(57)【要約】【課題】  何ら支障なく共振回路に使用することが可能で、しかも、製品の小型化を図ることが可能なコモンモードノイズフィルタを提供する。【解決手段】  コモンモードノイズフィルタ１１は、コモンモードチョークコイル１２に第１および第２の一対の交差キャパシタＣｃ，Ｃｃが接続されて構成されている。コモンモードチョークコイル１２はコア１２ａに一対の導線１２ｂ，１２ｃが巻かれて構成され、一対のインダクタＬｓ，Ｌｓが形成されている。図で上側の第１の交差キャパシタＣｃは、一方の導線１２ｂによって形成されるインダクタＬｓの入力側と他方の導線１２ｃによって形成されるインダクタＬｓの出力側との間に接続されている。図で下側の第２の交差キャパシタＣｃは、一方の導線１２ｂによって形成されるインダクタＬｓの出力側と他方の導線１２ｃによって形成されるインダクタＬｓの入力側との間に接続されている。【選択図】  図２
2015220476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと一対の導体とで構成されるコモンモードチョークコイルと、
一方の前記導体によって形成されるインダクタの入力側と他方の前記導体によって形成されるインダクタの出力側との間に接続された第１の交差キャパシタと、
一方の前記導体によって形成されるインダクタの出力側と他方の前記導体によって形成されるインダクタの入力側との間に接続された第２の交差キャパシタと
から構成されるコモンモードノイズフィルタ。
【請求項２】
磁束を媒体として送電側から受電側へ送電するワイヤレス給電の共振回路に用いられることを特徴とする請求項１に記載のコモンモードノイズフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コモンモードチョークコイルを備えて構成されるコモンモードノイズフィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コモンモードノイズフィルタとしては、例えば、特許文献１に開示された図１に示されるものがある。
【０００３】
このコモンモードノイズフィルタは、差動信号を伝送する一対の差動線路１，３の入力端子１Ａ，出力端子２Ａ間および入力端子１Ｂ，出力端子２Ｂ間のそれぞれの各区間に、インダクタＬｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３が順に直列接続されている。１区間目のコモンモードフィルタ素子ｃｍｆ１における差動線路１側のインダクタＬｓ１の入力側と差動線路３側のインダクタＬｓ１の出力側との間、および差動線路１側のインダクタＬｓ１の出力側と差動線路３側のインダクタＬｓ１の入力側との間には、交差キャパシタＣｔ１がそれぞれ接続されている。また、両インダクタＬｓ１の入力側と出力側とには、２個のキャパシタ２Ｃａ１の直列回路がそれぞれ接続されており、両キャパシタ２Ｃａ１の接続点Ｐ１とＰ２間に抵抗Ｒｓ１が接続されている。
【０００４】
２区間目のコモンモードフィルタ素子ｃｍｆ２においても１区間目と同様に、差動線路１側のインダクタＬｓ２の入力側と差動線路３側のインダクタＬｓ２の出力側との間、および差動線路１側のインダクタＬｓ２の出力側と差動線路３側のインダクタＬｓ２の入力側との間には、交差キャパシタＣｔ２がそれぞれ接続されている。また、両インダクタＬｓ２の入力側と出力側とには２個のキャパシタ２Ｃａ２の直列回路、両キャパシタ２Ｃａ２の接続点Ｐ３とＰ４間には抵抗Ｒｓ２が接続されている。
【０００５】
３区間目のコモンモードフィルタ素子ｃｍｆ３には、交差キャパシタが無く、両インダクタＬｓ３の入力側と出力側とに２個のキャパシタ２Ｃoの直列回路、両キャパシタ２Ｃoの接続点Ｐ５とＰ６間に抵抗Ｒｓ３が接続されている。
【０００６】
差動線路１側と差動線路３側とで対の各インダクタＬｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３間に結合係数ｋｓ１，ｋｓ２，ｋｓ３の相互誘導をそれぞれもたせると、これら結合係数ｋの値（０＜ｋ＜１）によって回路の群遅延特性が決定される。差動遅延線においては平坦な群遅延特性が望ましいとされる。したがって、結合係数ｋが０に近い（ｋ≒０）特性の遅延線と結合係数ｋが１に近い（ｋ≒１）特性の遅延線とを縦続接続すれば、つまり、結合係数ｋが０に近いインダクタ対を備える区間と結合係数ｋが１に近いインダクタ対を備える区間とを縦続接続すれば、群遅延時間が増加する特性と群遅延時間が減少する特性とで補償して平坦に近い群遅延特性が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−５５５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示されたコモンモードノイズフィルタは、ワイヤレス給電などの共振回路において使用する場合、結合係数ｋ≪１で０に近いインダクタ対を使用するとノーマルモードインダクタンスが大きくなる。このため、ワイヤレス給電等を行う際における共振回路の共振周波数が変動してしまい、共振回路への影響が大きくなって、上記従来のコモンモードノイズフィルタは共振回路に使用することが難しい。
