WO2020262013A1 - フィルタユニット - Google Patents

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WO2020262013A1
WO2020262013A1 PCT/JP2020/022982 JP2020022982W WO2020262013A1 WO 2020262013 A1 WO2020262013 A1 WO 2020262013A1 JP 2020022982 W JP2020022982 W JP 2020022982W WO 2020262013 A1 WO2020262013 A1 WO 2020262013A1
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WO
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core
filter unit
capacitor
wiring
facing
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PCT/JP2020/022982
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English (en)
French (fr)
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義文 秋田
知弘 勝呂
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Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
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    • H01G4/40—Structural combinations of fixed capacitors with other electric elements, the structure mainly consisting of a capacitor, e.g. RC combinations
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    • H03H1/00—Constructional details of impedance networks whose electrical mode of operation is not specified or applicable to more than one type of network
    • H03H2001/0021—Constructional details

Definitions

  • the present invention relates to a filter unit.
  • the filter described in Patent Document 1 includes an inductor and a capacitor.
  • the inductor comprises a wiring and a core surrounding the wiring.
  • the capacitor When downsizing the filter, the capacitor is placed near the core. When current flows through the wiring, a noise-based magnetic field is created in the core. When a capacitor is affected by a magnetic field, the damping characteristics of the filter can deteriorate.
  • An object of the present invention is to provide a filter unit capable of suppressing a decrease in attenuation characteristics with respect to noise.
  • a capacitor, an inductor having a wiring and a core are provided, and the core includes an annular core body through which the wiring is passed and the core.
  • a filter unit is provided that includes a facing portion extending from the main body to a position facing the capacitor.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line 3-3 of FIG. The cross-sectional view which shows by breaking a part of the filter unit.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line 6-6 of FIG.
  • the vehicle 10 includes a battery 11 and a power conversion device 12.
  • the power conversion device 12 includes a DC / DC converter 13, a filter 20, and a filter unit 30.
  • the vehicle 10 is an electric vehicle whose drive source is an electric motor or a hybrid vehicle.
  • the battery 11 is used as a power source for an electric motor mounted on the vehicle 10.
  • a chargeable / discharging power storage device such as a lithium ion secondary battery or a nickel hydrogen storage battery is used.
  • the power converter 12 is electrically connected to the load 19 in the home.
  • the power conversion device 12 supplies electric power to the load 19 in the home.
  • the DC / DC converter 13 includes a bridge circuit 14, a transformer 15, and a rectifier circuit 16.
  • the bridge circuit 14 is provided on the primary side of the transformer 15 and includes four switching elements Q1 to Q4.
  • the switching elements Q1 and Q2 are connected in series with each other.
  • the switching elements Q3 and Q4 are connected in series with each other.
  • the rectifier circuit 16 is provided on the secondary side of the transformer 15 and includes four diodes D1 to D4.
  • the diodes D1 and D2 are connected in series with each other.
  • the diodes D3 and D4 are connected in series with each other.
  • the transformer 15 includes a primary winding 17 and a secondary winding 18.
  • the primary winding 17 is connected to a connection point between the switching elements Q1 and Q2 and a connection point between the switching elements Q3 and Q4.
  • the secondary winding 18 is connected to a connection point between the diodes D1 and D2 and a connection point between the diodes D3 and D4.
  • the DC power input from the battery 11 is stepped down by the switching operation of the switching elements Q1 to Q4.
  • the switching frequencies of the switching elements Q1 to Q4 are 150 kHz to 200 kHz.
  • the DC / DC converter 13 outputs the stepped-down DC power to the filter 20.
  • the full-bridge type DC / DC converter 13 is used, but any type of DC / DC converter such as the half-bridge type may be used.
  • the filter 20 includes a smoothing coil 21 and a smoothing capacitor 22.
  • the filter 20 is an LC filter composed of a smoothing coil 21 and a smoothing capacitor 22.
  • the filter 20 attenuates noise in a desired frequency band.
  • the smoothing coil 21 smoothes the output power including the ripple rectified by the rectifier circuit 16.
  • the filter unit 30 includes a substrate 31, a capacitor C mounted on the substrate 31, and two inductors L1 and L2. Although not shown, the DC / DC converter 13 and the filter 20 are also mounted on the substrate 31.
  • the inductors L1 and L2 include a wiring 36 serving as a power line and a core 50.
  • the substrate 31 includes an insulating layer 32, a pattern 35 to which the capacitor C is connected, and a via 37 to connect the pattern 35 and the wiring 36.
  • One of both sides of the insulating layer 32 in the thickness direction is the first surface 33, and the other is the second surface 34.
  • the pattern 35 is provided on the first surface 33.
  • the wiring 36 is provided on the second surface 34.
  • the pattern 35 intersects the wiring 36 when viewed from the thickness direction of the substrate 31.
  • As the pattern 35 for example, a copper foil is used.
  • a bus bar is used as the wiring 36.
  • the capacitor C is connected to the pattern 35 by a bonding material such as solder.
  • the insulating layer 32 includes four holes 41 to 44 penetrating in the thickness direction of the substrate 31.
  • the position where the pattern 35 and the wiring 36 intersect on the substrate 31 is defined as the intersection X.
  • the periphery of the intersection X is divided into four regions A1, A2, A3, and A4 by the pattern 35 and the wiring 36.
  • One hole 41 to 44 is provided in each of the four regions A1 to A4.
  • the four holes 41 to 44 are arranged on both sides of the pattern 35 and on both sides of the wiring 36, respectively.
  • the first hole 41 is one of the four holes 41 to 44.
  • the second hole 42 is provided so as to arrange the wiring 36 between the second hole 42 and the first hole 41.
  • the third hole 43 is provided so as to arrange the pattern 35 between the third hole 43 and the first hole 41.
