JP2005150198A - 通信用トランス - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＡＮ機器等に使用される通信用トランスにおいて、平衡度を維持したままコモンモードノイズ除去性能を向上させることを目的とする。
【解決手段】本発明は、磁心１と、磁心１に巻きまわされた複数の伝送用巻線２、３と、複数の伝送用巻線２、３の間に位置するように巻きまわされた伝送に寄与しない付加巻線４を有し、付加巻線４の長さ方向の途中部分を一定電位に電気接続する構成とすることで、インピーダンスの平衡点である中点を接地するため平衡度が維持されつつ、伝送用巻線２、３間の寄生容量を低減してコモンモードノイズ除去性能を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は非シールドツイストペア線を伝送路として通信を行うＬＡＮ等に用いられる通信用トランスに関するものであり、特に電力線を通信媒体とする電力線通信に用いられる通信用トランスに関するものである。

近年、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）用の伝送媒体としては非シールドのツイストペア線が主流となっているが、伝送速度が高速になるに従い伝送媒体からのノイズの輻射が問題となってきている。特に電力線を伝送媒体に用いる電力線通信では本来、通信路として設計されていない媒体を通信路に使用するため、いっそうのノイズ抑制対策が要求されている。

一般にツイストペア線や平行電線等の平衡伝送路からのノイズ輻射は伝送路と大地アース間に発生するコモンモードノイズが支配的となるため、コモンモードノイズ除去性能に優れた通信用トランスを介して伝送路に信号を送出することが行われている。このため通信用トランスの巻線間にシールドとなる巻線を付加し、通信用トランスのコモンモード除去性能を向上させる手法が考案されていた（例えば特許文献１参照）。

図１４は従来の技術における通信用トランスの構成図であり、１０ＢＡＳＥ−Ｔ用の通信モジュールに使用されるパルストランス（広帯域通信用トランス）が記載されている。図１５は従来の技術における通信用トランスの等価回路図である。コア１５に１次巻線１６、２次巻線１７、付加巻線１８を巻き、付加巻線１８の両端の付加巻線端１９、２０のいずれか一方を接地する。このような構成により１次巻線１６と２次巻線１７の間に発生する寄生容量を低減して１次巻線１６と２次巻線１７間を伝播するコモンモードノイズを低減しようとするものである。
特開平７−１９２９６２号公報

しかし、従来の方法では、付加巻線１８を接地することにより、トランスの平衡度が低下するという問題が発生する。これは図１５に示されるように１次巻線端２１の接地に対するインピーダンスは寄生容量２３と付加巻線１７自身がもつ抵抗２５の直列接続になるのに対し、端子２２から接地をみたインピーダンスは寄生容量２４のみになり、１次巻線端２１と端子２２では接地に対するインピーダンスに差が生じてしまうためである。

図１６は従来の通信用トランスの伝達変換損失性能図であり、グラフにより表されている。一次側伝送用巻線にコモンモード信号を印加した場合の、二次側に現れるノーマルモード信号と印加されるコモンモード信号の比を周波数毎にプロットした縦方向伝達変換損失が表されている。理想的なトランスの場合、二次側にノーマルモード信号が現れることはないが、実際のトランスでは平衡度が有限の値になるため、二次側にコモンモード信号から変換されたノーマルモード信号が現れる。従って縦方向伝達変換損失の値が大きいほど平衡度が高く、コモンモード信号がノーマルモード信号に変換される割合が小さいことを表している。図１６においてＡは付加巻線１８を接地しない場合の特性であり、Ｂは付加巻線１８の一端を接地した場合の特性である。このように付加巻線１８を接地すると、平衡度が低下して、コモンモード信号から変換されて伝達されるノーマルモード信号が増加するため、実質上、十分なコモンモード除去性能が得られていないという問題があった。

本発明は、磁心と、磁心にスパイラル状に設けられ相互に電気的に独立した複数の導電体と、複数の導電体において導電体の途中部分が一定電位に接続された導電体が含まれる構成とする。

本発明の通信用トランスは伝送用巻線間に設けた付加巻線をシールドとして用い、かつ付加巻線の途中部分を一定電位に接続するため、トランスの平衡度が低下せず、かつ大きなコモンモード除去比が得られるという利点がある。またコモンモード信号の帰還路のインピーダンスが伝送信号周波数帯域の近傍で低下するためより多くのコモンモード信号を信号源側に帰還させることができ、大きなコモンモード除去比が得られるという利点がある。

また、シールド線を一次側伝送巻線と付加巻線との兼用に用いることで、簡易な製造によりトランスの平衡度を低下させず、大きなコモンモード除去比が得られるという通信用トランスを容易に得ることができる。

更に、伝送用巻線にインダクタを接続して、インダクタと寄生容量から得られる共振周波数を伝送周波数帯域の近傍の周波数とすることで、更にコモンモード除去を高めることが可能となる。

更に、このような通信用トランスを用いてＬＡＮ用インターフェースモジュールとすることで、性能の高い通信インターフェースを実現することが可能となる。

本発明の請求項１に記載の発明は、磁心と、磁心にスパイラル状に設けられ相互に電気的に独立した複数の導電体と、複数の導電体は導電体の途中部分が一定電位に接続された導電体と一定電位に非接続の導電体を含むことを特徴とする通信用トランスであって、平衡度を低下させずに一定電位に接続可能となり、コモンモードノイズ除去を高めることができる。

