JP7270122B2 - コモンモードチョークコイル - Google Patents

Description

本発明は、コアとワイヤとを備えたコモンモードチョークコイルに関し、特にノイズを除去するコモンモードフィルタに用いて好適なコモンモードチョークコイルに関する。

近年自動車市場における電子化の動きは目覚ましく、１台あたりに搭載される電気機器の数はますます増加してきている。これらの通信に車載ＬＡＮが用いられ、大量の情報を伝達するために、高速化、通信品質の高信頼性が要求される。このため不要輻射ノイズ対策や高周波信号のコモンモードノイズ対策が必要となり、巻線型コモンモードチョークコイルが多く用いられている。

このような従来技術のコモンモードチョークコイルは、巻芯の両側に鍔部が形成されたフェライト磁性コアと、磁性コアの巻芯にバイファイラ巻等によって数ターン～数十ターン巻回された複数の絶縁被膜銅線からなるワイヤと、磁性コアとほぼ同じ透磁率を有し磁性コアの両方の鍔部間を接着剤により接合した磁性板とによって構成されている。磁性コアおよび磁性板はフェライト粉末に結合剤を混ぜてプレス成型し、これを焼成することによって得られる。さらに、両方の鍔部または一方の鍔部には複数の電極が形成され、ワイヤの巻始めの端部と巻終りの端部はこれらの電極に対してそれぞれ半田付け、熱圧着等によって導電接続されている。そして、このようなコモンモードチョークコイルでは、コアの巻芯に巻回するワイヤの巻回回数を適宜設定することによって所望のインピーダンス値を得ていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例として、特許文献１および特許文献２が知られている。

特開２００３－１６８６１１号公報 特開２０１４－７５５３３号公報

従来多く用いられてきたＣＡＮ通信では通常のコモンモードチョークコイルで問題なかったが、さらに高速の車載Ｅｔｈｅｒｎｅｔ通信では、モード変換特性の抑制等さらに高度な性能が要求されるようになる。一般的には、特許文献１のように、一対の巻線を密着させて並走させるように磁性コアの巻芯に巻回していく構成であり、２線は各々の接点で皮膜の浮遊容量を介して電気的に接続されている。浮遊容量成分は交流信号が高周波になるにつれてインピーダンスが低下していくため、２線の各々の接点において交流信号が漏れる現象が発生する。この交流信号において、第１巻線側から第２巻線側へ流れる信号と、第２巻線側から第１巻線側へ流れる信号をお互いにキャンセルすることができれば、良好なモード変換特性を得ることができる。２線において被膜を介して漏れる交流信号をキャンセルするためには、２線の各接点におけるインピーダンスを平衡状態とすることが有効である。例えば、２線が継線部も含めて全領域で同じ軌跡を描いて巻回できれば、２線のインピーダンスはほぼ平衡状態とみなせるため、モード変換特性は大きく低減されるはずである。しかしながら、２線の巻線端末部の継線位置は物理的に離れているため、厳密には２線が全く同じ軌跡を描くことはなく、モード変換特性低減の妨げとなっている。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ通信向けの製品としては、例えば特許文献２のように巻線領域を複数領域
に区分することで各線の浮遊容量をコントロールしてモード変換特性を低減する方法が用いられているが、巻線領域を区分するためのスペースを必要とするため、インダクタンスの劣化に繋がる。

本発明はこの課題に対して、巻芯部及びこの巻芯部の両端部に設けられた第１の鍔部および第２の鍔部からなる磁性コアと、巻芯部には第１巻線が直接巻回され、第２巻線が主として第１巻線上に巻回され、第１巻線の端末部は第１の鍔部に設けられた第１の外部電極と第２の鍔部に設けられた第２の外部電極に継線され、第２巻線の端末部は第１の鍔部に設けられた第３の外部電極と第２の鍔部に設けられた第４の外部電極に継線され、第１の鍔部と第２の鍔部とにまたがるように磁性板が接着され、第１巻線および第２巻線から巻線引き出し部を介して側面部分で継線されたコモンモードチョークコイルであって、巻芯部の断面は矩形状であり、第１巻線および第２巻線の巻線引き出し部から巻芯部に到達したところをそれぞれ１ターンとカウントし、巻芯部の各面に沿って巻回が進む毎にそれぞれ第１辺、第２辺、第３辺、第４辺とし、第１巻線の第１辺に相当する巻芯部の面を第１面、第１巻線の第２辺に相当する巻芯部の面を第２面、第１巻線の第３辺に相当する巻芯部の面を第３面、第１巻線の第４辺に相当する巻芯部の面を第４面としたとき、第３面では第２巻線のｎターン第１辺は第１巻線のｎターン第３辺と第１巻線のｎ＋１ターン第３辺との間の谷間上に配置され、第１面では第２巻線のｎターン第３辺は第１巻線のｎターン第１辺と第１巻線のｎ＋１ターン第１辺との間の谷間上に配置され、第２面および第４面では第２巻線は第１巻線とクロスするように巻回されているように構成したものである。

