JP2006013094A - Transformer structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば大容量スイッチング電源装置に適するトランスに関し、とりわけ1次側巻線に電線を用い、2次側巻線に板状部材を用いたトランス構造に関する。 The present invention relates to a transformer suitable for, for example, a large-capacity switching power supply device, and more particularly to a transformer structure using a wire as a primary winding and a plate-like member as a secondary winding.
大容量スイッチング電源装置に使用されるトランスは、2次側に大電流が流れることから、特許文献1で開示されるように、2次巻線に金属板を用いている。通常、トランスの巻線には、1次巻線,2次巻線共に線状の電線が使用されるが、特許文献1では、大電流が流れる2次巻線の抵抗値を下げるため、断面積の大きな金属板巻線が使用されている。
Since a large current flows in the secondary side of the transformer used in the large-capacity switching power supply device, as disclosed in
このような従来のトランス構造を示したものが図7,図8である。プラスチック製のボビン1は、両端に鍔を有する円筒状の巻枠部2と、前記鍔下部に設けられ巻枠部2を支持する支持部3,3とからなる。コア5は、鉄心又はフェライトコアからなり、中央の主脚部6aと両側に位置する一対の側脚部6b,6bとを有する断面E形のE形コア6と、断面がI形のI形コア7とから構成される。巻枠部2には、3層絶縁電線からなる1次巻線10と銅箔からなる2次巻線11とが順次所謂サンドイッチ巻となるよう層状に巻き重ねられ、E形コア6の主脚部6aが内部に挿通されている。図8は、巻枠部2の長手方向から見た縦断面図であるが、巻枠部2の外周に沿って、1次巻線10が層をなすように複数回(複数ターン)巻き回され、その上から絶縁シート12を介して2次巻線11が2ターン巻き回され、外側に巻回した2次巻線11の表面を絶縁シート12で覆い、さらに1次巻線10が層をなすように複数ターン巻き回され、最後に1次巻線10の最外層表面が絶縁シート12で覆われたサンドイッチ巻になっている。1次巻線10の端部10aは、支持部3に設けられた複数の接続ピン4にからげられ、半田付け接続されており、一方、2次巻線11の端部には、2次側引き出し線12の一端が半田付け接続され、外部に引き出されている。なお、当該トランスを図示しないプリント基板若しくは出力板に実装する際には、接続ピン4をメッキスルーホールに挿入後、半田付け接続し、2次側引き出し線12の他端をネジ等で螺着することで接続することとなる。
しかし、上記従来のトランス構造では、1次巻線10と2次巻線11をプラスチック製のボビン1に巻装している為に、これらの巻線で発生した熱が蓄積され、トランス内部が高温になるという問題があった。ボビン1は、プラスチック製のため放熱性が悪く、トランス内部の熱を効率よく逃がすことができなかった。トランス内部が高温となると、ボビン1,1次巻線10の被膜,絶縁シート12等が変形したり、溶けたりする虞がある。従って、従来のトランスでは、これらの部材を高耐熱材料とすることで、対応されている。
However, in the conventional transformer structure, since the
また、漏れ磁束により形成された漏れインダクタンスが、変換効率の低下やスイッチングノイズを増加させるという問題があった。これは、1次巻線10及び2次巻線11とコア5の間に隙間が空いており(距離がある)、1次巻線10と2次巻線11との磁気的な結合が良くないことに起因するものである。
Further, there is a problem that the leakage inductance formed by the leakage magnetic flux decreases the conversion efficiency and increases the switching noise. This is because there is a gap between the
そこで本発明は上記問題点に鑑み、1次巻線と2次巻線との磁気的な結合を改善したトランス構造を提供することを第1の目的とする。 In view of the above problems, it is a first object of the present invention to provide a transformer structure with improved magnetic coupling between a primary winding and a secondary winding.
また、内部の温度上昇を抑制することが可能なトランス構造を提供することを第2の目的とする。 A second object is to provide a transformer structure capable of suppressing an internal temperature rise.
