JP7126567B2

JP7126567B2 - チョークコイルおよびそれを用いたノイズフィルタ

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Publication number: JP7126567B2
Application number: JP2020565095A
Authority: JP
Inventors: 康博白木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2022-08-26
Anticipated expiration: 2039-01-10
Also published as: JPWO2020144795A1; WO2020144795A1

Description

本願は、チョークコイルおよびそれを用いたノイズフィルタに関する。

３相電源と負荷装置との間には、チョークコイルを用いたノイズフィルタが設けられる場合がある。このノイズフィルタは、負荷装置側で発生した電磁ノイズが３相電源側へ伝搬するのを防いでいる。例えば、交流駆動モータを制御する電力変換装置が３相電源に接続されている場合、電力変換装置が有するインバータの高速スイッチング動作に起因するＥＭＩノイズ（Ｅｌｅｃｔｏ－ＭａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＮｏｉｓｅ）が発生する。このＥＭＩノイズが伝導ノイズとなって電力変換装置から３相電源側およびアースへ流れる。ＥＭＩノイズが３相電源側およびアースへ流れると、他の電機機器に伝搬してその電機機器の誤動作の要因になるなどの悪影響を及ぼす可能性がある。

ＥＭＩノイズには、３相電源と負荷装置との間の伝送路を伝搬するノーマルノードノイズと、伝送路とアースとの間を伝搬するコモンモードノイズの２種類がある。これら両方のノイズを低減させるノイズフィルタとして、デュアルモードチョークコイルが用いられている。

従来のデュアルモードチョークコイルは、３本の脚部とこの３本の脚部の両端を連結する第１連結部および第２連結部とを有する第１磁気コアと、３本の脚部のそれぞれに巻き回された３相の各相の巻線と、第１連結部および第２連結部にそれぞれ交差する第２磁気コアとを備えている（例えば、特許文献１参照）。このデュアルモードチョークコイルでは、第１磁気コアを通る閉磁路がノーマルモードノイズに対するインダクタンスを有し、第２磁気コアと３本の脚部とを通る閉磁路がコモンモードノイズに対するインダクタンスを有している。

ＷＯ２０１４／０７３０７７

従来のデュアルモードチョークコイルでは、３相の各相の巻線に位相が互いに１２０°異なる電源電流が流れる。電源電流が流れたときに３相の各相の巻線がそれぞれ巻かれている３つの脚部に発生する磁束は、３つのそれぞれの脚部、第１連結部および第２連結部を通り空間ギャップを有しない第１磁気コアが磁気経路となる。そのため、大きな電源電流が流れたときに発生する磁束密度が最大磁束密度を超えると第１磁気コアが磁気飽和する。第１磁気コアが磁気飽和すると、第１磁気コアの透磁率（磁束の通り易さ）が低下する。

ノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズは、電源電流の基本周波数成分に重畳される形で印加される。ノーマルモードノイズの電流に起因する磁束は、電源電流と同様に第１磁気コアを通る磁気経路となる。一方、コモンモードノイズの電流に起因する磁束は、電源電流と同様に３つの脚部、第１連結部、第２連結部および第２磁気コアを通る磁気経路となる。

上述のように、大きな電源電流が流れている状態でノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズが重畳された場合、第１磁気コアの透磁率が低下しているので、これらのノイズ電流に起因する磁束は小さくなる。その結果、ノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズに対するインダクタンスが低下し、ノイズ低減効果が低下するという問題があった。

本願は、上述のような課題を解決するためになされたもので、大きな３相の電源電流が流れた場合でも磁気コアの磁気飽和を防ぎ、ノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズに対して高いノイズ低減効果を有するチョークコイルを提供することを目的とする。

本願のチョークコイルは、第１脚部、第２脚部および第３脚部並びにこの３本の脚部の両端をそれぞれ連結する連結部を備えた第１磁気コアと、第１磁気コアの連結部同士を接続する第２磁気コアと、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線とを備えている。また、本願のチョークコイルにおいては、Ｕ相巻線は、第１Ｕ相巻線、第２Ｕ相巻線および第３Ｕ相巻線が直列に接続されており、Ｖ相巻線は、第１Ｖ相巻線、第２Ｖ相巻線および第３Ｖ相巻線が直列に接続されており、Ｗ相巻線は、第１Ｗ相巻線、第２Ｗ相巻線および第３Ｗ相巻線が直列に接続されている。さらに、本願のチョークコイルにおいては、第１脚部には、一方の端部から他方の端部に向かって順に第１Ｕ相巻線、第１Ｖ相巻線および第１Ｗ相巻線が巻かれており、第２脚部には、一方の端部から他方の端部に向かって順に第２Ｗ相巻線、第２Ｕ相巻線および第２Ｖ相巻線が巻かれており、第３脚部には、一方の端部から他方の端部に向かって順に第３Ｖ相巻線、第３Ｗ相巻線および第３Ｕ相巻線が巻かれおり、第１脚部に巻かれた第１Ｕ相巻線と第１Ｖ相巻線との間、および第１Ｖ相巻線と第１Ｗ相巻線との間にはそれぞれ第１脚部が露出した部分が設けられ、第２脚部に巻かれた第２Ｗ相巻線と第２Ｕ相巻線との間、および第２Ｕ相巻線と第２Ｖ相巻線との間にはそれぞれ第２脚部が露出した部分が設けられ、第３脚部に巻かれた第３Ｖ相巻線と第３Ｗ相巻線との間、および第３Ｗ相巻線と第３Ｕ相巻線との間にはそれぞれ第３脚部が露出した部分が設けられ、第１脚部が露出した部分、第２脚部が露出した部分および第３脚部が露出した部分はそれぞれ対向する位置に設けられており、第１脚部、第２脚部および第３脚部の少なくとも２つの脚部において、脚部が露出した部分における２つの脚部の間隔は、脚部が露出した部分以外における２つの脚部の間隔よりも小さく設定されている。

本願のチョークコイルは、大きな３相の電源電流が流れた場合でも磁気コアの磁気飽和を防ぎ、ノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズに対して高いノイズ低減効果を発揮することができる。

実施の形態１に係るチョークコイルの斜視図である。実施の形態１に係る磁気コアの正面図である。３相の電源と３相のコイルと負荷との接続関係を示す配線図である。磁気コア内に発生する磁束を示した模式図である。磁気コア内に発生する磁束を示した模式図である。実施の形態２に係るチョークコイルの上面図である。実施の形態２に係るチョークコイルの側面図である。磁気コア内に発生する磁束を示した模式図である。磁気コア内に発生する磁束を示した模式図である。磁気コア内に発生する磁束を示した模式図である。磁気コア内に発生する磁束を示した模式図である。磁気コア内に発生する磁束を示した模式図である。磁気コア内に発生する磁束を示した模式図である。実施の形態３に係るチョークコイルの斜視図である。実施の形態４に係るノイズフィルタの斜視図である。実施の形態４に係るノイズフィルタの等価回路である。

以下、本願を実施するための実施の形態に係るチョークコイルおよびノイズフィルタについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしく相当部分を示している。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るチョークコイルの斜視図である。本実施の形態のチョークコイルは、ノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズに対してノイズフィルタの役割を担うデュアルモードチョークコイルである。図２は、チョークコイルの磁気コアの正面図である。図３は、３相のコイルと３相の電源および負荷との接続関係を示す配線図である。負荷としては、例えば３相コンバータなどが用いられる。この３相コンバータはスイッチング素子を有している。

図１に示すように、本実施の形態のチョークコイル１は、磁気コア２とコイル部３とを有する。磁気コア２は、図２に示すように、第１脚部１１０、第２脚部１２０および第３脚部１３０と、この３本の脚部の両端をそれぞれ連結する連結部１４０とを有する第１磁気コア１５０を備えている。また、磁気コア２は、第１磁気コア１５０の連結部１４０同士を接続する第２磁気コア１６０を備えている。第１磁気コア１５０と第２磁気コア１６０とで磁気コア２を構成している。図１に示すように、第１脚部１１０、第２脚部１２０および第３脚部１３０が並ぶ方向をｘ軸方向、脚部の長手方向をｙ軸方向とする。なお、本実施の形態の磁気コア２は、磁性体であるフェライトで構成されている。また、コイル部３は、導体である銅線で構成されている。これらの素材は例示であって他の素材であってもよい。

