KR20190060806A - 로우 패스 필터 - Google Patents

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마사토키 이토
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Abstract

로우 패스 필터이며, 띠형상의 도체(22)가 소정 축선(20a) 둘레에 복수회 감겨진 코일(20)과, 한쪽의 단자가 도체(22)에 접속되고, 다른 쪽의 단자가 접지 부위(33)에 접속되는 콘덴서(30)와, 코일(20)의 소정 축선(20a)방향의 끝면 측에 맞닿는 냉각 부재를 구비한다.

Description

로우 패스 필터
본 개시는 고주파의 노이즈를 제거하는 로우 패스 필터에 관한 것이다.
[관련 출원의 상호 참조]
본 출원은 2016년 11월 1일에 출원된 일본 출원번호 2016-214639호에 기초한 것으로, 여기에 그 기재 내용을 원용한다.
종래에는 전기회로 내에 발생된 고주파 노이즈를 제거하도록 일반적으로 회로 내에 로우 패스 필터를 배치하는 것이 널리 행해지고 있다.
이와 같은 로우 패스 필터가 배치되는 기기로서, 예컨대 특허문헌 1에 기재된 플라즈마 발생장치가 있다. 특허문헌 1에 기재한 플라즈마 발생장치에서는 장치의 내부에 배치된 전열기기가 고주파 노이즈를 수신하기 때문에, 그 기기로부터 전원 등으로의 고주파 노이즈의 침입을 억제하도록 기기와 전원 사이에 로우 패스 필터를 배치하여 고주파 노이즈를 제거한다.
[특허문헌 1] 특개2010-10214호 공보
로우 패스 필터는 제거해야 하는 주파수인 제거 대상 주파수에 대해서 충분히 큰 임피던스를 가지는 것이 필요하다. 이 임피던스가 피크값을 취하는 주파수는 코일의 인덕턴스가 커질수록 저주파수 측으로 천이되고 코일의 인덕턴스가 작아질수록 높은 주파수 측으로 천이된다. 즉, 제거 대상 주파수가 작을수록 코일의 인덕턴스를 크게 할 필요가 있다. 코일의 인덕턴스를 크게 하기 위해서는 코일의 권수를 많게 하거나 동손을 적게 하도록 코일의 단면적을 크게 할 필요가 있기 때문에, 로우 패스 필터 전체의 대형화 문제가 생긴다. 또한, 코일을 크게 할수록 그 코일에 발생된 열의 제거가 필요해진다.
본 개시는 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 주된 목적은 동손이 적으며, 소형화가 가능한 로우 패스 필터를 제공하는데 있다.
제1 구성은 로우 패스 필터이며, 띠형상의 도체가 소정 축선 둘레에 복수회 감겨진 코일과, 한쪽의 단자가 상기 도체에 접속되고 다른 쪽의 단자가 접지 부위에 접속되는 콘덴서와, 상기 코일의 상기 소정 축선 방향의 끝면 측에 맞닿는 냉각 부재를 구비한다.
상기 구성에서는 코일로서 띠형상의 도체를 소정 축선 둘레에 감은 것을 이용하기 때문에, 소정 축선방향에서는 각 도체 사이에 절연 부재 등이 배치되지 않는다. 그리고, 코일을 구성하는 도체에 발생된 열을 소정 축선방향의 단부까지 전달하고 소정 축선방향의 끝면 측에 배치된 냉각 부재에 의해 효율 좋게 열을 제거할 수 있다. 아울러 도체끼리의 절연은 코일의 지름방향의 절연만으로 충분하므로, 코일 전체의 체적에 대한 도체의 체적의 비율을 나타내는 점적률이 커진다. 따라서, 단위체적당 코일의 저항값이 내려가고 보다 작은 체적으로 규정된 전류를 유입시킬 수 있기 때문에, 코일 전체의 체적을 보다 작게 할 수 있다.
그 결과, 열제거성이 양호하며 소형화가 가능한 로우 패스 필터를 제공할 수 있다.
제2 구성에서는 제1 구성에 추가하여, 상기 코일은 상기 도체, 절연 부재, 접착부재의 순서로 적층된 적층체가 상기 소정 축선 둘레에 복수회 감겨진다.
도체들을 서로 절연하는 구조가 미리 정해져 있는 일반적인 코일에서는 도체의 선지름이나 권수를 변화시키는 것에 의해서만 코일의 인덕턴스와 임피던스 특성을 변화시킬 수 있다. 이런 점에서, 상기 구성에서는 절연 부재의 두께에 의해 코일의 임피던스 특성을 변화시킬 수 있기 때문에, 제거 대상 주파수에 따라서 적절한 임피던스의 코일을 제공할 수 있다. 나아가, 제거 대상 주파수에서의 코일의 임피던스를 높이는 것이 가능해진다.
제3 구성에서는 제2 구성에 추가하여, 상기 코일의 임피던스와 주파수의 관계를 나타내는 주파수 특성이 상기 코일의 권수, 상기 도체의 폭 및 상기 절연 부재의 두께에 의해 조정된다.
