JP2014120518A

JP2014120518A - インダクタンス素子及びノイズフィルタ

Info

Publication number: JP2014120518A
Application number: JP2012272476A
Authority: JP
Inventors: Yuta Nakano; 雄太中野; Hide Sato; 秀佐藤
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-06-30

Abstract

【課題】相間の絶縁性が確保されたインダクタンス素子及びノイズフィルタを提供すること。
【解決手段】トロイダルコア２１乃至２４と、棒状導体１１と、棒状導体１３を備え、棒状導体１１、１３は、中央部と、中央部の一端より長手方向と交差する方向へ曲がる端部１１０３、１３０３、１１０４、１３０４を有し、トロイダルコア２１乃至２４の内側に棒状導体１１、１３が中央部まで挿通され、棒状導体１１、１３の端部１１０３、１３０３と、端部１１０４、１３０４が互いに離れているインダクタンス素子によって棒状導体１１と棒状導体１３の端部間の絶縁距離を確保する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インダクタンスを利用してノイズ抑制などを行うインダクタンス素子、及びそれを用いたノイズフィルタに関する。

単相、もしくは三相の導線経路でのノイズを抑制するために、インダクタンスやキャパシタンスを利用したノイズフィルタが用いられている。

特に１００Ａ程度の大電流が通電される場合には、トロイダルコアに導線を１回挿通させただけのインダクタンス素子を用いたノイズフィルタの構成が、例えば特許文献１に記載されている。

特開平３−１０２８０８号公報

特許文献１の構成では、特に導線の両端部における絶縁距離を充分に確保することが困難であるため、使用環境によっては短絡が発生する可能性があるという課題がある。

また、特に大電流を通電する場合には、導線が太くなり、必然的に剛性が高まることから、導線の両端部における絶縁距離を確保するために、導線をトロイダルコアに挿通した後で曲げようとしても、加工が困難であったり、トロイダルコアに過剰なストレスが掛かって破損する可能性があるという課題がある。

従って本発明の目的は、導線経路における相間の絶縁性を高めたインダクタンス素子及びノイズフィルタを提供することにある。

本発明は、上記課題を少なくとも１つのトロイダルコアと、第１棒状導体と、第２棒状導体を備え、前記第１、及び第２棒状導体は、中央部と、前記中央部の一端より長手方向と交差する方向へ曲がる端部を有し、前記トロイダルコアの内側に前記第１、及び第２棒状導体が前記中央部まで挿通され、前記第１、及び第２棒状導体の両端部が互いに離れていることを特徴とするインダクタンス素子により、棒状導体の両端部間の絶縁距離を確保することで解決する。

なお、前記第１、及び第２棒状導体は、一方の端部が前記中央部の一端より長手方向と交差する方向へ曲がり、他方の端部が前記交差する方向と同じ方向に曲がっていることを特徴とするインダクタンス素子となることで、棒状導体の両端部間の絶縁距離を広げることができるため、望ましい。

また、前記第１棒状導体、及び前記第２棒状導体は板状であり、前記トロイダルコアの内径をＲ、前記第１棒状導体の前記中央部における長手方向に直角な方向の幅をＷ_１、厚さをＴ_１、前記第２棒状導体の前記中央部における長手方向に直角な方向の幅をＷ_２、厚さをＴ_２とした場合、

とすることで、第２棒状導体を中央部の長手方向を軸として回転させることができ、組み立て工程の自由度が増すため、望ましい。

また、前記第１棒状導体、及び前記第２棒状導体は、前記中央部と前記両端部の間が、曲がり角が鈍角となるクランク状の経路で接続されていることで、トロイダルコアの挿通が容易となるため、望ましい。

