JP2007194565A - チョークコイル及びノイズフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】二つのチョークコイルと二つのコンデンサとを含む４次ノイズフィルタは部品点数が多く、しかも搭載スペースが大きかった。
【解決手段】チョークコイルは第１コア部２３と第２コア部３１とが一体に形成され一部３０を共有しているコア２２と、第１コア部に第１コイル４０が装着されて成る第１チョークコイル６０と、第２コア部に第２コイル５０が装着されて成る第２チョークコイル６２と、第１チョークコイルの第１コア部を固定するホルダ６５と、から成る。第１コア部と第２コア部が一体であるため、各コア間に空間を設けることが不要であり、かつ、ホルダも１ヶでコアを固定可能である。また、第２チョークコイルは１ターンで貫通したバスバーで構成し、第２コアのギャップ部を挿入孔として使用できる。以上よりチョークコイルの構造の簡素化、小型化が可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は電源ライン等に挿入されるチョークコイル、及びこのチョークコイルを含むノイズフィルタに関する。

電源ライン等に、スイッチング素子を含む機器（例えば電力変換器）が挿入されている場合、スイッチング時にノイズが発生する。このノイズが電源ラインもしくは周辺に配置された機器に悪影響を及ぼす。ノイズを除去するために種々のノイズフィルタが使用されており、その一種にチョークコイルとコンデンサとを含むノイズフィルタがある。

たとえば従来のコンバータ用平滑回路（特許文献１参照）は、二つのノイズ除去用チョークコイルと二つのコンデンサとを含む４次フィルタを採用している。二つのチョークコイルが直列に挿入され、各チョークコイルの一端にコンデンサが挿入されている。
特開２００１−２９８９４８号公報

４次フィルタは、一つのチョークコイルと一つのコンデンサとを含む２次フィルタに比べて、ノイズ除去特性は優れている。しかし、二つのチョークコイルを収容固定するために二つのホルダを別々に設けると、その分部品点数が増加する。また、二つのチョークコイル間に空間が存在し、フィルタを搭載するスペースが大きくなる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ホルダ、コイル及びコアの構造が簡素化でき、収納するスペースも小さくできるチョークコイル、及びこのチョークコイルを含むノイズフィルタを提供することを目的とする。

本願の発明者は、第１チョークコイルのコアと第２チョークコイルのコアとを一体とし、一部を共用することに着目したものである。なお、説明上では２ヶのチョークコイルを対象としているが、３ヶ以上の複数のチョークコイルにおいても同様である。

（１）本願の第１発明にかかるチョークコイルは、第１コア部に第１コイルが装着されて成る第１チョークコイルと、第２コア部に第２コイルが装着されて成る第２チョークコイルと、から成り、第１コア部と第２コア部は一部が共有しているコア形状である。

請求項２のチョークコイルは、第１コア部と第２コア部との共有部分以外の部分に、第１コア部の第１ギャップ及び第２コア部の第２ギャップが形成されている。請求項３のチョークコイルは、コイルをコアに組付ける際に、コアのギャップ部がコイルの挿入孔を兼ねている。請求項４のチョークコイルはコイルを簡素な１ターンの貫通コイルにて構成している。

（２）第２発明にかかるノイズフィルタは、直列に配置された各チョークコイルと、その各チョークコイルの一端に接続されるコンデンサと、から成り、第１発明で記したチョークコイルを使用したノイズフィルタである。

下記説明において２ヶのチョークコイルを対象としているが、３ヶ以上の複数のチョークコイルにおいても同様な効果がある。

（１）本願の第１発明にかかるチョークコイルによれば、第１コア部と第２コア部とが一体で一部を共有しているので、１つのホルダで第１コア部、第２コア部を固定することが可能であるため、部品点数が減少する。また、第１コア部と第２コア部とが一体なので、第１コア部と第２コア部との間に空間を設けることが不要で、チョークコイルの体格を小さくできる。
請求項２のチョークコイルによれば、第１コア部の第１ギャップ及び第２コア部の第２ギャップが、第１コア部と第２コア部との共有部分以外の部分に形成されている。そのため、第１コア部と第２コア部とが一体であるにも拘わらず、第１コイルの磁束と第２コイルの磁束との相互干渉を防止でき、チョークコイルの電流を平滑する作用を妨げることは無い。

請求項３のチョークコイルによれば、コアのギャップ部がコイルの挿入部を兼ねている。このため、通常は２ヶのコアでコイルを挟み込む構造となるが、ギャップ部を挿入孔として使用することで、１ヶのコアで組付けが可能となり、コア部の構造が簡素化できる。

請求項４のチョークコイルによれば、コイルを1ターンで貫通したバスバーで構成可能である場合、請求項３の効果をより得ることができる。

請求項５は上記のチョークコイルを使用した場合のノイズフィルタである。第２チョークコイルのインダクタンスを小さく設定できる場合には、第２チョークコイルを１ターンの貫通コイルにて構成するのが容易であるため、ノイズフィルタの構造の簡素化が可能となる。

