JP2006013064A - コモンモードチョークコイル及びそのインピーダンス調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 必要なインダクタンス値を得つつ、必要な特性インピーダンスを得ることができるコモンモードチョークコイル及びそのインピーダンス調整方法を提供する。
【解決手段】 コモンモードチョークコイル３１において、巻線３６はボビン３２の筒状胴部３３の外周に単層密巻きされている。巻線３７は巻線３６の上に重ねて単層密巻きされている。巻線４６はボビン４２の筒状胴部４３の外周に単層密巻きされている。巻線４７は巻線４６の上に重ねて単層密巻きされている。巻線３６，３７，４６，４７は、同相のノイズ電流が流れたときに相互に磁束を強め合うように巻回されている。巻線３６，３７及び巻線４６，４７はその導体径、絶縁皮膜の厚み又は絶縁皮膜の比誘電率の少なくとも一つを調整することによって巻線３６，３７間及び巻線４６，４７間のインピーダンスが調整されている。巻線３６，３７間及び巻線４６，４７間に絶縁シートを介在させてもよい。
【選択図】 図２

Description

本発明は、コモンモードチョークコイル及びそのインピーダンス調整方法、特に、通信と給電の機能を有する信号線に挿入されるインピーダンスマッチング用のコモンモードチョークコイル及びそのインピーダンス調整方法に関する。

従来の差動伝送回路は通信を目的に利用されている。差動伝送ではペア線のそれぞれに逆相の信号を流し、どちらの信号線の電位が高いかでＨｉｇｈ／Ｌｏｗを判断する。例えば、パソコン用ＬＡＮの規格として現在最も一般的なのがＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）である。

ところで、最近、米国電気電子技術者協会（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）では、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆという規格が提案されている。この規格は、従来の差動伝送回路に給電回路が取り付けられた回路の規格であり、信号の送受信を行うＬＡＮケーブルなどの信号線を通して給電も行う規格である。この規格は、ＬＡＮケーブルに接続されるＩＰ電話や無線ＬＡＮのアクセスポイント等の機器に適用される。

この差動伝送回路には、比較的低い周波数帯の伝送線路を伝う伝導ノイズと、比較的高い周波数帯の放射ノイズが侵入し、これらのノイズ対策が必要となる。

通常、前記Ｅｔｈｅｒｎｅｔのインターフェースにはパルストランスが取り付けられる。そして、ケーブルからのノイズ放射が大きい場合、パルストランスの前後にコモンモードチョークコイルが用いられる。

コモンモードチョークコイルを用いる効果は、ペア線に逆相で流れる信号には影響せず、コモンモードノイズに対しては制限作用が働くことである。つまり、差動伝送回路では同じ大きさの電流が逆相でペア線のそれぞれに流れるため、差動信号電流により発生する磁束は磁性体コア内で打ち消し合う。一方、同相で通過しようとするノイズ電流により発生する磁束は磁性体コア内で互いに強め合う。従って、信号には影響を与えず、コモンモードノイズを除去可能となる。

ちなみに、差動伝送通信には１００ＭＨｚ以上の信号を用いることもあり、信号の周波数とノイズの周波数帯が重なることが多い。従って、ノーマルモードチョークコイルのようなローパスフィルタでは、ノイズを制御すると同時に信号も制御してしまうため、利用することが難しい。

前記ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格では、Ｅｔｈｅｒｎｅｔに比べて、電源電流が通電される。信号線のノイズ対策にコモンモードチョークコイルを使用すると、電源電流により発生する磁束はコモンモードチョークコイルの磁性体コア内で強め合う向きに発生する。そのため、電源電流で発生する磁束により磁性体コアの磁束密度が飽和磁束密度に近くなり、コモンモードインダクタンスが低下してノイズ対策効果が低減する。

磁束密度を大きくさせないための対策としては、磁性体コアの断面積を大きくする方法がある。しかし、磁性体コアサイズと同時に部品サイズが大きくなる。また、磁性体コアは部品材料費の多くを占めているため、磁性体コアサイズが大きくなることは部品価格に大きく影響する。

また、巻線のターン数を小さくすれば、磁性体コア内に発生する磁束が小さくなり、飽和しにくくなる。しかし、インダクタンスを小さくすることになり、ノイズ対策効果が低減する。

従来より、電話回線へノイズが侵入するのを防止するコモンモードチョークコイルとして、特許文献１に記載のものが知られている。このコモンモードチョークコイル１は、図１２に示すように、Ｕ字形状の二つのコア部材１０，１１からなる磁性体コアと、二つのボビン２，３と、四つの巻線４，５，６，７とを備えている。

ボビン２，３は、その筒状胴部２ａ，３ａが互いに平行になるように配置されている。そして、筒状胴部２ａ，３ａの穴２ｂ，３ｂに、コア部材１０，１１の脚部１０ｂ，１１ｂがそれぞれ挿通されている。これらコア部材１０，１１は、そのそれぞれの両脚部１０ｂ，１１ｂの先端面が穴２ｂ，３ｂ内で互いに衝き合わされて一つの閉磁路を形成している。

