JP5951163B1 - Noise filter - Google Patents
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Abstract
ノイズフィルタの減衰効果を高周波まで維持させるとともに、ノイズフィルタが高温になるのを防止させることができるものを得る。グラウンド導体(19)、(24)のグラウンドパターン(19a)、(19b)、(24a)、(24b)が巻線導体(100)の巻線パターンの入出力端子位置(3)、(6)、(14)、(18)に対向する位置(29)〜(32)において、巻線パターンの外側に延伸されて配設されており、グラウンド導体のグラウンドパターン(19a)、(19b)、(24a)、(24b)には、磁性体コア(400)の周りに配置される部分を分断するスリット(20)〜(23)、(25)〜(28)が設けられている。A noise filter that maintains the attenuation effect up to a high frequency and prevents the noise filter from becoming high temperature is obtained. The ground patterns (19a), (19b), (24a), (24b) of the ground conductors (19), (24) are the input / output terminal positions (3), (6) of the winding pattern of the winding conductor (100). , (14), at positions (29) to (32) facing (18), they are extended and arranged outside the winding pattern, and ground patterns (19a), (19b), ( 24a) and (24b) are provided with slits (20) to (23) and (25) to (28) for dividing a portion disposed around the magnetic core (400).
Description
この発明は、電力変換装置における半導体素子のスイッチング動作に伴って発生するノイズを減衰させるノイズフィルタに関する。 The present invention relates to a noise filter for attenuating noise generated with a switching operation of a semiconductor element in a power conversion device.
モータ等の負荷に可変周波数、可変電圧の電力を供給するための装置として電力変換装置がある。電力変換装置は、装置内のコンバータ部分やインバータ部分の半導体素子がパワー半導体で構成されており、パワー半導体のスイッチング動作により電圧の昇降圧を行ったり、可変周波数、可変電圧の交流電圧を作り、モータ等の負荷に交流電力を供給する。パワー半導体のスイッチング動作により、たとえば出力のU相、V相、W相の中性点の電位変動や、装置内の寄生インダクタンス、寄生キャパシタンスによる充放電によって伝導性ノイズが発生することが一般的に知られている。伝導性ノイズの中でも複数の線に同位相、同振幅で流れ、帰還経路が接地線、接地電位になっている装置の金属筺体や大地を通る電流はコモンモード電流と呼ばれている。伝導性ノイズを減衰するためには、コモンモード電流(コモンモードノイズとも称す)の低減対策が不可欠となる。 There is a power conversion device as a device for supplying variable frequency and variable voltage power to a load such as a motor. In the power conversion device, the semiconductor element of the converter part and the inverter part in the device is composed of a power semiconductor, and voltage switching is performed by switching operation of the power semiconductor, or AC voltage of variable frequency and variable voltage is created, AC power is supplied to a load such as a motor. Power semiconductor switching operations generally cause conductive noise due to potential fluctuations at the neutral point of the output U-phase, V-phase, and W-phase, as well as charging and discharging due to parasitic inductance and parasitic capacitance in the device. Are known. Among conductive noises, currents that flow through a plurality of lines with the same phase and amplitude, and that pass through the metal enclosure or ground of the device whose return path is at the ground line or ground potential are called common mode currents. In order to attenuate conductive noise, a countermeasure for reducing common mode current (also referred to as common mode noise) is indispensable.
半導体素子のスイッチング動作等に伴い発生する上記のような導電性ノイズであるコモンモードノイズを低減することを目的として、磁性体コアに導体を巻回したコモンモードコイルが用いられる。コモンモードコイルは、磁性体コアに巻線を施したコイルインダクタンスと磁性体の抵抗成分を利用して、コモンモードノイズを低減させるコモンモードノイズフィルタとしての効果がある。また、対接地間の小さなインピーダンスを利用してコモンモードノイズを低減させるコンデンサと合わせて使用するとよりコモンモードノイズを低減させるフィルタとして機能する。 For the purpose of reducing common mode noise, which is conductive noise as described above, which occurs due to switching operation of a semiconductor element, a common mode coil in which a conductor is wound around a magnetic core is used. The common mode coil has an effect as a common mode noise filter that reduces common mode noise by using a coil inductance obtained by winding a magnetic core and a resistance component of the magnetic body. Further, when used in combination with a capacitor that reduces common mode noise by utilizing a small impedance between ground, it functions as a filter that further reduces common mode noise.
しかしながら、インダクタとコンデンサ(キャパシタ)を組み合わせるコモンモードノイズフィルタは、端子接続箇所が増える、組み立て作業が煩雑になる、部品の設置面積、設置体積が増えるため装置全体が大きくなるという課題がある。 However, a common mode noise filter that combines an inductor and a capacitor (capacitor) has problems that the number of terminal connection points increases, the assembly work becomes complicated, the installation area and the installation volume of components increase, and the entire apparatus becomes large.
