JP7435288B2

JP7435288B2 - コモンモードフィルタ

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Publication number: JP7435288B2
Application number: JP2020103915A
Authority: JP
Inventors: 光祐國塚; 啓吾東田; 恵美伊藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2040-06-16
Also published as: JP2021197479A; US20210391110A1; US12020839B2; CN113808829A

Description

本発明はコモンモードフィルタに関し、特に、一対のワイヤが途中で交差するタイプのコモンモードフィルタ及びその製造方法に関する。

コモンモードフィルタは、差動信号線路に重畳するコモンモードノイズを除去するための素子として、携帯電子機器や車載用ＬＡＮなど、多くの電子機器に幅広く使用されている。近年においては、トロイダル型のコアを用いたコモンモードフィルタに代わって、表面実装が可能なドラム型のコアを用いたコモンモードフィルタが主流である（特許文献１参照）。特許文献１に記載されたコモンモードフィルタは、一対のワイヤを奇数個のブロックに分けて巻回し、隣接するブロックにおいて一対のワイヤの上下位置を逆転させるとともに、隣接するブロック間において一対のワイヤを交差させている。

特開２０１９－１２１７９１号公報

特許文献１に記載された巻回方式によれば、一方の鍔部に最も近いブロックにおける一対のワイヤの上下位置と、他方の鍔部に最も近いブロックにおける一対のワイヤの上下位置が一致することから、方向性のないコモンモードフィルタを提供することができるとともに、双方向の差動信号に対して高い信号品質を得ることが可能となる。しかしながら、一対のワイヤの対称性という観点からは、特許文献１に記載の巻回方式では必ずしも十分ではなく、その結果、差動信号成分がコモンモードノイズ成分に変換されるモード変換特性が高周波帯域において悪化するおそれがあった。

したがって、本発明は、一対のワイヤを途中で交差させたコモンモードフィルタにおいて、一対のワイヤの対称性をより高めることを目的とする。

本発明によるコモンモードフィルタは、巻芯部、巻芯部の軸方向における一端に設けられた第１の鍔部及び巻芯部の軸方向における他端に設けられた第２の鍔部を有するコアと、巻芯部に同方向に巻回された第１及び第２のワイヤと、第１の鍔部に設けられ第１及び第２のワイヤの一端がそれぞれ接続された第１及び第２の端子電極と、第２の鍔部に設けられ第１及び第２のワイヤの他端がそれぞれ接続された第３及び第４の端子電極とを備え、第１及び第２のワイヤは、第１及び第２のワイヤの一方が下層に巻回され他方が上層に巻回されるよう整列してレイヤ巻きされた複数のブロックからなる第１のレイヤ巻き部と、第１及び第２のワイヤの他方が下層に巻回され一方が上層に巻回されるよう整列してレイヤ巻きされた複数のブロックからなる第２のレイヤ巻き部とを含み、第１のレイヤ巻き部を構成するブロックと第２のレイヤ巻き部を構成するブロックは軸方向に交互に配列され、第１及び第２のレイヤ巻き部を構成する複数のブロックのうち、第１のレイヤ巻き部に属する第１ブロックが第１の鍔部の最も近くに配置され、且つ、第２のレイヤ巻き部に属する第２ブロックが第２の鍔部の最も近くに配置され、第１及び第２のワイヤは軸方向に隣接するブロック間において交差することを特徴とする。

本発明によれば、一対のワイヤを複数個のブロックに分けて巻回し、隣接するブロックにおいて一対のワイヤの上下位置を逆転させるとともに、隣接するブロック間において一対のワイヤを交差させていることから、一対のワイヤの対称性が高められるとともに、寄生キャパシタンス成分を低減することが可能となる。しかも、第１のレイヤ巻き部に属する第１ブロックが第１の鍔部の最も近くに配置され、第２のレイヤ巻き部に属する第２ブロックが第２の鍔部の最も近くに配置されていることから、一対のワイヤの対称性をより高めることが可能となる。

本発明において、一対のワイヤの対称性をより高めるためには、第１ブロックのターン数と第２ブロックのターン数の差は１ターン以下であることが好ましく、第１ブロックのターン数と第２ブロックのターン数が同じであることがより好ましい。

