低通滤波器的制作方法

本申请为基于2016年11月1日所申请的日本申请号为2016-214639号的申请，并在此援引该日本专利申请记载的内容。

本公开涉及去除高频噪声的低通滤波器。

背景技术：

一直以来，为了去除在电气电路中产生的高频噪声，普遍实施在电路中设置低通滤波器。

作为这种设置有低通滤波器的设备，例如存在专利文献1所记载的等离子体产生装置。在专利文献1所记载的等离子体产生装置中，由于设置在装置内部的电热设备接收高频噪声，因此为了抑制高频噪声从该设备向电源等侵入，而在设备与电源之间设置低通滤波器以去除高频噪声。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-10214号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

低通滤波器需要具有对于作为应当去除频率的去除目标频率足够大的阻抗。线圈的电感越大，该阻抗取峰值的频率越向较低的频率侧迁移，线圈的电感越小，该阻抗取峰值的频率越向较高的频率侧迁移。即，去除目标频率越小，越需要增大线圈的电感。由于为了增大线圈的电感，需要增加线圈的匝数或增大线圈的横截面积以减少铜损，因此低通滤波器整体的大型化成为问题。此外，线圈越大，则越需要去除该线圈所产生的热量。

本公开是为了解决上述课题而完成的，其主要的目的在于，提供一种铜损较少且可小型化的低通滤波器。

用于解决课题的方法

第一结构涉及一种低通滤波器，并且包括：线圈，其通过带状的导体围绕预定轴线缠绕多次而形成；电容器，其一侧的端子与所述导体连接，其另一侧的端子与接地部连接；冷却部件，其与所述线圈的所述预定轴线方向上的端面侧抵接。

在上述结构中，由于将带状的导体围绕预定轴线进行缠绕以用作线圈，因此在预定轴线方向上，在导体之间不设置绝缘部件等。而且，由构成线圈的导体产生的热量传递至预定轴线方向的端部，并且可通过设置在预定轴线方向上的端面侧处的冷却部件有效地除热。除此以外，由于导体之间的绝缘可仅为线圈的径向方向上的绝缘，因此表示导体的体积相对于线圈整体的体积的比例的占有面积比率变大。因此，由于每单位体积的线圈的阻抗值下降而能够以更小的体积供规定的电流流过，所以可进一步减小线圈整体的体积。

其结果为，能够提供除热性良好且可小型化的低通滤波器。

在第二结构中，除第一结构之外，所述线圈通过按所述导体、绝缘部件、粘合部件的顺序层叠的层叠体围绕所述预定轴线缠绕多次而形成。

在使导体彼此绝缘的结构预先确定的一般线圈20中，只能通过改变导体的线直径或匝数，才可改变线圈的电感和阻抗特性。关于这一点，在本实施方式中，由于可通过绝缘部件的厚度来改变线圈的阻抗特性，因此可根据去除目标频率而提供适当阻抗的线圈。进而，能够提高线圈的在去除目标频率处的阻抗。

在第三结构中，除第二结构之外，表示所述线圈的阻抗与频率之间的关系的频率特性通过所述线圈的匝数、所述导体的宽度和所述绝缘部件的厚度来进行调节。

在上述结构中，由于通过调节决定线圈大小的多个因素来设定阻抗频率特性，因此针对去除目标频率可提供适当大小的线圈20。特别地，即使对于线圈的匝数或内径等存在限制，由于可通过调节绝缘部件的厚度来设定阻抗频率特性，因此可根据去除目标频率而提供适当阻抗的线圈。

在第四结构中，除第一结构至第三结构中的任一结构之外，去除目标的噪声频率被预先确定为去除目标频率，所述线圈的阻抗成为最大的频率从所述去除目标频率偏离预定频率。

由于线圈的阻抗频率特性实际上会产生个体差异，因此即使以线圈的阻抗成为最大的频率与去除目标频率一致的方式来进行设计，实际上也存在线圈的阻抗在去除目标频率中不成为最大值的情况。关于这一点，在上述结构中，设定为使得线圈的阻抗成为最大的频率从去除目标频率偏离，因此即使在线圈的阻抗频率特性中产生了个体差异，频率特性的趋势也难以发生改变。因此，即使在线圈的阻抗频率特性中产生了个体差异，也能够确保低通滤波器整体的噪声去除性能。