また、さらに第３棒状導体を備え、前記トロイダルコアの内側で、前記第３棒状導体の前記中央部が、前記第１、第２棒状導体の前記中央部の間に挟まれるよう挿通され、前記第１棒状導体の前記両端部と前記第２棒状導体の前記両端部の間に前記第３棒状導体の前記両端部が互いに離れるよう配されることを特徴とするインダクタンス素子とすることで、第１棒状導体、第２棒状導体、第３棒状導体による３相構成とした場合でも、第１棒状導体と第３棒状導体、第３棒状導体と第２棒状導体の端部間の絶縁距離を確保することができるため、望ましい。

また、前記トロイダルコアの内周面が電気的に絶縁され、前記第３棒状導体の前記中央部が絶縁体により覆われていることで、全ての前記棒状導体が互いに電気的に絶縁されていることが望ましい。

また、全ての前記棒状導体は板状であり、全ての前記棒状導体の板面が互いに平行となるよう、前記棒状導体の前記中央部もしくは前記両端部を支持する支持部をさらに備えることが望ましい。

また、前記インダクタンス素子を備え、前記棒状導体と接地電位にある導体の間、もしくは前記棒状導体の間にコンデンサを接続したノイズフィルタとすることが望ましい。

また、前記インダクタンス素子を前記棒状導体の導電経路に沿って複数設け、前記インダクタンス素子間で前記棒状導体と接地電位にある導体の間、もしくは前記棒状導体の間にコンデンサを接続することが望ましい。

また、少なくとも１つのトロイダルコアと、第１棒状導体と、第２棒状導体と、第３棒状導体を備え、前記第１、及び第２棒状導体は、一方の端部が中央部の一端より長手方向と交差する方向へ曲がり、他方の端部が前記交差する方向と同じ方向に曲がる形状であり、前記第３棒状導体は直線状の形状であり、前記第１棒状導体の前記両端部と前記第２棒状導体の前記両端部の間に前記第３棒状導体の前記両端部が互いに離れるよう配されるインダクタンス素子の製造方法として、前記第１、第２棒状導体を重ね、前記第１、第２棒状導体へ前記トロイダルコアを前記中央部まで挿通し、前記第２棒状導体を前記中央部の長手方向を軸として１８０°回転させ、前記トロイダルコアの内側で前記第１棒状導体と前記第２棒状導体における前記中央部の間に配されるよう、第３棒状導体を前記中央部まで挿通するものとするのが望ましい。

本発明によって、棒状導体両端部間を離し、絶縁距離を確保することにより、導線経路における相間の絶縁性を高めたインダクタンス素子及びノイズフィルタを提供することが可能となる。

本発明における実施形態１のインダクタンス素子の組み立て手順を図１（ａ）、図１（ｂ）の順に示す斜視図である。本発明における実施形態１のインダクタンス素子の組み立て手順を図２（ａ）から図２（ｄ）の順に示す断面図であり、図１におけるＡ面の断面図に対応している。本発明における実施形態１のインダクタンス素子を用いたノイズフィルタを示す斜視図である。図３における回路基板及び回路部品を抜き出した斜視図である。図３及び図４におけるノイズフィルタの等価回路図の一例である。図３及び図４におけるノイズフィルタの等価回路図の他の一例である。本発明における実施形態２のインダクタンス素子を用いたノイズフィルタを示す斜視図である。図７における回路基板及び回路部品を抜き出した斜視図である。図７及び図８におけるノイズフィルタの等価回路図である。図７における棒状導体を抜き出した斜視図である。本発明における実施形態３のノイズフィルタを示す等価回路図である。本発明における実施形態４のインダクタンス素子の棒状導体にトロイダルコアを挿通する状態を示す平面図である。本発明における実施形態５のインダクタンス素子の組み立て手順を図１３（ａ）、図１３（ｄ）の順に示す平面図である。

