JP2017147307A - ノイズ除去装置及びこれを用いたケーブルコネクタ並びにノイズ除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気コアの数を増やすことなく伝導ノイズ及び放射ノイズを効果的に抑えることが可能にする。【解決手段】ノイズ除去装置１００Ａは、コア線１１１の外周囲が絶縁層１１２、絶縁層１２、シールド層１３及びシース１４で覆われた３芯シールド線であるシールド材１０と、シールド材１０の端部から取り出された芯線１１ａ，１１ｂ，１１ｃが中央開口２１１に通されており且つコア線１１１に伝わる信号に重畳したノイズの磁束を取り込む磁気コア２０とを備え、シールド材１０のシールド層１３が電気的に開放又は接地された構成になっている。【選択図】図１

Description

本発明はケーブル等から輻射及び伝導する伝導ノイズ及び放射ノイズを低減するノイズ除去装置及びこれを用いたケーブルコネクタ並びにノイズ除去方法に関する。

ケーブル等から輻射及び伝導するノイズを簡単に除去するのに磁気コアが使用されることがある（例えば特許文献１等）。

磁気コアのノイズ除去の原理については、低周波領域ではコア自体のＸ成分が支配的であることから、インダクタとして機能しノイズを反射する一方、高周波領域ではコア自体のＲ成分が支配的であることから、抵抗として機能しノイズを熱に変換して吸収することに基づいている。

特開平０８−０１７６３５号公報

しかしながら、磁気コアだけで伝導ノイズ及び放射ノイズのレベルを効果的に抑えることは困難である。もっとも、磁気コアの数を増やすとノイズ除去効果が高くなる場合があるとはいえ、その増加分だけコスト高になるという問題がある。

本発明は上記背景の下で創作されたものであって、その目的とするところは、磁気コアの数を増やすことなく伝導ノイズ及び放射ノイズを効果的に抑えることが可能なノイズ除去装置及びこれを用いたケーブルコネクタ並びにノイズ除去方法を提供することにある。

本発明に係るノイズ除去装置は、コア線の外周囲が絶縁層、シールド層及びシースで覆われたシールド線であるシールド材と、前記シールド材が中央開口に通されており且つ前記コア線に伝わる信号／電流に重畳したノイズの磁束を取り込む磁気コアとを備え、前記シールド材のシールド層が電気的に開放又は接地された構成になっている。

なお、シールド材のシールドの電気的な接地／開放については、除去すべきノイズの周波数及びレベル、磁気コアの取付位置等の条件に応じて適宜選択すれば良い。

上記発明によると、シールド材のコア線に伝わる信号／電流に重畳したノイズについては、シールド材と磁気コアとの双方により抑制される。従来とは異なり磁気コアの数を増やす必要がなく伝導ノイズ及び／又は放射ノイズのレベルを効果的に抑えられることからノイズ除去面とコスト面での効果を期待することが可能になる。

前記シールド材が多芯である場合、前記磁気コアについては、前記シールド材の端部から取り出された芯線を各々通すための中央開口が形成された環状本体部と、前記中央開口内に前記環状本体部に連なって形成されており且つ前記芯線同士を仕切る内壁部とを有し、前記シールド材のシールドが電気的に開放された構成にすると良い。

上記形態に係る本発明による場合、ノーマルモード及びコモンモードに対してインピーダンス特性を有し、この点で高い伝導ノイズ抑制効果が得られる。

また、上記形態において、前記シールド材のシールドが上記ではなく電気的に両端接地された構成にすることが好ましい。

上記形態に係る本発明による場合、ノーマルモード及びコモンモードに対してインピーダンス特性を有するたけでなく、伝導ノイズ抑制効果に加えて放射ノイズ抑制効果についても得られる。

更に、上記形態において、前記磁気コアは、前記内壁部にエアギャップが形成された構成にすることが更に好ましい。

上記形態に係る本発明による場合、磁性体コアの内壁部にエアギャップが形成されていることから、大電流下であっても磁気飽和が起こり難い。また、モード変換が起こり難くなる。これらの点で高いノイズ除去効果が得られる。特に、輻射効率が高いコモンモードノイズの発生を低く抑えることが可能である。

