(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端部にそれぞれ延在部を有した筒部と、この筒部の両端部及び中央部に設けられた鍔部とで構成された非磁性の絶縁体材料からなるボビンと、
前記筒部の外周に前記延在部の外周をも含めて巻回された一対の巻線と、
前記筒部の穴に一辺が挿通された高透磁率材料からなる閉磁路形成の第１磁性体コアと、
前記各延在部に前記筒部の穴とは略平行に設けた穴に挿通された一の磁性体コア片と、この一の磁性体コア片と組み合わされて閉磁路を形成する他の磁性体コア片とで構成された低透磁率材料からなる第２磁性体コアと、
を備えたことを特徴とするチョークコイル。
【請求項２】
前記第２磁性体コアの中脚部の幅が、前記第２磁性体コアの外脚部及び継手部の幅の略２倍であることを特徴とする請求項１記載のチョークコイル。
【請求項３】
前記第１磁性体コアと前記第２磁性体コアの間隔をＡとし、前記第２磁性体コアの外脚部先端から継手部を通って中脚部先端に到る磁路の長さをＢとし、前記第２磁性体コアの比透磁率をμとすると、
Ａ≧Ｂ／２μ
を満足することを特徴とする請求項１記載のチョークコイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョークコイル、特に、電子機器等から発生するノイズや電子機器等に侵入するノイズを除去する際に用いられるチョークコイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
信号ラインや電源ラインのノイズ対策を行なう場合、従来はコモンモードノイズを除去する際にはコモンモードチョークコイルを用い、さらにノーマルモードノイズも除去したい場合にはコモンモードチョークコイルに加えてノーマルモードチョークコイルを別に用いなければならなかった。このため、広い専有面積を必要とすると共に、部品点数が多くなり高コストであった。
【０００３】
そこで、１個のチョークコイルでコモンモードノイズ及びノーマルモードノイズの両者を除去することができるものとして、図９に示すように、中央部に近接した突起６２ａ，６２ｂを設けたロ字形状の磁性体コア６２と、この磁性体コア６２の脚部６２ｃ，６２ｄに巻回された一対の巻線６３，６４とを備えたチョークコイル６１が提案されている。このチョークコイル６１は、突起６２ａ，６２ｂによって漏れ磁束を増やし、ノーマルモードの比較的大きなインダクタンスを得ている。図９において、φ１，φ２はそれぞれ巻線６３，６４にコモンモードノイズ電流が流れた際に発生する磁束を表示し、φ３，φ４はそれぞれ巻線６３，６４にノーマルモードノイズ電流が流れた際に発生する磁束を表示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このチョークコイル６１にあっては、磁性体コア６２内でコモンモードノイズ電流によって発生する磁束φ１，φ２が通る磁路と、ノーマルモードノイズ電流によって発生する磁束φ３，φ４が通る磁路とが一部共通であるため、以下の不具合があった。
【０００５】
（１）低周波領域においてもコモンモードの大きなインダクタンスを維持するには、磁性体コア６２の材料として比透磁率が大きいフェライト等を用いる必要がある。しかし、フェライトは飽和し易いため、ノーマルモードノイズ電流によって発生する磁束φ３，φ４により磁性体コア６２がすぐ飽和する。このため、コモンモードのインダクタンスが低下し、大きな正規信号電流が流れる信号ライン等には使用することができなかった。
【０００６】
（２）逆に、磁性体コア６２の材料として比透磁率が小さいケイ素鋼やダスト等を用いると、磁性体コア６２の飽和は起こりにくくなるが、コモンモードノイズ除去に必要な大きなコモンモードのインダクタンスを得ることができなかった。