本発明の請求項２に記載の発明は、一定電位に接続される途中部分が、導電体のインピーダンスをほぼ等分する点であることを特徴とする請求項１に記載の通信用トランスであって、平衡度を低下させずに一定電位に接続可能となり、一次側伝送用巻線と二次側伝送用巻線間の容量を一定化してコモンモードノイズ除去を高めることができる。

本発明の請求項３に記載の発明は、複数の導電体が３以上であって、途中部分が一定電位に接続される導電体が、他の導電体に挟まれる位置に配置されて設けられていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の通信用トランスであって、平衡度を低下させずに巻線間の寄生容量を低減させることができる。

本発明の請求項４に記載の発明は、複数の導電体が、送信用導電体と、受信用導電体と、伝送路用導電体を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の通信用トランスであって、簡易な構成により、平衡度を低下させずに導電体間の寄生容量を低減させることができる。

本発明の請求項５に記載の発明は、導電体が、磁心に巻き回された巻線であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１に記載の通信用トランスであって、巻線間の寄生容量を低減させ、平衡度低下を防止してコモンモードノイズ除去を高めることができる。

本発明の請求項６に記載の発明は、磁心と、磁心にスパイラル状に設けられ相互に電気的に独立した複数の伝送用導電体と、複数の伝送用導電体の間に位置するように形成された伝送に寄与しない付加導電体を有し、付加導電体の途中部分を一定電位に電気接続したことを特徴とする通信用トランスであって、平衡度を低下させずに一定電位に接続可能となり、コモンモードノイズ除去を高めることができる。

本発明の請求項７に記載の発明は、一定電位に接続される途中部分が、導電体のインピーダンスをほぼ等分する点であることを特徴とする請求項６いずれか１に記載の通信用トランスであって、インピーダンスバランスを適切に確保して平衡度低下を防止することができる。

本発明の請求項８に記載の発明は、伝送用導電体と付加導電体が、磁心に巻き回された巻線からなる伝送用巻線と付加巻線であることを特徴とする請求項６に記載の通信用トランスであって、伝送用巻線間の寄生容量を低減させつつも平衡度の低下を防止して、コモンモードノイズ除去を高めることができる。

本発明の請求項９に記載の発明は、伝送用巻線が二本であり、該二本の伝送用巻線の間に付加巻線を挟んだ三線の状態で磁心に巻きまわしたことを特徴とする請求項７乃至８のいずれかに記載の通信用トランスであって、ノイズ除去性能の高い通信用トランスを容易に作製することができる。

本発明の請求項１０に記載の発明は、付加巻線が、伝送用巻線間に加えて、伝送用巻線の外側にも形成されていることを特徴とする請求項７〜９いずれか１に記載の通信用トランスであって、隣り合う伝送用巻線間に発生する寄生容量を低減させることが可能となる。

本発明の請求項１１に記載の発明は、伝送用巻線の断面積よりも付加巻線の巻回部の断面積が大きいことを特徴とする請求項７〜１０いずれか１に記載の通信用トランスであって、伝送用巻線間で発生する寄生容量を更に低減させることが可能となる。

本発明の請求項１２に記載の発明は、伝送用巻線の内一つと付加巻線の巻回部の断面積が残りの伝送用巻線の巻回部の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項７〜１０いずれか１に記載の通信用トランスであって、一次側伝送用巻線と付加巻線との結合度を高めて、コモンモードノイズ除去を更に高める効果がある。

本発明の請求項１３に記載の発明は、伝送用巻線の一つと付加巻線が外周を覆うシールド導体と該シールド導体の内部に存在する伝送導体である芯線とからなるシールド巻線により構成され、伝送用巻線としてシールド線の芯線が用いられ、付加巻線としてシールド線のシールド導体が用いられることを特徴とする請求項７〜１２いずれか１に記載の通信用トランスであって、通信用トランスの構成が非常に容易になる。

本発明の請求項１４に記載の発明は、複数の巻線が、巻線相互の間隔距離が等しくなるように磁心に巻きまわされていることを特徴とする請求項７〜１３いずれか１に記載の通信用トランスであって、伝送用巻線と付加巻線間に発生する寄生容量を一定にできるので、基準電位からのインピーダンスを一定にでき、平衡度の低下を防止することができる。

本発明の請求項１５に記載の発明は、巻線の内、途中部分が一定電位に接続された巻線以外の巻線にインダクタンス素子が接続されたことを特徴とする請求項５〜１４いずれか１記載の通信用トランスであって、共振周波数条件を生じさせることが可能となる。

本発明の請求項１６に記載の発明は、インダクタンス素子として巻線で発生する漏洩インダクタンス成分を用いることを特徴とする請求項１４に記載の通信用トランスであって、インダクタンス素子を余分に付加することなく、共振周波数条件を生じさせることが可能となる。

本発明の請求項１７に記載の発明は、インダクタンス素子がコモンモードチョークコイルであることを特徴とする請求項１６に記載の通信用トランスであって、ノーマルモード信号への影響を押さえた上で共振周波数条件を生じさせることが可能となる。

本発明の請求項１８に記載の発明は、巻線の内、途中部分が一定電位に接続される巻線とこれ以外の巻線の間に生じる寄生容量と、巻線に接続されたインダクタンス素子から生じる直列共振周波数が、通信用トランスで通信する伝送周波数帯域の近傍であることを特徴とする請求項５〜１７いずれか１に記載の通信用トランスであって、伝送周波数帯域において、よりよくコモンモードノイズを低減させることができる。

