JP2004186628A

JP2004186628A - トランス

Info

Publication number: JP2004186628A
Application number: JP2002354912A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Ichikawa; 知幸市川; Shinji Ota; 真司太田; Takuya Toyama; 拓哉外山; Tetsuya Suzuki; 哲也鈴木
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2004-07-02
Also published as: US20040108929A1

Abstract

【課題】巻線間の電磁的な結合を良好にし、銅損（負荷損）を低減して、小型化を図ることを課題とする。
【解決手段】複数の巻線１０ｐ１、１０ｐ２、１０ｐ３、１０ｓ１、１０ｓ２を有するコイル部２０と、該コイル部を巻線の配列方向から挟み込む状態で配置される複数のコア２１、２２を備えたトランス１０であって、上記巻線が平角線を環状に重ねて巻くことで形成される環状部２４、２５、２６、２７、２８を有し、上記平角線の両端部２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂがそれぞれ環状部から引き出されており、上記平角線の重ね方向に沿って上記複数の巻線及びコアが配置され、第１のコア２２には突部２２ｃが形成され、該突部を外嵌するように上記環状部が位置され、第２のコア２１の平面部が上記突部と対向して位置し、該平面部と突部の先端との間にギャップ２３が形成され、上記巻線は上記ギャップを囲んだ位置を除く位置に配置される。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は新規なトランスに関する。詳しくは、巻線間の電磁的な結合を良好にし、銅損（負荷損）を低減して、小型化を図るための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メタルハライドランプ等の放電灯の点灯回路には、直流−直流コンバータ、直流−交流インバータ、起動回路を備えた構成が知られており、例えば、直流−直流コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）を構成するスイッチング電源回路の制御方式として、ＰＷＭ（パルス幅変調）方式やＰＦＭ（パルス周波数変調）方式が知られている。
【０００３】
ところで、直流−直流コンバータとしてフライバック型の構成を用いる場合には、変換用トランス（コンバータトランス）が必要とされ、その小型化には、高周波のスイッチング制御に適した構造が要求される。つまり、高周波でスイッチングすることにより電気効率を高めることによって、トランスのサイズが小さくなり、延いては回路装置全体の小型化が可能になる。
【０００４】
ところで、巻線として丸線を用いる場合には、高周波化に伴う表皮効果により、銅損が増加してしまうことや、巻線間での電磁的な結合をとりにくいことが問題となる。
【０００５】
表皮効果については、高周波の電流が導体に流れる場合に、当該電流が導体表面のある限られた範囲にしか流れることができないために、電流路の断面積が実効的に減少してしまう現象であり、丸線の場合には、巻線の体積に比べて電流の実質的な体積を充分に確保することができず、銅損が増加する。
【０００６】
また、一般に結合が良好とされる、交互重ね配置（所謂サンドイッチ巻き）のトランスでは、コイルボビンを構成する円筒状の部分に対して、各巻線を順次に巻き付けた構造を有するが、高周波用途の場合、インダクタンス値を小さくするために巻線の巻き数が少なく、よって、丸線を使用したのでは、一次巻線と二次巻線との間の電磁的な結合が悪化してしまう（これは、一方の巻線ピッチに対して他方の巻線ピッチが大きくなり、両巻線の間に空隙が生じることによる。）。
【０００７】
そこで、上記問題を解消するものとして、平角線をエッジワイズ巻きした巻線を使用したトランスが提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
平角線は断面形状が長方形であるため、巻線断面積を大きく取ることができ、表皮効果に起因する高周波での抵抗値を低くすることができる。また、平角線の各積層間に不要な隙間が少なく、小型化に有利である。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１２６８９５号公報（図５、図６）
【特許文献２】
特許第２９７３５１４号公報（図２、第６欄３９〜４１行目）
【特許文献３】
特許第２７９１８１７号公報（図１、図３、図２６）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来にあっては、折角、巻線に平角線をエッジワイズ巻きしたものを使用して、丸線を使用した場合の問題を解消したにも拘わらず、構造上の問題から、より一層の効率化が不能であり、そのため、トランスの小型化が困難であった。
【００１１】