そこで、これらの不具合を解決するものとして、ノーマルモードインダクタンス専用のコアとコモンモードインダクタンス専用のコアとを備えたチョークコイルが提案された。しかしながら、このチョークコイルにあっては、ノーマルモードノイズ電流によって発生する磁束が通る磁路と、コモンモードノイズ電流によって発生する磁束が通る磁路とを異ならせるために二つのボビンを備える必要があり、構成部品の数が増えるという不具合があった。また、巻線の巻回領域が、チョークコイル全体のサイズと比較して少なく、大きなインダクタンスを得ようとするとチョークコイルが大型化するという問題もあった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、飽和による特性劣化が少なく、かつ、十分なコモンモード及びノーマルモードのインダクタンスを有した小型のチョークコイルを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段と作用】
以上の目的を達成するため、本発明に係るチョークコイルは、
（ａ）両端部にそれぞれ延在部を有した筒部と、この筒部の両端部及び中央部に設けられた鍔部とで構成された非磁性の絶縁体材料からなるボビンと、
（ｂ）前記筒部の外周に前記延在部の外周をも含めて巻回された一対の巻線と、
（ｃ）前記筒部の穴に一辺が挿通された高透磁率材料からなる閉磁路形成の第１磁性体コアと、
（ｄ）前記各延在部に前記筒部の穴とは略平行に設けた穴に挿通された一の磁性体コア片と、この一の磁性体コア片と組み合わされて閉磁路を形成する他の磁性体コア片とで構成された低透磁率材料からなる第２磁性体コアと、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
以上の構成により、一対の巻線にコモンモードノイズ電流が流れると、コモンモードノイズ電流による磁束が生じる。この磁束は互いに加え合わされて第１磁性体コア内にこの磁束が周回する磁路が形成され、第１磁性体コア内において渦電流損の形で熱エネルギーに変換されて減衰する。これにより、コモンモードノイズ電流が除去される。また、一対の巻線に正規信号電流が流れると、正規信号電流による磁束が生じる。この磁束は第１磁性体コア内において互いに打ち消し合う。従って、このチョークコイルは正規信号電流に対しては第１磁性体コア内に磁路を形成しない。
【００１０】
一方、一対の巻線にノーマルモードノイズ電流が流れると、ノーマルモードノイズ電流による磁束が生じる。この磁束は、第２磁性体コア内を周回し、渦電流損の形で熱エネルギーに変換されて減衰する。これにより、ノーマルモードノイズ電流が除去される。
さらに、本発明に係るチョークコイルは、第２磁性体コアの中脚部の幅が前記第２磁性体コアの外脚部及び継手部の幅の略２倍であることを特徴とする。ノーマルモードノイズ電流によって一対の巻線のそれぞれに発生した磁束が通る磁路は、第２磁性体コアの中脚部を共通とするため、中脚部の幅を他の部分の幅の略２倍に設定することにより、第２磁性体コア内での磁束密度がいずれの部分においても等しい値となる。従って、第２磁性体コア内における局部的飽和がなくなり、ノーマルモードのインダクタンス低下が抑えられる。
【００１１】
また、本発明に係るチョークコイルは、第１磁性体コアと第２磁性体コアの間隔をＡとし、第２磁性体コアの外脚部先端から継手部を通って中脚部先端に到る磁路の長さをＢとし、前記第２磁性体コアの比透磁率をμとすると、Ａ≧Ｂ／２μを満足することを特徴とする。以上の構成により、第１磁性体コアと第２磁性体コア間の磁気抵抗が、第２磁性体コアの外脚部先端から継手部を通って中脚部先端に到る磁路の磁気抵抗より大きくなる。従って、ノーマルモードノイズ電流によって発生した磁束が、第２磁性体コアから第１磁性体コアに漏れる心配がなく、ノーマルモードノイズ電流による磁束が第１磁性体コアを飽和させることがない。この結果、コモンモードのインダクタンス低下が抑えられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るチョークコイルの一実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、チョークコイル１は、概略、ボビン２と、磁性体コア３，４と、一対の巻線５，６を備えている。