JP2007165407A - チョークコイル - Google Patents

Abstract

【課題】電気特性に優れ、信頼性の高いチョークコイルを提供する。
【解決手段】ボビン２は第１巻装部と第２巻装部が間隔を隔てて設けられ、底面が平坦面である。成形コイル４，５は被覆線からなる単層巻きのコイルであり、金属線が露出した両端部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂが外部端子とされている。天板３はボビン２に接合するフランジ３２，３３を端部に有し、コイル４，５を覆っている。そして、ボビン２と天板３が協働してコイル４，５を貫通するコモンモードの磁路を形成するとともに、コイル４，５のそれぞれに独立したノーマルモードの磁路を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、チョークコイル、特に、コモンモードノイズとノーマルモードノイズを除去するためのチョークコイルに関する。

従来より、この種の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。図１２に示すように、このチョークコイル１１０は、磁性体で形成されたボビン１１２の両端部に形成された第１及び第２フランジ１１６，１１８と中央部に形成された第３フランジ１２０との間に、第１コイル１２６及び第２コイル１２８を形成している。さらに、第１フランジ１１６と第２フランジ１１８とを連結するように、磁性体で形成された板状の連結部材１３４が設けられている。

しかしながら、このチョークコイル１１０は、フランジ１１６，１１８，１２０がボビン１１２に設けられているため、チョークコイル１１０を組み立てる際には、ボビン１１２の胴部に第１及び第２コイル１２６，１２８を巻回する必要があり、これは煩雑な作業であった。また、コイル１２６，１２８が太い場合には、巻ぶくれを防ぐため巻回テンションを強くするが、ボビン１１２に掛かる力が強くなり過ぎてボビン１１２が折損するなどの不具合があった。

また、ボビン１１２のフランジ１１６，１１８に外部電極１２２，１２４を形成し、コイル１２６，１２８の端末を外部電極１２２，１２４に接続している。このため、ボビン１１２には抵抗率の大きい磁性材料を使用する必要があった。抵抗率の小さい磁性材料を使用した場合、外部電極１２２，１２４相互間がショートするからである。そのため、ボビン１１２の材料はＮｉ−Ｚｎなどに限定されていた。さらに、コイル１２６，１２８の端末処理に熱圧着技術を用いることがあるが、コイル１２６，１２８が太い場合、コイル１２６，１２８への熱拡散が生じ易くなるため、熱による皮膜除去が不十分なものとなり、電気的接続不良が生じるおそれがあった。

また、コイル１２６，１２８のそれぞれの一端をボビン１１２の中央から端部まで引き出すため、その分だけコイル１２６，１２８の線路長が長くなり、直流抵抗が高くなる。そして、ボビン１１２の中央から端部までのコイル引出し部が、ボビン１１２に巻回されているコイル部分に接近するため、浮遊容量が発生し、周波数特性が劣化するという問題点も有していた。
特開平１１−２３８６３６号公報

そこで、本発明の目的は、電気特性に優れ、信頼性の高い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、本発明に係るチョークコイルは、
第１巻装部と第２巻装部が間隔を隔てて設けられ、底面が平坦面である第１コアと、金属線が露出した両端部が外部端子とされ、第１巻装部に装着された被覆線からなる単層巻きの第１コイルと、金属線が露出した両端部が外部端子とされ、第２巻装部に装着された被覆線からなる単層巻きの第２コイルと、第１コアに接合するフランジを端部に有し、第１コイルと第２コイルを覆う第２コアとを備え、
第１コアと第２コアが協働して、第１及び第２コイルを貫通するコモンモードの磁路を形成するとともに、第１及び第２コイルのそれぞれに独立したノーマルモードの磁路を形成すること、
を特徴とする。

以上の構成により、第１コアにフランジが設けられていないため、チョークコイルを組み立てる際には、予め巻回した第１及び第２コイルを第１コアの巻装部に装着するだけでよく、これにより煩雑な巻回作業がなくなる。

