CN105655103A

CN105655103A - 脉冲变压器

Info

Publication number: CN105655103A
Application number: CN201510870858.8A
Authority: CN
Inventors: 高木信雄; 友成寿绪; 土田节; 芦泽瞬
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2035-12-02
Also published as: CN105655103B; JP2016111348A; JP6589588B2

Abstract

一种脉冲变压器，其中，具有卷芯部、绕线卷绕于所述卷芯部的线圈部。所述线圈部具有第1通常卷绕区域、第2通常卷绕区域和低密度卷绕区域。所述第1通常卷绕区域中，所述绕线互相紧贴地卷绕于所述卷芯部。所述第2通常卷绕区域由与构成所述第1通常卷绕区域的所述绕线相连的绕线构成，且互相紧贴地卷绕于所述卷芯部。所述低密度卷绕区域沿着所述卷芯部的卷轴形成于所述第1通常卷绕区域和所述第2通常卷绕区域之间，并且沿着所述卷轴的所述绕线的卷绕密度低。

Description

脉冲变压器

技术领域

本发明涉及一种例如用于通过局域网电缆(LANCable)等传输脉冲信号的用途等中所使用的的脉冲变压器。

背景技术

在将个人电脑等的机器连接于局域网或电话网等网络中的情况下，需要保护机器不受通过电缆进入的ESD(ElectroStaticDischarge，静电放电)或高电压的损害。因此，在构成电缆和机器的连接点的连接器中使用脉冲变压器。

此前使用的脉冲变压器是通过在环形磁芯(环形磁芯)上卷绕初级线圈和次级线圈而制作的，并具有仅将施加于初级线圈上的电压中的交流成分(脉冲)传输给次级线圈的性质。由于直流成分未传输到次级线圈，因此脉冲变压器能够隔断ESD或高电压。

近些年来脉冲变压器上也在追求小型化和表面安装化，因此替代上述环形磁芯而出现使用鼓型磁芯的例子。将这样的脉冲变压器称为表面安装型脉冲变压器，在专利文献1中公开了其例子。

然而，网络中的以太网的通信速度从10Mbps(bit每秒)的10BASE-T普及到其10倍的100Mbps的100BASE-TX，现在已经普及到1Gbps的1000BASE-T。另外，新的10GBASE-T(10Giga比特以太网(10GbE))已经规格化了。

因此，谋求特别是在高频下的插入损耗小的脉冲变压器。如果插入损耗小，则信号衰减量减少，如果高频成分的衰减量少，则能够远(长)距离正确地传输高速的数据信号。然而，在现有的脉冲变压器中，难以满足特别严格的基准下的降低高频中的插入损耗。

专利文献1：日本特开2009-21558号公报

发明内容

本发明是鉴于上述实际状况完成的发明，其目的在于提供一种脉冲变压器，其能够实现特别严格的基准下的降低高频下的插入损耗。

本发明者们针对脉冲变压器进行了专门探讨，结果新发现在互相紧贴地将绕线卷绕于绕组磁芯部的通常的线圈卷绕区域的途中，设置比该卷绕区域卷绕密度更低的区域，从而能够实现插入损耗的降低，至此完成本发明。

即，本发明所涉及的脉冲变压器具有卷芯部、绕线卷绕于上述卷芯部的线圈部，其中，

上述线圈部具有第1通常卷绕区域、第2通常卷绕区域和低密度卷绕区域，其中，

第1通常卷绕区域中，上述绕线互相紧贴地卷绕于上述卷芯部；

第2通常卷绕区域由与构成上述第1通常卷绕区域的上述绕线相连的绕线构成，且互相紧贴地卷绕于上述卷芯部，

低密度卷绕区域沿着上述卷芯部的卷轴形成于上述第1通常卷绕区域和上述第2通常卷绕区域之间，并且沿着上述卷轴的上述绕线的卷绕密度低。

在本发明所述的脉冲变压器中，对于能够实现高频区域下的插入损耗的降低的理由未必清楚，不过认为可能是由于在低密度卷绕区域和通常卷绕区域的边界上，线圈的卷绕解开(例如位于第二层的绕线落到第一层)等原因，所以泄漏的磁通减少所导致的。

