JP2005294368A - インダクタ及びフィルタ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノイズに含まれるコモンモード成分とノーマルモード成分とをともに低減するとともに、ノーマルモード成分に対する減衰特性を調整可能なフィルタ素子及びインダクタを提供する。
【解決手段】 フィルタ素子１は、インダクタ２及び容量素子２１を備える。インダクタ２は、第１の磁心３と、第１の磁心３に対して中心軸線方向に並んで配置され、回転可能に設けられた第２の磁心５とを備える。第１の磁心３には、第１の巻線１１及び第２の巻線１３が、コモンモードのノイズ電流によって互いに同じ周方向に磁界を発生させる巻方向で巻かれている。また、第２の磁心５には、第３の巻線１５及び第４の巻線１７が、第１の巻線１１及び第２の巻線１３と同様の巻方向で巻かれている。第１の巻線１１及び第３の巻線１５が互いに接続され、第２の巻線１３及び第４の巻線１７が互いに接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インダクタ及びフィルタ素子に関するものである。

一般的に、電子機器等において電源や信号等に畳重されるノイズには、ノーマルモード（もしくはディファレンシャルモード）と呼ばれる成分と、コモンモードと呼ばれる成分とがある。通常、ノーマルモードコイルやコモンモードコイルといったそれぞれのノイズ成分に応じたフィルタ素子を回路に組み込むことによって、これらのノイズ成分を低減することができる。

また、電子機器等において電源や信号等に畳重されるノイズの周波数帯域は、発生源によって様々である。また、電源機器において生じるノイズの周波数帯域も、電源機器の種類や部品配置などの構成によって様々である。従来より、これらのノイズを低減するために、様々な周波数帯域に応じたフィルタ素子が提供されている。

なお、本発明に関連する技術としては、特許文献１に開示された結合トランスがある。
特開２００３−２５７７４２

しかしながら、コモンモード成分及びノーマルモード成分に応じたフィルタ素子を用意し、且つ、様々な周波数帯域のノイズに応じたフィルタ素子を用意すると、フィルタ素子の種類が多くなってしまう。従って、コモンモード成分とノーマルモード成分とをともに低減できるフィルタ素子や、様々な周波数帯域のノイズに応じて減衰特性を調整可能なフィルタ素子が望まれている。

本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、ノイズに含まれるコモンモード成分及びノーマルモード成分を低減するとともに、ノーマルモード成分に対する減衰特性を調整可能なインダクタ及びフィルタ素子を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明によるインダクタは、容量素子と接続されることによりノイズフィルタを構成するインダクタであって、閉磁路を構成する第１の磁心と、コモンモードのノイズ電流によって互いに同じ周方向に磁界を発生させる巻方向で第１の磁心に巻かれた第１及び第２の巻線と、第１の磁心に対して該第１の磁心の中心軸線方向に並んで配置され、第１の磁心の周方向に回転可能に設けられた第２の磁心と、コモンモードのノイズ電流によって互いに同じ方向に磁界を発生させる巻方向で第２の磁心に巻かれた第３及び第４の巻線とを備え、第１の巻線の一端及び第２の巻線の一端が、それぞれ第３の巻線の一端及び第４の巻線の一端と電気的に接続されており、第１及び第３の巻線の一端と、第２及び第４の巻線の一端との間に容量素子が接続されることを特徴とする。

また、本発明によるフィルタ素子は、閉磁路を構成する第１の磁心と、コモンモードのノイズ電流によって互いに同じ周方向に磁界を発生させる巻方向で第１の磁心に巻かれた第１及び第２の巻線と、第１の磁心に対して該第１の磁心の中心軸線方向に並んで配置され、第１の磁心の周方向に回転可能に設けられた第２の磁心と、コモンモードのノイズ電流によって互いに同じ方向に磁界を発生させる巻方向で第２の磁心に巻かれた第３及び第４の巻線とを備え、第１の巻線の一端及び第２の巻線の一端が、それぞれ第３の巻線の一端及び第４の巻線の一端と電気的に接続されており、第１及び第３の巻線の一端と、第２及び第４の巻線の一端との間に接続された容量素子をさらに備えることを特徴とする。

上記したインダクタまたはフィルタ素子では、第１及び第３の巻線と第２及び第４の巻線との間にコモンモードのノイズ電流が流れると、第１及び第２の巻線が第１の磁心に同じ周方向の磁界を発生させ、第３及び第４の巻線が第２の磁心に同じ周方向の磁界を発生させる。従って、これら第１及び第２の磁心に生じた磁界によって、コモンモードのノイズ成分が低減される。

また、上記したインダクタまたはフィルタ素子では、第１及び第３の巻線と第２及び第４の巻線との間にノーマルモードのノイズ電流が流れると、第１の磁心において第１の巻線による磁界と第２の巻線による磁界とが互いに反発し、第２の磁心において第３の巻線による磁界と第４の巻線による磁界とが互いに反発することにより、第１〜第４の巻線による磁界が第１及び第２の磁心から外へ放出される。そして、第１の巻線による磁界は、第３及び第４の巻線のそれぞれによる磁界と結合する。同様に、第２〜第４の巻線による磁界も、他の巻線による磁界と結合する。その結果、第１及び第３の巻線と第２及び第４の巻線との間に流れるノーマルモードのノイズ電流が低減されることとなる。

