コモンモードチョークコイル
【課題】 信号伝送の高速化が進んでおり、伝送ラインのノイズ対策に使う伝送ライン間の浮遊容量を小さく、ディファレンシャル電流で発生するディファレンシャルインダクタンスの発生の小さいコモンモードチョークコイルが必要である。
【解決手段】 コモンモードチョークコイルにおいて、両ラインの２つの線輪を交互ではなく、分離して略Ｉ字状のコアに上に巻き軸が直線状になるように配置する。２つの線輪はそれぞれの端の１ターンしか隣接しないので、浮遊容量が小さくなり、伝送信号波形の歪みを小さく押さえることができ、線輪の巻き数を増やしても比例して浮遊容量が増大することもない。また略Ｉ字状のコアに上に巻き軸が直線状になるように配置されているコアの中で２個の線輪のディファレンシャル信号電流で発生する磁束が打ち消される方向に巻き線されているので、巻き線周囲の空間に発生する磁束の方向も打ち消される方向に発生し、ディファレンシャルのインダクタンスが増大し信号波形の歪みを大きくすることもない。
【解決手段】 コモンモードチョークコイルにおいて、両ラインの２つの線輪を交互ではなく、分離して略Ｉ字状のコアに上に巻き軸が直線状になるように配置する。２つの線輪はそれぞれの端の１ターンしか隣接しないので、浮遊容量が小さくなり、伝送信号波形の歪みを小さく押さえることができ、線輪の巻き数を増やしても比例して浮遊容量が増大することもない。また略Ｉ字状のコアに上に巻き軸が直線状になるように配置されているコアの中で２個の線輪のディファレンシャル信号電流で発生する磁束が打ち消される方向に巻き線されているので、巻き線周囲の空間に発生する磁束の方向も打ち消される方向に発生し、ディファレンシャルのインダクタンスが増大し信号波形の歪みを大きくすることもない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁ノイズの対策などに使われる電子部品であるコモンモードチョークコイルの技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器や情報機器では信号が高速化、ブロードバンド化しつつあり、ノイズ対策が難しく、かつ重要になってきており、これらの機器ではノイズ対策にコモンモードチョークコイル広く使われるようになってきている。通常のシングルエンドドライブのデジタル信号は、ノイズを放射しやすく、また、外来ノイズの影響も受け、これに対し、差動伝送は、互いに正反対極性の信号波形が両ラインに伝送される方式で、ノイズに強い特性を有しており、高速デジタル機器においては、代表的なインターフェースであるＵＳＢ、ＬＡＮ、ＬＶＤＳなどで、差動信号伝送も広く使われるようになってきている。
【０００３】
しかし、この差動信号伝送でも、伝送信号の処理回路や伝送路で両ラインの信号に位相差やレベル差などが生じるとノイズ放射の原因になるコモンモードノイズが発生する。また差動信号回路周辺のインピーダンスのバランスが崩れると、放射ノイズ等の外来ノイズの影響を受ける。
【０００４】
こうした差動伝送のノイズ対策にも、コモンモードチョークコイルがよく使われるようになったが、現状のコモンモードチョークコイルでは使用上、問題がある。
【０００５】
一般的によく使われるコモンモードチョークコイルの代表的な構造が例えば特許文献１に示されている。この構造を図１に示す。この構造においては、１つの磁性体コアにワイヤー３、６が交互に整列して巻回されて構成されている。
【０００６】
こうしたタイプのコモンモードチョークコイルでは、信号伝送ラインにつながる２つの線輪３と６が同一の磁性体コア１に交互に巻かれ、両線輪は隣接している。このため３と６の線輪の間、あるいは線輪からコアを経由して３と６との線輪間に多くの電気力線が発生し、両ラインの線輪間には大きな浮遊容量が発生する。浮遊容量があると伝送する差動伝送信号の波形が歪む。特に、使われる差動信号が高速になり伝送信号の周波数が上がると、小さな浮遊容量でも影響が大きくなり、伝送する差動信号波形が大きく歪み、実用上使えなくなるという問題がある。この図１に示すような代表的な従来のコモンモードチョークコイルでは、線輪の巻き数を増やすと、巻き数に比例して浮遊容量も大きくなるので、必要なノイズ対策効果のあるコモンモードインピーダンスを有するコモンモードチョークコイルが使えていない。
【０００７】
こうした問題を解決するため、浮遊容量の小さいコモンモードチョークコイルが、例えば特許文献２、特許文献３、特許文献４において提案されている。
【０００８】
特許文献２ではトロイダルコアに２つの線輪を巻いた構造のコモンモードチョークコイルが示されている。この構造を図２に示す。しかしこの構造では、コアに囲まれた空間に線輪を巻かなければならず高速の巻き線機が無く、量産に向かず、また、面実装用の電極を設けにくいという欠点がある。
【０００９】
特許文献３に示されている構造を図３に示す。この構造は、ボビンに巻かれた２個の線輪に、コの字状の２個の磁性体コアを両側から挿入したものである。この構造においては、ボビンに巻かれた２個の線輪を使い、この線輪にコの字状の２個のコアを両側から挿入する。このため、形状が大きくなり、コストも高くなるという欠点がある。
【００１０】
特許文献４において提案されている構造は、図４に示すように、両ラインの線輪を２個のコアに分け、２個の線輪の距離を離すことにより、両ライン間に発生する浮遊容量を小さくするものである。電磁気的に対称な一対の磁性体コアに巻き線の方向が逆になるように巻いた２個の線輪をつくり、その２個の線輪を電磁気的に結合した構成とすることで、両ライン間に発生する浮遊容量を小さくすることができる。
【００１１】
しかし、図２、図３、図４に示した両ラインの線輪間に発生する浮遊容量を小さくしたいずれのコモンモードチョークコイルにも共通する問題がある。それは、線輪の周囲の空間に発生する磁束が両線輪のディファレンシャル電流で磁束が足し合わさる方向に発生し、ディファレンシャルの信号電流に影響を与えるディファレンシャルのインダクタンスが増大し、ディファレンシャルの信号電流に障害を与えるという問題である。
【００１２】
信号伝送ラインでノイズ対策に使われるコモンモードチョークコイルでは、ライン間に浮遊容量があると伝送インピーダンスが下がる。またディファレンシャル電流で発生するインダクタンスがあると伝送インピーダンスが高くなり、伝送波形が歪むという問題もある。そのため信号伝送のノイズ対策部品には、伝送線路間の浮遊容量が小さく、ディファレンシャル電流で発生するインダクタンスが小さいコモンモードチョークコイルが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】 特開２００２−２４６２４４号公報
【特許文献２】 特開２００２−１９８２３６号公報
【特許文献３】 特開２００４−２１４３３４号公報
【特許文献４】 特開２０１０−１５３６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
理想的なコモンモードチョークコイルでは、図５に示すようにコモンモード電流で発生する磁束は足し合わさり、コモンモードのインダクタンスは拡大し、ディファレンシャル電流で発生する磁束は消し合わさり、ディファレンシャルのインダクタンスは発生せず、ディファレンシャルの信号は減衰あるいは歪ませずにコモンモードのノイズを減衰させる機能がある。
【００１５】
図２、図３、および図４に示されるコモンモードチョークコイルにおいても、磁性体コアの中で発生するディファレンシャル電流で発生する磁束は消し合わさり、ディファレンシャルの信号電流に影響を与えるディファレンシャルのインダクタンスは発生しない。しかし図２、図３、および図４に示される構造のコモンモードチョークコイルのいずれにおいても、図６に例を示すように、線輪の周囲の空間に発生する磁束が両線輪のディファレンシャル電流で磁束が足し合わさる方向に発生し、ディファレンシャルの信号電流に影響を与えるディファレンシャルのインダクタンスが増大し、ディファレンシャルの信号電流に障害を与えるという問題がある。
【００１６】
信号伝送の高速化が進んでおり、差動伝送ラインのノイズ対策などに使うコモンモードチョークコイルは、両伝送ライン間の浮遊容量が小さく、かつディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスの発生が小さい、信号波形を歪ませないコモンモードチョークコイルが必要である。ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスの発生の抑制は磁性体コア内だけでなく線輪周囲の空間でもディファレンシャル電流で発生する磁束が消しあい、ディファレンシャルインダクタンスの発生を抑制できる構造が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、高速の信号でも波形を歪ませずに差動信号ラインのノイズ対策ができる、両ラインの間の浮遊容量が小さく、かつディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスも小さく、コントロールもできるコモンモードチョークコイルを提供することを主要な目的とする。
