JP6623930B2 - コモンモードフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、電源装置に用いられるコモンモードフィルタに関する。

従来から、コモンモードノイズを除去するフィルタとして、コモンモードフィルタが使用されている。特許文献１に記載のコモンモードフィルタは、トロイダルコアに導線を巻回した構成なので、高い実効透磁率を有し、優れたノイズ除去性能を得ることができる。

特開平６−３６９５１

電源装置など、大電流用のコモンモードフィルタに使用する導線は、大きい断面積を確保できる、断面平角形状の導線が望ましい。しかし、トロイダル形状のコアに導線を巻回する場合、機械を用いた自動巻線は困難である。人の手で巻回することは可能だが、手間がかかる上、電気的特性にばらつきが大きくなってしまう。
そこで、上記課題に鑑み、本発明は、断面平角形状の導線を機械で巻回できる構造のコモンモードフィルタの提供を目的とした。

本発明は、磁性体コアと、前記磁性体コアに巻回された第１の導線と第２の導線と前記磁性体コアに巻回された第３の導線と第４の導線と、前記第１及び第２の導線によって形成された第１のコイルと、前記第３及び第４の導線によって形成された第２のコイルと、前記第１のコイルと第２のコイルと前記磁性体コアを内蔵する素体と、前記素体の実装面の四隅に、互いに対角線に位置する様に配置された第１電極と第３電極、および、第２電極と第４電極、と中央に配置され、第１電極及び第２電極と隣接する第５電極と、中央に配置され、第３電極及び第４電極と隣接する第６電極と、を備えたコモンモードフィルタにおいて、前記第１の導線乃至前記第４の導線は断面平角形状の導線で、前記第１の導線と前記第３の導線の長さは等しく、前記第２の導線と前記第４の導線の長さは等しく、前記第１の導線及び前記第３の導線の長さは、前記第２の導線及び前記第４の導線の長さより長く、前記第１の導線と前記第２の導線は、厚み方向に重ねられて固定され、前記第３の導線と前記第４の導線は、厚み方向に重ねられて固定され、前記第１の導線の末端と前記第２の導線の末端との間には、導線の長さ方向に所定の間隔が設けられ、前記第３の導線の末端と前記第４の導線の末端との間には、導線の長さ方向に所定の間隔が設けられ、前記素体は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとを、その巻軸が前記実装面と平行になるように内蔵し、前記素体の実装面に配置した前記第１電極と前記第６電極に、前記第１の導線の末端をそれぞれ引き伸ばして電気的に接続し、前記第４電極と前記第５電極に、前記第２の導線の末端をそれぞれ引き伸ばして電気的に接続し、記第３電極と前記第５電極に、前記第３の導線の末端をそれぞれ引き伸ばして電気的に接続し、記第２電極と前記第６電極に、前記第４の導線の末端をそれぞれ引き伸ばして電気的に接続したことを特徴とした。

本発明によれば、断面平角形状の導線を使用することにより、大電流に対応可能となる。また、機械で巻回できる構造なので、量産する際に電気的特性のばらつきが少ない。

本発明の実施例で使用する第１のコイルを巻回する工程を説明する斜視図である。 本発明の実施例で使用する第２のコイルを巻回する工程を説明する斜視図である。 本発明の実施例で使用する第１のコイルに、磁性体コアを挿入する工程を説明する斜視図である。 本発明の実施例で使用する第２のコイルに、磁性体コアを挿入する工程を説明する斜視図である。 本発明の実施例で使用するコイルを樹脂でコーティングしたときの斜視図である。 本発明の実施例で使用するコイルを、ブロックに封止する工程を説明する斜視図である。 本発明の実施例の素体の斜視図である。 本発明の実施例のコモンモードフィルタの外観図である。図６（ａ）はコモンモードフィルタの斜視図を示し、図６（ｂ）はコモンモードフィルタの側面からみた平面図を示し、図６（ｃ）はコモンモードフィルタの実装面からみた平面図を示し、図６（ｄ）はコモンモードフィルタの上面からみた平面図を示す。

