JPH0613120U

JPH0613120U - ノイズ防止チョークコイル

Info

Publication number: JPH0613120U
Application number: JP5222992U
Authority: JP
Inventors: 信手嶋
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1994-02-18
Anticipated expiration: 2007-07-24
Also published as: JP2585303Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】大きなコモンモードインダクタンスとノーマ
ルモードインダクタンスを合わせ持ち、小型で実装スペ
ースも小さく、安価で且つ良好なコモンモードノイズ、
ノーマルモードノイズおよび高調波抑制作用を持つノイ
ズ防止チョークコイルを提供することである。【構成】コイル１６，１７と、内筒と外筒とを有して
これらの間を一端側において塞いでコイル１６，１７の
収納部２０を形成した。中空コア１１，１２とを含み、
これらの中空コアを磁気ギャップスペーサ１３を介して
それらの他端側において組み合わせて、中心軸方向に平
行な磁路Ａを形成するためのチョークコイル本体とす
る。本ノイズ防止チョークコイルは、該チョークコイル
本体に更に中空コア１１，１２の中空部を通してコイル
１８，１９を施すことにより、該チョ−クコイル本体の
周方向に無端状に形成された磁路Ｃを流れる磁束Ｄ，Ｄ
´と、磁路Ａを流れるコイル１６，１７による磁束Ｂ，
Ｂ´とが互いに直交するように構成されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、主として電子機器等の電源入力部に高調波抑制を兼ねたノイズフィルタ回路の一部として使われるノイズ防止チョークコイルに関し、特に一個の素子で大きなコモンモード，ノーマルモードインダクタンスが得られるノイズ防止チョークコイルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

電子機器の電源入力部に挿入されているコイルは例えばスイッチング電源から発生するスイッチングノイズ等を防止する目的で使用されるコモンモードチョークコイルがもっとも多い。また最近電力系統の電圧歪みを起こすことで問題化している高調波（高調波とは５０または６０Ｈｚに対し、２次〜２０次位までの周波数を言い、一部の機器では障害が顕在化しているためＩＥＣ規格ｐｕｂ−５５５−２等で国際的に規制されつつある。）を抑制するためにも大インダクタンス（１ｍＨ〜１０ｍＨ）のノーマルモードインダクタンスを有するリアクトルが使われている。即ち図１１においてリアクトル５が無い時の電源整流回路のｎ次の高調波電流の比率を示す理論式は数式１、数式２のようになる。

【０００３】

【数１】

【０００４】

【数２】

【０００５】これに対し、図１１のリアクトル５を挿入することにより数式２における通流開始角を早め、高調波電流を抑制することが出来る。また図１２のようにコモンモードチョークコイル１を挿入することでコモンモードインピーダンスを大きくすることができ、コモンモードノイズ電流を抑制することができる。図１１に示す高調波電流抑制用のリアクトル５およびコモンモードチョークコイル１を構成する場合従来は図１２に示すようにフェライトまたはアモルファス磁性体等でなるコア３´に巻線２、および２′を同相に巻装してコモンモードチョークコイル１を構成し、さらにこのコモンモードチョークコイル１と直列にケイ素鋼等でなるコア３′に巻線４を巻装した高調波抑制用のリアクトル５を接続していた。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上述のように、従来はコモンモードチョークコイル１および高調波抑制用のリアクトル５をそれぞれ互いに独立した個別の部品として構成し、接続することにより図１１に示す電源回路を構成していた。そのため３個の巻線、２個のコアが必要であるとともに結線作業が必要であり、また部品数が複数になるため実装面積が大きくなり、高価で且つ装置が大型になるという問題があった。

【０００７】このような問題点を解消するものとして、図１３のようなコモンモードインダクタンスとノーマルモードインダクタンスをあわせもつノイズ防止チョークコイルが考えられている。しかしながら、このようなチョークコイルにおいては、コモンモードインダクタンスを得るための磁気回路が、中足コア６と外側コア８，９と磁気ギャップ７により構成されており、磁気ギャップ７が入ることからリアクタンスが大きくなり、よって大きなコモンモードインダクタンスが得られないという問題があった。