コイル部３は、図３に示すように、Ｕ相巻線２００、Ｖ相巻線２１０およびＷ相巻線２２０で構成された３相コイルである。このコイル部３は、３相の電源５０と負荷６０との間に接続されている。さらに、Ｕ相巻線２００、Ｖ相巻線２１０およびＷ相巻線２２０は、それぞれ直列に接続された３つの巻線に分割されている。

Ｕ相巻線２００は、第１Ｕ相巻線２０１、第２Ｕ相巻線２１２および第３Ｕ相巻線２２３が直列に接続されている。Ｖ相巻線２１０は、第１Ｖ相巻線２１１、第２Ｖ相巻線２２２および第３Ｖ相巻線２０３が直列に接続されている。Ｗ相巻線２２０は、第１Ｗ相巻線２２１、第２Ｗ相巻線２０２および第３Ｗ相巻線２１３が直列に接続されている。なお、直列に接続された３つの巻線の接続の順番はどのような順番であってもよい。

図１に示すように、チョークコイル１の第１脚部１１０には、一方の端部から他方の端部に向かって順に第１Ｕ相巻線２０１、第１Ｖ相巻線２１１および第１Ｗ相巻線２２１が巻かれている。また、第２脚部１２０には、一方の端部から他方の端部に向かって順に第２Ｗ相巻線２０２、第２Ｕ相巻線２１２および第２Ｖ相巻線２２２が巻かれている。さらに、第３脚部１３０には、一方の端部から他方の端部に向かって順に第３Ｖ相巻線２０３、第３Ｗ相巻線２１３および第３Ｕ相巻線２２３が巻かれている。コイル部３を構成する上述の９つに分かれた巻線は、すべて同一の方向に巻かれており、かつ同一の巻線数である。また、９つに分かれた巻線には、すべて同じ向きに電流が流れるように接続されている。

図１に示すように、９つに分かれた巻線同士の間には脚部が露出する部分が設けられている。第１脚部１１０に巻かれた第１Ｕ相巻線２０１と第１Ｖ相巻線２１１との間には第１脚部１１０が露出した部分３００ａが、第１Ｖ相巻線２１１と第１Ｗ相巻線２２１との間には第１脚部１１０が露出した部分３００ｄがそれぞれ設けられている。また、第２脚部１２０に巻かれた第２Ｗ相巻線２０２と第２Ｕ相巻線２１２との間には第２脚部１２０が露出した部分３００ｂが、第２Ｕ相巻線２１２と第２Ｖ相巻線２２２との間には第２脚部１２０が露出した部分３００ｅがそれぞれ設けられている。さらに、第３脚部１３０に巻かれた第３Ｖ相巻線２０３と第３Ｗ相巻線２１３との間には第３脚部１３０が露出した部分３００ｃが、第３Ｗ相巻線２１３と第３Ｕ相巻線２２３との間には第３脚部１３０が露出した部分３００ｆがそれぞれ設けられている。図１に示すように、第１脚部が露出した部分３００ａ、３００ｄと第２脚部が露出した部分３００ｂ、３００ｅとはそれぞれ対向する位置に設けられている。また、第２脚部が露出した部分３００ｂ、３００ｅと第３脚部が露出した部分３００ｃ、３００ｆともそれぞれ対向する位置に設けられている。

磁気コア２の第１脚部が露出した部分３００ａ、３００ｄ、第２脚部が露出した部分３００ｂ、３００ｅおよび第３脚部が露出した部分３００ｃ、３００ｆを図２に示している。図２に示すように、第１脚部が露出した部分３００ａと第２脚部が露出した部分３００ｂとの間には、ギャップ４００ａが存在する。第２脚部が露出した部分３００ｂと第３脚部が露出した部分３００ｃとの間には、ギャップ４００ｂが存在する。第１脚部が露出した部分３００ｄと第２脚部が露出した部分３００ｅとの間には、ギャップ４００ｃが存在する。第２脚部が露出した部分３００ｅと第３脚部が露出した部分３００ｆとの間には、ギャップ４００ｄが存在する。

本実施の形態の磁気コア２は、第２脚部が露出した部分３００ｂが、第１脚部が露出した部分３００ａおよび第３脚部が露出した部分３００ｃに対して突出した形状であり、第２脚部が露出した部分３００ｅが、第１脚部が露出した部分３００ｄおよび第３脚部が露出した部分３００ｆに対して突出した形状である。この形状であれば、コイル部３の巻線のサイズに関係なくギャップ４００ａ、４００ｂ、４００ｃおよび４００ｄのギャップ寸法を設定することができる。なお、本実施の形態では、第２脚部１２０のみが突出した形状としたが、第１脚部が露出した部分３００ａおよび３００ｄ、並びに第３脚部が露出した部分３００ｃおよび３００ｆも突出した形状であってもよい。また、脚部が露出した部分は、必ずしも突出した形状である必要もない。

次に、チョークコイル１の動作について説明する。
図３に示した接続関係において、チョークコイル１に電源電流がながれるとき、コイル部３に流れる電流を以下の３つの成分に分けて考え、それぞれの成分で磁気コア２に発生する磁束分布について説明する。

１つ目は、電源電流の基本周波数成分（例えば、商用周波数成分である５０Ｈｚまたは６０Ｈｚなど）の電流がＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に流れるときに磁気コア２内に発生する磁束分布である。２つ目は、負荷のスイッチング周波数の高調波成分（ＥＭＩ規格で伝導ノイズが規制される１５０ｋＨｚ以上の周波数成分）のうち、位相がそれぞれ１２０°ずつ異なるノーマルモード成分のノイズ電流がそれぞれＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に流れるときに磁気コア２内に発生する磁束分布である。３つ目は、負荷のスイッチング周波数の高調波成分（ＥＭＩ規格で伝導ノイズが規制される１５０ｋＨｚ以上の周波数成分）のうち、位相が同相であるコモンモード成分のノイズ電流がＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に流れるときに磁気コア２内に発生する磁束分布である。なお、ＥＭＩ規格としては、例えばＣＩＳＰＲ規格（国際無線障害特別委員会で定められた規格）などがある。

まず、１つ目の、電源電流の基本周波数成分の電流がＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に流れるときに磁気コア２内に発生する磁束分布を説明する。図４は、Ｕ相巻線に流れる電源電流が最大となる位相のときに磁気コア２内に発生する磁束を示した模式図である。Ｕ相巻線に流れる電源電流が最大となる位相のとき、Ｖ相巻線に流れる電源電流は、大きさはＵ相巻線の半分であり、流れる方向は逆向きである。また、Ｗ相巻線に流れる電流は、大きさはＵ相巻線の半分であり、流れる方向は逆向きである。

第１脚部１１０の第１Ｕ相巻線２０１に囲まれた部分に発生する磁束１２０１の大きさを１．０とし、その磁束の向きを上向きとする。このとき、第２脚部１２０の第２Ｗ相巻線２０２に囲まれた部分に発生する磁束１２０２は、大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなる。また、第３脚部１３０の第３Ｖ相巻線２０３に囲まれた部分に発生する磁束１２０３は、大きさは０．５でその磁束の向きは下向きとなる。

また、第２脚部１２０の第２Ｕ相巻線２１２に囲まれた部分に発生する磁束１２１２は、大きさが１．０でその磁束の向きは上向きとなる。また、第１脚部１１０の第１Ｖ相巻線２１１に囲まれた部分に発生する磁束１２１１は、大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなる。さらに、第３脚部１３０の第３Ｗ相巻線２１３に囲まれた部分に発生する磁束１２１３は、大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなる。

さらに、第３脚部１３０の第３Ｕ相巻線２２３に囲まれた部分に発生する磁束１２２３は、大きさが１．０でその磁束の向きは上向きとなる。また、第１脚部１１０の第１Ｗ相巻線２２１に囲まれた部分に発生する磁束１２２１は、大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなる。さらに、第２脚部１２０の第２Ｖ相巻線２２２に囲まれた部分に発生する磁束１２２２は、大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなる。

このような電源電流の基本周波数成分の電流がＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に流れるとき、全体の磁束分布について説明する。

図４に示すように、第１脚部１１０において、第１Ｕ相巻線２０１に囲まれた部分に発生する磁束１２０１は大きさが１．０でその磁束の向きは上向きとなり、第１Ｖ相巻線２１１に囲まれた部分に発生する磁束１２１１は大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなり、第１Ｗ相巻線２２１に囲まれた部分に発生する磁束１２２１は大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなる。この３つの磁束を加算すると打消し合うので、第１脚部１１０の一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束はほとんどゼロとなる。