本発明の請求項１９に記載の発明は、巻線の内、途中部分が一定電位に接続される巻線を、容量素子を介して一定電位に接続したことを特徴とする請求項５〜１８いずれか１記載の通信用トランスであって、共振周波数条件の発生をより容易にすることができる。

本発明の請求項２０に記載の発明は、巻線の内、途中部分が一定電位に接続される巻線とこれ以外の巻線の間に生じる寄生容量と、巻線に接続されたインダクタンス素子と、接続された容量素子から生じる直列共振周波数が、通信用トランスで通信する伝送周波数帯域の近傍であることを特徴とする請求項５〜１９いずれか１に記載の通信用トランスであって、伝送周波数帯域において、よりよくコモンモードノイズを低減させることができる。

本発明の請求項２１に記載の発明は、直列共振周波数が伝送周波数帯域の近傍となるように、インダクタンス素子もしくは容量素子のいずれかもしくは全てを調整可能としたことを特徴とする請求項１５〜２０いずれか１記載の通信用トランスであって、伝送周波数帯域におけるコモンモードノイズ低減のフレキシブルな調整を容易に行うことができる。

本発明の請求項２２に記載の発明は、磁心と、磁心に巻き回された複数の伝送用巻線と、伝送用巻線に接続されたインダクタンス素子を有し、複数の伝送用巻線において伝送用巻線の途中部分が一定電位に接続された伝送用巻線と一定電位に非接続の伝送用巻線が含まれることを特徴とする通信用トランスであって、共振周波数条件を生じさせて伝送周波数帯域でのコモンモードノイズ低減を容易とすることができる。

本発明の請求項２３に記載の発明は、インダクタンス素子として巻線で発生する漏洩インダクタンス成分を用いることを特徴とする請求項２２に記載の通信用トランスであって、インダクタンス素子を余分に用いることなく、共振周波数条件を生じさせることができる。

本発明の請求項２４に記載の発明は、インダクタンス素子がコモンモードチョークコイルであることを特徴とする請求項２２に記載の通信用トランスであって、ノーマルモード信号へ影響を与えず、共振周波数条件を生じさせることができる。

本発明の請求項２５に記載の発明は、巻線に接続されたインダクタンス素子と容量素子から生じる直列共振周波数が、通信用トランスで通信する伝送周波数帯域の近傍であることを特徴とする請求項２２〜２４いずれか１に記載の通信用トランスであって、伝送周波
数帯域でのコモンモードノイズ除去を高めることができるようになる。

本発明の請求項２６に記載の発明は、一定電位が接地電位であることを特徴とする請求項１〜２５いずれか１記載の通信用トランスであって、余分な電位生成回路を設けることが不要である。

本発明の請求項２７に記載の発明は、請求項１〜２６いずれか１記載の通信用トランスと、信号を処理する送受信部と、信号を伝送する伝送路を有する通信用インターフェースモジュールであって、通信用トランスを介して送受信部と伝送路が結ばれることを特徴とする通信用インターフェースモジュールであって、通信ＬＡＮなどに最適である、コモンモードノイズ除去の高い通信用インターフェースモジュールを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を用いて詳細に説明する。なお、伝送用巻線、付加巻線はいずれも磁心に巻き回される巻線に含まれるものである。また、磁心にスパイラル状に設けられる導電体は、磁心に巻き回された銅線や被覆線などの巻線や、導電膜が形成された磁心の導電膜をトリミングして形成された導電体などを含むものである。以下の説明においては、磁心に巻き回された巻線を基に説明するが、例えば磁心表面を導電膜で覆い、これをレーザーなどでトリミングしてスパイラル状の溝を形成して形成された導電体でも同様である。

（実施の形態１）
図１、図２、図５は本発明の実施の形態１における通信用トランスの正面図である。図３（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態１における巻線の断面図である。図４、図６は本発明の実施の形態１における通信用トランスの等価回路図である。１は磁心であり、２、３は伝送用巻線、４は付加巻線、５はセンタータップである。磁心１はリング状の形状として表されているが、これ以外の楕円形や馬蹄型の形状であっても良い。また磁心１はフェライトなどの磁性材料で形成されることが好適である。伝送用巻線２、３や付加巻線４は被膜のある銅線やケーブル線で構成される。付加巻線４は伝送に寄与しない巻線である。伝送用巻線２、３と付加巻線４とはそれぞれの間隔が等距離を保つように巻きまわされる。

通信用トランスは、磁心１に伝送用巻線２と伝送用巻線３と付加巻線４を同数回巻回して構成される。付加巻線４は伝送用巻線２と伝送用巻線３の間に配置され、巻線間の距離が一定であるように巻回される。ここで、伝送用巻線２、３のいずれかがトランスの一次側伝送用巻線であり、他方が二次側伝送用巻線となる。一次側伝送用巻線に信号電流が流れると、磁心１に磁界が発生し、これによる誘導電流で二次側伝送用巻線に信号電流が流れて、結果として信号が伝達されることになる。

通信用トランスを容易に形成するためには、予め伝送用巻線２、３とこれに間に付加巻線４を配置した三線の状態として、リング状の磁心１に巻きまわされることで実現される。なお、一次側伝送用巻線と二次側伝送用巻線とが必要に応じて、それぞれ複数であっても良い。予め三線の状態にしておいてから巻きまわすことで、伝送用巻線と付加巻線の距離を等距離に保って全体を巻きまわすことが可能となるメリットがある。

