JP4627764B2 - 三相コモンモードチョークコイル - Google Patents

Description

本発明は、三相交流電源と電子機器などの本体機器との間に挿入されるノイズフィルタなどに用いられる三相コモンモードチョークコイルに関するものである。

従来、この種の三相コモンモードチョークコイルは、三相入力のスイッチング電源や三相入力機器のＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）対策用フィルタに用いられる場合、主に、トロイダルコアに３本の巻線を巻回して構成したものが使用されている（例えば特許文献１）。そしてこのように構成されたコモンモードチョークコイルは、パターンが形成された配線基板に実装される。

図８に示すトロイダルコア型のコモンモードチョークコイル100は、１２０度ずつ区分けされた円環状のコア101の表面上に、各相に対応した３本の巻線102Ａ，102Ｂ，102Ｃが巻回されており、各巻線102Ａ，102Ｂ，102Ｃの両端103は、ベース104を貫通してコア101の下方へそれぞれ引き出されている。
特開２００５−１９８１４７号公報

しかしながら、上記した特許文献１におけるトロイダルコア型のコモンモードチョークコイル100では、巻線102Ａ，102Ｂ，102Ｃの両端103である入力端子３本，出力端子３本の合計６本がコア101の円周上に引き出されることになるので、この両端103を図示しない配線基板に接続した場合に、三相の各電圧供給ラインが配線基板のパターン上でクロスしてしまう。そうすると、従来のコモンモードチョークコイル100では、コモンモードチョークコイル100前後における電圧供給ラインの入出力パターンを十分に分離することが困難となり、コモンモードチョークコイル100としての本来の効果を十分に得ることができないという問題があった。

また、従来のコモンモードチョークコイル100では、コア101の円周上を１２０度ずつ区分けした部分に、巻線102Ａ，102Ｂ，102Ｃをそれぞれ巻回しているので、コモンモードチョークコイル100の最適な実装方向を決定することができない。とりわけ一般的にＥＭＩにおいて、入力のコモンモードリアクタの実装方向による影響は大きい。すなわち、単相入力のコモンモードチョークコイルの場合、トロイダル型のコアに巻線を左右対称に巻回することができるので、コモンモードチョークコイルの実装方向も０度，９０度でＬ相，Ｎ相共に同時に決定することができる。ところが三相入力のコモンモードチョークコイル100の場合には、各巻線102Ａ，102Ｂ，102Ｃが１２０度ずつ区分けされた領域に巻回されているため、各相の巻線を同時に最適方向に向けることは困難である。例えば、Ｎ相の巻線102Ａを最適値に方向決めすると、Ｒ相，Ｓ相の巻線102Ｂ，102Ｃは巻線角度が異なるため、ＥＭＩが悪化し、同様に、Ｓ相の巻線102Ｃを最適値に方向決めすると、今度はＮ相，Ｒ相の巻線102Ａ，102ＢのＥＭＩが悪化するという具合に、三相の全てを最適値に方向決めすることは困難であるという問題があった。

さらに、従来のコモンモードチョークコイル100では、これを矩形の配線基板に実装する場合、構造上安定な横置きにする必要があるため、デッドスペースが大きくなり、大きな実装面積を要するという問題があった。得に、三相入力の場合には、本体機器が大電力を要するものが多く、コモンモードチョークコイル100も必然的に大きなものとする必要があるため、大きな実装面積を確保しなければならないという問題は顕著なものとなる。

そこで本発明は上記した問題点に鑑み、本来の機能を効果的に発揮することができ、また最適な実装方向とすることができると共に、省スペースを実現できる三相コモンモードチョークコイルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、磁性コアと、前記磁性コアの外表面に巻回する各相の巻線を備えるコイル本体とからなる三相コモンモードチョークコイルにおいて、前記磁性コアは柱状の磁心部を備え、前記コイル本体は前記巻線とボビンとにより構成され、このボビンは前記磁心部を挿通する巻芯体と、前記巻芯体を３分割する位置に設けた一対の絶縁体とを備え、前記各相の巻線の間に前記絶縁体を設けるようにして、前記磁心部の外表面に前記巻線を、区分けされた領域にそれぞれ一相ずつ巻回すると共に、前記絶縁体は、前記巻芯体を挿通する貫通穴を有してフランジ状に構成され、前記貫通穴に向かって突出片を設けてなり、 前記一対の絶縁体を前記巻芯体の軸方向に対し直角となる方向に設置すると、前記巻芯体の表面に沿って互いの前記突出片が向かい合うように設置され、それぞれの前記突出片の表面側から接着テープを貼着するように構成したことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、前記絶縁体は、前記突出片を通って前記絶縁体の外縁から前記突出片の先端まで延びるスリットが形成されることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、前記磁性コアの外周に防磁体を設けたことを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、前記コイル本体は前記巻線の端子と接続する端子ピンを備えることを特徴とする。