상기 구성에서는 코일의 크기를 결정하는 복수의 요인을 조절함으로써 임피던스의 주파수 특성을 설정하기 때문에, 제거 대상 주파수에 대해서 적절한 크기의 코일을 제공할 수 있다. 특히, 코일의 권수나 도체의 폭 등에 제약이 있었다고 해도, 절연 부재의 두께의 조절에 의해 임피던스의 주파수 특성을 설정할 수 있기 때문에, 제거 대상 주파수에 따라서 적절한 임피던스의 코일을 제공할 수 있다.
제4 구성에서는 제1 내지 제3 구성 중 어느 하나의 구성에 추가하여, 제거 대상의 노이즈의 주파수가 제거 대상 주파수로서 미리 정해지며 상기 코일의 임피던스가 최대가 되는 주파수가 상기 제거 대상 주파수로부터 소정 주파수만큼 어긋난다.
코일의 임피던스의 주파수 특성은 실제로는 개체 차가 발생되는 것이기 때문에, 코일의 임피던스가 최대가 되는 주파수가 제거 대상 주파수에 일치되도록 설계했다고 해도 실제로는 코일의 임피던스가 제거 대상 주파수에서 최대값이 되지 않는 경우가 있다. 이런 점에서, 상기 구성에서는 코일의 임피던스가 최대가 되는 주파수를 제거 대상 주파수로부터 어긋나도록 설정하기 때문에, 코일의 임피던스의 주파수 특성에 개체 차가 발생하더라도 주파수 특성의 경향에 변화가 생기기 어렵다. 따라서, 코일의 임피던스의 주파수 특성에 개체 차가 발생되더라도 로우 패스 필터 전체의 노이즈 제거 성능을 보장할 수 있다.
제5 구성에서는 제4 구성에 추가하여, 상기 코일의 임피던스가 최대가 되는 주파수는 상기 제거 대상 주파수보다 상기 소정 주파수만큼 크다.
코일의 임피던스가 최대가 되는 주파수를 제거 대상 주파수보다 작게 하기 위해서는 코일의 내경을 크게 하거나 코일의 권수를 늘릴 필요가 있기 때문에, 코일이 보다 대형화된다. 이런 점에서, 상기 구성에서는 코일의 임피던스가 최대가 되는 주파수를 제거 대상 주파수보다 크게 하기 때문에 코일의 대형화를 억제할 수 있다.
제6 구성에서는 제4 구성에 추가하여, 상기 코일의 임피던스가 최대가 되는 주파수는 상기 제거 대상 주파수보다 상기 소정 주파수만큼 작다.
코일의 임피던스가 최대가 되는 주파수를 제거 대상 주파수보다 크게 하기 위해서는 코일의 절연 부재의 두께를 보다 두껍게 할 필요가 있기 때문에 코일이 보다 대형화된다. 이런 점에서, 상기 구성에서는 코일의 임피던스가 최대가 되는 주파수를 제거 대상 주파수보다 작게 하기 때문에 코일의 대형화를 억제할 수 있다.
제7 구성에서는 제4 내지 제6 구성 중 어느 하나의 구성에 추가하여, 상기 제거 대상 주파수는 100 kHz 내지 20 MHz이다.
상기 구성에서는 노이즈의 제거를 행하는데 있어서 보다 큰 임피던스가 필요로 되는 주파수를 제거 대상 주파수로 하기 때문에, 냉각 효율이 우수하고 소형화가 가능한 로우 패스 필터를 보다 바람직하게 이용할 수 있다.
제8 구성에서는 제1 내지 제7 구성 중 어느 하나의 구성에 추가하여, 상기 콘덴서를 복수 구비하고 복수의 상기 콘덴서가 병렬로 접속된다.
상기 구성에서는 콘덴서 단체에서의 임피던스의 최소값 및 그 최소값을 취하는 주파수를 유지하면서, 콘덴서 전체의 임피던스를 보다 작게 할 수 있다. 따라서, 보다 노이즈 제거성능이 우수한 로우 패스 필터를 제공할 수 있다.
제9 구성에서는 제1 내지 제8 구성 중 어느 하나의 구성에 추가하여, 상기 코일은 상기 소정 축선방향의 끝면에 표면이 평탄한 세라믹층을 가지며 상기 세라믹층의 상기 표면이 상기 냉각 부재에 접촉된다.
코일을 소정 축선 둘레에 복수회 감는 경우, 소정 축선방향의 끝면에서는 각 도체 사이로 오목부가 형성되거나, 일부의 도체가 돌출된다. 그렇기 때문에, 코일의 축선방향 끝면에 냉각판을 접촉시킨 경우에 코일로부터 냉각판으로의 열전달성이 저하된다. 이런 점에서, 상기 구성에서는 코일이 소정 축선방향의 끝면에 표면이 평탄한 세라믹층을 갖도록 하기 때문에, 그 세라믹층의 평탄한 면과 냉각 부재의 밀착성이 증가된다. 따라서, 냉각 부재에 의한 방열효율을 향상시킬 수 있다.
