JP5387502B2

JP5387502B2 - コイル部品及びインピーダンスの調整方法

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Publication number: JP5387502B2
Application number: JP2010117254A
Authority: JP
Inventors: 孝輝佐藤; 康裕大井; せつ土田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2030-05-21
Also published as: JP2011243917A

Description

本発明は、コイル部品及びこのコイル部品におけるインピーダンスの調整方法に関する。

この種のコイル部品として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１に記載のノイズフィルタ（コモンモードフィルタ）では、電源線に直列に接続された２本のコイルを、電源電流に対して負結合となるように互いに逆方向にトロイダルコアに巻回すると共に、グランドに接続された接地コイルをトロイダルコアに更に巻回している。これにより、ノイズフィルタでは、電源線に接続された２本コイルを流れるコモンモードノイズ成分に対して、接地コイルを流れるコモンモードノイズ成分が逆向きとなるため、コモンモードノイズ成分が除去されている。

実開昭５５−１６２４２５号公報

ところで、上記従来のノイズフィルタでは、ノイズ除去性の向上を図るためにコモンモードインピーダンスを高くすべく巻線（コイル）の巻回数を増やすと、漏れ磁束が大きくなる。そのため、漏れ磁束の増大に伴いディファレンシャルインピーダンスも高くなり、信号伝送に悪影響を及ぼすおそれがある。このように、従来のノイズフィルタでは、インピーダンスの調整が容易ではなかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、インピーダンスの調整を容易に行うことができるコイル部品及びインピーダンスの調整方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るコイル部品は、互いに離間すると共に略平行に配置された第１〜第３巻芯部と、第１〜第３巻芯部の軸方向の両端のそれぞれを連結するように形成された一対の連結部とから構成されるコアと、第１〜第３巻芯部のそれぞれに巻回される第１〜第３巻線と、第１〜第３巻線に電気的に接続されると共に連結部に設けられた第１〜第３電極とを備え、第１巻芯部及び第３巻芯部は、第２巻芯部を両側から挟むように配置されており、中央に配置された第２巻芯部に巻回される第２巻線は、第１巻芯部及び第３巻芯部に巻回される第１巻線及び第３巻線と巻回方向が逆になっていると共に、一端が接地されていることを特徴とする。

このコイル部品では、第１〜第３巻芯部のそれぞれに第１〜第３巻線が巻回されており、中央に配置される第２巻芯部に巻回される第２巻線は、第２巻芯部の両側に配置された第１巻芯部及び第３巻芯部に巻回される第１巻線及び第３巻線と巻回方向が逆になっており、且つ一端部が接地されている。これにより、各巻線を同相で流れるコモンモードノイズ成分に対して、第１巻線と第２巻線とによってインピーダンスを発生してコモンモードチョークコイルとして機能し、同様に第３巻線と第２巻線とによってインピーダンスを発生してコモンモードチョークコイルとして機能することにより、コモンモードノイズ成分を減衰させることができる。そして、このような構成において、第２巻芯部に巻回される第２巻線の巻回数を変更すると、第２巻線と第１巻線及び第３巻線との磁気結合の強度が変化し、これに伴いインピーダンスが変化する。そのため、第２巻線の巻回数を変更することで、インピーダンスの調整を容易に行うことができる。したがって、コモンモードインピーダンスを高くすると共に、ディファレンシャルインピーダンスを低下させるようなインピーダンスの調整が容易にできる。

また、第２巻芯部に巻回される第２巻線の巻回数は、第１巻芯部及び第３巻芯部に巻回される第１巻線及び第３巻線の巻回数よりも多いことが好ましい。このように、中央に配置された第２巻芯部における第２巻線の巻回数を増やすことにより、第２巻線と第１巻線及び第３巻線との磁気結合が高くなるので、コモンインピーダンスを高くしつつ、ディファレンシャルインピーダンスを低下させることができる。

また、本発明は、上記のようにコイル部品の製造方法の発明として記述できる他に、以下のようにインピーダンスの調整法方の発明としても記述することができる。これはカテゴリが異なるだけで、実質的に同一の発明であり、同様の作用及び効果を奏する。

