JP2002252127A - ノイズフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １つの巻線でコモンモードチョークコイルと
ノーマルモードチョークコイルの２つの作用を持たせつ
つも、各コイルの巻き方向を同一にする。 【解決手段】 電源ライン21，22，23にそれぞれ対応し
た３個の巻線11，12，13を、コモンモード用コア１とノ
ーマルモード用コア２，３，４の一つずつに共通してそ
れぞれ巻回する。また、各交流電源ライン21，22，23を
流れるコモンモードノイズの電流Ｉｃによりコモンモー
ド用コア１に生じる磁束が足し合わされるように、各巻
線11，12，13を巻回する。これにより、巻線11，12，13
は必然的に同一方向に巻回される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はノイズフィルタに関
し、特にノーマルモードノイズやコモンモードノイズの
両方が多く発生するインバータやＡＣサーボなどの電子
機器を対象にしたノイズ対策用のノイズフィルタに関す
る。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】一般に、各種電子機器
のノイズ対策用として、この電子機器の入力側にノイズ
フィルタを付加することは周知であるが、特にインバー
タやＡＣ（交流）サーボなどの電子機器においては、交
流電源ライン間に発生するノーマルモードノイズと、交
流電源ラインとグランドとの間に生じるコモンモードノ
イズの両方が大きいため、これらの各ノイズ成分をいず
れも効果的に除去するために、ノーマルモードチョーク
コイルとコモンモードチョークコイルの両方を備えたノ
イズフィルタが必要となる。

【０００３】しかし、こうしたノイズフィルタは、個々
に独立したノーマルモードチョークコイルとコモンモー
ドチョークコイルを組み合わせて構成されるため、ノイ
ズフィルタ全体としての占有面積が大きくなり、限られ
たスペース内に各チョークコイルを効率良く配置するこ
とが困難である。また、ノーマルモードチョークコイル
およびコモンモードチョークコイルのそれぞれが、閉磁
路コアに巻線を巻回した構造を有しており、チョークコ
イル全体の総巻線長が長くなっているので、チョークコ
イルの損失の主な要因である巻線の抵抗による損失（銅
損）が多いという問題がある。

【０００４】こうした問題に対処するために、例えば特
開平４−９１４１２号公報には、チョークコイル全体で
巻回するコイル（巻線）の数を低減したノイズフィルタ
用コイル装置が開示されている。これは、具体的には図
４に示すように、いずれもリング状の磁路を形成する互
いに分離した第１〜第３の磁心101，102，103を、第１
の磁心101の両側に第２，第３の磁心102，103が位置す
るように配設し、第１の磁心101の一方側の磁性体104と
第２の磁心102に共通して第１コイル111を巻回するとと
もに、第１の磁心101の反対側の磁性体105と第３の磁心
103に共通して第２コイル112を巻回することで、１つの
コイル111またはコイル112により、コモンモードチョー
クコイル106とノーマルモードチョークコイル107（また
は108）の２つの作用を持たせるようにしている。そし
て、これにより２つに分離していたコモンモードチョー
クコイルとノーマルモードチョークコイルを一体化し
て、限られたスペース内に各チョークコイル107，108を
効率良く配置でき、しかも総巻線長の短縮に伴なう銅損
の低減が達成される。

【０００５】ここで、コモンモードチョークコイル106
に着目すると、各コイル111，112の自己インダクタンス
をＬ１，Ｌ２とし、相互インダクタンスをＭとすると、
コイル111，112を同じ巻数だけ双方が密に結合するよう
に巻けば、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｍとなる。したがって、電源ラ
イン121，122に流れる電源電流Ｉｓに対しては、自己イ
ンダクタンスＬ１，Ｌ２のリアクタンスが相互インダク
タンスＭにより打ち消される方向に作用し、全体のリア
クタンスが０になる。一方、コモンモードノイズによる
電流Ｉｃは、電源ライン121，122の両端から同じ方向に
流れてグランドより帰ってくるので、前記相互インダク
タンスＭの作用が逆になって、あたかも高いインピーダ
ンスを入れたのと同じになり、コモンモードノイズ成分
が低減される。

