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技術 出力ノイズ低減装置

出願人 北川工業株式会社
発明者 大橋良紀谷水友和
出願日 2014年11月18日 (6年3ヶ月経過) 出願番号 2014-233445
公開日 2016年5月30日 (4年8ヶ月経過) 公開番号 2016-100348
状態 特許登録済
技術分野 通信用コイル・変成器 電場又は磁場に対する装置又は部品の遮蔽
主要キーワード フィルタ経路 エアコン機器 誘導性ノイズ 伝導性ノイズ ボルト接続 金属製筐体 長方形板 発生態様
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題

ノイズ電流に起因して磁性体コアに発生する磁束を利用して出力信号混入するノイズを効果的に低減できる出力ノイズ低減装置を提供すること。

解決手段

ノイズフィルタモジュール1は、導電バー11を接地電位に接続するリードフレーム21を備える。導電バー11は、スリット19B,19Cが設けられた磁性体コア19に対し前後方向から挿入されている。導電バー11にノイズ電流41が流れると、磁性体コア19には、磁束43が発生する。磁束43のうち、スリット19B,19Cが形成された部分から発生する漏れ磁束45が、リードフレーム21を鎖交することによって、リードフレーム21に誘導電流47が発生する。これにより、導電バー11からリードフレーム21に流れたノイズ電流51が、誘導電流47によって相殺される。

概要

背景

スイッチング電源やその他の電子機器から導電バーを介して出力される出力電圧出力信号には、電子機器等の動作周波数やその高調波周波数スイッチングノイズ混入する場合がある。こうしたスイッチングノイズは、外部の電子機器などの供給機器に対して悪影響を及ぼす場合があり、抑制することが必要となる。従来、導電バーを流れる高周波ノイズ成分を除去するために、導電バーを磁性体コアに挿入してノイズフィルタを構成したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。

概要

ノイズ電流に起因して磁性体コアに発生する磁束を利用して出力信号に混入するノイズを効果的に低減できる出力ノイズ低減装置を提供すること。ノイズフィルタモジュール1は、導電バー11を接地電位に接続するリードフレーム21を備える。導電バー11は、スリット19B,19Cが設けられた磁性体コア19に対し前後方向から挿入されている。導電バー11にノイズ電流41が流れると、磁性体コア19には、磁束43が発生する。磁束43のうち、スリット19B,19Cが形成された部分から発生する漏れ磁束45が、リードフレーム21を鎖交することによって、リードフレーム21に誘導電流47が発生する。これにより、導電バー11からリードフレーム21に流れたノイズ電流51が、誘導電流47によって相殺される。

目的

本願に開示される技術は、上記の課題に鑑み提案されたものであって、ノイズ電流に起因して磁性体コアに発生する磁束を利用して出力信号に混入するノイズを効果的に低減できる出力ノイズ低減装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

磁性材料により形成され、貫通孔スリットとを有する磁性体コアと、導電性材料により形成され、前記磁性体コアの前記貫通孔に挿入される導体と、前記磁性体コアの外方において、前記スリットに沿って設けられる信号経路と、を備え、ノイズ電流が前記導体に流れることに応じて前記磁性体コアに発生する磁束のうち、前記スリットが形成された部分から漏れ漏れ磁束が前記信号経路を鎖交することによって、当該信号経路に誘導電流が発生することを特徴とする出力ノイズ低減装置

請求項2

前記信号経路は、前記導体に接地電位を供給する経路を含むことを特徴とする請求項1に記載の出力ノイズ低減装置。

請求項3

前記信号経路は、前記導体を流れる信号を伝搬する経路を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の出力ノイズ低減装置。

技術分野

0001

本願に開示の技術は、磁性体コアに挿入される導体を流れる出力電圧等に混入するノイズを低減する出力ノイズ低減装置に関し、特に、磁性体コアに形成したスリットと他の部材との配置に関するものである。

背景技術

0002

スイッチング電源やその他の電子機器から導電バーを介して出力される出力電圧や出力信号には、電子機器等の動作周波数やその高調波周波数スイッチングノイズが混入する場合がある。こうしたスイッチングノイズは、外部の電子機器などの供給機器に対して悪影響を及ぼす場合があり、抑制することが必要となる。従来、導電バーを流れる高周波ノイズ成分を除去するために、導電バーを磁性体コアに挿入してノイズフィルタを構成したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0003

特開2014−120559号公報

発明が解決しようとする課題

0004

特許文献1に開示される出力ノイズ低減装置が備える磁性体コアは、導電バーを取り囲む円筒状に形成され、導電バーを流れる出力信号により周方向に向かう磁束が発生する。磁性体コアには、周方向に向かう磁路の一部を不連続とするスリットが形成されている。このスリットは、いわゆるコアギャップとして機能し、スリットの幅を変更することによって磁気抵抗を調整することが可能となる。しかしながら、この磁性体コアでは、周方向に向かって発生する磁束の一部が、スリットが形成された部分から漏れ漏れ磁束として発生する。