以下、本発明の実施例を、図を参酌しながら説明する。

図１と図２を用いて、第１のコイルと第２のコイルを巻回する工程を説明する。図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施例のコモンモードフィルタに使用する第１のコイルを巻回する工程を示す斜視図である。図２（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施例のコモンモードフィルタに使用する第２のコイルを巻回する工程を示す斜視図である。第１のコイルと第２のコイルは、寸法と電気的特性が略同じコイルである。コイルは、巻軸を有する巻線機（図示せず）を使用し、断面平角形状の、第１の導線、第２の導線、第３の導線、第４の導線を巻回して形成する。第１の導線、第２の導線、第３の導線、第４の導線は、加熱することによって皮膜が融着する線材を用いる。

第１のコイルを巻回する方法について説明する。巻線機の巻軸２は、図１（ａ）に示すように、外径の異なる２つの円柱が同心円状に繋がった構造となっている。径の小さい円柱を巻芯２１とする。この巻軸２を２つ用い、図１（ｂ）に示すように、巻芯２１の先端部が互いに接触するよう配置する。そして、図１（ｃ）に示すように、第１の導線３１および第２の導線３２を厚み方向に重ねた状態で、導線の幅広面を巻軸２の巻芯２１に当接させる。重ねられた２本の導線のうち、内側の導線が第１の導線３１、外側の導線が第２の導線３２である。巻軸２の巻芯２１と接しているのは、第１の導線３１の幅広面である。

図１（ｄ）に示すように、第１の導線３１および第２の導線３２を同時に巻回し、巻軸方向に並置される２つの第１の巻回部４１を形成する。そして、第１の導線３１および第２の導線３２の両端を巻芯に沿って、互いに反対方向へとずらし、第１の導線３１の幅広面の一部を第１の巻回部４１上に当接させる。そして、繰り返し巻回し、第１の巻回部４１上に第２の巻回部４２を形成する。第２の巻回部４２は、最内周の幅広面の一部が第１の巻回部４１上に接している状態で形成される。

それぞれの第２の巻回部４２の外周から、第１の導線３１の末端３１ａと第２の導線３２の末端３２ａを引き出す。第２の導線３２の長さは第１の導線３１の長さよりも僅かに短いため、第２の導線３２の末端３２ａは、第１の導線３１の末端３１ａから所定の間隔をあけて第２の巻回部４２側に位置する。（図１（ｅ））そして、図１（ｆ）に示すように、第１の導線の末端３１ａと第２の導線の末端３２ａを、第２の巻回部４２の外周から垂直方向に引き伸ばす。そして、第１の巻回部４１と第２の巻回部４２と第１の導線の末端３１ａと第２の導線の末端３２ａを加熱して形状を固定し、コイル４を得る。

第２のコイルについても、同様の手順で巻回する。
図２（ａ）に示す巻軸２を２つ用いる。図２（ｂ）に示すように、巻芯２１の先端部が互いに接触するよう配置する。そして、図２（ｃ）に示すように、第３の導線３３および第４の導線３４を厚み方向に重ねた状態で、導線の幅広面を巻軸２の巻芯２１に当接させる。重ねられた２本の導線のうち、内側の導線が第３の導線３３、外側の導線が第４の導線３４である。巻軸２の巻芯２１と接しているのは、第３の導線３３の幅広面である。

図２（ｄ）に示すように、第３の導線３３および第４の導線３４を同時に巻回し、巻軸方向に並置される２つの第１の巻回部５１を形成する。そして、第３の導線３３および第４の導線３４の両端を巻芯に沿って、互いに反対方向へとずらし、第３の導線３３の幅広面の一部を第１の巻回部５１上に当接させる。そして、繰り返し巻回し、第１の巻回部５１上に第２の巻回部５２を形成する。第２の巻回部５２は、最内周の幅広面の一部が第１の巻回部５１上に接している状態で形成される。