【００１８】
請求項１の発明は、両方の端部にそれぞれ一対の電極が形成された磁性体からなるコアに、直線状に配列分離した一対の同一巻線数の輪線が巻線されてなり、一方の線輪は主にコアの一方側に巻線され、他方の線輪は主にコアの他方側に巻線され、一方の線輪の両端は、コアの端部に形成された任意の２つの電極に接続され、他方の輪線の両端は残りの２つの電極に接続され、一方の線輪と他方の線輪はそれぞれ、ディファレンシャル電流が流れた場合にコアの中にできる磁束が逆向きとなる方向に巻線されているコモンモードチョークコイルである。ラインの間の浮遊容量が小さく、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスも小さいコモンモードチョークコイルを提供する。このコモンモードチョークコイルは、ディファレンシャル電流でコアの中にできる磁束が逆向きに発生する方向に巻き線をした２個の線輪を磁性体コアに上に、巻き軸が直線状になるように配置することにより、ディファレンシャル電流で発生する磁束はコアの内部だけでなく、線輪周囲の空間でも２つの線輪でつくられる磁束は互いに打ち消す方向の磁束ができ、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスを小さくすることができる。そして浮遊容量を発生する箇所は両線輪が隣接するのは端の１ターンだけにほぼ限定されるため、両線輪間の浮遊容量は小さく、また巻き数を増やすことによって浮遊容量が大きくなることもない。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、一方の線輪の両端はそれぞれコアの一方の端部に形成された一対の電極に接続され、他方の線輪の両端はそれぞれコアの他方の端部に形成された一対の電極に接続されているコモンモードチョークコイルである。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、一方の線輪の両端はそれぞれコアの一方の端部に形成された一対の電極の１つとコアの他方の端部に形成された一対の電極の１つに接続され、他方の線輪の両端はそれぞれコアの一方の端部に形成された一対の電極の残る電極とコアの他方の端部に形成された一対の電極の残る電極に接続されているコモンモードチョークコイルである。線輪の入出力の電極位置を、磁性体コアの長さ方向に配置させる電極配置である。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、磁性体コアの両端が鍔状になった概ねＩ字形状をした磁性体コアであるコモンモードチョークコイルである。磁性体コアの両端に鍔を設けることにより、電極形成が容易となり、実装性が確実に向上される。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のチップ・コモンモードチョークコイルにおいて、磁性体コアの両端の鍔と鍔を磁性体のバーコアで磁気的に短絡し閉磁路を形成したコモンモードチョークコイルである。Ｉ字形状の磁性体コアの両端の鍔と鍔を磁性体のバーコアで磁気的に短絡し閉磁路を形成することにより、２つの線輪間の浮遊容量が小さく、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスも小さいチップ・コモンモードチョークコイルを構成する。小型でコモンモードインピーダンスが大きく、かつ浮遊容量が小さく、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスも小さいコモンモードチョークコイルをつくることができる。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、２つの分離した線輪の近接端で２つの線輪の巻き線を寄り合わしたコモンモードチョークコイルである。巻き線の乱れを防止するために２つの分離した線輪の近接端で二つの線輪を寄り合わしたコモンモードチョークコイルを提供する。巻き線の乱れがあると高い周波数でコモンモードインピーダンスが低下したり、巻き線の乱れが大きいと共振を起こす原因にもなるので、近接端で２つの線輪の巻き線を寄り合わせることにより、こうした問題が防止できる。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、磁性体コアの略中央部において分離した２つの線輪の近接する巻き線を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、入れ替えた量を調整した、チップ・コモンモードチョークコイルを提供する。コモンモードチョークコイルは両ラインの間の浮遊容量が少し大きかったり、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスが少し大きくても、コモンモードチョークの入・出力回路の伝送インピーダンスと整合（マッチング）をとればディファレンシャルモードの信号は歪ませずにノイズ対策できる。請求項７の構成により、独立した線輪の隣接する２つの巻き線を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え二つの線輪間の浮遊容量とディファレンシャルインダクタンスを調整し、インピーダンスマッチングを調整できるコモンモードチョークが提供できる。
【００２５】
請求項８の発明は、コモンモードチョークコイルと接続する回路とのインピーダンスをマッチングさせる調整方法を提供する。請求項８の発明は、両方の端部にそれぞれ一対の電極が形成された磁性体からなるコアに、直線状に配列分離した一対の同一巻線数の輪線が巻線されてなり、一方の線輪は主にコアの一方側に巻線され、他方の線輪は主にコアの他方側に巻線され、一方の線輪の両端は、コアの端部に形成された任意の２つの電極に接続され、他方の輪線の両端は残りの２つの電極に接続され、一方の線輪と他方の線輪はそれぞれ、ディファレンシャル電流が流れた場合にコアの中にできる磁束が逆向きとなる方向に巻線され、磁性体コアの略中央部において２つの線輪の近接する巻き線を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、入れ替えた量を調整し、コモンモードチョークコイルの二つの線輪間の浮遊容量とディファレンシャルインダクタンスを調整することによって、コモンモードチョークコイルと接続する回路とのインピーダンスをマッチングさせる調整方法である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、両方の端部にそれぞれ一対の電極が形成された磁性体からなるコアに、分離した一対の同一巻線数の輪線が直線状に巻線されてなり、一方の線輪は主にコアの一方側に巻線され、他方の線輪は主にコアの他方側に巻線され、一方の線輪の両端は、コアの端部に形成された任意の２つの電極に接続され、他方の輪線の両端は残りの２つの電極に接続され、一方の線輪と他方の線輪はそれぞれ、ディファレンシャル電流が流れた場合にコアの中にできる磁束が逆向きとなる方向に巻線されているコモンモードチョークコイルである。こうした構造により、ラインの間の浮遊容量が小さく、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスも小さいコモンモードチョークコイルが実現できる。
【００２７】
このコモンモードチョークコイルは、ディファレンシャル電流でコアの中にできる磁束が逆向きに発生する方向に巻き線をした２個の線輪を磁性体コアに上に、巻き軸が直線状になるように配置することにより、ディファレンシャル電流で発生する磁束はコアの内部だけでなく、線輪周囲の空間でも２つの線輪でつくられる磁束は互いに打ち消す方向の磁束ができ、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスを小さくすることができる。そして浮遊容量を発生する箇所は両線輪が隣接するのは端の１ターンだけにほぼ限定されるため、両線輪間の浮遊容量は小さく、また巻き数を増やすことによって浮遊容量が大きくなることもない。表面実装用のチップ化も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】 従来の一般的に使われているバイファイラ巻きされたコモンモードチョークコイルの構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は裏面図である。
