JP2010219193A - Inductance element, and noise filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノイズフィルタに用いられるインダクタンス素子及びノイズフィルタに関するものである。 The present invention relates to an inductance element and a noise filter used for a noise filter.
エアコンや洗濯機のように、モータが内蔵されている電機機器が広く使用されている。これらの電機機器においては、商用電源をコンバータにより一旦直流に変換し、さらにインバータを用いて交流に変換してモータに供給している。インバータを構成するスイッチング素子はパルス幅変調信号により高速でスイッチング制御されている。このようなコンバータやインバータを含む電力変換装置においては、高速スイッチング動作により電磁妨害雑音が発生し、発生した電磁妨害雑音が、電源ラインやアースを流れて他の機器に伝導して誤動作を起こす原因となる。このような電磁妨害雑音を除去するため、商用電源と負荷装置との間のノイズフィルタが設けられている。 Electrical devices with built-in motors such as air conditioners and washing machines are widely used. In these electric appliances, commercial power is temporarily converted into direct current by a converter, and further converted into alternating current using an inverter and supplied to the motor. Switching elements constituting the inverter are switching-controlled at high speed by a pulse width modulation signal. In such power converters including converters and inverters, electromagnetic interference noise is generated by high-speed switching operation, and the generated electromagnetic interference noise flows through the power line and ground to cause other devices to cause malfunction. It becomes. In order to remove such electromagnetic interference noise, a noise filter is provided between the commercial power supply and the load device.
ノイズフィルタとして、円環状のコアに一対の巻線を巻回したコモンモードチョークコイルを用いたノイズフィルタが既知である(例えば、特許文献1参照)。この既知のインダクタンス素子においては、トロイダル状のコアの外周面を絶縁ケースにより覆い、絶縁ケースの表面全体に2つの巻線が巻回されている。さらに、2つの巻線間に容量性結合を形成するため、銅箔を装着し、銅箔に接続した接地接続用端子を2つの巻線のリード部と平行に延在させている。 As a noise filter, a noise filter using a common mode choke coil in which a pair of windings are wound around an annular core is known (for example, see Patent Document 1). In this known inductance element, the outer peripheral surface of a toroidal core is covered with an insulating case, and two windings are wound around the entire surface of the insulating case. Further, in order to form a capacitive coupling between the two windings, a copper foil is attached, and a ground connection terminal connected to the copper foil is extended in parallel with the lead portions of the two windings.
上述したインダクタンス素子をノイズフィルタに用いる場合、雑音減衰効果は認められるものの、減衰量が十分満足できず、雑音減衰性能について一層改善することが強く要請されている。さらに、減衰量を改善しようとすると、磁性コアの寸法を大きくする必要があり、インダクタンス素子が大型化する欠点もある。さらに、上述した既知のインダクタンス素子は、2つの巻線を容量性結合するため、銅箔を装着しているため、構造が複雑化し製造コストが高価になる不具合も指摘されている。 When the above-described inductance element is used for a noise filter, although the noise attenuation effect is recognized, the attenuation amount is not sufficiently satisfied, and there is a strong demand for further improvement in noise attenuation performance. Furthermore, if the amount of attenuation is to be improved, it is necessary to increase the size of the magnetic core, and there is a disadvantage that the inductance element becomes larger. Furthermore, the known inductance element described above has a problem that the structure is complicated and the manufacturing cost is high because the copper foil is attached to capacitively couple the two windings.
本発明の目的は、構造が複雑化することなく、雑音減衰効果が改善されたノイズフィルタ及びそれに用いられるインダクタンス素子を実現することにある。 An object of the present invention is to realize a noise filter having an improved noise attenuation effect and an inductance element used therefor without complicating the structure.
商用電源と負荷装置との間に接続されるノイズフィルタに用いられるインダクタンス素子であって、一端が商用電源に接続され他端が負荷装置側に接続される第1及び第2の交流線と、磁性材料により構成され、前記交流線がそれを中心に巻回されるコア芯と、前記コア芯を包囲する球殻状のシールドコアとが一体的に形成されたコア本体とを具え、前記第1及第2の交流線は、前記コア本体の前記コア芯の周りに互いに反対向きに巻回されていることを特徴とするインダクタンス素子によって課題を解決する。
ここにいう「交流線がそれを中心に巻回されるコア芯」とは、交流線がコア芯を中心に巻回されていることを示している。すなわち、「それ」とは「コア芯」である。交流線がコア芯に直接巻回されている場合(実施例1)と、コア芯の周囲に別部材のボビンが設けられ、交流線がコア芯ではなくボビンに直接巻回されている場合(実施例2)とある。
An inductance element used in a noise filter connected between a commercial power source and a load device, one end of which is connected to the commercial power source and the other end is connected to the load device side; A core body formed of a magnetic material, around which the AC line is wound, and a core body integrally formed with a spherical shell-shaped shield core that surrounds the core core; The first and second AC wires are wound around the core core of the core body in an opposite direction to solve the problem by an inductance element.