本発明において、第１のレイヤ巻き部は第２ブロックに隣接する第３ブロックをさらに含み、第２のレイヤ巻き部は第１ブロックに隣接する第４ブロックをさらに含み、第３ブロックのターン数と第４ブロックのターン数の差は１ターン以下であっても構わない。これによれば、寄生キャパシタンス成分を低減することが可能となる。ここで、一対のワイヤの対称性をより高めるためには、第３ブロックのターン数と第４ブロックのターン数が同じであることが好ましく、第１乃至第４ブロックのターン数がいずれも同じであることがより好ましい。

このように、本発明によれば、一対のワイヤを途中で交差させたコモンモードフィルタにおいて、一対のワイヤの対称性をより高めることが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態によるコモンモードフィルタ１の外観を示す略斜視図である。図２は、コモンモードフィルタ１における第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の巻回レイアウトを説明するための模式的な平面図である。図３は、コモンモードフィルタ１における第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の巻回レイアウトを説明するための模式的な展開図である。図４は、第１の変形例によるコモンモードフィルタ１Ａにおける第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の巻回レイアウトを説明するための模式的な平面図である。図５は、第２の変形例によるコモンモードフィルタ１Ｂにおける第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の巻回レイアウトを説明するための模式的な平面図である。図６は、第３の変形例によるコモンモードフィルタ１Ｃにおける第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の巻回レイアウトを説明するための模式的な平面図である。図７は、第２の実施形態によるコモンモードフィルタ２における第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の巻回レイアウトを説明するための模式的な平面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態によるコモンモードフィルタ１の外観を示す略斜視図である。

図１に示すように、第１の実施形態によるコモンモードフィルタ１は、ドラム型コア１０と、板状コア２０と、第１～第４の端子電極３１～３４と、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２とを備えている。ドラム型コア１０及び板状コア２０は、Ｎｉ－Ｚｎ系フェライトなどの磁性材料によって構成される。また、第１～第４の端子電極３１～３４は、銅などの良導体からなる金具である。第１～第４の端子電極３１～３４は、ドラム型コア１０に銀ペーストなどを直接焼き付けたものであっても構わない。

ドラム型コア１０は、第１の鍔部１１と、第２の鍔部１２と、これらの間に設けられた巻芯部１３と有している。巻芯部１３はｘ方向を軸方向とし、その両端にそれぞれ第１及び第２の鍔部１１，１２が設けられ、これらが一体化された構造を有している。板状コア２０は、鍔部１１，１２の上面１１ｔ，１２ｔに接着されている。鍔部１１，１２の上面１１ｔ，１２ｔはｘｙ平面を構成し、その反対側の面は実装面１１ｂ，１２ｂとして用いられる。そして、第１及び第２の端子電極３１，３２は、第１の鍔部１１の実装面１１ｂ及び外側面１１ｓに設けられ、第３及び第４の端子電極３３，３４は、第２の鍔部１２の実装面１２ｂ及び外側面１２ｓに設けられている。外側面１１ｓ，１２ｓは、ｙｚ面を構成する。第１～第４の端子電極３１～３４の固定は、接着剤などによって行われる。

第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２は、巻芯部１３に同方向に巻回されている。そして、第１のワイヤＷ１の一端及び他端はそれぞれ第１及び第３の端子電極３１，３３の継線部３１ａ，３３ａに継線され、第２のワイヤＷ２の一端及び他端はそれぞれ第２及び第４の端子電極３２，３４の継線部３２ａ，３４ａに継線される。第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２のターン数は、互いに同じである。第１及び第２の端子電極３１，３２の継線部３１ａ，３２ａは実装面１１ｂ上に位置し、第３及び第４の端子電極３３，３４の継線部３３ａ，３４ａは実装面１２ｂ上に位置する。

図２は、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の巻回レイアウトを説明するための模式的な平面図である。また、図３は、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の巻回レイアウトを説明するための模式的な展開図である。

