CN1725391A - 铁芯及利用该铁芯的变压装置 - Google Patents

Abstract

本发明在避免对磁性回路产生恶劣影响、局部发热的危险的同时，实现轻型化、小型化、成本的降低。本发明提供一种包括缠绕一次线圈8的一次线圈支脚2和缠绕二次线圈9、10、11、12的二次线圈支脚3、4、5、6，并将以上部分由连接部(连接板7)做磁性连接的铁芯。设与二次线圈支脚3、4、5、6的截面积相等的圆的半径为r，同时在连接部7的支脚形成面上划出一次线圈支脚2和二次线圈支脚3、4、5、6的最小距离间的连接直线，将与在此直线位置上的连接部7的支脚形成面垂直的截面设为中心截面，距上述中心截面距离为r的截面为第1基准截面，距上述中心截面距离为2r的截面为第2基准截面，此时在连接板7上形成切截部分，使连接部7的边缘不进入第1基准截面的内侧，且仅有边缘的一小部分存在于第1基准截面和第2基准截面之间的区域。

Description

铁芯及利用该铁芯的变压装置

技术领域

本发明涉及用于变压装置的铁芯，具体地说涉及避免局部发热的技术，而且也涉及利用该铁芯的变压装置。

背景技术

例如，在点亮液晶显示装置的背光灯的点灯电路等中，控制电压变化的倒相变压器，通常是使一对磁芯(铁芯)结合，构成闭合磁通路，同时在结合在一起的铁芯上缠绕圈数不同的一次线圈和二次线圈。铁芯的基本形状，以连接部两端具有一对支脚的U字型铁芯、和将中间支脚和其两侧对称设置的外支脚通过连接部连接的E字型铁芯等为代表。

图14为采用了一般的U字型铁芯101的倒相变压器的一个示例的示意图。U字型铁芯101中，互相平行的一对支脚102由连接部103进行磁连接，一对U字型铁芯101由支脚102的两个前端连接而结合，构成环状的闭合磁通路。并且，一侧的支脚102上缠绕了一次线圈104，另一侧的支脚102缠绕了与一次线圈104圈数不相同的二次线圈105，由此构成了倒相变压器。这种结构的倒相变压器由于设定的一次线圈104及二次线圈105的圈数的不同，可得到所需电压。

图15为采用了E字型铁芯111的倒相变压器的一个示例的示意图。E字型铁芯111中，中间支脚112和一对外支脚113是由连接部114进行磁连接而构成的。在E字型的铁芯111中，一对E字型的铁芯111由中间支脚112及外支脚113的两个前端连接而结合，构成了闭合磁通路。

而例如，对在液晶显示装置而言，随着向大画面化的演进，液晶板背面所设的背光灯数量也会随之增加，这就使得控制点亮背光灯所需的高电压变化的倒相变压器的数量的增加成为必需。上述的各倒相变压器中，一次线圈与二次线圈为一一对应的，1盏背光灯也必须使用1个倒相变压器。

但是，对1盏背光灯使用1个倒相变压器的结构中，随着背光灯数目的增加也必须增加倒相变压器的数量，于是会致使由于零件数目的增加而造成的工作效率的降低和零件成本的增加、倒相变压器设置所需面积的增大，且会出现液晶显示装置难于小型化的问题。因此，由于此种状况，提供了一种倒相变压器，只要单个该变压器即可点亮2盏背光灯。(例如：参照专利文献1和专利文献2等)。

具体地说，在专利文献1中，公开了一种倒相变压器，所述倒相变压器设置有2个缠绕了二次线圈的外支脚，同时设置有1个缠绕了一次线圈的外支脚，使外支脚对向配置，并使外支脚间的中支脚对向配置。在专利文献2中，公开了一种倒向变压器，所述倒相变压器是将第一磁芯和偏平状的第二磁芯结合而成的闭合磁通路磁芯，其中为了将2个二次线圈进行与一次线圈相同的磁结合，而与一次线圈对向配置，所述第一磁芯是是由插接在第一绕线轴通孔中的第一支脚与插接在第二绕线轴通孔中的第二支脚用连接脚连接而成的。

[专利文献1]特开2003-22917号公报

[专利文献2]特开2003-309026号公报

例如，在液晶显示装置中，既有逐渐大画面化倾向、增加背光灯数量的倾向，也有逐渐轻薄、小型化的趋势。基于以上情况，对于将要使用的倒向变压器，也需要谋求小型化、轻型化、及成本的降低。

