JP2662840B2 - ノイズレストランス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種半導体機器等の電
源に使用するノイズレストランスに関するものである。
各種半導体機器等の電源におけるノイズ対策は、わが国
を含む世界各国で法制化されつつあり、完全にノイズ対
策したトランス、コイル等が時代の要請として要求され
てきている。ここにおいて、本発明は、如何にして、入
力してくるノイズを阻止し、かつ、出力しようとする自
己ノイズを外部へ出さないか、そして、コンパクトで、
かつ、完全なシステムとしての中で的確に性能を発揮さ
せることができるか、ということを主眼に研究開発した
ものであり、主としてコイル等の単体を対象に完全なシ
ールドを試みた新規な根本的対策を講じて成るノイズレ
ストランスに係るものである。なお、本明細書におい
て、コイルの「内外全周面」とは、コイルの「内周面、
外周面及び両端面の全面」をいう。

【０００２】

【従来の技術】各種半導体機器等は、電源ライン、外部
機器等から入り込むノイズを極力嫌うため、電源に使用
するトランスには、ノイズを遮断するノイズレストラン
スが使われている。従来のノイズレストランスの主流
は、外鉄型で、単相用で、かつ、全体を鉄カバーで包む
か又はコイルの外側を鉄カバーで覆ったものであり、こ
れ以外に完全にシールドされた製品は発売されていな
い。コイルの外側を鉄カバーで覆った場合を例示する
と、例えば、図１１に示すようなものであり、コア１４
に入力コイル１１と出力コイル１２とを区別して装着
し、これらのコイルに、左右から一対の鉄カバー１３，
１３（通常はダイカスト又は鋳物製）を被せ、両鉄カバ
ーには、それぞれ内側の中間部分に遮蔽板１５，１５を
一体に設けて前記入力コイル１１と出力コイル１２との
間に介装させ、もって、各コイルを個別に磁気・静電シ
ールドし、電源ライン、外部機器等から侵入するノイズ
を電気的に阻止し、また、入・出力コイル１１，１２か
ら外部への放射ノイズの発生を防いでいる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成では、 ａ．鉄カバー１３，１３の占積率が高くなって、外形が
甚だ大きくなる。 ｂ．鉄量が多くなって、重量が増大する。 ｃ．コスト高となる。 等の欠点があった。また、そのような鉄カバーを要する
ため、三相用のノイズレストランスを構成することは困
難であり、したがって、三相には、単相用のものを３個
使用しているのが実情である。

【０００４】ところで、上記各コイルの内外全周面に金
属箔のテープを巻き付けて静電シールドを構成すること
により、同様の電気的性能が得られれば、鉄カバーを無
くすることもできるものと考えられる。しかし、一般
に、この種のトランスの入力コイル及び出力コイルは方
形のものであり、特に、各コーナー部では、図１３に示
すように、内隅が１点Ｂであるのに対し、外隅が半径ｒ
の円の１／４の円弧Ａであるため、その比率は無限であ
り、コイルに金属箔のテープ１６を巻き付けると、 ａ．図１２に示すように、内隅の上記Ｂ部分では、幾重
にも重なって過密になり、しかも、絶縁フィルム１７を
内側に当てるため、内隅が膨出し、コア１４に嵌まり難
くなる。 ｂ．ボビンを大きくする必要があり、これに伴って外形
が大きくなる。 ｃ．逆に外隅の上記Ａ部分では、粗くなり、皺がより、
隙間が生じて、放射ノイズが生じ易くなり、外部からの
ノイズを受け易くなる。 ｄ．金属箔のテープの巻き付けが容易でなく、作業性が
悪くなる。等々の問題点がある。したがって、このまま
での実用化は不可能に近い。また、この種のトランスの
入力コイル及び出力コイルでは、内外全周面に各種静電
シールドが施されていても、角張っていたり、突出して
いたり、尖っていたりする部分からは放射ノイズが出易
く、外部からのノイズも入り込み易いために、鉄カバー
を併用することが常で、これが鉄カバーを無くし得ない
理由の一つになっており、これまでの専ら方形を基調と
するコイルを用いたノイズレストランスでは、無カバー
の実施を見ないのが現状である。