同様に、第２脚部１２０において、第２Ｗ相巻線２０２に囲まれた部分に発生する磁束１２０２は大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなり、第２Ｕ相巻線２１２に囲まれた部分に発生する磁束１２１２は大きさが１．０でその磁束の向きは上向きとなり、第２Ｖ相巻線２２２に囲まれた部分に発生する磁束１２２２は大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなる。この３つの磁束を加算すると打消し合うので、第２脚部１２０の一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束はほとんどゼロとなる。

さらに、第３脚部１３０において、第３Ｖ相巻線２０３に囲まれた部分に発生する磁束１２０３は大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなり、第３Ｗ相巻線２１３に囲まれた部分に発生する磁束１２１３は大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなり、第３Ｕ相巻線２２３に囲まれた部分に発生する磁束１２２３は大きさが１．０でその磁束の向きは上向きとなる。この３つの磁束を加算すると打消し合うので、第３脚部１３０の一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束はほとんどゼロとなる。

この結果、第１脚部１１０、第２脚部１２０および第３脚部１３０の一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束はほとんどゼロとなる。

図２および図４を用いて、磁気コア内に発生する磁束の磁路について説明する。
磁束１２０１、磁束１２０２および磁束１２０３は、第１磁気コアの上部の連結部１４０、第1脚部１１０の第１Ｕ相巻線２０１で囲まれた部分、第２脚部１２０の第２Ｗ相巻線２０２で囲まれた部分、第３脚部１３０の第３Ｖ相巻線２０３で囲まれた部分、第１Ｕ相巻線２０１と第１Ｖ相巻線２１１との間の第１脚部が露出した部分３００ａ、第２Ｗ相巻線２０２と第２Ｕ相巻線２１２との間の第２脚部が露出した部分３００ｂ、第３Ｖ相巻線２０３と第３Ｗ相巻線２１３との間の第３脚部が露出した部分３００ｃ、第１脚部が露出した部分３００ａと第２脚部が露出した部分３００ｂとの間のギャップ４００ａ、および第２脚部が露出した部分３００ｂと第３脚部が露出した部分３００ｃとの間のギャップ４００ｂで構成される閉磁路を通る。

同様に、磁束１２１１、磁束１２１２および磁束１２１３は、第１脚部１１０の第１Ｖ相巻線２１１で囲まれた部分、第２脚部１２０の第２Ｕ相巻線２１２で囲まれた部分、第３脚部１３０の第３Ｗ相巻線２１３で囲まれた部分、第１Ｕ相巻線２０１と第１Ｖ相巻線２１１との間の第１脚部が露出した部分３００ａ、第２Ｗ相巻線２０２と第２Ｕ相巻線２１２との間の第２脚部が露出した部分３００ｂ、第3Ｖ相巻線２０３と第３Ｗ相巻線２１３との間の第３脚部が露出した部分３００ｃ、第１Ｖ相巻線２１１と第１Ｗ相巻線２２１との間の第１脚部が露出した部分３００ｄ、第２Ｕ相巻線２１２と第２Ｖ相巻線２２２との間の第２脚部が露出した部分３００ｅ、第３Ｗ相巻線２１３と第３Ｕ相巻線２２３との間の第３脚部が露出した部分３００ｆ、第１脚部が露出した部分３００ａと第２脚部が露出した部分３００ｂとの間のギャップ４００ａ、第２脚部が露出した部分３００ｂと第３脚部が露出した部分３００ｃとの間のギャップ４００ｂ、第１脚部が露出した部分３００ｄと第２脚部が露出した部分３００ｅとの間のギャップ４００ｃ、および第２脚部が露出した部分３００ｅと第３脚部が露出した部分３００ｆとの間のギャップ４００ｄで構成される閉磁路を通る。

さらに、磁束１２２１、磁束１２２２および磁束１２２３は、第１磁気コアの下部の連結部１４０、第1脚部１１０の第１Ｗ相巻線２２１で囲まれた部分、第２脚部１２０の第２Ｖ相巻線２２２で囲まれた部分、第３脚部１３０の第３Ｕ相巻線２２３で囲まれた部分、第１Ｖ相巻線２１１と第１Ｗ相巻線２２１との間の第１脚部が露出した部分３００ｄ、第２Ｕ相巻線２１２と第２Ｖ相巻線２２２との間の第２脚部が露出した部分３００ｅ、第３Ｗ相巻線２１３と第３Ｕ相巻線２２３との間の第３脚部が露出した部分３００ｆ、第１脚部が露出した部分３００ｄと第２脚部が露出した部分３００ｅとの間のギャップ４００ｃ、および第２脚部が露出した部分３００ｅと第３脚部が露出した部分３００ｆとの間のギャップ４００ｄで構成される閉磁路を通る。

電源電流はコモンモードおよびノーマルモードのノイズ電流に比べて非常に大きい。従来のチョークコイルでは、電源電流に起因する磁束はギャップを通らない閉磁路を通るので、電源電流の電流値に比例した大きな磁束が発生する。磁気コア内の磁束密度が大きくなり最大磁束密度を超えると磁気コアの透磁率が低下して磁気抵抗が高くなる現象、すなわち磁気飽和が起こる。ノーマルモードおよびコモンモードのノイズ電流は、電源電流に重畳して流れる。従来のチョークコイルでは、ノーマルモードおよびコモンモードのノイズ電流に起因して発生する磁束は、大きな電源電流が流れて磁気コアの透磁率が低下しているため、その磁束密度は小さくなっていた。

本実施の形態のチョークコイルでは、Ｕ相巻線に流れる電源電流が最大となる位相のときに磁気コア２内に発生する磁束は、磁気抵抗の高いギャップ４００ａ、４００ｂ、４００ｃおよび４００ｄの少なくとも１つを通る。そのため、電源電流に起因する磁束はギャップを通らない場合よりも磁束密度が小さくなる。その結果、本実施の形態のチョークコイルでは、大きな電源電流に起因する磁気飽和が発生せず、透磁率の低下を避けることができる。

なお、これまでＵ相巻線に流れる電源電流が最大となる位相のときに磁気コア２内に発生する磁束について説明した。Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に流れる電流の位相が１２０°ずつ異なる電源電流の場合、Ｕ相巻線に流れる電源電流が最大になる位相の場合と磁束分布は異なるが、どのような位相であっても磁気コア２内に発生する磁束は磁気抵抗の高いギャップ４００ａ、４００ｂ、４００ｃおよび４００ｄの少なくとも１つを通る。そのため、本実施の形態のチョークコイルでは、大きな電源電流に起因する磁気飽和が発生せず、透磁率の低下を避けることができる。その結果、後述する負荷のスイッチング周波数の高調波成分で発生するノーマルモードのノイズ電流およびコモンモードのノイズ電流に対する透磁率の低下を避けることができる。

なお、ギャップ４００ａ、４００ｂ、４００ｃおよび４００ｄのギャップ寸法を大きくすれば磁気抵抗をさらに大きくできるので、磁気コアがさらに磁気飽和しにくくなり、さらに透磁率の低下を避けることができる。

次に、２つ目の、負荷のスイッチング周波数の高調波成分のうち、位相がそれぞれ１２０°ずつ異なるノーマルモード成分のノイズ電流がそれぞれＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に流れるときに磁気コア２内に発生する磁束分布について説明する。

高調波のノーマルモード成分のノイズ電流の方向は、電源電流の基本周波数の電流の方向と同じである。そのため、このノーマルモード成分のノイズ電流で発生する磁束分布は図４と同様になる。ノーマルモード成分のノイズ電流は電源電流の基本周波数成分の電流に比べて小さいので、発生する磁束も小さい。そのため、ノーマルモード成分のノイズ電流で磁気コアが磁気飽和することはほとんどない。したがって、電源電流の基本周波数成分の電流による透磁率の低下が発生しない条件の下で、ギャップ４００ａ、４００ｂ、４００ｃおよび４００ｄのギャップ寸法を小さくすれば、ノーマルモード成分のノイズ電流で発生する磁束に対する磁気抵抗を小さくすることができ、ノイズ低減効果を向上させることが可能である。

なお、実際のギャップ寸法は、数ｍｍから数１０ｍｍの範囲に設定されることが多い。また、通常ギャップは、空間で構成されているが、空間ではなく磁性をもたない樹脂、木材などの材料でギャップを構成してもよい。空間以外の材料でギャップを構成すると、ギャップ寸法の高精度化、耐久性の向上が可能となる。