これを解決する方法として、例えば、特許文献1には、コモンモードコイルの巻線と接地線間に誘電体を挟み一体化した部品を、E字型コアとI字型コアもしくはE字型コア2個の磁性体に嵌め合わせることでインダクタとコンデンサを一体で構成した、フィルタ全体の設置面積を小さくした小型のコモンモードノイズフィルタが記載されている。また、特許文献2にも巻線パターンとグラウンドパターン間に誘電体を挟み、巻線パターンどうしとグラウンドパターンどうしをスルーホールを介して接続して構成されるブロックを複数重ね合わせてインダクタとコンデンサを一体化したノイズフィルタが記載されている。
As a method for solving this, for example,
しかしながら、特許文献1、2のノイズフィルタはともにフィルタ内部から接地線を引き出してきて、接地電位に接続するため、接地線が長くなりコンデンサが比較的低い周波数で容量性から誘導性に変わってしまい、ノイズ減衰効果が高周波まで維持できないという課題があった。
However, since the noise filters of
また、例えば車載用の電力変換装置の場合、エンジンルームからの熱が伝わることによりたとえば50度以上の温度環境におかれ、さらに、数10A以上の大電流が電力変換装置の回路を流れることで、ノイズフィルタが置かれる環境は高温となる。フィルタを構成する磁性体や誘電体は高温になると特性が劣化したり、絶縁性劣化等の耐久性が劣化するため、例えば、巻線のジュール熱を放熱させる部材を別途設ける必要が生じ、その結果フィルタが大型化してしまう課題があった。 For example, in the case of an in-vehicle power converter, heat from the engine room is transferred to a temperature environment of, for example, 50 degrees or more, and a large current of several tens of amps flows through the circuit of the power converter. The environment where the noise filter is placed becomes high temperature. The magnetic and dielectric materials that make up the filter deteriorate when the temperature rises, and the durability such as insulation degradation deteriorates.For example, it is necessary to separately provide a member that radiates the Joule heat of the winding. As a result, there is a problem that the filter becomes large.
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ノイズフィルタの減衰効果を高周波まで維持させるものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and maintains the attenuation effect of the noise filter up to a high frequency.
この発明に係るノイズフィルタにおいては、平面状の導体からなり、層状に配置され層間を電気的に接続した巻線パターンから構成される巻線導体と、巻線パターンの導体との間に誘電体を挟んで配置されたグラウンドパターンを構成するグラウンド導体と、巻線パターンが巻き回された磁性体コアを備えたノイズフィルタであって、グラウンドパターンが巻線パターンの入出力端子位置において、巻線パターンの外側に延伸されて配設されており、グラウンド導体のグラウンドパターンには、磁性体コアの周りに配置される部分を分断するスリットが設けられている。 In the noise filter according to the present invention, a dielectric is provided between a winding conductor composed of a planar conductor, which is composed of a winding pattern arranged in layers and electrically connected between the layers, and the conductor of the winding pattern. A noise filter having a ground conductor that constitutes a ground pattern arranged with a winding pattern and a magnetic core around which the winding pattern is wound, wherein the ground pattern is wound at the input / output terminal position of the winding pattern. The ground conductor is provided with a slit that divides a portion disposed around the magnetic core.
この発明のノイズフィルタによれば、ノイズフィルタの効果がある周波数帯域の高周波まで維持させることができる。 According to the noise filter of the present invention, it is possible to maintain even a high frequency in a frequency band where the noise filter is effective.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るノイズフィルタ(コモンモードノイズフィルタとも称す)を説明するための斜視図、図13は図1に示すコモンモードノイズフィルタのA−A線における断面図である。
FIG. 1 is a perspective view for explaining a noise filter (also referred to as a common mode noise filter) according to
図1に示すノイズフィルタ(コモンモードノイズフィルタ)700は、概略的には、巻線パターンから構成される巻線導体100、巻線導体間を絶縁する誘電体(誘電体樹脂とも称す)200、グラウンドパターンを構成するグラウンド導体19、24、磁性体コア400とで構成されている。
A noise filter (common mode noise filter) 700 shown in FIG. 1 schematically includes a
巻線導体100は平面状の導体からなる巻線である。巻線は、基板構造となっており、巻線導体は基板状に巻線パターンが形成され、巻線間に絶縁のための誘電体樹脂200(図13参照)が挟まれている。また、導体の縁面も絶縁性を高めるために誘電体樹脂で覆われている。本実施の形態の例では、巻線は2ターン分巻かれており、2ターンの巻線は3層の導体層で構成されており、1層目と5層目はグラウンド層を構成している。
The
図2は、本実施の形態1の巻線パターンを説明するための平面図である。図2では、図13に示すように配置された2層目、3層目、4層目の正極側の巻線パターンを構成するそれぞれの巻線パターン1、7、13と、負極側の巻線パターンを構成するそれぞれの巻線パターン4、10、16を示している。即ち、図2(a)は、2層目正極側の巻線パターンと2層目負極側の巻線パターンを示している。図2(b)は、3層目正極側の巻線パターンと3層目負極側の巻線パターンを示している。図2(c)は、4層目正極側の巻線パターンと4層目負極側の巻線パターンを示している。
FIG. 2 is a plan view for explaining the winding pattern of the first embodiment. In FIG. 2, the
巻線パターンのそれぞれには、正極側の巻線パターン入力端子3、負極側の巻線パターン入力端子6、正極側の巻線パターン出力端子14、負極側の巻線パターン出力端子18が設けられている。巻線パターン間である2層目と3層目の端子間の端部(接続位置とも称す)2と端部8や端部5と端部12、3層目と4層目の端子間の端部9と端部15、端部11と端部17は、例えば、インナービアホール(IVH)で電気的に接続されている。このとき、ビア部分の電流密度が高くなるとビア位置での発熱が大きくなるため、ビアは、巻線パターンと同程度の断面積になる程度に複数のビアを打つことが望ましい。また、巻線パターン1、4と巻線パターン13、16は、それぞれスリット25、26とスリット27、28が形成されている。
