JP5570055B2 - 車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルター - Google Patents

Description

本発明は、車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターに関し、例えばＡＭラジオ放送の周波数帯で発生する高周波ノイズを低減するために利用される。

例えば、車載ラジオ受信機で中波放送（５２０ｋＨｚ〜１６５０ｋＨｚの周波数帯のＡＭ（振幅変調）放送）を受信し聴取する場合、車上の機器から発生する高周波ノイズの周波数が放送の周波数帯と重なるため、高周波ノイズが車載ラジオ受信機のアンテナで受信され、受信した放送にノイズが混入し、スピーカから出力される音響にノイズが現れる。

ノイズ源の一例としては、自動車のリアデフォッガー（後部窓用の結露防止器）がある。すなわち、リアデフォッガーのスイッチをオンオフし、電源から負荷（熱線）に流れる電流に大きな変化が生じる時に高周波電流が発生し、この高周波電流に起因する電磁波が電源ライン等を経由して外部に輻射され、リアデフォッガーの近傍に配置されているラジオのアンテナで高周波ノイズとして受信される。

そこで、高周波ノイズの輻射を低減するために、ノイズ源になり得る電源ラインには、ノイズフィルターを挿入するのが一般的である（特許文献１）。このような用途に用いられるノイズフィルターは、図８に示すように構成されている。このノイズフィルターは、外観上は図８に示すように１個のコンデンサで構成されているが、このコンデンサが内部に残留インダクタンスを有しているので、等価的には図９に示すように１個のコンデンサの容量（キャパシタンス）成分と残留インダクタンス成分（Ｌ）とが直列に接続された回路を形成しており、自己共振型トラップフィルターになっている。つまり、共振周波数の近傍で回路の抵抗値が小さくなるので、電源ラインとアースの間にこのノイズフィルターを接続することにより、共振周波数の近傍の高周波ノイズ成分だけが濾波され、輻射される電磁波（ノイズ）が低減される。

特開２００６−２３８５２９号公報

しかしながら、図８、図９に示したような従来のコンデンサ型ノイズフィルターの場合には、濾波できるノイズの周波数帯域幅が非常に狭く、ノイズの減衰量も最大で６０ｄＢ程度と性能が貧弱であるため、十分なノイズ低減効果が得られなかった。

例えば、車載ラジオ受信機で中波放送を受信する場合には、理想的には、５２０ｋＨｚ〜１６５０ｋＨｚの周波数帯のほぼ全域に渡って、６０ｄＢ以上のノイズ低減量が得られるような性能がノイズフィルターに望まれる。しかし、従来のコンデンサ型ノイズフィルターの場合には、例えば８００ｋＨｚ付近の周波数帯で１００ｋＨｚ程度の狭い帯域幅だけでしか大きなノイズ低減量（６０ｄＢ）が得られず、他の周波数帯ではノイズの発生を十分に抑制できない。

ノイズフィルターについては、上記のコンデンサ型に限らず様々な構成や特性のものが従来より存在している。しかし、高性能の特性が得られるノイズフィルターは、それを構成する部品の数が多くなって部品コストが高くなったり、接続箇所が多くなって製造コストや取り付け作業のコストが嵩むという問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用する部品の数や接続点の数の増加を抑制すると共に、広い周波数帯域幅に渡って高周波ノイズを十分に低減することが可能な車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターは、下記（１）〜（３）を特徴としている。
（１） 少なくとも１つのコンデンサにより構成される車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターであって、
入力端子と出力端子との間を接続する電線で少なくとも１個のループを形成し、前記ループの交差部を固定し、前記ループの途中の箇所に前記コンデンサの反接地側の一端が接続された、
こと。
（２） 上記（１）の構成の車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターであって、
前記ループのほぼ中間の位置に前記コンデンサの反接地側の一端が接続された、
こと。
（３） 上記（１）の構成の車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターであって、
前記コンデンサとして互いに独立した第１のコンデンサと第２のコンデンサとを有し、
前記電線には、前記ループとして互いに独立した第１のループと第２のループとが、それぞれの前記交差部が互いに離れて位置するように形成され、
前記第１のコンデンサは反接地側の一端が前記第１のループと接続され他端が接地され、
前記第２のコンデンサは反接地側の一端が前記第２のループと接続され他端が接地された、
こと。