제10 구성에서는 제1 내지 제9 구성 중 어느 하나의 구성에 추가하여, 상기 냉각 부재는 내부에 유로가 배치된다.
상기 구성에서는 냉각 부재에 형성된 유로에 물이나 공기 등의 냉매를 유입시킬 수 있기 때문에 보다 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
제11 구성에서는 제1 내지 제10 구성 중 어느 하나의 구성에 추가하여, 하나의 상기 냉각 부재에 복수의 상기 코일이 맞닿는다.
고주파 노이즈를 수신하기 쉬운 기기를 복수 배치하는 경우, 근방에 위치하는 기기에 대해서 배치된 코일을 하나의 냉각 부재에 합쳐서 맞닿게 할 수 있기 때문에, 로우 패스 필터 전체의 형상의 소형화가 가능해진다. 또한, 고주파 노이즈를 수신하기 쉬운 기기와 전원이나 제어회로 등을 접속하는 경우, 기기의 양극 측 및 음극 측 각각의 회로 내에 코일 및 콘덴서의 쌍을 배치할 필요가 있다. 이런 점에서, 상기 구성에서는 기기의 양극 측에 배치되는 코일과 음극 측에 배치되는 코일을 공통된 냉각 부재에 맞닿게 할 수 있으며, 로우 패스 필터 전체의 형상의 소형화가 가능해진다.
제12 구성에서는 제11 구성에 추가하여, 상기 냉각 부재의 형상은 판형상이며, 그 표리 각각에 적어도 하나의 상기 코일이 맞닿는다.
상기 구성에서는 냉각 부재의 양면에 코일을 맞닿게 하고 있기 때문에 로우 패스 필터 전체의 크기를 보다 소형화할 수 있다. 또한, 고주파 노이즈를 수신하기 쉬운 기기와 전원이나 제어회로 등을 접속하는 경우, 기기의 양극 측 및 음극 측 각각의 회로 내에 코일 및 콘덴서의 쌍을 배치할 필요가 있다. 이런 점에서, 상기 구성에서는 한쪽의 코일을 냉각 부재의 제1 측에 맞닿게 하고 다른 쪽의 코일을 냉각 부재의 제2 측에 맞닿게 할 수 있다.
제13 구성에서는 제1 내지 제12 구성 중 어느 하나의 구성에 추가하여, 상기 코일은 상기 띠형상의 도체가 적층되도록 복수회 감겨져서 통형상으로 형성된다.
본 개시에 대한 상기 목적 및 그 외의 목적, 특징이나 이점은 첨부된 도면을 참조하면서 하기 상세한 기술에 의해 보다 명확해진다.
도 1은 로우 패스 필터의 외관을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 3은 도 2의 영역 B의 확대도이다.
도 4는 코일과 콘덴서의 전기적인 접속상태를 도시하는 도면이다.
도 5는 로우 패스 필터의 회로도이다.
도 6은 코일 및 콘덴서의 임피던스의 주파수 특성을 도시하는 도면이다.
도 7은 코일의 권수를 변화시킨 경우의 임피던스의 주파수 특성을 도시하는 도면이다.
도 8은 코일의 권수를 변화시킨 경우의 로우 패스 필터의 게인을 도시하는 도면이다.
도 9는 코일의 내경을 변화시킨 경우의 임피던스의 주파수 특성을 도시하는 도면이다.
도 10은 코일의 층간을 변화시킨 경우의 임피던스의 주파수 특성을 도시하는 도면이다.
도 11은 콘덴서를 복수 배치하는 경우의 임피던스의 주파수 특성을 도시하는 도면이다.
<제1 실시형태>
우선, 도 1 및 도 2를 참조하여 로우 패스 필터(10)의 구조에 대해서 설명한다. 로우 패스 필터(10)는 띠형상의 도체를 포함하는 적층체(21)가 소정 축선(20a) 둘레에 적층되도록 복수회 감겨진 코일(20)과 이 코일(20)에 접속되는 콘덴서(30)를 구비한다. 코일(20)은 인접하는 적층체(21)가 서로 밀착되도록 적층되어 형성되며, 그 중심에 구멍이 배치된 원통형으로 구성된다. 또한 코일(20)의 형상은 원통형상에 한정되지 않으며, 각통형상 등의 통형상이어도 된다.
이들 코일(20) 및 콘덴서(30)는 판형상의 냉각 부재(40)에 설치된다. 구체적으로는 냉각 부재(40)의 표리 각각에서 2개의 코일(20)이 냉각 부재(40)의 길이방향으로 간격을 두고 배치되며, 코일(20)의 소정 축선(20a)방향의 끝면 측이 냉각 부재(40)에 맞닿는다. 또한, 냉각 부재(40)의 표리 각각에서 2개의 콘덴서(30)가 코일(20) 사이에서 폭방향으로 간격을 두고 배치된다.
냉각 부재(40)는 예컨대 산화 알루미늄(알루미나)으로 형성되며, 그 내부에 액체 또는 기체인 냉매를 유통 가능한 유로가 형성된다. 냉각 부재(40)의 길이방향의 측면에는 냉매의 입구인 유로 입구(41) 및 냉매의 출구인 유로 출구(42)가 배치된다. 또한, 본 실시형태에서는 냉매로서 물을 이용한다.