【０００６】上記図４に示す構造のノイズフィルタで
は、各電源ライン111，112を流れるコモンモードノイズ
の電流Ｉｃにより、コモンモード用コアである第１の磁
心101に生じる磁束ひいては相互インダクタンスＭが足
し合わされる向きに、第１コイル111および第２コイル1
12を巻回しなければならない。しかし、この場合は図４
からも明らかなように、第１コイル111と第２コイル112
を逆方向に巻回しなければならず、同じ手順で巻線作業
を行なえないという不都合がある。

【０００７】また、第１コイル111や第２コイル112は、
丸銅線を手作業で巻回して得られたものに限られない。
例えば、特開平６−２３１９８５号公報，特開平６‐３
２５９５９号公報，特開平８−８１１５号公報，特開平
８−７８２５４号公報などには、断面が矩形状のいわゆ
る平角銅線を使用し、この平角銅線の厚さ方向の薄い面
を接して縦方向に積層巻回したコイルが開示されてい
る。このような平角銅線によるコイルは、丸銅線に比べ
て巻線空間の占積率が向上し、同一巻数において丸銅線
よりも小形化を図ることができる。さらに、コイルを自
動機械巻きで製作できるという利点もある。しかし、上
述したように第１コイル111と第２コイル112の巻き方向
は互いに反対であるため、ノイズフィルタを構成するコ
イルとしては２つの部品が必要となり、部品や型の共通
化を図ることができない。

【０００８】そこで、本発明は上記問題点を解決して、
１つの巻線でコモンモードチョークコイルとノーマルモ
ードチョークコイルの２つの作用を持たせつつも、各コ
イルの巻き方向を同一にすることができるノイズフィル
タを提供することをその目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１のノイ
ズフィルタは、前記目的を達成するために、閉磁路を形
成する１個のコモンモード用コアと、閉磁路を形成する
３個のノーマルモード用コアとを有し、三相の交流電源
ラインを流れるコモンモードノイズの電流により前記コ
モンモード用コアに生じる磁束が足し合わされる向き
に、前記電源ラインにそれぞれ対応した３個のコイル
を、前記コモンモード用コアと前記ノーマルモード用コ
アの一つずつに共通してそれぞれ巻回して構成される。

【００１０】このようにすると、交流電源ラインにそれ
ぞれ対応した３個の巻線が、コモンモード用コアと各ノ
ーマルモード用コアの一つずつに共通してそれぞれ巻回
されるため、１つの巻線により、コモンモードチョーク
コイルとノーマルモードチョークコイルの２つの作用を
持たせることができる。したがって、限られたスペース
内にコモンモードチョークコイルおよびノーマルモード
チョークコイルを効率良く配置できる。また、各電源ラ
インにおいて、コモンモードチョークコイルとノーマル
モードチョークコイルを構成するコイルの共通化が測ら
れるため、ノイズフィルタ全体としての総巻線長が短縮
され、チョークコイルの損失の主な要因である銅損の低
減が達成される。

【００１１】ところで、単相の電源ラインに適用するノ
イズフィルタは、コモンモード用コアとノーマルモード
用コアに共通してコイルを巻回する際に、巻き方向を逆
にしなければならない煩わしさがあった。これについて
本願発明者は、三相の電源ラインに適用するノイズフィ
ルタであれば、各交流電源ラインを流れるコモンモード
ノイズの電流によりコモンモード用コアに生じる磁束が
足し合わされるように各巻線を巻くと、それがいずれも
同じ方向に巻回されることを見出した。つまり、三相の
電源ラインに、コモンモードチョークコイルとノーマル
モードチョークコイルを一体化して設ける場合は、巻線
が必然的に同じ方向に巻回されるので、１つの巻線でコ
モンモードチョークコイルとノーマルモードチョークコ
イルの２つの作用を持たせつつも、各巻線の巻き方向を
同一にすることができ、従来のように同じ手順で巻線作
業を行なえない不具合を一掃することができる。

【００１２】また本発明の請求項２のノイズフィルタ
は、上記請求項１の構成に加えて、前記コイルが平角線
であることを特徴とする。

【００１３】この場合、同一巻数において丸銅線に比べ
てコイルの小形化を図ることができるとともに、ノイズ
フィルタを構成する全てのコイルを自動機械巻きで製作
できる。さらに、平角線の巻き方向がいずれも同一であ
るため、部品や型の共通化を図ることができる。