Each of the winding patterns is provided with a positive side winding
図3は、本実施の形態1のグラウンドパターンを説明するための平面図である。図3(a)は、1層目のグラウンドパターンを構成する正極側のグラウンドパターン24a、負極側のグラウンドパターン24b、図3(b)は、5層目のグラウンドパターンを構成する正極側のグラウンドパターン19a、負極側のグラウンドパターン19bを示しており、それぞれ2層目、4層目との間に対地コンデンサを形成する。コンデンサのキャパシタンスは、対向する導体の面積に比例するため、できる限り大きい容量を形成するためには、巻線パターン1、4、13、16と完全に対向する位置にグラウンドパターン24a、24b、19a、19bを設けると対向面積は最大となり、キャパシタンスも最大となる。
グラウンドパターン24a、24bとグラウンドパターン19a、19bが巻線パターンの入力端子3、6および出力端子14、18に対向する位置29、30、31、32において、巻線パターンの外側に延伸されて配設されている。言い換えると、例えば、グラウンドパターン24a、24bは、それぞれ対向する巻線パターン1、4よりも面積が広く配置されていることになる。
また、グラウンドパターン24a、24bとグラウンドパターン19a、19bは、それぞれスリット20、21とスリット22、23が形成されている。本スリットが形成されていなければ、磁性体コアの周りでグラウンドパターンが導通すると巻線パターンの巻線との磁気結合により、巻線の高周波インピーダンスがショートした状態のようになり、磁性体コアに巻線を施した高周波での高いインピーダンスの効果が失われてしまうが、本スリットを設けることによりこのような問題を生じない。FIG. 3 is a plan view for explaining the ground pattern of the first embodiment. FIG. 3A shows a positive-
The
The
本実施の形態1では、2層目の正極側と負極側の巻線パターンは1層目のグラウンドパターン、4層目の正極側と負極側の巻線パターンは5層目のグラウンドパターンとの間にキャパシタンス(対地コンデンサ)を構成している。対地コンデンサは、コモンモードの高周波ノイズ電流に対するインピーダンスが小さいため、ノイズ電流をグラウンド層に流し、ノイズ電流のみを減衰させることができる。キャパシタンスを構成するための巻線パターンとグラウンド層間の誘電体層は、その誘電率が高い、もしくは厚みが薄いほどキャパシタンスが大きくなるためノイズ減衰効果は大きくなる。 In the first embodiment, the second layer positive electrode side and negative electrode side winding pattern is the first layer ground pattern, the fourth layer positive electrode side and negative electrode side winding pattern is the fifth layer ground pattern A capacitance (ground capacitor) is formed between them. Since the ground capacitor has a small impedance to the common mode high-frequency noise current, the noise current can be passed through the ground layer and only the noise current can be attenuated. Since the dielectric layer between the winding pattern and the ground layer for forming the capacitance has a higher dielectric constant or a smaller thickness, the capacitance increases and the noise attenuation effect increases.
さらに、正極側、負極側の両巻線パターンは、例えば、フェライトコア、アモルファスコア、結晶性の金属磁性体コアといった高周波で比透磁率が大きい磁性体コア400に巻き回す。正極側、負極側の両巻線を流れるコモンモードのノイズ電流のコアを鎖交する磁束の方向は、同じであるため、正極、負極に流れるコモンモードノイズの減衰に効果的である。本実施の形態1における磁性体コアは、U形状の2個のコアを組み合わせたもの(UUコアとも称す)、もしくはU形状とI形状の2種類のコアを組み合わせたもの(UIコアとも称す)であるが、後述する実施の形態3で説明するように、E形状の2個のコアを組み合わせたもの(EEコアとも称す)、もしくはE形状とI形状の2種類のコアを組み合わせたもの(EIコアとも称す)でもよい。
Furthermore, both the positive electrode side and negative electrode side winding patterns are wound around a
図4は、実施の形態1における2層目の巻線パターンから1層目のグラウンドパターンに流れる正極、負極それぞれのノイズ電流の経路を簡易的に示した図である。図4(a)は2層目正極側の巻線パターンと2層目負極側の巻線パターンを示している。また図4(b)は1層目のグラウンドパターンを構成する正極側のグラウンドパターンと負極側のグラウンドパターンを示している。図4に示すようにグラウンドパターン24a、24bにスリット20、21を設け、磁性体コア400を周回するパターンが導通しないようにすると、巻線パターンを流れている往路とグラウンドパターンを通って接地電位に流れようとする復路のノイズ電流の向きが反対となり、発生させる磁束も反対となって打ち消しあうため、インダクタンスが発生しない。正極側のノイズ電流INpと負極側のノイズ電流INnの向きは破線のようになる。つまり、コモンモードの等価回路図(コアの等価回路は簡易的に1ターンごとの自己インダクタンスLと1ターン目と2ターン目の相互インダクタンスMのみで表記しているが、厳密には抵抗成分や容量成分をもつ。ここでの説明には不要のためインダクタンスLのみ表記。)で示すと、図7のようにはならずに、図6のようになるため、ノイズ減衰効果を高めることが可能となる。なお、対地間コンデンサCとの関係は、図6のように表わされる。また、出力側のグラウンドパターン19a、19bと巻線パターン13、16も同様の配置関係にする必要がある。
FIG. 4 is a diagram simply showing noise current paths of the positive electrode and the negative electrode flowing from the second winding pattern to the first ground pattern in the first embodiment. FIG. 4A shows a winding pattern on the second layer positive electrode side and a winding pattern on the second layer negative electrode side. FIG. 4B shows a ground pattern on the positive electrode side and a ground pattern on the negative electrode side constituting the ground pattern of the first layer. As shown in FIG. 4, when the
また、図4に示したグラウンドパターン24a、24bのスリット20、21は、それぞれ誘電体を介して対向する巻線パターン1、4のスリット25、26と重なる位置となっており、このようにグラウンドパターンのスリットと巻線パターンのスリット位置が重なり合うようにスリットを入れた状態が最もキャパシタンスが大きくなる条件となり、コモンモードのノイズフィルタの減衰効果が最も大きい。上記したスリットの位置とフィルタ減衰効果の関係は、出力側のグラウンドパターン19a、19bのスリット22、23と巻線パターン13、16のスリット27、28も同様である。
Also, the