以上のように構成することにより、第１巻線と第２巻線とが物理的に異なる軌跡を描いたとしても、第１巻線と第２巻線全体のインピーダンスをほぼ平衡状態とすることができ、モード変換を抑制することができ、各ターンでインダクタンスが劣化するようなスペースを必要としないため高インダクタンスにすることができる。

本発明の一実施の形態におけるコモンモードチョークコイルの分解斜視図 本発明の一実施の形態におけるコモンモードチョークコイルの磁性コアの部分を第１の方向から見たときの、巻芯部より手前に巻回される第１巻線と第２巻線を示した模式図 本発明の一実施の形態におけるコモンモードチョークコイルの磁性コアの部分を第２の方向から見たときの、巻芯部より手前に巻回される第１巻線と第２巻線を示した模式図 本発明の一実施の形態におけるコモンモードチョークコイルの磁性コアの部分を第３の方向から見たときの、巻芯部より手前に巻回される第１巻線と第２巻線を示した模式図 本発明の一実施の形態におけるコモンモードチョークコイルの磁性コアの部分を第４の方向から見たときの、巻芯部より手前に巻回される第１巻線と第２巻線を示した模式図 本発明の一実施の形態におけるコモンモードチョークコイルの磁性コアの部分を第５の方向から見たときの巻芯部に巻回される第１巻線の軌跡の一部を示した模式図 本発明の一実施の形態におけるコモンモードチョークコイルの磁性コアの部分を第５の方向から見たときの巻芯部に巻回される第２巻線の軌跡の一部を示した模式図

以下、本発明の一実施の形態におけるコモンモードチョークコイルについて、図面を参
照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態におけるコモンモードチョークコイルの分解斜視図である。磁性コア１４は巻芯部１１及びこの巻芯部１１の両端部に設けられた第１の鍔部１２および第２の鍔部１３からなり、この巻芯部１１に絶縁被覆された１対の導線が巻回されることによって巻線を構成している。巻線は第１巻線１５と第２巻線１６で構成され、第１巻線１５は巻芯部１１に直接巻回され、第２巻線１６は主として第１巻線１５上に巻回されている。第１巻線１５の端末部は第１の鍔部１２に設けられた第１の外部電極１７と第２の鍔部１３に設けられた第２の外部電極１８に継線され、第２巻線１６の端末部は第１の鍔部１２に設けられた第３の外部電極１９と第２の鍔部１３に設けられた第４の外部電極２０に継線され、第１の鍔部１２と第２の鍔部１３とにまたがるように磁性板２２が接着されている。第１の外部電極１７、第２の外部電極１８、第３の外部電極１９、および第４の外部電極２０は鍔部に接着して設けられ、巻線の端部とはコモンモードチョークコイルの側面部分で継線されている。

このコモンモードチョークコイルの大きさは、長さ（巻芯方向）約３．２ｍｍ、幅約２．５ｍｍ、高さ約２．２ｍｍとなっている。磁性板２２の厚さは約０．６ｍｍとなっている。さらに巻線は直径約０．０５ｍｍの絶縁被覆導線を用いている。