すなわち、本発明に係るインピーダンスの調整方法は、互いに離間すると共に略平行に配置された第１〜第３巻芯部と、第１〜第３巻芯部の軸方向の両端のそれぞれを連結するように形成された一対の連結部とから構成されるコアと、第１〜第３巻芯部のそれぞれに巻回される第１〜第３巻線と、第１〜第３巻線に電気的に接続されると共に連結部に設けられた第１〜第３電極とを備え、第１巻芯部及び第３巻芯部が第２巻芯部を両側から挟むように配置されているコイル部品のインピーダンス調整方法であって、中央に配置された第２巻芯部に巻回される第２巻線を、第１巻芯部及び第３巻芯部に巻回される第１巻線及び第３巻線の巻回方向と逆にすると共に、一端を接地することを特徴とする。

また、第２巻芯部に巻回される２巻線の巻回数を、第１巻芯部及び第３巻芯部に巻回される第１巻線及び第３巻線の巻回数よりも多くすることが好ましい。

本発明によれば、インピーダンスの調整を容易に行うことができる。これにより、コモンモードインピーダンスを高くすると共に、信号伝送に影響しないディファレンシャルインピーダンスを得ることができる。

第１実施形態に係るコモンモードフィルタの斜視図である。図１に示すコモンモードフィルタの上面図である。コモンモードフィルタの回路図である。信号の流れを示す図である。周波数とインピーダンスとの関係を示す図である。第２実施形態に係るコモンモードフィルタの上面図である。図６に示すコモンモードフィルタの周波数とインピーダンスとの関係を示す図である。

図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。なお、以下の実施形態は、本発明のコイル部品をコモンモードフィルタ（コモンモードチョーク）に適用した例である。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るコモンモードフィルタを示す斜視図である。図２は、図１に示すコモンモードフィルタの上面図である。各図に示すように、コモンモードフィルタ１は、コア２と、巻線３と、電極４とを備えている。このコモンモードフィルタ１は、例えば、長さが１２ｍｍ、幅が１５ｍｍ、高さが５ｍｍに設定されている。コモンモードフィルタ１は、例えば、電源回路に用いられる。

コア２は、第１〜第３巻芯部２１〜２３と、一対の連結部２４，２５とから構成されている。第１〜第３巻芯部２１〜２３及び連結部２４，２５は、磁性体（例えば、フェライト等）からなる。この第１〜第３巻芯部２１〜２３は、柱状をなしており、いずれも軸心方向に直交する断面積が同等となっている。第１〜第３巻芯部２１〜２３は、互いに離間すると共に略平行に並設されている。具体的には、第１巻芯部２１、第２巻芯部２２及び第３巻芯部２３がこの順に略平行に設けられており、第１及び第３巻芯部２１，２３が、所定の間隔を有して第２巻芯部２２を両側から挟むように配置されている。なお、上記柱状には、円柱、角柱等の形状が含まれる。

連結部２４，２５は、第１〜第３巻芯部２１〜２３の両端（上下端）のそれぞれを連結するように形成されている。具体的には、連結部２４，２５は、柱状をなしており、第１〜第３巻芯部２１〜２３の軸心方向に直交する方向に延在すると共に、第１〜第３巻芯部２１〜２３の軸方向（長手方向）の両端に互いに対向するように連結されている。第１〜第３巻芯部２１〜２３と連結部２４，２５とは、一体的に形成されている。このような構成により、コア２は、日の字状を呈している。

巻線３は、第１巻線３１と、第２巻線３２と、第３巻線３３とを含んでいる。この第１巻線３１、第２巻線３２及び第３巻線３３は、例えば銅線等であり、直径φが０．４ｍｍ〜０．７ｍｍ程度である。

第１巻線３１は、第１巻芯部２１において軸心方向に複数ターン（ここでは６ターン）巻回されている。第２巻線３２は、第２巻芯部２２において軸心方向に第１巻線３１と同様に複数ターン（６ターン）巻回されており、その巻回方向は、第１巻線３１の巻回方向と逆方向となっている。第３巻線３２は、第３巻芯部２３において軸心方向に第１及び第２巻線３１，３２と同様に複数ターン（６ターン）巻回されており、その巻回方向は、第１巻線３１の巻回方向と同方向となっている。すなわち、第１〜第３巻線３１〜３３の巻回数は、すべて同一であり、第１〜第３巻線３１〜３３の巻回方向は、第２巻線３２の巻回方向だけが第１及び第３巻線３１，３３の巻回方向と異なっている。このような構成により、第１及び第３巻線３１，３３と第２巻線３２とでは、ディファレンシャルモード信号が逆位相となる。第１〜第３巻線３１〜３３は、互いに電気的に絶縁されると共に、互いに磁気結合する。