但是，在上述各专利文献所记载的发明中，均只公开了在矩形板状铁氧体(ferrite)板材上单纯添加支脚的构造，尤其没有提出削减铁芯规模的方案。且，对于削减铁氧体，虽然认为应该设计切截部分，去掉将不能形成的上述铁氧体板材的支脚，但由于切截部分的设定使得通过磁通量部分变得极窄，可能会使磁束集中在一小部分上，导致发热。

发明内容

本发明是针对以上的以往实际情况而提出的。即，本发明的目的在于，在避免了对磁性回路的恶劣影响及局部发热危险的同时，提供了一种可实现轻型化、小型化、成本低廉的铁芯，并提供了轻量小巧性能优异的变压装置。

本发明人为了达到上述目的，进行了长期持久反复的种种研讨试验。得到了结果是，在铁芯上设置不影响磁性回路的适当的缺口，在实现轻型化的同时保证了磁束通过的区域，设想其可得到避免了由于磁束集中于局部而引起的发热现象。

本发明即是基于这样的见解而完成的。本发明铁芯的特征在于，具有缠绕一次线圈的一次线圈支脚和缠绕二次线圈的二次线圈支脚，并由连接部将上述支脚进行磁性连接，设定与上述二次线圈支脚的截面积相等的圆半径为r，并在一次线圈支脚和二次线圈支脚的最短距离间划出一条连接直线，以此直线通过的上述连接部截面为中心截面，距上述中心截面距离为r的截面为第1基准截面，距上述中心截面距离为2r的截面为第2基准截面，此时上述连接部的边缘位于上述第1基准截面的内侧，且上述的边缘至少有一部分位于上述第1基准截面间与第2基准截面间。同时，上述边缘是指不包含限制连接部厚度的表面，仅包括限制宽度方向的表面，而连接部的边缘没有进入上述第1基准截面内侧的状态是指由1组第1基准截面和上述中心截面限制的区域内存在连接部，且在该领域的内侧不存在连接部边缘的状态。

本发明将通过切截连接铁芯支脚的连接部来实现削减铁氧体使用量，使其轻型化。此时，根据设定适当地切截量，限制磁束通过区域的宽度在必要宽度以上。由此，避免了磁束集中在一部分，引起局部发热。

具体地说，设定与二次线圈支脚的横截面积相等的圆的半径为r，且在上述一次线圈支脚和二次线圈支脚的最短距离间划出一条连接直线，在此直线位置上，设定与限制上述连接部厚度的表面垂直的截面为中心截面，与上述中心截面距离为r的截面为第1基准截面，与中心截面距离为2r的截面为第2基准截面，此时，设计连接部的边缘的切截量，使之不进入第1基准截面的内侧。如果连接部的边缘进入了第1基准截面的内部，则在一次线圈支脚与二次线圈支脚的连接部间，磁束可通过的区域就会变窄，则会提高磁束集中于部分区域引起局部发热的可能性。如果连接部的边缘不进入第1基准截面的内部，则可确保磁束的通过区域面积的充足，使磁束不会集中于狭窄的区域，避免了发热。

并且，设定切截量时，连接部的边缘即使只有一部分存在第1基准截面和第2基准截面之间的区域内，从轻型化和降低成本的观点看也是可取的。设定切截量，使上述连接部的边缘全部在第2基准截面的外侧时，对切截量的限制与对轻型化和铁氧体材料使用量的降低成反比。由于设定切截量时，连接部的边缘仅有一小部分存在第1基准截面和第2基准截面之间的区域内，可实际地实现轻型化，并同时实现成本的降低。

基于本发明的铁芯，在避免了对磁性回路的恶劣影响和避免了局部发热危险的同时，可实现轻型化、小型化、及成本的降低。因此，应用本发明将可提供小型、轻量、价格低廉且性能优越的变压装置。

附图说明

图1表示本发明铁芯的一个示例，(a)为平面图，(b)为侧面图；

图2是图1所示铁芯上的一次线圈和二次线圈的缠绕状态的示意平面图；

图3是应用图1所示铁芯的变压装置的一个示例的侧面图；

图4是用以说明基准线和基准截面设定的示意图；

图5是一次线圈支脚的截面形状为矩形时，基准线的设定示意图；

图6是表示基准线和连接板边缘的位置关系的关键部位概略平面图，(a)是边缘在第2基准线外侧的情况，(b)是边缘在第1基准线内部的情况，(c)是边缘在第1基准线和第2基准线之间的情况；