0005

本願に開示される技術は、上記の課題に鑑み提案されたものであって、ノイズ電流に起因して磁性体コアに発生する磁束を利用して出力信号に混入するノイズを効果的に低減できる出力ノイズ低減装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本願に開示される技術に係る出力ノイズ低減装置は、磁性材料により形成され、貫通孔とスリットとを有する磁性体コアと、導電性材料により形成され、磁性体コアの貫通孔に挿入される導体と、磁性体コアの外方において、スリットに沿って設けられる信号経路と、を備え、ノイズ電流が導体に流れることに応じて磁性体コアに発生する磁束のうち、スリットが形成された部分から漏れた漏れ磁束が信号経路を鎖交することによって、当該信号経路に誘導電流が発生する。

0007

当該出力ノイズ低減装置では、例えば、信号経路の配置、向き、形状等を変更することによって、漏れ磁束に起因して発生した誘導電流を用いて、信号経路に流れるノイズ電流の一部又は全部を相殺することが可能となる。これにより、コアギャップとして形成したスリットから漏れ出た漏れ磁束を有効活用してノイズを低減することが可能となる。

0008

また、本願の出力ノイズ低減装置において、信号経路は、導体に接地電位を供給する経路を含む構成としてもよい。

0009

当該出力ノイズ低減装置では、信号経路は、例えば、導体とグランドとを接続し、導体に流れる高周波のノイズ電流をGNDに短絡させるフィルタ用の配線基板等である。そして、磁性体コアのスリットから漏れ出た漏れ磁束によって、ノイズ電流に抗する誘導電流が、フィルタ用の配線等に発生する。これにより、フィルタ用の配線等(信号経路)に流して短絡させることが可能なノイズ電流の大きさが増大し、即ち、フィルタ経路において許容されるノイズ電流の大きさが増大し、ノイズをより効果的に低減することが可能となる。

0010

また、本願の出力ノイズ低減装置において、信号経路は、導体を流れる信号を伝搬する経路を含む構成としてもよい。

0011

当該出力ノイズ低減装置では、信号経路は、例えば、出力信号を流す信号経路を有する導体バー信号線である。そして、磁性体コアのスリットから漏れ出た漏れ磁束によって、ノイズ電流に抗する誘導電流が、信号経路(導電バー等)に発生する。これにより、信号経路に流れるノイズ電流を抑制し、ノイズを低減することが可能となる。

発明の効果

0012

本願に開示される技術に係る出力ノイズ低減装置によれば、ノイズ電流に起因して磁性体コアに発生する磁束を利用して出力信号に混入するノイズを効果的に低減できる。

図面の簡単な説明

0013

実施形態に係る出力ノイズ低減装置の一例としてノイズフィルタモジュールをスイッチング電源に接続した場合の回路図である。
ノイズフィルタモジュールの分解斜視図である。
漏れ磁束によってリードフレームに発生する誘導電流を説明するための模式図である。
ノイズフィルタモジュールの側面図である。
磁性体コアの位置を比較するための比較例であり、比較例のノイズフィルタモジュールの側面図である。
別例のノイズフィルタモジュールの上面図である。
磁性体コアの位置を比較するための比較例であり、比較例のノイズフィルタモジュールの上面図である。
スリットの位置や数が異なる磁性体コアを備えたノイズフィルタモジュールのフィルタ特性を比較するためグラフである。
別例のノイズフィルタモジュールの斜視図である。
別例のノイズフィルタモジュールの前面図である。
別例のノイズフィルタモジュールの上面図である。

実施例

0014

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本願に係る出力ノイズ低減装置の一例としてノイズフィルタモジュール1を示しており、スイッチング電源5の出力端子VXと出力端子VOとの間にノイズフィルタモジュール1を接続した場合の回路図を示している。スイッチング電源5は、アルミダイカスト製などの金属製筐体3に収納されている。スイッチング電源5は、例えば、車載用電源であり、ハイブリッド車あるいは電気自動車等が備えるメインバッテリー(不図示)から供給される駆動系の電源電圧VINの電圧値降圧し、補機バッテリー(不図示)への電力供給を行う降圧型のスイッチング電源である。補機バッテリーは、オーディオ機器エアコン機器照明機器などの車内電装機器に電源電圧を供給する。

0015

スイッチング電源5は、パワートランジスタ(不図示)を所定のスイッチング周波数fでオンオフ制御させることで所定電圧の出力を得る。スイッチング電源5では、このスイッチング動作にともなうパワートランジスタのオンオフによる電流経路切り替えにより、スイッチング周波数fで高電圧低電圧との間で交互に電圧変動が生ずる。また、スイッチング電源5では、負荷電流に応じた電流が電源電圧VIN及び接地電位GNDに交互に断続して流れ電流変動が生ずる。従って、スイッチング電源5は、スイッチング動作による電圧変動と電流変動とが、スイッチング周波数f及びその高調波周波数のスイッチングノイズを発生させるノイズ源となる場合がある。こうしたスイッチングノイズは、例えば、信号経路や接地配線を介して回り込む伝導性ノイズ容量結合など空間を介して伝搬する誘導性ノイズとして出力端子VXに伝搬するおそれがある。