一方で図5になるようにグラウンドパターンを接地させてしまうと、ノイズ電流が往路だけで接地電位に流れ込むため、発生する磁束がコアを鎖交してしまい、巻線パターンの2ターンの巻線のインダクタンスと結合してしまう。なお、図5(a)は2層目正極側の巻線パターンと2層目負極側の巻線パターンを示している。また図5(b)は1層目のグラウンドパターンを構成する正極側のグラウンドパターンと負極側のグラウンドパターンを示している。
このような場合は、図7の等価回路となり、ノイズ減衰効果は図6に比べて著しく低い。内側から巻き始める巻線パターンの場合でも、同様に考える必要があり、図8のように接地させると、等価回路は図6のようになるが、図9のように接地させると、等価回路は、図7のようになるため、図8のように接地させる方が図9のように接地させるよりノイズ減衰効果は高い。なお、上記メカニズムは4層目の巻線パターンと5層目のグラウンドパターンの関係にも当てはまる。なお、図8(a)は2層目正極側の巻線パターンと2層目負極側の巻線パターンを示している。図8(b)は1層目のグラウンドパターンを構成する正極側のグラウンドパターンと負極側のグラウンドパターンを示している。また、図9(a)は2層目正極側の巻線パターンと2層目負極側の巻線パターンを示している。図9(b)は1層目のグラウンドパターンを構成する正極側のグラウンドパターンと負極側のグラウンドパターンを示している。On the other hand, if the ground pattern is grounded as shown in FIG. 5, the noise current flows to the ground potential only in the forward path, so the generated magnetic flux interlinks the core, and the winding pattern has two turns. Will be coupled with the inductance. FIG. 5A shows a winding pattern on the second layer positive electrode side and a winding pattern on the second layer negative electrode side. FIG. 5B shows a ground pattern on the positive electrode side and a ground pattern on the negative electrode side constituting the ground pattern of the first layer.
In such a case, the equivalent circuit of FIG. 7 is obtained, and the noise attenuation effect is significantly lower than that of FIG. Even in the case of a winding pattern that starts winding from the inside, it is necessary to think in the same way. When grounded as shown in FIG. 8, the equivalent circuit is as shown in FIG. 6, but when grounded as shown in FIG. 7, the noise attenuation effect is higher when grounding as shown in FIG. 8 than when grounding as shown in FIG. The above mechanism also applies to the relationship between the fourth layer winding pattern and the fifth layer ground pattern. FIG. 8A shows a winding pattern on the second layer positive electrode side and a winding pattern on the second layer negative electrode side. FIG. 8B shows a ground pattern on the positive electrode side and a ground pattern on the negative electrode side constituting the ground pattern of the first layer. FIG. 9A shows a winding pattern on the second layer positive electrode side and a winding pattern on the second layer negative electrode side. FIG. 9B shows a ground pattern on the positive electrode side and a ground pattern on the negative electrode side constituting the ground pattern of the first layer.
図10、図11は、本実施の形態1におけるグラウンドパターンの接地構造を説明する斜視図である。電力変換装置はパワー半導体部分で損失するエネルギーが熱となって発生する。さらに電力変換装置は、より大きな電力を伝えるために巻線に数10〜数百Aの大電流が流れるため、巻線配線からの発熱も大きい。このため、電力変換装置は、放熱フィン800をノイズフィルタに取り付けることが多い。一方で、放熱フィン800は、金属ブロックのため、グラウンド電位として使用される。
10 and 11 are perspective views for explaining the ground pattern grounding structure according to the first embodiment. In the power converter, energy lost in the power semiconductor portion is generated as heat. Furthermore, since a large current of several tens to several hundreds of A flows through the winding in order to transmit larger power, the power conversion device generates a large amount of heat from the winding wiring. For this reason, the power conversion device often attaches the
本実施の形態1では、この放熱フィンをノイズフィルタの冷却と対地コンデンサの接地先のグラウンドとして使用している。放熱フィン800には、溝(窪み部)801が設けられており、図10、図11に示すように、本ノイズフィルタを取り付けると、磁性体コア400の下部が溝801に嵌まり込んで収容され、グラウンド導体19のグラウンドパターンと放熱フィン800とが接触する。本ノイズフィルタは、グラウンド導体19とグラウンド導体24の間に導体スペーサ500を挟んで放熱フィン800に導電性ねじ600によって低接触抵抗で取り付けられる。グラウンド導体24も一緒に結合されて接地される。磁性体コア400に電気伝導率の高い、アモルファス、ファインメット、MnZn(マンガン亜鉛)フェライトを使う場合は、放熱フィン800との間を絶縁する。
In the first embodiment, the heat radiating fin is used as a ground for cooling the noise filter and grounding the ground capacitor. The
実施の形態1のコモンモードノイズフィルタはグラウンドパターンが入出力端子位置において、巻線パターンの外側に延伸されて配設されており、さらにグラウンドパターンが線ではなく、平面状のパターンであるため、小さな自己インダクタンスで接地できる。 In the common mode noise filter of the first embodiment, the ground pattern is extended and disposed outside the winding pattern at the input / output terminal position, and the ground pattern is not a line but a planar pattern. Can be grounded with small self-inductance.