ボビン２は、手前側に張り出した延在部２１ａ，２１ｂを両端部に有した筒部２１と、この筒部２１の両端部に設けられた鍔部２２，２３と、筒部２１の中央部に設けられた鍔部２４，２５，２６とで構成されている。延在部２１ａ，２１ｂにはそれぞれ穴２８，２９が設けられている。本実施形態の場合、筒部２１の穴２７及び延在部２１ａ，２１ｂの穴２８，２９は横断面が矩形であり、筒部２１は横断面が略矩形であり、さらに鍔部２２〜２６の形状は略矩形である。ただし、必ずしもこれらの形状に限るものではないことは言うまでもない。
【００１３】
筒部２１の外周には巻線５，６が巻回されている。すなわち、巻線５は、筒部２１の右半分（鍔部２２と２６の間）の領域を巻回領域とし、さらに鍔部２４によって第１巻線部５ａと第２巻線部５ｂに分けられている。同様に、巻線６は、筒部２１の左半分（鍔部２３と２６の間）の領域を巻回領域とし、鍔部２５によって第１巻線部６ａと第２巻線部６ｂに分けられている。第１巻線部５ａ，６ａは、筒部２１の延在部２１ａ，２１ｂを有した両端部に巻回されている。こうして、第１巻線部５ａ，６ａが後述の磁性体コア３，４の一辺の周囲に巻き回され、第２巻線部５ｂ，６ｂが磁性体コア３の一辺の周囲に巻き回されることになる。巻線５，６のそれぞれの始端部及び終端部は、ボビン２の底部に植設された四つのピン端子１８に固定され、電気的に接続されている。
【００１４】
ボビン２の材料は、非磁性体が用いられ、例えば、絶縁体材料等が使用される。具体的には、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンサルファィド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等が使用される。筒部２１と鍔部２２〜２６からなる複雑な形状を有するボビン２を、成形が容易な非磁性体材料を使って成形しているため、高度な技術並びに厳密な製造条件の管理が要求される磁性体材料を使って成形する必要がなく、ボビン２の製造が容易になる。
【００１５】
磁性体コア３は、コ字形状磁性体コア片１１，１２を突き合わせて構成したロ字形状のものであり、その一辺を筒部２１の穴２７に挿通している。磁性体コア３の材料は、比透磁率が数千のものが好ましく、具体的にはフェライトやアモルファス等が使用される。
【００１６】
磁性体コア４は、Ｉ字形状磁性体コア片１３とＥ字形状磁性体コア片１４を突き合わせて構成した日字形状のものであり、Ｉ字形状磁性体コア片１３を延在部２１ａ，２１ｂにそれぞれ設けられた穴２８，２９に挿通している。Ｅ字形状磁性体コア片１４は、中脚部１４ａと、外脚部１４ｂ，１４ｃと、これら三つの脚部１４ａ〜１４ｃを接続する継手部１４ｄとで構成されている。中脚部１４ａはボビン２の二つの延在部２１ａ，２１ｂの間に配置され、外脚部１４ｂ，１４ｃはそれぞれ鍔部２２，２３の外側に配置される。Ｅ字形状磁性体コア片１４の外脚部１４ｂ，１４ｃ及び継手部１４ｄの幅Ｗ２は、Ｉ字形状磁性体コア片１３の幅Ｗ２と等しく、かつ、Ｅ字形状磁性体コア片１４の中脚部１４ａの幅Ｗ１の略半分に設定されている。磁性体コア４の材料は、比透磁率が１以上（例えば２〜数十）の磁性体材料が使用される。具体的には、ケイ素鋼やダストやＮｉ−Ｚｎ系やＭｎ−Ｚｎ系のフェライト粉末と樹脂の結合材とを混練したもの等が使用される。なお、比透磁率の大きいフェライトやアモルファス等をこの磁性体コア４として用いる場合は、例えば図６に示すように、Ｅ字形状磁性体コア片１４の中脚部１４ａの長さをやや短くし、Ｉ字形状磁性体コア片１３との間に所定のギャップＧを形成させて、飽和させにくくさせればよい。
【００１７】
また、磁性体コア３と磁性体コア４の間隔をＡとし、Ｅ字形状磁性体コア片１４の外脚部１４ｂ（又は１４ｃ）の先端から継手部１４ｄを通って中脚部１４ａの先端に到る磁路の長さをＢとすると、以下の関係式（１）を満足するように設定されている。
Ａ≧Ｂ／２μ                                ……（１）
