JP4593907B2

JP4593907B2 - ノイズフィルタおよびノイズフィルタの製造方法

Info

Publication number: JP4593907B2
Application number: JP2003417683A
Authority: JP
Inventors: 一夫横内
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2023-12-16
Also published as: JP2005184075A

Description

本発明は、主に産業機械等に組み込まれるノイズフィルタに係り、特に、各国によって異なる電源事情が原因となって機械が誤作動することを防止することができるノイズフィルタに関するものである。

従来、電源ラインや通信ライン等を経由して外部から電子機器内に侵入するノイズにより電子機器が誤作動することを防止するため、種々のノイズフィルタが案出されており、日本国内で製造されたノイズフィルタを組み込んだ機械が世界各国に輸出されている。図７は、そのノイズフィルタの一例の回路図を示している。このノイズフィルタ５１は、トロイダル形の磁心に導線を巻回して形成しライン−グラウンド間に流れるコモンモードノイズを減衰させるコモンモードチョ−クコイル５２と、ライン間に流れるノーマルモードノイズを減衰させるべくライン間に接続されるアクロス・ザ・ライン・コンデンサ、すなわちＸコンデンサ５３と、そしてＸコンデンサが故障して短絡した場合でも感電を防止するために各ラインとグラウンド間に接続されるライン・バイパス・コンデンサ、すなわちＹコンデンサ５４を備えている。
特開２００２−２５２５３５公報

商用電源事情は、各国ごとに異なることから、日本国内で製造される各種機械は輸出先の電源事情にあわせて設計・製造されることはもちろんのこと、日本において各国の電源と同等の条件で駆動させて動作確認を行っている。例えば、ヨーロッパの各国にあっては日本等と異なり三相四線タイプの電源を用いており、これは三相三線タイプの電源にニュートラルのラインが加わっているものである。そして、前述したＹコンデンサ５４は、ラインからグラウンドへと電流が漏れる漏洩電流に影響しており、ヨーロッパでは漏洩電流はニュートラルに流れるのに対し、日本では漏洩電流は直接グラウンドに流れる仕組みとなっている。このため、ヨーロッパではＹコンデンサ５４の容量を大きくして漏洩電流が大きくなっても、電源ラインの漏電遮断器が作動することがないのに対して、日本では漏洩電流がグラウンドに流れて漏電遮断器が作動してしまい、電源回路を遮断することになる。
すなわち、ヨーロッパ仕様の機械にＹコンデンサ５４の容量が大きいノイズフィルタ５１を組み込んだ上で、日本国内で動作確認を行おうとすると、漏洩電流が大きいために漏電遮断器が作動してしまい、動作確認をすることができない。そのため、機械の動作確認を行う際に、組み込んであるノイズフィルタ５１を取り外して動作確認を行い、確認後に再び取り付けるという多大な手間を要していた。

そこで本発明にあっては、上述した課題を解決すべく、Ｙコンデンサからの漏洩電流で電源回路の漏洩遮断器が作動することがないように、工夫を凝らして各国の電源事情に対応させたノイズフィルタの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のノイズフィルタは、電源ラインに直列接続されコモンモードノイズを減衰させるリッツ線が巻線されてなるトロイダルコアを有するコモンモードチョークコイルと、一次側と二次側の前記電源ラインの相間に接続され前記電源ライン間に流れるノーマルモードノイズを減衰させるＸコンデンサと、二次側の前記電源ラインの各相とグラウンド間に並列に接続されてなり、前記コモンモードチョークコイルを形成するトロイダルコアには、リッツ線を巻回するとともに漏電電流を流すニュートラルラインを有する電源に対応する第１の値の漏電電流が漏電される第１のＹコンデンサの組及び前記ニュートラルラインを有さない電源に対応する第１の漏電電流より小さい第２の値の漏電電流が漏電される前記第１のＹコンデンサの組より容量の小さい第２のＹコンデンサの組と、前記第１のＹコンデンサとグラウンド間若しくは第２のＹコンデンサの組とグランド間の何れかを接続する切換自在なスイッチ手段とを有し、前記第１のＹコンデンサとグラウンド間及び第２のＹコンデンサの組とグランド間の何れかを切り換えて接続自在とし、前記コモンモードチョークコイルと、前記Ｘコンデンサと、前記Ｙコンデンサとは、ノイズフィルタケース底面に設置されてなり、前記コモンモードチョークコイルは前記ノイズフィルタケース底面に密接する前記コモンモードチョークコイルの高さの２／３以上の高さの筒体に囲繞され前記筒体内に注入固化されてなる放熱性の合成樹脂材により前記コモンモードチョークコイルの高さの２／３以上が覆われた状態に前記ノイズフィルタケースに固定されてなるとともに、前記Ｘコンデンサと、前記Ｙコンデンサとは前記筒体外のノイズフィルタケース底面に前記放熱性の合成樹脂材により固定されてなることを特徴とする。

