JP2017017062A - パルストランス - Google Patents

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Shun Ashizawa
瞬 芦澤
信雄 ▲高▼木
信雄 ▲高▼木
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せつ 土田
Setsu Tsuchida
せつ 土田
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Yu Mikogami
祐 御子神
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Abstract

【課題】インダクタンス(L値)の増大と小型化を両立可能なパルストランスを提供する。【解決手段】巻芯部22と、巻芯部22の外周に形成してある一次コイル40a及び二次コイル40bから成るコイル部40とを有するパルストランスである。一次コイル40aは、第1ワイヤ41と第2ワイヤ42とを有する。二次コイル40bは、第3ワイヤ43と第4ワイヤ44とを有する。コイル部40は、第1ワイヤ41で形成される第1層401と、第1層401の外周に配置され第3ワイヤ43で形成される第2層402と、第2層402の外周に配置され第2ワイヤ42で形成される第3層403と、第3層403の外周に配置され第4ワイヤ44で形成される第4層404と、を有する。【選択図】図2

Description

本発明は、たとえばLANケーブルなどを通じてパルス信号を伝送するための用途などに用いられるパルストランスに関する。
パソコンなどの機器をLANや電話網などのネットワークに接続する場合、ケーブルを通して侵入するESD(ElectroStatic Discharge,静電放電)や高電圧から機器を守る必要がある。そこで、ケーブルと機器の接続点を構成するコネクタにはパルストランスが用いられる。
従来用いられているパルストランスはドーナツ型の磁心(トロイダルコア)に一次コイルと二次コイルを巻回して作られており、一次コイルに印加される電圧のうち交流成分(パルス)のみを二次コイルに伝えるという性質を有する。直流成分は二次コイルに伝わらないため、パルストランスはESDや高電圧を遮断することができる。
近年ではパルストランスにも小型化・表面実装化が求められており、そのために上記トロイダルコアに代えてドラム型コアを用いる例が登場している。そのようなパルストランスを表面実装型パルストランスといい、特許文献1にその例が開示されている。
ところで、LAN等に用いるパルストランスが信号発生Icと合わせて使用されるケースでは、そのようなパルストランスには、信号発生Icとのマッチングのために、インダクタンス(L値)の大きさが求められる場合がある。
特開2009−21558号公報
しかしながら、引用文献1に示すようなバイファイラ巻タイプのパルストランスでは、2層を超える多層の巻線をドラムコアの外周に形成すると性能の悪化が大きくなる傾向にあり、インダクタンスの増大と小型化を両立することが困難であるという問題がある。
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、インダクタンスの増大と小型化を両立可能なパルストランスを提供することである。
すなわち、本発明の第1の観点に係るパルストランスは、
巻芯部と、
前記巻芯部の外周に形成してある一次コイルおよび二次コイルから成るコイル部とを有するパルストランスであって、
前記一次コイルは、第1ワイヤと第2ワイヤとを有し、
前記二次コイルは、第3ワイヤと第4ワイヤとを有し、
前記コイル部は、
前記第1ワイヤで形成される第1層と、
前記第1層の外周に配置され前記第3ワイヤで形成される第2層と、
前記第2層の外周に配置され前記第2ワイヤで形成される第3層と、
前記第3層の外周に配置され前記第4ワイヤで形成される第4層と、を有することを特徴とする。
また、本発明の第2の観点に係るパルストランスは、
巻芯部と、
