JPS6113408B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はパワーライン上の無線周波数信号抑制
用の巻回形複数コンデンサフイルターに関する。 この種のフイルターは、近くのラジオやテレビ
受信を妨害するノイズ信号を発生しがちなパワー
機器に通常用いられる。この種のフイルターは通
常、ノイズ信号の「対称」成分を除去するために
パワーラインの相間に接続されたコンデンサと、
ノイズ信号の「コモン・モード」成分を除去する
ためにパワーラインとアースとの間に接続された
コンデンサを含む。単相のパワーラインに対して
はフイルタは通常デルタ接続された３つのコンデ
ンサを有する。 この種のフイルタを電気機器に組込むことによ
りアースへの交流（パワーライン周波数）の漏れ
電流が増加する。各種基準によれば機器およびフ
イルターによる漏れ電流は0.75ないし５ミリアン
ペア以下に制限される。これは感電防止のためで
ある。アースへの接続線が開いた状態にあるとき
機器のハウジングに接触した者に致命的な高電流
が流れるかもしれないからである。フイルターに
よる交流漏れ電流は上述したライン−アース間の
コンデンサの容量に比例する故これらのコンデン
サの容量は使用可能な程度に制限される。他方パ
ワーラインからのコモンモードのノイズ信号はこ
のライン−アース間のコンデンサの容量を大きく
するほど小さくなる。 この種のフイルター設計者はライン−アース間
コンデンサの短絡によりきわめて危険な事態が生
じるということにも考慮しなければならない。こ
れらのコンデンサは全線間電圧で動作するもので
ある故高品質でかつこのような動作状態の下で長
寿命が保証されるものでなければならない。例え
ばライン−アース間コンデンサのコロナ発生電圧
は線間電圧より充分高くとりコンデンサの早期故
障が生じないようにしなければならない。これら
のことを考慮する結果ライン−アース間コンデン
サフイルタの製造には高いコストがかかつた。 したがつて本発明の目的はノイズ信号を充分に
抑えかつ、交流漏れ電流が小さくなるようにした
信頼性のある低コストのフイルターを提供するこ
とである。 本発明によれば１対の電極が１つの浮遊電極に
対しほぼ同一の容量関係に置かれ、もう１つの電
極が前記浮遊電極に対してより小さな容量関係に
置かれる。 本発明を概説するに、巻式の多数コンデンサフ
イルタは薄板状の浮遊電極と、この浮遊電極の両
主面上に形成された２つの誘電体層と、これらの
誘電体層上に形成された１対の離隔した電極と、
前記誘電体層に接触しかつ１対の電極から離隔し
て配置されたもう１つの電極とを含む。１対の電
極の各電極は互に浮遊電極に対する等しい容量を
規定するほぼ等しい表面積を有する。浮遊電極に
対して容量関係にあるもう１つの電極の表面積
は、１対の電極の表面積の0.2ないし0.001倍の大
きさである。 上記電極の外に、１対の電極の表面積と同じ表
面積（浮遊電極に対して容量関係にある表面積）
を有する別の電極をフイルターに設けることもで
きる。 フイルターはモータ等の負荷機器より発生され
る電磁干渉（EMI）を減衰せしめ、パワーライン
上に電磁干渉信号が現われないように機器に接続
させる必要がある。このため１対の電極は機器へ
電気パワーを供給するパワーライン上の２つの端
子に接続され、もう１つの電極は接地端子に接続
される。さらにフイルター自体にインダクタおよ
び／または平衡杆衡変成器（バラントランス）を
加えてEMI信号の減衰効果を付加することもでき
る。したがつてフイルターの構成は「Ｔ」字形結
線になる。 本発明は(イ)コンデンサの特性コロナ発生電圧が
主として電極間の間隔、誘電体の材質およびリー
ド装置（リード線等）の形状、配置等の構造的特
徴に依存し、誘電体の厚みや他の電極に対して容
量関係にある電極の表面積にはそれほど依存しな
いという原理、(ロ)（本発明のように）Ｔ結線のコ
ンデンサフイルターでは各コンデンサの端子電圧
は線間電圧の1/2程度であるのに対して従来のデ
ルタ結線フイルタでは各コンデンサの両端に全線
間電圧が印加されるという原理、(ハ)漏れ電流が等
しいとした場合Ｔ結線コンデンサを有するフイル
タ（本発明）は従来のデルタ結線フイルタに比べ
EMI信号を6dBも大きく減衰させるという原理を
認識したものである。 他の観点からすれば、EMI信号の減衰が等しい
