JP2004303864A - Thin transformer - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源等に用いられる薄型トランスに係わり、特に例えば自動車用等に用いられる1kW〜2kW出力のDC−DCコンバータに好適なものに関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のトランスとして、特許文献1に記載のものがある。このトランスは、渦巻き状の高圧側コイルコイルと、U型の低圧側コイルと、これらのケースを収容する棚穴を有する薄型の絶縁性ケースと、前記コイルの端末を接続する端子を有する基台とからなる。前記基台にはその中央部の筒部を有する。そして該筒部を、前記ケースの中央部に上下に貫通して設けた穴に嵌合し、コアの中足を前記筒部に挿入して両コイルとコアとを絶縁している。
【0003】
【特許文献1】
実用新案登録第2579196号公報。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献1に記載のトランスは、ケースの棚穴にコイルを挿入することから、コイルの外形形状が直方体に限定され、形状の自由度が小さいという問題点がある。また、ケース成型用の金型の強度に限界があるため、棚穴を長く薄く形成することは困難であり、コイルひいてはトランスを薄型化することが困難であるという問題点がある。また、ケース内の棚穴におけるコイルのガタにより、コイル間の静電容量や漏れインダクタンスがばらつき、特性が安定しないという問題点がある。また、部品点数が多いため、組立が困難であり、コスト高になるという問題点がある。
【0005】
本発明は、上記問題点に鑑み、コイル形状の設計の自由度が高く、薄型化が可能であり、特性が安定し、簡略化された構造でコスト安となる薄型トランスを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明の薄型トランスは、コイルと絶縁層とが一体化されて平面化された高圧側コイルと、導電板を打ち抜いた低圧側コイルとを有する薄型トランスであって、
前記高圧側コイルの絶縁層には、コイルの導体部を避ける位置に孔または切欠が設けられており、
前記低圧側コイルには前記高圧側コイルの孔または切欠に対応する部分に突起が設けられており、
前記突起と前記孔または切欠とを嵌合して高圧側コイルと低圧側コイルとの相対位置が決定されていることを特徴とする。
【0007】
(2)また、本発明の薄型トランスは、前記低圧側コイルの突起はハーフパンチ加工により設けられていることを特徴とする。
【0008】
(3)また、本発明の薄型トランスは、前記高圧側コイルの内周部および外周部のコアに隣接する部分の少なくとも一部がそれぞれ低圧側コイルの内周部、外周部よりも内方、外方に突出することにより、低圧側コイルの内周部および外周部とコアとの絶縁距離が保たれていることを特徴とする。
【0009】
(4)また、本発明の薄型トランスは、前記低圧側コイルおよび高圧側コイルからなるコイル部を上下方向に固定するボビンを有し、
前記ボビンには、平板部と、その周辺部から立ち上げて形成された係止片とを少なくとも2個所有し、
前記係止片により前記コイル部に係止されてボビンに対するコイル部の相対位置を固定すると共に、上下のコア部との絶縁距離を保ったことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は本発明による薄型トランスの一実施例を示す断面図、図2はコイル部の分解斜視図である。図1および図2において、1、1Aはトランスの一次側コイルとなる高圧側コイル、2、3および2A、3Aは低圧側コイルである。
【0011】
前記高圧側コイル1、1Aは、図3に示すように、ガラスエポキシ基板のような基板4の上下面に銅等の導体でなるコイルパターン5a、5bを有する。図4(A)、(B)の平面透視図に示すように、これらのコイルパターン5a、5bは渦巻き状をなす。これらのコイルパターン5a、5bは内端に設けたスルーホール5cにより接続されている。図3に示すように、コイルパターン5a、5bは樹脂製絶縁層6により覆われている。
【0012】
高圧側コイル1、1Aには外方に伸びた端子部1aを有し、端子部1aに、上下のコイルパターン5a、5bの外端部にそれぞれ連通する端子1b、1cを有する。該端子1b、1cの近傍においては、外部回路との接続のため、導体部が露出している。高圧側コイル1、1Aの中央部には、E型コア7、8の中足7a、8aを挿入する穴1dを有する。また、高圧側コイル1、1Aの周囲の導体パターン5a、5bが形成されていない対角部分に、前記低圧側コイル2、3に設ける突起2a、2bおよび3a、3bをそれぞれ嵌合する位置決め用穴1e、1fを設けている。
【0013】