【０００９】
また、上記従来の特許文献１に開示されたコモンモードノイズフィルタは、３区間以上のフィルタ素子を縦続接続する必要があり、多くのキャパシタや抵抗素子を使用する。このため、上記従来のコモンモードノイズフィルタは、製品の小型化を図ることが難しい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
コアと一対の導体とで構成されるコモンモードチョークコイルと、
一方の導体によって形成されるインダクタの入力側と他方の導体によって形成されるインダクタの出力側との間に接続された第１の交差キャパシタと、
一方の導体によって形成されるインダクタの出力側と他方の導体によって形成されるインダクタの入力側との間に接続された第２の交差キャパシタと
から、コモンモードノイズフィルタを構成した。
【００１１】
従来のコモンモードノイズフィルタでは、結合係数ｋが１に近いインダクタ対は単独では使用できず、結合係数ｋが０に近いインダクタ対を縦続接続することで補償していた。しかし、共振回路において使用する場合には平坦な群遅延特性が必要とされないため、結合係数ｋが１に近いインダクタ対を単独で用いることができる。また、コモンモードノイズフィルタをコモンモードチョークコイルで構成する本構成によれば、コモンモードチョークコイルの一対のインダクタ間における相互誘導の結合係数ｋは１に近いので、コモンモードノイズフィルタはノーマルモードのインダクタンス値が小さくなる。このため、本構成のコモンモードノイズフィルタを共振回路に使用する場合、回路作動時の共振周波数はほとんど変動せず、共振回路の共振特性へ与える影響は小さくなる。したがって、本構成のコモンモードノイズフィルタは何ら支障なく共振回路に使用してコモンモードノイズを抑制することができる。
【００１２】
また、本構成によれば、コモンモードノイズフィルタは、１つのコモンモードチョークコイルと２つの交差キャパシタとで構成される。このため、従来のコモンモードノイズフィルタのように、複数のフィルタ素子を縦続接続することで多くのキャパシタや抵抗素子を使用する必要が無いので、製品の小型化を図ることが可能になる。また、コモンモードチョークコイルを用いたコモンモードノイズフィルタにおいて、キャパシタを用いることなく低周波数帯のコモンモードインピーダンスを大きくするには、コモンモードチョークコイルの導体の巻き数を増やすなどする必要がある。しかし、本構成によれば、コモンモードチョークコイルと交差キャパシタとを組み合わせることにより、コモンモードノイズフィルタのコモンモードインピーダンスは低周波数側へシフトする。このため、導体の巻き数を増やすなどしてコモンモードチョークコイルのサイズを大きくすることなく、逆に、コモンモードチョークコイルのサイズを小さくしながら、共振周波数付近における低周波数帯のコモンモードインピーダンスを大きくして、コモンモードノイズを低減させることができる。
【００１３】
また、本構成によれば、コモンモードチョークコイルの入力側と出力側との間に交差キャパシタを挿入することで、コモンモードチョークコイルを構成するインダクタと交差キャパシタとによって並列共振回路が形成される。このため、本構成によっても、コモンモードノイズフィルタのコモンモードインピーダンスは低周波数側へシフトするため、低周波数帯におけるコモンモードノイズの抑制効果が高まる。
【００１４】
また、本構成によれば、コモンモードチョークコイルの一方の導体と他方の導体との間に挿入される交差キャパシタが、アクロスザラインコンデンサとして機能する。このため、高周波数帯におけるノーマルモードノイズの抑制効果が得られる。
【００１５】
また、本発明は、上記のコモンモードノイズフィルタが、磁束を媒体として送電側から受電側へ送電するワイヤレス給電の共振回路に用いられることを特徴とする。
【００１６】