0016

本実施形態のスイッチング電源5では、出力端子VXにノイズフィルタモジュール1が接続されている。ノイズフィルタモジュール1は、スイッチング電源5の出力端子VXと出力端子VOとを結ぶ出力電圧の経路にチョークコイルL1が設けられ、出力端子VOと接地電位GNDとの間にコンデンサC1が接続された、いわゆるLCフィルタの構造を有している。なお、スイッチング電源5におけるスイッチング周波数fは、出力される電力定格や各構成素子仕様などに応じて定められる。例えば、車載用のスイッチング電源では、数100kHzで動作するものがある。このため、スイッチング周波数fやその高調波周波数が、車載AMラジオ周波数帯域に重なる場合があり、ノイズフィルタモジュール1は、これらの帯域で信号経路を伝搬するノイズを抑制することができる。

0017

次に、ノイズフィルタモジュール1の形状・構造に関して説明する。図2はノイズフィルタモジュール1の分解斜視図である。図2に示すように、ノイズフィルタモジュール1は、導電バー11、ボルト17、磁性体コア19、リードフレーム21等を有している。図1に示すスイッチング電源5の出力端子VXと出力端子VOとを繋ぐ出力電圧の経路は、図2に示す導電バー11で主に構成されている。導電バー11は、一方向に長い矩形板状に形成されている。以下の説明では、図2に示すように、導電バー11の長手方向を前後方向、導電バー11の平板部分に対して垂直な方向を上下方向、前後方向及び上下方向に垂直な方向を左右方向と称して説明する。導電バー11は、上方から見た場合に、前後方向に延びる略長方形状に形成されている。

0018

導電バー11は、例えば、銅、アルミ等の金属材料で形成されている。導電バー11は、後方側(図2おける右側)の端部に、上下方向に貫通した接続孔13が形成されている。導電バー11は、この接続孔13が、図1の金属製筐体3内に設けられたスイッチング電源5の出力端子VXに接続される。

0019

また、導電バー11は、前方側図2における左側)において、先端部が上方に向かって屈曲した屈曲部15が形成されている。屈曲部15は、第1湾曲部15Aと、ボルト接続部15Bと、第2湾曲部15Cとを有する。第1湾曲部15Aは、導電バー11の先端部から連続して形成され所定の角度を以て上方に向かって湾曲している。ボルト接続部15Bは、第1湾曲部15Aの先端部に連続して形成され、上下及び左右方向に平行な平面を有する。ボルト接続部15Bは、前後方向に向かって貫通した挿通孔15Dが中央部に形成されており、この挿通孔15Dにボルト17が固定される。第2湾曲部15Cは、ボルト接続部15Bの上端部から連続して形成され、所定の角度を以て後方に向かって湾曲して形成されている。

0020

ボルト17は、出力端子部17Aと、係止部17Bとを有する。出力端子部17Aは、前後方向に延びる円柱形状をなし、その外周面には補機バッテリーなどの接続端子に対して螺合により固定するための雄ネジ(図示略)が設けられている。また、ボルト17は、出力端子部17Aの後ろ側の端面に係止部17Bが一体形成されている。係止部17Bは、出力端子部17Aの前後方向に沿った中心軸から径方向に向かって広がり、出力端子部17Aに比べて大径となる円板状をなしている。従って、係止部17Bの円の中心は、円柱形状の出力端子部17Aの中心軸上に位置している。

0021

また、係止部17Bは、前側(出力端子部17A側)の面に、係止部17Bの軸方向に対して段差を設けた段差部17Cが形成されている。段差部17Cは、前方から見た形状が出力端子部17Aの回りを取り囲み、略星形に広がって形成されている。ボルト17は、ボルト接続部15Bの後方側から前方に向かって挿通孔15Dに圧入され、この段差部17Cが挿通孔15D内に嵌め込まれることで固定される。

0022

磁性体コア19は、前後方向に貫通された中空部19Aを有する中空円筒状に形成されている。磁性体コア19は、例えばフェライト等の磁性材料で形成されている。磁性体コア19は、前後方向から見た形状が左右方向に広がる楕円形状をなす。従って、中空部19Aは、前後方向から見た形状が左右方向に広がる楕円形状をなし、左右方向の幅が導電バー11に比べて大きくなっており、導電バー11が挿通可能となっている。

0023

一方、導電バー11には、接続孔13が形成された部分に比べて左右方向の幅が狭く形成されたコア取付部11Aが形成されている。コア取付部11Aは、導電バー11の前後方向の略中央部から前端付近まで、左右方向の幅が同一となるように形成されている。磁性体コア19は、中空部19Aに導電バー11を挿通して、中空部19Aの内側面と導電バー11のコア取付部11Aとを対向させて配置することにより、チョークコイルL1(図1参照)を構成する。