前記シールド材が単芯であり且つ複数本を有する場合、前記磁気コアは、前記シールド材を全体として各々通すための中央開口が形成された環状本体部と、前記中央開口内に前記環状本体部に連なって形成されており且つ前記シールド材同士を仕切る内壁部とを有し、前記シールド材の各シールドが電気的に開放された構成にすると良い。

上記形態に係る本発明による場合、ノーマルモード及びコモンモードに対してインピーダンス特性を有し、この点で高い伝導ノイズ抑制効果が得られる。

また、上記形態において、前記シールド材のシールドが上記ではなく電気的に両端接地された構成にすることが好ましい。

上記形態に係る本発明による場合、ノーマルモード及びコモンモードに対してインピーダンス特性を有しないものの、放射ノイズ抑制効果が得られる。

更に、上記形態において、前記磁気コアは、前記内壁部にエアギャップが形成された構成にすることが更に好ましい。

上記形態に係る本発明による場合、磁性体コアの内壁部にエアギャップが形成されていることから、大電流下であっても磁気飽和が起こり難い。また、モード変換が起こり難くなる。これらの点で高いノイズ除去効果が得られる。特に、輻射効率が高いコモンモードノイズの発生を低く抑えることが可能である。

本発明に係るケーブルコネクタは、前記ノイズ除去装置がコネクタ本体に組み込まれており且つ当該装置のシールド材の末端に接続された構成になっている。

上記発明によると、ノイズ除去装置を含めた全体の構成が簡単になるだけでなく、同装置によりノイズ除去効果が得られることから、高性能化及び低コスト化の双方を図ることが可能になり、電子機器／電気機器のＥＭＣ対策に非常に便利となる。

好ましくは、前記コネクタ本体を金属製である構成とするのが望ましい。

上記形態に係る本発明による場合、金属製のコネクタ本体によりシールド効果が得られることから、この点で更なる高いノイズ抑制効果が得られる。

本発明に係るノイズ除去方法は、コア線の外周囲を絶縁層、シールド層及びシースで覆われたシールド線であるシールド材の内側又は外側に磁気コアを装着すると共に、前記シールド材のシールド層を電気的に開放又は接地した内容になっている。

上記発明によると、シールド材のコア線に伝わる信号／電流に重畳したノイズについては、シールド材と磁気コアとの双方により抑制される。従来とは異なり磁気コアの数を増やす必要がなく伝導ノイズ及び／又は放射ノイズのレベルを効果的に抑えられることからノイズ除去面とコスト面での効果を期待することが可能になる。

本発明の実施の形態を説明するための図であって、ノイズ除去装置の概略的構成図である。 同ノイズ除去装置が組み込まれたケーブルコネクタの説明図であって、(a)は概略側面図、(b)は概略正面図である。 同ノイズ除去装置において、磁気コアのシールド内側取り付け且つシールド接地の場合の実験結果の説明図であり、(a)はインピーダンス周波数特性図、(b)はコモンモードの経路模式図である。 同ノイズ除去装置において、磁気コアのシールド内側取り付け且つシールド開放の場合の実験結果の説明図であり、(a)はインピーダンス周波数特性図、(b)はコモンモードの経路模式図である。 同ノイズ除去装置の他の例の概略的構成図である。 同ノイズ除去装置が組み込まれたケーブルコネクタの説明図であって、(a)は概略側面図、(b)は概略正面図である。 同ノイズ除去装置において、磁気コアのシールド外側取り付け且つシールド接地の場合の実験結果の説明図であり、(a)はインピーダンス周波数特性図、(b)はコモンモードの経路模式図である。 同ノイズ除去装置において、磁気コアのシールド外側取り付け且つシールド開放の場合の実験結果の説明図であり、(a)はインピーダンス周波数特性図、(b)はコモンモードの経路模式図である。 同ケーブルコネクタを電子機器内に配置して使用する場合の模式図である。 同ケーブルコネクタを電子機器外に配置して使用する場合の模式図である。 同ノイズ除去装置の変形例を説明するための概略的構成図である。 同ノイズ除去装置の磁気コアの変形例を説明するための概略的斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。ここに例として挙げるノイズ除去装置１００は、図１０に示されたインバータＥＣＵ又はＤＣ−ＤＣコンバータＥＣＵ等の電子機器１のケーブルコネクタ２００Ａ（プラグ）に適用されている。ケーブルコネクタ２００Ａは、電子機器１の信号出力用のシールド線であるシールド材１０の端部に接続されている。電子機器１の内部基板２にはレセプタクル側のケーブルコネクタ２００Ｂが取り付けられている。内部基板２はケーブルコネクタ２００Ａ，Ｂ及びシールド材１０を通じて外部の電子回路と接続されるようになっている。

