JP2005005386A

JP2005005386A - トランスの巻線引出し構造

Info

Publication number: JP2005005386A
Application number: JP2003165187A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kodera; 剛史小寺
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】ノイズの発生または周辺ノイズからの影響を抑えることができるトランスの巻線引出し構造を提供する。
【解決手段】トランス１の二次巻線の両端部には、Ａ１端子およびＡ２端子が形成されている。Ａ１端子およびＡ２端子は、互いに異なる高さ位置から導出されている。Ｇ１端子およびＧ２端子は、二次巻線のセンタータップ端子であり、互いに異なる高さ位置から導出されている。Ａ１端子、Ａ２端子、Ｇ１端子およびＧ２端子は、トランス本体の近傍から互いに同じ高さ位置を保持したまま水平方向に伸びるようにして外部回路に導かれる。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランスの巻線引出し構造に係わり、特に、大電流が流れる回路において使用されるトランスの巻線引出し構造に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
トランスは、一次側の回路と二次側の回路とを電気的に絶縁しながら、一次側の電力を二次側に伝達する用途等に広く使用されている。そして、トランスの大電流化および小型化を図るために様々な工夫がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、一次側巻線として銅板等がリング形状に打ち抜かれたコイルユニットを積層したものを使用するトランスが記載されている。この構成においては、コイルユニットのパターン幅を広くすることにより、大電流を流すことが容易になり、また、電力の損失が抑えられる。
【０００４】
また、例えば、特許文献２には、一次側巻線、二次側巻線、補助巻線を有するトランスにおいて、そのトランスの同一側面から導出される一次側巻線および補助巻線の端子構造を工夫することで小型化が図られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１７３８３９号公報（図１〜図４、段落００１７〜００２４）
【０００６】
【特許文献２】
特開平１１−３４００７２号公報（図１、段落００１２〜００２１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、トランスの巻線の引出し構造は、ノイズの影響を考慮して設計されてはいなかった。すなわち、トランスの巻線の両端部（「巻き始め」および「巻き終り」）は、一般に、図８（ａ）に示すように、トランス本体から引き出され、接続すべき外部回路まで互いに平行に伸びるように構成されている。このため、トランス本体から引き出された１組の導体パターンは、通常、図８（ｂ）に示すように、導体ループを形成することになる。
【０００８】
このような導体ループは、そこに電流が流れることにより電流ループを形成することになるが、特に、トランスの巻線に交流が与えられた場合は、その交流の周波数に応じて周囲の磁束が変化し、この導体ループがノイズ源となる。また、このトランスの周辺にノイズが存在する場合は、この導体ループがそのノイズを検出してしまう。すなわち、この導体ループを通過する磁束を変化させるようなノイズが存在すると、上記導体ループを介してその磁束を打ち消すような電流が流れることとなり、トランスの出力が変化してしまう。
【０００９】
本発明は、ノイズの発生または周辺ノイズによる影響を抑えることができるトランスの巻線引出し構造を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のトランスの巻線引出し構造は、巻線の一方の端部を外部回路に接続するための第１の導体パターンがトランス本体の第１の位置から導出されるとともに、その巻線の他方の端部を上記外部回路に接続するための第２の導体パターンが第２の位置から導出されているトランスを前提とし、上記第１の導体パターンおよび上記第２の導体パターンにより構成される導体ループの面積が最小化されるように、それら第１および第２の導体パターンが引き回される。
【００１１】