さらに、上記したインダクタまたはフィルタ素子では、第２の磁心が、第１の磁心に対して回転可能に設けられている。これにより、第１の磁心と第２の磁心との相対角度（すなわち、第１及び第２の巻線と第３及び第４の巻線との相対位置）を変化させ、第１〜第４の巻線による磁界の相互結合関係（相互インダクタンス）を変化させることができる。そして、第１〜第４の巻線の相互インダクタンスが変化すると、容量素子と第１〜第４の巻線とによって構成されるＬＣフィルタにおける共振周波数が変化することとなる。従って、上記したインダクタまたはフィルタ素子によれば、低減されるノーマルモードノイズの周波数帯域を、第２の磁心を回転させることにより調整することができる。

以上より、本発明に係るインダクタまたはフィルタ素子によれば、ノイズに含まれるコモンモード成分及びノーマルモード成分を低減するとともに、ノーマルモード成分に対する減衰特性を調整することができる。

また、インダクタは、第１及び第２の磁心の外側面に沿って設けられた第３の磁心をさらに備えることを特徴としてもよい。このインダクタでは、第１〜第４の巻線のそれぞれによる磁界が互いに結合する際に、第３の磁心を通る磁界を形成する。従って、このインダクタによれば、第１〜第４の巻線のそれぞれにおいて相互に結合する磁界の磁束密度を高め、相互インダクタンスをより大きくすることにより、ノーマルモードノイズをさらに低減することができる。

また、インダクタは、第３の磁心が、第１の磁心の外側面に沿った第１の部分、及び第２の磁心の外側面に沿った第２の部分を有し、第１の部分と第１の磁心とが互いに固定され、第２の部分と第２の磁心とが互いに固定され、第１の部分と第２の部分とが、互いに周方向に摺動可能に設けられていることを特徴としてもよい。これによって、第１〜第４の巻線のそれぞれにおいて相互に結合する磁界の磁束密度を高めるとともに、第２の磁心が第１の磁心の周方向に回転可能な構成を好適に実現できる。

本発明によるインダクタまたはフィルタ素子によれば、ノイズに含まれるコモンモード成分とノーマルモード成分とをともに低減するとともに、ノーマルモード成分に対する減衰特性を調整することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるフィルタ素子及びインダクタの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明によるフィルタ素子の第１実施形態の構成を示す図である。図１（ａ）は、本実施形態のフィルタ素子が備えるインダクタ２の構成を示す切欠平面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示したＩ−Ｉ断面における、フィルタ素子１の断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照すると、フィルタ素子１は、インダクタ２、基板１９、及び容量素子２１を備えている。また、インダクタ２は、第１の磁心３、第２の磁心５、第３の磁心７、蓋体９、第１の巻線１１、第２の巻線１３、第３の巻線１５、及び第４の巻線１７を備えている。

第１の磁心３及び第２の磁心５は、円環状（円筒状を含む）といった形状を呈している。第１の磁心３及び第２の磁心５は、例えばフェライトといった磁性材料からなり、それぞれの内部に閉磁路を構成する。第２の磁心５は、第１の磁心３に対して第１の磁心３の中心軸方向に並んで配置されている。本実施形態では、円環状の第１の磁心３の内側面３ａ及び外側面３ｂの中心軸線と、同じく円環状の第２の磁心５の内側面５ａ及び外側面５ｂの中心軸線とが互いに一致するように、第１の磁心３と第２の磁心５とが該中心軸線方向に並んで配置されている。また、第１の磁心３と第２の磁心５との間には、樹脂製の隔離板２４が設けられている。

第３の磁心７は、内側面７ｃ及び外側面７ｄを有する円筒状を呈している。第３の磁心７は、内側面７ｃが第１の磁心３の外側面３ｂ及び第２の磁心５の外側面５ｂに沿うように、第１の磁心３及び第２の磁心５の外側に配置されている。また、第３の磁心７は、第１の磁心３及び第２の磁心５との間に隙間をあけて配置されている。第３の磁心７は、第１の磁心３及び第２の磁心５と同様に、例えばフェライトといった磁性材料からなり、内部に閉磁路を構成する。

また、第３の磁心７は、第１の部分７ａ及び第２の部分７ｂを含んで構成されている。第１の部分７ａは、第３の磁心７における第１の磁心３の外側面３ｂに沿った部分であり、第２の部分７ｂは、第３の磁心７における第２の磁心５の外側面５ｂに沿った部分である。第１の部分７ａ及び第２の部分７ｂは、互いに接する部位に嵌め合い構造を有しており、第２の磁心５が第１の磁心３に対して周方向に摺動して回転可能となっている。また、第１の磁心３が第１の部分７ａに固定されるとともに、第２の磁心５が第２の部分７ｂに固定されており、第２の部分７ｂが第１の部分７ａに対して回転することにより、第２の磁心５が第１の磁心３に対して周方向に回転する。

第１の巻線１１及び第２の巻線１３は、導電性のワイヤを含んでおり、それぞれ第１の磁心３の異なる部分に互いに間隔をあけて巻かれている。第１の巻線１１及び第２の巻線１３は、これらの巻線に流れるコモンモードのノイズ電流によって、同じ周方向に磁界を発生させる巻方向でもって第１の磁心３に巻かれている。換言すれば、第１の巻線１１及び第２の巻線１３は、第１の磁心３を一定の周方向から見たときに、第１の巻線１１に流れる信号電流（または電源電流）の向きと、第２の巻線１３に流れる帰還電流の向きとが互いに逆になるように、第１の磁心３に巻かれている。