0024

また、磁性体コア19は、左右方向で対向する部分であって上下方向の中央部に、内周面と外周面とを接続するスリット19B,19Cが設けられている。2つのスリット19B,19Cは、いわゆるコアギャップであり、磁性体コア19の上下方向の中央部を通り、前後方向に沿って形成されている。従って、磁性体コア19は、2つのスリット19B,19Cを間に挟んで、上方側の第1コア部19Eと、下方側の第2コア部19Fとに分離している。第1及び第2コア部19E,19Fは、スリット19B,19Cの各々が形成された部分に、前後方向及び左右方向に沿った端面が形成され、互いの端面が上下方向で対向している。

0025

スリット19B,19Cは、磁性体コア19の周方向に向かう磁路の一部を不連続としている。磁性体コア19は、スリット19B,19Cの幅等を変更することによって磁気抵抗が調整され磁気飽和の発生を防止することが可能となる。また、ノイズフィルタモジュール1は、磁性体コア19のスリット19B,19Cの幅を調整して磁気飽和を抑制することにより、ノイズ成分の除去に必要なチョークコイルL1のインダクタンスを確保することが可能となる。

0026

また、磁性体コア19は、磁性体材料焼結して形成する場合には、焼結後の収縮によって歪み等が発生する虞がある。このため、磁性体コア19を円筒形状に一体形成した場合には、焼結縮みによってコアの一部が破損する虞がある。これに対し、本実施形態の磁性体コア19では、第1及び第2コア部19E,19Fを別々に製造することが可能となり、一体形成した場合に比べて焼結縮みによる影響を低減でき、コアの破損等を防止することが可能となる。

0027

リードフレーム21は、前後方向に対して直交する平面を有する板状に形成され、第1固定部23、接続部25、第2固定部27を有している。リードフレーム21は、導電性の良好な金属材料(例えば黄銅、銅等)で形成されている。第1固定部23は、板状の部材の一部を切り欠いた切り欠き部23Aが形成されている。切り欠き部23Aは、前後方向から見た形状が矩形状となっている。切り欠き部23Aは、下端部の中央が開口するように形成されている。従って、第1固定部23は、前後方向から見た形状が、下方が開口する略逆U字形状となっている。リードフレーム21は、第1固定部23の切り欠き部23A内に、挿通孔15Dから前方に向かって突出する出力端子部17Aを挿入した状態で、第1固定部23の後面がボルト接続部15Bの前面に対して溶接等によって固着され、導電バー11に対して固定される。リードフレーム21は、第1固定部23を介して導電バー11と電気的に接続される。導電バー11は、ボルト接続部15Bの前面にリードフレーム21が取り付けられることとなる。なお、上記したリードフレーム21を、導電バー11に取り付ける方法や位置等は一例であり、適宜変更可能である。例えば、リードフレーム21は、第1固定部23がボルト接続部15Bの前面にネジ止めによって固定される構成でもよい。また、リードフレーム21は、第1固定部23がボルト接続部15Bの後面に固定される構成でもよい。

0028

リードフレーム21の接続部25は、チップコンデンサ29が実装されることで第1固定部23と第2固定部27とを連結する。本実施例の接続部25では、第1固定部23の左右両側の各々に上下方向で対向する一組が設けられている。各接続部25の左右方向の内側端部と、第1固定部23の左右方向の外側端部とは、互いの間にスリット31を設けて、チップコンデンサ29が実装されている。同様に、各接続部25の左右方向の外側端部と、第2固定部27の内側端部とは、互いの間にスリット35を設けて、チップコンデンサ29が実装されている。

0029

従って、左右方向で対向する2つの第2固定部27のうち、1つの第2固定部27と第1固定部23との間には、4個のチップコンデンサ29が実装されている。この4つのチップコンデンサ29は、直列接続される2つを1組として、2組のチップコンデンサ29が並列に実装されている。ここで、屈曲部15及びボルト17は、出力端子VO(図1参照)を構成する。また、第2固定部27には、スイッチング電源5の金属製筐体3に螺合により締結される締結部材(ボルトなど)を介して接地電位GNDが供給されている。従って、チップコンデンサ29はコンデンサC1(図1)を構成する。

0030

第2固定部27は、左右方向の内側端部に、内側に向かって突出する凸部28が形成され、当該凸部28にチップコンデンサ29が実装される。また、第2固定部27は、左右方向の外側端部が円弧状に形成されている。第2固定部27は、モールドされたノイズフィルタモジュール1を金属製筐体3に固定するための不図示のボルト等を前後方向に挿入する固定孔27Aが形成されている。第2固定部27は、固定孔27Aに挿入されたボルト等の締結部材を、金属製筐体3の取付け部に締め付けることによって固定される。

0031

リードフレーム21の形成は、例えば以下のような工程で行うことができる。まず、打ち抜き加工等で金属平板打ち抜き、第1固定部23、接続部25、及び第2固定部27が予定される部材が、互いに金属細線架橋された状態で形成される。次に、チップコンデンサ29を半田付け等により実装する。次に、第1固定部23及び第2固定部27の一部、チップコンデンサ29、及び接続部25を、樹脂材料等の絶縁材料によりモールドして、1次モールド部33を形成する。1次モールド部33には、例えば、フェノール樹脂エポキシ樹脂不飽和ポリエステルなどが使用される。第1固定部23及び第2固定部27の一部、チップコンデンサ29、及び接続部25は、1次モールド部33が形成されることによって、相対位置が固定される。その後、金属細線の架橋部分分断する。

