JP2000277358A - 変成器 - Google Patents
変成器Info
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- JP2000277358A JP2000277358A JP11076905A JP7690599A JP2000277358A JP 2000277358 A JP2000277358 A JP 2000277358A JP 11076905 A JP11076905 A JP 11076905A JP 7690599 A JP7690599 A JP 7690599A JP 2000277358 A JP2000277358 A JP 2000277358A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 伝送線路に鎖交する渡り磁束成分が少なく、
昇圧比が高く、変換効率に優れかつ同調周波数の低い変
成器を提供する。 【解決手段】 誘電性と磁性を有するコア4と、コア4
の内部に配置された伝送線路52と、コア4の外部に配
置された接地導体42、42とを少なくとも備え、伝送
線路52は、一対のスパイラル型の線路導体50、51
が互いに離間して重なる位置に配置され、かつ並列に接
続されてなるものであって、この伝送線路52の線路長
Lが伝送線路52に印加する電圧の周波数の伝送線路5
2上の1/4波長にほぼ等しく設定され、コア4に伝送
線路52から発生した磁束を通す磁路が形成されている
ことを特徴とする変成器1を採用する。
昇圧比が高く、変換効率に優れかつ同調周波数の低い変
成器を提供する。 【解決手段】 誘電性と磁性を有するコア4と、コア4
の内部に配置された伝送線路52と、コア4の外部に配
置された接地導体42、42とを少なくとも備え、伝送
線路52は、一対のスパイラル型の線路導体50、51
が互いに離間して重なる位置に配置され、かつ並列に接
続されてなるものであって、この伝送線路52の線路長
Lが伝送線路52に印加する電圧の周波数の伝送線路5
2上の1/4波長にほぼ等しく設定され、コア4に伝送
線路52から発生した磁束を通す磁路が形成されている
ことを特徴とする変成器1を採用する。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置のバ
ックライト用インバータ等に好適に用いることができる
変成器に関する。
ックライト用インバータ等に好適に用いることができる
変成器に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、液晶表示装置のバックライト用
インバータには、昇圧トランスが備えられていることが
知られている。このような用途に用いられる昇圧トラン
スとしては、従来から巻線トランスが使用されている。
この巻線トランスは、バラスト・コンデンサを介して冷
陰極管に接続されている。この冷陰極管には、水銀が封
入されており、高い電圧が印加されることで発生した電
子が上記水銀に衝突し、紫外線を発生し、この紫外線が
管の内側に塗布された蛍光体を励起発光させ可視光に変
換されるようになっている。このような冷陰極管は、始
動時には電子を発生させるため高い電圧を印加する必要
があるが、しかし、一度放電を開始してしまえば、放電
を維持する電圧は始動電圧の1/3程度で済む。このと
き冷陰極管には5〜6mA程度の電流を流すだけで十分
であり、大電流は必要ない。従って、このような用途に
用いられる昇圧トランスに望まれる特性としては、冷陰
極管の放電開始時に出力電圧を一瞬上昇させることがで
き、定常時には放電維持電圧まで低下できることであ
る。
インバータには、昇圧トランスが備えられていることが
知られている。このような用途に用いられる昇圧トラン
スとしては、従来から巻線トランスが使用されている。
この巻線トランスは、バラスト・コンデンサを介して冷
陰極管に接続されている。この冷陰極管には、水銀が封
入されており、高い電圧が印加されることで発生した電
子が上記水銀に衝突し、紫外線を発生し、この紫外線が
管の内側に塗布された蛍光体を励起発光させ可視光に変
換されるようになっている。このような冷陰極管は、始
動時には電子を発生させるため高い電圧を印加する必要
があるが、しかし、一度放電を開始してしまえば、放電
を維持する電圧は始動電圧の1/3程度で済む。このと
き冷陰極管には5〜6mA程度の電流を流すだけで十分
であり、大電流は必要ない。従って、このような用途に
用いられる昇圧トランスに望まれる特性としては、冷陰
極管の放電開始時に出力電圧を一瞬上昇させることがで
き、定常時には放電維持電圧まで低下できることであ
る。
【0003】ところで、近年、液晶表示装置に対する小
型軽量化ならびに高性能化の要求はさらに高まってお
り、このような要求を満足するために、上記バックライ
ト用インバータの小型化、薄型化、高変換効率化が強く
要望されるようになってきている。しかしながら従来の
インバータにおいては、巻線トランスを使って薄型化を
実現しようとすると、変換効率が低下してしまうという
問題があった。この理由は、巻線トランスを薄くするた
めにコアの形状を扁平にすると、結果として巻線が長く
なって直流抵抗が増えてしまうためである。また、巻線
トランスを使用する場合は、設置面積が大きくなってし
まい、小型化に制約があった。
型軽量化ならびに高性能化の要求はさらに高まってお
り、このような要求を満足するために、上記バックライ
ト用インバータの小型化、薄型化、高変換効率化が強く
要望されるようになってきている。しかしながら従来の
インバータにおいては、巻線トランスを使って薄型化を
実現しようとすると、変換効率が低下してしまうという
問題があった。この理由は、巻線トランスを薄くするた
めにコアの形状を扁平にすると、結果として巻線が長く
なって直流抵抗が増えてしまうためである。また、巻線
トランスを使用する場合は、設置面積が大きくなってし
まい、小型化に制約があった。
【0004】そこで、巻線トランスに代えて平板状のセ
ラミック素子からなる圧電トランスを備えたバックライ
ト用インバータが考えられている。この圧電トランス
は、高変換効率を維持したまま薄型化が可能であるが、
昇圧比が不足するため、巻線トランスを補助トランスと
して使用する場合があり、薄型化に制約があった。ま
た、圧電トランスの昇圧比や共振周波数は、上記素子の
形状や電気機械結合係数によって決まるため、素子の大
きさを小さくすると、共振周波数が高周波側にシフト
し、昇圧比も小さくなってしまうため、上記素子の大き
さをあまり小さくすることができず、巻線トランスと同
様に設置面積が大きくなってしまい、インバータの小型
化に制約があった。また、圧電トランスにおいて、高昇
圧比と高変換効率を両立させるためには、積層構造にし
たり、長辺が20〜30mmの長方形状にする必要があ
り、構造が比較的複雑となってしまう。
ラミック素子からなる圧電トランスを備えたバックライ
ト用インバータが考えられている。この圧電トランス
は、高変換効率を維持したまま薄型化が可能であるが、
昇圧比が不足するため、巻線トランスを補助トランスと
して使用する場合があり、薄型化に制約があった。ま
た、圧電トランスの昇圧比や共振周波数は、上記素子の
形状や電気機械結合係数によって決まるため、素子の大
きさを小さくすると、共振周波数が高周波側にシフト
し、昇圧比も小さくなってしまうため、上記素子の大き
さをあまり小さくすることができず、巻線トランスと同
様に設置面積が大きくなってしまい、インバータの小型
化に制約があった。また、圧電トランスにおいて、高昇
圧比と高変換効率を両立させるためには、積層構造にし
たり、長辺が20〜30mmの長方形状にする必要があ
り、構造が比較的複雑となってしまう。
【0005】一方、インピーダンス変換作用を応用した
変成器としては、これまでに放電灯の点灯装置用に分布
定数線路として高周波同軸ケーブルを使用し、該高周波
同軸ケーブルを電圧変換器として使用した例が報告され
ている。この同軸ケーブルの絶縁体としては、使用周波
数にもよるが、通常、ポリエチレン(ε=2.3)かテ
フロン(登録商標)(ε=2.1)が使用されている。
変成器としては、これまでに放電灯の点灯装置用に分布
定数線路として高周波同軸ケーブルを使用し、該高周波
同軸ケーブルを電圧変換器として使用した例が報告され
ている。この同軸ケーブルの絶縁体としては、使用周波
数にもよるが、通常、ポリエチレン(ε=2.3)かテ
フロン(登録商標)(ε=2.1)が使用されている。
【0006】しかしながら従来の変成器においては、同
軸ケーブルの絶縁体の誘電率が低く、例えば、1MHz
で使用するためには同軸ケーブルの長さを約49mにす
る必要があり、特に、液晶表示装置のバックライト用イ
ンバータとして用いる場合に、60kHz程度で使用す
るためには同軸ケーブルの長さを約884mにする必要
があり、実用的でなかった。
軸ケーブルの絶縁体の誘電率が低く、例えば、1MHz
で使用するためには同軸ケーブルの長さを約49mにす
る必要があり、特に、液晶表示装置のバックライト用イ
ンバータとして用いる場合に、60kHz程度で使用す
るためには同軸ケーブルの長さを約884mにする必要
があり、実用的でなかった。
【0007】そこで、本願発明者らは、先に、従来の変
成器よりも小型にできる変成器を平成10年9月3日に
特願平10−250083号として特許出願している。
この変成器の一例を図13及び図14に示す。この変成
器は、誘電性と磁性を有する板状の一対のコア64,6
4間に、スパイラル型の伝送線路71が挟持され、一対
のコア64,64の外側に接地導体72,72が形成さ
れてなる電圧変換部82と、冷陰極管(負荷装置)90
を具備してなるものである。この伝送線路71の出力側
(受端側)の端子71aには、冷陰極管(負荷装置)9
0が接続されており、入力側(送端側)の端子71bに
は、交流電源(図示略)と接続されたスイッチ回路95
が接続されている。また、一方の接地導体72の出力側
の端子には、冷陰極管90が接続されており、入力側の
端子には、上記交流電源と接続されたスイッチ回路95
が接続されている。また、一方の接地導体72と他方の
接地導体72は、電位を同じにするために接続用導体9
8により電気的に接続されている。
成器よりも小型にできる変成器を平成10年9月3日に
特願平10−250083号として特許出願している。
この変成器の一例を図13及び図14に示す。この変成
器は、誘電性と磁性を有する板状の一対のコア64,6
4間に、スパイラル型の伝送線路71が挟持され、一対
のコア64,64の外側に接地導体72,72が形成さ
れてなる電圧変換部82と、冷陰極管(負荷装置)90
を具備してなるものである。この伝送線路71の出力側
(受端側)の端子71aには、冷陰極管(負荷装置)9
0が接続されており、入力側(送端側)の端子71bに
は、交流電源(図示略)と接続されたスイッチ回路95
が接続されている。また、一方の接地導体72の出力側
の端子には、冷陰極管90が接続されており、入力側の
端子には、上記交流電源と接続されたスイッチ回路95
が接続されている。また、一方の接地導体72と他方の
接地導体72は、電位を同じにするために接続用導体9
8により電気的に接続されている。
【0008】また、符号101、102はコア64と接
地導体72を接着する接着層、符号103、106は伝
送線路71とコアを絶縁するための絶縁層、符号104
は絶縁層103とコア64を接着する接着層、符号10
5は絶縁層103と伝送線路71を接着する接着層、符
号107は絶縁層106とコア64を接着する接着層を
それぞれ示す。
地導体72を接着する接着層、符号103、106は伝
送線路71とコアを絶縁するための絶縁層、符号104
は絶縁層103とコア64を接着する接着層、符号10
5は絶縁層103と伝送線路71を接着する接着層、符
号107は絶縁層106とコア64を接着する接着層を
それぞれ示す。
【0009】この構造の変成器においては、動作周波数
における伝搬波長がコアの透磁率及び誘電率により決定
されるため、透磁率及び誘電率が高い材料からなるコア
を用いることにより、伝送線路長を短縮でき、変成器の