本発明における請求項1のトランス構造では、コアと、前記コアに巻装した巻線体からなる1次巻線と、一回巻構造の金属板材からなる2次巻線とを備え、前記金属板材には、前記コアを挿通して保持する貫通孔が設けられると共に、前記貫通孔を隔てて一対の端子部が形成され、前記コアに対して前記巻線体と前記金属板材とを交互に配置するよう構成している。
The transformer structure according to
このようにすると、2次巻線はコアに巻き回さず、金属板材に設けた貫通孔にコアを挿通して保持するよう構成しているため、ボビンを必要としない簡単なトランス構造となり、製作が容易である。加えて、端子部を利用して、基板に直接接続することも可能になる。また、1次巻線を構成する巻線体と2次巻線を構成する金属板材とを、コアに直接巻装すると共に、コアに対して交互に配置することにより、1次巻線と2次巻線との磁気的な結合が改善し、漏れインダクタンスを小さくすることができる。 In this way, the secondary winding does not wind around the core, but is configured to insert and hold the core in the through hole provided in the metal plate material, and thus a simple transformer structure that does not require a bobbin, Easy to manufacture. In addition, it is possible to directly connect to the substrate using the terminal portion. Further, the winding body constituting the primary winding and the metal plate material constituting the secondary winding are directly wound around the core, and are alternately arranged with respect to the core, whereby the primary winding and 2 Magnetic coupling with the next winding is improved, and leakage inductance can be reduced.
本発明における請求項2のトランス構造では、前記コアの外側に張り出す放熱部を前記金属板材に一体に設けている。 In a transformer structure according to a second aspect of the present invention, a heat radiating portion projecting outside the core is provided integrally with the metal plate.
本発明は、大電流出力用トランスに使用される2次巻線を構成する金属板材が放熱性に優れている点に着目してなされたものであり、コアの外側に張り出す放熱部を金属板材に一体に設けることにより、金属板材自体に放熱フィンの役割すなわち冷却効果を持たせることができるため、トランス内部の温度上昇を抑制することができる。また、1次巻線を構成する巻線体と2次巻線を構成する金属板材とを交互に配置することにより、2次巻線の冷却効果がトランス全体に分布されるため、トランス内部にホットスポットが出来にくい構造とすることができる。 The present invention has been made by paying attention to the fact that the metal plate material constituting the secondary winding used in the transformer for large current output is excellent in heat dissipation. By providing it integrally with the plate material, the metal plate material itself can have the role of a heat radiating fin, that is, a cooling effect, so that the temperature rise inside the transformer can be suppressed. In addition, by alternately arranging the winding body constituting the primary winding and the metal plate material constituting the secondary winding, the cooling effect of the secondary winding is distributed throughout the transformer, so that the inside of the transformer A structure in which a hot spot is difficult to be formed can be obtained.
本発明における請求項3のトランス構造では、放熱体を接続可能な接続部を前記金属板材に設けている。 In the transformer structure according to the third aspect of the present invention, the metal plate member is provided with a connection portion to which a heat radiator can be connected.
このようにすると、2次巻線を構成する金属板材に接続した放熱体が、放熱フィンとして作用するため、トランス内部の温度上昇を抑制することができる。金属板材とは別個に放熱体を設けているため、トランスの仕様やユーザニーズに応じて放熱体の形状や材質を自由に選択することができる。また、1次巻線を構成する巻線体と2次巻線を構成する金属板材とを交互に配置することにより、2次巻線の冷却効果がトランス全体に分布されるため、トランス内部にホットスポットが出来にくい構造とすることができる。 If it does in this way, since the thermal radiation body connected to the metal plate material which comprises a secondary winding acts as a thermal radiation fin, the temperature rise inside a transformer can be suppressed. Since the radiator is provided separately from the metal plate material, the shape and material of the radiator can be freely selected according to the specifications of the transformer and the user needs. In addition, by alternately arranging the winding body constituting the primary winding and the metal plate material constituting the secondary winding, the cooling effect of the secondary winding is distributed throughout the transformer, so that the inside of the transformer A structure in which a hot spot is difficult to be formed can be obtained.
本発明の請求項1によると、漏れインダクタンスが小さくなるので、変換効率が改善されると共に、スイッチングノイズを低減させることができる。また、部品点数を削減することができ、基板への実装が容易になる。 According to the first aspect of the present invention, since the leakage inductance is reduced, the conversion efficiency can be improved and the switching noise can be reduced. In addition, the number of components can be reduced, and mounting on the board becomes easy.
本発明の請求項2によると、請求項1の効果に加え、トランス内部の温度上昇を効果的に抑制することができる。 According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, the temperature rise inside the transformer can be effectively suppressed.
本発明の請求項3によると、請求項1の効果に加え、トランス内部の温度上昇を効果的に抑制することができると共に、当該冷却効果をトランスの仕様やユーザニーズに応じて最適化することができる。 According to the third aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, the temperature rise inside the transformer can be effectively suppressed, and the cooling effect can be optimized according to the transformer specifications and user needs. Can do.
