JP2001511957A - プレーナ変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プレーナ変圧器では、ビアがコアから離れた位置に配置されるように、２次コイルの巻線は、外側で相互に接続される。プレーナ変圧器では、１次コイルの巻線は、互いに平行に延在してもよい。このやり方では、パワーの損失を最小限にして、変圧器のさらなる小型化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】 プレーナ変圧器 技術分野 本発明は、１次コイル及び２次コイルの螺旋状の巻回部が設けられた多数の層 と磁心とを有するプレーナ変圧器に関する。１次コイルの巻線若しくは２次コイ ルの巻線のどちらかに属する巻回部は、１つ以上のビアによって相互に接続され ている。 背景技術 このタイプの変圧器は、米国特許５，０１０，３１４により既知である。 変圧器は多くのタイプの電気装置に必要である。装置の少なくとも一部に使わ れる電圧よりも大きい主電源電圧に接続されている装置では、一般的に、変圧器 はこの電圧を減少させるために使われている。 一般的に、変圧器は、１次コイル、２次コイル、及びコアを有している。これ らコイルは、例えば銅線で構成される。これらコイルは並ぶように配置してもよ い。この他に、一方のコイルが他方のコイルを囲むように配置してもよい。１つ のコイルは、１つ以上の巻線を有している。電気装置の小型化が進む結果として 、製造された変圧器もまた小さいコイルを有する。上記コイルは、例えば、コイ ルの巻回部が設けられた絶縁材料の多数の層から構成されている。このタイプの 変圧器は、多層変圧器あるいはプレーナ変圧器と呼ばれる。 プレーナ変圧器の巻回部は、例えば印刷工程により形成される。コイルの巻回 部は、外部で相互に接続されている。しかし、いわゆるビアにより相互に接続さ れていることが好ましい。ビアは、ホール全体を通して金属化されている。もし ビアにより接続するのであれば、絶縁ブリッジはなくてもよく、その結果、変圧 器は容易に低コストで製造できる。 変圧器のコアは、磁力線をよく通す材料（例えばフィライト）で作られている ことが好ましい。このコアは、一部はコイルの内部に位置し、一部はコイルの外 部に位置する。もし電流が１次コイルを流れると、磁束により２次コイルに電流 が発生する。コアは磁気をよく通す特性をもつ材料から構成されるため、このコ アはこの磁束を通す。動作中、１次コイルは主電源に接続され、２次コイルはこ の主電源からエネルギを受ける装置の電流回路に接続されている。 装置の小型化の結果として、プレーナ変圧器のさらなる小型化が要求されてい る。小型化がさらに進むことによる問題は、動作中に破壊する危険が大きいとい うことであり、このため、装置を使用するユーザが危険にさらされる。 発明の開示 本発明の目的は、２次コイルの巻線が突出した部分を有することを特徴とする プレーナ変圧器を達成することである。 破壊する危険が大きい理由は、とりわけ、変圧器のさらなる小型化により、コ イルのビアがコアに近い位置に配置されるという事実により引き起こされるとい うことがわかった。ビアの中には空気が存在する。空気は、コイルの巻線が印刷 されている層の絶縁材料よりも磁気をよく通し、その結果、空気を介しての破壊 電圧は絶縁材料を介しての破壊電圧よりも低い。その結果として、空気を介した １次コイルと２次コイルとの間の距離は、比較的大きくしなければならない。こ れら２つのコイルの間のエアギャップは、コイルを互いに確実に離して破壊の危 険を十分小さくするために、少なくとも６ｍｍでなければならない。コアの材料 は、空気よりも、磁力線をよく通す。もしこれらコイルがコアのみを介して互い に接続しているのなら、コイルの間には、なにも隔てるものはない。コアを介し ての距離は、いわば計算しない。そのため、もし２つのコイルのビアが、双方と もコアに近ければ、実際、これらビアは、それぞれ、もう一方のビアの近くに配 置される。