この発明によれば、電流ループとなり得る導体ループの面積が小さいので、トランスを介して大電流が流れる場合であっても放出されるノイズが抑えられる。また、周辺にノイズが存在しても、それを検出しにくくなる。
上記巻線引出し構造において、上記第１または第２の導体パターンの少なくとも一方が、上記トランス本体から導出された直後に折り曲げられており、それら第１および第２の導体パターンが上記トランス本体の近傍から互いに巻線の芯に平行な方向に対する位置が同じ位置を保持したまま上記外部回路へ導かれる、ようにしてもよい。つまり、巻線の芯が上下方向ならば、第１および第２の導体パターンが同じ高さ位置を保持したまま外部回路へ導かれる構造である。この構造によれば、巻線に接続される導体パターンは、トランス本体の近傍から互いに近接して且つ平行に引き回されるので、形成される導体ループの面積のうち、巻線の芯を含む平面に対する投影面積が最小化される。
【００１２】
また、上記巻線引出し構造において、上記トランス本体から上記巻線のセンタータップ端子を上記外部回路に接続するための第３の導体パターンが導出されている場合には、上記第１の導体パターン、上記第２の導体パターンおよび上記第３の導体パターンが上記トランス本体の近傍から互いに巻線の芯に平行な方向に対する位置が同じになる様に保持したまま上記外部回路に導かれる、ようにしてもよい。この構造によれば、巻線のセンタータップから導体パターンが引き出される構成であっても、大きな導体ループが形成されることはなく、ノイズの放出および周辺ノイズの検出の抑制が実現される。
【００１３】
本発明の他の態様のトランスの巻線引出し構造は、巻線の一方の端部に接続する第１の導体パターンおよびその巻線の他方の端部に接続する第２の導体パターンが、トランス本体の外部において、少なくとも１回立体交差するように引き回されて外部回路に導かれる。
【００１４】
この発明によれば、導体パターンが立体交差するように引き回されるので、導体パターンにより形成される導体ループの面積が小さくなり、上述の発明と同様の効果が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、トランスが使用される回路の一例を示す図である。ここでは、ＤＣ／ＤＣコンバータを採り上げて説明する。そして、一次側（すなわち、入力側）に直流電源１０１が接続されており、また、二次側（すなわち、出力側）にバッテリ１０２が接続されており、このＤＣ／ＤＣコンバータによりバッテリ１０２が充電されるものとする。
【００１６】
トランス１は、一次側の回路と二次側の回路とを電気的に絶縁しながら、その一次側に供給される電力を二次側に伝達する。励磁用スイッチ回路２は、１または複数のスイッチング素子２ａ〜２ｄを含み、トランス１の一次側の巻線を励磁する。なお、各スイッチング素子２ａ〜２ｄは、それぞれ、不図示の制御回路により制御される。
【００１７】
整流用スイッチ回路３は、スイッチング素子３ａ、３ｂを含み、励磁用スイッチ回路２と同期して動作するように上述の制御回路により制御される。ここで、スイッチング素子３ａは、トランス１の二次側巻線の一方の端部とバッテリ１０２の負極との間に設けられており、スイッチング素子３ｂは、その二次側巻線の他方の端部とバッテリ１０２の負極との間に設けられている。また、トランス１のセンタータップ端子とバッテリ１０２の正極との間にインダクタＬが設けられている。なお、スイッチング素子３ａ、３ｂの代わりに、整流用ダイオードが設けられる構成であってもよい。
【００１８】
上記スイッチング電源において、励磁用スイッチ回路２を適切に駆動することによりトランス１の一次側巻線が周期的に励磁される。また、トランス１の二次側に生成される電流は、整流用スイッチ回路３により整流される。そして、整流用スイッチ回路３を介して流れる電流によりインダクタＬにエネルギーが蓄えられ、そのエネルギーによりバッテリ１０２が充電されるようになっている。
【００１９】
このように、トランス１は、その一次側巻線が一次側回路（ここでは、励磁用スイッチ回路２）に接続されるとともに、その二次側巻線が二次側回路（ここでは、整流用スイッチ回路３、インダクタＬ）に接続されている。すなわち、トランス１の一次側巻線および二次側巻線は、それぞれ、導体パターンを介して一次側回路および二次側回路に電気的に接続されている。
【００２０】