とした場合本発明のＴ結線フイルターは従来フイ
ルターに比べ半分の交流漏れ電流を与えるにすぎ
ずしかもクロナ発生のない確実な動作が得られ長
寿命を保証するものである。さらに本発明のフイ
ルターは巻式の多数コンデンサフイルタ構造とな
つているから製造面で高度な自動化が可能であり
低コストに製造することができる。 以下本発明の実施例を詳しく述べる。 第１図から第３図には２相パワーライン上の
EMI信号（無線周波数の干渉信号）を抑制するた
めの巻回形複数コンデンサフイルタの好ましい実
施例が示されている。MYLAR（ポリエチレンテ
レフタラートに対するデユポン社の商標名）の細
片１０は第１の誘電体層を形成する。誘電体層１
０の上にはアルミ箔１１が乗つている。アルミ箔
１１は浮動電極の役目をし、その横方向の寸法は
誘電体層１０よりも小さい。（誘電体層１０とほ
ぼ同一の横寸法を有する）もう１つのMYLAR誘
電体層１２はアルミ電極１１の上に重ねられる。
誘電体層１２の上には１対の隔つた箔状の電極１
３および１４が配置される。各電極１３，１４は
浮遊電極１１のほぼ半分の幅を有する。対をなす
電極は夫々誘電体層１０および１２の両縁をこえ
て延びる（したがつて浮遊電極１１の両縁をこえ
て延びる）。 もう１つの電極１５は誘電体層１２の他の領域
の上に重ねられる。電極１５は縦方向（巻き本体
の軸１６に垂直な巻き方向）に延び、該電体層１
０，１２および浮遊電極１１の端部をこえて延び
る。電極１５のこの外方延在部１５αは巻回形コ
ンデンサにおいて電極１５の残りの部分即ち浮遊
電極１１と容量関係にある表面積部に外部からの
電気接続を可能ならしめる役目をする（第３
図）。 第３図の巻回形フイルター２２にはさらに延在
箔部１４αにはんだ付けされた端部１７が示され
ている。端部１７はリード線１８に接続される。
巻回形フイルター本体の向側には延在箔部１３ａ
にはんだ付けされた端部１９が設けられておりこ
の端部１９にリード線２０が接続される。 好ましくは１対の電極１３，１４と電極１５と
の間隔２１（第２図）は少なくとも巻回形フイル
ター（第３図）の全１巻回よりも長くする。こう
することにより電極１５と電極対１３，１４との
間に少なくとも１層以上の浮遊電極が介在するこ
とになり電極５と電極対１３，１４との直接的容
量結合は最小限に抑えられる。この好ましい構造
では１層以上の誘電体層が電極１５と電極対１
３，１４とを分離している故障電体層１０，１２
のいかなる部分も線間電圧の半分以上に相当する
電界が加えられることはない。 第４図には、浮遊電極１１と電極１３、電極１
１と１４、および電極１１と１５により夫々形成
されるコンデンサ２３，２４、および２５から成
るフイルタ２２が示されている。破線３０内のも
のはモータ３１とフイルター２２を含む電気機器
を示す。モータ端子１５ａに接続された金属ケー
シング３２を有する。 機器３０は端子２０ｂおよび１８ｂを介して単
相交流のパワーライン３５および３６から電気エ
ネルギーを受けとる。中性線３７はアース３８と
端子１５ａに接続される。 第１図ないし第３図と同一の構成の巻回形フイ
ルタのテスト結果は次のとおりである。使用した
フイルターの各部寸法は、誘電体層が幅33.6mm
MYLAR、厚さ0.0081mm、電極はアルミ箔細片で
厚さ0.0061mm、箔電極１１の幅は30.2mm、電極１
３，１４，１５の幅は15.2mm、電極１３，１４の
長さは288cm、間隔２１は1.2cmである。フイルタ
ーは0.0078mmのマンドレル（芯）に巻回した。ア
ルミはんだ付けにより端部１７および１９を形成
した。コンデンサ２３，２４，２５の各容量は
0.2、0.2、0.0041μＦであつた。 第４図に従いこのフイルターを125V、60Hzの
パワーラインと「４分の１インチ」ハンドドリル
との間に挿入接続した。1975年発行のComite
International Special des Rerturbations
Radioelectriques（C.I.S.S.R.）の第14号に記載
された標準的EMIテストに従い、ドリルを回して
選択周波数0.15から30MHzにおいて150Ω抵抗両
端に現われる各パワーライン３５，３６と接地線
３７との間の無線周波数信号を測定した。しかる
後フイルターを取り外しドリルを直接にパワーラ