0032

また、ノイズフィルタモジュール1は、1次モールド部33が形成されたノイズフィルタモジュール1を熱硬化性樹脂でさらにモールドした2次モールド部(図示略)が形成される。この2次モールド部は、磁性体コア19の外周面の全体や、1次モールド部33が形成されたリードフレーム21の全体をモールドする。2次モールド部は、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステルなどが使用してインサート成形により形成される。2次モールド部は、第2固定部27の固定孔27Aの位置に合わせて、ボルト等の締結部材が挿通される貫通孔が形成されている。この貫通孔には、第2固定部27の一部が露出しており、ボルト等が直接接触した状態で締結されることでリードフレーム21に接地電位GNDが供給される。

0033

次に、磁性体コア19とリードフレーム21の位置関係について説明する。図3は、導電バー11、磁性体コア19及びリードフレーム21を模式的に示している。導電バー11は、上記したように、図1に示すスイッチング電源5の出力端子VXと出力端子VOとを繋ぐ出力電圧の経路を構成しており、スイッチング電源5のスイッチング動作にともなって生じるスイッチングノイズが、伝達性ノイズとして流れる。例えば、図3の白抜きの矢印で示す向き(前方向き)に、伝達性ノイズとしてノイズ電流41が流れると、導電バー11の周囲には磁界が発生する。この磁界によって導電バー11の周囲を取り囲む磁性体コア19には、右ネジ法則に従って黒塗りの矢印にて示す方向(磁性体コア19の周方向)に向かって磁束43が発生する。

0034

導電バー11に流れるノイズ電流41が大きいほど強い磁界が発生し、磁性体コア19は、磁気飽和し易くなる。磁性体コア19は、磁気飽和してしまうと、ノイズの除去効果が低減する。そこで、磁性体コア19には、コアギャップとしてスリット19B,19Cが設けられている。スリット19B,19Cは、透磁率の低い空気が存在する領域となり、磁性体コア19に発生した磁束43に対する磁気抵抗となる。磁性体コア19は、スリット19B,19Cによって磁気飽和が抑制される一方で、スリット19B,19Cが形成された部分から磁束43の一部が漏れ出て、漏れ磁束45が発生する。

0035

漏れ磁束45の一部は、磁性体コア19の前方側に設けられたリードフレーム21を貫くように鎖交する、あるいは、リードフレーム21の外周を取り囲むように鎖交する。また、リードフレーム21は、ノイズフィルタモジュール1の前後方向に対して直交する平面を有する状態で配置されており、漏れ磁束45の一部が基板の平面を直交する方向に向かって鎖交する。これにより、リードフレーム21には、漏れ磁束45に起因した電磁誘導によって誘導電流47が発生する。一方、導電バー11を流れるノイズ電流41は、その一部又は全部がリードフレーム21を通り、第2固定部27の締結部材を介して金属製筐体3、即ちGNDに向かって流れる。誘導電流47は、このリードフレーム21をGNDに向かって流れるノイズ電流41(図中のノイズ電流51)の流れる向きとは、逆方向の向きに発生する。このため、ノイズ電流51は、誘導電流47によって、一部又は全部が相殺されることとなる。換言すれば、リードフレーム21は、誘導電流47によって相殺される分だけ余分に、ノイズ電流51をGNDに向けて流すことが許容される。その結果、ノイズをより低減することが可能となる。

0036

さらに、磁束43の磁束密度は、ノイズ電流41の増加に比例して高くなる。また、漏れ磁束45の磁束密度も、ノイズ電流41の増加に比例して高くなる。このため、誘導電流47は、ノイズ電流41が大きくなるに従って大きくなって、ノイズ電流51を抑制する。つまり、誘導電流47によるノイズ電流51の抑制効果は、ノイズ電流41の大きさに比例して高まることとなる。これにより、ノイズ電流41の増減に対して一定のノイズの抑制効果が期待できる。

0037

次に、磁性体コア19を、導電バー11に対して固定する位置について説明する。図4は、ノイズフィルタモジュール1の側面図である。また、図5は、比較例のノイズフィルタモジュール100の側面図である。本実施形態のノイズフィルタモジュール1は、磁性体コア19とリードフレーム21との前後方向における距離が、リードフレーム21を鎖交する漏れ磁束45の磁束数に基づいて設定されている。

0038

詳述すると、図4に示すように、漏れ磁束45は、磁性体コア19のスリット19B,19Cが形成された部分を中心に放射状に広がりながら発生する。リードフレーム21には、放射状に発生した漏れ磁束45の一部が鎖交し、鎖交した漏れ磁束45の磁束数に応じた誘導電流47が発生する。このため、誘導電流47の大きさ、即ち、誘導電流47によるノイズ低減効果は、リードフレーム21を鎖交する漏れ磁束45の磁束数に依存する。

