JP2004335885A - 電子部品およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】低電圧・大電流用途のプッシュプルスイッチング回路においては、トランスおよびその周辺回路の抵抗値を低減することが望まれる。
【解決手段】コイル2は、端子1側を固定して、柱状巻芯1の下面Hから側面I、上面J、側面K、そして下面Hの順に反時計回りに巻回する。一方、コイル3は、端子4側を固定して、上面J、側面I、下面H、側面K、そして上面Jの順に時計回りに巻回する。
【選択図】 図4
【解決手段】コイル2は、端子1側を固定して、柱状巻芯1の下面Hから側面I、上面J、側面K、そして下面Hの順に反時計回りに巻回する。一方、コイル3は、端子4側を固定して、上面J、側面I、下面H、側面K、そして上面Jの順に時計回りに巻回する。
【選択図】 図4
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品およびその製造方法に関し、例えば、電源回路などに用いるトランスやインダクタなどの磁気部品に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、情報機器内の電源電圧の低電圧化・高容量化などに伴い、スイッチング電源は低電圧化・大電流化の傾向にある。
【0003】
図1はスイッチング電源に用いられるトランスの代表的な構成を示す図で、例えば特開平6−069035号公報などに開示されている。図1に示すようなトランスは、電気絶縁材からなるボビンの柱状巻芯に対しコイルを巻いた後、コイルを確実に固定する目的で、粘着テープなどを用いて、コイルの全体もしくは一部をで柱状巻芯へ固定する、所謂テープ止めを行う。
【0004】
低電圧・大電流電源向けのトランスは、コイルの抵抗値を低減することが重要になるため、コイルの巻数を少なくする必要がある。そこで、例えば巻数を1ターンとすると、この1ターンをコイルのみで維持することは非常に困難であるから、上記のテープ止めが重要になる。しかし、テープ止めは柱状巻芯の巻付スペースを奪い、その結果、巻付幅の広い柱状巻芯が必要になりトランスの大型化を招く。さらに、テープ止めという複雑な工程がトランスのコストを上昇させる。
【0005】
また、コイルの両端を接続するピン端子は、一般的に柱状巻芯の両端面近傍に配置されている。従って、コイルを巻いた後、巻回方向とは大きく異なる方向へコイルの端部を引き出すことになり、柱状巻芯へ複数のコイルを巻く場合など、この引出部が他のコイルと接触して巻付スペースをさらに奪うことになり、コイルを巻く作業を複雑化する。とくに、低電圧・大電流向けのトランスで、太い線径の電線を使用する場合など、電線が堅く巻回し難く、作業は一層困難を極める。
【0006】
また、複数の電線を柱状巻芯に巻いて並列化する場合、ピン端子から遠い位置に巻くコイルほど引出部が長くなる。とくに、コイルのターン数が少ない、例えば1ターンの場合、各コイルの全長に対して一般的に引出部の長さが大きな割合を占めるため、各コイルの全長の差が顕在化する。そのため、並列数を増やしてもコイルの抵抗値は並列数ほど低減されないし、各コイルに流れる電流の大きさにも差が生じる。
【0007】
このような問題を解決するために、出願人は、図2に示すような構成のインダクタまたはトランス付き基板(以下では単に「トランス」と表す場合がある)を提案している。図2はトランス付き基板の上面図で、ボビンの柱状巻芯へ、一組のコイル6および7を並列に同一方向へ巻回し、その端部を基板上のランド(出力端子)へ接続する。また、二次コイル8の端部はボビンのピン端子へ接続する。このような構成により、一組の一次コイルの全長をほぼ等しくすることができる。なお、以降、図に示す○で囲まれた数字はトランスなどの端子番号である。
【0008】
発明者のさらなる研究の中で、柱状巻芯へ巻回した一組のコイルを有するトランスや、その周辺回路部の抵抗値を低減するために、各コイルの端部のうち互いに極性が異なる端部を近距離に配置する必要が生じた。図3はその理由を説明する図である。
【0009】
図3はプッシュプルスイッチング回路を示す図である。図2に示す構成を有するトランス9は、一次コイル(直列接続される一組のコイル6、7から構成される)および二次コイル8を有し、コイル6、7の逆極性の端部が接続された接続点が一次コイルのセンタタップ(CT)である。また、コイル6の一端(非CT側)が接続されたトランス9の端子1は、スイッチング素子SW1のドレイン電極に接続される。同様に、コイル7の一端(非CT側)が接続されたトランス9の端子4は、スイッチング素子SW2のドレイン電極に接続される。また、CTを構成するトランス9の端子2および3は直流電源Eのプラス側に接続され、スイッチング素子SW1およびSW2の両ソース端子は直流電源Eのマイナス側に接続されて、プッシュプルスイッチング回路が構成される。
【0010】
トランス9の二次コイルであるコイル8の出力は、例えばダイオードブリッジD1−D4によって全波整流され、図3に示す回路の出力端へ出力される。また、図3に示す回路の入出力端には、直流電圧の変動を抑制する目的で、一般にキャパシタC1およびC2が適宜接続される。なお、図3にはスイッチング素子としてMOSFETを使用する例を示したが、スイッチング素子の種類に限定はない。
【0011】
このようなプッシュプルスイッチング回路において、スイッチング素子SW1およびSW2のソース電極、並びに、CTを構成するトランス9の端子2および3は、各要素間の配線の抵抗値を低減するため、それぞれ近距離に配置されることが望まれる(図2にはスイッチング素子SW1およびSW2の一般的な配置を示した)。とくに、低電圧・大電流用途のプッシュプルスイッチング回路の場合、こうした要望が大きい。
【0012】
【特許文献】
特開平6−069035号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を個々にまたはまとめて解決するためのもので、電子部品およびその周辺回路の抵抗値を低減することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。