在本发明的脉冲变压器中，由于能够实现高频区域下的插入损耗的降低，因此，高频区域下的信号衰减量减少，能够远(长)距离地正确地输送高速的数据信号。

优选在上述低密度卷绕区域中露出上述卷芯部的表面。通过这样的构成，能够增大高频区域下的插入损耗的降低效果。

优选露出上述卷芯部的表面的上述卷轴方向的间隙宽度为上述绕线的线径同等以上。通过这样的构成，可以增大在高频区域的插入损耗的降低效果。

优选上述低密度卷绕区域的上述卷绕方向的长度为上述绕线的线径的2倍以上。通过这样的构成，能够增大在高频区域的插入损耗的降低效果。

优选多个上述绕线内的一部分绕线构成上述线圈部的第一层，其他的剩余的一部分的绕线构成上述线圈的第二层。通过这样构成，可以增大高频波区域的插入损耗的降低效果。

优选，在第一层的上述绕线和第二层的上述绕线中，以相反方向卷绕。通过这样的构成，可以增大高频区域的插入损耗的降低效果。

优选上述第1通常卷绕区域和上述第2通常卷绕区域的各上述卷轴方向的长度为将上述绕线卷绕2匝以上后的长度。

上述线圈部进一步具有第3通常卷绕区域，其由与构成上述第2通常卷绕区域的上述绕线相连的绕线构成，并且互相紧密地卷绕于上述卷芯部，并且可以沿着上述卷轴方向在上述第3通常卷绕区域和上述第2通常卷绕区域之间，形成有和上述低密度卷绕区域同样的低密度卷绕区域。

优选上述第3通常卷绕区域的上述卷轴方向的长度为将上述绕线卷绕2匝以上后的长度。

另外，上述线圈部进一步具有第4通常卷绕区域，并且沿着上述卷轴方向在上述第4通常卷绕区域和上述第3通常卷绕区域之间，可以具有和上述低密度卷绕区域同样的低密度卷绕区域。以下，同样地，可以经由低密度卷绕区域形成第5以后的通常卷绕区域。

附图说明

图1是涉及本发明的一个实施方式的脉冲变压器的立体图。

图2A是图1所示的脉冲变压器的正面图。

图2B是图1所示的脉冲变压器的背面图。

图2C是图1所示的脉冲变压器的侧面图。

图2D是图1所示的脉冲变压器的俯视图。

图2E是图1所示的脉冲变压器的底面图。

图3是卷绕于图1所示的变压器的卷芯部的线圈部的大致半截面图。

图4是图1所示的变压器的等效电路图。

图5是本发明的其它实施方式所涉及的脉冲变压器的立体图。

图6是表示本发明的实施方式所涉及的脉冲变压器的插入损耗的降低效果的图。

具体实施方式

以下基于附图所示的实施方式说明本发明。

第1实施方式

如图1所示，本发明的一个实施方式所涉及的脉冲变压器由表面安装型的线圈部件10构成。该线圈部件10具有作为鼓型磁芯的第1磁芯20、板状的第2磁芯30、和卷绕于第1磁芯20的卷芯部22上的线圈部40。

另外，在线圈部10的说明中，将存在于与安装线圈部件10的安装面平行的面内且和第1磁芯20的卷芯部22的卷轴平行的方向作为X轴，将存在于和X轴相同的与安装面平行的面内且和X轴垂直的方向作为Y轴方向，并将安装面的法线方向作为Z轴方向。

线圈部件10其外形尺寸例如为(宽3.2mm×高2.8mm×深度3.2mm)，但是线圈部件10的尺寸不限定于此。

正如作为线圈部件10的正面图的图2A所示，线圈部件10的磁芯通过将第1磁芯20和第2磁芯30相组合而构成。第1磁芯20具有棒状的卷芯部22和作为卷芯部22的两端所具备的一对磁芯端部的一对凸缘部24、24。

如图1和图2A所示，凸缘部24的外形状呈大致长方体，一对凸缘部24以在X轴方向空出规定的间隔、互相大致平行的方式而配置。卷芯部22连接于一对凸缘部24中互相相对的各面的中央部，并连接一对凸缘部24。卷芯部22的横截面形状在本实施方式中为矩形，不过也可以为圆形，其截面形状不特别限定。