【０００８】本考案は上述する問題点を解決しようとするもので、大きなコモンモードインダクタンスとノーマルモードインダクタンスを合わせ持ち、小型で実装スペースも小さく、安価で且つ良好なコモンモードノイズ、ノーマルモードノイズおよび高調波抑制作用を持つノイズ防止チョークコイルを提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案によれば、第一，第二のコイルと、内筒と外筒とを有してこれらの間を一端側において塞いで前記第一，第二のコイルの収納部を形成した第一，第二の中空コアとを含み、前記第一の中空コアと第二の中空コアとを磁気ギャップスペーサを介してそれらの他端側において組み合わせることにより、中心軸方向に平行な第一の磁路を形成するためのチョークコイル本体とし、該チョークコイル本体には前記第一，第二のコアの中空部を通して第一，第二の巻線を施すことにより、該チョ−クコイル本体の周方向に無端状に形成された第二の磁路を流れる第二の磁束と、前記第一の磁路を流れる第一の磁束とが互いに直交するようにしたことを特徴としたノイズ防止チョークコイルが得られる。

【００１０】なお、前記第一，第二の巻線は、該第一，第二の巻線によってそれぞれ発生する磁束の向きがノーマルモード時には互いに打ち消し合うように又コモンモード時には互いに相加わるように施される。

【００１１】本考案によれば、第一，第二のコイルと、内筒と外筒とを有してこれらの間を一端側において塞いで前記第一，第二のコイルの収納部を形成した第一，第二の中空コアとを含み、前記第一，第二のコアはそれぞれ中心軸に平行な面で２分割して第一，第二の対の分割コアとされ、しかも前記第一，第二の対の分割コアはそれぞれギャップスペーサを介して連結されて中空コアを形成するようにされており、それらの他端側において組み合わせることにより、中心軸方向に平行な第一の磁路を形成するためのチョークコイル本体とし、該チョークコイル本体には前記第一，第二のコアの中空部を通して第一，第二の巻線を施すことにより、該チョ−クコイル本体の周方向に無端状に形成された第二の磁路を流れる第二の磁束と、前記第一の磁路を流れる第一の磁束とが互いに直交するようにしたことを特徴としたノイズ防止チョークコイルが得られる。

【００１２】

【実施例】

高調波を抑制するには、前述のように大きなノーマルモードインダクタンス（例えば１ｍＨ〜１０ｍＨ）が必要でしかも振幅の大きい基本波或いは高調波電流で飽和しないことが必要である。コモンモードノイズを防止するためにはノイズフィルタ構成時のコンデンサによるライン−アース間の漏洩電流の増加防止も踏まえ、相応な大きさ（例えば１ｍＨ〜５０ｍＨ）と高周波特性（例えば１０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚ）を有したコモンモードインダクタンスが必要である。

【００１３】図１は本考案のノイズ防止チョークコイルの第１の実施例を示す斜視図、図２は本考案の第１の実施例の分解斜視図である。図１、図２においてコア１１、コア１２は、例えば圧粉磁心やフェライトコア等の磁性材からなり、内筒と外筒とを有してこれらの間を一端側において塞いでコイル１６，１７の収納部２０を形成している。コア１１，１２は、その内部にコイル１６、コイル１７を収納する収納部２０を有し、円筒形の中心部に貫通孔１４を有した円筒形ポット型コアである。コイル１６、コイル１７の巻線は、該巻線にノーマルモード電流を重畳することによってそれぞれ中心軸に平行な方向に発生する磁束Ｂ，Ｂ′が磁路Ａで互いに相加わるように施されている。コイル１６、コイル１７は前記巻線の入出力端のリード端末２１，２２，３１，３２がリード引き出し孔１５（コア１２側のみ図示）より引き出されるようにコア１１、コア１２の収納部２０に挿着される。

【００１４】さらに、コア１１とコア１２はこれらの外筒の端面の間にギャップスペーサ１３を介して内筒の端面は直接接合一体に組み合わされ、接合された後コイル１８，１９が巻回される。コイル１８，１９はこれにノーマルモード電流を重畳することによって発生する磁束Ｄ，Ｄ′がコア１１，１２の周方向に形成される磁路Ｃで互いに打ち消しあうような向きに巻回される。コイル１８，１９はそれぞれリード端末３３，３４、リード端末２３，２４を有し、コイル１６とコイル１９及びコイル１７とコイル１８は、それぞれリード端末２２と２３、リード端末３２と３３とによって接続される。