Here, the “core core around which the AC line is wound” indicates that the AC line is wound around the core core. That is, “it” is “core core”. When the AC line is wound directly around the core core (Example 1) and when a separate bobbin is provided around the core core, the AC line is wound directly around the bobbin instead of the core core ( Example 2).
前記インダクタンス素子において、前記第1及び第2の交流線は、前記コア芯の周りに反対向きに巻回されて第1及び第2の巻線を形成し、これら第1及び第2の巻線は前記シールドコアにより磁気シールドされていることを特徴とするインダクタンス素子によって課題を解決する。 In the inductance element, the first and second AC lines are wound in opposite directions around the core core to form first and second windings, and the first and second windings are formed. Solves the problem by an inductance element characterized by being magnetically shielded by the shield core.
前記インダクタンス素子において、前記交流線は、コア芯を囲むボビンに直接巻回され、前記ボビンが端子と複数の脚を具え、基板上に実装可能に構成されていることを特徴とするインダクタンス素子によって課題を解決する。 In the inductance element, the AC line is directly wound around a bobbin surrounding a core core, the bobbin includes a terminal and a plurality of legs, and is configured to be mountable on a substrate. Solve the problem.
前記インダクタンス素子において、前記コア本体は、前記コア芯の軸線と直交する面に沿って2分割される2個のコア部材により構成されていることを特徴とするインダクタンス素子によって課題を解決する。 In the inductance element, the core body is constituted by two core members that are divided into two along a plane orthogonal to the axis of the core core to solve the problem.
前記インダクタンス素子において、前記コア部材のうち少なくとも一方のコア部材には、前記コア芯の軸線と直交する面に平行なフランジが形成され、基板上に実装可能に構成されていることを特徴とするインダクタンス素子によって課題を解決する。 In the inductance element, at least one of the core members is formed with a flange parallel to a surface perpendicular to the axis of the core core, and is configured to be mountable on a substrate. The problem is solved by the inductance element.
前記インダクタンス素子において、前記交流線は、コア芯に直接巻回され、当該インダクタンス素子は、負荷装置の外部に配置される外付け構造とされていることを特徴とするインダクタンス素子によって課題を解決する。 In the inductance element, the AC line is wound directly around a core core, and the inductance element has an external structure arranged outside the load device. .
商用電源と負荷装置との間に接続され、インダクタンス素子と容量性素子とを含むノイズフィルタであって、前記インダクタンス素子は、一端が商用電源に接続され他端が負荷装置側に接続される第1及び第2の交流線と、磁性材料により構成され、前記交流線がそれを中心に巻回されるコア芯と、前記コア芯を包囲する球殻状のシールドコアとが一体的に形成されたコア本体とを具え、前記第1及第2の交流線は、前記コア本体の前記コア芯の周りに互いに反対向きに巻回されて第1及び第2の巻線を形成し、これら第1及び第2の巻線が前記シールドコアにより磁気シールドされていることを特徴とするノイズフィルタによって課題を解決する。 A noise filter connected between a commercial power source and a load device and including an inductance element and a capacitive element, wherein the inductance element has a first end connected to the commercial power source and the other end connected to the load device side. The first and second AC lines, a core core made of a magnetic material, around which the AC line is wound, and a spherical shell-shaped shield core surrounding the core core are integrally formed. And the first and second AC wires are wound around the core core of the core body in opposite directions to form first and second windings. The problem is solved by a noise filter characterized in that the first and second windings are magnetically shielded by the shield core.
