JP4363148B2

JP4363148B2 - コモンモードノイズフィルタ

Info

Publication number: JP4363148B2
Application number: JP2003349429A
Authority: JP
Inventors: 善宏長野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-10-08
Filing date: 2003-10-08
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2023-10-08
Also published as: JP2005116792A

Description

本発明は、電子機器のノイズ対策用として使用されるコモンモードノイズフィルタに関する。

従来、電子機器のノイズ対策として、電子機器の入力側にノイズフィルタを設けることは周知である。ノイズフィルタとしては、例えば交流電源ライン間に発生するノーマルモードノイズと、交流電源ラインとグランド間に発生するコモンモードノイズとがある。コモンモードノイズ用に用いられるコモンモードノイズフィルタは磁性体コアに２本のコイル導体を巻き回したもので、各コイル導体の一端側に入力された同じ位相を有するノイズが他端側へ通過するのを阻止する機能を有している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３１３６４６号公報

しかし、コモンモードノイズフィルタは、ノーマルモードノイズに対してはインダクタンスが小さくフィルタ効果が期待できないという欠点がある。そのため、ノーマルモードノイズを除去するためには、コモンモードノイズフィルタとは別にノーマルモードノイズ用のノイズフィルタを設ける必要があり、装置が大型化するという問題があった。

請求項１の発明は、閉磁路を形成するコアと、前記コアに巻回された第１のコイルおよび第２のコイルとを備え、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルにおける一方の端子を第１の回路側に接続し、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルにおける他方の端子を第２の回路側に接続するコモンモードノイズフィルタであって、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルにノーマルモード電流が流れたとき、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルによりそれぞれ形成されたコア内磁束を通過させるための磁束通過部を前記コアに設け、前記磁束通過部は、(a) 前記コアのうち前記第１のコイルが巻回されている第１のコイル占有領域と前記第２のコイルが巻回されている第２のコイル占有領域とに挟まれた２つのコイル非占有領域から、前記第１のコイルの中心軸および前記第２のコイルの中心軸を含んだ平面を挟むよう、前記平面の両側にそれぞれ突出した第１の架橋部材および第２の架橋部材を有し、(b) 前記第１の架橋部材は、２つある前記コイル非占有領域の一方から、他方の前記コイル非占有領域に磁路を形成する際に、第１のギャップを介して磁路を形成し、(c) 前記第２の架橋部材は、２つある前記コイル非占有領域の一方から、他方の前記コイル非占有領域に磁路を形成する際に、第２のギャップを介して磁路を形成する、ことを特徴とするコモンモードノイズフィルタ。
請求項２の発明は、請求項１に記載のコモンモードノイズフィルタにおいて、前記コアは、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルがそれぞれ巻回されている第１のボビンおよび第２のボビンを巻装するために２分割された第１の分割コアおよび第２の分割コアを有し、前記第１の架橋部材は、前記第１の分割コアおよび第２の分割コアからそれぞれ突出した一方の分割架橋部材および他方の分割架橋部材を前記第１のギャップを介して対向配置することにより構成し、前記第２の架橋部材は、前記第１の分割コアおよび第２の分割コアから、前記第１の架橋部材とは逆の方向にそれぞれ突出した一方の分割架橋部材および他方の分割架橋部材を前記第２のギャップを介して対向配置することにより構成したものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のコモンモードノイズフィルタにおいて、前記コアは矩形型コアであり、前記矩形型コアの対向する２辺には前記第１のコイルおよび前記第２のコイルを配置し、残りの対向する２辺を磁気的に結合するために、前記矩形コアを挟んでそれぞれ逆の方向に突出した前記第１の架橋部材および前記第２の架橋部材を備える。

本発明によれば、ノーマルモードにおける磁束を通過させる磁束通過部を設けたことにより、ノーマルモードに対するインダクタンスが大きくなり、ノーマルモードノイズに関するフィルタ効果が大きくなる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は本発明によるコモンモードノイズフィルタ１の概略構成を示す図である。２は磁気コアであり、フェライト等の磁性体材料により形成されている。磁気コア２の巻芯部２ａには第１のコイル３が巻かれており、巻芯部２ｂには第２のコイル４が巻かれている。