本発明の請求項１記載の三相コモンモードチョークコイルによれば、従来のような円環状ではなく、柱状の磁心部の外表面に各相の巻線を巻回するので、磁心部の軸方向に直交する一側と他側に、各相の巻線の入力端子や出力端子を引き出すことができる。したがって、このような三相コモンモードチョークコイルを配線基板などに実装した場合に、入力端子や出力端子に繋がるパターンが各相間でクロスしてしまうことなく、入出力パターンを完全に分離することができるので、三相コモンモードチョークコイル本来の機能を効果的に発揮することができ、また最適な実装方向とすることができる。また、各相の巻線がそれぞれ別々な領域に巻回されるので、各相間の絶縁性能を改善でき、しかも各相の巻線を確実に絶縁することができる上に、突出片を互いに向かい合うように巻芯体に設置し、突出片の表面側から接着テープを巻き付けることにより、絶縁体を巻芯体に容易に固定することができる。

また、請求項２に記載の三相コモンモードチョークコイルによれば、絶縁体には、巻芯体に設置するための隙間を形成するスリットが形成されているが、絶縁体は、それぞれの突出片の表面側から接着テープを貼着することにより、巻芯体へ固定できると共に、スリットの開きを防ぐことができる。

また、請求項３に記載の三相コモンモードチョークコイルによれば、他の部品からの磁束による影響を回避することができる。

また、請求項４に記載の三相コモンモードチョークコイルによれば、例えば端子ピンを配線基板の接続部と半田付け接続することができ、他の部品との実装接続を容易にすることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。

図１に示す三相コモンモードチョークコイル（以下、コモンモードチョークコイル）１は、磁性コア２とコイル本体３とからなり、コイル本体３は、ボビン４と、該ボビン４に巻回された巻線５（５Ａ〜５Ｃ）とにより構成されている。磁性コア２は日字形で構成した閉磁回路であって、巻線５（５Ａ〜５Ｃ）を施したボビン４が挿通されている。ボビン４には、配線基板（図示せず）に実装し得るように、第１〜第４の端子ピン７Ａ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｆが設けられている。そして、コモンモードチョークコイル１は、全体として、ディファレンシャルモードの交流電流を通過させ、コモンモードのノイズ電流だけを効果的に除去し得るように構成されている。

図２に示すように、ボビン４は、巻芯体10と、前記巻芯体10の両端に設けられた一対の鍔体11とにより構成され、巻芯体10及び両端の鍔体11を貫通する挿通穴12を備え、ポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂にて成形されている。巻芯体10は、円筒状の筒部13と、前記筒部13を３分割する位置に設けた一対の絶縁シート14とを備える。絶縁シート14は、軸方向に対し直角となる方向に前記筒部13を３分割する位置に設けられる。これにより巻芯体10は３分割された筒部13の各領域１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに巻線５Ａ，５Ｂ，５Ｃをそれぞれ１本ずつ巻き付けることにより、図１に示すようにボビン４の同軸上に３本の巻線５Ａ，５Ｂ，５Ｃをそれぞれ巻回したコイル本体３を形成することができる。

図２に示す鍔体11，11は、当接部16，係合部17，脚部18，傾斜部19及びベース20を備える。当接部16は鍔体11の一側に設けられた平坦な面で構成され、前記巻芯体10の筒部13の長手方向端から延びて形成される。係合部17は鍔体11の他側に設けられ、前記磁性コア２が係合する溝を備える。係合部17は、外側に向かって凹となるように形成され、この係合部17の底面17Ａに前記挿通穴12が設けられている。また係合部17は、係合部17を構成する溝の下端面17Ｂを外方へ突出させることにより、磁性コア２を保持するベース20が設けられている。さらに係合部17の上方には、上方へいくに従ってボビン４の内側へ傾斜する傾斜部19が設けられている。第１〜第４の端子ピン７Ａ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｆはボビン４の四隅に配置され、それぞれ鍔体11の下面に突設されている。同様に、脚部18は、鍔体11の下面に突設されてなり、前記第１〜第４の端子ピン７Ａ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｆの長さより短い長さを有し、前記前記第１〜第４の端子ピン７Ａ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｆの近傍となるボビン４の四隅に配置される。