交流電源ラインに接続され、雑音を減衰させるクランプコアであって、一端が商用電源に接続され他端が負荷装置側に接続される第1及び第2の交流線と、磁性材料により構成され、前記交流線がそれを中心に巻回されるコア芯と、前記コア芯を包囲する球殻状のシールドコアとが一体的に形成されたコア本体とを具え、前記第1及第2の交流線は、前記コア本体の前記コア芯の周りに互いに反対向きに巻回されて第1及び第2の巻線を形成し、これら第1及び第2の巻線が前記シールドコアにより磁気シールドされていることを特徴とするクランプコアによって、課題を解決する。 A clamp core that is connected to an AC power supply line and attenuates noise, and is composed of a first and second AC lines having one end connected to a commercial power supply and the other end connected to the load device side, and a magnetic material, The first and second alternating currents comprise a core core around which the AC line is wound, and a core body integrally formed with a spherical shell-shaped shield core surrounding the core core. Wires are wound around the core core of the core body in opposite directions to form first and second windings, and these first and second windings are magnetically shielded by the shield core. The problem is solved by a clamp core characterized by
本発明によれば、巻線がそれを中心に巻回されるコア芯と、前記コア芯を包囲する球殻状のシールドコアとが一体化されたコア本体を用い、前記コア芯をに巻回されている巻線が磁気シールドされているインダクタンス素子を用いているので、外部磁束による影響を受けにくく優れた雑音減衰効果が発揮される。特に、従来のノイズフィルタでは除去しにくかった200kHz前後の低周波帯域の雑音レベルを相当低下させることが可能になる。 According to the present invention, a core body in which a core core around which a winding is wound and a spherical shell-shaped shield core surrounding the core core is integrated, and the core core is wound around the core core. Since an inductance element in which the wound winding is magnetically shielded is used, an excellent noise attenuating effect is exhibited that is hardly affected by the external magnetic flux. In particular, the noise level in the low frequency band around 200 kHz, which is difficult to remove with the conventional noise filter, can be considerably reduced.
図1は本発明の第一実施例によるノイズフィルタに用いられるインダクタンス素子の一例を示す図であり、図1(A)はコア芯の軸線を含む面で切って示す断面図、図1(B)は2個のコア部材を離間して示す斜視図である。本発明によるインダクタンス素子は、磁性材料から成るコア本体1を有する。図1(B)に示すように、コア本体1は、2つのコア部材1aと1bを有し、コア芯と直交する面に沿って2分割された構造を有する。2個のコア部材1aと1bとを接着剤を介して結合することにより、図1(A)に示すコア本体が形成される。図1(A)に示すように、コア本体1は、コア芯2と、コア芯2の全体を包囲する球殻状のシールドコア3とが一体的に形成された構造を有する。シールドコア3には、コア芯2を挟んで互いに対向するように2つの開口4a及び4bが形成される。
FIG. 1 is a view showing an example of an inductance element used in a noise filter according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view taken along a plane including the axis of the core core, and FIG. ) Is a perspective view showing two core members apart. The inductance element according to the present invention has a
コア芯2に一対の交流線5a及び5bを巻回する。交流線5a及び5bの一端は、開口部4aを経て商用電源側に接続され、他端は開口部4bを経て負荷装置側に接続する。図2は、コア本体をコア芯と直交する面で切って示す図であり、一対の交流線5a及び5bの巻回方向を示す。第1の交流線5aはコア芯2の周りに時計方向に沿って巻回されて第1の巻線6aを形成し、第2の交流線5bはコア芯の周りに反時計方向に沿って巻回されて第2の巻線6bを形成する。すなわち、2本の交流線は、コア芯2の周りに互いに反対向きに巻回する。
A pair of
本発明によるインダクタンス素子は、交流線のコア芯に巻回された巻線部分とコア本体とにより形成され、インダクタンス素子自身が球殻状のシールドコア3により磁気遮蔽された構造である。よって、2つの巻線に電流が流れることにより発生する磁束は、球殻状のシールドコアにそって流れ、外部に漏洩しない。同時に、外部から入射した磁束は、シールドコアにそって流れ、巻線に対して影響を与えない。従って、インダクタンス素子により発生した磁束が外部に漏洩せず、外部磁束がインダクタンス素子の内部にほとんど侵入しないので、不所望な外部磁束による影響を受けないインダクタンス素子が実現される。 The inductance element according to the present invention is formed by a winding portion wound around a core core of an AC line and a core body, and the inductance element itself is magnetically shielded by a spherical shell-shaped shield core 3. Therefore, the magnetic flux generated by the current flowing through the two windings flows along the spherical shell-shaped shield core and does not leak to the outside. At the same time, the magnetic flux incident from the outside flows along the shield core and does not affect the winding. Therefore, since the magnetic flux generated by the inductance element does not leak to the outside and the external magnetic flux hardly penetrates into the inductance element, an inductance element that is not affected by an undesired external magnetic flux is realized.
