JP2006165063A - インバータトランス - Google Patents

Abstract

【課題】 二次巻線のインダクタンス及び漏洩インダクタンスのばらつきを低減し、ランプ電流が均一になるようにして輝度むらの発生を防止する。
【解決手段】 ボビン１０の中央に一次巻線部１２、その両側に二次巻線部１４が巻装され、巻軸内に棒状コア１６を挿入し、一次及び二次巻線部の外周を取り囲むように四角枠状コア１８を配置し、棒状コアと四角枠状コアとがギャップシートを介して対向させて２出力型インバータトランスとする。四角枠状コアの長さをＬ１、棒状コアの長さをＬ２、ギャップシートの厚みをｔとしたとき、Ｌ２−Ｌ１＞２ｔとなるように設定し、且つ棒状コアが四角枠状コアよりも均等に突出するように組み合わせる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、中央に位置する一次巻線部と、その両側に位置する二次巻線部を備えた２出力型のインバータトランスに関し、更に詳しく述べると、磁路を構成する棒状コアと四角枠状コアとの寸法及び位置関係の工夫により、二次巻線のインダクタンスのばらつきを低減したインバータトランスに関するものである。このインバータトランスは、例えば液晶ディスプレイ装置のバックライト用などに有用である。

液晶テレビや液晶ディスプレイ装置などのバックライトには、複数本の冷陰極管が用いられている。例えば、３２インチ型液晶テレビでは、１６本の冷陰極管が液晶パネルの背面に適度の間隔で配置されて画面全体の輝度を保っている。複数本の冷陰極管を点灯させたときに、各冷陰極管の輝度ばらつきを抑え、むらのない照明を実現するためには、個々の冷陰極管のランプ電流を一定に保つ必要がある。１本の冷陰極管を１個のトランスで独立に駆動すれば、輝度ばらつきを抑えることは容易であるが、駆動回路が複雑化し、非効率的である。そこで、２本の冷陰極管を１個のトランスで駆動するようにして、インバータ回路全体の部品点数を減らし、小型化及びコストダウンを図る構成が提案されている。

高圧トランスの２次側に２つの出力をもたせたバックライト用トランスは、例えば特許文献１などに記載がある。通常、インバータトランスと駆動回路をユニット化し、液晶パネルの大きさ（言い換えれば冷陰極管の配列本数）に合わせて、ユニット化した冷陰極管点灯回路を繰り返し展開し、冷陰極管群の背面や側面に設置して各冷陰極管との必要な配線を行うことで液晶パネルを製造している。

液晶テレビや液晶ディスプレイ装置は高輝度画面化が進んでおり、これに伴って複数本の冷陰極管の輝度ばらつきが大きな問題となっている。特に、小型化・低コスト化のために２出力型のインバータトランスを用いる場合には、２つの二次巻線（出力巻線）におけるインダクタンス偏差の発生が、ランプ電流のばらつきとなるため、インダクタンスのばらつきを抑える必要がある。

そこで、前記特許文献１では、ボビン、コア、ギャップシートなどを、中央に対して両側で対称となるような構造にして、２つの二次巻線におけるインダクタンス偏差を低減している。しかし、２個のＣ字型コアとＩ字型コアを衝き合わせて固定しなければならない組み立て上の問題や、Ｃ字型コアとＩ字型コアの寸法公差などによりギャップ寸法に差が生じ、２つの二次巻線のインダクタンス偏差を十分に低減できない。

他方、棒状コアと四角枠状コアとで磁路を構成する技術も提案されているが、ギャップ寸法はギャップシートで厳密に制御できるものの、それでも２つの二次巻線のインダクタンス偏差を十分に低減できない問題があった。

更に、１枚の液晶パネルで複数のインバータトランスを使用することから、輝度むらを低減するためには、量産時に、インバータトランスの各二次巻線のインダクタンスのばらつきも抑える必要がある。しかし、実際の量産過程では、コア寸法精度、コアを組み合わせたときの位置ずれ、巻線状態のばらつきなどにより、インダクタンスのばらつきは避けられない。
実開平７−２２５２８号公報

本発明が解決しようとする課題は、２出力型のインバータトランスにおいて、二次巻線のインダクタンス及び漏洩インダクタンスのばらつきを低減し、ランプ電流が均一になるようにして輝度むらの発生を防止することである。また、多数のインバータトランスにおいて、量産時に生じる虞のある各二次巻線のインダクタンスのばらつきを極力抑えることである。