前記巻芯部の外周に形成してある一次コイルおよび二次コイルから成るコイル部とを有するパルストランスであって、
前記一次コイルは、第1ワイヤと第2ワイヤとを有し、
前記二次コイルは、第3ワイヤと第4ワイヤとを有し、
前記コイル部は、
前記第3ワイヤで形成される第1層と、
前記第1層の外周に配置され前記第1ワイヤで形成される第2層と、
前記第2層の外周に配置され前記第4ワイヤで形成される第3層と、
前記第3層の外周に配置され前記第2ワイヤで形成される第4層と、を有することを特徴とする。
本発明に係るパルストランスは、各層ごとに異なるワイヤで形成されており、一次コイル40aを構成する第1ワイヤ41および第2ワイヤ42と、二次コイル40bを構成する第3ワイヤ43および第4ワイヤ44とが、径方向に交互に配置される構造であることにより、バイファイラ巻で問題となる多層化時の線間容量の増大を防止することができる。これにより、本発明に係るパルストランスは、IL(挿入損失)等の特性を維持しつつ、インダクタンスの増大と小型化を両立させることができる。
なお、第1層、第2層、第3層及び第4層のそれぞれの巻始めと巻き終わり部には、巻乱れがあっても良い。
図1は本発明の第1実施形態に係るパルストランスの斜視図である。 図2は図1に示すパルストランスの巻芯部に巻回してあるコイル部の概略半断面図である。 図3は図1に示すパルストランスの等価回路図である。 図4は本発明の第2実施形態に係るパルストランスの巻芯部に巻回してあるコイル部の概略半断面図である。 図5は本発明の第3実施形態に係るパルストランスの斜視図である。
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
第1実施形態
図1に示すように、本発明の一実施形態に係るパルストランスは、表面実装型のコイル部品10で構成してある。このコイル部品10は、ドラム型コアである第1コア20と、板状の第2コア30と、第1コア20の巻芯部22に巻回されたコイル部40とを有する。
なお、コイル部品10の説明では、コイル部品10を実装する実装面と平行な面内にあり第1コア20の巻芯部22の巻軸と平行な方向をX軸方向、X軸方向と同じく実装面と平行な面内にありX軸方向と垂直な方向をY軸方向、実装面の法線方向をZ軸方向とする。
コイル部品10は、その外形寸法が、たとえば幅3.2mm×高さ2.8mm×奥行き3.2mmであるが、コイル部品10のサイズはこれに限定されない。
コイル部品10のコアは、第1コア20と第2コア30とを組み合わせて構成される。第1コア20は、棒状の巻芯部22(図2参照)と、巻芯部22の両端に備えられる一対のコア端部としての一対の鍔部24,24と、を有する。
鍔部24の外形状は、略直方体であり、一対の鍔部24は、X軸方向に関して所定の間隔を空けて、互いに略平行になるように配置されている。巻芯部22は、一対の鍔部24において互いに向かい合うそれぞれの面の中央部に接続している。そして、巻き芯部22が、巻芯部22を挟んで両側にある一対の鍔部24を接続している。巻芯部22の横断面形状は、本実施形態では矩形であるが、円形でも良く、その断面形状は特に限定されない。
第2コア30は、板状のコアであり、第2コア30の外形状は、Z軸方向の辺が最も短い辺となる略直方体である。第2コア30は、下面の法線方向(Z軸方向)から見てX軸方向に長い略長方形であるが、正方形その他の形状であってもよい。第2コア30の上面32は、X軸方向の両端に位置する鍔部24の底面24aと向かい合っており、底面24aに対して、たとえば熱硬化性樹脂などの接着剤などにより固定される。これにより、第2コア30は、第1コア20と連続する磁路を形成する。
第1コア20の各鍔部24には、端子部51〜56が設けられている。端子部51〜56は、略L字の外形状を有する金具で構成されており、少なくとも一部が鍔部24の設置面24bに設けられている。なお、鍔部24の設置面24bは、第2コア30の上面32に向かい合う底面24aとは、反対側のZ軸方向の上面である。