最後に、３つ目の、負荷のスイッチング周波数の高調波成分のうち、位相が同相であるコモンモード成分のノイズ電流がＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に流れるときに磁気コア２内に発生する磁束分布について説明する。なお、コモンモード成分のノイズ電流は電源電流の基本周波数成分の電流に比べて小さいので、発生する磁束も小さい。そのため、コモンモード成分のノイズ電流で磁気コアが磁気飽和することはほとんどない。

図５は、コモンモード成分のノイズ電流がＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に流れるときの磁気コア２内に発生する磁束を示した模式図である。第１脚部１１０の第１Ｕ相巻線２０１に囲まれた部分に発生する磁束を１３０１、第１Ｖ相巻線２１１に囲まれた部分に発生する磁束を１３１１、第１Ｗ相巻線２２１に囲まれた部分に発生する磁束を１３２１とする。第２脚部１２０の第２Ｗ相巻線２０２に囲まれた部分に発生する磁束を１３０２、第２Ｕ相巻線２１２に囲まれた部分に発生する磁束を１３１２、第２Ｖ相巻線２２２に囲まれた部分に発生する磁束を１３２２とする。第３脚部１３０の第３Ｖ相巻線２０３に囲まれた部分に発生する磁束を１３０３、第３Ｗ相巻線２１３に囲まれた部分に発生する磁束を１３１３、第３Ｕ相巻線２２３に囲まれた部分に発生する磁束を１３２３とする。Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に流れるコモンモード成分のノイズ電流は同相であるため、各巻線で発生する磁束１３０１、１３０２、１３０３、１３１１、１３１２、１３１３、１３２１、１３２２および１３２３は、すべて同じ大きさでその磁束の向きは同じ向きである。

図２および図５を用いて、磁気コア内に発生する磁束の磁路について説明する。
第１脚部１１０の磁束１３０１、磁束１３１１および磁束１３２１は全て上向きであり、第１脚部１１０と第２脚部１２０との間のギャップ４００ａおよび４００ｃは磁気抵抗が高いので磁束は通りにくく、この３つの磁束を加算すると第１脚部１１０の磁束は、一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束となる。

また、第２脚部１２０の磁束１３０２、磁束１３１２および磁束１３２２は全て上向きであり、第１脚部１１０と第２脚部１２０との間のギャップ４００ａ、４００ｃおよび第２脚部１２０と第３脚部１３０との間のギャップ４００ｂ、４００ｄは磁気抵抗が高いので磁束は通りにくく、この３つの磁束を加算すると第２脚部１２０の磁束は、一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束となる。

さらに、第３脚部１３０の磁束１３０３、磁束１３１３および磁束１３２３は全て上向きであり、第２脚部１２０と第３脚部１３０との間のギャップ４００ｂおよび４００ｄは磁気抵抗が高いので磁束は通りにくく、この３つの磁束を加算すると第３脚部１３０の磁束は、一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束となる。

それぞれの脚部の一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束は、脚部から一方の連結部１４０を経由して第２磁気コア１６０に至り、他方の連結部を経由して脚部に至る磁気コア２を環流する閉磁路を形成する。

上述のように、コモンモード成分のノイズ電流に起因して発生する磁束は、磁気コアのギャップを経由せず磁気コア内を環流する閉磁路を形成するので、磁気抵抗が小さくなる。その結果、コモンモード成分のノイズ電流に起因して発生する磁束に対するインダクタンスを高くすることができ、ノイズ低減効果を向上させることができる。

このように構成されたチョークコイルは、電源電流の基本周波数成分のように大きな電流成分が流れた場合でも磁気コアが磁気飽和せず、磁気コアの透磁率低下を抑制することができる。そのため、電源電流に重畳して発生するノーマルモード成分のノイズ電流およびコモンモード成分のノイズ電流に対して、透磁率の低下を避けることができる。その結果、本実施の形態のチョークコイルは、大きな３相の電源電流が流れた場合でも磁気コアの磁気飽和を防ぎ、ノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズに対して高いノイズ低減効果を発揮する。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係るチョークコイルの上面図である。図７は、図６に示すチョークコイルをＡ方向から見た側面図である。図６および図７に示すように、本実施の形態のチョークコイル１は、磁気コア２とコイル部３とを有する。磁気コア２は、図６に示すように、三角形の頂点の位置にそれぞれ配置された第１脚部２１１０、第２脚部２１２０および第３脚部２１３０を備えている。また、磁気コア２は、第１脚部２１１０と第２脚部２１２０との両端をそれぞれ連結する第１連結部２４１２、第２脚部２１２０と第３脚部２１３０との両端をそれぞれ連結する第２連結部２４２３、および第３脚部２１３０と第１脚部２１１０との両端をそれぞれ連結する第３連結部２４３１を備えている。さらに、磁気コア２は、第１脚部２１１０と第２脚部２１２０との間の位置で、両端の第１連結部２４１２に接続された第４脚部２５１２を、第２脚部２１２０と第３脚部２１３０との間の位置で、両端の第２連結部２４２３に接続された第５脚部２５２３を、および第３脚部２１３０と第１脚部２１１０との間の位置で、両端の第３連結部２４３１に接続された第６脚部２５３１を備えている。第１脚部２１１０、第２脚部２１２０、第３脚部２１３０、第１連結部２４１２、第２連結部２４２３および第３連結部２４３１で第１磁気コアを構成しており、第４脚部２５１２、第５脚部２５２３および第６脚部２５３１が第２磁気コアを構成している。
なお、図６に示すように、第１脚部２１１０と第３脚部２１３０とを結ぶ方向をｘ軸方向、脚部の長手方向をｙ軸方向とする。

コイル部３は、実施の形態１の図３で示した３相コイルと同様であり、Ｕ相巻線２００、Ｖ相巻線２１０およびＷ相巻線２２０で構成されている。Ｕ相巻線は、第１Ｕ相巻線２２１１、第２Ｕ相巻線２２２２および第３Ｕ相巻線２２３３が直列に接続されている。Ｖ相巻線は、第１Ｖ相巻線２２２１、第２Ｖ相巻線２２３２および第３Ｖ相巻線２２１３が直列に接続されている。Ｗ相巻線は、第１Ｗ相巻線２２３１、第２Ｗ相巻線２２１２および第３Ｗ相巻線２２２３が直列に接続されている。

第１脚部２１１０は、一方の端部から第１Ｕ相巻線２２１１、第１Ｖ相巻線２２２１および第１Ｗ相巻線２２３１が巻かれており、各巻線の間には第１脚部２１１０が露出した部分２３００を有する。第２脚部２１２０は、一方の端部から第２Ｗ相巻線２２１２、第２Ｕ相巻線２２２２および第２Ｖ相巻線２２３２が巻かれており、各巻線の間には第２脚部２１２０が露出した部分２３００を有する。第３脚部２１３０は、一方の端部から第３Ｖ相巻線２２１３、第３Ｗ相巻線２２２３および第３Ｕ相巻線２２３３が巻かれており、各巻線の間には第３脚部２１３０が露出した部分２３００を有する。

図７に示すように、第６脚部２５３１において、第１脚部２１１０および第３脚部２１３０の脚部が露出した部分２３００と対向する位置は、突出した形状となっている。第６脚部２５３１の突出した部分と第１脚部２１１０および第３脚部２１３０との間隔は、他の部分より狭いギャップ２４００となっている。同様に、第４脚部２５１２において、第１脚部２１１０および第２脚部２１２０の脚部が露出した部分２３００と対向する位置は、突出した形状となっている。第４脚部２５１２の突出した部分と第１脚部２１１０および第２脚部２１２０との間隔は、他の部分より狭いギャップ２４００となっている。また、第５脚部２５２３において、第２脚部２１２０および第３脚部２１３０の脚部が露出した部分２３００と対向する位置は、突出した形状となっている。第５脚部２５２３の突出した部分と第２脚部２１２０および第３脚部２１３０との間隔は、他の部分より狭いギャップ２４００となっている。

次に、チョークコイル１の動作について説明する。実施の形態１と同様に、図３に示した接続関係において、チョークコイル１に電源電流が流れるとき、コイル部３に流れる電流を以下の３つの成分に分けて考え、それぞれの成分で磁気コア２に発生する磁束分布について説明する。

１つ目は、電源電流の基本周波数成分の電流が流れるときに磁気コア２内に発生する磁束分布である。２つ目は、負荷のスイッチング周波数の高調波成分のうち、位相がそれぞれ１２０°ずつ異なるノーマルモード成分のノイズ電流が流れるときに磁気コア２内に発生する磁束分布である。３つ目は、負荷のスイッチング周波数の高調波成分のうち、位相が同相であるコモンモード成分のノイズ電流が流れるときに磁気コア２内に発生する磁束分布である。