本発明に係るチョークコイルは、第２コアが、第１コイルと第２コイルとの間に位置するいま一つのフランジを有していてもよい。これにより、いま一つのフランジの長さを変えて対向面間のギャップ長を調整し、ノーマルモードの実効透磁率を調整することができる。

第１及び第２コイルの外部端子部分ははんだめっき処理されていてもよい。防錆効果を有するとともにリフローはんだが容易になる。また、第１及び第２コアの互いの接合部のいずれか一方が鏡面研磨されていてもよい。磁路のギャップを小さくすることができ、コモンモードインダクタンスが向上する。あるいは、第１及び第２コアの互いの接合部は磁粉入りの接着剤にて接合されていてもよい。磁路の実効透磁率を上げることができる。

また、第１コアの第１及び第２巻装部の断面形状を、第１及び第２コイルの内周の断面形状と略等しく設定してもよい。これにより、磁束密度の偏りが抑えられる。さらに、第１コアの第１及び第２巻装部の間に第１及び第２コイルの位置決め用突起を設けてもよい。これにより、第１及び第２コイルの装着位置が一定になる。

また、本発明に係るチョークコイルは、第１コアに接合するフランジを端部に有し、第１及び第２コイルを覆う第３コアを備え、第１、第２及び第３コアが協働して、第１及び第２コイルを貫通するコモンモードの磁路を形成するとともに、第１及び第２コイルのそれぞれに独立したノーマルモードの磁路を形成してもよい。

さらには、第１コアに接合するフランジを端部に有し、第１コイルを覆う第３コアと、第１コアに接合するフランジを端部に有し、第２コイルを覆う第４コアとを備え、第１、第２、第３及び第４コアが協働して、第１及び第２コイルのそれぞれに独立したノーマルモードの磁路を形成してもよい。これにて、ノーマルモードインダクタンスのみを大きくできる。

本発明に係るチョークコイルによれば、第１コアにフランジが設けられていないので、チョークコイルを組み立てる際には、予め巻回した第１及び第２コイルを第１コアの巻装部に装着するだけでよく、これにより煩雑な作業を省略できる。また、第１及び第２コイルを第１コアに直接巻回しなくてもすむので、太い径のコイルを使用することができ、大電流対応のチョークコイルが得られる。

また、第１及び第２コイルの端末を外部端子としているので、コアに外部電極を形成する必要がなくなり、コイルの端末を他の巻回部よりも外側に巻くことやコア表面の一部又は全部に絶縁のための樹脂塗布やフィルムコートするだけでコアに抵抗率の小さい磁性材料を使用することができる。また、第１及び第２コイルのそれぞれの一端を第１コアの中央から端まで引き出す必要がなくなり、その分だけコイルの線路長が短くなり、直流抵抗を低減できる。そして、コイルの巻始めと巻終わりが接近しない構造であるので、コイルの巻始めと巻終わり間の浮遊容量を抑えられ、優れた周波数特性が得られる。この結果、電気特性に優れ、信頼性の高いチョークコイルを得ることができる。

以下、本発明に係るチョークコイルの実施例について添付図面を参照して説明する。なお、各実施例において、同一部品及び同一部分には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

（第１実施例、図１〜図６参照）
図１はチョークコイル１を示す外観斜視図、図２はその分解正面図である。このチョークコイル１は、ボビン（第１コア）２、天板（第２コア）３及び成形コイル４，５にて構成されている。

磁性体材料からなるボビン２は、長方形の板状をなし、第１巻装部２１と第２巻装部２２が間隔を隔てて設けられ、底面２ａが平坦面とされている。第１巻装部２１と第２巻装部２２は、成形コイル４，５を挿入し易いように、フラットな四角柱形状もしくは先細り形状であり、角部は面取りされている。また、ボビン２は量産性を良くするために上面を平坦にしている。さらに、ボビン２の手前側と奥側の両側面の第１巻装部２１と第２巻装部２２の間には、成形コイル４，５の位置決め用突起２３が設けられている。これにより、成形コイル４，５の装着位置を一定にできる。但し、位置決め用突起２３は必ずしも必要なものではない。