第１の鍔部１２および第２の鍔部１３はそれぞれ幅約２．５ｍｍ、高さ約１．６ｍｍ、厚さ約０．７ｍｍとなっている。

巻芯部１１は幅約１．０ｍｍ、高さ約１．０ｍｍ、長さ約１．６ｍｍとなっている。

図２はこのコモンモードチョークコイルの磁性コア１４の部分を第１の方向から見たときの、巻芯部１１より手前に巻回される第１巻線１５と第２巻線１６を模式的に示した図である。破線は第１巻線１５の巻回位置、実線は第２巻線１６の巻回位置を示している。

図３は同様にこのコモンモードチョークコイルの磁性コア１４の部分を第２の方向から見たときの、巻芯部１１より手前に巻回される第１巻線１５と第２巻線１６を模式的に示した図である。

図４は同様にこのコモンモードチョークコイルの磁性コア１４の部分を第３の方向から見たときの、巻芯部１１より手前に巻回される第１巻線１５と第２巻線１６を模式的に示した図である。図４は巻回位置を図２、図３、図５に対応させるために上下反転している。破線は第１巻線の巻回位置、実線は第２巻線の巻回位置を示している。

図５は同様にこのコモンモードチョークコイルの磁性コア１４の部分を第４の方向から見たときの、巻芯部１１より手前に巻回される第１巻線１５と第２巻線１６を模式的に示した図である。

なお図３および図５の一点鎖線は第１巻線１５および第２巻線１６の巻線引き出し部における巻芯部および第１巻線、第２巻線に隠れる部分を簡略的に示したものである。

第１巻線１５は、第１の外部電極１７に継線され、巻線引き出し部２１ａから巻芯部１１に巻回され、巻線引き出し部２１ｂから第２の外部電極１８に継線される。図２、３、４、５に示す丸数字は第１巻線１５と第２巻線１６のターン数を示している。

図６はコモンモードチョークコイルの鍔部の部分を第５の方向から見たときに、第１巻線１５が第１の外部電極１７から巻芯部１１に引き出され、正方形型の巻芯部１１に巻回
される軌跡を示した模式図である。図６の一点鎖線は第１巻線１５を巻回する際の軌跡を示している。第１巻線１５は巻線引き出し部２１ａと巻芯部１１との接続点から１ターンとカウントし、巻芯部１１の各面に沿って巻回が進む毎にそれぞれ第１辺、第２辺、第３辺、第４辺とし、第１辺、第２辺、第３辺、第４辺を通って巻芯部１１の外周を１周したところで２ターン目とカウントする。以後、同様に第１辺、第２辺、第３辺、第４辺を通って１周する毎に１ターン加算する。

第２巻線１６は、第３の外部電極１９に継線され、巻線引き出し部２１ｃから巻芯部１１に巻回され、巻線引き出し部２１ｄから第４の外部電極２０に継線される。ただし、厳密には第２巻線１６はすでに巻回されている第１巻線１５上に配置されることとなり、第１巻線１５の各ターンが接触する谷間上に第２巻線１６が配置されることとなる。

図７も同様にコモンモードチョークコイルの鍔部の部分を第５の方向から見たときに、第２巻線１６が第３の外部電極１９から巻芯部１１に引き出され、正方形型の巻芯部に巻回される巻回される軌跡の一部を示した模式図である。図６および図７に示すように、第１巻線１５と第２巻線１６は巻芯部１１に対して対角の位置（１／２ターンずれた位置）から巻回開始されることとなる。

第１巻線１５の第１辺に相当する巻芯部１１の面を第１面２３、第１巻線１５の第２辺に相当する巻芯部１１の面を第２面２４、第１巻線１５の第３辺に相当する巻芯部１１の面を第３面２５、第１巻線１５の第４辺に相当する巻芯部１１の面を第４面２６としたとき、第３面２５では第２巻線１６のｎターン第１辺は第１巻線１５のｎターン第３辺とｎ＋１ターン第３辺との間の谷間上に配置され（図３参照）、第１面２３では第２巻線１６のｎターン第３辺は第１巻線１５のｎターン第１辺とｎ＋１ターン第１辺との間の谷間上に配置される（図５参照）。

第２面２４では第１巻線１５のｎ＋１ターン第２辺と第２巻線１６のｎターン第４辺とがクロスし（図２参照）、第４面２６では第１巻線１５のｎターン第４辺と第２巻線１６のｎターン第２辺とがクロスしている（図４参照）。