在第五结构中，除第四结构之外，所述线圈的阻抗成为最大的频率比所述去除目标频率大所述预定频率。

由于为了使线圈的阻抗成为最大的频率小于去除目标频率需要增大线圈的内径、增加线圈的匝数，因此线圈进一步大型化。关于这一点，在上述结构中，由于使线圈的阻抗成为最大的频率大于去除目标频率，因此能够抑制线圈的大型化。

在第六结构中，除第四结构之外，所述线圈的阻抗成为最大的频率比所述去除目标频率小所述预定频率。

由于为了使线圈的阻抗成为最大的频率大于去除目标频率需要进一步增厚线圈的绝缘部件的厚度，因此线圈进一步大型化。关于这一点，在上述结构中，由于使线圈的阻抗成为最大的频率小于去除目标频率，因此能够抑制线圈的大型化。

在第七结构中，除第四结构至第六结构中的任一结构外，所述去除目标频率为100khz至20mhz。

在上述结构中，由于将需要更大电感来实现噪声去除的频率作为去除目标频率，因此可更适当地使用冷却效率优异且可小型化的低通滤波器。

在第八结构中，除第一结构至第七结构中的任一结构外，包括多个所述电容器，多个所述电容器并联连接。

在上述结构中，可在维持单个电容器中的阻抗取最小值及取该最小值的频率的同时，进一步减小电容器整体的阻抗。这样，可提供噪声去除性能更优异的低通滤波器。

第九结构中，除第一结构至第八结构中的任一结构外，所述线圈在所述预定轴线方向的端面上具有表面平坦的陶瓷层，所述陶瓷层的所述表面与所述冷却部件接触。

在将线圈围绕预定轴线缠绕多次的情况下，在预定轴线方向的端面上，在导体之间形成凹陷并且一部分的导体突出。因此，在冷却板抵在线圈的轴线方向端面的情况下，从线圈向冷却板的导热性会下降。关于这一点，在本实施方式中，由于线圈在预定轴线方向的端面上具有表面平坦的陶瓷层，所以增加了该陶瓷层的平坦面与冷却部件的密合性。因此，能够提高由冷却部件实现的散热效率。

在第十结构中，除第一结构至第九结构中的任一结构之外，所述冷却部件在内部设置有流道。

在上述结构中，由于能够使水或空气等制冷剂在形成于冷却部件的流道中流动，因此能够进一步提高冷却效果。

在第十一结构中，除第一结构至第十结构中的任一结构之外，多个所述线圈与一个所述冷却部件抵接。

在设置多个易于接收高频噪声的设备的情况下，由于能够使相对于位于附近的设备而设置的线圈可共同与一个冷却部件抵接，因此能够实现低通滤波器的整体形状的小型化。此外，在将易于接收高频噪声的设备与电源或控制电路等连接的情况下，需要在设备的正极侧和负极侧中的每个的电路中设置线圈和电容器的组。关于这一点，在上述结构中，能够使设置在设备的正极侧的线圈和设置在负极侧的线圈与共用的冷却部件抵接，从而能够实现低通滤波器的整体形状的小型化。

在第十二结构中，除第十一结构之外，所述冷却部件的形状为板状，且所述冷却部件的正面和反面分别与至少一个所述线圈抵接。

在上述结构中，由于使线圈与冷却部件的两个面抵接，因此能够使低通滤波器整体的大小更加小型化。此外，在将易于接收高频噪声的设备与电源或控制电路等连接的情况下，需要在设备的正极侧和负极侧中的每个的电路中设置线圈和电容器的组。关于这一点，在上述结构中，能够使一侧的线圈与冷却部件的第一侧抵接，而使另一侧的线圈与冷却部件的第二侧抵接。