第３の巻線１５及び第４の巻線１７は、導電性のワイヤを含んでおり、それぞれ第２の磁心５の異なる部分に互いに間隔をあけて巻かれている。第３の巻線１５及び第４の巻線１７は、これらの巻線に流れるコモンモードのノイズ電流によって、同じ周方向に磁界を発生させる巻方向でもって第２の磁心５に巻かれている。換言すれば、第３の巻線１５及び第４の巻線１７は、第２の磁心５を一定の周方向から見たときに、第３の巻線１５に流れる信号電流（または電源電流）の向きと、第４の巻線１７に流れる帰還電流の向きとが互いに逆になるように、第２の磁心５に巻かれている。

蓋体９は、第１の磁心３、第２の磁心５、第３の磁心７、第１の巻線１１、第２の巻線１３、第３の巻線１５、及び第４の巻線１７を覆うための部材である。本実施形態では、蓋体９は例えば樹脂からなり、第１の部分９ａ及び第２の部分９ｂを含んで構成されている。第１の部分９ａは、第３の磁心７の第１の部分７ａの外側面７ｄを覆っており、第２の部分９ｂは、第３の磁心７の第２の部分７ｂの外側面７ｄを覆っている。また、第２の部分９ｂは、第１の部分９ａに接する側とは反対側の端部が円板状の部分によって閉じており、該円板状の部分によって第２の磁心５、第３の巻線１５、及び第４の巻線１７を覆っている。また、第２の部分９ｂの第１の部分９ａと接する側の端部は第１の部分９ａに係合しており、第２の部分９ｂは第１の部分９ａに対して周方向に回転可能となっている。第２の部分９ｂは、第３の磁心７の第２の部分７ｂに固定されており、第３の磁心７の第２の部分７ｂ及び第２の磁心５とともに回転する。また、蓋体９の第１の部分９ａにおける、第２の部分９ｂと接する側とは反対側の端部は、後述する基板１９に設けられた孔に係合している。

基板１９は、インダクタ２の外径よりも大きな径の円盤状であり、主面１９ａ及び裏面１９ｂを有する。基板１９は、インダクタ２及び容量素子２１を主面１９ａ上に支持している。具体的には、第１の巻線１１の一端１１ａ及び他端１１ｂが、基板１９の主面１９ａから裏面１９ｂへ貫通するとともに基板１９に固定されている。また、図示しないが、第２の巻線１３の一端及び他端も第１の巻線１１と同様にして基板１９に固定されている。そして、第１の巻線１１及び第２の巻線１３が基板１９の主面１９ａ上に載置されることにより、第１の巻線１１及び第２の巻線１３を巻かれた第１の磁心３が主面１９ａ上に支持される。また、第３の磁心７は、基板１９の主面１９ａ上に載置される。

また、基板１９の裏面１９ｂ上には第１の配線２３ａが設けられている。第１の配線２３ａは、第１の巻線１１の一端１１ａと第３の巻線１５の一端１５ａとを互いに電気的に接続するためのパターン配線である。また、基板１９の裏面１９ｂ上にはさらに別の第２の配線（図示せず）が設けられており、この第２の配線によって第２の巻線１３の一端と第４の巻線１７の一端とが互いに電気的に接続される。

容量素子２１は、インダクタ２に接続されることによりノイズフィルタを構成する。容量素子２１の一方の端子は、基板１９の裏面１９ｂ上において第１の配線２３ａに電気的に接続される。また、容量素子２１の他方の端子は、基板１９の裏面１９ｂ上において第２の配線と接続される。

次に、上記構成を備えるフィルタ素子１の動作について、図２〜図５を参照しながら説明する。図２（ａ）は、インダクタ２の第３の巻線１５及び第４の巻線１７にコモンモードのノイズ電流が流れたときの、第２の磁心５と第３の磁心７の第２の部分７ｂとに発生する磁界を示す図である。また、図２（ｂ）は、インダクタ２の第１の巻線１１及び第２の巻線１３にコモンモードのノイズ電流が流れたときの、第１の磁心３と第３の磁心７の第１の部分７ａとに発生する磁界を示す図である。

図２（ａ）に示すように、第３の巻線１５及び第４の巻線１７にコモンモードのノイズ電流が流れると、第３の巻線１５によって第２の磁心５内部に磁界Φ₅が生じるとともに、第４の巻線１７によって第２の磁心５内部に磁界Φ₅と同じ周方向の磁界Φ₆が生じる。磁界Φ₅及びΦ₆は、第２の磁心５が構成する閉磁路に沿って、閉じた磁界を形成する。第２の磁心５内部に生じるこれらの磁界Φ₅及び磁界Φ₆によって、第３の巻線１５及び第４の巻線１７にコモンモードノイズに対するインピーダンスが発生し、第３の巻線１５及び第４の巻線１７を流れるコモンモードのノイズ成分が低減される。

また、第３の巻線１５及び第４の巻線１７にコモンモードのノイズ電流が流れると、第３の巻線１５によって第３の磁心７の第２の部分７ｂ内部に磁界Φ₇が生じるとともに、第４の巻線１７によって第２の部分７ｂ内部に磁界Φ₇と同じ周方向の磁界Φ₈が生じる。磁界Φ₇及びΦ₈は、第３の磁心７の第２の部分７ｂが構成する閉磁路に沿って、閉じた磁界を形成する。なお、磁界Φ₇及び磁界Φ₈の磁束密度は、それぞれ磁界Φ₅及び磁界Φ₆の磁束密度よりも小さい。第３の磁心７の第２の部分７ｂ内部に生じるこれらの磁界Φ₇及び磁界Φ₈によって、第３の巻線１５及び第４の巻線１７に生じるコモンモードノイズに対するインピーダンスがさらに強まり、第３の巻線１５及び第４の巻線１７を流れるコモンモードのノイズ成分がさらに低減される。