ところで、トランス１と外部回路（ここでは、トランスの一次側回路または二次側回路）とを電気的に接続する導体パターンは、図８（ｂ）を参照しながら説明したように、導体ループを形成する。そして、この導体ループは、交流が与えられると、磁束の変化というかたちで周囲にノイズを放出する。また、トランス１の周辺にノイズが存在すると、導体ループがそのノイズを検出してトランス１の出力に影響を及ぼしてしまう。
【００２１】
ここで、これらの影響の大きさは、基本的に、その導体ループの面積に依存する。具体的には、導体ループの面積が大きくなると、周辺のノイズを検出しやすくなるので、特に、トランス１の出力が変化しやすくなってしまう。
そこで、本発明の実施形態の巻線引出し構造では、トランス１と外部回路とを電気的に接続する導体パターンにより形成される導体ループの面積が出来るだけ小さくなるように、導体パターンを引き回すようにしている。
【００２２】
図２は、トランス１の分解斜視図である。トランス１は、この実施形態では、一次側巻線１１、二次側巻線を構成する巻線ユニット１２、１３、およびコア部材１４、１５から構成される。ここで、一次側巻線１１は、比較的細い電線を複数回リング状に巻くことにより形成されている。そして、その一次側巻線１１の両端部から導体パターンとしてのリード線１１ａ、１１ｂが引き出されている。
【００２３】
二次側巻線を構成する巻線ユニット１２、１３は、それぞれ、例えば銅板をリング状に打ち抜くことにより形成されている。そして、巻線ユニット１２の両端部には、それぞれＡ１端子およびＧ１端子が形成されており、また、巻線ユニット１３の両端部には、それぞれＡ２端子およびＧ２端子が形成されている。
【００２４】
コア部材１４、１５は、例えばフェライトにより形成されており、それぞれ、突起部１４ａ、１５ａ有している。そして、トランス１を組み立てる際には、これらの突起部１４ａ、１５ａが、巻線ユニット１２、一次側巻線１１、巻線ユニット１３を貫通するようにしてコア部材１４、１５が接合される。これにより、一次側巻線および二次側巻線がフェライトコアを介して磁気的に結合される。
【００２５】
なお、巻線ユニット１２の一方の端部に形成されているＧ１端子および巻線ユニット１３の一方の端部に形成されているＧ２端子は、後で説明するが、トランス１の外部で互いに電気的に接続される。また、本実施例において、巻線の芯に平行な方向は、上下方向である。
【００２６】
図３は、一次側巻線の引出し構造を示す図である。なお、ここでは、実施形態の引出し構造の特徴を明確にするために、従来の構造と比較をしながら説明をする。すなわち、実施形態の巻線引出し構造を図３（ａ）に示し、従来の構造を図３（ｂ）に示す。
【００２７】
従来は、トランス１の本体（以下、トランス本体）から引き出された一次側巻線のリード線１１ａ、１１ｂは、図３（ｂ）に示すように、互いに平行に伸びるように引き回されて、外部回路（例えば、図１に示す励磁用スイッチ回路２）の端子に導かれていた。このため、これらのリード線１１ａ、１１ｂにより形成される導体ループの面積は、図３（ｂ）において破線で示すように、かなり大きくなっていた。
【００２８】
これに対して、実施形態の巻線引出し構造によれば、一次側巻線のリード線１１ａ、１１ｂは、図３（ａ）に示すように、トランス本体の外部においてそれらが互いに立体交差するように引き回されて外部回路の端子に導かれている。このため、これらのリード線１１ａ、１１ｂにより形成される導体ループの面積は、図３（ａ）において破線で示すように、従来の構造において形成される導体ループと比較してかなり小さくなる。
【００２９】
このように、実施形態の巻線引出し構造によれば、トランスと外部回路とを電気的に接続するための１組の導体パターンが互いに立体交差するように引き回されるので、導体ループの面積が小さくなり、ノイズの放出およびノイズによる影響が抑制される。
【００３０】
なお、図３（ａ）に示す例では、リード線１１ａ、１１ｂが１回だけ立体交差して外部回路へ導かれているが、２回以上立体交差するように構成されていてもよい。リード線１１ａ、１１ｂが２回以上立体交差されると、実質的に、より対線が構成されるので、ノイズの影響をより受けにくくなる。
【００３１】
次に、二次側巻線の引出し構造について説明する。なお、以下に示す巻線引出し構造は、図２に示したトランスを前提として説明をする。すなわち、トランス１は、一次側巻線１１を挟むようにして二次側巻線としての巻線ユニット１２、１３が配置された構成であるものとする。したがって、二次側巻線は、図４に示すようにしてトランス本体から導出される。すなわち、巻線ユニット１２の両端部に形成されているＡ１端子およびＧ１端子は、トランス本体の上部領域から導出されており、一方、巻線ユニット１３の両端部に形成されているＡ２端子およびＧ２端子は、トランス本体の下部領域から導出されている。このとき、Ｇ２端子の導出口がＧ１端子の導出口の真下に位置するように構成されているものとする。なお、Ｇ１端子およびＧ２端子は、二次側巻線のセンタータップ端子であり、トランス本体の外側で互いに電気的に接続されるものとする。
