JP4833950B2 - ノイズフィルタ - Google Patents

Description

この発明は、電源もしくは負荷からのそれぞれの伝導ノイズを減衰させるノイズフィルタに関する。

従来から知られているノイズフィルタは、電源および負荷からのそれぞれの伝導ノイズを減衰させるために、ホット側の接続線とリターン側の接続線とのそれぞれにフェライト等の磁心に導線を巻き回してなるコイルを設け、これらコイルを対向配置するとともに、これら両コイルの導線の巻き方向を同じにしていた。このように両コイルを対向配置するのは、当該ノイズフィルタを小型化することが目的である。例えば、負荷をはさんで二つのノイズフィルタを物理的に直列に配置しようとすれば、二つのノイズフィルタを物理的に直列の方向に別々に設けなければならず、その分、全体の大きさが大きくなってしまう。しかし、前記のように二つのコイルを対向配置すれば、ホット側とリターン側のそれぞれを束ねることができ、当該ノイズフィルタを小型化できることになる。

ところが、前記のように二つのコイルの導線の巻き方向を同じにして、それら両コイルを接近させながら対向配置したときには、ノイズの通過損失を大きくできなかった。

図６はこの実験結果を示すものであり、コイルを単体で用いた場合の通過損失特性を示す点線と異なり、導線の巻き方向を同じにして各コイルを接近させたときの特性を示す実線では、周波数６０ＭＨｚ前後のピークＰ１と、１２０ＭＨｚ前後のピークＰ２という二つのピークが発生しており、７５ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚ前後でのノイズの通過損失をそれほど大きく取れず、ノイズを十分に減衰させられないことがわかる。

前記のように７５ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚ前後でのノイズの通過損失を大きくできない理由は必ずしも明らかではないが、導線の巻き方向を同じにした一対のコイルを対向配置したときには、コイル間の結合インダクタンスなどの影響で、個々のコイルの機能が十分に発揮されず、通過損失が小さくなってしまったものと推測できる。
特開平７−２６３２３９号公報

いずれにしても、従来のノイズフィルタでは、二つのコイルを対向配置して、それら両コイルを接近させたときに、どうしてもその近接限界が大きくなり、それが小型化の制約条件になっていた。
この発明の目的は、二つのコイルを対向配置させたときに、その近接限界を小さくできるノイズフィルタを提供することである。

第１の発明は、強磁性体からなる磁心に導線を巻き回してなるコイルと、前記磁心に対向配置した一対の磁気端子部と、これら磁気端子部間に設けた接続部と前記接続部を挟むようにして設けた覆い部とで閉磁路を構成するヨークと、を備えたノイズフィルタであって、電源のホット側接続線に設けた第１コイルと、前記第１コイルの磁心と磁路を構成する第１ヨークと、電源のリターン側接続線に前記第１コイルと対向して設けた第２コイルと、前記第２コイルの磁心と磁路を構成する第２ヨークと、を備え、前記第１、２コイルにおける互いの導線の巻き方向を逆にし、前記第１ヨークが前記第１コイルを覆い、前記第２ヨークが前記第２コイルを覆い、前記第１ヨークと前記第２ヨークとで前記第１コイルと前記第２コイルとを覆うと共に、前記第１、２ヨーク間に間隔を設けたものである。

なお、前記磁気端子部と磁心とは、それらが互いに対向していればよく、それらの間にギャップを設けてもよいし、磁気端子部を磁心に直接接触させてもよい。また、前記ギャップは、エアギャップでもよいし、非磁性体を介在させてもよい。
そして、前記のように磁気端子部と磁心との間にギャップを設ければ、このギャップは、磁気抵抗として機能するので、コイルの性能特性変化を防ぐことができる。したがって、一方のコイルのインダクタンスが、他方のコイルに影響を及ぼすことがなくなる。