第2磁芯30为板状的磁芯，并且第2磁芯30的外形状为Z轴方向的边为最短边的大致长方体。如图2E所示，第2磁芯30从顶面32的法线方向(Z轴方向)观察在X轴方向上长的大致长方形，不过也可以为正方形等其它形状。如图2A所示，位于X轴方向两端的第2磁芯30的顶面32与凸缘部24的底面24a相对，相对于底面24a，例如通过热固化性树脂等粘结剂等来固定。这样，形成第2磁芯30和第1磁芯20相连接的磁路。

如图1～图2E所示，第1磁芯20的各凸缘部24中设置端子部51～56。端子部51～56由具有大致L字的外形状的金属零件构成，至少一部分设置于凸缘部24的设置面24b。另外，凸缘部24的设置面24b是与底面24a在Z轴方向上相反侧的顶面，其中该底面24a是与第2磁芯30的顶面32相对的面。

正如从Z轴的上侧观察线圈部件10的图2D所示，3个端子部51～53设置于一个凸缘部24上，另外3个端子部54～56设置于另一个凸缘部24上。邻接的端子部的间隔不是等间隔，端子部52和端子部53的间隔设置为比端子部51和端子部52的间隔更宽，端子部54和端子部55的间隔设置为比端子部55和端子部56的间隔更宽。

如图2A所示，在第1磁芯20的卷芯部22上形成有线圈部40。正如图2D以及作为等效电路图的图4所示，线圈部40由4根绕线41～44构成。绕线41～44例如由包覆导线构成，并且具有用绝缘性的包覆膜包覆由良导体构成的芯材的结构，并且在卷芯部22上由2层结构卷绕。

如图3所示，绕线42、44在卷芯部22上进行通常的双股卷绕而构成第1层，绕线41、43在卷芯部22上进行通常的双线卷绕而构成第2层。而且，在本实施方式中，在第一层的绕线42、44和第二层的绕线41、43中，以相反方向卷绕。另外，绕线41～44的匝数完全相同，但也可以不同。

在本实施方式中，如图3所示，线圈部40具有第1通常卷绕区域40a、第2通常卷绕区域40b、低密度卷绕区域40c。第1通常卷绕区域40a是四根绕线41～44互相紧密地卷绕于卷芯部22上的区域。另外，第2通常卷绕区域40b由与构成第1通常卷绕区域40a的四根绕线41～44相连的绕线41～44构成，并且是互相紧密地卷绕于卷芯部22上的区域。

低密度卷绕区域40c沿着卷芯部22的卷轴(X轴)形成于第1通常卷绕区域40a和第2通常卷绕区域40b之间，并且是沿着X轴的绕线41～44的卷绕密度低的区域。另外，低密度卷绕区域40c由与构成第1通常卷绕区域40a的四根绕线41～44相连的绕线41～44构成，并且线圈以比在第1通常卷绕区域40a以及第2通常卷绕区域40b中的绕线的卷绕密度低的卷绕密度卷绕。

在低密度卷绕区域40c中，如图1所示，露出卷芯部22的表面。相对于此，在第1通常卷绕区域40a以及第2通常卷绕区域40b被绕线41～44覆盖并且卷芯部22的表面没有露出于外部。

如图3所示，低密度卷绕区域40c的卷轴(X轴方向)方向的长度α对应于露出卷芯部22的表面的卷轴方向的最大间隙宽度，并且为至少绕线41～44的线径的同等以上。在本实施方式中，绕线41～44由完全相同线径的绕线构成，不过根据情况不同也可以不同。作为绕线41～44，在用不同线径的绕线的情况下，间隙宽度(长α)为最小线径的同等以上。

优选在将低密度卷绕区域的上述卷绕方向的长度作为α，将线圈部40的卷轴方向的长度(全长度)作为L0，将各绕线41～44的各线径作为d，将各层上卷绕的绕线41～44的根数作为n(在本实施方式中为n＝2)，并将最小匝数作为T(1以上的整数)的情况下，为d×n×T≤α<L0的关系。线圈部40的全长L0为卷芯部22的Z轴方向的全长的同等以下。

