JPH0536821U - ノイズ防止チヨークコイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コモンモードノイズ及び高調波抑制作用を有
し、小型で実装スペースの小さい安価なノイズ防止チョ
ークコイルを提供する。 【構成】 電源２電線と負荷との間に各々のラインに接
続される２つの巻線（６，７）を有し、該巻線を貫通し
て磁気回路（外側磁路）（４）を構成している。前記外
側磁路は一部に磁気ギヤップ（３）を有した外側コアで
形成されている。しかも、該外側磁路を短絡するための
短絡磁路（５）を構成する中足コアを設けている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は主として電子機器等の電源入力部にノイズフィルタ回路の一部として 使用されるノイズ防止チョークコイルに関する。

【０００２】

【従来の技術】

電子機器の電源入力部に挿入されているコイルは、例えばスイッチング電源か ら発生するスイッチングノイズを防止する目的で使用されるコモンモードチョー クコイルがもっとも多い。また、最近電力系統の電圧歪みを起こすことで問題化 している高調波（高調波とは５０または６０Hzに対し、２次〜２０次位までの周 波数を言い、一部の機器では障害が顕在化しているためＩＥＣ規格ｐｕｂ−５５ ５−２等で国際的に規制されつつある。）を抑制するために、大インダクタンス （１mH〜１０mH）のノーマルモードインダクタンスを有するリアクトルが使われ ている。

【０００３】 図１２において、リアクトル１０２が無い時の電源整流回路１００のｎ次の高 調波電流の比率を示す理論式は次式のようになる。 ｉ_n ／ｉ_i ＝２ sinｎπ ／２・（ sinｎπα・ cosπα−ｎ cosｎπα sinπα） ／ｎ（ｎ² −１）（πα− sinπα・ cosπα） 但しα＝（π−２γ）／２π γ：通流開始角 一方、リアクトル１０２を挿入すると上式での通流開始角を早め、高調波電流 を抑制することが出来る。また、コモンモードチョークコイル１０１を挿入する ことでコモンモードインピーダンスを大きくしてコモンモードノイズ電流を抑制 することが出来る。

【０００４】 図１２に示す高調波電流抑制用のリアクトル１０２およびコモンモードチョー クコイル１０１を構成する場合、従来は図１３に示すようにフェライトまたはア モルファス磁性体でなるコア１１３に巻線１１１、１１２を同相に巻装してコモ ンモードチョークコイル１０１を構成する。さらに、このコモンモードチョーク コイル１０１と直列にケイ素鋼等でなるコア１２１に巻線１２２を巻装した高調 波抑制用のリアクトル１０２を接続していた。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上述のように、従来はコモンモードチョークコイル１０１および高調波抑制用 のリアクトル１０２をそれぞれ互いに独立した個別の部品として構成し、接続す ることにより図１２に示す電源回路を構成していた。従って、３個の巻線、２個 のコアを必要とするうえこれらの間の結線作業が必要である。また、部品数が複 数になるため実装面積が大きくなり、高価で且つ装置が大型になるという欠点を 持っていた。

【０００６】 本考案は上述する欠点を除き電子機器の電源回路に使用した場合に、コモンモ ードノイズおよび高調波抑制作用を持ち、小型で実装スペースも小さく、安価な 高調波抑制機能付ノイズ防止チョークコイルを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案によれば、電源２電線と負荷との間に各々のラインに接続される２つの 巻線を有し、該巻線を貫通して磁気回路（外側磁路）を構成する２ライン用チョ ークコイルにおいて、前記外側磁路は一部に磁気ギヤップを有した外側コアで形 成され、該外側磁路を短絡するための短絡磁路を構成する中足コアを設けたこと を特徴とするノイズ防止チョークコイルが得られる。

【０００８】 本考案によればまた、電源２電線と負荷との間に各々のラインに接続される２ つの巻線を有し、該巻線を貫通して磁気回路（外側磁路）を構成する２ライン用 チョークコイルにおいて、前記外側磁路は外側コア、磁気ギヤップ、中足コアの 一部を介して形成され、該中足コアは前記外側磁路を短絡するようにしたことを 特徴とするノイズ防止チョークコイルが得られる。

【０００９】

【作用】

上記の構成によれば、ギャップを有する外側磁路は大振幅の基本波あるいは高 調波電流による磁気飽和を防止しながら高調波抑制のためのノーマルモードのイ ンダクタンスを確保する磁路として作用し、中足コアはコモンモードノイズ防止 用のコモンモードインダクタンスを得るための磁路として作用する。

