４ＡＰの巻線接続点Ｃと接続され、その接続点Ｄが接地される。

なお、２つのノイズキャンセル回路４ＡＰ、４ＡＮの共通コア４０Ｐ、４０Ｎは、結合された１つのコアで構成しても良く、その場合、第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐ、４１Ｎ〜４３Ｎの６つの巻線が、１つのコアに巻かれる。

この実施の形態においても、各ノイズキャンセル回路４ＡＰ、４ＡＮの第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐ、４１Ｎ〜４３Ｎは、上記実施の形態１と同様に動作する。即ち、各ノイズキャンセル回路４ＡＰ、４ＡＮに入力されるノイズ電流ｉｉｎにより、第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐ、４１Ｎ〜４３Ｎに電流ｉ１〜ｉ３が流れる。そして、各巻線（第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐ、４１Ｎ〜４３Ｎ）には、自己インダクタンスおよび相互インダクタンスに応じて各巻線に流れる電流ｉ１〜ｉ３により起電力が生じて電圧が発生する。コモンモードノイズの出力側に配置される第３巻線４３Ｐ、４３Ｎは、第１巻線４１Ｐ、４１Ｎおよび第２巻線４２Ｐ、４２Ｎの双方と互いに逆結合に構成されるため、第３巻線４３Ｐ、４３Ｎの両端電圧であるコモンモード電圧は抑制される。

また、第１〜第３巻線４１Ｐ〜４３Ｐ、４１Ｎ〜４３Ｎは、同等の巻数で同等の自己インダクタンスＬ（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ）を有するものとする。また、第１巻線４１Ｐ、４１Ｎと第３巻線４３Ｐ、４３Ｎとの結合度、および第２巻線４２Ｐ、４２Ｎと第３巻線４３Ｐ、４３Ｎとの結合度を、共に−０．５とする。この場合、電流ｉ１と電流ｉ２と電流ｉ３とは、位相および振幅が等しい電流ｉとなり、電流変化率も全て等しい。これにより、コモンモード電圧である第３巻線４３Ｐ、４３Ｎの両端電圧は０電圧となる。この場合、電流ｉ１〜ｉ３は、ｉ１＝ｉ２＝ｉ３、であり、受信回路７側に漏れ出る電流ｉｏｕｔ＝０となり、コモンモードノイズが理想的にキャンセルされる。

以上のように、この実施の形態によるノイズキャンセル装置４Ａは、コモンモードノイズを抑制することができ、装置構成の小型化、簡略化を促進できる。また、ノイズキャンセル装置４Ａは、受動部品で構成されているため、能動電気部品等に比べて許容飽和点が格段と大きく構成でき、広帯域かつダイナミックレンジの広いコモンモードノイズをキャンセルすることができる。

また、このようなノイズキャンセル装置４Ａを備えた送受信装置３０は、小型で簡略な装置構成にて、コモンモードノイズを抑制して信頼性を向上することができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

４，４Ａ ノイズキャンセル装置、４Ｐ，４Ｎ，４ＡＰ，４ＡＮ ノイズキャンセル回路、５ 電力変換回路、６ 送信回路、７ 受信回路、１０ 電源ケーブル、１２Ａ，１２Ｂ シールド線、１３Ｐ，１３Ｎ 浮遊容量、２０ 電力変換装置、２１Ｐ，２１Ｎ 直流母線、２２Ｐ，２２Ｎ 信号線、４０Ｐ，４０Ｎ 共通コア、４１Ｐ，４１Ｎ 第１巻線、４２Ｐ，４２Ｎ 第２巻線、４３Ｐ，４３Ｎ 第３巻線、４４Ｐ，４４Ｎ 第１コンデンサ、４５Ｐ，４５Ｎ 第２コンデンサ、Ａ，Ｅ 第１端、Ｂ，Ｆ 第２端、Ｃ，Ｇ 巻線接続点。

Claims (9)

1. 外部と接続される正極側、負極側の２本の電線に対してそれぞれノイズキャンセル回路を備えて、前記電線を介して流れるコモンモードのノイズ電流を抑制するノイズキャンセル装置において、
   前記各ノイズキャンセル回路は、対応する前記電線に直列に挿入された第１巻線と、該第１巻線の第１端に接続される第２巻線と、該第１巻線の第２端に接続される第３巻線と、前記第１〜第３巻線の共通コアとを備え、
   前記第１巻線および前記第３巻線は互いに逆結合され、
   前記第２巻線および前記第３巻線は、互いに逆結合され、かつ前記第１巻線と接続されない端子同士が巻線接続点にて接続され、
   前記巻線接続点は接地され、
   前記第３巻線は、前記第１巻線との結合度の大きさ、および前記第２巻線との結合度の大きさが０．５である、
   ノイズキャンセル装置。
2. 前記電線は、交流信号のみが流れる信号線である、
   請求項１に記載のノイズキャンセル装置。
3. 外部と接続される正極側、負極側の２本の電線に対してそれぞれノイズキャンセル回路を備えて、前記電線を介して流れるコモンモードのノイズ電流を抑制するノイズキャンセル装置において、
   前記各ノイズキャンセル回路は、対応する前記電線に直列に挿入された第１巻線と、該第１巻線の第１端に接続される第２巻線と、該第１巻線の第２端に接続される第３巻線と、前記第１〜第３巻線の共通コアとを備え、
   前記第１巻線および前記第３巻線は互いに逆結合され、
   前記第２巻線および前記第３巻線は、互いに逆結合され、かつ前記第１巻線と接続されない端子同士が巻線接続点にて接続され、
   前記巻線接続点は接地され、
   前記電線は、電源ケーブルに接続される直流母線であり、
   前記各ノイズキャンセル回路は、交流成分のみを通す第１コンデンサおよび第２コンデンサを備え、
   前記巻線接続点が、前記第１コンデンサを介して接地されると共に、前記第２コンデンサを介して前記電源ケーブルのシールド線に接続される、
   ノイズキャンセル装置。
4. 前記直流母線、前記電源ケーブル、前記電源ケーブルと前記シールド線との間の浮遊容量、前記シールド線、前記第２コンデンサおよび前記第３巻線を介して循環電流が流れる電流経路が形成される、
   請求項３に記載のノイズキャンセル装置。
5. 前記第１巻線、前記第２巻線および前記第３巻線の巻数を同数とした、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のノイズキャンセル装置。
6. 前記第１巻線、前記第２巻線および前記第３巻線のインダクタンスを同等とした、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のノイズキャンセル装置。
7. 前記各ノイズキャンセル回路の共通コアは、正極側と負極側とで１つの共通コアとする、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のノイズキャンセル装置。
8. 請求項３または請求項４に記載のノイズキャンセル装置を備えた電気装置において、
   前記電気装置は、前記直流母線を入出力線とする電力変換回路を備え、前記ノイズキャンセル装置が、前記電力変換回路の動作により発生する前記ノイズ電流を抑制する、
   ノイズキャンセル装置を備えた電気装置。
9. 請求項２に記載のノイズキャンセル装置を備えた電気装置において、
   前記電気装置は、差動伝送信号を前記信号線を介して送信する送信回路と、前記差動伝送信号を前記信号線を介して受信する受信回路とを備え、
   前記ノイズキャンセル装置は、前記送信回路と前記受信回路との間に配置されて、前記ノイズ電流を抑制する、
   ノイズキャンセル装置を備えた電気装置。

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