インに接続し測定をおこなつた。下記にライン−
アース間のEMI電圧（デシベル表示）のデータを
示す。

【表】 一般的にいつてコンデンサ２５とコンデンサ２
３（または２４）の容量比は「コモンモード」の
EMI信号を充分に除去するために0.001より大き
く、また過大の交流漏れ電流を避けるために0.2
より小さく選定される。したがつて本発明の巻回
形多数コンデンサフイルタにおいては、アースに
接続される電極（即ち電極１５）と電極対の電極
１３，１４との浮遊電極に対して容量関係にある
（容量結合する）各表面積の比は0.001から0.2の
範囲にすることが好ましい。 第５図にはデスクリートのコンデンサ４１，４
２および４３から成る従来のフイルター回路４０
が示されている。コンデンサ４１は箔巻回形の
MYLAR構造でその容量は0.1μＦ（第３図の上
述のフイルター２２も線間容量は第４図と同様に
0.1μＦ（１／２＋１／２＝１／１μF^-1）である）であ
る。箔巻回 形MYLARコンデンサ４２と４３は夫々0.0021μ
Ｆである。したがつてフイルター２２と４０は共
にほぼ同一のライン−アース間容量、即ち0.041
μＦを有する。 この従来のフイルター４０のパワーライン上に
おいて同じドリルにより発生されたEMI信号の大
きさを測定し、その結果が上記の表に比較として
かかげた。本発明のフイルター２２は低い
0.15MHzおよび高い30MHzの周波数においてモ
ータよりパワーラインへ伝送されるEMI信号を
夫々16dB、21dB減衰させる効果を有することが
判明した。これは従来のフイルター４０に比べ
2dBの改善を与えている。10.0MHzにおいては従
来のものより6dB大きなフイルター効果が見い出
された。 両者のフイルターの比較測定は交流の漏れ電流
に対しても行なわれた。この漏れ電流測定は国際
電気標準会議1970年335−１公報、第16.2節に記
載の標準法に準拠してなされた。 フイルター２２による２つのパワーラインの漏
れ電流は夫々0.111ｍＡおよび0.121ｍＡでありこ
れに対するフイルター４０の漏れ電流は夫々
0.125ｍＡおよび0.117ｍＡであつた。これらの値
はコンデンサ２５の両端に現われる電圧即ち線間
電圧の半分の電圧（120V）を0.004μＦのコンデ
ンサの60Hzにおけるリアクタンスで割つた値（こ
の計算は簡単な回路解析で確かめられる）にほぼ
等しい。同様にこれらの測定値はコンデンサ４２
または４３に印加される電圧即ち全線間電圧をコ
ンデンサ４２の容量リアクタンスで割つた値にほ
ぼ等しい。 本発明のフイルターコンデンサが従来のフイル
ターのコンデンサとほぼ同一の構成であるとすれ
ば、即ち誘電体層の材質として同じものを使用
し、電極と誘電体の縁とのマージンを同じにし、
リード装置も同じにし（即ちコンデンサコロナ発
生電圧に全く寄与しないようにし）たと想定すれ
ばすべてのコンデンサのコロナ発生電圧はほぼ同
一電圧となることが予想される。 本発明のフイルターでは各コンデンサには線間
電圧の半分の電圧しか印加されないのに対し従来
フイルターでは全線間電圧がすべての３つのコン
デンサの両端に印加される（２つのパワーライン
の１つは通常グラウンドライン電圧にあることを
考慮）。したがつて上述の同様構成の想定の下で
は同一のパワーライン上において、本発明のフイ
ルターコンデンサは従来フイルターのコンデンサ
に比べ特性コロナ発生電圧よりはるかに低い電圧
で動作することがわかる。よつて本発明のフイル
ターは長寿命を約束し人体への十分な安全を保障
する。 ３つのコンデンサからなるフイルターで得られ
るよりも大きなEMI信号の減衰を得たいときには
第６図に示すように他の回路部品を付加すること
ができる。本図では複数コンデンサフイルター２
２は電極１１，１３，１４，１５を明確に表示し
た自明なシンボルで示されている。インダクター
５１および５２は２つのメインのパワーラインに
直列に挿入付加され「対称」成分のEMI信号をさ
らに減衰する。また高透磁率のコア５５に等しく
巻かれた２つの巻線５３，５４を有するバランス
トランス（平衡不平衡変成器）が付加され「コモ
ンモード」のEMI信号をさらに減衰する。同一の
巻線極性を有する２つの巻線の端部は夫々２つの
パワーライン端子５６および５７に接続され両巻
線の残りの２つの端子は２つのインダクタに接続