  • the fourth hole 44 is provided so as to arrange the wiring 36 between the fourth hole 44 and the third hole 43.
  • the separation distance between the central axis of the first hole 41 and the central axis of the second hole 42 is the same as the separation distance between the central axis of the third hole 43 and the central axis of the fourth hole 44.
  • the separation distance between the central axis of the first hole 41 and the central axis of the third hole 43 is the same as the separation distance between the central axis of the second hole 42 and the central axis of the fourth hole 44.
  • Capacitor C is arranged in two places.
  • the capacitor C is arranged between the first hole 41 and the third hole 43, and between the second hole 42 and the fourth hole 44.
  • a plurality of capacitors C are provided on the pattern 35.
  • FIG. 1 shows the combined capacitance of a plurality of capacitors C as one capacitor C.
  • the core 50 is divided into two parts.
  • a dust core produced by high-pressure press molding of a metallic magnetic powder together with a binder is used.
  • any core such as a ferrite core may be used.
  • the core 50 includes a first core 51 and a second core 71.
  • the first core 51 includes a rectangular plate-shaped pedestal 52 and legs 53 to 56 provided at each of the four corners of the pedestal 52.
  • the legs 53 to 56 are columnar.
  • the legs 53 to 56 project in the thickness direction of the pedestal 52.
  • the legs 53 to 56 project from the pedestal 52 in the same direction.
  • the first leg 53 is one of the four legs 53-56.
  • the second leg portion 54 is arranged adjacent to the first leg portion 53 in the lateral direction of the pedestal 52.
  • the third leg portion 55 is arranged adjacent to the first leg portion 53 in the longitudinal direction of the pedestal 52.
  • the fourth leg portion 56 is arranged adjacent to the third leg portion 55 in the lateral direction of the pedestal 52.
  • the separation distance between the central axis of the first leg portion 53 and the central axis of the second leg portion 54 is the same as the separation distance between the central axis of the first hole 41 and the central axis of the second hole 42.
  • the separation distance between the central axis of the first leg portion 53 and the central axis of the third leg portion 55 is the same as the separation distance between the central axis of the first hole 41 and the central axis of the third hole 43.
  • the portion connecting the first leg portion 53 and the second leg portion 54 is referred to as the first connecting portion 61
  • the portion connecting the third leg portion 55 and the fourth leg portion 56 is referred to as the second connecting portion 62.
  • the first connecting portion 61 includes a portion of the pedestal 52 facing the first leg portion 53, a portion facing the second leg portion 54, and a portion between the first leg portion 53 and the second leg portion 54.
  • the second connecting portion 62 includes a portion of the pedestal 52 facing the third leg portion 55, a portion facing the fourth leg portion 56, and a portion between the third leg portion 55 and the fourth leg portion 56.
  • the portion connecting the first leg portion 53 and the third leg portion 55 is referred to as the third connecting portion 63
  • the portion connecting the second leg portion 54 and the fourth leg portion 56 is referred to as the fourth connecting portion 64.
  • the third connecting portion 63 includes a portion of the pedestal 52 facing the first leg portion 53, a portion facing the third leg portion 55, and a portion between the first leg portion 53 and the third leg portion 55.
  • the fourth connecting portion 64 includes a portion of the pedestal 52 facing the second leg portion 54, a portion facing the fourth leg portion 56, and a portion between the second leg portion 54 and the fourth leg portion 56.
  • the third connecting portion 63 shares a portion of the pedestal 52 facing the first leg portion 53 with the first connecting portion 61.
  • the third connecting portion 63 shares a portion of the pedestal 52 facing the third leg portion 55 with the second connecting portion 62.
  • the fourth connecting portion 64 shares a portion of the pedestal 52 facing the second leg portion 54 with the first connecting portion 61.
  • the fourth connecting portion 64 shares a portion of the pedestal 52 facing the fourth leg portion 56 with the second connecting portion 62.
  • the facing portion 65 connects the first connecting portion 61 and the second connecting portion 62.
  • a part of the facing portion 65 is a part of the third connecting portion 63 and the fourth connecting portion 64.
  • the second core 71 has a square plate shape.
  • the second core 71 may have a size that allows all four legs 53 to 56 to come into contact with each other when the second core 71 is overlapped with the first core 51.
  • the thickness direction surface of the second core 71 has the same shape as the thickness direction surface of the pedestal 52.
  • the first core 51 and the second core 71 are arranged so that the substrate 31 is located between the pedestal 52 and the second core 71.
  • the first core 51 is arranged so that the pedestal 52 faces the first surface 33 of the substrate 31.
  • the second core 71 is arranged so as to face the second surface 34 of the substrate 31.
  • the legs 53 to 56 of the first core 51 are inserted into the holes 41 to 44.
  • the first leg 53 is inserted into the first hole 41
  • the second leg 54 is inserted into the second hole 42
  • the third leg 55 is inserted into the third hole 43
  • the fourth leg 56 is inserted into the fourth hole 44.
  • Each leg portion 53 to 56 penetrates the insulating layer 32.
  • the legs 53 to 56 are in contact with the second core 71.
  • the legs 53 to 56 of the first core 51 are in contact with the four corners of the second core 71.
  • the second core 71 faces the entire first core 51 while arranging the substrate 31 between the second core 71 and the first core 51.
  • the core 50 is composed of the pedestal 52, the legs 53 to 56, and the second core 71. It includes two core bodies 81 and 82.
  • One core body 81 is composed of the first leg portion 53, the second leg portion 54, the first connecting portion 61, and the first portion 72 of the second core 71.
  • the first portion 72 is a portion of the second core 71 facing the first connecting portion 61 via the substrate 31, the first leg portion 53, and the second leg portion 54.
  • One core body 82 is composed of the third leg portion 55, the fourth leg portion 56, the second connecting portion 62, and the second portion 73 of the second core 71.