コイル３，４の一端に設けられた端子３ａ，４ａは一次側の端子であり、図１では電源５が接続されている。一方、コイル３，４の他端に設けられた端子３ｂ，４ｂは二次側の端子であり、負荷６が接続されている。磁気コア２の巻芯部２ａ，２ｂを連結するコア部には中央連絡部２０１ａ，２０１ｂが形成されている。中央連絡部２０１ａと中央連絡部２０１ｂとの間にはギャップＧが形成されている。

図２はコモンモードノイズフィルタ１の機能を説明する図であり、（ａ）はコモンモード時の磁束を示したもので、（ｂ）はノーマルモード時の磁束を示したものである。コモンモードの場合、コイル３，４に対するコモンモードノイズの電流の方向は、いずれのコイル３，４においても図２（ａ）に示す矢印１０ａ，１０ｂのように電源側から負荷側へと流れる。もちろん、負荷６で発生したノイズは矢印１０ａ，１０ｂ方向とは逆方向になる。コモンモードノイズにより発生する磁束の磁束線は、破線１１で示すように巻芯部２ａ，２ｂ内を通過するリング状の磁束線となる。

一方、図２（ｂ）に示すノーマルモードノイズの場合には、ノイズの電流は負荷電流と同じ方向となる。すなわち、コイル３では矢印１２ａの方向に流れ、コイル４では矢印１２ｂの方向に流れる。このようなノーマルモードノイズが発生すると、コイル３により発生する磁束の磁束線１３ａは巻芯部２ａ，中央連絡部２０１ａ，２０１ｂおよびギャップＧを通過するリング状の磁束線となる。また、コイル４により発生する磁束の磁束線１３ｂは巻芯部２ｂ，中央連絡部２０１ａ，２０１ｂおよびギャップＧを通過するリング状の磁束線となる。

図３は従来のコモンモードノイズフィルタ１００の一例を示す図であり、２つのコイル３，４は図３（ａ）、図３（ｂ）に示すようなリング状の磁気コア１０１に巻き回されている。図３（ａ）のコモンモードでは、コモンモードノイズフィルタ１と同様に磁束線１１は磁気コア１０１内を一周するリング状の磁束線となる。

コモンモードの場合、図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、いずれのコモンモードノイズフィルタ１，１００においても、コイル３，４はそれぞれの磁束が同じ方向で加わりあうような接続となっている。このような場合には、各コイル３，４のインダクタンスをＬ３，Ｌ４、相互インダクタンスをＭとすると、コイル３，４の合成インダクタンスＬは「Ｌ＝Ｌ３＋Ｌ４＋２Ｍ」となり、相互インダクタンスの寄与分だけ大きくなる。その結果、合成インダクタンスＬが大きくなって、コモンモードノイズの負荷６側への侵入が阻止される。

一方、ノーマルモードの場合には、図３（ｂ）に示す従来のコモンモードノイズフィルタ１００では、コイル３による磁束線１３ａとコイル４による磁束線１３ｂとはコイル３，４の左右両側において互いに反発しあって磁気コア１０１の外部へと漏洩する。このように、ノーマルモードにおいては、コイル３の磁束とコイル４の磁束とが反対方向となる。

このような場合には、コイル３，４の合成インダクタンスＬは「Ｌ＝Ｌ３＋Ｌ４−２Ｍ」となり、相互インダクタンスは合成インダクタンスＬを小さくする方向に寄与する。例えば、コイル３，４の巻き数が等しくてインダクタンスが等しい場合にはＬ１＝Ｌ２＝Ｍとなって合成インダクタンスＬはゼロになる。このように合成インダクタンスＬが小さくなることによって、ノーマルモードノイズに対するフィルタ効果が著しく小さくなる。