在第十三结构中，除第一结构至第十二结构中的任一结构之外，所述线圈通过使所述带状的导体以层叠的方式缠绕多次而形成为筒状。

附图说明

通过参照附图以及下述的详细描述，关于本公开的上述目的及其他目的、特征和优点将会变得更加明确。

图1是示出低通滤波器的外观的图。

图2是图1的a－a剖视图。

图3是图2的区域b的放大图。

图4是示出线圈与电容器的电连接状态的图。

图5是低通滤波器的电路图。

图6是示出线圈和电容器的阻抗频率特性的图。

图7是示出线圈的匝数改变的情况下阻抗频率特性的图。

图8是示出线圈的匝数改变的情况下低通滤波器的增益的图。

图9是示出线圈的内径改变的情况下阻抗频率特性的图。

图10是示出线圈的层间距改变的情况下阻抗频率特性的图。

图11是示出设置多个电容器的情况下阻抗频率特性的图。

具体实施方式

＜第一实施方式＞

首先，参照图1和图2，对低通滤波器10的结构进行说明。低通滤波器10具备线圈20和电容器30，其中，线圈20通过包括带状的导体的层叠体21以围绕预定轴线20a进行层叠的方式缠绕多次而形成，电容器30与该线圈20连接。线圈20形成为使得相邻的层叠体21以相互紧贴的方式层叠并且成为在其中心设置有孔的圆筒状。另外，线圈20的形状不限于圆筒状，也可为矩形筒等筒状。

这些线圈20和电容器30安装在板状的冷却部件40上。具体而言，在冷却部件40的正面和反面中的每个上，两个线圈20设置成在冷却部件40的纵向方向上隔开间隔，并且在线圈20的预定轴线20a方向上的端面侧与冷却部件40抵接。此外，在冷却部件40的正面和反面中的每个上，两个电容器30设置成在线圈20之间在宽度方向上间隔开。

冷却部件40由例如氧化铝(矾土)形成，且在其内部形成有可供作为液体或气体的制冷剂流通的流道。在冷却部件40的纵向方向上的侧面上设置有作为制冷剂的入口的流道入口41以及作为制冷剂的出口的流道出口42。另外，在本实施方式中，将水用作制冷剂。

如图3的放大剖视图所示，层叠体21配置成包括带状(细长膜状)的导体22、带状的绝缘部件23及带状的粘合部件24，并且按照导体22、绝缘部件23、粘合部件24的顺序进行层叠。导体22由铜所形成。绝缘部件23由例如聚酰亚胺形成。粘合部件24由例如基于有机硅的粘合剂形成。

在以此方式来形成线圈20的基础上，一部分的导体22和绝缘部件23在线圈20的预定轴线20a方向上的端面处突出，从而在导体22之间产生凹陷。因此，如图3的放大剖视图所示，在线圈20的轴线方向上的端面上通过矾土的热喷涂而形成有陶瓷层25以填埋导体22之间的凹陷。由此，线圈20的轴线方向端面被陶瓷层25覆盖。由于矾土为绝缘体，因此即使导体22上将矾土热喷涂在上，也能够防止导体22彼此发生短路的情况。陶瓷层25的预定轴线方向上的表面通过研磨而平坦化，从而实现预定的平滑度。

该陶瓷层25的预定轴线方向上的表面与冷却部件40通过具有热传导性的粘合部件26进行粘合。该粘合部件26为例如基于有机硅的粘合剂，并且其线性膨胀系数设为与冷却部件40大致相等。

接下来，参照图4和图5，对低通滤波器10中的线圈20与电容器30的电连接进行说明。另外，在图4中，省略了电气设备60和设置在直流电源50的负极侧的低通滤波器10的图示。在构成线圈20的导体22的纵向方向上的端部的两端上分别设置有第一端子27和第二端子28。如上文所述，由于线圈20将导体22围绕预定轴线20a来进行缠绕，因此第一端子27设置在线圈20的最外周，第二端子28设置在线圈20的最内周。此外，在电容器30上设置有第一端子31及第二端子32。

在线圈20的第一端子27连接有电容器30的第一端子31以及直流电源50。在线圈20的第二端子28连接有电气设备60。此外，电容器30的第二端子32与接地部33连接。由于以此方式来使低通滤波器10与直流电源50和电气设备60连接，因此可通过低通滤波器10去除在电气设备60中产生的电气噪声或者电气设备60接收到的电气噪声。