  • the second portion 73 is a portion of the second core 71 facing the second connecting portion 62 via the substrate 31, the third leg portion 55, and the fourth leg portion 56.
  • the facing portion 65 connects the core main bodies 81 and 82.
  • the second core 71 has a third site 74 between the first site 72 and the second site 73.
  • the third portion 74 also connects the core bodies 81 and 82.
  • the core bodies 81 and 82 have the same shape.
  • the core bodies 81 and 82 are annular and include a wiring hole 83.
  • the wiring 36 is passed through the wiring hole 83.
  • the core bodies 81 and 82 are arranged so that their central axes face the same direction. The same direction here allows a slight error within the tolerance.
  • the wiring 36 passes through the wiring holes 83 of the core bodies 81 and 82 in a straight line.
  • the core 50 acts on a magnetic field generated by a current flowing through the wiring 36 to form inductors L1 and L2.
  • the inductors L1 and L2 are formed by the wiring 36 and the core bodies 81 and 82, respectively, but it can be considered that one inductor is formed by the wiring 36 and the core 50.
  • Each capacitor C is located between the core bodies 81 and 82.
  • the capacitor C is located between the first leg 53 and the third leg 55, and between the second leg 54 and the fourth leg 56.
  • the facing portion 65 faces the capacitor C in the thickness direction of the substrate 31. It can be said that the thickness direction of the substrate 31 is the direction in which the insulating layer 32 and the pattern 35 overlap.
  • the facing portion 65 extends from each of the core main bodies 81 and 82 to a position facing the capacitor C.
  • the facing portion 65 faces all of the plurality of capacitors C.
  • the capacitor C is sandwiched between the facing portion 65 and the substrate 31 from the thickness direction of the substrate 31.
  • the third portion 74 of the second core 71 extends from each of the core main bodies 81 and 82 to a position facing the capacitor C via the substrate 31.
  • the third portion 74 of the second core 71 faces all of the plurality of capacitors C via the substrate 31. It can be said that the capacitor C is sandwiched between the facing portion 65 and the third portion 74 from the thickness direction of the substrate 31.
  • the core 50 includes two annular portions 91 and 92 composed of a pedestal 52, legs 53 to 56, and a second core 71.
  • One annular portion 91 is formed by the first leg portion 53, the third leg portion 55, the third connecting portion 63, and the second core 71.
  • the second leg portion 54, the fourth leg portion 56, the fourth connecting portion 64, and the second core 71 constitute one annular portion 92.
  • the annular portions 91 and 92 are provided with connection holes 93.
  • the connection hole 93 is a hole through which the pattern 35 is passed.
  • the annular portions 91 and 92 are arranged so that their central axes face the same direction. The same direction here allows a slight error within the tolerance.
  • the direction along the central axis of the annular portions 91 and 92 and the direction along the central axis of the core bodies 81 and 82 are orthogonal to each other.
  • the core 50 includes a wiring hole 83 through which the wiring 36 for forming the inductors L1 and L2 passes, and a connection hole 93 through which the pattern 35 for connecting the capacitor C passes.
  • the wiring hole 83 has dimensions in the length direction orthogonal to the central axis of the wiring hole 83 and the thickness direction of the substrate 31.
  • the connection hole 93 has dimensions in the length direction orthogonal to the central axis of the connection hole 93 and the thickness direction of the substrate 31.
  • the length of the wiring hole 83 is smaller than the length of the connection hole 93.
  • the filter unit 30 attenuates the noise contained in the DC power output from the filter 20 and outputs the noise.
  • the filter unit 30 of the present embodiment attenuates noise in a frequency band of 150 kHz to 200 kHz or less, which is the switching frequency of the switching elements Q1 to Q4, and a frequency band of 500 kHz or more, which is a frequency used for AM broadcasting.
  • the electric power output from the filter unit 30 is supplied to the load 19 in the home.
  • the inductors L1 and L2 are configured by the wiring 36 and the annular core bodies 81 and 82 surrounding the wiring 36.
  • the impedance of the inductors L1 and L2 becomes higher as the frequency becomes higher. Therefore, high frequency noise is cut.
  • a magnetic field corresponding to the noise current is generated in the core 50.
  • the noise current is converted into a magnetic field and consumed as a magnetic loss. This reduces the noise current.
  • the filter unit 30 includes an inductance component L3 due to the capacitor C and the pattern 35.
  • the inductors L1 and L2 and the inductance component L3 are magnetically coupled due to the influence of the magnetic field, a voltage is induced. Due to the influence of this voltage, the attenuation characteristic of the filter unit 30 may deteriorate.
  • the filter unit 30 of the present embodiment suppresses the magnetic field coupling between the inductors L1 and L2 and the inductance component L3 by suppressing the influence of the magnetic field on the capacitor C.
  • the filter unit of the comparative example has the same configuration as the filter unit of the present embodiment except that the shape of the core is different.
  • the filter unit 100 of the comparative example includes a core 101.
  • the core 101 includes annular core bodies 102 and 103.
  • the core 101 is not provided at a position facing the capacitor C in the thickness direction of the substrate 31. That is, in the core 101 used for the filter unit 100 of the comparative example, the facing portion 65 is omitted from the core 50 of the present embodiment.
  • FIG. 8 shows the magnetic field distribution generated inside the core 101 of the filter unit 100 of the comparative example when a current flows through the wiring 36.
  • the magnetic field distribution indicates the strength of the magnetic field, that is, the magnetic flux density.
  • the strength of the magnetic field is represented by dots, and it can be said that the denser the dots, the stronger the strength of the magnetic field.
  • the capacitor C is located at a portion where the magnetic field strength is strong, and the inductors L1 and L2 and the inductance component L3 are likely to be magnetically coupled.