本実施例では低圧側コイル2、3が並列接続され、低圧側コイル2A、3Aも並列接続される場合について示しているが、直列接続の場合の低圧側コイルどうしの短絡を防ぐため、他の2個所の対角をなす部分にも低圧側コイル用の位置決め用穴1g、1hを有する。なお、位置決め用穴1e〜1hの一部または全部の代わりに切欠を設けてもよい。
【0014】
この高圧側コイル1、1Aの作製は、次のようにして行うことができる。まず両面銅張プリント基板にスルーホール5cの穴を開け、続いて銅メッキにより層間接続用のスルーホール5cを形成する。次に、エッチングにより、コイルパターン5a、5bを形成する。その後、コイルパターン5a、5bの上下に絶縁層6を積層し、さらに端子部1aの接続用スルーホールを形成し、位置決め用穴1e、1f、1g、1hの穴開けを含む外形加工を行う。もしくはエッチングによりコイルパターン5a、5bを形成した後、外形加工を行い、端子部1a部分を除いてエポキシ樹脂等の絶縁材料によりコイル部全体を直接目的の形状にモールドする。
【0015】
一方、低圧側コイル2、3および2A、3Aは、銅板やアルミニウム板等の導体板を打ち抜きおよび折り曲げ加工により作製される。本実施例の低圧側コイル2、3、2A、3Aは、各コイル2、3、2A、3Aの両端に、図7に示すように互いに重ねて電気的、機械的に接続する端子2cと3c、2dと3d、2fと3f、2gと3gとを有する。また、2e、3eおよび2j、3jは絶縁層を介して金属ベースプレートに固定され、低圧側コイルおよび高圧側コイルで発生した熱を逃がす役割を持つ。
【0016】
図5、図6は高圧側コイル1(1Aも同様)に対する低圧側コイル2、3の組み合わせ構造を示す図である。図2に示したように、低圧側コイル2、3には対角線上の2点に突起2a、2bおよび3a、3bをそれぞれ有する。これらの突起2a、3a、2b、3bは導体板の打ち抜き加工と同一工程でハーフパンチ加工により形成されたもので、低圧側コイル2、3(2A、3A)の厚みの約半分の突出高さを有する。これらの突起2a、3aを、高圧側コイル1の位置決め用穴1eに上下面より嵌合し、突起2b、3bを位置決め用穴1fに上下面より嵌合して位置決めかつ結合する。
【0017】
このように高圧側コイル1(1A)と低圧側コイル2、3(2A、3A)を重ねた状態では、図7(A)に示すように、低圧側コイル2、3(2A、3A)の端子2cと3c、2dと3d(2fと3f、2gと3g)は重なる。
【0018】
E型コア7、8はMn−Zn系フェライトからなる。このコア7、8は、低圧側コイル2、3、2A、3Aの中心および高圧側コイル1、1Aのコア挿入穴1dに中足7a、8aを挿入し、外足7b、8bを高圧側コイル2の外周に当接させて組み合わせる。
【0019】
このトランスは、高圧側コイル1、1Aの上下面のコイルパターン5a、5bがそれぞれ5ターンで合計10ターンで、高圧側コイル1、1Aは互いに並列接続され、低圧側コイル2と3、2Aと3Aがそれぞれ並列接続され、これらは端子2c、3cと2f、3fセンタータップとして使用され、10:1:1のトランスとして用いることができる。すなわち低圧側コイル2、3、2A、3Aの一方の端子2d、3dは二次側回路の一方のダイオードに接続され、他方の2c、3cは金属ベースプレートに接続され、センタータップとなる。また、低圧側コイル2A、3Aの一方の端子2g、3gは二次側回路の他方のダイオードに接続され、他方の端子2f、3fは、端子2c、3cと同様にセンタータップとなる。
【0020】
このトランスは、コイルパターン5a、5bの厚みを例えば270μmに設定した場合、高圧側コイル1、1Aの厚みは2mm程度(基板4の厚みが約0.5mm、コイルパターン0.27mm×2=0.52mm、絶縁層6の厚みが約0.5mm×2=1mmで合計約2mmである。)に設定できる。また、低圧側コイル2、3、2A、3Aの厚みは約1.5mm程度とするため、高圧側コイル1、1Aと低圧側コイル2、3、2A、3Aのトータルの厚さは合計約10mmですむ。
【0021】
図1、図7において、9は絶縁樹脂でなるボビン、11(12)は高圧側コイル1(1A)と低圧側コイル2、3(2A、3A)とからなるコイル部である。前記ボビン9は、平板部9xの中央にコア7、8の中足7a、8aを挿入する穴9aが設けられ、さらに、該挿入穴9aの周囲に上下に突出して設けた内筒部9bと、外周部に上下に突出して設けた外筒部9cと、ボビン9の上下面の対角位置にそれぞれ設けられたコイル部11、12の係止片9dとを有する。
【0022】