小型化を図ることができる。
における伝搬波長がコアの透磁率及び誘電率により決定
されるため、透磁率及び誘電率が高い材料からなるコア
を用いることにより、伝送線路長を短縮でき、変成器の
小型化を図ることができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の変成器
においては、板状のコア64、64が伝送線路71を挟
んで対向しているため、コア64、64同士の突き合わ
せ面が磁気ギャップとして作用し、伝送線路71に印加
された交流電流により発生した磁束が別の部分にある伝
送線路71に鎖交して、銅損が大きくなり、変換効率が
低下してしまうという課題があった。
においては、板状のコア64、64が伝送線路71を挟
んで対向しているため、コア64、64同士の突き合わ
せ面が磁気ギャップとして作用し、伝送線路71に印加
された交流電流により発生した磁束が別の部分にある伝
送線路71に鎖交して、銅損が大きくなり、変換効率が
低下してしまうという課題があった。
【0011】上記の課題を解決する方法として、以下の
構成を採用することが考えられている。即ち、誘電性と
磁性を有するコアと、該コア上に形成された伝送線路と
を少なくとも具備してなり、この伝送線路の線路長Lが
該伝送線路に印加する電圧の周波数の該伝送線路上の1
/4波長にほぼ等しく設定され、前記コアに前記伝送線
路から発生した磁束を通す磁路が形成されていることを
特徴とする構造であり、図5に一例を示す。
構成を採用することが考えられている。即ち、誘電性と
磁性を有するコアと、該コア上に形成された伝送線路と
を少なくとも具備してなり、この伝送線路の線路長Lが
該伝送線路に印加する電圧の周波数の該伝送線路上の1
/4波長にほぼ等しく設定され、前記コアに前記伝送線
路から発生した磁束を通す磁路が形成されていることを
特徴とする構造であり、図5に一例を示す。
【0012】係る変成器によれば、磁束を通す磁路がコ
ア110に形成され、コア110は板状のコア半体11
0a、110bが突き合わされてなり、前記伝送線路の
線路導体111はコア半体110a、110bに挟まれ
てコア110の内部に配置され、コア半体110a、1
10bの各突き合わせ面の反対側の面にそれぞれ接地導
体(図示せず)が配置され、コア半体110aの周辺部
110dに形成された周辺凸部110e、110eと、
中央部に形成された中央凸部110c及びコア半体11
0bにより、磁路を形成する磁路形成部が設けられ、伝
送線路の線路導体111が前記磁路形成部によりコア半
体110aと離間されているので、伝送線路の線路導体
111から発生した発生した磁束の大部分が磁路を通る
と共に、伝送線路の線路導体111を鎖交する渡り磁束
成分が減少して銅損が小さくなり、変換効率を高めるこ
とが可能になる。
ア110に形成され、コア110は板状のコア半体11
0a、110bが突き合わされてなり、前記伝送線路の
線路導体111はコア半体110a、110bに挟まれ
てコア110の内部に配置され、コア半体110a、1
10bの各突き合わせ面の反対側の面にそれぞれ接地導
体(図示せず)が配置され、コア半体110aの周辺部
110dに形成された周辺凸部110e、110eと、
中央部に形成された中央凸部110c及びコア半体11
0bにより、磁路を形成する磁路形成部が設けられ、伝
送線路の線路導体111が前記磁路形成部によりコア半
体110aと離間されているので、伝送線路の線路導体
111から発生した発生した磁束の大部分が磁路を通る
と共に、伝送線路の線路導体111を鎖交する渡り磁束
成分が減少して銅損が小さくなり、変換効率を高めるこ
とが可能になる。
【0013】しかし、図15に示す変成器においては、
伝送線路の線路導体111が磁路形成部によりコア半体
110aと離間されているので、線路導体111と、線
路導体111から離間されたコア半体110aと、この
コア半体110aの突き合わせ面の反対側の面に配置さ
れた接地導体によって生じる静電容量の大きさは、線路
導体111と、線路導体111に接するコア半体110
bと、このコア半体110bの突き合わせ面の反対側の
面に配置された接地導体によって生じる静電容量に比べ
て相対的に小さく、素子特性にはほとんど寄与しないた
め、例えば冷陰極管を点灯するのに適した周波数(50
〜100kHz)で動作させることができないという課
題があった。
伝送線路の線路導体111が磁路形成部によりコア半体
110aと離間されているので、線路導体111と、線
路導体111から離間されたコア半体110aと、この
コア半体110aの突き合わせ面の反対側の面に配置さ
れた接地導体によって生じる静電容量の大きさは、線路
導体111と、線路導体111に接するコア半体110
bと、このコア半体110bの突き合わせ面の反対側の
面に配置された接地導体によって生じる静電容量に比べ
て相対的に小さく、素子特性にはほとんど寄与しないた
め、例えば冷陰極管を点灯するのに適した周波数(50
〜100kHz)で動作させることができないという課
題があった。
【0014】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、素子の静電容量を大きくできるた
め同調周波数を低くでき、かつ高い変換効率が得られる
変成器を提供することを目的とする。
されたものであって、素子の静電容量を大きくできるた
め同調周波数を低くでき、かつ高い変換効率が得られる
変成器を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成を採用した。本発明の変成器
は、誘電性と磁性を有するコアと、該コア上に形成さ
れ、各々が並列に接続された複数の伝送線路とを少なく
とも備え、この伝送線路の線路長Lが該伝送線路に印加
する電圧の周波数の該伝送線路上の1/4波長にほぼ等
しく設定され、前記コアに前記伝送線路から発生した磁
束を通す磁路が形成されていることを特徴とする。かか
る変成器によれば、複数の伝送線路が備えられているの
で、コアの誘電率が有効に作用し、伝送線路の静電容量
が大きくなり、変成器の動作周波数を小さくすることが
可能となる。また、かかる変成器によれば、磁束を通す
磁路がコアに形成されているので、発生した磁束が伝送
線路に鎖交することがなく、銅損を小さくし、変換効率
を高めることが可能になる。
めに、本発明は以下の構成を採用した。本発明の変成器
は、誘電性と磁性を有するコアと、該コア上に形成さ
れ、各々が並列に接続された複数の伝送線路とを少なく
とも備え、この伝送線路の線路長Lが該伝送線路に印加
する電圧の周波数の該伝送線路上の1/4波長にほぼ等
しく設定され、前記コアに前記伝送線路から発生した磁
束を通す磁路が形成されていることを特徴とする。かか
る変成器によれば、複数の伝送線路が備えられているの
で、コアの誘電率が有効に作用し、伝送線路の静電容量
が大きくなり、変成器の動作周波数を小さくすることが
可能となる。また、かかる変成器によれば、磁束を通す
磁路がコアに形成されているので、発生した磁束が伝送
線路に鎖交することがなく、銅損を小さくし、変換効率
を高めることが可能になる。
【0016】また、本発明の変成器は、先に記載の変成
器であって、前記コアは一対の板状のコア半体が突き合
わされてなり、前記伝送線路は2組の伝送線路が並列接
続されてなり、前記伝送線路の各々の線路導体は前記一
対のコア半体に挟まれて前記コアの内部に配置され、前
記線路導体はスパイラル形状を有し、前記一対のコア半
体の各突き合わせ面の反対側の面にそれぞれ接地導体が
配置され、少なくとも一方のコア半体の前記伝送線路の
周辺部に、前記磁路を形成する磁路形成部が設けられ、
前記一対の線路導体が各コア半体にそれぞれ接すると共
に、各線路導体が互いに離間して積層されていることを
特徴とする。かかる変成器によれば、各線路導体が各コ
ア半体を介して各接地導体とそれぞれ対向するため、両
方のコア半体の誘電率が有効に作用し、伝送線路の静電
容量が大きくなり、変成器の動作周波数を小さくするこ
とが可能となる。
器であって、前記コアは一対の板状のコア半体が突き合
わされてなり、前記伝送線路は2組の伝送線路が並列接
続されてなり、前記伝送線路の各々の線路導体は前記一
対のコア半体に挟まれて前記コアの内部に配置され、前
記線路導体はスパイラル形状を有し、前記一対のコア半
体の各突き合わせ面の反対側の面にそれぞれ接地導体が
配置され、少なくとも一方のコア半体の前記伝送線路の
周辺部に、前記磁路を形成する磁路形成部が設けられ、
前記一対の線路導体が各コア半体にそれぞれ接すると共
に、各線路導体が互いに離間して積層されていることを
特徴とする。かかる変成器によれば、各線路導体が各コ
ア半体を介して各接地導体とそれぞれ対向するため、両
方のコア半体の誘電率が有効に作用し、伝送線路の静電
容量が大きくなり、変成器の動作周波数を小さくするこ
とが可能となる。
【0017】更に、本発明の変成器は、先に記載の変成
器であって、少なくとも一方のコア半体の突き合わせ面
の中央部に中央凸部が設けられ、該突き合わせ面の周辺
部の少なくとも一部に周辺凸部が設けられ、前記磁路形
成部は、前記一方のコア半体の前記中央凸部及び前記周
辺凸部が他方のコア半体に突き合わされることにより形
成され、前記磁路は、前記一対のコア半体と前記中央凸
部と前記周辺凸部とにより構成され、前記伝送線路が、
前記磁路形成部内に配置されて前記磁路に囲まれている
ことを特徴とする。かかる変成器によれば、伝送線路か
ら発生した磁束のうちの一方のコア半体から他方のコア
半体に移動する磁束成分が中央凸部及び周辺凸部に集中
するので、伝送線路に鎖交する渡り磁束成分が低減され
て銅損を小さくし、変換効率を高めることが可能にな
る。
器であって、少なくとも一方のコア半体の突き合わせ面
の中央部に中央凸部が設けられ、該突き合わせ面の周辺
部の少なくとも一部に周辺凸部が設けられ、前記磁路形
成部は、前記一方のコア半体の前記中央凸部及び前記周
辺凸部が他方のコア半体に突き合わされることにより形
成され、前記磁路は、前記一対のコア半体と前記中央凸
部と前記周辺凸部とにより構成され、前記伝送線路が、
前記磁路形成部内に配置されて前記磁路に囲まれている
ことを特徴とする。かかる変成器によれば、伝送線路か
ら発生した磁束のうちの一方のコア半体から他方のコア
半体に移動する磁束成分が中央凸部及び周辺凸部に集中
するので、伝送線路に鎖交する渡り磁束成分が低減され
て銅損を小さくし、変換効率を高めることが可能にな
る。
【0018】また、本発明の変成器は、先に記載の変成
器であって、前記周辺凸部が前記コア半体の前記周辺部
の全体に設けられていることを特徴とする。かかる変成
器によれば、前記周辺凸部が前記周辺部の全体に設けら
れているので、伝送線路が配置される前記磁路形成部を
周辺凸部によって完全に囲むことが可能となり、渡り磁
束成分がさらに低減され、銅損を小さくできるので、変
成器の変換効率をより高めることが可能となる。
器であって、前記周辺凸部が前記コア半体の前記周辺部
の全体に設けられていることを特徴とする。かかる変成
器によれば、前記周辺凸部が前記周辺部の全体に設けら
れているので、伝送線路が配置される前記磁路形成部を
周辺凸部によって完全に囲むことが可能となり、渡り磁
束成分がさらに低減され、銅損を小さくできるので、変
成器の変換効率をより高めることが可能となる。
【0019】また、本発明の変成器は、先に記載の変成
器であって、前記一対のスパイラル型の線路導体は、同
一の巻数で同一方向に同一のピッチで前記中央凸部の周
囲にそれぞれ巻回されて、前記磁路形成部内に配置され
たことを特徴とする。かかる変成器においては、一対の
線路導体が中央凸部の周囲に巻回して構成されているの
で、それぞれの線路導体から発生した磁束を中央凸部及
び周辺凸部に集中させることができ、各線路導体に鎖交
する渡り磁束成分を減少させて銅損を小さくし、変換効
率を高めることが可能になる。
器であって、前記一対のスパイラル型の線路導体は、同
一の巻数で同一方向に同一のピッチで前記中央凸部の周
囲にそれぞれ巻回されて、前記磁路形成部内に配置され
たことを特徴とする。かかる変成器においては、一対の
線路導体が中央凸部の周囲に巻回して構成されているの
