JP2009267223A - Inductance element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流電源ラインと各種電子機器の間に挿入し、伝導や輻射などによる電磁ノイズを除去するノイズフィルタに使用されるインダクタンス素子に関する。 The present invention relates to an inductance element used in a noise filter that is inserted between an AC power supply line and various electronic devices and removes electromagnetic noise due to conduction or radiation.
図5は、交流電源ラインと各種電子機器のスイッチング電源入力部の間に挿入される、インダクタンス素子を用いたノイズフィルタの代表的な等価回路図である。
ノイズフィルタ1は、コモンモードノイズを除去する一対のコンデンサ素子13とインダクタンス素子14と、ディファレンシャルモードノイズを除去するコンデンサ素子11とインダクタンス素子12とから構成されている。これらの各素子は、電子機器のノイズの大きさに応じて、配置、結線等も含め各々組み合わせながら使用されるもので、各素子はノイズの大きさによって使用個数が増減される。
尚、ディファレンシャルモードノイズとは、ノイズフィルタ1の2つの交流電源ラインの線間に流れるノイズを、またコモンモードノイズとは、ノイズフィルタ1の2つの交流電源ラインに同相でアース間に流れるノイズをそれぞれ言う。
FIG. 5 is a typical equivalent circuit diagram of a noise filter using an inductance element inserted between an AC power supply line and a switching power supply input unit of various electronic devices.
The
The differential mode noise is the noise that flows between the two AC power supply lines of the
上記のインダクタンス素子12、14は、磁気コアの外周部に形成するコイルの数が異なっており、インダクタンス素子12はコイルが1つであるのに対し、インダクタンス素子14はコイルが2つである。また、インダクタンス素子12は前記ディファレンシャルモードノイズを、一方インダクタンス素子14は前記コモンモードノイズをそれぞれ除去する作用を担っている点が特性上異なっている。
The
一般に、インダクタンス素子は、基本特性上、コイル自身のインダクタンスLと線間容量Cによって決まる自己共振周波数fr=1/2π(LC)1/2を有し、自己共振周波数frより低い周波数領域ではインダクタンス素子として、一方、自己共振周波数frより高い周波数領域ではコンデンサ素子として作用する性質をもっている。従って、種々の周波数ノイズを除去するため、磁気コアの材質や外形寸法、コイルの巻数や巻線構造などを調整しながら、前記のインダクタンスLと線間容量Cの各々を適宜調整することで、ノイズ減衰特性を制御している。 In general, an inductance element has a self-resonant frequency fr = 1 / 2π (LC) 1/2 determined by the inductance L and the line-to-line capacitance C of the coil itself, and has an inductance in a frequency region lower than the self-resonant frequency fr. On the other hand, it has a property of acting as a capacitor element in a frequency region higher than the self-resonant frequency fr. Accordingly, in order to remove various frequency noises, the inductance L and the line capacitance C are appropriately adjusted while adjusting the material and outer dimensions of the magnetic core, the number of turns of the coil, the winding structure, and the like. Controls noise attenuation characteristics.
図6は、上述したノイズフィルタ1を構成するインダクタンス素子のうち、コイルが2つの場合のインダクタンス素子の構造を説明する図で、図6(a)は正面図、図6(b)は断面図をそれぞれ示す。従来のインダクタンス素子61は、トロイダル形状の磁気コア62の表面全体を覆うように配設された接地導体63の上に誘電体64及び近接導体65を順に形成し、更にその外周部の円周の半円部に、かつ前記近接導体65を包囲するようにそれぞれ対称的に被覆導線66を巻回してなるコイル67、コイル68を形成した構造である。また、接地導体63はリード線69を介してアース接地することで、コイル67、コイル68の各々の線間に生じる線間容量を低減させている。
6A and 6B are diagrams for explaining the structure of the inductance element in the case where there are two coils among the inductance elements constituting the
このように構成することで、インダクタンス素子61の自己共振周波数よりも高周波領域での減衰特性を改善し、減衰特性の広帯域化を図ると共に、磁気コア62と被覆導線66とを構造的に分離させることで、それらの絶縁性も高めたものである。このようなインダクタンス素子は、例えば特許文献1に開示されている。
With this configuration, the attenuation characteristic in a higher frequency region than the self-resonant frequency of the
しかしながら、従来のインダクタンス素子61は、磁気コア62や接地導体63をアース接地することでコイルの線間容量を低減させ、自己共振周波数より高い周波数帯域での減衰特性を改善するものであり、自己共振周波数より低い周波数帯域での減衰特性を改善するものではなかった。このような低い周波帯域での減衰特性を改善するためには、磁気コアの透磁率μや外形寸法を大きくするか、コイルの巻数を増やすなどの方法しかなく、結果として、インダクタンス素子の寸法が大きくなり、また巻数増加によるコイル損失(発熱)が増大する等の問題があった。
However, the
本発明は、磁気コアの材質、外形寸法やコイルの巻数を変更せずに、インダクタンス素子の自己共振周波数を下げることで低周波帯域での減衰特性を改善させるもので、小型化、軽量化、低価格化が可能となるインダクタンス素子の提供を目的とする。 The present invention improves the attenuation characteristics in the low frequency band by lowering the self-resonance frequency of the inductance element without changing the material, outer dimensions and the number of turns of the magnetic core. An object of the present invention is to provide an inductance element that can be reduced in price.