第３の巻線１５及び第４の巻線１７はそれぞれ第１の巻線１１及び第２の巻線１３と接続されているので、第３の巻線１５及び第４の巻線１７にコモンモードのノイズ電流が流れると同時に、第１の巻線１１及び第２の巻線１３にもコモンモードのノイズ電流が流れる。図２（ｂ）に示すように、第１の巻線１１及び第２の巻線１３にコモンモードのノイズ電流が流れると、上述した第３の巻線１５及び第４の巻線１７における作用と同様に、第１の磁心３内部に互いに同じ向きの磁界Φ₁及びΦ₂が発生する。磁界Φ₁及び磁界Φ₂が生じることによって、第１の巻線１１及び第２の巻線１３を流れるコモンモードのノイズ成分が低減される。また、第３の磁心７の第１の部分７ａ内部に、互いに同じ向きの磁界Φ₃及びΦ₄が発生する。磁界Φ₃及び磁界Φ₄が生じることによって、第１の巻線１１及び第２の巻線１３を流れるコモンモードのノイズ成分がさらに低減される。

他方、図３に示すように、第３の巻線１５及び第４の巻線１７にノーマルモードのノイズ電流が流れると、第３の巻線１５によって第２の磁心５内部に磁界Φ₁₅が生じるとともに、第４の巻線１７によって第２の磁心５内部に磁界Φ₁₅とは逆向きの磁界Φ₁₆が生じる。磁界Φ₁₅及び磁界Φ₁₆は、第２の磁心５における第３の巻線１５と第４の巻線１７との隙間の部分で互いに衝突し、反発する。そして、磁界Φ₁₅及び磁界Φ₁₆は、第２の磁心５の外部へと流れる。

また、第３の巻線１５及び第４の巻線１７にノーマルモードのノイズ電流が流れると同時に、第１の巻線１１及び第２の巻線１３にもノーマルモードのノイズ電流が流れる。第１の巻線１１及び第２の巻線１３にノーマルモードのノイズ電流が流れると、第１の巻線１１によって第１の磁心３内部に磁界Φ₁₁が生じるとともに、第２の巻線１３によって第１の磁心３内部に磁界Φ₁₁とは逆向きの磁界Φ₁₂が生じる。磁界Φ₁₁及び磁界Φ₁₂は、第１の磁心３における第１の巻線１１と第２の巻線１３との隙間の部分で互いに衝突し、反発する。そして、磁界Φ₁₁及び磁界Φ₁₂は、第１の磁心３の外部へと流れる。

第１の磁心３の外部へ流れる磁界Φ₁₁は、第２の磁心５の外部へ流れる磁界Φ₁₅及びΦ₁₆と結合する。同様に、磁界Φ₁₂も磁界Φ₁₅及びΦ₁₆と結合する。こうして、磁界Φ₁₁と磁界Φ₁₅及び磁界Φ₁₆のそれぞれとが結合して第１及び第２の結合磁界が形成され、磁界Φ₁₂と磁界Φ₁₅及び磁界Φ₁₆のそれぞれとが結合して第３及び第４の結合磁界が形成される。なお、このとき、第１の磁心３及び第２の磁心５の外側面３ｂ及び５ｂに沿って第３の磁心７が設けられているので、これらの磁界は、第３の磁心７を通って好適に結合することができる。

ここで、図４（ａ）〜図４（ｄ）は、第２の磁心５を第１の磁心３に対して回転させたとき（すなわち、第１の巻線１１及び第２の巻線１３と、第３の巻線１５及び第４の巻線１７との相対位置を変化させたとき）の、第１〜第４の結合磁界Ｃ₁〜Ｃ₄の様子を示す模式図である。図４（ａ）は、第１の巻線１１と第３の巻線１５との距離が最も接近し、第２の巻線１３と第４の巻線１７との距離が最も接近したときの、第１〜第４の結合磁界Ｃ₁〜Ｃ₄の様子を示す模式図である。なお、以降の説明において、第２の磁心５の回転角に言及する場合、第１の巻線１１及び第２の巻線１３と第３の巻線１５及び第４の巻線１７とが図４（ａ）に示すような位置関係にある状態を回転角の基準（０°）とする。

図４（ａ）を参照すると、第１の巻線１１と第３の巻線１５との距離、及び第２の巻線１３と第４の巻線１７との距離が、第１の巻線１１と第４の巻線１７との距離、及び第２の巻線１３と第３の巻線１５との距離よりも短くなっている。このような状態では、第１の結合磁界Ｃ₁及び第４の結合磁界Ｃ₄の磁束密度が、第２の結合磁界Ｃ₂及び第３の結合磁界Ｃ₃の磁束密度よりも大きくなる。すなわち、第１の巻線１１と第３の巻線１５との間の相互インダクタンス、及び第２の巻線１３と第４の巻線１７との間の相互インダクタンスが、第１の巻線１１と第４の巻線１７との間の相互インダクタンス、及び第２の巻線１３と第３の巻線１５との間の相互インダクタンスよりも大きくなる。