【００１４】

【発明の実施形態】以下、添付図面に基づき、本発明に
おけるノイズフィルタの各実施例を説明する。

【００１５】図１および図２は、本発明におけるノイズ
フィルタの第１実施例を示すものである。概略構成をあ
らわした図１において、１は矩形リング状の閉磁路を形
成する１個のコモンモード用コアであり、また２，３，
４はそれぞれ独立して矩形リング状の閉磁路を形成する
３個のノーマルモード用コアである。これらの各コア１
〜４はいずれも磁性体により形成されるが、その形状は
矩形リング状に限定されず、例えば円環状であってもよ
い。本実施例では後述する巻線11，12，13が同じ方向に
巻回できるように、コモンモード用コア１の少なくとも
一辺がほぼ直線状の腕部１ａで形成されるとともに、各
ノーマルモード用コア２，３，４もその少なくとも一辺
がほぼ直線状の腕部２ａ，３ａ，４ａで形成される。そ
して、コモンモード用コア１の腕部１ａに沿って、各ノ
ーマルモード用コア２，３，４の腕部２ａ，３ａ，４ａ
が一列に並設するように、コモンモード用コア１および
各ノーマルモード用コア２，３，４がそれぞれ配置され
る。

【００１６】11，12，13は、ｕ相，ｖ相，ｗ相からなる
三相の交流電源ライン21，22，23にそれぞれ対応して設
けられる３個のコイルに相当する巻線である。本実施例
では素子の特性を一致させるために、巻線11，12，13が
いずれも同一材質，同一形状の丸銅線により形成され、
ｕ相の電源ライン21に対応する巻線11が、コモンモード
用コア１の腕部１ａとノーマルモード用コア２の腕部２
ａに共通して巻回され、ｖ相の電源ライン22に対応する
巻線12が、コモンモード用コア１の腕部１ａとノーマル
モード用コア３の腕部３ａに共通して巻回され、さらに
ｗ相の電源ライン22に対応する巻線13が、コモンモード
用コア１の腕部１ａとノーマルモード用コア３の腕部３
ａに共通して巻回される。このときの巻線11，12，13は
いずれも同じ巻き方向、すなわち電源ライン21，22，23
を流れるコモンモードノイズの電流によりコモンモード
用コア31に生じる磁束が足し合わされ、電源ライン21，
22，23を流れる電源電流によりコモンモード用コア31に
生じる磁束が相殺される向きにそれぞれ巻回される。こ
うして、巻線11，12，13とコモンモード用コア１とによ
り、各電源ライン21，22，23とグランドとの間に生じる
コモンモードノイズを低減するコモンモードチョークコ
イル31が構成され、巻線11とノーマルモード用コア２，
巻線12とノーマルモード用コア３，巻線13とノーマルモ
ード用コア４とにより、電源ライン21，22，23間に生じ
るノーマルモードノイズを低減するノーマルモードチョ
ークコイル32，33，34が構成される。

【００１７】なお、各交流電源ライン21，22，23の一端
には、ノイズフィルタの入力端子41，42，43が接続さ
れ、また、各交流電源ライン21，22，23の他端には、ノ
イズフィルタの出力端子51，52，53が接続される。具体
的には、各巻線11，12，13の巻き始め上端に入力端子4
1，42，43がそれぞれ接続され、各巻線11，12，13の終
り下端に出力端子51，52，53がそれぞれ接続される。

【００１８】図１に示すノイズフィルタの構成を、回路
図としてあらわしたものが図２である。同図において、
入力端子41，42，43には図示しない三相交流電源が接続
される。この三相交流電源は周知のように、ｕ相，ｖ
相，ｗ相の電源ライン21，22，23に１２０°ずつ異なる
位相で交流電圧を供給するものである。各電源ライン2
1，22，23にはノーマルモードチョークコイル32，33，3
4がそれぞれ挿入接続されるとともに、これらの各電源
ライン21，22，23に共通して、コモンモードチョークコ
イル31が接続される。なお回路図としては、各電源ライ
ン21，22，23毎に、コモンモードチョークコイル31の巻
線11，12，13と、ノーマルモードチョークコイル32，3
3，34の巻線11，12，13が分離してあらわされている
が、機構的には図１に示すように、双方の巻線11，12，
13が一つのものであることは前述した通りである。