本発明は、上記の課題を解決すべく、インダクタンス素子の磁気コアの外周部に形成したコイルの間にキャパシタを形成する。すなわち、導電体と誘電体とを配し、導電体はアースに接地するのではなくコイルに電気的に接続する構造とすることで、コイルの線間に生じる線間容量を増大させ、インダクタンス素子の自己共振周波数を下げて低周波数領域でのノイズ減衰特性を改善させ、その結果、低周波帯域での減衰特性を改善することが可能となる。
また、コイルは1以上でもよく、その場合、導電体は各々のコイルに独立して配する。更に、導電体と誘電体を内蔵するコンデンサ素子を用いても同様の効果を得ることができるが、この場日はコイルの両端間に並列接続することにより、低周波帯域での減衰特性を改善することが可能となる。
In order to solve the above problems, the present invention forms a capacitor between coils formed on the outer periphery of the magnetic core of the inductance element. In other words, a conductor and a dielectric are arranged, and the conductor is electrically connected to the coil instead of being grounded to the earth, thereby increasing the line capacitance generated between the coils and the inductance element. Thus, it is possible to improve the noise attenuation characteristic in the low frequency region by lowering the self-resonance frequency of the low frequency band. As a result, the attenuation characteristic in the low frequency band can be improved.
Further, the number of coils may be one or more. In that case, the conductor is arranged independently in each coil. In addition, the same effect can be obtained by using a capacitor element containing a conductor and a dielectric. However, in this case, the attenuation characteristics in the low frequency band are improved by connecting the both ends of the coil in parallel. It becomes possible to do.
本発明によれば、磁気コアと、前記磁気コアに被覆導線を巻回してなるコイルと、前記磁気コアと電気的に絶縁された導電体と、誘電体とを備え、前記コイルと前記導電体の間に前記誘電体を配し、前記導電体は前記コイルに電気的に接続されてなることを特徴とするインダクタンス素子が得られる。 According to the present invention, a magnetic core, a coil formed by winding a coated conductive wire around the magnetic core, a conductor electrically insulated from the magnetic core, and a dielectric, the coil and the conductor are provided. An inductance element is obtained in which the dielectric is disposed between the conductors, and the conductor is electrically connected to the coil.
本発明によれば、前記コイルと前記導電体を1以上有し、前記コイルの各々に前記導電体が独立して1以上配されてなることを特徴とするインダクタンス素子が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain an inductance element including one or more of the coil and the conductor, wherein one or more of the conductors are independently arranged in each of the coils.
本発明によれば、磁気コアと、前記磁気コアに被覆導線を巻回してなるコイルと、コンデンサ素子とを備え、前記コンデンサ素子は前記コイルの両端に並列接続されてなることを特徴とするインダクタンス素子が得られる。 According to the present invention, an inductance comprising: a magnetic core; a coil formed by winding a coated conductor around the magnetic core; and a capacitor element, wherein the capacitor element is connected in parallel to both ends of the coil. An element is obtained.
本発明によれば、前記コイルを1以上有し、前記コイルの各々の両端にコンデンサ素子を並列接続されてなることを特徴とするインダクタンス素子が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain an inductance element having one or more coils and having capacitor elements connected in parallel at both ends of each of the coils.
本発明によれば、前記磁気コアは、環状であることを特徴とするインダクタンス素子が得られる。 According to the present invention, an inductance element is obtained in which the magnetic core is annular.