すなわち、従来のトランスは、特許文献１、２、３に示されるように、コアの中央磁脚の周囲に巻線が巻かれると共に、中央磁脚の中間にギャップが位置する構造を有している。そのため、一次巻線と２次巻線との間の電磁的な結合が悪いという問題がある。また、ギャップを取り巻くように位置している巻線において銅損が著しいという問題もある。
【００１２】
例えば、上記したメタルハライドランプ等の放電灯の点灯回路、特に、自動車用のメタルハライドランプの点灯回路における直流−直流コンバータにあっては、一次電流が二次電流に比べて極めて大きいので、図１７に示すように、一次巻線をＮＰ１、ＮＰ２と電流分割型とし、図１６に示すように、２つの一次巻線ＮＰ１、ＮＰ２によって二次巻線ＮＳをサンドイッチする構造にすることによって、一次巻線ＮＰ１、ＮＰ２と二次巻線ＮＳと間の電磁的な結合を良好にすることができる。
【００１３】
ところが、上記した従来のトランスのように、コアａ、ｂの中央磁脚ｃ、ｄ間にギャップｅがあると、上記したように、高周波用途の場合には、インダクタンス値を小さくするために巻線の巻き数が少ないため、二次巻線ＮＳがすべてギャップｅの周りに位置することになり、一次巻線ＮＰ１、ＮＰ２と二次巻線ＮＳとの間の電磁的な結合が悪くなり、また、二次巻線ＮＰにおける銅損も著しい。
【００１４】
そこで、本発明は、巻線間の電磁的な結合を良好にし、銅損（負荷損）を低減して、小型化を図ることを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明トランスは、上記した課題を解決するために、巻線が平角線を環状に重ねて巻くことで形成される環状部を有し、上記平角線の両端部がそれぞれ環状部から引き出されており、上記平角線の重ね方向に沿って上記複数の巻線及びコアが配置され、第１のコアには突部が形成され、該突部を外嵌するように上記環状部が位置され、第２のコアの平面部が上記突部と対向して位置し、該平面部と突部の先端との間にギャップが形成され、上記巻線は上記ギャップを囲んだ位置を除く位置に配置されるようにしたものである。
【００１６】
従って、本発明トランスにあっては、ギャップを囲んだ位置には巻線が位置しないので、ギャップにおける漏れ磁束の影響による銅損がなく、かつ、一次巻線と二次巻線との間の電磁的な結合が良くなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明トランスの実施の形態について添付図面を参照して説明する。なお、本発明にかかるトランスは、放電灯、特に、自動車用前照灯の光源として使用される放電灯、例えば、メタルハライドランプの点灯回路の直流−直流コンバータに使用されるものとして好適であり、そのような放電灯点灯回路の一例を図１に示す。
【００１８】
点灯回路１は、直流電源２、直流−直流コンバータ３、直流−交流インバータ４、起動回路５と、放電灯６の点灯制御を行う制御部７を備えている。
【００１９】
直流−直流コンバータ３は、直流電源２からの入力電圧を受けて所望の直流電圧に変換するものであり、本例では、フライバック式ＤＣ−ＤＣコンバータが用いられている。
【００２０】
つまり、直流電源２の正極側に接続された点灯スイッチ８を介して供給される直流入力電圧が、インダクタ９を介してトランス１０の一次側に供給されるようになっており、当該トランス１０の一次巻線１０ｐに接続されたスイッチング素子１１及び当該トランス１０の二次巻線１０ｓ側に設けられた整流平滑回路１２を用いて、直流−直流コンバータ３が構成されている。
【００２１】
尚、このトランス１０に対して本発明が適用される。図には、トランス１０の各巻線１０ｐ、１０ｓに対して黒丸印を付すことで、それらの巻き始めを明示している（巻線の極性を示す。）。
【００２２】
図示のように、一次巻線１０ｐの巻き始端側端子にはインダクタ９及びコンデンサ１３が接続され、当該一次巻線１０ｐの巻き終端側端子には、二次巻線１０ｓの一端（巻き始端側の端子）が接続されるとともに、スイッチング素子１１が接続されている。尚、スイッチング素子１１には制御部７からの信号が供給されるようになっており、本例では、ＮチャンネルＭＯＳ形ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を用いている（当該ＦＥＴのドレインが巻線１０ｐ、１０ｓの一端に接続され、そのソースが接地されていて、ゲートに制御信号が供給されてオン／オフ制御される。）。
【００２３】
尚、コンデンサ１４は、その一端が、インダクタ９のうち点灯スイッチ８側の端子に接続され、他端が接地されている。
【００２４】
トランス１０の二次側には、上記整流平滑回路１２を構成する、整流ダイオード１５及び平滑コンデンサ１６が設けられている。つまり、トランス１０の二次巻線１０ｓの巻き終端側端子が整流ダイオード１５のアノードに接続され、当該ダイオード１５のカソードがコンデンサ１６の一端に接続されている。尚、コンデンサ１６の他端は接地されている。
【００２５】
直流−直流コンバータ３の後段に配置された回路１７は、放電灯６の点灯初期において点灯状態の安定化のために設けられるものであり、本例では抵抗とコンデンサとの直列回路と、当該抵抗に対して、ダイオード及び抵抗からなる回路を並列に接続した構成とされる。
【００２６】
直流−交流インバータ４は、直流−直流コンバータ３の出力電圧を交流電圧に変換した後で起動回路５を介して放電灯６に供給するために設けられている。
【００２７】