3つの端子部51〜53は、一方の鍔部24に設けられており、他の3つの端子部54〜56は、他方の鍔部24に設けられている。隣接する端子部の間隔は等間隔ではなく、端子部52と端子部53の間隔は、端子部51と端子部52の間隔より広くなるよう設計されており、端子部54と端子部55の間隔は、端子部55と端子部56の間隔より広くなるよう設計されている。
第1コア20の巻芯部22には、コイル部40が形成されている。コイル部40は、4本のワイヤ41〜44により構成される。すなわち、図2に示すように、コイル部40は、一次コイル40aと二次コイル40bとからなり、一次コイル40aは、第1ワイヤ41と第2ワイヤ42とを有し、二次コイル40bは、第3ワイヤ43と第4ワイヤ44とを有する。第1〜第4ワイヤ41〜44は、たとえば被覆導線で構成してあり、良導体からなる芯材を絶縁性の被覆膜で覆った構成を有しており、巻芯部22に、後述する4層構造で巻回されている。
図2に示すように、4層構造であるコイル部40は、第1層401、第2層402、第3層403及び第4層404を有しており、第1〜第4層401〜404は、巻芯部22の外側から外径方向に向かって配列されている。巻芯部22の外周に配置される第1層401は、第1ワイヤ41で形成されている。ただし、第1層401における巻きはじめおよび巻き終わりの両端部(X軸方向の両端部)では、巻乱れ等の影響により、第3ワイヤ43等の他のワイヤ42〜44の一部が、第1層401に配置されていてもよい。
第1層401の外周に配置される第2層402は、第3ワイヤ43で形成されている。さらに第2層402の外周に配置される第3層403は、第2ワイヤ42で形成されている。ただし、第2層402および第3層403における巻きはじめおよび巻き終わりの両端部(X軸方向の両端部)では、巻乱れ等の影響により、その層402、403を形成するワイヤ43、42以外の他のワイヤ41〜44の一部が、第2層402または第3層403に配置されていてもよい。また、第3層403の外周に配置される第4層404は、第4ワイヤ44で形成されている。
これにより、コイル部40では、最も内側の第1層401を構成する第1コイルと、内側から3番目の第3層403を構成する第2ワイヤ42が一次コイル40aを構成しており、内側から2番目であって、第1層401と第3層403に挟まれる第2層402を構成する第3ワイヤ43と最も外側の第4ワイヤ44とが、二次コイル40bを構成する。このように、コイル部40では、一次コイル40aを構成する第1ワイヤ41および第2ワイヤ42と、二次コイル40bを構成する第3ワイヤ43および第4ワイヤ44とが、径方向に交互に配置される構造となっている。
第1層401を形成する第1ワイヤ41の各ターンは、第1層401の形成方向であるX軸方向に関して1ターン前及び1ターン後の第1ワイヤ41と密着している。また、第1層401を形成する第1ワイヤ41は、内周側で巻芯部22に密着し、外周側で第2層402を形成する第3ワイヤ43に密着している。同様に、第2層402を形成する第3ワイヤ43の各ターンは、第2層402の形成方向であるX軸方向に関して1ターン前及び1ターン後の第3ワイヤ43と密着している。また、第2層402を形成する第3ワイヤ43は、内周側で第1層401を形成する第1ワイヤ41に密着し、外周側で第3層403を形成する第2ワイヤ42に密着している。
第3層403を形成する第2ワイヤ42の各ターンは、第3層403の形成方向であるX軸方向に関して1ターン前及び1ターン後の第2ワイヤ42と密着している。また、第3層403を形成する第2ワイヤ42は、内周側で第2層402を形成する第3ワイヤ43に密着し、外周側で第4層404を形成する第4ワイヤ44に密着している。同様に、第4層404を形成する第4ワイヤ44の各ターンは、第4層404の形成方向であるX軸方向に関して1ターン前及び1ターン後の第4ワイヤ44と密着している。また、第4層404を形成する第4ワイヤ44は、内周側で第3層403を形成する第2ワイヤ42に密着している。
図1および図3に示すように、第1ワイヤ41のワイヤ端41a,41bは、それぞれ端子部54,52に接続され、第2ワイヤ42のワイヤ端42a,42bは、それぞれ端子部51,54に接続され、第3ワイヤ43のワイヤ端43a,43bは、それぞれ端子部55,53に接続される。第4ワイヤ44のワイヤ端44a,44bは、それぞれ端子部53,56に接続される。
