JP2001274022A - 薄型トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】積層珪素鋼板などのコアの場合の材料歩留まり
低下を無くし、さらにフェライトコアの場合の割れ易く
なる問題を解消し、トランスの薄型化を容易にする。 【解決手段】 磁性体コアに１次コイルと、２次コイル
を構成するトランスにおいて、パイプ２を挿通した複数
の筒状コア１を並べ、該パイプの端部を接続して１次コ
イルを形成し、該パイプを連続して貫通する導線でつづ
ら折り状にループを形成することを任意回数繰り返して
２次コイルを形成する。前記パイプのそれぞれの端部に
おいて、１つおきに同極に接続して各パイプが並列接続
された１次コイルを形成する。また、複線を用いて前記
複数のパイプを連続して貫通させ、前記複線の両端の異
なる線の端部を、コイルの始端および終端として、残る
複線の両端の異なる線を、それぞれ接続してループを作
り２次コイルを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、電子装置あるいは
インバータ等の電力変換装置などに用いられるトランス
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子装置あるいはインバータ等の
電力変換装置などに用いられるトランスの磁性体は、積
層珪素鋼板、またはＭn、Ｚn系フェライトコア等が用い
られ、その周囲に捲回されるコイル導線に電流容量の小
さいものには撚り線が用いられ、電流容量の大きいもの
には、交流磁界による渦電流損失を低減するため,また
捲き線の作業性を向上させるため、絶縁された単線を並
列にした複線や、太い丸線が用いられる。形状は、積層
珪素鋼板の場合はＥＩコアが、またフェライトコアの場
合はリングコアなどのブロック状の閉磁路コアが用いら
れ、1次コイルおよび２次コイルが多層に捲回されてい
た。

【０００３】トランスに要求される電力を、磁気飽和す
ることなく伝送するためには、コアの材質による所定の
磁路断面積が必要であり、コア断面の厚みを薄くする
と、それだけ横幅を広げる必要がある。このため、薄い
コアに形成しようとすると積層珪素鋼板などのコアの場
合は、変則的な形状の打ち抜きシートとなるため、材料
歩留まりが低下し不経済であった。

【０００４】フェライトコアの場合は、薄くて大きいコ
アとなるため、コア焼成時の焼き歪みによる反りの発生
や、割れ易いなどの問題が生ずるため、薄型化は困難で
あった。また、従来の珪素鋼板やフェライトの材質は、
飽和磁束密度があまり大きくないため、磁気飽和し易い
のでハイパワー用のコア断面積を大きくせざるを得ず、
前述したように厚みを一定とすると、かなりの搭載基板
面積を必要とする大型トランスにならざるを得なかっ
た。このため、さらに基板搭載のための取り付けネジ穴
などをを設ける必要があり、形状を大きくしていた。ま
た、電圧の昇圧比の大きい、すなわち捲き線比の大きい
トランスは、２次捲き線を多層にして捲き数を多くする
ことが必要であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような、従来のト
ランスのコアにおける、閉磁路コアがブロック状である
ため或る高さ以上を必要とする制限を無くし、また、積
層珪素鋼板などのコアの場合の材料歩留まり低下を無く
し、さらにフェライトコアの場合の割れ易くなる問題を
解消し、トランスの薄型化を容易にすることである。ま
た、飽和磁束密度が大きく磁気飽和し難い材質のコアを
採用し、厚みを薄くしても搭載基板面積の小さい薄型ト
ランスを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、磁性体コ
アに１次コイルと、２次コイルを構成するトランスにお
いて、複数の筒状コアを並べた各コアに、筒状導電体を
挿通し、該筒状導電体の端部をそれぞれ接続して１次コ
イルを形成し、該筒状導電体を連続して貫通する導線で
つづら折り状にループを形成することを任意回数繰り返
して２次コイルを形成したことを特徴とする薄型トラン
スである。

【０００７】従来のトランスのような単一なブロック状
のコアでなく、複数の筒状のコアでトランスのコアとし
ての機能を分担し、各コア毎に導電体よりなる筒状導電
体を挿通して、該筒状導電体の両端部がそれぞれの端部
において接続されて１次コイルを形成し、１次コイルと
の電流の方向を各コア毎に一定になるように、前記１次
コイルである前記筒状導電体を連続して貫通する導線
で、つづら折り状にループを形成することを任意回数繰
り返して２次コイルを形成しことを特徴とする薄型トラ
ンスである。