【図２】 従来のリング型コモンモードチョークコイルの構造例を示す図である。
【図３】 従来のボビンに磁性体コアを差し込んだコモンモードチョークコイルの構造例を示す図である。
【図４】 従来の線輪を逆方向に巻いた対称のコイルを合わせたコモンモードチョークコイルの構造例を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は裏面図である。
【図５】 コモンモードチョークコイルの原理を説明する図であり、コモンモードチョークコイルにおける電流と磁性体コア内の磁束の関係を示す。（Ａ）はコモンモード電流と磁束を示しており、（Ｂ）はディファレンシャル電流と磁束を示す。
【図６】 従来のコモンモードチョークコイルにおけるコイル周囲空間の磁束の関係を示す図であり、（Ａ）はコモンモード電流と磁束を、（Ｂ）はディファレンシャル電流と磁束を示す。
【図７】 本発明の実施例によるコモンモードチョークコイルの基本構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は裏面図である。
【図８】 本発明の他の実施例によるコモンモードチョークコイルの構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は裏面図である。
【図９】 本発明の他の実施例によるコモンモードチョークコイルの構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は裏面図である。
【図１０】 本発明の他の実施例によるコモンモードチョークコイルの構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は裏面図である。
【図１１】 本発明による分割巻きチップ・コモンモードチョークコイルにおいて、ディファレンシャル電流とそのディファレンシャル電流によって発生する磁束を説明する図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は裏面図である。
【図１２】 本発明によるコモンモードチョークコイルにおける浮遊容量と信号波形の関係を示す図である。
【図１３】 シミュレーションに用いた回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図７〜図１３を参照しながら、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３０】
図７に実施例１におけるコモンモードチョークコイルの基本的な構成を示す。フェライトなどの磁性体からなるコア１の両端部の鍔部にそれぞれ一対の電極４と５、および７と８を設ける。電極４と電極７にポリウレタンなどで被覆された２本のワイヤー３と６の先端を溶着などの方法で接続し、磁性体コアを回転させ、両端から分離した一対の同一巻線数の輪線を巻き、中央部から２本のワイヤーを他端の電極５と電極８に引き出し、溶着等で接続する。本実施例では、電極４、５を有する線輪３と電極７、８を有する巻線６の直線状に配列した線輪の一対が構成される。本実施例の構成によれば、両ラインの間の浮遊容量が小さく、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスも小さいコモンモードチョークコイルが得られる。
【実施例２】
【００３１】
実施例２の構成は図７に示す構成に基づいている。フェライトなどの磁性体からなるコア１の両端部の鍔部にそれぞれ一対の電極４と５、および７と８を設ける。電極４と電極７にポリウレタンなどで被覆された２本のワイヤー３と６の先端を溶着などの方法で接続し、磁性体コアを回転させ、両端から分離した一対の同一巻線数の輪線を巻き、中央部から２本のワイヤーを他端の電極８と電極５に引き出し、溶着等で接続する。本実施例では、４、８の電極配置を有する線輪３と７、８の電極配置を有する線輪６の一対が構成される。電極の配置は、例えば、４、７の電極配置の線輪と５、８の電極配置の線輪の一対でもよく、外部回路の配置により、最適配置を選択する。実装時の実装面積の低減が図れる電極配置を有するコモンモードチョークコイルの構成である。
【実施例３】
【００３２】
実施例３におけるコモンモードチョークコイルの構成を図８に示す。フェライトなどの磁性体からなるコア１の両端部の鍔部にそれぞれ一対の電極４と５、および７と８を設ける。電極４と電極７にポリウレタンなどで被覆された２本のワイヤー３と６の先端を溶着などの方法で接続し、磁性体コアを回転させ、両端から分離した一対の同一巻線数の輪線を巻き、中央部から２本のワイヤーを他端の電極５と電極８に引き出し、溶着等で接続する。フェライトなどからなる磁性体コア１の両端の鍔と鍔を磁性体のバーコア２を接着剤等で接合して磁気的に短絡し閉磁路を形成する。磁性体コアの両端の鍔と磁性体のバーコアは接着剤等で接合される。
【００３３】
本実施例では、４、５の電極配置を持つ線輪３と７、８の電極配置を持つ線輪の一対が構成される。
【００３４】
フェライトなどからなる磁性体コア１の両端の鍔と鍔を磁性体のバーコア２で磁気的に短絡して閉磁路を形成した構造であるため、小型で、図７に示す実施例の構造よりも、より大きなコモンモードインピーダンスが得られる。
【００３５】
本実施例におけるコモンモードチョークコイルの動作モデルを図１１に示す。図１１は２つのコイル位置の関係と信号電流であるディファレンシャル電流で発生する磁束を示した図である。
【００３６】
本実施例のコモンモードチョークコイルにおいては、両ラインのコイル３とコイル６巻き線は交互ではなく、分離して磁性体コア上に巻き軸が直線状になるように配置されている。コイル３とコイル６はそれぞれの近接端の１ターンしか隣接せず、浮遊容量Ｃが小さく、差動伝送信号波形の歪みを小さく押さえることができ、本発明のコモンモードチョークコイルはコイルの巻き数を増やしても比例して浮遊容量Ｃを増大することはなく、信号波形の歪を大きくなることはない。
【００３７】
また図１１に示すように、本実施例においては、一対の線輪を磁性体コア上に巻き軸が直線状になるように配置し、一対の線輪をディファレンシャル電流でコアの中にできる磁束が逆向きに発生する方向に巻き線をしている。したがって、磁性体コアの中で２個の線輪のディファレンシャル信号電流で発生する磁束が打ち消され、線輪周囲の空間に発生する磁束の方向も打ち消される方向に発生するため、ディファレンシャルのインダクタンスが増大し信号波形の歪みが大きくなることもない。よって、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスを小さくすることができる。
【実施例４】
【００３８】
本発明の実施例４によるコモンモードチョークコイルの構成を図９に示す。フェライトなどの磁性体からなるコア１の両端部の鍔部にそれぞれ一対の電極４と５、および７と８を設ける。電極４と電極７にポリウレタンなどで被覆された２本のワイヤー３と６の先端を溶着などの方法で接続し、磁性体コアを回転させ、両端から分離した一対の同一巻線数の輪線を巻き、磁性体コアの略中央部の近接端で二つの線輪の巻き線を寄り合わせ、電極４に接続された線輪３からのワイヤーを電極５に、電極７に接続された線輪６からのワイヤーを電極８に引き出し、溶着等で接続する。本実施例によると、４、５の電極配置を持つ線輪３と７、８の電極配置を持つ線輪の一対が構成される。
【００３９】
線輪の巻き線に乱れがあると、高い周波数ではコモンモードインピーダンスが低下することがある。またこの乱れが大きいと共振を起こす原因にもなり得る。本実施例の構造は、巻き線の乱れや緩みの防止や、製造の効率化に有効である。
【実施例５】
【００４０】
本発明の実施例５によるコモンモードチョークコイルの構成を図１０に示す。フェライトなどの磁性体からなるコア１の両端部の鍔部にそれぞれ一対の電極４と５、および７と８を設ける。電極４と電極７にポリウレタンなどで被覆された２本のワイヤー３と６の先端を溶着などの方法で接続し、磁性体コアを回転させ、両端から分離した一対の同一巻線数の輪線を巻き、２つの巻き線が隣接する磁性体コアの略中央部で線輪３と６を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、２つのワイヤーをより合わせ、電極４に接続された線輪３からのワイヤーを電極５に、電極７に接続された線輪６からのワイヤーを電極８に引き出し、溶着等で接続する。磁性体コア１の両端の鍔と鍔を磁性体のバーコア２を接着剤等で接合して磁気的に短絡し閉磁路を形成する。磁性体コアの両端の鍔と磁性体のバーコアは接着剤等で接合される。