【００３２】
図５は、実施形態の二次側巻線引出し構造を示す図である。また、実施形態の引出し構造の特徴を明確にするために、従来の構造の一例を図６に示す。なお、図５（ａ）および図６（ａ）は、トランスを上方から見た図であり、図５（ｂ）および図６（ｂ）は、トランスを側方から見た図である。
【００３３】
従来は、図６に示すように、Ａ１端子は、その導出口からそのまま水平方向に伸びるように引き出され、例えば、図１に示すスイッチング素子３ａに接続されていた。また、Ａ２端子は、上方に折り曲げられてＡ１端子と同じ高さ位置に導かれた後、そのＡ１端子と平行に水平方向に伸びるように引き出され、例えば、図１に示すスイッチング素子３ｂに接続されていた。一方、Ｇ２端子は、その導出口からそのまま水平方向に引き出され、Ｇ１端子は、Ｇ２端子に接触するように下方に折り曲げられていた。そして、Ｇ１Ｇ２端子（Ｇ１端子およびＧ２端子が互いに接合された端子）は、例えば、図１に示すインダクタＬに接続されていた。
【００３４】
ところが、この構成では、導体パターンとしてのＡ１端子、Ａ２端子、Ｇ１Ｇ２端子（あるいは、さらにＧ１Ｇ２端子とインダクタＬとを電気的に接続するために二次側回路上に設けられている導体パターン）により形成される導体ループの面積がかなり大きくなってしまう。従って、トランス１の二次側に交流が流れると、その導体ループが電流ループとして作用し、広範囲に渡ってノイズを放出してしまう。また、導体ループの面積が大きいので、周辺のノイズを検出しやくなっていた。
【００３５】
これに対して、実施形態の巻線引出し構造においてば、図５に示すように、トランス１の二次側から引き出される導体パターンにより形成される導体ループの面積が最小化されるように、それらの導体パターンが引き回される。すなわち、Ａ２端子は、図７（ｂ）に示すように、その導出口からそのまま水平方向に伸びるように引き出され、例えば、図１に示すスイッチング素子３ｂに接続される。また、Ａ１端子は、図７（ａ）に示すように、トランス１から導出された直後に下方に折り曲げられ、そのトランス１の側面に近接しながら且つその側面に平行に下方に伸びてゆき、さらにＡ２端子と同じ高さ位置で再び折り曲げられてそのＡ２端子と同じ高さ位置を保ったまま水平方向に引き出され、例えば、図１に示すスイッチング素子３ａに接続される。
【００３６】
一方、Ｇ２端子は、図７（ｃ）に示すように、その導出口からそのまま水平方向に引き出される。また、Ｇ１端子は、Ａ１端子と同様に、トランス１から導出された直後に下方に折り曲げられ、そのトランス１の側面に近接しながら且つその側面に平行に下方に伸びてゆき、Ｇ２端子に接触するように形成される。そして、Ｇ１端子およびＧ２端子を互いに接合することにより得られるＧ１Ｇ２端子は、例えば、図１に示すインダクタＬに接続される。なお、Ｇ１Ｇ２端子は、Ａ１端子およびＡ２端子と概ね同じ高さ位置を保ったまま水平方向に引き出されるようになっている。
【００３７】
このように、実施形態の巻線引出し構造においては、導体パターンとしてのＡ１端子、Ａ２端子、Ｇ１端子、Ｇ２端子により形成される導体ループの面積は、図５（ｂ）に示すように、かなり小さくなる。したがって、トランス１の二次側に交流が流れても、ノイズが放出される領域は狭い。また、周辺ノイズの検出も少なくなる。
【００３８】
さらに、図１に示すＤＣ／ＤＣコンバータによりバッテリ１０２が充電されるときは、トランス１の二次側において、例えば、Ａ１端子から入力される電流がＧ１Ｇ２端子から出力されてインダクタＬを励磁する動作、およびＡ２端子から入力される電流がＧ１Ｇ２端子から出力されてインダクタＬを励磁する動作が交互に繰り返される。すなわち、Ａ１端子、Ａ２端子、Ｇ１端子、Ｇ２端子のすべてが、それぞれ、断続的に大電流を流すこととなる。このため、実施形態の巻線引出し構造では、トランス１のセンタータップ端子が利用される場合には、二次側巻線の両端から引き出される導体パターン（Ａ１、Ａ２）だけでなく、そのセンタータップから引き出される導体パターン（Ｇ１、Ｇ２）も含めて、すべての導体パターンがトランス本体の近傍から互いに同じ高さ位置を保持したまま外部回路に導かれるようにしている。この結果、電流ループが形成され得る各導体ループの面積のうち、トランスの側面から見た投影面積がそれぞれ最小化され、ノイズが抑制される。