起動回路（いわゆるスタータ）５は、放電灯６に対する起動用の高電圧パルス信号（起動用パルス）を発生させて当該放電灯に起動をかけるために設けられており、当該信号は直流−交流インバータ４の出力する交流電圧に重畳されて放電灯６に印加される。
【００２８】
制御部７は、放電灯６にかかる電圧や放電灯６に流れる電流又はそれらに相当する電圧や電流についての検出信号を受けて放電灯６に投入する電力を制御するとともに直流−直流コンバータ３の出力を制御するものである。例えば、直流−直流コンバータ３の出力電圧や電流に係る検出信号を受けて、放電灯６の状態に応じた供給電力を制御するために、直流−直流コンバータ３のスイッチング素子１１に対して制御信号を送出して、その出力電圧を制御する（スイッチング制御方式としては、ＰＷＭ方式、ＰＦＭ方式等が知られている。）。また、直流−交流インバータ４の駆動回路１８、１９に信号を送って、ブリッジ（本例ではフルブリッジ）の動作制御を行ったり、放電灯の点灯前に当該放電灯への供給電圧をあるレベルまで高めることで、放電灯の点灯を確実にするための出力制御等を行うことも制御部７の役目である。
【００２９】
ところで、直流−直流コンバータ３を構成するトランス１０の小型化には、スイッチング素子１１について高い周波数（例えば、３００乃至５００キロへルツ程度）でのスイッチング制御が必要である。なお、自動車用の照明手段として放電灯の点灯回路１を用いる場合には、スイッチング周波数をラジオ周波数帯から除外することがノイズ対策として必要とされ、例えば、ＬＷ帯（１５０〜２８０ｋＨｚ）、ＡＭ帯（５００〜１７００ｋＨｚ）に配慮して、両周波数帯の間に位置する、３００乃至５００ｋＨｚの範囲がスイッチング周波数帯として好ましい。
【００３０】
トランスの巻線に、丸線（断面形状が円形）を用いたのでは、前記したように、表皮効果に起因する、電流路の実効断面積の減少が問題となり、これが銅損の増加原因となって電気効率を低下させる。
【００３１】
そこで、本発明では、トランス１０の各巻線について、平角線を用いており、図２に示すように、長方形断面において外表面から表皮厚δ程度の範囲に電流が流れ、当該範囲よりも内部（図の破線の矩形枠内）では電流が殆ど流れないが、全断面積に対して、電流路として無効な範囲の占める割合が丸線の場合よりも小さい。
【００３２】
また、平角線を用いて環状に重ねて巻くようにし、所謂エッジワイズ巻き（あるいは平打ち巻き）の形態を採ることにより、銅損を抑えつつ、必要最小限のサイズをもってトランスを構成することが可能である。例えば、銅線の場合には、周波数を３００〜５００ｋＨｚとした場合、表皮厚δが約０．１ｍｍ（ミリメートル）となるので、平角線の厚みとして最適な値は、０．２ｍｍ程度までである。尚、上記したように高周波用途では、巻き数が少ないので、巻線全体の厚みがそれ程大きくはならない。
【００３３】
尚、平角線を用いることでトランスの小型化が可能になる要因の一つには、線積率の向上が挙げられる。つまり、丸線では円形断面形状であるため、不必要な隙間が生じてしまい、また、巻線にはボビンが必要になる。これに対して、平角線では、四角形の断面形状であるため、巻線間に無駄な隙間が殆ど生じないので空間の利用率が高く、また、巻線の断面積を大きくとることができるので、低い抵抗値となる。
【００３４】
図３乃至図５は、トランス１０の第１の実施の形態を示すものである。
【００３５】
この実施の形態では、トランス１０の一次巻線が３つの巻線１０ｐ１、１０ｐ２、１０ｐ３から成り、各巻線が並列に接続された構成、すなわち、電流分割された構成を有する。また、二次巻線は２つの巻線１０ｓ１、１０ｓ２が直列に接続された構成、すなわち、電圧分割された構成を有する。
【００３６】
上記の点灯回路１を、例えば、自動車用灯具の光源（放電灯）に対して用いる場合には、直流−直流コンバータ３におけるトランス１０の一次電流が二次電流に比べて極めて大きいので、一次巻線及び二次巻線を複数に分割して、一次巻線の間に、二次巻線を挟み込んだ構造を採用すると、一次巻線と二次巻線との間の結合を高める上で有効である。
【００３７】
図４及び図５に示すように、複数の巻線（１０ｐ１、１０ｐ２、１０ｐ３、１０ｓ１、１０ｓ２）を含むコイル部２０は、２つのコア２１、２２によって挟み込まれた状態で配置される。
【００３８】
コア２１、２２がフェライトコアであり、上側のコア２１は板状をしている。また、下側のコア２２は板状をした下面部２２ａと該下面部２２ａの両端から上方へ突出した外脚部２２ｂ、２２ｂと、下面部２２ａの中央部から上方へ突出した突部（中央磁脚）２２ｃとが一体に形成されて成る。コア２１とコア２２の下面部２２ａとは共に同じ形状をしている。すなわち、平面形状で矩形をした板の長手方向に沿う側面が側方対称になるようにほぼ「く」字状に形成され、これによってコア２１及びコア２２の下面部２２ａは中央部でくびれた形状を為す。
【００３９】
下側のコア２２に形成された中央磁脚２２ｃの長さは、外脚部２２ｂの長さより僅かに短くなっている。
【００４０】
コア２２の外脚部２２ｂ、２２ｂの内面２２ｂ′、２２ｂ′同士は互いに平行な平面とされている。
【００４１】
そして、上記２つのコア２１、２２を互いに向き合わせた状態で両者の間に形成される空間に、コイル部２０が配置される。
【００４２】