图7是本发明铁芯的其他示例的平面图；

图8是实施例模型(sample)的概略形状的关键部分示意图；

图9是对比例1模型的概略形状的关键部分示意图；

图10是对比例2模型的概略形状的关键部分示意图；

图11是实施例中磁束分布情况的示意图；

图12是对比例1中磁束分布情况的示意图；

图13是对比例2中磁束分布情况的示意图；

图14是应用以往的U字型铁芯的变压器一个示例的侧面图；

图15是应用以往的E字型铁芯的变压器一个示例的侧面图。

符号的说明

1：铁芯，2：一次线圈支脚，

3、4、5、6：二次线圈支脚，

7：连接板，7a、7b：切截部分，7A、7B：边缘，

8：一次线圈，9、10、11、12：二次线圈，

13：背部线圈，20：变压装置

具体实施方式

下面结合附图对应用本发明的铁芯及变压装置进行说明。

图1的(a)、(b)表示采用本发明的铁芯的一个示例。本实施方式的铁芯1是，在中心部分配置了一次线圈支脚2，同时，又在其周围配置了3个以上(此处为4个)二次线圈支脚3、4、5、6，且用作为板状连接部分的连接板7将这些支脚的端部进行磁性结合而构成的。换言之，在连接板7的一面(支脚设置面)上，设置了呈凸出形状的一次线圈支脚2及二次线圈支脚3、4、5、6。

一次线圈支脚2、二次线圈支脚3、4、5、6、及连接部7可以由铁氧体材料制作，将它们以烧结的方法一体制作。铁氧体材料可以使用Mn-Zn铁氧体等任意的铁氧体材料，但为了提高性能，最好是应用铁损小和磁束密度高的软磁特性优良的铁氧体材料。

另外，上述一次线圈支脚2、二次线圈支脚3、4、5、6在本实施方式中都为圆柱形，但并不局限于此，也可以使三角柱状、多角柱状等的任意形状。此外，一次线圈支脚2及二次线圈支脚3、4、5、6的高度完全相同。

连接板7以矩形为基本形状，在其中央部分设置了上述一次线圈支脚2，且在四角分别设置了上述二次线圈用支脚3、4、5、6。连接板7在此一次线圈支脚2和二次线圈支脚3、4、5、6之间用于形成磁通路，即磁束的通道。而且，在本实施形式中，为了实现铁芯1整体的轻型化、成本下降，在连接板7上设定了的矩形切截部分7a、7b。切截部分7a、7b将在后续部分进行详述。

在上述铁芯1中，如图2所示，在一次线圈支脚2的周围缠绕了一次线圈8，在各二次线圈支脚3、4、5、6上各自缠绕了二次线圈9、10、11、12，同时，如图3所示，使作为第2铁芯的板状磁芯13与一次线圈支脚2和二次线圈支脚3、4、5、6的前端相向连接，构成了变压装置20。

在所述变压装置20中，由一次线圈支脚2和二次线圈支脚3、以及一次线圈8和二次线圈9构成了第1变压器，由二次线圈9进行变化为规定电压的输出。同理，由一次线圈支脚2和二次线圈支脚3、以及一次线圈8和二次线圈10构成了第2变压器，由一次线圈支脚2和二次线圈支脚5、以及一次线圈8和二次线圈11构成了第3变压器。且，由一次线圈支脚2和二次线圈支脚6、以及一次线圈8和二次线圈12构成了第4变压器。这就实现了变压器20的1个输入对应4输出的功能。

上述构造的变压装置20中，一次线圈8的圈数与二次线圈9、10、11、12的圈数比例，根据所需的电压进行适当的设定。另一方面，在各二次圈9、10、11、12的输出一定的情况下，各二次线圈9、10、11、12的圈数相同。

以上是铁芯1和变压装置20的基本构造，而在本实施方式中，为了实现铁芯1整体的轻型化和成本的降低，在连接板7上形成了矩形的切截部分7a、7b。以下将对切截部分的适当设定进行说明。

如前所述，对于在连接板7上设置切截部分7a、7b，如果切截部分7a、7b的切截量过多，切截部分7a、7b过于深入连接板7的内部，则可能会使磁束通过的区域变得极窄，导致磁束集中于局部而发热。反之，如果切截部分7a、7b的切截量过少，则会使减小铁氧体的削减效果，不能充分实现轻型化和成本的降低。