另外，如图5所示，在低通滤波器10中，在直流电源50的正极侧和负极侧分别设置有成对的线圈20和电容器30。因此，在由图1至图3所示的低通滤波器10的结构中，设置于直流电源50的正极侧的线圈20和电容器30可设置在冷却部件40的一个面上，且设置于直流电源的负极侧的线圈20和电容器30可设置在另一个面上。此外，还可将设置于直流电源50的正极侧和负极侧的线圈20和电容器30设置在冷却部件40的一个面上。

在以上述方式构成的低通滤波器10中，为了增大作为应当去除的频率的去除目标频率的噪声增益(gain)，需要设定线圈20的阻抗特性以及电容器30的阻抗特性。

如果将向低通滤波器10输入的电压设为vin，将从低通滤波器10输出的电压设为vout，将线圈20的阻抗设为zl，将电容器30的阻抗设为zc，则下式(1)将成立。

【数学式1】

即，作为线圈20的阻抗的zl越大，则作为被输出的电压的vout越小，电容器30的阻抗越小，则作为被输出的电压的vout越小。

参照图6，对表示线圈20的阻抗与频率之间的关系的频率特性和电容器30的频率特性进行说明。电容器30的阻抗频率特性为，频率越大则阻抗越小，并且在某个频率取得阻抗的最小值之后，频率越大则阻抗越大。

另一方面，线圈20的阻抗频率特性为，频率越大则阻抗越大，并且在某个频率取得阻抗的最大值之后，频率越大则阻抗越小。

如上文所述，为了使去除目标频率的噪声充分衰减，需要进一步增大线圈20的阻抗，并且进一步减小电容器30的阻抗。即，如果在去除目标频率的附近使线圈20的阻抗取最大值，且在去除目标频率附近使电容器30的阻抗取最小值，则能够适当地将去除目标频率去除。例如，如图6所示，如果将去除目标频率设为13.6mhz，则通过将电容器30的阻抗成为最小值的频率设定为比去除目标频率高的频率，并且将线圈20的阻抗成为最大值的频率设定为比去除目标频率低的频率，可适当地将去除目标频率的噪声去除。

另外，在本实施方式中，电容器30具有已预先确定的阻抗频率特性。因此，在根据本实施方式的低通滤波器10中，对线圈20进行设计以使线圈20的阻抗取最大值的频率接近去除目标频率。具体地，如图6所示，线圈20设计成使得，如果电容器30的阻抗取最小值的频率只是比去除目标频率大第一预定值的频率，则使线圈20的阻抗取最大值的频率成为只是比去除目标频率小第二预定值的频率。

图7示出了线圈20的阻抗频率特性与线圈20的匝数之间的关系。在图7中，示出了线圈20的匝数为a(t)、b(t)、c(t)(但是，a＞b＞c)的情况下的频率特性。如图7所示，匝数越多，阻抗取最大值的频率越向低频率侧偏移，且匝数越少，阻抗取最大值的频率越向高频率侧偏移。即，去除目标频率越小，就越需要增加匝数。

图8示出了将电容器30的静电电容设为恒定且改变线圈20的匝数的情况下低通滤波器10的增益(gain)。在图8中，将可利用低通滤波器10去除足够的噪声的增益确定为阈值gth。

如图8所示，如果去除目标频率为13.5mhz，则在匝数为b(t)的情况下以及匝数为c(t)的情况下，增益小于阈值gth，如果匝数为a(t)，则增益大于阈值gth。另一方面，如果去除目标频率为6mhz，则虽然在匝数为a(t)的情况下，增益小于阈值gth，但是在匝数为b(t)的情况以及匝数为c(t)的情况下，增益大于阈值gth。

这样，在使去除目标频率中的增益小于阈值gth的基础上，还可改变线圈20的内径而不改变线圈20的匝数。

图9示出了线圈20的阻抗频率特性与线圈20的内径之间的关系。在图9中，示出了线圈20的内径为d(mm)、e(mm)(但是，d＞e)的情况下的频率特性。如图9所示，内径越大，阻抗取最大值的频率越向低频率侧偏移，且内径越小，阻抗取最大值的频率越向高频率侧偏移。即，去除目标频率越小，就越需要增大内径。