また、図４（ｂ）〜図４（ｄ）は、第１の磁心３に対する第２の磁心５の回転角をそれぞれ９０°、１８０°、及び２７０°としたときの、第１〜第４の結合磁界Ｃ₁〜Ｃ₄の様子を示す模式図である。図４（ｂ）及び図４（ｄ）を参照すると、第２の磁心５の回転角が９０°または２７０°のときには、第１の巻線１１と第３の巻線１５との距離、第２の巻線１３と第４の巻線１７との距離、第１の巻線１１と第４の巻線１７との距離、及び第２の巻線１３と第３の巻線１５との距離が、ほぼ等しくなる。従って、第１〜第４の結合磁界Ｃ₁〜Ｃ₄の磁束密度は互いにほぼ等しくなり、発生する相互インダクタンスも等しくなる。

また、図４（ｃ）を参照すると、第２の磁心５の回転角が１８０°のときには、第１の巻線１１と第３の巻線１５との距離、及び第２の巻線１３と第４の巻線１７との距離が、第１の巻線１１と第４の巻線１７との距離、及び第２の巻線１３と第３の巻線１５との距離よりも長くなっている。このような状態では、第２の結合磁界Ｃ₂及び第３の結合磁界Ｃ₃の磁束密度が、第１の結合磁界Ｃ₁及び第４の結合磁界Ｃ₄の磁束密度よりも大きくなる。すなわち、第１の巻線１１と第４の巻線１７との間の相互インダクタンス、及び第２の巻線１３と第３の巻線１５との間の相互インダクタンスが、第１の巻線１１と第３の巻線１５との間の相互インダクタンス、及び第２の巻線１３と第４の巻線１７との間の相互インダクタンスよりも大きくなる。

ここで、図５は、フィルタ素子１の等価回路を示す回路図である。この等価回路においては、上述したフィルタ素子１の構成を反映して、第１の巻線１１と第３の巻線１５とが互いに直列に接続されており、第２の巻線１３と第４の巻線１７とが互いに直列に接続されている。そして、第１の巻線１１と第３の巻線１５との結合部分と、第２の巻線１３と第４の巻線１７との結合部分との間に、容量素子２１が接続されている。この構成により、ノーマルモードのノイズ電流ｉ_nを低減するためのＬＣフィルタが実現される。

更に、本実施形態のフィルタ素子１では、第１〜第４の結合磁界Ｃ₁〜Ｃ₄によって、等価回路において容量素子２１と直列にインダクタンス成分２５が発生する。そして、このインダクタンス成分２５の大きさによって、減衰されるノーマルモードノイズの周波数帯域が定まる。このとき、最も減衰される周波数は、次のように求められる。すなわち、第２の磁心５の回転角が０°のとき、図４（ａ）に示した第１の結合磁界Ｃ₁及び第４の結合磁界Ｃ₄のように巻線間の距離が最短となるときの該巻線間に生じる相互インダクタンスをＭ₁、第２の結合磁界Ｃ₂及び第３の結合磁界Ｃ₃のように巻線間の距離が最長となるときの該巻線間に生じる相互インダクタンスをＭ₂、容量素子２１の静電容量をＣとすると、最も減衰される周波数ｆは、次式（１）

によって表される。なお、Ｍ₁＞Ｍ₂なので、式（１）における右辺は値を有し、ノーマルモードノイズに対する減衰ポイントが存在することとなる。

また、第２の磁心５の回転角が１８０°のとき（図４（ｃ）参照）、巻線間の距離が最短となるときの該巻線間に生じる相互インダクタンスをＭ₁、巻線間の距離が最長となるときの該巻線間に生じる相互インダクタンスをＭ₂、容量素子２１の静電容量をＣとすると、最も減衰される周波数ｆは、次式（２）

によって表される。Ｍ₁＞Ｍ₂なので、式（２）における右辺は値を有さず、この回転角ではノーマルモードノイズに対する減衰ポイントが存在しないこととなる。

このように、第２の磁心５を第１の磁心３に対して回転させることによって、図５に示した等価回路の共振周波数が変化し、ノーマルモードノイズに対する減衰特性が変化する。

再び図３を参照する。第３の巻線１５及び第４の巻線１７にノーマルモードのノイズ電流が流れると、第３の磁心７（第２の部分７ｂ）の第３の巻線１５に沿った部分に第３の巻線１５による磁界Φ₁₇が生じ、第３の磁心７（第２の部分７ｂ）の第４の巻線１７に沿った部分に第４の巻線１７による磁界Φ₁₈が生じる。なお、磁界Φ₁₇及び磁界Φ₁₈の磁束密度は、それぞれ磁界Φ₁₅及び磁界Φ₁₆の磁束密度よりも小さい。第３の磁心７内部に生じるこれらの磁界Φ₁₇及び磁界Φ₁₈によって、第３の巻線１５及び第４の巻線１７に生じるノーマルモードノイズに対するインピーダンスがさらに強まり、第３の巻線１５及び第４の巻線１７を流れるノーマルモードのノイズ成分がさらに低減される。同様に、第１の巻線１１及び第２の巻線１３においても、ノーマルモードのノイズ電流によって第３の磁心７（第１の部分７ａ）内部に磁束Φ₁₃及びΦ₁₄が生じ、この磁束Φ₁₃及びΦ₁₄によって第１の巻線１１及び第２の巻線１３を流れるノーマルモードのノイズ成分がさらに低減される。