【００１５】チョークコイル全体としては電源電流や高調波電流などのノーマルモード電流重畳時には磁路Ａにおいてコイル１６、コイル１７により発生する磁束Ｂ，Ｂ′ は互いに相加わる向きとなり、磁路Ｃにおいて、コイル１８、コイル１９により発生する磁束Ｄ，Ｄ′は互いに打ち消しあう向きとなる。またコイル１６，１７にコモンモードノイズ電流を重畳することによって発生する磁束Ｂ，Ｂ′が磁路Ａで互いに打ち消しあうように、又コイル１８，１９にコモンモード電流を重畳することによって発生する磁束Ｄ，Ｄ′が磁路Ｃで互いに相加わる向きとなる。

【００１６】大振幅の電源電流（例えば１Ａ，２Ａ，５Ａ，１０Ａ等）であるノーマルモード電流に対して磁路Ａにギャップスペーサ１３を設けたことにより、このギャップによりコアを飽和させずノーマルモードノイズ防止に必要な、かつ、大きなノーマルモードインダクタンスが得られる最適値に調整できる。また比較的小電流（例えば１００μＡ〜１００ｍＡ）のコモンモードノイズ電流に対しては磁気ギャップの入らない無端状の閉磁路構造である磁路Ｃが働くため磁気抵抗が小さく大きなコモンモードインダクタンスが得られる。

【００１７】図３に従来のコモンモード、ノーマルモード兼用チョークコイル等価回路を、図４に本考案によるコモンモード、ノーマルモード兼用チョークコイルの等価回路を示す。

【００１８】図３の磁気抵抗（リアクタンス）ｒ₁，ｒ₂，ｒ₃は図１３の（従来の）コイルの各コア部のリアクタンスを示しており、図４のリアクタンスｒ₁′，ｒ₂′ ，ｒ₃′，ｒ₄′は本考案によるコイルに使用するポットコアの各コア部のリアクタンスを示している。また図１３のコイル４−１、コイル４−２による起磁力をＮ₁Ｉ_N（Ｎ₁：巻数、Ｉ_N：ノーマルモード電流( 商用周波数と高調波) ）、コイル２−１，２−２による起磁力をＮ₂Ｉ_N（Ｎ₂：巻数）とする。Φ₁はコイル４−２部での起磁力により発生する磁束である。Φ_1-2，Φ_1-1はそれぞれΦ₁から外側コア８部および中足コア６部に分流する磁束を示す。同様にΦ₂ はコイル４−１部での起磁力により発生する磁束であり、Φ_2-2，Φ_2-1はそれぞれΦ₂から外側コア９および中足コア６部に分流する磁束を示す。Φ₃，Φ₄ はそれぞれコイル２−２、コイル２−１に電流を流して得られる起磁力により発生する磁束を示す。本考案ではΦ₁、Φ₂はそれぞれコイル１６，１７により発生する磁束である。この関係からノーマルモードインダクタンスＬ_Nを計算すると（過程は省略）従来のノーマルモードコモンモード兼用チョークコイルでは次の数式３となり、

【数３】本考案のチョークイルでは次の数式４となる。

【００１９】

【数４】

【００２０】ここで従来のコイルではリアクタンスｒ₃に磁気ギャップを、本考案のチョークコイルではリアクタンスｒ₁´及びｒ₂´に磁気ギャップを含んでいるため、このギャップの調整により、コアが大振幅電流により飽和しないように最適の値にリアクタンスｒ₁´，ｒ₂´，ｒ₃´を可変することができる。

【００２１】図３（ｂ）と図４（ｂ）は従来及び本考案のコモンモード時の磁束の状態を示す。Φ₅はコイル４−２部での起磁力により発生する磁束、Φ_5-2，Φ_5-1はそれぞれΦ₅から外側コア８部および中足コア６部に分流する磁束を示す。同様に Φ₆はコイル４−１部での起磁力により発生する磁束で、Φ_6-2，Φ_6-1はそれぞれΦ₆から外側コア９部および中足コア６部に分流する磁束を示す。Φ₈，Φ₇ は各々中足コア６部のコイル２−１およびコイル２−２での起磁力により発生する磁束を示す。Φ_7-1，Φ_7-2，Φ_8-1，Φ_8-2は各々Φ₇，Φ₈から外側コア９，外側コア８に分流する磁束を示す。本考案ではΦ₅，Φ₆はそれぞれ、コイル１８，１９により発生する磁束である。詳細な計算過程は省略するが従来のコモンモードノーマルモード兼用チョークコイルにおけるコモンモードインダクタンスＬ_Cは数式５に示す通りである。

