JPH11214229A - コモンモードチョークコイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源ラインで生じる振幅の大きい電流による
磁心の磁気飽和の緩和、振幅の大きいコモンモードの電
磁妨害雑音による磁心の磁気飽和を緩和させるという両
機能を備えたコモンモードチョークコイルを提供する。 【解決手段】 アモルファス磁性体からなる閉磁路無端
磁心としてのトロイダル状磁心１を絶縁被覆材としての
絶縁ケース２で覆い、電源ラインの各ラインにそれぞれ
対応した巻数ｎ回の巻線４−１，４−２を、当該電源ラ
インに流れる電源電流により生じる磁束が相殺し合う向
きに前記絶縁ケース２の上から巻回するとともに、隣り
合う巻線同士を１乃至ｎ−１回の巻数範囲で相隣接して
巻回配置している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源ラインにおい
て生じる高周波の電磁妨害雑音（ＥＭＩ）の低減及び振
幅の大きいサージ状の電磁妨害雑音の抑制（イミュニテ
ィ対策）のために使われる電源ラインフィルタ用のコモ
ンモードチョークコイルにおいて、それに用いる磁心の
磁気飽和を緩和する構成に係る。特にアモルファス磁性
体（非晶質磁性合金）の磁心に巻回する巻数ｎ回の巻線
（単相の交流電源ラインでは２個、三相三線式では３
個、三相四線式では４個）を１乃至ｎ−１回の巻数範囲
で相隣接させた巻数構造を用いて、電源ラインで生じる
振幅の大きい電流による磁心の磁気飽和の緩和機能を備
え、かつ、振幅の大きいコモンモードの電磁妨害雑音を
抑圧するのに好適なコモンモードチョークコイルに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、汎用のコモンモードチョークコイ
ルは磁心にトロイダル状等のフェライトを用い、一対の
巻線を相対向させた巻線構造となっていたので、相手方
巻線と鎖交しない磁束（自己の巻線のみと鎖交する磁
束）に起因する漏洩磁束が比較的多く、このため交流電
源で生じる振幅の大きい電流により、磁心が飽和現象を
起こし、コモンモードの電磁妨害雑音を抑圧する機能を
損なうという問題があった。磁心の磁気飽和の緩和法と
しては次の先行公知技術がある。

【０００３】特公昭５６−２６１７１号は一対の巻線を
相隣接して巻回配置した漏洩磁束の少ない巻線構造とし
て磁心の飽和現象を緩和することを提案している。特公
平１−３３９２７号はアモルファス磁性体を電源ライン
フィルタ用コイルの磁心に用いることを提案している
が、巻線構造については何ら工夫がなされていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特公昭５６
−２６１７１号では、交流電源ラインで生じる振幅の大
きい電流による磁心の磁気飽和を緩和できるが、振幅の
大きいコモンモードの電磁妨害雑音による磁心の磁気飽
和については効果がない。また、特公平１−３３９２７
号は、交流電源ラインで生じる振幅の大きい電流による
磁心の磁気飽和を緩和するための巻線構造となっていな
い。つまり、特公昭５７−２６１７１号及び特公平１−
３３９２７号では、交流電源ラインで生じる振幅の大き
い電流による磁心の磁気飽和（この結果として、コモン
モードの電磁妨害雑音の抑圧効果が失われる）、振幅の
大きいコモンモードの電磁妨害雑音による磁心の磁気飽
和（同様、抑圧効果が失われる）の双方について、磁気
飽和現象を緩和させる機能を有するコモンモードチョー
クコイルが実現されていない。

【０００５】本発明は、上記の点に鑑み、電源ラインで
生じる振幅の大きい電流（例えば突入電流、負荷のオン
オフ電流等）による磁心の磁気飽和の緩和、振幅の大き
いコモンモードの電磁妨害雑音（例えば、誘導雷サー
ジ、静電気放電等）による磁心の磁気飽和を緩和させる
という両機能を備えたコモンモードチョークコイルを提
供することを目的とする。

【０００６】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のコモンモードチョークコイルは、アモルフ
ァス磁性体からなる閉磁路無端磁心を絶縁被覆材で覆
い、電源ラインの各ラインにそれぞれ対応した巻数ｎ回
の巻線を、当該電源ラインに流れる電源電流により生じ
る磁束が相殺し合う向きに前記絶縁被覆材の上から巻回
するとともに、隣り合う巻線同士を１乃至ｎ−１回の巻
数範囲で相隣接して巻回配置した構成としている。

【０００８】前記電源ラインは単相又は三相の交流電源
ラインであってもよい。

【０００９】前記コモンモードチョークコイルにおい
て、前記交流電源ラインが三相四線式の場合、前記絶縁
被覆材で覆われた前記閉磁路無端磁心にニュートラルラ
インに対応する巻線を巻回した構成としてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るコモンモード
チョークコイルの実施の形態を図面に従って説明する。

【００１１】図１は本発明に係るコモンモードチョーク
コイルの第１の実施の形態の構造、図２はその等価回
路、図３は磁心のＢ−Ｈ特性曲線、図４はコモンモード
チョークコイルのインダクタンスの直流電流重畳特性、
図５は直流電流重畳特性の測定回路、図６はパルス電圧
印加時の応答特性測定回路、図７はパルス印加時の応答
特性、図８はノーマルモード、コモンモード電流の説明
図である。

【００１２】これらの図において、１はアモルファス磁
性体（非晶質磁性合金）からなるトロイダル状磁心、２
はナイロン等の熱可塑性樹脂成型体からなる絶縁被覆材
としての絶縁ケースであり、絶縁ケース２は磁心１の周
囲を覆うように被せられている。アモルファス磁性体磁
心の飽和磁束密度は１．５Ｔ程度でフェライトの０．４
５Ｔに比してかなり大きい。３−１，３−２は前記絶縁
ケース２上に巻回されてコイルを形成する絶縁被覆銅線
で、巻数ｎ回の一対（つまり単相の交流電源ラインの各
ラインに対応した個数）の巻線４−１，４−２を構成
し、これらの巻線４−１，４−２は交流電源ラインに流
れる往復電流により発生する磁束が相殺される方向に巻
回されており、しかもそのｎ回の巻数のうち（ｎ−ｘ）
回を相隣接して、巻回配置させ、他の部分を独立させて
いる。

【００１３】すなわち、本実施の形態においては、アモ
ルファス磁性体の磁心１上に巻数ｎ回の一対の巻線４−
１，４−２を巻装する場合に、一対の巻線４−１，４−
２の一部分（１乃至ｎ−１回の巻数範囲）において、こ
れをバイファイラー巻きとし、他の部分を分割巻（個別
巻）としたものであるから、この構成のコモンモードチ
ョークコイルの等価回路は図２に示すようになり、この
図２において、Ｎ1a及びＮ1bはそれぞれ相隣接して巻回
配置された部分を、またＮ2a及びＮ2bは独立して巻回さ
れた部分を示したものであるから、巻線Ｎ1a及びＮ1b間
の結合係数Ｋ1abはほぼ１とみなすことができ、さらに
巻線Ｎ2a及びＮ2b間の結合係数Ｋ2abは、１より小さな
値となる。したがって、図２に示したように両巻線Ｎ
a，Ｎbの結合係数ＫabはＫ2ab及びＫ1abの設定によって
定まり、相隣接して巻回配置されたバイファイラー巻の
部分の巻数（ｎ−ｘ）に依存するものとなる。

【００１４】図３は磁心として用いたアモルファス磁性
体のＢ−Ｈ特性を、汎用のコモンモードチョークコイル
に用いられているフェライトのＢ−Ｈ特性と比較して示
したものである。ほぼ同じ初透磁率μiac（＝Ｂ／Ｈ）
を有するそれぞれの磁心において、飽和磁束密度を比較
するとフェライトに較べアモルファス磁性体は約３倍の
値を示している。

【００１５】図１において、トロイダル状の磁心（内径
３０mm、外径４５mm、厚さ１３mm）に直径１．８mmのポ
リエステル被覆絶縁銅線を２６回巻線した場合におい
て、試料Ａは前記（ｎ−ｘ）＝２５，Ｂは（ｎ−ｘ）＝
１４，Ｃは（ｎ−ｘ）＝１とし、フェライト（Ｍｎ−Ｚ
ｎ系初透磁率４５００）及びアモルファス磁性体を磁心
とした定格電流１５Ａでインダクタンス値約３．７ｍＨ
のコイルを供試品としてそれぞれ準備した。

【００１６】図４は上記試料Ａ，Ｂ，Ｃについて一対の
巻線Ｎa，Ｎbを磁束が相殺される方向に接続し、図５の
測定法により図２に示したコイルの自己インダクタンス
Ｌa（又はＬb）を測定したときの直流電流重畳特性を示
すものである。但し、図４中、試料Ａ−ｆ、試料Ｂ−
ｆ、試料Ｃ−ｆはフェライト磁心の場合、試料Ａ−ａ、
試料Ｂ−ａ、試料Ｃ−ａはアモルファス磁性体磁心の場
合であり、図５中Ｌは測定用直流電源と試料とを接続す
る高周波遮断用チョークコイル（Ｌ>>Ｌa又はＬb）、Ｃ
は試料とインピーダンスアナライザーとを接続する直流
電流遮断用コンデンサ（１／ωＣ<<ωＬa又はωＬb）で
ある。図４から明らかなように、前記（ｎ−ｘ）の値、
電流の大きさ如何によって、漏れインダクタンスに起因
する磁心をよぎる磁束成分による磁気飽和を誘発し、自
己インダクタンス値の低下をもたらすことが判る。この
場合、フェライト及びアモルファス磁性体を磁心として
用いた両コイルについて比較すると、重畳する直流電流
に起因する自己インダクタンスの低下の度合いは、重畳
する直流電流が同一の場合、アモルファス磁性体磁心の
方がフェライト磁心の３分の１程度で収まり、電源ライ
ンで生じる振幅の大きな電流による磁心の飽和現象が緩
和されることがわかる。

【００１７】図６は図２に示したコイルの自己インダク
タンスＬa（又はＬb）に振幅の大きいコモンモードの電
磁妨害雑音が印加された場合の磁心の飽和特性を測定す
る回路図であり、同図において、ＰＧはパルス発生器、
Ｒ1，Ｒ2は５０Ωの抵抗器、ＡＴＴは減衰器、Ｖiは入
力電圧、Ｖoは出力電圧をそれぞれ示す。図７は図６の
磁心の磁気飽和特性の測定回路において、フェライト及
びアモルファス磁性体を磁心とした前述の試料Ｃ−ｆ，
Ｃ−ａについて、入力電圧Ｖiと出力電圧Ｖoの関係を示
したものである。図７から判るようにフェライトを用い
たコイルにおいては入力電圧が７５０Ｖを超えると出力
電圧が急増し始め（即ち、磁心の磁気飽和が始まる）、
ついには入力電圧Ｖiと出力電圧Ｖoが略同じ値を示すよ
うになる。一方、アモルファス磁性体を用いたコイルに
おいては、入力電圧が２０００Ｖに達しても、出力電圧
は２０分の１（５０Ｖ／２０００Ｖ）程度しか現れず、
振幅の大きいコモンモードの電磁妨害雑音が印加された
場合の磁心の磁気飽和現象が緩和されていることが判
る。

【００１８】このようにコモンモードチョークコイルの
磁心にアモルファス磁性体を用い、この磁心に巻回する
巻数ｎ回の一対の巻線の一部分（１乃至ｎ−１回の巻数
範囲）において、これをバイファイラー巻きとし、他の
部分を分割巻きとすることにより、交流電源ラインで生
じる振幅の大きい電流による磁気飽和の緩和機能を備
え、かつ、振幅の大きいコモンモードの電磁妨害雑音を
抑圧させること（磁心の磁気飽和の緩和させることと同
意）ができる。

【００１９】尚、図２において、巻線Ｎa，Ｎbの結合係
数Ｋab及び自己インダクタンスＬa，Ｌbによって定まる
漏れインダクタンスは図８に示した交流電源ラインに重
畳されるノーマルモードの電磁妨害雑音を抑圧させる働
きを持つが、一方では、この漏れインダクタンスの存在
により、交流電源ラインで生じる振幅の大きい電流によ
る磁気飽和を引き起こすもととなる。このため、磁心に
巻回する巻数ｎ回の一対の巻線の一部分（１乃至ｎ−１
回の巻数範囲）において、これをバイファイラー巻きと
することにより、漏れインダクタンスによるノーマルモ
ードの電磁妨害雑音を抑圧させる機能と電源ラインで生
じる振幅の大きい電流による磁心の磁気飽和の緩和作用
を適切に調節することができるものである。

【００２０】上記第１の実施の形態では、単相の交流電
源ライン用のコモンモードチョークコイルを例示した
が、三相三線式では３本の電源ラインに対応させてアモ
ルファス磁性体磁心に３個の巻線を、三相四線式ではさ
らにニュートラルラインに対応する巻線を追加して合計
４個の巻線を巻回すればよい。

【００２１】図９に三相三線式の電源ラインに適用可能
なコモンモードチョークコイルを第２の実施の形態とし
て示す。アモルファス磁性体（非晶質磁性合金）からな
るトロイダル状磁心１にナイロン等の熱可塑性樹脂成型
体からなる絶縁ケース２を被せたものに、三相の交流電
源ラインの各ラインに対応した３個の巻線５−１，５−
２，５−３を巻回している。それらの巻線５−１，５−
２，５−３は三相の各ラインに流れる電流により発生す
る磁束が相殺される方向に巻回されており、しかもその
ｎ回の巻数のうち（ｎ−ｘ）回を相隣接して巻回配置さ
せ、他の部分を独立させている。

【００２２】なお、前述の第１の実施の形態との相違点
は、適用する電源ラインの相数が異なるだけであり、図
９の構成による効果も前述の第１の実施の形態と同様と
なる。

【００２３】図１０に三相四線式の電源ラインに適用可
能なコモンモードチョークコイルを第３の実施の形態と
して示す。アモルファス磁性体（非晶質磁性合金）から
なるトロイダル状磁心１にナイロン等の熱可塑性樹脂成
型体からなる絶縁ケース２を被せたものに、三相の交流
電源ラインの各ラインに対応した３個の巻線５−１，５
−２，５−３を巻回するとともに、ニュートラルライン
に対応する巻線６を巻回している。それらの巻線５−
１，５−２，５−３は三相の各ラインに流れる電流によ
り発生する磁束が相殺される方向に巻回されており、し
かもそのｎ回の巻数のうち（ｎ−ｘ）回を相隣接して巻
回配置させ、他の部分を独立させている。

【００２４】なお、前述の第１の実施の形態との相違点
は、適用する電源ラインの相数が異なるだけであり、図
１０の構成による効果も前述の第１の実施の形態と同様
となる。

【００２５】上記各実施の形態では、円環形状であるト
ロイダル状の磁心を用いたが、楕円形、口形形状等の閉
磁路無端磁心を用いてもよい。また、コモンモードチョ
ークコイルを交流電源ラインに接続する場合を例示した
が、直流電源ラインに接続して、直流電源ラインの電磁
妨害雑音を除去する用途にも使用可能である。

【００２６】以上本発明の実施の形態について説明して
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るコモ
ンモードチョークコイルによれば、以下の効果を奏する
ことができる。

【００２８】(1) 磁心としてアモルファス磁性体の閉
磁路無端磁心（トロイダル状、楕円形状、口形形状等）
を用いたことで、振幅の大きい（例えばサージ状等の）
コモンモードの電磁妨害雑音を抑圧する機能が大きい。

【００２９】(2) 磁心としてアモルファス磁性体の閉
磁路無端磁心を用いたことで、振幅の大きい交流電源ラ
インの電流（例えばラッシュカレント等）に対して磁心
飽和を起こし難い。一般的なフェライト磁心に比べて３
倍強の電流に耐え得る。また、巻数ｎ回で磁心にそれぞ
れ巻回された隣り合う巻線同士を１乃至ｎ−１回の巻数
範囲で相隣接して巻回配置した構成により、従来の個別
巻に比して漏洩インダクタンスを減少させ、この点にお
いても交流電源ラインの振幅の大きな電流による磁心飽
和を抑制できる。

【００３０】(3) コモンモードチョークコイルの自己
インダクタンスにより、高周波の電磁妨害雑音（一般
には小振幅の機器から発生するＥＭＩ）の抑圧効果を持
ち、振幅の大きい電磁妨害雑音（一般にはサージ状の
外来雑音）に対する抑圧効果を持つ。

【００３１】(4) 巻数ｎ回で磁心にそれぞれ巻回され
た巻線の漏れインダクタンスを、隣合う巻線同士を相隣
接させて１乃至ｎ−１回の巻数範囲で巻回することによ
り選定、調整でき、ノーマルモードの電磁妨害雑音に対
する抑圧機能に貢献させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコモンモードチョークコイルの第
１の実施の形態を示す一部を断面とした平面図である。

【図２】第１の実施の形態の等価回路図である。

【図３】第１の実施の形態で用いる磁心のＢ−Ｈ特性曲
線を示すグラフである。

【図４】コモンモードチョークコイルの自己インダクタ
ンスの直流電流重畳特性を示すグラフである。

【図５】図４の直流電流重畳特性の測定回路を示す回路
図である。

【図６】パルス電圧印加時の応答特性測定回路を示す回
路図である。

【図７】図６の測定回路で測定したパルス印加時の応答
特性を示すグラフである。

【図８】ノーマルモード、コモンモード電流の説明図で
ある。

【図９】本発明の第２の実施の形態を示す平面図であ
る。

【図１０】本発明の第３の実施の形態を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１ 磁心 ２ 絶縁ケース ３−１，３−２ 絶縁被覆線 ４−１，４−２，５−１，５−２，５−３，６ 巻線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加賀 庫治 東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティー ディーケイ株式会社内 (72)発明者 中村 晃 東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティー ディーケイ株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アモルファス磁性体からなる閉磁路無端
   磁心を絶縁被覆材で覆い、電源ラインの各ラインにそれ
   ぞれ対応した巻数ｎ回の巻線を、当該電源ラインに流れ
   る電源電流により生じる磁束が相殺し合う向きに前記絶
   縁被覆材の上から巻回するとともに、隣り合う巻線同士
   を１乃至ｎ−１回の巻数範囲で相隣接して巻回配置した
   ことを特徴とするコモンモードチョークコイル。
2. 【請求項２】 前記電源ラインが単相又は三相の交流電
   源ラインである請求項１記載のコモンモードチョークコ
   イル。
3. 【請求項３】 前記交流電源ラインが三相四線式であっ
   て、前記絶縁被覆材で覆われた前記閉磁路無端磁心にニ
   ュートラルラインに対応する巻線が巻回されてなる請求
   項２記載のコモンモードチョークコイル。