JP2005228758A - プリントコイルトランス及びプリント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便、低コストのプリントコイルトランス及びプリント基板を提供する。
【解決手段】 複数の同心渦巻き状のプリントコイルを積層するコイル基板と、前記渦巻きの中心に磁路を形成し前記プリントコイル間の磁気結合を形成するコアとを備えるプリントコイルトランスにおいて、前記コアの脚の長さを前記コイル基板の厚さと前記コアのギャップ長に基づく長さとの和に形成し、前記コイル基板を前記コアの連結部コア寄りに固定するコイル固定手段を備えることを特徴とするプリントコイルトランス。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スイッチング電源等に用いられるプリントコイルトランス及びプリント基板に関する。

従来のプリントコイルトランスについて図６を用いて説明する。図６は、従来のプリントコイルトランスの斜視図である。同図において、プリントコイルトランスは、コイル基板１とコア２と端子３とを備える。

また、図７は、図６の従来例の磁束を示す断面図である。なお、図６の実施例と同一の要素には同一符号を付し説明を省略する。また、図７（ａ）はスペーサギャップの場合であり、コア２はギャップ１１を備える。さらに、図７（ｂ）は中足ギャップの場合であり、コア２はギャップ１２を備える。

同図において、コイル基板１は複数の同心渦巻き状のプリントコイル４を積層する。また、コア２はプリントコイル４の渦巻きの中心に磁路を形成しプリントコイル４間の磁気結合を形成する。そして、この磁路には、磁束Φ１または磁束Φ２が生ずる。

また、磁束Φ１または磁束Φ２の一部は、漏れ磁束となって、コイル基板１内部を流れる。さらにまた、漏れ磁束は、ギャップ１１またはギャップ１２近辺で生ずる漏れ磁束と、ギャップ１１またはギャップ１２以外で生ずる漏れ磁束とがある。

さらに、コア２の脚の長さｈとコイル基板１の厚さｔとは、ほぼ同じ値に形成される。さらにまた、コア２とコイル基板１とは固定されていない。

また、従来のトランス（電源トランス）は、トランス本体の外部外周にショートリングを備えるものもある（例えば、特許文献１参照。）。

さらに、従来のプリントコイルトランス（積層型多連トランス）は、複数のトランスを積層方向に積み重ねて配置するとともに、各々のトランスの間にシールド電極又はショートリング電極を配置するものもある（例えば、特許文献２参照。）。そして、このような従来のプリントコイルトランスは、それぞれのトランス間で磁気的結合をできるだけ生じさせないようにして、各トランス間に於いて有害な相互干渉を抑制するものである。

また、従来のトランス（フライバックトランス）は、コアギャップ部付近に巻線を施さないか、たとえ巻線を施しても巻線をできるだけ減らすものもある（例えば、特許文献３参照。）。

特開平５−５５５２３号公報 特開２００２−２０３７２４号公報 特開平７−１３０５６４号公報

しかしながら、図６及び図７の従来例では、磁束Φ１または磁束Φ２に係る漏れ磁束によって、プリントコイル４の交流抵抗が増加し、プリントコイル４の損失が増加するという課題がある。特に、ギャップ１１またはギャップ１２付近では、大きな漏れ磁束が生じ、プリントコイル４の交流抵抗が大きく増加し、プリントコイル４の損失が大きく増加する。

また、特許文献１の発明のトランスは、ショートリングを形成する製造工程が複雑となるため、高価となるという課題がある。

また、特許文献３の発明のトランスは、巻線を均一に形成するものではないため、製造工程が複雑となり、高価となるという課題がある。

本発明の目的は、以上説明した課題を解決するものであり、簡便、低コストのプリントコイルトランスを提供することにある。

このような目的を達成する本発明は、次の通りである。
（１）複数の同心渦巻き状のプリントコイルを積層するコイル基板と、前記渦巻きの中心に磁路を形成し前記プリントコイル間の磁気結合を形成するコアとを備えるプリントコイルトランスにおいて、前記コアの脚の長さを前記コイル基板の厚さと前記コアのギャップ長に基づく長さとの和に形成し、前記コイル基板を前記コアの連結部コア寄りに固定するコイル固定手段を備えることを特徴とするプリントコイルトランス。