で、それぞれの線路導体から発生した磁束を中央凸部及
び周辺凸部に集中させることができ、各線路導体に鎖交
する渡り磁束成分を減少させて銅損を小さくし、変換効
率を高めることが可能になる。
【0020】なお、上記一方のコア半体に磁路形成部が
設けられても、巻回された伝送線路同士の間隔や接地導
体の間隔は一定に保つことができるので、磁路形成部の
形成により生じる変成器の特性(トランス特性)に悪影
響を及ぼすことは殆どない。従って、本発明によれば、
変成器の特性を変化させることなく、損失を十分低減で
き、より高変換効率の変換器を提供できる。
設けられても、巻回された伝送線路同士の間隔や接地導
体の間隔は一定に保つことができるので、磁路形成部の
形成により生じる変成器の特性(トランス特性)に悪影
響を及ぼすことは殆どない。従って、本発明によれば、
変成器の特性を変化させることなく、損失を十分低減で
き、より高変換効率の変換器を提供できる。
【0021】更に、本発明に係る変成器においては、磁
路形成部に非磁性材料が充填されたものであっても良
い。かかる構成の変成器によれば、コア半体に磁路形成
部が形成されていても、該磁路形成部内に充填された非
磁性材料によりコア半体が補強され、変成器の機械的強
度を向上できる。
路形成部に非磁性材料が充填されたものであっても良
い。かかる構成の変成器によれば、コア半体に磁路形成
部が形成されていても、該磁路形成部内に充填された非
磁性材料によりコア半体が補強され、変成器の機械的強
度を向上できる。
【0022】また、本発明の変成器は、先に記載の変成
器であって、前記コアはMn−Znフェライト、Ni−
Znフェライト、Ni−Cuフェライトの群から選ばれ
た1種又は2種以上からなるものであることを特徴とす
る。かかる変成器によれば、コアの寸法を短くでき、小
型化が可能になる。また、本発明に係る変成器において
は、上記コアが、Fe、Co、Niの群から選ばれた1
種又は2種以上の元素Tと、Hf、Zr、W、Ti、
V、Nb、Mo、Cr、Mg、Mn、Al、Si、C
a、Sr、Ba、Cu、Ga、Ge、As、Se、Z
n、Cd、In、Sn、Sb、Te、Pb、Bi、希土
類元素の群から選ばれた1種又は2種以上の元素Mと、
O、C、N、Bの群から選ばれた1種又は2種以上の元
素Dを含む軟磁性合金粉末と、合成樹脂からなるもので
あってもよい。かかる変成器によれば、コアの透磁率及
び誘電率を大きくでき、波長短縮効果が十分となり、小
型化が可能である。
器であって、前記コアはMn−Znフェライト、Ni−
Znフェライト、Ni−Cuフェライトの群から選ばれ
た1種又は2種以上からなるものであることを特徴とす
る。かかる変成器によれば、コアの寸法を短くでき、小
型化が可能になる。また、本発明に係る変成器において
は、上記コアが、Fe、Co、Niの群から選ばれた1
種又は2種以上の元素Tと、Hf、Zr、W、Ti、
V、Nb、Mo、Cr、Mg、Mn、Al、Si、C
a、Sr、Ba、Cu、Ga、Ge、As、Se、Z
n、Cd、In、Sn、Sb、Te、Pb、Bi、希土
類元素の群から選ばれた1種又は2種以上の元素Mと、
O、C、N、Bの群から選ばれた1種又は2種以上の元
素Dを含む軟磁性合金粉末と、合成樹脂からなるもので
あってもよい。かかる変成器によれば、コアの透磁率及
び誘電率を大きくでき、波長短縮効果が十分となり、小
型化が可能である。
【0023】更に、本発明の変成器は、先に記載の変成
器であって、前記コアの100kHzにおける実効透磁
率μが10〜20000であり、実効誘電率εが10〜
5000であることを特徴とする。かかる変成器によれ
ば、コアの透磁率及び誘電率が大きく、伝送線路長が短
縮され、コアの寸法をも短くでき、小型化が可能にな
る。また、コアの透磁率が高いと伝送線路のインダクタ
ンスが高くなり、コアの誘電率が高いと各線路導体の静
電容量が高くなって、変成器の動作周波数を小さくする
ことが可能となる。
器であって、前記コアの100kHzにおける実効透磁
率μが10〜20000であり、実効誘電率εが10〜
5000であることを特徴とする。かかる変成器によれ
ば、コアの透磁率及び誘電率が大きく、伝送線路長が短
縮され、コアの寸法をも短くでき、小型化が可能にな
る。また、コアの透磁率が高いと伝送線路のインダクタ
ンスが高くなり、コアの誘電率が高いと各線路導体の静
電容量が高くなって、変成器の動作周波数を小さくする
ことが可能となる。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の変成器の一実施形
態について説明する。なお、以下に述べる実施の形態で
は、本発明の変成器が液晶表示装置のバックライト用イ
ンバータに適用された場合について述べる。図1は、本
発明の第1の実施形態の変成器の要部を示す斜視図であ
り、図2はこの変成器の断面図である。変成器1は、図
2に示すように、電圧変換部2と、負荷装置としての冷
陰極管36から概略構成されてなるものである。
態について説明する。なお、以下に述べる実施の形態で
は、本発明の変成器が液晶表示装置のバックライト用イ
ンバータに適用された場合について述べる。図1は、本
発明の第1の実施形態の変成器の要部を示す斜視図であ
り、図2はこの変成器の断面図である。変成器1は、図
2に示すように、電圧変換部2と、負荷装置としての冷
陰極管36から概略構成されてなるものである。
【0025】電圧変換部2は、コア4を構成する一対の
コア半体4a、4bの間に伝送線路52が挟持され、さ
らに一対のコア半体4a、4bの外側に2つの接地導体
42,42が形成されてなるものである。コア4は、誘
電性と磁性を有するものである。コア4をなす材料とし
ては、Mn−Znフェライト、Ni−Znフェライト、
Ni−Cuフェライトの群から選ばれた1種又は2種以
上からなるものを用いることが、コア4の寸法を短くで
き、変成器1の小型化が可能である点で好ましい。接地
導体42、42は、一対のコア半体4a、4bの各突き
合わせ面の反対側の各面にそれぞれ設けられている。こ
の接地導体42、42は、コア半体4a、4bの各突き
合わせ面の反対側の面の全面に接着層101、102を
介して設けられているが、全面に形成されずコイル状あ
るいはトロイダル状に形成されたものであっても良い。
コア半体4a、4bの間に伝送線路52が挟持され、さ
らに一対のコア半体4a、4bの外側に2つの接地導体
42,42が形成されてなるものである。コア4は、誘
電性と磁性を有するものである。コア4をなす材料とし
ては、Mn−Znフェライト、Ni−Znフェライト、
Ni−Cuフェライトの群から選ばれた1種又は2種以
上からなるものを用いることが、コア4の寸法を短くで
き、変成器1の小型化が可能である点で好ましい。接地
導体42、42は、一対のコア半体4a、4bの各突き
合わせ面の反対側の各面にそれぞれ設けられている。こ
の接地導体42、42は、コア半体4a、4bの各突き
合わせ面の反対側の面の全面に接着層101、102を
介して設けられているが、全面に形成されずコイル状あ
るいはトロイダル状に形成されたものであっても良い。
【0026】コア4は、100kHzにおける実効透磁
率μが10〜20000であることが好ましく、また、
コア4は、実効誘電率εが10〜5000であることが
好ましい。コア4は、前記フェライト群から選ばれた2
種類以上からなる場合など積層構造をなす場合があり、
その場合の実効透磁率と実効誘電率は、積層構造を連続
媒質とみなした場合の値とする。波長短縮効果は、コア
4の実効透磁率μ、実効誘電率εが大きいほど大きくな
るため変成器1を小型化できる。しかし、伝送線路52
の特性インピーダンスは、実効透磁率μが大きいほど高
くなるが、実効誘電率εが大きくなると低くなるため、
μとεには最適な範囲が存在する。よって、本発明にお
いては、波長短縮効果を大きくし、かつ、特性インピー
ダンスを所定の値にするには、コア4のμとεが上記の
範囲であることが好ましい。
率μが10〜20000であることが好ましく、また、
コア4は、実効誘電率εが10〜5000であることが
好ましい。コア4は、前記フェライト群から選ばれた2
種類以上からなる場合など積層構造をなす場合があり、
その場合の実効透磁率と実効誘電率は、積層構造を連続
媒質とみなした場合の値とする。波長短縮効果は、コア
4の実効透磁率μ、実効誘電率εが大きいほど大きくな
るため変成器1を小型化できる。しかし、伝送線路52
の特性インピーダンスは、実効透磁率μが大きいほど高
くなるが、実効誘電率εが大きくなると低くなるため、
μとεには最適な範囲が存在する。よって、本発明にお
いては、波長短縮効果を大きくし、かつ、特性インピー
ダンスを所定の値にするには、コア4のμとεが上記の
範囲であることが好ましい。
【0027】また、図1及び図2に示すように、コア半
体4aの突き合わせ面4fの中央には、中央凸部4cが
設けられ、突き合わせ面4fの周辺部4dには、一対の
周辺凸部4e、4eが設けられている。周辺凸部4e、
4eは、略矩形の突き合わせ面4fの対向する周辺上に
互いに対向して設けられている。このような中央凸部4
c及び周辺凸部4e、4eは、例えば板状のコアブロッ
クの一面を砥石等で切削加工して中央凸部4c及び周辺
凸部4e、4eを残すように加工する方法や、凹部を有
する型でプレスし、板状のコアブロックの一方の面に中
央凸部4c及び周辺凸部4e、4eを形成する方法など
により形成することができる。また、コア半体4bは板
状とされている。そして、このコア半体4aの中央凸部
4cと周辺凸部4e、4eがコア半体4bに突き合わさ
れてコア4が形成されると共に、このコア4の内部に、
一対のコア半体4a、4bと中央凸部4cと周辺凸部4
e、4eとで構成された空隙部7aが形成され、この空
隙部7aにより磁路形成部7が構成される。そして、こ
れら一対のコア半体4a、4bと中央凸部4cと周辺凸
部4e、4eとにより磁路形成部7を囲む磁路が構成さ
れる。
体4aの突き合わせ面4fの中央には、中央凸部4cが
設けられ、突き合わせ面4fの周辺部4dには、一対の
周辺凸部4e、4eが設けられている。周辺凸部4e、
4eは、略矩形の突き合わせ面4fの対向する周辺上に
互いに対向して設けられている。このような中央凸部4
c及び周辺凸部4e、4eは、例えば板状のコアブロッ
クの一面を砥石等で切削加工して中央凸部4c及び周辺
凸部4e、4eを残すように加工する方法や、凹部を有
する型でプレスし、板状のコアブロックの一方の面に中
央凸部4c及び周辺凸部4e、4eを形成する方法など
により形成することができる。また、コア半体4bは板
状とされている。そして、このコア半体4aの中央凸部
4cと周辺凸部4e、4eがコア半体4bに突き合わさ
れてコア4が形成されると共に、このコア4の内部に、
一対のコア半体4a、4bと中央凸部4cと周辺凸部4
e、4eとで構成された空隙部7aが形成され、この空
隙部7aにより磁路形成部7が構成される。そして、こ
れら一対のコア半体4a、4bと中央凸部4cと周辺凸
部4e、4eとにより磁路形成部7を囲む磁路が構成さ
れる。
【0028】次に図1及び図2に示すように、伝送線路
52は一対のスパイラル型の線路導体50、51からな
るものである。そして、これらの線路導体50、51
は、それぞれの出力側(受端側)の端子50a、51a
が接続されて伝送線路52の出力側(受端側)の端子5
2aに連結され、それぞれの入力側(送端側)の端子5
0b、51bが接続されて伝送線路52の入力側(送端
側)の端子52bに連結されることにより、互いに並列
に接続されている。なお、上記図1、図2においては、
線路導体50、51を2組並列に接続しているが、線路
導体は並列に接続されていれば、3組でも4組でも良
く、2組以上であればよい。
52は一対のスパイラル型の線路導体50、51からな
るものである。そして、これらの線路導体50、51
は、それぞれの出力側(受端側)の端子50a、51a
が接続されて伝送線路52の出力側(受端側)の端子5
2aに連結され、それぞれの入力側(送端側)の端子5
0b、51bが接続されて伝送線路52の入力側(送端
側)の端子52bに連結されることにより、互いに並列
に接続されている。なお、上記図1、図2においては、