上記上側のコア２１の下面と下側のコア２２の外脚部２２ｂ、２２ｂの上面とが突き合わされた状態で結合される。このように２つのコア２１、２２が結合されると、下側のコア２２の中央磁脚２２ｃの上端面２２ｃ′は上側コア２１の下面２１ａと僅かな間隙２３を介して対向される。そして、この下側コア２２の中央磁脚２２ｃの上端面２２ｃ′と上側コア２１の下面２１ａとの間にできる間隙２３が２つのコア２１、２２から成る磁気回路の磁気ギャップとなる。
【００４３】
コイル部２０は中央磁脚２２ｃに外嵌された状態で位置される。
【００４４】
コイル部２０は、平角線を用いた各巻線と、巻線同士の間や、巻線とコアとの間に配置された絶縁部材を備えている。
【００４５】
各巻線１０ｐ１、１０ｐ２、１０ｐ３、１０ｓ１、１０ｓ２は、いずれもエッジワイズ巻線とされ、平角線を環状に重ねて巻くことで形成される環状部２４、２５、２６、２７、２８とこれら環状部２４、２５、２６、２７、２８から引き出された接続用端子２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂを有する。そして、一次巻線１０ｐ１、１０ｐ２、１０ｐ３の接続用端子２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂは同じ方向に引き出されており、また、二次巻線１０ｓ１、１０ｓ２の一方の接続用端子２７ａ、２８ａは一次巻線の接続用端子の引き出し方向と反対の方向で、且つ、巻線の重ね方向から見て互いに離間した状態で引き出され、他方の接続用端子（中点端子）２７ｂ、２８ｂは一次巻線の接続用端子と同じ方向で、且つ、巻線の重ね方向から見て接続用端子２４ａ、２５ａ、２６ａと２４ｂ、２５ｂ、２６ｂとの間で互いに重なるように引き出されている。
【００４６】
そして、これら巻線１０ｐ１、１０ｐ２、１０ｐ３、１０ｓ１、１０ｓ２は上から下へ、１０ｐ１、１０ｓ１、１０ｐ２、１０ｓ２、１０ｐ３の順に重ねられて配置される。そして、一番上の一次巻線１０ｐ１と上側コア２１との間にはスペーサー２９が、一次巻線１０ｐ１と二次巻線１０ｓ１との間にはスペーサー３０が、二次巻線１０ｓ１と一次巻線１０ｐ２との間にスペーサー３１が、一次巻線１０ｐ２と二次巻線１０ｓ２との間にスペーサー３２が、二次巻線１０ｓ２と一次巻線１０ｐ３との間にはスペーサー３３が、それぞれ位置されている。これらのスペーサーはいずれも絶縁用スペーサーであり、その形状は矩形の板状をなし、円形の挿通孔２９ａ、３０ａ、３１ａ、３２ａ、３３ａがそれぞれに形成されている。さらに、巻線の間に位置されるスペーサー３０、３１、３２、３３の上下両面には巻線１０ｐ１、１０ｓ１、１０ｐ２、１０ｓ２、１０ｐ３を受け入れるための凹部３０ｂ、３０ｂ、３１ｂ、３１ｂ、３２ｂ、３２ｂ、３３ｂ、３３ｂが形成されており、これら凹部によって各巻線１０ｐ１、１０ｓ１、１０ｐ２、１０ｓ２、１０ｐ３相互の間隔が可能な限り小さくなるようにしてある。また、スペーサー２９の厚みは上記磁気ギャップ２３と同じか又は磁気ギャップ２３より大きくなっており、これによって、磁気ギャップ２３に対応した位置には巻線（１０ｐ１）が位置しないようになっている。これによって、巻線（１０ｐ１）が磁気ギャップ２３に対応して位置した場合に生じる銅損を抑制することができる。
【００４７】
台座３４は下側コア２２とコイル部２０との間を絶縁すると共に、各巻線を回路に接続するためのものであり、絶縁材料によって形成されている。台座３４は、矩形の板状をしたベース板３５の長手方向における一端に３個設けられた足部、３６、３７、３８及び他端に２個設けられた足部３９、４０とが一体に形成されて成る。また、ベース板３５の中央部には円形の挿通孔３５ａが形成されている。上記足部３６、３７、３８、３９、４０はベース板３５より上下にそれぞれ突出しており、下方への突出量は上記下側コア２２の下面部２２ａの厚さよりも若干多くして、下面部２２ａの下面が図示しないプリント基板と接触しないようにしている。なお、下面部２２ａの下面とプリント基板との間には接着材が介在され、該接着材によってトランス１０がプリント基板に固定される。台座３４の上記足部３６〜４０に各別に端子部材４１、４２、４３、４４、４５が設けられている。端子部材４１〜４５は導電性の線材で形成されており、中間部分が上記足部３６〜４０を上下に貫通した状態で埋設状に支持されており、これら足部の上面より突出した部分４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ、４５ａが各足部３６、３７、３８、３９、４０の上面に沿うようにＬ字状に折り曲げられて接続端とされている。また、端子部材４１、４２、４４、４５の足部３６、３７、３９、４０の下面から突出した部分４１ｂ、４２ｂ、４４ｂ、４５ｂはそれぞれ外側、すなわち、４１ｂ、４２ｂと４４ｂ、４５ｂとがそれぞれ反対側に突出するように折り曲げられて取出端子とされている。なお、端子部材４１、４２は足部３６、３７の互いに反対側に位置した側面寄りの部分を上下に貫通され、端子部材４４、４５は足部３９、４０の互いに対面した側の側面寄りの部分を上下に貫通されている。そのため、取出端子４１ｂ、４２ｂ間の間隔の方が取出端子４４ｂ、４５ｂ間の間隔より大きくなっており、これによって、一次側取出端子４１ｂ、４２ｂと二次側取出端子４４ｂ、４５ｂを目視によって簡単に見分けることができるようになっている。
【００４８】