（２）前記コイル基板内部を流れる前記コアの漏れ磁束に蓄えられるエネルギーが前記コアのギャップに蓄えられるエネルギーの百分の一より小さく、前記プリントコイルの銅箔の厚みが７０μｍのプロセスで生成したものよりも小さく、フライバックコンバータのトランスを形成することを特徴とする（１）記載のプリントコイルトランス。

（３）複数の同心渦巻き状のプリントコイルを積層するコイル基板と、前記渦巻きの中心に磁路を形成し前記プリントコイル間の磁気結合を形成するコアとを備えるプリントコイルトランスを実装するプリント基板において、前記コアの外周に沿うショートリングパターンを備えることを特徴とするプリント基板。

（４）前記ショートリングパターンは、前記コアのギャップ寄りに形成し、前記コアは、脚の長さを前記コイル基板の厚さと前記コアのギャップ長に基づく長さとの和に形成すると共にギャップを連結部コアよりも前記プリント基板寄りに形成し、前記コイル基板を前記連結部コア寄りに固定するコイル固定手段を備えることを特徴とする（３）記載のプリント基板。

本発明によれば、簡便、低コストのプリントコイルトランス及びプリント基板を提供できる。

また、本発明によれば、低損失、低ノイズのプリントコイルトランス及びプリント基板を提供できる。

さらに、特に、プリントコイルの銅箔の厚みが７０μｍのプロセスで生成したものよりも小さいときに、好適な低損失の特性を得ることができる。

また、プリントコイルトランスでフライバックコンバータを形成する場合に、好適な低損失の特性を得ることができる。

以下に図１に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例を示す断面図である。なお、図６及び図７の従来例と同一の要素には同一符号を付し説明を省略する。また、図１（ａ）はスペーサギャップの場合であり、図７（ａ）に対応している。さらに、図１（ｂ）は中足ギャップの場合であり、図７（ｂ）に対応している。

図１の実施例の特徴は、コア２の脚の長さｈとコイル固定手段５とにある。

同図において、コア２は、連結部コア２１と、中足コア２２と、脚部コア２３と、脚部コア２４と、Ｉコア２５とを備える。また、連結部コア２１と中足コア２２と脚部コア２３と脚部コア２４とは、Ｅ形のコアに一体に形成する。

詳しくは、連結部コア２１の中央部分に中足コア２２を連結するように形成し、連結部コア２１の一端に脚部コア２３を連結するように形成し、結部コア２１の他端に脚部コア２４を連結するように形成する。

さらに、脚の長さｈは、コイル基板１の厚さｔよりも十分に大きくする。そして、脚の長さｈを厚さｔとコア１のギャップ長ｇに基づく長さｄとの和に形成する。即ち、以下の式（１）を満足する。
ｈ＝ｔ＋ｄ （１）

そして、ギャップ長ｇが大きい場合は長さｄを大きく形成し、ギャップ長ｇが小さい場合は長さｄを小さく形成する。具体的には、図１の実施例に基づくプリントコイルトランスでフライバックコンバータを形成する場合は、ギャップ長ｇを大きく形成し、長さｄ（脚の長さｈ）を大きく形成する。

そしてまた、

また、コイル固定手段５は、コイル基板１をコア２の連結部コア２１寄りに固定する。

このように構成される図１の実施例に生ずる磁束（図示せず）について説明する。
図１の実施例に生ずる磁束の大部分は、中足コア２２、連結部コア２１、脚足コア２３及び脚足コア２４、Ｉコア２５、ギャップ１１またはギャップ１２の磁気回路を流れる。

また、ギャップ１１またはギャップ１２近辺では、磁束の拡がりが生ずる。しかしながら、この拡がりを生ずる磁束は、脚の長さｈを厚さｔよりも十分に大きくしたため、コイル基板１内部をほとんど流れない。

一方、図１の実施例に生ずる磁束のほんの一部分、即ち、漏れ磁束は、中足コア２２、連結部コア２１、脚足コア２３及び脚足コア２４、コイル基板１の磁気回路を流れる。即ち、漏れ磁束は、Ｉコア２５、ギャップ１１またはギャップ１２には流れない。