  • FIG. 9 shows the magnetic field distribution generated inside the core 50 of the filter unit 30 of the present embodiment when a current flows through the wiring 36.
  • the facing portion 65 so as to face the capacitor C, the magnetic field at the position where the capacitor C is provided is weakened as compared with the case where the facing portion 65 is not provided. Can be induced.
  • the horizontal axis is frequency
  • the attenuation characteristics of the filter units 30 and 100 are shown.
  • the attenuation characteristics of the filter unit 100 of the comparative example are shown by a alternate long and short dash line
  • the attenuation characteristics of the filter unit 30 of the present embodiment are shown by a solid line.
  • the attenuation characteristic is lowered at the boundary of 150 kHz to 200 kHz.
  • the filter unit 30 of the present embodiment the deterioration of the attenuation characteristic is suppressed even in the band of 150 kHz to 200 kHz or less. In this way, by inducing the magnetic field by the facing portion 65 so that the strength of the magnetic field at the position where the capacitor C is provided is weakened, it is possible to suppress the deterioration of the attenuation characteristics.
  • a frequency band for attenuating the noise is set so that the noise contained in the output power from the DC / DC converter 13 does not flow into the home. It may be required to be wide.
  • the filter unit 30 of the present embodiment is required to attenuate noise in a frequency band below the switching frequency and a frequency band above the frequency used for AM broadcasting. It is also conceivable to increase the number of filters and the number of capacitors C in order to attenuate noise over a wide frequency band. However, if the number of filters and capacitors C is increased, the size of the power conversion device 12 is increased.
  • the attenuation characteristic against noise is improved by changing the magnetic field distribution. Therefore, as compared with the case where the number of filters and the number of capacitors C are increased, the attenuation characteristics of the filter unit 30 are improved while suppressing the increase in size of the power conversion device 12.
  • the core 50 includes an opposing portion 65 facing the capacitor C.
  • the strength of the magnetic field at the position where the capacitor C is provided can be weakened as compared with the case where the facing portion 65 is not provided.
  • By suppressing the influence of the magnetic field on the capacitor C it is possible to suppress the deterioration of the attenuation characteristic of the filter unit 30.
  • the pattern 35 intersects the wiring 36 when viewed from the thickness direction of the substrate 31. Since the wiring 36 and the pattern 35 can be arranged so as to be overlapped with each other when viewed from the thickness direction of the substrate 31, the filter unit 30 can be miniaturized.
  • the facing portion 65 connects the core main bodies 81 and 82 to each other. By connecting the core bodies 81 and 82 to each other by the facing portion 65, it is easy to induce the magnetic field so that the magnetic field at the position where the capacitor C is provided is weakened.
  • the filter unit 30 is an output filter provided on the secondary side of the transformer 15. Since the step-down is performed by the DC / DC converter 13, the current flowing through the secondary side of the transformer 15 is larger than the current flowing through the primary side of the transformer 15. When the current is large, it is difficult to attenuate the noise. By suppressing the deterioration of the attenuation characteristic of the filter unit 30 as in the embodiment, noise can be efficiently attenuated even when the current is large.
  • the facing portion 65 does not have to connect the core main bodies 81 and 82 to each other. In this case, the facing portion 65 is provided on one of the core main bodies 81 and 82.
  • the core 50 may include any of the core main bodies 81 and 82.
  • the capacitor C may be arranged at any position as long as it is around the core bodies 81 and 82.
  • the shape of the facing portion 65 may be changed.
  • the facing portion 65 may at least face the capacitor C, and a portion that does not face the facing portion 65 may be omitted.
  • the shape of the second core 71 may be changed according to the shape of the facing portion 65. It is preferable that the second core 71 is provided at a position facing the facing portion 65 while arranging the substrate 31 between the first core 51 and the second core 71.
  • the pattern 35 does not have to intersect the wiring 36 when viewed from the thickness direction of the substrate 31.
  • the facing portion 65 may face the capacitor C in a direction orthogonal to both the thickness direction of the substrate 31 and the central axes of the core bodies 81 and 82. That is, the facing portion 65 may extend from the core bodies 81 and 82 to a position facing the capacitor C, and may face the capacitor C in any direction.
  • the facing portion 65 may face at least a part of the plurality of capacitors C.
  • the core 50 does not have to be divided into a first core 51 and a second core 71.
  • the wiring 36 may be wound around the core bodies 81 and 82.
  • the filter unit 30 may be used to attenuate noise contained in AC power.
  • the filter unit 30 may be provided in any device as long as it is a device that needs to attenuate noise.