コア本体を構成するコア部材1a及び1bは、絶縁性コーティングされた磁性体粉末をプレス成型加工することにより製造され、又は電気的絶縁性のバインダ中に高透磁率の磁性体粉末が混合された混合体粉末をプレス成型加工することにより製造される。強磁性体粉末として、例えば、鉄、ケイ化鉄、パーマロイ(Fe-Ni)、スーパーマロイ(Fe-Ni-Mo)、センダスト、窒化鉄、鉄アルミ合金、鉄コバルト合金等から選択した1種又は2種以上の磁性体金属を用いることができる。また、強磁性体粉末をコーティングする絶縁材料又は絶縁性のバインダとして、酸化シリコン等の各種無機材料や有機材料から選択した絶縁性材料が用いられる。具体的には、例えば酸化硅素、水ガラス、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等から選択される。
The
図1(A)に示すインダクタンス素子を組み立てる場合、コア部材1a及び1bの中央に位置するコア芯に各交流線を互いに反対向きに所定の巻数だけ巻回する。そして、交流線が巻回されたコア部材を位置決めして接着剤で結合することにより製造される。
When assembling the inductance element shown in FIG. 1A, each AC line is wound around the core core located at the center of the
図4は、本発明によるインダクタンス素子を含むノイズフィルタの一例を示す回路図である。本例では、AC電源ラインにおいてノイズ対策を行う。商用電源に接続された一対の交流線10a及び10b間に相関コンデンサ11を接続する。この相関コンデンサ11はノーマルモードノイズを除去する。交流線10a及び10bの他端に本発明によるインダクタンス素子12を接続する。インダクタンス素子12の他端側に、相関コンデンサ13と14との直列回路を接続し、相関コンデンサ13と14との接続点を基準電位に接続する。インダクタンス素子12と相関コンデンサ13及び14とにより主としてコモンモードノイズを除去する。尚、相関コンデンサ13及び14はノイズをGNDにバイパスする機能を果たす。2個の相関コンデンサの直列回路の後段に第2のインダクタンス素子15を接続する。この第2のインダクタンス素子15はノーマルモードチョークコイルであり、相関コンデンサ11と共にノーマルモードノイズを除去する。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a noise filter including an inductance element according to the present invention. In this example, noise countermeasures are taken in the AC power supply line. A
次に、本発明によるインダクタンス素子の雑音減衰効果について説明する。交流電源ラインに本発明によるインダクタンス素子及び従来のチョークコイルをそれぞれ接続した雑音レベルを測定した。図4は雑音レベルの測定結果を示すグラフであり、横軸は周波数を示し、縦軸は雑音レベル(dB)を示す。図4(A)は電源ラインに図1に示すインダクタンス素子をクランプコアとして接続したときの雑音レベルを示し、図4(B)は電源ラインにリング状コアにコイルを巻回した従来のコモンモードチョークコイルを接続したときの雑音レベルを示す。電源として200V、50HzのAC電源を用いた。図4(A)と(B)とを対比するに、100〜300kHzの低周波数帯域において、顕著な差異が見出され、本発明によるインダクタンス素子を用いた場合、従来のチョークコイルを用いた場合よりも雑音レベルは強く抑制されており、例えば150KHz付近において、約8dBも低下している。この実験結果から明らかなように、本発明によるインダクタンス素子は、従来のチョークコイルよりも優れた雑音減衰効果を発揮することが確認された。尚、図4に示す実験結果は一例であり、他の製品に適用して実験した場合、低周波数帯域から1MHzいたる帯域において、雑音減衰効果が発揮できることが実験により確認されている。 Next, the noise attenuation effect of the inductance element according to the present invention will be described. The noise level was measured by connecting the inductance element according to the present invention and the conventional choke coil to the AC power line. FIG. 4 is a graph showing the measurement result of the noise level, where the horizontal axis indicates the frequency and the vertical axis indicates the noise level (dB). 4A shows the noise level when the inductance element shown in FIG. 1 is connected to the power supply line as a clamp core, and FIG. 4B shows a conventional common mode in which a coil is wound around the ring core around the power supply line. Indicates the noise level when a choke coil is connected. A 200 V, 50 Hz AC power source was used as the power source. 4 (A) and 4 (B) are compared, a remarkable difference is found in the low frequency band of 100 to 300 kHz. When the inductance element according to the present invention is used, the conventional choke coil is used. The noise level is more strongly suppressed than that, for example, about 8 dB in the vicinity of 150 KHz. As is clear from the experimental results, it was confirmed that the inductance element according to the present invention exhibits a noise attenuation effect superior to that of the conventional choke coil. The experimental result shown in FIG. 4 is an example, and it has been confirmed by experiments that a noise attenuation effect can be exhibited in a band from a low frequency band to 1 MHz when an experiment is applied to other products.