そして、台座３４が下側コア２２の中央の括れた部分を跨ぐようにして下側コア２２に上に重ねられる。この時、下側コア２２に形成された中央磁脚２２ｃは台座３４の挿通孔３５ａに挿通される。さらに、台座３４のベース板３５の上に一次巻線１０ｐ３、スペーサー３３、二次巻線１０ｓ２、スペーサー３２、一次巻線１０ｐ２、スペーサー３１、二次巻線１０ｓ１、スペーサー３０、一次巻線１０ｐ１、スペーサー２９の順に重ねられる。最後に、上側コア２１がスペーサー２９の上に重ねられる。この時、一巻線１０ｐ１、１０ｐ２、１０ｐ３の接続用端子２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂは台座３４に設けられた端子部材４１、４２の接続端４１ａ、４２ａの側に突出され、２４ａ、２５ａ、２６ａが重ねられた状態で端子部材４１の接続端４１ａと足部３６の上面との間に挟まれて仮止めされ、接続用端子２４ｂ、２５ｂ、２６ｂが重ねられた状態で端子部材４２の接続端４２ａと足部３７の上面との間に挟まれて仮止めされる。また、二次巻線１０ｓ１、１０ｓ２の接続用端子２７ｂ、２８ｂは一次巻線の接続用端子と同じ側に突出され、且つ、２７ｂと２８ｂとが重ねられた状態で端子部材４３の接続端４３ａと足部３８の上面との間に挟まれて仮止めされる。さらに、二次巻線１０ｓ１の接続用端子２７ａと二次巻線１０ｓ２の接続用端子２８ａは一次巻線の接続用端子とは反対側に、且つ、複数の巻線の重ね方向に見て互いに離間した状態で突出され、接続用端子２７ａは端子部材４４の接続端４４ａと足部３９の上面との間に挟まれて仮止めされ、接続用端子２８ａは端子部材４５の接続端４５ａと足部４０の上面との間に挟まれて仮止めされる。具体的には、上記接続端４１ａ〜４５ａは当初真っ直ぐに上方に延びた状態とされており、巻線の接続用端子を足部の上面に載置した状態で、上記接続端を足部の上面側に折り曲げることによって、接続端４１ａ〜４５ａの形状がほぼＬ字状になる。なお、コア２２の外脚部２２ｂ、２２ｂの内面２２ｂ′、２２ｂ′が直線平行を為すように形成されているので、各巻線１０ｐ１、１０ｐ２、１０ｐ３、１０ｓ１、１０ｓ２の接続用端子２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２８ａを側方へ無理なく取り出すことができる。
【００４９】
なお、上記接続用端子と接続端との最終的な接続は、例えば、半田ディップ等によって成される。
【００５０】
最後に、スペーサー２９の上に上側コア２１が重ねられて、トランス１０が形成される。
【００５１】
上記したトランス１０にあっては、磁気回路のギャップ２３に対応した箇所に巻線が位置していないので、巻線での銅損が抑制されると共に一次巻線１０ｐ１、１０ｐ２、１０ｐ３と二次巻線１０ｓ１、１０ｓ２との間の電磁的結合が良好になり、この結果、放電灯点灯回路の直流−直流コンバータに使用するトランスとして好適なものとなる。
【００５２】
また、各巻線１０ｐ１、１０ｐ２、１０ｐ３、１０ｓ１、１０ｓ２は平角線をエッジワイズ巻きして形成されるので、電気的効率が良好であり、そのため、トランス１０を小型化することができる。
【００５３】
図６乃至図９に本発明トランスの第２の実施の形態を示す。なお、この第２の実施の形態が上記した第１の実施の形態と異なるのは、下側コア２２Ａに形成される中央磁脚２２ｃの先端部の形状のみであり、その他の部分は第１の実施の形態におけると同様であるので、該異なる部分についてのみ詳細に説明し、その他の部分については図示及び／又は説明を省略する。なお、図示した場合は、第１の実施の形態におけると同様の部分には第１の実施の形態における同様の部分に付した符号と同じ符号を付す。
【００５４】
このトランス１０Ａにおいて下側コア２２Ａの中央磁脚２２ｃの先端部には該先端部が先細りになるようにテーパー面２２ｄが形成されていて、それによって先端部の断面積が先端面に行くに従って徐々に小さくなるようにされている。そして、２つのコア２１、２２Ａが上下で結合されることにより、上側コア２１の下面と中央磁脚２２ｃの上端面２２ｃ′との間にギャップ２３Ａが形成される。
【００５５】
この第２の実施の形態にかかるトランス１０Ａにあっては、中央磁脚２２ｃの先端部にテーパー面２２ｄが設けられているため、直流重畳特性が放電灯の点灯回路に用いるものとして好ましいものとなる。
【００５６】
放電灯は起動直後のインピーダンスが低い状態で大きな電力を必要とし、完全に起動して負荷が安定している状態ではインピーダンスが高く供給電力が小さくなる。そのため、起動直後にはトランスの磁気飽和を防ぎつつ、負荷安定時の効率を高めることが必要である。
【００５７】
上記トランス１０の直流重畳特性を図９に示す。図９及び図１０は横軸に一次側の電流を縦軸に一次インダクタンスを取って、その相関を示すグラフ図である。
【００５８】
平面同士が対向して形成するギャップを有するトランスにあっては、図１０に示すように、４０Ａ（アンペア）近辺から５０Ａ近辺にかけて急激に磁気飽和が生じてしまい、安定した起動動作を期待することができないと言う問題があった。
【００５９】
それに対し、上記トランス１０Ａにあっては、図９から分かるように、１〜１５Ａ（アンペア）付近（「ロ」の位置）までの範囲（「イ」の領域）で十分に高い一次インダクタンスを示し、「ロ」から７０Ａ付近（「ニ」の位置）で急激に磁気飽和が生じるまでの間（「ハ」の領域）緩やかに一次インダクタンスが低下してゆく。そのため、４０Ａを越えるところまで使用する起動直後でも磁気飽和を生じることなく、十分にその機能を果たすことができる。
