(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が矩形の２枚のスパイラルコイルと、前記スパイラルコイルの幅以下の短冊状をなし、前記スパイラルコイルとの間で低域通過フィルタを形成するのに必要なキャパシタンスを得るための複数の誘電体チップとを有し、前記２枚のスパイラルコイルにより前記複数の誘電体チップをはさみこみ接合してスパイラルＬＣ複合部材を形成し、
所望の層数の前記スパイラルＬＣ複合部材を絶縁シートを介し積層し、前記スパイラルＬＣ複合部材を構成する一方のスパイラルコイルを該スパイラルコイルの内部端で相互に接続して主回路が所望する電流を通流させる主回路となし、前記スパイラルＬＣ複合部材を構成する他方のスパイラルコイルを該スパイラルコイルの内部端で相互に接続して高周波ノイズに基づく電流を通流させるアース回路となす低域通過ノイズフィルタ回路を形成し、
所望の数の前記ノイズフィルタ回路を、絶縁シートを介して積層して、低域通過ノイズフィルタ回路積層体を形成し、および
前記ノイズフィルタ回路積層体の中心部および外周部において互いに接合されるＥ字形状の磁性体で囲って該ノイズフィルタ回路積層体の周囲に磁気回路を形成し、リアクトルの機能およびコンデンサの機能を有するフィルタ回路を構成したことを特徴とするノイズフィルタ。
【請求項２】
前記スパイラルコイルは所定の厚みに金属板をプレス打抜き加工されたものであることを特徴とする請求項１に記載のノイズフィルタ。
【請求項３】
前記主回路を形成するスパイラルコイルは所定の厚みに金属板をプレス打抜き加工されたものであり、および前記アース回路を形成するスパイラルコイルが、厚さを除いて前記主回路を形成するスパイラルコイルと同一形状であり、所望とする電流を通流させることができる断面積を有した薄肉の金属板をプレス打抜き加工されたものであることを特徴とする請求項１に記載のノイズフィルタ。
【請求項４】
前記主回路を形成するスパイラルコイルは所定の厚みに金属板をプレス打抜き加工されたものであり、および前記アース回路を形成するスパイラルコイルが、前記主回路を形成するスパイラルコイルと同一平面パターンに銅箔をエッチング加工したプリント基板を用いることを特徴とする請求項１に記載のノイズフィルタ。
【請求項５】
前記主回路を形成するスパイラルコイルは所定の厚みに金属板をプレス打抜き加工されたものであり、前記アース回路を形成するスパイラルコイルが、主回路用スパイラルコイルと同一平面パターンの導電ペースト材を絶縁シートに塗工し、および前記アース回路が共振抑制抵抗として機能することを特徴とする請求項１に記載のノイズフィルタ。
【請求項６】
前記短冊状の誘電体チップは前記スパイラルコアと接合される面に予
め導電ペースト材が塗工されており、導電接着材で前記スパイラルコアと接合されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のノイズフィルタ。
【請求項７】
前記短冊状の誘電体チップは前記スパイラルコアと接合される面に予め導電ペースト材が塗工されており、はんだ材で前記スパイラルコアと接合されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のノイズフィルタ。
【請求項８】
前記短冊状の誘電体チップは前記スパイラルコアと接合される面に予め導電ペースト材が塗工されており、樹脂材で前記スパイラルコアと接合されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のノイズフィルタ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のノイズフィルタを、プラスチック製ケースに収め、および樹脂材料を用いて封止して、フィルタユニットとして構成したことを特徴とするノイズフィルタユニット。
【請求項１０】
前記樹脂材料は、無機充填材を所定の割合で充填した高分子樹脂材料からなることを特徴とする請求項９記載のノイズフィルタユニット。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれかに記載のノイズフィルタを、プラスチック製ケースに収め、他の内部領域を前記シリコーンゲルを用いて封止し、および入出力端子が配置される側の領域のみ無機充填材を所定の割合で充填した高分子樹脂材料で封止して、フィルタユニットとして構成したことを特徴とするノイズフィルタユニット。
【請求項１２】
前記樹脂材料は、シリコーンゲルからなり、入出力端子が配置される側の領域に当該端子を固定するためのカバーを設けたことを特徴とする請求項９記載のノイズフィルタユニット。
【請求項１３】
請求項１〜８のいずれかに記載のノイズフィルタまたは請求項９〜１２のいずれかに記載のノイズフィルタユニットを、スイッチ素子を有する電力変換機の入力段および／または出力段に接続し、コモンモードチョークコイルとし、該スイッチ素子のスイッチ動作に伴って発生するスイッチングノイズを濾波することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１４】
請求項１〜８のいずれかに記載のノイズフィルタまたは請求項９〜１２のいずれかに記載のノイズフィルタユニットを、スイッチ素子を有する電力変換機内の回路に接続し、コモンモードチョークコイルとし、該スイッチ素子のスイッチ動作に伴って発生するスイッチングノイズを濾波することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータなどの電力変換器を構成する半導体スイッチ素子のスイッチング動作に伴って発生するスイッチングノイズを濾波する電力変換器用ノイズフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータなどの電力変換器を構成する半導体スイッチ素子のスイッチング動作は、キャリア周波数を数ｋＨｚから十数ｋＨｚ程度としたパルス幅変調（ＰＷＭ）された駆動信号に基づいて行われ、このスイッチング動作により数十ｋＨｚ以上の周波数成分のスイッチングノイズがこの電力変換器から発生する。