【０００８】複数の筒状コアを並列させて、各コアのそ
れぞれに筒状導電体を挿通してから、前記並列した複数
のコア両端に配線基板を当接させ、前記筒状導電体の両
端をそれぞれの配線基板の配線に接続して１次コイルを
形成する。各コア毎に貫通する１次側の筒状導電体の両
端を配線基板に固定することで、各コアがそれぞれ配線
基板に固定され、同時に各筒状導電体の両端は配線基板
に設けられた配線パターンに接続されて１次コイルを形
成する。

【０００９】該配線パターンは、前記１次側の各筒状導
電体を並列あるいは直列に接続して１次コイルを構成す
る。このとき並列接続すると、１次側のインピーダンス
が小さく、電圧昇圧比が大きいトランスを構成すること
ができる。昇電圧トランスは、１次側の電流は多く流れ
るので、電流容量の大きい導線を用いる必要があるが、
太い導線を用いると２次巻線を挿通させ難くなり、作業
性が低下する。そこで、筒状導電体で１次コイルを形成
し、つぎに２次巻線を該筒状導電体に挿通させること
で、１次コイルの電流容量を大きくし、かつ２次巻線の
挿通作業も容易にできる。さらに、筒状導電体を配線基
板に接続すると、剛性のある筒状導電体で個々の筒状コ
アを保持して１体化することができる。

【００１０】筒状コアは、フェライトの場合は角筒や円
筒のどちらの形状も造り易く、複数の角筒状コアが並列
１体化した多連のコアも製造できる。磁性合金薄帯を用
いる場合は、中空の角板や円板に打ち抜いて積層するこ
ともできるが、円筒状に捲回する方が長いコアを造るの
に適する。また、円筒状に捲回したコアの角部は、バリ
取りをして丸めておくか、エポキシ樹脂などで薄くコー
ティングして、捲き線の絶縁皮膜を損傷しないようにし
ておく。１次コイルを形成する筒状導電体は、コアの内
径に合わせて、丸筒状導電体や角筒状導電体を適宜用い
る。

【００１１】２次巻線は、複数の筒状コア内の１次コイ
ルを形成するそれぞれの筒状導電体を連続して貫通する
捲き線で、ループを形成して１ターンとすることを繰り
返して複数ターンを捲回するので結合の大きいトランス
が構成できる。さらに前記複数の筒状コアの任意個所で
捲き終わることができるので、端数の捲き数が選べるた
め２次電圧を、細かくより正確に設定することができ
る。また、複数のコアは異種材料でもよく、周波数特性
の異なるコアを組み合わせて並べ、トランスの周波数に
対する伝送特性を制御することができる。

【００１２】トランスの高さは、前記複数の筒状コアの
厚みで決まり、パワーに応じて筒状コアの数量を増や
し、配線基板への搭載面積を増やすことで、所望の厚み
のトランスが実現できる。また個々のコアの長さと並べ
る個数を選択してトランスの外形を決定することができ
るので、トランスの低背化はもとより外形の縦横比の選
択も任意となる。

【００１３】第２の発明は、前記の薄型トランスにおい
て、前記筒状導電体がそれぞれの端部において、１つお
きに同極に接続され、それぞれの筒状導電体が並列接続
された１次コイルを形成したことを特徴とする薄型トラ
ンスである。

【００１４】各コア毎に導電体よりなる筒状導電体を挿
通した複数の筒状コアを並べ、該筒状導電体の両端部が
それぞれの端部において、１つおきに同極に接続され各
筒状導電体が並列接続された１次コイルを形成すること
で、２次側コイルの巻線方向を１次コイルの巻線方向と
合わせるため、２次側巻線を並列したコアの筒状導電体
から隣接するコアの筒状導電体へと最短距離で巻線する
ことになるので、漏れインダクタンスが最小にできる。

【００１５】第３の発明は、前記トランスにおいて、複
線を前記複数の筒状導電体を連続して貫通させることを
任意回数行い、前記複線の両端の異なる線の端部を、コ
イルの始端および終端として、残る複線の両端の異なる
線どうしを、それぞれ接続してループを作り、２次コイ
ルを形成したことを特徴とする薄型トランスである。

【００１６】巻数の多い２次コイルを形成するために、
前記複数のコア内のパイプに銅線を、繰り返し挿通する
作業は面倒であり工数もかかる。Ｎ本の複線を、複数の
前記筒状導電体を連続して貫通させ、前記複線の両端の
それぞれ異なる１本を、コイルの始端および終端の両端
子として、残る複線の両端の異なる線どうしを、それぞ
れ接続してループを形成することで、１本の導線をＮ回
挿通させたことと同一となるので、工数の低減が図れ、
挿通する作業も容易にできる。