巻線４，５は、ボビン２の筒状胴部２ａに一層だけバイファイラ巻きされている。同様に、巻線６，７は、ボビン３の筒状胴部３ａに一層だけバイファイラ巻きされている。そして、巻線４〜７は、同相の電流が流れたときに磁性体コア内で相互に磁束を強め合うように巻回されている。

以上の構成からなるコモンモードチョークコイル１において、巻線４と５、又は、巻線６と７が隣接する巻線部分は図１２において左右方向の２箇所だけであり、隣接する巻回部分に発生する浮遊容量は、巻回数分だけ直列に接続される。従って、浮遊容量を小さくでき、高帯域におけるノイズ侵入阻止能力を向上させることができる。

しかしながら、特許文献１に記載のコモンモードチョークコイル１は、巻線４と５、又は、巻線６と７を交互に筒状胴部２ａ，３ａに一層だけ巻回する、いわゆるバイファイラ巻き構造であるため、単位長さ当たりの巻線４〜７のターン数が少なく、ボビン２，３の大きさに比べて得られるインダクタンスが小さいという問題点を有していた。

さらに、このようなバイファイラ巻き構造にするためには、高い精度の巻線機が必要となる。それは、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格で用いられるコモンモードチョークコイルの場合、該チョークコイルの特性インピーダンスを周辺回路の特性インピーダンスに整合させて、信号の入出力時の反射を抑える必要があるため、巻線の巻乱れが発生すると、その部分で特性インピーダンスがずれる結果、信号の反射を発生させるという問題を有するからである。

従来、コモンモードチョークコイルにおいて、特性インピーダンスを調整するためには、図１３に示すように、二つの巻線４，５をその間に一定の空間距離Ｃを保ってバイファイラ巻きすることが知られている。即ち、空間距離Ｃを設け、空気の比誘電率（＝１）を巻線４，５間に介在させ、この距離Ｃに応じて特性インピーダンスが調整されることになる。

しかし、コモンモードチョークコイルの特性インピーダンスを調整するための距離Ｃは、外力により容易に変動し、これでは特性インピーダンスに乱れが生じる。その結果、コモンモードチョークコイルの特性インピーダンスが伝送回路のものと一致しなくなり、信号の反射が生じ、信号波形を歪ませる。

また、前述の如くバイファイラ巻では、１ラインが巻回できる領域は両側鍔部の間の距離の半分であり、特に限られたサイズのコモンモードチョークコイルにおいて、インダクタンス値を大きくするために、コイルの巻回数を多くするということと、特性インピーダンスを調整するためにラインの間隔を広げるということは、相反する関係となる。
実開平４−４７１２号公報

そこで、本発明の目的は、必要なインダクタンス値を得つつ、必要な特性インピーダンスを得ることができるコモンモードチョークコイル及びそのインピーダンス調整方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、前記目的を達成するとともに、小型でインダクタンスが大きいコモンモードチョークコイルを提供することにある。特に、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆの規格が適用される信号線回路に挿入することができる小型でインダクタンスが大きく高周波特性に優れたコモンモードチョークコイルを提供することにある。

前記目的を達成するため、第１の発明は、絶縁皮膜を有する少なくとも２本の巻線をボビンに巻回してなるコモンモードチョークコイルにおいて、一方の前記巻線が前記ボビンに単層密巻き状態で巻回されているとともに、他方の前記巻線が前記一方の巻線上に同じターン数だけ単層密巻き状態で巻回されており、前記二つの巻線の導体径、絶縁皮膜の厚み又は絶縁皮膜の比誘電率の少なくとも一つを調整することによって巻線間のインピーダンスが調整されていることを特徴とする。

第１の発明に係るコモンモードチョークコイルにあっては、少なくとも二つの巻線を単層密巻きで上下に重ねて巻回されていることで、必要なインダクタンス値を得ることができる。しかも、巻線の導体径、絶縁皮膜の厚み又は絶縁皮膜の比誘電率の少なくとも一つを調整することによって二つの巻線間のインピーダンスが調整されているため、必要な特性インピーダンスを得ることができる。

第１の発明に係るコモンモードチョークコイルにおいて、前記二つの巻線間に絶縁シートが介在されていてもよい。絶縁シートの厚さに応じてコモンモードチョークコイルが実装される伝送回路の有する特性インピーダンスに整合させることができる。

第２の発明は、絶縁皮膜を有する少なくとも２本の巻線をボビンに巻回してなり、一方の巻線が前記ボビンに単層密巻き状態で巻回されているとともに、他方の巻線が一方の巻線上に同じターン数だけ単層密巻き状態で巻回されているコモンモードチョークコイルの巻線間のインピーダンス調整方法において、前記二つの巻線の導体径、絶縁皮膜の厚み又は絶縁皮膜の比誘電率の少なくとも一つを調整することによって巻線間のインピーダンスを調整することを特徴とする。