ケーブルコネクタ２００Ａは、図２に示されているように樹脂製のコネクタ本体２１０に組み込まれている。図中２２０はコネクタ本体２１０の先端側に設けられたレセプタクル用の合計３つの端子ピンであり、シールド材１０の端部から取り出された芯線１１ａ，１１ｂ及び１１ｃ、シールド層１３の網線に各々接続されており、その芯線１１ａ，１１ｂ及び１１ｃの途中部位にケーブルコネクタ２００Ａの磁気コア２０が通されている。

ケーブルコネクタ２００Ａは、図１に示されているようにシールド材１０と、シールド材１０の芯線部分が中央開口２１１に通されており且つコア線１１に伝わる信号に重畳したノイズの磁束を取り込む磁気コア２０とを備えている。また、図９に示されているようにケーブルコネクタ２００Ａがケーブルコネクタ３００Ａに接続された状態で、電子機器１等を通じてシールド材１０のシールド層１３が電気的に接地（両端接地）される構成になっている。

シールド材１０については、ここでは３芯の高周波信号用シールド線を用いており、銅線のコア線１１１の外周囲が絶縁層１１２（セパレータ）、絶縁層１２、網線のシールド層１３及びシース１４で覆われた構成になっている。コア線１１及び絶縁層１１２により芯線１１ａが構成されている。芯線１１ｂ及び１１ｃについても同様である。

磁気コア２０については、シールド材１０に乗ったノイズを除去するフェライトの磁性体コアであって、シールド材１０の芯線１１ａ，芯線１１ｂ，芯線１１ｃを挿通するための中央開口２１１を有した環状本体部２１と、中央開口２１１内に環状本体部２１に連なって形成されており且つシールド材１０の芯線１１ａ，芯線１１ｂ，芯線１１ｃ同士を仕切る内壁部２２,２２とを具備している。中央開口２１１内における内壁部２２，２２の間隔は均等にされており、内壁部２２,２２の中央部位にはエアギャップ２２１,２２１が各々形成されている。

上記のように構成されたケーブルコネクタ２００Ａ（ノイズ除去装置１００Ａ）の周波数特性は図３（ａ）に示されている通りであって、ノーマルモード及びコモンモードに対してインピーダンス特性を有し、高い伝導ノイズ抑制効果が得られる。また、図３（ｂ）に示されている通り、磁気コア２０がコモンモードノイズの磁束を取り込み、コモンモードノイズの電流経路の面積（図中斜線で表示）が小さいことから、放射ノイズ抑制効果が得られる。

なお、図３（ｂ）中のＮは電子機器１側のノイズ源を仮想的に示す一方、Ｒは電子機器１にシールド材１０を介して電気接続される電子回路側の負荷を仮想的に示している。これは図４（ｂ），図７（ｂ）及び図８（ｂ）についても同様である。