従来、コンデンサは、例えば、1nF以上の容量の場合、コンデンサの内部、外部の配線の自己インダクタンスが10nHより大きくなると、50MHz以下の周波数で自己共振周波数をもつため、50MHz以上の周波数では容量性から誘導性に変わり、ノイズ電流を低減する効果は周波数が大きくなるにつれて小さくなる。 Conventional capacitors have a self-resonance frequency at a frequency of 50 MHz or less when the self-inductance of the internal or external wiring of the capacitor is larger than 10 nH, for example, when the capacitance is 1 nF or more. Instead of inductivity, the effect of reducing the noise current decreases as the frequency increases.
これに対し、本実施の形態1のように平面状の幅広いグラウンドパターン構造のまま接地できれば、1nF以上の容量であっても自己共振周波数を50MHz以上、つまり、50MHz以上でもノイズ減衰効果を発揮するコモンモードノイズフィルタを実現することができる。 On the other hand, if it can be grounded with a wide planar ground pattern structure as in the first embodiment, even if the capacitance is 1 nF or more, the self-resonant frequency is 50 MHz or more, that is, the noise attenuation effect is exhibited even if it is 50 MHz or more. A common mode noise filter can be realized.
さらに本実施の形態1のコモンモードノイズフィルタは、基板構造となっているため、基板の面に対して垂直な方向に熱が伝わりやすく、グラウンドパターンも幅広いため、効率的にノイズを放熱フィンに伝えることができる。その結果、コモンモードノイズフィルタを構成する、巻線パターンの断面積を小さくでき、また、別途巻線パターンのジュール熱を放熱させる部材を必要としないため、フィルタ全体の小型化の効果もある。 Furthermore, since the common mode noise filter according to the first embodiment has a substrate structure, heat is easily transmitted in a direction perpendicular to the surface of the substrate, and the ground pattern is wide. I can tell you. As a result, the cross-sectional area of the winding pattern constituting the common mode noise filter can be reduced, and there is no need for a separate member that dissipates the Joule heat of the winding pattern.
本実施の形態1では、図4のように巻線を外側から巻き始めるパターンで説明している。巻線を外側から巻く構成は、図8のように巻線を内側から巻き始めるのに比べてグラウンド層の引き回しが短くなるため、コンデンサの配線インダクタンスが低減するので、より高い周波数までノイズ低減効果を維持できる。また一方で、巻線を内側から巻き始める場合は、同じパターン数を実現する場合のパターン層数が巻線を外側から巻くよりも少なく済むため、結果として巻線パターンの総延長が短くなり、発熱量を小さく抑えることができる。ここで説明する外側とは、UUコアまたはUIコアにおいて、磁性体内で閉磁路を形成するコモンモード磁束の外周側(外側)を示している。
また、実施の形態1では、基板型巻線パターンが単相の場合を記載したが、これに限らず、三相の場合でも同様に構成することができ、巻線パターンどうしが磁気的に結合しており、同様の作用効果を得ることができる。In the first embodiment, a description is given of a pattern in which the winding starts to be wound from the outside as shown in FIG. The configuration in which the winding is wound from the outside reduces the wiring inductance of the capacitor as compared to starting winding from the inside as shown in FIG. 8, so the wiring inductance of the capacitor is reduced. Can be maintained. On the other hand, when winding is started from the inside, the number of pattern layers when realizing the same number of patterns is smaller than winding the winding from the outside, and as a result, the total length of the winding pattern is shortened. The calorific value can be kept small. The outside described here indicates the outer peripheral side (outside) of the common mode magnetic flux that forms a closed magnetic path in the magnetic body in the UU core or UI core.
In the first embodiment, the case where the substrate-type winding pattern is a single phase has been described. However, the present invention is not limited to this, and the same configuration can be achieved even in the case of a three-phase, and the winding patterns are magnetically coupled. Thus, similar effects can be obtained.
実施の形態2.
図12は、実施の形態2に係るコモンモードノイズフィルタを説明するための斜視図である。実施の形態2のノイズフィルタは、実施の形態1で示したノイズフィルタ(コモンモードノイズフィルタ)700を2個用いて構成した2段ノイズフィルタ900である。2段にすることで、ノイズ減衰効果が大幅に向上する。グラウンドパターンが入出力端子位置において、巻線パターンの外側に延伸されて配設されていることは、実施の形態1と同様である。
FIG. 12 is a perspective view for explaining the common mode noise filter according to the second embodiment. The noise filter of the second embodiment is a two-
さらに、従来の個別部品のインダクタとキャパシタを組み合わせて構成するコモンモードノイズフィルタの場合は、2個のインダクタやインダクタとキャパシタを電気的に接続するために、新たに端子を設ける必要があり、フィルタの設置面積は単純にフィルタを構成する個々の部品のそれの和よりも大きくなる。
それに対して、本実施の形態2のコモンモードノイズフィルタは、パターンで巻線導体、グラウンド導体を構成する基板型であるので、2段のフィルタの巻線パターン、グラウンドパターンを一体で作成できるため接地面積が端子接続分増えることはなく小型である。Furthermore, in the case of a conventional common mode noise filter configured by combining an inductor and a capacitor of individual components, it is necessary to provide a new terminal in order to electrically connect the two inductors and the inductor and the capacitor. Is simply larger than the sum of the individual parts constituting the filter.