【０００３】
近年、上記スイッチングノイズの周波数成分のうち、１００ｋＨｚ以上の成分が外部機器に与える悪影響を抑制するべく、当該する電力変換器に様々の法的規制が敷かれ、これに対応するために電力変換用ノイズフィルタをこの電力変換器に設置している。
【０００４】
従来のこの種の電力変換用ノイズフィルタとしては、フェライト、非晶質合金、結晶合金などからなるコアに電線を巻回してなる単体のリアクトルと、フィルムやチップなどからなる単体のコンデンサとを、例えば逆Ｌ形に接続して該フィルタを構成し、このフィルタにより前記半導体スイッチ素子のスイッチング動作に伴って発生するスイッチングノイズを濾波するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこの種のノイズフィルタとして用いられるリアクトルは一般にトロイダル形状をしており、また、コンデンサはピン挿入型で偏平状、円筒状などの形状をしており、これらを電力変換器用内部のプリント基板上に実装する場合、個々の体積以上の実装空間を必要とするという問題があり、また、このフイルタを個別配線により装着する場合には接続個所が多く、個々の部品の固定方法も複雑になるという問題があった。
【０００６】
この発明の目的は、上記問題点を解決し電力変換器用ノイズフィルタをより小型薄型で低コストに提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の実施の形態は、ノイズフィルタであって、
断面が矩形の２枚のスパイラルコイルと、前記スパイラルコイルの幅以下の短冊状をなし、前記スパイラルコイルとの間で低域通過フィルタを形成するのに必要なキャパシタンスを得るための複数の誘電体チップとを有し、前記２枚のスパイラルコイルにより前記複数の誘電体チップをはさみこみ接合してスパイラルＬＣ複合部材を形成し、
所望の層数の前記スパイラルＬＣ複合部材を絶縁シートを介し積層し、前記スパイラルＬＣ複合部材を構成する一方のスパイラルコイルを該スパイラルコイルの内部端で相互に接続して主回路が所望する電流を通流させる主回路となし、前記スパイラルＬＣ複合部材を構成する他方のスパイラルコイルを該スパイラルコイルの内部端で相互に接続して高周波ノイズに基づく電流を通流させるアース回路となす低域通過ノイズフィルタ回路を形成し、
所望の数の前記ノイズフィルタ回路を、絶縁シートを介して積層して、低域通過ノイズフィルタ回路積層体を形成し、および
前記ノイズフィルタ回路積層体の中心部および外周部において互いに接合されるＥ字形状の磁性体で囲って該ノイズフィルタ回路積層体の周囲に磁気回路を形成し、リアクトルの機能およびコンデンサの機能を有するフィルタ回路を構成したことを特徴とするノイズフィルタである。
【０００８】
本発明の第２の実施の形態は、前記スパイラルコイルは所定の厚みに金属板をプレス打抜き加工されたものであることを特徴とする第１の実施の形態のノイズフィルタである。
【０００９】
本発明の第３の実施の形態は、前記主回路を形成するスパイラルコイルは所定の厚みに金属板をプレス打抜き加工されたものであり、および前記アース回路を形成するスパイラルコイルが、厚さを除いて前記主回路を形成するスパイラルコイルと同一形状であり、所望とする電流を通流させることができる断面積を有した薄肉の金属板をプレス打抜き加工されたものであることを特徴とする第１の実施の形態のノイズフィルタである。
【００１０】
本発明の第４の実施の形態は、前記主回路を形成するスパイラルコイルは所定の厚みに金属板をプレス打抜き加工されたものであり、および前記アース回路を形成するスパイラルコイルが、前記主回路を形成するスパイラルコイルと同一平面パターンに銅箔をエッチング加工したプリント基板を用いることを特徴とする第１の実施の形態のノイズフィルタである。
【００１１】
本発明の第５の実施の形態は、前記主回路を形成するスパイラルコイルは所定の厚みに金属板をプレス打抜き加工されたものであり、前記アース回路を形成するスパイラルコイルが、主回路用スパイラルコイルと同一平面パターンの導電ペースト材を絶縁シートに塗工し、および前記アース回路が共振抑制抵抗として機能することを特徴とする第１の実施の形態のノイズフィルタである。
【００１２】
本発明の第６の実施の形態は、前記短冊状の誘電体チップは前記スパイラルコアと接合される面に予め導電ペースト材が塗工されており、導電接着材で前記スパイラルコアと接合されることを特徴とする第１〜５の実施の形態のいずれかのノイズフィルタである。
【００１３】
本発明の第７の実施の形態は、前記短冊状の誘電体チップは前記スパイラルコアと接合される面に予め導電ペースト材が塗工されており、はんだ材で前記スパイラルコアと接合されることを特徴とする第１〜５の実施の形態のいずれかのノイズフィルタである。
【００１４】
本発明の第８の実施の形態は、前記短冊状の誘電体チップは前記スパイラルコアと接合される面に予め導電ペースト材が塗工されており、樹脂材で前記スパイラルコアと接合されることを特徴とする第１〜５の実施の形態のいずれかのノイズフィルタである。
【００１５】
本発明の第９の実施の形態は、第１〜８の実施の形態のいずれかのノイズフィルタを、プラスチック製ケースに収め、および樹脂材料を用いて封止して、フィルタユニットとして構成したことを特徴とするノイズフィルタユニットである。
【００１６】