【００６０】
次に、中央磁脚２２ｃの先端部の各部の寸法精度について図８を参照して説明する。中央磁脚２２ｃの上端面２２ｃ′と上側コア２１との間の間隔が上記「イ」の領域でのインダクタンスを決めることになるので、高い精度が必要となる部分である。そのため、この中央磁脚２２ｃの長さと外脚部２２ｂ、２２ｂの長さとの差が精確に規定される必要がある部分である。上端面２２ｃ′とテーパー面２２ｄとの間の境界部２２ｅは上記「ロ」の境界点を決める部分であり、該境界点「ロ」は定常動作のピーク電流以上であればよいので、高い精度は要求されない部分である。テーパー面２２ｄは上記「ハ」の領域の傾きを決める部分であり、そして、「ハ」の領域は起動直後のウォームアップで使用される領域であるので、ある値以上のインダクタンスがあればよい領域であり、高い精度は要求されない部分である。テーパー面２２ｄの下端２２ｆは上記「ニ」の位置を決める部分であり、「ニ」の部分は最終的にコアが飽和するポイントであるが、上記「ハ」の領域で緩やかにインダクタンスが下がるため、実用領域に比較して極めて大きな電流値となっているはずであり、従って、この部分２２ｆは高い精度を要求されない。
【００６１】
上記した下側コア２２Ａの形成は、テーパー面２２ｄも含めて金型で成形した後に焼結して形成し、中央磁脚２２ｃの上端面２２ｃ′を切削によって精度を出し、所望の間隔のギャップ２３を構成できるようにする。このような製造をすることによって、上記したように、精度を要求される中央磁脚２２ｃの上端面２２ｃ′を高精度に形成することができ、高い精度を要求されない部分、すなわち、テーパー面２２ｄの傾斜等、部分２２ｅ、２２ｆの位置に関しては金型成形と焼結によって形成したままとして、コストと精度のバランスを取り、低コストでコア２２Ａを形成することができる。
【００６２】
なお、図１１はこの第２の実施の形態における下側コア（中央磁脚を有する）の変形例を示すものである。
【００６３】
下側コア２２Ｂは中央磁脚の先端形状を除いて上記コア２２Ａと同じである。従って、上記コア２２Ａにおけると同様の部分にはコア２２Ａにおける同様の部分に付した符号と同じ符号を付して説明は省略する。
【００６４】
コア２２Ｂの中央磁脚４６はほぼ円柱状を成し、上端部に互いに反対側に位置する２つの傾斜面４６ａ、４６ａが形成され、これら傾斜面４６ａ、４６ａの上端間に帯状の平面４６ｂが形成されている。上記傾斜面４６ａ、４６ａは外脚部２２ｂ、２２ｂの配列方向に沿って並ぶように形成されており、下面部２２ａ側に行くに従って外脚部２２ｂ、２２ｂ側に変位していく傾斜を有している。
【００６５】
上記した下側コア２２Ｂが上記第１及び第２の実施の形態において用いた上側コア２１と同様のコアと上下で結合されて磁気回路が形成される。そして、上下のコアの間に形成された空間に第１及び第２の実施の形態において用いたと同様のコイル部２０が配置されてトランスが構成される。
【００６６】
そして、上記コア２２Ｂを使用したトランスにあっても上記第２の実施の形態に係るトランス１０Ａと同様に、直流重畳特性が放電灯点灯回路の直流−直流コンバータに用いるトランスとして好適なものとなる。
【００６７】
なお、直流−直流コンバータを高速スイッチングした場合、トランス１０のインダクタンスが小さくなる（スイッチング周波数が５００ＫＨＺ（キロヘルツ）で一次インダクタンスが１〜２μＨ（マイクロヘンリー））。このように一次インダクタンスが微少となるため、図１に破線矢印で示す経路をできるだけ短くすることが必要である。もし、この経路が長いと、配線による浮遊インダクタンスにより、トランス１０において一次側から二次側へのエネルギー伝達効率が低下する。そのために考えられた配線基板における配置例を図１２に示す。
【００６８】
図１２においては基板は示しておらず、配線用導体と電子部品のみを示している。配線用導体は斜線を付して示してあり、全部で５つの配線用導体４７、４８、４９、５０、５１を備える。配線用導体４７はほぼＬ字状を成し、コンデンサ１３と１６の間を接続しており、コンデンサ１３との接続端子の近くにスイッチング素子１１のソースを接続する端子部４７ａを備えている。そして、端子部４７ａの右側に隣接して形成された端子部４７ｂにコンデンサ１３が接続され、左右に延びる部分の右端に形成された端子部４７ｃにコンデンサ１６が接続される。配線用導体４７の左右方向に延びる部分の右隣に並んでコンデンサ１６とダイオード１５のカソードとの間を接続する配線用導体４８が配置されている。配線用導体４７の左右に延びる部分と配線用導体４８の直ぐ上に一次巻線１０ｐの一方の取出端子と二次巻線１０ｓの一方の取出端子をスイッチング素子１１のドレインに接続する配線用導体４９が左右方向に延びるように配置され、左端の端子部４９ａにスイッチング素子１１のドレインが接続され、右端の端子部４９ｂに二次巻線１０ｓの一方の取出端子が接続され、端子部４９ａの右側に形成された端子部４９ｃに一次巻線１０ｐの一方の取出端子が接続される。配線用導体４７の上下方向に延びる部分の直ぐ上に左右方向に短く延びる配線用導体５０が配置され、該配線用導体５０によってコンデンサ１３と一次巻線１０ｐの他方の取出端子との間が接続される。配線用導体４９の右端のほぼ上方には右下がりに傾斜した配線用導体５１が配置されており、該配線用導体５１によって二次巻線１０ｓの他方の取出端子とダイオード１５のアノードとが接続されている。