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Abstract

フィルタユニットは、基板と、基板に実装されたコンデンサと、２つのインダクタとを備える。インダクタは、配線と、コアとを備える。コアは、２つのコア本体を備える。コア本体は、環状であり、配線孔を備える。コンデンサは、２つのコア本体の間に配置されている。対向部は、２つのコア本体のそれぞれからコンデンサＣに向かい合う位置まで延びている。対向部は、複数のコンデンサの全てに向かい合っている。

Description

フィルタユニット
　本発明は、フィルタユニットに関する。
　電子機器は、ノイズを減衰させるためのフィルタを備える。特許文献１に記載のフィルタは、インダクタと、コンデンサとを備える。インダクタは、配線と、配線を囲むコアとを備える。
特開２０１５－１６７１５４号公報
　フィルタを小型化する場合、コンデンサがコアの近くに配置される。配線に電流が流れると、コアにはノイズに基づく磁界が生じる。コンデンサが磁界の影響を受けると、フィルタの減衰特性が低下し得る。
　本発明の目的は、ノイズに対する減衰特性の低下を抑制できるフィルタユニットを提供することにある。
　上記課題を解決するため、本発明の第一の態様によれば、コンデンサと、配線とコアとを有するインダクタとを備え、前記コアは、前記配線が通される環状のコア本体と、前記コア本体から前記コンデンサに向かい合う位置まで延びる対向部とを備えるフィルタユニットが提供される。
車両に搭載された電力変換装置の概略構成図。 フィルタユニットの斜視図。 図２の３－３線断面図。 フィルタユニットの一部を破断して示す断面図。 コアの分解斜視図。 図２の６－６線断面図。 比較例のフィルタユニットの斜視図。 比較例のフィルタユニットの磁界分布のシミュレーション結果を示す模式図。 実施形態のフィルタユニットの磁界分布のシミュレーション結果を示す模式図。 実施形態のフィルタユニットの減衰特性と、比較例のフィルタユニットの減衰特性とを示す図。
　以下、フィルタユニットの一実施形態について説明する。
　図１に示すように、車両１０は、バッテリ１１と、電力変換装置１２とを備える。電力変換装置１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３と、フィルタ２０と、フィルタユニット３０とを備える。車両１０は、電動機を駆動源とする電動車両や、ハイブリッド車両である。バッテリ１１は、車両１０に搭載される電動機の電力源として用いられる。バッテリ１１としては、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池等の充放電可能な蓄電装置が用いられる。電力変換装置１２は、家庭内の負荷１９に電気的に接続される。電力変換装置１２は、家庭内の負荷１９に電力を供給する。
　ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、ブリッジ回路１４と、トランス１５と、整流回路１６とを備える。ブリッジ回路１４は、トランス１５の１次側に設けられ、４つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を備える。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、互いに直列接続されている。スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は、互いに直列接続されている。
　整流回路１６は、トランス１５の２次側に設けられ、４つのダイオードＤ１～Ｄ４を備える。ダイオードＤ１，Ｄ２は、互いに直列接続されている。ダイオードＤ３，Ｄ４は、互いに直列接続されている。
　トランス１５は、１次側巻線１７と、２次側巻線１８とを備える。１次側巻線１７は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２同士の接続点と、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４同士の接続点とに接続されている。２次側巻線１８は、ダイオードＤ１，Ｄ２同士の接続点と、ダイオードＤ３，Ｄ４同士の接続点とに接続されている。
　ＤＣ／ＤＣコンバータ１３では、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング動作により、バッテリ１１から入力された直流電力が降圧される。本実施形態において、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング周波数は、１５０ｋＨｚ～２００ｋＨｚである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、降圧した直流電力をフィルタ２０に出力する。本実施形態では、フルブリッジ方式のＤＣ／ＤＣコンバータ１３を用いているが、ハーフブリッジ方式等、どのような方式のＤＣ／ＤＣコンバータを用いてもよい。
　フィルタ２０は、平滑コイル２１と、平滑コンデンサ２２とを備える。フィルタ２０は、平滑コイル２１と平滑コンデンサ２２によって構成されるＬＣフィルタである。フィルタ２０は、所望の周波数帯域のノイズを減衰させる。平滑コイル２１は、整流回路１６で整流されたリップルを含む出力電力を平滑する。
　図１及び図２に示すように、フィルタユニット３０は、基板３１と、基板３１に実装されたコンデンサＣと、２つのインダクタＬ１，Ｌ２とを備える。図示は省略するが、基板３１には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３及びフィルタ２０も実装されている。
　図２及び図３に示すように、インダクタＬ１，Ｌ２は、電力ラインとなる配線３６と、コア５０とを備える。基板３１は、絶縁層３２と、コンデンサＣが接続されたパターン３５と、パターン３５と配線３６とを接続するビア３７とを備える。絶縁層３２の厚み方向の両面のうちの一方を第１面３３とし、他方を第２面３４とする。パターン３５は、第１面３３上に設けられている。配線３６は、第２面３４上に設けられている。基板３１の厚み方向から見て、パターン３５は、配線３６と交差している。パターン３５としては、例えば、銅箔が用いられる。配線３６としては、バスバーが用いられている。コンデンサＣは、半田等の接合材によってパターン３５に接続されている。