成形コイル４，５は、予め巻装部２１，２２の断面形状に合わせて、その断面形状が矩形に単層巻きされたものであり、ボビン２の巻装部２１，２２に容易に挿入される。このとき、ボビン２の第１巻装部２１と第２巻装部２２の断面形状を、成形コイル４，５の内周の断面形状と略等しいように設計することにより、磁束密度の偏りが抑えられ、体積に対するコモンモードインダクタンス比率を最適化できる。

成形コイル４，５は、金属線にポリイミドなどの高耐熱性を有する絶縁皮膜が施されたものである。成形コイル４，５のそれぞれの両端部４ａ，４ｂ、５ａ，５ｂ（図面において斜線にて表示した部分）は、ショートリングにならないように１ターン未満で絶縁皮膜が剥離されている。この剥離は機械的に確実に行われるため、皮膜残りがなくなり、接続不良をなくすことができる。理想的には、成形コイル４，５の上面以外の３辺を剥離することで、確実にショートリングを防ぎ、底面と側面もはんだ接続可能な状態にする。さらに、露出した金属線の表面をはんだめっき処理している。これにより、防錆効果が得られるとともに、リフローはんだ付けが容易な外部端子とされる。

磁性材料からなる天板３の本体は、ボビン２の平面形状と略同形の長方形板状であり、その両端部及び中央部にはそれぞれフランジ３２，３３，３４が設けられている。天板３の本体はボビン２の上面と対向しており、成形コイル４，５の上面を覆っている。天板３とボビン２は、フランジ３２，３３の先端面をボビン２の上面に接触させた状態で組み合わされた後、側面部に接着剤７を塗布することによって固着されている。

フランジ３２，３３の先端面とボビン２の上面の接合面の少なくともいずれか一方の面は鏡面研磨されていることが望ましい。鏡面研磨することにより、コモンモードの磁路のギャップを小さくでき、コモンモードインダクタンスを向上させることができる。例えば、ボビン２及び天板３を金型で成形した場合、その表面粗さ（ピーク−ピーク）は約２５μｍであり、ギャップは約５０μｍとなる。接合面を約２μｍの粗さに研磨すればギャップは約４μｍになり、約０．５μｍの粗さに研磨すればギャップは約１μｍになる。

また、中央フランジ３４はボビン２の中央部のコイル４，５が位置していない面と対向している。ボビン２に位置決め用突起２３が設けられているので、成形コイル４，５の装着位置を一定にでき、中央フランジ３４とボビン２の中央部のコイル４，５が位置していない面との対向面積がばらつかず、ノーマルモードインダクタンスのばらつきを低減できる。

このチョークコイル１を用いる場合、例えば、外部端子４ａ，５ｂに信号源が接続され、外部端子４ｂ，５ａに負荷が接続される。そして、コイル４に往路の電流が流され、コイル５に復路の電流が流される。ここで、コモンモードノイズが流れる場合、コイル４，５には同相の電流が流れる。この電流によって、コイル４，５の周囲に磁束が発生するが、これらの磁束は中央フランジ３４で打ち消し合う向きであるため、図３に示すように、全体としてコイル４，５の両方を囲む磁束が得られる。つまり、ボビン２と天板３が協働して、コイル４，５を貫通して天板３を通って帰還するコモンモードの磁路を形成する。この磁束により、コイル４，５にインダクタンスが生じ、このインダクタンスによってコモンモードノイズが除去される。