因此，在本发明中，设置了允许切截部分的基准截面，并将此基准截面作为判断切截部分是否恰当的基准。具体地说，首先在连接板7的支脚形成面对应的平面上，一次线圈支脚2和二次线圈支脚3、4、5、6的最短距离之间，如图4所示划出连接直线L_C。当一次线圈支脚2和二次线圈支脚3、4、5、6的截面形状不是圆形时，连接上述最短距离的直线就必须根据形状的不同而设定。例如，一次线圈支脚2的截面形状为矩形，二次线圈支脚3、4、5、6的截面形状为圆形时，上述直线L_C将如图5所示划线。

此外，对于此直线L_C上的上述连接板7的截面，即沿着连接部分7的上述直线L_C的上述支脚形成面(限制连接部7厚度的表面)，设与之垂直的截面为中心截面。因此，观察连接部7的支脚形成面时，可用直线L_C来表示上述中心截面。

其次，设二次线圈支脚3、4、5、6的半径为r，与上述直线L_C的距离为r的第1基准线L₁将平行的置于上述直线L_C的两侧。二次线圈支脚3、4、5、6的截面形状为圆形时，这条第1基准线L₁就相当于连接线。而且，这条第1基准线L₁的外侧将划出与其平行的第2基准线L₂。由于这条第2基准线L₂到上述中心线L_C的距离为2r，所以到第1基准线L₁的距离为r。

并且，与上述中心截面的情况相同，分别以第1基准线L₁、第2基准线L₂上的连接部7的截面(与连接部7的各基准线L₁、L₂上的上述支脚形成面相互垂直的截面)为第1基准截面和第2基准截面。而且，观察连接部7的支脚形成面时，可分别用第1基准线L₁和第2基准线L₂表示上述第1基准截面和第2基准截面。

对于上述基准截面的设定，特别是关于距离r，虽然已就设想的二次线圈支脚3、4、5、6的截面为圆形的情况进行了说明，但在其它的形状时也有可以同样设定。例如，当二次线圈支脚3、4、5、6的截面形状不为圆时，则用与该截面积相等的圆进行描述，求该圆半径r作为上述距离r。

图6为上述各基准截面与切截部分形成的连接板7的边缘间的位置关系示意图。首先，图6(a)为不在连接板7上设置切截部分的情况。此时，连接板7的边缘7A和7B都可以在第2基准截面(脚步形成面的第2基准线L₂)的外侧。如此，连接板7的边缘7A和7B位于第2基准截面的外侧时，一次线圈支脚2和二次线圈支脚3(4、5、6)之间的连接板7上，可充分确保磁束通过区域，不会引起磁束集中产生的局部发热。然而，由于不对连接板7进行切截，就不会削减铁氧体面积，很难实现轻型化和成本的降低。

反之，图6(b)是在连接板7上形成了切截部分，边缘7A和7B的一部分将进入第1基准截面(支脚形成面中的第1基准线L₁)的内部的情况。如此，通过切截部分扩大，可大幅度削减铁氧体面积，达到轻型化和成本的降低。但是，如果设置这样大的切截，使连接板7的边缘7A和7B位于第2基准截面的内侧时，将会制约磁束通过的幅度w，使之变得很窄。由此会使磁束集中在这一部分引起局部发热。

图6(c)是本发明所规定的形式，在连接板7上形成了切截量适当的切截部分，连接板7的边缘7A、7B中进入最内侧的部分，将位于第2基准截面(支脚形成面中的第2基准线L₂)的内侧，第1基准截面(支脚形成面的第1基准线L₁)的外侧。采用这种设定时，首先，一次线圈支脚2和二次线圈支脚3(4、5、6)间的连接板7，可确保磁束充分地通过该区域(主要是2条第1基准线L₁之间的区域)。因此，可避免由磁束的集中造成的局部发热。另一方面，又在连接板7上形成了切截部分，使连接板7的边缘7A、7B进入了第2基准截面的内侧。因此，在确保磁束通过区域的同时设置了最大限度的切截部分，可实现轻型化和成本的降低。

如上所述，对于切截部分的面积存在最佳范围，设定二次线圈支脚3、4、5、6的半径为r，在一次线圈支脚2和二次线圈支脚3、4、5、6的最短距离间连接线对应的连接板7的截面(中心截面)的两侧，设置相对该中心截面距离为r的第1基准截面及距离为2r的第2基准截面时，连接板7的边缘7A、7B将不进入上述第1基准截面的内侧，且如果上述边缘7A、7B即使只有很小一部分位于上述第1基准截面和第2基准截面间，也可兼顾防止部分发热和轻型化及成本的降低。