線路導体50、51を2組並列に接続しているが、線路
導体は並列に接続されていれば、3組でも4組でも良
く、2組以上であればよい。
【0029】また、各線路導体50、51は、コア半体
4aの中央凸部4cの周囲に巻回されて磁路形成部7内
に配置されている。このとき各線路導体50、51は、
同一の巻数で同一方向に同一のピッチで中央凸部4cの
周囲に巻回されていることが好ましい。また図2に示す
ように、各線路導体50、51は、中央凸部4cの突出
方向に対し、互いに重なる位置に設けられていることが
好ましい。このように各線路導体50、51を配置する
ことにより、各線路導体50、51に流れる電流の方向
が一致し、これらの線路導体50、51から発生する磁
束の大きさ及び方向がほぼ等しくなって、磁気的に安定
させることが可能となる。このようにして、各線路導体
50、51は互いに離間し、かつ線路導体50が絶縁層
105を介してコア半体4aと接し、線路導体51が絶
縁層104及び接着層103を介してコア半体4bと接
している。そして、線路導体50はコア半体4aを介し
て一方の接地導体42と対向し、線路導体51はコア半
体4bを介して他方の接地導体42と対向することにな
る。このようにして伝送線路52は、磁路形成部7内に
配置されて前記の磁路に囲まれている。
4aの中央凸部4cの周囲に巻回されて磁路形成部7内
に配置されている。このとき各線路導体50、51は、
同一の巻数で同一方向に同一のピッチで中央凸部4cの
周囲に巻回されていることが好ましい。また図2に示す
ように、各線路導体50、51は、中央凸部4cの突出
方向に対し、互いに重なる位置に設けられていることが
好ましい。このように各線路導体50、51を配置する
ことにより、各線路導体50、51に流れる電流の方向
が一致し、これらの線路導体50、51から発生する磁
束の大きさ及び方向がほぼ等しくなって、磁気的に安定
させることが可能となる。このようにして、各線路導体
50、51は互いに離間し、かつ線路導体50が絶縁層
105を介してコア半体4aと接し、線路導体51が絶
縁層104及び接着層103を介してコア半体4bと接
している。そして、線路導体50はコア半体4aを介し
て一方の接地導体42と対向し、線路導体51はコア半
体4bを介して他方の接地導体42と対向することにな
る。このようにして伝送線路52は、磁路形成部7内に
配置されて前記の磁路に囲まれている。
【0030】線路導体50、51からなる伝送線路52
を磁路形成部7内に設ける方法としては、例えば、一般
的な被覆銅線を用い、この被覆導線を磁路形成部7内に
収納する方法や、コア半体4a、4bのそれぞれの突き
合わせ面にメッキまたはスパッタで線路導体をそれぞれ
形成して、コア半体4a、4bを突き合わせるなどの方
法により形成することができる。
を磁路形成部7内に設ける方法としては、例えば、一般
的な被覆銅線を用い、この被覆導線を磁路形成部7内に
収納する方法や、コア半体4a、4bのそれぞれの突き
合わせ面にメッキまたはスパッタで線路導体をそれぞれ
形成して、コア半体4a、4bを突き合わせるなどの方
法により形成することができる。
【0031】この変成器1では、上述のような一対のコ
ア半体4a、4b間に介在された線路導体50、51よ
り発生する磁束の方向は、線路導体50、51に流れる
電流の方向が図2に示された通りであるときは、図2中
の符号Ia、Ibで示される矢印の向きとなる。従って、
伝送線路52から発生した磁束は、その大部分が一対の
コア半体4a、4bと中央凸部4cと周辺凸部4e、4
eとにより構成される磁路に流れることになる。これに
より、伝送線路52に鎖交する渡り磁束成分が低減さ
れ、銅損を小さくでき、変成器1の変換効率を高くする
ことができる。特に、伝送線路52を構成する各線路導
体50、51が、中央凸部4cの周囲を巻回して磁路形
成部7内に配置されているので、発生した磁束を中央凸
部4c及び周辺凸部4e,4eに集中させることがで
き、伝送線路52に鎖交する渡り磁束成分をより減少さ
せることが可能となる。
ア半体4a、4b間に介在された線路導体50、51よ
り発生する磁束の方向は、線路導体50、51に流れる
電流の方向が図2に示された通りであるときは、図2中
の符号Ia、Ibで示される矢印の向きとなる。従って、
伝送線路52から発生した磁束は、その大部分が一対の
コア半体4a、4bと中央凸部4cと周辺凸部4e、4
eとにより構成される磁路に流れることになる。これに
より、伝送線路52に鎖交する渡り磁束成分が低減さ
れ、銅損を小さくでき、変成器1の変換効率を高くする
ことができる。特に、伝送線路52を構成する各線路導
体50、51が、中央凸部4cの周囲を巻回して磁路形
成部7内に配置されているので、発生した磁束を中央凸
部4c及び周辺凸部4e,4eに集中させることがで
き、伝送線路52に鎖交する渡り磁束成分をより減少さ
せることが可能となる。
【0032】また、一対の線路導体50、51は、同一
巻数、同一方向、同一ピッチで巻回され、互いに重なる
位置に設けられ、コア4の内部に配置されているので、
互いに磁束を強め合い、伝送線路52のインダクタンス
を大きくすることができる。また、各線路導体50、5
1が各コア半体4a、4bを介して接地導体42、42
にそれぞれ対向しているため、両方のコア半体の誘電率
が有効に作用し、伝送線路52の静電容量が大きくなっ
て、変成器1の動作周波数を小さくすることが可能とな
る。
巻数、同一方向、同一ピッチで巻回され、互いに重なる
位置に設けられ、コア4の内部に配置されているので、
互いに磁束を強め合い、伝送線路52のインダクタンス
を大きくすることができる。また、各線路導体50、5
1が各コア半体4a、4bを介して接地導体42、42
にそれぞれ対向しているため、両方のコア半体の誘電率
が有効に作用し、伝送線路52の静電容量が大きくなっ
て、変成器1の動作周波数を小さくすることが可能とな
る。
【0033】図1及び図2に示すように、伝送線路52
の出力側(受端側)の端子52aには、冷陰極管36が
接続されており、入力側(送端側)の端子52bには、
交流電源(図示略)と接続されたスイッチ回路35が接
続されている。また他方の接地導体42の出力側の端子
には、冷陰極管36が接続されており、入力側の端子に
は、上記交流電源と接続されたスイッチ回路35が接続
されている。また、接地導体42、42同士は、電位を
同じにするために接続用導体43により電気的に接続さ
れている。
の出力側(受端側)の端子52aには、冷陰極管36が
接続されており、入力側(送端側)の端子52bには、
交流電源(図示略)と接続されたスイッチ回路35が接
続されている。また他方の接地導体42の出力側の端子
には、冷陰極管36が接続されており、入力側の端子に
は、上記交流電源と接続されたスイッチ回路35が接続
されている。また、接地導体42、42同士は、電位を
同じにするために接続用導体43により電気的に接続さ
れている。
【0034】伝送線路52の線路長Lは、伝送線路に印
加する交流電圧の周波数(動作周波数)の伝送線路52
上の1/4波長にほぼ等しいことが好ましい。伝送線路
52の線路長Lが、交流電圧の周波数(動作周波数)の
伝送線路52上の1/4波長と異なると、電圧変換部2
の固有インピーダンスより大きなインピーダンスを有す
る冷陰極管36が接続された場合に、インピーダンス変
換ならびに電圧変換が行われず、好ましくない。
加する交流電圧の周波数(動作周波数)の伝送線路52
上の1/4波長にほぼ等しいことが好ましい。伝送線路
52の線路長Lが、交流電圧の周波数(動作周波数)の
伝送線路52上の1/4波長と異なると、電圧変換部2
の固有インピーダンスより大きなインピーダンスを有す
る冷陰極管36が接続された場合に、インピーダンス変
換ならびに電圧変換が行われず、好ましくない。
【0035】冷陰極管36としては、上述のような構成
の電圧変換部2の固有インピーダンスと異なるインピー
ダンスを有するものを用いるのが、負荷の両端に電圧変
換部2の固有のインピーダンスとの比に応じた倍率で入
力電圧と異なる電圧が加わる点で好ましい。さらに、こ
の冷陰極管36は、電圧変換部2の固有インピーダンス
より大きなインピーダンスを有するものを用いるのが、
負荷の両端に電圧変換部2の固有のインピーダンスとの
比に応じた倍率で入力電圧より高い電圧が加わる点でよ
り好ましい。
の電圧変換部2の固有インピーダンスと異なるインピー
ダンスを有するものを用いるのが、負荷の両端に電圧変
換部2の固有のインピーダンスとの比に応じた倍率で入
力電圧と異なる電圧が加わる点で好ましい。さらに、こ
の冷陰極管36は、電圧変換部2の固有インピーダンス
より大きなインピーダンスを有するものを用いるのが、
負荷の両端に電圧変換部2の固有のインピーダンスとの
比に応じた倍率で入力電圧より高い電圧が加わる点でよ
り好ましい。
【0036】この変成器1では、寄生容量(分布定数)
を回路定数に取り込み、誘電性と磁性を有するコア4
と、伝送線路52と接地導体42,42を使った図3に
示すような分布定数回路が構成されている。図3中、符
号V1は入力電圧、V2は受端電圧、I1は入力電流、I2
は受端電流、Z1は入力側から見たインピーダンス、Z2
は出力側から見たインピーダンス、Z0は伝送線路52
の固有のインピーダンス、Lは伝送線路52の線路長で
ある。 図3に示す分布定数回路は、下記式(1)で表
される。尚、式(1)中βは伝送線路52の伝搬定数
(β=2πf/v=2π/λ・・・(1−a)式)であ
る。(1−a)式でのvは伝搬速度(=fλ)、λは伝
搬波長である。
を回路定数に取り込み、誘電性と磁性を有するコア4
と、伝送線路52と接地導体42,42を使った図3に
示すような分布定数回路が構成されている。図3中、符
号V1は入力電圧、V2は受端電圧、I1は入力電流、I2
は受端電流、Z1は入力側から見たインピーダンス、Z2
は出力側から見たインピーダンス、Z0は伝送線路52
の固有のインピーダンス、Lは伝送線路52の線路長で
ある。 図3に示す分布定数回路は、下記式(1)で表
される。尚、式(1)中βは伝送線路52の伝搬定数
(β=2πf/v=2π/λ・・・(1−a)式)であ
る。(1−a)式でのvは伝搬速度(=fλ)、λは伝
搬波長である。
【0037】
【数1】
【0038】本実施形態においては、伝送線路52の線
路長Lが、動作周波数のλ/4とされているので、 βL=(2π/λ)×(λ/4)=π/2 となる。よって、式(1)は、下記式(4)で表せる。
路長Lが、動作周波数のλ/4とされているので、 βL=(2π/λ)×(λ/4)=π/2 となる。よって、式(1)は、下記式(4)で表せる。
【0039】
【数2】
【0040】上記式(4)を変形し、入力側から見たイ
ンピーダンスZ1を求めると、 Z1=V1/I1=(jZ0・I2)/((j/Z0)・V2) ・・・(5) ここでV2=Z2・I2であるので、 Z1=Z0/(Z2/Z0)=Z0 2/Z2 ・・・式(6) これは、伝搬波長/4=線路長である場合においては、
固有のインピーダンス50オームの線路の出力側の端子
に100オームのインピーダンスを接続した場合、入力
側から見ると25オームに見えることを示しており、
受電端に接続されたインピーダンスZ2は、送電端から
はZ1に変換されて見える。よって、インピーダンス変
換がされることになる。
ンピーダンスZ1を求めると、 Z1=V1/I1=(jZ0・I2)/((j/Z0)・V2) ・・・(5) ここでV2=Z2・I2であるので、 Z1=Z0/(Z2/Z0)=Z0 2/Z2 ・・・式(6) これは、伝搬波長/4=線路長である場合においては、
固有のインピーダンス50オームの線路の出力側の端子
に100オームのインピーダンスを接続した場合、入力
側から見ると25オームに見えることを示しており、
受電端に接続されたインピーダンスZ2は、送電端から
はZ1に変換されて見える。よって、インピーダンス変
換がされることになる。
【0041】また、上記式(4)から 以上のことから、電圧は他端の電流に比例し、電流は
他端の電圧に比例することがわかる。線路長Lが伝搬波
長/4のときにおいてのみ、上記並びにの関係が成
り立ち電圧変換が行われる。このように伝送線路52の
