JP2008192781A - 環状コア、チョークコイル、コモンモードチョークコイル及びラインフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】デッドスペースとなっていたコア環状部の巻線を設けない部分にコア横断面積を増加させる凸部を形成することで、巻線を施してチョークコイルを構成したときのインダクタンスを、製品寸法を変えずに増加させる。
【解決手段】フェライト等の磁性材料からなる円環状コア１１に絶縁樹脂製のコアカバー１５を被せ、その上から一対の巻線２０Ａ，２０Ｂを巻回する。この場合、巻線２０Ａ，２０Ｂ相互の絶縁を確保するために、円環状コア１１のコア円環状部１２には巻線を設けない部分が存在するが、その部分に内周方向、外周方向、厚み方向に突出した凸部１３を形成し、巻線を設けない部分のコア横断面積（径方向断面積）を増加させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、フェライト等の磁性材料からなる環状コア、その環状コアに巻線を施したチョークコイル及びコモンモードチョークコイル、並びにそれらを用いたラインフィルタに関する。

一般に、ラインフィルタ等に使用されるコモンモードチョークコイルとして、フェライト等の磁性材料からなる円環状コア（トロイダル形状のコア）に一対の巻線を施したものが知られている。

図１０（Ａ）,（Ｂ）は従来一般的な円環状コアであり、図１１はその円環状コア１に一対の巻線２Ａ，２Ｂを施した従来例のコモンモードチョークコイルを示す。電源用ラインフィルタの用途に用いる場合、相同士の距離、つまり巻線２Ａ，２Ｂの端部間の距離に、安全規格上制約があるため、一定の空間距離と沿面距離を設ける必要があり、図１１では巻線を設けない空間Ｓが存在している。

また、図１１では図示していないが、フェライト等の円環状コア１と巻線２Ａ，２Ｂ間の絶縁のために絶縁樹脂製コアカバーを用いるのが一般的であり、下記特許文献１では、コアカバーに突部を形成して一対の巻線間を分離し、巻線間の沿面距離を確保する構造が提案されている。

実開昭５７−２０１８２９号公報

しかし、そのコアカバーの突部は巻線間の沿面距離を確保するのには有用であるが、樹脂の使用量が多く、樹脂のみの突部であるため、チョークコイルの電気特性に何ら寄与しない部分となっている。

そこで、本発明は、上記の点に鑑み、デッドスペースとなっていたコア環状部の巻線を設けない部分にコア断面積を増加させる凸部を形成することで、巻線を施してチョークコイルを構成したときのインダクタンスを、製品寸法を変えずに増加させることが可能な環状コアを提供することを目的とする。

また、本発明は、前記環状コアを用いることで、製品寸法を増大させることなくインダクタンスを増加させることが可能なチョークコイル及びコモンモードチョークコイル、さらにはそれを用いたラインフィルタを提供することをもう一つの目的とする。

本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

前記目的を達成するために、本発明のある態様の環状コアは、コア環状部の巻線を設けない部分に、内周方向、外周方向、厚み方向の少なくともいずれかの方向に突出した凸部を形成して、前記巻線を設けない部分のコア断面積を増加したことを特徴としている。

前記環状コアにおいて、前記凸部が前記コア環状部の片側面からみて台形、扇形又は方形をなしていてもよい。

前記環状コアにおいて、前記コア環状部を等分割する位置に前記凸部が形成されていてもよい。

前記環状コアにおいて、前記コア環状部の一方の面が平坦面であって、反対面は厚み方向に突出していてもよい。

本発明の別の態様のチョークコイルは、前記環状コアに巻線を設けたことを特徴としている。また、一方の面が平坦面の環状コアの場合、前記環状コアの平坦面同士を背中合わせに重ねたコア構造体に巻線を設けてもよい。

前記チョークコイルにおいて、前記環状コアの外面に絶縁性コアカバーが設けられており、前記巻線は前記コアカバーの上に巻かれていてもよい。

本発明の別の態様のコモンモードチョークコイルは、前記コア環状部を等分割する位置に前記凸部が形成された前記環状コアを用い、等分割されたコア環状部にそれぞれ巻線を設けたことを特徴としている。

前記コモンモードチョークコイルにおいて、前記環状コアの外面に絶縁性コアカバーが設けられており、それぞれの巻線は前記コアカバーの上に巻かれていてもよい。

本発明の別の態様のラインフィルタは、前記チョークコイル、前記コモンモードチョークコイルの少なくともいずれかを備えたことを特徴としている。

本発明に係る環状コアによれば、コア環状部の巻線を設けないデッドスペースとなる部分に凸部を形成して断面積を増加させることで、巻線を設けてチョークコイルを構成したときに、製品寸法を増大させることなくインダクタンス（ひいてはインピーダンス）を増やすことができる。また、従来例と同じインダクタンスなら小型化できる。