以上述べたように、本発明により、磁気コアに被覆導線を巻回したコイルとの間に、誘電体を介してキャパシタを形成させる導電体を備え、導電体の一部がコイルに接続されるインダクタンス素子、あるいは、磁気コアに被覆導線を巻回したコイルの両端部に並列接続したコンデンサ素子を備えたインダクタンス素子により、インピーダンスの立ち上がり特性を維持したまま自己共振周波数を下げ、新たな自己共振周波数付近の帯域ではインピーダンスを増加させる高性能化が可能となる。 As described above, according to the present invention, a conductor that forms a capacitor through a dielectric is provided between a coil in which a coated conductor is wound around a magnetic core, and a part of the conductor is connected to the coil. A new self-resonant frequency can be achieved by reducing the self-resonance frequency while maintaining the rising characteristics of the impedance by using an inductance element or an inductance element with a capacitor element connected in parallel to both ends of a coil with a coated conductor wound around a magnetic core. In the nearby band, it is possible to improve the performance by increasing the impedance.
また、磁気コアの材質や巻数をそのままで、インダクタンス素子の自己共振周波数を下げることで低周波数領域での減衰特性を改善することができるので、従来は低周波用のインダクタンス素子と高周波用の例えばコンデンサ素子の2つの素子が必要であったが、1つのインダクタンス素子で同等のノイズ抑制効果を得ることができ、小型化、軽量化、低価格化が可能となる。 In addition, since the attenuation characteristic in the low frequency region can be improved by lowering the self-resonance frequency of the inductance element while keeping the material and the number of turns of the magnetic core as it is, conventionally, for example, an inductance element for a low frequency and an element for a high frequency are used. Although two capacitor elements are required, the same noise suppression effect can be obtained with one inductance element, and it is possible to reduce the size, weight, and cost.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
以下に説明する実施の形態におけるインダクタンス素子は、コモンモード用、すなわちトロイダル形状の磁気コアの2つの半円部に被覆導線を巻回したコイルを対称的に2つ形成した構造であるが、全円周に亘って被覆導線を巻回したコイルを1つのみ形成したノーマルモード用や、コイルを3つ以上形成したインダクタンス素子の場合にも適用可能である The inductance element in the embodiment described below has a structure in which two coils for winding a coated conductor are symmetrically formed on two semicircular portions of a common core, that is, a toroidal magnetic core. Applicable to normal mode in which only one coil is formed by winding a coated conductor around the circumference, or in the case of an inductance element in which three or more coils are formed.
図1は、本発明の実施例1によるインダクタンス素子を説明する正面図である。 FIG. 1 is a front view illustrating an inductance element according to Example 1 of the invention.
インダクタンス素子14aは、トロイダル形状の磁気コア15の全体をトロイダル形状の絶縁ケース16で覆い、前記絶縁ケース16の外周面の2箇所に導電体19a、19bをそれぞれ配置し、導電体19a、19bの両方の上面を連ねて覆うように1つの誘電体21aを配した状態で、その外周部の円周の半円部に、かつ前記導電体19a、19bを包囲するようにそれぞれ対称的に被覆導線を巻回したコイル17、コイル18が形成されている。また、導電体19aとコイル17は接続部20aで、導電体19bとコイル18は接続部20bでそれぞれ電気的に接続されている。
ここで、誘電体21aは、分離して配置した導電体19a、19bの全体を覆うように1つを配したが、導電体19a、19bの各々を個別に覆うよう2つ配してもよい。また、導電体19a、19bと誘電体21aは、コイル17、18の内側に配設しているが、コイル17、18の外側、すなわちコイル17、18を形成した後に配設してもよく、その場合はコイル17、18の直ぐ上面には誘電体21aを配し、誘電体21aの上面に導電体19a、19bをそれぞれ配設するのが好ましい。
The
Here, one dielectric 21a is disposed so as to cover the
図2は、本発明の実施例2によるインダクタンス素子を説明する正面図である。 FIG. 2 is a front view for explaining an inductance element according to the second embodiment of the present invention.