以下、添付図面を参照しながら、本発明におけるトランス構造の好ましい実施例を製造方法と共に説明する。なお、これらの実施例において、従来例と同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a transformer structure according to the present invention will be described together with manufacturing methods with reference to the accompanying drawings. Note that, in these embodiments, the same portions as those in the conventional example are denoted by the same reference numerals, and description of common portions will be omitted as much as possible.
図1は、本実施例におけるトランス構造を示す斜視図であり、図2は、図1のA−A´線断面図である。コア5は、例えば鉄心又はフェライトコアなどの高透磁率部材からなり、中央の主脚部6aと両側に位置する一対の側脚部6b,6bとを有する断面E形のE形コア6と、断面がI形のI形コア7とから構成される。もちろん、コア5はEIコアに限らず、例えばETコアやEEコアなどの種々の形状を利用することが可能である。1次巻線10は従来と同様の3層絶縁電線からなり、一方、2次巻線11は例えば銅板などの扁平板状の金属板から形成される。12は絶縁シートであり、1次巻線10と2次巻線11とを、又はトランス本体と図示しない被実装対象とを絶縁するために設けられている。
FIG. 1 is a perspective view showing a transformer structure in this embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. The
2次巻線11について図2を参照しながら詳述する。2次巻線11は、放熱部としての梁部22と、E形コア6の主脚部6a及び側脚部6bを所定の位置に保持する一対の保持部23,23と、梁部22と保持部23,23とをそれぞれ連結,支持する一対の柱部21,21と、柱部21,21下端部にそれぞれ形成され、2次巻線11から電流を取り出すための一対の端子部24,24とからなり、巻線の最小巻数である1ターンを構成する。一方の柱部21,保持部23,端子部24と他方の柱部21,保持部23,端子部24とは、2次巻線11中央に形成された貫通孔20を隔てて対称に設けられており、2次巻線11全体として貫通孔20を通る縦方向の中心軸に対して左右対称形状をなしている。2次巻線11の両側部中央には、切り欠き部25,25が形成され、梁部22と保持部23がE形コア6の外側に大きく張り出す形となっている。このように、2次巻線11の表面積を増加させることにより、1次巻線10や2次巻線11の銅損などにより発生したトランス内部の熱を効率よく放熱することができ、放熱フィンとしての冷却効果を高めることができる。従って、保持部23は、梁部22と同様に放熱部としても作用する。また、保持部23は、貫通孔20をくびれさせるように内側にも突出している。
The
2次巻線11の変形例として、図4,図5に示すものがある。図4の変形例では、放熱体として、放熱性に優れた放熱体としての矩形板状の放熱板31を、図2で示した2次巻線11と別個に形成している。2次巻線11の梁部22と放熱板31には、それぞれ接続部としてのネジタップ30,32が穿設され、放熱板31を2次巻線11にネジ33で螺着することにより、2次巻線11の冷却効果を高めている。なお、放熱板31を放熱性に優れた絶縁部材で形成すると、うず電流の発生がなく好ましい。一方、図5の変形例では、2つの2次巻線11の梁部22を互いに架橋部35で連結した2次連結巻線36を構成している。2次連結巻線36は、2つの2次巻線11の端部を架橋部35で連結しているため、断面がU字形状となっており、1次巻線10を2つの2次巻線11で挟み込むことで、磁気的な結合を向上させることができる。また、架橋部35が放熱体として作用するため、放熱性が向上し、2次巻線11の冷却効果を高めることができる。
As a modification of the
図2,図4,及び図5で示したいずれの2次巻線11(又は2次連結巻線36)においても、2次巻線11と鎖交する磁束すなわち貫通孔20を通る磁束が変化することにより、電圧が誘起され、それに伴う電流が端子部24,24から取り出されることとなる。従って、貫通孔20には、E形コア6の主脚部6aが挿通される。その際、E形コア6の側脚部6b,6bは、切り欠き部25,25にそれぞれ挿通され、梁部22,柱部21,保持部23により囲まれた状態で主脚部6aと共に当該所定の位置に保持される。すなわち、主脚部6aは、保持部23が内側に突出することで形成された貫通孔20のくびれにより係止されるため、貫通孔20内で保持される一方、側脚部6bは、外側に突出した梁部22と保持部23とにより上下から係止されるため、切り欠き部25内で保持される。なお、貫通孔20と切り欠き部25は、トランスに生じる振動などでガタつかないよう固定するために、主脚部6a及び側脚部6bとそれぞれ嵌合する大きさとするのが好ましい。
In any of the secondary windings 11 (or the secondary connection winding 36) shown in FIGS. 2, 4, and 5, the magnetic flux interlinking with the secondary winding 11, that is, the magnetic flux passing through the through
