(57)【要約】【課題】磁気飽和耐力を向上し、適切にフィルタ減衰特性を確保できるノイズフィルタを提供する。【解決手段】異なる電路に接続され共通の磁路に巻回される複数のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３を備えたものにおいて、前記共通の磁路として、第１の磁束循環磁路Ｍ１と、第１の磁束循環磁路Ｍ１を囲んで配設される第２の磁束循環磁路Ｍ２とを設けるとともに、第１の磁束循環磁路Ｍ１を第２の磁束循環磁路Ｍ２よりも磁気飽和耐力の大きなケイ素鋼板，ダストコア，パーマロイ，Ｎｉ−Ｚｎフェライト等の磁性材料により構成した。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の電路にそれぞれ接続され共通の磁路に巻回される複数のコイル要素からなるチョークコイルを備えたものにおいて、前記共通の磁路として、第１の磁束循環磁路と、前記第１の磁束循環磁路を囲んで配設される第２の磁束循環磁路とを設けるとともに、前記第１の磁束循環磁路を前記第２の磁束循環磁路よりも磁気飽和耐力の大きな磁性材料により構成したことを特徴とするノイズフィルタ。
【請求項２】
多相回路における各相電路にそれぞれ接続され共通の磁路に巻回される複数のコイル要素からなるチョークコイルを備えたものにおいて、前記共通の磁路として、第１の磁束循環磁路と、前記第１の磁束循環磁路を囲んで配設される第２の磁束循環磁路とを設けるとともに、前記第１の磁束循環磁路を前記第２の磁束循環磁路よりも磁気飽和耐力の大きな磁性材料により構成したことを特徴とするノイズフィルタ。
【請求項３】
多相回路における各相電路にそれぞれ接続され共通の磁路に巻回される複数のコイル要素からなるチョークコイルを備えたものにおいて、前記共通の磁路として、第１の円環状磁束循環磁路と、前記第１の磁束循環磁路を囲んで同心的に配設され前記第１の磁束循環磁路と異なる外径／内径比を有する第２の磁束循環磁路とを設けるとともに、前記第１の磁束循環磁路を前記第２の磁束循環磁路よりも磁気飽和耐力の大きな磁性材料により構成したことを特徴とするノイズフィルタ。
【請求項４】
前記第２の磁束循環磁路にギャップを設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のノイズフィルタ。
【請求項５】
直流回路における各極電路にそれぞれ接続され共通の磁路に巻回される複数のコイル要素からなるチョークコイルを備えたものにおいて、前記共通の磁路として、第１の磁束循環磁路と、前記第１の磁束循環磁路を囲んで配設される第２の磁束循環磁路とを設けるとともに、前記第１の磁束循環磁路を前記第２の磁束循環磁路よりも磁気飽和耐力の大きな磁性材料により構成したことを特徴とするノイズフィルタ。
【請求項６】
直流回路における各極電路にそれぞれ接続され共通の磁路に巻回される複数のコイル要素からなるチョークコイルを備えたものにおいて、前記共通の磁路として、第１の磁束循環磁路と、前記第１の磁束循環磁路を囲んで配設される第２の磁束循環磁路とを設けるとともに、前記第１の磁束循環磁路を前記第２の磁束循環磁路よりも磁気飽和耐力の大きな磁性材料により構成したことを特徴とするノイズフィルタ。
【請求項７】
前記第２の磁束循環磁路にギャップを設けたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のノイズフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ノイズフィルタ、特に、複合コア材を用いたノイズ抑制用フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のノイズフィルタでは、フィルタ特性の広帯域化のため、特性の異なる２つのフェライトコア材をまとめて巻線し、コモンモードコイルを構成している（例えば、特許文献１参照）。
このような構成においては、大きなコモンモード電流が発生した場合、フェライトコアは磁気飽和しやすいので、必要なフィルタ減衰率を確保するためにコアが大型化するという問題がある。
そして、コモンモード電流によるコアの飽和に関しては、記述がなく、飽和を回避する構成となっていない。
【０００３】
また、従来のノイズフィルタでは、磁気飽和を回避するために、インバータキャリア周波数で低い透磁率となる材料（例えば、ケイ素鋼板）などを使っている。特に、インバータ機器の整流後の直流部に取り付けるＥ−Ｉコアを使ったコモン／ノーマル兼用コイルにてこの構成は用いられている。