도 3의 확대 단면도에 도시하는 바와 같이, 적층체(21)는 띠형상(가늘고 긴 필름형상)의 도체(22), 띠형상의 절연 부재(23) 및 띠형상의 접착부재(24)를 포함하여 구성되며, 도체(22), 절연 부재(23), 접착부재(24)의 순서로 적층된다. 도체(22)는 구리로 형성된다. 절연 부재(23)는, 예컨대 폴리이미드로 형성된다. 접착부재(24)는, 예컨대 실리콘계 접착제로 형성된다.
이와 같이 코일(20)을 형성하는데 있어서, 코일(20)의 소정 축선(20a)방향의 끝면에는 일부의 도체(22)나 절연 부재(23)가 돌출되어, 각 도체(22) 사이에 오목부가 생긴다. 이에, 도 3의 확대 단면도에 도시하는 바와 같이, 코일(20)의 축선방향의 끝면에는 각 도체(22) 사이의 오목부를 메우도록 알루미나의 용사에 의해 세라믹층(25)이 형성된다. 이에 의해, 코일(20)의 축선방향 끝면은 세라믹층(25)에 의해 덮여진다. 알루미나는 절연체이기 때문에 도체(22)에 알루미나를 용사했다고 해도 도체(22)끼리 단락되는 것을 방지할 수 있다. 세라믹층(25)의 소정 축선방향의 표면은 연삭에 의해 평탄화되며 소정의 평활도로 마무리된다.
이 세라믹층(25)의 소정 축선방향의 표면과 냉각 부재(40)는 열전도성을 갖는 접착부재(26)로 접착된다. 이 접착부재(26)는, 예컨대 실리콘계 접착제이며, 냉각 부재(40)와 선팽창계수가 대략 동일하다.
이어서, 로우 패스 필터(10)에서의 코일(20)과 콘덴서(30)의 전기적인 접속에 대해서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 또한, 도 4에서는 전기기기(60) 및 직류전원(50)의 음극 측에 배치되는 로우 패스 필터(10)에 대해서는 도시를 생략한다. 코일(20)을 구성하는 도체(22)의 길이방향의 단부의 양단 각각에는 제1 단자(27) 및 제2 단자(28)가 배치된다. 상술한 바와 같이, 코일(20)은 도체(22)를 소정 축선(20a) 둘레에 감은 것이므로, 제1 단자(27)는 코일(20)의 최외주에 배치되고, 제2 단자(28)는 코일(20)의 최내주에 배치된다. 또한, 콘덴서(30)에는 제1 단자(31) 및 제2 단자(32)가 배치된다.
코일(20)의 제1 단자(27)에는 콘덴서(30)의 제1 단자(31) 및 직류전원(50)이 접속된다. 코일(20)의 제2 단자(28)에는 전기기기(60)가 접속된다. 또한 콘덴서(30)의 제2 단자(32)는 접지 부위(33)에 접속된다. 이와 같이 로우 패스 필터(10)와 직류전원(50) 및 전기기기(60)가 접속되기 때문에, 전기기기(60)에서 발생된 전기 노이즈 또는 전기기기(60)가 수신한 전기 노이즈를 로우 패스 필터(10)에 의해 제거할 수 있다.
또한, 도 5에서 도시된 바와 같이, 로우 패스 필터(10)에서는 직류전원(50)의 양극 측 및 음극 측 각각에 코일(20)과 콘덴서(30)의 쌍을 배치한다. 따라서, 도 1 내지 도 3에서 도시한 로우 패스 필터(10)의 구성에서, 냉각 부재(40)의 한쪽 면에 직류전원(50)의 양극 측에 배치되는 코일(20) 및 콘덴서(30)를 배치하고, 다른 쪽 면에 직류전원의 음극 측에 배치되는 코일(20) 및 콘덴서(30)를 배치하면 된다. 또한 냉각 부재(40)의 한쪽 면에 직류전원(50)의 양극 측 및 음극 측에 배치되는 코일(20) 및 콘덴서(30)를 배치해도 된다.
이상과 같이 구성되는 로우 패스 필터(10)에서는, 제거해야 하는 주파수인 제거 대상 주파수의 노이즈의 이득(Gain)을 크게 하도록 코일(20)의 임피던스 특성 및 콘덴서(30)의 임피던스 특성을 설정할 필요가 있다.
로우 패스 필터(10)에 입력되는 전압을 Vin, 로우 패스 필터(10)로부터 출력되는 전압을 Vout, 코일(20)의 임피던스를 ZL, 콘덴서(30)의 임피던스를 ZC라고 하면, 다음 식(1)이 성립된다.
[수학식 1]
Figure pct00001
즉, 코일(20)의 임피던스인 ZL이 커질수록 출력되는 전압인 Vout는 작아지고, 콘덴서(30)의 임피던스가 작아질수록 출력되는 전압인 Vout는 작아진다.
