JP2008016468A - トランス - Google Patents

Abstract

【課題】周囲からの磁気的影響を受けにくいトランスを提供することを目的とするもの。
【解決手段】ロ字型磁心１８と、ロ字型磁心１８の対向する一方の磁脚に設けた第１の一次巻線１０ａと第１の二次巻線と、対向する他方の磁脚に設けた第２の一次巻線１０ｂと第２の二次巻線１１とを備え、第１の一次巻線１０ａと第１の二次巻線１１との距離、ならびに第２の一次巻線１０ｂと第２の二次巻線１１との距離は第１の一次巻線１０ａと第２の一次巻線１０ｂとの対面距離よりも小さな距離とし、第１の一次巻線１０ａで発生する磁束方向と第２の一次巻線１０ｂで発生する磁束方向とはロ字型磁心１８内で同一方向とした。
【選択図】図２

Description

本発明は各種電子機器のディスプレイ点灯用回路に使用されるトランスに関するものである。

従来のトランスの断面図を図１２に、斜視図を図１３に示す。

図１２および図１３に示す如く、従来のトランスにおいては一次巻線１と二次巻線２とを閉磁路３に対向して巻回配置しており、通常この構造においては一次巻線１や二次巻線２から発生する磁束のうち、閉磁路３を通らないで外部へ放出される漏れ磁束が多く存在していた。

そして、この漏れ磁束を低減するためにトランス４を銅箔５などにより覆うことにより遮蔽する方法を採っていた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては例えば特許文献１が知られている。
特開平１１−３４５７２４号公報

昨今の液晶ディスプレイにおいては、画面の大型化とともにディスプレイ筐体の薄型化が要求され、これに伴いバックライト点灯用インバータ回路ユニットもまた薄型化が求められている。

このバックライト点灯用インバータ回路ユニットの薄型化を行う場合は、当該回路で使用する部品の低背化という対策や或いは、当該回路を覆う鉄板などから成る筐体と、当該回路で使用する部品とを隔てる距離を小さくすることによる対策とすることが一般である。

しかしながら特に後者に示したところの、回路を覆う鉄板などから成る筐体と、当該回路で使用する部品とを隔てる距離、ここにおいてはトランスとを隔てる距離を小さくすることによる対策を行った場合、トランスをはじめとする磁気特性を有する部品においては、その鉄板が近接することにより磁気的影響を大きく受けることとなり、その結果としてトランスの電力伝送効率の低下などが引き起こされることが問題となっていた。

これは例えば、図１４に示す如く基板６へ実装されたトランス４の、一次巻線１で発生した磁束７は閉磁路３を通り二次巻線２へ向かうものと並行して、図１５に示す如く一次巻線１から鉄板８を通り二次巻線２へ向かう磁束９の流れが発生し、この磁束９によって鉄板８に渦電流が発生し、これによる温度上昇が起こることによりエネルギー損失が生じ、その結果としてトランスの電力伝送効率の低下などが引き起こされるというものであった。

そして、このような鉄板８などからの磁気的影響を受けにくくするために、図１３に示す如くトランス４を銅箔５などにより遮蔽する方法や、或いは図１５に示すトランス上方に位置する鉄板８をトランス４が対面する寸法相当分くり抜き除去する方法を採っていた。

しかしながら、このような対応を行った場合、トランス生産における部品点数増や、鉄板の形状限定などの、生産効率の劣化につながるものであることが否定できないものであった。

そこで本発明は、部品点数増などの生産効率を劣化させるものでなく、且つ鉄板等が近接することなどによる周囲からの磁気的影響を受けにくいトランスを提供することを目的とするものである。

そしてこの目的を達成するために、ロ字型磁心と、このロ字型磁心の対向する一方の磁脚に設けた第１の一次巻線と第１の二次巻線と、対向する他方の磁脚に設けた第２の一次巻線と第２の二次巻線とを備え、前記第１の一次巻線と前記第１の二次巻線との距離、ならびに前記第２の一次巻線と前記第２の二次巻線との距離は前記第１の一次巻線と前記第２の一次巻線との対面距離よりも小さな距離とし、前記第１の一次巻線で発生する磁束方向と前記第２の一次巻線で発生する磁束方向とは前記ロ字型磁心内で同一方向としたことを特徴としたものである。

本発明によれば、一次巻線と二次巻線が密結合状態となり、或いは巻線部近傍にもれ磁束に起因する磁束密度の高い領域が存在しにくくなることから、周囲に磁束遮蔽のための機能を有するものの配置及びそれに伴う加工などを行わずとも、磁気的影響を受けにくいトランスを得ることが可能となるものである。