上記（１）の構成の車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターによれば、前記ループによって疑似的に形成されるインダクタの途中の箇所に前記コンデンサの一端が接続されることになり、周波数特性の良好なノイズフィルターが実現する。すなわち、従来のような単純な直列共振回路ではないため、広い周波数帯域に渡ってノイズを十分に減衰させることが可能になる。しかも、前記線路の形状の工夫によって擬似的に形成されるインダクタを利用するので、特別なインダクタを追加する必要が無く、部品数が増えることもないし、接続箇所が増えることもないので、低コストで提供できる。
上記（２）の構成の車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターによれば、広い周波数帯域に渡ってノイズを十分に減衰させることが可能になる。
上記（３）の構成の車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターによれば、一方のループが他方のループに影響を与えることなく、それぞれがフィルターの機能を有する回路を２段直列に接続することができるので、ノイズの減衰量を増大させることができる。

本発明によれば、使用する部品の数や接続点の数の増加を抑制すると共に、広い周波数帯域幅に渡って高周波ノイズを十分に低減することが可能になる。すなわち、従来のような単純な直列共振回路ではないため、広い周波数帯域に渡ってノイズを十分に減衰させることが可能になる。しかも、前記線路の形状の工夫によって擬似的に形成されるインダクタを利用するので、特別なインダクタを追加する必要が無く、部品数が増えることもないし、接続箇所が増えることもないので、低コストで提供できる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

本発明の実施の形態における車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの外観を表す斜視図である。 図１に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの基本的な回路構成例を表す結線図である。 図２に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの等価回路を表す電気回路図である。 本実施の形態における車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの変形例の外観を表す斜視図であり、（ａ）、（ｂ）は、１本の電線によって２つのループが形成された車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの外観である。 図４に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの変形例の構成を表す結線図である。 図５に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの等価回路を表す電気回路図である。 ３種類の構成の各コンデンサ型ノイズフィルターに関する代表的な周波数−減衰量特性をそれぞれ表すグラフである。 従来のコンデンサ型ノイズフィルターの構成を示す電気回路図である。 図８に示したコンデンサ型ノイズフィルターの等価回路を表す電気回路図である。

本発明の車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターに関する具体的な実施の形態について各図を参照しながら以下に説明する。
（第１の実施の形態）
本実施の形態における車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの外観が図１に示されている。図１は、１本の電線によって１つのループが形成された車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの外観である。また、図１に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの基本的な回路構成例が結線図として図２に示されており、図２に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの等価回路が図３に示されている。以下、図１に示した１本の電線によって１つのループが形成された車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターについて詳細に説明する。

図１に示された車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターは、１本の電線１１と、この電線１１に接続された電子部品ユニット１０とを有している。電線１１は可撓性でかつ電気絶縁性の材料（樹脂など）によって被覆されている。電線１１の一端および他端には、接続用の端子１４、１５がそれぞれ接続されている。端子１４、１５は、図１では丸形状のものが記載されているが、この形状に限定されるものではなく、例えば、Ｕ字形状やコネクタに挿入可能な形状など、様々な形状の端子を適用することができる。

電子部品ユニット１０は、部品ケース１０ａと、接地用金属部材（ブラケット）１０ｃと、係止部材１０ｄとを有している。部品ケース１０ａは、電気絶縁性の材料により箱状に形成される。接地用金属部材１０ｃを車両ボディの金属部分（接地されている箇所）に当接し、係止部材１０ｄと車両ボディとを係止することにより、接地用金属部材１０ｃが車両に接地された状態で電子部品ユニット１０を車両に固定することができる。

部品ケース１０ａの内部には、図２に示されているコンデンサ１３に相当する部品が１つ収容されている。電線１１は、部品ケース１０ａを貫通するように配置され、部品ケース１０ａと固定されている。部品ケース１０ａに収容されているコンデンサ１３は、一方の端子が電線１１の導体と電気的に接続され、他端が接地用金属部材１０ｃと電気的に接続されている。