코일(20)의 임피던스와 주파수의 관계를 도시하는 주파수 특성과 콘덴서(30)의 주파수 특성에 대해서 도 6을 참조하여 설명한다. 콘덴서(30)의 임피던스의 주파수 특성은 주파수가 커질수록 임피던스가 작아지고, 어떠한 주파수에서 임피던스의 최소값을 취한 후, 주파수가 커질수록 임피던스가 커진다.
한편, 코일(20)의 임피던스의 주파수 특성은 주파수가 커질수록 임피던스가 커지고, 어떠한 주파수에서 임피던스의 최대값을 취한 후, 주파수가 커질수록 임피던스가 작아진다.
상술한 바와 같이, 제거 대상 주파수의 노이즈를 충분히 감쇠시키기 위해서는 코일(20)의 임피던스를 보다 크게 하고 콘덴서(30)의 임피던스를 보다 작게 할 필요가 있다. 즉, 제거 대상 주파수 근방에서 코일(20)의 임피던스가 최대값을 취하도록 하고 제거 대상 주파수 근방에서 콘덴서(30)의 임피던스가 최소값을 취하도록 하면 제거 대상 주파수를 바람직하게 제거할 수 있다. 예컨대, 도 6에 도시하는 바와 같이, 제거 대상 주파수를 13.6 MHz로 하면, 콘덴서(30)의 임피던스가 최소값이 되는 주파수를 제거 대상 주파수보다 높은 주파수로 설정하고 코일(20)의 임피던스가 최대값이 되는 주파수를 제거 대상 주파수보다 낮은 주파수로 설정함으로써 제거 대상 주파수의 노이즈를 바람직하게 제거할 수 있다.
그런데, 본 실시형태에서는 콘덴서(30)는 임피던스의 주파수 특성이 미리 정해진 것이다. 이에, 본 실시형태에 따른 로우 패스 필터(10)에서는 코일(20)의 임피던스가 최대값을 취하는 주파수를 제거 대상 주파수에 근접시키도록 코일(20)을 설계한다. 구체적으로, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 콘덴서(30)의 임피던스가 최소값을 취하는 주파수가 제거 대상 주파수보다 제1 소정 값만큼 큰 것이라면, 코일(20)의 임피던스가 최대값을 취하는 주파수를 제거 대상 주파수보다 제2 소정 값만큼 작은 주파수가 되도록 코일(20)을 설계한다.
도 7은 코일(20)의 임피던스의 주파수 특성과 코일(20)의 권수의 관계를 나타낸다. 도 7에서는 코일(20)의 권수가 a(T), b(T), c(T)(단, a>b>c)인 경우의 주파수 특성을 나타낸다. 도 7에 도시되는 바와 같이, 권수가 많아질수록 임피던스가 최대값을 취하는 주파수가 저주파수 측으로 시프트 되고 권수가 적어질수록 임피던스가 최대값을 취하는 주파수가 고주파수 측으로 시프트 된다. 즉, 제거 대상 주파수가 작아질수록 권수를 많게 할 필요가 생긴다.
도 8은 콘덴서(30)의 정전용량을 일정하게 하고, 코일(20)의 권수를 변화시킨 경우의 로우 패스 필터(10)의 이득(Gain)을 나타낸다. 도 8에서는 로우 패스 필터(10)로 충분한 노이즈의 제거가 가능한 이득을 임계값(Gth)으로 정한다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 제거 대상 주파수가 13.5 MHz이면, 권수가 b(T)인 경우 및 권수가 c(T)인 경우에는 이득이 임계값(Gth)보다 작아지고, 권수가 a(T)이면 이득이 임계값(Gth)보다 커진다. 한편, 제거 대상 주파수가 6 MHz이면, 권수가 a(T)인 경우에는 이득이 임계값(Gth)보다 작아지지만, 권수가 b(T)인 경우 및 권수가 c(T)인 경우에는 이득이 임계값(Gth)보다 커진다.
이와 같이, 제거 대상 주파수에서의 이득을 임계값(Gth)보다 작게 함에 있어서, 코일(20)의 권수를 변화시키는 대신에 코일(20)의 내경을 변화시켜도 된다.
도 9는 코일(20)의 임피던스의 주파수 특성과 코일(20)의 내경의 관계를 나타낸다. 도 9에서는 코일(20)의 내경이 d(mm), e(mm)(단 d>e)인 경우의 주파수 특성을 나타낸다. 도 9에 도시되는 바와 같이, 내경이 커질수록 임피던스가 최대값을 취하는 주파수가 저주파수 측으로 시프트 되고 내경이 작아질수록 임피던스가 최대값을 취하는 주파수가 고주파수 측으로 시프트 된다. 즉, 제거 대상 주파수가 작아질수록 내경을 크게 할 필요가 생긴다.
이상과 같이, 코일(20)의 임피던스의 주파수 특성은 코일(20)의 권수 및 코일(20)의 내경을 변화시킴으로써, 코일(20)의 임피던스가 최대값을 취하는 주파수를 제거 대상 주파수에 근접시킬 수 있다.