（第一の実施形態）
図１は本発明の第一の実施形態におけるトランスの分解斜視図で、一次巻線１０ａ、１０ｂおよびこの一次巻線１０ａ、１０ｂそれぞれに磁気的に高結合状態であり且つ隣接した二次巻線１１を巻回したボビン１２は貫通孔１３を有している。

そしてこの貫通孔１３へコ字型磁心１４の磁脚１５およびコ字型磁心１６の磁脚１７を挿入し、コ字型磁心１４とコ字型磁心１６を対向させて閉磁路を形成しており、一次巻線１０ａ、１０ｂはボビン１２の磁脚１５に対し外周側にあたる部分に、二次巻線１１はボビン１２の磁脚１７に対し外周側にあたる部分にそれぞれ巻回配置している。

また、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂは、それらから発生する磁束が和動動作となるように、巻回方向を互いに反対方向とすることや、あるいは和動動作となる接続としている。

さらに、一次巻線１０ａと二次巻線１１と、および一次巻線１０ｂと二次巻線１１とは高結合状態であり且つ隣接配置しており、その隣接距離は、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂとの対面距離ならびに二次巻線１１どうしの対面距離の双方よりも小さいものとしている。

上記構成の本実施形態のトランスについて、以下その作用および効果を説明する。

本実施の形態のトランスでは図２に示すように、コ字型磁心１４およびコ字型磁心１６を対向させロ字型磁心１８を形成し、磁脚１５へ一次巻線１０ａおよび１０ｂを巻回配置し、磁脚１７へ二次巻線１１を一次巻線１０ａ、１０ｂへ隣接して巻回配置することにより、一次巻線１０ａへ加えた信号は主としてロ字型磁心１８により高結合状態となっている二次巻線１１に、ならびに一次巻線１０ｂへ加えた信号もまた主としてロ字型磁心１８により高結合状態となっている二次巻線１１へ伝達されることとなる。

そして、一次巻線１０ａと二次巻線１１と、ならびに一次巻線１０ｂと二次巻線１１とは高結合状態で且つ隣接させていることから、ロ字型磁心１８を通らず外部に放出される磁束φａａと磁束φｂｂを少なくすることができる。

これは言い換えれば、一次巻線１０ａで発生した全ての磁束φＡ（図示せず）、一次巻線１０ａで発生しロ字型磁心１８を通る磁束φａ、一次巻線１０ａで発生しロ字型磁心１８を通らず外部に放出される磁束φａａ、および一次巻線１０ａで発生しロ字型磁心１８を通らずに二次巻線２の導体部を通り銅損の要因となる磁束φａａａ（図示せず）の関係は、
φＡ＝φａ＋φａａ＋φａａａ
と表現できる。

そしてここでは一次巻線１０ａと二次巻線１１とを隣接させ、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂとの対面距離よりも小さな距離で隣接していることにより、磁束φａａａの磁束φａａに対する比率を、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂとの対面距離よりも大きな距離で隣接している場合よりも大きくすることができる。

よって磁束φＡと磁束φａとを一定であると仮定すれば、結果的にトランスの外部へ放出される磁束φａａの値を小さくすることができる。

これに関しては当然ながら、φｂｂに関しても同様である。

さらにここで、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂは、それぞれから発生し閉磁路１１を通る、磁束φａと磁束φｂが閉磁路１８内において同一方向となるように巻回方向や接続方法は和動動作となる形態としていること、そして一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂはほぼ左右対称に対向して配置していることにより、図３に示す如く、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂとから閉磁路１１の外部へ放出される磁束φａａと磁束φｂｂは、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂからの影響を最も受けやすいＡ点付近においては、それぞれが相殺する方向へ発生するものであることから、実際にＡ点付近に存在する磁束密度は非常に小さな値とすることができる。

このことから、図４に示す如く、鉄板２１のような磁気的影響を与え易い物体が、実装基板２２上に実装されたトランス２３の一次巻線１０ａおよび一次巻線１０ｂの上方近傍に接近した場合においても、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂとに挟まれた空間やこの空間の近傍領域に存在する磁束が少ないことで、磁気回路に与える影響度は限定的なものとすることができる。

そしてこの効果と先に述べた、図２に示す如く一次巻線１０ａ、１０ｂと二次巻線１１は高結合状態で且つ隣接配置していることにより磁束φａａと磁束φｂｂを低く抑えていることによる、これらの相乗効果によって図４に示す如く、鉄板のような磁気的影響を与え易い物体が一次巻線１０ａおよび一次巻線１０ｂの上方近傍に接近した場合においても磁気回路に与える影響度は、極めて限定的なものとすることができる。

以上のことから、一次巻線１０ａ、１０ｂと二次巻線１１とが高結合状態となり、あるいは巻線部近傍、特に一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂとに挟まれた空間やこの空間の近傍領域に磁束密度の高い領域が存在しにくくなることから、周囲に磁束遮蔽のための機能を有するものの配置及びそれに伴う加工などを行わずとも、磁気的影響を受けにくいトランスを得ることが可能となるものである。