端子部24は、図示しないプリント基板や出力板などに直接半田付け可能なように半田メッキするのが好ましく、その形状は、例えばメッキスルーホールに挿入可能なピン形状や、表面実装可能なように折り曲げ形成したSMD形状など実装態様に合わせて種々の形状とすればよい。その他、専用のソケットを製作して、該専用ソケットを介して基板に実装してもよい。
The
次に、本実施例におけるトランス構造を有するトランスの製造方法について、図1及び図6を参照しながら説明する。まず、一枚の矩形銅板から貫通孔20や切り欠き部25,25などを例えばプレス加工により打抜くことで、2次巻線11を形成する。E形コア6の主脚部6aと2次巻線11の貫通孔20とを、側脚部6bと切り欠き部25とをそれぞれ位置合わせし、2次巻線11に主脚部6a及び側脚部6bを挿通することにより、2次巻線11を主脚部6aに巻装する。絶縁シート12を主脚部6aに装着した後、1次巻線10を主脚部6aに巻装する。1次巻線10は、所望の巻数比となるよう予め冶具に複数ターン巻き回して、例えば接着剤などで当該巻回状態を保持したものである。同様にして、1次巻線10と2次巻線11とが交互に配置されるようE形コア6に巻装して行く。そして、全ての巻線を巻装し終わったところで、I形コア7をE形コア6に連結してコア5を構成する。当該トランス構造では、2次巻線11はコア5に巻き回さず、貫通孔20にコア5を挿通して保持するよう構成しているため、ボビン2を必要としない簡単なトランス構造となり、製作が容易である。従来のように(図7,図8参照)、ボビン2に1次巻線10と板状の金属板からなる2次巻線11とを積層して巻くサンドイッチ巻は、構造が複雑であり製作に手間が掛かるが、本実施例におけるトランス構造では、1次巻線10と2次巻線11とを交互にE形コア6の主脚部6aに装着していくだけなので、製作が大幅に容易になる。
Next, a method for manufacturing a transformer having a transformer structure in the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, the secondary winding 11 is formed by punching the through-
当該トランスの配線としては、各1次巻線10を直列接続し、各2次巻線11を並列接続する。このように配線すると、2次側の両端間電圧を抑えて大電流を取り出すことができる。また、各2次巻線11毎に出力手段(図示せず)を接続して、多チャンネル出力としてもよい。
As the wiring of the transformer, the
以下、本実施例におけるトランス構造の作用について説明する。 Hereinafter, the operation of the transformer structure in this embodiment will be described.
1次巻線10に断続的に電流を流すと、透磁率が高いコア5内を通る磁束が発生,変化する。コア5内を通る磁束が2次巻線11と鎖交することにより、2次巻線11すなわち当該トランスの2次側に電圧が誘起される。2次巻線11と鎖交しない磁束すなわち漏れ磁束は、リーケージインダクタンス(漏れインダクタンス)を形成するが、本実施例におけるトランス構造では、1次巻線10と2次巻線11とが交互に配置され、かつコア5に直接巻装されているため、1次巻線10と2次巻線11との磁気的な結合が改善し、リーケージインダクタンスを抑制することができる。従って、変換効率が改善されると共に、リーケージインダクタンスに起因するスイッチングノイズを低減させることができる。1次巻線10及び2次巻線11に電流が流れると、銅損により熱が発生するが、トランスの外側まで張り出した2次巻線11が放熱フィンとして作用することにより、当該熱が効率よく放熱され、トランス内部の温度上昇を抑制することができる。とりわけ、本実施例では、1次巻線10と2次巻線11とを交互に配置することにより、2次巻線11の冷却効果がトランス全体に分布されるため、トランス内部にホットスポットが出来にくい構造となっている。
When a current is intermittently passed through the primary winding 10, a magnetic flux passing through the
また、2次巻線11は、貫通孔20にコア5を挿通して保持することができるため、従来のようにボビンを必要とせず、端子部24を利用して、プリント基板に直接接続することも可能である。従って、部品点数を削減することができ、プリント基板への実装が容易になる。
Further, since the secondary winding 11 can hold the
以上のように本実施例では、コア5と、コア5に巻装した巻線体からなる1次巻線10と、一回巻構造の金属板材からなる2次巻線11とを備え、前記金属板材には、コア5を挿通して保持する貫通孔20が設けられると共に、貫通孔20を隔てて一対の端子部24,24が形成され、コア5に対して前記巻線体と前記金属板材とを交互に配置するよう構成している。
As described above, the present embodiment includes the
このようにすると、2次巻線11はコア5に巻き回さず、金属板材に設けた貫通孔20にコア5を挿通して保持するよう構成しているため、ボビン2を必要としない簡単なトランス構造となり、製作が容易である。加えて、端子部24を利用して、基板に直接接続することも可能になる。また、1次巻線10を構成する巻線体と2次巻線11を構成する金属板材とを、コア5に直接巻装すると共に、コア5に対して交互に配置することにより、1次巻線10と2次巻線11との磁気的な結合が改善し、漏れインダクタンスを小さくすることができる。以上より、漏れインダクタンスが小さくなるので、変換効率が改善されると共に、スイッチングノイズを低減させることができる。また、部品点数を削減することができ、基板への実装が容易になる。