그런데, 제거 대상 주파수가 작아질수록 코일(20)의 권수를 보다 크게 할 필요가 있으며 코일(20)의 내경을 보다 크게 할 필요가 있다. 이 경우에는, 코일(20)을 구성하는 도체(22)가 보다 길어지고, 이에 의해 코일(20)의 저항값이 상승된다. 즉, 코일(20)의 동손이 증가된다. 이에, 본 실시형태에서는 코일(20)의 권수 및 내경에 추가하여, 절연 부재(23)의 두께를 변화시킴으로써 임피던스의 주파수 특성을 변화시킨다.
코일(20)의 임피던스의 주파수 특성과 도체(22)의 층간의 관계에 대해서 도 10을 참조하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 도체(22)의 층간에는 절연 부재(23) 및 접착부재(24)가 배치되기 때문에, 이 층간을 변화시키기 위해서는 절연 부재(23)의 두께를 변화시키면 된다. 도 10는 층간이 f(㎛), g(㎛), h(㎛)(단 f<g<h)인 경우의 주파수 특성을 나타낸다. 도 10에 도시되는 바와 같이, 층간이 커질수록 임피던스가 최대값을 취하는 주파수가 고주파수 측으로 시프트 되고 층간이 작아질수록 임피던스가 최대값을 취하는 주파수가 저주파수 측으로 시프트 된다. 즉, 절연 부재(23)를 두껍게 함으로써 임피던스가 최대값을 취하는 주파수가 고주파수 측으로 시프트 될 수 있고, 절연 부재(23)를 얇게 함으로써 임피던스가 최대값을 취하는 주파수가 저주파수 측으로 시프트 될 수 있다.
상기 구성에 의해, 본 실시형태에 따른 로우 패스 필터(10)는 이하의 효과를 이룬다.
·코일(20)로서 띠형상의 도체(22)를 소정 축선 둘레에 감은 것을 이용하기 때문에, 소정 축선방향에서는 각 도체(22) 사이에 절연 부재(23) 등이 배치되지 않는다. 그리고 코일(20)을 구성하는 도체(22)에 생긴 열을 소정 축선방향의 단부까지 전달하고, 소정 축선방향의 끝면 측에 배치된 냉각 부재(40)에 의해 효율 좋게 열을 제거할 수 있다. 아울러 도체(22)끼리의 절연은 코일(20)의 지름방향의 절연만으로 충분하므로, 코일(20) 전체의 체적에 대한 도체(22)의 체적의 비율을 나타내는 점적률이 커진다. 따라서, 단위체적당 코일(20)의 저항값이 내려가고 보다 작은 체적으로 규정된 전류를 유입시킬 수 있기 때문에, 코일(20) 전체의 체적을 보다 작게 할 수 있다. 그 결과, 열제거성이 양호하며 소형화가 가능한 로우 패스 필터(10)를 제공할 수 있다.
·도체(22)끼리를 절연하는 구조가 미리 정해져 있는 일반적인 코일(20)에서는 도체(22)의 선지름이나 권수를 변화시키는 것에 의해서만 코일(20)의 인덕턴스와 임피던스 특성을 변화시킬 수 있다. 이런 점에서, 본 실시형태에서는 절연 부재(23)의 두께에 의해 코일(20)의 임피던스 특성을 변화시킬 수 있기 때문에, 제거 대상 주파수에 따라서 적절한 임피던스의 코일(20)을 제공할 수 있다. 나아가 제거 대상 주파수에서의 코일(20)의 임피던스를 높이는 것이 가능해진다.
·제거 대상 주파수가 작아질수록 코일(20)의 권수를 많게 하거나, 코일(20)의 내경을 크게 할 필요가 생기고, 이에 의해 동손이 커진다. 이런 점에서, 본 실시형태에서는 코일(20)의 권수 및 코일(20)의 내경의 조정에 추가하여, 도체 사이에 배치되는 절연 부재(23)의 두께도 조절함으로써 임피던스의 최대값을 제거 대상 주파수에 근접시킨다. 이에 의해, 코일(20)의 동손을 억제하면서 임피던스의 최대값을 제거 대상 주파수에 근접시킬 수 있다.
·코일(20)의 임피던스의 주파수 특성은 실제로는 개체 차가 발생되는 것이기 때문에, 코일(20)의 임피던스가 최대가 되는 주파수가 제거 대상 주파수에 일치되도록 설계했다고 해도, 실제로는 코일(20)의 임피던스가 제거 대상 주파수에서 최대값이 되지 않는 경우가 있다. 이런 점에서, 본 실시형태는 코일(20)의 임피던스가 최대가 되는 주파수를 제거 대상 주파수로부터 어긋나도록 설정하기 때문에, 코일(20)의 임피던스의 주파수 특성에 개체 차가 발생하더라도 주파수 특성의 경향에 변화가 생기기 어렵다. 따라서, 코일(20)의 임피던스의 주파수 특성에 개체 차가 발생하더라도 로우 패스 필터(10) 전체의 노이즈 제거 성능을 보장할 수 있다.