ただし、μ：磁性体コア４の比透磁率
これらの部品２〜６は、必要により接着剤やワニス等にて固定される。
【００１８】
以上の構成のチョークコイル１は、磁性体コア３に囲まれた空間領域及び磁性体コア４に囲まれた空間領域に、それぞれ巻線５，６の大きな巻回領域が確保されている。すなわち、磁性体コア３に囲まれた空間領域の右半分が巻線５の巻回領域とされ、左半分が巻線６の巻回領域とされる。そして、磁性体コア４に囲まれた二つの空間領域のうち右側の空間領域が巻線５の第１巻線部５ａの巻回領域とされ、左側の空間領域が巻線６の第１巻線部６ａの巻回領域とされる。従って、チョークコイル１全体に対して巻線５，６の巻回領域が占める割合が大きくなり、チョークコイル１を大型化することなく、大きなノーマルモードのインダクタンスや大きなコモンモードのインダクタンスを得ることができる。また、このチョークコイル１はボビン２が１個であるため、構成部品の数が少なく、巻線５，６のそれぞれの巻回作業も同時に実施でき、作業性が向上する。
【００１９】
図３は、以上の構成からなるチョークコイル１の電気等価回路図である。図３において、ＬＣはコモンモードのインダクタンス成分を表わし、ＬＮはノーマルモードのインダクタンス成分を表わしている。
次に、このチョークコイル１のコモンモードノイズ除去作用について図４（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
【００２０】
図４（ｂ）に示すように、チョークコイル１は電源３０と電子機器等の負荷３１の間に配設された二つの信号線に電気的に接続されている。電源３０とグランド間に浮遊容量Ｃ１が発生し、負荷３１とグランド間に浮遊容量Ｃ２が発生している。二つの信号線をそれぞれ図中矢印方向にコモンモードノイズ電流ｉ１，ｉ２が流れると、図４（ａ）に示すように、巻線５，６に磁束φ１，φ２が生じる。この磁束φ１，φ２は互いに加え合わされて磁性体コア３内を通りながら、漸次減衰する。磁束φ１，φ２は渦電流損等の形で熱エネルギーに変換するからである。これにより、コモンモードノイズ電流ｉ１，ｉ２は低減される。
【００２１】
なお、巻線５，６に正規信号電流ｉＳが流れると、正規信号電流ｉＳによる磁束φ３，φ４が生じる。この磁束φ３，φ４は磁性体コア３内においては方向が逆であり、互いに打ち消し合う。従って、磁性体コア３内に磁束φ３，φ４が通る磁路は形成されず、このチョークコイル１は正規信号電流ｉＳに対しては何も作用しない。
【００２２】
次に、チョークコイル１のノーマルモードノイズ除去について図５（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
図５（ｂ）に示すように、ノーマルモードノイズ電流ｉ３が二つの信号線をそれぞれ図中矢印方向に流れると、図５（ａ）に示すように、巻線５，６に磁束φ５，φ６が生じる。磁束φ５，φ６は、磁性体コア４内にて形成された閉磁路内を周回しながら、渦電流損等の形で熱エネルギーに変換され、漸次減衰する。これにより、ノーマルモードノイズ電流ｉ３は低減される。
【００２３】
このとき、磁束φ５，φ６が通る磁路は、Ｅ字形状磁性体コア片１４の中脚部１４ａを共通部分としている。しかしながら、Ｅ字形状磁性体コア片１４の中脚部１４ａの幅Ｗ２が、外脚部１４ｂ，１４ｃ及び継手部１４ｄの幅Ｗ１並びにＩ字形状磁性体コア片１３の幅Ｗ１の略２倍に設定されているので、磁性体コア４内での磁束密度がいずれの部分においても等しい値とすることができる。従って、磁性体コア４内における局部的飽和がなくなり、ノーマルモードのインダクタンス低下を抑えることができる。
【００２４】
また、このチョークコイル１は、前記関係式（１）の条件を満足しているため、磁性体コア３と磁性体コア４の間の磁気抵抗が、Ｅ字形状磁性体コア片１４の外脚部１４ｂ（又は１４ｃ）の先端から継手部１４ｄを通って中脚部１４ａの先端に到る磁路の磁気抵抗より大きくなる。従って、正規信号電流ｉＳによって磁性体コア４内に発生した磁束φ５，φ６が、磁性体コア４から磁性体コア３に漏れず、磁束φ５，φ６が磁性体コア３を飽和させることがない。この結果、コモンモードのインダクタンスが低下せず、チョークコイル１のコモンモードノイズ電流低減能力を低下させない。