【0015】
本発明にかかる電子部品の製造方法は、巻芯に第一のコイルを巻回し、巻芯に、第一のコイルとは逆の巻回方向に第二のコイルを巻回し、第一および第二のコイルの互いに極性が異なる端部をそれぞれ、巻芯に対して同一側に引き出すことを特徴とする。
【0016】
本発明にかかる電子部品は、巻芯に巻回された第一のコイルと、巻芯に、第一のコイルとは逆方向に巻回された第二のコイルとを有し、第一および第二のコイルの互いに極性が異なる端部はそれぞれ、巻芯に対して同一側に引き出されていることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる一実施形態のトランスを説明する。なお、本発明は、トランスに限らず、インダクタなどの磁気部品にも適用することができる。
【0018】
図4は実施形態のトランス5のコイルの巻回方法を説明する概念図である。なお、トランス5は、コイルを巻回する柱状巻芯1、図2および3に示した一組のコイル6および7と同一の構成を有するコイル2および3、さらに、端子2と端子3を接続する導棒4(例えば銅の丸棒、角棒、板など)、端子5および端子6を有する二次コイル6から構成される。柱状巻芯1は、その断面S1が長方形の角柱形状を有し、それぞれ上面J、側面IおよびKを図4のように定義する。また、上面Jに対向する面を下面Hとする。
【0019】
図5は断面S1側からみた場合のコイル2および3の巻回方法を説明する図である。
【0020】
図5に示すように、コイル2は、端子1側を固定して、柱状巻芯1の下面Hから側面I、上面J、側面K、そして下面Hの順に反時計回りに巻回する。一方、コイル3は、端子4側を固定して、上面J、側面I、下面H、側面K、そして上面Jの順に時計回りに巻回する。以上の作業で、互いに極性が異なるコイル2および3の端子1と4、端子2と3がそれぞれ柱状巻芯1の同一側面側に配置される。従って、CTを構成する端子2と3の間の距離が短くなるとともに、スイッチング素子SW1とSW2(図3参照)を端子1と4の近傍に配置してそれらのソース電極の間の距離を短くすることができる。ゆえに、トランス5や、その周辺回路のパターンの抵抗値を低減する効果が期待される。
【0021】
また、トランス5のコイル構成は、図4および5に示すように、各コイルの交差部(柱状巻芯1へコイルを巻くときに各コイルの巻線が交差する部位)は、柱状巻芯1の上面Jおよび下面Hに分散され、柱状巻芯1の巻幅をより有効に活用することができる。
【0022】
さらに、図6に示すように、プリント基板50へトランス5を埋め込むように配置すれば、各端子がプリント基板50の両面へ配置されるため、回路全体の薄型化にも貢献する。さらに、プリント基板50へ導棒4も埋め込むように配置すれば、CTの構成(端子2と3の接続)は一般的な実装技術ではんだ付け可能になり、CTの形成が非常に容易になる。また、導棒4の長さは、柱状巻芯1の側面IおよびKと同程度の長さ(プリント基板50の厚み方向の長さ)と同程度で済み、CTをなす導棒4を短くすることができる。
【0023】
なお、上記では、柱状巻芯1へコイルを巻回する例を説明したが、コアへ直接コイルを巻回してもよい。また、ボビンへ挿入するコアの材料もとくに限定はなく、極端な場合は空芯でもよい。さらに、上記では、各1ターンの一組のコイルを巻回する例を説明したが、コイルの巻数もとくに限定されない。要は、柱状巻芯1に第一のコイルと第二のコイルとを逆方向に巻回して、両コイルのCTを構成する端部を柱状巻芯1の一側面側に引き出し、両コイルの他端部を柱状巻芯1の逆側面側に引き出せばよい。
【0024】
【実施例1】
次に、実施例1のトランスを説明する。
【0025】
実施例1のトランス13は、図7に示すE型コア10を二つ用いるEE型コアを用いて、図4に示すトランス5と同様な機能を実現するものである。トランス13のコイルは、トランス5の一組のコイルに相当するコイル2および3、並びに、二次コイル11から構成される。なお、コイル2および3は、図4のコイル2および3に相当するから、それらコイルの巻回方法の詳細説明は省略する。また、プッシュプルスイッチング回路を実現するためのスイッチング素子SW1、SW2、整流ダイオードD1−D4、回路の入出力に接続される平滑キャパシタC1、C2などは、図3を参照することとして、詳細な説明は省略する。
【0026】
図7に示すように、E型コア10は、主にコイルを巻回する中脚101、並びに、中脚101の両側に中脚101と平行に配置される一組の側脚102から構成される。なお、EE型コアを形成する際に接合する、各脚の面をE型コア10の断面と定義する。断面のうち、中脚101の断面は、柱状巻芯1の断面に相当し、中脚断面S1(以下単に「断面S1」とする)と定義する。なお、図7には、E型コア10の断面を正面として、E型コア10の上面Jおよび下面Hを定義する。つまり、中脚101の上面J、下面Hおよび側面I、Kの定義は、図4の柱状巻芯1の側面の定義と同一である。
【0027】
図8は実施例1のトランス13を含むプリント基板14の上面図である。
【0028】
プリント基板14は、トランス13を実装するためのプリント基板で、EE型コア10を挿入するための開口141や、トランス13のCTを構成する導棒12の挿入孔を有し、さらに、トランス13の各端子とスイッチング素子や導棒12とを接続するためのランドやパターンが適宜設けられている。
【0029】
図9および10は、図8に示すA−AおよびB−B断面を示す図で、断面側からみたコイル2および3の巻回方法を説明する図である。なお、E型コア10は、その上面(図7参照)がプリント基板14の表面側へ配置されるように開口141へ挿入する。
【0030】
図9に示すように、コイル2は、端子1側を固定して下面H、側面I、上面J、側面K、そして下面Hの順に反時計回りに巻回する。また、図10に示すように、コイル3は、端子4側を固定して、コイル2とは逆に上面J、側面I、下面H、側面K、そして上面Jの順に時計回りに巻回する。