また、本発明に係るチョークコイルやコモンモードチョークコイルによれば、前記環状コアを用いることで、製品寸法を増大させることなくインダクタンスを増やすことが可能である。

さらに、本発明に係るラインフィルタによれば、前記チョークコイル、コモンモードチョークコイルのいずれかを備えることで、ノイズ除去性能の向上を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、環状コア、チョークコイル、コモンモードチョークコイル及びラインフィルタの実施の形態を図面に従って説明する。

図１及び図２は本発明の実施の形態１であって、円環状コア及びこれを用いたコモンモードチョークコイルを示す。

図１のコモンモードチョークコイル１０は、図２（Ａ）,（Ｂ）に示すフェライト等の磁性材料からなる円環状コア１１に絶縁樹脂製のコアカバー１５を被せ、その上から一対の巻線２０Ａ，２０Ｂを巻回したものである。

この場合、巻線２０Ａ，２０Ｂ相互の絶縁を確保するために、円環状コア１１のコア円環状部１２には巻線を設けない部分が存在するが、その部分に内周方向、外周方向、厚み方向（片側）に突出した凸部１３を形成し、巻線を設けない部分のコア断面積（径方向断面積）を増加させている。

図２（Ａ）のように、前記凸部１３はコア円環状部１２の片側面からみて台形を成しており、各凸部１３はコア円環状部１２を２等分割する位置に配置されている。このように台形をなす一対の凸部１３はコア円環状部１２の直径に対して左右対称であり、台形の短辺が中心側を向いて対向している。なお、図２（Ｂ）のようにコア円環状部１２の一方の面（つまり、円環状コア１１の一方の面）は成形の容易性を考慮して平坦面としているが、別の実施の形態で示すように、コア円環状部１２の両面の厚み方向に突出する構成も可能である。

各凸部１３の形状、大きさは、ラインフィルタ用のコモンモードチョークコイルであれば、安全規格上の沿面距離を確保することができるように設定する。

図３は実施の形態１に係る一対の凸部１３を有する円環状コア１１に巻線を設けたコモンモードチョークコイル１０の巻線のインダクタンスの周波数特性を示し、従来例に係る凸部の無い円環状コア（図１０）に巻線を設けたコモンモードチョークコイルの巻線のインダクタンスと対比して示したものである。測定条件は、実施の形態１ではコア円環状部１２の外径：２８.０ｍｍ、内径：１４.４ｍｍ、厚み：８.４ｍｍ、凸部１３の内周方向の突出量３.２ｍｍ、外周方向の突出量３.２ｍｍ、凸部１３の厚み：１１.６ｍｍ、凸部形状である台形の左右両辺間の中心に対して成す開き角度２２.５度とし、従来例は凸部が無い点を除き同一寸法とした。また、コア材質はＭｎＺｎ系焼結フェライトとし、各巻線のターン数：５ターンとした。

図３の測定結果から、一対の凸部１３を設けた実施の形態１では、１ＭＨｚよりも低い周波数領域で、従来例に比してインダクタンスが１.２３倍となった。

この実施の形態１によれば、次の通りの効果を得ることができる。

(1) 実施の形態１の円環状コア１１によれば、コア円環状部１２の巻線を設けないデッドスペースとなる部分に凸部１３を形成して断面積を増加させることで、巻線を設けてチョークコイルを構成したときに、製品寸法を増大させることなくインダクタンスを増やすことができる。また、従来例と同じインダクタンスなら小型化できる。その理由は、凸部１３による断面積の増加に起因してコア周回方向の磁気抵抗が減少するからであると考えられる。

(2) 従って、円環状コア１１に一対の巻線２０Ａ，２０Ｂを設けたコモンモードチョークコイル１０によれば、製品寸法を増大させることなく各巻線のインダクタンス（ひいてはインピーダンス）を増加させて、コモンモードノイズの抑圧効果の向上を図ることができる。

図４（Ａ）,（Ｂ）は本発明の実施の形態２であって、円環状コア１１Ａを示す。この場合もコア円環状部１２Ａの巻線を設けない部分に凸部１３Ａを形成しているが、凸部１３Ａはコア円環状部１２Ａの片側面からみて扇形を成し、一対の扇形の短円弧が相互に対向している。その他の構成は前述した実施の形態１と同様である。

そして、図４（Ａ）,（Ｂ）に示す円環状コア１１Ａに絶縁樹脂製のコアカバーを被せ、その上から一対の巻線を巻回することで、各巻線のインダクタンスを大きくしたコモンモードチョークコイルが得られる。実施の形態２の作用効果は、実施の形態１と実質的に同じである。