磁心１はフェライトなどの磁性体材料で形成されるものであり、図１においてはリング状の磁心１が表されているが、リング状でなくとも馬蹄形やＥＩコア形状などであってもよい。

ここで、付加巻線４には途中部分にセンタータップ５が設けられている。この途中部分の位置としては、付加巻線４のインピーダンスをほぼ二分する位置であることが望ましい
。このため、途中部分としては付加巻線４におけるインピーダンスが均一に分布しているのであれば、長さ方向を二分する位置をセンタータップ５を接続する途中部分であればよく、例えば巻線の太さに差があって均一でない場合には、インピーダンスが二分される位置を途中部分とする。センタータップ５からは導電線が引き出されており、一定の電位を有する点に接続される。接続される一定の電位は、任意の電圧を有する一定電位であればよいが、回路を不用とするために、接地電位とすることが好適である。この場合には、一定電位を保つために余分な回路を形成する必要がなく、設計が容易でありコストも低減できる。このとき接地電位がばらつかないように、十分なグランドプレーンを確保しておくことも望ましい。

図１では途中部分が一定電位に接続される巻線を伝送に寄与しない付加巻線として説明されているが、例えば伝送用巻線の一つの途中部分を一定電位に接続することであってもよい。例えば一次側伝送用巻線が２本あって、そのうちの一本が送信用であり他方が受信用であって、二次側伝送用巻線が伝送用巻線である場合などである。この場合には受信用の伝送用巻線を他の巻線の間に配置して巻きまわし、その途中部分にセンタータップを設けて一定電位に接続することでもよい。

また、図２に示されるように付加巻線４を伝送用巻線２、３の外側にも配置して巻きまわすことも好適である。これにより巻きまわし時に一定の距離をもって隣り合ってしまう伝送用巻線２と３との間に発生する寄生容量を低下させることができるメリットがある。特に、磁心１に多数回巻きまわすトランスの場合には、自然と隣り合う巻線との間隔が狭くなり、隣に存在する巻きまわし部同士で発生する寄生容量が問題となることがある。このような場合には伝送用巻線２、３の外側にも付加巻線を配置して、その途中部分から一定電位に接続するのは効果が高いものである。

また、図３（ａ）に表されるように、伝送用巻線２、３の間に配置される付加巻線４の断面積を伝送用巻線２、３の断面積よりも大きくすることも好適である。この場合には伝送用巻線２、３間で寄生容量が発生するのをよりよく防止することができるようになる。また断面積が大きいだけでなく、図３（ａ）に表されるように付加巻線４の断面での高さ方向が、伝送用巻線２、３よりも高いことでこの効果を得ることができる。

更に、図３（ｂ）に表されるように、伝送用巻線２と付加巻線４の接する面積が同等となるようにした上で、伝送用巻線３の断面積よりも大きくすることで、伝送用巻線２、３間の寄生容量を低下させた上で、伝送用巻線２と付加巻線４間の容量を増加させて、コモンモードノイズ除去を高める効果がある。

以上の構成により、一次側伝送用巻線と二次側伝送用巻線の間に発生する寄生容量を低減できる。更に、付加巻線４はその途中部分から一定電位に接続されるようになっているので、トランスの平衡度が失われるという従来の問題も解決される。これらの作用を、図４を用いてこの効果について詳細に説明する。

図４において付加巻線４は伝送用巻線２と３の間に配置されたシールドとして表され、シールド中央部のセンタータップ５は一定電位として接地されている。２Ａ、２Ｂは伝送用巻線２の伝送用巻線端であり、３Ａ、３Ｂは伝送用巻線３の伝送用巻線端であり、４Ａ、４Ｂは付加巻線４の付加巻線端である。６、７は寄生容量であり、寄生容量６、７は伝送用巻線２と付加巻線４との間に発生する寄生容量であり、伝送用巻線２と付加巻線４間の距離が常に一定となるように巻回されているので寄生容量６と７は等しい容量値となる。１０、１１は巻線抵抗であり、巻線抵抗１０は付加巻線端４Ａとセンタータップ５の間に生じる抵抗であり、巻線抵抗１１は付加巻線端４Ｂとセンタータップ５間に生じる抵抗である。センタータップ５は付加巻線の途中部分にあるため、両巻線端からセンタータッ
プ５への距離は等しくなり、巻線抵抗１０、１１はそれぞれ等しい抵抗値となる。

同様に、８、９は寄生容量であり伝送用巻線３と付加巻線４との間に生じる寄生容量であり、伝送用巻線３と付加巻線４の距離は等しくなるように巻きまわされているので、その容量値は等しくなっている。

このように寄生容量６、７、巻線抵抗１０、１１がそれぞれ等しいので、伝送用巻線端２Ａから接地電位を基準としたインピーダンスと、伝送用巻線端２Ｂから接地電位を基準としたインピーダンスは等しくなり、接地電位による平衡度の低下を防止することができる。同様に、寄生容量８と９が等しいので伝送用巻線端３Ａから接地電位を基準としたインピーダンスと伝送用巻線端３Ｂから接地電位を基準としたインピーダンスは等しくなり、通信用トランスの高い平衡度を保つことができる。すなわち、一次側巻線と二次側巻線のそれぞれと付加巻線との間で生じるインピーダンス値を、伝送用巻線２、３と付加巻線４とを等距離となるように巻きまわし、付加巻線４の途中部分から一定電位に接続したことで等しくできることにより、平衡度の低下を防止できるものである。