【0031】
以上の結果、図8に示すように、互いに極性が異なるコイル2および3の端子1と4、端子2と3がそれぞれ、中脚101の同一側面側に配置される。従って、CTを構成する端子2と3の間の距離が短くなるとともに、スイッチング素子SW1とSW2を端子1と4の近傍に配置してそれらのソース電極の間の距離を短くすることができる。ゆえに、トランス13や、その周辺回路のぱあターンの抵抗値を低減する効果が期待される。
【0032】
また、トランス13のコイル構成は、図4および5と同様に、各コイルの交差部は、上面Jおよび下面Hに分散され、中脚101(または柱状巻芯)の巻幅をより有効に活用することができる。さらに、各端子がプリント基板14の両面へ配置されるため、図8に示すように、プリント基板14の開口部141へトランス13を埋め込むようにすれば、回路の薄型化にも貢献する。また、プリント基板14に導棒12を組み込めば、端子2と3の接続も極めて容易になる。
【0033】
【実施例2】
次に、実施例2のトランス17を説明する。なお、実施例2において、実施例1と略同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【0034】
トランス17は、実施例1のトランス13と比べるとコイル3の巻回方法が異なる。勿論、コイル3の巻回方法の変更に伴い、スイッチング素子、ランド、パターンおよび導棒12の配置や形状なども変更になるが、それらは本質的な部分ではないので詳細な説明は省略する。
【0035】
図11は実施例2のトランス17を含むプリント基板14aの上面図である。
【0036】
図8と図11を比較するとわかるように、トランス13および17のコイル3の巻回方向は同一であるが、巻回によるコイルの送り方向は、トランス13のコイル3が図の下から上に対して、トランス17のコイル3は上から下である。なお、コイルの送り方向とは、巻始位置を固定してコイルを巻回する際の、巻線の進行方向を指す。例えば、巻始位置を図11に示す端子4や1とすると、コイル3の送り方向は図の上方向、コイル2の送り方向は下方向になる。
【0037】
このような巻回方法を採用すれば、端子1および4は、実施例1のトランス13よりもさらに近傍に配置可能で、スイッチング素子SW1およびSW2を1チップで実現する場合などに非常に好都合である。なお、スイッチング素子は、トランス17と同様に、プリント基板14aに設けた開口部142に埋め込むように配置すれば、端子1および4と容易に接続することが可能である。
【0038】
また、図11とは逆に、端子1および4を接続してCTを形成し、端子2および3にスイッチング素子SW1およびSW2を接続してもよい。このようにすれば、CTを形成するための接続(導棒12)を極力短くすることが可能である。
【0039】
【実施例3】
次に、実施例3のトランスを説明する。なお、実施例3において、実施例1、2と略同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【0040】
実施例3のトランス24は、実施例2のトランス17と比較して、後述する密閉式コア19を用いる点が異なる。勿論、コア19の変更に伴い、スイッチング素子、ランド、パターンおよび導棒12の配置や形状なども変更になるが、それらは本質的な部分ではないので詳細な説明は省略する。
【0041】
図12は密閉式コア19の三面図である。密閉式コア19は、二つの密閉式コア19の断面を合わせることで、四つのコイル取出口192−195以外には開口部がないコアを形成し、楕円柱形状を有する中脚191と、二つの側脚196を有する。
【0042】
図13は実施例3のトランス24を含むプリント基板14bの上面図である。
【0043】
実施例3のトランス24のコイル2および3の巻回方法は、実施例2のコイル2および3の巻回方法と同じである。従って、スイッチング素子SW1およびSW2も開口部142に配置する。
【0044】
図14および15は、図13に示すA−AおよびB−B断面を示す図で、断面側からみたコイル2および3の巻回方法を説明する図である。なお、図14の断面図にはコイル3が表示されるべきであるが、説明を容易にするためにコイル3の記載を省略する。
【0045】
図14に示すように、実施例2のコイル2に相当するコイル2は、図12に示す開口部192から密閉型コア19へ入り、断面S2を正面として、中脚191に反時計回りに巻回され、開口部193から出る。同様に、図15に示すように、実施例2のコイル3に相当するコイル3は、開口部195から入り、中脚191に時計回りに巻回され、開口部194から出る。なお、コイル2および3の送り方向は実施例2と同じである。
【0046】
コイル2および3の端部(端子2および3)は、プリント基板14bに設けられた凹部のランド(図14参照)にはんだ付けされ、導棒12bに電気的に接続される。他方の端部(端子1および4)も、プリント基板14bの凹部に設けられたランド(図15参照)にはんだ付けされ、スイッチング素子SW1、SW2に電気的に接続される。
【0047】
このように、端子1および4は、実施例2と同様、互いに近傍に配置され、スイッチング素子SW1およびSW2を1チップで実現する場合などに非常に好都合である。また、トランス24はコイルを含めてプリント基板14bへ完全に埋め込む構成であり、回路全体を非常に薄型化できる。
【0048】
さらに、中脚191の断面形状が楕円形であるため、EE型コアなどの中脚と比較して、巻回が容易だけでなく、コイルの全長を短くすることができる(全長を同じにすれば断面S2の面積を大きくすることができる)。従って、より高効率な回路を形成することができる。
【0049】
このように、本発明にかかるコイルの巻回方法は、中脚や柱状巻芯の断面形状に依存せずに適用可能である。
【0050】