本発明は、巻軸の両端にそれぞれ端部ブロック、中間部に間隔をおいて２個の中間ブロックが設けられ、中央の２個の中間ブロックの間に一次巻線部、その両側の中間ブロックと端部ブロックの間にそれぞれ同一巻線構造の二次巻線部が形成されるボビンと、前記巻軸内に挿入される棒状コアと、該棒状コアと組み合わされ前記一次巻線部及び二次巻線部の外周を取り囲むように配置される四角枠状コアとを具備し、前記ボビンの両端部で前記棒状コアと前記四角枠状コアとが同じ厚さのギャップシートを介して対向する２出力型のインバータトランスにおいて、前記四角枠状コアの巻軸に沿った長さをＬ１、前記棒状コアの長さをＬ２、前記ギャップシートの厚みをｔとしたとき、Ｌ２−Ｌ１＞２ｔとなるように設定され、且つ棒状コアが四角枠状コアの両端面よりもそれぞれ均等に突出するように組み合わせられていることを特徴とするインバータトランスである。

ボビンは、例えば、端部ブロックの二次巻線部に面する内側に絶縁フランジ部が設けられ、中間ブロックはそれ自身がフランジ機能を備え、且つ二次巻線部はそれぞれ複数のサブフランジが配設されており、巻線端末が接続される端子が２個以上のブロックに固定されている構造をなし、電気絶縁性の樹脂で一体成形されている構成とする。

より好ましくは、巻線を施した一次巻線部の上に絶縁テープを巻き付け、それによってボビンと四角枠状コアとを位置決めした状態で仮止めする。これによって、容易に且つ正確に、棒状コアと四角枠状コアとを組み合わせることができる。また、絶縁テープによって上面が平滑となるので、製品実装時の吸着面としての利用が可能となる。

ボビンのいずれか１個以上のブロック（端部ブロック及び／又は中間ブロック）に、二次巻線の引き出し溝、あるいは一次巻線を通す経路を確保するための突起を形成するのがよい。このようにすると、巻線の位置が定まり、巻き乱れを防止できるため、二次巻線のインダクタンスのばらつきをより一層低く抑えることができる。

本発明に係るインバータトランスは、四角枠状コアの巻軸に沿った長さよりも棒状コアの長さがギャップシートの厚みの２倍を超える長さに設定され、且つ棒状コアが四角枠状コアの両端面よりもそれぞれ均等に突出するように組み合わせられている構成としたことにより、二次巻線のインダクタンスのばらつきを低減できる。また、量産時に、棒状コアと四角枠状コアとの組み合わせのずれが多少生じても、各二次巻線のインダクタンスのばらつきを低減できる。それらの結果、複数本配列されている冷陰極管の各ランプ電流が均一になり、輝度むらの発生を防止することができる。

２出力型のインバータトランスは、巻軸の両端にそれぞれ端部ブロック、中間部に間隔をおいて２個の中間ブロックが設けられ、中央の２個の中間ブロックの間に一次巻線部、その両側の中間ブロックと端部ブロックの間にそれぞれ同一巻線構造の二次巻線部が形成されるボビンと、前記巻軸内に挿入される棒状コアと、該棒状コアと組み合わされ前記一次巻線部及び二次巻線部の外周を取り囲むように配置される四角枠状コアとを具備し、前記ボビンの両端部で前記棒状コアと前記四角枠状コアとが同じ厚さのギャップシートを介して対向する構造となっている。このような２出力型のインバータトランスにおいては、四角枠状コアの巻軸に沿った長さをＬ１、棒状コアの長さをＬ２としたとき、Ｌ２＝Ｌ１となるようにコア寸法を設計するのが従来の技術常識である。

しかし本発明者等は、このような技術常識にこだわることなく研究を進めた結果、棒状コアの長さＬ２を四角枠状コアの長さＬ１よりも一定寸法以上それぞれ突出させると、突出量に対するインダクタンスの変化の割合（即ち傾き）が小さくなり、コア寸法のばらつきや相対的な組み合わせの位置ずれなどに対してインダクタンスのばらつきを大幅に低減できることことを見出した。更に詳細に検討した結果、その突出量に対するインダクタンスの変化の変曲点が、Ｌ２−Ｌ１＝２ｔ（但しｔはギャップシートの厚み）の位置にあることが分かった。