もっとも、このようなケーブルコネクタ２００Ａ（ノイズ除去装置１００Ａ）の適用対象において、伝導ノイズ抑制効果のみで高い放射ノイズ抑制効果が不要であるときには、ノイズ除去装置１００Ａにつき一部設計変更して、シールド材１０のシールド層１３が電気的に開放（本案例では両側開放）された構成でも良い。

上記のように一部設計変更されたケーブルコネクタ２００Ａ（ノイズ除去装置１００Ａ）の周波数特性は図４（ａ）に示されている通りであって、ノーマルモード及びコモンモードに対してインピーダンス特性を有し、高い伝導ノイズ抑制効果が得られる。ところが、図４（ｂ）に示されている通り、磁気コア２０がコモンモードノイズの磁束を取り込み、コモンモードノイズの電流経路の面積（図中斜線で表示）が大きく、放射ノイズ抑制効果が小さい。

上記したケーブルコネクタ２００Ａ（及びノイズ除去装置１００Ａ）についてはケーブル１０が多芯である場合の構成例であったが、ケーブルが単芯であり且つ複数本である場合の構成例（ケーブルコネクタ２００Ｂ及びノイズ除去装置１００Ｂ）を図５乃至８を参照して説明する。但し、上記と異なる部分を中心として説明することとし、共通する部分についてはその説明を省略するものとする。

ノイズ除去装置１００Ｂは、図５に示されているように合計３本のシールド材３０ａ，３０ｂ，３０ｃと、シールド材３０ａ等が全体的に中央開口２１１に各々通されており且つシールド線３０ａ等に各々伝わる信号に重畳したノイズの磁束を取り込む磁気コア２０とを備えている。
また、図９に示されているようにケーブルコネクタ２００Ｂがケーブルコネクタ３００Ｂに接続された状態で、電子機器１等を通じてシールド材３０ａのシールド層３３が各々電気的に接地（両端接地）される構成になっている。

シールド材３０ａについては、ここでは単芯の高周波信号用シールド線を用いており、図５中に併せて示されているように、銅線のコア線３１の外周囲が絶縁層３２、網線のシールド層３３及びシース３４で覆われた構成になっている。シールド材３０ｂ及び３０ｃについても同様である。

磁気コア２０については、シールド材３０ａ，３０ｂ，３０ｃに乗ったノイズを除去するフェライトの磁性体コアであって、シールド材３０ａ，３０ｂ，３０ｃを全体的に挿通するための中央開口２１１を有した環状本体部２１と、中央開口２１１内に環状本体部２１に連なって形成されており且つシールド材３０ａ，３０ｂ，３０ｃ同士を仕切る内壁部２２,２２とを具備している。中央開口３１１内における内壁部２２，２２の間隔は均等にされており、内壁部２２,２２の中央部位にはエアギャップ２２１,２２１が各々形成されている。

このような構成のノイズ除去装置１００Ｂがコネクタ本体２１０に組み込まれているのがケーブルコネクタ２００Ｂである(図６参照)。

上記のように構成されたケーブルコネクタ２００Ｂ（ノイズ除去装置１００Ｂ）の周波数特性は図７（ａ）に示されている通りであって、ノーマルモード及びコモンモードに対してインピーダンス特性を有せず、伝導ノイズ抑制効果が得られない。ところが、図７（ｂ）に示されている通り、磁気コア２０内でコモンモードノイズの磁束が相殺され、放射ノイズ抑制効果が得られる。

もっとも、このようなケーブルコネクタ２００Ｂ（ノイズ除去装置１００Ｂ）の適用対象において、放射ノイズ抑制効果が不要であるものの、高い伝導ノイズ抑制効果が必要であるときには、ノイズ除去装置１００Ｂにつき一部設計変更して、シールド材３０ａ，３０ｂ，３０ｃの各シールド層３３が電気的に開放（本案例では両側開放）された構成でも良い。