それ故に、ビアからコアまでのもっとも小さい距離は共に６ｍｍより 小さくするべきであり、この６ｍｍという値は、空気を介したときの許容される もっとも小さい距離である。 動作中に破壊を起こす危険を増大させない状態でのプレーナ変圧器の小型化は 、１次コイルの２つ並んだ巻回部を有する１つの層を設けることにより、達成さ れる。これにより、よりコンパクトで安価な変圧器が得られる。 本発明のこれらの態様及びその他の態様は、以下に記載した実施例を参考にし て明らかになるであろう。 図面の簡単な説明 第１図は、技術の形態に関するプレーナ変圧器の実施例の概略を示す断面図で ある。 第２Ａ図は、２次コイルの螺旋状の巻回部の１つの位置における、絶縁ブリッ ジを有する既知のプレーナ変圧器の実施例の断面図である。 第２Ｂ図は、第２Ａ図に示す絶縁ブリッジを有する既知のプレーナ変圧器の実 施例の、破線に沿う絶縁ブリッジの位置における断面図である。 第３Ａ図は、第１図に示された既知のプレーナ変圧器の、２次コイルの螺旋状 の巻回部の１つの位置における断面図である。 第３Ｂ図は、第１図に示された既知のプレーナ変圧器の、２次コイルの螺旋状 の巻回部の１つの位置における断面図であり、この巻回部は、第３Ａ図に示す巻 回部に接続されている。 第４図は、第３図のプレーナ変圧器の、破線の位置における断面図である。 第５Ａ図は、２次コイルの螺旋状の巻回部の位置における、本発明のプレーナ 変圧器の実施例の断面図である。 第５Ｂ図は、第５Ａ図のプレーナ変圧器の、２次コイルの螺旋状の巻回部の位 置における断面図であり、この巻回部は、第５Ａ図の巻回部に境する。 第６Ａ図は、２重に巻かれた１次コイルの螺旋状の巻回部の２つの位置におけ る、本発明のプレーナ変圧器の実施例の断面図である。 第６Ｂ図は、２重に巻かれた２次コイルの螺旋状の巻回部の２つの位置におけ る、本発明のプレーナ変圧器の断面図であり、この巻回部は、第６Ａ図に示され ている巻回部に接続されている。 発明を実施するための最良の形態 第１図は、技術の形態に関するプレーナ変圧器の実施例の概略を示す断面図で ある。この変圧器の内部には、多数の１次巻線（１０）及び２次巻線（１１）が あり、これら巻線は多数の積層された、電気絶縁材料の層（１２）上に設けられ ている。これら積層された層は１つのブロック（１３）を形成している。コア（ １４）は巻線の周りに存在している。変圧器コイルは、電気絶縁材料（図示せず ）の中に形成されていてもよい。この材料は、少なくとも３ｋＶの破壊電圧を有 することが好ましい。もし破壊電圧が約３ｋＶならば、コイル間の距離は少なく とも０．４ｍｍでなければならない。空気を介したときの距離は少なくとも６ｍ ｍでなければならない。もし、電気絶縁材料がコイル間に使用されるならば、コ イル間の最小の距離はもっと小さくすることができ、それ故に、変圧器のサイズ を小型にすることができる。電気絶縁材料の層にプレーナ変圧器内のコイルを設 けることにより、コイル間の距離をさらに小さくすることができる。もしこのプ ロセスが、スクリーン印刷あるいはホトリソグラフィ等の印刷技術により実行さ れるならば、高精度で達成される。変圧器のコイル構造は、コイルを有する材料 の層を設け、互いにプレスすることにより製造される。それ故に、材料で１つの ブロックが形成される。 第１図に示うプレーナ変圧器は、巻線が空気中に配置されている通常の変圧器 よりも小さい。特に重要な態様は、プレーナ変圧器がより薄いということである 。しかしながら、変圧器の大きさは、電気システムの最小の大きさを決定する。 他の構成要素の大きさを小さくすることは効果がない。電気システムの大きさの 縮小は、変圧器の大きさの縮小より優先する。 プレーナ変圧器では、コイルの巻線は、一般的に、少なくとも２つの巻回部を 有している。これは、平面コイルが一般的に螺旋状であるため都合がよい。もし 、巻線が１層に対して巻回部を１つしか有していなければ、内部に配置された端 を電圧源に接続するときに問題となる。この問題は、コイルの残りの部分を覆う 絶縁ブリッジを設けることにより解決される。