図3に示すように、端子部51,52は、それぞれ平衡入力のプラス側端子IN+とマイナス側端子IN−として用いられる。また、端子部55,56は、それぞれ平衡出力のプラス側端子OUT+とマイナス側端子OUT−として用いられる。端子部53,54は、それぞれ入力側および出力側の中間タップCTとして用いられる。第1および第2ワイヤ41,42はパルストランスの一次巻線(一次コイル40a)を構成し、第3および第4ワイヤ43,44はパルストランスの二次巻線(二次コイル40b)を構成する。
なお、第1〜第4ワイヤ41〜44の線径は特に限定されないが、好ましくは0.02〜0.1mmである。
コイル部品10の製造では、まず、端子部51〜56を設置したドラム型の第1コア20と第1〜第4ワイヤ41〜44を準備する。第1コア20は、たとえば、比較的透磁率の高い磁性材料、たとえばNi−Zn系フェライトや、Mn−Zn系フェライト、あるいは金属磁性体などで構成してある磁性粉体を、成型および焼結することにより作製される。金属の端子部51〜56は、接着等により第1コア20の鍔部24に固定される。なお、端子部51〜56は、第1コア20に印刷・メッキ等により導体膜を形成し、その導体膜を焼き付けることにより、鍔部24に設けられてもよい。
第1〜第4ワイヤ41〜44としては、たとえば、銅(Cu)などの良導体からなる芯材を、イミド変成ポリウレタンなどからなる絶縁材で覆い、さらに最表面をポリエステルなどの薄い樹脂膜で覆ったものを用いることができる。準備された端子部51〜56を設置した第1コア20および第1〜第4ワイヤ41〜44は、巻線機にセットされ、第1〜第4ワイヤ41〜44が、所定の順序で第1コア20の巻芯部22に巻回される。
本実施形態では、まず、図2に示す第1ワイヤ41を巻芯部22の外周に巻回して第1層401を形成したのち、第3ワイヤ43を第1層401の外周に巻回して第2層402を形成する。さらに、第2ワイヤ42を第2層402の外周に巻回して第3層403を形成し、最後に第4ワイヤ44を第3層403の外周に巻回して第4層404を形成する。第1から第4層401〜404を形成したのち、第1〜第4ワイヤ41〜44の端部は、端子部51〜56にはんだ付け等により固定される。
次に、板状の第2コア30を準備し、コイル部40が巻かれた第1コア20に接合する。第2コア30は、第1コア20と同様に、Ni−Zn系フェライトや、Mn−Zn系フェライト、あるいは金属磁性体などで構成してある磁性材料の焼結体または成形体で構成される。
本実施形態に係るパルストランスとしてのコイル部品10では、巻芯部22に形成されたコイル部40が、各層の外周側に重ねて巻かれることにより形成された第1層401から第4層404を有しており、4層以上の多層構造であるため、小型でありながらインダクタンスの高いパルストランスを実現できる。さらに、各層を別々のコイルで形成したうえで、一次コイル40aを構成する第1ワイヤ41および第2ワイヤ42と、二次コイル40bを構成する第3ワイヤ43および第4ワイヤ44が、径方向に交互に配置される構造となっている。これにより、コイル部品10は、バイファイラ巻で見られるような多層化に伴う線間容量の増大を抑制し、挿入損失に関する特性が良好であって、小型化と高インダクタンスを両立可能なパルストランスを実現できる。
本実施形態のコイル部品10では、線間容量の増大を抑制することにより、特に高周波領域での挿入損失の低減を図れることから、高周波における信号減衰量が少なくなり、高速なデータ信号を遠(長)距離に正確に送ることができる。
また、コイル部品10は、一次コイル40aを構成する第1、第2ワイヤ41、42と、二次コイル40bを構成する第3、第4ワイヤ43、44とが、径方向に交互に配置される構造であることにより、一次コイル40aと二次コイル40bとで巻線の線長のばらつき及びインダクタンスのばらつきを抑制し、バイファイラ巻と遜色ない優れたバランス特性を奏し、ノイズ除去特性にも優れている。
第2実施形態