なお、トランス24をプリント基板14bへ埋め込む場合、コイル2および3の端部(端子1−4)をそれぞれプリント基板14bの裏面または表面方向(つまり図14の上または下方向)へ予め折り曲げておき、トランス24をプリント基板14bへ組み込んだ後、端部の折り曲げを戻して、プリント基板14bの凹部のランドへ接続すればよい。また、プリント基板14bを例えばB−B面付近で二分割しておき、トランス24を分割したプリント基板で挟み込む方法もある。なお、二次コイル11は、コイル2や3と一緒に開口部192−195の何れかから引き出し、上記のランドへ接続する。
【0051】
また、図16から図21を参照して、コイルの送り方向移動方向の組み合わせと、柱状巻芯に占めるコイルの巻幅の関係について説明する。
【0052】
図16は、図4の柱状巻芯1へ巻回したコイルmの巻回を説明した図であり、コイルmは断面S1を正面として、端部α側を固定して、端部β側を持って上面J、側面I、下面H、側面K、上面Jの順に、時計回りに巻回する。また、図17は、同コイルnの巻回を説明した図であり、端部σ側を固定して、端部γ側を持って下面H、側面I、上面J、側面K、下面Hの順に、反時計回りに巻回する。
【0053】
図18および図19は、柱状巻芯1へ巻回された各コイルの送り方向移動方向を説明した図であり、柱状巻芯1の上面より見た図である。なお図18では、コイルmとコイルnの送り方向移動方向は同一方向であり、図19では、互いに対向する向きである。
【0054】
図20および図21はそれぞれ、図18および図19に示す柱状巻芯1の展開図であり、柱状巻芯1の各面上を通過するコイルの軌跡を説明している。なお、各コイルともに平角の巻線を使用しており、柱状巻芯1の長手方向において、コイル同士の隙間が無いように巻回すものとする。
【0055】
ここで、図20に示すように、コイルmとコイルnの送り方向移動方向が同一である場合、コイルmとコイルnにより占有される柱状巻芯1の長手方向の幅は、巻線一本の幅の四倍となる。その一方で、図21に示すように、コイルmとコイルnの送り方向移動方向が逆である場合、同巻線一本の幅の(15/4)倍となる。従って、コイルの送り方向移動方向を逆にすると、巻線一本の幅の1/4分だけ、柱状巻芯1の幅方向をより有効に活用できることが分かる。
【0056】
このように、本実施形態のトランス(またはインダクタ)は、コアの脚または巻芯に、第一のコイルを巻き、第一のコイルとは逆の巻回方向に第二のコイルを巻き、第一および第二のコイルの極性が異なる端部をコアの脚または巻芯の同一側面側に引き出すことを特徴とする。
【0057】
このような構成によれば、コアの脚または巻芯の一方の側面側に引き出された極性が異なるコイルの端部によってセンタタップを構成し、他方の側面側に引き出された端部をスイッチング素子へ接続することができるので、センタタップを構成するためのパターンや部材を短くし、複数のスイッチング素子をより狭い領域に配置することが可能になり、トランスやその周辺回路の抵抗値を低減することができる。
【0058】
また、第一および第二のコイルの交差部がコアの脚または巻芯の同一面に位置することがないので、コアの脚または巻芯の巻線幅をより有効に活用することができる。
【0059】
さらに、プリント基板へトランス(またはインダクタ)を埋め込むように配置する場合、各コイルの各端部をプリント基板の両面へ配置することがコイルの全長を最小にすることになり、プリント基板へトランス(またはインダクタ)を埋め込むような構成に最適である。勿論、その様な構成によって、回路全体の薄型化にも貢献する。さらに、プリント基板に導棒を組み込めば、センタタップを構成するコイルの端部間の接続も非常に容易になる。
【0060】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子部品およびその周辺回路の抵抗値を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】スイッチング電源に用いられるトランスの代表的な構成を示す図、
【図2】トランス付き基板を示す図、
【図3】プッシュプルスイッチング回路を示す図、
【図4】実施形態のトランスのコイルの巻回方法を説明する概念図、
【図5】断面側からみた場合のコイルの巻回方法を説明する図、
【図6】トランスをプリント基板へ埋め込む様子を示す図、
【図7】E型コアを示す図、
【図8】実施例1のトランスを含むプリント基板を示す図、
【図9】断面側からみたコイルの巻回方法を説明する図、
【図10】断面側からみたコイルの巻回方法を説明する図、
【図11】実施例2のトランスを含むプリント基板を示す図、
【図12】密閉式コアを示す図、
【図13】実施例3のトランスを含むプリント基板を示す図、
【図14】断面側からみたコイルの巻回方法を説明する図、
【図15】断面側からみたコイルの巻回方法を説明する図、
【図16】断面側からみたコイルの巻回方法を説明する図、
【図17】断面側からみたコイルの巻回方法を説明する図、
【図18】コイルの送り方向を説明する図、
【図19】コイルの送り方向を説明する図、
【図20】各面上を通過するコイルの軌跡を説明する柱状巻芯の展開図、
【図21】各面上を通過するコイルの軌跡を説明する柱状巻芯の展開図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品およびその製造方法に関し、例えば、電源回路などに用いるトランスやインダクタなどの磁気部品に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、情報機器内の電源電圧の低電圧化・高容量化などに伴い、スイッチング電源は低電圧化・大電流化の傾向にある。
【0003】
図1はスイッチング電源に用いられるトランスの代表的な構成を示す図で、例えば特開平6−069035号公報などに開示されている。図1に示すようなトランスは、電気絶縁材からなるボビンの柱状巻芯に対しコイルを巻いた後、コイルを確実に固定する目的で、粘着テープなどを用いて、コイルの全体もしくは一部をで柱状巻芯へ固定する、所謂テープ止めを行う。
【0004】