【００６９】
図１２に示す配置とすることによって、図１に破線矢印で示した経路を短く構成することができ、該経路の配線による浮遊インダクタンスを小さくすることができる。そのため、トランス１０の一次巻線１０ｐの取出端子間の間隔を小さくすることが大切であり、そのような取出端子の構成としたトランス１０Ｃを第３の実施の形態として図１３乃至図１５に示す。
【００７０】
この第３の実施の形態に係るトランス１０Ｃは第１の実施の形態に係るトランス１０における二次巻線の形状を変え、且つ、一次巻線１０ｐ１、１０ｐ２、１０ｐ３の接続用端子２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂの引出方向を反対にしたものであり、その他の構成は第１の実施の形態に係るトランス１０と同じであるので、主として上記した異なる点に関する部分ついて説明し、その他の部分については説明を省略する。
【００７１】
該トランス１０Ｃの二次巻線１０ｓ１、１０ｓ２は平角線をエッジワイズ巻きして成る環状部５２、５３と該環状部５２、５３から側方へ引き出された接続用端子５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂを有する。接続用端子５２ａ、５３ａは取出用の端子であり、接続用端子５２ａは台座３４の端子部材４１の方へ突出され、接続用端子５３ａは端子部材４２の方へ突出されている。また、接続用端子５２ｂ、５３ｂは互いに接続される中点端子であり、それぞれ端子部材４３をめがけて接続用端子５２ａ、５３ａの先端方向へ斜めに突出されている。
【００７２】
そして、台座３４の上に一巻線１０ｐ３、スペーサー３３、二次巻線１０ｓ２、スペーサー３２、一次巻線１０ｐ２、スペーサー３１、二次巻線１０ｓ１、スペーサー３０、一次巻線１０ｐ１、スペーサー２９の順に積み重ねられて、コイル部２０Ｃが構成され、該コイル部２０Ｃが２つのコア２１と２２との間に配置される。
【００７３】
そして、一次巻線の一方の接続用端子２４ａ、２５ａ、２６ａの先端部が重ねられて端子部材４５の接続端４５ａと台座３４の足部４０の上面との間に挟持され、一次巻線の他方の接続用端子２４ｂ、２５ｂ、２６ｂの先端部が重ねられて端子部材４４の接続端４４ａと足部３９の上面との間に挟持される。また、二次巻線の接続用端子（中間）５２ｂ、５３ｂの先端が重ねられて端子部材４３の接続端４３ａと足部３８の上面との間に挟持され、一方の二次巻線１０ｓ１の接続用端子５２ａの先端部が端子部材４１の接続端４１ａと足部３６の上面との間に挟持され、他方の二次巻線１０ｓ２の接続用端子５３ａが端子部材４２の接続端４２ａと足部３７の上面との間に挟持される。そして、上記巻線の各接続用端子は端子部材の各接続端に半田ディップ等により最終的に接続される。
【００７４】
上記した構成により、一次巻線１０ｐ１、１０ｐ２、１０ｐ３の各接続用端子２４ａ、２５ａ、２６ａと２４ｂ、２５ｂ、２６ｂとは端子間間隔が狭い取出端子４４ｂと４５ｂに取り出される。そして、トランス１０Ｃの各取出端子は図１２に示す回路の配線用導体４９、５０、５１に接続される。すなわち、一次巻線側の取出端子４４ｂ、４５ｂのうち４４ｂは配線用導体４９の端子部４９ｃに接続され、４５ｂは配線用導体５０の右端部に接続される。また、二次巻線側の取出端子４１ｂ、４２ｂのうち４１ｂは配線用導体４９の端子部４９ｂに接続され、４２ｂは配線用導体５１の左端部に接続される。
【００７５】
上記したように、図１２に示す配線と第３の実施の形態に係るトランス１０Ｃを使用することにより、放電灯点灯回路における直流−直流コンバータにおける各部品を最短の経路によって配線することができる。
【００７６】
なお、トランス１０Ｃの下側コア２２の下面部２２ａの下面と上記配線用導体４７、４８、４９、５０、５１が形成されたプリント基板５４との間には接着材５５が介在され（図１５参照）、該接着材５５によってトランス１０Ｃがプリント基板５４に固定される。
【００７７】
なお、上記した各実施の形態及び変形例に示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【００７８】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように、本発明トランスは、複数の巻線を有するコイル部と、該コイル部を巻線の配列方向から挟み込む状態で配置される複数のコアを備えたトランスであって、上記巻線が平角線を環状に重ねて巻くことで形成される環状部を有し、上記平角線の両端部がそれぞれ環状部から引き出されており、上記平角線の重ね方向に沿って上記複数の巻線及びコアが配置され、第１のコアには突部が形成され、該突部を外嵌するように上記環状部が位置され、第２のコアの平面部が上記突部と対向して位置し、該平面部と突部の先端との間にギャップが形成され、上記巻線は上記ギャップを囲んだ位置を除く位置に配置されることを特徴とする。
【００７９】
従って、本発明トランスにあっては、ギャップを囲んだ位置には巻線が位置しないので、ギャップにおける漏れ磁束の影響による銅損がなく、かつ、一次巻線と二次巻線との間の電磁的な結合が良くなる。