図５には、付加巻線を用いず一次側伝送用巻線が送信用巻線と受信用巻線の２本で構成され、このうち受信用巻線の途中部分から接地電位に接続された場合の等価回路図が表されている。この場合であっても同様に接地電位を基準とした伝送用巻線端２Ａからのインピーダンスと、伝送用巻線端２Ｂからのインピーダンスが等しくなる。また、伝送用巻線端３Ａ、３Ｂからの接地電位を基準としたインピーダンスも等しくなり、平衡度の低下を防止することができるものである。

以上のように、本発明の通信用トランスによれば、一次側巻線と二次側巻線の間に発生する寄生容量を低下させてコモンモードノイズを除去することが可能となり、更にトランスの平衡度を低下させることも防止でき、コモンモードノイズからノーマルモード信号に変換されて伝達されることを防止できる。即ち、通信状態の悪い通信媒体で用いるのに最適な通信用トランスを得ることができる。

次に、接地端を基準としたインダクタ成分と容量成分に起因する直列共振周波数を、通信用トランスで伝送する周波数帯域の近傍に調整することについて説明する。

図５においては、図１で説明された通信用トランスの伝送用巻線にインダクタンス素子が付加された状態が示されている。５ａ、５ｂはインダクタンス素子であり、伝送用巻線２、３の先端に接続されている。なお、インダクタンス素子５ａ、５ｂは、チップインダクタやコイルインダクタなどのいずれであっても良く、通信用トランスとは別個のディスクリート素子として接続されても良く、通信用トランスの実装されるモジュールにおいて予め実装されておいても良い。

インダクタンス素子５ａ、５ｂはそれぞれ任意のインダクタ成分を有しており、伝送用巻線２、３に接続されているため、図４において示された伝送用巻線と付加巻線４の間に生じる寄生容量と直列接続となる。このためインダクタ成分「Ｌ」と容量成分「Ｃ」から共振条件が満たされ、このＬとＣの値による直列共振周波数が発生する。この共振周波数を、通信用トランスで伝送する伝送周波数帯域の近傍となるように調整することで、コモンモードノイズの低下を特に伝送周波数帯域において行うことが可能となり、伝送信号において、所望の周波数におけるノイズ除去をより向上させることが可能となるメリットがある。このため、伝送信号に係る周波数大域において十分なノイズ除去を行い、他の周波数帯域では一定程度に抑えることで、必要な帯域でのノイズ除去が更に高まるものである。

また、このインダクタンス素子５ａ、５ｂとして、伝送用巻線２、３において発生する漏洩インダクタ成分を用いても良い。伝送用巻線２、３には、巻線を構成する導体そのものやまき回しにより発生する漏洩インダクタ成分があり、インダクタンス素子５ａ、５ｂを接続する代わりに、あるいはこれと合わせてこの漏洩インダクタ成分を用いればよい。

更に、図には示されていないが、付加巻線４に容量素子を接続した上で一定電位に接続することにより、この容量素子の容量成分を用いた直列共振周波数を伝送周波数帯域の近傍となるように容量素子の容量値を調整することも好適である。この場合にも、伝送周波数帯域でのノイズ除去効果が高まる効果があり、インダクタンス素子５ａ、５ｂのみを用いた場合よりも共振周波数の調整範囲が広くなるメリットがある。なお、このときにはインダクタンス素子５ａ、５ｂと容量素子と伝送用巻線と付加巻線４間の寄生容量とから共振周波数が定まる。

なお、インダクタンス素子５ａ、５ｂや容量素子を予め調整可能としておくことで、伝送周波数の近傍に共振周波数を調整することが可能となる。寄生容量がどの程度になるかが製造後でなければ確実に測定できない場合などには、事後調整が可能であるので好適である。例えば、チップインダクタやチップコンデンサを用いて、素子サイズが同一でインダクタンス値や容量値が異なるものを付け替えるなどが用いられる。

また、インダクタンス素子５ａ、５ｂをコモンモードチョークコイルに置き換えることも好適である。コモンモードチョークコイルは、ノーマルモード信号に対しては、それぞれの巻線で発生する磁界の方向が逆となるため磁界が打ち消しあい、インピーダンス素子として作用しない。一方、コモンモード信号に対しては、それぞれの巻線で発生する磁界の方向が同一となるため、磁界が強めあい、大きな誘導性インピーダンスを発生するため、信号の通過を阻止する作用を示す。

なお、本発明に係る通信用トランスは、ＬＡＮ通信などの種々の伝送線通信に最適に用いられるが、特に電灯線通信などのように伝送路状態が非常に劣悪な場合の伝送線通信にも対応できる最適なものである。

なお、伝送に寄与しない付加巻線をその途中部分から接地するだけでなく、例えば磁心に受信用巻線と送信用巻線と伝送路用巻線の３種類の巻線が巻きまわされている場合には、このうちのいずれかの途中部分から接地することでも同様の効果を得ることができる。例えば、受信用巻線を間に挟んでその両側に送信用巻線と伝送用巻線を配置してまきまわすことで、同様に寄生容量を低下させ、コモンモードノイズ除去を高めることが可能となる。

図６には磁心１に送信用巻線と受信用巻線と伝送路用巻線の３つが巻きまわされている場合の等価回路図が表されている。２ｂは送信用巻線、３ｂは受信用巻線、４ｂは伝送路用巻線であり、受信用巻線３ｂの途中部分となるセンタータップ５から接地されている。これにより、一次側巻線となる送信用巻線２ｂと伝送路用巻線４ｂの間に寄生容量が発生するのを抑え、さらに接地から見たインピーダンスを等しくできるため、平衡度を下げることなく、コモンモードノイズ除去を高めることができる。また、この場合には、巻線の全てを送受信などに用いることができるので、効率がよくなるというメリットがある。