本発明の第１０の実施の形態は、前記樹脂材料は、無機充填材を所定の割合で充填した高分子樹脂材料からなることを特徴とする第９の実施の形態のノイズフィルタユニットである。
【００１７】
本発明の第１１の実施の形態は、第１〜８の実施の形態のいずれかのノイズフィルタを、プラスチック製ケースに収め、他の内部領域を前記シリコーンゲルを用いて封止し、および入出力端子が配置される側の領域のみ無機充填材を所定の割合で充填した高分子樹脂材料で封止して、フィルタユニットとして構成したことを特徴とするノイズフィルタユニットである。
【００１８】
本発明の第１２の実施の形態は、前記樹脂材料は、シリコーンゲルからなり、入出力端子が配置される側の領域に当該端子を固定するためのカバーを設けたことを特徴とする第９の実施の形態のノイズフイルタユニットである。
【００１９】
本発明の第１３の実施の形態は、第１〜８の実施の形態のいずれかのノイズフィルタまたは第９〜１２の実施の形態のいずれかのノイズフィルタユニットを、スイッチ素子を有する電力変換機の入力段および／または出力段に接続し、コモンモードチョークコイルとし、該スイッチ素子のスイッチ動作に伴って発生するスイッチングノイズを濾波することを特徴とする電力変換装置である。
【００２０】
本発明の第１４の実施の形態は、第１〜８の実施の形態のいずれかのノイズフィルタまたは第９〜１２の実施の形態のいずれかのノイズフィルタユニットを、スイッチ素子を有する電力変換機内の回路に接続し、コモンモードチョークコイルとし、該スイッチ素子のスイッチ動作に伴って発生するスイッチングノイズを濾波することを特徴とする電力変換装置である。
【００２１】
【発明の実態の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１〜図５は、本発明の第１の実施の形態のノイズフィルタの製造方法を示す図である。図１〜図５では、２つのノイズフィルタ回路を用いる単相用ノイズフィルタを例として説明する。
【００２２】
図１は、第１のスパイラルＬＣ複合部材５０を形成するための工程１を示す図である。ここで、１ａおよび２ａはインダクタの機能を発現するスパイラル（渦巻き状）コイルである。
【００２３】
ここでスパイラルコイル１ａは、主回路（例えば、電力変換機の回路）をなす。したがって、主回路の電流を通流させるために必要な電流容量を有する必要がある。スパイラルコイル１ａは、例えば銅板をプレス打抜き加工により形成することができる。この場合、例えば、電流容量を１Ａ〜１００Ａ程度とするために、必要な断面積は０．１〜１０ｍｍ2であり、好ましくは０．２〜２０ｍｍ2である。スパイラルコイル１ａの厚さは、０．２〜５．０ｍｍ位の範囲で形成することが可能である。
【００２４】
また、スパイラルコイル１ａの外側の端に、外部回路との接続を行なうため、例えばプリント配線板にピン挿入し実装できるように、外部に―定の長さだけ引き出きれた領域１ａｃを形成する。スパイラルコイル１ａの内側の端は、他の主回路をなすスパイラルコイルとの接続に用いられる領域１ａｎである。
【００２５】
次にスパイラルコイル２ａはアース回路をなす。スパイラルコイル２ａは、スパイラルコイル１ａと同一の形状および同一の材質を有してもよい。好ましくは、スパイラルコイル２ａは、スパイラルコイル１ａの平面パターンと同一の平面パターンを有するべきである。スパイラルコイル２ａの断面積は、スパイラルコイル１ａの断面積と同一でもよく、あるいは異なっていてもよい。
【００２６】
ここで、スパイラルコイル２ａの内側の端は、他のアース回路をなすスパイラルコイルとの接続に用いられる領域２ａｎである。
【００２７】
３は誘電体チップである。この誘電体チップ３は、スパイラルコイル１ａおよび２ａと接続されて、コンデンサをなす。誘電体チップ３の材料は、大きな誘電率を有することが好ましく、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3およびジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体のセラミック材がより好ましい。この誘電体チップの厚さは、５０μm〜２ｍｍの範囲内であり、好ましくは１００μｍ〜１ｍｍの範囲内であり、およびより好ましくは０．４〜１ｍｍの範囲内である。また幅はスパイラルコイル１ａの幅と同じかそれ以下とする。さらに長さはスパイラルコイル１ａの一辺の長さ以下とする。
【００２８】
この誘電体チップ３の必要な枚数を、適当な間隔でスパイラルコイル１ａと２ａの間に挟み込み、および接合する。以上により、１層分のインダクタおよびコンデンサの機能をもつ第１のを構成する。
【００２９】
次に図２は、スパイラルＬＣ複合部材５０と同等の機能を有する第２のスパイラルＬＣ複合部材６０の製造する工程２を示した図である。第２のスパイラルＬＣ複合部材６０は、スパイラルＬＣ複合部材の多層化により、インダクタンスＬとキャパシタンスＣを増やすために用いる。
【００３０】
第２のスパイラルＬＣ複合部材６０の構成要素１ｂ、２ｂ、および３は、それぞれ、対応する第１のスパイラルＬＣ複合部材５０の構成要素１ａ、２ａ、および３と同等の材質および形状を有してもよい。第１のスパイラルＬＣ複合部材と同様に、スパイラルコイル１ｂは主回路をなし、およびスパイラルコイル２ｂはアース回路をなす。
【００３１】
スパイラルコイル１ｂは、その外側の端に外部回路との接続を行うための領域１ｂｃを有する。また、スパイラルコイル１ｂの内側の端は、別の主回路をなすスパイラルコイルと接続するための領域１ｂｎである。
【００３２】
また、スパイラルコイル２ｂの一端に、外部回路との接続を行なうため、例えばプリント配線板にピン挿入し実装できるように、外部に一定の長さだけ引き出きれた領域２ｂｃを形成する。さらに、スパイラルコイル２ｂの内側の端は、別のアース回路をなすスパイラルコイルと接続するための領域２ｂｎである。