まず、１つ目の、電源電流の基本周波数成分の電流がＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に流れるときに磁気コア２内に発生する磁束分布を説明する。図８、図９および図１０は、Ｕ相巻線に流れる電源電流が最大となる位相のときに磁気コア２内に発生する磁束を示した模式図である。図８、図９および図１０は、それぞれ図６のＡ方向、Ｂ方向およびＣ方向から見た側面図である。Ｕ相巻線に流れる電源電流が最大となる位相のとき、Ｖ相巻線に流れる電源電流は、大きさはＵ相巻線の半分であり、流れる方向は逆向きである。また、Ｗ相巻線に流れる電源電流は、大きさはＵ相巻線の半分であり、流れる方向は逆向きである。
なお、図８、図９および図１０において、脚部が露出した部分２３００は、その場所毎に末尾にアルファベット１文字を付与している。また、ギャップ２４００についても、その場所毎に末尾にアルファベット２文字を付与している。

図８および図９に示すように、Ｕ相巻線に流れる電源電流が最大となる位相のとき、第１脚部２１１０の第１Ｕ相巻線２２１１に囲まれた部分に発生する磁束３２１１の大きさを１．０とし、その磁束の向きを上向きとする。このとき、図９および図１０に示すように、第２脚部２１２０の第２Ｗ相巻線２２１２に囲まれた部分に発生する磁束３２１２は、大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなる。また、図８および図１０に示すように、第３脚部２１３０の第３Ｖ相巻線２２１３に囲まれた部分に発生する磁束３２１３は、大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなる。

同様に、図９および図１０に示すように、Ｕ相巻線に流れる電源電流が最大となる位相のとき、第２脚部２１２０の第２Ｕ相巻線２２２２に囲まれた部分に発生する磁束３２２２は、大きさが１．０でその磁束の向きは上向きとなる。また、第１脚部２１１０の第１Ｖ相巻線２２２１に囲まれた部分に発生する磁束３２２１は、大きさを０．５でその磁束の向きは下向きとなる。さらに、第３脚部２１３０の第３Ｗ相巻線２２２３に囲まれた部分に発生する磁束３２２３は、大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなる。

同様に、図８および図１０に示すように、Ｕ相巻線に流れる電源電流が最大となる位相のとき、第３脚部２１３０の第３Ｕ相巻線２２３３に囲まれた部分に発生する磁束３２３３は、大きさが１．０でその磁束の向きは上向きとなる。また、第１脚部２１１０の第１Ｗ相巻線２２３１に囲まれた部分に発生する磁束３２３１は、大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなる。さらに、第２脚部２１２０の第２Ｖ相巻線２２３２に囲まれた部分に発生する磁束３２３２は、大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなる。

図８および図９に示すように、第１脚部２１１０において、第１Ｕ相巻線２２１１に囲まれた部分に発生する磁束３２１１は大きさが１．０でその磁束の向きは上向きとなり、第１Ｖ相巻線２２２１に囲まれた部分に発生する磁束３２２１は大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなり、第１Ｗ相巻線２２３１に囲まれた部分に発生する磁束３２３１は大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなる。この３つの磁束を加算すると打消し合うので、第１脚部２１１０の一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束はほとんどゼロとなる。

同様に、図９および図１０に示すように、第２脚部２１２０において、第２Ｗ相巻線２２１２に囲まれた部分に発生する磁束３２１２は大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなり、第２Ｕ相巻線２２２２に囲まれた部分に発生する磁束３２２２は大きさが１．０でその磁束の向きは上向きとなり、第２Ｖ相巻線２２３２に囲まれた部分に発生する磁束３２３２は大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなる。この３つの磁束を加算すると打消し合うので、第２脚部２１２０の一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束はほとんどゼロとなる。

さらに、図８および図１０に示すように、第３脚部２１３０において、第３Ｖ相巻線２２１３に囲まれた部分に発生する磁束３２１３は大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなり、第３Ｗ相巻線２２２３に囲まれた部分に発生する磁束３２２３は大きさが０．５でその磁束の向きは下向きとなり、第３Ｕ相巻線２２３３に囲まれた部分に発生する磁束３２３３は大きさが１．０でその磁束の向きは上向きとなる。この３つの磁束を加算すると打消し合うので、第３脚部２１３０の一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束はほとんどゼロとなる。
この結果、第１脚部２１１０、第２脚部２１２０および第３脚部２１３０の一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束はほとんどゼロとなる。

Ｕ相巻線に流れる電源電流が最大となる位相のとき、図８および図９に示すように、磁束３２１１、磁束３２１２および磁束３２１３は、上部の第1連結部２４１２、上部の第３連結部２４３１、第1脚部２１１０の第１Ｕ相巻線２２１１で囲まれた部分、第２脚部２１２０の第２Ｗ相巻線２２１２で囲まれた部分、第３脚部２１３０の第３Ｖ相巻線２２１３で囲まれた部分、第１Ｕ相巻線２２１１と第１Ｖ相巻線２２２１との間の第１脚部が露出した部分２３００ａ、第２Ｗ相巻線２２１２と第２Ｕ相巻線２２２２との間の第２脚部が露出した部分２３００ｃ、第３Ｖ相巻線２２１３と第３Ｗ相巻線２２２３との間の第２脚部が露出した部分２３００ｅ、第１脚部と第６脚部２５３１とのギャップ２４００ａｅ、第３脚部と第６脚部２５３１とのギャップ２４００ｅａ、第２脚部と第４脚部２５１２とのギャップ２４００ｃａ、および第１脚部と第４脚部２５１２とのギャップ２４００ａｃで構成される閉磁路を通る。なお、磁束３２１１は、上部の第１連結部２４１２と上部の第３連結部２４３１とに分岐して通る。

また、Ｕ相巻線に流れる電源電流が最大となる位相のとき、図９および図１０に示すように、磁束３２２２、磁束３２２１および磁束３２２３は、第1脚部２１１０の第１Ｖ相巻線２２２１で囲まれた部分、第２脚部２１２０の第２Ｕ相巻線２２２２で囲まれた部分、第３脚部２１３０の第３Ｗ相巻線２２２３で囲まれた部分、第１Ｕ相巻線２２１１と第１Ｖ相巻線２２２１との間の第１脚部２１１０が露出した部分２３００ａ、第２Ｗ相巻線２２１２と第２Ｕ相巻線２２２２との間の第２脚部２１２０が露出した部分２３００ｃ、第３Ｖ相巻線２２１３と第３Ｗ相巻線２２２３との間の第３脚部２１３０が露出した部分２３００ｅ、第１Ｖ相巻線２２２１と第１Ｗ相巻線２２３１との間の第１脚部２１１０が露出した部分２３００ｂ、第２Ｕ相巻線２２２２と第２Ｖ相巻線２２３２との間の第２脚部２１２０が露出した部分２３００ｄ、第３Ｗ相巻線２２２３と第３Ｕ相巻線２２３３との間の第３脚部２１３０が露出した部分２３００ｆ、第２脚部２１２０と第４脚部２５１２とのギャップ２４００ｃａ、第１脚部２１１０と第４脚部２５１２とのギャップ２４００ａｃ、第２脚部２１２０と第４脚部２５１２とのギャップ２４００ｄｂ、第１脚部２１１０と第４脚部２５１２とのギャップ２４００ｂｄ、第３脚部２１３０と第５脚部２５２３とのギャップ２４００ｅｃ、第２脚部２１２０と第５脚部２５２３とのギャップ２４００ｃｅ、第３脚部２１３０と第５脚部２５２３とのギャップ２４００ｆｄ、および第２脚部２１２０と第５脚部２５２３とのギャップ２４００ｄｆで構成される閉磁路を通る。なお、磁束３２２２は、ギャップ２４００ｃａを経由して第４脚部２５１２に至る経路と、ギャップ２４００ｃｅを経由して第５脚部２５２３に至る経路とに分岐して通る。