（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２における通信用トランスの正面図であり、図８は図７に示された通信用トランスの等価回路図である。５ｃは容量素子、２ｃ、３ｃは伝送用巻線である。図７には、磁心１に巻き回された伝送用巻線が２本であり、そのうちの一つの途中部分たるセンタータップ５から容量素子５ｃを通じて一定電位に接続されている通信用ト
ランスが表されている。また、それぞれの伝送用巻線２ｃ、３ｃにはインダクタンス素子５ａ、５ｂが接続されている。このように伝送用巻線２ｃ、３ｃの間に付加巻線などを用いない場合に比べて、伝送用巻線２ｃ、３ｃ間に発生する寄生容量を減少させる効果は少なくなるが、図７に示されるように容量素子５ｃを介して一定電位に接続することで、共振周波数を生じさせることができ、これを通信用トランスで伝送する周波数帯域の近傍とすることで、同相除去比を高めることが可能となる。

伝送用巻線２ｃに印加されるコモンモード信号に対して、インダクタンス素子５ａ、５ｂの並列インピーダンスと容量素子５ｃは直列共振回路を形成し、直列共振周波数でコモンモード信号に対する接地インピーダンスが最小となる。このとき伝送用巻線３ｃに伝送されるコモンモード信号成分も最小となるため、同相除去比が最大となる。従って伝送周波数帯域近傍において、直列共振を生じるようにインダクタンス素子５ａ、５ｂおよび容量素子５ｃを調整することにより、信号伝送帯域において、同相除去比の高い通信用トランスを実現することが可能となる。

（実施の形態３）
図９は本発明の実施の形態３における通信用トランスの正面図であり、高速電力線通信で使用される１ＭＨｚから数１０ＭＨｚの周波数帯域の伝送を目的とした通信用トランスが表されている。実施の形態１で表された通信用トランスと異なり、伝送用巻線の一つと付加巻線をシールド線で兼用したものが表されている。

１２はシールド線であり、１３は芯線、１４はシールド導体である。伝送用巻線２と付加巻線４をシールド線１２を用いて一体に構成したものであり、シールド線１２の芯線１３とシールド導体１４が、それぞれ伝送用巻線２と付加巻線４に対応する。伝送用巻線３とシールド線１２は線間距離が常に一定となるよう並べて磁心１に巻回される。シールド線１２には巻線数と巻線長を二分する位置、即ち途中部分においてシールド導体部分にセンタータップ５が設けられている。センタータップ５は一定電位に接続され、簡易回路での処理が可能なように接地電位に接続される。このように、磁心１にはシールド線１２と伝送用巻線３の二本がまかれているだけであるが、構造的には、実施の形態１と同じく二本の伝送用巻線と一本の付加巻線が巻きまわされていることと同じである。実施の形態１と同じく、予めシールド線１２と伝送用巻線３を等距離になるように並べておいて、これを磁心１に巻きまわすことで簡単に製造することが可能である。

この通信用トランスでは、伝送用巻線２（芯線１３が対応）と付加巻線４（シールド導体１４が対応）の容量結合が密になるため、より効果的にコモンモード成分をノイズ源側に帰還させることができる。またセンタータップ５は付加巻線４の途中部分に設けられているため、接地による各伝送用巻線の平衡度の低下を防止することができる。また本実施の形態の通信用トランスでは伝送用巻線３とシールド線１２を並列に配置しているが、撚り線状に構成することも可能である。この場合、伝送用巻線間の磁気結合が向上するなどの利点がある。また、当然ながら伝送用巻線２と付加巻線４を一つのシールド線１２で兼用することで、製造が容易になる上、製造精度も高くなるメリットがある。

図１０、図１１は本発明の実施の形態３における通信用トランスの性能特性図であり、通信用トランスの伝送用巻線２にコモンモード信号を印加した場合の、伝送用巻線３に現れるノーマルモード信号と、印加されるコモンモード信号の比（デシベル値）を周波数毎にプロットした縦方向伝達変換損性能をあらわすグラフである。図１０において曲線Ａは図９に表される通信用トランスを付加巻線４を接地せずに使用した場合の特性であり、曲線Ｂは従来の方式により途中部分ではなく付加巻線４の一端を接地した場合の特性であり、曲線Ｃは付加巻線４のセンタータップ５を接地した場合の特性である。付加巻線４の一端を接地したＢの場合、平衡度が低下するため、大きく縦方向伝達変換損が悪化すること
がわかる。それに対してセンタータップ５から接地したＣの場合、縦方向変換損失性能の低下は少なく、平衡度が維持されていることが分かる。