【００４１】
コモンモードチョークコイルにおいて両ラインの間の浮遊容量が少し大きかったり、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスが少し大きくても、コモンモードチョークの入・出力回路の伝送インピーダンスと整合（マッチング）をとれば、ディファレンシャルモードの信号は歪ませずにノイズ対策もできる。その場合、線輪間の浮遊容量やディファレンシャルインダクタンスを微調節できる構造が必要である。図１０に示す実施例では、２つの巻き線が隣接する中央部で線輪３と６を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、入れ替えた量を調整して、２つの線輪間の浮遊容量とディファレンシャルインダクタンスを調整したコモンモードチョークコイルを作ることができる。
【００４２】
隣接線輪３と６の中央部での位置の互いに入れ替えは１〜２カ所だけでなく複数箇所で行い、ツイスト状にしてもよい。
【実施例６】
【００４３】
本発明の実施例６によるコモンモードチョークコイルの構成は図１０に基づいている。フェライトなどの磁性体からなるコア１の両端部の鍔部にそれぞれ一対の電極４と５、および７と８を設ける。電極４と電極７にポリウレタンなどで被覆された２本のワイヤー３と６の先端を溶着などの方法で接続し、磁性体コアを回転させ、両端から分離した一対の同一巻線数の輪線を巻き、２つの巻き線が隣接する磁性体コアの略中央部で線輪３と６を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、２つのワイヤーをより合わせ、電極４に接続された線輪３からのワイヤーを電極５に、電極７に接続された線輪６からのワイヤーを電極８に引き出し、溶着等で接続する。磁性体コア１の両端の鍔と鍔を磁性体のバーコア２を接着剤等で接合して磁気的に短絡し閉磁路を形成する。磁性体コアの両端の鍔と磁性体のバーコアは接着剤等で接合される。
【００４４】
２つの線輪間の浮遊容量とディファレンシャルインダクタンスの調整は、２つの巻き線が隣接する中央部で線輪３と６を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、入れ替えた量を調整して行える。この調整方法により、コモンモードチョークコイルの入・出力回路の伝送インピーダンスと整合（マッチング）が取れ、ディファレンシャルモードの信号は歪ませずにノイズ対策もできる。
【００４５】
線輪３と６間の浮遊容量が発生する箇所は両線輪が隣接している中央の１ターンだけにほぼ限定される。３と６の線輪の間、あるいは線輪からコアを経由して３と６との線輪間に多くの電気力線が発生し、両ラインの線輪間に浮遊容量が発生する。浮遊容量が隣接している中央の１ターンだけで発生するとした場合、最終の１ターンを全部入れ替えると２つの線輪が隣接する長さが３倍になり、最大、３倍程度までの浮遊容量を増やし、調整することが可能である。
【００４６】
実施例６で作製したコモンモードチョークコイルを使い、伝送速度５００ＭＨｚで、浮遊容量を微調整するシミュレーションを行い、信号波形の歪を、図１２（Ｂ）に示すように、改善できることを確かめた。シミュレーションは図１３に示す回路で行った。比較のために、図１２（Ａ）に基本的な構造の実施例６で試作した特性を示す。この浮遊容量をマッチングの条件に近い１．５ｐＦでシュミレーションすると、図１２（Ｂ）に示すように波形ひずみが少なくなる。また、もう少し浮遊容量を大きくして３ｐＦでシミュレーションを行うと、図１２（Ｃ）に示すように信号波形が鈍った。
【００４７】
本実施例のコモンモードチョークコイルでは、両ラインの間の浮遊容量が少し大きかったり、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスが少し大きくても、コモンモードチョークの入・出力回路の伝送インピーダンスと整合（マッチング）をとればディファレンシャルモードの信号を歪ませずにノイズ対策ができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
デジタル機器が多くの分野で使われて、そのデジタル機器には代表的なインターフェース、ＵＳＢ、ＬＡＮ、ＬＶＤＳなど、差動信号伝送が広く活用され、差動信号伝送の高速化が進んでいる。高速化に伴い、その差動信号伝送路では電磁ノイズ対策が必要であり、その対策にコモンモードチョークコイルは欠かすことの出来ない重要な部品となっている。しかし、高速の差動信号伝送の電磁ノイズの対策では、コモンモードチョークコイルの浮遊容量が問題となり、十分対策が撮れる対策部品がない。安価で効果的な解決が望まれている。
【００４９】
本発明では、伝送信号が通る線輪を直線状に配置分離することにより、浮遊容量の小さなコモンモードチョークコイルを安価に提供することができ、デジタル電子機器の高速化、デジタル機器で産業への貢献が期待できる。
【００５０】
また差動信号伝送の電磁ノイズ対策では、大きなノイズ対策効果を得るにはコモンモードチョークコイルの線輪を多く巻き、大きなコモンモードインピーダンスを得ることが必要である。従来のコモンモードチョークコイルは線輪を多く巻くと浮遊容量も大きくなりディファレンシャルモードの差動伝送信号が歪み使えなくなり、大きなコモンモードインピーダンスのコモンモードチョークコイルが得られない問題があった。しかし本発明によれば、巻き線数と浮遊容量は直接関係しないので大きいコモンモードインピーダンスのコモンモードチョークコイルが実現でき、大きなノイズ対策効果を得られる。この面でも産業面へ貢献も期待できる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 磁性体コア
２ 閉磁路を形成するための磁性体バーコアー
３ 線輪
４ 電極
５ 電極
６ 線輪
７ 電極
８ 電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁ノイズの対策などに使われる電子部品であるコモンモードチョークコイルの技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器や情報機器では信号が高速化、ブロードバンド化しつつあり、ノイズ対策が難しく、かつ重要になってきており、これらの機器ではノイズ対策にコモンモードチョークコイル広く使われるようになってきている。通常のシングルエンドドライブのデジタル信号は、ノイズを放射しやすく、また、外来ノイズの影響も受け、これに対し、差動伝送は、互いに正反対極性の信号波形が両ラインに伝送される方式で、ノイズに強い特性を有しており、高速デジタル機器においては、代表的なインターフェースであるＵＳＢ、ＬＡＮ、ＬＶＤＳなどで、差動信号伝送も広く使われるようになってきている。
【０００３】
しかし、この差動信号伝送でも、伝送信号の処理回路や伝送路で両ラインの信号に位相差やレベル差などが生じるとノイズ放射の原因になるコモンモードノイズが発生する。また差動信号回路周辺のインピーダンスのバランスが崩れると、放射ノイズ等の外来ノイズの影響を受ける。
【０００４】
こうした差動伝送のノイズ対策にも、コモンモードチョークコイルがよく使われるようになったが、現状のコモンモードチョークコイルでは使用上、問題がある。
【０００５】
一般的によく使われるコモンモードチョークコイルの代表的な構造が例えば特許文献１に示されている。この構造を図１に示す。この構造においては、１つの磁性体コアにワイヤー３、６が交互に整列して巻回されて構成されている。
【０００６】
こうしたタイプのコモンモードチョークコイルでは、信号伝送ラインにつながる２つの線輪３と６が同一の磁性体コア１に交互に巻かれ、両線輪は隣接している。このため３と６の線輪の間、あるいは線輪からコアを経由して３と６との線輪間に多くの電気力線が発生し、両ラインの線輪間には大きな浮遊容量が発生する。浮遊容量があると伝送する差動伝送信号の波形が歪む。特に、使われる差動信号が高速になり伝送信号の周波数が上がると、小さな浮遊容量でも影響が大きくなり、伝送する差動信号波形が大きく歪み、実用上使えなくなるという問題がある。この図１に示すような代表的な従来のコモンモードチョークコイルでは、線輪の巻き数を増やすと、巻き数に比例して浮遊容量も大きくなるので、必要なノイズ対策効果のあるコモンモードインピーダンスを有するコモンモードチョークコイルが使えていない。
【０００７】
こうした問題を解決するため、浮遊容量の小さいコモンモードチョークコイルが、例えば特許文献２、特許文献３、特許文献４において提案されている。
【０００８】