0039

図5に示すノイズフィルタモジュール100では、図4に示すノイズフィルタモジュール1に比べて磁性体コア19とリードフレーム21の前後方向における距離が離れている。ノイズフィルタモジュール100のリードフレーム21を鎖交する漏れ磁束45の磁束数は、ノイズフィルタモジュール1に比べて少なくなっている。このため、ノイズフィルタモジュール100は、誘導電流47が小さくなり、所望のノイズ低減効果が得られない虞がある。そこで、本実施形態のノイズフィルタモジュール1では、リードフレーム21を鎖交する漏れ磁束45の磁束数に応じて磁性体コア19の前後方向の位置が設定されており、より大きな誘導電流47が発生する構造となっている。

0040

なお、磁性体コア19の位置は、磁性体コア19から発生する漏れ磁束45の発生態様シミュレーションした結果などを検討して決定することが可能となる。また、磁性体コア19は、前後方向の位置に限らず、上下方向や左右方向の位置も、漏れ磁束45の発生態様(リードフレーム21を鎖交する磁束数など)に応じて決定することが好ましい。

0041

また、上記したノイズフィルタモジュール1の磁性体コア19におけるスリット19B,19Cを設けた位置や数は、一例であり、適宜変更可能である。図6は、別例のノイズフィルタモジュール110の上面図である。なお、以下の説明では、上記実施形態のノイズフィルタモジュール1と同様の構成については、同一符号を付し、その説明を適宜省略する。図6に示すノイズフィルタモジュール110が備える磁性体コア111には、左右方向で対向する部分にはスリットが設けられていない。即ち、磁性体コア111には、上記実施形態の磁性体コア19のスリット19B,19Cに対応するものが形成されていない。また、磁性体コア111には、上下方向の上部に、内周面と外周面を接続するスリット111Aが前後方向に沿って形成されている。従って、磁性体コア111は、1つのスリット111Aのみが形成されている。

0042

このノイズフィルタモジュール110では、磁性体コア111のスリット111Aを形成した部分から発生する漏れ磁束45によって、導電バー11の屈曲部15に誘導電流47(図3参照)を発生させ、ノイズ電流41を抑制することが可能となる。詳述すると、ノイズフィルタモジュール110は、スリット111Aと前後方向において対向する位置に、屈曲部15が配置されている。磁性体コア111から発生する漏れ磁束45は、図6に示す向きに発生し、その一部が屈曲部15を鎖交する。屈曲部15には、上下方向の上方(図6における手前方向)に向かってノイズ電流41が発生し、ボルト17を介して補機バッテリーに向かって流れようとする。それに対し、漏れ磁束45によって屈曲部15に発生する誘導電流47は、このノイズ電流41を打ち消すように、上下方向の下方に向かって発生する。これにより、ノイズ電流41の一部又は全部が誘導電流47によって相殺されることとなる。

0043

また、図6に示すノイズフィルタモジュール110においても、磁性体コア111とリードフレーム21との前後方向の距離が、屈曲部15を鎖交する漏れ磁束45の磁束数に基づいて設定されることで、効果的にノイズを除去することが可能となる。図7は、比較例のノイズフィルタモジュール120の上面図である。図7に示すノイズフィルタモジュール120では、図6に示すノイズフィルタモジュール110に比べて磁性体コア111とリードフレーム21の前後方向における距離が離れている。このため、ノイズフィルタモジュール120は、屈曲部15を鎖交する漏れ磁束45の磁束数がノイズフィルタモジュール110に比べて少なくなると、誘導電流47が小さくなってしまう。この場合、図6に示すように、屈曲部15を鎖交する漏れ磁束45の磁束数がより多くなるように磁性体コア111をリードフレーム21により近づけた配置とすることが好ましくなる。

0044

一方で、本願の発明者らが様々な条件で、実際の測定やシミュレーション等をした結果では、図7に示すノイズフィルタモジュール120が、図6に示すノイズフィルタモジュール110に比べて優れたノイズ特性を示す場合もあった。これは、例えば、図6に示す構成では、磁性体コア111が屈曲部15に近接しており、磁性体コア111から発生する漏れ磁束45の広がり方に比べて、屈曲部15の上下方向の幅が広いため、漏れ磁束45が屈曲部15を取り囲むように鎖交していないことが影響していると考えられる。この場合、リードフレーム21と磁性体コア111との間を、一定の距離だけ空けて、屈曲部15に対して漏れ磁束45を鎖交させる(取り囲ませる)ことが有効となってくる。このため、磁性体コア111の位置を決定する場合には、図4及び図5の場合も含めて、漏れ磁束45の広がり方に対する、漏れ磁束45が鎖交する導体(屈曲部15やリードフレーム21)の幅を考慮する必要がある。つまり、磁性体コア19及び磁性体コア111の最適位置を決定するには、漏れ磁束45が鎖交する導体(リードフレーム21など)と磁性体コア111との距離、導体の幅、漏れ磁束45の発生態様などを考慮して、導体を鎖交する磁束数がより多くなるようにする必要がある。