しかしながら、本実施の形態のコモンモードノイズフィルタ１の場合には、コイル３が設けられた巻芯部２ａとコイル４が設けられた巻芯部２ｂとの間に中央連絡部２０１ａ，２０１ｂを設けコイル３とコイル４との間の磁気コア２が露出した部分を互いに磁気的に結合するようにした。その結果、ノーマルモードにおいては、巻芯部２ａを出たコイル３の磁束線１３ａは中央連絡部２０１ａ，２０１ｂを通って巻芯部２ａへと戻る。また、巻芯部２ｂを出たコイル４の磁束線１３ｂは中央連絡部２０１ａ，２０１ｂを通って巻芯部２ｂへと戻る。

このように、コモンモードノイズフィルタ１では、ノーマルモードにおいてもコイル３の磁束とコイル４の磁束とが打ち消し合うような状態になることがない。その結果、磁束漏洩を防止でき、相互インダクタンスの寄与よる合成インダクタンスＬの低下を抑えることができ、ノーマルモードノイズに対するフィルタ効果の低下を防止することができる。

ところで、上述したように負荷電流の向きはノーマルモードであるので、ノーマルモードにおける磁束はコモンモードの場合に比べて非常に大きく、磁気コア２が磁束飽和を起こしやすい。そのため、中央連絡部２０１ａ，２０１ｂの間にギャップＧを設けて磁束飽和を防止している。

例えば、中央連絡部２０１ａ，２０１ｂの断面積をＡ、ギャップＧの隙間寸法をＬｇ、ギャップ部分の透磁率をμ_０とすると、ギャップＧの部分の磁気抵抗Ｒｍｇは「Ｒｍｇ＝Ｌｇ／（μ_０・Ａ）」となる。一方、中央連絡部２０１ａ，２０１ｂを連結してギャップＧの部分を磁気コア２の材料で満たした場合には、隙間寸法Ｌｇに相当する部分の磁気抵抗Ｒｍｃは、磁気コア２の比透磁率をμｓとすると「Ｒｍｃ＝Ｌｇ／（μｓ・μ_０・Ａ）＝Ｒｍｇ／μｓ」となる。よって、磁気抵抗Ｒｍｇは磁気抵抗Ｒｍｃのμｓ倍になる。

このように、ギャップＧを設けることにより磁気抵抗が大きくなるため、ノーマルモードにおける磁束飽和を防止することができる。ノイズフィルタの磁気コアに用いられる磁性体材料では、μｓは１０００〜１００００程度であり、ギャップＬｇは１ｍｍ程度あれば十分である。

図４はコモンモードノイズフィルタの第１の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は分解斜視図である。磁気コア２は２つの分割コア２Ａ，２Ｂから成り、分割コア２Ａには中央連絡部２０１ａが形成され、分割コア２Ｂには中央連絡部２０１ｂが形成されている。分割コア２Ａの巻芯部２０ａ，２０ｂを分割コア２Ｂの巻芯部２１ａ，２１ｂと突き合わせるように固着することにより一体の磁気コア２が形成される。

突き合わされた巻芯部２０ａ，２１ａにはコイル３が巻き回されたボビン２３が外挿され、突き合わされた巻芯部２０ｂ，２１ｂにはコイル４が巻き回されたボビン２４が外挿されている。ノイズフィルタを組み立てる際には、矢印で示すように、ボビン２３，２４の貫通孔に両側から分割コア２Ａ，２Ｂの巻芯部２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂを挿入して固着する。

図５は図４に示したコモンモードノイズフィルタの変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図５に示すノイズフィルタでは、各分割コア２Ａ，２Ｂには中央連絡部２０１ａ，２０１ｂがそれぞれ上下に２つ形成されている。一対の中央連絡部２０１ａの一方は分割コア２Ａの上面から上方に突出するように設けられ、途中から分割コア２Ｂ方向に曲がっている。他方の中央連絡部２０１ａは分割コア２Ａの下面から下方に突出するように設けられ、途中から分割コア２Ｂ方向に曲がっている。分割コア２Ｂの中央連絡部２０１ｂにつても同様の構造となっている。

図６は本発明によるコモンモードノイズフィルタの第２の実施例を示す斜視図である。図６に示すノイズフィルタは、トロイダル型の磁気コア３０にコイル３およびコイル４が巻き回された一般的なコモンモードノイズフィルタに、磁性体材料からなる板状または棒状の中央連絡部材３１を設けたものである。中央連絡部材３１は、両端が磁気コア３０の露出部に対向するように磁気コア３０の孔部３２内に配設される。磁気コア３０と中央連絡部材３１の両端との間にはギャップＧが形成される。