第２の発明に係るインピーダンス調整方法にあっては、前記第１の発明に係るコモンモードチョークコイルと同様に、必要なインダクタンス値を得つつ、必要な特性インピーダンスを容易に得ることができる。

第２の発明に係るインピーダンス調整方法において、前記二つの巻線間に絶縁シートを介在させることによって、さらに、コモンモードチョークコイルが実装される伝送回路の有する特性インピーダンスに整合させることが可能である。

第３の発明は、通信と給電の機能を有する信号線に挿入されるコモンモードチョークコイルであって、
（ａ）筒状胴部を有する第１ボビン及び第２ボビンと、
（ｂ）第１ボビンの筒状胴部に設けられた単層密巻きの第１巻線及び該第１巻線の上に重ねて設けられた単層密巻きの第２巻線と、
（ｃ）第２ボビンの筒状胴部に設けられた単層密巻きの第３巻線及び該第３巻線の上に重ねて設けられた単層密巻きの第４巻線と、
（ｄ）第１ボビン及び第２ボビンのそれぞれの筒状胴部の穴に脚部が挿通され、閉磁路を構成する磁性体コアとを備え、
（ｅ）第１巻線及び第２巻線は、同相のノイズ電流が流れたときに磁性体コア内に発生する磁束が相互に強め合うように同方向に巻回されるとともに、第３巻線及び第４巻線は、同相のノイズ電流が流れたときに磁性体コア内に発生する磁束が相互に強め合うように同方向に巻回され、かつ、第１巻線及び第２巻線と第３巻線及び第４巻線とは、同相のノイズ電流が流れたときに磁性体コア内に発生する磁束が相互に強め合うように巻回されており、
（ｆ）前記第１巻線と第２巻線とのペア及び第３巻線と第４巻線とのペアの導体径、絶縁皮膜の厚み又は絶縁皮膜の比誘電率の少なくとも一つを調整することによって第１巻線と第２巻線間及び第３巻線と第４巻線間のインピーダンスが調整されていること、
を特徴とする。

第３の発明に係るコモンモードチョークコイルにおいては、第１〜第４巻線はそれぞれ単層密巻きされているため、単位長さ当たりのターン数が多くなり、ボビンの筒状胴部の長さが短くても、大きなインダクタンスが得られる。また、第１巻線と第２巻線、又は、第３巻線と第４巻線が隣接する巻回部分は上下方向の１箇所だけである。従って、隣接する巻回部分に発生する浮遊容量は巻回部分だけ並列に接続されるものの、その浮遊容量は小さい。それゆえ、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格の信号線回路に適したコモンモードチョークコイルが得られる。同時に前記第１の発明に係るコモンモードチョークコイルの作用効果をも奏する。

以下、本発明に係るコモンモードチョークコイル及びそのインピーダンス調整方法の実施例について添付の図面を参照して説明する。

本発明の一実施例であるコモンモードチョークコイル３１の外観を図１に示し、その水平断面図を図２に示し、電気等価回路図を図３に示す。このコモンモードチョークコイル３１は、Ｕ字形状を有する二つのコア部材５０ａ，５０ｂからなる磁性体コア５０と、二つのボビン３２，４２と、四つの巻線３６，３７，４６，４７とを備えている。

ボビン３２，４２は、それぞれ、筒状胴部３３，４３と、該筒状胴部３３，４３の両側に形成した鍔部３４，３５、４４，４５とを有している。鍔部３４，３５，４４，４５にはそれぞれ一対のリード端子５３ａ，５４ａと５３ｂ，５４ｂと５５ａ，５６ａと５５ｂ，５６ｂとの八つの端子が植設されている。ボビン３２，４２は、樹脂などで形成され、その筒状胴部３３，４３が互いに平行になるように配置されている。

巻線３６は筒状胴部３３の外周に単層密巻きされている。巻線３７は巻線３６の上に重ねて単層密巻きされている。巻線３６と３７は、同相のノイズ電流が流れたときに相互に磁束を強め合うように同方向に等しいターン数で巻回されている。同様に、巻線４６は筒状胴部４３の外周に単層密巻きされている。巻線４７は巻線４６の上に重ねて単層密巻きされている。巻線４６と４７は、同相のノイズ電流が流れたときに相互に磁束を強め合うように同方向に等しいターン数で巻回されている。さらに、巻線３６及び３７と巻線４６及び４７とは、同相のノイズ電流が流れたときに相互に磁束を強め合うように等しいターン数で巻回されている。

巻線３６の各端末はリード端子５３ａ，５３ｂにそれぞれ電気的に接続され、巻線３７の各端末はリード端子５４ａ，５４ｂにそれぞれ電気的に接続されている。同様に、巻線４６の各端末はリード端子５５ａ，５５ｂにそれぞれ電気的に接続され、巻線４７の各端末はリード端子５６ａ，５６ｂにそれぞれ電気的に接続されている。

磁性体コア５０を構成しているコア部材５０ａ，５０ｂは、それぞれ、腕部５１ａ，５１ｂと、該腕部５１ａ，５１ｂの両端から直角方向に延在した脚部５２ａ，５２ｂとを有している。そして、筒状胴部３３，４３の穴３３ａ，４３ａには、コア部材５０ａ，５０ｂの脚部５２ａ，５２ｂがそれぞれ挿入されている。これらコア部材５０ａ，５０ｂは、両脚部５２ａ，５２ｂの先端面が穴３３ａ，４３ａ内で互いに衝き合わされて一つの閉磁路を形成している。

コア部材５０ａ，５０ｂの材料には、Ｍｎ−Ｚｎ系もしくはＮｉ−Ｚｎ系のフェライト、もしくは、両方が用いられる。Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは高透磁率を有するため、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトに比べて大きなインダクタンス（数百μＨ〜数ｍＨ）を得ることができる。

ちなみに、低周波帯域（数百ｋＨｚ）からのノイズ電圧を抑制するためには、数百μＨ〜数ｍＨのインダクタンスを必要とする。一方、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトは透磁率の周波数特性が優れているため、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトに比べて高い周波数（数十〜数百ＭＨｚ）で大きなインダクタンス特性を得ることができる。また、Ｍｎ−Ｚｎ系とＮｉ−Ｚｎ系のフェライトを両方用いて広範囲の周波数帯域で大きなインダクタンスを得ることができる構成もある。

さらに、コア部材５０ａ，５０ｂの衝き合わせ面を密着させるためにコ字型止め金具（図示せず）がはめ込まれる。なお、止め金具に代えて、接着剤を用いてコア部材５０ａ，５０ｂを堅固に密着させてもよい。各部品３２，４２，５０ａ，５０ｂは、固定治具（図示せず）により固定したり、必要最低限の量の接着剤やワニス（図示せず）をボビン３２，４２とコア部材５０ａ，５０ｂとの間に塗布して固定されている。

以上の構成からなるコモンモードチョークコイル３１は、巻線３６，３７，４６，４７がそれぞれ単層密巻きされているので、単位長さ当たりのターン数が多くなり、ボビン３２，４２の筒状胴部３３，４３の長さが短くても、大きなインダクタンスを得ることができる。また、巻線３６と３７、又は、巻線４６と４７が隣接する巻回部分は、図３において上下方向の１箇所だけである。従って、隣接する巻回部分に発生する浮遊容量は抑えられる。この結果、高周波帯域でのノイズ除去性能の優れた４端子コモンモードチョークコイルを得ることができる。

ここで、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格では低周波領域から高周波領域までのノイズ除去が必要であり、通信信号の波形を形成する成分もノイズ対策が必要な周波数帯と重なっているため、コモンモードチョークコイル３１には大きなインダクタンスと、低い漏れインダクタンスと、高周波特性とが要求される。また、通信線に対して低周波領域（３０ＭＨｚ以下）の雑音端子電圧規制が適用されても、コモンモードチョークコイル３１は、低周波領域から高周波領域までのノイズ除去を行うのに適しており、低周波領域（３０ＭＨｚ以下）における雑音端子電圧に対しても、高周波領域（３０ＭＨｚ以上）における放射ノイズに対しても除去効果を有している。従って、コモンモードチョークコイル３１はＩＥＥＥ８０２．３ａｆの規格に適したチョークコイルと言える。

図４は、このコモンモードチョークコイル３１を、通信と給電の両方の機能をもたせることを目的としたＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格が適用される信号線７１〜７４に接続した回路を示すものである。例えば、信号線７１〜７４は、信号の送受信を行うＬＡＮケーブルに電源電流を重畳させたものである。図４において、６１Ａ，６１ＢはＬＡＮスイッチ側のパルストランス、６２は給電源、６５，６６はコネクタ（規格ＲＪ−４５）、６８は負荷、６９Ａ，６９Ｂはデータ端末側のパルストランスである。

次に、図５に示す概略図を用いてコモンモードチョークコイル３１の作用効果を説明する。差動伝送通信では、２組の一対の巻線３６と３７、並びに、４６と４７のそれぞれに同じ大きさで逆相の差動信号電流が流れる。そのため、一対の巻線３６，３７のうち一方の巻線３６に信号電流が流れることにより発生する磁性体コア５０内の磁束φ１は、他方の巻線３７に信号電流が流れることにより発生する磁性体コア５０内の磁束φ１と同じ大きさだが、逆向きに発生する。従って、両方の磁束φ１とφ１は打ち消し合う。一対の巻線４６，４７に対しても、同様である。

また、この磁束を打ち消し合う現象は、それぞれの一対の巻線３６と３７、並びに４６と４７で独立して生じている。従って、二つの異なる差動信号電流が２組の一対の巻線３６，３７、並びに巻線４６，４７によってそれぞれ同時に伝送される場合も、磁気結合により磁性体コア５０内で干渉し合うことはない。

また、巻線３６と３７を合わせて（並列接続して）電源電流の往路のラインとして使用し、巻線４６と４７を合わせて（並列接続して）電源電流の復路のラインとして使用する。この場合、巻線３６，３７を通電する電源電流の総和と、巻線４６，４７を通電する電源電流の総和とは大きさが等しくかつ位相が逆である。従って、巻線３６，３７によって磁性体コア５０内に発生する磁束φ２と巻線４６，４７によって磁性体コア５０内に発生する磁束φ２とは打ち消し合う。この結果、磁性体コア５０が磁気飽和せず、小型の磁性体コア５０であっても、巻線３６，３７，４６，４７のターン数を多くして、インダクタンスを大きくすることができる。

こうして、コモンモードチョークコイルとしての性能を十分に発揮することができる。さらに、巻線３６と３７を合わせ、巻線４６と４７を合わせることで、ラインに流すことができる許容電流が大きくなる。

一方、コモンモードチョークコイル３１は、巻線３６，３７，４６，４７のそれぞれにコモンモード（同相）ノイズ電流Ｉｃが流れると、巻線３６，３７，４６，４７により磁性体コア５０内にそれぞれ同一方向に磁束φｃが発生する。この磁束φｃは磁性体コア５０内を強め合いながら周回する。この結果、コモンモードノイズ電流Ｉｃに対するインピーダンスが大きくなり、コモンモードノイズ電流Ｉｃが抑制される。ちなみに、コモンモードノイズ電流Ｉｃはピークで数ｍＡ程度であり、電源電流は数百ｍＡ程度を想定している。

ここで、信号の反射による特性インピーダンスのずれを調整する第１、第２及び第３実施例について説明する。以下に示す各実施例では、ボビン３２と巻線３６，３７について説明するが、いま一つのボビン４２と巻線４６，４７についても同じ説明が妥当する。

第１実施例は、図６に示すように、巻線３６（３７）はそれぞれ導体３６ａ（３７ａ）を絶縁皮膜３６ｂ（３７ｂ）で被覆したもであるが、その導体径を異ならすことで巻線３６（３７）の自己インダクタンス値を調整する。

まず、第１実施例では、図２で説明したように、単層密巻きにより巻線３６，３７の位置が固定されるため、巻線３６，３７のがたつき（線間隔のばらつき）、即ち、コモンモードチョークコイルの特性インピーダンスのばらつきが抑えられる。また、巻線３６，３７を上下に平行に単層密巻きすることで、１ラインが利用できる巻幅が鍔部３４，３５間の距離になる。

そのため、バイファイラ巻きと比較すると、同じボビンにおいて達成できる最大インダクタンスは４倍となる。即ち、従来の交互に１列に２ラインを単層巻きするバイファイラ巻きと比べて、２ラインを巻軸の内側と外側に配置し、それぞれのラインは密に単層巻きすることで、単層巻きの高周波特性を活かしながら最大限のインダクタンスを得ることができる。

そして、導体３６ａ，３７ａの直径を適宜選択することによって、巻線３６，３７の自己インダクタンスを調整することができる。よって、コモンモードチョークコイルの特性インピーダンスを調整でき、コモンモードチョークコイルと伝送回路の特性インピーダンスの整合をとることができる。

ところで、特性インピーダンスＺは、Ｚ＝√（Ｌ／Ｃ）で表される。Ｌは巻線のインダクタンス、Ｃは線間のキャパシタンスである。

各巻線３６，３７の導体径を小さくしてそのインダクタンスＬを大きくすることで、特性インピーダンスＺが増大する。逆に、各巻線３６，３７の導体径を大きくしてそのインダクタンスＬを小さくすることで、特性インピーダンスＺが減少する。

本第１実施例によれば、巻線３６，３７の外径精度を利用して密巻きすることで精度よく巻線３６，３７の位置関係を保持することができ、導体径を適宜選択することで巻線３６，３７間の特性インピーダンスのばらつきを抑えることができる。そして、コモンモードチョークコイルと伝送回路の特性インピーダンスの整合がとれることで、信号の反射が抑制され、信号波形に影響を及ぼすことなくノイズのみを除去することができる。

本発明者らは、図２に示したように、鍔部３４，３５、鍔部４４，４５を備えたプラスチック製のボビン３２，４２と、透磁率が７５００のコ字状コア部材５０ａ，５０ｂを準備した。そして、特性インピーダンスを１００Ωとするため、巻線３６，３７，４６，４７の導体径について検討した。

コイル線材として、ポリウレタンで被覆された銅線を用い、皮膜厚さ３種類（０．０２２ｍｍ、０．０１５ｍｍ、０．００８ｍｍ）について、導体径を直径０．０６〜０．１ｍｍの間で変更し、２本の巻線を単層密巻きで巻回し、特性インピーダンスを調べた。

その結果は図１０に示すとおりであり、例えば、皮膜厚さが０．００７ｍｍの巻線では、その導体径が０．０７ｍｍであることにより、特性インピーダンスを１００Ωとすることができた。

そこで、皮膜厚さが０．００８ｍｍで導体径が０．０７ｍｍのコイル線材を、一方の巻線を２５ターン単層密巻きし、他方の巻線を一方の巻線の上に同じターン数だけ単層密巻きした。これら二つのボビンを透磁率７５００のコア部材に取り付けて閉磁路を形成したところ、特性インピーダンスが１００Ωのコモンモードチョークコイルが得られた。

前記コモンモードチョークコイルを２０個製作し、特性インピーダンスのばらつきとインダクタンス値とを以下の表１に発明例１として示す。また、比較例１，２，３として、同じ皮膜厚さ（０．００８ｍｍ）であって導体径が０．１０ｍｍ、０．０８ｍｍ、０．０７ｍｍの巻線を、同じサイズのボビンに、特性インピーダンスが１００Ωになるように二つの巻線の間に空間を設けて１列にバイファイラ巻きした。これらの比較例１，２，３での特性インピーダンスのばらつきとインダクタンス値とを表１に併せて示す。

表１から明らかなように、発明例１では、インピーダンスのばらつきが±５％であるのに対して、比較例１，２，３では±２０％を超えるばらつきが発生した。さらに、発明例１ではインダクタンス値が約７００μＨまで大きくすることができたのに対して、比較例１，２，３ではその約１／４以下のインダクタンス値しか得られなかった。

前記の如く巻線の導体径を細くすると、特性インピーダンスは増大し、導体径が０．０７ｍｍで被膜厚さが０．００８ｍｍのポリウレタン銅線を用いたとき、伝送回路の特性インピーダンス１００Ωに対して±５Ωのばらつきでマッチングした。ばらつきは±１５Ωが許容値である。

また、単層巻で高周波特性を改善する場合、ターン数を大きくできない問題があるが、単層密巻きされた一方の巻線の上から他方の巻線を重ねて同じターン数で単層密巻きすることで、一つのボビンに最大ターン数で巻回することができる。このため、単層密巻きで作製したコモンモードチョークコイルでは、重ね巻きしない単層巻きと比較して４倍のインダクタンスが得られた。また、巻回時にワイヤを繰り出すノズルの位置により線間に一定距離が空くバイファイラ巻きと比較して、絶縁皮膜によって線間に一定距離が形成される単層密巻きのほうが、線間のばらつきが抑えられ、それゆえ特性インピーダンスのばらつきが抑えられることになる。

なお、図１０から明らかなように、導体径については、０．０６〜０．０８ｍｍの範囲であれば、特性インピーダンス１００Ω±１５Ωが達成される。

次に、第２実施例について説明する。第２実施例は、図７に示すように、巻線３６（３７）はそれぞれ導体３６ａ（３７ａ）を絶縁皮膜３６ｂ（３７ｂ）で被覆したものであるが、その皮膜３６ａ（３７ａ）の厚さを異ならすことで巻線３６，３７間の距離を変化させてインダクタンス値を調整する。

第２実施例では、前記第１実施例と同様に、単層密巻きにより巻線３６，３７の位置が固定されるため、巻線３６，３７のがたつき（線間隔のばらつき）、即ち、コモンモードチョークコイルの特性インピーダンスのばらつきが抑えられる。また、巻線３６，３７を上下に平行に単層密巻きすることで、１ラインが利用できる巻幅が鍔部３４，３５間の距離になる。そのため、バイファイラ巻きと比較すると、同じボビンにおいて達成できる最大インダクタンスは４倍となる。

そして、絶縁皮膜３６ｂ，３７ｂの厚さを選択することによって巻線３６，３７の距離を適宜に設定することで、巻線３６，３７のインダクタンスを調整することができる。よって、コモンモードチョークコイルの特性インピーダンスを調整でき、コモンモードチョークコイルと伝送回路の特性インピーダンスの整合をとることができる。

ところで、特性インピーダンスＺは、前述の如く、Ｚ＝√（Ｌ／Ｃ）で表される。従って、巻線３６，３７の線間距離を大きくしてキャパシタンスを小さくすることで特性インピーダンスＺが増大する。逆に、巻線３６，３７の線間距離を小さくしてキャパシタンスを大きくすることで特性インピーダンスＺが減少する。

本第２実施例によれば、巻線３６，３７の外径精度を利用して密巻きすることで精度よく巻線３６，３７の位置関係を保持することができ、皮膜厚さを適宜選択することで巻線３６，３７間の特性インピーダンスのばらつきを抑えることができる。そして、コモンモードチョークコイルと伝送回路の特性インピーダンスの整合がとれることで、信号の反射が抑制され、信号波形に影響を及ぼすことなくノイズのみを除去することができる。

本発明者らは、図２に示したように、鍔部３４，３５、鍔部４４，４５を備えたプラスチック製のボビン３２，４２と、透磁率が７５００のコ字状コア部材５０ａ，５０ｂを準備した。そして、特性インピーダンスを１００Ωとするため、巻線３６，３７，４６，４７の皮膜厚さについて検討した。

コイル線材として、ポリウレタンで被覆された銅線を用い、導体径を０．１０ｍｍとし、皮膜厚さを０．００９〜０．０２２ｍｍの間で変更し、２本の巻線を単層密巻きで巻回し、特性インピーダンスを調べた。

その結果は図１１に示すとおりであり、例えば、導体径が０．１０ｍｍの巻線ではその皮膜厚さが０．０２２ｍｍであることにより、特性インピーダンスを１００Ωとすることができた。

そこで、導体径が０．１０ｍｍで皮膜厚さが０．０２２ｍｍのコイル線材を、一方の巻線を１５ターン単層密巻きし、他方の巻線を一方の巻線の上に同じターン数だけ単層密巻きした。これら二つのボビンを透磁率７５００のコア部材に取り付けて閉磁路を形成したところ、特性インピーダンスが１００Ωのコモンモードチョークコイルが得られた。

前記コモンモードチョークコイルを２０個製作し、特性インピーダンスのばらつきとインダクタンス値とを以下の表２に発明例２として示す。また、比較例４として、同じ導体径（０．１０ｍｍ）であって皮膜厚さが０．００９ｍｍの巻線を、同じサイズのボビンに、特性インピーダンスが１００Ωになるように二つの巻線の間に空間を設けて１列にバイファイラ巻きした。この比較例４での特性インピーダンスのばらつきとインダクタンス値とを表２に併せて示す。

表２から明らかなように、発明例２では、インピーダンスのばらつきが±５％であるのに対して、比較例４では±２０％のばらつきが発生した。さらに、発明例２ではインダクタンス値が約２５０μＨまで大きくすることができたのに対して、比較例４ではその約１／３以下のインダクタンス値しか得られなかった。

前記の如く巻線の皮膜厚さを大きくすることで特性インピーダンスは増大し、皮膜厚さが０．０２２ｍｍで導体径が０．１０ｍｍのポリウレタン銅線を用いたとき、伝送回路の特性インピーダンス１００Ωに対して±５Ωのばらつきでマッチングした。ばらつきは±１５Ωが許容値である。

他の作用効果は前記第１実施例と同様である。また、図１１から明らかなように、皮膜厚さについては、０．０１８〜０．０２５ｍｍの範囲であれば、特性インピーダンス１００Ω±１５Ωが達成される。

また、皮膜材料については、ポリウレタン以外にも、比誘電率２〜８の材料（例えば、ポリエチレン：比誘電率２〜３、ポリエステルイミド：比誘電率３〜４、ポリアミド：比誘電率３〜４、塩化ビニル：比誘電率５〜８）を用いることができ、皮膜厚さは０．００２〜０．０３ｍｍである。

第３実施例は、このように、絶縁皮膜３６ｂ（３７ｂ）を比誘電率が異なる皮膜３６ｂ’（３７ｂ’）（図８参照）に変更することによってコモンモードチョークコイルの特性インピーダンスを調整する。これにて、コモンモードチョークコイルと伝送回路のインピーダンスとのマッチングをとることができる。

次に、第４実施例について説明する。第４実施例は、図９に示すように、巻線３６，３７間に絶縁シート３８を介在させ、該シート３８によって巻線３６，３７間の距離を最適値に設定することでインダクタンス値を調整する。このような調整によって、コモンモードチョークコイルと伝送回路の特性インピーダンスの整合をとることができる。

本第４実施例によれば、巻線３６，３７の外径精度を利用して密巻きすることで精度よく巻線３６，３７の位置関係を保持することができ、皮膜厚さを適宜選択することで巻線３６，３７間の特性インピーダンスのばらつきを抑えることができる。そして、コモンモードチョークコイルと伝送回路の特性インピーダンスの整合がとれることで、信号の反射が抑制され、信号波形に影響を及ぼすことなくノイズのみを除去することができる。

具体的には、図２に示したように、鍔部３４，３５、鍔部４４，４５を備えたプラスチック製のボビン３２，４２と、透磁率が７５００のコ字状コア部材５０ａ，５０ｂを準備した。ポリウレタン銅線（導体径：０．１０ｍｍ、皮膜厚：０．００９ｍｍ）を、一方の巻線として１８ターン単層密巻きし、厚さ０．０２６ｍｍのポリウレタンシートを介在させた上に、他方の巻線として同じポリウレタン銅線を同じターン数だけ単層密巻きした。これら二つのボビンを誘電率７５００のコア部材に取り付けて閉磁路を形成したところ、特性インピーダンスが１００Ωのコモンモードチョークコイルが得られた。