【０００５】そこで、本発明は、外鉄型等のノイズレス
トランスにおいて、コイルを内周と外周とが同心の円形
をなすドーナツ状に形成することにより、コイルの内外
全周面に静電シールドを適正にかつ簡単に形成し得るよ
うにし、かつ、コイルに角張り、突出、尖り等の部分を
極力生じないようにし、鉄カバーを用いなくとも性能に
遜色なき状態にして、小型軽量化、作業性の改善、コス
トダウン等を図ろうとするものであり、もって、三相用
のものも簡単に得られるようにしようとするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１の発明は、中間部にコアを内挿させる入力コイル
と出力コイルとを個別に、かつ、それぞれ内周と外周と
が同心の円形をなすドーナツ状に形成し、これらのドー
ナツ状コイルの内外全周面にそれぞれ金属箔のテープを
上記中間部に通して隙間なく均一に巻き付けて導電材に
よる静電シールドを施し、これらのコイルをコアにそれ
ぞれ別個独立に装着し、該コアの各コイル嵌合部の横断
面形状を上記各コイルの内周形状に対応させて円形乃至
ほぼ円形に形成したことを特徴とする。

【０００７】また、請求項２の発明は、中間部にコアを
内挿させる入力コイルと出力コイルとを個別に、かつ、
それぞれドーナツ状に形成し、これらのドーナツ状コイ
ルの内外全周面にそれぞれ導電材による静電シールドを
施すとともに、その外側に高周波特性の良い磁性材料の
粉末を混合した合成樹脂でモールドを施し、これらのコ
イルをコアにそれぞれ別個独立に装着し、また、各コイ
ル間に高周波専用磁気遮蔽板を介在させたことを特徴と
する。

【０００８】

【作用】如上の構成であるから、請求項１及び請求項２
の発明において、ドーナツ状に形成した入力コイル及び
出力コイルは、内外全周面への導電材による均等かつ適
切な、そして、容易な静電シールドの装着を可能にし、
該静電シールドは、コアと電磁的に同方向をなすので、
誘起短絡電流を生ぜず、電源ライン、外部機器等からの
ノイズの侵入を適宜に阻止し、かつ、放射ノイズの発生
を防ぎ、もって、従来の鉄カバーを無くすことを可能に
し、性能に遜色なき状態にて、小型軽量化、作業性の改
善、コストダウン等を可能にし、三相用のノイズレスト
ランスの実現を可能にして、所期の目的を達成せしめ
る。また、請求項２の発明において、高周波特性の良い
磁性材料の粉末を混合した合成樹脂のモールド及び各コ
イル間に介在させた高周波専用磁気遮蔽板は、上記静電
シールドでもなお通過せんとする極僅かなノーマルモー
ドの高周波ノイズをも適切に遮蔽し、性能を向上させ
る。

【０００９】

【実施例】「請求項１の発明の実施例」 図１及び図２は、請求項１の発明に係る外鉄型でかつ単
相用のノイズレストランスの実施の一例を示している。
図において、１は、中間部にコアを内挿させる入力コイ
ル、２は、中間部にそのコアを共に内挿させる二つの出
力コイル、３は、これらのコイル内外全周面に装着した
金属箔のテープによる静電シールド、４は、入力コイル
１及び出力コイル２をそれぞれ嵌合させたコアである。
入力コイル１及び出力コイル２は、それぞれ内周及び外
周が所要径の同心の円形をなすドーナツ状に形成し、コ
アを内挿させない各々の内外全周面に、絶縁フィルム５
を内側に当てて、静電シールド３たる金属箔のテープを
上記中間部に通して隙間なく均一に巻き付け、その巻き
始めと巻き終わりを、絶縁フィルム５を介して重ねてい
る。静電シールド３の金属箔のテープは、主として銅箔
のテープを用いる。コア４は、正面形状が縦長のロ字状
をなし、各部の横断面形状が外周面で直線かつ内周面で
円弧の半円形をなす左右一対のカットコア４１，４１
を、各一側で突き合わせで成り、この突き合わせ部分た
るコイル嵌合部が、それらのコイル１，２に適合する円
形の断面形状をなすものとしている。

【００１０】図３及び図４は、前例の変形例に係り、前
例の構成において、出力コイル２を一個に止め、かつ、
前記カットコア４１，４１を、幅の異なる複数の板状カ
ットコア片４１１，４１１の組み合わで形成している。
図中、６は、外装材、７は、バンド、８は、脚体であ
る。

【００１１】図５は、請求項１の発明に係る三相用のノ
イズレストランスの実施の一例を示している。この場
合、前例同様に、静電シールド３を施したドーナツ状の
入力コイル１、出力コイル２を、各相各一個あて、都合
各３個、それぞれＥＩ型のコア４に嵌合させて成る。