本構成によれば、ワイヤレス給電の共振回路に上記のコモンモードノイズフィルタを使用しても、ワイヤレス給電の国際規格であるＱｉで要求される、共振回路におけるインダクタンス値の許容変動範囲内に、共振回路のインダクタンス値を収めることができる。このため、ワイヤレス給電の共振回路におけるノイズ除去に適したコモンモードノイズフィルタが提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、何ら支障なく共振回路に使用することが可能で、しかも、製品の小型化を図ることが可能なコモンモードノイズフィルタが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来のコモンモードノイズフィルタの構成を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施の形態によるコモンモードノイズフィルタの構成を示す回路図である。
【図３】一実施の形態によるコモンモードノイズフィルタのノーマルモードインダクタンスをシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、一実施の形態によるコモンモードノイズフィルタのノイズ除去効果を確認するシミュレーションで比較対象とした従来のコモンモードノイズフィルタの各構成を示す回路図である。
【図５】（ａ）は、一実施の形態によるコモンモードノイズフィルタのコモンモードノイズの低減効果を示すグラフ、（ｂ）は、ノーマルモードノイズの低減効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明のコモンモードノイズフィルタを実施するための形態について、説明する。
【００２０】
図２は、本発明の一実施の形態によるコモンモードノイズフィルタ１１の回路図である。
【００２１】
コモンモードノイズフィルタ１１は、コモンモードチョークコイル１２に第１および第２の一対の交差キャパシタＣｃ，Ｃｃが接続されて構成されている。コモンモードチョークコイル１２はコア１２ａに一対の導線１２ｂ，１２ｃが巻かれて構成され、一対のインダクタＬｓ，Ｌｓが形成されている。図で上側の第１の交差キャパシタＣｃは、一方の導線１２ｂによって形成されるインダクタＬｓの入力側と他方の導線１２ｃによって形成されるインダクタＬｓの出力側との間に接続されている。図で下側の第２の交差キャパシタＣｃは、一方の導線１２ｂによって形成されるインダクタＬｓの出力側と他方の導線１２ｃによって形成されるインダクタＬｓの入力側との間に接続されている。
【００２２】
図３は、上記の構成をしたコモンモードノイズフィルタ１１のノーマルモードインダクタンスをシミュレーションした結果を示すグラフである。同グラフの横軸は、コモンモードチョークコイル１２に形成されている一対のインダクタＬｓ，Ｌｓ間に生じる相互誘導の結合係数(Coefficient of coupling)ｋを表す。また、同グラフの縦軸は、シミュレーションしたノーマルモードのインダクタンス値を一対のインダクタＬｓ，Ｌｓの合計インダクタンス値２Ｌｓで割って正規化したノーマルモードの正規化インピーダンス(Normalized inductance)の値を表す。このシミュレーションでは、コモンモードチョークコイル１２を構成する各インダクタＬｓのインダクタンス値を１μＨ、各交差キャパシタＣｃの容量値を１０ｐＦとし、結合係数ｋの値を０＜ｋ＜１の範囲で変化させた。
【００２３】
同グラフより、結合係数ｋ＝０．９ではノーマルモードの正規化インピーダンスが０．１と小さいのに対し、結合係数ｋ＝０．５ではノーマルモードの正規化インピーダンスは０．５、結合係数ｋ＝０．１ではノーマルモードの正規化インピーダンスは０．９と大きくなる。
【００２４】
例えば、送電コイルのインダクタンス値が５μＨのワイヤレス給電などの共振回路にコモンモードノイズフィルタ１１を使用する際において、コモンモードチョークコイル１２を構成する１個のインダクタＬｓのインダクタンス値が１μＨで２個の合計インダクタンス値が２μＨである場合、結合係数ｋ＝０．９ではノーマルモードインダクタンスが０．２μＨ（＝０．１×２）となる。したがって、共振回路の総インダクタンスは４％（＝０．２μＨ÷５μＨ×１００）の微増となり、共振回路の共振特性に与える影響はほとんど無い。
【００２５】
しかし、結合係数ｋ＝０．５ではノーマルモードインダクタンスが１μＨ（＝０．５×２）となり、共振回路の総インダクタンスは２０％（＝１μＨ÷５μＨ×１００）の増加、結合係数ｋ＝０．１ではノーマルモードインダクタンスが１．８μＨ（＝０．９×２）となり、共振回路の総インダクタンスは３６％（＝１．８μＨ÷５μＨ×１００）の増加となる。したがって、結合係数ｋ＝０．５やｋ＝０．１≒０では、共振回路の共振特性に与える影響が大きくなり、コモンモードノイズフィルタ１１を共振回路のノイズ対策に用いることはできない。
【００２６】
