JP2003077743A - 低背型電源トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電源トランスの低背化を実現し、効率の良い、
１次巻線と２次巻線の結合静電容量が小さく、高周波雑
音が遮断できる低背型電源トランスを提供する。 【解決手段】ボビンに巻線を施した複数の巻線素子をロ
の字または日の字型の磁性体コアに貫通させ、１次と２
次巻線を構成する巻線素子間にシールド板を配置して電
源トランスを構成する。 また、外部接続端子を備える
配線基板に搭載し配線基板のランドに接続してトランス
を構成する。また、積層磁性鋼板よりなる長辺の磁芯脚
の少なくとも１部に、トランス底面に直角な積層面を備
えさせる。 さらに、金属ケースに収容し、各巻線素子
の巻線外周の１部を金属ケースに密着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、電気機器の電源回
路に用いられる高周波雑音を遮断する絶縁トランスなど
の電源トランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気電子機器の軽薄短小化の要求
に伴い、それを構成する部品、特に電力を処理する電源
関係の分電盤やラックなどの薄型化が要求され、それに
用いられるトランスの低背化が重要視されている。

【０００３】従来の電源トランスは、図２のタイプＡ、
タイプＢに示すようにＥ型とＩ型の磁性鋼板を積層した
日の字型コア６の中央磁心脚に、１次巻線５と２次巻線
４が放射状に、また同心状に構成されていた。このよう
な構造では、１次巻線５と２次巻線４との対向面積が大
きいので静電容量が大きくなるため、絶縁トランスとし
て用いる場合に不必要な高周波雑音が静電容量を通過し
てしまい、充分な高周波雑音の遮断が困難であった。ま
た、低背化をすると、図３に示すように搭載する床面積
が大きな形状になり、図からも明らかなように巻線の、
特に２次巻線４の巻線長が長くなり、巻線の抵抗値が大
きくなるため、トランスの損失が大きくなっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、配電
盤などに用いられる電源用トランスにおいて、１次巻線
と２次巻線間の静電容量が小さく、また巻線の巻線長が
短縮された、高周波雑音の遮断特性が良く、損失が小さ
く効率の良い、且つ小型で低背なトランスを提供するこ
とである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、図４に示すよ
うにボビンなどの絶縁筒７に導線９が巻回され、さら
に、その外周に絶縁層８が巻回されて巻線素子が形成さ
れる。つぎに、図１に示すようにロの字型のコア１の長
辺磁心脚に、前記巻線素子２を複数個貫通装着させ、１
次巻線素子（Ｐ）、２次巻線素子（Ｓ）に結線接続して
トランスを構成する。分割された単位容量の小さい複数
個の巻線素子でトランスを構成することにより、トラン
スの低背化と巻線素子の共用化が図れ、さらに複数の巻
線素子の結線を直列または並列または直並列に接続する
ことにより、１次及び２次電圧比を幅広く任意に設定し
たトランスを構成することが可能となる。

【０００６】本発明による低背型電源トランスの特徴の
１つとして、巻線素子の形状が小さいためロの字型の磁
性体コアの磁心脚に配列される巻線素子間の結合静電容
量は非常に小さくなる。 さらに、１次巻線と２次巻線
間の結合容量を減らして、高周波雑音を低減させるため
に、１次巻線素子（Ｐ）と２次巻線素子（Ｓ）の間に、
図１に示すようにシールド板３を挿入して結合静電容量
を低減する。

【０００７】該シールド板３は図５に示す形状のよう
に、１対の長辺磁心脚が貫通する磁心脚貫通部１０と、
磁心脚を通る磁束により誘起される誘導電流２１が流れ
て損失とならないように開ループ状にするための間隙１
１を備えていることを特徴とする。 なお、図５には２
連のシールド板を示しているが、個別のシールド板を用
いても良いことは言うまでもない。 さらに、前記シー
ルド板は接地されている必要があるので、適所に接地の
ための接続部１２を備える。

【０００８】さらに、図９に示すように磁性体コア１に
日の字型のコアを用い平行する３辺の磁芯脚のそれぞれ
に、複数の巻線素子２を配置することで、前記の単相電
源用トランスと同様に、３相電源用のトランスの低背化
が容易に実現できる。

【０００９】また、前述したようなトランスの低背化の
効果をさらに高めるためには、ロの字型、または日の字
型のコアの平行する長辺磁心脚をさらに長くし、且つ巻
線素子の単位電力容量がさらに小さい、小型な巻線素子
を多く使用することが好ましい。 しかし、この場合、
積層鋼板よりなる長辺の磁心脚を長くすると、磁心脚自
身の重量、および巻線素子の重量により撓む恐れがあ
る。そこで前記低背型トランスの磁性鋼板よりなるコア
の長辺磁芯脚の少なくとも１部に、トランス（コア）の
底面に対して磁性鋼板を直角に並べて配置して低背型電
源トランスを構成する。