固有のインピーダンスと、負荷抵抗(負荷装置の抵抗)
の比率で昇圧比が決まるので、この変成器1は、高電圧
が必要な始動時に高抵抗、点灯時に抵抗が下がる冷陰極
管のインピーダンス特性に適している。
他端の電圧に比例することがわかる。線路長Lが伝搬波
長/4のときにおいてのみ、上記並びにの関係が成
り立ち電圧変換が行われる。このように伝送線路52の
固有のインピーダンスと、負荷抵抗(負荷装置の抵抗)
の比率で昇圧比が決まるので、この変成器1は、高電圧
が必要な始動時に高抵抗、点灯時に抵抗が下がる冷陰極
管のインピーダンス特性に適している。
【0042】次に、この変成器1の動作について、上記
式(6)、式(7)及び図4を用いて説明する。図4
は、変成器1の伝送線路の昇圧作用を説明するためのグ
ラフである。図4のグラフにおいて、横軸は出力側から
見たインピーダンスZ2と伝送線路52の固有のインピ
ーダンスZ0の比を表している。ここで、入力電圧V1が
定電圧であるとする。負荷インピーダンスZ2が伝送線
路52の固有のインピーダンスZ0に等しい場合(Z2/
Z0=1)は、伝送線路52と負荷は整合状態となって
おり、図中A点に示されているように送端と受端の電圧
が等しいのが明らかである。Z2>Z0なる負荷を接続し
た場合(Z2/Z0>1)は、上記式(6)よりZ1<Z0
となって入力電流I1が増える。また、上記式(7)か
ら、受端電圧V2は入力電圧I1に比例するので、図中B
点に示されているように同じく増える。Z2>Z0の領域
では、V2はV1より大きくなっており昇圧されているこ
とになる。よって、線路長Lが伝搬波長の1/4波長の
伝送線路52の負荷として、伝送線路52の固有のイン
ピーダンスより大きな負荷を接続すると、その負荷の両
端には伝送線路52の固有のインピーダンスとの比に応
じた倍率で入力電圧より高い電圧が加わる。
式(6)、式(7)及び図4を用いて説明する。図4
は、変成器1の伝送線路の昇圧作用を説明するためのグ
ラフである。図4のグラフにおいて、横軸は出力側から
見たインピーダンスZ2と伝送線路52の固有のインピ
ーダンスZ0の比を表している。ここで、入力電圧V1が
定電圧であるとする。負荷インピーダンスZ2が伝送線
路52の固有のインピーダンスZ0に等しい場合(Z2/
Z0=1)は、伝送線路52と負荷は整合状態となって
おり、図中A点に示されているように送端と受端の電圧
が等しいのが明らかである。Z2>Z0なる負荷を接続し
た場合(Z2/Z0>1)は、上記式(6)よりZ1<Z0
となって入力電流I1が増える。また、上記式(7)か
ら、受端電圧V2は入力電圧I1に比例するので、図中B
点に示されているように同じく増える。Z2>Z0の領域
では、V2はV1より大きくなっており昇圧されているこ
とになる。よって、線路長Lが伝搬波長の1/4波長の
伝送線路52の負荷として、伝送線路52の固有のイン
ピーダンスより大きな負荷を接続すると、その負荷の両
端には伝送線路52の固有のインピーダンスとの比に応
じた倍率で入力電圧より高い電圧が加わる。
【0043】次に、この変成器1において、上述のコア
4を用いることにより波長を短縮でき、変成器1を小型
化できる理由について説明する。自由空間における波長
は下記式(8)で表される。 λ=v/f ・・・(8) 電圧変換部2の電磁界が発生する部分の誘電率・透磁率
が大きいと、進行波の伝搬速度vが遅くなる。この伝搬
速度vは、下記式(9)で示される。 v[m/s]=3×108×(ε1/2・μ1/2)-1 ・・・(9) よって、その場合の波長は下記式(10)で示される。 λ=(v/f)・(ε1/2・μ1/2)-1 ・・・(10) 上記(10)式から明らかなように誘電率、透磁率の値
に応じて波長短縮が生じ、すなわち、誘電率、透磁率が
大きくなるとこれに応じて波長も短くなっており、よっ
て、コア4を誘電率、透磁率が大きい材料から構成する
ことにより、波長を短縮でき、コア寸法も短くでき、変
成器1の小型化が可能である。
4を用いることにより波長を短縮でき、変成器1を小型
化できる理由について説明する。自由空間における波長
は下記式(8)で表される。 λ=v/f ・・・(8) 電圧変換部2の電磁界が発生する部分の誘電率・透磁率
が大きいと、進行波の伝搬速度vが遅くなる。この伝搬
速度vは、下記式(9)で示される。 v[m/s]=3×108×(ε1/2・μ1/2)-1 ・・・(9) よって、その場合の波長は下記式(10)で示される。 λ=(v/f)・(ε1/2・μ1/2)-1 ・・・(10) 上記(10)式から明らかなように誘電率、透磁率の値
に応じて波長短縮が生じ、すなわち、誘電率、透磁率が
大きくなるとこれに応じて波長も短くなっており、よっ
て、コア4を誘電率、透磁率が大きい材料から構成する
ことにより、波長を短縮でき、コア寸法も短くでき、変
成器1の小型化が可能である。
【0044】上述の変成器1にあっては、誘電性と磁性
を有する一対のコア半体4a、4b間に伝送線路52が
挟持され、一対のコア半体4a、4bの外側に接地導体
42,42が形成されているので、波長を短縮でき、こ
れによってコア寸法を短くできるため、変成器1の小型
化が可能である。また、誘電性と磁性を有する一対のコ
ア半体4a、4b間に伝送線路52を設け、これら一対
のコア半体4a、4bの外側に接地導体42,42を設
けるだけで、高昇圧比と高変換効率を両立させることが
でき、構造の簡略化が可能である。
を有する一対のコア半体4a、4b間に伝送線路52が
挟持され、一対のコア半体4a、4bの外側に接地導体
42,42が形成されているので、波長を短縮でき、こ
れによってコア寸法を短くできるため、変成器1の小型
化が可能である。また、誘電性と磁性を有する一対のコ
ア半体4a、4b間に伝送線路52を設け、これら一対
のコア半体4a、4bの外側に接地導体42,42を設
けるだけで、高昇圧比と高変換効率を両立させることが
でき、構造の簡略化が可能である。
【0045】上述の変成器1においては、コア4をなす
材料として、Fe、Co、Niの群から選ばれた1種又
は2種以上の元素Tと、Hf、Zr、W、Ti、V、N
b、Mo、Cr、Mg、Mn、Al、Si、Ca、S
r、Ba、Cu、Ga、Ge、As、Se、Zn、C
d、In、Sn、Sb、Te、Pb、Bi、希土類元素
の群から選ばれた1種又は2種以上の元素Mと、O、
C、N、Bの群から選ばれた1種又は2種以上の元素D
を含む軟磁性合金粉末と、合成樹脂からなるものを用い
るのが、コア4の透磁率及び誘電率を大きくでき、波長
短縮効果が十分となり、変成器1を小型化できる点で好
ましい。
材料として、Fe、Co、Niの群から選ばれた1種又
は2種以上の元素Tと、Hf、Zr、W、Ti、V、N
b、Mo、Cr、Mg、Mn、Al、Si、Ca、S
r、Ba、Cu、Ga、Ge、As、Se、Zn、C
d、In、Sn、Sb、Te、Pb、Bi、希土類元素
の群から選ばれた1種又は2種以上の元素Mと、O、
C、N、Bの群から選ばれた1種又は2種以上の元素D
を含む軟磁性合金粉末と、合成樹脂からなるものを用い
るのが、コア4の透磁率及び誘電率を大きくでき、波長
短縮効果が十分となり、変成器1を小型化できる点で好
ましい。
【0046】上記軟磁性合金粉末としては、例えば、以
下の組成式で示されるものが好適に用いられる。 TaMbDc (上記組成式中、TはFe,Co,Niの群から選ばれ
た1種または2種以上の元素を表し、MはHf,Zr,
W,Ti,V,Nb,Mo,Cr,Mg,Mn,Al,
Si,Ca,Sr,Ba,Cu,Ga,Ge,As,S
e,Zn,Cd,In,Sn,Sb,Te,Pb,B
i,希土類元素の群から選ばれた1種または2種以上の
元素を表し、DはO,C,N,Bの群から選ばれた1種
または2種以上の元素を表す。また、組成式中、組成比
を示すa,b,cは、原子%で、40≦a<87、0<
b≦20、0<c≦50なる関係を満足するものであ
る。)
下の組成式で示されるものが好適に用いられる。 TaMbDc (上記組成式中、TはFe,Co,Niの群から選ばれ
た1種または2種以上の元素を表し、MはHf,Zr,
W,Ti,V,Nb,Mo,Cr,Mg,Mn,Al,
Si,Ca,Sr,Ba,Cu,Ga,Ge,As,S
e,Zn,Cd,In,Sn,Sb,Te,Pb,B
i,希土類元素の群から選ばれた1種または2種以上の
元素を表し、DはO,C,N,Bの群から選ばれた1種
または2種以上の元素を表す。また、組成式中、組成比
を示すa,b,cは、原子%で、40≦a<87、0<
b≦20、0<c≦50なる関係を満足するものであ
る。)
【0047】上記合成樹脂としては、誘電損失が小さい
材料(即ちQの大きい材料でQが400以上のもの)が
用いられ、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポ
リスチレン、パラフィン、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリカーボネート、シリコーン樹脂等が挙げられ
る。
材料(即ちQの大きい材料でQが400以上のもの)が
用いられ、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポ
リスチレン、パラフィン、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリカーボネート、シリコーン樹脂等が挙げられ
る。
【0048】上述のような軟磁性合金粉末と合成樹脂か
らなるコア4は、例えば、以下のようにして製造するこ
とができる。まず、組成式がTaMbDcで示される軟磁
性合金粉末の組成になるように各原料を秤量する。ここ
での原料は、Tの粉末、Mの粉末が用いられる。Tの粉
末としては、Fe,Co,Niの群から選ばれた少なく
とも一種の元素の単体,酸化物,炭化物,炭酸塩,窒素
化物,ホウ化物のうちから選ばれた粉末が用いられる。
Mの粉末としては、Hf,Zr,W,Ti,V,Nb,
Mo,Cr,Mg,Mn,Al,Si,Ca,Sr,B
a,Cu,Ga,Ge,As,Se,Zn,Cd,I
n,Sn,Sb,Te,Pb,Bi,希土類元素の群か
ら選ばれた少なくとも1種の元素の単体,酸化物,炭化
物,炭酸塩,窒素化物,ホウ化物のうちから選ばれた粉
末が用いられる。上記希土類元素としては、周期表の3
A族に属するSc,Y,あるいは、La,Ce,Pr,
Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Td,Dy,Ho,E
r,Tm,Yb,Luなどのランタノイドの群から選ば
れる少なくとも1種の元素またはそれらの混合物が挙げ
られる。この際、Tの粉末は粒径が100μm以下、M
の粉末は粒径が2μm以下のものが望ましい。
らなるコア4は、例えば、以下のようにして製造するこ
とができる。まず、組成式がTaMbDcで示される軟磁
性合金粉末の組成になるように各原料を秤量する。ここ
での原料は、Tの粉末、Mの粉末が用いられる。Tの粉
末としては、Fe,Co,Niの群から選ばれた少なく
とも一種の元素の単体,酸化物,炭化物,炭酸塩,窒素
化物,ホウ化物のうちから選ばれた粉末が用いられる。
Mの粉末としては、Hf,Zr,W,Ti,V,Nb,
Mo,Cr,Mg,Mn,Al,Si,Ca,Sr,B
a,Cu,Ga,Ge,As,Se,Zn,Cd,I
n,Sn,Sb,Te,Pb,Bi,希土類元素の群か
ら選ばれた少なくとも1種の元素の単体,酸化物,炭化
物,炭酸塩,窒素化物,ホウ化物のうちから選ばれた粉
末が用いられる。上記希土類元素としては、周期表の3
A族に属するSc,Y,あるいは、La,Ce,Pr,
Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Td,Dy,Ho,E
r,Tm,Yb,Luなどのランタノイドの群から選ば
れる少なくとも1種の元素またはそれらの混合物が挙げ
られる。この際、Tの粉末は粒径が100μm以下、M
の粉末は粒径が2μm以下のものが望ましい。
【0049】次いで、Dのうち、O,C,Nを添加する
場合は、上述のTの粉末とMの粉末とをステンレス鋼製
ポット中に、ポットと同材質のステンレス球と共に封入