電極４は、第１電極４１ａ，４１ｂと、第２電極４２ａ，４２ｂと、第３電極４３ａ，４３ｂとを含んでいる。第１電極４１ａ，４１ｂには、第１巻線３１の両端がそれぞれ電気的に接続されている。第２電極４２ａ，４２ｂには、第２巻線３２の両端がそれぞれ電気的に接続されている。第３電極４３ａ，４３ｂには、第３巻線３３の両端がそれぞれ電気的に接続されている。第１巻線３１と第１電極４１ａ，４１ｂ、第２巻線３２と第２電極４２ａ，４２ｂ及び第３巻線３３と第３電極４３ａ，４３ｂとの接続（継線）は、熱圧着、溶接、あるいは、はんだ付けによって行われる。第１電極４１ａ，４１ｂ、第２電極４２ａ，４２ｂ及び第３電極４３ａ，４３ｂは、いずれも連結部２４，２５の上面、側面及び下面に亘って設けられている。

第１電極４３ａ，４３ｂのうち、第１電極４３ａは、ディファレンシャルモード信号の入力端となっており、第１電極４３ｂには、負荷（回路等）が接続される。第２電極４２ａ，４２ｂのうち、第２電極４２ａは、信号の出力端となっており、第２電極４２ｂは、グランドに接続（接地）されている。第３電極４３ａ，４３ｂのうち、第３電極４３ａは、ディファレンシャルモード信号の入力端となっており、第３電極４３ｂには、負荷（回路等）が接続される。つまり、コモンモードフィルタ１では、２つの入力に対してグランドが１つ（共通）になっている。

なお、電極４は、連結部２４，２５の上面、側面及び下面に金属材料（例えば、Ａｇ等）を主成分とする導電ペーストを転写した後に所定温度（例えば、７００℃程度）にて焼き付け、更に金属めっきを施すことにより、形成される。金属めっきには、ＮｉとＳｎ、ＣｕとＮｉとＳｎ、ＮｉとＡｕ、ＮｉとＰｄとＡｕ、ＮｉとＰｄとＡｇ、又は、ＮｉとＡｇ等を用いることができる。なお、電極４は、金属製の板材にて構成し、連結部２４，２５の対応する位置に装着して構成してもよい。金属製の板材には、例えば金属めっき（ＮｉとＳｎ）を施した燐青銅等を用いることができる。

続いて、上記構成を有するコモンモードフィルタ１の動作について説明する。図３は、コモンモードフィルタの回路図であり、図４（ａ）は、ディファレンシャルモード信号の流れを説明する図、図４（ｂ）は、コモンモード信号の流れを説明する図である。図３では、第１巻芯部２１と第１巻線３１とで構成されるコイルをＬ１、第２巻芯部２２と第２巻線３２とで構成されるコイルをＬ２、第３巻芯部２３と第２巻線３３とで構成されるコイルをＬ３で示している。また、第１電極４１ｂは、「ｓｕｐｐｌｙ１（負荷）」に接続され、第３電極４３ｂは、「ｓｕｐｐｕｌｙ２（負荷）」に接続され、第２電極４２ｂは、「ｃｏｍｍｏｎｇｒｏｕｎｄ（グランド）」に接続されている。

図３及び図４に示すように、コモンモードフィルタ１では、第１電極４１ａ及び第３電極４３ａからディファレンシャルモード信号ｌ１，ｌ２が入力され、第２電極４２ａから出力（ｌ１＋ｌ２）される。具体的には、コモンモードフィルタ１では、第１巻線３１に発生する磁束と第２巻線３２に発生する磁束は互いに打ち消しあう方向に流れる。同様に、第３巻線３３に発生する磁束と第２巻線３２に発生する磁束は互いに打ち消しあう方向に流れる。

また、コモンモードノイズ成分は、第１巻線３１（コイルＬ１）と第２巻線３２（コイルＬ２）、及び第２巻線３２（コイルＬ２）と第３巻線（コイルＬ３）との合成磁束によりコモンモードインピーダンスが高くなるため、コモンモードノイズ成分が除去される。