図7(A)、(B)に示すように、コイル部11、12をボビン9により結合する。この結合は図8に示すように行われる。図8に示すように、高圧側コイル1(1Aも同様)の外周部は低圧側コイル2、3の外周部より少なくとも一部が外方に突出する。また、高圧側コイル1の内周部は低圧側コイル2、3の内周部より少なくとも一部が内方に突出する。コイル部11のボビン9への固定は、図8(A)に示すように、コイル部11の低圧側コイルの内周壁を、ボビン9の内筒部9bに嵌合し、かつ外周部がボビン9の外筒部9cに接するように装着し、矢印Rで示すように回すことにより、図8(B)に示すように、低圧側コイル2の係止部2h、2iをボビン9の係止片9dに係止して浮きを防止した構造で固定する。コイル部12についても同様に構成され、かつボビン9に固定される。
【0023】
次に図7(B)、(C)に示すように、ボビン9により結合したコイル部11、12に対し、コア7、8を装着する。13、14は高圧側コイル1、1Aを外部に接続するため、前記端子1b、1cの穴に挿入して固定する端子である。
【0024】
このようにトランスを構成すれば、コア7、8の中足7a、8aおよび外足7b、8bと低圧側コイル2、3、2A、3Aの内周部、外周部との絶縁距離G1、G2と、上下方向の絶縁距離G3(図1参照)を確実に確保することができる。
【0025】
また、高圧側コイル1(1A)と低圧側コイル2、3(2A、3A)が絶縁層6を介して直接的に結合され、突起2a、3aと穴1e、1fとの嵌合により位置決めがなされているので、位置精度が高く、静電容量や漏れインダクタンスのばらつきが小さくなる。また、ボビン9により厚み方向にも位置が固定されているので、静電容量やインダクタンスのばらつきがさらに小さくなる。従って特性の安定したトランスが提供できる。また、高圧側コイル1(1A)と低圧側コイル2、3(2A、3A)が絶縁層6を介して直接的に結合されているので、薄肉化が達成でき、かつ部品点数が少なく構成が簡略化され、組立工数も少なくなるので、コストを低下させることが可能となる。また、コイルをケースに収容する必要がないので、コイル形状の設計の自由度が向上する。
【0026】
また、突起2a、3aは切り起こしや折り曲げなどによって形成してもよいが、これをハーフパンチにより形成すれば、低圧側コイル2、3、2A、3Aの外形打ち抜き工程と同一金型で同一工程において突起2a、2b、3a、3bを形成でき、従って工程数を増やすことなく、外形形状との相対位置精度および寸法精度の高いものを得ることができ、ガタつきもなくなる。また、前記実施の形態では高圧側コイル1、1Aの孔1e、1fを貫通孔としたが、勿論貫通していなくてもよい。
【0027】
なお、上記実施例においては、2枚の高圧側コイルと4枚の低圧側コイルを用いてトランスを構成したが、必要な電流容量の要求によって、これらの枚数について種々の変更が可能である。例えば1枚の高圧側コイルと1枚の低圧側コイルを重ね合わせた構成や、1枚の高圧側コイルと2枚の低圧側コイルを重ねた構成等である。
【0028】
【発明の効果】
本発明のトランスは、低圧側コイルの突起と高圧側コイルの孔または切欠とを嵌合して高圧側コイルと低圧側コイルとの相対位置を決定したので、位置精度が高く、静電容量や漏れインダクタンスのばらつきが小さく、特性の安定したトランスが提供できる。また、高圧側コイルと低圧側コイルが絶縁層を介して直接的に結合されているので、薄肉化が達成できる。また、部品点数が少なく構成が簡略化され、組立工数も少なくなるので、トランスのコストを低下させることが可能となる。また、コイルをケースに収容する必要がないので、コイル形状の設計の自由度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による薄型トランスの一実施例を示す断面図である。
【図2】本実施例のコイル部の分解斜視図である。
【図3】本実施例の高圧側コイルの断面図である。
【図4】(A)、(B)はそれぞれ本実施例の高圧側コイルの上面、下面のコイルパターンを示す透視平面図である。
【図5】本実施例の高圧側コイルと低圧側コイルとの相対的な位置決め構造を組立前の状態で示す側面図である。
【図6】図5の組立後の状態を示す側面図である。
【図7】(A)〜(C)は図1の実施例の組立工程を示す斜視図である。
【図8】(A)、(B)は図1の実施例のボビンへの組付け工程を示す部分断面平面図である。
【符号の説明】
1、1A:高圧側コイル、2、2A:低圧側コイル、3、3A:低圧側コイル、4:基板、5a、5b:コイルパターン、6:絶縁層、7、8:コア、9:ボビン、11、12:コイル部、13、14:端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin transformer used for a switching power supply or the like, and particularly to a transformer suitable for a DC-DC converter of 1 kW to 2 kW output used for an automobile or the like.