このような材料では、低透磁率であるため、必要なフィルタ減衰率を確保するために、コアが大型化することや、ターン数の増大が必要となるといった問題がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−６２６０７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、磁気飽和耐力を向上し、適切にフィルタ減衰特性を確保できるノイズフィルタを得ようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るノイズフィルタでは、チョークコイルにおける複数のコイル要素が巻回される共通の磁路として、第１の磁束循環磁路と、前記第１の磁束循環磁路を囲んで配設される第２の磁束循環磁路とを設けるとともに、前記第１の磁束循環磁路を前記第２の磁束循環磁路よりも磁気飽和耐力の大きな磁性材料で構成したものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１ないし図３について説明する。図１は実施の形態１における全体構成を示すブロック図である。図２は実施の形態１におけるコア材およびコイルの構成を示す概略図である。図３は実施の形態１における従来技術との特性比較を示す説明図である。
【０００８】
図１に示すノイズフィルタでは、３相回路系統における系統電源に接続される系統電源側端子１，２，３の各相線間にはコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３が接続される。
インバータ機器に接続されるインバータ機器側端子４，５，６の各相線間にはコンデンサＣ４，Ｃ５，Ｃ６が接続される。
また、アース端子７とインバータ機器側端子４，５，６間にはコンデンサＣ７，Ｃ８，Ｃ９が接続される。
系統電源側端子１，２，３とインバータ機器側端子４，５，６間にはコモンモードチョークコイル８が接続される。
【０００９】
図２において、コモンモードチョークコイル８を構成するコイル要素Ｌ１は系統電源側端子１とインバータ機器側端子４との間に接続される。
コモンモードチョークコイル８を構成するコイル要素Ｌ２は系統電源側端子２とインバータ機器側端子５との間に接続される。
コモンモードチョークコイル８を構成するコイル要素Ｌ３は系統電源側端子３とインバータ機器側端子６との間に接続される。
コイル要素Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、第１および第２の磁束循環磁路Ｍ１，Ｍ２を共通の磁路とするように、第１および第２の磁束循環磁路Ｍ１，Ｍ２にそれぞれ巻回される。
【００１０】
これらのコイル要素Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、３相回路系統における各相電路に接続され、第１および第２の磁束循環磁路Ｍ１，Ｍ２を共通の磁路として動作するように第１および第２の磁束循環磁路Ｍ１，Ｍ２に巻回されているものであって、コイル要素Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３からなるチョークコイル８はコモンモードチョークコイルとしての機能を奏するものである。
【００１１】
第１の磁束循環磁路Ｍ１は、内側に配置された磁気飽和に対する耐力の大きいコア材９で構成される。コア材９の材質としては、ケイ素鋼板，ダストコア，パーマロイ，Ｎｉ−Ｚｎフェライトなどが該当する。
第２の磁束循環磁路Ｍ２は、外側に配置された磁気飽和に対する耐力の低いコア材１０で構成される。コア材１０の材質としては、鉄系アモルファス，Ｍｎ−Ｚｎフェライトなどが該当する。
【００１２】
このように構成することで、外側の磁気飽和耐力の低いコア材１０からなる第２の磁束循環磁路Ｍ２における磁路長は長くなり、飽和しにくくなる。
内側コアとしての第１の磁束循環磁路Ｍ１の磁路長は短いが、磁気飽和耐力の大きいコア材９で構成されているので、特性上飽和しにくく、設計に余裕ができる。
このように、磁気飽和耐力が大きく、広帯域な特性を持ったコモンモードコイルが実現できる。
【００１３】
ここで、３相回路系統における各相電路等のそれぞれ異なる電路に接続される複数のコイル要素を有し、いわゆるコモンモードで動作する、コモンモードチョークコイルの共通磁路として複合コア材を用いた場合の作用効果の詳細に関し、図３について説明する。