さらに、ギャップ１１またはギャップ１２のギャップ長ｇが大きい場合は、磁束の拡がりが大きくなるが、脚の長さｈも大きくなるため、コイル基板１内部をほとんど流れない。

このようにして、図１の実施例は、コイル基板１内部を流れる漏れ磁束は非常に少なく、プリントコイル４の交流抵抗の増加は小さく、プリントコイル４の損失は小さい。

また、特に、プリントコイル４の銅箔の厚みが７０μｍのプロセスで生成したものよりも小さいときは、特に好適な低損失の特性を得ることができる。これは、動作周波数１ＭＨｚの表皮の厚さは約６６μｍであり、プリントコイル４の交流抵抗は、漏れ磁束に大きく影響されることによる。

さらに、図１の実施例のプリントコイルトランスでフライバックコンバータを形成する場合は、プリントコイルトランスにエネルギーが一時的に蓄積されるため、プリントコイル４の交流抵抗は、漏れ磁束に大きく影響される。

また、図１の実施例は、プリントコイル４の形成において特別な製造工程を要しない。図１の実施例は、脚の長さｈの調整のみで、低損失のプリントコイルトランスを提供できる。

そして、コイル基板１内部を流れるコア２の漏れ磁束に蓄えられるエネルギーが、ギャップ１１またはギャップ１２に蓄えられるエネルギーの百分の一（１／１００）より小さくなるように、脚の長さｈ（長さｄ）を形成すると、プリントコイル４の交流抵抗の増加はほぼ無視できるようになり、プリントコイル４の損失は小さくなる。

なお、脚の長さｈ（長さｄ）が極端に大きな値となると、コア２の体積が大きくなるため、コア２の原価は高くなり、コア損失は大きくなる。したがって、脚の長さｈ（長さｄ）が、コア２の原価及びコア損失に基づき、極端に大きな値とならないようにすると、さらにプリントコイルトランス全体の特性は改善する。

また、図２は本発明の第２の実施例を示す斜視図である。さらに、図３は図２の実施例の断面図である。図１の実施例と同一の要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図２及び図３の実施例の特徴は、ショートリングパターン６にある。

図２において、プリント基板８は、コイル基板１とコア２と端子３とを備えるプリントコイルトランスを実装する。詳しくは、プリント基板８とコイル基板１とは、端子３を介して、電気的に接続する。

また、ショートリングパターン６は、プリント基板８上に形成され、コア２の外周に沿って形成される。さらに、ショートリングパターン６は、電気的に閉回路に形成される。

さらに、図２及び図３において、ショートリングパターン６は、コア２のギャップ１１寄りに形成する。また、ギャップ１１は、連結部コア２１よりもプリント基板８寄りに形成する。

このように構成される図２及び図３の実施例に生ずる磁束について説明する。
図２及び図３の実施例に生ずる磁束のほんの一部分（磁束Φ４）は、中足コア２２、連結部コア２１、ギャップ１１、Ｉコア２５を流れ、脚足コア２３及び脚足コア２４には流れない。

このような、磁束Φ４は、伝導ノイズ及び放射ノイズとなってプリントコイルトランスの特性を悪化させる。

しかしながら、プリント基板８上のショートリング６には、磁束Φ４を抑制する電流が流れる。このようなことにより、図２及び図３の実施例は、伝導ノイズ及び放射ノイズが低い特性となる。

また、図２及び図３の実施例のショートリング６は、プリント基板８を形成する際に同時に形成することが可能である。即ち、プリント基板８を形成する工程の後にショートリング６を新たに形成する工程をとるものではない。

また、図４は本発明の第３の実施例を示す斜視図である。さらに、図５は図４の実施例の断面図である。図２及び図３の実施例と同一の要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図４及び図５の実施例の特徴は、プリント基板７にある。そして、図４及び図５の実施例のプリント基板７は、図２及び図３の実施例のコイル基板１とプリント基板８とを一体に形成したものに相当する。