また、図１に示すように、電線１１の中間部分では、入力側の一区間１１ａと出力側の一区間１１ｂとが積層し、且つその積層した区間の両側では交差し、これら区間の間の電線を輪状（ループ状）に１回周回するように電線１１の形状が加工される。さらに、この状態で各電線１１における積層した区間がそれぞれテープ巻きされる。これにより、電線１１には１つのループ１６が形成されている。また、積層される電線１１の入力側の一区間１１ａと出力側の一区間１１ｂの距離は、一例として２０ｍｍ程度の距離が想定される。また、電線１１を輪状に１回周回した状態でテープ巻きする構成について説明したが、この構成に限られるものではない。

電線１１と電子部品ユニット１０内のコンデンサ１３とを接続する位置については、図１に示すようにループ１６のほぼ中央部（１１ａと１１ｂとが交差する位置と対向する位置）に位置している。

図１に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターは、代表的な使用形態では、ノイズ発生源となる特定の負荷の電源ラインに挿入して使用される。例えば、電線１１の一端の端子１４は自動車の電源側の＋１２Ｖラインと接続され、電線１１の他端の端子１５は、負荷であるリアデフォッガーの熱線と接続される。勿論、熱線への通電のオンオフを制御するために、図示しない適当なスイッチ回路、例えばリレーや手動切り替えスイッチが電源と負荷との間に接続される。

従って、図１に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターは、基本的な構成として図２に示すようなフィルター回路を１つ有しており、このフィルター回路は、等価的には図３に示すような電気回路を形成している。

つまり、端子１４、１５の間に線路である電線１１の形状により形成されたループ１６が存在し、このループ１６の中間位置が、電子部品ユニット１０内のコンデンサ１３及び接地用金属部材１０ｃを経由して車体アースに接地される。

図２に示す車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターは、高周波の電気回路として見ると、図３に示すようにループ１６が擬似的にインダクタを形成しており、このインダクタの中間位置にコンデンサ１３の一端が接続され、コンデンサ１３の他端が接地されている。このため、この車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターを使用すると、従来のコンデンサ型ノイズフィルターのような単純なＬＣ直列回路とは構成が大きく異なるので、広い周波数帯域に渡って大きい減衰量が得られる。具体的な特性については後で説明する。

しかも、ループ１６により形成される疑似的なインダクタを利用しているので、特性の良好なフィルターを構成するために、特別なインダクタを新たな部品として接続する必要がなく、部品数の増加や接続点の数の増大を避けることができ、部品コストや製造コストの増大を抑制できる。

（第２の実施の形態）
図１〜図３に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの変形例が図４〜図６に示されている。本実施の形態における車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの変形例の外観が図４（ａ）、図４（ｂ）に示されている。図４（ａ）、図４（ｂ）は、１本の電線によって２つのループが形成された車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの外観である。また、図４に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの基本的な回路構成例が結線図として図５に示されており、図５に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの等価回路が図６に示されている。図４に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターは、端的に言えば、図２に示したフィルター回路を２回路分備えたものである。以下、図４に示した１本の電線によって２つのループが形成された車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターについて詳細に説明する。

図４（ａ）に示された車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターは、１本の電線１１と、この電線１１に接続された電子部品ユニット１０１、１０２とを有している。電線１１は可撓性でかつ電気絶縁性の材料（樹脂など）によってそれぞれ被覆されている。電線１１の一端および他端には、接続用の端子１４、１５がそれぞれ接続されている。端子１４、１５は、図４（ａ）では丸形状のものが記載されているが、この形状に限定されるものではなく、例えば、Ｕ字形状やコネクタに挿入可能な形状など、様々な形状の端子を適用することができる。

電子部品ユニット１０１、１０２は、第１の実施の形態で説明した電子部品ユニット１０と同様のものであるため、説明を省略する。

図４（ａ）に示すように、電線１１の中間部分には２つのループ１６ａ、１６ｂが直列接続された状態で形成されている。つまり、端子１４、１５の間に線路である電線１１の形状により形成されたループ１６ａ、１６ｂが存在し、この各ループ１６ａ、１６ｂの中間位置が、電子部品ユニット１０１、１０２内のコンデンサ（図５に示されているコンデンサ２３、２４に相当）及び接地用金属部材を経由して車体アースに接地される。ループ１６ａ、１６ｂを形成する手法、および電線１１と電子部品ユニット１０１、１０２内の各コンデンサとを接続する位置については、第１の実施の形態で説明したものと同様のものであるため、説明を省略する。