On the other hand, since the common mode noise filter of the second embodiment is a substrate type that forms a winding conductor and a ground conductor by a pattern, a winding pattern and a ground pattern of a two-stage filter can be created integrally. The grounding area does not increase by the amount of terminal connection and is small.
実施の形態3.
図14は、実施の形態3に係るノイズフィルタの斜視図であって、放熱フィン1800を取り付けた状態を示している。図15は、図14に示すコモンモードノイズフィルタのB−B線における断面図である。グラウンドパターンが入出力端子位置において、巻線パターンの外側に延伸されて配設されていることは、実施の形態1と同様である。
FIG. 14 is a perspective view of the noise filter according to the third embodiment, and shows a state in which the
図14に示すノイズフィルタ(コモンモードノイズフィルタ)1700は、概略的には、実施の形態1と同様に、巻線パターンを構成する巻線導体1100(図16、図17参照)、巻線導体間を絶縁する誘電体(誘電体樹脂とも称す)1200とグラウンドパターン119、124を構成するグラウンド導体、磁性体コア1400とで構成されている。
放熱フィン1800には、実施の形態1と同様に溝が設けられており、この溝に磁性体コア1400の下部が嵌まり込んで収容されている。また、導電性ねじ1600によって本ノイズフィルタが放熱フィン1800に取り付けられており、その取付構造は、実施の形態1における導電性ねじ600によるノイズフィルタと放熱フィンとの取付構造と同様に構成されている。A noise filter (common mode noise filter) 1700 shown in FIG. 14 is roughly similar to the first embodiment in winding conductor 1100 (see FIGS. 16 and 17) constituting the winding pattern, winding conductor. It is composed of a dielectric (also referred to as dielectric resin) 1200 that insulates between them, a ground conductor that constitutes
As in the first embodiment, the radiating
磁性体コア1400は、形状がE型のコア(E型コア)を2個、もしくはE型コアと形状がI型のコア(I型コア)を組み合わせた構造である。
The
巻線導体1100は、平面状の導体からなる巻線である。巻線は、基板構造となっており、巻線間に絶縁のための誘電体樹脂1200(図15参照)が挟まれている。また導体の縁面も絶縁性を高めるために誘電体樹脂で覆われている。本実施の形態の例では、巻線は2ターン分巻かれており、2ターンの巻線は、正極側、負極側それぞれ3層の導体層で構成されており、1層目と8層目はグラウンド層を構成している。本実施の形態では、磁性体コア1400としてE型コアを使用して、巻線パターンの正極側と負極側の上下関係の位置となる例で説明する。
The winding
図16、17は本実施の形態3の巻線導体1100における巻線パターンの構成を説明するための平面図である。図16の(a)〜(c)は、2層目、3層目、4層目の正極側の巻線パターンを構成するそれぞれの巻線パターン101、107、113を示している。図17の(a)〜(c)では、5層目、6層目、7層目の負極側の巻線パターンを構成するそれぞれの巻線パターン116、110、104を示している。本実施の形態では、巻線パターン101、107、113、116、110、104の順に2層目〜7層目の巻線パターンを形成している。
16 and 17 are plan views for explaining the configuration of the winding pattern in the winding
巻線パターンのそれぞれには、正極側の巻線パターン入力端子103、負極側の巻線パターン入力端子106、正極側の巻線パターン出力端子114、負極側の巻線パターン出力端子118が設けられている。巻線パターン間である2層目と3層目の端子間の端部(接続位置とも称す)102と端部108や3層目と4層目の端子間の端部109と端部115、および5層目と6層目の端子間の端部117と端部112、および、6層目と7層目の端子間の端子部111と端部105は、例えば、インナービアホール(IVH)で電気的に接続されている。このときビア部分の電流密度が高くなると、ビア位置での発熱が大きくなるため、ビアは、巻線パターンと同程度の断面積になる程度に複数のビアを打つことが望ましい。
Each of the winding patterns is provided with a positive side winding
図18は、本実施の形態3に係るノイズフィルタのグラウンドパターンの平面図である。図18(a)は、1層目のグラウンドパターン124、図18(b)は、7層目のグラウンドパターン119を示しており、それぞれ2層目、6層目との間に対地コンデンサを形成する。グラウンドパターン124、119には、実施の形態1と同様にスリット120、122を設ける必要がある。また、グラウンド層の接地位置に関しても実施の形態1で説明したように、巻線パターンを流れているノイズ電流(往路のノイズ電流)とグラウンドパターンを通って接地電位に流れようとするノイズ電流(復路のノイズ電流)の向きが反対となるように接地する必要がある。本実施の形態3では、グラウンド層の接地位置は正極側、負極側それぞれ1箇所ずつに設けている。
FIG. 18 is a plan view of the ground pattern of the noise filter according to the third embodiment. 18A shows the
実施の形態4.