【００３３】
スパイラルＬＣ複合部材５０と同様に誘電体チップ３を所定の個数、主回路用スパイラルコイル１ｂとアース回路スパイラルコイル２ｂではさみインダクタ兼コンデンサの機能を有するスパイラルＬＣ複合部材６０を形成する。
【００３４】
図３は、スパイラルＬＣ複合部材５０とスパイラルＬＣ複合部材６０を接合し、ノイズフィルタ回路７０を形成するための工程３を示した図である。
【００３５】
スパイラルＬＣ複合部材５０とスパイラルＬＣ複合部材６０は絶縁シート４を介して積層され、両複合部材の内側の各々の端子で接合される。スパイラルＬＣ複合部材５０の主回路用内側端子１ａｎは、スパイラルＬＣ複合部材６０の主回路用内側端子１ｂｎと接合される。接合方法としては段差を補う金属片等を介してはんだ付けで行なう。接合方法として、電気スポット溶接、あるいは圧接を用いることも可能である。
【００３６】
またアース回路の接続は、スパイラルＬＣ複合部材５０のアース回路内側端子２ａｎとスパイラルＬＣ複合部材６０のアース回路内側端子２ｂｎとを接続して行われる。接続方法としては、主回路と接触しないように電線で行なう。
【００３７】
このようにして、必要なインダクタンスＬを得るための巻数を有したコイルと必要なキャパシタンスＣを有するコンデンサとを具えたノイズフィルタ回路７０を形成する。
【００３８】
図４は、ノイズフィルタ回路７１および７２を、絶縁シート４を介して積層してノイズフィルタ回路積層体を形成し、そして磁性体分割コアで挟み込む工程４を示した図である。ノイズフィルタ回路７１および７２は、前記工程１〜３で作成した、２つのノイズフィルタ回路７０を示す。ノイズフィルタ回路積層体（７１、４、および７２の積層体）を磁性体分割コア５ａおよび５ｂで挟みこむことにより、７１および７２内部のスパイラルコイルのインダクタンスが増大する。
【００３９】
磁性体分割コア５ａおよび５ｂは、ノイズフィルタ回路積層体の中心部、およびインダクタ兼コンデンサの外周部において、互いに接合されるＥ字形状の部材である。したがって磁性体分割コア５ａおよび５ｂは、ノイズフィルタ回路積層体の周囲に磁気回路を形成する。また、磁性体分割コア５ａおよび５ｂは、通常の磁性体を用いて形成され、好ましくは鉄を用いて形成される。
【００４０】
ここで、２組のノイズフィルタ回路７０（すなわち７１および７２）、絶縁シート４を介して積層し、磁性体分割コア５ａ，５ｂで挟み込むことにより、単相用のラインフィルタに用いられるコモンモード用リアクトルと接地コンデンサが複合されたフィルタを形成することができる。ここでは上部のノイズフィルタ回路がＵ相となり、下部のノイズフィルタ回路がＶ相となる。したがって、上部ノイズフィルタ回路の主回路用接続部（図３の７０における１ａｃおよび２ａｃに相当）が、それぞれＵ相の入出力端子Ｕ１，Ｕ２となり、アース回路用接続部（図３の７０における２ｂｃに相当）が、アース端子Ｐとなる。同様に、下部ノイズフィルタ回路の入出力端子Ｖ１，Ｖ２およびアース端子Ｐを示した。
【００４１】
なお、図示していないが、３組のノイズフィルタ回路７０を、それぞれ絶縁シートを介して積層して、磁性体分割コアで挟みこめば、３相用のコモンモードリアクトルと接地コンデンサが複合されたラインフィルタを形成することができる。この場合には、３組のノイズフィルタ回路は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相となる。
【００４２】
次に図５は、磁性体分割コア５ａおよび５ｂを固定することにより、本発明の単相用ノイズフィルタ６を完成する工程５を示した図である。ノイズフィルタ６はリアクトルの機能とコンデンサの機能とを有する。磁性体分割コア５ａおよび５ｂは、当該技術において知られている技術を用いて固定することができ、たとえば、溶接を用いて固定することができる。
【００４３】
次に、図６に基づいて、本発明のノイズフィルタの電気的性質について説明する。図６は、図５に示した本発明の単相用ノイズフィルタ６の等価回路図である。図６において、それぞれのノイズフィルタ回路の主回路用スパイラルコイルは所定の長さを有しているので、Ｕ相およびＶ相の入出力端子間、すなわちＵ１−Ｕ２間およびＶ１−Ｖ２間には、微小なインダクタンスが連続的に分布する。同様に、端子Ｐに接続されるアース用スパイラルコイルも微小なインダクタンスが連続的に分布する。また誘電体チップ３は、スパイラルＬＣ複合部材５０および６０（図１および図２参照）の主回路用スパイラルコイルとアース用スパイラルコイルの間に空間的に分布して配置されているので、主回路Ｕ１−Ｕ２およびＶ１−Ｖ２は、一定の間隔で、一定のキャパシタンスを介して、それぞれのアース回路に接続されている。その結果、低域通過フィルタの機能を有する分布定数回路を構成することができる。ここでいう、低域通過フィルタとは、インバータ等の電力変換機器を構成する半導体スイッチ素子のスイッチング動作に伴って発生するスイッチングノイズを濾波するのに必要なカットオフ周波数（例えば１０ｋＨｚ以上）を有するものとする。本発明のノイズフィルタ回路は、たとえば誘電体チップの材質および／または形状を変更して、前記のキャパシタンスおよびインダクタンスを変更することにより、種々のカットオフ周波数を有することができる。本発明のノイズフィルタ回路は、好ましくは１０〜１５０ｋＨｚ、より好ましくは１０〜５０ｋＨｚのカットオフ周波数を有する。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図７に基づいて説明する。
【００４５】