さらに、Ｕ相巻線に流れる電源電流が最大となる位相のとき、図８および図１０に示すように、磁束３２３３、磁束３２３１および磁束３２３２は、下部の第２連結部２４２３、下部の第３連結部２４３１、第３脚部２１３０の第３Ｕ相巻線２２３３で囲まれた部分、第１脚部２１１０の第１Ｗ相巻線２２３１で囲まれた部分、第２脚部２１２０の第２Ｖ相巻線２２３２で囲まれた部分、第１Ｖ相巻線２２２１と第１Ｗ相巻線２２３１との間の第１脚部が露出した部分２３００ｂ、第２Ｖ相巻線２２３２と第２Ｗ相巻線２２１２との間の第２脚部が露出した部分２３００ｄ、第３Ｖ相巻線２２１３と第３Ｗ相巻線２２２３との間の第３脚部が露出した部分２３００ｆ、第３脚部と第５脚部２５２３とのギャップ２４００ｆｄ、第２脚部と第５脚部２５２３とのギャップ２４００ｄｆ、第１脚部と第６脚部２５３１とのギャップ２４００ｂｆ、および第３脚部と第６脚部２５３１とのギャップ２４００ｆｂで構成される閉磁路を通る。なお、磁束３２３３は、ギャップ２４００ｆｂを経由して第６脚部２５３１に至る経路と、ギャップ２４００ｆｄを経由して第５脚部２５２３に至る経路とに分岐して通る。

上述のように、Ｕ相巻線に流れる電源電流が最大となる位相のときに磁気コア２内に発生する磁束は、磁気抵抗の高いギャップ２４００の少なくとも１つを通る。そのため、電源電流に起因する磁束はギャップを通らない場合よりも磁束密度が小さくなる。その結果、本実施の形態のチョークコイルでは、大きな電源電流に起因する磁気飽和が発生せず、透磁率の低下を避けることができる。

なお、これまでＵ相巻線に流れる電源電流が最大となる位相のときに磁気コア２内に発生する磁束について説明した。Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に流れる電流の位相が１２０°ずつ異なる電源電流の場合、Ｕ相巻線に流れる電源電流が最大になる位相の場合と磁束分布は異なるが、どのような位相であっても磁気コア２内に発生する磁束は磁気抵抗の高いギャップ２４００の少なくとも１つを通る。その結果、本実施の形態のチョークコイルでは、大きな電源電流に起因する磁気飽和が発生せず、透磁率の低下を避けることができる。

また、ギャップ２４００のギャップ寸法を大きくすれば磁気抵抗がさらに大きくできるので、磁気コアがさらに磁気飽和しにくくなり、さらに透磁率の低下を避けることができる。

高調波のノーマルモード成分のノイズ電流の方向は、電源電流の基本周波数の電流の方向と同じである。そのため、このノーマルモード成分のノイズ電流で発生する磁束分布は図８、図９および図１０と同様になる。ノーマルモード成分のノイズ電流は電源電流の基本周波数成分の電流に比べて小さいので、発生する磁束も小さい。そのため、ノーマルモード成分のノイズ電流で磁気コアが磁気飽和することはほとんどない。したがって、電源電流の基本周波数成分の電流による透磁率の低下が発生しない条件の下で、ギャップ２４００のギャップ寸法を小さくすれば、ノーマルモード成分のノイズ電流で発生する磁束に対する磁気抵抗を小さくすることができ、ノイズ低減効果を向上させることが可能である。

図１１、図１２および図１３は、コモンモード成分のノイズ電流がＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に流れるときの磁気コア２内に発生する磁束を示した模式図である。図１１、図１２および図１３は、それぞれ図６のＡ方向、Ｂ方向およびＣ方向から見た側面図である。

第１脚部２１１０の第１Ｕ相巻線２２１１に囲まれた部分に発生する磁束を４２１１、第１Ｖ相巻線２２２１に囲まれた部分に発生する磁束を４２２１、および第１Ｗ相巻線２２３１に囲まれた部分に発生する磁束を４２３１とする。第２脚部２１２０の第２Ｗ相巻線２２１２に囲まれた部分に発生する磁束を４２１２、第２Ｕ相巻線２２２２に囲まれた部分に発生する磁束を４２２２、および第２Ｖ相巻線２２３２に囲まれた部分に発生する磁束を４２３２とする。第３脚部２１３０の第３Ｖ相巻線２２１３に囲まれた部分に発生する磁束を４２１３、第３Ｗ相巻線２２２３に囲まれた部分に発生する磁束を４２２３、および第３Ｕ相巻線２２３３に囲まれた部分に発生する磁束を４２３３とする。Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に流れるコモンモード成分のノイズ電流は同相であるため、各巻線で発生する磁束は、すべて同じ大きさで同じ向きである。

このような磁束が発生した場合、図１１および図１２に示すように、第１脚部２１１０では磁束４２１１、磁束４２２１および磁束４２３１は全て上向である。この第１脚部２１１０と第６脚部２５３１とのギャップ２４００ａｅおよび２４００ｂｆ、並びに第１脚部２１１０と第４脚部２５１２とのギャップ２４００ａｃ、２４００ｂｄは磁気抵抗が高いので磁束は通りにくい。その結果、磁束４２１１、磁束４２２１および磁束４２３１を加算すると第１脚部２１１０の磁束は、一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束となる。

また、図１２および図１３に示すように、第２脚部２１２０では磁束４２１２、磁束４２２２および磁束４２３２は全て上向である。この第２脚部２１２０と第４脚部２５１２とのギャップ２４００ｃａおよび２４００ｄｂ、並びに第２脚部２１２０と第５脚部２５２３とのギャップ２４００ｃｅおよび２４００ｄｆは磁気抵抗が高いので磁束は通りにくい。その結果、磁束４２１２、磁束４２２２および磁束４２３２を加算すると第２脚部２１２０の磁束は、一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束となる。

さらに、図１１および図１３に示すように、第３脚部２１３０では磁束４２１３、磁束４２２３および磁束４２３３は全て上向である。この第３脚部２１３０と第６脚部２５３１とのギャップ２４００ｅａおよび２４００ｆｂ、並びに第３脚部２１３０と第５脚部２５２３とのギャップ２４００ｅｃおよび２４００ｆｄは磁気抵抗が高いので磁束は通りにくい。その結果、磁束４２１３、磁束４２２３および磁束４２３３を加算すると第３脚部２１３０の磁束は、一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束となる。

図１１および図１２に示すように、第１脚部２１１０の一端から他端まで貫通する磁束は、２つの経路を通る閉磁路となる。１つ目の経路は、第１脚部２１１０の上端から上部の第３連結部２４３１、第６脚部２５３１および下部の第３連結部２４３１を経由して第１脚部２１１０の下端に戻る経路である（図１１）。２つ目の経路は、第１脚部２１１０の上端から上部の第１連結部２４１２、第４脚部２５１２および下部の第１連結部２４１２を経由して第１脚部２１１０の下端に戻る経路である（図１２）。

また、図１２および図１３に示すように、第２脚部２１２０の一端から他端まで貫通する磁束は、２つの経路を通る閉磁路となる。１つ目の経路は、第２脚部２１２０の上端から上部の第１連結部２４１２、第４脚部２５１２および下部の第１連結部２４１２を経由して第２脚部２１２０の下端に戻る経路である（図１２）。２つ目の経路は、第２脚部２１２０の上端から上部の第２連結部２４２３、第５脚部２５２３および下部の第２連結部２４２３を経由して第２脚部２１２０の下端に戻る経路である（図１３）。

また、図１１および図１３に示すように、第３脚部２１３０の一端から他端まで貫通する磁束は、２つの経路を通る閉磁路となる。１つ目の経路は、第３脚部２１３０の上端から上部の第３連結部２４３１、第６脚部２５３１および下部の第３連結部２４３１を経由して第３脚部２１３０の下端に戻る経路である（図１１）。２つ目の経路は、第３脚部２１３０の上端から上部の第２連結部２４２３、第５脚部２５２３および下部の第２連結部２４２３を経由して第３脚部２１３０の下端に戻る経路である（図１３）。

上述のように、コモンモード成分のノイズ電流に起因して発生する磁束は、磁気コアのギャップを通らず磁気コア内を環流する閉磁路を形成するので、磁気抵抗が小さくなる。その結果、コモンモード成分のノイズ電流に起因して発生する磁束に対するインダクタンスを高くすることができ、ノイズ低減効果を向上させることができる。

