JP6167269B2

JP6167269B2 - リアクトル

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Publication number: JP6167269B2
Application number: JP2012201648A
Authority: JP
Inventors: 小野　一之; 一之小野
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2032-09-13
Also published as: JP2014056970A

Description

本発明は、ノーマルモードチョークコイル、コモンモードチョークコイル等に用いられるリアクトルに関する。

従来は、ノーマルモードチョークコイル、コモンモードチョークコイル等に用いられるリアクトルに関して、表皮効果の影響を抑えつつ大電流を通電することができるように導体箔を用いるという提案がなされている。

例えば特許文献１には、導体箔をフェライトコアに巻き回したチョークコイルの構成が提案されている。

特開平１１−５４３３４号公報

導体箔を巻き回した複数のコイルによりノーマルモードチョークコイル、コモンモードチョークコイル等のリアクトルを実現する上では、導体箔の表面積が大きいことから、コイル間の静電容量である寄生容量が大きくなり、共振周波数が低下するため、高周波数帯域において使用できないという課題があった。

従って本発明の目的は、高周波数帯域でも使用可能なリアクトルを提供することにある。

上記課題を本発明は、軟磁性コアと、軟磁性コアに絶縁セパレータを介して導体箔を巻き回してなる複数のコイルを備え、複数のコイルの内の、２つのコイルの最外周部の少なくとも一部が対面してなり、導体箔の巻き回し方向に交流電流が通電されたときに、２つのコイルにおける最外周の前記導体箔の端部同士の電位差が、前記２つのコイルの最内周の前記導体箔の端部同士の電位差よりも小さいリアクトルにより解決する。

ここで対面とは、間に他のコイルを介さず対面することを指す。

なお、２つのコイルにおける最外周の導体箔の端部が互いに導電接続され、２つのコイルにおける導体箔の巻き回し方向が同じ向きであってもよい。

また、上記コイルが、絶縁セパレータを介して導体箔を方形に巻き回してなる方形巻きコイルであってもよい。

また、コイルが、平坦な外周部が対面するように配置されていてもよい。

また、複数のコイルの少なくとも１つのコイルの最外周部の少なくとも一部に対面するように、一定の電位が保たれてなる定電位導体を備えてなるリアクトルであってもよい。

また、定電位導体が、最外周部が対面してなる前記２つのコイルの間に挿入されていてもよい。

本発明により、高周波数帯域でも使用可能なリアクトルを提供することができる。

本発明におけるリアクトルの実施形態１を示す斜視図。本発明におけるリアクトルの実施形態１を示す断面図であり、図１における平面Ａの断面を示している。本発明におけるリアクトルの実施形態１を示す等価回路図。本発明におけるリアクトルの実施形態１により、ノーマルモードチョークコイルを構成した場合の使用状態を示す回路図。本発明におけるリアクトルの実施形態１により、ノーマルモードチョークコイルを構成した場合の使用状態を示す回路図。本発明におけるリアクトルの実施形態２を示す断面図であり、図２の変形例。本発明におけるリアクトルの実施形態２によりコモンモードチョークコイルを構成した場合の使用状態を示す回路図。本発明におけるリアクトルの実施形態３により、ノーマルモードチョークコイルを構成した場合の使用状態を示す回路図。本発明におけるリアクトルの実施形態４を示す断面図であり、実施形態１における図２の変形例。本発明におけるリアクトルの実施形態４を示す等価回路図。本発明におけるリアクトルの実施形態４を示す断面図。本発明におけるリアクトルの通電周波数に対するインピーダンス特性を示す図。本発明におけるリアクトルの通電周波数に対するインピーダンス特性を示す図。本発明におけるリアクトルの通電周波数に対するインピーダンス特性を示す図。本発明におけるリアクトルの通電周波数に対するインピーダンス特性を示す図。

本発明は、軟磁性コアと、軟磁性コアに絶縁セパレータを介して導体箔を巻き回してなる複数のコイルを備え、複数のコイルの内の、２つのコイルの最外周部の少なくとも一部が対面してなり、導体箔の巻き回し方向に交流電流が通電されたときに、２つのコイルにおける最外周の前記導体箔の端部同士の電位差が、前記２つのコイルの最内周の前記導体箔の端部同士の電位差よりも小さいリアクトルの実施形態を取り得る。