また、本発明のノイズフィルタの製造方法は、電源ラインに直列接続されコモンモードノイズを減衰させるリッツ線が巻線されてなるトロイダルコアを有するコモンモードチョークコイルと、一次側と二次側の前記電源ラインの相間に接続され前記電源ライン間に流れるノーマルモードノイズを減衰させるＸコンデンサと、二次側の前記電源ラインの各相とグラウンド間に並列に接続されてなり、前記コモンモードチョークコイルを形成するトロイダルコアには、リッツ線を巻回するとともに漏電電流を流すニュートラルラインを有する電源に対応する第１の値の漏電電流が漏電される第１のＹコンデンサの組及び前記ニュートラルラインを有さない電源に対応する第１の漏電電流より小さい第２の値の漏電電流が漏電される前記第１のＹコンデンサの組より容量の小さい第２のＹコンデンサの組と、前記第１のＹコンデンサとグラウンド間若しくは第２のＹコンデンサの組とグランド間の何れかを接続する切換自在なスイッチ手段とを有し、前記第１のＹコンデンサとグラウンド間及び第２のＹコンデンサの組とグランド間の何れかを切り換えて接続自在としてなるノイズフィルタの前記コモンモードチョークコイルと、前記Ｘコンデンサと、前記Ｙコンデンサとをノイズフィルタケース底面に設置するとともに、前記コモンモードチョークコイルを前記ノイズフィルタケース底面に密接する前記コモンモードチョークコイルの高さの２／３以上の高さの筒体にて囲繞し、前記筒体内に溶融した放熱性の合成樹脂材を注ぎ込み固化させ、前記放熱性の合成樹脂材にて前記コモンモードチョークコイルの高さの２／３以上が覆われた状態に前記ノイズフィルタケースに固定するとともに、前記筒体から前記放熱性の合成樹脂材を溢れさせ、前記筒体から溢れ出た放熱性の合成樹脂材にて前記Ｘコンデンサと、前記Ｙコンデンサとを前記筒体外の前記ノイズフィルタケース底面に固定させることを特徴とする。

本発明のノイズフィルタによれば、電源ラインの相間に接続されるＸコンデンサと、この電源ラインの各相とグラウンド間に並列に接続される第１のＹコンデンサの組及び該第１のＹコンデンサと容量の異なる第２のＹコンデンサの組と、上記第１のＹコンデンサの組とグラウンド間若しくは第２のＹコンデンサの組とグラウンド間を接続する切換自在なスイッチ手段とを備えることで、漏洩電流が大きくても漏電遮断器が作動することがない電源事情でノイズフィルタを使用する際には、スイッチ手段を切り換えて容量の大きいＹコンデンサを用い、漏洩電流を小さくしないと導電遮断器が作動してしまう電源事情ではスイッチ手段を切り換えて容量の小さいＹコンデンサを使用することが可能となり、１つのノイズフィルタで各国の電源事情に対応させることができる。