実施の形態３．
図１４は、実施の形態３に係るチョークコイルの斜視図である。図１４に示すように、本実施の形態のチョークコイル１は、磁気コア２とコイル部３とを有する。磁気コア２は、三角形の頂点の位置にそれぞれ配置された第１脚部２１１０、第２脚部２１２０および第３脚部２１３０を備えている。また、磁気コア２は、第１脚部２１１０、第２脚部２１２０および第３脚部２１３０の一方の端部を連結する第４連結部３１０、並びに第１脚部２１１０、第２脚部２１２０および第３脚部２１３０の他方の端部を連結する第５連結部３２０を備えている。第４連結部３１０は、中央部から第１脚部２１１０、第２脚部２１２０および第３脚部２１３０の一方の端部までそれぞれ延びた３本の腕部を有するＹ型形状である。同様に、第５連結部３２０は、中央部から第１脚部２１１０、第２脚部２１２０および第３脚部２１３０の他方の端部までそれぞれ延びた３本の腕部を有するＹ型形状である。第１脚部２１１０、第２脚部２１２０、第３脚部２１３０、第４連結部３１０および第５連結部３２０で第１磁気コア１５０を構成している。さらに、磁気コア２は、第４連結部３１０の中央部と第５連結部３２０の中央部とを接続する第２磁気コア１６０を備えている。

コイル部３は、実施の形態１の図３で示した３相コイルと同様であり、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線で構成されている。Ｕ相巻線は、第１Ｕ相巻線２２１１、第２Ｕ相巻線２２２２および第３Ｕ相巻線２２３３が直列に接続されている。Ｖ相巻線は、第１Ｖ相巻線２２２１、第２Ｖ相巻線２２３２および第３Ｖ相巻線２２１３が直列に接続されている。Ｗ相巻線は、第１Ｗ相巻線２２３１、第２Ｗ相巻線２２１２および第３Ｗ相巻線２２２３が直列に接続されている。

図１４に示すように、第１脚部２１１０の脚部が露出した部分２３００、第２脚部２１２０の脚部が露出した部分２３００、および第３脚部２１３０の脚部が露出した部分２３００と対向する位置の第２磁気コア１６０は、突出した形状となっている。そのため、第１脚部２１１０の脚部が露出した部分２３００と第２磁気コア１６０との間隔は、他の部分より狭いギャップ２４００となっている。同様に、第２脚部２１２０の脚部が露出した部分２３００および第３脚部２１３０の脚部が露出した部分２３００と第２磁気コア１６０との間隔は、それぞれ他の部分より狭いギャップ２４００となっている。

まず、１つ目の、電源電流の基本周波数成分の電流がＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に流れるときに磁気コア２内に発生する磁束分布を説明する。この場合、実施の形態２と同様に、第１脚部２１１０、第２脚部２１２０および第３脚部２１３０のそれぞれの脚部において、一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束はほとんどゼロとなる。また、実施の形態２と同様に、Ｕ相巻線に流れる電源電流が最大となる位相のときに磁気コア２内に発生する磁束は、磁気抵抗の高いギャップ２４００の少なくとも１つを通る。そのため、電源電流に起因する磁束はギャップを通らない場合よりも磁束密度が小さくなる。その結果、本実施の形態のチョークコイルでは、大きな電源電流に起因する磁気飽和が発生せず、透磁率の低下を避けることができる。

高調波のノーマルモード成分のノイズ電流の方向は、電源電流の基本周波数の電流の方向と同じである。そのため、このノーマルモード成分のノイズ電流で発生する磁束分布は、電源電流にで発生する磁束分布と同様になる。ノーマルモード成分のノイズ電流は電源電流の基本周波数成分の電流に比べて小さいので、発生する磁束も小さい。そのため、ノーマルモード成分のノイズ電流で磁気コアが磁気飽和することはほとんどない。したがって、電源電流の基本周波数成分の電流による透磁率の低下が発生しない条件の下で、ギャップ２４００のギャップ寸法を小さくすれば、ノーマルモード成分のノイズ電流で発生する磁束に対する磁気抵抗を小さくすることができ、ノイズ低減効果を向上させることが可能である。

コモンモード成分のノイズ電流で発生する磁束は、実施の形態２と同様に、第１脚部２１１０、第２脚部２１２０および第３脚部２１３０のそれぞれの脚部において、一方の端部から他方の端部までを貫通する磁束となる。この磁束は、磁気抵抗の高いギャップ２４００は通らず、それぞれの脚部の一方の端部から第４連結部３１０、第２磁気コア１６０および第５連結部３２０を経由してそれぞれの脚部の他方の端部に戻る閉磁路となる。

したがって、コモンモード成分のノイズ電流に起因して発生する磁束は、実施の形態２と同様に、磁気コアのギャップを通らず磁気コア内を環流する閉磁路を形成するので、磁気抵抗が小さくなる。その結果、コモンモード成分のノイズ電流に起因して発生する磁束に対するインダクタンスを高くすることができ、ノイズ低減効果を向上させることができる。

このように構成されたチョークコイルは、電源電流の基本周波数成分のように大きな電流成分が流れた場合でも磁気コアが磁気飽和せず、負荷のスイッチング周波数の高調波のノーマルモード成分のノイズ電流およびコモンモード成分のノイズ電流に対しては、インダクタンスを高くできる。その結果、本実施の形態のチョークコイルは、大きな３相の電源電流が流れた場合でも磁気コアの磁気飽和を防ぎ、ノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズに対して高いノイズ低減効果を有する。

実施の形態４．
図１５は、実施の形態４に係るノイズフィルタの斜視図である。本実施の形態のノイズフィルタは、実施の形態１に係るチョークコイルに容量回路を接続してノイズフィルタを構成したものである。図１５に示すように、本実施の形態のノイズフィルタは、実施の形態１に示したチョークコイル１の第１Ｕ相巻線２０１と第１Ｖ相巻線２１１との間、第１Ｖ相巻線２１１と第１Ｗ相巻線２２１との間および第１Ｕ相巻線２０１と第１Ｗ相巻線２２１との間にそれぞれチップコンデンサ４１０、４２０、４３０が接続されている。

図１６は、ノイズフィルタの等価回路である。図１６に示すように、Ｕ相巻線２００とＶ相巻線２１０との間に容量回路であるチップコンデンサ４１０が、Ｖ相巻線２１０とＷ相巻線２２０との間に容量回路であるチップコンデンサ４２０が、Ｕ相巻線２００とＷ相巻線２２０との間に容量回路であるチップコンデンサ４３０が、それぞれ接続されている。図１ではチップコンデンサ４１０、４２０、４３０は、それぞれ第１Ｕ相巻線２０１と第１Ｖ相巻線２１１との間、第１Ｖ相巻線２１１と第１Ｗ相巻線２２１との間および第１Ｕ相巻線２０１と第１Ｗ相巻線２２１との間に接続されているが、これらのチップコンデンサは、Ｕ相巻線２００とＶ相巻線２１０との間、Ｖ相巻線２１０とＷ相巻線２２０との間およびＵ相巻線２００とＷ相巻線２２０との間であれば、どこの位置でもよい。

このように構成されたノイズフィルタは、電源電流の基本周波数成分のように大きな電流成分が流れた場合でも磁気コアが磁気飽和せず、負荷のスイッチング周波数の高調波のノーマルモード成分のノイズ電流およびコモンモード成分のノイズ電流に対しては、インダクタンスを高くできる。その結果、本実施の形態のチョークコイルは、大きな３相の電源電流が流れた場合でも磁気コアの磁気飽和を防ぎ、ノーマルモードノイズおよびコモンモードノイズに対して高いノイズ低減効果を有する。

なお、本実施の形態のノイズフィルタは、実施の形態１のチョークコイルを用いたが、実施の形態２または３のチョークコイルを用いてもよい。また、本実施の形態のノイズフィルタは、３つのチップコンデンサを備えているが、どれか１つであってもよい。

本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１チョークコイル、２磁気コア、３コイル部、５０電源、６０負荷、１１０第１脚部、１２０第２脚部、１３０第３脚部、１４０連結部、１５０第１磁気コア、１６０第２磁気コア、２００Ｕ相巻線、２１０Ｖ相巻線、２２０Ｗ相巻線、３１０第４連結部、３２０第５連結部、４１０、４２０、４３０チップコンデンサ、２１１０第１脚部、２１２０第２脚部、２１３０第３脚部。