【００１０】

【実施例】

高調波を抑制するには前述のように大きなノーマルモードインダクタンスが必 要で、しかも振幅の大きい基本波あるいは高調波電流で飽和しないことが必要で ある。一方、コモンモードノイズを防止するために相応な大きさのインダクタン ス（例えば１mH〜１０mH）と高周波特性（例えば１０kHz 〜３０MHz ）を有した コモンモードインダクタンスが必要である。

【００１１】 図１は本考案の第１の実施例の概略を示す図である。図１において、コアＡお よびコアＢは、例えば比較的、飽和磁束密度の高い磁性材料であるケイ素鋼、ア モルファス磁性材、フェライト等を打ち抜き・積層或いは粉体プレス・焼結等の 手段により構成したＥ字形のコアである。これらのコアは両側の脚部が中央脚部 よりも長さが短くなっており、コアＡおよびコアＢの中央脚部を突き合わせて配 置すると、互いに対向し合う両側脚部間に磁気ギャップ３が形成される。両側の 脚部はこれらを連結しているコア本体部と共に磁気ギャップ３を有した外側磁路 ４を形成のための外側コアとして作用する。また中央の脚部は外側磁路４を短絡 する短絡磁路５を形成するための中足コアとして作用している。

【００１２】 外側コアの脚部４１および４２にはそれぞれ巻線６、７が各々の入力端６１、 ７１または出力端６２、７２から見た巻方向が互いに同方向になるように巻装さ れている。実際には、巻線６、７はボビンに巻装され、このボビンに外側コアの 脚部４１および４２が挿入される。

【００１３】 このノイズ防止チョークコイル１を電源ラインと負荷間の２本のラインに直列 に挿入した場合、基本波および高調波電流を含む通電電流Ｉにより巻線６、７に 発生した磁束Φ₁ およびΦ₂ の一部（Φ₁ −Φ₃ およびΦ₂ −Φ₄ ）は外側磁路 ４部を経てそれぞれ巻線７、６部分でΦ₂ およびΦ₁ と相加わるように、その他 （Φ₃ およびΦ₄ ）は短絡磁路５部で互いに打ち消し合う方向に流れる。この場 合、相加わる磁束となる磁束の量（Φ₁ −Φ₃ およびΦ₂ −Φ₄ ）と打ち消し合 う磁束となる磁束の量（Φ₃ およびΦ₄ ）の大きさは両側脚部の磁気ギャップ３ の長さ、断面積、中足コアの断面積、短絡磁路５部、外側磁路４部の磁路長等の 関係で決まる。実際には外側磁路４には磁気ギャップ３を設けてあるため、磁気 抵抗が大きくΦ₂ −Φ₄ は実質上０およびΦ₁ −Φ₃ も実質上０と考えて良い。

【００１４】 このようにして、基本波および高調波電流にたいして効果を示すノーマルモー ドインダクタンスは外側コアの巻線６部に流れる磁束Φ₁ および巻線７部に流れ る磁束Φ₂ によって各々の巻線に発生するインダクタンスの和となる。コモンモ ードノイズ成分の電流が流れた場合には、巻線６に流れるコモンモードノイズ成 分の電流による磁束Φ₅ および巻線７に流れるコモンモードノイズ成分の電流に よる磁束Φ₆ の各々の磁束の一部はΦ₇ 、Φ₈ として中足コア部に重畳して、外 側コアの巻線７部ではΦ₅ −Φ₇ としてΦ₆ と反対方向に、巻線６部ではΦ₆ − Φ₈ としてΦ₅ と反対方向に流れる。

【００１５】 一方、外側磁路４部には磁気ギャップ３があるため、ノーマルモードノイズの 場合と同様に磁気抵抗が大きく、Φ₅ −Φ₇ は実質上０、Φ₆ −Φ₈ も実質上０ とみなして良い。従って、コモンモードインダクタンスは短絡磁路５と各々の巻 線６または７を有する外側磁路の一部に流れる磁束によって各々の巻線に発生す るインダクタンスとなる。したがって、理論上コモンモードインダクタンスはノ ーマルモードインダクタンスの１／２となる。中足コア部はコモンモードノイズ に対しては発生する磁束が重畳されるが、コモンモードノイズは基本波や高調波 電流（例えば１Ａ〜１０Ａ）に比べて微小な電流（数十mA〜数百mA）であり、ま た、ノーマルモードノイズに対しては発生する磁束が互いに打ち消し合う方向で あるため磁気飽和は起こりにくく、その断面積は外側コアの断面積に比べ十分に 小さくできる。