·코일(20)의 크기를 결정하는 복수의 요인을 조절함으로서 임피던스의 주파수 특성을 설정하기 때문에, 제거 대상 주파수에 대해서 적절한 크기의 코일(20)을 제공할 수 있다. 특히, 코일(20)의 권수나 내경 등에 제약이 있더라도, 절연 부재(23)의 두께의 조절에 의해 임피던스의 주파수 특성을 설정할 수 있기 때문에, 제거 대상 주파수에 따라서 적절한 임피던스의 코일(20)을 제공할 수 있다.
·코일(20)을 소정 축선 둘레에 복수회 감는 경우, 소정 축선방향의 끝면에서는 각 도체(22) 사이에 오목부가 형성되거나 일부의 도체(22)가 돌출된다. 그렇기 때문에, 코일(20)의 축선방향 끝면에 냉각판을 접촉시킨 경우에 코일(20)로부터 냉각판으로의 열전달성이 저하된다. 이런 점에서, 본 실시형태에서는 코일(20)이 소정 축선방향의 끝면에 표면이 평탄한 세라믹층(25)을 갖는 것으로 하기 때문에, 그 세라믹층(25)의 평탄한 면과 냉각 부재(40)의 밀착성이 증가된다. 따라서, 냉각 부재(40)에 의한 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
·냉각 부재(40)에 형성된 유로에 물을 유입시키는 구조이기 때문에 보다 냉각 효과를 향상시킬 수 있다.
·고주파 노이즈를 수신하기 쉬운 전기기기(60)와 직류전원(50)을 접속하는 경우, 기기의 양극 측 및 음극 측 각각의 회로 내에 코일 및 콘덴서(30)의 쌍을 배치할 필요가 있다. 이런 점에서, 본 실시형태에서는 기기의 양극 측에 배치되는 코일(20)과 음극 측에 배치되는 코일(20)을 공통된 냉각 부재(40)에 맞닿게 하고 있기 때문에 로우 패스 필터(10) 전체의 형상의 소형화가 가능해진다.
<제2 실시형태>
제1 실시형태에서는 하나의 코일(20)에 대해서 하나의 콘덴서(30)를 접속했다. 이런 점에서, 본 실시형태에서는 하나의 코일(20)에 대해서 복수, 구체적으로는 2개의 콘덴서(30)를 접속한다.
콘덴서(30)의 임피던스의 주파수 특성에 대해서 도 11을 참조하여 설명한다. 도 11은 정전용량이 αpF인 콘덴서(30)를 하나 이용하는 경우, 정전용량이 αpF인 콘덴서(30)를 2개 병렬로 접속하는 경우, 정전용량이 βpF인 콘덴서(30)를 하나 이용하는 경우, 및 정전용량이 βpF인 콘덴서(30)를 2개 병렬로 접속하는 경우를 나타낸다. 또한 β는 α의 대략 2배의 수이다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 정전용량이 αpF인 콘덴서(30)를 하나 이용하는 경우와 정전용량이 αpF인 콘덴서(30)를 2개 병렬로 접속하는 경우에는 임피던스가 최소값을 취하는 주파수는 거의 동일해진다. 한편, 정전용량이 αpF인 콘덴서(30)를 2개 병렬로 접속하는 경우의 임피던스는 정전용량이 βpF인 콘덴서(30)를 하나 이용하는 경우의 임피던스와 거의 동일해진다. 즉, 정전용량이 αpF인 콘덴서(30)를 하나 이용하는 경우보다 임피던스가 작아진다.
따라서, 콘덴서(30)를 복수 병렬로 접속하여 이용함으로써, 콘덴서(30) 단체에서의 임피던스가 최소값을 취하는 주파수를 유지하면서 콘덴서(30) 전체의 임피던스를 보다 작게 할 수 있으며, 보다 노이즈 제거 성능이 우수한 로우 패스 필터(10)를 제공할 수 있다.
<변형예>
·제1 실시형태에서는 콘덴서(30)의 임피던스가 최소값을 취하는 주파수를 제거 대상 주파수보다 크게 했으나, 콘덴서(30)의 임피던스가 최소값을 취하는 주파수를 제거 대상 주파수보다 작게 해도 된다. 이 경우에는 코일(20)의 임피던스가 최대값을 취하는 주파수를 제거 대상 주파수보다 크게 하면 된다. 즉, 코일(20)의 임피던스가 최대값을 취하는 주파수를 보다 크게 해도 된다. 제1 실시형태에서 설명한 바와 같이, 코일(20)의 임피던스가 최대값을 취하는 주파수를 크게 하기 위해서는 권수를 적게 하거나 내경을 작게 하면 된다. 따라서, 코일(20)을 보다 소형화할 수 있으며 동손을 작게 할 수 있다.