また図１１には、芯線１３にコモンモード信号を印加した場合の、伝送用巻線３に伝達するコモンモード信号と印加されるコモンモード信号の比（デシベル値）を周波数毎にプロットした同相除去比性能がグラフとして表されている。グラフにおける縦軸の値が大きいほどコモンモード信号を除去する能力が高いことを表している。図１１においてＡは本発明の通信用トランスを付加巻線を接地せずに使用した場合の特性であり、Ｂは従来の方法のように付加巻線端を接地した場合の特性であり、Ｃは付加巻線の途中部分となるセンタータップ５を介して接地した場合の特性である。図１１から明らかなように、センタータップ５を介して接地することにより、コモンモード除去性能が劣化することはない。なお、Ｄは極大点であり、この極大点Ｄの周波数において、コモンモード除去性能が最大化する。このとき、実施の形態１において説明したようにインダクタンス素子を伝送用巻線に接続したり、容量素子を付加巻線に接続するなどして、直列共振周波数を調整することで、この極大点Ｄの周波数を変化させることが可能となる。これにより、伝送周波数帯域に合わせてコモンモード除去性能を高めることが可能となる。このように本実施の形態の通信用トランスによれば平衡度を低下させずに、コモンモード除去性能を向上させることが可能である。

図１２は本発明の実施の形態３における通信用トランスの等価回路図である。２６、２７は漏洩インダクタ成分であり、伝送用巻線２に生じる。漏洩インダクタ成分２６、２７と寄生容量６、７はコモンモード信号に対して直列共振回路を構成するため、直列共振周波数で接地電位に対するコモンモードインピーダンスが極小となり、コモンモード信号の信号源側への帰還が最大になり、また伝送用巻線３への伝達が最小となる。図１１のＤに示す同相除去比の極大点がこれに対応しており、本発明の通信用トランスでは、直列共振周波数が使用される伝送周波数帯域の近傍になるように芯線１３の絶縁被覆厚と巻線長を最適化して、寄生容量６，７の容量値を調整している。このため伝送周波数帯域でより高い同相除去比性能が得られている。なお寄生容量の調整は誘電率の異なる絶縁材料を用いたり、センタータップ５に直列に容量素子としてのコンデンサを接続するなどしても良い。また本実施の形態では漏洩磁束を使用したが、伝送信号への影響が許容できる範囲でインダクタンス素子を直列接続してもよい。さらにインダクタンス素子としてコモンモードチョークインダクタを用いれば、ノーマルモードである伝送信号には影響を与えずに、直列共振回路を構成できるため、より有利である。また、これらの容量素子やインダクタンス素子を調整可能にしておいて、トランス製造後に寄生容量を測定した上で、伝送周波数帯域の近傍となるようにインダクタンス素子や容量素子の値の異なるものに置き換えるなどにより共振周波数を事後調整することを可能とすることも好適である。

（実施の形態４）
図１３は本発明の実施の形態４における通信インターフェースモジュールの構成図である。３１は送受信部であり、信号を処理し送受信を制御する。３０はトランスであり、実施の形態１から３において説明したいずれかのトランスである。３２は伝送路である。トランス３０は送受信部３１と伝送路３２の間に配置されている。

このように通信インターフェースモジュールを構成し、通信設備の中に組み込むことで、平衡度の低下がなく、コモンモード除去の高い、伝送効率の良い通信インターフェースモジュールを構成することが可能となる。このとき、通信トランスと前後に必要となる電子素子、ならびに接続される伝送路や送受信部をそれぞれ一つの基板に実装したモジュールとすることもよく、一部のみを実装したモジュールと、残りが実装されたモジュールとがそれぞれ接続容易な筺体に収納されていることでもよい。あるいはこれらのうちの一部を集積回路として集積することも好適である。このように、インターフェースモジュール
としてモジュール化されることで、実際の組込み時に種々の調整などが不要となり、使い勝手の良いメリットが生じたり、全体としてコストダウンがはかれるなどの効果もある。

本発明にかかる通信用トランスは、トランスの平衡度が低下せず、大きなコモンモード除去比が得られるという効果を有し、非シールドツイストペア線を伝送路として通信を行うＬＡＮ等に用いられる通信用トランスにも利用できる。

本発明の実施の形態１における通信用トランスの正面図 本発明の実施の形態１における通信用トランスの正面図 （ａ）本発明の実施の形態１における巻線の断面図、（ｂ）本発明の実施の形態１における巻線の断面図 本発明の実施の形態１における通信用トランスの等価回路図 本発明の実施の形態１における通信用トランスの正面図 本発明の実施の形態１における通信用トランスの等価回路図 本発明の実施の形態２における通信用トランスの正面図 図７に示された通信用トランスの等価回路図 本発明の実施の形態３における通信用トランスの正面図 本発明の実施の形態３における通信用トランスの性能特性図 本発明の実施の形態３における通信用トランスの性能特性図 本発明の実施の形態４における通信用トランスの等価回路図 本発明の実施の形態４における通信インターフェースモジュールの構成図 従来の技術における通信用トランスの構成図 従来の技術における通信用トランスの等価回路図 従来の通信用トランスの伝達変換損失性能図

符号の説明

１ 磁心
２、３ 伝送用巻線
２Ａ、２Ｂ 伝送用巻線端
３Ａ、３Ｂ 伝送用巻線端
４Ａ、４Ｂ 付加巻線端
５ センタータップ
６、７、８、９ 寄生容量
１０、１１ 巻線抵抗
１２ シールド線
１３ 芯線
１４ シールド導体
１５ コア
１６ １次巻線
１７ ２次巻線
１８ 付加巻線
１９、２０ 付加巻線端
２１、２２ １次巻線端
２３、２４ 寄生容量
２６、２７ 漏洩インダクタ成分

Claims (27)