（実施形態１）
図１は、本発明における実施形態１のインダクタンス素子の組み立て手順を図１（ａ）、図１（ｂ）の順に示す斜視図である。

まず、図１（ａ）のように、トロイダルコア２１、２２、２３、２４に重ねた棒状導体１１、１３を挿通する。

ここで、組み立て後のインダクタンス素子における棒状導体１１、１３の内側に沿う端部を内側エッジ１１０１、１３０１とし、外側に沿う端部を外側エッジ１１０２、１３０２とすると、図１（ａ）では内側エッジ１１０１、１３０１、外側エッジ１１０２、１３０２がそれぞれ重なっている。

また、棒状導体１１、１３の中央部長手方向の延長線Ｅに対して棒状導体１１、１３の端部１１０３、１１０４、１３０３、１３０４は直角クランク状に曲がっている。また、棒状導体１１、１３の中央部と端部１１０３、１１０４、１３０３、１３０４は棒状導体１１、１３の板面に属し、板面を延長線Ｅで２つの領域に区切った場合には、棒状導体１１の端部１１０３、１１０４は一方の領域に属し、棒状導体１３の端部１３０３、１３０４も一方の領域に属する。

次に、図１（ｂ）のように、棒状導体１１を中央部の長手方向を軸として１８０°回転させ、棒状導体１１と棒状導体１３の間に絶縁体４を装着した棒状導体１２を挿通することでインダクタンス素子を組み立てることができる。ここで、延長線Ｅと端部１２０３、１２０４は、それぞれ端部１１０３、１１０４、１３０３、１３０４の間に並んでいる。

図２は、本発明における実施形態１のインダクタンス素子の組み立て手順を図２（ａ）から図２（ｄ）の順に示す断面図であり、図１におけるＡ面の断面図に対応している。

まずは、図２（ａ）のように、トロイダルコア２４の断面では、棒状導体１１、１３は、内側エッジ１１０１、１３０１、外側エッジ１１０２、１３０２がそれぞれ重なるような配置となっている。

次に、図２（ｂ）のように棒状導体１３をトロイダルコア２４の内周面に接触させつつ棒状導体１１を回転させてゆくと、９０°回転させたところで、トロイダルコア２４の内周面と棒状導体１１が最も近接する。

この際、棒状導体１１がトロイダルコア２４の内周面に邪魔されずに１８０°まで回転させるためには、棒状導体１１の中央部における長手方向に垂直な方向の幅をＷ_１、厚さをＴ_１、棒状導体１３の中央部における長手方向に垂直な方向の幅をＷ_２、厚さをＴ_２とした場合、

の関係が成立すればよい。

さらに、図２（ｃ）のように、棒状導体１３を図６（ａ）の状態から１８０°回転させることで、外側エッジ１１０２と内側エッジ１３０１、内側エッジ１１０１と外側エッジ１３０２が重なるような配置となる。

さらに、図２（ｄ）のように、棒状導体１１と棒状導体１３の間に絶縁体４を装着した棒状導体１２を挿通することでインダクタンス素子を組み立てることができる。

すなわち本発明は、トロイダルコア２１乃至２４と、棒状導体１１と、棒状導体１３を備え、棒状導体１１、１３は、中央部と、中央部の一端より長手方向と交差する方向へ曲がる端部１１０３、１３０３、１１０４、１３０４を有し、トロイダルコア２１乃至２４の内側に棒状導体１１、１３が中央部まで挿通され、棒状導体１１、１３の端部１１０３、１３０３と、端部１１０４、１３０４が互いに離れているインダクタンス素子によって棒状導体１１と棒状導体１３の端部間の絶縁距離を確保する実施形態を取り得る。

また、本発明は、さらに棒状導体１２を備え、トロイダルコア２１内視４の内側に棒状導体１２の中央部が、棒状導体１１と棒状導体１３の中央部の間に挟まれるよう挿通され、棒状導体１１の端部１１０３、１１０４と棒状導体１３の端部１３０３、１３０４の間に棒状導体１２の端部１２０３、１２０４が、端部１１０３、１１０４、及び端部１３０３、１３０４と離れるよう配されるインダクタンス素子とすることで、棒状導体１１、１２、１３による３相構成とした場合でも、棒状導体１１と棒状導体１２、棒状導体１２と棒状導体１３の端部間の絶縁距離を確保する実施形態を取り得る。