以上のように構成することにより、第１巻線１５と第２巻線１６における１／２ターン分のインピーダンスのズレが１ターン巻回する間に実質的にゼロになり、各ターンで第１巻線１５と第２巻線１６とがほぼ平衡状態になる。これによってモード変換特性が抑制される。

なお、上記実施の形態では巻芯部の断面を正方形にしているが、長方形であっても良い。

また、第１巻線と第２巻線の配置が実質的に同じであれば、第１巻線および第２巻線の巻回の回転方向が上記実施形態と逆回転となっても構わない。

なお、第２図では第２巻線１６の最終ターンは巻芯部１１に直接巻回されているが、第１巻線１５の最終ターンと第２の鍔部１３との間に巻回させたものでも良い。また第２の鍔部１３と第２巻線１６の最終ターンの１ターン前の巻線との間に巻回されたものでも良い。このように、巻回されている他のターンで第１巻線１５と第２巻線１６の配置が実質的に図２から図５に示すような位置と同じであれば、第１巻線１５と第２巻線１６のインピーダンスの平衡状態は特性に影響を及ぼすほどに変化しないため、第２巻線１６の最終ターンに限っては上述の巻回位置とならなくても構わない。

本発明に係るコモンモードチョークコイルは、一対の巻線のインピーダンスを電気的に平衡状態に近づけることで、モード変換特性に優れ、高インダクタンスなコモンモードチョークコイルを得ることができ、産業上有用である。

１１ 巻芯部
１２ 第１の鍔部
１３ 第２の鍔部
１４ 磁性コア
１５ 第１巻線
１６ 第２巻線
１７ 第１の外部電極
１８ 第２の外部電極
１９ 第３の外部電極
２０ 第４の外部電極
２１ａ 巻線引き出し部
２１ｂ 巻線引き出し部
２１ｃ 巻線引き出し部
２１ｄ 巻線引き出し部
２２ 磁性板
２３ 第１面
２４ 第２面
２５ 第３面
２６ 第４面

Claims (2)

1. 巻芯部及びこの巻芯部の両端部に設けられた第１の鍔部および第２の鍔部からなる磁性コアと、前記巻芯部には第１巻線が前記巻芯部に直接巻回され、第２巻線が主として前記第１巻線上に巻回され、前記第１巻線の端末部は前記第１の鍔部に設けられた第１の外部電極と前記第２の鍔部に設けられた第２の外部電極に継線され、前記第２巻線の端末部は前記第１の鍔部に設けられた第３の外部電極と前記第２の鍔部に設けられた第４の外部電極に継線され、前記第１巻線および前記第２巻線から巻線引き出し部を介して側面部分で継線され、前記第１の鍔部と前記第２の鍔部とにまたがるように磁性板が接着されたコモンモードチョークコイルであって、前記巻芯部の断面は矩形状であり、前記第１巻線および前記第２巻線の前記巻線引き出し部から前記巻芯部に到達したところをそれぞれ１ターンとカウントし、前記巻芯部の各面に沿って巻回が進む毎にそれぞれ第１辺、第２辺、第３辺、第４辺とし、前記第１巻線の第１辺に相当する前記巻芯部の面を第１面、前記第１巻線の第２辺に相当する前記巻芯部の面を第２面、前記第１巻線の第３辺に相当する前記巻芯部の面を第３面、前記第１巻線の第４辺に相当する前記巻芯部の面を第４面としたとき、前記第３面では前記第２巻線のｎターン第１辺は前記第１巻線のｎターン第３辺と前記第１巻線のｎ＋１ターン第３辺との間の谷間上に配置され、前記第１面では前記第２巻線のｎターン第３辺は前記第１巻線のｎターン第１辺と前記第１巻線のｎ＋１ターン第１辺との間の谷間上に配置され、前記第２面および前記第４面では前記第２巻線は前記第１巻線とクロスするように巻回されているコモンモードチョークコイル。
2. 前記第２面では前記第１巻線のｎ＋１ターン第２辺と前記第２巻線のｎターン第４辺とがクロスし、前記第４面では前記第１巻線のｎターン第４辺と前記第２巻線のｎターン第２辺とがクロスしている請求項１記載のコモンモードチョークコイル。

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