[0002]
[Prior art]
As this type of transformer, there is a transformer described in
[0003]
[Patent Document 1]
Utility Model Registration No. 2579196.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The transformer described in
[0005]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a thin transformer which has a high degree of freedom in coil shape design, can be made thinner, has stable characteristics, has a simplified structure, and is inexpensive. And
[0006]
[Means for Solving the Problems]
(1) A thin transformer according to the present invention is a thin transformer having a high-voltage side coil in which a coil and an insulating layer are integrated and planarized, and a low-voltage side coil formed by punching a conductive plate,
In the insulating layer of the high-voltage side coil, a hole or a notch is provided at a position avoiding the conductor of the coil,
The low-voltage side coil is provided with a projection at a portion corresponding to a hole or notch of the high-voltage side coil,
The relative position between the high voltage side coil and the low voltage side coil is determined by fitting the protrusion and the hole or notch.
[0007]
(2) In the thin transformer according to the present invention, the projection of the low-voltage side coil is provided by half punching.
[0008]
(3) In the thin transformer according to the present invention, at least a part of the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the high-voltage side coil adjacent to the core is at least partly inward of the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the low voltage side coil, respectively. By protruding outward, the insulation distance between the inner and outer peripheral portions of the low-voltage side coil and the core is maintained.
[0009]
(4) Further, the thin transformer of the present invention has a bobbin for vertically fixing a coil portion including the low-voltage side coil and the high-voltage side coil,
The bobbin has at least two flat pieces and locking pieces formed by being raised from the periphery thereof,
It is characterized in that the relative position of the coil portion with respect to the bobbin is fixed by being locked to the coil portion by the locking piece, and the insulation distance from the upper and lower core portions is maintained.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a thin transformer according to the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of a coil unit. In FIGS. 1 and 2,
[0011]
As shown in FIG. 3, the high
[0012]
The high
[0013]
In this embodiment, the low
[0014]
The high
[0015]
On the other hand, the low
[0016]
FIG. 5 and FIG. 6 are views showing a combination structure of the low-
[0017]
In a state where the high-voltage side coil 1 (1A) and the low-voltage side coils 2, 3 (2A, 3A) are overlapped, as shown in FIG. 7A, the low-voltage side coils 2, 3 (2A, 3A)
[0018]
The
[0019]
In this transformer, the coil patterns 5a and 5b on the upper and lower surfaces of the high
[0020]
In this transformer, when the thickness of the coil patterns 5a and 5b is set to, for example, 270 μm, the thickness of the high
[0021]
1 and 7,
[0022]
As shown in FIGS. 7A and 7B, the
[0023]
Next, as shown in FIGS. 7B and 7C, the
[0024]
If the transformer is configured in this manner, the insulation distances G1, G2 between the
[0025]
Further, the high voltage side coil 1 (1A) and the low voltage side coils 2, 3 (2A, 3A) are directly connected via the insulating layer 6, and the positioning is performed by fitting the
[0026]
Further, the
[0027]
In the above-described embodiment, the transformer is configured using two high-voltage side coils and four low-voltage side coils. However, various changes can be made to these numbers according to a required current capacity. For example, a configuration in which one high-voltage side coil and one low-voltage side coil are superimposed, a configuration in which one high-voltage side coil and two low-voltage side coils are superimposed, and the like.