特許文献２ではトロイダルコアに２つの線輪を巻いた構造のコモンモードチョークコイルが示されている。この構造を図２に示す。しかしこの構造では、コアに囲まれた空間に線輪を巻かなければならず高速の巻き線機が無く、量産に向かず、また、面実装用の電極を設けにくいという欠点がある。
【０００９】
特許文献３に示されている構造を図３に示す。この構造は、ボビンに巻かれた２個の線輪に、コの字状の２個の磁性体コアを両側から挿入したものである。この構造においては、ボビンに巻かれた２個の線輪を使い、この線輪にコの字状の２個のコアを両側から挿入する。このため、形状が大きくなり、コストも高くなるという欠点がある。
【００１０】
特許文献４において提案されている構造は、図４に示すように、両ラインの線輪を２個のコアに分け、２個の線輪の距離を離すことにより、両ライン間に発生する浮遊容量を小さくするものである。電磁気的に対称な一対の磁性体コアに巻き線の方向が逆になるように巻いた２個の線輪をつくり、その２個の線輪を電磁気的に結合した構成とすることで、両ライン間に発生する浮遊容量を小さくすることができる。
【００１１】
しかし、図２、図３、図４に示した両ラインの線輪間に発生する浮遊容量を小さくしたいずれのコモンモードチョークコイルにも共通する問題がある。それは、線輪の周囲の空間に発生する磁束が両線輪のディファレンシャル電流で磁束が足し合わさる方向に発生し、ディファレンシャルの信号電流に影響を与えるディファレンシャルのインダクタンスが増大し、ディファレンシャルの信号電流に障害を与えるという問題である。
【００１２】
信号伝送ラインでノイズ対策に使われるコモンモードチョークコイルでは、ライン間に浮遊容量があると伝送インピーダンスが下がる。またディファレンシャル電流で発生するインダクタンスがあると伝送インピーダンスが高くなり、伝送波形が歪むという問題もある。そのため信号伝送のノイズ対策部品には、伝送線路間の浮遊容量が小さく、ディファレンシャル電流で発生するインダクタンスが小さいコモンモードチョークコイルが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】 特開２００２−２４６２４４号公報
【特許文献２】 特開２００２−１９８２３６号公報
【特許文献３】 特開２００４−２１４３３４号公報
【特許文献４】 特開２０１０−１５３６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
理想的なコモンモードチョークコイルでは、図５に示すようにコモンモード電流で発生する磁束は足し合わさり、コモンモードのインダクタンスは拡大し、ディファレンシャル電流で発生する磁束は消し合わさり、ディファレンシャルのインダクタンスは発生せず、ディファレンシャルの信号は減衰あるいは歪ませずにコモンモードのノイズを減衰させる機能がある。
【００１５】
図２、図３、および図４に示されるコモンモードチョークコイルにおいても、磁性体コアの中で発生するディファレンシャル電流で発生する磁束は消し合わさり、ディファレンシャルの信号電流に影響を与えるディファレンシャルのインダクタンスは発生しない。しかし図２、図３、および図４に示される構造のコモンモードチョークコイルのいずれにおいても、図６に例を示すように、線輪の周囲の空間に発生する磁束が両線輪のディファレンシャル電流で磁束が足し合わさる方向に発生し、ディファレンシャルの信号電流に影響を与えるディファレンシャルのインダクタンスが増大し、ディファレンシャルの信号電流に障害を与えるという問題がある。
【００１６】
信号伝送の高速化が進んでおり、差動伝送ラインのノイズ対策などに使うコモンモードチョークコイルは、両伝送ライン間の浮遊容量が小さく、かつディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスの発生が小さい、信号波形を歪ませないコモンモードチョークコイルが必要である。ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスの発生の抑制は磁性体コア内だけでなく線輪周囲の空間でもディファレンシャル電流で発生する磁束が消しあい、ディファレンシャルインダクタンスの発生を抑制できる構造が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、高速の信号でも波形を歪ませずに差動信号ラインのノイズ対策ができる、両ラインの間の浮遊容量が小さく、かつディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスも小さく、コントロールもできるコモンモードチョークコイルを提供することを主要な目的とする。
【００１８】
請求項１の発明は、両方の端部にそれぞれ一対の電極が形成された磁性体からなるコアに、直線状に配列分離した一対の同一巻線数の輪線が巻線されてなり、一方の線輪は主にコアの一方側に巻線され、他方の線輪は主にコアの他方側に巻線され、一方の線輪の両端は、コアの端部に形成された任意の２つの電極に接続され、他方の輪線の両端は残りの２つの電極に接続され、一方の線輪と他方の線輪はそれぞれ、ディファレンシャル電流が流れた場合にコアの中にできる磁束が逆向きとなる方向に巻線されているコモンモードチョークコイルである。ラインの間の浮遊容量が小さく、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスも小さいコモンモードチョークコイルを提供する。このコモンモードチョークコイルは、ディファレンシャル電流でコアの中にできる磁束が逆向きに発生する方向に巻き線をした２個の線輪を磁性体コアに上に、巻き軸が直線状になるように配置することにより、ディファレンシャル電流で発生する磁束はコアの内部だけでなく、線輪周囲の空間でも２つの線輪でつくられる磁束は互いに打ち消す方向の磁束ができ、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスを小さくすることができる。そして浮遊容量を発生する箇所は両線輪が隣接するのは端の１ターンだけにほぼ限定されるため、両線輪間の浮遊容量は小さく、また巻き数を増やすことによって浮遊容量が大きくなることもない。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、一方の線輪の両端はそれぞれコアの一方の端部に形成された一対の電極に接続され、他方の線輪の両端はそれぞれコアの他方の端部に形成された一対の電極に接続されているコモンモードチョークコイルである。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、一方の線輪の両端はそれぞれコアの一方の端部に形成された一対の電極の１つとコアの他方の端部に形成された一対の電極の１つに接続され、他方の線輪の両端はそれぞれコアの一方の端部に形成された一対の電極の残る電極とコアの他方の端部に形成された一対の電極の残る電極に接続されているコモンモードチョークコイルである。線輪の入出力の電極位置を、磁性体コアの長さ方向に配置させる電極配置である。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、磁性体コアの両端が鍔状になった概ねＩ字形状をした磁性体コアであるコモンモードチョークコイルである。磁性体コアの両端に鍔を設けることにより、電極形成が容易となり、実装性が確実に向上される。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のチップ・コモンモードチョークコイルにおいて、磁性体コアの両端の鍔と鍔を磁性体のバーコアで磁気的に短絡し閉磁路を形成したコモンモードチョークコイルである。Ｉ字形状の磁性体コアの両端の鍔と鍔を磁性体のバーコアで磁気的に短絡し閉磁路を形成することにより、２つの線輪間の浮遊容量が小さく、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスも小さいチップ・コモンモードチョークコイルを構成する。小型でコモンモードインピーダンスが大きく、かつ浮遊容量が小さく、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスも小さいコモンモードチョークコイルをつくることができる。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、２つの分離した線輪の近接端で２つの線輪の巻き線を寄り合わしたコモンモードチョークコイルである。巻き線の乱れを防止するために２つの分離した線輪の近接端で二つの線輪を寄り合わしたコモンモードチョークコイルを提供する。巻き線の乱れがあると高い周波数でコモンモードインピーダンスが低下したり、巻き線の乱れが大きいと共振を起こす原因にもなるので、近接端で２つの線輪の巻き線を寄り合わせることにより、こうした問題が防止できる。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のコモンモードチョークコイルにおいて、磁性体コアの略中央部において分離した２つの線輪の近接する巻き線を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、入れ替えた量を調整した、チップ・コモンモードチョークコイルを提供する。コモンモードチョークコイルは両ラインの間の浮遊容量が少し大きかったり、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスが少し大きくても、コモンモードチョークの入・出力回路の伝送インピーダンスと整合（マッチング）をとればディファレンシャルモードの信号は歪ませずにノイズ対策できる。請求項７の構成により、独立した線輪の隣接する２つの巻き線を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え二つの線輪間の浮遊容量とディファレンシャルインダクタンスを調整し、インピーダンスマッチングを調整できるコモンモードチョークが提供できる。