図３（ａ）は比較対象としての単一コアを示す構成図である。図３（ｂ）は単一コアを比較対象とするこの発明による複合コアを示す構成図である。図３（ｃ）は単一コアと複合コアとにおける発生磁束密度およびインピーダンスに係る算出式の比較を示す説明図である。図３（ｄ）は単一コアと複合コアとにおける発生磁束密度およびインピーダンスに係る特性の比較を示す説明図である。
図３において、複合コアにおける内側コアは、図２における第１の磁束循環磁路Ｍ１を構成するコア材９に相当し、複合コアにおける外側コアは、図２における第２の磁束循環磁路Ｍ２を構成するコア材１０に相当する。
【００１４】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示す単一コアと複合コアとにおける発生磁束密度およびインピーダンスは図３（ｃ）に記載された式で示される。
例えば、以下のパラメータでそれぞれの特性を比較してみる。
ａ＝２ｃｍ、ｂ＝５ｃｍ、ｃ＝３．５ｃｍ
Ｎ１＝５ターン、Ｎ２＝９ターン
μ１（フェライト材）＝５０００×μ０
μ２（ケイ素鋼板材）＝  １００×μ０
ω＝２π×１５０ｋＨｚ
その比較結果は図３（ｄ）における特性比較Ａの欄に示される。この比較からみる限りでは、単一コアと複合コアの特性は殆ど変わらない。
【００１５】
しかしながら、実際の複合コアは、内側コアにケイ素鋼板などを使うことによって、複合コアによるチョークコイルに係るインピーダンスのＲ成分すなわち抵抗成分が、単一コアにおける１０Ω以下程度に対し、その４〜１０倍程度に達する。
コモンモードチョークコイルにおけるコモンモード電流は、共振部分すなわちリアクタンス成分が零に限りなく近いところで決まるため、コモンモード電流はＲ成分インピーダンスにほぼ反比例して減少し、単一コア（フェライト）を使った場合に比べ、電流値で１／４程度になる。この効果を考慮して、特性を比較し直すと、図３（ｄ）の特性比較Ｂの欄に示すようになるものである。
ここに、複合コアでは、電流値が１／４になるとして、飽和値を考慮しターン数を３倍に増やせるので、Ｉ＝０．２５Ａ、Ｎ２＝２７ターンとする。
【００１６】
このように、複合コアを用いたコモンモードチョークコイルにおいては、発生磁束密度が抑えられ、かつ、インピーダンス（減衰量）の大きいチョークコイルが実現できる。
【００１７】
この発明による実施の形態１によれば、３相回路等の多相回路における各相電路にそれぞれ接続され共通の磁路に巻回される複数のコイル要素Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３からなるコモンモードチョークコイル８を備えたものにおいて、前記共通の磁路として、円環状のコア材９からなる第１の磁束循環磁路Ｍ１と、前記第１の磁束循環磁路Ｍ１を囲んでその外周側に前記第１の磁束循環磁路Ｍ１と同心に配設され前記第１の磁束循環磁路Ｍ１を循環する磁束と並行して磁束を循環する円環状のコア材１０からなる第２の磁束循環磁路Ｍ２とを設け、かつ、前記円環状のコア材９からなる第１の磁束循環磁路Ｍ１と前記円環状のコア材１０からなる第２の磁束循環磁路Ｍ２との外径／内径比を互いに異ならせるとともに、前記円環状のコア材９からなる第１の磁束循環磁路Ｍ１を前記円環状のコア材１０からなる第２の磁束循環磁路Ｍ２よりも磁気飽和耐力の大きな磁性材料で構成したので、磁気飽和耐力を向上し、適切にフィルタ減衰特性を確保できる、円環状の複合磁路を用いた多相回路用ノイズフィルタを得ることができる。
【００１８】
実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図４について説明する。図４は実施の形態２におけるコア材およびコイルの構成を示す概略図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１９】
図４において、第１の磁束循環磁路Ｍ１は、内側に配置された磁気飽和に対する耐力の大きいコア材１１で構成される。コア材１１の材質としては、ケイ素鋼板，ダストコア，パーマロイ，Ｎｉ−Ｚｎフェライトなどが該当する。
第２の磁束循環磁路Ｍ２は、外側に配置された磁気飽和に対する耐力の低いコア材１２で構成され、ギャップｇが設けてある。コア材１２の材質としては、鉄系アモルファス，Ｍｎ−Ｚｎフェライトなどが該当する。
【００２０】
このように構成することで、ギャップｇを設けることによって外側の磁気飽和耐力の低いコア材１２で構成された第２の磁束循環磁路Ｍ２の磁気飽和耐力が大きくなり、巻き数の増加などにより、必要なフィルタ減衰率を確保しつつ、磁気飽和が発生しないコモンモードコイルが実現できる。