図4に示す第2実施形態のパルストランスとしてコイル部品10bは、図2に示すコイル部品10に対して、コイル部140における一次コイル140aと二次コイル140bの配置が逆であるが、その他の構成はコイル部品10と同様である。すなわち、コイル部140は、一次コイル140aと二次コイル140bとからなり、一次コイル140aは、第1ワイヤ141と第2ワイヤ142とを有し、二次コイル140bは、第3ワイヤ143と第4ワイヤ144とを有する。
図4に示すように、4層構造であるコイル部140は、第1層411、第2層412、第3層413及び第4層414を有しており、第1〜第4層411〜414は、巻芯部22の外側から外径方向に向かって配列されている。巻芯部22の外周に配置される第1層411は、第3ワイヤ143で形成されており、第1層411の外周に配置される第2層412は、第1ワイヤ141で形成されており、第2層412の外周に配置される第3層413は、第4ワイヤ144で形成されており、第3層413の外周に配置される第4層414は、第2ワイヤ142で形成されている。
これにより、コイル部140では、最も内側の第1層411を構成する第3ワイヤ143と、内側から3番目の第3層を構成する第4ワイヤ144とが二次コイル140bを構成しており、内側から2番目であって、第1層411と第3層413に挟まれる第2層412を構成する第1ワイヤ141と最も外側の第2ワイヤ142とが、一次コイル140aを構成する。このように、二次コイル140bを構成する第3ワイヤ143および第4ワイヤ144と、一次コイル140aを構成する第1ワイヤ141および第2ワイヤ142とが、径方向に交互に配置される構造であるコイル部品10bも、第1実施形態に係るコイル部品10と同様の効果を奏する。
第3実施形態
図5に示す第3実施形態のパルストランスとしてのコイル部品10aでは、両端の鍔部24に各4つずつ、合計8つの端子部が設けられている点で相違するが、その他の構成は第1実施形態のコイル部品10と同様である。コイル部品10aの端子部53a,53bは、第1実施形態のコイル部品10の端子部53に対応しており、コイル部品10aの端子部54a,54bは、コイル部品10の端子部54に対応している。
コイル部品10aでは、ワイヤ端43bとワイヤ端44aとの電気的な接続、およびワイヤ端41aとワイヤ端42bとの電気的な接続は、コイル部品10aを実装する配線基板上の配線パターンを介して行われる。本実施形態に係るコイル部品10aのその他の構成および作用効果は、第1実施形態の場合と同様であり、詳細な説明は省略する。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
たとえば、第1コア20の形状については、実施形態に示すドラム型に限定されず、U字型など、巻芯部の両端に一対のコア端部を備える任意の形状とすることができる。また、第1コア20の2つの鍔部24は、同じ形状であっても、異なる形状であってもよい。
また、上述した実施形態では、コイル部40の一次コイル40aを、2本のワイヤ41,42で構成し、二次コイル40bを、2本のワイヤ43,44で構成してあるが、第1ワイヤ41と第2ワイヤ42とは、端子部54にて連続する1本のワイヤで構成しても良い。また、第3ワイヤ43と第4ワイヤ44とは、端子部53にて連続する1本のワイヤで構成しても良い。
さらにまた、上述した実施形態では、端子部53および54を用いているが、用途によっては、端子部53および54を省略しても良い。すなわち、図3に示すように、それぞれ入力側および出力側の中間タップCTとして用いられる端子部53および54を削除して、パルストランスを構成しても良い。その場合には、2本のワイヤのみを用いてパルストランスを構成することになる。
さらに、本実施形態では、巻芯部22に対するワイヤの巻回方法を工夫することにより、巻回時に用いるワイヤの本数を減らしてもよい。たとえば1本のワイヤを用いて、巻芯部22のコイル部40に含まれる複数の層(例えば第1〜第4層401〜404の全て)を形成したのち、コイル部40の一次コイル40aと二次コイル40bとの境界を切断して、一次コイル40aと二次コイル40bとに分離しても良い。