低電圧・大電流電源向けのトランスは、コイルの抵抗値を低減することが重要になるため、コイルの巻数を少なくする必要がある。そこで、例えば巻数を1ターンとすると、この1ターンをコイルのみで維持することは非常に困難であるから、上記のテープ止めが重要になる。しかし、テープ止めは柱状巻芯の巻付スペースを奪い、その結果、巻付幅の広い柱状巻芯が必要になりトランスの大型化を招く。さらに、テープ止めという複雑な工程がトランスのコストを上昇させる。
【0005】
また、コイルの両端を接続するピン端子は、一般的に柱状巻芯の両端面近傍に配置されている。従って、コイルを巻いた後、巻回方向とは大きく異なる方向へコイルの端部を引き出すことになり、柱状巻芯へ複数のコイルを巻く場合など、この引出部が他のコイルと接触して巻付スペースをさらに奪うことになり、コイルを巻く作業を複雑化する。とくに、低電圧・大電流向けのトランスで、太い線径の電線を使用する場合など、電線が堅く巻回し難く、作業は一層困難を極める。
【0006】
また、複数の電線を柱状巻芯に巻いて並列化する場合、ピン端子から遠い位置に巻くコイルほど引出部が長くなる。とくに、コイルのターン数が少ない、例えば1ターンの場合、各コイルの全長に対して一般的に引出部の長さが大きな割合を占めるため、各コイルの全長の差が顕在化する。そのため、並列数を増やしてもコイルの抵抗値は並列数ほど低減されないし、各コイルに流れる電流の大きさにも差が生じる。
【0007】
このような問題を解決するために、出願人は、図2に示すような構成のインダクタまたはトランス付き基板(以下では単に「トランス」と表す場合がある)を提案している。図2はトランス付き基板の上面図で、ボビンの柱状巻芯へ、一組のコイル6および7を並列に同一方向へ巻回し、その端部を基板上のランド(出力端子)へ接続する。また、二次コイル8の端部はボビンのピン端子へ接続する。このような構成により、一組の一次コイルの全長をほぼ等しくすることができる。なお、以降、図に示す○で囲まれた数字はトランスなどの端子番号である。
【0008】
発明者のさらなる研究の中で、柱状巻芯へ巻回した一組のコイルを有するトランスや、その周辺回路部の抵抗値を低減するために、各コイルの端部のうち互いに極性が異なる端部を近距離に配置する必要が生じた。図3はその理由を説明する図である。
【0009】
図3はプッシュプルスイッチング回路を示す図である。図2に示す構成を有するトランス9は、一次コイル(直列接続される一組のコイル6、7から構成される)および二次コイル8を有し、コイル6、7の逆極性の端部が接続された接続点が一次コイルのセンタタップ(CT)である。また、コイル6の一端(非CT側)が接続されたトランス9の端子1は、スイッチング素子SW1のドレイン電極に接続される。同様に、コイル7の一端(非CT側)が接続されたトランス9の端子4は、スイッチング素子SW2のドレイン電極に接続される。また、CTを構成するトランス9の端子2および3は直流電源Eのプラス側に接続され、スイッチング素子SW1およびSW2の両ソース端子は直流電源Eのマイナス側に接続されて、プッシュプルスイッチング回路が構成される。
【0010】
トランス9の二次コイルであるコイル8の出力は、例えばダイオードブリッジD1−D4によって全波整流され、図3に示す回路の出力端へ出力される。また、図3に示す回路の入出力端には、直流電圧の変動を抑制する目的で、一般にキャパシタC1およびC2が適宜接続される。なお、図3にはスイッチング素子としてMOSFETを使用する例を示したが、スイッチング素子の種類に限定はない。
【0011】
このようなプッシュプルスイッチング回路において、スイッチング素子SW1およびSW2のソース電極、並びに、CTを構成するトランス9の端子2および3は、各要素間の配線の抵抗値を低減するため、それぞれ近距離に配置されることが望まれる(図2にはスイッチング素子SW1およびSW2の一般的な配置を示した)。とくに、低電圧・大電流用途のプッシュプルスイッチング回路の場合、こうした要望が大きい。
【0012】
【特許文献】
特開平6−069035号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を個々にまたはまとめて解決するためのもので、電子部品およびその周辺回路の抵抗値を低減することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。
【0015】
本発明にかかる電子部品の製造方法は、巻芯に第一のコイルを巻回し、巻芯に、第一のコイルとは逆の巻回方向に第二のコイルを巻回し、第一および第二のコイルの互いに極性が異なる端部をそれぞれ、巻芯に対して同一側に引き出すことを特徴とする。
【0016】
本発明にかかる電子部品は、巻芯に巻回された第一のコイルと、巻芯に、第一のコイルとは逆方向に巻回された第二のコイルとを有し、第一および第二のコイルの互いに極性が異なる端部はそれぞれ、巻芯に対して同一側に引き出されていることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる一実施形態のトランスを説明する。なお、本発明は、トランスに限らず、インダクタなどの磁気部品にも適用することができる。
【0018】
図4は実施形態のトランス5のコイルの巻回方法を説明する概念図である。なお、トランス5は、コイルを巻回する柱状巻芯1、図2および3に示した一組のコイル6および7と同一の構成を有するコイル2および3、さらに、端子2と端子3を接続する導棒4(例えば銅の丸棒、角棒、板など)、端子5および端子6を有する二次コイル6から構成される。柱状巻芯1は、その断面S1が長方形の角柱形状を有し、それぞれ上面J、側面IおよびKを図4のように定義する。また、上面Jに対向する面を下面Hとする。
【0019】
図5は断面S1側からみた場合のコイル2および3の巻回方法を説明する図である。
【0020】