インダクタンス素子14bは、トロイダル形状の磁気コア15の全体を絶トロイダル形状の絶縁ケース16で覆い、絶縁ケース16の側面部に円周の半円部にそれぞれ対称的に導電体19c、19dを配置し、導電体19c、19dの各々の上面全体を覆うように誘電体21b、21cを配した状態で、その外周部の円周の半円部に、かつ前記導電体19c、19dを包囲するようにそれぞれ対称的に被覆導線を巻回したコイル17、コイル18が形成されている。また、導電体19cとコイル17は接続部20cで、導電体19dとコイル18は接続部20dでそれぞれ電気的に接続されている。
ここで、導電体19c、19dと誘電体21b、21cは、絶縁ケース16の一方の側面に配置したが、他方の側面やその他の表面にも同様に配してもよく、更に絶縁ケース16を誘電体として使用し、絶縁ケース16の内面に導電体を形成してもよい。但し、導電体と誘電体との配置関係は、導電体は誘電体によって完全に覆われて表面に露出しない状態が好ましい。
また、導電体19c、19dと誘電体21b、21cは、コイル17、18の内側に配設しているが、コイル17、18の外側、すなわちコイル17、18を形成した後に配設してもよく、その場合はコイル17、18の直ぐ上面には誘電体21aを配し、誘電体21aの上面に導電体19a、19bをそれぞれ配設するのが好ましい。
The
Here, the
The
図3は、本発明の実施例3によるインダクタンス素子を説明する正面図である。 FIG. 3 is a front view for explaining an inductance element according to the third embodiment of the present invention.
インダクタンス素子14cは、トロイダル形状の磁気コア15の全体をトロイダル形状の絶縁ケース16で覆い、絶縁ケース16の外周部の円周の半円部にそれぞれ対称的に被覆導線を巻回したコイル17、コイル18を形成し、各コイルの両端部にはそれぞれコンデンサ素子22a、22bが並列接続されている。
The
磁気コア15は、材質が高透磁率の磁性材料であればどんなものでもよく、Mn−Zn系やNi−Zn系のフェライト材、アモルファスやパーマロイなどの金属系材料、鉄系や鉄合金系、その他金属粉末などの導電性材料からなる圧粉材料等でもよく、要求特性に応じて適宜選定するのが好ましい。また、外観形状は環状であれば、円形、楕円形、方形などの何れでもよく、また断面形状は円形、楕円形、長円形、多角形等、どんな形状でもよい。
The
絶縁ケース16は、磁気コア15を絶縁的に覆う樹脂材あればどんな材質でもよく、エポキシ系、フェノール系の熱硬化性樹脂や、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ナイロン系の熱可塑性樹脂の何れでもよい。また、形態は上記樹脂成型体に限らず、磁気コア15の周囲に絶縁紙などをある厚みまで多層巻き付けたような絶縁形態でもよい。
The insulating
コイル17、18は、導体に天然樹脂または合成樹脂塗料を焼き付けたエナメル皮膜銅線や、絶縁性を高めてPVC被覆電線などの何れ導線を用いてもよく、またコイルの線径や巻数は、要求特性に応じ適宜設計・調整するのが好ましい。
The
導電体19a、19b、19c、19dは、材質は銅、アルミニウム、ステンレスなどの金属材料やそれらの合金、また金属材粉末と樹脂を混合した金属樹脂などの導電性を有する材料であれば何れでもよい。また、形状は、板状、箔状などの形状が好ましく、格子状や網目状などでもよい。また、配置する位置は磁気コア15の外周部の一部又は全面でコイル17、18の内側でも、あるいはコイル17、18の外側でもよく、配置状態はコイル17、18と直接接触しないよう配置していればよく、誘電体で全面を覆われた状態が好ましい。
The
接続部20a、20b、20c、20dは、箇所がコイルの何れか1箇所とし、作業性から巻始め、巻終りなどの何れか端部とするのが好ましい。
The connecting
誘電体21a、21b、21cは、誘電率を有する樹脂であればどんなものでもよいが、作業上任意に曲げられるポリエチレンテレフタレート(PET)などの汎用的な熱可塑性樹脂を用いるのよく、また、線間容量を上げるために誘電率の高いものを選定するのがより好ましい。
また、厚みも線間容量との兼ね合いで適宜調整するのが好ましいが、線間容量が上がり、インダクタンス素子の外形寸法も抑えることができる、薄いフィルム状のものを使用するのがより好適である。
The
Further, it is preferable to adjust the thickness as appropriate in consideration of the capacitance between the lines, but it is more preferable to use a thin film that can increase the capacitance between the lines and suppress the outer dimensions of the inductance element. .
コンデンサ素子22a、22bは、電解、フィルム、積層セラミックなどの何れタイプのコンデンサを用いてもよい。
以下、実施例を用いて詳述する。 Hereinafter, it explains in full detail using an Example.