【００２１】
この発明による実施の形態２によれば、実施の形態１における構成において、前記第２の磁束循環磁路Ｍ２にギャップｇを設けることによって、第２の磁束循環磁路Ｍ２の磁気飽和耐力が大きくなり、巻き数の増加などにより、必要なフィルタ減衰率を確保しつつ、磁気飽和の発生を抑制できるノイズフィルタが実現できる。
【００２２】
実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図５および図６について説明する。図５は実施の形態３における全体構成を示すブロック図である。図６は実施の形態３におけるコア材およびコイルの構成を示す概略図である。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２３】
図５に示すノイズフィルタは、インバータ機器の整流後の直流部に取り付けられる。
インバータ機器の整流器出力端子に接続される整流器側正極端子１３および整流器側負極端子１４の各極線間には、コンデンサＣ１０が接続される。
インバータ機器の入力端子に接続されるインバータ端子１５，１６の各極線間にはコンデンサＣ１１が接続される。
また、アース端子１７とインバータ側端子１５，１６間にはコンデンサＣ１２，Ｃ１３が接続される。
整流器側端子１３，１４とインバータ側端子１５，１６間にはコモン／ノーマルモード兼用チョークコイル１８が接続される。
【００２４】
図６において、コモン／ノーマルモード兼用チョークコイル１８を構成するコイル要素Ｌ１１は整流器側正極端子１３とインバータ端子１５との間に接続される。
コモン／ノーマルモード兼用チョークコイル１８を構成するコイル要素Ｌ１２は整流器側負極端子１４とインバータ端子１６との間に接続される。
コイル要素Ｌ１１，Ｌ１２は、第１および第２の磁束循環磁路Ｍ１１，Ｍ１２を共通の磁路とするように、第１および第２の磁束循環磁路Ｍ１１，Ｍ１２にそれぞれ巻回される。
【００２５】
これらのコイル要素Ｌ１１，Ｌ１２は、インバータ機器の整流後の直流部等の直流回路における各極電路に接続され、第１および第２の磁束循環磁路Ｍ１１，Ｍ１２を共通の磁路として動作するように第１および第２の磁束循環磁路Ｍ１１，Ｍ１２に巻回されているものであって、コイル要素Ｌ１１，Ｌ１２からなるチョークコイル１８はコモンモードチョークコイルとしての機能を奏するものである。
そして、コイル要素Ｌ１１，Ｌ１２は、それぞれギャップｇｍを有する橋絡磁路ｍを通る磁束により独自に磁束を循環し個別に動作する、いわゆるノーマルモードとしての動作をも行うものであって、結局、チョークコイル１８はコモン／ノーマルモード兼用チョークコイルとしての機能を具備しているものである。
【００２６】
第１の磁束循環磁路Ｍ１１は、内側に配置された磁気飽和に対する耐力の大きいコア材１９でＥ−Ｉコアとして額縁状に構成される。コア材１９の材質としては、ケイ素鋼板，ダストコア，パーマロイ，Ｎｉ−Ｚｎフェライトなどが該当する。このコア材１９からなる第１の磁束循環磁路Ｍ１１には、磁束循環磁路Ｍ１１の中間部内側をギャップｇｍを介して磁気的に橋絡する橋絡磁路ｍが設けられている。
第２の磁束循環磁路Ｍ１２は、外側に配置された磁気飽和に対する耐力の低いコア材２０で構成される。コア材２０の材質としては、鉄系アモルファス，フェライトなどが該当する。
【００２７】
このように構成することで、内側の材料単独でコアを構成した場合に比べ、フィルタ特性の広帯域化、コイルの小型化、ターン数の削減が実現できる。
【００２８】
この発明による実施の形態３によれば、インバータ機器の整流後の直流部等の直流回路における各極電路にそれぞれ接続され共通の磁路に巻回される複数のコイル要素Ｌ１１，Ｌ１２からなるコモン／ノーマルモード兼用チョークコイル１８を備えたものにおいて、前記共通の磁路として、額縁状のコア材１９で構成されたＥ−Ｉコアからなる第１の磁束循環磁路Ｍ１１と、前記第１の磁束循環磁路Ｍ１１を囲んでその外周側に前記第１の磁束循環磁路Ｍ１１と同一中心軸線上において同軸状に配設され前記第１の磁束循環磁路Ｍ１１を循環する磁束と並行して磁束を循環する額縁状のコア材２０からなる第２の磁束循環磁路Ｍ１２とを設けるとともに、前記額縁状のコア材１９からなる第１の磁束循環磁路Ｍ１１を前記額縁状のコア材２０からなる第２の磁束循環磁路Ｍ１２よりも磁気飽和耐力の大きな磁性材料で構成したので、磁気飽和耐力を向上し、適切にフィルタ減衰特性を確保できる、額縁状の複合磁路を用いた直流回路用ノイズフィルタを得ることができる。