本実施形態においては巻芯部１３のｙｚ断面が略矩形であり、巻芯部１３は、図３に示すように４つの巻回面４１～４４を有している。このうち、巻回面４１，４３はｘｙ面を構成し、巻回面４２，４４はｘｚ面を構成する。巻回面４１，４２の境界はエッジＥ１によって定義され、巻回面４２，４３の境界はエッジＥ２によって定義され、巻回面４３，４４の境界はエッジＥ３によって定義され、巻回面４４，４１の境界はエッジＥ４によって定義される。

そして、図２に示すように、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２は、第２のワイヤＷ２が下層に巻回され第１のワイヤＷ１が上層に巻回されるよう整列してレイヤ巻きされた２つのブロックＢ１，Ｂ３からなる第１のレイヤ巻き部Ｌ１と、第１のワイヤＷ１が下層に巻回され第２のワイヤＷ２が上層に巻回されるよう整列してレイヤ巻きされた２つのブロックＢ２，Ｂ４からなる第２のレイヤ巻き部Ｌ２を含んでいる。このように、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２が全体的にレイヤ巻きされていることから、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２のターン数が多い場合であっても、巻芯部１３のｘ方向における長さを短くすることが可能となる。しかも、第１のレイヤ巻き部Ｌ１を構成するブロックＢ１，Ｂ３と第２のレイヤ巻き部Ｌ２を構成するブロックＢ２，Ｂ４が軸方向に交互に配列されていることから、第１のワイヤＷ１の長さと第２のワイヤＷ２の長さをほぼ一致させることが可能となる。

ブロックＢ１～Ｂ４は、第１の鍔部１１から第２の鍔部１２に向けて、ブロックＢ１，Ｂ４，Ｂ３，Ｂ２の順に配置されている。つまり、ブロックＢ１は第１の鍔部１１の最も近くに配置され、ブロックＢ２は第２の鍔部１２の最も近くに配置されている。そして、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２は、ブロックＢ１，Ｂ４の間において交差する第１の交差部Ｃ１と、ブロックＢ４，Ｂ３の間において交差する第２の交差部Ｃ２と、ブロックＢ３，Ｂ２の間において交差する第３の交差部Ｃ３とを有している。第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２が交差すると、その前後において第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の位置関係が逆転するため、第１のワイヤＷ１と第２のワイヤＷ２の対称性がより高められる。

図２に示す例では、ブロックＢ１～Ｂ４がいずれも６ターン構成であり、合計で２４ターンである。このため、互いに対称となる位置に配置されたブロックＢ１とブロックＢ２の特性がほぼ一致し、且つ、互いに対称となる位置に配置されたブロックＢ３とブロックＢ４の特性がほぼ一致する。特に、軸方向における一方の端部に位置するブロックＢ１と軸方向における他方の端部に位置するブロックＢ２は、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の上下位置が互いに逆転していることから、第１のワイヤＷ１と第２のワイヤＷ２の対称性がよりいっそう高められる。

尚、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２を整列してレイヤ巻きするためには、下層に位置するワイヤの谷線に沿って上層のワイヤを巻回する必要があり、下層に位置するワイヤのターン数よりも上層に位置するワイヤのターン数が１ターン少なくなる。このため、ブロックＢ１においては、継線部３１ａから数えて第１のワイヤＷ１の第１ターンが例外的に下層に位置し、ブロックＢ２においては、継線部３２ａから数えて第２のワイヤＷ２の第７ターンが例外的に下層に位置し、ブロックＢ３においては、継線部３１ａから数えて第１のワイヤＷ１の第１３ターンが例外的に下層に位置し、ブロックＢ４においては、継線部３２ａから数えて第２のワイヤＷ２の第１９ターンが例外的に下層に位置している。

図３に示すように、第１～第３の交差部Ｃ１～Ｃ３はいずれも巻回面４１上に位置している。ここで、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２を奇数回交差させると、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の一端側における位置関係と他端側における位置関係が逆転してしまう。しかしながら、本実施形態によるコモンモードフィルタ１においては、他端側から数えた１ターン目において第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２を巻回面４４上の交差部ＣＥにおいて交差させていることから、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の一端側における位置関係と他端側における位置関係は互いに一致する。