される。電極１５はアース端子５８に接続され
る。 第７図には本発明の４つのコンデンサから成る
フイルターの構造が例示されている。浮動の箔電
極７１（破線で囲まれた部分）は大きなMYLAR
細片７０の上に細片７０の縁部が電極７１の縁部
からはみ出すようにして重ねられる。細片７０と
同一幅のもう１つのMYLAR細片７２は電極７１
上に重ねられる。誘電体層７２上には３つの隔つ
た箔電極７３，７４および７５が配置される。電
極７３，７４，７５は浮動箔電極７１に対し容量
関係にあるほぼ同一の表面積を有する。電極７４
の外部電気接続はメタルタブ７６等の標準的なス
テツチアタツチメントにより行なわれる。タブ７
６は軸方向に沿つて巻回形本体の外方に延び
MYLAR細片７７により電極７５と絶縁される。
さらに別の電極７８は誘電体層７２の他の領域上
に配置される。電極７８への電気接続は巻回形本
体中央より本体の軸と垂直方向に延びるメタルタ
ブ７９により与えられる。このフイルターは３相
機器に適用される。 第８図には３相機器に対する従来のフイルター
が例示されている。３相モータ８０はパワー端子
８１，８２および８３とアース端子８４を有す
る。この従来フイルターは３つの線間（ライン−
ライン）コンデンサ８５，８６および８７とライ
ン−アース間コンデンサ８８，８９および９０か
ら成る。このフイルターは３相モータとパワー端
子９１，９２，９３に供給される３相パワーライ
ンとの間に挿入される。 端子９４はアースに接続される。第９図におい
てモータ８０は第７図のフイルターを介して３相
のパワーライン端子９１，９２および９３に接続
される。第９図のフイルターは第７図の電極７
３，７４，７５，７８に夫々対応する４つのコン
デンサ１０３，１０４，１０５および１０８を有
する。 第１０図には同じく３相モータ８０は第１図か
ら第３図で例示するようなタイプの巻回形フイル
ター３つから成るフイルターシステムを介して３
相パワーライン９１，９２，９３に接続される。
各相間に接続された巻回形フイルターは第４図に
示すコンデンサに対応する３つのコンデンサを有
し、第10ではそれらは添字ａ，ｂ，ｃを付加して
示されている。各添字ａ，ｂ，ｃは３相のいずれ
か１つに対応する。 第１１図に示された本発明の巻回形複数コンデ
ンサフイルターの第３の実施例は誘電体層１１
０、浮遊箔電極１１１、第２の誘電体層１１２を
含み、電極１１は誘電体層１１０，１１２間に配
置される。３つのほぼ同一面積の箔電極１１３，
１１４および１１５は互に隔てられて誘電体層１
１２上に重ねられ（かつ第１２図に示すように巻
回された状態では両誘電体層１１０および１１２
に接触し）、夫々浮遊電極１１１の１縁部をこえ
て延び誘電体層１１０，１１２の対応する縁部を
こえて延びる。 もう１つの電極１１６も誘電体層１１２上に重
ねられる。この電極は箔電極１１１および誘電体
層１１０，１１２の反対側の縁部をこえて延び
る。第１３図のシンボルはこの巻回形コンデンサ
を表示したもので図中コンデンサ１２６は同一容
量のコンデンサ１１３，１１４および１１５の容
量の0.2ないし0.001倍の容量を有する。 電極１１３，１１４，１１５に隣接しかつ電極
と電極との間には延在誘電体層１１７，１１８が
配置される。これらの誘電体層は電極と同一方向
に延在しかつ電極１１３，１１４，１１５を越え
て延在する。巻回後においてこれらの延在誘電体
層１１７および１１８は電極１１３，１１４，１
１５のリード接続部間のバリヤとしての役目を果
し、リード取付工程において隣接電極間の短絡を
防止する。この構造のものはすべての電極の端未
処理が巻回形本体の縁部で行うことができる故標
準的なはんだ付あるいはメタルスプレイ技術を用
いて強固な低インピーダンス接続が行なえる点で
有利である。電極１１５と誘電体層１１８を除け
ば前進した端末処理面での有利さを有する単相機
器用のフイルターになることが理解される。 上述の巻回形複数コンデンサフイルターの電極
のいくつかあるいは全電極は当業者ならただちに
実行できる若干の変更を加えることにより標準的
な金属化コンデンサタイプのものにも適用でき
る。 本発明の巻回形フイルターとして他の誘電体材
料例えばポリプロピレン、紙等を用いることもで
きる。リードすず合金箔、金属化亜鉛フイルム等
を電極材料として用いてもよい。巻回形フイルタ