[0028]
【The invention's effect】
The transformer of the present invention determines the relative position between the high voltage side coil and the low voltage side coil by fitting the projection of the low voltage side coil and the hole or notch of the high voltage side coil, so that the positional accuracy is high, the capacitance and A transformer with small variations in leakage inductance and stable characteristics can be provided. Further, since the high-voltage side coil and the low-voltage side coil are directly connected via the insulating layer, the thickness can be reduced. Further, since the number of parts is small and the configuration is simplified and the number of assembly steps is reduced, the cost of the transformer can be reduced. In addition, since it is not necessary to house the coil in the case, the degree of freedom in designing the coil shape is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of a thin transformer according to the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of a coil unit according to the embodiment.
FIG. 3 is a sectional view of a high-voltage side coil according to the present embodiment.
FIGS. 4A and 4B are perspective plan views showing coil patterns on an upper surface and a lower surface of a high-voltage side coil according to the present embodiment, respectively.
FIG. 5 is a side view showing a relative positioning structure between a high-voltage side coil and a low-voltage side coil according to the present embodiment in a state before assembly.
FIG. 6 is a side view showing a state after assembly in FIG. 5;
FIGS. 7A to 7C are perspective views showing an assembling process of the embodiment of FIG. 1;
FIGS. 8A and 8B are partial cross-sectional plan views showing a process of assembling the bobbin in the embodiment of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
1, 1A: high voltage side coil, 2 and 2A: low voltage side coil, 3 and 3A: low voltage side coil, 4: substrate, 5a, 5b: coil pattern, 6: insulating layer, 7, 8: core, 9: bobbin, 11, 12: coil part, 13, 14: terminal
Claims (4)
前記高圧側コイルの絶縁層には、コイルの導体部を避ける位置に孔または切欠が設けられており、
前記低圧側コイルには前記高圧側コイルの孔または切欠に対応する部分に突起が設けられており、
前記突起と前記孔または切欠とを嵌合して高圧側コイルと低圧側コイルとの相対位置が決定されていることを特徴とする薄型トランス。A high-voltage side coil in which the coil and the insulating layer are integrated and planarized, and a thin transformer having a low-voltage side coil punched out of a conductive plate,
In the insulating layer of the high-voltage side coil, a hole or a notch is provided at a position avoiding the conductor of the coil,
The low-voltage side coil is provided with a projection at a portion corresponding to a hole or notch of the high-voltage side coil,
A low-profile transformer wherein the relative positions of the high-voltage side coil and the low-voltage side coil are determined by fitting the protrusion and the hole or notch.
前記低圧側コイルの突起はハーフパンチ加工により設けられていることを特徴とする薄型トランス。The thin transformer according to claim 1,
The projection of the low-voltage side coil is provided by half punching.
前記高圧側コイルの内周部および外周部のコアに隣接する部分の少なくとも一部がそれぞれ低圧側コイルの内周部、外周部よりも内方、外方に突出することにより、低圧側コイルの内周部および外周部とコアとの絶縁距離が保たれていることを特徴とする薄型トランス。The thin transformer according to claim 1 or 2,
At least a part of the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the high-voltage side coil adjacent to the core protrude inward and outward from the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the low-voltage side coil, respectively. A thin transformer characterized by maintaining an insulation distance between an inner peripheral portion and an outer peripheral portion and a core.
前記低圧側コイルおよび高圧側コイルからなるコイル部を上下方向に固定するボビンを有し、
前記ボビンには、平板部と、その周辺部から立ち上げて形成された係止片とを少なくとも2個所有し、
前記係止片により前記コイル部に係止されてボビンに対するコイル部の相対位置を固定すると共に、上下のコア部との絶縁距離を保ったことを特徴とする薄型トランス。The thin transformer according to any one of claims 1 to 3,
A bobbin for fixing a coil portion including the low voltage side coil and the high voltage side coil in a vertical direction,
The bobbin has at least two flat pieces and at least two locking pieces formed by being raised from the periphery thereof,
A thin transformer, which is locked to the coil portion by the locking piece to fix a relative position of the coil portion with respect to the bobbin and to maintain an insulation distance from upper and lower core portions.
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