第２の発明は、一つのケーシング内に、前記第１，２コイルを配置したものである。
第３の発明は、前記ケーシングを非磁性体で構成するとともに、前記第１，２ヨークをこのケーシングの外側に設けたものである。
第４の発明は、前記ヨークが、前記ケーシングを介して前記第１，２コイルの磁心両端に対向する一対の磁気端子部と、これら磁気端子部間を連続させる接続部と、この接続部の側方にあってケーシングの少なくとも一部を覆う一対の覆い部と、を一体に形成してなる。

第１の発明によれば、対向配置した二つのコイル（コアコイル）における導線の巻き方向を逆にしたことによって、各コイル間に生じる結合インダクタンスの影響を抑えることができた。しかも、各コイルに個別に設けたヨークによって閉磁路が構成されるとともに、それらヨーク間に間隔を設けたので、一方のコイルが対向する他方のコイルから受ける影響を、ますます少なくすることができる。
このように、二つのコイルの導線の巻き方向を逆にしたことと、互いに間隔を保ったヨークで閉磁路を構成するようにしたこととが相まって、両コイルをかぎりなく接近させることができる。両コイルをかぎりなく接近させられれば、当該ノイズフィルタを小型化することが可能になる。

第２の発明によれば、一つのケーシング内に、二つのコイルを配置したので、当該ノイズフィルタをコンパクトなケーシングに収めることができる。このため、設置スペースも小さくてすみ、それだけ他の機器の設計の自由度も増すことになる。
第３の発明によれば、一対のヨーク間の間隔を十分に保つことができるので、これらヨークによって形成される閉磁路の間隔も十分に大きく保つことができる。したがって、第１，２コイル自体を接近させたとしても、従来のように結合インダクタンスがほとんど発生しない環境を形成できる。

また、この第３の発明のように、ヨークをケーシングの外側に設けることによって、コイルの磁心端とヨークとの間にケーシングが介在することになるが、このときには、ケーシングの厚さ分だけ、前記磁心端とヨークとの間にギャップが保たれることになる。
第４の発明によれば、ヨークが磁気シールドおよび電波シールドとして機能することになり、磁気シールドあるいは電波シールドを必要とする場合には、部品点数を少なくすることができ、ここでも当該ノイズフィルタの小型化に役立つことになる。

図１〜３に示す実施形態は、一対のケース構成体ａ１，ａ２を組み合わせてケーシングＡを構成しているが、このケーシングＡにおけるケース構成体ａ１，ａ２のそれぞれは、矩形の板部材１，２の周囲に囲い片３，４を起立させたもので、これら両囲い片３，４を互いにつき合わせて、ケーシングＡを構成している。そして、前記囲い片３，４のうち互いに対向する囲い片には凹部３ａ〜３ｄおよび４ａ〜４ｄを形成し、両ケース構成体ａ１，ａ２の囲い片を付き合わせたとき、前記凹部３ａ〜３ｄおよび４ａ〜４ｄのそれぞれが相まって接続線孔を形成する関係にしている。
なお、この発明におけるケース構成体ａ１，ａ２は、それらが組み合わされてケーシングＡを構成するものであれば、その形状は問わない。例えば、ケース構成体は、一方側をふさぎ、他方側を開口させた筒体を用い、これら筒体の開口側をつき合わせるようにしてケーシングＡを構成するようにしてもよい。

また、前記ケース構成体ａ１、ａ２は、それぞれを左右対称にすれば、両者を同一形状にしてもつき合わせが可能になる。そして、ケース構成体ａ１、ａ２を同一形状にすれば、型形成の際の型を一つに統一することができ、その分、コストダウンを図ることができる。なお、この場合に、ケース構成体ａ１，ａ２の突き合わせ面に、例えば、ダボとダボ穴とを形成しておけば、ケース構成体ａ１，ａ２をつき合わせたとき、それらがずれたりしないようにできる。