　図４に示すように、絶縁層３２は、基板３１の厚み方向に貫通する４つの孔４１～４４を備える。基板３１の厚み方向から見た場合、基板３１において、パターン３５と配線３６とが交差する位置を交差部Ｘとする。絶縁層３２を基板３１の厚み方向から見て、交差部Ｘの周囲は、パターン３５と配線３６によって、４つの領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に仕切られている。４つの領域Ａ１～Ａ４のそれぞれに、孔４１～４４は１つずつ設けられている。４つの孔４１～４４は、パターン３５の両側と、配線３６の両側とにそれぞれ配置されている。以下の説明において、第１孔４１は、４つの孔４１～４４のうちの１つである。第２孔４２は、第２孔４２と第１孔４１との間に配線３６を配置するように設けられている。第３孔４３は、第３孔４３と第１孔４１との間にパターン３５を配置するように設けられている。第４孔４４は、第４孔４４と第３孔４３との間に配線３６を配置するように設けられている。第１孔４１の中心軸と第２孔４２の中心軸との離間距離は、第３孔４３の中心軸と第４孔４４の中心軸との離間距離と同一である。第１孔４１の中心軸と第３孔４３の中心軸との離間距離は、第２孔４２の中心軸と第４孔４４の中心軸との離間距離と同一である。
　コンデンサＣは、２箇所に分かれて配置されている。コンデンサＣは、第１孔４１と第３孔４３との間、及び第２孔４２と第４孔４４との間に配置されている。図４に示すように、パターン３５上には、複数のコンデンサＣが設けられている。図１は、複数のコンデンサＣの合成容量を１つのコンデンサＣとして示している。
　図５に示すように、コア５０は、２つに分割されている。コア５０としては、金属磁性粉末をバインダとともに高圧プレス成型して作製されるダストコアが用いられる。コア５０としては、フェライトコア等、どのようなコアを用いてもよい。コア５０は、第１コア５１と、第２コア７１とを備える。第１コア５１は、矩形板状の台座５２と、台座５２の四隅のそれぞれに設けられた脚部５３～５６とを備える。脚部５３～５６は、柱状である。脚部５３～５６は、台座５２の厚み方向に突出している。脚部５３～５６は、台座５２から同一方向に突出している。以下の説明において、第１脚部５３は、４つの脚部５３～５６のうちの１つである。第２脚部５４は、台座５２の短手方向に第１脚部５３と隣り合って配置されている。第３脚部５５は、台座５２の長手方向に第１脚部５３と隣り合って配置されている。第４脚部５６は、台座５２の短手方向に第３脚部５５と隣り合って配置されている。第１脚部５３の中心軸と第２脚部５４の中心軸との離間距離は、第１孔４１の中心軸と第２孔４２の中心軸との離間距離と同一である。第１脚部５３の中心軸と第３脚部５５の中心軸との離間距離は、第１孔４１の中心軸と第３孔４３の中心軸との離間距離と同一である。
　台座５２において、第１脚部５３と第２脚部５４とを連結する部分を第１連結部６１とし、第３脚部５５と第４脚部５６とを連結する部分を第２連結部６２とする。第１連結部６１は、台座５２において、第１脚部５３に向かい合う部分、第２脚部５４に向かい合う部分、及び第１脚部５３と第２脚部５４との間の部分を含む。第２連結部６２は、台座５２において、第３脚部５５に向かい合う部分、第４脚部５６に向かい合う部分、及び第３脚部５５と第４脚部５６との間の部分を含む。
　台座５２において、第１脚部５３と第３脚部５５とを連結する部分を第３連結部６３とし、第２脚部５４と第４脚部５６とを連結する部分を第４連結部６４とする。第３連結部６３は、台座５２において、第１脚部５３に向かい合う部分、第３脚部５５に向かい合う部分、及び第１脚部５３と第３脚部５５との間の部分を含む。第４連結部６４は、台座５２において、第２脚部５４に向かい合う部分、第４脚部５６に向かい合う部分、及び第２脚部５４と第４脚部５６との間の部分を含む。第３連結部６３は、台座５２において、第１脚部５３に向かい合う部分を第１連結部６１と共有している。第３連結部６３は、台座５２において、第３脚部５５に向かい合う部分を第２連結部６２と共有している。第４連結部６４は、台座５２において、第２脚部５４に向かい合う部分を第１連結部６１と共有している。第４連結部６４は、台座５２において、第４脚部５６に向かい合う部分を第２連結部６２と共有している。
　台座５２において、第１連結部６１と第２連結部６２との間の部分を対向部６５とすると、対向部６５は、第１連結部６１と第２連結部６２とを連結している。対向部６５の一部は、第３連結部６３及び第４連結部６４の一部となっている。
　第２コア７１は、四角板状である。第２コア７１は、第１コア５１と重ねたときに４つの脚部５３～５６の全てが接触できる大きさを有していればよい。本実施形態において、第２コア７１の厚み方向の面は、台座５２の厚み方向の面と同一形状である。
　図２、図４及び図６に示すように、第１コア５１と第２コア７１とは、台座５２と第２コア７１との間に基板３１が位置するように配置されている。第１コア５１は、台座５２を基板３１の第１面３３と向かい合わせるように配置されている。第２コア７１は、基板３１の第２面３４と向かい合うように配置されている。第１コア５１の各脚部５３～５６は、各孔４１～４４に挿入されている。第１脚部５３は第１孔４１、第２脚部５４は第２孔４２、第３脚部５５は第３孔４３、第４脚部５６は第４孔４４にそれぞれ挿入されている。各脚部５３～５６は、絶縁層３２を貫通している。各脚部５３～５６は、第２コア７１に接触している。詳細には、第１コア５１の各脚部５３～５６は、第２コア７１の四隅に接触している。第２コア７１は、第２コア７１と第１コア５１との間に基板３１を配置しつつ、第１コア５１の全体に向かい合っている。
　図２及び図６に示すように、各脚部５３～５６が第２コア７１に接触することで、コア５０は、台座５２、各脚部５３～５６及び第２コア７１によって構成される２つのコア本体８１，８２を備える。第１脚部５３、第２脚部５４、第１連結部６１、及び第２コア７１の第１部位７２によって、１つのコア本体８１が構成されている。第１部位７２は、第２コア７１において、基板３１、第１脚部５３及び第２脚部５４を介して第１連結部６１に向かい合う部分である。第３脚部５５、第４脚部５６、第２連結部６２、及び第２コア７１の第２部位７３によって、１つのコア本体８２が構成されている。第２部位７３は、第２コア７１において、基板３１、第３脚部５５及び第４脚部５６を介して第２連結部６２に向かい合う部分である。対向部６５は、コア本体８１，８２を連結している。第２コア７１は、第１部位７２と第２部位７３との間に第３部位７４を有している。第３部位７４も、コア本体８１，８２を連結している。