【００１２】図６は、上記図５の三相用ノイズレストラ
ンスの変形例に係り、図５の構成において、コア４を図
３及び図４の場合と同様に、幅の異なる複数の板状カッ
トコア片４１１，４１１を組み合わせて成る内外三つの
カットコア４１，４１，４１から形成している。この場
合も、６は、外装材、７は、バンド、８は、脚体であ
る。

【００１３】「請求項２の発明の実施例」 図７及び図８は、請求項２の発明に係る実施の一例を示
している。この場合、上述の図３及び図４のものにおい
て、内外全周面に導電材による静電シールド３を施した
ドーナツ状の入力コイル１及び出力コイル２の外側に、
それぞれ高周波特性の良いフェライト等の強磁性材料の
粉末を混合した合成樹脂でモールド９を施し、また、各
コイル間にフェライト等の強磁性材料の板体から成る高
周波専用磁気遮蔽板１０を介在させている。この場合、
高周波専用磁気遮蔽板１０は、図８に示すように、入力
コイル１及び出力コイル２と同等乃至やや大きな方形に
形成するとともに、その中央にコア４の断面形状に合わ
せた透孔１０１を穿設して、コア４に嵌合させている。
この図８の場合、その透孔１０１をコア４の断面形状に
合わせて段状としているが、図９に示すように円形とし
てもよい。また、その外周についても、図１０のように
円形にしてもよい。形状はその他適宜である。

【００１４】「従来品との比較試験」 図３及び図４に示す単相用ノイズレストランスについ
て、市販の従来品との比較試験をしたところ、次表及び
図１４乃至図２５の結果を得た。 〔比較試験試料〕形式：外鉄型単相用ノイズレストランス 従来品Ａ；全体を鉄カバーで覆ったもの 従来品Ｂ；コイルの外側を鉄カバーで覆ったもの 容量：５００ＶＡ

【００１５】（１）無負荷試験、全負荷試験、漏洩電
流、分布容量、重量、体積

【表１】 上記結果から、本発明の試作品が、従来品Ａ、従来品Ｂ
に比較して、励磁電流、鉄損、重量、体積において、ほ
ぼ半分乃至それ以下であり、その他については、ほぼ同
等であることが判明した。

【００１６】（２）各種ノイズ試験 （入力）コモンモード・ノイズ、（出力）コモンモー
ド・ノイズ 図１４の結線により、ノイズ・シュミレータから入力側
に、パルス巾４００ｎｓ、立上り１ｎｓ のパルスを入
力する。なお、ノイズ入力電圧は、ノイズ・シュミレー
タ出力のピーク電圧を示し、出力電圧は、広帯域シンク
ロスコープによるピーク電圧を示すものである。以下、
同様である。結果は、本発明の試作品が図１５、従来品
Ａが図１６、従来品Ｂが図１７のようになり、ほとんど
差異が見られない。しかし、一般にノイズとして問題と
なるのは、このコモンモード・ノイズにおける１０ＭＨ
ｚ以下のノイズであり、これを如何に排除するかが重要
である。そこで、出力ノイズ中の２０ＭＨｚ以下の領域
のノイズを抽出したところ、図２６乃至図２９の結果を
得た。図２６が本発明の試作品、図２７が試作品におい
て垂直感度を５倍にした場合、図２８が従来品Ａ、図２
９が従来品Ｂである。これより、本発明試作品の２０Ｍ
Ｈｚ以下のコモンモード・ノイズが従来品Ａ及び従来品
Ｂの１／５以下であることが判明した。 （入力）コモンモード・ノイズ、（出力）ノーマルモ
ード・ノイズ 図１８の結線とし、出力側に負荷抵抗Ｒ_Ｌとして５０Ω
の直流抵抗を接続し、ノイズ・シュミレータから入力側
に、パルス巾４００ｎｓ、立上り１ｎｓ のパルスを入
力する。結果は、本発明の試作品が図１９、従来品Ａが
図２０、従来品Ｂが図２１のようになり、ほとんど差異
のないことが判明した。 （入力）ノーマルモード・ノイズ、（出力）ノーマル
モード・ノイズ 図２２の結線とし、出力側に負荷抵抗Ｒ_Ｌ として５０
Ωの直流抵抗を接続し、ノイズ・シュミレータから入力
側に、パルス巾４００ｎｓ、立上り１ｎｓ のパルスを
入力する。結果は、本発明の試作品が図２３、従来品Ａ
が図２４、従来品Ｂが図２５のようになり、本発明の試
作品に遜色のないことが判明した。なお、従来品Ａ及び
従来品Ｂにおいて、異なる波形が見られるが、前述のよ
うに、鉄カバーを使用していること等の相異によるもの
と考えられる。以上より、本発明の試作品は、従来品Ａ
及び従来品Ｂに比べ、励磁電流、鉄損が少なく、実用領
域におけるコモンモード・ノイズ除去性能に優れ、その
他の性能に何らの遜色もない上に、重量、体積におい
て、ほぼ半分乃至それ以下にできること明白であり、そ
して、このことは、コストをもほぼ半分乃至それ以下に
できることに通じる。