0045

また、磁性体コアの構成は、上記した磁性体コア19や磁性体コア111に限らない。図8は、構造の異なる磁性体コア19を用いてフィルタ特性を測定したグラフを示している。図8縦軸は、導電バー11を流れる出力電圧の挿入損失を示している。横軸は、周波数を示している。また、パターン1は、図6に示す上部にスリット111Aのみが形成された磁性体コア111を用いた場合の測定結果である。また、パターン2は、図2に示す磁性体コア19において、スリット19Bを設けずに、スリット19Cのみを設けた場合の測定結果である。即ち、磁性体コア19の左右方向の一方(左側)のみにスリット19Cを設けた場合である。また、パターン3は、図2に示す左右方向の両方にスリット19B,19Cが形成された磁性体コア19を用いた測定結果である。

0046

図8に示すように、各パターンともに、10kHzから1000kHzに向かって挿入損失が徐々に低減し、300kHzから1000kHzの周波数帯域において、特に、挿入損失が低減している。これは、所望の通過帯域(例えば、数100kHz)において、漏れ磁束45によるノイズ(ノイズ電流41)を抑制する高い効果が現れているものと考えることができる。さらに、2つのスリット19B,19Cを形成したパターン3では、他のパターン1,2に比べてより高いノイズ低減効果が現れていることが分かる。このため、2つのスリット19B,19Cを磁性体コア19に設けて、リードフレーム21をスリット19B,19Cと対向する位置に設けることで、より高いノイズ低減効果が得られるものと考えられる。

0047

なお、図8に示す測定結果は、図4図6に示すようなリードフレーム21(屈曲部15)と、磁性体コア19,111との距離を、近くした条件で測定した結果である。上述した図6図7の場合のように、屈曲部15を取り囲むように漏れ磁束45を鎖交させるために、屈曲部15と磁性体コア111との間に、一定距離を空けることが有効な場合もある。このため、例えば、屈曲部15やリードフレーム21と、磁性体コア19,111とを一定距離だけ離して測定した場合には、図8に示す結果とは異なり、パターン1が、パターン2,3に比べてより高いノイズ低減効果を示すことは十分に考えられる。

0048

因みに、ノイズフィルタモジュール1は、出力ノイズ低減装置の一例である。スイッチング電源5は、電子機器の一例である。導電バー11は、導体の一例である。中空部19Aは、貫通孔の一例である。リードフレーム21は、導体に接地電位を供給する経路の一例である。図6に示す屈曲部15は、導体を流れる信号を伝搬する経路の一例である。

0049

なお、本願に開示される技術は上記実施形態に限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態では、フィルタ構成として、チョークコイルL1の一端にコンデンサC1が接続された、いわゆるL型のフィルタ構成であったが、これに限定されず、例えば、π型、T型等のフィルタ構成を採用してもよい。

0050

例えば、図9は、別例のノイズフィルタモジュール130の斜視図である。図9に示すノイズフィルタモジュール130は、いわゆるπ型のフィルタ構成であり、導電バー71と、導電バー71が挿入される磁性体コア73と、フレキシブルプリント基板(以下、「FPC基板」)75とを備えている。導電バー71は、前後方向に延びる矩形板状に形成されている。導電バー71は、前後方向の各端部に、上下方向に貫通した接続孔72が形成されている。導電バー71は、接続孔72の各々が、スイッチング電源5(図1参照)や補機バッテリーに接続される。

0051

図10に示すように、磁性体コア73は、上下方向において互いに対向し、上下方向の間にFPC基板75を挟持する第1コア部77と、第2コア部78とを備える。第1コア部77は、FPC基板75の上方に位置し、上方に向かって湾曲した形状をなしている。第2コア部78は、FPC基板75の下方に位置し、長方形板状に形成されている。第1及び第2コア部77,78は、前後方向及び左右方向の長さが略同一となるように形成されており、内周面によって前後方向に沿った中空部81を形成している。導電バー71は、FPC基板75の上面に当接した状態で中空部81内に挿入されている。

0052

図11に示すように、FPC基板75は、上方から見た形状が前後方向に長い長方形状をなし、長方形状の外周部分に沿って配線パターン83が、FPC基板75の上面と下面にそれぞれ形成されている。上面及び下面の各々に設けられた配線パターン83は、上下方向に貫通して形成されたスルーホールにより、互いに電気的に接続されている。また、下面の配線パターン83は、FPC基板75の前後方向の側縁部において、左右方向に沿って形成された部分の中央部が、ヒューズ(図示略)を介して導電バー71の下面と電気的に接続されている。このヒューズは、例えば、後述するグランド端子89からの過電流が導電バー71を介してスイッチング電源5や補機バッテリーに回り込むのを防止するためのものである。従って、FPC基板75の上面に設けられた配線パターン83は、スルーホール、下面の配線パターン83、ヒューズを介して導電バー71と電気的に接続されている。

0053

また、FPC基板75は、左右方向の側縁部における前後方向の中央部に、2つのチップコンデンサ85が表面実装されている。チップコンデンサ85は、前後方向に並んで実装されている。配線パターン83は、FPC基板75の左右方向の側縁部に形成された配線の前後方向の中央部が、2つのチップコンデンサ85を介して互いに接続されている。また、FPC基板75は、上面のチップコンデンサ85と同様に、下面にも同数のチップコンデンサ(図示略)が実装されている。