【００１７】このときの複線に、フラットケーブルなど
のカラー付きの複線を用いると、同一線か否かの区別が
つき易くなる。また、前記導線の本数が多いばあいは、
前記の残る複線の両端の異なる線どうしの接続を、配線
基板を中継して接続することができ、本数が多い場合
は、両面基板や多層基板を用いて配線接続をすることが
できる。

【００１８】配線パターンに基づいて、例えば１次側の
各筒状導電体は並列に、２次側の各Ｎ本の複線は直列に
接続してＮターンの２次コイルを構成し、複数のコアの
数がＭ個とすると、Ｎ／Ｍ倍の昇圧比の高いトランスを
構成することができ、結合係数も低下することはない。
また１次側の電流容量は、筒状導電体の導体断面積で
決まり、２次側の巻線は、電流に応じた太さの銅線を用
いる。

【００１９】第４の発明は、前期の薄型トランスにおい
て、前記複数の磁性体コアに非晶質超微細結晶合金の磁
性薄帯を巻回してなる円筒コアを用いたことを特徴とす
る薄型トランスである。図５に示すように、超微細結晶
合金の磁性薄帯を捲回してなるコアを用いた場合、従来
のマンガン亜鉛（Ｍｎ、Ｚｎ）系フェライトコアにくら
べて、飽和磁束密度が高く透磁率も大きいので磁路断面
積の小さい小型のコアが形成できる。また非晶質超微細
結晶合金の磁性薄帯を捲回してなるコアは、同一の厚み
の珪素鋼板に比較して、透磁率およびＱ特性の周波数特
性が高周波まで伸びているので高周波トランスのコア材
料に適している。

【００２０】

【発明の実施の形態】所定電力のトランスを構成するの
に、複数の筒状コアにコア内径に適合する形状の筒状導
電体を挿通し、各筒状導電体を直列または並列に接続し
て１次コイルを形成し、各コアに挿通された筒状導電体
を連続して貫通し、ループを形成する導線で２次コイル
を構成して、各コア単位のトランス素子に電力を分担さ
せ、全体として１つのトランスとして動作させる。

【００２１】複数の筒状コアに挿入された筒状導電体
を、同一側端部を１つおきに同極に接続して、各筒状導
電体を並列接続した１次コイルを形成し、さらに、複線
を各筒状導電体に挿通して、両端部のコイル端子を残し
た異なる線どうしを接続してループをつくり、２次コイ
ルを形成する。また、前記複数の筒状コアに、非晶質超
微細結晶合金の磁性薄帯を捲回してなるコアを用いて、
小型で磁気飽和し難い薄型トランスを構成する。

【００２２】

【実施例１】図３に示すように、角筒状の５個のフェラ
イトコアを１体成形した５連のコア１に、０．２ｍｍ厚
さの銅箔をコア内径より小さい角筒状に巻いた銅パイプ
２を、５個のコアに挿通させた。つぎに、図４に示すよ
うに、前記銅パイプのそれぞれの端部において、１つお
きに同極に接続するように印刷配線された基板３を、各
パイプ２に嵌め込み端子５と共に配線パターン４にはん
だ付け接続を施し、各パイプが並列接続された１次コイ
ルを形成した。１次コイルの並列接続は、コア両端の基
板それぞれの２端子を親基板に挿し込み、親基板の配線
で並列接続する。ついで図７に示すように、２次巻線６
を各パイプに連続して２回挿通させて、２ターンの２次
コイルを形成し、１：１０の昇電圧比のトランスを構成
した。

【００２３】

【実施例２】実施例１と同様に、４連のフェライトコア
に角筒状の銅パイプを挿通させて印刷基板を嵌め込み、
はんだ付け接続して各パイプが直列接続された１次コイ
ルを形成し、ついで、３本の複線を各パイプに挿通し
て、図６に示すように、複線両端のそれぞれ異なる１本
を２次コイルの端子として、両端のそれぞれ残った２本
の異なる線を２次巻線接続部７で接続して、３ターンの
２次コイルを形成し、昇電圧比が１：３のトランスを構
成した。