1. 磁心と、
   前記磁心にスパイラル状に設けられ相互に電気的に独立した複数の導電体と、
   前記複数の導電体は導電体の途中部分が一定電位に接続された導電体と一定電位に非接続の導電体を含むことを特徴とする通信用トランス。
2. 前記一定電位に接続される途中部分が、導電体のインピーダンスをほぼ等分する点であることを特徴とする請求項１に記載の通信用トランス。
3. 前記複数の導電体が３以上であって、途中部分が一定電位に接続される導電体が、他の導電体に挟まれる位置に配置されて設けられていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の通信用トランス。
4. 前記複数の導電体が、送信用導電体と、受信用導電体と、伝送路用導電体を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の通信用トランス。
5. 前記導電体が、前記磁心に巻き回された巻線であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１に記載の通信用トランス。
6. 磁心と、
   前記磁心にスパイラル状に設けられ相互に電気的に独立した複数の伝送用導電体と、
   前記複数の伝送用導電体の間に位置するように形成された伝送に寄与しない付加導電体を有し、
   前記付加導電体の途中部分を一定電位に電気接続したことを特徴とする通信用トランス。
7. 前記一定電位に接続される途中部分が、導電体のインピーダンスをほぼ等分する点であることを特徴とする請求項６に記載の通信用トランス。
8. 前記伝送用導電体と付加導電体が、前記磁心に巻き回された巻線からなる伝送用巻線と付加巻線であることを特徴とする請求項６に記載の通信用トランス。
9. 前記伝送用巻線が二本であり、該二本の伝送用巻線の間に付加巻線を挟んだ三線の状態で前記磁心に巻きまわしたことを特徴とする請求項７乃至８のいずれかに記載の通信用トランス。
10. 前記付加巻線が、伝送用巻線間に加えて、伝送用巻線の外側にも形成されていることを特徴とする請求項７〜９いずれか１に記載の通信用トランス。
11. 前記伝送用巻線の断面積よりも付加巻線の巻回部の断面積が大きいことを特徴とする請求項７〜１０いずれか１に記載の通信用トランス。
12. 前記伝送用巻線の内一つと付加巻線の巻回部の断面積が残りの伝送用巻線の巻回部の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項７〜１０いずれか１に記載の通信用トランス。
13. 前記伝送用巻線の一つと付加巻線が外周を覆うシールド導体と該シールド導体の内部に存在する伝送導体である芯線とからなるシールド巻線により構成され、前記伝送用巻線として前記シールド線の芯線が用いられ、前記付加巻線として前記シールド線のシールド導体が用いられることを特徴とする請求項７〜１２いずれか１に記載の通信用トランス。
14. 前記複数の巻線が、巻線相互の間隔距離が等しくなるように前記磁心に巻きまわされていることを特徴とする請求項７〜１３いずれか１に記載の通信用トランス。
15. 前記巻線の内、途中部分が一定電位に接続された巻線以外の巻線にインダクタンス素子が接続されたことを特徴とする請求項５〜１４いずれか１記載の通信用トランス。
16. 前記インダクタンス素子として巻線で発生する漏洩インダクタンス成分を用いることを特徴とする請求項１４に記載の通信用トランス。
17. 前記インダクタンス素子がコモンモードチョークコイルであることを特徴とする請求項１６に記載の通信用トランス。
18. 前記巻線の内、途中部分が一定電位に接続される巻線とこれ以外の巻線の間に生じる寄生容量と、前記巻線に接続されたインダクタンス素子から生じる直列共振周波数が、前記通信用トランスで通信する伝送周波数帯域の近傍であることを特徴とする請求項５〜１７いずれか１に記載の通信用トランス。
19. 前記巻線の内、途中部分が一定電位に接続される巻線を、容量素子を介して一定電位に接続したことを特徴とする請求項５〜１８いずれか１記載の通信用トランス。
20. 前記巻線の内、途中部分が一定電位に接続される巻線とこれ以外の巻線の間に生じる寄生容量と、前記巻線に接続されたインダクタンス素子と、前記接続された容量素子から生じる直列共振周波数が、前記通信用トランスで通信する伝送周波数帯域の近傍であることを特徴とする請求項５〜１９いずれか１に記載の通信用トランス。
21. 前記直列共振周波数が伝送周波数帯域の近傍となるように、前記インダクタンス素子もしくは前記容量素子のいずれかもしくは全てを調整可能としたことを特徴とする請求項１５〜２０いずれか１記載の通信用トランス。
22. 磁心と、
    前記磁心に巻き回された複数の伝送用巻線と、
    前記伝送用巻線に接続されたインダクタンス素子を有し、
    前記複数の伝送用巻線において伝送用巻線の途中部分が一定電位に接続された伝送用巻線と一定電位に非接続の伝送用巻線が含まれることを特徴とする通信用トランス。
23. 前記インダクタンス素子として巻線で発生する漏洩インダクタンス成分を用いることを特徴とする請求項２２に記載の通信用トランス。
24. 前記インダクタンス素子がコモンモードチョークコイルであることを特徴とする請求項２２に記載の通信用トランス。
25. 前記巻線に接続されたインダクタンス素子と容量素子から生じる直列共振周波数が、前記通信用トランスで通信する伝送周波数帯域の近傍であることを特徴とする請求項２２〜２４いずれか１に記載の通信用トランス。
26. 前記一定電位が接地電位であることを特徴とする請求項１〜２５いずれか１記載の通信用トランス。
27. 請求項１〜２６いずれか１記載の通信用トランスと、
    信号を処理する送受信部と、
    信号を伝送する伝送路を有する通信用インターフェースモジュールであって、
    前記通信用トランスを介して前記送受信部と伝送路が結ばれることを特徴とする通信用インターフェースモジュール。

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