【００３９】
なお、上述の例では、トランス１の上部から導出される導体パターン（図４〜図７においては、Ａ１端子、Ｇ１端子）が下方向に折り曲げられる構造を示したが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、トランス１の下部から導出される導体パターン（図４〜図７においては、Ａ２端子、Ｇ２端子）をトランス本体の近傍で上方向に折り曲げることにより、トランス１の近傍から同じ高さ位置を保持しながらＡ１端子、Ａ２端子、Ｇ１端子、Ｇ２端子を外部回路へ導くようにしてもよい。また、トランス１の上部から導出される導体パターンをトランス本体の近傍で下方向に折り曲げるとともに、トランス１の下部から導出される導体パターンをトランス本体の近傍で上方向に折り曲げることにより、トランス１の近傍から同じ高さ位置を保持しながらＡ１端子、Ａ２端子、Ｇ１端子、Ｇ２端子を外部回路へ導くようにしてもよい。
【００４０】
また、導体パターンを折り曲げる方向は上下方向でなくてもよい。例えば、左右方向でもよい。つまり、トランス１の近傍から左右方向同じ位置を保持しながら外部回路へ導く。この場合、導体パターンのトランスを上方から見た投影面積が最小化され、ノイズが抑制される。また、左右方向でなくてもよく、例えば、斜め方向であってもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、トランスから引き出される導体パターンにより形成される導体ループの面積が小さくなるので、放出されるノイズが抑えられるとともに、周辺ノイズの影響を受けにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トランスが使用される回路の一例を示す図である。
【図２】トランスの分解斜視図である。
【図３】一次側巻線の引出し構造を示す図であり、（ａ）が実施形態の構造、（ｂ）が従来の構造を示す。
【図４】二次側巻線の導出部の構成を示す図である。
【図５】実施形態の二次側巻線引出し構造を示す図である。
【図６】従来の二次側巻線引出し構造を示す図である。
【図７】トランスから導出された導体パターンの形状を示す図である。
【図８】（ａ）は従来のトランスの巻線引出し構造を示す図であり、（ｂ）はトランスから引き出される導体パターンにより形成される電流ループを示す図である。
【符号の説明】
１トランス
２外部回路としての励磁用スイッチ回路
３外部回路としての整流用スイッチ回路
１１一次側巻線
１１ａ、１１ｂ導体パターンとしてのリード線
１２、１３二次側巻線を構成する巻線ユニット
Ａ１、Ａ２、Ｇ１、Ｇ２導体パターンとしての端子

Claims

巻線の一方の端部を外部回路に接続するための第１の導体パターンがトランス本体の第１の位置から導出されるとともに、その巻線の他方の端部を上記外部回路に接続するための第２の導体パターンが第２の位置から導出されているトランスの巻線引出し構造であって、
上記第１の導体パターンおよび上記第２の導体パターンにより構成される導体ループの面積が最小化されるように、それら第１および第２の導体パターンが引き回される
ことを特徴とするトランスの巻線引出し構造。
請求項１に記載の巻線引出し構造であって、
上記第１または第２の導体パターンの少なくとも一方が、上記トランス本体から導出された直後に折り曲げられており、それら第１および第２の導体パターンが上記トランス本体の近傍から互いに巻線の芯に平行な方向に対する位置が同じになる様に保持したまま上記外部回路へ導かれる
ことを特徴とするトランスの巻線引出し構造。
請求項１に記載の巻線引出し構造であって、
上記トランス本体から上記巻線のセンタータップ端子を上記外部回路に接続するための第３の導体パターンが導出されており、
上記第１の導体パターン、上記第２の導体パターンおよび上記第３の導体パターンが上記トランス本体の近傍から互いに巻線の芯に平行な方向に対する位置が同じになる様に保持したまま上記外部回路に導かれる
ことを特徴とするトランスの巻線引出し構造。
巻線の一方の端部に接続する第１の導体パターンおよびその巻線の他方の端部に接続する第２の導体パターンが、トランス本体の外部において、少なくとも１回立体交差するように引き回されて外部回路に導かれる
ことを特徴とするトランスの巻線引出し構造。