複数のコイルを有するリアクトルにおけるコイルと外部端子との間の接続には様々な組み合わせが存在し、磁束分布が互いに等価となる組み合わせも存在する。

例えば、２つのコイルを有するリアクトルの一方のコイルにおける最内周の導体箔の端部から引出されたリード部と、最外周の導体箔の端部からから引出されたリード部が各々２つの外部端子へ接続される場合、２つの外部端子へのリード部の接続を入れ替えても、導体箔の巻き回し方向を逆転させることで軟磁性コア内部に生じる磁束分布は等価となる。

しかし、コイル外周面の電位は上記入れ替えによって変わるため、隣接する２つのコイルの外周面の電位差が小さくなるように最内周の導体箔の端部と最外周の導体箔の端部からの外部端子の接続、コイルの巻き回し方向を設定することにより、２つのコイルにおける最外周の導体箔の端部の電位差を、コイルにおける最内周の導体箔の端部の電位差よりも小さくする組み合わせを選択することができる。

この場合、リアクトルのコイル間に寄生する静電容量、すなわち寄生容量を小さくすることができ、リアクトルのインピーダンス周波数特性の低周波側の極大値である共振周波数を高めることで高周波帯域まで使用可能なリアクトルとすることができる。

なお、上記実施形態は、２つのコイルにおける最外周の導体箔の端部が互いに導電接続され、２つのコイルにおける導体箔の巻き回し方向が同じ向きであってもよい。

例えば上記導電接続がなされた２つのコイルを一方のコイルにおける最内周の導体箔の端部から他方のコイルの最内周の導体箔の端部まで通電する、コイルが互いに直列接続され、２つのコイルが互いに同じ向きに巻かれたリアクトルとして構成することができる。

この場合も２つのコイルの最外周の導体箔端部間の電位差は導電接続により非常に小さいものとなり、寄生容量を抑えた構成となる。

また、２つのコイルが互いに同じ向きに巻かれていることで、互いに逆向きの磁束が発生し、互いのコイルを周回する磁束により強め合う構成となるため、特に２つのコイルがロの字型コアに装着された構成を取る場合などに高いインダクタンスを得ることができる。

また、上記実施形態は、軟磁性コアと、軟磁性コアに絶縁セパレータを介して導体箔を巻き回してなる複数のコイルを備え、複数のコイルの内の２つのコイルの最外周部の少なくとも一部が対面してなり、導体箔の巻き回し方向に交流電流が通電されたときに、２つのコイルにおける一方のコイルの最内周の前記導体箔の端部と最外周の前記導体箔の端部との間の電位差の高低関係が、他方のコイルの最内周の前記導体箔の端部と最外周の前記導体箔の端部との間の電位差の高低関係と一致し、前記一方のコイルの前記導体箔の巻き回し方向と、前記他方のコイルの前記導体箔の巻き回し方向が逆向きとなるリアクトルであってもよい。

一方のコイルにおける導体箔の巻き回し方向に対する両端部に加わる各々の電位が、他方のコイルにおける導体箔両端部の各々の電位と近い場合、導体箔の最内周の導体箔の端部と最外周の導体箔の端部から外部端子への接続を入れ替える組み合わせがいくつか存在する。

上記組み合わせの中で、一方のコイルの最内周の導体箔の端部と最外周の導体箔の端部の間の電位差の高低関係が、他方のコイルの最内周の導体箔の端部と最外周の導体箔の端部の間の電位差の高低関係と一致するものを採用することで、コイル最外周の導体箔の端部間の電位差を小さくすることができ、寄生容量を抑えることができる。

また、上記実施形態は、複数のコイルの少なくとも１つのコイルの最外周部の少なくとも一部に対面するように、一定の電位が保たれてなる定電位導体を備えてなるリアクトルであってもよい。

定電位導体をコイル最外周面に近接させることで、寄生容量を定電位導体との間の静電容量に置き換え、寄生容量をさらに削減することができる。

また、上記実施形態は、定電位導体が、最外周部が対面してなる前記２つのコイルの間に挿入されていてもよい。

寄生容量はコイル間に生じるものが主であるため、コイル間に定電位導体を挿入することで大幅な寄生容量の削減を行うことができる。

また、上記実施形態は、上記コイルが、絶縁セパレータを介して導体箔を方形に巻き回してなる方形巻きコイルであってもよい。

方形巻コイルとすることで、角部の導体箔の層間隔が広がり、コイル内部における導体箔間の静電容量が削減され、共振周波数をより高くすることができる。

また、上記実施形態は、コイルが、平坦な外周部が対面するように配置されていてもよい。

方形巻コイルとすることで隣接するコイルの外周面間の寄生容量増加が問題となるが、本発明のコイルの最外周面間の電位差を削減する解決手段を適用することで解消される。

さらに本発明の実施形態についての詳細を図と共に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明におけるリアクトルの実施形態１を示す斜視図である。