上記のように一部設計変更されたケーブルコネクタ２００Ｂ（ノイズ除去装置１００Ｂ）の周波数特性は図８（ａ）に示されている通りであって、ノーマルモード及びコモンモードに対してインピーダンス特性を有し、高い伝導ノイズ抑制効果が得られる。ところが、図８（ｂ）に示されている通り、磁気コア２０がコモンモードノイズの磁束を取り込み、コモンモードノイズの電流経路の面積（図中斜線で表示）が大きく、放射ノイズ抑制効果は小さい。

上記のように構成されたノイズ除去装置１００Ａ（１００Ｂ）により、シールド材１０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）の各コア線１１１（３１）に伝わる信号に重畳したノイズについては、シールド材１０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）と磁気コア２０との双方により抑制される。従来とは異なり磁気コア２０の数を増やす必要がなく伝導ノイズ及び／又は放射ノイズのレベルを効果的に抑えられることからノイズ除去面とコスト面での効果を期待することが可能になる。

また、仮にシールド材１０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）に大電流が流れる場合であっても、磁気コア２０の内壁部２２、２２の中央部位にエアギャップ２２１、２２１が各々形成されていることから、磁気飽和が起こり難い。しかもディファレンシャルモードからコモンモードへのモード変換が起こり難く、これに伴って輻射効率が高いコモンモードノイズの発生を低く抑えることが可能になる。これらの点でも高いノイズ除去効果が得られる。

ケーブルコネクタ２００Ａ（２００Ｂ）は、上記したような特徴を有したノイズ除去装置１００Ａ（１００Ｂ）が組み込まれていることから、これを使用するだけで電子機器１のＥＭＣ／ノイズ対策を容易に図ることが可能となる。

上記実施形態の変形例としては、ノイズ除去装置１００Ａ（１００Ｂ）をプラグ側のケーブルコネクタ２００Ａ（２００Ｂ）ではなくレセプタクル側のケーブルコネクタ３００Ｂに組み込む形態でもかまわない。

また、ケーブルコネクタ２００Ａ（２００Ｂ）を図１０示されているように電子機器１外に配置する形態でも良い。この場合、ノイズ除去装置１００Ａ（１００Ｂ）のノイズ除去効果を落とさないためにケーブルコネクタ２００Ａ（２００Ｂ）のコネクタ本体２１０を金属製とすることが好ましい。

更に、ノイズ除去装置１００Ａ（１００Ｂ）をケーブルコネクタ２００Ａ（２００Ｂ）に組み込まず、電子機器１の内外に位置するシールド材１０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）の外側に磁気コア２０に装着すると共に、シールド材１０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）のシールド層１３（３３）を電気的に開放又は接地する方法を採用しても良い。このノイズ除去方法を採用した場合であっても上記と同様の効果が得られる。

なお、本発明に係るノイズ除去装置及びケーブルコネクタは上記実施形態に限定されず以下のように変更しても構わない。

シールド材については、コア線の外周囲を絶縁層、シールド層及びシースで覆われたシールド線である限り、芯線の本数や絶縁層等の構造が問われず、バスライン等のフラットケーブル等であっても良い。その適用対象については信号用だけでなく電力用についても含まれる。

磁気コアについては、シールド材が中央開口に通されており且つシールド材のコア線に伝わる信号／電流に重畳したノイズの磁束を取り込むことが可能な構成である限り、形状及び材質等が問われず、例えば、チューブ状にしたり、一般的なリング状のフェライトコアを用いてもかまわない。このフェライトコアを磁気コアとして用いたノイズ除去装置の例を図１１を参照して説明する。

ノイズ除去装置１００’は、コア線１１１’の外周囲を絶縁層１１２’、シールド層１３’及びシース１４’で覆われたシールド線であるシールド材１０’と、シールド材１０’が中央開口２１１’に通されており且つコア線１１１’に伝わる信号／電流に重畳したノイズの磁束を取り込む磁気コア２０’とを備え、シールド材１０’のシールド層１３’が電気的に開放又は接地された構成になっている。シールド材１０’に対する磁気コア２０’の取り付け位置については、図１１に示されているようにシース１４’の部分としたり、図中破線で示されているようにも芯線１１’の部分とすれば良い。