図5に示すように、コイル2は、端子1側を固定して、柱状巻芯1の下面Hから側面I、上面J、側面K、そして下面Hの順に反時計回りに巻回する。一方、コイル3は、端子4側を固定して、上面J、側面I、下面H、側面K、そして上面Jの順に時計回りに巻回する。以上の作業で、互いに極性が異なるコイル2および3の端子1と4、端子2と3がそれぞれ柱状巻芯1の同一側面側に配置される。従って、CTを構成する端子2と3の間の距離が短くなるとともに、スイッチング素子SW1とSW2(図3参照)を端子1と4の近傍に配置してそれらのソース電極の間の距離を短くすることができる。ゆえに、トランス5や、その周辺回路のパターンの抵抗値を低減する効果が期待される。
【0021】
また、トランス5のコイル構成は、図4および5に示すように、各コイルの交差部(柱状巻芯1へコイルを巻くときに各コイルの巻線が交差する部位)は、柱状巻芯1の上面Jおよび下面Hに分散され、柱状巻芯1の巻幅をより有効に活用することができる。
【0022】
さらに、図6に示すように、プリント基板50へトランス5を埋め込むように配置すれば、各端子がプリント基板50の両面へ配置されるため、回路全体の薄型化にも貢献する。さらに、プリント基板50へ導棒4も埋め込むように配置すれば、CTの構成(端子2と3の接続)は一般的な実装技術ではんだ付け可能になり、CTの形成が非常に容易になる。また、導棒4の長さは、柱状巻芯1の側面IおよびKと同程度の長さ(プリント基板50の厚み方向の長さ)と同程度で済み、CTをなす導棒4を短くすることができる。
【0023】
なお、上記では、柱状巻芯1へコイルを巻回する例を説明したが、コアへ直接コイルを巻回してもよい。また、ボビンへ挿入するコアの材料もとくに限定はなく、極端な場合は空芯でもよい。さらに、上記では、各1ターンの一組のコイルを巻回する例を説明したが、コイルの巻数もとくに限定されない。要は、柱状巻芯1に第一のコイルと第二のコイルとを逆方向に巻回して、両コイルのCTを構成する端部を柱状巻芯1の一側面側に引き出し、両コイルの他端部を柱状巻芯1の逆側面側に引き出せばよい。
【0024】
【実施例1】
次に、実施例1のトランスを説明する。
【0025】
実施例1のトランス13は、図7に示すE型コア10を二つ用いるEE型コアを用いて、図4に示すトランス5と同様な機能を実現するものである。トランス13のコイルは、トランス5の一組のコイルに相当するコイル2および3、並びに、二次コイル11から構成される。なお、コイル2および3は、図4のコイル2および3に相当するから、それらコイルの巻回方法の詳細説明は省略する。また、プッシュプルスイッチング回路を実現するためのスイッチング素子SW1、SW2、整流ダイオードD1−D4、回路の入出力に接続される平滑キャパシタC1、C2などは、図3を参照することとして、詳細な説明は省略する。
【0026】
図7に示すように、E型コア10は、主にコイルを巻回する中脚101、並びに、中脚101の両側に中脚101と平行に配置される一組の側脚102から構成される。なお、EE型コアを形成する際に接合する、各脚の面をE型コア10の断面と定義する。断面のうち、中脚101の断面は、柱状巻芯1の断面に相当し、中脚断面S1(以下単に「断面S1」とする)と定義する。なお、図7には、E型コア10の断面を正面として、E型コア10の上面Jおよび下面Hを定義する。つまり、中脚101の上面J、下面Hおよび側面I、Kの定義は、図4の柱状巻芯1の側面の定義と同一である。
【0027】
図8は実施例1のトランス13を含むプリント基板14の上面図である。
【0028】
プリント基板14は、トランス13を実装するためのプリント基板で、EE型コア10を挿入するための開口141や、トランス13のCTを構成する導棒12の挿入孔を有し、さらに、トランス13の各端子とスイッチング素子や導棒12とを接続するためのランドやパターンが適宜設けられている。
【0029】
図9および10は、図8に示すA−AおよびB−B断面を示す図で、断面側からみたコイル2および3の巻回方法を説明する図である。なお、E型コア10は、その上面(図7参照)がプリント基板14の表面側へ配置されるように開口141へ挿入する。
【0030】
図9に示すように、コイル2は、端子1側を固定して下面H、側面I、上面J、側面K、そして下面Hの順に反時計回りに巻回する。また、図10に示すように、コイル3は、端子4側を固定して、コイル2とは逆に上面J、側面I、下面H、側面K、そして上面Jの順に時計回りに巻回する。
【0031】
以上の結果、図8に示すように、互いに極性が異なるコイル2および3の端子1と4、端子2と3がそれぞれ、中脚101の同一側面側に配置される。従って、CTを構成する端子2と3の間の距離が短くなるとともに、スイッチング素子SW1とSW2を端子1と4の近傍に配置してそれらのソース電極の間の距離を短くすることができる。ゆえに、トランス13や、その周辺回路のぱあターンの抵抗値を低減する効果が期待される。
【0032】
また、トランス13のコイル構成は、図4および5と同様に、各コイルの交差部は、上面Jおよび下面Hに分散され、中脚101(または柱状巻芯)の巻幅をより有効に活用することができる。さらに、各端子がプリント基板14の両面へ配置されるため、図8に示すように、プリント基板14の開口部141へトランス13を埋め込むようにすれば、回路の薄型化にも貢献する。また、プリント基板14に導棒12を組み込めば、端子2と3の接続も極めて容易になる。
【0033】
【実施例2】
次に、実施例2のトランス17を説明する。なお、実施例2において、実施例1と略同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【0034】
トランス17は、実施例1のトランス13と比べるとコイル3の巻回方法が異なる。勿論、コイル3の巻回方法の変更に伴い、スイッチング素子、ランド、パターンおよび導棒12の配置や形状なども変更になるが、それらは本質的な部分ではないので詳細な説明は省略する。
【0035】
図11は実施例2のトランス17を含むプリント基板14aの上面図である。
【0036】