し、O,C,Nの群から選ばれた少なくとも一種の元素
の単体ガス,酸化物ガス,炭化物ガスのうちから選ばれ
たDのガスを充満させる。そして、高エネルギ型遊星式
ボールミルを用いて所定時間、粉砕、攪拌するメカニカ
ルアロイングにより、組成式がTaMbDcで示される軟
磁性合金粉末が得られる。メカニカルアロイングの時間
は、2時間以上とするのが、bcc構造もしくはfcc
構造、または、これらが混在したTの結晶の微細化を十
分にできる点で好ましい。ここで得られた軟磁性合金粉
末は、平均結晶粒径が数nm〜数10nmオーダーのb
cc構造のTの微結晶相が、M,Dを多量に含む非晶質
相で取り囲まれたような構造を有する平均粒径が1〜2
μm程度の凝集粒子となる。この軟磁性合金粉末は、凝
集粒子を構成するbcc構造もしくはfcc構造、また
は、これらが混在したTの微結晶の平均粒径が微細であ
るため、優れた軟磁気特性を示し、また、bcc構造も
しくはfcc構造、またはこれらが混在したTの微結晶
が、高抵抗の非晶質相によって取り囲まれているため、
渦電流損失を小さく押えることができるという特徴があ
る。
場合は、上述のTの粉末とMの粉末とをステンレス鋼製
ポット中に、ポットと同材質のステンレス球と共に封入
し、O,C,Nの群から選ばれた少なくとも一種の元素
の単体ガス,酸化物ガス,炭化物ガスのうちから選ばれ
たDのガスを充満させる。そして、高エネルギ型遊星式
ボールミルを用いて所定時間、粉砕、攪拌するメカニカ
ルアロイングにより、組成式がTaMbDcで示される軟
磁性合金粉末が得られる。メカニカルアロイングの時間
は、2時間以上とするのが、bcc構造もしくはfcc
構造、または、これらが混在したTの結晶の微細化を十
分にできる点で好ましい。ここで得られた軟磁性合金粉
末は、平均結晶粒径が数nm〜数10nmオーダーのb
cc構造のTの微結晶相が、M,Dを多量に含む非晶質
相で取り囲まれたような構造を有する平均粒径が1〜2
μm程度の凝集粒子となる。この軟磁性合金粉末は、凝
集粒子を構成するbcc構造もしくはfcc構造、また
は、これらが混在したTの微結晶の平均粒径が微細であ
るため、優れた軟磁気特性を示し、また、bcc構造も
しくはfcc構造、またはこれらが混在したTの微結晶
が、高抵抗の非晶質相によって取り囲まれているため、
渦電流損失を小さく押えることができるという特徴があ
る。
【0050】次に、得られた軟磁性合金粉末を有機溶剤
を溶媒とする合成樹脂液に分散してスラリーを得た後、
このスラリーを3本ロールに繰り返し通して該スラリー
が粉末状になるまで混練し混練物を得る。この合成樹脂
を溶解させる有機溶剤としては、キシレン、トルエン、
ベンゼン等が挙げられる。合成樹脂への軟磁性合金粉末
の添加割合は、目的とするコアの磁性と誘電性によって
適宜変更可能であるが、スラリー中の体積割合で50〜
80vol%程度となるように添加するのが好ましい。軟
磁性合金粉末の体積割合が50vol%未満であると、
透磁率が低くなるという不都合が生じる恐れがあり、一
方、80vol%を超えると射出成形等により成形する
のが困難になるという不都合が生じる恐れがある。
を溶媒とする合成樹脂液に分散してスラリーを得た後、
このスラリーを3本ロールに繰り返し通して該スラリー
が粉末状になるまで混練し混練物を得る。この合成樹脂
を溶解させる有機溶剤としては、キシレン、トルエン、
ベンゼン等が挙げられる。合成樹脂への軟磁性合金粉末
の添加割合は、目的とするコアの磁性と誘電性によって
適宜変更可能であるが、スラリー中の体積割合で50〜
80vol%程度となるように添加するのが好ましい。軟
磁性合金粉末の体積割合が50vol%未満であると、
透磁率が低くなるという不都合が生じる恐れがあり、一
方、80vol%を超えると射出成形等により成形する
のが困難になるという不都合が生じる恐れがある。
【0051】上記軟磁性合金粉末は合成樹脂液に分散、
混練する前に、空気,酸素,窒素,水蒸気のうちから選
択される雰囲気中またはこれらの混合雰囲気中で熱処理
を行うことが望ましい。ここでの加熱温度は、25℃〜
300℃程度、加熱時間は、0.5時間〜48時間程度
が好ましい。このようにすると、上記軟磁性合金粉末の
表面に酸化物からなる絶縁層が形成されるので、軟磁性
合金粉末の固有抵抗が上がり、高周波での誘電率をより
低くすることができる。なお、ここでの絶縁層は、酸化
膜に限らず、他の絶縁膜を用いて形成してもよい。
混練する前に、空気,酸素,窒素,水蒸気のうちから選
択される雰囲気中またはこれらの混合雰囲気中で熱処理
を行うことが望ましい。ここでの加熱温度は、25℃〜
300℃程度、加熱時間は、0.5時間〜48時間程度
が好ましい。このようにすると、上記軟磁性合金粉末の
表面に酸化物からなる絶縁層が形成されるので、軟磁性
合金粉末の固有抵抗が上がり、高周波での誘電率をより
低くすることができる。なお、ここでの絶縁層は、酸化
膜に限らず、他の絶縁膜を用いて形成してもよい。
【0052】ついで、上記混練物を乾燥器等に入れて加
熱することにより有機溶剤を蒸発させたのち、プレス成
形機、射出成形機、押出装置等を用いて所望の形状に成
形して成形体を作製する。この後、この成形体を150
〜400℃程度、1時間程度加熱することにより、目的
とする磁性と誘電性とを有するコア4が得られる。ま
た、軟磁性合金粉末と合成樹脂からなるコア4は、Tの
粉末とMの粉末とを混合後、Dのガス雰囲気中で粉砕、
攪拌するのに代えて、Tの粉末と、Mの粉末と、Dの粉
末とを混合後、不活性ガス雰囲気中、あるいはO,C,
Nの群から選ばれた少なくとも一種の元素の単体ガス,
酸化物ガス,炭化物ガスのうちから選ばれたDのガス雰
囲気中で粉砕、攪拌する以外は先に述べた製造例と同様
にして製造することもできる。上記Dの粉末としては、
カーボンとBのうちから選ばれた少なくとも一種または
混合物が用いられる。また、この例では、上記Tの粉末
とMの粉末とDの粉末の粉砕、攪拌をDのガス雰囲気
下、またはArガス等の不活性ガス雰囲気下、あるいは
上記DのガスとArガス等の不活性ガスとの混合ガス雰
囲気下で行なわれ、上記混合ガス雰囲気下で行う場合に
は材料中の酸素,炭素,窒素量を調整することができ
る。
熱することにより有機溶剤を蒸発させたのち、プレス成
形機、射出成形機、押出装置等を用いて所望の形状に成
形して成形体を作製する。この後、この成形体を150
〜400℃程度、1時間程度加熱することにより、目的
とする磁性と誘電性とを有するコア4が得られる。ま
た、軟磁性合金粉末と合成樹脂からなるコア4は、Tの
粉末とMの粉末とを混合後、Dのガス雰囲気中で粉砕、
攪拌するのに代えて、Tの粉末と、Mの粉末と、Dの粉
末とを混合後、不活性ガス雰囲気中、あるいはO,C,
Nの群から選ばれた少なくとも一種の元素の単体ガス,
酸化物ガス,炭化物ガスのうちから選ばれたDのガス雰
囲気中で粉砕、攪拌する以外は先に述べた製造例と同様
にして製造することもできる。上記Dの粉末としては、
カーボンとBのうちから選ばれた少なくとも一種または
混合物が用いられる。また、この例では、上記Tの粉末
とMの粉末とDの粉末の粉砕、攪拌をDのガス雰囲気
下、またはArガス等の不活性ガス雰囲気下、あるいは
上記DのガスとArガス等の不活性ガスとの混合ガス雰
囲気下で行なわれ、上記混合ガス雰囲気下で行う場合に
は材料中の酸素,炭素,窒素量を調整することができ
る。
【0053】また、軟磁性合金粉末と合成樹脂からなる
コア4は、Tの粉末とMの粉末に代えて液体急冷法によ
り得られたT−M合金薄帯の粉砕物粉末を用いる以外
は、先に述べた製造例と同様にして製造することもでき
る。また、軟磁性合金粉末と合成樹脂からなるコア4
は、Tの粉末とMの粉末と、Dの粉末および/またはD
のガスに加えて液体急冷法により得られたT−M合金薄
帯の粉砕物粉末も用いる以外は、先に述べた製造例と同
様にして製造することもできる。
コア4は、Tの粉末とMの粉末に代えて液体急冷法によ
り得られたT−M合金薄帯の粉砕物粉末を用いる以外
は、先に述べた製造例と同様にして製造することもでき
る。また、軟磁性合金粉末と合成樹脂からなるコア4
は、Tの粉末とMの粉末と、Dの粉末および/またはD
のガスに加えて液体急冷法により得られたT−M合金薄
帯の粉砕物粉末も用いる以外は、先に述べた製造例と同
様にして製造することもできる。
【0054】誘電損失が小さい合成樹脂と、組成式がT
aMbDcで示される軟磁性合金粉末からコア4を構成す
ることにより、コア4の固有抵抗が108Ω・cm以上
となるうえ、合成樹脂が有する絶縁体(誘電体)として
の誘電特性と、軟磁性合金粉末が有する軟磁気特性とを
合わせ持つことができる。上述のような組成式がTaMb
Dcで示される軟磁性合金粉末と合成樹脂から構成した
一対のコア半体4a、4bは、透磁率および誘電率が十
分大きく、従って、このような一対のコア半体4a、4
b間に、一対のスパイラル型の線路導体50、51から
なる伝送線路52が挟持され、一対のコア半体4a、4
bの外側に接地導体42,42が形成されてなる電圧変
換部2を具備する変成器1にあっては、特に、波長短縮
効果が十分であり、コア寸法を短くでき、変成器1の小
型化が可能である。
aMbDcで示される軟磁性合金粉末からコア4を構成す
ることにより、コア4の固有抵抗が108Ω・cm以上
となるうえ、合成樹脂が有する絶縁体(誘電体)として
の誘電特性と、軟磁性合金粉末が有する軟磁気特性とを
合わせ持つことができる。上述のような組成式がTaMb
Dcで示される軟磁性合金粉末と合成樹脂から構成した
一対のコア半体4a、4bは、透磁率および誘電率が十
分大きく、従って、このような一対のコア半体4a、4
b間に、一対のスパイラル型の線路導体50、51から
なる伝送線路52が挟持され、一対のコア半体4a、4
bの外側に接地導体42,42が形成されてなる電圧変
換部2を具備する変成器1にあっては、特に、波長短縮
効果が十分であり、コア寸法を短くでき、変成器1の小
型化が可能である。
【0055】次に、本発明の第2の実施形態について説
明する。図5は、第2の実施形態の変成器10の電圧変
換部12を示す斜視図である。この変成器10が、図1
及び図2に示した変成器1と異なるところは、一方のコ
ア半体4gの突き合わせ面4fの周辺部4dの全体に、
周辺凸部4hが設けられている点である。即ちこの周辺
凸部4hは、略矩形の突き合わせ面4fの全周に渡って
形成されている。そして、線路導体50、51からなる
伝送線路52は、コア半体4g、4bと中央凸部4cと
周辺凸部4hとで構成された磁路形成部内に配置される
ことにより、コア4に完全に囲まれることとなる。
明する。図5は、第2の実施形態の変成器10の電圧変
換部12を示す斜視図である。この変成器10が、図1
及び図2に示した変成器1と異なるところは、一方のコ
ア半体4gの突き合わせ面4fの周辺部4dの全体に、
周辺凸部4hが設けられている点である。即ちこの周辺
凸部4hは、略矩形の突き合わせ面4fの全周に渡って
形成されている。そして、線路導体50、51からなる
伝送線路52は、コア半体4g、4bと中央凸部4cと
周辺凸部4hとで構成された磁路形成部内に配置される
ことにより、コア4に完全に囲まれることとなる。
【0056】従って、この変成器10によれば、上述し
た変成器1の効果に加えて、次のような効果が得られ
る。即ち、周辺凸部4hが突き合わせ面4fの全周に渡
って設けられているので、伝送線路52が磁路に完全に
囲まれることとなり、渡り磁束成分が更に低減され、銅
損を小さくできるので変成器10の変換効率をより高め
ることができる。
た変成器1の効果に加えて、次のような効果が得られ
る。即ち、周辺凸部4hが突き合わせ面4fの全周に渡
って設けられているので、伝送線路52が磁路に完全に
囲まれることとなり、渡り磁束成分が更に低減され、銅
損を小さくできるので変成器10の変換効率をより高め
ることができる。
【0057】次に、本発明の第3の実施形態について説
明する。図6は、第3の実施形態の変成器20の電圧変
換部22を示す断面図である。この変成器20が、図1
及び図2に示した変成器1と異なるところは、磁路形成
部7に非磁性材料25が充填されている点である。即ち
この非磁性材料25は、一方のコア4aと他方のコア4