磁気コアの形状については、シールド材の芯線等に応じて適宜設計変更すれば良い。図１２はシールド材として２芯のシールド線を用いた場合に適した磁気コアの例を示している。

本発明に係るノイズ除去方法は、コア線の外周囲が絶縁層、シールド層及びシースで覆われたシールド線であるシールド材の内側又は外側に磁気コアを装着すると共に、前記シールド材のシールド層を電気的に開放又は接地(両端接地)する内容である限り、上記と同様どのよう設計変更してもかまわない。ここで言うシールド材の内側に磁気コアを装着するとは、シールド材の端部から取り出した芯線に磁気コアを挿入することをいい（図１参照）、シールド材の外側に磁気コアを装着するとは、シールド材の外側又はシールド材の端部から取り出したシールド層の外側に磁気コアを挿入することをいう（図５参照）。

１００Ａ（１００Ｂ）ノイズ除去装置
１０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ） シールド材
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 芯線
１１１（３１） コア線
１１２（３２） 絶縁層
１２（３２） 絶縁層
１３（３３） シールド層
１４（３４） シ―ス
２０ 磁気コア
２１ 環状本体部
２１１ 中央開口
２２ 内壁部
２２１ エアギャップ
２００Ａ（２００Ｂ） ケーブルコネクタ
２１０ コネクタ本体

Claims (10)

1. コア線の外周囲が絶縁層、シールド層及びシースで覆われたシールド線であるシールド材と、前記シールド材が中央開口に通されており且つ前記コア線に伝わる信号／電流に重畳したノイズの磁束を取り込む磁気コアとを備え、前記シールド材のシールド層が電気的に開放又は接地された構成になっていることを特徴とするノイズ除去装置。
2. 前記シールド材が多芯である場合の請求項１記載のノイズ除去装置において、前記磁気コアは、前記シールド材の端部から取り出された芯線を各々通すための中央開口が形成された環状本体部と、前記中央開口内に前記環状本体部に連なって形成されており且つ前記芯線同士を仕切る内壁部とを有し、前記シールド材のシールドが電気的に開放された構成になっていることを特徴とするノイズ除去装置。
3. 請求項２記載のノイズ除去装置において、前記シールド材のシールドが上記ではなく電気的に接地された構成になっていることを特徴とするノイズ除去装置。
4. 請求項２又は３記載のノイズ除去装置において、前記磁気コアは、前記内壁部にエアギャップが形成された構成になっていることを特徴とするノイズ除去装置。
5. 前記シールド材が単芯であり且つ複数本を有する場合の請求項１記載のノイズ除去装置において、前記磁気コアは、前記シールド材を全体として各々通すための中央開口が形成された環状本体部と、前記中央開口内に前記環状本体部に連なって形成されており且つ前記シールド材同士を仕切る内壁部とを有し、前記シールド材の各シールドが電気的に開放された構成になっていることを特徴とするノイズ除去装置。
6. 請求項５記載のノイズ除去装置において、前記シールド材の各シールドが上記ではなく電気的に両端接地された構成になっていることを特徴とするノイズ除去装置。
7. 請求項５又は６記載のノイズ除去装置において、前記磁気コアは、前記内壁部にエアギャップが形成された構成になっていることを特徴とするノイズ除去装置。
8. 請求項１乃至７記載のノイズ除去装置がコネクタ本体に組み込まれており且つ当該装置のシールド材の末端に接続された構成になっていることを特徴とするケーブルコネクタ。
9. 請求項８記載のコネクタにおいて、前記コネクタ本体が金属製である構成になっていることを特徴とするケーブルコネクタ。
10. コア線の外周囲が絶縁層、シールド層及びシースで覆われたシールド線であるシールド材の内側又は外側に磁気コアを装着すると共に、前記シールド材のシールド層を電気的に開放又は接地したことを特徴とするノイズ除去方法。
    

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