コイル１１、１２を図示されないロの字型軟磁性コアに装着し、枠２１へ収容し、蓋２２により固定している。

蓋２２には端子台３１が取り付けられ、端子台３１に設けられた外部端子３２は、コイル１１、１２各々の図示されない最内周の導体箔の端部及び最外周の導体箔の端部と図示されないリード部により導電接続されている。

図２は、本発明におけるリアクトルの実施形態１を示す断面図であり、図１における平面Ａの断面を示している。

軟磁性コア１０１、１０２には、導体箔１１１、１２１及び絶縁セパレータ１１２、１２２が同じ向きに巻き回されている。

また、導体箔１１１の最内周の端部にリード部１１１１、最外周の端部にリード部１１１２が、導体箔１２１の最内周の端部にリード部１２１１、最外周の端部にリード部１２１２が設けられている。

また、導体箔１１１の最外周部における対面部１１１３と、導体箔１２１の最外周部における対面部１２１３は互いに対面している。

ここで、導体箔１１１と導体箔１２１の間には寄生容量となる静電容量が生じ、対面部１１１３と対面部１２１３の間に電界が集中する。

さらに、図２に示されたような絶縁セパレータと導体箔を方形に巻き回した方形巻コイルである場合には、対面部１１１３と対面部１２１３の対面する面積が大きくなり、生じる寄生容量も無視できない大きさとなる。

図３は、本発明におけるリアクトルの実施形態１を示す等価回路図である。

主にリード部１１１２とリード部１２１２の間に寄生容量Ｃが生じることを示している。

図４は、本発明におけるリアクトルの実施形態１により、ノーマルモードチョークコイルを構成した場合の使用状態を示す回路図である。

電源Ｖｄの一端は、外部端子を介して、コイル１１における導体箔１１１の最内周の端部のリード部１１１１に導電接続されている。なお、電源Ｖｄの一端とリード部１１１１の間は回路部品を介して導電接続してもよい。

さらに、コイル１１、１２における導体箔１１１、１２１の最外周の導体箔の端部のリード部１１１２、１２１２が外部端子を介して互いに導電接続されている。

コイル１２における導体箔１２１の最内周の導体箔の端部のリード部１２１１は外部端子を介して負荷Ｚｏの一端に導電接続され、負荷Ｚｏの他端と電源Ｖｄの他端は互いに導電接続されている。ここで、電源Ｖｄからの電力信号に電気的ノイズが含まれる場合もあるが、本発明のリアクトルによりこのようなノイズを除去するよう構成してもよい。また、負荷Ｚｏとしては、モーター、バッテリー等が例示されるが、電子回路等の軽負荷も含まれる。

図４の構成では、寄生容量Ｃは主にリード部１１１２とリード部１２１２の間に生じる。

寄生容量Ｃが生じるリード部１１１２、１２１２間を導電接続することで、ほぼ同電位とする接続配置とすることにより、寄生容量Ｃへ加わる電圧がほぼ零となり、図４の構成におけるリアクトルの共振周波数への寄生容量Ｃの影響をほぼ無くし、共振周波数を高めることができる。

図５は、本発明におけるリアクトルの実施形態１により、ノーマルモードチョークコイルを構成した場合の使用状態を示す回路図の変形例である。

図４の構成とは、リード部１１１２、１２１２間にインピーダンスＺ１を接続している点が異なる。なお、電源Ｖｄの一端とリード部１１１１の間は回路部品を介して導電接続してもよい。

リード部１１１２、１２１２間にインピーダンスＺ１を接続しても、寄生容量Ｃへ加わる電圧を最小とする接続配置となるため、図５の構成におけるリアクトルの共振周波数への寄生容量Ｃの影響を最小限に抑えることができ、共振周波数を高めることができる。