前記ケーシングＡであって、凹部３ａ〜３ｄおよび４ａ〜４ｄを形成した側における囲い片３，４の内側には、位置決め手段ｄを設けている。この位置決め手段ｄは、図２からも明らかなように、その表面に一対の円弧状凹部を形成したものである。
前記ケーシングＡには、例えばフェライト等の強磁性体からなる磁心５に導線を巻き回してなる第１コイルＬ１と、磁心５と同様の磁心６に導線を巻き回してなる第２コイルＬ２とを対向配置するとともに、これら両コイルＬ１，Ｌ２は、前記のように対向配置した状態でその導線の巻き方向が互いに反対になるようにしている。
また、ケーシングＡに対向配置した第１，２コイルＬ１，Ｌ２の磁心５，６の両端を、前記位置決め手段ｄの円弧状凹部にはめ合わせれば、第１，２コイルＬ１，Ｌ２は、図２、図３に示すように、第１，２コイルＬ１，Ｌ２間に間隔が設けられるとともに、ケーシングＡの板部材１，２との間にも間隔が保たれる。そして、第１，２コイルＬ１，Ｌ２と板部材１，２との間に形成される間隔は、第１，２コイルＬ１，Ｌ２が発熱したときに放熱機能を果たすことができる。
なお、前記放熱機能を考慮せずに、第１，２コイルＬ１，Ｌ２間の間隔維持のみを考慮すれば、前記第１，２コイルＬ１，Ｌ２間に、絶縁体からなる仕切り板を設けるようにしてもよい。

さらに、前記第１コイルＬ１における導線両端には、ホット側の接続線７，８を、接続端子９，１０を介して接続するとともに、第２コイルＬ２における導線両端には、リターン側の接続線１１，１２を、接続端子１３，１４を介して接続している。
このように第１，２コイルＬ１，Ｌ２に接続した接続線７，８および１１，１２のそれぞれは、凹部３ａ〜３ｄおよび４ａ〜４ｄが相まって形成する前記接続線孔から、ケーシングＡの外部に導き出される。

前記のように第１，２コイルＬ１，Ｌ２を収納したケーシングＡの外側には、一対のヨークＹ１，Ｙ２を設けるが、これらヨークＹ１およびＹ２は、図２に示すように、その両端に設けた磁気端子部１５，１６および１７，１８と、これら磁気端子部１５，１６間および１７，１８間を連続させる接続部１９，２０と、接続部１９，２０を挟むようにして設けた覆い部２１，２２および２３，２４と、のそれぞれを一体的に設けている。

そして、ケース構成体ａ１とａ２とを組み合わせた状態で、前記ヨークＹ１，Ｙ２をケーシングＡの側面にはめ合わせる。すなわち、覆い部２１と２２の間にケーシングＡの一方側をはめ入れ、覆い部２３と２４の間にケーシングＡの他方側をはめ入れる。このときには、覆い部２１と２２、２３と２４に形成した複数の止め孔２５，２６に、前記板部材１，２の表面に形成した掛止め凸部２７，２８をはめ合わせ、ケーシングＡにはめ入れたヨークＹ１，Ｙ２が簡単に外れないようにしている。したがって、覆い部２１と２２、２３と２４のそれぞれは，ケーシングＡのケース構成体ａ１，ａ２を、それらが分離しないように押える部材として機能するものである。

また、前記のようにヨークＹ１，Ｙ２をケーシングＡにはめ入れたとき、磁気端子部１５と１６，１７と１８のそれぞれが、前記磁心５，６の端面に対向する位置関係を保つようにしている。したがって、磁気端子部１５と１６，１７と１８のそれぞれは、囲い片３，４の厚さ分だけの間隔を保たれ、この間隔が磁気抵抗として機能することになる。このように間隔が、磁気抵抗として機能するので、磁気飽和による磁束の漏れを防止できる。したがって、一方のコイルのインダクタンスが、他方のコイルに影響を及ぼすことがなくなる。