本発明は、このような現象の知得に基づき完成されたものである。即ち本発明は、Ｌ２−Ｌ１＞２ｔとなるように設定され、且つ棒状コアが四角枠状コアの両端面よりもそれぞれ均等に突出するように組み合わせられているインバータトランスである。Ｌ２＝Ｌ１の近傍では、量産時の僅かな寸法差や両コア組み合わせの際の位置ずれなどによって大きなインダクタンスの違いを生じるが、Ｌ２−Ｌ１＞２ｔとなるように設定し且つ均等に突出させるように構成すると、量産時に両コアを組み合わせたときに僅かな位置ずれが生じても、インダクタンスの違いは極めて小さくできる。

シミュレーションを実施したトランスの形状とその結果について述べる。図１はシミュレーションに用いたインバータトランスの構成図である。Ａ及びＢは平面、Ｃは断面、Ｄは側面をそれぞれ表している。また、図２はコア形状を示している。ボビン１０の巻軸の中央に一次巻線１２、その両側にそれぞれ同一巻線構造の二次巻線１４を巻装する。そして巻軸内に棒状コア１６を挿入し、一次巻線１２及び２つの二次巻線１４の外周を取り囲むように四角枠状コア１８を配置する。棒状コア１６と四角枠状コア１８とは、両端部で同じ厚さのギャップシート２０（図２参照）を介して対向するように組み合わせ、それによって２出力型のインバータトランスを構成する。

ここで、四角枠状コアの巻軸に沿った長さをＬ１（一定）、棒状コアの長さをＬ２（可変）、ギャップシートの厚みをｔ（一定）とし、棒状コアの突出量と二次巻線のインダクタンスの関係を求めた。つまり、棒状コアが四角枠状コアより引き込まれている状態（図１のＡ）から、棒状コアが四角枠状コアから突出している状態（図１のＢ）まで、棒状コアの長さＬ２を変化させた。

コア及び巻線の主なパラメータは次の通りである。
四角枠状コア：長さＬ１＝３２．１０ｍｍ、
棒状コア：幅５．７０ｍｍ、高さ３．２０ｍｍ、長さＬ２は可変
一次巻線：２４ターン
二次巻線：両側それぞれ２２００ターン
ギャップシート：厚さ０．１５ｍｍ
コア及び巻線のその他の詳細なパラメータは、従来技術をふまえて好ましい一定の形状に固定してシミュレーションを実施した。

その結果を図３に示す。横軸は片側についての棒状コアの四角枠状コア端面からの突出量（ｍｍ）であり、縦軸は二次巻線のインダクタンス（ｍＨ）である。なお、両側の二次巻線のインダクタンス値は一致しているため、図３では片側の二次巻線のインダクタンスについてのみ描いている。図３から明らかなように、棒状コアの突出量に対するインダクタンスは、基本的にはリニアな関係にあるが、棒状コアが引き込まれている（言い換えれば−方向に突出している）場合（即ち、図１のＡの状態）と棒状コアが突出している場合（即ち、図１のＢの状態）とで直線の傾きが異なり、前者の方が急で後者の方が緩やかである。これは、ギャップ長よりも棒状コアを突出させることで漏れ磁束の影響を小さくでき、結果としてインダクタンスの変化が小さくなるためと考えられる。そして、両方の直線の交点は、棒状コアの突出量がほぼ＋０．１５ｍｍの位置にある。この突出長さは、丁度、ギャップシートの厚みｔに対応している。

このことから、本発明のように片側で棒状コアの突出量をｔ＝＋０．１５ｍｍより大きく設定しておくと、コアの寸法が若干変化しても、あるいは棒状コアと四角枠状コアとが多少ずれて組み合わされても、インダクタンスの変化が緩やかな直線的に変化する部分で使用されているので、複数の冷陰極管を並べて駆動する場合でもランプ電流が一定となり輝度のばらつきを抑えることができる。なお、ギャップシートの厚みは、この種のインバータトランスでは、通常、０．１０〜０．２０ｍｍ程度であるので、それを目安として棒状コアの突出量を決定することになる。

図４は、本発明に係るインバータトランスの一実施例を示す説明図であり、Ａは平面、Ｂは側面、Ｃは正面をそれぞれ表している。また図５は、そのボビンの説明図であり、Ａは平面、Ｂは側面、Ｃは正面、Ｄは底面をそれぞれ表している。