在第1通常卷绕区域40a和第2通常卷绕区域40b之内，卷轴方向的长度最短的区域的最小长度优选为将四根绕线41～44以两层以上卷绕2匝以上的长度。即，在将第1通常卷绕区域40a的X轴方向长度作为X1，将第2通常卷绕区域40b的X轴方向长度作为X2的情况下，这些长度X1和X2为将各四根绕线41～44以两层以上卷绕2匝以上的长度。在本实施方式中，为L0＝X1+α+X2的关系。另外，优选X1/X2为0.5～2，进一步优选为1附近。

在第1通常卷绕区域40a和低密度区域40c的边界、第2通常卷绕区域40b和低密度区域40c的边界、或者线圈部40的X轴方向的至少一端，4根绕线41～44的卷绕解开，例如位于第二层的绕线41、43内的至少一根落到第一层。在图3所示的例子中，在第1通常卷绕区域40a和低密度区域40c的边界位于第二层的绕线43落到第一层。另外，在第2通常卷绕区域40b中的线圈部40的端部位于第二层的绕线43落到第一层。

在本实施方式中，第1通常卷绕区域40a和第2通常卷绕区域40b由连接的相同的四根绕线41～44构成，第一层的一对绕线42、44和第二层的一对绕线41、43以相反方向卷绕。因此，在低密度卷绕区域40c中，如图1所示，第一层的一对绕线42、44与第二层的一对绕线41、43相交叉的部分至少由一处(优选为1处)形成。

如图1、图2D以及图4所示，绕线41的绕线端41a、41b分别连接于端子部54、52，绕线42的绕线端42a、42b分别连接于端子部51、54，绕线43的绕线端43a、43b分别连接于端子部55、53。绕线44的绕线端44a、44b分别连接于端子部53、56。

另外，如图4所示，端子部51、52分别作为平衡输入的正侧端子IN+和负侧端子IN-使用。另外，端子部55、56分别作为平衡输出的正侧端子OUT+和负侧端子OUT-使用。端子部53、54分别作为输入侧和输出侧的中间抽头CT使用。绕线41、42构成脉冲变压器的初级绕组，并且绕线43、44构成脉冲变压器的次级绕组。

在线圈部件10的制造中，首先准备设置了端子部51～56的鼓型的第1线圈20和绕线41～44。第1线圈20例如通过将磁导率比较高的磁性材料、例如Ni-Zn系铁氧体或Mn-Zn系铁氧体或者金属磁性体等构成的磁性粉体进行成型和烧结从而制作。金属的端子部51～56可以通过粘结等固定于第1磁芯20的凸缘部24。另外，端子部51～56也可以通过在第1磁芯20上通过印刷·电镀等形成导体膜，并通过烧附该导体膜，从而设置于凸缘部24上。

作为绕线41～44，例如，可以使用将由铜(Cu)等的良导体构成的芯材用由酰亚胺改性聚氨酯等构成的绝缘材料覆盖，进一步用聚酯等的薄树脂膜覆盖最外表面的绕线。设置了准备的端子部51～56的第1磁芯20以及绕线41～44被设定在卷线机上，绕线41～44按规定的顺序卷绕于第1磁芯20的卷芯部22上。被卷绕的绕线41～44的绕线端41a～44a、41b～44b通过银焊、热压附或者激光接合等固定于图2D以及图4所示的规定端子部51～56上。

接下来，准备板状的第2磁芯30，并结合到线圈部40被卷绕的第1磁芯20上。第2磁芯30和第1磁芯20同样由Ni-Zn系铁氧体或Mn-Zn系铁氧体或者金属磁性体等构成的磁性材料的烧结体或者成型体构成。

在本实施方式所述的脉冲变压器10中，能够实现以特别严格的基准降低高频中的插入损耗。对于能够实现高频区域中的插入损耗的理由未必清楚，不过认为可能是如图3所示，在低密度卷绕区域40c和第1通常卷绕区域40a的边界上，4根线圈41～44的卷绕解开，位于第二层的绕线43落到第一层，位于绕线42的旁边等原因，所以泄漏的磁通减少所导致的。