以上に説明した本実施形態によるフィルタ素子１及びインダクタ２は、次の効果を有する。すなわち、本実施形態のフィルタ素子１またはインダクタ２によれば、第１の巻線１１及び第２の巻線１３、並びに第３の巻線１５及び第４の巻線１７にコモンモードのノイズ電流が流れると、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した磁界Φ₁〜Φ₈が発生し、コモンモードのノイズ成分を効果的に低減することができる。また、第１の巻線１１及び第２の巻線１３、並びに第３の巻線１５及び第４の巻線１７にノーマルモードのノイズ電流が流れると、図３に示した磁界Φ₁₁、Φ₁₂、Φ₁₅、及びΦ₁₆が互いに結合し、ノーマルモードのノイズ成分を効果的に低減することができる。

さらに、本実施形態のフィルタ素子１またはインダクタ２によれば、第２の磁心５を第１の磁心３に対して回転させることにより、磁界Φ₁₁、Φ₁₂、Φ₁₅、及びΦ₁₆による相互の結合磁界の大きさを変化させて、ノーマルモードノイズに対する減衰特性を調整することができる。

また、本実施形態のように、インダクタ２は、第１の磁心３及び第２の磁心５の外側面３ｂ及び５ｂに沿って設けられた第３の磁心７を備えることが好ましい。磁界Φ₁₁、Φ₁₂、Φ₁₅、及びΦ₁₆が互いに結合する際に、これらの磁界が第３の磁心７を通ることにより、第１〜第４の結合磁界Ｃ₁〜Ｃ₄の磁束密度を高め、ノーマルモードノイズをさらに低減することができる。また、上述したように、第１の巻線１１及び第２の巻線１３、並びに第３の巻線１５及び第４の巻線１７にノーマルモードのノイズ電流が流れる際に第３の磁心７に生じる磁界Φ₁₃、Φ₁₄、Φ₁₇、及びΦ₁₈（図３参照）によって、ノーマルモードノイズをさらに低減することができる。

また、本実施形態のように、インダクタ２は、第３の磁心７が、第１の磁心３の外側面３ｂに沿った第１の部分７ａ、及び第２の磁心５の外側面５ｂに沿った第２の部分７ｂを有し、第１の部分７ａと第１の磁心３とが互いに固定され、第２の部分７ｂと第２の磁心５とが互いに固定され、第１の部分７ａと第２の部分７ｂとが、互いに周方向に摺動可能に設けられていることが好ましい。これによって、第１〜第４の結合磁界Ｃ₁〜Ｃ₂の磁束密度を高めるとともに、第２の磁心５が第１の磁心３の周方向に回転可能な構成を好適に実現できる。

（第２の実施の形態）
図６は、本発明によるフィルタ素子及びインダクタの第２実施形態の構成を示す側面断面図である。本実施形態によるフィルタ素子１ａ及びインダクタ２ａが上記第１実施形態のフィルタ素子１と異なる点は、第２の磁心５を第１の磁心３に対して回転させるための機構が異なる点である。

本実施形態のインダクタ２ａは、第１実施形態の第３の磁心７及び蓋体９に換えて、第３の磁心３３及び蓋体３１を備えている。また、インダクタ２ａは、第２の磁心５を保持するための保持部材３５を備えている。第３の磁心３３は、内側面３３ａが第１の磁心３の外側面３ｂ及び第２の磁心５の外側面５ｂに沿うような形状で一体に形成されている。蓋体３１は、第１の磁心３、第２の磁心５、及び第３の磁心３３を覆うように一体に形成されている。第３の磁心３３及び蓋体３１は、基板１９を介して第１の磁心３と固定されている。

また、保持部材３５は、第２の磁心５の中心軸線上に位置する軸部３５ａと、軸部３５ａに第２の磁心５を固定するために第２の磁心５を保持する磁心保持部３５ｂとを含んで構成されている。軸部３５ａは、蓋体９を貫通しており、該軸部３５ａをフィルタ素子１ａの外部から回転させるしくみになっている。そして、軸部３５ａを回転させることにより、磁心保持部３５ｂに保持された第２の磁心５が回転する。

本実施形態のフィルタ素子１ａ（インダクタ２ａ）のように、第１の磁心に対して第２の磁心を回転可能に設けるための機構としては、第１の実施形態の機構に限らず様々な機構を適用することができる。

（第３の実施の形態）
図７は、本発明によるフィルタ素子及びインダクタの第３実施形態の構成を示す側面断面図である。なお、図７においては、回転機構や基板等の図示を省略し、フィルタ素子１ｂの基本構成のみを示している。図７を参照すると、本実施形態によるフィルタ素子１ｂが上記第１実施形態のフィルタ素子１と異なる点は、第２の磁心の形状が異なる点である。

本実施形態のフィルタ素子１ｂは、インダクタ２ｂ及び容量素子２１を備えている。インダクタ２ｂは、第１の磁心３、第１の巻線１１、第２の巻線１３、第２の磁心４７、第３の巻線４９、及び第４の巻線５１を備えている。これらの構成要素のうち、第１の磁心３、第１の巻線１１、第２の巻線１３、及び容量素子２１の構成については、第１実施形態の構成と同様なので説明を省略する。

第２の磁心４７は、板状を呈しており、その一方の面が第１の磁心３の開口端面３ｃと対向するように配置されている。また、第２の磁心４７は、第１の磁心３の中心軸線を中心として第１の磁心３の周方向に回転可能に設けられている。第３の巻線４９及び第４の巻線５１は、第２の磁心４７に互いに間隔をあけて巻かれている。