図19は、実施の形態4に係るノイズフィルタであるコモンモードフィルタの断面図である。断面位置は、実施の形態3を示している図14におけるB−B線に相当するところである。正極側の巻線127と負極側の巻線128は、絶縁体製のスペーサ129で絶縁されている。
図20は、本実施の形態4に係るノイズフィルタの巻線パターンの平面図であって、図20(a)は正極側、図20(b)は負極側を表わしている。図21は本実施の形態4に係るノイズフィルタのグラウンドパターンの平面図であって、図21(a)は正極側、図21(b)は負極側を表わしている。
グラウンドパターンが入出力端子位置において、巻線パターンの外側に延伸されて配設されていることは、実施の形態1と同様である。
FIG. 19 is a cross-sectional view of a common mode filter that is a noise filter according to the fourth embodiment. The cross-sectional position corresponds to the line BB in FIG. 14 showing the third embodiment. The positive winding 127 and the negative winding 128 are insulated by an insulating
20A and 20B are plan views of the winding pattern of the noise filter according to the fourth embodiment. FIG. 20A shows the positive electrode side, and FIG. 20B shows the negative electrode side. FIG. 21 is a plan view of the ground pattern of the noise filter according to the fourth embodiment. FIG. 21A shows the positive electrode side, and FIG. 21B shows the negative electrode side.
The ground pattern is extended and disposed outside the winding pattern at the input / output terminal position, as in the first embodiment.
対地間コンデンサを形成するための正極側のグラウンドパターン124と巻線パターン101は、例えば、基板として一体化されており、グラウンドパターンと巻線パターン間の誘電体を利用して大きなキャパシタンスを実現している。負極側の対地間コンデンサも同様である。上記コンデンサを形成する部分の構成は実施の形態3と同じである。
The
本実施の形態4のノイズフィルタの構成は、コンデンサを構成する部分以外の巻線127、128が実施の形態3のようなパターンではなく、例えば、らせん形状で形成されている。このように、巻線導体のグラウンドパターンと対向しない巻線が基板パターンではなく、一続きの導体で形成することで同極性の巻線間に誘電体が入らないため巻線間のキャパシタンスを小さくすることが可能となる。同極性の巻線間のキャパシタンス(寄生キャパシタンス)Csは、図22の等価回路で示すように、インダクタンス(コモンモードインダクタンス)Lに対して並列となるため、キャパシタンスCsが小さいほどノイズフィルタのノイズ低減性能が向上する。対地間コンデンサCgとの関係は、図22のように表わされる。なお、対地間コンデンサCgを形成している巻線パターン101、104と巻線127、128の接続は接続位置125、126でねじ止め、溶接等で行う。
In the configuration of the noise filter of the fourth embodiment, the
図23は、本実施の形態5のノイズフィルタ2000の斜視図であって、放熱フィン3800を取り付けた状態を示している。実施の形態4と同様に、巻線導体がらせん形状で形成されており、同極性の巻線間に誘電体が入っていないため巻線間のキャパシタンスを小さくすることが可能となる。このため、巻線と磁性体コアで形成するインダクタンスと並列となるキャパシタンスが小さく、ノイズ低減性能は向上する。
FIG. 23 is a perspective view of the
図24は本実施の形態5のノイズフィルタのコンデンサを構成するコンデンサ部材2100とコンデンサ部材2200を抜き出した斜視図である。図24(a)が正極側のコンデンサ部材2100、図24(b)が負極側のコンデンサ部材である。
図25は、本実施の形態5のコンデンサを構成するコンデンサ部材2100とコンデンサ部材2200の巻線パターンとグラウンドパターンを示した図である。図25(a)は、正極側の巻線パターン2201と正極側のグラウンドパターンを、図25(b)は、負極側の巻線パターンと負極側のグラウンドパターンを示している。グラウンドパターン2104、2204が入出力端子位置2103、2203において、巻線パターンの外側に延伸されて配設されており、さらに、スリット2105、2205が形成されていることは、実施の形態1と同様である。巻線パターン2201、2101とグラウンドパターン2204、2104の間に誘電体樹脂が挟まれており、巻線パターンとグラウンドパターンの間にコンデンサを形成し、ノイズを低減する機能を有することも実施の形態1と同様である。本実施の形態5は、実施の形態1〜4と異なりグラウンドパターンを折り曲げてあることが特徴である。FIG. 24 is a perspective view of the
FIG. 25 is a diagram showing a winding pattern and a ground pattern of the
図26は、本実施の形態5のらせん形状で形成された巻線導体を示しており、図26(a)は正極側の巻線導体2800、図26(b)は負極側の巻線導体2700を示した斜視図である。端子部2701と端子部2801がそれぞれ、図25に示すパターンの入出力端子位置2202、2102とねじ止め、溶接等で電気的に接続さている。
FIG. 26 shows a winding conductor formed in a spiral shape according to the fifth embodiment. FIG. 26A shows a winding
図27は、図23に示す切断線(C−C矢視)における断面図である。本実施の形態5では、例えば、磁性体コア2400を放熱フィン3800に押さえつけるための金属製の押え部材2300が設けられている。本実施の形態5の例では、巻線導体2800を放熱フィン3800に、例えば、ねじ止め等で押さえつけることで熱伝導性の高い絶縁シート2500、磁性体コア2400、絶縁性スペーサ3000を介して、巻線導体2700の側面を熱伝導性の高い絶縁シート3100に押さえつける。
FIG. 27 is a cross-sectional view taken along the cutting line (CC arrow) shown in FIG. In the fifth embodiment, for example, a