在本实施方式的脉冲变压器10中，由于实现高频区域中的插入损耗的降低，因此高频波中的信号衰减量变少，能够远(长)距离地正确地输送高速的数据信号。

第2实施方式

在作为图5所示的第2实施方式的脉冲变压器的线圈部件10a中，两端的凸缘部24上各设置4个，共计8个端子部，在这一点上和第1实施方式的线圈部件10不同，其它构成相同。线圈部件10a的端子部53a、53b对应于第1实施方式的线圈部件10的端子部53，线圈部件10a的端子部54a、54b对应于线圈部件10的端子部54。

在线圈部件10a中，绕线端43b和绕线端44a的电连接、以及绕线端41a和绕线端42b的电连接通过安装线圈部件10a的配线基板上的配线图案进行。本实施方式所涉及的线圈部件10a的其它结构以及作用效果和第1实施方式的情况同样，省略详细的说明。

第3实施方式

在本实施方式中，省略了图示，不过图1和图5所示的线圈部40可以进一步具有第3通常卷绕区域，并且沿着Z轴方向在第3通常卷绕区域和第2通常卷绕区域40a之间，可以进一步具有与低密度卷绕区域40c同样的低密度卷绕区域。

另外，线圈部40进一步具有第4通常卷绕区域，并且沿着卷轴方向在第4通常卷绕区域和上述第1通常卷绕区域之间，或者在上述第4通常卷绕区域和上述第3通常卷绕区域之间可以进一步具有与上述低密度卷绕区域同样的低密度卷绕区域。以下，同样地可以经由低密度卷绕区域40c形成第5以后的通常卷绕区域。第3以后的通常卷绕区域具有和第1通常卷绕区域40a或者第2通常卷绕区域40b同样的结构。本实施方式所涉及的线圈部件10a的其它结构以及作用效果与第1实施方式的情况相同，省略详细的说明。

另外，本发明不限定于上述实施方式，可以在本发明的范围内进行各种改变。

例如，对于第1磁芯20的形状，不限定于本实施方式所示的鼓型，可以做成U字型等，在卷芯部的两端上具备一对磁芯端部的任意的形状。另外，第1磁芯20的2个凸缘部24可以为相同的形状，也可以为不同的形状。

另外，在上述的实施方式中，用两根绕线42、44构成线圈部40的第一层，用另外2根绕线41、43构成第二层，不过绕线41和绕线42可以由在端子部54连接的1根绕线构成。另外，绕线43和绕线44也可以由在端子部53连接的1根绕线构成。

进一步，在上述实施方式中，使用了端子部53和54，根据用途不同，可以省略端子部53和54。即，可以将如图4所示的分别作为输入侧和输出侧的中间抽头CT使用的端子部53和54删除，从而构成脉冲变压器。在这种情况下，变成仅使用2根绕线构成脉冲变压器。

进一步，在本发明中，通过对卷芯部22的绕线的卷绕方法下功夫，也可以减少卷绕时使用的绕线的根数。例如可以使用1根或2根绕线在卷芯部22上形成线圈部40的第一层之后，使用相同绕线形成线圈部40的第二层，并切断线圈部的初级绕组和次级绕组的边界，从而分离为初级绕组和次级绕组。

另外，在上述实施方式中，如图1所示，在卷芯部22的Z轴方向上面，形成第一层的一对绕线42、44和第二层的一对绕线41、43交叉的交叉部分，不过不限定于此。例如，交叉部分可以在卷芯部22的Z轴方向下面形成，或者也可以在Y轴方向相对的卷芯部22的侧面形成。

实施例

以下，进一步基于具体的实施例说明本发明，不过本发明不限定于这些实施例。

实施例1

如图1～图3所示，制作了处于L0＝X1+α+X2的关系下，α为绕线的线径的2根以上的间隔，X1大致等于X2的线圈部件10所构成的脉冲变压器。测定了该脉冲变压器的插入损耗(InsertionLoss)将结果用图6中的曲线ex1表示。另外，在图6中，横轴为测定频率(用指数表示，单位为MHz)，纵轴为插入损耗(信号衰减特性/单位为dB)。插入损耗的测定通过网络分析器进行。