【００１７】

【発明の効果】請求項１及び請求項２の発明によれば、
外鉄型等のノイズレストランスにおいて、次の効果を奏
する。 （ａ）内周と外周とが同心の円形をなすドーナツ状の個
別の入力コイルと出力コイルとの各内外全周面に導電材
による静電シールドを施しているので、入力コイル及び
出力コイルには、静電シールドの他、角張り、突出、尖
り等の部分を生じさせないようにできて、静電シールド
によるノイズ遮蔽性能に加えて角張り、突出、尖り等に
基づくノイズの出入要因を分散消滅させることができ、
もって、入力コイル乃至出力コイルへの電源ライン、外
部機器等からのノイズの侵入を適正に遮断でき、自体か
らの放射ノイズの発生も防止できる。 （ｂ）むしろ、実用上最も重要な周波数帯すなわち１０
ＭＨｚ以下の領域におけるコモンモード・ノイズの除去
性能をより優れたものとすることができる。 （ｃ）しかも、ノイズ除去性能には何らの遜色もなく従
来の鉄カバーを無くすることができる。 （ｄ）したがって、外形、重量及びコストを従来のほぼ
二分の一乃至それ以下にまで低減させることができて、
従来品からは到底期待できない大幅な小型軽量化、低廉
化を図ることができ、格段に小型軽量で、安価なものに
することができる。 （ｅ）そして、その格段の小型軽量化で励磁電流、鉄損
を少なくできて、性能をより向上させることもできる。 （ｆ）また、従来成し得なかった三相用のノイズレスト
ランスも、同様にして簡単に製作できる。 （ｇ）更に、入力コイルと出力コイルとがそれぞれ内周
と外周とが同心の円形をなすドーナツ状のものであるか
ら、各コイルの内外全周面には金属箔のテープをコイル
中間部に通して簡単かつ容易に隙間なく均一にそして確
実に巻き付けることができる。なお、静電シールドは、
その厚みによってシールド効果を異にするが、ノイズ強
度に対応して比較的厚い銅箔を巻くことや、二重、三重
に巻くことも自然にできる新しいタイプの唯一のもので
ある。 （ｈ）したがって、この巻き付けに当たっては、従来の
方形のコイルに金属箔のテープを巻き付ける場合のよう
な不都合は生ぜず、従来の方形のコイルでは事実上なし
得なかった金属箔のテープの巻き付けによる静電シール
ドを支障なく可能にでき、しかも、機械的に容易に、簡
単に、かつ、適確に、作業性良く巻き付けることがで
き、高性能のノイズレストランスを実現できる。 （ｉ）その上、このようにして金属箔のテープを用いる
ことにより、その巻き始めと巻き終わりとの間に絶縁フ
ィルムを介在させることで簡単に静電シールドの短絡回
路を開放させることができて、誘起短絡電流の発生を防
止でき、該誘起短絡電流による発熱を防止できる。 （ｊ）また更に、コアの各コイル嵌合部の横断面形状を
も各コイルの内周形状に対応させて極めて簡単に、か
つ、適正な寸法にて所要の円形に形成できて、各コイル
を隙間無く容易に嵌合させることができる。

【００１８】加えて、請求項２の発明によれば、導電材
による静電シールドを有するドーナツ状の各コイルの外
側に、高周波特性の良い磁性材料の粉末を混合した合成
樹脂のモールドを施し、かつ、各コイル間に高周波専用
磁気遮蔽板を介在させているので、上記静電シールドで
もなお通過せんとする極わずかなノーマルモードの高周
波ノイズをも適切に遮蔽することができ、性能をより一
層向上させることがでる。なお、磁性材料の粉末の混合
比は、ノイズ強度に対応して調整すればよく、簡単に調
整できる。よって、従来に無い画期的なノイズレストラ
ンスを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明に係る単相用ノイズレストラン
スの実施の一例を示す截断正面図である。