図３は、本発明における実施形態１のインダクタンス素子を用いたノイズフィルタを示す斜視図である。

図３では、棒状導体１１、１２、１３がトロイダルコア２１、２２、２３、２４に挿通されている。

ここで、棒状導体１１、１２、１３は、バスバー等の厚板状の導体板であれば、断面積が大きいために大電流が通電できる上、端子部での導電接続が容易であるため望ましい。

また、棒状導体１１、１２、１３の両端部は絶縁性樹脂の成型体等による支持部３１、３２により支持され、トロイダルコア２１乃至２４は支持部３３により支持されている。

ここで、棒状導体１２の中央部には樹脂の成型体等による絶縁体４が装着され、トロイダルコア２１乃至２４の内周面を絶縁体で被覆したり、トロイダルコア２１乃至２４の材質をＮｉ−Ｚｎフェライト等の絶縁性材を用いたりすること等により、棒状導体１１、１２、１３相互の電気絶縁性が確保される。

なお、トロイダルコア２１乃至２４の材質は、棒状導体１１、１２、１３に大電流が通電される場合には、飽和磁束密度の高いＦｅ−Ｓｉ系の圧粉磁芯を用いてもよく、絶縁性が確保し易いＮｉ−Ｚｎフェライト、もしくは透磁率の高いＭｎ−Ｚｎフェライトであってもよい。

なお、棒状導体１１、１２、１３の両端部には端子部１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２が設けられ、インダクタンス素子外部の回路と接続されることとなる。

さらに、棒状導体１１、１２、１３の両端部の近傍には回路基板５上の回路部品と電気的に接続する接続部１１３、１１４、１２３、１２４、１３３、１３４が設けられ、ノイズフィルタを構成している。

また、支持部３１、３２、３３、回路基板５はケース６により支持されている。

すなわち、棒状導体１１、１２、１３、トロイダルコア２１乃至２４、絶縁体４により構成された部分がインダクタンス素子であり、後述の回路部品を含めた図３全体によりノイズフィルタを構成している。

なお、ケース６と回路基板の接地電位にある導体との間は接続部６１により電気的に接続されている。

図４は、図３における回路基板及び回路部品を抜き出した斜視図である。

回路基板５上には、接続部１１３、１１４、１２３、１２４、１３３、１３４、６１と、コンデンサ１１５、１１６、１２５、１２６、１３５、１３６が設けられている。

図５は、図３及び図４におけるノイズフィルタの等価回路図の一例である。

棒状導体１１、１２、１３の三相入力側の端子部１１１、１２１、１３１からトロイダルコイルによりインダクタＬを構成する部分までの間には、相間を接続するＸキャパシタとなるコンデンサ１１５、１２５、１３５が、接続部１１３、１２３、１３３を介してＹ結線となるよう接続されている。

なお、コンデンサ１１５、１２５、１３５への電荷の蓄積が過剰とならないように、保護抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を並列に接続してもよい。

さらに、インダクタＬを構成する部分から三相出力側の端子部１１２、１２２、１３２までの間には、各相と接地電位とを接続するＹキャパシタとなるコンデンサ１１６、１２６、１３６が、接続部１１４、１２４、１３４を介して接続されている。