図１〜図２は、本発明の第１の実施例のノイズフィルタ１を示しており、本実施例では外部接続用の三端子を一次側と二次側にそれぞれ設けた三相式のノイズフィルタについて説明する。このノイズフィルタ１にあっては、トロイダル形の磁心に導線を巻回して形成しライン−グラウンド間に流れるコモンモードノイズを減衰させるコモンモードチョ−クコイル２（１ｍＨ）を各ラインに直列に接続し、またライン間に流れるノーマルモードノイズを減衰させるべく、一次側と二次側の各ライン間アクロス・ザ・ライン・コンデンサ、すなわちＸコンデンサ３（３．３μＦ、それぞれ３個ずつ）を接続し、そしてＸコンデンサが故障して短絡した場合でも感電を防止するために二次側の各ラインとグラウンド（シャーシ・グラウンドを経由して接地）Ｇ間にライン・バイパス・コンデンサとして、１．５μＦと容量の大きいＹ₁コンデンサ４（３個で１組）と、０．０４７μＦと容量の小さいＹ₂コンデンサ５（３個で１組）を並列に接続するとともに、このＹ₁コンデンサ４とＹ₂コンデンサ５の何れかをグラウンドＧに接続する切換自在なスイッチ６をシャーシの上面に備えている。またこれ以外に、図示しない電源切断時にコンデンサの蓄積電荷を放電させるためのブリーダー抵抗、グラウンドからのノイズの侵入を抑制するアース・インダクタ等を備えてもよい。このノイズフィルタ１において、１．５μＦの容量のＹ₁コンデンサ４をグラウンドＧに接続すると、漏洩電流は約８００ｍＡと大きく、また０．０４７μＦの容量のＹ₂コンデンサ５をグラウンドＧに接続すると、漏洩電流は約３．５ｍＡと小さくなるものである。

このような構成のノイズフィルタ１とすることで、ヨーロッパなどの漏洩電流が大きくてもよい電源環境下では容量の大きいＹ₁コンデンサ４を選択すべくスイッチ６を切り換え、また漏洩電流を小さくしないと漏電遮断器が作動してしまう日本などの電源環境下ではＹ₂コンデンサ５を選択すべくスイッチ６を切り換えることで、ノイズフィルタ１をどの電源事情の地域でも問題なく使用することができるものである。

図３は、本発明の第２の実施例のノイズフィルタ１１を示しており、このノイズフィルタ１１は、トロイダル形の磁心に導線を巻回して形成しライン−グラウンド間に流れるコモンモードノイズを減衰させるコモンモードチョ−クコイル１２（１ｍＨ）と、ライン間に流れるノーマルモードノイズを減衰させるべく一次側と二次側の各ライン間に接続されるアクロス・ザ・ライン・コンデンサ、すなわちＸコンデンサ１３（３．３μＦ）と、そしてＸコンデンサが故障して短絡した場合でも感電を防止するために二次側の各ラインとグラウンド（シャーシ・グラウンドを経由して接地）Ｇ間に接続されるライン・バイパス・コンデンサ、すなわちＹコンデンサ１４（１．５μＦ）と、このＹコンデンサ４とグラウンドＧ間に介在する開閉自在なスイッチ１５をシャーシの上面に備えている。また、前述同様にブリーダー抵抗、アース・インダクタ等を備えてもよい。

そして、このノイズフィルタ１１を組み込んだ機械を漏電遮断器が作動しないようにして作動確認する際には、スイッチ１５を開にすることで、Ｙコンデンサ１４を機能させずに漏洩電流を０にすることができ、またＹコンデンサ１４を機能させる場合にはスイッチ１５を閉にすればよいものである。このノイズフィルタ１１をヨーロッパの電源環境で用いた場合、１．５μＦの容量のＹコンデンサ４による漏洩電流は約８００ｍＡとなる。