【００２５】
請求項８の発明は、コモンモードチョークコイルと接続する回路とのインピーダンスをマッチングさせる調整方法を提供する。請求項８の発明は、両方の端部にそれぞれ一対の電極が形成された磁性体からなるコアに、直線状に配列分離した一対の同一巻線数の輪線が巻線されてなり、一方の線輪は主にコアの一方側に巻線され、他方の線輪は主にコアの他方側に巻線され、一方の線輪の両端は、コアの端部に形成された任意の２つの電極に接続され、他方の輪線の両端は残りの２つの電極に接続され、一方の線輪と他方の線輪はそれぞれ、ディファレンシャル電流が流れた場合にコアの中にできる磁束が逆向きとなる方向に巻線され、磁性体コアの略中央部において２つの線輪の近接する巻き線を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、入れ替えた量を調整し、コモンモードチョークコイルの二つの線輪間の浮遊容量とディファレンシャルインダクタンスを調整することによって、コモンモードチョークコイルと接続する回路とのインピーダンスをマッチングさせる調整方法である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、両方の端部にそれぞれ一対の電極が形成された磁性体からなるコアに、分離した一対の同一巻線数の輪線が直線状に巻線されてなり、一方の線輪は主にコアの一方側に巻線され、他方の線輪は主にコアの他方側に巻線され、一方の線輪の両端は、コアの端部に形成された任意の２つの電極に接続され、他方の輪線の両端は残りの２つの電極に接続され、一方の線輪と他方の線輪はそれぞれ、ディファレンシャル電流が流れた場合にコアの中にできる磁束が逆向きとなる方向に巻線されているコモンモードチョークコイルである。こうした構造により、ラインの間の浮遊容量が小さく、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスも小さいコモンモードチョークコイルが実現できる。
【００２７】
このコモンモードチョークコイルは、ディファレンシャル電流でコアの中にできる磁束が逆向きに発生する方向に巻き線をした２個の線輪を磁性体コアに上に、巻き軸が直線状になるように配置することにより、ディファレンシャル電流で発生する磁束はコアの内部だけでなく、線輪周囲の空間でも２つの線輪でつくられる磁束は互いに打ち消す方向の磁束ができ、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスを小さくすることができる。そして浮遊容量を発生する箇所は両線輪が隣接するのは端の１ターンだけにほぼ限定されるため、両線輪間の浮遊容量は小さく、また巻き数を増やすことによって浮遊容量が大きくなることもない。表面実装用のチップ化も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】 従来の一般的に使われているバイファイラ巻きされたコモンモードチョークコイルの構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は裏面図である。
【図２】 従来のリング型コモンモードチョークコイルの構造例を示す図である。
【図３】 従来のボビンに磁性体コアを差し込んだコモンモードチョークコイルの構造例を示す図である。
【図４】 従来の線輪を逆方向に巻いた対称のコイルを合わせたコモンモードチョークコイルの構造例を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は裏面図である。
【図５】 コモンモードチョークコイルの原理を説明する図であり、コモンモードチョークコイルにおける電流と磁性体コア内の磁束の関係を示す。（Ａ）はコモンモード電流と磁束を示しており、（Ｂ）はディファレンシャル電流と磁束を示す。
【図６】 従来のコモンモードチョークコイルにおけるコイル周囲空間の磁束の関係を示す図であり、（Ａ）はコモンモード電流と磁束を、（Ｂ）はディファレンシャル電流と磁束を示す。
【図７】 本発明の実施例によるコモンモードチョークコイルの基本構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は裏面図である。
【図８】 本発明の他の実施例によるコモンモードチョークコイルの構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は裏面図である。
【図９】 本発明の他の実施例によるコモンモードチョークコイルの構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は裏面図である。
【図１０】 本発明の他の実施例によるコモンモードチョークコイルの構造を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は裏面図である。
【図１１】 本発明による分割巻きチップ・コモンモードチョークコイルにおいて、ディファレンシャル電流とそのディファレンシャル電流によって発生する磁束を説明する図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は裏面図である。
【図１２】 本発明によるコモンモードチョークコイルにおける浮遊容量と信号波形の関係を示す図である。
【図１３】 シミュレーションに用いた回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図７〜図１３を参照しながら、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３０】
図７に実施例１におけるコモンモードチョークコイルの基本的な構成を示す。フェライトなどの磁性体からなるコア１の両端部の鍔部にそれぞれ一対の電極４と５、および７と８を設ける。電極４と電極７にポリウレタンなどで被覆された２本のワイヤー３と６の先端を溶着などの方法で接続し、磁性体コアを回転させ、両端から分離した一対の同一巻線数の輪線を巻き、中央部から２本のワイヤーを他端の電極５と電極８に引き出し、溶着等で接続する。本実施例では、電極４、５を有する線輪３と電極７、８を有する巻線６の直線状に配列した線輪の一対が構成される。本実施例の構成によれば、両ラインの間の浮遊容量が小さく、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスも小さいコモンモードチョークコイルが得られる。
【実施例２】
【００３１】
実施例２の構成は図７に示す構成に基づいている。フェライトなどの磁性体からなるコア１の両端部の鍔部にそれぞれ一対の電極４と５、および７と８を設ける。電極４と電極７にポリウレタンなどで被覆された２本のワイヤー３と６の先端を溶着などの方法で接続し、磁性体コアを回転させ、両端から分離した一対の同一巻線数の輪線を巻き、中央部から２本のワイヤーを他端の電極８と電極５に引き出し、溶着等で接続する。本実施例では、４、８の電極配置を有する線輪３と７、８の電極配置を有する線輪６の一対が構成される。電極の配置は、例えば、４、７の電極配置の線輪と５、８の電極配置の線輪の一対でもよく、外部回路の配置により、最適配置を選択する。実装時の実装面積の低減が図れる電極配置を有するコモンモードチョークコイルの構成である。
【実施例３】
【００３２】