　本実施形態において、コア本体８１，８２は同一形状である。コア本体８１，８２は、環状であり、配線孔８３を備える。配線孔８３には、配線３６が通される。コア本体８１，８２は、中心軸が同一方向を向くように配置されている。ここでいう同一方向とは、公差の範囲内での若干の誤差を許容する。
　配線３６は、コア本体８１，８２の配線孔８３を直線状に通過している。コア５０は、配線３６を流れる電流によって発生する磁界に作用して、インダクタＬ１，Ｌ２を構成する。本実施形態では、配線３６とコア本体８１，８２のそれぞれとによってインダクタＬ１，Ｌ２が構成されているが、配線３６とコア５０とにより１つのインダクタが構成されていると捉えることもできる。
　各コンデンサＣは、コア本体８１，８２の間に位置している。コンデンサＣは、第１脚部５３と第３脚部５５との間、及び第２脚部５４と第４脚部５６との間に位置している。対向部６５は、基板３１の厚み方向にコンデンサＣと向かい合っている。基板３１の厚み方向は、絶縁層３２とパターン３５が重なる方向ともいえる。対向部６５は、コア本体８１，８２のそれぞれからコンデンサＣに向かい合う位置まで延びている。対向部６５は、複数のコンデンサＣのうちの全てに向かい合っている。コンデンサＣは、基板３１の厚み方向から、対向部６５と基板３１とによって挟まれている。
　第２コア７１の第３部位７４は、コア本体８１，８２のそれぞれから基板３１を介してコンデンサＣに向かい合う位置まで延びている。第２コア７１の第３部位７４は、基板３１を介して複数のコンデンサＣのうちの全てに向かい合っている。コンデンサＣは、基板３１の厚み方向から、対向部６５と第３部位７４とによって挟まれているといえる。
　図２及び図４に示すように、コア５０は、台座５２、各脚部５３～５６及び第２コア７１によって構成される２つの環状部９１，９２を備える。第１脚部５３、第３脚部５５、第３連結部６３、及び第２コア７１によって、１つの環状部９１が構成されている。第２脚部５４、第４脚部５６、第４連結部６４、及び第２コア７１によって、１つの環状部９２が構成されている。
　環状部９１，９２は、接続孔９３を備える。接続孔９３は、パターン３５が通される孔である。環状部９１，９２は、中心軸が同一方向を向くように配置されている。ここでいう同一方向とは、公差の範囲内での若干の誤差を許容する。環状部９１，９２の中心軸に沿う方向と、コア本体８１，８２の中心軸に沿う方向とは、互いに直交する。コア５０は、インダクタＬ１，Ｌ２を構成するための配線３６が通る配線孔８３と、コンデンサＣを接続するためのパターン３５が通る接続孔９３とを備えている。配線孔８３は、配線孔８３の中心軸及び基板３１の厚み方向に直交する長さ方向の寸法を有している。接続孔９３は、接続孔９３の中心軸及び基板３１の厚み方向に直交する長さ方向の寸法を有している。配線孔８３の長さは、接続孔９３の長さよりも小さい。
　フィルタユニット３０は、フィルタ２０から出力された直流電力に含まれるノイズを減衰させて出力する。本実施形態のフィルタユニット３０は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のスイッチング周波数である１５０ｋＨｚ～２００ｋｈｚ以下の周波数帯域、及びＡＭ放送に用いられる周波数である５００ｋＨｚ以上の周波数帯域のノイズを減衰させる。フィルタユニット３０から出力される電力は、家庭内の負荷１９に供給される。
　本実施形態の作用について説明する。
　配線３６と、配線３６を囲む環状のコア本体８１，８２とによって、インダクタＬ１，Ｌ２が構成される。インダクタＬ１，Ｌ２のインピーダンスは、周波数が高くなるほど、高くなる。このため、高周波のノイズがカットされる。
　また、配線３６に高周波のノイズ電流が流れると、コア５０内にノイズ電流に対応した磁界が生じる。ノイズ電流は磁界に変換され、磁気損失として消費される。これにより、ノイズ電流が低減される。
　図１に示すように、フィルタユニット３０は、コンデンサＣやパターン３５に起因するインダクタンス成分Ｌ３を備える。磁界の影響によって、インダクタＬ１，Ｌ２とインダクタンス成分Ｌ３とが磁界結合すると、電圧が誘起される。この電圧の影響により、フィルタユニット３０の減衰特性が低下する場合がある。本実施形態のフィルタユニット３０は、磁界がコンデンサＣに与える影響を抑制することで、インダクタＬ１，Ｌ２とインダクタンス成分Ｌ３との磁界結合を抑制している。以下、詳細に説明を行う。
　まず、比較例のフィルタユニットについて説明する。比較例のフィルタユニットは、コアの形状が異なることを除いて、本実施形態のフィルタユニットと同一の構成を備える。
　図７に示すように、比較例のフィルタユニット１００は、コア１０１を備える。コア１０１は、環状のコア本体１０２，１０３を備える。基板３１の厚み方向にコンデンサＣと向かい合う位置には、コア１０１が設けられていない。即ち、比較例のフィルタユニット１００に用いられるコア１０１では、本実施形態のコア５０から対向部６５が省略されている。
　図８は、配線３６に電流が流れた場合に比較例のフィルタユニット１００のコア１０１の内部に生じる磁界分布を示している。磁界分布は、磁界の強さの強弱、即ち、磁束密度を示している。図８では、磁界の強さの強弱をドットで表現しており、ドットが密である部分ほど磁界の強さが強いといえる。図８から把握できるように、比較例のフィルタユニット１００では、磁界の強さの強い部分にコンデンサＣが位置しており、インダクタＬ１，Ｌ２とインダクタンス成分Ｌ３とが磁界結合しやすい。
　図９は、配線３６に電流が流れた場合に本実施形態のフィルタユニット３０のコア５０の内部に生じる磁界分布を示している。図９から把握できるように、コンデンサＣに向かい合うように対向部６５を設けることで、対向部６５を設けない場合に比べて、コンデンサＣが設けられる位置の磁界の強さが弱くなるように磁界を誘導することができる。