図６は、図３及び図４におけるノイズフィルタの等価回路図の他の一例である。

図５とは、相間を接続するＸキャパシタとなるコンデンサ１１２５、１２３５、１３１５及び保護抵抗Ｒ１２、Ｒ２３、Ｒ３１が、Δ結線となるよう接続されている点が異なる。

（実施形態２）
図７は、本発明における実施形態２のインダクタンス素子を用いたノイズフィルタを示す斜視図である。

実施形態１における図３とは、トロイダルコア２３、２４が除かれ、接続部１１７、１２７、１３７が設けられている点が異なる。

図８は、図７における回路基板及び回路部品を抜き出した斜視図である。

実施形態１における図３とは、接続部１１７、１２７、１３７、コンデンサ１１６１、１１８、１２６１、１２８、１３６１、１３８が設けられている点が異なる。

図９は、図７及び図８におけるノイズフィルタの等価回路図である。

実施形態１における図５とは、接続部１１７、１２７、１３７、コンデンサ１１６１、１１８、１２６１、１２８、１３６１、１３８が設けられている点が異なる。

また、接続部１１７、１２７、１３７が設けられたことにより、入力側の端子部１１１、１２１、１３１と接続部１１７、１２７、１３７の間にインダクタＬ１、出力側の端子部１１２、１２２、１３２と接続部１１７、１２７、１３７の間にインダクタＬ２が設けられている点が異なる。

コンデンサ１１８、１２８、１３８は各相と接地電位とを接続するＹキャパシタとなり、コンデンサ１１６１、１２６１、１３６１はＸキャパシタとなる。

図１０は、図７における棒状導体を抜き出した斜視図である。

接続部１２７は、接続部１３７との絶縁性を確保するために、接続部１３７よりも短くなっている。従って、接続部１２７と棒状導体１１、１３との絶縁距離を確保するために切欠き１１７１、１１７３が設けられている。

（実施形態３）
図１１は、本発明における実施形態３のノイズフィルタを示す等価回路図である。

実施形態２における図９のインダクタＬ１、Ｌ２の間にインダクタＬ１１とＹキャパシタとなるコンデンサ１１８１、１２８１、１３８１、インダクタＬ１２とＹキャパシタとなるコンデンサ１１８２、１２８２、１３８２を交互に挿入した回路構成を示している。

（実施形態４）
図１２は、本発明における実施形態４のインダクタンス素子の棒状導体にトロイダルコアを挿通する状態を示す平面図である。

実施形態１及び実施形態２では、棒状導体１１、１３の中央部と両端部の間は直角クランク状の経路で接続されていたが、図１２のように、曲がり角θ、θ’が鈍角となるクランク状の経路で接続することにより、トロイダルコア２１の挿通がスムーズに行える。

（実施形態５）
図１３は、本発明における実施形態５のインダクタンス素子の組み立て手順を図１３（ａ）、図１３（ｄ）の順に示す平面図である。

まず、図１３（ａ）のように、一方の端部のみが、中央部の長手方向と交差する方向へ曲がっている棒状導体１１に、曲がっていない端部よりトロイダルコア２１を挿通する。

次に、図１３（ｂ）のように、棒状導体１１にトロイダルコア２２、２３、２４を次々に挿通する。この際、曲がっていない端部より挿通するため作業性が良く、曲がっている側の端部の曲がり角によって挿通できなくなるということがない。

次に、図１３（ｃ）のように、絶縁体４をトロイダルコア２１乃至２４に挿通し、図１３（ｄ）のように、絶縁体４の上層から棒状導体１３を挿通することで、棒状導体１１、１３における中央部は絶縁体４により、両端部は絶縁距離を確保することにより、棒状導体１１、１３間の絶縁性を確保することができる。

４絶縁体
５回路基板
６ケース
１１、１２、１３棒状導体
２１、２２、２３、２４トロイダルコア
３１、３２、３３支持部
１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２端子部
１１３、１１４、１２３、１２４、１３３、１３４、６１、１１７、１２７、１３７接続部
１１５、１１６、１２５、１２６、１３５、１３６、１１２５、１２３５、１３１５、１１６１、１１８、１２６１、１２８、１３６１、１３８、１１８１、１２８１、１３８１、１１８２、１２８２、１３８２コンデンサ
１１０１、１３０１内側エッジ
１１０２、１３０２外側エッジ
１１０３、１１０４、１２０３、１２０４、１３０３、１３０４端部
１１７１、１１７３切欠き
Ｅ延長線
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１１、Ｌ１２インダクタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１２、Ｒ２３、Ｒ３１保護抵抗
θ、θ’ 曲がり角