実施例３におけるコモンモードチョークコイルの構成を図８に示す。フェライトなどの磁性体からなるコア１の両端部の鍔部にそれぞれ一対の電極４と５、および７と８を設ける。電極４と電極７にポリウレタンなどで被覆された２本のワイヤー３と６の先端を溶着などの方法で接続し、磁性体コアを回転させ、両端から分離した一対の同一巻線数の輪線を巻き、中央部から２本のワイヤーを他端の電極５と電極８に引き出し、溶着等で接続する。フェライトなどからなる磁性体コア１の両端の鍔と鍔を磁性体のバーコア２を接着剤等で接合して磁気的に短絡し閉磁路を形成する。磁性体コアの両端の鍔と磁性体のバーコアは接着剤等で接合される。
【００３３】
本実施例では、４、５の電極配置を持つ線輪３と７、８の電極配置を持つ線輪の一対が構成される。
【００３４】
フェライトなどからなる磁性体コア１の両端の鍔と鍔を磁性体のバーコア２で磁気的に短絡して閉磁路を形成した構造であるため、小型で、図７に示す実施例の構造よりも、より大きなコモンモードインピーダンスが得られる。
【００３５】
本実施例におけるコモンモードチョークコイルの動作モデルを図１１に示す。図１１は２つのコイル位置の関係と信号電流であるディファレンシャル電流で発生する磁束を示した図である。
【００３６】
本実施例のコモンモードチョークコイルにおいては、両ラインのコイル３とコイル６巻き線は交互ではなく、分離して磁性体コア上に巻き軸が直線状になるように配置されている。コイル３とコイル６はそれぞれの近接端の１ターンしか隣接せず、浮遊容量Ｃが小さく、差動伝送信号波形の歪みを小さく押さえることができ、本発明のコモンモードチョークコイルはコイルの巻き数を増やしても比例して浮遊容量Ｃを増大することはなく、信号波形の歪を大きくなることはない。
【００３７】
また図１１に示すように、本実施例においては、一対の線輪を磁性体コア上に巻き軸が直線状になるように配置し、一対の線輪をディファレンシャル電流でコアの中にできる磁束が逆向きに発生する方向に巻き線をしている。したがって、磁性体コアの中で２個の線輪のディファレンシャル信号電流で発生する磁束が打ち消され、線輪周囲の空間に発生する磁束の方向も打ち消される方向に発生するため、ディファレンシャルのインダクタンスが増大し信号波形の歪みが大きくなることもない。よって、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスを小さくすることができる。
【実施例４】
【００３８】
本発明の実施例４によるコモンモードチョークコイルの構成を図９に示す。フェライトなどの磁性体からなるコア１の両端部の鍔部にそれぞれ一対の電極４と５、および７と８を設ける。電極４と電極７にポリウレタンなどで被覆された２本のワイヤー３と６の先端を溶着などの方法で接続し、磁性体コアを回転させ、両端から分離した一対の同一巻線数の輪線を巻き、磁性体コアの略中央部の近接端で二つの線輪の巻き線を寄り合わせ、電極４に接続された線輪３からのワイヤーを電極５に、電極７に接続された線輪６からのワイヤーを電極８に引き出し、溶着等で接続する。本実施例によると、４、５の電極配置を持つ線輪３と７、８の電極配置を持つ線輪の一対が構成される。
【００３９】
線輪の巻き線に乱れがあると、高い周波数ではコモンモードインピーダンスが低下することがある。またこの乱れが大きいと共振を起こす原因にもなり得る。本実施例の構造は、巻き線の乱れや緩みの防止や、製造の効率化に有効である。
【実施例５】
【００４０】
本発明の実施例５によるコモンモードチョークコイルの構成を図１０に示す。フェライトなどの磁性体からなるコア１の両端部の鍔部にそれぞれ一対の電極４と５、および７と８を設ける。電極４と電極７にポリウレタンなどで被覆された２本のワイヤー３と６の先端を溶着などの方法で接続し、磁性体コアを回転させ、両端から分離した一対の同一巻線数の輪線を巻き、２つの巻き線が隣接する磁性体コアの略中央部で線輪３と６を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、２つのワイヤーをより合わせ、電極４に接続された線輪３からのワイヤーを電極５に、電極７に接続された線輪６からのワイヤーを電極８に引き出し、溶着等で接続する。磁性体コア１の両端の鍔と鍔を磁性体のバーコア２を接着剤等で接合して磁気的に短絡し閉磁路を形成する。磁性体コアの両端の鍔と磁性体のバーコアは接着剤等で接合される。
【００４１】
コモンモードチョークコイルにおいて両ラインの間の浮遊容量が少し大きかったり、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスが少し大きくても、コモンモードチョークの入・出力回路の伝送インピーダンスと整合（マッチング）をとれば、ディファレンシャルモードの信号は歪ませずにノイズ対策もできる。その場合、線輪間の浮遊容量やディファレンシャルインダクタンスを微調節できる構造が必要である。図１０に示す実施例では、２つの巻き線が隣接する中央部で線輪３と６を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、入れ替えた量を調整して、２つの線輪間の浮遊容量とディファレンシャルインダクタンスを調整したコモンモードチョークコイルを作ることができる。
【００４２】
隣接線輪３と６の中央部での位置の互いに入れ替えは１〜２カ所だけでなく複数箇所で行い、ツイスト状にしてもよい。
【実施例６】
【００４３】
本発明の実施例６によるコモンモードチョークコイルの構成は図１０に基づいている。フェライトなどの磁性体からなるコア１の両端部の鍔部にそれぞれ一対の電極４と５、および７と８を設ける。電極４と電極７にポリウレタンなどで被覆された２本のワイヤー３と６の先端を溶着などの方法で接続し、磁性体コアを回転させ、両端から分離した一対の同一巻線数の輪線を巻き、２つの巻き線が隣接する磁性体コアの略中央部で線輪３と６を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、２つのワイヤーをより合わせ、電極４に接続された線輪３からのワイヤーを電極５に、電極７に接続された線輪６からのワイヤーを電極８に引き出し、溶着等で接続する。磁性体コア１の両端の鍔と鍔を磁性体のバーコア２を接着剤等で接合して磁気的に短絡し閉磁路を形成する。磁性体コアの両端の鍔と磁性体のバーコアは接着剤等で接合される。
【００４４】
２つの線輪間の浮遊容量とディファレンシャルインダクタンスの調整は、２つの巻き線が隣接する中央部で線輪３と６を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、入れ替えた量を調整して行える。この調整方法により、コモンモードチョークコイルの入・出力回路の伝送インピーダンスと整合（マッチング）が取れ、ディファレンシャルモードの信号は歪ませずにノイズ対策もできる。
【００４５】
線輪３と６間の浮遊容量が発生する箇所は両線輪が隣接している中央の１ターンだけにほぼ限定される。３と６の線輪の間、あるいは線輪からコアを経由して３と６との線輪間に多くの電気力線が発生し、両ラインの線輪間に浮遊容量が発生する。浮遊容量が隣接している中央の１ターンだけで発生するとした場合、最終の１ターンを全部入れ替えると２つの線輪が隣接する長さが３倍になり、最大、３倍程度までの浮遊容量を増やし、調整することが可能である。
【００４６】
実施例６で作製したコモンモードチョークコイルを使い、伝送速度５００ＭＨｚで、浮遊容量を微調整するシミュレーションを行い、信号波形の歪を、図１２（Ｂ）に示すように、改善できることを確かめた。シミュレーションは図１３に示す回路で行った。比較のために、図１２（Ａ）に基本的な構造の実施例６で試作した特性を示す。この浮遊容量をマッチングの条件に近い１．５ｐＦでシュミレーションすると、図１２（Ｂ）に示すように波形ひずみが少なくなる。また、もう少し浮遊容量を大きくして３ｐＦでシミュレーションを行うと、図１２（Ｃ）に示すように信号波形が鈍った。
【００４７】
本実施例のコモンモードチョークコイルでは、両ラインの間の浮遊容量が少し大きかったり、ディファレンシャル信号電流で発生するディファレンシャルインダクタンスが少し大きくても、コモンモードチョークの入・出力回路の伝送インピーダンスと整合（マッチング）をとればディファレンシャルモードの信号を歪ませずにノイズ対策ができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
デジタル機器が多くの分野で使われて、そのデジタル機器には代表的なインターフェース、ＵＳＢ、ＬＡＮ、ＬＶＤＳなど、差動信号伝送が広く活用され、差動信号伝送の高速化が進んでいる。高速化に伴い、その差動信号伝送路では電磁ノイズ対策が必要であり、その対策にコモンモードチョークコイルは欠かすことの出来ない重要な部品となっている。しかし、高速の差動信号伝送の電磁ノイズの対策では、コモンモードチョークコイルの浮遊容量が問題となり、十分対策が撮れる対策部品がない。安価で効果的な解決が望まれている。