図７は、２組の主回路用スパイラルコイル１ａで誘電体チップ３を挟みこんだものの断面図である。すなわち、アース回路用スパイラルコイル２ａとして、主回路用スパイラルコイル１ａと同じものを使用している。主回路用スパイラルコイルは所定の電流容量を有しており、その電流容量は、コイルを構成する銅等の金属板の厚みを変えてコイルの断面積を変化させることにより、変更できる。スパイラルコイルは、銅などの金属板の打抜きにより形成してもよく、その際の金属板には０．２〜１．０ｍｍ厚の銅板等を用いる。大きな電流容量が必要であり単一のスパイラルコイルを用いたときに電流密度が大きくなりすぎる場合あるいはインダクタンスおよび／またはキャパシタンスを大きくする必要がある場合は、複数のスパイラルコイルを用いることができる。この場合には、同一の形状のスパイラルコイルを必要な枚数積層し、それらを並列に接続して、電流密度を下げること、あるいは必要なインダクタンスおよび／またはキャパシタンスを得ることができる。主回路用スパイラルコイル１ａと同じものをアース回路に用いることにより、別にアース回路用スパイラルコイルを製作する必要を除去することができる。
【００４６】
次に、本発明の第３の実施の形態を、図８に基づいて説明する。
【００４７】
図８は、主回路用スパイラルコイル１ａと、１ａと異なる断面積を有するアース回路用スパイラルコイル２ａとで、誘電体チップ３を挟みこんだノイズフィルタ回路の断面図である。アース回路用スパイラルコイル２ａは、誘電体チップ３を介して流れ込むノイズ成分の電流をアースに導くだけでよいため、その断面積は主回路コイルパターンに比べて小さくすることができる。加えて、主回路用スパイラルコイル１ａとアース回路用スパイラルコイル２ａの厚みが厚くなると、誘電体チップ３に熱応力のための引張力が厚み方向の中央部にかかり、引き裂かれてしまう可能性がある。そこで、アース回路用スパイラルコイル２ａの厚みを必要な厚みだけにし、熱応力のための引張り力が誘電体チップ３の中央部に生じさせないようにすることができる。ただし、アース回路用スパイラルコイル２ａは、誘電体チップ３により構成されるコンデンサのキャパシタンスを考慮すると、その厚さ以外は主回路用スパイラルコイル１ａと同一の形状を有することが好ましい。
【００４８】
次に、本発明の第４の実施の形態を、図９に基づいて説明する。
【００４９】
図９は、アース回路用スパイラルコイルとしてプリント基板を用いたスパイラルＬＣ複合部材５１の模式的な断面図である。アース回路用プリント基板７は銅張積層基板の銅箔を主回路コイルと同様にスパイラル状にエッチング加工し、アース回路用コイル７ａを形成したものである。アース回路用コイル７ａの銅箔は一般的な１８μｍ厚、３５μｍ厚、７０μｍ厚等を用いることができる。その上面に誘電体チップ３を配置し、さらに主回路用スパイラルコイル１ａを積層して、スパイラルＬＣ複合部材５１を形成する。
【００５０】
アース回路用スパイラルコイルにプリント基板を用いることにより、コイル全体の形状保持が容易になる。また、プリント基板は銅板に比べ剛性が小さいので、熱応力のための引張り力が誘電体チップ３の中央部に生じない。さらに、プリント基板の基材はガラスエポキシ等の絶縁体であるので、インダクタンス、キャパシタンスを増すために、複数のスパイラルＬＣ複合部材５１を積層する場合において、絶縁シートを用いることなく、各スパイラルＬＣ複合部材５１間の絶縁を維持することができる。
【００５１】
次に、本発明の第５の実施の形態を、図１０に基づいて説明する。
【００５２】
図１０は、誘電体基板上に導電ペースト材で形成したアース回路用コイルを用いたスパイラルＬＣ複合部材の断面図である。ガラスエポキシ基板等の絶縁シート８上に、導電ペースト材をスパイラル状に塗工し、アース回路用導電ペースト製コイル９を形成する。その上面に誘電体チップ３を配置し、さらに主回路用スパイラルコイル１ａを積層して、スパイラルＬＣ複合部材を形成する。
【００５３】
導電ペースト材には銀粉、銅粉等とバインダーを練り合わしたものが用いられる。導電ペースト材は銅箔等に比ベると抵抗率が高いので、パターンを形成すると１Ω〜１００Ω程度の抵抗が生じる。主回路用スパイラルコイル１ａから誘電体チップ３を介しアース回路用コイルにノイズ電流が流れる時、条件によってはインダクタンスとキャパシタンスによる共振現象が生じて、ノイズ電圧が上昇してしまうことがある。―般にこのような場合には、アース回路用コイルとアース線との間に抵抗器を入れて、この共振現象を抑制する手段がとられるが、本実施の形態の導電ペースト材により形成されたアース回路用コイルならば、コイル自身がある程度の抵抗値を有するため、共振現象を抑制するための抵抗を導入する必要性を除去することができる。
【００５４】
次に、本発明の第６の実施の形態を、図１１に基づいて説明する。
【００５５】
図１１は、上下面に予め導電ペースト材が塗工され電極１０が形成された誘電体チップ３と主回路用スパイラルコイル１ａとアース回路用スパイラルコイル２ａを導電接着材１１で接合した状態の断面図である。この誘電体チップ３のスパイラルコイル１ａおよび２ａとの接合面には、電極が形成されている。その電極は金属、または導電ペーストからなる薄層である。導電ペーストを用いる場合には、例えばＡｇを主成分としたペーストを用いることができ、その形成方法としては導電ペーストをスクリーン印刷により塗布し硬化させることを用いることができる。金属を用いる場合には、銅等のスパッタ法、真空蒸着法、またはめっき法を用いて電極を形成することができる。導電接着材１１を電極１０に塗付後、主回路用スパイラルコイル１ａとアース回路用スパイラルコイル２ａで挟み込み、その後加熱硬化し接着する。このように接合することにより主回路用スパイラルコイル１ａとアース回路用スパイラルコイル２ａ間にキャパシターを形成することができる。
【００５６】
次に、本発明の第７の実施の形態を、図１２に基づいて説明する。
【００５７】