また、トロイダルコアに巻回する導線としては、従来は綿巻銅線と称される複数本の銅線を撚りあわせた上で、外周に細い綿糸を密に巻くことで曲げやすくしたものが用いられていた。この綿巻銅線は、細い銅線を撚りあわせて１本の太い銅線と同様な電気特性を備えつつも、トロイダルコアに巻回しやすい可撓性を備える好適なものであった。これに対し、上述した各実施例のノイズフィルタにあっては、トロイダルコアに巻回する導線として、綿巻銅線の代わりにエナメル被覆した細い絶縁銅線１７を複数本撚りあわせた、図４に示す所謂リッツ線１８を用いている。

このリッツ線１８は、従来用いていた綿巻銅線と断面積を同一にして比較した場合に、絶縁被覆で導体を分割し導体表面積を大きくすることで、表皮効果による交流抵抗の上昇を抑制してコイルの温度上昇を抑える効果を発揮することができるものである。さらに、リッツ線１８はその外周を縛るものがないことから、トロイダルコアに巻回する際にある程度変形してリッツ線同士が隙間なく密に巻回され、これにより綿巻銅線よりも巻数を多くして特性を向上させることができる。

図５は、本発明に係るノイズフィルタの構造を表しており、ノイズフィルタ１のケース内の略中心にはコモンモードチョ−クコイル２が配置され、その両脇の端子台２１の下部にはＸコンデンサ２２とＹコンデンサ２３が配置されており、そしてこれらをケースに固定しかつ素子からの熱を伝導して放熱するために合成樹脂２４をケース内に流し込んで硬化させている。コモンモードチョ−クコイル２の放熱を考慮した場合には、コイルの高さの２／３以上を覆うことが望ましく、そのために従来は図６に示すごとく、ケースの高さの約半分程度まで合成樹脂２４を流し込んでいた。ただし、Ｘコンデンサ２２とＹコンデンサ２３については、あまり発熱しないことから、ケースに固定するだけのわずかな量の合成樹脂でも充分であった。

しかし、このように多量の合成樹脂を用いた場合には、ノイズフィルタは不必要なまでに重くなって取り扱いに苦慮するとともに、ケースの貼り合わせ部から合成樹脂が滲み出る恐れもあることから、その製造には多大な手間を要していた。そこで、本実施例ではコモンモードチョ−クコイル２の周囲を多少大径な筒体２５で覆うとともに、その下部をケース底面に密接（又は固定）させ、この状態で筒体２５内に合成樹脂２４を流し込んでいく。筒体２５の上部にまで合成樹脂２４が満ちてもさらに投入し、合成樹脂２４が筒体２５外にあふれてケース底面をある程度覆ったところで、合成樹脂２４の投入を止める。これにより、図５に示すごとく、Ｘコンデンサ２２とＹコンデンサ２３は筒体２５からあふれ出た僅かな量の合成樹脂でケースに固定されることとなる。

尚、上述した各実施例のスイッチは、上述したごとくシャーシ外に露出させて切り換え自在なシーソータイプに限られることなく、外からシャーシ内部にキーやネジを挿脱してシャーシ内の接点を切り換えるタイプとしたり、ジャンパーピン・ジャンパー端子を接離して切り換えるタイプとしたりすることができる。

また、上述した各実施例にあっては、三相電源用の一次側、二次側とも３端子を備えた三相式のノイズフィルタについて説明したが、これに限定されることなく、二相式のノイズフィルタにも適用することができるものである。

本発明のノイズフィルタの斜視図である。本発明のノイズフィルタの第１の実施例を示す回路図である。本発明のノイズフィルタの第２の実施例を示す回路図である。本発明のノイズフィルタに用いるリッツ線の説明図である。本発明のノイズフィルタの製造方法を示す説明図である。従来のノイズフィルタの製造方法を示す説明図である。従来のノイズフィルタの回路図である。

１ノイズフィルタ
２コモンモードチョ−クコイル
３Ｘコンデンサ
４Ｙ₁コンデンサ
５Ｙ₂コンデンサ
６スイッチ
１１ノイズフィルタ
１２コモンモードチョ−クコイル
１３Ｘコンデンサ
１４Ｙコンデンサ
１５スイッチ
１７絶縁被覆
１８リッツ線
２１端子台
２２Ｘコンデンサ
２３Ｙコンデンサ
２４合成樹脂
２５筒体