【００４９】
本発明では、伝送信号が通る線輪を直線状に配置分離することにより、浮遊容量の小さなコモンモードチョークコイルを安価に提供することができ、デジタル電子機器の高速化、デジタル機器で産業への貢献が期待できる。
【００５０】
また差動信号伝送の電磁ノイズ対策では、大きなノイズ対策効果を得るにはコモンモードチョークコイルの線輪を多く巻き、大きなコモンモードインピーダンスを得ることが必要である。従来のコモンモードチョークコイルは線輪を多く巻くと浮遊容量も大きくなりディファレンシャルモードの差動伝送信号が歪み使えなくなり、大きなコモンモードインピーダンスのコモンモードチョークコイルが得られない問題があった。しかし本発明によれば、巻き線数と浮遊容量は直接関係しないので大きいコモンモードインピーダンスのコモンモードチョークコイルが実現でき、大きなノイズ対策効果を得られる。この面でも産業面へ貢献も期待できる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 磁性体コア
２ 閉磁路を形成するための磁性体バーコアー
３ 線輪
４ 電極
５ 電極
６ 線輪
７ 電極
８ 電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両方の端部にそれぞれ一対の電極が形成された磁性体からなるコアに、直線状に配列分離した一対の同一巻線数の輪線が巻線されてなり、一方の線輪は主にコアの一方側に巻線され、他方の線輪は主にコアの他方側に巻線され、一方の線輪の両端は、コアの端部に形成された任意の２つの電極に接続され、他方の輪線の両端は残りの２つの電極に接続され、一方の線輪と他方の線輪はそれぞれ、ディファレンシャル電流が流れた場合にコアの中にできる磁束が逆向きとなる方向に巻線されていることを特徴とするコモンモードチョークコイル。
【請求項２】
一方の線輪の両端はそれぞれコアの一方の端部に形成された一対の電極に接続され、他方の線輪の両端はそれぞれコアの他方の端部に形成された一対の電極に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項３】
一方の線輪の両端はそれぞれコアの一方の端部に形成された一対の電極の１つとコアの他方の端部に形成された一対の電極の１つに接続され、他方の線輪の両端はそれぞれコアの一方の端部に形成された一対の電極の残る電極とコアの他方の端部に形成された一対の電極の残る電極に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項４】
磁性体コアの両端が鍔状になった概ねＩ字形状をしていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項５】
磁性体コアの両端の鍔と鍔を磁性体のバーコアで磁気的に短絡し閉磁路を形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項６】
２つの分離した線輪の近接端で２つの線輪の巻き線を寄り合わしたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項７】
磁性体コアの略中央部において分離した２つの線輪の近接する巻き線を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、入れ替えた量を調整し、２つの線輪間の浮遊容量とディファレンシャルインダクタンスを調整したことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項８】
両方の端部にそれぞれ一対の電極が形成された磁性体からなるコアに、直線状に配列分雕した一対の同一巻線数の輪線が巻線されてなり、一方の線輪は主にコアの一方側に巻線され、他方の線輪は主にコアの他方側に巻線され、一方の線輪の両端は、コアの端部に形成された任意の２つの電極に接続され、他方の輪線の両端は残りの２つの電極に接続され、一方の線輪と他方の線輪はそれぞれ、ディファレンシャル電流が流れた場合にコアの中にできる磁束が逆向きとなる方向に巻線され、磁性体コアの略中央部において２つの線輪の近接する巻き線を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、入れ替えた量を調整し、コモンモードチョークコイルの２つの線輪間の浮遊容量とディファレンシャルインダクタンスを調整することによって、コモンモードチョークコイルと接続する回路とのインピーダンスをマッチングさせる調整方法。
【請求項１】
両方の端部にそれぞれ一対の電極が形成された磁性体からなるコアに、直線状に配列分離した一対の同一巻線数の輪線が巻線されてなり、一方の線輪は主にコアの一方側に巻線され、他方の線輪は主にコアの他方側に巻線され、一方の線輪の両端は、コアの端部に形成された任意の２つの電極に接続され、他方の輪線の両端は残りの２つの電極に接続され、一方の線輪と他方の線輪はそれぞれ、ディファレンシャル電流が流れた場合にコアの中にできる磁束が逆向きとなる方向に巻線されていることを特徴とするコモンモードチョークコイル。
【請求項２】
一方の線輪の両端はそれぞれコアの一方の端部に形成された一対の電極に接続され、他方の線輪の両端はそれぞれコアの他方の端部に形成された一対の電極に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項３】
一方の線輪の両端はそれぞれコアの一方の端部に形成された一対の電極の１つとコアの他方の端部に形成された一対の電極の１つに接続され、他方の線輪の両端はそれぞれコアの一方の端部に形成された一対の電極の残る電極とコアの他方の端部に形成された一対の電極の残る電極に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項４】
磁性体コアの両端が鍔状になった概ねＩ字形状をしていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項５】
磁性体コアの両端の鍔と鍔を磁性体のバーコアで磁気的に短絡し閉磁路を形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項６】
２つの分離した線輪の近接端で２つの線輪の巻き線を寄り合わしたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項７】
磁性体コアの略中央部において分離した２つの線輪の近接する巻き線を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、入れ替えた量を調整し、２つの線輪間の浮遊容量とディファレンシャルインダクタンスを調整したことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のコモンモードチョークコイル。
【請求項８】
両方の端部にそれぞれ一対の電極が形成された磁性体からなるコアに、直線状に配列分雕した一対の同一巻線数の輪線が巻線されてなり、一方の線輪は主にコアの一方側に巻線され、他方の線輪は主にコアの他方側に巻線され、一方の線輪の両端は、コアの端部に形成された任意の２つの電極に接続され、他方の輪線の両端は残りの２つの電極に接続され、一方の線輪と他方の線輪はそれぞれ、ディファレンシャル電流が流れた場合にコアの中にできる磁束が逆向きとなる方向に巻線され、磁性体コアの略中央部において２つの線輪の近接する巻き線を交差させ、巻き線の一部の位置を互いに入れ替え、入れ替えた量を調整し、コモンモードチョークコイルの２つの線輪間の浮遊容量とディファレンシャルインダクタンスを調整することによって、コモンモードチョークコイルと接続する回路とのインピーダンスをマッチングさせる調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−６２４７７（Ｐ２０１３−６２４７７Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１８２０５（Ｐ２０１１−２１８２０５）
【出願日】平成２３年９月１０日（２０１１．９．１０）
【出願人】（３０７０４２７４３）株式会社 ＭＯＤＡテクノロジー (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１０日（２０１１．９．１０）
【出願人】（３０７０４２７４３）株式会社 ＭＯＤＡテクノロジー (4)
【Ｆターム（参考）】
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