Claims

第１脚部、第２脚部および第３脚部並びにこの３本の脚部の両端をそれぞれ連結する連結部を備えた第１磁気コアと、
前記第１磁気コアの前記連結部同士を接続する第２磁気コアと、
Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線とを備えたチョークコイルであって、
前記Ｕ相巻線は、第１Ｕ相巻線、第２Ｕ相巻線および第３Ｕ相巻線が直列に接続されており、
前記Ｖ相巻線は、第１Ｖ相巻線、第２Ｖ相巻線および第３Ｖ相巻線が直列に接続されており、
前記Ｗ相巻線は、第１Ｗ相巻線、第２Ｗ相巻線および第３Ｗ相巻線が直列に接続されており、
前記第１脚部には、一方の端部から他方の端部に向かって順に前記第１Ｕ相巻線、前記第１Ｖ相巻線および前記第１Ｗ相巻線が巻かれており、
前記第２脚部には、前記一方の端部から前記他方の端部に向かって順に前記第２Ｗ相巻線、前記第２Ｕ相巻線および前記第２Ｖ相巻線が巻かれており、
前記第３脚部には、前記一方の端部から前記他方の端部に向かって順に前記第３Ｖ相巻線、前記第３Ｗ相巻線および前記第３Ｕ相巻線が巻かれているチョークコイルであって、
前記第１脚部に巻かれた前記第１Ｕ相巻線と前記第１Ｖ相巻線との間、および前記第１Ｖ相巻線と前記第１Ｗ相巻線との間にはそれぞれ前記第１脚部が露出した部分が設けられ、
前記第２脚部に巻かれた前記第２Ｗ相巻線と前記第２Ｕ相巻線との間、および前記第２Ｕ相巻線と前記第２Ｖ相巻線との間にはそれぞれ前記第２脚部が露出した部分が設けられ、
前記第３脚部に巻かれた前記第３Ｖ相巻線と前記第３Ｗ相巻線との間、および前記第３Ｗ相巻線と前記第３Ｕ相巻線との間にはそれぞれ前記第３脚部が露出した部分が設けられ、
前記第１脚部が露出した部分、前記第２脚部が露出した部分および前記第３脚部が露出した部分はそれぞれ対向する位置に設けられており、
前記第１脚部、前記第２脚部および前記第３脚部の少なくとも２つの脚部において、前記脚部が露出した部分における前記２つの脚部の間隔は、前記脚部が露出した部分以外における前記２つの脚部の間隔よりも小さいことを特徴とするチョークコイル。
第１脚部、第２脚部および第３脚部並びにこの３本の脚部の両端をそれぞれ連結する連結部を備えた第１磁気コアと、
前記第１磁気コアの前記連結部同士を接続する第２磁気コアと、
Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線とを備えたチョークコイルであって、
前記Ｕ相巻線は、第１Ｕ相巻線、第２Ｕ相巻線および第３Ｕ相巻線が直列に接続されており、
前記Ｖ相巻線は、第１Ｖ相巻線、第２Ｖ相巻線および第３Ｖ相巻線が直列に接続されており、
前記Ｗ相巻線は、第１Ｗ相巻線、第２Ｗ相巻線および第３Ｗ相巻線が直列に接続されており、
前記第１脚部には、一方の端部から他方の端部に向かって順に前記第１Ｕ相巻線、前記第１Ｖ相巻線および前記第１Ｗ相巻線が巻かれており、
前記第２脚部には、前記一方の端部から前記他方の端部に向かって順に前記第２Ｗ相巻線、前記第２Ｕ相巻線および前記第２Ｖ相巻線が巻かれており、
前記第３脚部には、前記一方の端部から前記他方の端部に向かって順に前記第３Ｖ相巻線、前記第３Ｗ相巻線および前記第３Ｕ相巻線が巻かれているチョークコイルであって、
前記第１脚部、前記第２脚部および前記第３脚部は三角形の頂点の位置にそれぞれ配置されており、
前記連結部は、前記第１脚部と前記第２脚部との両端をそれぞれ接続する第１連結部、前記第２脚部と前記第３脚部との両端をそれぞれ接続する第２連結部および前記第３脚部と前記第１脚部との両端をそれぞれ接続する第３連結部で構成されており、
前記第２磁気コアは、
前記第１脚部と前記第２脚部との間で前記第１連結部同士を接続する第４脚部、前記第２脚部と前記第３脚部との間で前記第２連結部同士を接続する第５脚部、および前記第３脚部と前記第１脚部との間で前記第３連結部同士を接続する第６脚部で構成されており、
前記第１脚部に巻かれた前記第１Ｕ相巻線と前記第１Ｖ相巻線との間、および前記第１Ｖ相巻線と前記第１Ｗ相巻線との間にはそれぞれ前記第１脚部が露出した部分が設けられ、
前記第２脚部に巻かれた前記第２Ｗ相巻線と前記第２Ｕ相巻線との間、および前記第２Ｕ相巻線と前記第２Ｖ相巻線との間にはそれぞれ前記第２脚部が露出した部分が設けられ、
前記第３脚部に巻かれた前記第３Ｖ相巻線と前記第３Ｗ相巻線との間、および前記第３Ｗ相巻線と前記第３Ｕ相巻線との間にはそれぞれ前記第３脚部が露出した部分が設けられ、
前記第１脚部が露出した部分における前記第１脚部と前記第４脚部および前記第６脚部との間隔は、前記第１脚部の他の部分における前記第１脚部と前記第４脚部および前記第６脚部との間隔よりも小さく、
前記第２脚部が露出した部分における前記第２脚部と前記第４脚部および前記第５脚部との間隔は、前記第２脚部の他の部分における前記第２脚部と前記第４脚部および前記第５脚部との間隔よりも小さく、
前記第３脚部が露出した部分における前記第３脚部と前記第５脚部および前記第６脚部との間隔は、前記第３脚部の他の部分における前記第３脚部と前記第５脚部および前記第６脚部との間隔よりも小さいことを特徴とするチョークコイル。
第１脚部、第２脚部および第３脚部並びにこの３本の脚部の両端をそれぞれ連結する連結部を備えた第１磁気コアと、
前記第１磁気コアの前記連結部同士を接続する第２磁気コアと、
Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線とを備えたチョークコイルであって、
前記Ｕ相巻線は、第１Ｕ相巻線、第２Ｕ相巻線および第３Ｕ相巻線が直列に接続されており、
前記Ｖ相巻線は、第１Ｖ相巻線、第２Ｖ相巻線および第３Ｖ相巻線が直列に接続されており、
前記Ｗ相巻線は、第１Ｗ相巻線、第２Ｗ相巻線および第３Ｗ相巻線が直列に接続されており、
前記第１脚部には、一方の端部から他方の端部に向かって順に前記第１Ｕ相巻線、前記第１Ｖ相巻線および前記第１Ｗ相巻線が巻かれており、
前記第２脚部には、前記一方の端部から前記他方の端部に向かって順に前記第２Ｗ相巻線、前記第２Ｕ相巻線および前記第２Ｖ相巻線が巻かれており、
前記第３脚部には、前記一方の端部から前記他方の端部に向かって順に前記第３Ｖ相巻線、前記第３Ｗ相巻線および前記第３Ｕ相巻線が巻かれているチョークコイルであって、
前記第１脚部、前記第２脚部および前記第３脚部は三角形の頂点の位置にそれぞれ配置されており、
前記連結部は、中央部から前記第１脚部、前記第２脚部および前記第３脚部の一方の端部までそれぞれ延びた３本の腕部を有する第４連結部と、
中央部から前記第１脚部、前記第２脚部および前記第３脚部の他方の端部までそれぞれ延びた３本の腕部を有する第５連結部とで構成されており、
前記第２磁気コアは、前記第４連結部の中央部と前記第５連結部の中央部とを接続しており、
前記第１脚部に巻かれた前記第１Ｕ相巻線と前記第１Ｖ相巻線との間、および前記第１Ｖ相巻線と前記第１Ｗ相巻線との間にはそれぞれ前記第１脚部が露出した部分が設けられ、
前記第２脚部に巻かれた前記第２Ｗ相巻線と前記第２Ｕ相巻線との間、および前記第２Ｕ相巻線と前記第２Ｖ相巻線との間にはそれぞれ前記第２脚部が露出した部分が設けられ、
前記第３脚部に巻かれた前記第３Ｖ相巻線と前記第３Ｗ相巻線との間、および前記第３Ｗ相巻線と前記第３Ｕ相巻線との間にはそれぞれ前記第３脚部が露出した部分が設けられ、
前記第１脚部が露出した部分、前記第２脚部が露出した部分および前記第３脚部が露出した部分はそれぞれ対向する位置に設けられており、
前記第１脚部、前記第２脚部および前記第３脚部の少なくとも１つの脚部において、前記脚部が露出した部分における前記脚部と前記第２磁気コアとの間隔は、前記脚部の他の部分における前記脚部と前記第２磁気コアとの間隔よりも小さいことを特徴とするチョークコイル。
請求項１から３のいずれか１項に記載の前記チョークコイルと、
前記Ｕ相巻線、前記Ｖ相巻線および前記Ｗ相巻線の少なくとも２つの巻線の間に接続された容量回路とを備えたことを特徴とするノイズフィルタ。