ーは絶縁油あるいは気体または液体炭化フツ素を
注入したものであつてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は展開した状態での本発明のフイルタ
ー、第２図は第１図の線２−２に沿つたフイルタ
ーの側断面図、第３図は２つのリード線を取り付
けた第１図および第２図の巻回形フイルターの透
視図、第４図はEMI信号を発生しやすい負荷を例
示するモータに接続された本発明のフイルターの
回路構成図、第５図はモータに接続された従来の
フイルターの回路構成図、第６図は第３図の巻回
形複数コンデンサフイルターに他の回路素子を付
加した回路構成図、第７図は３相パワーライン用
の本発明のフイルターの展開図、第８図は３相モ
ータに接続された従来のフイルターの回路構成
図、第９図は３相モータに接続された第７図の３
相用フイルターの回路構成図、第１０図は３相モ
ータに接続された第３図の３つのフイルターの回
路構成図、第１１図は本発明の別の３相用フイル
ターの展開図、第１２図は第１１図の巻回形フイ
ルターの透視図、第１３図は第１２図のフイルタ
ーの電極間の接続関係を示す構成図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 薄板状浮遊電極と、該浮遊電極の両主面上に
   重ねられる誘電体層と、該誘電体上に隔てて配置
   される１対の薄板状電極と、該１対の電極は夫々
   前記浮遊電極に対し容量関係にある表面積が互い
   にほぼ等しくなつていることと、前記誘電体層に
   接触し、かつ隔てて配置される第３の薄板状電極
   と、該第３の電極は前記浮遊電極に対し容量関係
   にある表面積が前記１対の電極の前記表面積の
   0.2ないし0.001倍であることから成るパワーライ
   ン上の無線周波数干渉信号抑制用の巻回形複数コ
   ンデンサフイルター。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のフイルターにお
   いて、前記１対の電極はフイルターの軸方向に沿
   つて夫々前記浮遊電極の対向する縁部を越えて延
   び、前記浮遊電極の外回り部分は前記１対の電極
   の端を越えて延び、前記第３の電極の前記表面積
   は前記外回り部分の端領域と容量関係を有するよ
   うにしたことを特徴とするフイルター。 ３ 特許請求の範囲第２項記載のフイルターにお
   いて、前記１対の電極の端と前記端領域との間に
   存在する前記浮遊電極の一部はフイルター内にお
   いて少なくとも１巻回の量を有するようにしたこ
   とを特徴とするフイルター。 ４ 特許請求の範囲第１項記載のフイルターにお
   いて、前記１対の電極の各々は前記浮遊電極の一
   方の縁部を越えて延び前記第３の電極は前記浮遊
   電極の他方の縁部を越えて延び、フイルターの巻
   回方向に沿つて前記１対の電極の各電極間に間隔
   があけられていること、前記間隔に前記１対の電
   極の延在部と同一方向にかつこれらの延在部を越
   えて延びる誘電体層を形成したことを特徴とする
   フイルター。 ５ 薄板状浮遊電極と、該浮遊電極の両主面上に
   重ねられる誘電体層と、該誘電体上に隔てて配置
   される１対の薄板状電極と、該１対の電極は夫々
   前記浮遊電極に対し容量関係にある表面積が互い
   にほぼ等しくなつていることと、前記誘電体層に
   接触し、かつ隔てて配置される第３の薄板状電極
   と、該第３の電極は前記浮遊電極に対し容量関係
   にある表面積が前記１対の電極の前記表面積の
   0.2ないし0.001倍であること、前記１対の電極の
   各々は前記浮遊電極の一方の縁部を越えて延び前
   記第３の電極は前記浮遊電極の他方の縁部を越え
   て延び、フイルターの巻回方向に沿つて前記１対
   の電極の各電極間に間隔があけられていること、
   前記１対の電極の前記表面積にほぼ等しい前記浮
   遊電極と容量関係にある表面積を有する別の電極
   を設け、この別の電極も前記一方の縁部を越えて
   延び前記１対の電極から隔てて配置され、この別
   の電極の電気接続を行うための第４の端末装置を
   設けたことから成るパワーライン上の無線周波数
   干渉信号抑制用の巻回形複数コンデンサフイルタ
   ー。