図１２は上下面に予め電極１０が形成された誘電体チップ３と主回路用スパイラルコイル１ａとアース回路用スパイラルコイル２ａをハンダ１２で接合した状態の断面図である。電極１０は、前記の材料を用いて形成することができる。このように接合することにより主回路用スパイラルコイル１ａとアース回路用スパイラルコイル２ａ間にキャパシターを形成することができる。またハンダ材を使うので短時間に接合ができる。
【００５８】
次に、本発明の第８の実施の形態を、図１３に基づいて説明する。
【００５９】
図１３は上下面に予め電極１０が形成された誘電体チップ３と主回路用スパイラルコイル１ａとアース回路用スパイラルコイル２ａを樹脂材１３で接合した状態の断面図である。電極１０は前記の材料を用いて形成することができる。樹脂材１３には液状エポキシ樹脂等が用いられる。樹脂材１３を電極１０に塗付後、主回路用スパイラルコイル１ａとアース回路用スパイラルコイル２ａで挟み込み、その後加熱硬化し接着する。エポキシ樹脂等の樹脂材は絶縁性であるが、電極１０およびスパイラルコイルのそれぞれの表面の微細な凹凸により、それらは接触していると考えている。もし接触していないとしても、樹脂材１３の厚さが１〜２μmであるならば、樹脂材１３がキャパシターの誘電体として機能し、電極１０と主回路用スパイラルコイル１ａおよびアース回路用スパイラルコイル２ａとの間にキャパシターを形成する。上記のいずれかにより、誘電体チップ３とスパイラルコイルのそれぞれとの間に、所定のキャパシタンスを得ることができる。導電性接着材は銀等が用いられて高額であるのに対して、エポキシ樹脂は安価であるので、本実施の形態を用いることによりコスト低減を図ることができる。
【００６０】
次に、本発明の第９の実施の形態を、図１４に基づいて説明する。
【００６１】
図１４は、本発明の単相用ノイズフィルタ６をプラスチックケース１４に収納した場合のノイズフィルタユニットを示す図である。プラスチックケース１４には、絶縁性、堅牢性、耐汚染性などの性質が求められる。プラスチックケース１４の材料としては、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等を用いることができる。プラスチックケースに収納することにより、塵挨等の汚染からの保護および外部回路との絶縁ができる。
【００６２】
次に、本発明の第１０の実施の形態を、図１５に基づいて説明する。
【００６３】
図１５は、本発明の単相用ノイズフィルタ６をプラスチックケース１４に収納し、高分子樹脂材料１５で封止した場合のノイズフィルタユニットを示す断面図である。
【００６４】
プラスチックケース１４の材料は、上述のものを使用することができる。高分子樹脂材料１５として、石英紛やアルミナ紛等の無機充填材を添加したエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。高分子樹脂材料１５を用いて封止することによって、絶縁特性の向上を図るとともに、内部への塵挨等の汚染を保護し、絶縁劣化を防げることができる。
【００６５】
高分子樹脂材料には、熱膨張係数、高い電気絶縁性、高い熱伝導性、および高い機械的強度などの性質が求められる。熱応力による歪みを生じさせないために、高分子樹脂材料１５の熱膨張係数は、磁性体分割コア５ａ、５ｂと同等にすることが必要である。また、通流による発熱をより有効に放散させるために、大きな熱伝達係数を有することが必要であり、高分子樹脂材料１５が充填材を含有することにより達成することができる。
【００６６】
さらに、本実施の形態においては、高い機械的強度を有する高分子樹脂材料１５が、ノイズフィルタ６のリード端子Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｐを固定する。したがって，外力がそれらリ一ド端子Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｐに加わっても、内部のノイズフィルタ６の構成要素（スパイラルコイル等）に外力が加わることを防ぐことができる。
【００６７】
次に、本発明の第１１の実施の形態を、図１６に基づいて説明する。
【００６８】
図１６は、前記ノイズフィルタ６をプラスチックケース１４に収納し、シリコーンゲル１６で開口部付近まで封止し、さらに、そのシリコーンゲル１６の上部に高分子樹脂材１５を封止したノイズフィルタユニットを示す断面図である。プラスチックケース１４および高分子樹脂材１５は、前述したような各種材料を用いることができる。
【００６９】
このようにプラスチックケース１４の内部と表面とで封止する材料を適宜選択することにより、絶縁性の向上が図ることができるとともに、開口部から内部への塵挨等の汚染を防ぎ絶縁劣化を防げることができる。
【００７０】
また、弾力性が小さいシリコーンゲル１６を用いることにより、熱応力による歪みを生じないで、機械的信頼性を得ることができる。高い機械的強度を有する高分子樹脂材料１５が、ノイズフィルタ６のリード端子Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｐを固定する。したがって，外力がそれらリ一ド端子Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｐに加わっても、内部のノイズフィルタ６の構成要素（スパイラルコイル等）に外力が加わることを防ぐことができる。
【００７１】
次に、本発明の第１２の実施の形態を、図１７に基づいて説明する。
【００７２】
図１７は、前記ノイズフィルタ６をプラスチックケース１４に収納し、シリコーンゲル１６で開口部付近まで封止し、開口部を端子固定用カバー１７で覆い、ノイズフィルタ６のリード端子Ｕ１、Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｐを接着材１８で固定したノイズフィルタユニットを示す断面図である。プラスチックケース１４およびシリコーンゲル１６は、前述の各種材料を用いることができる。