螺旋状の巻回部の端部、これは螺 旋の内側に配置されているが、螺旋を越えて設けられる導体により、螺旋の外側 に配置された接続点に接続される。この導体とコイルとの間の短絡を避けるため に、ブリッジと呼ばれる電気絶縁経路が導体とコイル間に配置されなければなら ない。 第２Ａ図は、２次コイルの螺旋状の巻回部の１つの位置における、絶縁ブリッ ジを有する既知のプレーナ変圧器の実施例の断面図である。第２Ｂ図は、第２Ａ 図に示す絶縁ブリッジを有する既知のプレーナ変圧器の実施例の、破線に沿う絶 縁ブリッジの位置における断面図である。上記絶縁ブリッジは、第２Ａ図に示す サークル内の巻回部を横切る。この配置は第２Ｂ図に詳細に示されている。この 図は、巻回部（２０）がコア（２１）の周囲にどのように配置されているかを示 している。螺旋の内側に配置された巻回部の端部（２２）は、巻回部を横切る導 体（２３）により、螺旋の外側の接続部に接続することができる。導体（２３） 及び巻回部は、電気絶縁材料（２４）のブリッジにより、互いに離されている。 参照番号（２５）は巻回部が設けられた層を示している。上述した解決方法は非 常に難しい。その理由は、一般的に、ビアにより相互に接続される２つの巻線が 形成されるからである。そのようなビアは、ホール全体に渡り金属化されている 。巻線の１つはビアの入力部に向かって螺旋状に形成されている。もう一方の巻 線はビアの出力部に接続され、外側に向かって螺旋状に形成されている。このこ とは、第３Ａ図及び第３Ｂ図に示されている。 第３Ａ図は、第１図の既知のプレーナ変圧器の、２次コイルの螺旋状の巻回部 の１つの位置における断面図である。巻回部（３０）は、螺旋状に内側に向かっ て延在しており、形成された螺旋の内側に配置されたビア（３１）に電気的に接 続されている。第３Ｂ図は、第１図の既知のプレーナ変圧器の、２次コイルの螺 旋状の巻回部の１つの位置における断面図であり、この巻回部は第３Ａ図の巻回 部に接続されている。この巻回部（３２）はビア（３１）から螺旋状に外側に向 かって延在している。コアには符号（３３）が付されている。もちろん、いくつ かの巻線を有するコイル、それ故にいくつかの層を製造することも可能である。 それ故に、ビアを有するこの構造により、フラットな平面のコイルを、必要とさ れるブリッジなしで接続することができる。第４図は、第３図のプレーナ変圧器 の、破線の位置における断面図である。第４図は、電気絶縁材料の層（４２，４ ３）に設けられた２つの巻回部（４０，４１）を示している。２つの巻回部は、 金属化された壁（４５）を有するビア（４４）により相互に電気的に接続されて いる。変圧器のコアは符号（４６）が付されている。 変圧器の最も外側の層に配置された２つの巻回部は、同じコイル（１次コイル あるいは２次コイル）に属することが好ましい。もっとも適したコアは導電材料 から成るものであり、そのため、関連するコアは１次あるいは２次の構成要素と 考えられ、巻線がもっとも接近していることに依存するからである。コアを通過 する１次コイルと２次コイルとの間の経路の１部分は、距離の一部を形成しない 。別の構造では、間にある材料を介しての軌跡が０．４ｍｍより小さいように、 コアを通る経路を選択することが可能だろう。 例えば、１次巻線を有する２つの積層された層を２次巻線を有する２つの積層 された層のどちらの側にでも設けることができる。この構造の周囲に設けられる コアは、１次巻線にもっとも近いため１次の構成要素と考えられる。破壊のリス クを許容できるレベルに減らすには、２次巻線のビア間の距離は、どのような場 合であってもたいてい６ｍｍでなければならない。別の構造は、どちらかの側に 、２次巻線を有する積層された層が設けられた１次巻線を有する層を有する。こ の構造の周辺に設けられたコアは２次の構成要素と考えられる。 本発明によれば、２次コイルの巻回部の軌跡は、突出した部分を有している。 第５Ａ図は、２次コイルの螺旋状の巻回部の位置における、本発明のプレーナ変 圧器の実施例の断面図である。