(実施例1)
磁気コア15として、材質がMn−Zn系フェライト材を用い、形状はトロイダル状で外径φ25mm、内径φ15mm、高さ12mmのものを用いた。絶縁ケース16として、PBT樹脂製で、外径φ27mm、内径φ13mm、高さ14mm、肉厚0.5mmの成形体を用い、上記磁気コア15を収納した。絶縁ケース16の外周面に、銅箔からなる長さ20mm、幅10mmの導電体19a、19bを配置し、この外側には厚さ0.5mm、幅12mm、長さ70mmのポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂からなる誘電体21aを前記導電体19a、19bの両方を覆うように配した。
コイル17、18として、線径φ0.8mmのポリウレタン被覆銅線(UEW線)を用い、前記誘電体21aを含む前記絶縁ケース16の外周部の半円部にそれぞれ対称的に巻線を施し、巻数はそれぞれ38ターンとした。コイルを形成した後、コイル17と導電体19aを接続部20aで、またコイル18と導電体19bを接続部20bでそれぞれ半田付けにより接続し、図1に示した本発明の実施例1によるインダクタンス素子14aを得た。ここで、接続部20a、20b以外は導電体19a、19bが誘電体21aの表面から露出しないようにしている。
Example 1
As the
As the
(実施例2)
また、実施例1と同一部材を使用して、導電体19c、19dの配置位置を変えた場合、すなわちトロイダル状の絶縁ケース16の表面側面部に配置し、その上面に各導電体の全体を覆うように誘電体21b、21cを配した、図2に示した本発明の実施例2によるインダクタンス素子14bを得た。
(Example 2)
In addition, when the arrangement positions of the
(実施例3)
更に、実施例1と同一部材を使用し、導電体と誘電体とを削除し、コイル17、18の各々の両端部にはコンデンサ素子22a、22bとして、積層セラミックコンデンサで、外形が約7mm横×3mm縦×2mm厚、容量が共に10pFのものを用い、それぞれ並列接続した、図3に示した本発明の実施例3によるインダクタンス素子14cを得た。
(Example 3)
Further, the same members as in Example 1 are used, the conductor and the dielectric are deleted, and
前述のいずれの場合にも導電体とコイルとが対向する面積、介在する誘電体の厚さや材質、あるいはコンデンサ素子の容量を調整することで、インダクタンス素子の特性が調整可能である。 In any of the cases described above, the characteristics of the inductance element can be adjusted by adjusting the area where the conductor and the coil face each other, the thickness and material of the intervening dielectric, or the capacitance of the capacitor element.
上記の要領で作製した、図1、図2、図3の各々に示した本発明の実施例1〜実施例3によるインダクタンス素子14a、14b、14cと、比較例として同一部材を用い、図6に示した従来のインダクタンス素子61について、各々の減衰特性を測定し比較結果を図4に示す。
図4に示す通り、本発明のインダクタンス素子14a、14b、14cは、従来のインダクタンス素子61に比べ、インピーダンスの立ち上がり特性を維持したまま自己共振周波数を下げ、新たな自己共振周波数付近の帯域ではインピーダンスが増加していることに起因する良好な減衰特性が得られた。
As shown in FIG. 4, the
以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。 The embodiments of the present invention have been described above using the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and the present invention is not limited to the scope of the present invention. Included in the invention. That is, various changes and modifications that can be naturally made by those skilled in the art are also included in the present invention.
本発明のインダクタンス素子により、各種電子機器に搭載するノイズフィルタの高性能(広帯域化)のみならず、小型化、低コスト化も可能なEMC、EMI市場の構築にも寄与できる。 The inductance element of the present invention can contribute not only to the high performance (broadband) of noise filters mounted on various electronic devices, but also to the construction of EMC and EMI markets that can be reduced in size and cost.
1 ノイズフィルタ
11、13 コンデンサ素子
12 インダクタンス素子
14、14a、14b、14c インダクタンス素子
15 磁気コア
16 絶縁ケース
17、18 コイル
19a、19b、19c、19d 導電体
20a、20b、20c、20d 接続部
21a、21b、21c 誘電体
22a、22b コンデンサ素子
61 インダクタンス素子
62 磁気コア
63 接地導体
64 誘電体
65 近接導体
66 被覆導線
67、68 コイル
69 リード線
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