【００８０】
請求項２に記載した発明にあっては、上記突部の先端部に傾斜面が形成されて、該突部の断面積が先端部において先端面に行くに従って徐々に小さくなるようにされたので、一次電流の所定の値までは高い一次インダクタンスを示し、該電流値以上の電流値では磁気飽和を起こすまでの間一次インダクタンスがなだらかに減少してゆく直流重畳特性を示し、放電灯の起動直後に要求される一次インダクタンスと高い一次電流を確保することができる。
【００８１】
また、傾斜面の形成までは型成形によって成し、その後切削によってギャップを形成するための平面を形成することによって、必要な精度を保ちつつ所定の形状を有するコアを安価に製造することができる。
【００８２】
請求項３に記載した発明にあっては、一次巻線の取出端子間の幅と二次巻線の取出端子間の幅を異ならせたので、一次側と二次側の取出端子を目視によって見分けることができ、トランスの組付時に、一次側取出端子と二次側取出端子とを取り違える、いわゆる、誤組付を防止することができる。
【００８３】
請求項４に記載した発明にあっては、上記第１のコアには上記コイル部の一部を外周側から覆うと共にコイル部を挟んで反対側に位置する２つの外脚部を有し、該２つの外脚部の互いに対向した面が直線平行を為すように形成されたので、巻線の接続用端子を外脚部に平行に取り出すことができ、トランスの設計が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるトランスが適用される回路の一例としての放電灯点灯回路の構成例を示す図である。
【図２】平角線の断面を示す拡大図である。
【図３】図４及び図５と共に本発明トランスの第１の実施の形態を示すものであり、本図は回路図である。
【図４】分解斜視図である。
【図５】縦断面図である。
【図６】図７乃至図９と共に本発明トランスの第２の実施の形態を示すものであり、本図は縦断面図である。
【図７】コアの分解斜視図である。
【図８】中央磁脚の先端部の拡大断面図である。
【図９】本発明にかかるトランスの直流重畳特性を示すグラフ図である。
【図１０】比較例のトランスの直流重畳特性を示すグラフ図である。
【図１１】第２の実施の形態における下側コアの変形例を示す斜視図である。
【図１２】一次側の浮遊インダクタンスを減少させる直流−直流コンバータ用の配線基板における配置の改良例を示す平面図である。
【図１３】図１４及び図１５と共に本発明トランスの第３の実施の形態を示すものであり、本図は分解斜視図である。
【図１４】平面図である
【図１５】側面図である。
【図１６】従来のトランスの一例を示す縦断面図である。
【図１７】図１６に示すトランスの回路を示す図である。
【符号の説明】
１０…トランス、１０ｐ１…一次巻線、１０ｐ２…一次巻線、１０ｐ３…一次巻線、１０ｓ１…二次巻線、１０ｓ２…二次巻線、２１…コア、２２…コア、２２ｂ…外脚部、２２ｂ′…内面（互いに対向した面）、２２ｃ…中央磁脚（突部）、２２ｃ′…上端面（平面部）、２３…ギャップ、２４…環状部、２４ａ、２４ｂ…接続用端子（平角線の両端部）、２５…環状部、２５ａ、２５ｂ…接続用端子（平角線の両端部）、２６…環状部、２６ａ、２６ｂ…接続用端子（平角線の両端部）、２７…環状部、２７ａ、２７ｂ…接続用端子（平角線の両端部）、２８…環状部、２８ａ、２８ｂ…接続用端子（平角線の両端部）、４１ｂ…取出端子（一次側）、４２ｂ…取出端子（一次側）、４４ｂ…取出端子（二次側）、４５ｂ…取出端子（二次側）、１０Ａ…トランス、２２Ａ…コア、２２ｄ…テーパー面（傾斜面）、２２Ｂ…コア、４６…中央磁脚（突部）、４６ａ…傾斜面、４６ｂ…平面（平面部）、１０Ｃ…トランス、２０Ｃ…コイル部、５２…環状部、５２ａ、５２ｂ…接続用端子（平角線の両端部）、５３…環状部、５３ａ、５３ｂ…接続用端子（平角線の両端部）、４１ｂ…取出端子（二次側）、４２ｂ…取出端子（二次側）、４４ｂ…取出端子（一次側）、４５ｂ…取出端子（一次側）

Claims

複数の巻線を有するコイル部と、該コイル部を巻線の配列方向から挟み込む状態で配置される複数のコアを備えたトランスであって、
上記巻線が平角線を環状に重ねて巻くことで形成される環状部を有し、
上記平角線の両端部がそれぞれ環状部から引き出されており、
上記平角線の重ね方向に沿って上記複数の巻線及びコアが配置され、
第１のコアには突部が形成され、該突部を外嵌するように上記環状部が位置され、
第２のコアの平面部が上記突部と対向して位置し、該平面部と突部の先端との間にギャップが形成され、
上記巻線は上記ギャップを囲んだ位置を除く位置に配置される
ことを特徴とするトランス。
上記突部の先端部に傾斜面が形成されて、該突部の断面積が先端部において先端面に行くに従って徐々に小さくなるようにされた
ことを特徴とする請求項１に記載のトランス。
一次巻線の取出端子間の幅と二次巻線の取出端子間の幅を異ならせた
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトランス。
上記第１のコアには上記コイル部の一部を外周側から覆うと共にコイル部を挟んで反対側に位置する２つの外脚部を有し、
該２つの外脚部の互いに対向した面が直線平行を為すように形成された
ことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載のトランス。