【００１０】図１０に示すように、巻線素子を挿入しな
いコア短辺の磁心脚１９を形成する磁性鋼板はコア底面
と平行に積層し、複数の巻線素子を貫通する長辺の磁芯
脚２０の１部に、コア底面と略直角な積層面を有する磁
性鋼板１８を備えさせることで、撓みをなくすることが
できる。 また、図１１に示すようにロの字型のコア
の、巻線素子を貫通する長辺の磁心脚１８の積層面をコ
ア底面と略直角にし、コア短辺の磁心脚１９の積層面を
コア底面と平行にして４辺の磁心脚を接合しロの字型の
コアを形成する。 日の字型のコアにおいても同様であ
る。

【００１１】また、図６の平面図と側面図の例に示すよ
うに、外部接続端子１３が固定ネジ１４で固定された、
外部接続端子を備える配線基板１６に前記トランスを搭
載しコア固定ネジ１５で固定し、前記複数の巻線素子の
巻線両端を配線基板に接続して低背型電源トランスを構
成することで、トランスの組み立て工程が簡略化でき、
さらに配線板を使用することで外部端子に至る入出力線
を用意に分離できるため、干渉が低減され高周波雑音の
低減効果を増大させることができる。 配線基板Ａ部の
拡大配線パターン例を図７の平面図に示す。図中の斜線
部Ｐは１次巻線素子の搭載位置を示し、斜線部Ｓは２次
巻線素子の搭載位置を示す。 図は巻線素子を２個直列
接続する配線パターンを示す。配線パターンのランド、
Ｌ１は１次巻線素子の巻線始端の接続部、Ｌ２は１次巻
線素子の巻線終端の接続部を示し、Ｋ１は２次巻線素子
の巻線始端の接続部、Ｋ２は２次巻線素子の巻線終端の
接続部を示す。図８はＡ部の拡大図（側面図）であり、
巻線素子の巻線始端と終端が前記ランドにはんだ付け接
続された状態を、巻線接続部１７に示す。

【００１２】また、図１３の側面透視図に示すように、
金属ケース２４に前記低背型電源トランスを収容し、ト
ランスを構成する図４に示す巻線素子２の巻線外周部
を、金属メッシュ２３を介して金属ケース２４の少なく
とも上部に密着させる。シールド効果を有し、熱の良導
体であり、表面積の大きい金属ケースに、トランスを構
成するそれぞれの巻線素子の巻線外周部を密着させるこ
とにより、巻線の発熱が金属ケースに伝熱され、金属ケ
ースの表面より放熱され、巻線の温度上昇がおさえられ
る。 また、金属メッシュに替えて、銅のような熱伝導
の良い薄い金属板を用いても良い。また、金属枠で構成
される制御盤などに前記トランスが搭載される場合は、
金属ケースの温度が前記金属枠に伝熱されるため、空気
中への放熱が良好になり、巻線素子の温度上昇がより抑
えられる。これにより、トランスの電力容量を増加する
ことができ、同じ定格電力のトランスであれば、さらに
小型化ができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】ボビンに巻線を施した巻線素子
を、ロの字型あるいは日の字型のコアの平行する２辺あ
るいは３辺の磁芯脚のそれぞれに複数個貫通させ結線し
て、１次巻線と２次巻線を形成し、必要に応じて１次巻
線素子と２次巻線素子間に開ループ状の導電薄板を挿入
して静電シールドを施して、単相電源用あるいは３相電
源用の低背型トランスを構成する。

【００１４】また、積層磁性鋼板よりなるロの字型ある
いは日の字型のコアの平行する長辺の磁芯脚の少なくと
も一部に、トランス底面と略直角な積層面を備えさせ
る。また、前記トランスを、外部接続端子を備える配線
基板に搭載し、基板の配線を用いて結線する。さらに、
前記トランスを金属ケースに収容し、巻線素子の巻線外
周にシールド用金属メッシュを挟み込んで金属ケースに
密着するように構成する。