【図２】同例の截断平面図である。

【図３】請求項１の発明に係る単相用ノイズレストラン
スの他の実施例を示す斜視図である。

【図４】同例要部の截断平面図である。

【図５】請求項１の発明に係る三相用ノイズレストラン
スの実施の一例を示す正面図である。

【図６】請求項１の発明に係る三相用ノイズレストラン
スの他の実施例を示す斜視図である。

【図７】請求項２の発明に係る単相用ノイズレストラン
スの実施の一例を示す斜視図である。

【図８】同例要部の截断平面図である。

【図９】同例要部部材の変形例を示す平面図である。

【図１０】同例要部部材の他の変形例を示す平面図であ
る。

【図１１】従来のノイズレストランスの一例を示す截断
正面図である。

【図１２】先行思索例を示す截断平面図である。

【図１３】同例の要部の説明図である。

【図１４】ノイズに関する比較試験（１）の回路構成図
である。

【図１５】同試験（１）に係る本発明の試作品の試験結
果を示すグラフである。

【図１６】同試験（１）に係る従来品Ａの試験結果を示
すグラフである。

【図１７】同試験（１）に係る従来品Ｂの試験結果を示
すグラフである。

【図１８】ノイズに関する比較試験（２）の回路構成図
である。

【図１９】同試験（２）に係る本発明の試作品の試験結
果を示すグラフである。

【図２０】同試験（２）に係る従来品Ａの試験結果を示
すグラフである。

【図２１】同試験（２）に係る従来品Ｂの試験結果を示
すグラフである。

【図２２】ノイズに関する比較試験（３）の回路構成図
である。

【図２３】同試験（３）に係る本発明の試作品の試験結
果を示すグラフである。

【図２４】同試験（３）に係る従来品Ａの試験結果を示
すグラフである。

【図２５】同試験（３）に係る従来品Ｂの試験結果を示
すグラフである。

【図２６】上記試験（１）に係る２０ＭＨｚ以下の出力
ノイズを抽出した場合の本発明試作品の試験結果を示す
グラフである。

【図２７】同試験（１）に係る２０ＭＨｚ以下の出力ノ
イズを垂直感度５倍で抽出した場合の本発明試作品の試
験結果を示すグラフである。

【図２８】同試験（１）に係る２０ＭＨｚ以下の出力ノ
イズを抽出した場合の従来品Ａの試験結果を示すグラフ
である。

【図２９】同試験（１）に係る２０ＭＨｚ以下の出力ノ
イズを抽出した場合の従来品Ｂの試験結果を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１ 入力コイル ２ 出力コイル ３ 静電シールド ４ コア ５ 絶縁フィルム ６ 外装材 ７ バンド ８ 脚体 ９ モールド １０ 高周波専用磁気遮蔽板 ４１ カットコア １０１ 透孔 ４１１ 板状カットコア片

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中間部にコアを内挿させる入力コイルと
   出力コイルとを個別に、かつ、それぞれ内周と外周とが
   同心の円形をなすドーナツ状に形成し、これらのドーナ
   ツ状コイルの内外全周面にそれぞれ金属箔のテープを上
   記中間部に通して隙間なく均一に巻き付けて導電材によ
   る静電シールドを施し、これらのコイルをコアにそれぞ
   れ別個独立に装着し、該コアの各コイル嵌合部の横断面
   形状を上記各コイルの内周形状に対応させて円形乃至ほ
   ぼ円形に形成したことを特徴とするノイズレストラン
   ス。
2. 【請求項２】 中間部にコアを内挿させる入力コイルと
   出力コイルとを個別に、かつ、それぞれドーナツ状に形
   成し、これらのドーナツ状コイルの内外全周面にそれぞ
   れ導電材による静電シールドを施すとともに、その外側
   に高周波特性の良い磁性材料の粉末を混合した合成樹脂
   でモールドを施し、これらのコイルをコアにそれぞれ別
   個独立に装着し、また、各コイル間に高周波専用磁気遮
   蔽板を介在させたことを特徴とするノイズレストラン
   ス。