また、本実施形態のコモンモードノイズフィルタ１１のノイズ除去効果について、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す従来の各コモンモードノイズフィルタ２１，３１，４１、およびキャパシタを用いないで構成した図示しないコモンモードノイズフィルタと比較するシミュレーションを行った。この際、本実施形態のコモンモードノイズフィルタ１１は、結合係数ｋ＝０．９で１個のインダクタＬｓのインダクタンス値が１μＨのコモンモードチョークコイル１２、および容量値１０ｐＦの第１および第２の各交差キャパシタＣｃ，Ｃｃを用いて、構成した。また、キャパシタを用いないコモンモードノイズフィルタは、上記構成のコモンモードチョークコイル１２だけで構成した。
【００２７】
図４（ａ）に示すコモンモードノイズフィルタ２１は、上記構成のコモンモードチョークコイル１２の入力側および出力側の各ライン間に、容量値１０ｐＦのアクロスザラインコンデンサＣｘ，Ｃｘをそれぞれ接続して構成されている。同図（ｂ）に示すコモンモードノイズフィルタ３１は、上記構成のコモンモードチョークコイル１２の入力側のライン間に、容量値１０ｐＦの２個のラインバイパスコンデンサＣｙ，Ｃｙを直列接続し、その接続点を接地して構成されている。同図（ｃ）に示すコモンモードノイズフィルタ４１は、上記構成のコモンモードチョークコイル１２の各インダクタＬｓに並列に、容量値１０ｐＦの並列キャパシタＣｐ，Ｃｐをそれぞれ接続して構成されている。
【００２８】
図５（ａ）はシミュレーションにおけるコモンモードノイズの低減効果を示すグラフであり、同グラフの横軸は周波数[ＭＨｚ]、縦軸はコモンモード通過特性Ｓcc２１[ｄＢ]を表す。また、本実施形態のコモンモードノイズフィルタ１１のコモンモードノイズ低減効果は実線の特性線５１ａで示され、従来のコモンモードノイズフィルタ２１，３１のコモンモードノイズ低減効果はそれぞれ一点鎖線の特性線５２ａ，二点鎖線の特性線５３ａで示される。従来のコモンモードノイズフィルタ４１のコモンモードノイズ低減効果は、本実施形態の実線の特性線５１ａと同じになった。また、コモンモードチョークコイル１２だけで構成したコモンモードノイズフィルタのコモンモードノイズ低減効果は、コモンモードノイズフィルタ２１の一点鎖線の特性線５２ａと同じになった。
【００２９】
同グラフから、実線の特性線５１ａに示されるように、本実施形態のコモンモードノイズフィルタ１１および従来のコモンモードノイズフィルタ４１は、コモンモードチョークコイル１２に交差キャパシタＣｃ，Ｃｃまたは並列キャパシタＣｐ，Ｃｐを接続することで、低周波数帯域のコモンモードノイズ低減効果が高まることが確認される。
【００３０】
図５（ｂ）はシミュレーションにおけるノーマルモードノイズの低減効果を示すグラフであり、同グラフの横軸は周波数[ＭＨｚ]、縦軸はノーマルモード通過特性Ｓ２１[ｄＢ]を表す。また、本実施形態のコモンモードノイズフィルタ１１のノーマルモードノイズ低減効果は実線の特性線５１ｂで示され、従来のコモンモードノイズフィルタ２１，３１，４１のノーマルモードノイズ低減効果はそれぞれ一点鎖線の特性線５２ｂ，二点鎖線の特性線５３ｂ，短い破線の特性線５４ｂで示される。また、コモンモードチョークコイル１２だけで構成したコモンモードノイズフィルタのノーマルモードノイズ低減効果は細くて長い破線の特性線５５ｂで示され、本実施形態の実線の特性線５１ｂとほぼ同じになった。
【００３１】
同グラフから、短い破線の特性線５４ｂに示されるように、コモンモードチョークコイル１２に並列キャパシタＣｐ，Ｃｐを接続した従来のコモンモードノイズフィルタ４１は、高周波数帯域においてノーマルモードのノイズ低減効果が小さくなることが確認される。これに対し、実線の特性線５１ｂに示されるように、コモンモードチョークコイル１２に交差キャパシタＣｃ，Ｃｃを接続した本実施形態のコモンモードノイズフィルタ１１は、上記のように低周波数帯域におけるコモンモードのノイズ低減効果が高まるのに加え、高周波数帯域におけるノーマルモードのノイズ低減効果も高くなることが確認される。
【００３２】
すなわち、図５（ａ），（ｂ）に示す各グラフから、低周波数帯域におけるコモンモードのノイズ低減効果を高め、しかも、高周波数帯域におけるノーマルモードのノイズ低減効果も高くできるのは、本実施形態のコモンモードノイズフィルタ１１に限られ、本実施形態のコモンモードノイズフィルタ１１の優位性を確認することができた。
【００３３】