数10A以上の大きな電流が流れる、大容量の電力変換機器の場合、巻線の抵抗成分によって大きなジュール熱が発生する。実施の形態1でも説明したとおり、誘電体を利用して巻線パターンとグラウンドパターンの間にコンデンサを構成したコンデンサ部材2100、2200は、ノイズ電流の経路だけでなく、熱の放熱フィンへの伝搬経路となるため放熱性が優れている。このため巻線導体の断面積を小さくすることができ、その結果、磁性体コアを小さくすることができるためフィルタ全体を小型化することができる。本実施の形態5では、さらに巻線導体の側面を熱電性の高い絶縁シート3100を介して、放熱フィンと接続された金属部材2900に熱を伝搬させるため、フィルタの放熱性が向上し、フィルタ全体を小型化することが可能となる。磁性体コアが高い電気伝導性をもつ種類の場合、磁性体コアで直接、巻線導体2700を絶縁シート3100に押し付けると、巻線から磁性体コアにノイズ電流が流れて、ノイズフィルタを迂回するノイズ伝搬経路ができ、ノイズフィルタの効果を最大限に高めることが難しくなるため、絶縁性の材料を使用することが望ましい。絶縁シート3100が絶縁性である理由も同様であるが、さらに巻線導体2700と金属部材2900の接触熱抵抗を減らす目的から、柔らかい熱伝導性シートを介在させて使用するのが好ましい。絶縁スペーサ3000は、絶縁性の部材とばねを組み合わせた構成とすると弾性力を利用して巻線導体を絶縁性シート3100に押し付けることができるため、許容できる巻線やフェライトコアの寸法誤差も大きくなるため、製作コストの低減させる効果もある。
In the case of a large-capacity power conversion device in which a large current of several tens of A or more flows, a large Joule heat is generated by the resistance component of the winding. As described in the first embodiment, the
また、磁性体コア2400の自身の発熱、もしくは巻線導体2700から磁性体コア2400に熱が伝搬すると磁性体コア2400の温度上がる。磁性体コアは一般に温度変化に対して特性が変化する性質をもつ。この変化を抑制するため、磁性体コアを押さえつける押え部材2300は金属製であることが望ましい。本実施の形態5で記載した巻線導体の側面から熱を放熱フィンに伝搬させる方法は、絶縁体で覆われた、実施の形態1のノイズフィルタでも有効である。
Further, when the
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することができる。 It should be noted that within the scope of the present invention, the embodiments can be freely combined, and the embodiments can be appropriately modified or omitted.
100,1100,2700,2800 巻線導体、200,1200 誘電体(誘電体樹脂)、400,1400,2400 磁性体コア、700,1700,2000 ノイズフィルタ(コモンモードノイズフィルタ)、800,1800 放熱フィン、801 溝、1,4,7,10,13,16,101,104,107,110,113,116,2102,2201 巻線パターン、19,24 グラウンド導体、19a,19b,24a,24b,119,124,2104,2204 グラウンドパターン、20,21,22,23,25,26,27,28,120,122,2105,2205 スリット 100, 1100, 2700, 2800 Winding conductor, 200, 1200 Dielectric (dielectric resin), 400, 1400, 2400 Magnetic core, 700, 1700, 2000 Noise filter (common mode noise filter), 800, 1800 Radiation fin , 801 Groove, 1, 4, 7, 10, 13, 16, 101, 104, 107, 110, 113, 116, 2102, 2201 Winding pattern, 19, 24 Ground conductor, 19a, 19b, 24a, 24b, 119 , 124, 2104, 2204 Ground pattern, 20, 21, 22, 23, 25, 26, 27, 28, 120, 122, 2105, 2205 Slit
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05234811A (en) * | 1992-02-24 | 1993-09-10 | Toho Aen Kk | Surface mount lc noise filter and manufacture thereof |
JP2000252124A (en) * | 1999-02-24 | 2000-09-14 | Kankyo Denji Gijutsu Kenkyusho:Kk | Common mode filter |
US6384705B1 (en) * | 1999-12-30 | 2002-05-07 | Industrial Technology Research Institute | Multilayer-type chip common mode filter |
JP2004200826A (en) * | 2002-12-17 | 2004-07-15 | Hioki Ee Corp | Distributed constant filter element |
WO2015012050A1 (en) * | 2013-07-26 | 2015-01-29 | 株式会社日立メディコ | Noise filter, high-voltage generation device, and medical instrument |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05234811A (en) * | 1992-02-24 | 1993-09-10 | Toho Aen Kk | Surface mount lc noise filter and manufacture thereof |
JP2000252124A (en) * | 1999-02-24 | 2000-09-14 | Kankyo Denji Gijutsu Kenkyusho:Kk | Common mode filter |
US6384705B1 (en) * | 1999-12-30 | 2002-05-07 | Industrial Technology Research Institute | Multilayer-type chip common mode filter |
JP2004200826A (en) * | 2002-12-17 | 2004-07-15 | Hioki Ee Corp | Distributed constant filter element |
WO2015012050A1 (en) * | 2013-07-26 | 2015-01-29 | 株式会社日立メディコ | Noise filter, high-voltage generation device, and medical instrument |
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