本実施形態のフィルタ素子１ｂ（インダクタ２ｂ）のように、第２の磁心の形状は第１実施形態の円環状に限らず、様々な形状とすることができる。本実施形態のフィルタ素子１ｂでは、第２の磁心４７を第１の磁心３に対して回転させることにより、第１の巻線１１と第３の巻線４９との間の相互インダクタンスを変化させることができる。また、第１の巻線１１と第４の巻線５１との間、第２の巻線１３と第３の巻線４９との間、及び第２の巻線１３と第４の巻線５１との間の相互インダクタンスをそれぞれ変化させることができる。従って、このフィルタ素子１ｂ（インダクタ２ｂ）によれば、ノーマルモードノイズに対する減衰特性を好適に調整することができる。

なお、本実施形態では、第２の磁心４７は開磁路を構成しているので、例えば第１の磁心３の外周に第３の磁心をさらに備え、この第３の磁心と第２の磁心４７とを接触或いは近接させることにより閉磁路を構成することが好ましい。このような構成によって、各巻線間の相互インダクタンスを高めることができ、ノーマルモードノイズをさらに効果的に除去することができる。

次に、上記第１実施形態の実施例について説明する。本実施例では、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したフィルタ素子１を次のようにして作成した。まず、第１の磁心３及び第２の磁心５のそれぞれを、初透磁率μｉ＝７５００程度のフェライトを用い、外径１４ｍｍ、内径８ｍｍ、高さ７ｍｍの円環状に形成した。また、第３の磁心７の第１の部分７ａ及び第２の部分７ｂのそれぞれを、初透磁率μｉ＝７５００程度のフェライトを用い、外径２８ｍｍ、内径１６ｍｍ、高さ８ｍｍの円環状に形成した。また、第１の巻線１１、第２の巻線１３、第３の巻線１５、及び第４の巻線１７としては、直径４ｍｍの三層絶縁された線路を用い、巻回数を１４巻とした。容量素子２１としては、静電容量が０．１２μＦのものを用いた。そして、Agilent社の測定器（型式4395A）を用いて、このフィルタ素子１における第２の磁心５の回転角に応じた周波数−減衰特性を調べた。

図８及び図９は、本実施例における、フィルタ素子１のノーマルモードノイズに対する周波数−減衰特性を示すグラフである。図８は、第２の磁心５の第１の磁心３に対する回転角が０°の場合（グラフＧ１）、４５°の場合（グラフＧ２）、９０°の場合（グラフＧ３）、１３５°の場合（グラフＧ４）、及び１８０°の場合（グラフＧ５）を示している。また、図９は、第２の磁心５の第１の磁心３に対する回転角が１８０°の場合（グラフＧ５）、２２５°の場合（グラフＧ６）、２７０°の場合（グラフＧ７）、３１５°の場合（グラフＧ８）、及び３６０°（＝０°）の場合（グラフＧ９）を示している。

図８及び図９のグラフＧ１〜Ｇ９に示されるように、第２の磁心５の第１の磁心３に対する回転角が０°から１８０°へ変化するのに伴い、減衰係数のピーク周波数がより高い周波数へと移動している。また、回転角が１８０°から３６０°へ変化するのに伴い、減衰係数のピーク周波数がより低い周波数へと移動している。このように、第１実施形態に係る構成によれば、第２の磁心５を第１の磁心３に対して回転させることにより、ノーマルモードノイズに対する減衰特性を変化させることができる。

また、本実施例によるフィルタ素子１を用いて、電源装置からのノーマルモードノイズを除去した結果を図１０〜図１２に示す。図１０〜図１２におけるグラフＧ１１〜１３は、第２の磁心５の第１の磁心３に対する回転角がそれぞれ０°、９０°、及び１８０°のときのノイズ強さの周波数分布を示している。なお、図１０〜図１２においては、比較のため、フィルタ素子１を用いない状態でのノーマルモードノイズの強さをグラフＧ１４に示している。

図１０〜図１２のグラフＧ１１〜Ｇ１３に示されるように、第２の磁心５の回転角が小さな場合は比較的低い周波数帯域に減衰のピークを有し（図１０のＡ点）、回転角が大きくなるにつれてより高い周波数帯域に減衰のピークが移動している（図１１のＢ点、図１２のＣ点）。このように、本実施例によるフィルタ素子１によれば、第２の磁心５の第１の磁心３に対する回転角を変化させることにより、フィルタ素子１における共振点を移動させ、ノーマルモードノイズに対する減衰特性を変化させることができる。

次に、上記第３実施形態の実施例について説明する。本実施例では、図７に示したフィルタ素子１ｂを次のようにして作成した。まず、第１の磁心３と第１の磁心３の外周に配置される第３の磁心とを、第１実施例と同様に形成した。続いて、第２の磁心４７を、実施例１の第２の磁心５と同様の磁性材料を用い、縦１１ｍｍ、横１８ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの平板状に形成した。そして、第２の磁心４７に、第３の巻線４９及び第４の巻線５１を４巻ずつ巻いた。なお、本実施例に用いた巻線や容量素子は、第１実施例と同様である。そして、このフィルタ素子１ｂにおける第２の磁心４７の回転角に応じた周波数−減衰特性を調べた。