特許文献１に開示された従来のコモンモードノイズフィルタでは、結合係数ｋが１に近いインダクタ対は単独では使用できず、結合係数ｋが０に近いインダクタ対を縦続接続することで補償していた。しかし、共振回路において使用する場合には平坦な群遅延特性が必要とされないため、結合係数ｋが１に近いインダクタ対を単独で用いることができる。また、コモンモードノイズフィルタ１１をコモンモードチョークコイル１２で構成する本実施形態のコモンモードノイズフィルタ１１によれば、コモンモードチョークコイル１２の一対のインダクタＬｓ，Ｌｓ間における相互誘導の結合係数ｋは１に近いので、コモンモードノイズフィルタ１１はノーマルモードのインダクタンス値が小さくなる。このため、本実施形態によるコモンモードノイズフィルタ１１を共振回路に使用する場合、回路作動時の共振周波数はほとんど変動せず、共振回路の共振特性へ与える影響は小さくなる。したがって、本実施形態によるコモンモードノイズフィルタ１１は何ら支障なく共振回路に使用してコモンモードノイズを抑制することができる。
【００３４】
また、本実施形態によるコモンモードノイズフィルタ１１は、図２に示されるように、１つのコモンモードチョークコイル１２と２つの交差キャパシタＣｃ，Ｃｃとで構成される。このため、特許文献１に開示された図１に示される従来のコモンモードノイズフィルタのように、複数のフィルタ素子を縦続接続することで多くのキャパシタや抵抗素子を使用する必要が無いので、製品の小型化を図ることが可能になる。また、一般的に、コモンモードチョークコイルを用いたコモンモードノイズフィルタにおいて、キャパシタを用いることなく低周波数帯のコモンモードインピーダンスを大きくするには、コモンモードチョークコイルの導線の巻き数を増やすなどする必要がある。しかし、本実施形態によるコモンモードノイズフィルタ１１によれば、コモンモードチョークコイル１２と交差キャパシタＣｃ，Ｃｃとを組み合わせることにより、コモンモードノイズフィルタ１１のコモンモードインピーダンスは図５（ａ）のグラフに示されるように低周波数側へシフトする。このため、導線の巻き数を増やすなどしてコモンモードチョークコイル１２のサイズを大きくすることなく、逆に、コモンモードチョークコイル１２のサイズを小さくしながら、共振周波数付近における低周波数帯のコモンモードインピーダンスを大きくして、コモンモードノイズを低減させることができる。
【００３５】
また、本実施形態によるコモンモードノイズフィルタ１１によれば、コモンモードチョークコイル１２の入力側と出力側との間に交差キャパシタＣｃ，Ｃｃを挿入することで、コモンモードチョークコイル１２を構成するインダクタＬｓ，Ｌｓと交差キャパシタＣｃ，Ｃｃとによって並列共振回路が形成される。このため、本構成によっても、コモンモードノイズフィルタ１１のコモンモードインピーダンスは低周波数側へシフトするため、低周波数帯におけるコモンモードノイズの抑制効果が高まる。
【００３６】
また、本実施形態によるコモンモードノイズフィルタ１１によれば、コモンモードチョークコイル１２の一方の導線１２ｂと他方の導線１２ｃとの間に挿入される交差キャパシタＣｃ，Ｃｃが、アクロスザラインコンデンサとして機能する。このため、図５（ｂ）のグラフに示されるように、高周波数帯におけるノーマルモードノイズの抑制効果が得られる。
【００３７】
なお、コモンモードチョークコイル１２は、本実施形態のように導線１２ｂ，１２ｃをコア１２ａに巻き付けて構成する巻線型に限定される必要は無い。導体でコイルを形成したフィルム間にフェライト板などのコアを挟むことで構成されるフィルムタイプのものであってもよく、この構成によっても上記の実施形態と同様な作用効果が奏される。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本実施形態によるコモンモードノイズフィルタ１１は、磁束を媒体として送電側から受電側へ送電するワイヤレス給電の共振回路に用いると好適である。ワイヤレス給電の共振回路に本実施形態によるコモンモードノイズフィルタ１１を使用しても、ワイヤレス給電の国際規格であるＱｉで要求される、共振回路におけるインダクタンス値の許容変動範囲内に、共振回路のインダクタンス値を収めることができる。このため、ワイヤレス給電の共振回路におけるノイズ除去に適したコモンモードノイズフィルタ１１を簡単に実現することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１１…コモンモードノイズフィルタ
１２…コモンモードチョークコイル
１２ａ…コア
１２ｂ，１２ｃ…導線
Ｌｓ…インダクタ
Ｃｃ…交差キャパシタ
【図１】
2015220476.tif 000003
【図２】
2015220476.tif 000004
【図３】
2015220476.tif 000005
【図４】
2015220476.tif 000006
【図５】
2015220476.tif 000007