此外，上述关于切截部分的规定不止可应用于连接板7，板状磁芯13也可以采取同样的形式，基于前述规定，即使在连接板7或板状磁芯13上设置适当的切截量，也可实现轻型化和成本的降低。

并且对于上述设定，有一部分因素依赖于连接板7的厚度，最好选取适当厚度的连接板7。具体地说，对于上述二次线圈支脚3、4、5、6的半径r，优选将连接板7的厚度t设为0.5r≤t≤1.5r。如果连接板7的厚度t过薄，则会使在连接板7与一次线圈支脚2或二次线圈支脚3、4、5、6的连接部分中的磁束饱和，不理想。

以上就本发明应用的铁芯及变压装置进行了说明，本发明并不局限于此实施方式。例如，切截部分不只可以是矩形，也可以是圆弧状、曲线状或任意形状。图7表示连接板7上设置圆弧状的切截部分7c的示例。在此情况下，根据切截部分7c的形成，进入内侧的连接板7的边缘也应在上述范围内。

在本实施方式中，实际制作了与切入的设定相异的模型，以确认本发明的效果。下面对制作的模型的形状和其评价结果进行说明。

实施例

在本实施例中，在第1基准线L₁与第2基准线L₂间的区域中，大致沿着这些基准线削去连接板7，得到了图8所示的形状。连接板7，在一次线圈支脚2和二次线圈支脚3、4、5、6间，用作磁束通过区域。

对比例

首先，如图9所示，用对比例1表示没有在连接板7上设置切截部分的情况。并且，如图10所示，用对比例2表示设置使切截部分进入一次线圈支脚2和二次线圈支脚3、4、5、6之间的通过磁束区域中的情况。在对比例2中，通过切截部分的形成，连接板7边缘的一部分将进入第1基准线L₁的内侧。

评价

通过各个模型，考察了向一次线圈供电时各部分中磁束的分布情况。结果如图11～13所示。图11是对实施例的测定结果，图12是对对比例1的测定结果，图13是对对比例2的测定结果。此外，在这些示意图中，颜色较浅的部分表示磁束密度高的区域，颜色较深的部分表示磁束密度低的区域。

首先，如图12所示，在不设切截部分的对比例1中，没有发现磁束集中的现象，即可知没有局部发热的危险。但是，在对比例1中，由于没有设置切截部分，也很难实现轻型化和成本的降低。

另外，在应用本发明的实施例中，如图11所示，仍没有发现磁束集中的现象，且形成了与对比例1相同的顺利的磁束流动。又由于形成了切截部分而实现了轻型化和成本的降低。具体地说，图11所示的实施例的磁芯体积是图12所示比较例1的磁芯体积的70％，较小。

与之相对，在设置了较大切截部分的对比例2中，狭窄的连接板7上可以看到磁束集中的情况，于是可知由于此部分可能会导致局部发热。实际上，实施例与比较例1的铁芯的铁损是相同的。但具有与实施例相比体积相同的对比例2的铁芯的铁损比实施例中的增大了24％。该铁损测定条件为100kHz、200mT。

Claims (5)

1、一种铁芯，其特征在于：

具有缠绕一次线圈的一次线圈支脚和缠绕二次线圈的二次线圈支脚，并由连接部进行磁性连接；

设与上述二次线圈支脚的截面积相等的圆的半径为r，且在上述一次线圈支脚和二次线圈支脚的最短距离间划出连接直线，设此直线位置上的上述连接部截面为中心截面；

设距上述中心截面距离只是r的位置的截面为第1基准截面，设距上述中心截面距离只是2r的位置的截面为第2基准截面；

上述连接部的边缘不进入第1基准截面的内侧，且上述边缘的至少一小部分存在于第1基准截面和第2基准截面之间的区域。

2、如权利要求1所述的铁芯，其特征在于：

在一次线圈支脚及二次线圈支脚的基端形成一体的铁氧体板作为上述连接部，并设上述连接部的厚度t相对于上述二次线圈支脚的半径r为0.5r≤t≤1.5r。

3、如权利要求1或2所述的铁芯，其特征在于：

在上述铁氧体板上形成了切截部分，并由切截部分形成的边缘的至少一部分存在于第1基准截面和第2基准截面之间的区域内。

4、如权利要求1至3中任意一项中所述的铁芯，其特征在于：

对于1个一次线圈支脚，配置了多个二次线圈支脚。

5、一种变压装置，其特征在于：具备权利要求1至4中的任意一项中所述的铁芯，并在该铁芯的一次线圈支脚缠绕了一次线圈，同时在各二次线圈支脚分别缠绕了二次线圈。

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