0054

前後方向に並んで実装された2つのチップコンデンサ85の中間ノードには、グランド端子89が接続されている。グランド端子89は、端子部91と、湾曲部93とを備える。端子部91は、上方から見た形状が略正方形状をなす板状に形成されており、中央部に上下方向に沿って貫通した固定孔91Aが形成されている。端子部91は、固定孔91Aに挿入した締結部材(ボルトなど)によって、接地電位を供給する部材等に固定される。グランド端子89には、この締結部材を介して接地電位が供給される。湾曲部93は、チップコンデンサ85の中間ノードと、グランド端子89の左右方向の内側端部とを接続する。従って、チップコンデンサ85には、グランド端子89を介して接地電位が供給される。湾曲部93は、上下方向に向かってS字状に湾曲して形成されている(図10参照)。なお、下面のチップコンデンサは、上面のチップコンデンサ85と同様に、グランド端子89の下面と接続されている。

0055

このような構成のノイズフィルタモジュール130において、例えば、導電バー71の後方側の接続孔72をスイッチング電源5(供給元)に接続し、前方側の接続孔72を補機バッテリー(供給先)に接続したとする。図9に示すように、導電バー71に後方から前方に向かってノイズ電流95が発生したとする。ノイズ電流95は、その一部又は全部が、配線パターン83を介してグランド端子89に流れる。また、導電バー71にノイズ電流95が流れることで、導電バー71を取り囲む磁性体コア73には、周方向に向かう磁束97が発生する。磁性体コア73は、上下方向において第1コア部77と、第2コア部78とに分断されているため、FPC基板75を挟持する部分がコアギャップとなり漏れ磁束99が発生する。漏れ磁束99は、その一部が、FPC基板75の前後方向の端部に形成された配線パターン83を鎖交する。これにより、配線パターン83には、ノイズ電流95を相殺する方向に向かって誘導電流が発生することとなる。従って、このような構成においても、上記したノイズフィルタモジュール1と同様の効果を得ることが可能となる。

0056

また、本願における出力ノイズ低減装置は、容量素子(コンデンサC1など)を備えたLC回路に限らず、チョークコイルL1のみの構成でもよい。例えば、本願における出力ノイズ低減装置を、電力や信号が流れるケーブルの外周部分に装着するフェライトコアを備えたノイズ対策部品具現化してもよい。この場合、フェライトコアのコアギャップをケーブルに沿った方向とする構造が好ましい。

0057

また、磁性体コア19は、円筒形状に限らず、導電バー11が挿入可能な他の形状でもよい。また、スリット19B,19Cを、磁性体コア19に対して前後方向の全域に亘って形成せずに、例えば、リードフレーム21と対向する前面部分のみに形成してもよい。このような構成においても、磁性体コア19の前面に形成したスリット19B,19Cから発生した漏れ磁束45をリードフレーム21に鎖交させることが可能となる。

0058

また、上記実施形態における部材の形状、配置や個数等は一例であり、適宜変更可能である。例えば、ボルト17を、屈曲部15の挿通孔15Dに対して圧入によって固定したが、かしめ、溶着等によって固定してもよい。

0059

次に、上記実施形態の内容から導き出される技術的思想について記載する。
(イ)金属製筐体に収容された電子機器からの出力信号を供給機器に出力し、前記出力信号に混入するノイズを低減する出力ノイズ低減装置であって、
磁性材料により形成され、第1コア部と、前記第1コア部と互いに対向する内周面により貫通孔を構成し前記第1コア部との間にスリットを設けて配置される第2コア部とを有する磁性体コアと、
導電性材料により形成され、前記磁性体コアの前記貫通孔に挿入され、挿入方向の一方の端部を前記電子機器に接続する接続部とし、他方の端部を前記供給機器に接続する出力部とする導電バーと、
平板状に形成され、平面の直交方向において互いに対向する前記第1及び第2コア部によって挟持され、前記導電バーに接地電位を供給する基板と、を備え、
ノイズ電流が前記導電バーに流れることに応じて前記磁性体コアに発生する磁束のうち、前記スリットが形成された部分から漏れた漏れ磁束が前記基板を鎖交することによって、当該基板に誘導電流が発生することを特徴とする出力ノイズ低減装置。

0060

このような構成では、第1及び第2コア部のスリットが設けられた部分から発生する漏れ磁束が、接地電位を供給する基板を鎖交することによって、基板に誘導電流が発生する。これにより、当該出力ノイズ低減装置では、基板に流れるノイズ電流の一部又は全部が、誘導電流によって相殺される。従って、コアギャップとして形成したスリットから漏れ出た漏れ磁束を有効活用してノイズを低減することが可能となる。

0061

1ノイズフィルタモジュール
3金属製筐体
5スイッチング電源
19B,19Cスリット
19磁性体コア
11導電バー
21リードフレーム。

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