詳しくは、プリント基板７は、複数の同心渦巻き状のプリントコイル４を積層する。また、コア２はプリントコイル４の渦巻きの中心に磁路を形成しプリントコイル４間の磁気結合を形成する。

また、図４及び図５において、ショートリングパターン６は、コア２のギャップ１４及びギャップ１５寄りに形成する。即ち、ショートリングパターン６は、プリント基板７の表面に形成し、プリント基板７の内層には形成しない。

このように構成される図４及び図５の実施例に生ずる磁束は、図２及び図３の実施例に生ずる磁束と同様になる。そして、プリント基板７上のショートリング６には、図２及び図３の実施例の磁束Φ４に相当する磁束Φ３を抑制する電流が流れる。このようなことにより、図４及び図５の実施例は、図２及び図３の実施例と同様に、伝導ノイズ及び放射ノイズが低い特性となる。

また、図４及び図５の実施例と図２及び図３の実施例とを比較すると、図４及び図５の実施例ではギャップ１４及びギャップ１５とショートリングパターン６との距離が大きいに対し、図２及び図３の実施例ではギャップ１１とショートリングパターン６との距離が小さい点で相違している。

このため、図４及び図５の実施例の伝導ノイズ及び放射ノイズは、図２及び図３の実施例の伝導ノイズ及び放射ノイズよりも大きい。

さらに、図５の実施例において、ギャップ１４及びギャップ１５は、階段状に形成される。また、ギャップ１４及びギャップ１５は、コア２の中心寄りのギャップ長が小さく、コア２の外側、即ち、ショートリングパターン６側寄りのギャップ長が大きく形成される。

このような図５の実施例のショートリング６は、ギャップ１４及びギャップ１５で生ずる磁束Φ３を効果的に抑制する。

以上のことにより、本発明は、前述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲で更に多くの変更及び変形を含むものである。

本発明の一実施例を示す断面図である。 本発明の第２の実施例を示す斜視図である。 図２の実施例の断面図である。 本発明の第３の実施例を示す斜視図である。 図４の実施例の断面図である。 従来のプリントコイルトランスの斜視図である。 図６の従来例の磁束を示す断面図である。

符号の説明

１ コイル基板
２ コア
３ 端子
４ プリントコイル
５ コイル固定手段
６ ショートリングパターン
７，８ プリント基板
１１，１２，１３，１４，１５ ギャップ
２１ 連結部コア
２２ 中足コア
２３，２４ 脚部コア
２５ Ｉコア
ｈ コアの脚の長さ
ｔ コイル基板の厚さ

Claims (4)

1. 複数の同心渦巻き状のプリントコイルを積層するコイル基板と、前記渦巻きの中心に磁路を形成し前記プリントコイル間の磁気結合を形成するコアとを備えるプリントコイルトランスにおいて、
   前記コアの脚の長さを前記コイル基板の厚さと前記コアのギャップ長に基づく長さとの和に形成し、
   前記コイル基板を前記コアの連結部コア寄りに固定するコイル固定手段を備えることを特徴とするプリントコイルトランス。
2. 前記コイル基板内部を流れる前記コアの漏れ磁束に蓄えられるエネルギーが前記コアのギャップに蓄えられるエネルギーの百分の一より小さく、
   前記プリントコイルの銅箔の厚みが７０μｍのプロセスで生成したものよりも小さく、
   フライバックコンバータのトランスを形成することを特徴とする請求項１記載のプリントコイルトランス。
3. 複数の同心渦巻き状のプリントコイルを積層するコイル基板と、前記渦巻きの中心に磁路を形成し前記プリントコイル間の磁気結合を形成するコアとを備えるプリントコイルトランスを実装するプリント基板において、
   前記コアの外周に沿うショートリングパターンを備えることを特徴とするプリント基板。
4. 前記ショートリングパターンは、前記コアのギャップ寄りに形成し、
   前記コアは、脚の長さを前記コイル基板の厚さと前記コアのギャップ長に基づく長さとの和に形成すると共にギャップを連結部コアよりも前記プリント基板寄りに形成し、
   前記コイル基板を前記連結部コア寄りに固定するコイル固定手段を備えることを特徴とする請求項３記載のプリント基板。
   

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