如上文所述，线圈20的阻抗频率特性通过改变线圈20的匝数和线圈20的内径而能够使线圈20的阻抗取最大值的频率接近去除目标频率。

但是，去除目标频率越小，则越需要进一步增加线圈20的匝数，并且需要进一步增大线圈20的内径。在该情况下，构成线圈20的导体22进一步变长，由此，线圈20的阻抗值上升。即，线圈20的铜损增加。因此，在本实施方式中，除了改变线圈20的匝数和内径之外，通过改变绝缘部件23的厚度来改变阻抗频率特性。

参照图10，对线圈20的阻抗频率特性与导体22的层间距之间的关系进行说明。如上文所述，由于在导体22的层间距中设置有绝缘部件23和粘合部件24，因此就改变该层间距而言，可改变绝缘部件23的厚度。在图10中，示出了层间距为f(μm)、g(μm)、h(μm)(但是，f＜g＜h)的情况下的频率特性。如图10所示，层间距越大，则阻抗取最大值的频率越向高频率侧偏移，且层间距越小，则阻抗取最大值的频率越向低频率侧偏移。即，通过增厚绝缘部件23，能够使阻抗取最大值的频率向高频率侧偏移，并且通过减薄绝缘部件23，能够使阻抗取最大值的频率向低频率侧偏移。

根据上述结构，根据本实施方式的低通滤波器10可实现以下的效果。

·由于将带状的导体22围绕预定轴线缠绕以用作线圈20，因此在预定轴线方向上在导体22之间不设置绝缘部件23等。而且，由构成线圈20的导体22产生的热量传递至预定轴线方向的端部，并且可通过设置在预定轴线方向上的端面侧处的冷却部件40有效地除热。除此以外，由于导体22之间的绝缘可仅为线圈20的径向方向上的绝缘，因此表示导体22的体积相对于线圈20整体的体积的比例的占有面积比率变大。因此，由于每单位体积的线圈20的阻抗值下降而能够以更小的体积供规定的电流流过，所以可进一步减小线圈20整体的体积。其结果为，能够提供除热性良好且可小型化的低通滤波器10。

·在使导体22彼此绝缘的结构预先确定的一般线圈20中，只能通过改变导体22的线直径或匝数，才可改变线圈20的电感和阻抗特性。关于这一点，在本实施方式中，由于可通过绝缘部件23的厚度来改变线圈20的阻抗特性，因此可根据去除目标频率而提供适当阻抗的线圈20。进而，能够提高线圈20的在去除目标频率处的阻抗。

·去除目标频率越小，则越需要增加线圈20的匝数、增大线圈20的内径，由此铜损将会变大。关于这一点，在本实施方式中，除了调节线圈20的匝数和线圈20的内径以外，还通过调节设置于导体间的绝缘部件23的厚度来使阻抗的最大值接近去除目标频率。由此，可在抑制线圈20的铜损的同时使阻抗的最大值接近去除目标频率。

·由于线圈20的阻抗频率特性实际上会产生个体差异，因此即使以线圈20的阻抗成为最大的频率与去除目标频率一致的方式来进行设计，实际上也存在线圈20的阻抗在去除目标频率中不成为最大值的情况。关于这一点，由于本实施方式设定为使得线圈20的阻抗成为最大的频率从去除目标频率偏离，因此即使在线圈20的阻抗频率特性中产生了个体差异，频率特性的趋势也不易发生改变。因此，即使在线圈20的阻抗频率特性中产生了个体差异，也能够确保低通滤波器10整体的噪声去除性能。

·由于通过调节决定线圈20大小的多个因素来设定阻抗频率特性，因此针对去除目标频率可提供适当大小的线圈20。特别地，即使对于线圈20的匝数或内径等存在限制，由于可通过调节绝缘部件23的厚度来设定阻抗频率特性，因此可根据去除目标频率而提供适当阻抗的线圈20。

·在将线圈20围绕预定轴线缠绕多次的情况下，在预定轴线方向的端面上，在导体22之间形成凹陷并且一部分的导体22突出。因此，在冷却板抵在线圈20的轴线方向端面的情况下，从线圈20向冷却板的导热性会下降。关于这一点，在本实施方式中，由于线圈20在预定轴线方向的端面上具有表面平坦的陶瓷层25，因此增加了该陶瓷层25的平坦面与冷却部件40的密合性。因此，能够提高由冷却部件40实现的散热效率。