図５（Ａ）,（Ｂ）は本発明の実施の形態３であって、円環状コア１１Ｂを示す。この場合もコア円環状部１２Ｂの巻線を設けない部分に凸部１３Ｂを形成しているが、凸部１３Ｂはコア円環状部１２Ｂの片側面からみて方形を成している。その他の構成は前述した実施の形態１と同様である。

そして、図５（Ａ）,（Ｂ）に示す円環状コア１１Ｂに絶縁樹脂製のコアカバーを被せ、その上から一対の巻線を巻回することで、各巻線のインダクタンスを大きくしたコモンモードチョークコイルが得られる。巻線に用いる線材が細い場合には、このような方形の凸部１３Ｂでも差し支えない。実施の形態３の作用効果は、実施の形態１と同様である。

なお、実施の形態１，２，３では、凸部の好ましい形状として、コア円環状部の内周方向、外周方向、厚み方向にそれぞれ突出した台形、扇形、方形を示したが、内周方向、外周方向、厚み方向のいずれかの方向に突出した形状であれば、断面積を増大させることでインダクタンスを増やすことが可能であり、台形、扇形、方形に限定されないことは明らかである。

図６（Ａ）,（Ｂ）は本発明の実施の形態４であって、円環状コア１１Ｃを示す。この場合もコア円環状部１２Ｃの巻線を設けない部分に凸部１３Ｃを形成しているが、凸部１３Ｃはコア円環状部１２Ｃの両側に厚み方向に突出している。凸部１３Ｃの片側面からみた形状は台形であり、実施の形態１と同様である。

そして、図６（Ａ）,（Ｂ）に示す円環状コア１１Ｃに絶縁樹脂製のコアカバーを被せ、その上から一対の巻線を巻回することで、各巻線のインダクタンスを大きくしたコモンモードチョークコイルが得られる。

実施の形態４の円環状コア１１Ｃの場合、図６（Ｂ）のようにコア円環状部１２Ｃの厚み方向両側に突出した凸部１３Ｃであるため、肉厚を増大させて凸部１３Ｃのコア断面積（径方向断面積）をさらに増加させるのが容易となる。また、コアカバーを被せた後、一対の巻線を設けてコモンモードチョークコイルを構成する場合に、両巻線間の沿面距離を確保することも容易となる（表裏両側に突出した凸部１３Ｃとなっているため）。なお、その他の作用効果は、実施の形態１と同様である。

図６（Ｂ）のように、コア円環状部１２Ｃの両側に厚み方向に突出した凸部１３Ｃは成形性の点に難点があるため、図６（Ｃ）のように、コア円環状部の一方の面が平坦面となっている円環状コア２５（例えば実施の形態１，２，３に示した構成を有するもの）を２個用い、それらの平坦面同士を背中合わせに重ねたコア構造体２６を円環状コア１１Ｃの代わりに用いてもよい。

図６の場合も、凸部１３Ｃの形状を台形以外の扇形や方形等にすることもできる。

上記実施の形態１，２，３，４はいずれも凸部がコア円環状部に一対形成されていて、コモンモードチョークコイルを構成するのに適した構造であるが、本発明は一対の巻線を有するコモンモードチョークコイル以外にも適用可能である。

図７は本発明の実施の形態５であって、円環状コア及びこれを用いたチョークコイルを示す。図７のチョークコイル３０は、フェライト等の磁性材料からなる円環状コア１１Ｄに絶縁樹脂製のコアカバー（図示省略）を被せ、その上から１個の巻線２０を巻回したものである。

この場合、巻線２０両端の絶縁を確保するために、円環状コア１１Ｄのコア円環状部１２Ｄには巻線を設けない部分が存在するが、その部分に内周方向、外周方向、厚み方向（片側又は両側）に突出した凸部１３Ｄを１個形成し、巻線を設けない部分のコア断面積（径方向断面積）を増加させている。

この実施の形態５によれば、１個の巻線２０を有するチョークコイル３０の場合にも、製品寸法を増大させることなくインダクタンスを増やすことが可能である。

図８は本発明の実施の形態６であって、円環状コア及びこれを用いた３相用のコモンモードチョークコイルを示す。図８の３相用コモンモードチョークコイル４０は、フェライト等の磁性材料からなる円環状コア１１Ｅに絶縁樹脂製のコアカバー（図示省略）を被せ、その上から３個の巻線２０Ｘ，２０Ｙ，２０Ｚを巻回したものである。

この場合、各相の巻線２０Ｘ，２０Ｙ，２０Ｚ相互間の絶縁を確保するために、円環状コア１１Ｅのコア円環状部１２Ｅには巻線を設けない部分が存在するが、その部分に内周方向、外周方向、厚み方向（片側又は両側）に突出した凸部１３Ｅを、コア円環状部１２Ｅを３等分割する位置にそれぞれ形成し、巻線を設けない部分のコア断面積（径方向断面積）を増加させている。