实施例2

在图3所示的线圈部40中的第2通常卷绕区域40b的邻近，经由其他的低密度区域(省略图示，Z轴方向长度为α)而形成第3通常卷绕区域(省略图示，Z轴方向长度为X3)，并处于L0＝X1+α+X2+α+X3的关系，且X1、X2、X3大致相等，除此之外，和实施例1同样制作了由线圈部件构成的脉冲变压器。和实施例1同样测定了脉冲变压器的插入损耗，将结果用图6中的曲线ex2表示。

实施例3

在第3通常卷绕区域的邻近，经由其他的低密度区域(省略图示，Z轴方向长度为α)形成第4通常卷绕区域(省略图示，Z轴方向长度为X4)，并处于L0＝X1+α+X2+α+X3+α+X4的关系，且X1、X2、X3、X4大致相等，除此之外，和实施例2同样制作了由线圈部件构成的脉冲变压器。和实施例1同样测定了脉冲变压器的插入损耗，将结果用图6中的曲线ex3表示。

比较例1

除了未形成如图3所示的低密度区域40c，并且用和实施例1相同的匝数卷绕绕线41～44形成线圈部以外，其它都和实施例1同样制作了由线圈部件构成的脉冲变压器。和实施例1同样测定了脉冲变压器的插入损耗，将结果用图6中的曲线Ce1表示。

评价

如图6所示，在全部的实施例1～3所涉及的脉冲变压器(ex1～ex3)中，与比较例1所涉及的脉冲变压器(Ce1)相比，确认了特别地在至250MHz的高频区域内，能够使插入损耗小于作为基准的插入损耗St＝-0.8dB。

Claims

1.一种脉冲变压器，其中，

是具有卷芯部、以及绕线卷绕于所述卷芯部的线圈部的脉冲变压器，

所述线圈部具有：

第1通常卷绕区域，所述绕线互相紧贴地卷绕于所述卷芯部；

第2通常卷绕区域，由与构成所述第1通常卷绕区域的所述绕线相连的绕线构成，且互相紧贴地卷绕于所述卷芯部；以及

低密度卷绕区域，沿着所述卷芯部的卷轴形成于所述第1通常卷绕区域和所述第2通常卷绕区域之间，并且沿着所述卷轴的所述绕线的卷绕密度低。

2.如权利要求1所述的脉冲变压器，其中，

在所述低密度卷绕区域中，所述卷芯部的表面露出。

3.如权利要求2所述的脉冲变压器，其中，

露出所述卷芯部的表面的所述卷轴方向的间隙宽度为所述绕线的线径的同等以上。

4.如权利要求1～3中任一项所述的脉冲变压器，其中，

所述低密度卷绕区域的所述卷轴方向的长度为所述绕线的线径的2倍以上。

5.如权利要求1～3中任一项所述的脉冲变压器，其中，

多个所述绕线内的一部分的绕线构成所述线圈部的第一层，并且其他的剩余的一部分的绕线构成所述线圈部的第二层。

6.如权利要求5所述的脉冲变压器，其中，

在第一层的所述绕线和第二层的所述绕线中，以相反方向卷绕。

7.如权利要求1～3中任一项所述的脉冲变压器，其中，

所述第1通常卷绕区域和所述第2通常卷绕区域的各自的所述卷轴方向的长度为卷绕2匝以上的所述绕线后的长度。

8.如权利要求1～3中任一项所述的脉冲变压器，其中，

所述线圈部进一步具有第3通常卷绕区域，其由与构成所述第2通常卷绕区域的所述绕线相连的绕线构成，且互相紧密地卷绕于所述卷芯部，并且沿着所述卷轴方向在所述第3通常卷绕区域和所述第2通常卷绕区域之间，形成有和所述低密度卷绕区域同样的低密度卷绕区域。

9.如权利要求8所述的脉冲变压器，其中，

所述第3通常卷绕区域的所述卷轴方向的长度为卷绕2匝以上的所述绕线后的长度。