【００７３】
このように端子固定用カバー１７および接着材１８を用いて固定したことにより，外力がそれらリード端子Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｐに加わっても、内部のノイズ６に外力が加わることを防ぐことができる。さらに開口部から内部ヘの塵挨等の汚染を防ぎ絶縁劣化を防げることができる。
【００７４】
端子固定用カバー１７の材質は、成形が容易なＰＢＴ、ＰＰＳ等の高分子樹脂材料を用いることができる。
【００７５】
接着材１８は、当該技術において用いられる一般的な絶縁性を有する接着剤を用いることができ、たとえば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、シリコーンゴム等を用いることができる。
【００７６】
次に、本発明の第１３の実施の形態を、図１８〜図２０に基づいて説明する。
【００７７】
図１８は、インバータ等の電力変換機３０の入力段に、本発明のノイズフィルタを設けた場合の回路図である。ここでは、３組（３相分）のノイズフィルタ回路１００，２００，３００を用いる。
【００７８】
前述した図１〜図１７の例では，２組のノイズフィルタ回路を用い、単相用のノイズフイルタ６の構造を示したが、３相用のノイズフィルタとして構成する場合には、図４の工程４において、ノイズフィルタ回路７２の下方にノイズフィルタ回路３００を、絶縁シートを介してさらに実装することによって、簡単に実現することができる。
【００７９】
このように構成されたノイズフイルタ回路１００のリード端子をＵ１，Ｕ２とし、ノイズフイルタ回路２００のリード端子をＶ１，Ｖ２とし、ノイズフイルタ回路３００のリード端子をＷ１，Ｗ２とする。そして、リード端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１を入力導体２１ａ，２１ｂ，２１ｃに接続し、リード端子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２を電力変換機３０に接続する。
【００８０】
このようにして接続することによって、入力導体２１ａ，２１ｂ，２１ｃから電力変換機３０に侵入するノイズを濾波することができるとともに、電力変換機３０内の素子により発生するスイッチングノイズが入力導体２１ａ，２１ｂ，２１ｃに伝導されるのを防止できる。
【００８１】
図１９は、インバータ等の電力変換機３０の出力段に、本発明に係わる３組のリアクトル兼コンデンサ１００，２００，３００を設けた場合の例である。
【００８２】
リード端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１を電力変換機３０に接続し、リード端子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２を出力導体２２ａ，２２ｂ，２２ｃに接続する。
【００８３】
このようにして接続することによって、電力変換機３０内の素子により発生するスイッチングノイズを濾波することができるため、電力変換機３０から出力導体２２ａ，２２ｂ，２２ｃにスイッチングノイズが伝導されるのを防止できる。また、出力導体２２ａ，２２ｂ，２２ｃから電力変換機３０に侵入するノイズを濾波することができる。
【００８４】
図２０は、インバータ等の電力変換機３０の内部に、本発明に２セットのノイズフィルタ回路１００，２００を設けた例である。
【００８５】
電力変換機３０内において、入力側には外部から入力される交流を直流に変換する整流器３１が設けられ、また、出力側には半導体スイッチング素子３２が設けられている。
【００８６】
リード端子Ｕ１，Ｖ１を入力側の整流器３１に接続し、リード端子Ｕ２，Ｖ２を出力側の半導体スイッチング素子３２に接続する。
【００８７】
このようにして接続することによって、入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔから整流器３１を介して半導体スイッチング素子３２に侵入するノイズを濾波することができるとともに、半導体スイッチング素子３２により発生するスイッチングノイズが入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔに伝導されるのを防止できる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成を用いることにより、電力変換機のスイッチングノイズ等のノイズを十分にカットできるとともに、電力変換機に必要な数アンペア以上の電流容量を十分に確保可能なノイズフィルタを提供することができる。
【００８９】
また、本発明によれば、複数個のノイズフィルタ回路をプラスチックケースに収め、隙間を高分子樹脂材料などで封止するようにしたので、簡単な製造工程により製作することが可能であり、これにより、プリント配線板に対して実装し易い構造とすることができるとともに、絶縁性や機械的な信頼性に優れ、小型で安価なノイズフィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のノイズフィルタに用いる、第１のスパイラルＬＣ複合部材の製造法を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のノイズフィルタに用いる、第２のスパイラルＬＣ複合部材の製造法を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のノイズフィルタに用いる、ノイズフィルタ回路の製造法を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態のノイズフィルタに用いる、ノイズフィルタ回路積層体の製造法を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態のノイズフィルタの、ノイズフィルタの完成品の製造法を示す図である。