【００２４】

【実施例３】実施例１と同様に、４連のフェライトコア
に角筒状の銅パイプを挿通させて印刷基板を嵌め込み、
はんだ付け接続して各パイプが並列接続された１次コイ
ルを形成し、ついで、２本の複線を各パイプに挿通し
て、図１に示すように、複線両端のそれぞれ異なる１本
を２次コイルの端子として、両端のそれぞれ残った異な
る線を２次巻線接続部７で接続して、２ターンの２次コ
イルを形成し、昇電圧比が１：８のトランスを構成し
た。

【００２５】コアの数が偶数の場合は、２次巻線の始端
と終端が同一側となり、奇数の場合は、異なる側とな
る。したがって、コアの数が奇数の場合は、２ターンめ
は、他連コアの外部を斜めに戻って挿通を繰り返すこと
になる。

【００２６】

【実施例４】厚さ２０μｍ、幅３３．５ｍｍの非晶質ナ
ノミクロン結晶合金の磁性薄帯（アルプス電気株式会社
製；ナノパーム）を捲回して、外径８．９ｍｍΦ、内径
Φ４ｍｍ、幅３３．５ｍｍの円筒コアを形成し、エポキ
シ樹脂に浸漬して硬化させて、絶縁処理をした円筒状の
コアを形成した。

【００２７】１次コイル用に幅３８mm、厚み０．２ｍｍ
の銅箔をΦ３ｍｍの丸棒に、約１．５ターン巻きつけて
から銅箔を切断して丸棒を引き抜いた円筒パイプを、前
記円筒状のコアに挿通し、図２に示すように５本並べて
両端に印刷基板を嵌め込みパイプ両端にはんだ付け接続
をした。つぎに、図４と同様に１次コイルの端子を印刷
基板にはんだ付け接続してから、２次巻線を各パイプに
連続して挿通させて、トランスを構成した。

【００２８】

【発明の効果】複数の筒状コアを並べ、筒状導電体を挿
通して１次コイルを形成し、２次コイルは前記筒状導電
体に導線を挿通して形成することで、漏洩インダクタン
スの小さく、結合係数の大きい薄型のトランスが構成で
きる。筒状の各コアに挿通した筒状導電体を、前記コア
の両端部に当接する配線基板の配線パターンに接続し
て、１次コイルを構成して複数コアの１体化ができ、マ
ザーボードへの搭載面積も小さくできる。また、複数の
筒状の各コアに挿通した複数の筒状導電体を並列接続し
て、昇圧比の大きいトランスを容易に構成できる。さら
に、２次巻線に複線を用いて、各にコアに導線を巻数回
挿通する工数を低減でき、前記複数の筒状コアに、非晶
質超微細結晶合金の磁性薄帯を捲回してなるコアを用
い、小型で磁気飽和し難い薄型トランスを構成すること
ができる。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のトランスの組み立て図を示す。

【図２】円筒コアに円筒パイプを挿通した図を示す。

【図３】角筒コアに角筒パイプを挿通した図を示す。

【図４】コア両端に印刷基板を当接しパイプおよび端子
を接続した図を示す。

【図５】材質によるコアの磁気飽和特性を示す。

【図６】実施例２のトランスの組み立て図を示す。

【図７】実施例１のトランスの組み立て図を示す。

【符号の説明】

１・・・・・筒状コア ２・・・・・パイプ ３・・・・・印刷基板 ４・・・・・配線パターン ５・・・・・１次コイルの端子電極 ６・・・・・２次巻線 ７・・・・・２次巻線接続部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性体コアに１次コイルと、２次コイル
   を構成するトランスにおいて、複数の筒状コアを並べた
   各コアに、筒状導電体を挿通し、該筒状導電体のそれぞ
   れの端部を接続して１次コイルを形成し、該筒状導電体
   を連続して貫通する導線でつづら折り状にループを形成
   することを任意回数繰り返して２次コイルを形成したこ
   とを特徴とする薄型トランス。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の薄型トランスにおい
   て、前記筒状導電体がそれぞれの端部において、１つお
   きに同極に並列接続された１次コイルを形成したことを
   特徴とする薄型トランス。
3. 【請求項３】 請求項１および２のいずれかに記載の薄
   型トランスにおいて、前記複数の筒状導電体に複線を連
   続して貫通させることを任意回数行い、前記複線の両端
   の異なる線の端部を、コイルの始端および終端として、
   残る複線の両端の異なる線どうしを、それぞれ接続して
   ループを作り、２次コイルを形成したことを特徴とする
   薄型トランス。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載の薄型
   トランスにおいて、前記複数の磁性体コアに非晶質超微
   細結晶合金の磁性薄帯を巻回してなる円筒コアを用いた
   ことを特徴とする薄型トランス。