また、ノーマルモードの電流によって発生する磁束は、図４に示すように、ボビン２内で打ち消し合わず、コイル４，５のそれぞれの周囲に形成される。つまり、ボビン２と天板３が協働して、コイル４，５のそれぞれに独立したノーマルモードの磁路を形成する。この磁束により、コイル４，５にインダクタンスが生じ、このインダクタンスによってノーマルモードノイズが除去される。この結果、チョークコイル１は、図５に示すように、コモンモードの電流に対するインダクタンスＬｃとノーマルモードの電流に対するインダクタンスＬｎを有する回路となる。

以上の構成からなるチョークコイル１は、ボビン２にフランジが設けられていないため、組み立てる際には、予め巻回したコイル４，５をボビン２の巻装部２１，２２に装着するだけでよく、これにより煩雑な巻回作業を省略できる。さらに、コイル４，５をボビン２に直接巻回しなくてもすむので、太い径の線材を使用してもボビン２の折損などのおそれがなくなり、大電流対応のチョークコイルが得られる。

また、天板３が、コイル４とコイル５の間に位置する中央フランジ３４を有しているので、この中央フランジ３４の長さを変えて対向面間のギャップ寸法を調整することにより、ノーマルモードの実効透磁率を調整することができる。この結果、ノーマルモードの電流による磁束の磁気抵抗を調整することができ、大電流が流れても磁気飽和を防止して有効にノーマルモードノイズを除去することができる。

また、コイル４，５の端末４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂを外部端子としているので、ボビン２や天板３に外部電極を形成する必要がなくなり、ボビン２や天板３に抵抗率の小さいＭｎ−Ｚｎなどの高透磁率磁性材料を使用することができる。そのため、飛躍的にインダクタンスを高めることができる。ボビン２の表面をコーティングすれば、外部端子４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂとの絶縁がより一層確実なものとなる。さらに、コイル４，５のそれぞれの一端をボビン２の中央から端まで引き出す必要がなくなり、その分だけコイル４，５の線路長が短くなり、直流抵抗を低減できる。そして、コイル４，５の巻始めと巻終わりが接近しない構造であるので、コイル４，５の巻始めと巻終わり間の浮遊容量を抑えられ、優れた周波数特性が得られる。図６はチョークコイル１のコモンモード挿入損失特性（実線参照）を示している。図６には、比較のため、図１２に示した従来のチョークコイル１１０の特性（点線参照）も併せて記載している。

（第２実施例、図７参照）
図７は第２実施例であるチョークコイル１Ａを示す外観斜視図である。チョークコイル１Ａは、前記第１実施例のチョークコイル１と天板（第２コア）３の中央フランジ３４を省略した以外は同じ構成を有している。

このチョークコイル１Ａは、中央フランジを省略しているため、中央フランジの長さを変えてノーマルモードの実効透磁率を調整することができない点以外は、前記第１実施例のチョークコイル１と同様の作用効果を奏する。

（第３実施例、図８及び図９参照）
図８は第３実施例であるチョークコイル４１を示す外観平面図（但し、天板（第２コア）３を省略した状態のもの）である。チョークコイル４１は、ボビン（第１コア）４２、図示しない天板（第２コア）３、二つの側板（第３コア）４３ａ，４３ｂ及び成形コイル４４，４５にて構成されている。

磁性体材料からなるボビン４２は、長方形の板状をなし、成形コイル４４，４５のために二つの巻装部が間隔を隔てて設けられ、底面が平坦面とされている。天板３については、前記第１実施例において説明しているためその詳細な説明は省略する。また、成形コイル４４，４５は第１実施例で説明した成形コイル４，５と同じ構成である。

磁性材料からなる側板４３ａ，４３ｂは、その両端部及び中央部にそれぞれフランジ５２，５３，５４が設けられている。側板４３ａ，４３ｂはボビン４２の側面と対向しており、成形コイル４４，４５の側面を覆っている。側板４３ａ，４３ｂとボビン４２は、フランジ５２，５３，５４の先端面をボビン４２の側面に接触させた状態で固着されている。