このように、本実施形態によるコモンモードフィルタ１は、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２が４つのブロックＢ１～Ｂ４を構成し、隣接するブロック間において第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２が交差するとともに、第１のワイヤＷ１と第２のワイヤＷ２の上下位置が逆転している。このため、寄生キャパシタンス成分が低減するとともに、第１のワイヤＷ１と第２のワイヤＷ２の対称性が高められる。特に、軸方向における一方の端部に位置するブロックＢ１と軸方向における他方の端部に位置するブロックＢ２においては、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の上下位置が互いに逆転していることから、第１のワイヤＷ１と第２のワイヤＷ２の対称性をよりいっそう高めることが可能となる。

図４は、第１の変形例によるコモンモードフィルタ１Ａにおける第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の巻回レイアウトを説明するための模式的な平面図である。

図４に示すように、第１の変形例によるコモンモードフィルタ１Ａは、ブロックＢ１，Ｂ２のターン数が５ターンであり、合計で２２ターンである点において、第１の実施形態によるコモンモードフィルタ１と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態によるコモンモードフィルタ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第１の変形例によるコモンモードフィルタ１Ａが例示するように、合計ターン数（＝２２）がブロック数（＝４）で割り切れない場合であっても、互いに対称となる位置に配置されたブロックＢ１とブロックＢ２のターン数、並びに、ブロックＢ３とブロックＢ４のターン数を一致させれば、第１のワイヤＷ１と第２のワイヤＷ２の対称性を維持することが可能となる。

図５は、第２の変形例によるコモンモードフィルタ１Ｂにおける第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の巻回レイアウトを説明するための模式的な平面図である。

図５に示すように、第２の変形例によるコモンモードフィルタ１Ｂは、ブロックＢ３のターン数が５ターンであり、合計で２３ターンである点において、第１の実施形態によるコモンモードフィルタ１と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態によるコモンモードフィルタ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第２の変形例によるコモンモードフィルタ１Ｂが例示するように、合計ターン数（＝２３）がブロック数（＝４）で割り切れず、且つ、奇数であっても、端部に位置するブロックＢ１とブロックＢ２のターン数を一致させるとともに、ブロックＢ３とブロックＢ４のターン数の差を１ターンとすれば、第１のワイヤＷ１と第２のワイヤＷ２の対称性をある程度維持することが可能となる。

図６は、第３の変形例によるコモンモードフィルタ１Ｃにおける第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の巻回レイアウトを説明するための模式的な平面図である。

図６に示すように、第３の変形例によるコモンモードフィルタ１Ｃは、ブロックＢ３のターン数が７ターンであり、合計で２５ターンである点において、第１の実施形態によるコモンモードフィルタ１と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態によるコモンモードフィルタ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。第３の変形例によるコモンモードフィルタ１Ｃが例示するように、合計ターン数（＝２５）がブロック数（＝４）で割り切れず、且つ、奇数であっても、端部に位置するブロックＢ１とブロックＢ２のターン数を一致させるとともに、ブロックＢ３とブロックＢ４のターン数の差を１ターンとすれば、第１のワイヤＷ１と第２のワイヤＷ２の対称性をある程度維持することが可能となる。

第１～第３の変形例においては、ブロックＢ１とブロックＢ２のターン数を一致させているが、本発明においてこの点は必須でなく、ブロックＢ１のターン数とブロックＢ２のターン数に差があっても構わない。この場合であっても、高い対称性を維持するためには、ブロックＢ１のターン数とブロックＢ２のターン数の差を１ターンとすることが好ましい。

図７は、第２の実施形態によるコモンモードフィルタ２における第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２の巻回レイアウトを説明するための模式的な平面図である。

図７に示すように、第２の実施形態によるコモンモードフィルタ２は、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２が６つのブロックＢ１～Ｂ６を構成している点において、第１の実施形態によるコモンモードフィルタ１と相違している。その他の基本的な構成は、第１の実施形態によるコモンモードフィルタ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態においては、第１のレイヤ巻き部Ｌ１がブロックＢ１，Ｂ３，Ｂ５からなり、第２のレイヤ巻き部Ｌ２がブロックＢ２，Ｂ４，Ｂ６からなる。ブロックＢ１～Ｂ６は、第１の鍔部１１から第２の鍔部１２に向けて、ブロックＢ１，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ３，Ｂ２の順に配置されている。そして、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２は、ブロックＢ１，Ｂ４の間において交差する第１の交差部Ｃ１と、ブロックＢ４，Ｂ５の間において交差する第２の交差部Ｃ２と、ブロックＢ５，Ｂ６の間において交差する第３の交差部Ｃ３と、ブロックＢ６，Ｂ３の間において交差する第４の交差部Ｃ４と、ブロックＢ３，Ｂ２の間において交差する第５の交差部Ｃ５とを有している。