·由于采用了使水在形成于冷却部件40的流道中流动的结构，因此可进一步提高冷却效果。

·在将易于接收高频噪声的电气设备60与直流电源50连接的情况下，需要在设备的正极侧和负极侧的各自电路中设置线圈和电容器30的组。关于这一点，在本实施方式中，由于设置在设备的正极侧的线圈20和设置在负极侧的线圈20抵接于共用的冷却部件40，因此可实现低通滤波器10的整体形状的小型化。

＜第二实施方式＞

在第一实施方式中，采用了相对于一个线圈20连接一个电容器30的结构。关于这一点，在本实施方式中，相对于一个线圈20连接多个电容器30，具体地连接两个电容器30。

参照图11，对电容器30的阻抗频率特性进行说明。图11示出了使用一个静电电容为αpf的电容器30的情况、将两个静电电容为αpf的电容器30并联连接的情况、使用一个静电电容为βpf的电容器30的情况以及将两个静电电容为βpf的电容器30并联连接的情况。另外，β为α的大约2倍的数。

如图11所示，在使用一个静电电容为αpf的电容器30的情况下以及将两个静电电容为αpf的电容器30并联连接的情况下，阻抗取最小值的频率大致相等。另一方面，将两个静电电容为αpf的电容器30并联连接的情况下的阻抗与使用一个静电电容为βpf的电容器30的情况下的阻抗大致相等。即，与使用一个静电电容为αpf的电容器30的情况相比，阻抗减小。

因此，通过将多个电容器30并联连接来使用，可在维持单个电容器30中的阻抗取最小值的频率的同时，进一步减小电容器30整体的阻抗，从而可提供噪声去除性能更优异的低通滤波器10。

＜变型例＞

·虽然在第一实施方式中使电容器30的阻抗取最小值的频率大于去除目标频率，但是也可以使电容器30的阻抗取最小值的频率小于去除目标频率。在这种情况下，可使线圈20的阻抗取最大值的频率大于去除目标频率。即，可以使线圈20的阻抗取最大值的频率进一步增大。如在第一实施方式中所说明的那样，对于增大线圈20的阻抗取最大值的频率而言，可减少匝数、减小内径。因此，可使线圈20进一步小型化，并且可减小铜损。

·虽然在第一实施方式中，作为去除目标频率而例示了6mhz和13.5mhz，但是作为去除目标频率而被选择的频率不限于该频率。作为根据各实施方式的低通滤波器10的去除目标频率的下限，优选为100khz。此外，作为去除目标频率的上限，优选为20mhz。其原因在于，如第一实施方式所示，由于去除目标频率越大则线圈20越小型化，从而发热的问题变小，因此通过冷却部件40来将线圈20的热量去除的需求也减少。

·虽然在实施方式中使线圈20分别与冷却部件40的正面和反面抵接，但是也可以仅在正面和反面中的任意一个面上设置线圈和电容器30。

·虽然在实施方式中使多个线圈20与冷却部件40抵接，但是也可以仅使一个线圈20与冷却部件40抵接。

·虽然在实施方式中例示了去除目标频率为一个的情况，但是对于去除目标频率为多个的情况，本申请也可同样适用。例如，在需要将几mhz的噪声和几百khz的噪声去除的情况下，可将相应噪声的频率作为去除目标频率来设计线圈20的匝数、内径及绝缘部件23的厚度。

·虽然在实施方式中使水在设置于冷却部件40的流道中流动，但是也可以将水以外的液体或空气等气体作为制冷剂进行流动。

·虽然在实施方式中于冷却部件40中设置了供水流动的流道，但是也可不设置流道。

·虽然在第二实施方式中将两个电容器30并联连接，但是也可将三个以上的电容器30并联连接。

·构成低通滤波器10的各个部件的材并不限于实施方式中所示出的材料，并且可进行改变。

虽然依据实施方式描述了本公开，但是应理解本公开不限定于所述实施方式和结构。本公开还包括各种各样的变型例和等同范围内的变型。此外，各种各样的组合和形式，甚至仅包括一个元件、更多的元件或更少的元件的其他组合或形式也应列入本公开的范畴和思想范围内。

符号说明

10：低通滤波器；20：线圈；20a：预定轴线；22：导体；23：绝缘部件；25：陶瓷层；30：电容器；33：接地部；40：冷却部件。