このチョークコイル４１において、コモンモードノイズが流れる場合、コイル４４，４５には同相の電流が流れる。この電流によって、コイル４４，４５の周囲に磁束が発生するが、これらの磁束は中央フランジ５４で打ち消し合う向きであるため、図９に実線の矢印で示すように、全体としてコイル４４，４５の両方を囲む磁束が得られる。つまり、ボビン４２と天板３と側板４３ａ，４３ｂが協働して、コイル４４，４５を貫通して側板４３ａ，４３ｂを通って帰還するコモンモードの磁路を形成する。この磁束により、コイル４４，４５にインダクタンスが生じ、このインダクタンスによってコモンモードノイズが除去される。

また、ノーマルモードの電流によって発生する磁束は、図９に点線の矢印で示すように、ボビン４２内で打ち消し合わず、コイル４４，４５のそれぞれの周囲に形成される。つまり、ボビン４２と天板３と側板４３ａ，４３ｂが協働して、コイル４４，４５のそれぞれに独立したノーマルモードの磁路を形成する。この磁束により、コイル４４，４５にインダクタンスが生じ、このインダクタンスによってノーマルモードノイズが除去される。この結果、チョークコイル４１は、コモンモードの電流に対するインダクタンスＬｃとノーマルモードの電流に対するインダクタンスＬｎを有する回路となる。

このチョークコイル４１は、前記第１実施例のチョークコイル１と同様の作用効果を奏する。

（第４実施例、図１０及び図１１参照）
図１０はチョークコイル６１を示す外観平面図（但し、天板（第２コア）３を省略した状態のもの）である。チョークコイル６１は、ボビン（第１コア）６２、天板（第２コア）３、側板（第３コア）６３ａ、側板（第４コア）６３ｂ及び成形コイル６４，６５にて構成されている。

磁性体材料からなるボビン６２は、長方形の板状をなし、成形コイル６４，６５のために二つの巻装部が位置決め用突起７１を隔てて設けられ、底面が平坦面とされている。天板３については、前記第１実施例において説明しているためその詳細な説明は省略する。また、成形コイル６４，６５は第１実施例で説明した成形コイル４，５と同じ構成である。

磁性材料からなる側板６３ａ，６３ｂは、その片側端部にそれぞれフランジ７２が設けられている。側板６３ａ，６３ｂはボビン６２の側面と対向しており、それぞれ成形コイル６４，６５の側面を覆っている。側板６３ａ，６３ｂとボビン６２は、位置決め用突起７１とフランジ７２を接触させた状態で固着されている。

このチョークコイル６１において、ノーマルモードの電流によって発生する磁束は、図１１に点線の矢印で示すように、ボビン６２内で打ち消し合わず、コイル６４，６５のそれぞれの周囲に形成される。つまり、ボビン６２と天板３と側板６３ａ，６３ｂが協働して、コイル６４，６５のそれぞれに独立したノーマルモードの磁路を形成する。この磁束により、コイル６４，６５にインダクタンスが生じ、このインダクタンスによってノーマルモードノイズが除去される。

この結果、チョークコイル６１は、コモンモードの電流に対するインダクタンスＬｃとノーマルモードの電流に対するインダクタンスＬｎを有する回路となる。このチョークコイル６１は、前記第１実施例のチョークコイル１と同様の作用効果を奏するとともに、ノーマルモードインダクタンスのみを大きくできる。

（他の実施例）
なお、本発明に係るチョークコイルは、前記実施例に限定されるものではなく、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、天板３とボビン２の固着方法として、フランジ３２，３３の先端面を、接着剤もしくは磁粉入り接着剤によってボビン２の上面に接着させる方法であってもよい。磁粉入り接着剤を用いた場合、フランジ３２，３３の先端面とボビン２の上面の間のギャップの透磁率が上がり、コモンモード磁路及びノーマルモード磁路の実効透磁率を上げることができる。特に、鏡面加工をしない場合、フランジ３２，３３の先端面とボビン２の上面の間には５０μｍ程度のギャップが生じるため有効である。