図3に実施例2を示す。実施例2は、基板に実装する構造を備えるインダクタ素子である。
図3(A)は、図1(A)と同様に、コア芯の軸線を含む面で切って示す断面図であり、図3(B)は、図1(B)と同様に、2個のコア部材と、ボビンを離間して示す斜視図である。この実施例のインダクタンス素子は、ユニットに実装し、入力フィルタ(チョークコイル)に用いる。ボビン7は、端子9及び脚8と一体となり実装具20を構成している。ボビン7は、コア芯2を囲んで存在し、絶縁材でなる。脚8はボビンと同材料で一体となっている。一方、実装具20は複数の端子9を備えている。端子9は、ボビン7の両端に位置する脚8に固定され、基板(図示しない)に実装するために適当な構造となっている。端子9を脚8に固定する構成はあらゆる公知の技術を用いることができる。
実施例2では、図2に示す通り、一対の交流線5a及び6a(図1及び図2)はボビン7の周りに互いに反対向きに巻回する。即ち、コア芯2に直接巻回せずに、ボビン7がコア芯2を被っている。実装した場合の雑音減衰効果は、実施例1と同一である。
Example 2 is shown in FIG. Example 2 is an inductor element provided with the structure mounted in a board | substrate.
3A is a cross-sectional view taken along a plane including the axis of the core core, as in FIG. 1A, and FIG. 3B has two pieces as in FIG. 1B. It is a perspective view which shows and separates the core member and the bobbin. The inductance element of this embodiment is mounted on a unit and used for an input filter (choke coil). The bobbin 7 is integrated with the terminal 9 and the leg 8 to form a mounting tool 20. The bobbin 7 surrounds the
In the second embodiment, as shown in FIG. 2, the pair of
1 コア本体
1a、1b コア部材
2 コア芯
3 シールドコア
4a、4b 開口部
5a、5b 交流線
6a、6b 巻線
7 ボビン
8 脚
9 端子
10a、10b 交流線
11 相関コンデンサ
12 インダクタンス素子
13、14 相関コンデンサ
15 インダクタンス素子
20 実装具
DESCRIPTION OF
Claims (8)
一端が商用電源に接続され他端が負荷装置側に接続される第1及び第2の交流線と、
磁性材料により構成され、前記交流線がそれを中心に巻回されるコア芯と、前記コア芯を包囲する球殻状のシールドコアとが一体的に形成されたコア本体とを具え、
前記第1及第2の交流線は、前記コア本体の前記コア芯の周りに互いに反対向きに巻回されていることを特徴とするインダクタンス素子。 An inductance element used for a noise filter connected between a commercial power supply and a load device,
First and second AC lines having one end connected to a commercial power source and the other end connected to the load device side;
A core body made of a magnetic material and including a core core around which the AC line is wound and a spherical shell-shaped shield core that surrounds the core core,
The inductance element, wherein the first and second AC lines are wound in opposite directions around the core core of the core body.
一端が商用電源に接続され他端が負荷装置側に接続される第1及び第2の交流線と、
磁性材料により構成され、前記交流線がそれを中心に巻回されるコア芯と、前記コア芯を包囲する球殻状のシールドコアとが一体的に形成されたコア本体とを具え、
前記第1及第2の交流線は、前記コア本体の前記コア芯の周りに互いに反対向きに巻回されて第1及び第2の巻線を形成し、これら第1及び第2の巻線が前記シールドコアにより磁気シールドされていることを特徴とするノイズフィルタ。 A noise filter connected between a commercial power source and a load device and including an inductance element and a capacitive element, wherein the inductance element is
First and second AC lines having one end connected to a commercial power source and the other end connected to the load device side;
A core body made of a magnetic material and including a core core around which the AC line is wound and a spherical shell-shaped shield core that surrounds the core core,
The first and second AC wires are wound around the core core of the core body in opposite directions to form first and second windings, and these first and second windings Is noise shielded by the shield core.
一端が商用電源に接続され他端が負荷装置側に接続される第1及び第2の交流線と、
磁性材料により構成され、前記交流線がそれを中心に巻回されるコア芯と、前記コア芯を包囲する球殻状のシールドコアとが一体的に形成されたコア本体とを具え、
前記第1及第2の交流線は、前記コア本体の前記コア芯の周りに互いに反対向きに巻回されて第1及び第2の巻線を形成し、これら第1及び第2の巻線が前記シールドコアにより磁気シールドされていることを特徴とするクランプコア。 A clamp core that is connected to an AC power line and attenuates noise,
First and second AC lines having one end connected to a commercial power source and the other end connected to the load device side;
A core body made of a magnetic material and including a core core around which the AC line is wound and a spherical shell-shaped shield core that surrounds the core core,
The first and second AC wires are wound around the core core of the core body in opposite directions to form first and second windings, and these first and second windings Is clamped magnetically by the shield core.
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