図５は、周波数とインピーダンスとの関係（インピーダンス特性）を示す図である。図５において、縦軸はインピーダンス［Ω］、横軸は周波数［ＭＨｚ］となっており、コモンモードを破線ｃｏｍ、ディファレンシャルモードを実線Ｄｉｆｆで示している。図５に示すように、コモンモードフィルタ１では、周波数が１１０［ＭＨｚ］付近までは、ディファレンシャルインピーダンスの方がコモンモードインピーダンスよりも高く設定されている。

以上説明したように、コモンモードフィルタ１では、第１〜第３巻芯部２１〜２３のそれぞれに第１〜第３巻線３１〜３３が巻回されており、中央に配置される第２巻芯部２２に巻回される第２巻線３２は、第２巻芯部２２の両側に配置された第１及び第３巻芯部２１，２３に巻回される第１及び第３巻線３１，３３と巻回方向が逆になっており、且つ一端部が接地されている。これにより、各巻線３１〜３３を同相で流れるコモンモードノイズ成分に対して、第１巻線３１と第２巻線３２とによってインピーダンスを発生してコモンモードチョークコイルとして機能し、同様に第３巻線３３と第２巻線３２とによってインピーダンスを発生してコモンモードチョークコイルとして機能することにより、コモンモードノイズ成分を減衰させることができる。そして、このような構成において、第２巻芯部２２に巻回される第２巻線３２の巻回数を変更すると、第２巻線３２と第１巻線３１及び第３巻線３３との磁気結合の強度が変化し、これに伴いインピーダンスが変化する。そのため、第２巻線３２の巻回数を変更することで、インピーダンスの調整を容易に行うことができる。したがって、コモンモードインピーダンスを高くすると共に、ディファレンシャルインピーダンスを低下させるようなインピーダンスの調整が容易にできる。

［第２実施形態］
続いて、第２実施形態に係るコモンモードフィルタについて説明する。図６は、第２実施形態に係るコモンモードフィルタの上面図である。同図に示すコモンモードフィルタ１は、第２巻芯部２２に巻回される第２コイル３２Ａの巻回数が第１実施形態と異なっており、その他の構成については第１実施形態と同様である。なお、図６（ａ）は、ディファレンシャルモード信号の流れを示し、図６（ｂ）は、コモンモード信号の流れを示している。

具体的には、図６に示すように、コモンモードフィルタ１Ａは、第２巻芯部２２に巻回される第２巻線３２Ａの巻回数が第１巻芯部２１及び第３巻芯部２３に巻回される第１巻線３１及び第３巻線３３の巻回数よりも多くなっている。より詳細には、第２巻芯部２２に巻回される第２巻線３２Ａの巻回数は、第１巻芯部２１及び第３巻芯部２３に巻回される第１巻線３１及び第３巻線３３の巻回数の２倍（第１巻線：第２巻線：第３巻線＝１：２：１）となっている。なお、第２巻線３２Ａの直径φは、０．４ｍｍ〜０．７ｍｍ程度である。

このような構成により、コモンモードフィルタ１Ａでは、第２巻線３２Ａの巻回数が第１巻線３１及び第３巻線３３よりも多いため、第２巻線３２Ａと第１巻線３１との磁気結合、及び第２巻線３２Ａと第３巻線３３との磁気結合が、第１実施形態のコモンモードフィルタ１に比して高い（強い）。つまり、コモンモードフィルタ１Ａでは、ディファレンシャルインピーダンスが低くなると共に、コモンモードインピーダンスが高くなる。具体的には、図７を参照しながら説明する。

図７は、周波数とインピーダンスの関係を示す図である。図７において、縦軸はインピーダンス［Ω］、横軸は周波数［ＭＨｚ］となっており、コモンモードを破線ｃｏｍ、ディファレンシャルモードを実線Ｄｉｆｆで示している。図７に示すように、コモンモードフィルタ１Ａでは、第２巻線３２Ａの巻回数を第１巻線３１及び第３巻線３３よりも多くすることにより、ディファレンシャルインピーダンスが低く設定されている。一方で、コモンモードインピーダンスは、ディファレンシャルインピーダンスよりも高く設定されている。つまり、第２巻線３２Ａの巻回数を変更することで、インピーダンスの調整を良好に行うことができる。