【００２２】

【数５】

【００２３】一方、本考案のコモンモードノーマルモード兼用チョークコイルにおけるコモンモードインダクタンスＬ_C′は数式６に示す通りである。

【００２４】

【数６】

【００２５】従来のチョークコイルでは、リアクタンスｒ₃が磁気ギャップを含むことから実際には大きなリアクタンスとなり、数式５より大きなコモンモードインダクタンスを得ることができない。これに対し、本考案のコモンモードノーマルモード兼用チョークコイルは、リアクタンスｒ₄´には磁気ギャップを含まないので小さなリアクタンス値に設定でき、数式６より大きなコモンモードインダクタンスを得ることができる。

【００２６】図５は、図１に示されたチョークコイル１´に、電流重畳したときのインダクタンス特性を示した図である。

【００２７】このとき用いられたチョークコイルは、透磁率μｉ＝２５００のＭｎ−Ｚｎフェライトコアを使用し、該コアに線径φ０．４５ｍｍの銅線を５０ターン巻回して形成されたコイル１６，１７を、コア１１，１２に収納し、ギャップスペーサ（板厚０．３５ｍｍのリング）を介して組み立てた後、コイル１８，１９として線径φ０．４５ｍｍの銅線を各々２４ターン巻回して、試作されたものである。

【００２８】該チョークコイルはコモンモードインダクタンスで３．７ｍＨ、ノーマルモードインダクタンスで１．４ｍＨのインダクタンスが得られた。又、該チョークコイルの電流重畳によるインダクタンス特性は、定格電流（１Ａ）において、コモンモードで約３ｍＨ、ノーマルモードで約１．３ｍＨのインダクタンスが得られ、電流が１Ａ以上のとき、磁気飽和が起こる。

【００２９】図６は、本考案におけるチョークコイルを実際に使用する電子機器（パーソナルコンピュータ）に、図７に示すような配線にてノイズフィルタ構成として挿入した場合の周波数とノイズレベルとの関係を示した図である。又、図８は、高調波抑制率を高調波次数を１次〜１３次に変化させて測定した結果を示した図である。図６においてノイズ防止効果は１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯域で４０ｄＢ〜９０ｄＢの効果が得られ、図８において高調波は３次〜１３次（１５０Ｈｚ〜６５０Ｈｚ）において８％〜８４％の抑制率が得られることがわかる。

【００３０】尚、本考案のチョークコイルにおけるコアの形状は必ずしも円柱型のポットコア型には限らない。例えば図９に示すように、四角形の内筒と外筒を有した四角形状のコア１１´，１２´の収納部にそれぞれコイル１６，１７を収納し、ギャップスペーサ１３を介して組み合わせたものでもよい。

【００３１】又、本考案の他の実施例を図１０を参照して説明する。

【００３２】中空コア１１´，１２´は、図９の例と同様、四角形の内筒と外筒とを有し、これらの間を一端側において塞ぐことによりコイル１６，１７を収納する収納部を持つように形成されている。さらにコア１１´，１２´をそれぞれ中心軸に平行な面で２分割し、第一，第二の対の分割コアを形成する。さらに前記第一，第二の対の分割コアをそれぞれギャップスペーサ１３´を介して連結し、それらの他端側を突き合わせるように組み合わせてチョークコイル本体を形成する。該チョークコイル本体にコア１１´，１２´の中空部を通してコイル１８，１９を巻回し、リード端末３２と３３、リード端末２２と２３を接続することによって本考案の他のノイズ防止チョークコイルを形成する。

【００３３】尚、該チョークコイル本体にコア１１´，１２´の中空部を通してコイル１８，１９を巻回することによって、該チョ−クコイル本体の周方向に無端状に形成された磁路Ｃを流れる磁束と、中心軸に平行（コアの両端面部を除く）な磁路Ａを流れる磁束とは互いに直交することになる。