図５に示すように、ボビン３０は、１本の巻軸３２の両端にそれぞれ端部ブロック３４が、また中間部に間隔をおいて２個の中間ブロック３６が設けられ、中央の２個の中間ブロック３６の間に一次巻線を巻装し、その両側の中間ブロック３６と端部ブロック３４の間にそれぞれ同一巻線構造の二次巻線を巻装する構成である。端部ブロック３４の二次巻線部に面する内側に絶縁フランジ部３８が設けられ、中間ブロック３６は両巻線部の端面を仕切るようなフランジ機能を備え、且つ二次巻線部にはそれぞれ多数の絶縁性を有するサブフランジ４０が配設されている。二次巻線は、それらサブフランジ４０で仕切られ区分された領域に分割して巻き付けられる。また、ボビン３０の端部ブロック３４の底面には、二次巻線の引き出し溝４２が、また中間ブロック３６の底面には一次巻線を通す経路を確保するための突起４４が形成されており、それらによって巻線の巻き始めや巻き終わりの引き回し位置を定め、巻き乱れを防止するように構成している。このようなボビン３０は、電気絶縁性の樹脂で一体成形されている。このボビン構造では、一次側をパラ巻線にすることが可能であり、そのようにすると大電流に対応可能となる。更に、端部ブロック３４及び中間ブロック３６の両側には必要な端子４６が突設されており、それらの端子４６に巻線端末を絡げて半田付けすることで巻線の接続が行われる。

磁気回路は、棒状コア５０と四角枠状コア５２との組み合わせからなる。コア材質は、例えばニッケル系などのフェライト材でもよいし、金属系磁性材料などでもよい。棒状コア５０は、断面矩形状をなし、丁度、ボビン３０の巻軸３２内に挿入できる寸法になっている。また四角枠状コア５２は、ボビン３０の一次巻線部及び二次巻線部の外周を取り囲み、ボビン３０の両端部で棒状コア５０とギャップシート５４を介して対向するように組み合わされる構成である。巻線を施した一次巻線部に絶縁テープ５６を巻き付け、それによってボビン３０と四角枠状コア５２を位置決めした状態で仮止めする。これによって、容易に且つ正確に棒状コア５０と四角枠状コア５２とを組み合わせることが可能となる。

ここで、棒状コア５０は、四角枠状コア５２の両端面よりもそれぞれ均等にギャップ長より長めに突出するように設計されている。棒状コア５０と四角枠状コア５２及びボビン３０は、位置決めした上で接着剤などにより固着される。

また、前述のように、巻線を施した一次巻線部に絶縁テープ５６を巻き付け、それによってボビン３０と四角枠状コア５２を位置決めした状態で仮止めすると、前記絶縁テープ５６によってトランスの上面が平滑となるので、それを製品実装時の吸着面として利用することが可能となる。

シミュレーションに用いたインバータトランスの構成説明図。 棒状コアと四角枠状コアの説明図。 シミュレーション結果を示すグラフ。 本発明に係るインバータトランスの一実施例を示す説明図。 それに用いるボビンの説明図。

符号の説明

１０ ボビン
１２ 一次巻線
１４ 二次巻線
１６ 棒状コア
１８ 四角枠状コア
２０ ギャップシート

Claims (4)

1. 巻軸の両端にそれぞれ端部ブロック、中間部に間隔をおいて２個の中間ブロックが設けられ、中央の２個の中間ブロックの間に一次巻線部、その両側の中間ブロックと端部ブロックの間にそれぞれ同一巻線構造の二次巻線部が形成されるボビンと、前記巻軸内に挿入される棒状コアと、該棒状コアと組み合わされ前記一次巻線部及び二次巻線部の外周を取り囲むように配置される四角枠状コアとを具備し、前記ボビンの両端部で前記棒状コアと前記四角枠状コアとが同じ厚さのギャップシートを介して対向する２出力型のインバータトランスにおいて、
   前記四角枠状コアの巻軸に沿った長さをＬ１、前記棒状コアの長さをＬ２、前記ギャップシートの厚みをｔとしたとき、Ｌ２−Ｌ１＞２ｔとなるように設定され、且つ棒状コアが四角枠状コアの両端面よりもそれぞれ均等に突出するように組み合わせられていることを特徴とするインバータトランス。
2. ボビンは、端部ブロックの二次巻線部に面する内側に絶縁フランジ部が設けられ、中間ブロックはフランジ機能を備え、且つ二次巻線部はそれぞれ複数のサブフランジが配設されて分割して巻き付けられており、巻線端末が接続される端子が２個以上のブロックに固定されている請求項１記載のインバータトランス。
3. 巻線を施した一次巻線部に絶縁テープが巻き付けられ、それによってボビンと四角枠状コアとが位置決めされた状態で仮止めされている請求項１又は２記載のインバータトランス。
4. ボビンのいずれか１個以上のブロックには、二次巻線の引き出し溝、あるいは一次巻線を通す経路を確保するための突起が形成されている請求項１乃至３のいずれかに記載のインバータトランス。
   

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