【００１５】

【実施例１】定格電圧が１００Ｖ、電流が５Ａの絶縁ト
ランスを構成するために、図１４の回路図に示す回路構
成を基に、図４に示す材質６６ナイロンのボビン７に、
Φ；０．５５ｍｍのウレタン被服銅線９を４８０ターン
巻回し、その外周に絶縁層８として、厚さ１００μｍの
絶縁テープを巻いて巻線素子を１６個形成した。次に、
図１の斜視図に示すように、磁性鋼板を積層したコアの
長辺のそれぞれに１次巻線素子（Ｐ）と２次巻線素子
（Ｓ）間に、図５に示すシールド板３を挟んで巻線素子
を貫通させた２本の磁心脚の両端に、短辺用の磁性鋼板
を挿入して４隅をネジ締め固定し図１に示す低背型トラ
ンスを構成した。このとき、予めコの字型に形成した積
層コアの、対向する１対の磁心脚に複数の巻線素子を貫
通させてから、磁心脚の１端に、短辺用の磁性鋼板を挿
入してロの字型のコアに形成してもよい。

【００１６】

【実施例２】図９に示すように実施例１と同一の巻線素
子を、磁性鋼板を積層したＥの字型のコアの平行する長
辺３本のそれぞれの磁芯脚に、８個づつの巻線素子２を
貫通させたのち、該３本の磁心脚の開口部に、短辺用の
磁性鋼板を挿入してネジ締め固定して日の字型のコア１
に形成し、３本の磁心脚にそれぞれ貫通された８個の巻
線素子を直列接続して３相用の電源トランスを構成し
た。

【００１７】

【実施例３】定格電圧が２００Ｖ、電流が２．５Ａの絶
縁トランスを構成するために、図１５の回路図に示す回
路構成を基に、実施例１と同一の巻線素子を１６個形成
した。つぎに、図１０に示すように、磁性鋼板の積層面
がコア底面と平行な磁心脚２０と略直角な磁心脚１８
の、２つの積層面を備えて接合された長辺の２本の磁芯
脚に、実施例１と同一の８個の巻線素子を、それぞれ貫
通させたのち、該２本の磁心脚の両端に、短辺用の磁心
脚１９を接合してネジ締め固定し、前記２本の磁心脚に
それぞれ貫通された１６個の巻線素子の２個づつを図１
に示す配列と同様に、１次巻線素子Ｐと２次巻線素子Ｓ
に結線して、図１に示すトランスと同様の低背型トラン
スを構成した。

【００１８】

【実施例４】実施例３と同一定格のトランスを構成する
べく、図１１に示すコアの平行する長辺となる、磁性鋼
板が底面に対して垂直になるよう積層した磁心脚１８の
それぞれに、実施例１と同一の８個の巻線素子を貫通さ
せたのち、底面と平行する積層面になるように積層され
た短辺用の磁心脚１９を接合してから、前記２本の磁心
脚にそれぞれ貫通された２個の巻線素子を一対として、
該一対の巻線素子の同次側が隣接するよう配線された、
外部接続端子を備える配線基板に搭載し、短辺の磁心脚
のそれぞれに図１２に示す基板装着用の取り付け具２２
で前記基板にネジ止め固定し、前記巻線素子の巻線両端
をはんだ接続して、図６に示すトランスと同様の低背型
トランスを構成した。

【００１９】

【実施例５】実施例１で構成したトランスを、図６の平
面図と側面図に示すように外部接続端子１３を備える配
線基板１６に搭載し、図１２に示す基板への固定具２２
でネジ止め固定した。つぎに、その状態を図８のＡ部拡
大図（側面図）に示すように、図７のＡ部基板配線パタ
ーンの平面図に示す接続部に、それぞれの１次巻線素子
の巻き始め端子をランドＬ１に、巻き終わり端子をラン
ドＬ２に、２次巻線素子の巻き始め端子をランドＫ１
に、巻き終わり端子をランドＫ２にはんだ付け接続し
て、図６に示す低背型電源トランスを構成した。

【００２０】

【実施例６】図１３の側面透視図に示すように、実施例
５で構成した低背型トランスを、金属ケース２４の内部
に固定し、図４に示す各巻線素子外周の絶縁層８の外部
に銅線を編んだ金属メッシュ２３を挟んで上ケースを被
せ、加圧状態で下ケースにネジ止め固定して、金属ケー
ス入りの低背型電源トランスを構成した。なお、金属ケ
ースに底面の抜けた１体型のケースを用いて、前記外部
端子を備えた配線基板に搭載したトランスに被せて、前
記金属メッシュに密着して配線基板に固定することもで
きる。また、金属メッシュで巻線の全周を包むことで、
シールド効果と伝熱効果が向上するので、図４の巻線素
子の最外周にシールド層として金属メッシュを巻回して
おくことが好ましい。 さらに、巻線の金属ケースへの
密着個所は、上面のみでなく側面でも可能であり、密着
面積が広いと、伝熱が向上することは言うまでもない。