【００３４】

【考案の効果】

本考案によれば１個の部品でありながらコモンモードノイズ、ノーマルモードノイズおよび高調波をも効果的に抑制出来、特にコモンモードインダクタンスを形成する磁路が無端状であるため大きなコモンモードインダクタンスを得ることができる。又、ノーマルモードインダクタンスをも兼ね備えた複合コイル型であるため小型で、実装スペースも小さく、且つ安価なノイズ防止チョークコイルを提供出来、より効果的な高調波およびノイズ抑制機能を持った小型、低価格な電子機器の実現に対し大きく貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案によるコモンモード、ノーマルモードイ
ンダクタンス兼用ノイズ防止チョークコイルの第１の実
施例を示す斜視図である。

【図２】本考案によるコモンモード、ノーマルモードイ
ンダクタンス兼用ノイズ防止チョークコイルの第１の実
施例を示す分解斜視図である。

【図３】従来のコモンモード、ノーマルモードインダク
タンス兼用ノイズ防止チョークコイルの実施例の磁束の
状態を示す電気的等価回路図である。

【図４】本考案によるノイズ防止チョークコイルの第１
の実施例においの磁束の状態を示す電気的等価回路図で
ある。

【図５】本考案によるノイズ防止チョークコイルの第１
の実施例にて実際に試作したチョークコイルの直流電流
重畳によるインダクタンス特性を示した図である。

【図６】同じくパーソナルコンピュータに用いたときの
ノイズ防止効果を表わした雑音端子間電圧特性（ＶＣＣ
Ｉ規格による）を示した図である。

【図７】本考案のノイズ防止チョークコイルをノイズフ
ィルタ構成とし、電子機器の電源入力部に挿入したとき
の例を示す回路図である。

【図８】そのチョークコイルをパーソナルコンピュータ
に用いたときの高調波抑制特性を示した図である。

【図９】本考案のノイズ防止チョークコイルの別の実施
例を示す斜視図である。

【図１０】本考案のノイズ防止チョークコイルのさらに
別の例を示す斜視図である。

【図１１】従来のチョークコイルによる電子機器への電
源入力回路の例を示す図である。

【図１２】同じく従来のチョークコイルを用いた具体的
な結線状態を示す図である。

【図１３】従来のコモンモード、ノーマルモードインダ
クタンス兼用ノイズ防止チョークコイルの例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１，１′ チョークコイル５リアクトル１１，１２コア１３，１３´ ギャップスペーサ１４貫通孔１５リード引き出し孔１６，１７，１８，１９コイル２０コイル収納部

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】第一，第二のコイルと、内筒と外筒とを
有してこれらの間を一端側において塞いで前記第一，第
二のコイルの収納部を形成した第一，第二の中空コアと
を含み、前記第一の中空コアと第二の中空コアとを磁気
ギャップスペーサを介してそれらの他端側において組み
合わせることにより、中心軸方向に平行な第一の磁路を
形成するためのチョークコイル本体とし、該チョークコ
イル本体には前記第一，第二のコアの中空部を通して第
一，第二の巻線を施すことにより、該チョ−クコイル本
体の周方向に無端状に形成された第二の磁路を流れる第
二の磁束と、前記第一の磁路を流れる第一の磁束とが互
いに直交するようにしたことを特徴としたノイズ防止チ
ョークコイル。
【請求項２】請求項１記載のノイズ防止チョークコイ
ルにおいて、前記第一，第二の巻線が、該第一，第二の
巻線によってそれぞれ発生する磁束の向きがノーマルモ
ード時には互いに打ち消し合うように又コモンモード時
には互いに相い加わるように施されたことを特徴とする
ノイズ防止チョークコイル。
【請求項３】第一，第二のコイルと、内筒と外筒とを
有してこれらの間を一端側において塞いで前記第一，第
二のコイルの収納部を形成した第一，第二の中空コアと
を含み、前記第一，第二のコアはそれぞれ中心軸に平行
な面で２分割して第一，第二の対の分割コアとされ、し
かも前記第一，第二の対の分割コアはそれぞれギャップ
スペーサを介して連結されて中空コアを形成するように
されており、それらの他端側において組み合わせること
により、中心軸方向に平行な第一の磁路を形成するため
のチョークコイル本体とし、該チョークコイル本体には
前記第一，第二のコアの中空部を通して第一，第二の巻
線を施すことにより、該チョ−クコイル本体の周方向に
無端状に形成された第二の磁路を流れる第二の磁束と、
前記第一の磁路を流れる第一の磁束とが互いに直交する
ようにしたことを特徴としたノイズ防止チョークコイ
ル。