In this way, the secondary winding 11 is not wound around the
また本実施例では、コア5の外側に張り出す放熱部としての梁部22及び保持部23を2次巻線11を構成する金属板材に一体に設けている。
Further, in the present embodiment, the
本発明は、大電流出力用トランスに使用される2次巻線11を構成する金属板材が放熱性に優れている点に着目してなされたものであり、コア5の外側に張り出す梁部22及び保持部23を金属板材に一体に設けることにより、金属板材自体に放熱フィンの役割すなわち冷却効果を持たせることができるため、トランス内部の温度上昇を抑制することができる。また、1次巻線10を構成する巻線体と2次巻線11を構成する金属板材とを交互に配置することにより、2次巻線11の冷却効果がトランス全体に分布されるため、トランス内部にホットスポットが出来にくい構造とすることができる。従って、トランス内部の温度上昇を効果的に抑制することができる。
The present invention has been made by paying attention to the fact that the metal plate material constituting the secondary winding 11 used in the transformer for outputting a large current is excellent in heat dissipation. By providing the
さらに本実施例では、放熱体としての放熱板31を接続可能な接続部としてのネジタップ30を2次巻線11を構成する金属板材に設けている。
Furthermore, in this embodiment, a
このようにすると、2次巻線11を構成する金属板材に接続した放熱体が、放熱フィンとして作用するため、トランス内部の温度上昇を抑制することができる。金属板材とは別個に放熱板31を設けているため、トランスの仕様やユーザニーズに応じて放熱板31の形状や材質を自由に選択することができる。また、1次巻線10を構成する巻線体と2次巻線11を構成する金属板材とを交互に配置することにより、2次巻線11の冷却効果がトランス全体に分布されるため、トランス内部にホットスポットが出来にくい構造とすることができる。従って、トランス内部の温度上昇を効果的に抑制することができると共に、当該冷却効果をトランスの仕様やユーザニーズに応じて最適化することができる。
If it does in this way, since the heat sink connected to the metal plate material which comprises the secondary winding 11 acts as a heat radiating fin, the temperature rise inside a transformer can be suppressed. Since the
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。2次巻線11は、最小巻数である1ターンとするために、各2次巻線11をそれぞれ独立させて形成しているが、端子部24を直列に連結して複数ターンを構成するようにしてもよい。また、2次巻線11の構成部材は金属板に限らず、導電性,強度,放熱性が高い材料であればどのようなものでもよい。
In addition, this invention is not limited to the said Example, It can change in the range which does not deviate from the meaning of this invention. The secondary winding 11 is formed by making each secondary winding 11 independent so as to have one turn which is the minimum number of turns, but the
本発明におけるトランス構造は、電源装置の主要部品であるトランスに利用可能な他、例えばカレントトランスなどの各種変成器に利用することも可能である。 The transformer structure in the present invention can be used for a transformer which is a main component of a power supply device, and can also be used for various transformers such as a current transformer.
5 コア
10 1次巻線(巻線体)
11 2次巻線(金属板材)
20 貫通孔
22 梁部(放熱部)
23 保持部(放熱部)
24 端子部
30 ネジタップ(接続部)
31 放熱板(放熱体)
5 cores
10 Primary winding (winding body)
11 Secondary winding (metal plate material)
20 Through hole
22 Beam (heat radiation part)
23 Holding part (heat radiation part)
24 Terminal section
30 Screw tap (connection)
31 Heat sink (heat sink)
Claims (3)
The transformer structure according to claim 1, wherein the metal plate member is provided with a connection portion to which a radiator can be connected.
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