図３に示すように、磁性コア２は、一対のコア構成部２Ａ，２Ｂを組み合わせて構成される。コア構成部２Ａ，２Ｂは、何れもＥ字形状に成形され、磁心構成片25Ａ，25Ｂと、一対の端部構成片26Ａ，26Ａ，26Ｂ，26Ｂと、前記磁心構成片25Ａ，25Ｂの一端と前記一対の端部構成片26Ａ，26Ａ，26Ｂ，26Ｂの一端とを連結する連結部27，27とにより構成される。磁心構成片25Ａ，25Ｂは、円柱直線状に成形されてなり、一対の端部構成片26Ａ，26Ａ，26Ｂ，26Ｂと連結部27，27とは矩形直方体で構成されている。そして磁性コア２は、磁心構成片25Ａ，25Ｂの他端及び端部構成片26Ａ，26Ａ，26Ｂ，26Ｂの他端同士を突き合わせることにより、一対のコア構成部２Ａ，２Ｂを一体化して形成し、全体として、前記磁心部25に対し平行に設けられた一対の端部26と、前記端部26と前記磁心部25の両側端とを連結する連結部27とを備え、閉磁回路を形成している。

このように構成された一対のコア構成部２Ａ，２Ｂは、ボビン４の両側端を構成する前記鍔体11側から、前記ボビン４の軸方向に形成した挿通穴12に磁心構成片25Ａ，25Ｂを挿通し、磁心構成片25Ａ，25Ｂ及び端部構成片26Ａ，26Ａ，26Ｂ，26Ｂの他端同士を突き合わせることにより組みつけられ（図１）、さらに外周に接着テープ30を巻き付けることにより、ボビン４と一体化される。

図４（Ａ）に示すように、ボビン４の巻芯体10を３分割する位置に設ける絶縁体としての絶縁シート14は、フランジ状に構成され、中央に巻芯体10を挿通する貫通穴31を有すると共に、短冊状の突出片32が前記貫通穴31の内縁31Ａから貫通穴31の中心に向かって設けられている。また、絶縁シート14には、巻芯体10に設置するための隙間を形成するスリット33が形成されている。このスリット33は、外縁31Ｂと内縁31Ａを縦断するように、突出片32を形成した箇所に設けられている。この場合、スリット33は絶縁シート14の外縁31Ｂから突出片32の中央を通って突出片32の先端まで一直線に延びるように形成される。

図４（Ｂ）に示すように、この絶縁シート14は、スリット33の部分において隙間を形成し、軸直角方向から巻芯体10に２個設置される。このとき、突出片32は、巻芯体10の表面に沿って互いの突出片32が向かい合うように設置される。絶縁シート14はそれぞれの突出片32の表面側から接着テープ34を貼着することにより、巻芯体10へ固定されている。このように構成した絶縁シート14は、それぞれの突出片32の表面側から接着テープ34を貼着することにより、巻芯体10へ固定できると共に、スリット33の開きを防ぐことができる。

このようにして３分割された巻芯体10には、図５に示すように、各領域13Ａ，13Ｂ，13Cに巻線５Ａ，５Ｂ，５Ｃが同方向に巻回される。すなわち、各巻線５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、巻芯体10の一側である図中左下から巻芯体10へ巻回され右側へ順にずれながら巻回されることにより、巻芯体10の一側に入力端子６Ａ，６Ｂ，６Ｃが引き出される一方で、巻芯体10の他側に出力端子６Ｄ，６Ｅ，６Ｆが引き出される。尚、巻芯体10に巻回された巻線５の表面には、接着テープ35が施される。このようにして、コモンモードチョークコイル１は、各巻線５Ａ，５Ｂ，５Ｃが共通の磁性コア２によって磁気的に結合された図６に示すような電気的構造を構成する。