それぞれの第２の巻回部５２の外周から、第３の導線３３の末端３３ａと第４の導線３４の末端３４ａを引き出す。第４の導線３４の長さは第３の導線３３の長さよりも僅かに短いため、第４の導線３４の末端３４ａは、第３の導線３３の末端３３ａから所定の間隔をあけて第２の巻回部５２側に位置する。（図２（ｅ））そして、図２（ｆ）に示すように、第３の導線の末端３３ａと第２の導線の末端３４ａを、第２の巻回部５２の外周から垂直方向に引き伸ばす。そして、第１の巻回部５１と第２の巻回部５２と第３の導線の末端３３ａと第４の導線の末端３４ａを加熱して形状を固定し、コイル５を得る。

図３〜図６を用いて、コイルを素体に封止する工程を説明する。図３は、本発明の実施例で使用する第１のコイルに、磁性体コアを挿入する工程を説明する斜視図である。図４は、本発明の実施例で使用する第２のコイルに、磁性体コアを挿入する工程を説明する斜視図である。図５は、本発明の実施例で使用するコイルを樹脂でコーティングしたときの斜視図である。図６は、本発明の実施例で使用するコイルを、ブロックに封止する工程を説明する斜視図である。

第１のコイル４に磁性体コア４３を挿入する工程について、説明する。磁性体コア４３は、円柱を同心円状に二つ繋げた構造である。それぞれの円柱の外径は、第１の巻回部４１および第２の巻回部４２の内径と略同じである。図３（ａ）に示すように、第１のコイル４の両側に磁性体コア５を配置し、第１のコイル４の空芯部分に挿入する。磁性体コア５は、図３（ｂ）に示すように、略隙間無く第１のコイル４の内部に収まる。

第２のコイル５に磁性体コア５３を挿入する工程について、説明する。磁性体コア５３は、磁性体コア４３と同じ形状である。それぞれの円柱の外径は、第１の巻回部５１および第２の巻回部５２の内径と略同じである。図４（ａ）に示すように、第２のコイル５の両側に磁性体コア５３を配置し、第２のコイル５の空芯部分に挿入する。磁性体コア５３は、図４（ｂ）に示すように、略隙間無く第２のコイル５の内部に収まる。

磁性体コア４３、５３と第１のコイル４、第２のコイル５を樹脂でコーティングする工程について、説明する。図示しない円筒形状の金型に、磁性体コア４３が挿入された第１のコイル４と、磁性体コア５３が挿入された第２のコイル５とを、第２の巻回部４２、５２同士が隣り合うように並置して入れる。そして、第１の導線の末端３１ａ、第２の導線の末端３２ａ、第３の導線の末端３３ａ、第４の導線の末端３４ａを金型から露出するように引き出してから、金型に絶縁性の熱可塑性樹脂を注入する。そして、樹脂を加熱して硬化し、金型から取り出す。以上より、図５に示すように、磁性体コア４３、５３と第１のコイル４、第２のコイル５を内蔵した、外装体６を得ることができる。第１の導線の末端３１ａ、第２の導線の末端３２ａ、第３の導線の末端３３ａ、第４の導線の末端３４ａはそれぞれ、外装体６から露出して引き出されている。引き出されたそれぞれの第１の導線の末端３１ａが互いに対角線上に位置し、それぞれの第２の導線の末端３２ａが互いに対角線上に位置している。同様に、引き出されたそれぞれの第３の導線の末端３３ａが互いに対角線上に位置し、それぞれの第４の導線の末端３４ａが互いに対角線上に位置している。そして、第１の導線の末端３１ａと第３の導線の末端３３ａは隣接し、第２の導線の末端３２ａと第４の導線の末端３４ａは隣接している。

外装体６を素体７に内蔵する工程について説明する。素体７は、箱状のブロック８と、蓋状のブロック９から成り、箱状のブロック８と蓋状のブロック９はそれぞれ、樹脂と磁性粉とを含んだ熱可塑性の封止剤から成る。
箱状のブロック８は、図６（ａ）に示すように、上面に開口端を備えた立方体形状であり、内部に外装体６を収納するためのスペースを有している。開口端を取り囲む縁は、蓋状のブロックと勘合する凹部８１が形成されている。