第１発明のチョークコイルは電流のリップルを除いて平滑するものであり、 第１チョークコイルを構成する第１コア、第１コイル、第２チョークコイルを構成する第２コア、第２コイル及びホルダから成る。３ヶ以上のチョークコイルを使用する事も可能であるが、便宜上２ヶのチョークコイルを使用した場合を示す。

（イ）第１コア、第２コア
コアは磁性材料から成り、第１コイルが装着される第１コア部と、第２コイルが装着される第２コア部が一体である。「一体」とは同一材料から同時に形成され、一部を共有し両者間につなぎ目がないとの意味である。

第１コア部、第２コア部も、第１コイル及び第２コイルが発生する磁束が通過する磁束経路中の少なくとも一ケ所にギャップを備えている。第１コア部の第１ギャップ及び第２コア部の第２ギャップは、第１コア部と第２コア部との共有分以外の部分に形成されている。

第１コア部の一部と第２コア部の一部とを共用するため、第１コイルと第２コイルが各々発生する磁束との相互干渉によるトランスとしての結合を防止することが必要である。具体的にトランスとしての結合を防止するとは、第１コイルに印加される電圧により発生する磁束により、第２コイルに電位差が発生することを言う。磁束が干渉すると、所定のチョークコイルの作用が得られ難くなる。そのために、第１コア部の第１ギャップ及び第２コア部の第２ギャップを、共有部分以外の部分に形成している。

（ロ）第１コイル、第２コイル
インダクタンスを大きく設定する必要が有る場合、コア部に装着されるコイルは２ターン以上の巻き数を設定することが望ましいが、インダクタンスを小さく設定できる場合には、略長方形のバスバーで、コア内部を貫通させる1ターンのコイルとして使用可能である。

（ハ）第１チョークコイル、第２チョークコイル
第１チョークコイル及び第２チョークコイルはスイッチング素子を含む機器（例えば電力変換器等）の近くに配置され、これらを流れる電流のリプルを除いて電流を平滑することにより、外部へノイズが放出されることを防止する。一般的に第１チョークコイルは、低周波数のリプルを抑制するためにインダクタンスを大きく設定し、第２チョークコイルは高周波数のリプルを抑制するためインダクタンスを小さく設定することが可能である。

第１チョークコイルにおいて、第１コイルがコイル状の場合、第１コア部は第１コイルを収容するための環状の収容空間を区画すべく中心の柱状部と、上下壁部と、周壁部とを有し、コイルを組付けるべく二つの半片を結合することにより構成でき、２つの半片のあわせ面で中心の柱状部に第１ギャップが形成される。第２チョークコイルにおいて、第２コイルがバスバー状の場合、第２コア部の形状は第２コイルを収容するため、所定深さで所定幅の溝を有したU字構造で構成できる。溝の部分は第２コイルが収納される貫通孔と第２ギャップの両方の機能を有し、かつ、第２コイルを組付ける際に、挿入孔として第２ギャップ部を利用できる。このため、第２コアは、二つの半片が必要となる第１コアと異なり、１つの片で構成が可能である。

（ニ）ホルダ
ホルダは第１チョークコイルの第１コア及び第２チョークコイルの第２コアを機器に固定するものである。なお、本発明では第１コアと第２コアが一体であるため、ホルダは1ヶで固定可能である。

＜ノイズフィルタ＞
第２発明のノイズフィルタは第１発明の第１及び第２チョークコイルと、二つのコンデンサとを含む４次フィルタである。第１チョークコイル及び第２チョークコイルが直列に配置され、第１コンデンサ及び第２コンデンサの一端が各チョークコイルの一端に接続されている。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。

（構成）
図１のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、トランス１０の１次コイル１１と直列にスイッチング素子（トランジスタ）１５が接続され、このスイッチング素子１５は制御回路（不図示）により所定の周波数でオンオフされる。トランス１０の２次コイル１２には整流用第１ダイオード１７及び第２ダイオード１８が接続され、その下流にノイズフィルタ（平滑回路）２０が配置されている。ノイズフィルタ２０は高位ライン２１に挿入された第１チョークコイル６０及び第２チョークコイル６２と、高位ライン２１と低位ライン２２との間に挿入された第１コンデンサ５５及び第２コンデンサ５７とを含む。

図２（ａ）（ｂ）及び（ｃ）にノイズフィルタ２０の詳細を示す。このノイズフィルタ２０は第１チョークコイル６０と第２チョークコイル６２とをから成る。コア２２の第１コア部２３とコイル状の第１コイル４０とで第１チョークコイル６０が形成され、コア２２の第２コア部３１とバスバー状の第２コイル５０とで第２チョークコイル６２が形成されている。コア２２は全体として直方体形状の第１コア部２３と、その一側面から側方に突出したU字形状の第２コア部３１とを含み、第２コア部分３１の付け根３０が共有部分となっている。

図２（ｂ）から分かるように、第１コア部２３は中央の円柱部２４、外周壁部２５、上壁部２６及び底壁部２７で区画される環状のコイル収容空間２８が形成されている。第１コア部２３は上半片３７と下半片３８とを結合して成る。円柱部２４を形成する一対の突起間に第１ギャップ２９が形成されている。下半片３８に上方に開口した環状溝が形成され、上半片３７に下方に開口した環状溝が形成されている。