【００２９】
実施の形態４．
この発明による実施の形態４を図７について説明する。図７は実施の形態４におけるコア材およびコイルの構成を示す概略図である。
この実施の形態４において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態３における構成と同様の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３０】
図７は図６に示すコモン／ノーマルモード兼用チョークコイルにおいて、磁束循環磁路Ｍ１２を構成する外側の飽和耐力の低いコア材２０にギャップｇを設けた構成を持つ。
このように構成することで、外側の飽和耐力の低いコア材２０で構成される磁束循環磁路Ｍ１２の飽和耐力が向上し、必要なフィルタ減衰率を確保しつつ、小型で磁気飽和が発生しないコモンモードコイルが実現できる。
【００３１】
この発明による実施の形態４によれば、実施の形態３における構成において、前記第２の磁束循環磁路Ｍ１２にギャップｇを設けることによって、第２の磁束循環磁路Ｍ１２の磁気飽和耐力が向上し、必要なフィルタ減衰率を確保しつつ、小型で磁気飽和の発生を抑制できるノイズフィルタが実現できる。
【００３２】
以上のように、この発明による実施の形態に関わるノイズフィルタでは、飽和耐力の大きいコア材（ケイ素鋼板，ダストコア，パーマロイ，Ｎｉ−Ｚｎフェライトなど）を内側に配置し、飽和耐力の低いコア材（アモルファス，Ｍｎ−Ｚｎフェライトなど）を外側に配置し、それらをまとめて巻線し、コモンモードコイルを構成する。
このように構成することで、外側の飽和耐力の低いコア材における磁路長は長くなり、飽和しにくくなる。内側コアの磁路長は短いが、飽和耐力の大きいコア材であるので、特性上飽和しにくく、設計に余裕ができる。このように、飽和耐力が大きく、広帯域な特性を持ったコモンモードコイルが実現できる。
また、コイル全体の飽和耐力を向上させるため、外側の飽和耐力の低いコア材にギャップを設け、コモンモードコイルを構成する。このように構成することで、外側の飽和耐力の低いコア材の飽和耐力が大きくなり、巻き数の増加などにより、必要なフィルタ減衰率を確保しつつ、磁気飽和が発生しないコモンモードコイルが実現できる。
【００３３】
【発明の効果】
この発明によれば、磁気飽和耐力を向上し、適切にフィルタ減衰特性を確保できるノイズフィルタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による実施の形態１における全体構成を示すブロック図である。
【図２】この発明による実施の形態１におけるコア材およびコイルの構成を示す概略図である。
【図３】この発明による実施の形態１における従来技術との特性比較を示す説明図である。
【図４】この発明による実施の形態２におけるコア材およびコイルの構成を示す概略図である。
【図５】この発明による実施の形態３における全体構成を示すブロック図である。
【図６】この発明による実施の形態３におけるコア材およびコイルの構成を示す概略図である。
【図７】この発明による実施の形態４におけるコア材およびコイルの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１，２，３  系統電源側端子、４，５，６  インバータ機器側端子、７  アース端子、８  コモンモードチョークコイル、Ｌ１，Ｌ２  コイル要素、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，Ｃ８，Ｃ９  コンデンサ、９，１０，１１，１２コア材、Ｍ１，Ｍ２  磁束循環磁路、１４，１５  整流器側端子、１５，１６インバータ側端子、１７  アース端子、１８  コモン／ノーマルモード兼用チョークコイル、Ｌ１１，Ｌ１２  コイル要素、１９，２０  コア材、Ｍ１１，Ｍ１２  磁束循環磁路、Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３  コンデンサ。
【図１】
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【図２】
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【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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