蓋状のブロック９は平板形状を有し、端部に設けられた凸部９１と、中央部に設けられた６つの細長い形状のスリット９２、９３とを備えている。中央の両端に設けられた４つのスリット９２はそれぞれ、蓋状のブロック９の中心に対して対称に設けられ、ブロック９の中心側は終端し、外側は開口している。ブロック９の中央には、細長い形状の２つのスリット９３が設けられている。そして、両端に設けられた凸部９１はそれぞれ、箱状のブロック８の開口端を取り囲む縁の凹部８１に勘合する。

第１の導線の末端３１ａ、第２の導線の末端３２ａ、第３の導線の末端３３ａ、第４の導線の末端３４ａが真上に引き出されている外装体６を、箱状のブロック８に内蔵する。そして、図６（ｂ）に示すように、上方から蓋状のブロック９を被せ、スリット９２、９３からそれぞれ、第１の導線の末端３１ａ、第２の導線の末端３２ａ、第３の導線の末端３３ａ、第４の導線の末端３４ａを引き出す。第１の導線の末端３１ａは、互いに対角線上に位置するスリット９１、９３から引き出す。同様に、第２の導線の末端３２ａ、第３の導線の末端３３ａ、第４の導線の末端３４ａも、互いに対角線上に位置するスリット９１、９３から引き出す。そして、引き出された第１の導線の末端３１ａ、第２の導線の末端３２ａ、第３の導線の末端３３ａ、第４の導線の末端３４ａを、その幅広面が実装面に延在するように折り曲げる。

図７、図８を用いて、素体を形成する工程を説明する。図７は、本発明の実施例の素体の斜視図である。図８は本発明の実施例のコモンモードフィルタの外観図である。図８（ａ）はコモンモードフィルタの斜視図を示し、図８（ｂ）はコモンモードフィルタの側面からみた平面図を示し、図８（ｃ）はコモンモードフィルタの実装面からみた平面図を示し、図８（ｄ）はコモンモードフィルタの上面からみた平面図を示す。

外装体６を、箱状のブロック８と蓋状のブロック９に内蔵した状態で、図示しない金型を用いて加熱・圧縮し、素体７を得る。素体７は、図７に示すように、実装面に６つの台形７１が形成された立方体である。そして、図８に示すように、４つの台形７１の上面にそれぞれ、第１電極１１、第２電極１２、第３電極１３、第４電極１４、第５電極１５、第６電極１６を形成する。第１電極１１と第３電極１３、および、第２電極１２と第４電極１４はそれぞれ、実装面の四隅に、互いに対角線に位置するように形成する。第５電極１５と第６電極１６はそれぞれ、実装面の中央にそれぞれ形成され、第５電極１５は第１電極１１と第２電極１２に隣接して形成され、第６電極１６は第３電極１３と第４電極１４に隣接して形成される。
そして、第１電極と末端３１ａが電気的に接続され、第２電極と末端３４ａが電気的に接続され、第３電極と末端３３ａが電気的に接続され、第４電極と末端３２ａが電気的に接続され、第５電極と末端３２ａおよび末端３３ａが電気的に接続され、第６電極と末端３１ａおよび末端３４ａが電気的に接続される。
４つの台形７１によって延面距離を長くすることができるので、電極間の絶縁性が高い。

以上、記載したように、コイルを巻回する工程、磁性体コアを挿入する工程、コイルを樹脂でコーティングする工程、素体にコイルを内蔵する工程、電極を形成する工程を経て、コモンモードフィルタを作製することができる。本実施例のコモンモードフィルタは、断面平角形状の導線を使用しているため大電流にも対応可能で、なおかつ、従来のトロイダルコアを用いるコモンモードフィルタに比べ、機械での製造が容易である。
本実施例では、第１の導線と第３の導線の長さは等しく、第２の導線と第４の導線の長さは等しいが、これに限定されず、第１の導線と第３の導線の長さ、および、第２の導線と第４の導線の長さは異なっていても良い。その結果、第１のコイルと第２のコイルは、寸法と電気的特性が異なっていても良い。本発明のコモンモードフィルタは、第１の導線と第４の導線が電気的に接続され、第２の導線と第３の導線が電気的に接続されるので、第１の電極から第２の電極の線路長と、第３の電極から第４の電極の線路長とは略等しくなる。