ただし、前記磁気抵抗を考慮しなければ、磁気端子部１５，１６および１７，１８のそれぞれを磁心５，６に直接接触させてもよい。この場合には、ケース構成体ａ１，ａ２には穴あるいは切り欠き等を形成し、これら穴あるいは切り欠き等を介して、前記磁気端子部を磁心５，６に直接接触させることになる。
また、前記のように穴あるいは切り欠きを形成した状態で、磁気端子部１５，１６および１７，１８と磁心５，６との間に、磁気抵抗としてのエアギャップを形成するようにしてもよい。

図５は前記構成によるノイズフィルタの通過損失特性を確認するための実験結果を示すものである。点線はコイル単体を用いたものであり、実線は本発明の構成によるノイズフィルタを用いたものであるが、この結果によれば、第１，２コイルＬ１，Ｌ２におけるそれぞれの導線の巻き方向を逆にすることでコイルを単体とほぼ同等かそれ以上の特性が得られており、図６実線にて示した従来例に比べ、コイル間に生じる影響がほとんど生じなくなることが確認できた。

しかも、この実施形態では、第１，２コイルＬ１，Ｌ２ごとに個別にヨークＹ１，Ｙ２を設けたので、両コイルによって発生する磁路は、ヨークＹ１，Ｙ２によって閉磁路を構成する。このようにヨークＹ１，Ｙ２で閉磁路が構成されるので、一方のコイルの自己インダクタンスが、他方のコイルの自己インダクタンスに影響しにくくなる。
したがって、両コイルの巻き方向を逆にしたことと、ヨークＹ１，Ｙ２で閉磁路を構成したこととが相乗的に作用して、一方のコイルの自己インダクタンスが、他方のコイルの自己インダクタンスに影響を及ぼしにくくなり、通過損失と周波数との関係において、その特性が乱れることがなくなる。
また、前記のように第１コイルＬ１と第２コイルＬ２とを対向配置しても、ノイズの減衰特性が悪くなることがないので、当該ノイズフィルタを小型化することができる。

また、一つのケーシングＡ内に、第１，２コイルＬ１，Ｌ２を対向配置したので、それら両コイルをケーシング内にコンパクトに収めることができる。したがって、当該ノイズフィルタの設置スペースも小さくてすみ、それだけ他の機器の設計の自由度も増すことになる。
さらに、一対のヨークＹ１，Ｙ２をケーシングＡの外側に設けて、それらの間の間隔を大きく保つようにしたので、これらヨークＹ１，Ｙ２によって形成される閉磁路の間隔も十分に大きく保つことができる。したがって、第１，２コイルＬ１，Ｌ２自体を接近させたとしても、従来のように結合インダクタンスがほとんど発生しない環境を形成できる。

なお、前記ヨークＹ１とＹ２は、ヨークＹ１が第１コイルＬ１と閉磁路を構成し、ヨークＹ２が第２コイルＬ２と閉磁路を構成して、互いの自己インダクタンスが他方のコイルに影響を及ぼさない限り、前記実施形態のようにケーシングＡの外側に設けてもよいし、ケーシングＡ内において対向配置させてもかまわない。

さらに、前記ヨークＹ１，Ｙ２は、磁気シールドおよび電波シールドとして機能することになり、磁気シールドあるいは電波シールドを必要とする場合には、部品点数を少なくすることができ、ここでも当該ノイズフィルタの小型化に役立つことになる。
なお、磁気端子部１５，１６および１７，１８と接続部１９，２０だけでもシールド機能を発揮できるが、前記覆い部２１，２２および２３，２４があれば、さらにシールド効果を高めることができる。このときには覆い部２１，２２および２３，２４を大きくすればするほど、シールド効果が大きくなる。