·제1 실시형태에서는 제거 대상 주파수로서 6 MHz와 13.5 MHz를 예시했으나, 제거 대상 주파수로서 선택되는 주파수는 이 주파수에 한정되지 않는다. 각 실시형태에 따른 로우 패스 필터(10)의 제거 대상 주파수의 하한으로서는 100 kHz가 바람직하다. 또한 제거 대상 주파수의 상한으로서는 20 MHz가 바람직하다. 이것은 제1 실시형태에 도시한 바와 같이, 제거 대상 주파수가 커질수록 코일(20)이 소형화되고 발열 문제가 작아짐으로 인해 냉각 부재(40)에 의해 코일(20)의 열을 제거할 필요가 작아지기 때문이다.
·실시형태에서는 냉각 부재(40)의 표리 각각에 코일(20)을 맞닿게 했으나, 표리 중 어느 1면에만 코일 및 콘덴서(30)를 배치해도 된다.
·실시형태에서는 냉각 부재(40)에 복수의 코일(20)을 맞닿게 했으나, 1개의 코일(20)만을 맞닿게 해도 된다.
·실시형태에서는 제거 대상 주파수가 1개인 경우를 예시했으나, 제거 대상 주파수가 복수 있는 경우에 대해서도 동일하게 적용 가능하다. 예컨대, 수 MHz의 노이즈와 수백 kHz의 노이즈를 제거할 필요가 있는 경우에는 각각의 노이즈의 주파수를 제거 대상 주파수로 하여, 코일(20)의 권수, 내경 및 절연 부재(23)의 두께를 설계하면 된다.
·실시형태에서는 냉각 부재(40)에 배치된 유로에 물을 유입시키도록 했으나, 물 이외의 액체나 공기 등의 기체를 냉매로 하여 유입시켜도 된다.
·실시형태에서는 냉각 부재(40)에 물을 유입시키는 유로를 배치하도록 했으나, 유로를 배치하지 않아도 된다.
·제2 실시형태에서는 콘덴서(30)를 2개 병렬로 접속하도록 했으나, 3개 이상 병렬로 접속해도 된다.
·로우 패스 필터(10)를 구성하는 각 부재의 재료는 실시형태에서 도시한 것에 한정되지 않으며, 변경이 가능하다.
본 개시는 실시형태에 준거하여 기술되었으나, 본 개시는 해당 실시형태나 구조에 한정되는 것이 아닌 것으로 이해된다. 본 개시는 다양한 변형예나 균등 범위 내의 변형도 포함한다. 아울러 다양한 조합이나 형태, 나아가서 그들에 하나의 요소만, 그 이상 혹은 그 이하를 포함하는 다른 조합이나 형태도 본 개시의 범주나 사상 범위에 들어가는 것이다.
10 : 로우 패스 필터 20 : 코일
20a : 소정 축선 22 : 도체
23 : 절연 부재 25 : 세라믹층
30 : 콘덴서 33 : 접지 부위
40 : 냉각 부재

Claims (13)

  1. 띠형상의 도체가 소정 축선 둘레에 복수회 감겨진 코일과,
    한쪽의 단자가 상기 도체에 접속되고 다른 쪽의 단자가 접지 부위에 접속되는 콘덴서와,
    상기 코일의 상기 소정 축선방향의 끝면 측에 맞닿는 냉각 부재를 구비하는 로우 패스 필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코일은 상기 도체, 절연 부재, 접착부재의 순서로 적층된 적층체가 상기 소정 축선 둘레에 복수회 감겨진 로우 패스 필터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 코일의 임피던스와 주파수의 관계를 도시하는 주파수 특성이 상기 코일의 권수, 상기 도체의 폭 및 상기 절연 부재의 두께에 의해 조정되는 로우 패스 필터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제거 대상의 노이즈의 주파수가 제거 대상 주파수로서 미리 정해지고,
    상기 코일의 임피던스가 최대가 되는 주파수가 상기 제거 대상 주파수로부터 소정 주파수만큼 어긋난 로우 패스 필터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 코일의 임피던스가 최대가 되는 주파수는 상기 제거 대상 주파수보다 상기 소정 주파수만큼 큰 로우 패스 필터.
  6. 제4항에 있어서, 상기 코일의 임피던스가 최대가 되는 주파수는 상기 제거 대상 주파수보다 상기 소정 주파수만큼 작은 로우 패스 필터.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제거 대상 주파수는 100 kHz∼20 MHz인 로우 패스 필터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘덴서를 복수 구비하고,
    복수의 상기 콘덴서가 병렬로 접속된 로우 패스 필터.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일은 상기 소정 축선방향의 끝면에 표면이 평탄한 세라믹층을 가지며,
    상기 세라믹층의 상기 표면 측이 상기 냉각 부재에 맞닿는 로우 패스 필터.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 부재는 내부에 유로가 배치된 로우 패스 필터.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일을 복수 구비하고,
    하나의 상기 냉각 부재에 복수의 상기 코일이 맞닿는 로우 패스 필터.
  12. 제11항에 있어서, 상기 냉각 부재의 형상은 판형상이며, 그 표리 각각에 적어도 하나의 상기 코일이 맞닿는 로우 패스 필터.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일은 상기 띠형상의 도체가 적층되도록 복수회 감겨져서 통형상으로 형성된 로우 패스 필터.
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