bとの間にある空隙部7a(磁路形成部7)に充填され
ている。ここで例えば磁路形成部7に磁性材料を充填す
ると、各線路導体50、51から発生した磁束が磁性材
料に印加され、線路導体50、51に鎖交する磁束が増
えて銅損が増加し、変成器20の変換効率が低下するた
め好ましくない。非磁性材料25としては、硬質の樹
脂、例えばエポキシ樹脂でフェライトと熱膨張係数の近
いものを用いることができる。
明する。図6は、第3の実施形態の変成器20の電圧変
換部22を示す断面図である。この変成器20が、図1
及び図2に示した変成器1と異なるところは、磁路形成
部7に非磁性材料25が充填されている点である。即ち
この非磁性材料25は、一方のコア4aと他方のコア4
bとの間にある空隙部7a(磁路形成部7)に充填され
ている。ここで例えば磁路形成部7に磁性材料を充填す
ると、各線路導体50、51から発生した磁束が磁性材
料に印加され、線路導体50、51に鎖交する磁束が増
えて銅損が増加し、変成器20の変換効率が低下するた
め好ましくない。非磁性材料25としては、硬質の樹
脂、例えばエポキシ樹脂でフェライトと熱膨張係数の近
いものを用いることができる。
【0058】この変成器20によれば、上述した変成器
1の効果に加えて、次のような効果が得られる。即ち、
コア半体4aに磁路形成部7が形成されていても、磁路
形成部7内に充填された非磁性材料25によりコア半体
4aの機械的強度が補強され、変成器20の機械的強度
を向上できる。
1の効果に加えて、次のような効果が得られる。即ち、
コア半体4aに磁路形成部7が形成されていても、磁路
形成部7内に充填された非磁性材料25によりコア半体
4aの機械的強度が補強され、変成器20の機械的強度
を向上できる。
【0059】次に、本発明の第4の実施形態について説
明する。図7は、第4の実施形態の変成器30の要部を
示す斜視図であり、図8はこの変成器30の電圧変換部
32の断面図である。この変成器30が、図1及び図2
に示した変成器1と異なるところは、コア半体4a、4
bの間に非磁性の絶縁板53が介在され、この絶縁板5
3の一面及び他面に線路導体50、51がそれぞれ形成
されており、これら絶縁板53と線路導体50、51と
が磁路形成部7内に配置されるように構成された点であ
る。
明する。図7は、第4の実施形態の変成器30の要部を
示す斜視図であり、図8はこの変成器30の電圧変換部
32の断面図である。この変成器30が、図1及び図2
に示した変成器1と異なるところは、コア半体4a、4
bの間に非磁性の絶縁板53が介在され、この絶縁板5
3の一面及び他面に線路導体50、51がそれぞれ形成
されており、これら絶縁板53と線路導体50、51と
が磁路形成部7内に配置されるように構成された点であ
る。
【0060】そして図8に示すように、線路導体50、
51は絶縁層105、104をそれぞれ介してコア半体
4a、4bに接すると共に、絶縁板53によって互いに
離間されている。更に、絶縁板53の中央には角孔53
aが設けられていて、コア半体4a、4bが突き合わさ
れた際に中央凸部4cがこの角孔53aを挿通して、コ
ア半体4aと絶縁板53とが干渉しないように構成され
ている。この絶縁板53は、非磁性体からなることが好
ましい。絶縁板53が磁性体からなると、線路導体5
0、51に鎖交する磁束が増えて銅損が増加し、変成器
30の変換効率が低下するため好ましくない。
51は絶縁層105、104をそれぞれ介してコア半体
4a、4bに接すると共に、絶縁板53によって互いに
離間されている。更に、絶縁板53の中央には角孔53
aが設けられていて、コア半体4a、4bが突き合わさ
れた際に中央凸部4cがこの角孔53aを挿通して、コ
ア半体4aと絶縁板53とが干渉しないように構成され
ている。この絶縁板53は、非磁性体からなることが好
ましい。絶縁板53が磁性体からなると、線路導体5
0、51に鎖交する磁束が増えて銅損が増加し、変成器
30の変換効率が低下するため好ましくない。
【0061】この変成器30によれば、上述した変成器
1の効果に加えて、次のような効果が得られる。即ち、
予め絶縁板53に線路導体50、51を形成するので、
線路導体50、51を別個にコア半体4a、4bに形成
する必要がなく、変成器の製造工程を簡略化することが
できる。また、予め絶縁板53に線路導体50、51を
形成するので、線路導体50、51の相対位置を精密に
一致させることが可能となり、製造上のばらつきを小さ
くできる。
1の効果に加えて、次のような効果が得られる。即ち、
予め絶縁板53に線路導体50、51を形成するので、
線路導体50、51を別個にコア半体4a、4bに形成
する必要がなく、変成器の製造工程を簡略化することが
できる。また、予め絶縁板53に線路導体50、51を
形成するので、線路導体50、51の相対位置を精密に
一致させることが可能となり、製造上のばらつきを小さ
くできる。
【0062】
【実施例】以下、本発明を、実施例および比較例により
具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限
定されるものではない。 (実施例1)図1及び図2に示した変成器1と同様の変
成器を作製した。ここで作製した実施例1の変成器の電
圧変換部2のMn−Znフェライトからなる各コア半体
4a、4bの厚みは0.5mm、コア半体4aの中央凸
部4c及び周辺凸部4eの高さは0.5mmであること
から磁路形成部7の深さは0.5mm、スパイラル型の
線路導体50、51のそれぞれの厚みは35μm、線路
導体50、51のそれぞれの幅は0.24mm、線路導
体50、51のピッチは0.29mm、接地導体42,
42の厚みは38μmであった。また、伝送線路52の
線路長Lは1.89mであった。また、絶縁層104、
105の厚さがそれぞれ7μmであることから、線路導
体50、51間の間隔は約0.42mmであった。
具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限
定されるものではない。 (実施例1)図1及び図2に示した変成器1と同様の変
成器を作製した。ここで作製した実施例1の変成器の電
圧変換部2のMn−Znフェライトからなる各コア半体
4a、4bの厚みは0.5mm、コア半体4aの中央凸
部4c及び周辺凸部4eの高さは0.5mmであること
から磁路形成部7の深さは0.5mm、スパイラル型の
線路導体50、51のそれぞれの厚みは35μm、線路
導体50、51のそれぞれの幅は0.24mm、線路導
体50、51のピッチは0.29mm、接地導体42,
42の厚みは38μmであった。また、伝送線路52の
線路長Lは1.89mであった。また、絶縁層104、
105の厚さがそれぞれ7μmであることから、線路導
体50、51間の間隔は約0.42mmであった。
【0063】ここで作製した変成器の電圧変換部のゲイ
ンフェーズを測定した。ここでの測定には、インピーダ
ンスアナライザHP4194A(商品名;日本ヒューレ
ットパッカード株式会社製)を用いてゲインフェーズ
(専用の測定ジグ使用)の測定を出力側の端子に接続す
る終端抵抗ZLを100kΩとして行った。測定周波数
範囲は、共振近傍の点が細かくとれるように0.01M
Hzから10MHzとした。 終端抵抗ZLには、炭素皮
膜抵抗を用いた。測定結果を図9に示す。また、λ/4
に同調したときの周波数f、ゲインGv の値を以下に示
す。
ンフェーズを測定した。ここでの測定には、インピーダ
ンスアナライザHP4194A(商品名;日本ヒューレ
ットパッカード株式会社製)を用いてゲインフェーズ
(専用の測定ジグ使用)の測定を出力側の端子に接続す
る終端抵抗ZLを100kΩとして行った。測定周波数
範囲は、共振近傍の点が細かくとれるように0.01M
Hzから10MHzとした。 終端抵抗ZLには、炭素皮
膜抵抗を用いた。測定結果を図9に示す。また、λ/4
に同調したときの周波数f、ゲインGv の値を以下に示
す。
【0064】ZL=100kΩ時 f=450kHz、
Gv=26.0dB
Gv=26.0dB
【0065】図9に示した結果からフェーズ(入出力電
圧の位相差)が−90(deg.)のとき、ゲインが最
大となっていることがわかる。また、ゲインの値も2
6.0dBと高い値を示していることがわかる。更に、
周波数fが450kHzと、比較的低いことがわかる。
圧の位相差)が−90(deg.)のとき、ゲインが最
大となっていることがわかる。また、ゲインの値も2
6.0dBと高い値を示していることがわかる。更に、
周波数fが450kHzと、比較的低いことがわかる。
【0066】次に、終端抵抗を440Ω、960Ω、
3.05kΩ、10.05kΩ、33.05kΩと変化
させた場合の変換効率をオシロスコープを用いて測定し
た。入力電圧は20Vとした。作動周波数は450kH
z(λ/4同調時)とした。結果を図10に示す。図1
0から明らかなように、実施例1の変成器においては、
終端抵抗が約600Ωの時に約89.8%の変換効率を
示していることがわかる。
3.05kΩ、10.05kΩ、33.05kΩと変化
させた場合の変換効率をオシロスコープを用いて測定し
た。入力電圧は20Vとした。作動周波数は450kH
z(λ/4同調時)とした。結果を図10に示す。図1
0から明らかなように、実施例1の変成器においては、
終端抵抗が約600Ωの時に約89.8%の変換効率を
示していることがわかる。
【0067】(比較例1)図13及び図14に示した変
成器と同様の変成器を作製した。ここで作製した比較例
1の変成器の電圧変換部2のMn−Znフェライトから
なる各コア半体64、64の厚みは0.5mm、スパイ
ラル型の伝送線路71の厚みは35μm、伝送線路71
の幅は0.24mm、線路導体50、51のピッチは
0.29mm、接地導体72,72の厚みは38μmで
あった。また、伝送線路71の線路長Lは1.89mで
あった。
成器と同様の変成器を作製した。ここで作製した比較例
1の変成器の電圧変換部2のMn−Znフェライトから
なる各コア半体64、64の厚みは0.5mm、スパイ
ラル型の伝送線路71の厚みは35μm、伝送線路71
の幅は0.24mm、線路導体50、51のピッチは
0.29mm、接地導体72,72の厚みは38μmで
あった。また、伝送線路71の線路長Lは1.89mで
あった。
【0068】この比較例1の変成器の電圧変換部のゲイ
ン−フェーズ特性を、実施例1と同様にして測定した。
結果を図11に示す。また、λ/4に同調したときの周
波数f、ゲインGv の値を以下に示す。
ン−フェーズ特性を、実施例1と同様にして測定した。
結果を図11に示す。また、λ/4に同調したときの周
波数f、ゲインGv の値を以下に示す。
【0069】ZL=100kΩ時 f=400kHz、
Gv=18.0dB
Gv=18.0dB
【0070】図11に示した結果からフェーズ(入出力
電圧の位相差)が−90(deg.)のとき、ゲインが
最大となっているが、ゲインの値は18.0dBと実施
例1の変成器よりも低くなっていることがわかる。
電圧の位相差)が−90(deg.)のとき、ゲインが
最大となっているが、ゲインの値は18.0dBと実施
例1の変成器よりも低くなっていることがわかる。
【0071】次に、比較例1の変成器の変換効率を、実
施例1と同様にして測定した。ただし、入力電圧は1
V、3V、5Vとした。作動周波数は400kHz(λ
/4同調時)とした。結果を図12に示す。図12から
明らかなように、比較1の変成器においては、終端抵抗
が約700Ωの時に約77%の変換効率を示している
が、これは実施例1の変成器の変換効率よりも低いこと
がわかる。
施例1と同様にして測定した。ただし、入力電圧は1
V、3V、5Vとした。作動周波数は400kHz(λ
/4同調時)とした。結果を図12に示す。図12から
明らかなように、比較1の変成器においては、終端抵抗
が約700Ωの時に約77%の変換効率を示している
が、これは実施例1の変成器の変換効率よりも低いこと
がわかる。
【0072】また、ゲイン及び変換効率が実施例1の変
成器の方が高い値を示した理由は、実施例1の変成器に
は中央凸部及び周辺凸部が設けられていて、伝送線路か
ら発生した磁束がこれら中央凸部及び周辺凸部に集中す