Claims

電源ラインに直列接続されコモンモードノイズを減衰させるリッツ線が巻線されてなるトロイダルコアを有するコモンモードチョークコイルと、一次側と二次側の前記電源ラインの相間に接続され前記電源ライン間に流れるノーマルモードノイズを減衰させるＸコンデンサと、二次側の前記電源ラインの各相とグラウンド間に並列に接続されてなり、前記コモンモードチョークコイルを形成するトロイダルコアには、リッツ線を巻回するとともに漏電電流を流すニュートラルラインを有する電源に対応する第１の値の漏電電流が漏電される第１のＹコンデンサの組及び前記ニュートラルラインを有さない電源に対応する第１の漏電電流より小さい第２の値の漏電電流が漏電される前記第１のＹコンデンサの組より容量の小さい第２のＹコンデンサの組と、前記第１のＹコンデンサとグラウンド間若しくは第２のＹコンデンサの組とグランド間の何れかを接続する切換自在なスイッチ手段とを有し、前記第１のＹコンデンサとグラウンド間及び第２のＹコンデンサの組とグランド間の何れかを切り換えて接続自在とし、前記コモンモードチョークコイルと、前記Ｘコンデンサと、前記Ｙコンデンサとは、ノイズフィルタケース底面に設置されてなり、前記コモンモードチョークコイルは前記ノイズフィルタケース底面に密接する前記コモンモードチョークコイルの高さの２／３以上の高さの筒体に囲繞され前記筒体内に注入固化されてなる放熱性の合成樹脂材により前記コモンモードチョークコイルの高さの２／３以上が覆われた状態に前記ノイズフィルタケースに固定されてなるとともに、前記Ｘコンデンサと、前記Ｙコンデンサとは前記筒体外のノイズフィルタケース底面に前記放熱性の合成樹脂材により固定されてなることを特徴とするノイズフィルタ。
電源ラインに直列接続されコモンモードノイズを減衰させるリッツ線が巻線されてなるトロイダルコアを有するコモンモードチョークコイルと、一次側と二次側の前記電源ラインの相間に接続され前記電源ライン間に流れるノーマルモードノイズを減衰させるＸコンデンサと、二次側の前記電源ラインの各相とグラウンド間に並列に接続されてなり、前記コモンモードチョークコイルを形成するトロイダルコアには、リッツ線を巻回するとともに漏電電流を流すニュートラルラインを有する電源に対応する第１の値の漏電電流が漏電される第１のＹコンデンサの組及び前記ニュートラルラインを有さない電源に対応する第１の漏電電流より小さい第２の値の漏電電流が漏電される前記第１のＹコンデンサの組より容量の小さい第２のＹコンデンサの組と、前記第１のＹコンデンサとグラウンド間若しくは第２のＹコンデンサの組とグランド間の何れかを接続する切換自在なスイッチ手段とを有し、前記第１のＹコンデンサとグラウンド間及び第２のＹコンデンサの組とグランド間の何れかを切り換えて接続自在としてなるノイズフィルタの前記コモンモードチョークコイルと、前記Ｘコンデンサと、前記Ｙコンデンサとをノイズフィルタケース底面に設置するとともに、前記コモンモードチョークコイルを前記ノイズフィルタケース底面に密接する前記コモンモードチョークコイルの高さの２／３以上の高さの筒体にて囲繞し、前記筒体内に溶融した放熱性の合成樹脂材を注ぎ込み固化させ、前記放熱性の合成樹脂材にて前記コモンモードチョークコイルの高さの２／３以上が覆われた状態に前記ノイズフィルタケースに固定するとともに、前記筒体から前記放熱性の合成樹脂材を溢れさせ、前記筒体から溢れ出た放熱性の合成樹脂材にて前記Ｘコンデンサと、前記Ｙコンデンサとを前記筒体外の前記ノイズフィルタケース底面に固定させることを特徴とするノイズフィルタの製造方法。