この実施の形態６によれば、３個の巻線２０Ｘ，２０Ｙ，２０Ｚを有する３相用のコモンモードチョークコイル４０の場合にも、製品寸法を増大させることなく各相の巻線のインダクタンスを増やすことが可能である。

図７及び図８の場合も、凸部１３Ｄ，１３Ｅの形状を台形以外の扇形や方形等にすることもできる。

前記チョークコイルやコモンモードチョークコイルでは、円環状コアに絶縁樹脂製のコアカバーを被せたが、コアカバーの代わりに絶縁性塗料を円環状コアにコーティングしてもよい。

図９は本発明の実施の形態７であって、実施の形態１にて示したコモンモードチョークコイル１０とコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３とを組み合わせたラインフィルタを示す。この場合、コンデンサＣ１はコモンモードチョークコイル１０の巻線２０Ａ，２０Ｂの一端間に接続されたライン間コンデンサであり、巻線２０Ａ，２０Ｂの他端とアース間に接続されたコンデンサＣ２，Ｃ３はライン・バイパス・コンデンサである。

実施の形態７のラインフィルタによれば、コモンモードチョークコイル１０のインダクタンスを大きくして、コモンモードノイズの除去効果の向上を図ることができる。

なお、前記ラインフィルタにおいて、実施の形態１以外の実施の形態２，３，４の円環状コアに一対の巻線を設けたコモンモードチョークコイルを使用することもできる。また、コモンモードチョークコイルとは別に実施の形態５に示した１個の巻線２０を有するチョークコイル３０を前記コモンモードチョークコイルの各巻線に直列に接続してもよい。さらに、３相用ラインフィルタであれば、実施の形態６の３相用コモンモードチョークコイル４０を使用できる。

なお、各実施の形態では、巻線を設けるコア環状部が円形となっている円環状コアを例示したが、コア環状部は長円形や楕円形であったり、部分的に直線部を含むものであってもよい。

以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。

本発明の実施の形態１であって、円環状コアを用いたコモンモードチョークコイルを示す平面図である。 実施の形態１で用いる円環状コアであって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は直径に沿った縦断面図である。 実施の形態１に係るコモンモードチョークコイルの巻線のインダクタンスの周波数特性図である。 本発明の実施の形態２に係る円環状コアであって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は直径に沿った縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係る円環状コアであって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は直径に沿った縦断面図である。 本発明の実施の形態４に係る円環状コアであって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は直径に沿った縦断面図、（Ｃ）はコア円環状部の一方の面が平坦面となっている円環状コアの平坦面同士を背中合わせに重ねたコア構造体の縦断面図である。 本発明の実施の形態５に係るチョークコイルの平面図である。 本発明の実施の形態６に係る３相用コモンモードチョークコイルの平面図である。 本発明の実施の形態７に係るラインフィルタの回路図である。 従来例の円環状コアであって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は直径に沿った縦断面図である。 従来例の円環状コアに巻線を設けたコモンモードチョークコイルである。

符号の説明

１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，２５ 円環状コア
２Ａ，２Ｂ，２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｘ，２０Ｙ，２０Ｚ 巻線
１０，４０ コモンモードチョークコイル
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ コア円環状部
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ 凸部
１５ コアカバー
２６ コア構造体
３０ チョークコイル
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ

Claims (10)

1. コア環状部の巻線を設けない部分に、内周方向、外周方向、厚み方向の少なくともいずれかの方向に突出した凸部を形成して、前記巻線を設けない部分のコア断面積を増加したことを特徴とする環状コア。
2. 前記凸部が前記コア環状部の片側面からみて台形、扇形又は方形をなしている請求項１記載の環状コア。
3. 前記コア環状部を等分割する位置に前記凸部が形成されている請求項１又は２記載の環状コア。
4. 前記コア環状部の一方の面が平坦面であって、反対面は厚み方向に突出している請求項１，２又は３記載の環状コア。
5. 請求項１，２，３又は４記載の環状コアに巻線を設けたことを特徴とするチョークコイル。
6. 請求項４記載の環状コアの平坦面同士を背中合わせに重ねたコア構造体に巻線を設けたことを特徴とするチョークコイル。
7. 前記環状コアの外面に絶縁性コアカバーが設けられており、前記巻線は前記コアカバーの上に巻かれている請求項５又は６記載のチョークコイル。
8. 請求項３記載の環状コアの等分割されたコア環状部にそれぞれ巻線を設けたことを特徴とするコモンモードチョークコイル。
9. 前記環状コアの外面に絶縁性コアカバーが設けられており、それぞれの巻線は前記コアカバーの上に巻かれている請求項８記載のコモンモードチョークコイル。
10. 請求項５，６又は７記載のチョークコイル、請求項８又は９記載のコモンモードチョークコイルの少なくともいずれかを備えたことを特徴とするラインフィルタ。

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