図8と図11を比較するとわかるように、トランス13および17のコイル3の巻回方向は同一であるが、巻回によるコイルの送り方向は、トランス13のコイル3が図の下から上に対して、トランス17のコイル3は上から下である。なお、コイルの送り方向とは、巻始位置を固定してコイルを巻回する際の、巻線の進行方向を指す。例えば、巻始位置を図11に示す端子4や1とすると、コイル3の送り方向は図の上方向、コイル2の送り方向は下方向になる。
【0037】
このような巻回方法を採用すれば、端子1および4は、実施例1のトランス13よりもさらに近傍に配置可能で、スイッチング素子SW1およびSW2を1チップで実現する場合などに非常に好都合である。なお、スイッチング素子は、トランス17と同様に、プリント基板14aに設けた開口部142に埋め込むように配置すれば、端子1および4と容易に接続することが可能である。
【0038】
また、図11とは逆に、端子1および4を接続してCTを形成し、端子2および3にスイッチング素子SW1およびSW2を接続してもよい。このようにすれば、CTを形成するための接続(導棒12)を極力短くすることが可能である。
【0039】
【実施例3】
次に、実施例3のトランスを説明する。なお、実施例3において、実施例1、2と略同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【0040】
実施例3のトランス24は、実施例2のトランス17と比較して、後述する密閉式コア19を用いる点が異なる。勿論、コア19の変更に伴い、スイッチング素子、ランド、パターンおよび導棒12の配置や形状なども変更になるが、それらは本質的な部分ではないので詳細な説明は省略する。
【0041】
図12は密閉式コア19の三面図である。密閉式コア19は、二つの密閉式コア19の断面を合わせることで、四つのコイル取出口192−195以外には開口部がないコアを形成し、楕円柱形状を有する中脚191と、二つの側脚196を有する。
【0042】
図13は実施例3のトランス24を含むプリント基板14bの上面図である。
【0043】
実施例3のトランス24のコイル2および3の巻回方法は、実施例2のコイル2および3の巻回方法と同じである。従って、スイッチング素子SW1およびSW2も開口部142に配置する。
【0044】
図14および15は、図13に示すA−AおよびB−B断面を示す図で、断面側からみたコイル2および3の巻回方法を説明する図である。なお、図14の断面図にはコイル3が表示されるべきであるが、説明を容易にするためにコイル3の記載を省略する。
【0045】
図14に示すように、実施例2のコイル2に相当するコイル2は、図12に示す開口部192から密閉型コア19へ入り、断面S2を正面として、中脚191に反時計回りに巻回され、開口部193から出る。同様に、図15に示すように、実施例2のコイル3に相当するコイル3は、開口部195から入り、中脚191に時計回りに巻回され、開口部194から出る。なお、コイル2および3の送り方向は実施例2と同じである。
【0046】
コイル2および3の端部(端子2および3)は、プリント基板14bに設けられた凹部のランド(図14参照)にはんだ付けされ、導棒12bに電気的に接続される。他方の端部(端子1および4)も、プリント基板14bの凹部に設けられたランド(図15参照)にはんだ付けされ、スイッチング素子SW1、SW2に電気的に接続される。
【0047】
このように、端子1および4は、実施例2と同様、互いに近傍に配置され、スイッチング素子SW1およびSW2を1チップで実現する場合などに非常に好都合である。また、トランス24はコイルを含めてプリント基板14bへ完全に埋め込む構成であり、回路全体を非常に薄型化できる。
【0048】
さらに、中脚191の断面形状が楕円形であるため、EE型コアなどの中脚と比較して、巻回が容易だけでなく、コイルの全長を短くすることができる(全長を同じにすれば断面S2の面積を大きくすることができる)。従って、より高効率な回路を形成することができる。
【0049】
このように、本発明にかかるコイルの巻回方法は、中脚や柱状巻芯の断面形状に依存せずに適用可能である。
【0050】
なお、トランス24をプリント基板14bへ埋め込む場合、コイル2および3の端部(端子1−4)をそれぞれプリント基板14bの裏面または表面方向(つまり図14の上または下方向)へ予め折り曲げておき、トランス24をプリント基板14bへ組み込んだ後、端部の折り曲げを戻して、プリント基板14bの凹部のランドへ接続すればよい。また、プリント基板14bを例えばB−B面付近で二分割しておき、トランス24を分割したプリント基板で挟み込む方法もある。なお、二次コイル11は、コイル2や3と一緒に開口部192−195の何れかから引き出し、上記のランドへ接続する。
【0051】
また、図16から図21を参照して、コイルの送り方向移動方向の組み合わせと、柱状巻芯に占めるコイルの巻幅の関係について説明する。
【0052】
図16は、図4の柱状巻芯1へ巻回したコイルmの巻回を説明した図であり、コイルmは断面S1を正面として、端部α側を固定して、端部β側を持って上面J、側面I、下面H、側面K、上面Jの順に、時計回りに巻回する。また、図17は、同コイルnの巻回を説明した図であり、端部σ側を固定して、端部γ側を持って下面H、側面I、上面J、側面K、下面Hの順に、反時計回りに巻回する。
【0053】
図18および図19は、柱状巻芯1へ巻回された各コイルの送り方向移動方向を説明した図であり、柱状巻芯1の上面より見た図である。なお図18では、コイルmとコイルnの送り方向移動方向は同一方向であり、図19では、互いに対向する向きである。
【0054】
図20および図21はそれぞれ、図18および図19に示す柱状巻芯1の展開図であり、柱状巻芯1の各面上を通過するコイルの軌跡を説明している。なお、各コイルともに平角の巻線を使用しており、柱状巻芯1の長手方向において、コイル同士の隙間が無いように巻回すものとする。
【0055】