図７に示すように、コモンモードチョークコイル１は、入力端子６Ａ，６Ｃ及び出力端子６Ｄ，６Ｆが、近傍の端子ピン７Ａ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｆにはんだ付けなどにより電気的に接続され、入力端子６Ｂ及び出力端子６Ｅには空中配線用の接続ピン７Ｂ，７Ｅがそれぞれ接続されている。このようにしてコモンモードチョークコイル１では、入力端子６Ａ，６Ｂ，６Ｃがコモンモードチョークコイル１の幅方向の一側に引き出され、出力端子６Ｄ，６Ｅ，６Ｆがコモンモードチョークコイル１の幅方向の他側に引き出される。

また、コモンモードチョークコイル１には、防磁体としての板状のショートリング41が上下方向に巻きつけられている。ショートリング41は、鍔体11間に掛架することによりコイル本体３の軸方向と平行に巻き付けて、コイル本体３全体を覆うように構成される。

次に、上記構成のコモンモードチョークコイル１について、その作用及び効果を説明する。コモンモードチョークコイル１は、スイッチング電源装置（図示せず）などの配線基板（図示せず）上に実装され、スイッチング電源装置（図示せず）の動作中は、配線基板（図示せず）上の電圧供給ラインを形成する入力パターンから入力端子６Ａ〜６Ｃへ電流が流れ込む。この電流は、ボビン４に巻回されたそれぞれの巻線５Ａ，５Ｂ，５Ｃを通って出力端子６Ｄ〜６Ｆに流れ、出力端子６Ｄ〜６Ｆから配線基板（図示せず）上の電圧供給ラインを形成する出力パターンへ流れてゆく。このコモンモードチョークコイル１を流れる電流のうち、ディファレンシャルモードの交流電流は、上記したように入力端子６Ａ〜６Ｃから出力端子６Ｄ〜６Ｆへと流れる。一方、コモンモードのノイズ電流は、コモンモードチョークコイル１の本来的な機能に基いて、磁性コア２に発生する磁束により阻止され、除去される。

特に、本実施形態に係るコモンモードチョークコイル１において注目すべきは、各巻線５Ａ，５Ｂ，５Ｃが、巻芯体10の一側である図５中左下から順に右側へ巻回されることにより、巻芯体10の一側に入力端子６Ａ〜６Ｃが配置され、巻芯体10の他側に出力端子６Ｄ〜６Ｆが配置されるように構成したことにある。つまり本実施形態のコモンモードチョークコイル１は、従来のような円環状ではなく、柱状の磁心部25の外表面に各相の巻線５Ａ，５Ｂ，５Ｃを巻回するので、磁心部25の軸方向に直交する一側と他側に、各相の巻線５Ａ，５Ｂ，５Ｃの入力端子６Ａ〜６Ｃや出力端子６Ｄ〜６Ｆを引き出すことができる。したがって、このようなコモンモードチョークコイル１を図示しない配線基板などに実装した場合に、入力端子６Ａ〜６Ｃ及び出力端子６Ｄ〜６Ｆがパターン上でクロスしてしまうことなく、入出力パターンを完全に分離することができるので、コモンモードチョークコイル１本来の機能を効果的に発揮することができ、また最適な実装方向とすることができる。

さらに、コモンモードチョークコイル１の外形を円環状にする必要もなく、従来のようにトロイダル型のコモンモードチョークコイル100を横置きする場合に比べ実装面積を格段と小さくすることができる。従って、コモンモードチョークコイル１は、配線基板（図示せず）上に効率的に配置することができ、省スペースを実現できる。

しかも、コモンモードチョークコイル１は、巻芯体10の筒部13を３分割し、区分けされた領域13Ａ〜13Ｃにそれぞれ一相ずつ巻線５Ａ，５Ｂ，５Ｃを巻回している。これにより、各相の巻線５Ａ，５Ｂ，５Ｃがそれぞれ別々な領域に巻回されるので、各相間の絶縁性能を改善できる。

また、円筒状の巻芯体10を３分割する絶縁シート14には、一体的に突出片32を形成した。これにより、前記突出片32が互いに向かい合うように巻芯体10に設置し、突出片32の表面側から接着テープを巻き付けることにより、絶縁シート14を巻芯体10に容易に固定することができる。