１ コモンモードフィルタ
１１ 第１の電極
１２ 第２の電極
１３ 第３の電極
１４ 第４の電極
１５ 第５の電極
１６ 第６の電極
２ 巻軸
２１ 巻芯
３１ 第１の導線
３１ａ 第１の導線の末端
３２ 第２の導線
３２ａ 第２の導線の末端
３３ 第３の導線
３３ａ 第３の導線の末端
３４ 第４の導線
３４ａ 第４の導線の末端
４ 第１のコイル
４１ 第１の巻回部
４２ 第２の巻回部
４３ 磁性体コア
５ 第２のコイル
５１ 第１の巻回部
５２ 第２の巻回部
５３ 磁性体コア
６ 外装体
７ 素体
７１ 台形
８ 箱状のブロック
８１ 凹部
９ 蓋状のブロック
９１ 凸部
９２ スリット
９３ スリット

Claims (6)

1. 磁性体コアと、
   前記磁性体コアに巻回された第１の導線と第２の導線と
   前記磁性体コアに巻回された第３の導線と第４の導線と、
   前記第１及び第２の導線によって形成された第１のコイルと、
   前記第３及び第４の導線によって形成された第２のコイルと、
   前記第１のコイルと第２のコイルと前記磁性体コアを内蔵する素体と、
   前記素体の実装面の四隅に、互いに対角線に位置する様に配置された第１電極と第３電極、および、第２電極と第４電極、と
   中央に配置され、第１電極及び第２電極と隣接する第５電極と、
   中央に配置され、第３電極及び第４電極と隣接する第６電極と、
   を備えたコモンモードフィルタにおいて、
   前記第１の導線乃至前記第４の導線は断面平角形状の導線で、
   第１の導線の長さは第２の導線の長さよりも長く、
   第３の導線の長さは第４の導線の長さよりも長く、
   前記第１の導線と前記第２の導線は、厚み方向に重ねられて固定され、前記第３の導線と前記第４の導線は、厚み方向に重ねられて固定され、
   前記第１の導線の末端と前記第２の導線の末端との間には、導線の長さ方向に所定の間隔が設けられ、
   前記第３の導線の末端と前記第４の導線の末端との間には、導線の長さ方向に所定の間隔が設けられ、
   前記素体は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとを、その巻軸が前記実装面と平行になるように内蔵し、
   前記素体の実装面に配置した前記第１電極と前記第６電極に、前記第１の導線の末端をそれぞれ引き伸ばして電気的に接続し、
   前記第４電極と前記第５電極に、前記第２の導線の末端をそれぞれ引き伸ばして電気的に接続し、
   記第３電極と前記第５電極に、前記第３の導線の末端をそれぞれ引き伸ばして電気的に接続し、
   記第２電極と前記第６電極に、前記第４の導線の末端をそれぞれ引き伸ばして電気的に接続したことを特徴とするコモンモードフィルタ。
2. 前記第１の導線と前記第３の導線の長さは等しく、前記第２の導線と前記第４の導線の長さは等しいことを特徴とする、請求項１に記載のコモンモードフィルタ。
3. 前記第１の導線の中央と前記第２の導線の中央とは固定され、前記第３の導線の中央と前記第４の導線の中央とは固定されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項２に記載のコモンモードフィルタ。
4. 前記素体の実装面の外形は略長方形であり、前記第１の導線の末端と前記第２の導線の末端との間の間隔、及び、前記第３の導線の末端と前記第４の導線の末端との間の間隔は、前記素体の実装面を構成する長方形の長辺の長さ以下、であることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のコモンモードフィルタ。
5. 前記第１の導線の末端と前記第２の導線の末端との間の間隔、及び、前記第３の導線の末端と前記第４の導線の末端との間の間隔は、前記素体の実装面を構成する長方形の短辺の長さ以下、であることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のコモンモードフィルタ。
6. 前記第１の導線の末端と前記第２の導線の末端との間の間隔、及び、前記第３の導線の末端と前記第４の導線の末端との間の間隔は、前記第１電極と第３電極との最短距離以下、であることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のコモンモードフィルタ。

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