さらにまた、上述した実施形態では、図3の回路図を含む各図において、一次コイル40aを構成する第1ワイヤ41と第2ワイヤ42の配置位置は、逆でも良い。また、二次コイル40bを構成する第3ワイヤ43と第4ワイヤ44の配置位置も、逆であっても良い。すなわち、第1ワイヤおよび第2ワイヤとは、一次コイルにおける位置関係を示すものではなく、一次コイルを構成する任意の二つのコイルをそれぞれ構成するワイヤを意味する。また、同様に、第3ワイヤおよび第4ワイヤとは、二次コイルにおける位置関係を示すものではなく、二次コイルを構成する任意の二つのコイルをそれぞれ構成するワイヤを意味する。このため、図3に示す回路において、符号44に示す位置に第3ワイヤ43を配置し、符号43に示す位置に第4ワイヤ44を配置することも可能である。
また、上述の実施形態では、図2に示すように、第1〜第4ワイヤ41〜44について、前後の各ターンのワイヤ同士が接触するように、X方向に密に巻かれているが、第1〜第4ワイヤ41〜44の配置としてはこれに限定されない。例えば、巻芯部22の外周には、第1〜第4ワイヤ41〜44が密に巻かれている領域と、第1〜第4ワイヤ41〜44が疎に巻かれている領域とが、X方向に沿って形成されていてもよく、さらに、第1〜第4ワイヤ41〜44が巻かれていない領域がX方向の一部に形成されていても良い。
また、コイル部品10は、第1〜第4層401〜404の4層構造であったが、コイル部品10は4層構造に限定されず、第1〜第4層401〜404の他に、他のワイヤで構成される他の層を有していてもよく、5層以上の巻線構造であってもよい。追加される他の層は、第1層401の内周側に配置されてもよく、第4層404の外周側に配置されてもよく、第1層401と第4層404の間に配置されてもよい。また、追加される他の層のワイヤは、1次コイル40aまたは2次コイル40aとして機能するものであってもよく、補助巻線等として機能するものであってもよい。
10、10a、10b… コイル部品
20… 第1コア
22… 巻芯部
24… 鍔部(コア端部)
30… 第2コア
40… コイル部
40a、140a… 一次コイル
40b、140b… 二次コイル
41… 第1ワイヤ
42… 第2ワイヤ
43… 第3ワイヤ
44… 第4ワイヤ
401、411… 第1層
402、412… 第2層
403、413… 第3層
404、414… 第4層

Claims (2)

  1. 巻芯部と、
    前記巻芯部の外周に形成してある一次コイルおよび二次コイルから成るコイル部とを有するパルストランスであって、
    前記一次コイルは、第1ワイヤと第2ワイヤとを有し、
    前記二次コイルは、第3ワイヤと第4ワイヤとを有し、
    前記コイル部は、
    前記第1ワイヤで形成される第1層と、
    前記第1層の外周に配置され前記第3ワイヤで形成される第2層と、
    前記第2層の外周に配置され前記第2ワイヤで形成される第3層と、
    前記第3層の外周に配置され前記第4ワイヤで形成される第4層と、を有することを特徴とするパルストランス。
  2. 巻芯部と、
    前記巻芯部の外周に形成してある一次コイルおよび二次コイルから成るコイル部とを有するパルストランスであって、
    前記一次コイルは、第1ワイヤと第2ワイヤとを有し、
    前記二次コイルは、第3ワイヤと第4ワイヤとを有し、
    前記コイル部は、
    前記第3ワイヤで形成される第1層と、
    前記第1層の外周に配置され前記第1ワイヤで形成される第2層と、
    前記第2層の外周に配置され前記第4ワイヤで形成される第3層と、
    前記第3層の外周に配置され前記第2ワイヤで形成される第4層と、を有することを特徴とするパルストランス。
JP2015128945A 2015-06-26 2015-06-26 パルストランス Pending JP2017017062A (ja)

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