しかも、ヨークＹ１，Ｙ２がケーシングＡの押え部材として機能するので、押え部材を特別に設ける必要がなく、その分、構成を簡素化し、組み付け作業の効率化が図れるとともに、全体の小型化にも役立つ。
さらに、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、当該ヨークＹ１，Ｙ２を、磁気端子部１５，１６および１７，１８と、接続部１９，２０と、覆い部２１，２２および２３，２４とのそれぞれを一体化して箱形にすれば、そのシールド機能は一層高まることになる。
なお、ヨークＹ１，Ｙ２を前記のように箱形にすれば、これらヨークは、ケーシングＡを押える部材としての機能も向上することになる。
また、前記他の実施形態におけるヨークは、箱形にしたこと以外は、第１，２図に示したものとまったく同様である。
一方、前記実施形態では、覆い部２１，２２および２３，２４のそれぞれが、ケーシングＡのケース構成体ａ１，ａ２を挟持するようにしたが、例えば、ケース構成体ａ１，ａ２は、一方側をふさぎ、他方側を開口させた筒体を用い、これら筒体の開口側を磁心５，６の軸方向につき合わせるようにしてケーシングＡを構成した場合には、これら両筒体を磁気端子部１５と１６，１７と１８の間で挟持させることになる。

なお、本実施例の説明においては、図５、６に示したように７５ＭＨｚ〜１２０ＭＨｚ前後の周波数帯にて特性の変化を示したが、本発明の効果はこれら周波数帯に限定されない。コイルＬ１、Ｌ２の構成はターゲット周波数に応じて適宜変更されるものであるため、導線の巻き数、磁心の材質等で除去するノイズの周波数帯域は変わるが、発明者は実施例にて示した周波数の上下いずれにおいても同様の効果を得られることを確認している。

この発明のノイズフィルタの斜視図である。 この発明のノイズフィルタの分解斜視図である。 この発明のノイズフィルタの部分断面図である。 この発明のヨークの他の実施形態を示す斜視図である。 この発明の通過損失と周波数との関係を示した図である。 従来のノイズフィルタの通過損失と周波数との関係を示した図である。

符号の説明

Ａ ケーシング
ａ１，ａ２ ケース構成体
Ｌ１ 第１コイル
Ｌ２ 第２コイル
５，６ 磁心
７，８ ホット側の接続線
１１，１２ リターン側の接続線
Ｙ１，Ｙ２ ヨーク
１５，１６ 磁気端子部
１７，１８ 磁気端子部
１９，２０ 接続部
２１，２２ 覆い部
２３，２４ 覆い部

Claims (4)

1. 強磁性体からなる磁心に導線を巻き回してなるコイルと、前記磁心に対向配置した一対の磁気端子部とこれら磁気端子部間に設けた接続部と前記接続部を挟むようにして設けた覆い部とで閉磁路を構成するヨークと、を備えたノイズフィルタであって、
   電源のホット側接続線に設けた第１コイルと、
   前記第１コイルの磁心と磁路を構成する第１ヨークと、
   電源のリターン側接続線に前記第１コイルと対向して設けた第２コイルと、
   前記第２コイルの磁心と磁路を構成する第２ヨークと、を備え、
   前記第１、２コイルにおける互いの導線の巻き方向を逆にし、前記第１ヨークが前記第１コイルを覆い、前記第２ヨークが前記第２コイルを覆い、前記第１ヨークと前記第２ヨークとで前記第１コイルと前記第２コイルとを覆うと共に、前記第１、２ヨーク間に間隔を設けたことを特徴とするノイズフィルタ。
2. 一つのケーシング内に、前記第１、２コイルを配置したことを特徴とする請求項１に記載のノイズフィルタ。
3. 前記ケーシングを非磁性体で構成するとともに、前記第１、２ヨークを前記ケーシングの外側に設けたことを特徴とする請求項２に記載のノイズフィルタ。
4. 前記ヨークは、
   前記ケーシングを介して前記第１、２コイルの磁心両端に対向する一対の磁気端子部と、
   これら磁気端子部間を連続させる接続部と、
   この接続部の側方にあって前記ケーシングの少なくとも一部を覆う覆い部と、
   を一体に形成してなることを特徴とする請求項３に記載のノイズフィルタ。

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