Claims

少なくとも１つのトロイダルコアと、
第１棒状導体と、
第２棒状導体を備え、
前記第１、及び第２棒状導体は、中央部と、前記中央部の一端より長手方向と交差する方向へ曲がる端部を有し、
前記トロイダルコアの内側に前記第１、及び第２棒状導体が前記中央部まで挿通され、
前記第１、及び第２棒状導体の両端部が互いに離れていることを特徴とするインダクタンス素子。
前記第１、及び第２棒状導体は、一方の端部が前記中央部の一端より長手方向と交差する方向へ曲がり、
他方の端部が前記交差する方向と同じ方向に曲がっていることを特徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子。
前記第１棒状導体、及び前記第２棒状導体は板状であり、
前記トロイダルコアの内径をＲ、
前記第１棒状導体の前記中央部における長手方向に直角な方向の幅をＷ_１、厚さをＴ_１、
前記第２棒状導体の前記中央部における長手方向に直角な方向の幅をＷ_２、厚さをＴ_２とした場合、

となることを特徴とする請求項２に記載のインダクタンス素子。
前記第１棒状導体、及び前記第２棒状導体は、前記中央部と前記両端部の間が、曲がり角が鈍角となるクランク状の経路で接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインダクタンス素子。
さらに第３棒状導体を備え、
前記トロイダルコアの内側で、前記第３棒状導体の前記中央部が、前記第１、第２棒状導体の前記中央部の間に挟まれるよう挿通され、
前記第１棒状導体の前記両端部と前記第２棒状導体の前記両端部の間に前記第３棒状導体の前記両端部が互いに離れるよう配されることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載のインダクタンス素子。
前記トロイダルコアの内周面は電気的に絶縁され、
前記第３棒状導体の前記中央部が絶縁体により覆われていることで、
全ての前記棒状導体が互いに電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項５に記載のインダクタンス素子。
全ての前記棒状導体は板状であり、全ての前記棒状導体の板面が互いに平行となるよう、前記棒状導体の前記中央部もしくは前記両端部を支持する支持部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のインダクタンス素子。
請求項１から請求項７のいずれかのインダクタンス素子を備え、
前記棒状導体と接地電位にある導体の間、もしくは前記棒状導体の間にコンデンサを接続したことを特徴とするノイズフィルタ。
前記インダクタンス素子を前記棒状導体の導電経路に沿って複数設け、
前記インダクタンス素子間で前記棒状導体と接地電位にある導体の間、もしくは前記棒状導体の間にコンデンサを接続したことを特徴とする請求項８に記載のノイズフィルタ。
少なくとも１つのトロイダルコアと、
第１棒状導体と、
第２棒状導体と、
第３棒状導体を備え、
前記第１、及び第２棒状導体は、一方の端部が中央部の一端より長手方向と交差する方向へ曲がり、
他方の端部が前記交差する方向と同じ方向に曲がる形状であり、
前記第３棒状導体は直線状の形状であり、
前記第１棒状導体の前記両端部と前記第２棒状導体の前記両端部の間に前記第３棒状導体の前記両端部が互いに離れるよう配されるインダクタンス素子の製造方法であって、
前記第１、第２棒状導体を重ね、
前記第１、第２棒状導体へ前記トロイダルコアを前記中央部まで挿通し、
前記第２棒状導体を前記中央部の長手方向を軸として１８０°回転させ、
前記トロイダルコアの内側で前記第１棒状導体と前記第２棒状導体における前記中央部の間に配されるよう、第３棒状導体を前記中央部まで挿通したことを特徴とするインダクタンス素子の製造方法。