以上説明したように、コモンモードフィルタ１Ａでは、第１実施形態と同様に、第２巻芯部２２に巻回される第２巻線３２Ａの巻回数を変更すると、第２巻線３２Ａと第１巻線３１及び第３巻線３３との磁気結合の強度が変化し、これに伴いインピーダンスが変化する。そのため、第２巻線３２Ａの巻回数を変更することで、インピーダンスの調整を容易に行うことができる。したがって、コモンモードインピーダンスを高くすると共に、ディファレンシャルインピーダンスを低下させるようなインピーダンスの調整が容易にできる。

また、第２巻芯部２２に巻回される第２巻線３２Ａは、第１巻芯部２１及び第３巻芯部２３に巻回される第１巻線３１及び第３巻線３３よりも巻回数が多いので、第２巻線３２Ａと第１巻線３１及び第３巻線３３との磁気結合を強める（密にする）ことができる。これにより、コモンモードインピーダンスを高めることができると共に、ディファレンシャルインピーダンスを低減させることができる。したがって、信号伝送に影響しないディファレンシャルインピーダンスを得ることができると共に、コモンモードインピーダンスを高く設定することが可能となる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、第１巻線３１及び第３巻線３３の巻回数を６ターンとしているが、第１巻線３１及び第３巻線３３の巻回数はこれに限定されず、所望するインピーダンス特性に応じて適宜変更可能である。

また、第２実施形態では、第２巻線３２Ａの巻回数を第１巻線３１及び第３巻線３３の巻回数よりも多く（２倍に）することでインピーダンスの調整を行っているが、第２巻線３２Ａが巻回される第２巻芯部２２の断面積を、第１巻芯部２１及び第３巻芯部２３よりも大きくすることでインピーダンスの調整を行ってもよい。

１…コモンモードフィルタ、２…コア、３…巻線、４…電極、２１…第１巻芯部、２２…第２巻芯部、２３…第３巻芯部、３１…第１巻線、３２，３２Ａ…第２巻線、３３…第３巻線、４１ａ，４１ｂ…第１電極、４２ａ，４２ｂ…第２電極、４３ａ，４３ｂ…第３電極。

Claims

互いに離間すると共に略平行に配置された第１〜第３巻芯部と、当該第１〜第３巻芯部の軸方向の両端のそれぞれを連結するように形成された一対の連結部とから構成されるコアと、
前記第１〜第３巻芯部のそれぞれに巻回される第１〜第３巻線と、
前記第１〜第３巻線に電気的に接続されると共に前記連結部に設けられた第１〜第３電極とを備え、
前記第１巻芯部及び前記第３巻芯部は、前記第２巻芯部を両側から挟むように配置されており、
中央に配置された前記第２巻芯部に巻回される前記第２巻線は、前記第１巻芯部及び前記第３巻芯部に巻回される前記第１巻線及び前記第３巻線と巻回方向が逆になっていると共に、一端が接地されており、
前記第２巻芯部に巻回される前記第２巻線の巻回数は、前記第１巻芯部及び前記第３巻芯部に巻回される前記第１巻線及び前記第３巻線の巻回数よりも多いことを特徴とするコイル部品。
互いに離間すると共に略平行に配置された第１〜第３巻芯部と、当該第１〜第３巻芯部の軸方向の両端のそれぞれを連結するように形成された一対の連結部とから構成されるコアと、
前記第１〜第３巻芯部のそれぞれに巻回される第１〜第３巻線と、
前記第１〜第３巻線に電気的に接続されると共に前記連結部に設けられた第１〜第３電極とを備え、
前記第１巻芯部及び前記第３巻芯部が前記第２巻芯部を両側から挟むように配置されているコイル部品のインピーダンス調整方法であって、
中央に配置された前記第２巻芯部に巻回される前記第２巻線を、前記第１巻芯部及び前記第３巻芯部に巻回される前記第１巻線及び前記第３巻線の巻回方向と逆にすると共に、一端を接地し、
前記第２巻芯部に巻回される前記第２巻線の巻回数を、前記第１巻芯部及び前記第３巻芯部に巻回される前記第１巻線及び前記第３巻線の巻回数よりも多くすることを特徴とするインピーダンスの調整方法。