中央連絡部材３１は孔部３２に挿入配設するだけでも良いし、接着剤等によりノイズフィルタに固着するようにしても良い。第２の実施例では、従来のコモンモードノイズフィルタに中央連絡部材３１を追加する構造なので、製作が容易で、コストアップを極力抑えることができる。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、コイル３は第１のコイルを、コイル４は第２のコイルを中央連絡部２０１ａ，２０１ｂおよび中央連絡部材３１は連絡部をそれぞれ構成する。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本発明によるコモンモードノイズフィルタ１の概略構成を示す図である。コモンモードノイズフィルタ１の機能を説明する図であり、（ａ）はコモンモード時の磁束を示したもので、（ｂ）はノーマルモード時の磁束を示したものである。従来のコモンモードノイズフィルタ１００の一例を示す図であり、（ａ）はコモンモード時の磁束を示しており、（ｂ）はノーマルモード時の磁束を示している。コモンモードノイズフィルタの第１の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は分解斜視図である。図４に示したノイズフィルタの変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。コモンモードノイズフィルタの第２の実施例を示す斜視図である。

符号の説明

１，１００コモンモードノイズフィルタ
２，３０，１０１磁気コア
２Ａ，２Ｂ分割コア
３，４コイル
５電源
６負荷
２３，２４ボビン
３１中央連絡部材
２０１ａ，２０１ｂ中央連絡部
Ｇギャップ

Claims

閉磁路を形成するコアと、前記コアに巻回された第１のコイルおよび第２のコイルとを備え、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルにおける一方の端子を第１の回路側に接続し、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルにおける他方の端子を第２の回路側に接続するコモンモードノイズフィルタであって、
前記第１のコイルおよび前記第２のコイルにノーマルモード電流が流れたとき、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルによりそれぞれ形成されたコア内磁束を通過させるための磁束通過部を前記コアに設け、
前記磁束通過部は、
(a) 前記コアのうち前記第１のコイルが巻回されている第１のコイル占有領域と前記第２のコイルが巻回されている第２のコイル占有領域とに挟まれた２つのコイル非占有領域から、前記第１のコイルの中心軸および前記第２のコイルの中心軸を含んだ平面を挟むよう、前記平面の両側にそれぞれ突出した第１の架橋部材および第２の架橋部材を有し、
(b) 前記第１の架橋部材は、２つある前記コイル非占有領域の一方から、他方の前記コイル非占有領域に磁路を形成する際に、第１のギャップを介して磁路を形成し、
(c) 前記第２の架橋部材は、２つある前記コイル非占有領域の一方から、他方の前記コイル非占有領域に磁路を形成する際に、第２のギャップを介して磁路を形成する、
ことを特徴とするコモンモードノイズフィルタ。
請求項１に記載のコモンモードノイズフィルタにおいて、
前記コアは、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルがそれぞれ巻回されている第１のボビンおよび第２のボビンを巻装するために２分割された第１の分割コアおよび第２の分割コアを有し、
前記第１の架橋部材は、前記第１の分割コアおよび第２の分割コアからそれぞれ突出した一方の分割架橋部材および他方の分割架橋部材を前記第１のギャップを介して対向配置することにより構成し、
前記第２の架橋部材は、前記第１の分割コアおよび第２の分割コアから、前記第１の架橋部材とは逆の方向にそれぞれ突出した一方の分割架橋部材および他方の分割架橋部材を前記第２のギャップを介して対向配置することにより構成する、
ことを特徴とするコモンモードノイズフィルタ。
請求項１または２に記載のコモンモードノイズフィルタにおいて、
前記コアは矩形型コアであり、前記矩形型コアの対向する２辺には前記第１のコイルおよび前記第２のコイルを配置し、残りの対向する２辺を磁気的に結合するために、前記矩形コアを挟んでそれぞれ逆の方向に突出した前記第１の架橋部材および前記第２の架橋部材を備えることを特徴とするコモンモードノイズフィルタ。