図２（ｃ）から分かるように、下半片３８から突出した第２コア部３１は突出部３２に所定幅及び所定深さで上方に開口したコイル収容溝３３が形成されている。コイル収容溝の底部３８ａが挿通孔となり、その他の部分３８ｂが第２ギャップ兼挿入孔になっている。

複数のらせんを有し全体としてコイル状の第１コイル４０がコイル収容空間２８に収容されている。第１コイル４０の一端はバスバー４３により整流用第１ダイオード１７及び第２ダイオード１８のカソード側に接続され、他端はバスバー４４により第１コンデンサ５５の一方極板に接続されている。他方極板からはバスバー４６が延びている。

バスバー状の第２コイル５０はコイル収容溝３３の挿通孔３８ａ内に収容されている。一端は第２コンデンサ５７の一方極板から延びたバスバー４７に接続され、他端は上記バスバー４４に接続されている。他方極板からバスバー４８が延びている。

コア２２、第１コイル４０及び第２コイル５０が一つのホルダ６５内に収容されている。図２（ａ）（ｂ）に示すように、ホルダ６５は第１チョークコイル６０を固定するもので、上方片３７の上壁を覆う部分６６ａと、上方片３７及び下方片３８の端壁を覆う部分６６ｂを含む。第２チョークコイルの第２コア部３１は第１コア部２３と一体であるので、上記ホルダ６５で第１コア部２３を固定することにより第２コア部３１も同時に固定される。

（作用）
このＤＣ−ＤＣコンバータにおいてトランジスタ１５がオンしている期間は、トランス１０の１次コイル１１に入力電圧が印加され、２次コイル１２に電圧が誘起される。この誘起電圧は第１ダイオード１７の順方向電圧となり、負荷（不図示）に電流が流れ、第１及び第２チョークコイル６０及び６２にエネルギが蓄えられる。トランジスタ１５がオフすると、１次コイル１１への電力供給が停止し、第１及び第２チョークコイル６０及び６２に蓄えられたエネルギが第２ダイオード１８を通して負荷に流れる。

第１チョークコイル６０ではコイル状の第１コイル４０に電流が流れると図２（ａ）中矢印Ｘで示すように磁束が形成され、その磁束経路中に第１ギャップ２９が存在している。第２チョークコイル６２ではバスバー状の第２コイル５０に電流が流れると図２（ｃ）中矢印Ｙで示すように磁束が形成され、その磁束経路中に第２ギャップ３８ｂが存在している。

（効果）
このチョークコイルによれば以下の効果が得られる。まず、コア２２の第１コア部２３及び第２コア部３１が一体に形成されているので、コア２２を収容固定するホルダ６５が一つで済む。つまり、ホルダ６５で第１コア部２３を固定すれば、第１コア部２３と一体の第２コア部３１もホルダ６５で固定される。また、一体である第１コア部２３と第２コア部３１との間に空間や隙間がないので、コア２２全体の体格は、余分なスペースが無いため小さく構成できる。

更に、第２チョークコイル６２は、バスバー上の第２コイル５０をコイル収容溝３３に挿入するのみで構成可能であるため、簡素な構成で、かつ組付けも容易である。

また、第１コア部２３と第２コア部３１とを一体としたが、第１チョークコイル６０の磁束Ｘと第２チョークコイル６２の磁束Ｙとの干渉の心配はない。これは第１コア部２３の第１ギャップ２９及び第２コア部３１の第２ギャップ３８ｂを、第１コア部２３と第２コア部３１との共有部分３０以外に形成したからである。

本発明の実施例（チョークコイル及びノイズフィルタ）を示す回路図である。 （ａ）は上記チョークコイル及びノイズフィルタの具体的構成を示す正面図、（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である（但し上半片３７は図示省略）。

符号の説明

２０：ノイズフィルタ ２２：コア
２３：第１コア部 ２８：コイル収容空間
３１：第２コア部 ３３：コイル収容溝
４０：第１コイル ５０：第２コイル
５５：第１コンデンサ ５７：第２コンデンサ
６０：第１チョークコイル ６２：第２チョークコイル
６５：ホルダ

Claims (5)

1. コア部にコイルが装着されている２ヶ以上のチョークコイルから成り、該第１コア部と該第２コア部、又は該第２以上のコア部の少なくとも１部以上が共有し、１体に形成されているコアを有するチョークコイル。
2. 前記各コア部の共有部分以外の部分に、各々のギャップが形成されている請求項１に記載のチョークコイル。
3. 前記の各ギャップは前記各コイルに対し、各々のコア部への挿入孔を少なくとも１ヵ所以上兼ねている請求項２に記載のチョークコイル。
4. 前記各コイルは１ターンで各コア部を貫通する構成を少なくとも１ヵ所以上持つ請求項３に記載のチョークコイル。
5. 直列に接続されたチョークコイルと、該チョークコイルの各端部に、一端が接続されたコンデンサと、から成り、
   該各チョークコイルは前記請求項に記載のチョークコイルであるノイズフィルタ。

Images