さらに、磁性コア２は、一対のＥ字状コア構成部２Ａ，２Ｂを組み合わせて構成したことにより、汎用品を使用することができるので、設計の自由度を向上することができる。

また、ボビン４を構成する鍔体11に磁性コア２を保持するベース20を一体的に設けることとしたことにより、部品点数を低減することができ、組立工数を簡略化することができる。

尚、本実施形態のコモンモードチョークコイル１は、他の電子部品などによって発生する磁束に曝されるが、防磁体としてのショートリング41によって、磁性コア２の外周を覆うように構成したことにより、他の部品からの磁束による影響を回避することができる。

また、鍔体11には端子ピン７を設け、巻線５の端子６を電気的に接続することとしたことにより、例えば端子ピンを配線基板（図示せず）の接続部と半田付け接続することができ、配線基板などの他の部品の実装接続を容易にすることができる。また、鍔体11の下面には、脚部18を設けたことにより、ショートリング41と配線基板（図示せず）との間に隙間を形成することができる。これにより、ショートリング41が配線基板（図示せず）に接触するのを防ぐことができる。

本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、磁性コア２は、磁心部25が円柱状のＥＥＲコアである場合について説明したが、本発明はこれに限らず、磁心部25が直方体形状であるＥＥコアやＥＩコアにも適用することができる。

また、本実施の形態では、ボビン４の四隅に端子ピン７Ａ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｆを設け、巻線の６本の端子うち４本の端子６Ａ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｆと電気的に接続し、他の２本の端子６Ｂ，６Ｅについてはそのまま外部へ引き出し、接続ピン７Ｂ，７Ｅを接続することとした場合について説明したが、本発明はこれに限らず、全てを端子ピンまたは接続ピンに接続したり、全ての端子をそのまま引き出したり、又はそれらを適宜組み合わせることとしてもよい。

本実施形態に係るコモンモードチョークコイルの全体構成を示す斜視図である。 同上、ボビンの構成を示す斜視図である。 同上、磁性コアの構成を示す斜視図である。 同上、絶縁シートの構成を示す図であり、（Ａ）絶縁シートの正面図、（Ｂ）絶縁シートを巻芯体に設置した状態を示すボビンの正面図である。 同上、巻線方向を示す模式図である。 同上、電気等価回路図である。 同上、端子の配置を示す図であり、（Ａ）平面図、（Ｂ）正面図である。 従来例を示す斜視図である。

１ コモンモードチョークコイル（三相コモンモードチョークコイル）
２ 磁性コア
３ コイル本体
４ ボビン
５ 巻線
６Ａ〜６Ｆ 端子
７Ａ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｆ 端子ピン
10 巻芯体
14 絶縁シート（絶縁体）
25 磁心部
13Ａ，13Ｂ，13Ｃ 領域
31 貫通穴
32 突出片
33 スリット
41 ショートリング（防磁体）

Claims (4)

1. 磁性コアと、前記磁性コアの外表面に巻回する各相の巻線を備えるコイル本体とからなる三相入力用のコモンモードチョークコイルにおいて、
   前記磁性コアは柱状の磁心部を備え、
   前記コイル本体は前記巻線とボビンとにより構成され、このボビンは前記磁心部を挿通する巻芯体と、前記巻芯体を３分割する位置に設けた一対の絶縁体とを備え、
   前記各相の巻線の間に前記絶縁体を設けるようにして、前記磁心部の外表面に前記巻線を、区分けされた領域にそれぞれ一相ずつ巻回すると共に、
   前記絶縁体は、前記巻芯体を挿通する貫通穴を有してフランジ状に構成され、前記貫通穴に向かって突出片を設けてなり、
   前記一対の絶縁体を前記巻芯体の軸方向に対し直角となる方向に設置すると、前記巻芯体の表面に沿って互いの前記突出片が向かい合うように設置され、それぞれの前記突出片の表面側から接着テープを貼着するように構成したことを特徴とする三相コモンモードチョークコイル。
2. 前記絶縁体は、前記突出片を通って前記絶縁体の外縁から前記突出片の先端まで延びるスリットが形成されることを特徴とする請求項１記載の三相コモンモードチョークコイル。
3. 前記磁性コアの外周に防磁体を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の三相コモンモードチョークコイル。
4. 前記コイル本体は前記巻線の端子と接続する端子ピンを備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の三相コモンモードチョークコイル。

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