【００２１】

【発明の効果】トランス巻線を巻線素子に分割すること
で、従来のトランスでは困難であった低背化を実現し、
１次巻線と２次巻線の結合静電容量が小さくでき、さら
に巻線素子の１次、２次間をシールドすることで高周波
雑音の遮断効果が向上した。また、巻線長が短縮でき巻
線抵抗が減少したため、トランス損失が低減でき、さら
に巻線素子の結線を直列または並列に、あるいは直並列
に変えることで、トランスの電力容量、あるいは１次、
２次の定格電圧に対して任意の対応が可能になった。ま
た、金属ケースに収容して各巻線素子の巻線外周の一部
を、ケースの内壁に金属メッシュを挟んで密着させるこ
とで、巻線の発熱の伝熱および放熱が向上し温度上昇が
抑えられる。 これにより、トランスの電力容量を増加
することができる。 あるいは、同じ定格電力のトラン
スの場合は、さらに小型化ができる。

【００２２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトランスの１例を示す。

【図２】従来のトランスの例を示す。

【図３】従来のトランスを低背化した例を示す。

【図４】巻線素子の正面図と断面図を示す。

【図５】シールド板の２連構成の例を示す。

【図６】外部接続端子を備えた配線基板に搭載した状態
の平面図と側面図を示す。

【図７】図６のＡ部基板配線パターンの平面図を示す。

【図８】図６のＡ部へ、巻線素子を基板へ接続した状態
の拡大図（側面図）を示す。

【図９】日の字型のコアを用いた３相電源用トランスを
示す。

【図１０】長辺磁芯脚の１部にトランス底面と略直角な
積層面を備えたコアを示す。

【図１１】長辺と短辺の磁芯脚が略直角な積層面を備え
たコアを示す。

【図１２】磁性体コアの基板への固定状態の例を示す。

【図１３】金属ケースに収容した側面透視図およびＢ部
拡大図を示す。

【図１４】実施例３の回路図を示す。

【図１５】実施例４の回路図を示す。

【符号の説明】

１ 積層コア ２ 巻線素子 ３ シールド板 ４ 従来の２次巻線 ５ 従来の１次巻線 ６ 従来の積層コア ７ ボビン ８ 絶縁層 ９ 銅線 １０ 磁心脚貫通部 １１ 間隙 １２ 接地部 １３ 外部接続端子 １４ 基板固定ネジ １５ コア固定ネジ １６ 配線基板 １７ 巻線接続部 １８ 底面と略直角な積層面を備えた長辺の磁心脚
の１部 １９ 底面と略平行な積層面を備えた短辺の磁心脚 ２０ トランス底面と略平行な積層面を備えた長辺
の１部の磁心脚 ２１ 誘起電流 ２２ 基板への固定具 ２３ 金属メッシュ ２４ 金属ケース Ｐ １次巻線素子 Ｓ ２次巻線素子 Ｌ１ １次巻線素子の巻始め端子の接続ランド Ｌ２ １次巻線素子の巻終り端子の接続ランド Ｋ１ ２次巻線素子の巻始め端子の接続ランド Ｋ２ ２次巻線素子の巻終り端子の接続ランド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 敏一 兵庫県明石市大久保町江井ケ島875−１ 神戸電機産業株式会社内 (72)発明者 森島 毅英 兵庫県明石市大久保町江井ケ島875−１ 神戸電機産業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性体コアがロの字型であり、ボビンに
   巻線を施した巻線素子を、ロの字型コアの対向する１対
   の磁芯脚のそれぞれに複数個貫通させ結線して、１次巻
   線と２次巻線を構成してなる低背型電源トランス。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の低背型電源トランスに
   おいて、巻線素子間が開ループ状の導電体でシールドさ
   れていることを特徴とする低背型電源トランス。
3. 【請求項３】 請求項１および２のいずれかに記載の低
   背型電源トランスにおいて、前記磁性体コアが日の字型
   であり平行する３辺の磁芯脚のそれぞれに複数個の巻線
   素子を貫通させ結線して、１次巻線と２次巻線を構成し
   てなる低背型電源トランス。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の低背型
   電源トランスにおいて、前記磁性体コアが積層磁性鋼板
   よりなり、長辺の磁芯脚の少なくとも１部に、低背型ト
   ランスの底面に対して磁性鋼板が直角に並べて配置され
   たことを特徴とする低背型電源トランス。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の低背型
   電源トランスにおいて、前記低背型電源トランスが外部
   接続端子を備える配線基板に搭載されてなることを特徴
   とする低背型電源トランス。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の低背型
   電源トランスにおいて、前記低背型電源トランスが金属
   ケースに収容され、巻線素子の巻線外周が絶縁層と金属
   メッシュを挟み込んで前記金属ケースに密着しているこ
   とを特徴とする低背型電源トランス。