図１３は、本実施例における、フィルタ素子１ｂのノーマルモードノイズに対する周波数−減衰特性を示すグラフである。図１３は、第２の磁心４７の第１の磁心３に対する回転角が０°の場合（グラフＧ２１）、９０°の場合（グラフＧ２２）、及び１８０°の場合（グラフＧ２３）を示している。図１３のグラフＧ２１〜Ｇ２３に示されるように、第２の磁心４７の第１の磁心３に対する回転角が０°から１８０°へ変化するのに伴い、減衰係数のピーク周波数がより高い周波数へと移動していることがわかる。このように、第３実施形態に係る構成によっても、第２の磁心４７を第１の磁心３に対して回転させることにより、ノーマルモードノイズに対する減衰特性を変化させることができる。

図１（ａ）は、第１実施形態のフィルタ素子が備えるインダクタの構成を示す切欠平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示したＩ−Ｉ断面における、フィルタ素子の断面図である。 図２（ａ）は、第３及び第４の巻線にコモンモードのノイズ電流が流れたときの、第２及び第３の磁心に発生する磁界を示す図である。図２（ｂ）は、第１及び第２の巻線にコモンモードのノイズ電流が流れたときの、第１及び第３の磁心に発生する磁界を示す図である。 第１〜第４の巻線にノーマルモードのノイズ電流が流れたときの、第１〜第３の磁心に発生する磁界を示す図である。 図４（ａ）〜図４（ｄ）は、第２の磁心を第１の磁心に対して回転させたときの、第１〜第４の結合磁界の様子を示す模式図である。 図５は、フィルタ素子の等価回路を示す回路図である。 図６は、本発明によるフィルタ素子及びインダクタの第２実施形態の構成を示す側面断面図である。 図７は、本発明によるフィルタ素子及びインダクタの第３実施形態の構成を示す側面断面図である。 図８は、第１実施例における、フィルタ素子のノーマルモードノイズに対する周波数−減衰特性を示すグラフである。 図９は、第１実施例における、フィルタ素子のノーマルモードノイズに対する周波数−減衰特性を示すグラフである。 図１０は、第１実施例によるフィルタ素子を用いて、電源装置からのノーマルモードノイズを除去した結果を示すグラフである。 図１１は、第１実施例によるフィルタ素子を用いて、電源装置からのノーマルモードノイズを除去した結果を示すグラフである。 図１２は、第１実施例によるフィルタ素子を用いて、電源装置からのノーマルモードノイズを除去した結果を示すグラフである。 図１３は、第２実施例における、フィルタ素子のノーマルモードノイズに対する周波数−減衰特性を示すグラフである。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ…フィルタ素子、２，２ａ，２ｂ…インダクタ、３…第１の磁心、５，４７…第２の磁心、７，３３…第３の磁心、７ａ…第１の部分、７ｂ…第２の部分、９，３１…蓋体、９ａ…第１の部分、９ｂ…第２の部分、１１…第１の巻線、１３…第２の巻線、１５，４９…第３の巻線、１７，５１…第４の巻線、１９…基板、２１…容量素子、２４…隔離板、３５…保持部材。

Claims (4)

1. 容量素子と接続されることによりノイズフィルタを構成するインダクタであって、
   閉磁路を構成する第１の磁心と、
   コモンモードのノイズ電流によって互いに同じ周方向に磁界を発生させる巻方向で前記第１の磁心に巻かれた第１及び第２の巻線と、
   前記第１の磁心に対して該第１の磁心の中心軸線方向に並んで配置され、前記第１の磁心の周方向に回転可能に設けられた第２の磁心と、
   コモンモードのノイズ電流によって互いに同じ方向に磁界を発生させる巻方向で前記第２の磁心に巻かれた第３及び第４の巻線と
   を備え、
   前記第１の巻線の一端及び前記第２の巻線の一端が、それぞれ前記第３の巻線の一端及び前記第４の巻線の一端と電気的に接続されており、
   前記第１及び第３の巻線の一端と、前記第２及び第４の巻線の一端との間に前記容量素子が接続されることを特徴とする、インダクタ。
2. 前記第１及び第２の磁心の外側面に沿って設けられた第３の磁心をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のインダクタ。
3. 前記第３の磁心が、前記第１の磁心の外側面に沿った第１の部分、及び前記第２の磁心の外側面に沿った第２の部分を有し、
   前記第１の部分と前記第１の磁心とが互いに固定され、前記第２の部分と前記第２の磁心とが互いに固定され、
   前記第１の部分と前記第２の部分とが、互いに周方向に摺動可能に設けられていることを特徴とする、請求項２に記載のインダクタ。
4. 閉磁路を構成する第１の磁心と、
   コモンモードのノイズ電流によって互いに同じ周方向に磁界を発生させる巻方向で前記第１の磁心に巻かれた第１及び第２の巻線と、
   前記第１の磁心に対して該第１の磁心の中心軸線方向に並んで配置され、前記第１の磁心の周方向に回転可能に設けられた第２の磁心と、
   コモンモードのノイズ電流によって互いに同じ方向に磁界を発生させる巻方向で前記第２の磁心に巻かれた第３及び第４の巻線と
   を備え、
   前記第１の巻線の一端及び前記第２の巻線の一端が、それぞれ前記第３の巻線の一端及び前記第４の巻線の一端と電気的に接続されており、
   前記第１及び第３の巻線の一端と、前記第２及び第４の巻線の一端との間に接続された容量素子をさらに備えることを特徴とする、フィルタ素子。

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