ここで、図20に示すように、コイルmとコイルnの送り方向移動方向が同一である場合、コイルmとコイルnにより占有される柱状巻芯1の長手方向の幅は、巻線一本の幅の四倍となる。その一方で、図21に示すように、コイルmとコイルnの送り方向移動方向が逆である場合、同巻線一本の幅の(15/4)倍となる。従って、コイルの送り方向移動方向を逆にすると、巻線一本の幅の1/4分だけ、柱状巻芯1の幅方向をより有効に活用できることが分かる。
【0056】
このように、本実施形態のトランス(またはインダクタ)は、コアの脚または巻芯に、第一のコイルを巻き、第一のコイルとは逆の巻回方向に第二のコイルを巻き、第一および第二のコイルの極性が異なる端部をコアの脚または巻芯の同一側面側に引き出すことを特徴とする。
【0057】
このような構成によれば、コアの脚または巻芯の一方の側面側に引き出された極性が異なるコイルの端部によってセンタタップを構成し、他方の側面側に引き出された端部をスイッチング素子へ接続することができるので、センタタップを構成するためのパターンや部材を短くし、複数のスイッチング素子をより狭い領域に配置することが可能になり、トランスやその周辺回路の抵抗値を低減することができる。
【0058】
また、第一および第二のコイルの交差部がコアの脚または巻芯の同一面に位置することがないので、コアの脚または巻芯の巻線幅をより有効に活用することができる。
【0059】
さらに、プリント基板へトランス(またはインダクタ)を埋め込むように配置する場合、各コイルの各端部をプリント基板の両面へ配置することがコイルの全長を最小にすることになり、プリント基板へトランス(またはインダクタ)を埋め込むような構成に最適である。勿論、その様な構成によって、回路全体の薄型化にも貢献する。さらに、プリント基板に導棒を組み込めば、センタタップを構成するコイルの端部間の接続も非常に容易になる。
【0060】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子部品およびその周辺回路の抵抗値を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】スイッチング電源に用いられるトランスの代表的な構成を示す図、
【図2】トランス付き基板を示す図、
【図3】プッシュプルスイッチング回路を示す図、
【図4】実施形態のトランスのコイルの巻回方法を説明する概念図、
【図5】断面側からみた場合のコイルの巻回方法を説明する図、
【図6】トランスをプリント基板へ埋め込む様子を示す図、
【図7】E型コアを示す図、
【図8】実施例1のトランスを含むプリント基板を示す図、
【図9】断面側からみたコイルの巻回方法を説明する図、
【図10】断面側からみたコイルの巻回方法を説明する図、
【図11】実施例2のトランスを含むプリント基板を示す図、
【図12】密閉式コアを示す図、
【図13】実施例3のトランスを含むプリント基板を示す図、
【図14】断面側からみたコイルの巻回方法を説明する図、
【図15】断面側からみたコイルの巻回方法を説明する図、
【図16】断面側からみたコイルの巻回方法を説明する図、
【図17】断面側からみたコイルの巻回方法を説明する図、
【図18】コイルの送り方向を説明する図、
【図19】コイルの送り方向を説明する図、
【図20】各面上を通過するコイルの軌跡を説明する柱状巻芯の展開図、
【図21】各面上を通過するコイルの軌跡を説明する柱状巻芯の展開図である。
Claims (14)
- 巻芯に第一のコイルを巻回し、
前記巻芯に、前記第一のコイルとは逆の巻回方向に第二のコイルを巻回し、
前記第一および第二のコイルの互いに極性が異なる端部をそれぞれ、前記巻芯に対して同一側に引き出すことを特徴とする電子部品の製造方法。 - 前記第一および第二のコイルの巻回における巻線の送り方向は互いに異なることを特徴とする請求項1に記載された製造方法。
- さらに、前記巻芯の何れか一側に引き出された端部を連結することを特徴とする請求項1または請求項2に記載された製造方法。
- さらに、前記巻芯に第三のコイルを巻回することを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載された製造方法。
- さらに、前記巻芯およびコイルを基板の開口部に組み込むことを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載された製造方法。
- 巻芯に巻回された第一のコイルと、
前記巻芯に、前記第一のコイルとは逆方向に巻回された第二のコイルとを有し、
前記第一および第二のコイルの互いに極性が異なる端部はそれぞれ、前記巻芯に対して同一側に引き出されていることを特徴とする電子部品。 - 前記第一および第二のコイルの巻回における巻線の送り方向は互いに異なることを特徴とする請求項6に記載された電子部品。
- 前記第一および第二のコイルの巻数は1であることを特徴とする請求項6または請求項7に記載された電子部品。
- さらに、前記巻芯に巻回された第三のコイルを有することを特徴とする請求項6から請求項8の何れかに記載された電子部品。
- プッシュプルスイッチング回路用のトランスであることを特徴とする請求項6から請求項9の何れかに記載された電子部品。
- さらに、前記巻芯およびコイルを組み込む開口部および前記コイルの端部を接続する端子を含む基板を有することを特徴とする請求項6から請求項10の何れかに記載された電子部品。
- 前記端子を前記基板の二面に配置することを特徴とする請求項11に記載された電子部品。
- 前記基板は、前記巻芯の何れか一側に引き出された端部を連結する連結部材を有することを特徴とする請求項11または請求項12に記載された電子部品。
- 前記巻芯は柱状体であることを特徴とする請求項6から請求項13の何れかに記載された電子部品。
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
JP2003132155A JP2004335885A (ja) | 2003-05-09 | 2003-05-09 | 電子部品およびその製造方法 |
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