【００２５】
なお、本発明に係るチョークコイルは前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
磁性体コア３，４の形状は仕様に合わせて種々選択される。例えば、磁性体コア３はＥ字形状の磁性体を二つ突き合わせて構成した日字形状の磁性体コアであってもよい。
【００２６】
また、前記実施形態は、巻線５，６をそれぞれ第１巻線部５ａ，６ａと第２巻線部５ｂ，６ｂに分けているが、図７に示すように、第１巻線部５ａ，６ａのみであってもよい。巻線５，６を、第１巻線部５ａ，６ａと第２巻線部５ｂ，６ｂに分けると、図８に示すように、コモンモードのインダクタンス高周波特性が良くなる。図８において、実線４１が図７に示したチョークコイル４０の周波数特性を示すグラフであり、点線４２が図２に示したチョークコイル１の周波数特性を示すグラフである。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、ボビンの筒部の穴に一辺が挿通された高透磁率材料からなる第１磁性体コアと、ボビンの延在部に設けた穴に一辺が挿通された低透磁率材料からなる第２磁性体コアとを備えているので、第１磁性体コア内においてコモンモードノイズ電流を除去することができ、第２磁性体コア内においてノーマルモードノイズ電流を除去することができる。そして、第１磁性体コアに囲まれた領域及び第２磁性体コアに囲まれた領域に、それぞれ巻線の大きな巻線領域を確保することができ、大きなコモンモード及びノーマルモードのインダクタンスを有した小型のチョークコイルを得ることができる。また、このチョークコイルはボビンが１個で済むため、構成部品の数が少なく、一対の巻線のそれぞれの巻回作業も同時に実施でき、作業性が向上する。
【００２８】
また、第２磁性体コアの中脚部の幅を、前記第２磁性体コアの外脚部及び継手部の幅の略２倍に設定することにより、第２磁性体コア内における局部的飽和を防止し、ノーマルモードのインダクタンス低下を抑えることができる。さらに、第１磁性体コアを、前記関係式（１）が満足するように設定することにより、正規信号電流によって発生した磁束が第２磁性体コアから第１磁性体コアに漏れず、コモンモードのインダクタンス低下を抑えることができる。この結果、飽和による特性劣化が少ないチョークコイルが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るチョークコイルの一実施形態を示す分解斜視図。
【図２】図１に示したチョークコイルの外観を示す斜視図。
【図３】図２に示したチョークコイルの電気等価回路図。
【図４】図２に示したチョークコイルによるコモンモードノイズ除去を説明するもので、（ａ）は磁気回路図、（ｂ）は電気回路図。
【図５】図２に示したチョークコイルによるノーマルモードノイズ除去を説明するもので、（ａ）は磁気回路図、（ｂ）は電気回路図。
【図６】図１に示したチョークコイルの変形例を説明するための磁性体コアの正面図。
【図７】他の実施形態を示す斜視図。
【図８】チョークコイルの周波数特性を示すグラフ。
【図９】従来のチョークコイルを示す概略構成図。
【符号の説明】
１…チョークコイル
２…ボビン
３…磁性体コア（第１磁性体コア）
４…磁性体コア（第２磁性体コア）
５，６…巻線
１３…Ｉ字形状磁性体コア片
１４…Ｅ字形状磁性体コア片
１４ａ…中脚部
１４ｂ，１４ｃ…外脚部
１４ｄ…継手部
２１…筒部
２２〜２６…鍔部
２７，２８，２９…穴
【図１】
0003580061.tif 000002
【図２】
0003580061.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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