【００１６】 なお、外側コアを２個のＵ字形コアとし、中足コアを１本のＩ字形コアを用い て図１と同様な磁気回路を形成してもインダクタンスの面では同様な効果が得ら れる。また、２つのコアによらずに図１に示す形状のものをはじめからケイ素鋼 、アモルファス磁性材、フェライト等を打ち抜き・積層或いは粉体プレス・焼結 等の手段によってつくっても良い。しかし、本考案の第１の実施例に於いて示す ように、外側コアおよび中足コアをケイ素鋼、アモルファス磁性材を打ち抜き・ 積層、あるいはフェライトの粉体プレス・焼結等により一体構造としたコアで形 成する方がさらに安価であり組み立て上の効果も大きい。

【００１７】 図２は本考案の第２実施例を示す斜視図である。外側磁路は２個のＵ字形の外 側コア１４、１個のＩ字形の中足コア１５の一部、および磁気ギャップ３で構成 される。また、巻線は外側コア１４における２つの脚部の連結部であるコア本体 部に、入力端あるいは出力端から見た巻方向が同方向になるように巻装している 。本実施例の磁束の状況およびノーマルモードインダクタンス、コモンモードイ ンダクタンスは第１の実施例と同様であるので説明を省略する。

【００１８】 第２の実施例の特徴は中足コア１５を外側コア１４と完全に分離し、中足コア ５として、外側コア１４と異なる磁気特性のコアを使用出来ることである。前述 のように高調波の抑制およびコモンモードノイズの抑制のためには大きなノーマ ルモードインダクタンス、大きなコモンモードインダクタンスが必要であるのに 対し、外側磁路には磁気飽和を防止するための磁気ギャップを設けてあるため実 効的透磁率が低下しており、必要なインダクタンスを得るために多くの巻線を行 う必要がある。従って、巻線のための所謂窓面積を大きくする必要があり、必然 的に大きなチョークコイルとなる。これに対し、出来るだけ小さなチョークコイ ルにするためには、如何にして巻線のための窓面積を効果的に確保するかが重要 になる。本第２の実施例はさらにこの問題も解決するものである。即ち、中足コ ア１５の透磁率を外側コア１４の透磁率よりも大きくすることにより、第１の実 施例の説明で述べたように、中足コア１５の断面積をさらに小さく出来、外側磁 路を同寸法にした場合、外側コア１４の脚部の長さを長くすることが可能となり 、その分、広い窓面積を確保出来る。

【００１９】 図２に示すノイズ防止チョークコイル１′において、外側コア１４にはアモル ファスコア、中足コア１５にフェライトコアを用いて磁気ギャップ３は０．３mm とし、コイルＡ、Ｂにそれぞれ線径０．５mmの導線を７５ターン巻装し、図３に 示す測定回路でノーマルモードインダクタンスの直流電流重畳特性を、図４に示 す測定回路でコモンモードインダクタンスの直流電流重畳特性を各々測定した結 果を図５に示す。図５には比較のため、従来知られている図６に示すノーマルモ ードインダクタンスとコモンモードインダクタンスとを併せ持つチョークコイル の直流電流重畳特性を示した。例示した従来チョークコイルは、外側コア６１を 磁気ギャップのない無端状高透磁率のフェライトで形成し、中足コア６２にはフ ェライトよりも透磁率の低い圧粉鉄磁芯を使用している。コイルＡ、Ｂは入力端 、出力端から見た巻方向が互いに逆方向となるように巻装してコモンモードイン ダクタンスおよびノーマルモードインダクタンスを得ている。

【００２０】 従来方式のチョークコイルでは、図５に示されるように、ノーマルモードイン ダクタンスはコモンモードインダクタンスの１０％程度しか得られない。また、 使用磁性材料の差異を考慮しても直流電流重畳による両インダクタンスの低下も 著しく、高調波抑制用の効果は極めて低い。この原因は外側コア部６１に高透磁 率のフェライトを磁気ギャップを設けずに使用しているためで、直流重畳電流が 無い時には大きなコモンモードインダクタンスが得られているが、重畳電流が増 大するに従って急激に外側コア６１が飽和しインダクタンスが低下するためであ る。これに対し、本考案によるノイズ防止チョークコイルは、例えば定格電流２ Ａまでノーマルモードインダクタンス、コモンモードインダクタンスの低下は全 く起こらず、しかもコモンモードインダクタンスの大きさはノーマルモードイン ダクタンスのほぼ５０％の値を確保しており、従来例では決して得られないイン ダクタンスを得ている。

【００２１】 通常、高調波抑制用のリアクタンスとして必要なインダクタンスの値は１mH〜 １０mHと言われており（通刊第２３２号、電気協同研究第４６巻第２号「電力系 統における高調波とその対策」）、ノイズ抑制のためのコモンモードインダクタ ンスも一般に１mH〜１０mHの範囲のインダクタンスが多く使用されている。従っ て、ノーマルモードインダクタンスの５０％のコモンモードインダクタンスが得 られ、かつ直流重畳性の良い本考案によるチョークコイルの構成は従来の方法に 比べ非常に有効である。また、図７に示すように、本考案の実施例に示すチョー クコイルのインダクタンスの周波数特性はノーマルモードで１MHz 以上まで得ら れており、１００Hz〜１kHz の高調波のみでなく、１０kHz 〜１MHz のノーマル モードノイズの抑制にも大きな効果が得られることは言うまでもない。