【００１９】しかして、入力端子41，42，43には１２０
°ずつ位相の異なる交流電圧が印加されるが、電源ライ
ン21，22，23を流れる電源電流Ｉｓに対しては、各電源
ライン21，22，23毎に設けられたノーマルモードチョー
クコイル32，33，34により、所定周波数帯域の信号成分
が減衰若しくは遮断され、電源ライン21，22，23間に発
生するノーマルモードノイズの低減が図られる。

【００２０】一方、コモンモードチョークコイル31にお
いては、三相交流電源から送り出される電源電流Ｉｓの
位相が、各電源ライン21，22，23毎に１２０°異なって
いるため、各巻線11，12，13を流れる電源電流Ｉｓによ
りコモンモード用コア１に発生する磁束は、巻線11，1
2，13が同じ方向に巻かれているのでお互いに打ち消し
合うようになる。したがって、各巻線11，12，13の自己
インダクタンスをＬ１，Ｌ２，Ｌ３とし、相互インダク
タンスをＭとすると、自己インダクタンスＬ１，Ｌ２，
Ｌ３が、相互インダクタンスＭにより打ち消される方向
に作用し、コモンモードチョークコイル31のリアクタン
スが０になる。

【００２１】これに対して、コモンモードノイズによる
電流Ｉｃは、各電源ライン21，22，23で同相に発生する
ので、各巻線11，12，13を流れる電流Ｉｃによりコモン
モード用コア１に発生する磁束は、前記電源電流Ｉｓの
場合とは逆に同じ方向になって、足し合わされるように
なる。したがって、この場合は各巻線11，12，13の自己
インダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３と相互インダクタンス
Ｍが足し合わされて、あたかも高いインピーダンスを入
れたのと同じになり、電源ライン21，22，23に侵入する
コモンモードノイズ成分が低減される。

【００２２】また、ノイズフィルタの製造に際しては、
コモンモード用コア１の腕部１ａに重なり合うように、
各ノーマルモード用コア２，３，４の腕部２ａ，３ａ，
４ａを一列に並設し、腕部１ａと腕部２ａ，腕部１ａと
腕部３ａ，腕部１ａと腕部４ａのぞれぞれに丸銅線を巻
回して巻線11，12，13を形成する。このとき、巻線11，
12，13はいずれも同じ方向に巻かれるため、同じ手順で
巻線作業を行なえる利点がある。また、コモンモード用
コア１の腕部１ａと各ノーマルモード用コア２，３，４
の腕部２ａ，３ａ，４ａの重なり合う部分は一列に並ん
でいるため、巻線作業に再し方向性を気にする必要がな
い。特に巻線11，12，13を同じ巻数だけお互いに密に結
合するように巻けば、各自己インダクタンスＬ１，Ｌ
２，Ｌ３の値と、相互インダクタンスＭの値を等しくす
ることができる。

【００２３】以上のように、上記実施例によれば、閉磁
路を形成する１個のコモンモード用コア１と、閉磁路を
形成する３個のノーマルモード用コア２，３，４とを有
し、三相の交流電源ライン21，22，23を流れるコモンモ
ードノイズの電流Ｉｃによりコモンモード用コア１に生
じる磁束が足し合わされるような向きに、電源ライン2
1，22，23にそれぞれ対応した３個のコイルすなわち巻
線11，12，13を、コモンモード用コア１とノーマルモー
ド用コア２，３，４の一つずつ（コモンモード用コア１
とノーマルモード用コア２，コモンモード用コア１とノ
ーマルモード用コア３，コモンモード用コア１とノーマ
ルモード用コア４）に共通してそれぞれ巻回している。

【００２４】この場合、電源ライン21，22，23にそれぞ
れ対応した３個の巻線11，12，13が、コモンモード用コ
ア１とノーマルモード用コア２，３，４の一つずつに共
通してそれぞれ巻回されるため、１つの巻線11（または
巻線12，13）により、コモンモードチョークコイル31と
ノーマルモードチョークコイル32（またはノーマルモー
ドチョークコイル33，34）の２つの作用を持たせること
ができる。したがって、限られたスペース内に各チョー
クコイル31〜34を効率良く配置できる。また、ノイズフ
ィルタ全体としての総巻線長が短縮され、チョークコイ
ル31〜34の損失の主な要因である銅損の低減が達成され
る。

【００２５】ところで、従来例で示すような単相の電源
ライン121，122に適用するノイズフィルタは、コモンモ
ード用コア（磁心101）とノーマルモード用コア（磁心1
02，103）に共通して第１コイル111と第２コイル112を
巻回する際に、巻き方向を逆にしなければならない煩わ
しさがあった。これについて本願発明者は、三相の電源
ライン21，22，23に適用するノイズフィルタであれば、
各交流電源ライン21，22，23を流れるコモンモードノイ
ズの電流Ｉｃによりコモンモード用コア１に生じる磁束
が足し合わされるように各巻線11，12，13を巻くと、そ
れがいずれも同じ方向に巻回されることを見出した。つ
まり、三相の電源ライン21，22，23に、コモンモードチ
ョークコイル31とノーマルモードチョークコイル32，3
3，34を一体化して設ける場合は、巻線11，12，13が必
然的に同じ方向に巻回されるので、１つの巻線（または
巻線12，13）でコモンモードチョークコイル31とノーマ
ルモードチョークコイル32（またはノーマルモードチョ
ークコイル33，34）の２つの作用を持たせつつも、各巻
線11，12，13の巻き方向を同一にすることができ、従来
のように同じ手順で巻線作業を行なえない不具合を一掃
することができる。

【００２６】次に、本発明の第２実施例を図３に基づい
て説明する。なお、前記第１実施例と同一箇所には同一
符号を付し、その共通する部分の説明は重複するため省
略する。

【００２７】本実施例では、前記コイルに相当する巻線
11，12，13として、第１実施例のような丸銅線ではな
く、断面が矩形状のいわゆる平角銅線61を使用し、この
平角銅線61の厚さ方向の薄い面を接して縦方向に積層し
た構造を有している。なお、図３では平角銅線61を縦方
向に一つだけ積層しているが、コモンモード用コア１や
ノーマルモード用コア２，３，４の形状に対応して、平
角銅線61の一端を８の字状に折返し、同じ縦方向に同一
の巻き回数巻回しためがね状のコイルとしてもよい。ま
た、その材質は銅に限らず、少なくとも導電性を有する
平角線であればよい。なお、その他の構成は第１実施例
と同一である。

【００２８】本実施例は、第１実施例と同様の作用，効
果を奏する他に、コイルである巻線11，12，13が特に平
角線（平角銅線61）で構成される。このようにすると、
同一巻数において丸銅線に比べてコイルの小形化を図る
ことができるとともに、ノイズフィルタを構成する全て
のコイルを自動機械巻きで製作できるだけでなく、平角
銅線61の巻き方向がいずれも同一であるため、部品や型
の共通化を図ることができる。

【００２９】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可
能である。例えば、巻線の形態は上記各実施例で示した
ものに限定されず、例えばプリント基板に巻線となる導
電パターンを配置し、この導電パターンの両端部を半田
付けなどにより接続しながらプリント基板を積層して、
巻線を形成してもよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明の請求項１のノイズフィルタによ
れば、１つの巻線でコモンモードチョークコイルとノー
マルモードチョークコイルの２つの作用を持たせつつ
も、各巻線の巻き方向を同一にすることができる。

【００３１】本発明の請求項２のノイズフィルタによれ
ば、同一巻数において丸銅線に比べてコイルの小形化を
図ることができるとともに、ノイズフィルタを構成する
全てのコイルを自動機械巻きで製作できるだけでなく、
部品や型の共通化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すノイズフィルタの全
体構成をあらわした概略図である。

【図２】同上回路図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す巻線の斜視図であ
る。

【図４】従来例を示すノイズフィルタの全体構成をあら
わした概略図である。

【符号の説明】

１ コモンモード用コア ２，３，４ ノーマルモード用コア 11，12，13 巻線（コイル） 21，22，23 交流電源ライン 61 平角銅線（平角線）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 閉磁路を形成する１個のコモンモード用
   コアと、閉磁路を形成する３個のノーマルモード用コア
   とを有し、三相の交流電源ラインを流れるコモンモード
   ノイズの電流により前記コモンモード用コアに生じる磁
   束が足し合わされる向きに、前記電源ラインにそれぞれ
   対応した３個のコイルを、前記コモンモード用コアと前
   記ノーマルモード用コアの一つずつに共通してそれぞれ
   巻回したことを特徴とするノイズフィルタ。
2. 【請求項２】 前記コイルが平角線であることを特徴と
   する請求項１記載のノイズフィルタ。