【図６】本発明のノイズフィルタの等価回路である、ＬＣの分布定数回路とそれによるコモンモードリアクトルを示す回路図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態である、２つの主回路用スパイラルコイルで誘電体チップを挟みこんだスパイラルＬＣ複合部材の断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態である、主回路用スパイラルコイルと薄肉アース回路用スパイラルコイルで誘電体チップを挟みこんだスパイラルＬＣ複合部材の断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態である、主回路用スパイラルコイルとプリント基板コイルで誘電体チップを挟みこんだスパイラルＬＣ複合部材の断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態である、アース回路用コイルとして、絶縁シート上に導電ペーストで形成されたコイルを用いるスパイラルＬＣ複合部材の断面図である。
【図１１】本発明の第６の実施の形態である、電極を塗工した誘電体チップを導電性接着材で主回路コイルとアース回路用コイルを接合したスパイラルＬＣ複合部材の断面図である。
【図１２】本発明の第７の実施の形態である、電極を塗工した誘電体チップをはんだ材で主回路コイルとアース回路用コイルに接合したスパイラルＬＣ複合部材の断面図である。
【図１３】本発明の第８の実施の形態である、電極を塗工した誘電体チップを高分子樹脂材で主回路コイルとアース回路用コイルに接合したスパイラルＬＣ複合部材の断面図である。
【図１４】本発明の第９の実施の形態である、プラスチックケース内にノイズフィルタを収納し、樹脂材料を用いて封止した場合のノイズフィルタユニットを示す斜視図である。
【図１５】本発明の第１０の実施の形態である、プラスチックケース内にノイズフィルタを収納し、無機充填材を含有する樹脂材料を用いて封止したノイズフィルタユニットの構造を示す断面図である。
【図１６】本発明の第１１の実施の形態である、プラスチックケース内にノイズフイルタを収納し、シリコーンゲルを用いて封止した場合のノイズフィルタユニットを示す断面図である。
【図１７】本発明の第１２の実施の形態である、プラスチックケース内にノイズフィルタを収納し、ノイズフィルタを固定するカバーを設けた場合のノイズフィルタユニットを示す断面図である。
【図１８】本発明の第１３の実施の形態である、電力変換器の入力段にノイズフィルタを設置した場合の回路図である。
【図１９】本発明の第１３の実施の形態である、電力変換器の出力段にノイズフィルタを設置した場合の回路図である。
【図２０】本発明の第１４の実施の形態である、電力変換器内部にノイズフィルタを設置した場合の回路図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ  主回路用スパイラルコイル
１ａｃ，１ｂｃ  主回路用外側端子
１ａｎ，１ｂｎ  主回路用内側端子
２ａ，２ｂ  アース回路用スパイラルコイル
２ｂｃ  アース回路用外側端子
２ａｎ，２ｂｎ  アース回路内側端子
３  誘電体チップ
４  絶縁シート
５ａ，５ｂ  磁性体分割コア
６  ノイズフィルタ
７  プリント基板
７ａ  銅箔
８  絶縁シート
９  導電ペースト製コイル
１０  電極
１１  導電接着材
１２  ハンダ
１３  樹脂材
１４  プラスチックケース
１５  高分子樹脂材料
１６  シリコーンゲル
１７  端子固定用カバー
１８  接着材
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ  入力導体
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  出力導体
３０  電力変換機
３１  整流器
３２  半導体スイッチング素子
５０、５１、６０  スパイラルＬＣ複合部材
７０、７１、７２、１００、２００、３００  ノイズフィルタ回路
４００  鉄心
Ｕ１，Ｕ２，Ｗ１  入力端子
Ｖ１，Ｖ２，Ｗ２，Ｕ，Ｖ，Ｗ  出力端子
Ｒ，Ｓ，Ｔ  入力端子
Ｐ  アース端子
【図１】
0003680627.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003680627.tif 000004
【図４】
0003680627.tif 000005
【図５】
0003680627.tif 000006
【図６】
0003680627.tif 000007
【図７】
0003680627.tif 000008
【図８】
0003680627.tif 000009
【図９】
0003680627.tif 000010
【図１０】
0003680627.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0003680627.tif 000015
【図１５】
0003680627.tif 000016
【図１６】
0003680627.tif 000017
【図１７】
0003680627.tif 000018
【図１８】
0003680627.tif 000019
【図１９】
0003680627.tif 000020
【図２０】
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