（実施形態２）
図６は、本発明におけるリアクトルの実施形態２を示す断面図であり、実施形態１における図２の変形例である。

実施形態１とは、軟磁性コア１０１、１０２に対して導体箔１１１、１２１及び絶縁セパレータ１１２、１２２が互いに逆向きに巻き回されている点が異なる。

図６の構成でも、実施形態１と同様に、寄生容量Ｃは主にリード部１１１２とリード部１２１２の間に生じる。

図７は、本発明におけるリアクトルの実施形態２によりコモンモードチョークコイルを構成した場合の使用状態を示す回路図である。

電源Ｖｄの両端には、外部端子を介してコイル１１、１２における導体箔１１１、１２１の最内周の端部のリード部１１１１、１２１１が導電接続されている。なお、電源Ｖｄとリード部１１１１、１２１１の間は回路部品を介して導電接続してもよい。

負荷Ｚｏの両端には、外部端子を介してコイル１１、１２における導体箔１１１、１２１の最外周の端部のリード部１１１２、１２１２が導電接続されている。

ここで、導体箔１１１、１２１への通電による電圧降下のため、リード部１１１１、１２１１間の電位差よりも、リード部１１１２、１２１２間の電位差の方が小さくなる。

すなわち、間に寄生容量Ｃが主に生じるリード部１１１２、１２１２を負荷Ｚｏに接続することで、特に負荷Ｚｏのインピーダンスが小さい場合に寄生容量Ｃへ加わる電圧が最小となり、図７の構成におけるコモンモードチョークコイルの共振周波数への寄生容量Ｃの影響を削減し、共振周波数を高めることができる。

（実施形態３）
図８は、本発明におけるリアクトルの実施形態３により、ノーマルモードチョークコイルを構成した場合の使用状態を示す回路図である。

リード部１１１１、１２１１間と、リード部１１１２、１２１２間が導電接続されることでノーマルモードチョークコイルを構成し、電源Ｖｄと負荷Ｚｏの間に設けられている。なお、電源Ｖｄとリード部１１１１、１２１１の間は回路部品を介して導電接続してもよい。

間に寄生容量Ｃが主に生じるリード部１１１２、１２１２を導電接続することで、ほぼ同電位とする接続配置とすることにより、寄生容量Ｃへ加わる電圧がほぼ零となり、図８の構成におけるリアクトルの共振周波数への寄生容量Ｃの影響をほぼ無くし、共振周波数を高めることができる。

（実施形態４）
図９は、本発明におけるリアクトルの実施形態４を示す断面図であり、実施形態１における図２の変形例である。

実施形態１とは、導体箔１１１、１２１の一部に対面する定電位導体２を設けている点が異なる。ここで、定電位導体としては任意の導体を用いることができるが、特に定電位導体としてアルミニウムを用いるのが望ましく、さらに定電位導体としてのアルミニウム表面に酸化物としてのアルミナ（比誘電率９〜１０）を設けることで絶縁性を確保できるため、望ましい。

定電位導体２の電位は時間変化せず一定であればどのような電位でも良いが、より安定した接地電位であることが望ましい。

図１０は、本発明におけるリアクトルの実施形態４を示す等価回路図である。ここで図１０は、定電位導体２が接地電位である場合を示している。

リード部１１１２とリード部１２１２の間には寄生容量Ｃが生じる。しかし、定電位導体２を設けることで、寄生容量Ｃの一部が定電位導体２と導体箔１１１、１２１の間の静電容量Ｃ１、Ｃ２となり、リアクトルの共振周波数へ寄与しなくなることから、共振周波数をより高めることができる。

図１１は、本発明におけるリアクトルの実施形態４を示す断面図であり、図９の変形例である。

図９とは、定電位導体２を導体箔１１１、１２１における対面部１１１３、１２１３の間に設けている点が異なる。

寄生容量が最も多く生じる対面部１１１３、１２１３の間に定電位導体２を設けることにより、寄生容量のほとんどが定電位導体２と導体箔１１１、１２１の間の静電容量となり、寄生容量のほとんどがリアクトルの共振周波数へ寄与しなくなることから、共振周波数をさらに高めることができる。

図１２は、本発明におけるリアクトルの通電周波数に対するインピーダンス特性を示す図である。

ここで、実施形態１における図４の構成とした場合のリード部１１１１とリード部１２１１の間のインピーダンス特性を示したのが図１２における実施例１である。ここで、磁性コアとしてはアモルファス箔を積層したＵ字型コアを２つ組み合わせたものを用い、実効透磁率は約８００、磁路長は約２６０ｍｍ、軟磁性コアの実効断面積は約１２００ｍｍ^２であった。また、導体箔１１１、１２１及び絶縁セパレータ１１２、１２２の巻き数は８０であった。