第５Ｂ図は、第５Ａ図のプレーナ変圧器の、２次 コイルの螺旋状の巻回部の位置における断面図であり、この巻回部は、第５Ａ図 の巻回部に境している。この図は、この場合、巻回部（５０，５１）それぞれが 突起（５２，５３）を有している様子を示している。螺旋状の巻回部は、ビアが ある側に突出している。巻回部の突出した部分は、この巻回部の残りの部分より もコアから離れた距離に配置される。その結果として、２つの巻回部を接続する ビア（５４，５５，５６）はまた、突起がない場合と比較して、コアから離れた 距離に配置される。その結果として、変圧器が小型化になっても、少なくとも６ ｍｍという安全な距離にビアを配置することができる。 プレーナ変圧器が動作中にブレイクダウンする危険を増大させずにこのプレー ナ変圧器の大きさを縮小するには、１次コイルの２つの巻回部を１つの層に平行 に並べて配置することにより達成される。これにより、よりコンパクトで安価な 変圧器が製造される。第６Ａ図は、２重に巻かれた１次コイルの螺旋状の巻回部 の１つの位置における、本発明のプレーナ変圧器の実施例の断面図である。第６ Ｂ図は、２重に巻かれた１次コイルの螺旋状の巻回部の１つの位置における、本 発明のプレーナ変圧器の断面図であり、この巻回部は、第６Ａ図に示されている 巻回部に接続されている。第６Ａ図は、符号（６０及び６１）が付された２つの 巻回部を示しており、それぞれ、符号（６２）及び（６３）が付されたビアで終 わっている。第６Ｂ図は、巻回部（６４）及び（６５）が、各ビア（６２）及び （６３）から螺旋状に外側に向かってどのように延在しているかを示している。 参照番号（６６）はコアを示している。 このように巻線を配置する方法により、より小型の変圧器を製造することがで きる。この方法は、特に、２つの１次コイル、例えば、供給電圧とスイッチのた めのコイル、及び制御ＩＣ（集積回路）の供給電圧のためのコイルを有する変圧 器に重要である。別の方法では、付加的な層が要求されるだろう。 それ故に、本発明は、ビアがコアから離れるように配置されるように、２次コ イルの巻線が外部で相互に接続されるプレーナ変圧器に関する。本発明は、さら に、１次コイルの巻線が、一方の巻線に平行に配置されたプレーナ変圧器に関す る。このやり方では、変圧器の動作中にブレイクダウンするという危険を増大さ せずに、変圧器のさらなる小型化が図られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．１次コイル及び２次コイルの螺旋状の巻線を具備する多数の層を有し、前記 １次コイルの巻線若しくは前記２次コイルの巻線のどちらかに属する巻回部が １つ以上のビアにより相互に接続されるプレーナ変圧器において、前記２次コ イルの巻回部が突起を有することを特徴とするプレーナ変圧器。 ２．２次の巻回部を有する２つの層と、１次の巻回部を有する４つの層とを有す ることを特徴とする請求項１に記載のプレーナ変圧器。 ３．フェライトコアを有することを特徴とする請求項１に記載のプレーナ変圧器 。 ４．前記コアが前記２次コイルよりも前記１次コイルに近い位置に配置され、前 記２次の巻回部のビアそれぞれと前記コアとの間の距離が、これらの距離が、 前記コアから前記１次コイルまでの距離が加えられいるならば、６ｍｍより長 い全距離が得られることを特徴とする請求項３に記載のプレーナ変圧器。 ５．前記コアが前記１次コイルよりも前記２次コイルに近い位置に配置され、前 記１次の巻回部のビアそれぞれと前記コアとの間の距離が、これらの距離が、 前記コアから前記２次コイルまでの距離が加えられているならば、６ｍｍより 長い全距離が得られることを特徴とする請求項３に記載のプレーナ変圧器。 ６．互いにプレスされた多数の層を有し、当該層上に１次コイル及び２次コイル の螺旋状の巻回部であって、前記１次コイル若しくは前記２次コイルのどちら かに属し１つ以上のビアにより相互に接続される巻回部が印刷されるプレーナ 変圧器において、 １つの層に前記１次コイルの２つの巻回部が平行に並べて設けられたことを 特徴とするプレーナ変圧器。