【００２２】 次に、本考案のノイズ防止チョークコイルに図８に示すように６８００pFのコ ンデンサを２個接続してノイズフィルタを構成した時の効果を説明する。このノ イズフィルタをＭＩＬ−ＳＴＤ−２２０Ａにより測定したコモンモードの減衰特 性を図９に示す。図９より１５０kHz で２０dB以上、１MHz 〜３０MHz では４０ dB以上の減衰が得られていることが解る。また同じノイズフィルタをスイッチン グ電源に実装し、ＦＣＣ規格により雑音端子間電圧を測定した結果を図１０に示 した。５００kHz 付近では３０dB以上のスイッチングノイズの減衰効果を示すと ともに、４５０kHz 〜１５MHz まで発生していたスイッチングノイズを効果的に 抑制していることが解る。その場合の高調波抑制効果を図１１に示した。１５０ Hz〜６５０Hzの測定範囲の高調波に対して、９．５％〜７５．６％の抑止効果が 得られている。

【００２３】

【考案の効果】

以上述べてきたように本考案によれば、１個の部品でありながらコモンモード ノイズ、ノーマルモードノイズおよび高調波をも効果的に抑制出来、小型で、実 装スペースも小さく且つ安価なノイズ防止チョークコイルを提供出来、より効果 的な高調波およびノイズ抑制機能を持った小型、低価格な電子機器の実現に対し 大きな貢献をするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案によるノイズ防止チョークコイルの第１
の実施例の構成を示す概要図。

【図２】本考案によるノイズ防止チョークコイルの第２
の実施例の構成を示す概要図。

【図３】本考案によるノイズ防止チョークコイルのノー
マルモードインダクタンスの測定回路。

【図４】本考案によるノイズ防止チョークコイルのコモ
ンモードノイズの測定回路図。

【図５】本考案によるノイズ防止チョークコイルおよび
従来方式のノイズ防止チョークコイルのコモン、ノーマ
ル両モードのインダクタンスの直流重畳特性の実測値を
示した図。

【図６】従来方式のコモン、ノーマル両モード兼用ノイ
ズ防止チョークコイルの一例の斜視図。

【図７】本考案によるノイズ防止チョークコイルのノー
マルモードインダクタンスの周波数特性を示した図。

【図８】本考案によるノイズ防止チョークコイルを用い
ノイズフィルタに構成した回路例。

【図９】図８に示すノイズフィルタのＭＩＬ−ＳＴＤ−
２２０Ａによるコモンモードの減衰特性実測例を示した
図。

【図１０】図８に示すノイズフィルタをスイッチング電
源に実装時の雑音端子間電圧の実測値即ちノイズ抑制効
果を示す例。

【図１１】図８に示すノイズフィルタをスイッチング電
源に実装時の高調波抑制効果の実測値を示した図。

【図１２】従来のチョークコイルによる電子機器への電
源入力回路の例を示す図。

【図１３】従来方式のチョークコイルの具体的な結線状
態を示す図。

【符号の説明】

１，１′ 本考案によるノイズ防止チョークコイル ３ 磁気ギャップ ４ 外側磁路 ５ 短絡磁路 ６，７ 巻線 ６１，７１ 巻線入力端末

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源２電線と負荷との間に各々のライン
   に接続される２つの巻線を有し、該巻線を貫通して磁気
   回路（外側磁路）を構成する２ライン用チョークコイル
   において、前記外側磁路は一部に磁気ギヤップを有した
   外側コアで形成され、該外側磁路を短絡するための短絡
   磁路を構成する中足コアを設けたことを特徴とするノイ
   ズ防止チョークコイル。
2. 【請求項２】 電源２電線と負荷との間に各々のライン
   に接続される２つの巻線を有し、該巻線を貫通して磁気
   回路（外側磁路）を構成する２ライン用チョークコイル
   において、前記外側磁路は外側コア、磁気ギヤップ、中
   足コアの一部を介して形成され、該中足コアは前記外側
   磁路を短絡するようにしたことを特徴とするノイズ防止
   チョークコイル。
3. 【請求項３】 前記中足コアは、前記外側コアと同程度
   以上の透磁率の材料でつくられていることを特徴とする
   請求項１または２に記載のノイズ防止チョークコイル。