また、ポリウレタン銅線を導体径が０．１０ｍｍ、皮膜厚さが０．０１５ｍｍのものに変更し、ターン数を１６ターンとし、さらに、厚さ０．０１４ｍｍのポリウレタンシートを介在させたところ、特性インピーダンスは１００Ωであった。

このように、二つの巻線の間に絶縁シートを介在させることで特性インピーダンスの調整が可能であり、前記第１、第２又は第３実施例と組み合わせることでも特性インピーダンスの調整が可能である。

なお、本発明に係るコモンモードチョークコイルは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

例えば、磁性体コアとして口字型の一体コアや日字型の一体コアを使用し、ボビンとして２以上に分割させた歯車構造のボビンを使用してもよい。

本発明に係るコモンモードチョークコイルの一実施例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はその正面図である。 前記コモンモードチョークコイルの水平断面図である。 前記コモンモードチョークコイルの電気等価回路図である。 前記コモンモードチョークコイルをＩＥＥＥ８０２．３ａｆが適用される信号線に接続した回路を示すブロックである。 前記コモンモードチョークコイルの作用効果の説明図である。 第１実施例である調整方法を説明するためのコイル線材の断面図である。 第２実施例である調整方法を説明するためのコイル線材の断面図である。 第３実施例である調整方法を説明するためのコイル線材の断面図である。 第４実施例である調整方法を説明するためのコモンモードチョークコイルの部分断面図である。 前記第１実施例での特性インピーダンスの変化を示すグラフである。 前記第２実施例での特性インピーダンスの変化を示すグラフである。 従来のコモンモードチョークコイルを示す水平断面図である。 従来のコモンモードチョークコイルにおけるバイファイラ巻きの一形態を示し、（Ａ）は巻線部分の断面図、（Ｂ）は外観の模式図である。

符号の説明

３１…コモンモードチョークコイル
３２，４２…ボビン
３６，３７，４６，４７…巻線
３６ａ，３７ａ…導体
３６ｂ，３７ｂ…絶縁皮膜
３８…絶縁シート
５０…磁性体コア

Claims (5)

1. 絶縁皮膜を有する少なくとも２本の巻線をボビンに巻回してなるコモンモードチョークコイルにおいて、
   一方の前記巻線が前記ボビンに単層密巻き状態で巻回されているとともに、他方の前記巻線が前記一方の巻線上に同じターン数だけ単層密巻き状態で巻回されており、
   前記二つの巻線の導体径、絶縁皮膜の厚み又は絶縁皮膜の比誘電率の少なくとも一つを調整することによって巻線間のインピーダンスが調整されていること、
   を特徴とするコモンモードチョークコイル。
2. 前記二つの巻線間に絶縁シートが介在されていることを特徴とする請求項１に記載のコモンモードチョークコイル。
3. 絶縁皮膜を有する少なくとも２本の巻線をボビンに巻回してなり、一方の巻線が前記ボビンに単層密巻き状態で巻回されているとともに、他方の巻線が一方の巻線上に同じターン数だけ単層密巻き状態で巻回されているコモンモードチョークコイルの巻線間のインピーダンス調整方法において、
   前記二つの巻線の導体径、絶縁皮膜の厚み又は絶縁皮膜の比誘電率の少なくとも一つを調整することによって巻線間のインピーダンスを調整すること、
   を特徴とするコモンモードチョークコイルのインピーダンス調整方法。
4. 前記二つの巻線間に絶縁シートを介在させることを特徴とする請求項３に記載のコモンモードチョークコイルのインピーダンス調整方法。
5. 通信と給電の機能を有する信号線に挿入されるコモンモードチョークコイルであって、
   筒状胴部を有する第１ボビン及び第２ボビンと、
   第１ボビンの筒状胴部に設けられた単層密巻きの第１巻線及び該第１巻線の上に重ねて設けられた単層密巻きの第２巻線と、
   第２ボビンの筒状胴部に設けられた単層密巻きの第３巻線及び該第３巻線の上に重ねて設けられた単層密巻きの第４巻線と、
   第１ボビン及び第２ボビンのそれぞれの筒状胴部の穴に脚部が挿通され、閉磁路を構成する磁性体コアとを備え、
   第１巻線及び第２巻線は、同相のノイズ電流が流れたときに磁性体コア内に発生する磁束が相互に強め合うように同方向に巻回されるとともに、第３巻線及び第４巻線は、同相のノイズ電流が流れたときに磁性体コア内に発生する磁束が相互に強め合うように同方向に巻回され、かつ、第１巻線及び第２巻線と第３巻線及び第４巻線とは、同相のノイズ電流が流れたときに磁性体コア内に発生する磁束が相互に強め合うように巻回されており、
   前記第１巻線と第２巻線とのペア及び第３巻線と第４巻線とのペアの導体径、絶縁皮膜の厚み又は絶縁皮膜の比誘電率の少なくとも一つを調整することによって第１巻線と第２巻線間及び第３巻線と第４巻線間のインピーダンスが調整されていること、
   を特徴とするコモンモードチョークコイル。

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