また、実施例１の構成からリード部１１１１、１２１１間を導電接続し、電源Ｖｄをリード部１１１２へ、負荷Ｚｏをリード部１２１２へ繋ぎ変えた場合のリード部１１１２とリード部１２１２の間のインピーダンス特性を示したのが図１２における比較例１である。

図１２より、比較例１よりも実施例１のほうが高い共振周波数となっていることが確認された。

図１３は、本発明におけるリアクトルの通電周波数に対するインピーダンス特性を示す図である。

ここで、実施形態２における図７の構成とし、負荷Ｚｏを０．３ｍΩとした場合のリード部１１１１とリード部１２１１の間のインピーダンス特性を示したのが図１３における実施例２である。ここで、磁性コアの形状、実効透磁率導体箔１１１、１２１及び絶縁セパレータ１１２、１２２の巻き数は実施例１と同じであった。

また、実施例２の構成から、負荷Ｚｏをリード部１１１１、１２１１へ繋ぎ変え、リード部１１１２とリード部１２１２の間のインピーダンス特性を示したのが図１３における比較例２である。

図１３の結果からも、比較例２よりも実施例２のほうが高い共振周波数となっていることが確認された。

図１４は、本発明におけるリアクトルの通電周波数に対するインピーダンス特性を示す図である。

ここで、実施形態１における図４の構成として、さらに実施形態４における図９の配置で定電位導体２を近接させた場合のインピーダンス特性を示したのが図１４における実施例３である。

また、実施形態１における図４の構成として、さらに実施形態４における図１０の配置で定電位導体２をコイル間に挿入した場合のインピーダンス特性を示したのが図１４における実施例４である。

図１４の結果から、実施例１よりも実施例３、さらには実施例４の構成を取ることでさらに高い共振周波数となっていることが確認された。

なお、実施例３、４は共振周波数より高周波側での信号をカットする特性を有し、共振周波数より高周波側で実施例１よりも高いインピーダンスを示しているが、これはリアクトルへの通電電流が定電位導体に流れ込むことによりインピーダンスが高く見えていることによるものである。

図１５は、本発明におけるリアクトルの通電周波数に対するインピーダンス特性を示す図である。

ここで、実施形態２における図７の構成とし、負荷Ｚｏを０．３ｍΩとして、さらに実施形態４における図９のように定電位導体２をコイルへ近接させた場合のインピーダンス特性を示したのが図１５における実施例５である。

また、実施形態２における図７の構成とし、負荷Ｚｏを０．３ｍΩとして、さらに実施形態４における図１０のように定電位導体２をコイル間に挿入した場合のインピーダンス特性を示したのが図１５における実施例６である。

図１５の結果からも、実施例２よりも実施例５、さらには実施例６の構成を取ることでさらに高い共振周波数となっていることが確認された。

２定電位導体
１１、１２コイル
２１枠
２２蓋
３１端子台
３２外部端子
１０１、１０２軟磁性コア
１１１、１２１導体箔
１１２、１２２絶縁セパレータ
１１１１、１１１２、１２１１、１２１２リード部
１１１３、１２１３対面部
Ｃ寄生容量
Ｃ１、Ｃ２静電容量
Ｖｄ電源
Ｚｏ負荷
Ｚ１インピーダンス

Claims

軟磁性コアと、
前記軟磁性コアに絶縁セパレータを介して導体箔を巻き回してなる複数のコイルを備え、
前記複数のコイルの内の、２つのコイルの最外周部の少なくとも一部が対面してなり、
前記導体箔の巻き回し方向に交流電流が通電されたときに、
前記２つのコイルにおける最外周の前記導体箔の端部同士の電位差が、前記２つのコイルの最内周の前記導体箔の端部同士の電位差よりも小さいことを特徴とするリアクトル。
前記２つのコイルにおける最外周の前記導体箔の端部が互いに導電接続され、
前記２つのコイルにおける前記導体箔の巻き回し方向が同じ向きであることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
前記コイルは、前記絶縁セパレータを介して前記導体箔を方形に巻き回してなる方形巻きコイルであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリアクトル。
前記コイルは、平坦な外周部が対面するように配置されてなることを特徴とする請求項３に記載のリアクトル。
前記複数のコイルの少なくとも１つのコイルの最外周部の少なくとも一部に対面するように、一定の電位が保たれてなる定電位導体を備えてなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のリアクトル。
前記定電位導体は、最外周部が対面してなる前記２つのコイルの間に挿入されてなることを特徴とする請求項５に記載のリアクトル。