るため、伝送線路に鎖交する渡り磁束成分が減少し、銅
損が低下したためと推定される。
成器の方が高い値を示した理由は、実施例1の変成器に
は中央凸部及び周辺凸部が設けられていて、伝送線路か
ら発生した磁束がこれら中央凸部及び周辺凸部に集中す
るため、伝送線路に鎖交する渡り磁束成分が減少し、銅
損が低下したためと推定される。
【0073】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
変成器は、誘電性と磁性を有するコアと、該コア上に形
成され、各々が並列に接続された複数の伝送線路とを少
なくとも備え、この伝送線路の線路長Lが該伝送線路に
印加する電圧の周波数の該伝送線路上の1/4波長にほ
ぼ等しく設定され、前記コアに前記伝送線路から発生し
た磁束を通す磁路が形成されているので、変成器の動作
周波数を小さくすることができると共に、伝送線路に鎖
交する磁束が減少して銅損を小さくし、変換効率を高め
ることができる。
変成器は、誘電性と磁性を有するコアと、該コア上に形
成され、各々が並列に接続された複数の伝送線路とを少
なくとも備え、この伝送線路の線路長Lが該伝送線路に
印加する電圧の周波数の該伝送線路上の1/4波長にほ
ぼ等しく設定され、前記コアに前記伝送線路から発生し
た磁束を通す磁路が形成されているので、変成器の動作
周波数を小さくすることができると共に、伝送線路に鎖
交する磁束が減少して銅損を小さくし、変換効率を高め
ることができる。
【0074】また、本発明の変成器においては、前記伝
送線路の周辺部に前記磁路を形成する磁路形成部が設け
られて、前記伝送線路を構成する前記一対の線路導体が
各コア半体にそれぞれ接すると共に、各線路導体が互い
に離間して重なる位置に配置されているので、伝送線路
を鎖交する渡り磁束成分が減少して、変換効率を高める
ことができると共に、両方のコア半体の誘電率が有効に
作用し、伝送線路の静電容量が大きくなり、変成器の動
作周波数を小さくすることができる。
送線路の周辺部に前記磁路を形成する磁路形成部が設け
られて、前記伝送線路を構成する前記一対の線路導体が
各コア半体にそれぞれ接すると共に、各線路導体が互い
に離間して重なる位置に配置されているので、伝送線路
を鎖交する渡り磁束成分が減少して、変換効率を高める
ことができると共に、両方のコア半体の誘電率が有効に
作用し、伝送線路の静電容量が大きくなり、変成器の動
作周波数を小さくすることができる。
【0075】更に、本発明の変成器においては、前記磁
路形成部を構成する前記一対のコア半体と前記中央凸部
と前記周辺凸部とにより前記磁路が構成され、前記伝送
線路が、前記磁路形成部内に配置されて前記磁路に囲ま
れているので、伝送線路から発生した磁束のうちの一方
のコア半体から他方のコア半体に移動する磁束成分が中
央凸部及び周辺凸部に集中し、伝送線路に鎖交すること
がなく、渡り磁束成分が減少して銅損が小さくなるた
め、変換効率を高めることができる。
路形成部を構成する前記一対のコア半体と前記中央凸部
と前記周辺凸部とにより前記磁路が構成され、前記伝送
線路が、前記磁路形成部内に配置されて前記磁路に囲ま
れているので、伝送線路から発生した磁束のうちの一方
のコア半体から他方のコア半体に移動する磁束成分が中
央凸部及び周辺凸部に集中し、伝送線路に鎖交すること
がなく、渡り磁束成分が減少して銅損が小さくなるた
め、変換効率を高めることができる。
【0076】また、本発明の変成器においては、前記周
辺凸部が前記周辺部の全体に設けられているので、伝送
線路が配置される前記磁路形成部を周辺凸部によって完
全に囲むことが可能となり、渡り磁束成分が更に低減さ
れ、銅損をより小さくできるので変成器の変換効率をよ
り高めることができる。
辺凸部が前記周辺部の全体に設けられているので、伝送
線路が配置される前記磁路形成部を周辺凸部によって完
全に囲むことが可能となり、渡り磁束成分が更に低減さ
れ、銅損をより小さくできるので変成器の変換効率をよ
り高めることができる。
【0077】また、本発明の変成器においては、前記一
対の線路導体が、同一の巻数で同一方向に同一のピッチ
で前記中央凸部の周囲にそれぞれ巻回されているので、
それぞれの線路導体から発生した磁束を中央凸部及び周
辺凸部に集中させることができ、各線路導体に鎖交する
渡り磁束成分を減少させて銅損を小さくし、変換効率を
高めることができる。
対の線路導体が、同一の巻数で同一方向に同一のピッチ
で前記中央凸部の周囲にそれぞれ巻回されているので、
それぞれの線路導体から発生した磁束を中央凸部及び周
辺凸部に集中させることができ、各線路導体に鎖交する
渡り磁束成分を減少させて銅損を小さくし、変換効率を
高めることができる。
【0078】また、本発明の変成器の前記コアはMn−
Znフェライト、Ni−Znフェライト、Ni−Cuフ
ェライトの群から選ばれた1種又は2種以上からなるも
のであるので、コアの寸法を短くでき、変成器を小型化
できる。更に、本発明の変成器においては、前記コアの
100kHzにおける実効透磁率μが10〜20000
であり、実効誘電率εが10〜5000であるので、コ
アの透磁率及び誘電率が大きく、伝送線路長が短縮さ
れ、コアの寸法をも短くでき、変成器を小型化できる。
また、コアの透磁率が高いと伝送線路のインダクタンス
が高くなり、コアの誘電率が高いと各線路導体の静電容
量が高くなるので、変成器の動作周波数を小さくするこ
とができる。
Znフェライト、Ni−Znフェライト、Ni−Cuフ
ェライトの群から選ばれた1種又は2種以上からなるも
のであるので、コアの寸法を短くでき、変成器を小型化
できる。更に、本発明の変成器においては、前記コアの
100kHzにおける実効透磁率μが10〜20000
であり、実効誘電率εが10〜5000であるので、コ
アの透磁率及び誘電率が大きく、伝送線路長が短縮さ
れ、コアの寸法をも短くでき、変成器を小型化できる。
また、コアの透磁率が高いと伝送線路のインダクタンス
が高くなり、コアの誘電率が高いと各線路導体の静電容
量が高くなるので、変成器の動作周波数を小さくするこ
とができる。
【図1】 本発明の第1の実施形態の変成器の要部を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図2】 本発明の第1の実施形態の変成器の断面図で
ある。
ある。
【図3】 第1の実施形態の変成器の分布定数回路を説
明するための図である。
明するための図である。
【図4】 第1の実施形態の変成器の伝送線路の昇圧作
用を説明するための図である。
用を説明するための図である。
【図5】 本発明の第2の実施形態の変成器の要部を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図6】 本発明の第3の実施形態の変成器の電圧変換
部の断面図である。
部の断面図である。
【図7】 本発明の第4の実施形態の変成器の要部を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図8】 本発明の第4の実施形態の変成器の電圧変換
部の断面図である。
部の断面図である。
【図9】 実施例1の変成器の終端抵抗が100kΩ時
のゲイン−フェーズ特性を示す図である。
のゲイン−フェーズ特性を示す図である。
【図10】 実施例1の変成器の終端抵抗と変換効率と
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図11】 比較例1の変成器の終端抵抗が100kΩ
時のゲイン−フェーズ特性を示す図である。
時のゲイン−フェーズ特性を示す図である。
【図12】 比較例1の変成器の終端抵抗と変換効率と
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図13】 従来の変成器の要部を示す斜視図である。
【図14】 従来の変成器の断面図である。
【図15】 従来の変成器の要部を示す斜視図である。
1、10、20、30 変成器 4 コア 4a、4b、4g コア半体 4c 中央凸部 4d 周辺部 4e、4h 周辺凸部 4f 突き合わせ面 7 磁路形成部 42 接地導体 50、51 線路導体 52 伝送線路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01F 31/00 A Z (72)発明者 高橋 利男 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内 Fターム(参考) 2H093 NC02 NC42 ND42 5E041 AB01 AB02 AB19 BB03 CA01 CA10 NN14 5E070 AA11 BA11 BB03 CB03 CB13 CB15
Claims (7)
- 【請求項1】 誘電性と磁性を有するコアと、 該コア上に形成され、各々が並列に接続された複数の伝
送線路とを少なくとも備え、 この伝送線路の線路長Lが該伝送線路に印加する電圧の
周波数の該伝送線路上の1/4波長にほぼ等しく設定さ
れ、 前記コアに前記伝送線路から発生した磁束を通す磁路が
形成されていることを特徴とする変成器。 - 【請求項2】 前記コアは一対の板状のコア半体が突き
合わされてなり、 前記伝送線路は2組の伝送線路が並列接続されてなり、 前記伝送線路の各々の線路導体は前記一対のコア半体に
挟まれて前記コアの内部に配置され、 前記線路導体はスパイラル形状を有し、前記一対のコア
半体の各突き合わせ面の反対側の面にそれぞれ接地導体
が配置され、 少なくとも一方のコア半体の前記伝送線路の周辺部に、
前記磁路を形成する磁路形成部が設けられ、 前記一対の線路導体が各コア半体にそれぞれ接すると共
に、各線路導体が互いに離間して積層されていることを
特徴とする請求項1記載の変成器。 - 【請求項3】 少なくとも一方のコア半体の突き合わせ
面の中央部に中央凸部が設けられ、該突き合わせ面の周
辺部の少なくとも一部に周辺凸部が設けられ、 前記磁路形成部は、前記一方のコア半体の前記中央凸部
及び前記周辺凸部が他方のコア半体に突き合わされるこ
とにより形成され、 前記磁路は、前記一対のコア半体と前記中央凸部と前記
周辺凸部とにより構成され、 前記伝送線路が、前記磁路形成部内に配置されて前記磁
路に囲まれていることを特徴とする請求項2記載の変成
器。 - 【請求項4】 前記周辺凸部が前記コア半体の前記周辺
部の全体に設けられていることを特徴とする請求項3記
載の変成器。 - 【請求項5】 前記一対のスパイラル型の線路導体は、
同一の巻数で同一方向に同一のピッチで前記中央凸部の
周囲にそれぞれ巻回されて、前記磁路形成部内に配置さ
れたことを特徴とする請求項3ないし請求項4のいずれ
かに記載の変成器。 - 【請求項6】 前記コアはMn−Znフェライト、Ni
−Znフェライト、Ni−Cuフェライトの群から選ば
れた1種又は2種以上からなるものであることを特徴と
する請求項1ないし5のいずれかに記載の変成器。 - 【請求項7】 前記コアの100kHzにおける実効透
磁率μが10〜20000であり、実効誘電率εが10
〜5000であることを特徴とする請求項1ないし6の
いずれかに記載の変成器。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11076905A JP2000277358A (ja) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | 変成器 |
KR1020000013835A KR20000076909A (ko) | 1999-03-19 | 2000-03-18 | 변성기 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
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-
1999
- 1999-03-19 JP JP11076905A patent/JP2000277358A/ja not_active Withdrawn
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