また、図４（ｂ）に示された車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターは、１本の電線１１と、この電線１１に接続された電子部品ユニット１０とを有している。電線１１は可撓性でかつ電気絶縁性の材料（樹脂など）によって被覆されている。電線１１の一端および他端には、接続用の端子１４、１５がそれぞれ接続されている。端子１４、１５は、図４（ｂ）では丸形状のものが記載されているが、この形状に限定されるものではなく、例えば、Ｕ字形状やコネクタに挿入可能な形状など、様々な形状の端子を適用することができる。

電子部品ユニット１０は、２つの部品ケース１０ａ、１０ｂと、接地用金属部材（ブラケット）１０ｃと、係止部材１０ｄとを有している。２つの部品ケース１０ａ、１０ｂは、それぞれ電気絶縁性の材料により箱状に形成され、厚み方向に重ねて構成してある。接地用金属部材１０ｃを車両ボディの金属部分（接地されている箇所）に当接し、係止部材１０ｄと車両ボディとを係止することにより、接地用金属部材１０ｃが車両に接地された状態で電子部品ユニット１０を車両に固定することができる。

２つの部品ケース１０ａ、１０ｂのそれぞれの内部には、図５に示されているコンデンサ２３、２４に相当する部品が１つずつ収容されている。電線１１は、部品ケース１０ａ及び１０ｂを貫通するように配置され、部品ケース１０ａ、１０ｂと固定されている。部品ケース１０ａに収容されている第１のコンデンサ２３は、一方の端子が電線１１の導体と電気的に接続され、他端が接地用金属部材１０ｃと電気的に接続されている。同様に、部品ケース１０ｂに収容されている第２のコンデンサ２４は、一方の端子が電線１１の導体と電気的に接続され、他端が接地用金属部材１０ｃと電気的に接続されている。

また、図４（ｂ）に示すように、電線１１の中間部分では、入力側の一区間１１ａ、１２ａと出力側の一区間１１ｂ、１２ｂとが互いに隣接する位置で交差し、これらの間で輪状に１回周回するように電線１１の形状が加工され、この状態で電線１１における交差した箇所がそれぞれテープ巻きされる。これにより、電線１１には２つのループ１６ａ、１６ｂが形成されている。ループ１６ａ、１６ｂを形成する手法、および電線１１と電子部品ユニット１０内の各コンデンサ２３、２４とを接続する位置については、第１の実施の形態で説明したものと同様のものであるため、説明を省略する。

従って、図４（ａ）、図４（ｂ）に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターは、基本的な構成として図５に示すようなフィルター回路を２つ有しており、各々のフィルター回路は、等価的には図６に示すような電気回路を形成している。図５、図６に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターは、図１〜図３に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターを２回路分用いてこれらを直列に接続し、特性を改善できるように構成してある。

すなわち、図５、図６に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターにおいては、電線１１の入力側の端子１４に近い位置に第１のループ１６ａが形成され、出力側の端子１５に近い位置に第２のループ１６ｂが形成され、第１のループ１６ａと第２のループ１６ｂとが直列に接続されている。また、第１のコンデンサ２３と第２のコンデンサ２４とが用意してあり、第１のコンデンサ２３は一端が第１のループ１６ａの中央部と接続してあり、他端が接地してある。また、第２のコンデンサ２４は一端が第２のループ１６ｂの中央部と接続してあり、他端が接地してある。

なお、図５、図６に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターにおける２つのループ１６ａ、１６ｂについては、第１のループ１６ａの積層した区間（１１ａ、１１ｂ）と第２のループ１６ｂの積層した区間（１２ａ、１２ｂ）との距離を離して配置することが好ましい。これは、ループ同士が互いに干渉することを抑制するためである。

図４（ａ）、図４（ｂ）に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターは、代表的な使用形態では、ノイズ発生源となる特定の負荷の電源ラインに挿入して使用される。例えば、電線１１の一端の端子１４は自動車の電源側の＋１２Ｖラインと接続され、電線１１の他端の端子１５は、負荷であるリアデフォッガーの熱線と接続される。勿論、熱線への通電のオンオフを制御するために、図示しない適当なスイッチ回路、例えばリレーや手動切り替えスイッチが電源と負荷との間に接続される。