本実施形態によるコモンモードフィルタ２が例示するように、第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２によって構成されるブロック数は、６個であっても構わない。ブロック数を増やせば寄生キャパシタンス成分が低減することから、高周波帯域における信号特性をよりいっそう高めることが可能となる。第１及び第２のワイヤＷ１，Ｗ２によって構成されるブロック数は、４個以上の偶数である限り特に限定されない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１，１Ａ～１Ｃ，２コモンモードフィルタ
１０ドラム型コア
１１，１２鍔部
１１ｂ，１２ｂ実装面
１１ｓ，１２ｓ外側面
１１ｔ，１２ｔ上面
１３巻芯部
２０板状コア
３１～３４端子電極
３１ａ～３４ａ継線部
４１～４４巻回面
５１，５３始点
５２，５４終点
Ｂ１～Ｂ６ブロック
Ｃ１～Ｃ５，ＣＥ交差部
Ｅ１～Ｅ４エッジ
Ｌ１，Ｌ２レイヤ巻き部
Ｗ１，Ｗ２ワイヤ

Claims

巻芯部と、前記巻芯部の軸方向における一端に設けられた第１の鍔部と、前記巻芯部の前記軸方向における他端に設けられた第２の鍔部とを有するコアと、
前記巻芯部に同方向に巻回された第１及び第２のワイヤと、
前記第１の鍔部に設けられ、前記第１及び第２のワイヤの一端がそれぞれ接続された第１及び第２の端子電極と、
前記第２の鍔部に設けられ、前記第１及び第２のワイヤの他端がそれぞれ接続された第３及び第４の端子電極と、を備え、
前記第１及び第２のワイヤは、前記第１及び第２のワイヤの一方が下層に巻回され他方が上層に巻回されるよう整列してレイヤ巻きされた複数のブロックからなる第１のレイヤ巻き部と、前記第１及び第２のワイヤの前記他方が下層に巻回され前記一方が上層に巻回されるよう整列してレイヤ巻きされた複数のブロックからなる第２のレイヤ巻き部とを含み、
前記第１のレイヤ巻き部を構成する前記ブロックと前記第２のレイヤ巻き部を構成する前記ブロックは、前記軸方向に交互に配列され、
前記第１及び第２のレイヤ巻き部を構成する前記複数のブロックのうち、前記第１のレイヤ巻き部に属する第１ブロックが前記第１の鍔部の最も近くに配置され、且つ、前記第２のレイヤ巻き部に属する第２ブロックが前記第２の鍔部の最も近くに配置され、
前記第１のレイヤ巻き部は、前記第２ブロックに隣接する第３ブロックをさらに含み、
前記第２のレイヤ巻き部は、前記第１ブロックに隣接する第４ブロックをさらに含み、
前記第１ブロックのターン数と前記第２ブロックのターン数は同じであり、
前記第３ブロックのターン数と前記第４ブロックのターン数の差は１ターン以下であり、
前記第３ブロックのターン数と前記第４ブロックのターン数の少なくとも一方は、前記第１及び第２ブロックのターン数と異なり、
前記第１及び第２のワイヤは、前記軸方向に隣接する前記ブロック間において交差することを特徴とするコモンモードフィルタ。
前記第１及び第２ブロックのターン数と前記第３ブロックのターン数と前記第４ブロックのターン数の前記少なくとも一方の差は１ターン以下である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。
前記第３ブロックのターン数と前記第４ブロックのターン数が同じであることを特徴とする請求項１又は２に記載のコモンモードフィルタ。
前記巻芯部は、複数の巻回面を有し、
前記第１及び第２のワイヤが交差する複数の交差部は、いずれも、前記複数の巻回面のうち所定の巻回面上に位置する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコモンモードフィルタ。