JPH11513200A - チョーク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 リボンワイヤらせん巻されたフェライト磁芯を持つチョークである。らせん巻線に用いられる抵抗コンパウンド被覆物は、寄生共振をダンピングするために、増加するリボンワイヤ直列抵抗とらせん巻き間の増加する並列コンダクタンスとを供給する。ヒートシンクは、前記チョークを冷却するための熱伝導性接着エキポシで前記磁芯に取り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 チョーク 技術分野 本発明は、一般的にはチョークに関し、特にＡＣ電力とＲＦ信号分配との両方 を供給する同軸ケーブルシステムにおいて使用するためのＡＣ電力通過ＲＦチョ ークに関する。略語“ＡＣ”は“交流”を表し、略語“ＲＦ”は“無線周波”を 表す。 背景技術 ビデオ及びオーディオ信号をコンシューマにも送信する同軸ケーブルシステム は、この同軸ケーブル分配の長さに沿って置かれるＲＦ信号増幅器に電力を供給 するためのＡＣ電力を供給する。このＡＣ電力がこの増幅器に電力を供給するの に用いることができるように、このＲＦ信号からＡＣ電力を分離するために、チ ョークは第１Ａ図に示すように使用される。同様に、前記同軸ケーブルシステム に電力を挿入するために、チョークを用いるライン電力インサータは、第１Ｂ図 に示すように使用される。上記同軸ケーブルシステムにおいて使用されるチョー クは、Ｕ.Ｓ.Ｓerial Ｎo.08/295,444で開示されている。上記ＲＦ／ＡＣ分配シ ステムにおいて、高周波ＲＦ信号は、ヒステリシスにより起こる非線形及びチョ ークフェライト磁芯での飽和効果(saturation effects)のために、ＡＣ電源周波 数でスプリアス変調(sprious modulation)(ハム変調“ＨＵＭ-ＭＯＤ”)を受け やすい。そのために、これらのシステムにおいて使用される電力通過チョークは 、the Ｎational Ｃable Ｔelevision Ａssociation(ＮＣＴＡ)規格で定められ るような、低いＲＦ信号損失と低いＨＵＭ-ＭＯＤ歪みとの両方を持たなければ ならない。 現在使用されるチョークは、フェライト磁芯に巻かれる円筒状ワイヤの構成と なっている。典型的に、これらの形のチョークは８アンペアまで通すことができ る。新しいケーブル通信システムは、増大するビデオ及びデータのサービスを提 供し、よってＡＣ電力の要求は、実質的に増大する。断線する間保持する１５ア ンペアと２５アンペアのＡＣ電流通過に対する要求は、１０００ＭＨｚに近い増 加されるＲＦ帯域幅と一緒に存在する。 ２０アンペアのＡＣ通過に関し、チョーク動作温度は、滞った空気において２ ００℃に達することができる。チョークワイヤの直径を増加することは、巻線の ＡＣ損失を減少させるが、らせん巻線の周期的な構成によって、ＲＦ損失は動作 ＲＦ周波数領域内で幾つかの共振周波数帯域も増加する。 発明の開示 本発明の目的は、２０アンペアのＡＣ電力通過を許す有効な実行のための電位 を持ち、ライン断線の間３０アンペアを維持し、５ＭＨｚから１０００ＭＨｚ以 上で動作する周波数を持つＡＣ電力通過ＲＦチョークを提供することである。こ のようなＡＣ電力通過ＲＦチョークは、前記ＮＣＴＡ規格で定められるような− ７０ｄＢ ＨＵＭ-ＭＯＤ以下のケーブルシステムに導入されなければならない。 本発明の目的は、前記チョーク巻線にリボンワイヤを用いることでＨＵＭ-Ｍ ＯＤを増加させることなくチョーク動作温度を下げることである。チョーク動作 温度を制限するために、前記磁芯と接触する平坦な側面を持つ裸リボンワイヤは 、熱をこのリボンワイヤから磁芯へ移す。高い電気抵抗を持ち、ＡＣ電流を前記 磁芯に分路しないニッケル亜鉛酸化鉄(nickel-zinc iron oxide)フェライト組成 物からなる磁心が用いられる。 本発明のもう一つの目的は、前記磁芯をアルミニウムのヒートシンクに保つた めに高熱伝導性接着エポキシを用いることである。よって、フェライト固有の熱 伝導性は、前記磁心から高熱伝導性接着エポキシを通りアルミニウムのヒートシ ンクへの熱伝達を供給する（第２Ａ図）。２０アンペアのＡＣ通過に関し、この 設計特徴は、チョークの温度上昇をヒートシンク温度以上の５００℃に制限する ことができる。等しい円筒ワイヤの断面領域に対し、リボンワイヤは、低いＨＵ Ｍ-ＭＯＤを表す。この差は、磁芯のＲＦ損失がらせんの共振の部分的なダンピ ングを供給するリボンワイヤと結合している磁心が増加することに起因する。 本発明のもう一つの特徴は、非一様なピッチを使用すること、又これによって ＨＵＭ-ＭＯＤを改善する周期的な共振を中断させるために隣接するらせん巻き の 間に間隔を置くことである（第４図）。第４において、１つの巻線の巻きの長さ に等しいチョークの直径は２πａであり、隣接する巻線間の軸間隔は、ピッチ（ Ｐ）である。 本発明の他の特徴は、さらに前記巻線の電気的特性に関係する。第４Ｂ図にお いて、単一のらせん巻線の半分は、インダクタンス（Ｌ）と直列する抵抗（Ｒ） で表される。規定のピッチに対し、隣接する巻線間にコンダクタンス（Ｇ）及び キャパシタンス（Ｃ）は並列して単一の巻線と交差する。（回路のパラメタは一 様に分配されるが、これらは説明上別々に示されることに注意すべきである。） この直列抵抗Ｒはリボン導体抵抗及び“表皮厚さ”と呼ばれるこの前記リボン導 体への僅かな浸透のＲＦ表面電流特性から生じる。この直列抵抗Ｒは周波数の平 方根で増加し、増加するＲＦ周波数で共振をダンプする主原因となる。このニッ ケル亜鉛(Ｎi-Ｚn)フェライト磁心は、６０ＨｚのＡＣ信号を分路することを防 ぐために高いＤＣ容量抵抗を有する。高周波ＲＦ磁心損失は、幾らか共振ダンピ ングを供給するが、余分なダンピングは前記ＨＵＭ-ＭＯＤ規格に従う必要があ る。前記並列コンダクタンス（Ｇ）は、主に前記フェライト磁心におけるＲＦ損 失が原因である。リボンワイヤの直列抵抗とフェライト磁心の並列コンダクタン スとの両方における増加は、共振周波数帯域において−７０ｄＢ ＨＵＭ-ＭＯＤ を維持する必要がある。 さらに本発明のもう一つの目的は、前記裸リボンワイヤの表面に接着される抵 抗被覆物を設けることである。これは直列ダンピング抵抗Ｒを増加する。この抵 抗被覆物は、ＲＦ表面電流がこの抵抗被覆物に流れることを保証するために前記 リボンワイヤ表面と電気的に接触していなければならない。前記ＡＣ通過電流は 、前記リボンワイヤの断面に一様に流れるので、この表面抵抗被覆物はＡＣ損失 に関し僅かに増加する原因となる。 本発明のもう一つの目的は、前記チョーク巻線上の伝導ポリマースリーブを絶 縁保護熱収縮することで前記巻線の並列コンダクタンスＧを増加する。前記チョ ークの高い動作温度のために、老化に対するポリマーの温度安定性は設計を考慮 する。 本発明のさらなる目的は、チョークの高い動作温度で老化を阻止する不浸透接 着被覆を供給するために、硬化温度である単一の抵抗被覆物で裸リボン巻線チョ ークを絶縁保護の吹き付けによって直列及び並列ダンピングを組み合わせる。 この単一の絶縁保護被覆物は、直列ダンピング抵抗を前記磁心から離れて面し ているリボンワイヤ表面に加え、並列ダンピングは、隣接するらせん巻きの間に 加えられる。最適の被覆抵抗及び厚さは、ＨＵＭ-ＭＯＤの要求に従うように決 めることができる。この単一の絶縁保護被覆物の利点は、前記磁心に面している 裸リボンワイヤは最大の熱伝達を供給することである。１．０ｍilの厚さで、２ ００から１０００ Ｏhm/squareの範囲において公称被覆抵抗は十分であるが、最 適な抵抗は、チョーク規格に依存する。 上記で述べられた目的及び特徴は、本明細書から明らかとなるこれらの間で、 効果的に得られ、ある変形は本発明の意味及び範囲から離れることなく前記方法 を実行すること及び述べられた構成で行われてもよいので、この明細書に含まれ 、添付する図面で示される全ての事柄は、例証として説明され、制限する観念で はないことを意味する。 図面の簡単な説明 本発明の十分な理解のために、参考図面は以下の図面で行われる。 第１Ａ図は、本発明によるチョークコイルで構成される増幅器を示し、 第１Ｂ図は、本発明によるチョークコイルで構成されるライン電力インサータ を示し、 第２図は、本発明によるチョークコイルの側面図を示し、 第３図は、第２図及び４Ａ図で示すリボンワイヤの断面図を示し、 第４Ａ図は、このチョークコイルの断面図を含む、本発明の好ましい実施例に よるチョークコイルを示し、 第４Ｂ図は、第２Ａ図及び４Ａ図のチョークコイルのコイル上及び間の抵抗、 コンダクタンス及びキャパシタンスを表す回路図である。 発明を実施するための最良の形態 第１Ａ図は、増幅器１０における本発明によるチョークの使用を示す。同軸ケ ーブル５を切断し、その間に増幅器１０を挿入する。チョーク１５ａ及び１５ｂ は、ＡＣ電流に対しこの増幅器１０をバイパスするために使用される。このＡＣ 電流は、増幅装置１８に電力を供給する直流電源１９に電力を供給するために使 用される。このＡＣ電流は、節点１６でチョーク１５ａを通ってバイパスされる 。キャパシタ１１は、ＡＣ電流から増幅器１８を保護することを保証する。ＲＦ 信号は信号検知器１３に供給され、次に増幅器１８に供給される。増幅器１８で 増幅された信号は、もう一つの信号検知器１４に供給される。前記ＡＣ信号は、 もう一つのチョーク１５ｂを介して再び通り、節点１７で前記ＲＦ信号に加えら れる。もう一つのキャパシタ１２は、ＡＣ電流から増幅器１０の出力を保護する ために設けられる。 第１Ｂ図は、本発明によるチョークのもう一つの使用を示す。再び同軸ケーブ ル５を切断し、その間にライン電力インサータを挿入する。チョーク１５ａ及び １５ｂのこの使用は、この同軸ケーブルにおけるＲＦ信号にＡＣ電流を供給する 。このＲＦ信号は節点２２で供給される。このＡＣ信号は、前記同軸ケーブルに 沿ったどの方向にも供給することができる。チョーク１５ａは、この同軸ケーブ ルを支援するＡＣ信号を供給するために使用される。チョーク１５ｂは、この同 軸ケーブルに沿ってＡＣ信号を供給するのに使用される。前記ＡＣ電力は、節点 ２４に供給され、節点２３でチョーク１５Ｂを介したＲＦ信号に加えられ、節点 ２２でチョーク１５Ａを介したＲＦ信号に加えられる。組み合わされたＲＦ／Ａ Ｃ信号は、このケーブルネットワークのその他の部分へ運ばれる。 第１Ａ図及び１Ｂ図で使用されるチョークは、少なくとも２０アンペアを通し 、３０アンペアを維持し、５ＭＨｚから１０００ＭＨｚを越えて作動するＲＦ周 波数を持つ、増加される容量の必要性を満たす。加えて、このチョークは−７０ ｄＢ ＨＵＭ-ＭＯＤ以上のＲＦ周波数には導入できない。 第２図は、本発明の好ましい実施例によるチョーク１５を示す。フェライト磁 芯２８が設けられている。この磁芯２８は、主にニッケル亜鉛（Ｎi-Ｚn）のフ ェライトであり、高い直流容量抵抗率を持つ。端部１６は、ヒートシンク３０に 接着される。熱伝導性エポキシ３１は、磁芯２８をヒートシンク３０に接続する ために設けられる。リボンワイヤ２７は、ワイヤから磁芯への熱伝達を改善する た めに、この磁芯に対しこのワイヤの平面な端で巻かれる。このエポキシ３１は、 この磁心２８からヒートシンク３０への熱伝達を改善する。好ましい実施例にお いて、ヒートシンク３０はアルミニウムからなり、温度を動作する磁芯２８を制 限する。リボンワイヤ２７は磁芯２８に巻かれ、このリボンワイヤ２７の最も広 い部分がこの磁芯２８に対し巻かれる。言い換えると、この磁芯２８にほぼ平行 で、接触するように巻かれる。このリボンワイヤ２７は第３図に示され、抵抗被 覆物が設けられている。 本発明の好ましい実施例において、裸リボンワイヤ２７は磁芯２８に巻かれ、 単一の絶縁保護被覆物は、この磁芯から離れて面し、各巻きを隣接する巻きと結 合するリボンワイヤ表面に用いられる。この単一の絶縁保護被覆物は、直列抵抗 と並列コンダクタンスとの両方に最適となることができ、前記磁芯に面している この裸リボンワイヤは、最大の熱伝達を供給する。最適な抵抗率のために１．０ ミル(ｍil)の厚さで２００から１０００ ohm/squareの範囲における公称被覆抵 抗率は、チョークの仕様に依存する。リボンワイヤ２７の使用は、高いＡＣ電流 の通過を供給するが、この伝導被覆物に関し、円筒状ワイヤと比較する場合、巻 きの間の容量性結合によって起こる寄生共振を減少する。これは、このリボンワ イヤ２７の平坦な面が磁芯のＲＦ損失が共振のダンピングを供給する増加するフ ェライト磁芯容量性結合を供給するからである。 本発明の実施例において、抵抗層を持つ熱収縮性伝導ポリマースリーブ２９は 、このリボンワイヤ巻き２７と電気的に接触し、その上に配置される。このスリ ーブ２９は、２つの機能を供給する。１番目は効果的な熱交換のためにフェライ ト磁芯２８とリボンワイヤ２７の常時接触を供給することである。２番目はこの 伝導特性が寄生共振のダンピングを供給することである。第４Ｂ図は、前記巻線 上及び間に検知することができるキャパシタンス、コンダクタンス及び抵抗を表 す電気回路図を示す。 各巻線は抵抗Ｒ及びインダクタンスＬとして第４Ｂ図に示される。並列コンダ クタンスＧ及び巻きの間に存在する容量性結合Ｃもまた存在し、よってＨＵＭ- ＭＯＤを増加する幾つかの周波数帯域における共振を持つＲ、Ｌ、Ｇ及びＣ回路 が本質的に存在する。インダクタンスＬ及びキャパシタンスＣは、リボンワイヤ の巻線によって決められるので、共振をダンプするための唯一の変数はＲ又はＧ を変化することである。この共振をダンプするためのＲを変化するために、Ｒは 第３図に示すようなリボンワイヤ２７上に抵抗表面被覆物３２を設けることで増 加される。Ｒが増加するにつれて、共振は減少する。加えて、リボンワイヤ２７ が前記磁芯に巻かれた後、個々の並列コンダクタンスＧが加えられる。この並列 コンダクタンスは、上記で説明されるような伝導性ポリマースリーブ２９を用い るか、リボンワイヤコイルが前記磁芯に巻かれた後、このリボンワイヤコイル上 に抵抗被覆物を吹き付けることで得られる。 この共振をさらに消去するために、第２図に示すように、リボンワイヤ２７の コイルが磁芯２８と交差するスタガ(stagger)巻線であり、よってインダクタ巻 き２７の間の容量性結合によって起きる共振は、ある周波数で蓄積され、増幅効 果を引き起こす代わりに、磁芯２８の長さと交差する周波数において異なるだろ う。 本発明の好ましい実施例において、第１抵抗の吹き付けは、Ｒを増加する被覆 物３２を供給するために用いられる。リボンワイヤ２７は、このワイヤを磁芯に 巻く前に吹き付けられ、第２抵抗の吹き付けは、リボンワイヤ２７がインダクタ 巻きの間に前記並列コンダクタンスを供給するために前記磁芯に巻かれた後、当 該ワイヤを被覆するのに用いられる。カーボン充填剤との高温のコンパウンドは 両方の被覆物に対し使用することができ、前記抵抗はこのカーボン充填剤の特性 に依存して変化することができる。 第３図は、リボンワイヤ２７の断面図を示す。ＡＣ電流は典型的に前記ワイヤ ２７の中心を通り流れるが、より高い周波数でＲＦは抵抗性被覆物３２を通り流 れる。これは表皮効果と呼ばれる。この表面被覆物３２は、従ってＡＣ信号の損 失には影響しない。 上記に説明したように、２つの個々の抵抗性吹き付けの被覆物を用いる代わり に、前記リボンワイヤが前記磁芯に巻かれた後に用いられ、前記巻きを互いに伝 導的に結合する単一の被覆物がもう一つの実施例である。 単一の抵抗コンパウンドが使用される好ましい実施例において、デュポンエレ クトロニクスマテリアル７０８２(Ｄupont Ｅlectronics Ｍaterials 7082)カー ボン 伝導性ポリマー厚膜組成が用いられ、これは−４０℃から２３０℃の温度抵抗を 持つシリコンラバーコンパウンドに関連して４００ ohｍ/sq/ｍilの一次特性と ２１０−２６０ＰＡＳの粘性とを有する。これら２つの材料は１：１の体積比で 混合される。前記裸リボンワイヤは、前記磁芯に巻かれ、混成物はスパチュラを 用いてリボンワイヤ巻線上で用いられる。全コイル及び磁芯は、室温で最低３時 間又は２００℃のオーブンで３０分間で硬化する。 本発明は、構造、素子の組合せ及び説明された構造で例示される部晶の配置の 特徴をよって有する。この方法は幾つかのステップと他の各々に関する１つ以上 の上記ステップの関係とを有する。本発明の範囲は請求項において表されるであ ろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．強磁性磁芯及びメタルリボンの幅が当該リボンの厚さよりも広いほぼ平坦な 当該メタルリボンの細長いコイルを有し、前記リボンがらせん巻に前記磁芯の周 りに巻かれて、当該リボンの前記幅が前記磁芯の表面とほぼ平行となることを特 徴とするチョーク。 ２．請求項１に記載のチョークにおいて、巻かれる前に前記リボンが第１抵抗被 覆物で被覆されることを特徴とするチョーク。 ３．請求項１又は２に記載のチョークにおいて、前記巻きと電気的に接触して伝 導的に互いに結合するために、第２抵抗被覆物がらせんに巻かれた前記巻きに与 えられることを特徴とするチョーク。 ４．請求項１から３の何れか１項に記載のチョークにおいて、前記磁芯の周りの 前記らせんのピッチが単一ではないことを特徴とするチョーク。 ５．請求項１から３の何れか１項に記載のチョークにおいて、熱伝導性接着剤を 用いて前記磁芯に取り付けられるヒートシンクをさらに有することを特徴とする チョーク。 ６．請求項１から５の何れか１項に記載のチョークにおいて、前記第２抵抗被覆 物は、前記巻きを互いに伝導的に結合するために前記リボンのワイヤの前記巻き を覆って熱収縮された伝導性ポリマースリーブであることを特徴とするチョーク 。 ７．請求項１から５の何れか１項に記載のチョークにおいて、前記第１及び第２ 抵抗被覆物は、高温ベースを持つ吹付炭素入りコンパウンドを有することを特徴 とするチョーク。 ８．ＲＦ信号及びＡＣ信号の両方を供給するケーブル分配システムに沿ってＲＦ 信号を増幅し、請求項１から７の何れか１項によるチョーク及び前記ＲＦ信号を 増幅するための増幅装置を有することを特徴とする増幅器。 ９．ＲＦ信号及びＡＣ信号の両方を供給するケーブル分配システムに沿ってＲＦ 信号を増幅する増幅器において、前記増幅器は請求項１から７の何れか１項によ る第１チョーク、前記ＲＦ信号を増幅するための増幅装置、前記第１チョ ークとほぼ同様に構成される第２チョーク及びＤＣ電源を有し、前記２つのチョ ークが節点で互いに結合され、前記節点が前記ＤＣ電源に結合され、前記第１チ ョークの一端が、ケーブル及び前記増幅装置の入力部に結合され、前記第２チョ ークの一端が、もう一つのケーブル及び前記増幅装置の出力部に結合されて、前 記増幅装置が前記ケーブル間に直列に置かれることを特徴とする増幅器。 １０．ＡＣ電力をＲＦケーブル分配システムに挿入し、請求項１から７の何れか １項による第１チョークと、前記第１チョークとほぼ同様に構成され、節点で前 記第１チョークに結合される第２チョークであって、前記節点が前記ＡＣ電力を 入力するために結合され、前記第１チョークの自由端が第１ケーブルに結合され 、前記第２チョークの自由端が第２ケーブルに結合される第２チョークと、前記 ケーブル間に結合されるキャパシタと有することを特徴とするライン電力インサ ータ。