図５に示す車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターは、高周波の電気回路として見ると、図６に示すようにループ１６ａ、１６ｂが擬似的にインダクタを形成しており、このインダクタの中間位置にコンデンサ２３、２４の一端が接続され、コンデンサ２３、２４の他端が接地されている。このため、この車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターを使用すると、従来のコンデンサ型ノイズフィルターのような単純なＬＣ直列回路とは構成が大きく異なるので、広い周波数帯域に渡って大きい減衰量が得られる。具体的な特性については後で説明する。

しかも、ループ１６ａ、１６ｂにより形成される疑似的なインダクタを利用しているので、特性の良好なフィルターを構成するために、特別なインダクタを新たな部品として接続する必要がなく、部品数の増加や接続点の数の増大を避けることができ、部品コストや製造コストの増大を抑制できる。

次に、前述のコンデンサ型ノイズフィルターの具体的な特性の違いについて説明する。３種類の構成の各コンデンサ型ノイズフィルターに関する代表的な周波数−減衰量特性がそれぞれ図７のグラフに示されている。図７において、「ＴｙｐｅＡ」として示されている曲線は従来例（図８、図９の構成）のノイズフィルターの特性を表し、「Ｔｙｐｅ Ｃ」として示されている曲線は図１〜図３に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの特性を表し、「Ｔｙｐｅ Ｂ」として示されている曲線は図４〜図６に示した車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターの特性を表している。

図７を参照すると、従来の構成（ＴｙｐｅＡ）では、６０ｄＢの減衰量が得られるのは、共振点に相当する７００ｋＨｚ近傍を中心とする１００ｋＨｚ程度の非常に狭い帯域幅の範囲内のみに限られており、例えば３００ｋＨｚ〜２５００ｋＨｚの周波数帯域の全体に対しては４０ｄＢ程度の減衰量しか得られないことが分かる。

一方、本発明の（ＴｙｐｅＣ）の構成では、中波ラジオ放送の周波数帯（５２０ｋＨｚ〜１６５０ｋＨｚ）の全域をカバーする（５２０ｋＨｚ〜２５００ｋＨｚ）の周波数帯に対して、５０ｄＢの減衰量が得られることが分かる。つまり、従来の構成と比べて広い帯域に渡ってより大きな減衰量が得られる。

また、本発明の（ＴｙｐｅＢ）の構成では、中波ラジオ放送の周波数帯の全域をカバーする（５００ｋＨｚ〜４０００ｋＨｚ）の周波数帯に対して、６０ｄＢの減衰量が得られることが分かる。つまり、（ＴｙｐｅＣ）の構成と比べても、より広い周波数帯域に渡って更に大きな減衰量が得られる。

１０、１０１、１０２ 電子部品ユニット
１０ａ、１０ｂ 部品ケース
１０ｃ 接地用金属部材
１０ｄ 係止部材
１１ 電線
１１ａ、１２ａ 入力側の一区間
１１ｂ、１２ｂ 出力側の一区間
１３ コンデンサ
１４、１５ 端子
１６ ループ
１６ａ 第１のループ
１６ｂ 第２のループ
２３ 第１のコンデンサ
２４ 第２のコンデンサ

Claims (3)

1. 少なくとも１つのコンデンサにより構成される車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルターであって、
   入力端子と出力端子との間を接続する電線で少なくとも１個のループを形成し、前記ループの交差部を固定し、前記ループの途中の箇所に前記コンデンサの反接地側の一端が接続された、
   ことを特徴とする車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルター。
2. 前記ループのほぼ中間の位置に前記コンデンサの反接地側の一端が接続された、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルター。
3. 前記コンデンサとして互いに独立した第１のコンデンサと第２のコンデンサとを有し、
   前記電線には、前記ループとして互いに独立した第１のループと第２のループとが、それぞれの前記交差部が互いに離れて位置するように形成され、
   前記第１のコンデンサは反接地側の一端が前記第１のループと接続され他端が接地され、
   前記第２のコンデンサは反接地側の一端が前記第２のループと接続され他端が接地された、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車載機器用コンデンサ型高周波ノイズフィルター。

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