本発明に係るチョークコイルの第１実施例を示す外観斜視図。 図１に示したチョークコイルの分解正面図。 図１に示したチョークコイルにコモンモードの電流が流れたときの磁束の様子を示す模式図。 図１に示したチョークコイルにノーマルモードの電流が流れたときの磁束の様子を示す模式図。 図１に示したチョークコイルの等価回路図。 図１に示したチョークコイルの周波数特性を示すグラフ。 本発明に係るチョークコイルの第２実施例を示す外観斜視図。 本発明に係るチョークコイルの第３実施例を示す平面図。 図８に示したチョークコイルにコモンモード及びノーマルモードの電流が流れたときの磁束の様子を示す模式図。 本発明に係るチョークコイルの第４実施例を示す平面図。 図１０に示したチョークコイルにコモンモード及びノーマルモードの電流が流れたときの磁束の様子を示す模式図。 従来のチョークコイルを示す外観斜視図。

符号の説明

１，１Ａ，４１，６１…チョークコイル
２，４２，６２…ボビン（第１コア）
３…天板（第２コア）
４，５，４４，４５，６４，６５…成形コイル
４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ…端部（外部端子）
２１，２２…巻装部
２３，７１…位置決め用突起
３２，３３，３４，５２，５３，５４，７２…フランジ
４３ａ，４３ｂ…側板（第３コア）
６３ａ…側板（第３コア）
６３ｂ…側板（第４コア）

Claims (9)

1. 第１巻装部と第２巻装部が間隔を隔てて設けられ、底面が平坦面である第１コアと、
   金属線が露出した両端部が外部端子とされ、前記第１巻装部に装着された被覆線からなる単層巻きの第１コイルと、
   金属線が露出した両端部が外部端子とされ、前記第２巻装部に装着された被覆線からなる単層巻きの第２コイルと、
   前記第１コアに接合するフランジを端部に有し、前記第１及び第２コイルを覆う第２コアとを備え、
   前記第１コアと前記第２コアが協働して、前記第１及び第２コイルを貫通するコモンモードの磁路を形成するとともに、前記第１及び第２コイルのそれぞれに独立したノーマルモードの磁路を形成すること、
   を特徴とするチョークコイル。
2. 前記第２コアが、前記第１コイルと前記第２コイルとの間に位置するいま一つのフランジを有していることを特徴とする請求項１に記載のチョークコイル。
3. 前記第１及び第２コイルの外部端子部分ははんだめっき処理されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のチョークコイル。
4. 前記第１及び第２コアの互いの接合部のいずれか一方が鏡面研磨されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のチョークコイル。
5. 前記第１及び第２コアの互いの接合部は磁粉入りの接着剤にて接合されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のチョークコイル。
6. 前記第１コアの第１及び第２巻装部の断面形状が、前記第１及び第２コイルの内周の断面形状と略等しいことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のチョークコイル。
7. 前記第１コアの第１及び第２巻装部の間に前記第１及び第２コイルの位置決め用突起を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のチョークコイル。
8. 前記第１コアに接合するフランジを端部に有し、前記第１及び第２コイルを覆う第３コアを備え、
   前記第１、第２及び第３コアが協働して、前記第１及び第２コイルを貫通するコモンモードの磁路を形成するとともに、前記第１及び第２コイルのそれぞれに独立したノーマルモードの磁路を形成すること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のチョークコイル。
9. 前記第１コアに接合するフランジを端部に有し、前記第１コイルを覆う第３コアと、前記第１コアに接合するフランジを端部に有し、前記第２コイルを覆う第４コアとを備え、
   前記第１、第２、第３及び第４コアが協働して、前記第１及び第２コイルのそれぞれに独立したノーマルモードの磁路を形成すること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のチョークコイル。
   

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