　図１０は、縦軸を利得＝減衰率とし、横軸を周波数とし、フィルタユニット３０，１００の減衰特性を示している。比較例のフィルタユニット１００の減衰特性を一点鎖線で示し、本実施形態のフィルタユニット３０の減衰特性を実線で示している。比較例のフィルタユニット１００では、１５０ｋＨｚ～２００ｋＨｚを境に減衰特性が低下している。これに対し、本実施形態のフィルタユニット３０では、１５０ｋＨｚ～２００ｋＨｚ以下の帯域でも減衰特性の低下が抑制されている。このように、対向部６５により磁界を誘導し、コンデンサＣが設けられる位置の磁界の強さが弱くなるようにすることで、減衰特性の低下を抑制できる。
　ＤＣ／ＤＣコンバータ１３からの出力電力が家庭内の負荷１９に供給される場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３からの出力電力に含まれるノイズが家庭内に流入しないように、ノイズを減衰させる周波数帯域を広くすることが求められることがある。本実施形態のフィルタユニット３０には、スイッチング周波数以下の周波数帯域、及びＡＭ放送に用いられる周波数以上の周波数帯域のノイズを減衰することが求められている。広い周波数帯域に亘ってノイズを減衰させるため、フィルタの数やコンデンサＣの数を増加させることも考えられる。しかしながら、フィルタやコンデンサＣの数を多くした場合、電力変換装置１２の大型化を招く。これに対し、本実施形態では、磁界分布を変更することで、ノイズに対する減衰特性が向上する。従って、フィルタの数やコンデンサＣの数を多くする場合に比べて、電力変換装置１２の大型化を抑制しつつフィルタユニット３０の減衰特性が向上する。
　本実施形態の効果について説明する。
　（１）コア５０は、コンデンサＣに向かい合う対向部６５を備える。対向部６５により磁界を誘導することで、対向部６５を設けない場合に比べて、コンデンサＣが設けられる位置の磁界の強さを弱くできる。磁界によるコンデンサＣへの影響を抑制することで、フィルタユニット３０の減衰特性が低下することを抑制できる。
　（２）基板３１の厚み方向から見て、パターン３５は、配線３６と交差している。基板３１の厚み方向から見て、配線３６とパターン３５とを重ねて配置できるため、フィルタユニット３０の小型化が図られる。
　（３）２つのコア本体８１，８２を設け、コンデンサＣは、コア本体８１，８２の間に配置されている。この配置によれば、２つのコア本体８１，８２の間を、コンデンサＣを配置するための領域として利用することができる。よって、コンデンサＣを２つのコア本体８１，８２の間とは異なる位置に配置する場合に比べて、フィルタユニット３０の小型化が図られる。
　（４）対向部６５は、コア本体８１，８２同士を連結している。対向部６５によりコア本体８１，８２同士を連結することで、コンデンサＣが設けられる位置の磁界が弱くなるように磁界を誘導しやすい。
　（５）フィルタユニット３０は、トランス１５の二次側に設けられた出力フィルタである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３で降圧を行っているため、トランス１５の二次側を流れる電流は、トランス１５の一次側を流れる電流に比べて大きくなる。電流が大きいと、ノイズの減衰を行いにくい。実施形態のように、フィルタユニット３０の減衰特性の低下を抑制することで、電流が大きい場合であっても、効率よくノイズを減衰させることができる。
　実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
　対向部６５は、コア本体８１，８２同士を連結していなくてもよい。この場合、対向部６５は、コア本体８１，８２のうちの一方に設けられる。
　コア５０は、コア本体８１，８２のうちいずれかを備えていればよい。この場合、コンデンサＣは、コア本体８１，８２の周囲であれば、どのような位置に配置されてもよい。
　対向部６５の形状は、変更してもよい。対向部６５は、少なくとも、コンデンサＣに向かい合っていればよく、対向部６５と向かい合わない部分を省略してもよい。対向部６５の形状を変更する場合、対向部６５の形状に合わせて第２コア７１の形状を変更してもよい。第２コア７１は、第１コア５１と第２コア７１との間に基板３１を配置しつつ、対向部６５と向かい合う位置に設けられていることが好ましい。
　基板３１の厚み方向から見て、パターン３５は、配線３６と交差していなくてもよい。
　対向部６５は、基板３１の厚み方向及びコア本体８１，８２の中心軸の両方に直交する方向にコンデンサＣと向かい合っていてもよい。即ち、対向部６５は、コア本体８１，８２からコンデンサＣと向かい合う位置まで延びていればよく、いずれの方向にコンデンサＣと向かい合っていてもよい。
　対向部６５は、複数のコンデンサＣのうち少なくとも一部に向かい合っていればよい。
　コア５０は、第１コア５１と第２コア７１とに分割されていなくてもよい。
　配線３６は、コア本体８１，８２に巻回されていてもよい。
　フィルタユニット３０は、交流電力に含まれるノイズを減衰するために用いてもよい。
　フィルタユニット３０は、ノイズを減衰させる必要のある機器であれば、どのような機器に設けられてもよい。

Claims (5)

  1. 　コンデンサと、
    　配線とコアとを有するインダクタとを備え、
    　前記コアは、
    　前記配線が通される環状のコア本体と、
    　前記コア本体から前記コンデンサに向かい合う位置まで延びる対向部と
    　を備える、フィルタユニット。
  2. 　前記コンデンサが実装された基板を備え、
    　前記対向部は、前記基板の厚み方向に前記コンデンサと向かい合う、請求項１に記載のフィルタユニット。
  3. 　前記基板は、前記コンデンサが接続されるパターンを備え、
    　前記基板の厚み方向から見て、前記パターンは、前記配線と交差している、請求項２に記載のフィルタユニット。
  4. 　前記コア本体は、２つのコア本体のうちの一つであり、
    　前記コンデンサは、前記２つのコア本体の間に配置される、請求項１～請求項３のうちいずれか一項に記載のフィルタユニット。
  5. 　前記対向部は、前記２つのコア本体を連結している、請求項４に記載のフィルタユニット。
PCT/JP2020/022982 2019-06-27 2020-06-11 フィルタユニット Ceased WO2020262013A1 (ja)

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