ここではまた、図２に示す如く、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂをそれぞれ二次巻線１１に磁気的に高結合状態で且つ隣接配置させた場合に、一次二次間の結合度の調整を採る方法として様々な選択肢を得ることができる。

例えば図５に示す如く、一次巻線１０ａ、１０ｂ側の磁脚１５の幅を二次巻線１１側の磁脚１７の幅より大きくし、磁脚１５の断面積を磁脚１７の断面積より大きくすることにより、調整が可能となる。

この場合、一次巻線１０ａ、１０ｂの巻線径が二次巻線１１の巻線径よりも大きくなることから、磁脚１５の幅と磁脚１７の断面積とが同等である場合に比較して、図３に示す如く外部へ放出される磁束φａａと磁束φｂｂの量は増加するものの、先に述べたとおり、一次巻線１０ａ、１０ｂからの影響を受けやすいＡ点付近では磁束は相殺する方向となるため、実際に外部へ放出される磁束は抑制できる。

従って、鉄板のような磁気的影響を与え易い物体が一次巻線１０ａおよび一次巻線１０ｂの上方近傍に接近した場合においても、磁気回路に与える影響度は限定的なものとなる。

これと同時に図５に示す如く、一次巻線１０ａ、１０ｂ側の磁脚１５の幅を二次巻線１１側の磁脚１７の幅より大きくし、磁心１４の全体にわたる断面積を磁心１６の全体にわたる断面積より大きくすることにより、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂとの結合度の調整が採れたうえで実際に外部へ放出される磁束は抑制でき、これに加えて一次巻線１０ａ、１０ｂにおける磁気飽和を起こし難くすることも可能となる。

或いはこれと逆に、図６に示す如く、一次巻線１０ａ、１０ｂ側の磁脚１５の幅を二次巻線１１側の磁脚１７の幅より小さくし、磁心１４の断面積を磁心１６の断面積より小さくすることによっても一次二次間の結合度の調整を採ることは可能である。

この場合、一次巻線１０ａ、１０ｂの外周径が小さくなり、一次巻線１０ａ、１０ｂの直流抵抗を低下させることができることから、一次巻線１０ａ、１０ｂにおける発熱量抑制に関して有効なものとなる。

また、結合度の調整に関しては一次巻線１０ａ、１０ｂ、および二次巻線１１の巻回数の調整によって行うことも可能であり、磁脚１５の幅による調整と同時に行うことにより、結合度の微調整も可能となる。

そして一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂとは独立して巻回配置していることから、それぞれについて二次巻線１１に対する異なる結合度を持たせることも可能である。

さらにここでは、図２に示す如く、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂはコ字型磁心１４を共有し、二つの二次巻線１１はコ字型磁心１６を共有しており、さらに一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂ、二つの二次巻線１１は左右対称に配置することにより、二つの二次巻線１１から得られる出力信号は非常にバランスの採れたものとすることができる。

また、図７（ａ）に示す如く、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂはそれぞれ独立した入力信号回路１９ｃ、１９ｃを有した形態や、あるいは図７（ｂ）に示す如く、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂは一つの入力信号回路１９ｃに対して並列接続とした形態であってもよく、またあるいは図７（ｃ）に示す如く、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂは一つの入力信号回路１９ｃに対して直列接続とした形態であってもよいが、一出力あたりのトランス数の低減という実装面積効率の観点からは、一入力二出力の形態である図７（ｂ）もしくは図７（ｃ）の接続が望ましい。

ここでは入力信号回路１９ｃにおいて、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂは並列接続とすることにより、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂへ等しい電圧を供給し、二つの二次巻線１１から均等な出力電圧を得ることによって放電灯２０の点灯状態のバラツキを抑制することができるという点からは図７（ｂ）の形態がより望ましい。

そしてさらに、図８（ａ）に示す如く入力信号回路１９ｃにおいて、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂは並列接続としたうえで、二つの二次巻線１１へ二つの放電管２０を直列接続する擬似Ｕ字管接続や、図８（ｂ）に示す如く二つの二次巻線１１へＵ字型放電管２１を接続するＵ字管接続とすることが最も望ましい。

図８（ａ）に示す如く擬似Ｕ字管接続を行った場合、二つの二次巻線１１のうち一方の出力をＶ＋、他方をＶ−とすることにより２本の放電管２０に加わる電位差が２Ｖとなる。ここで１本あたりの放電管２０に加わる電位差はＶであり従来の接続と変化は無いが、二つの二次巻線１１を一つの回路に組み入れるこの接続により一つのトランス２３内における二つの二次巻線１１の間の特性差、いわゆる特性ばらつきの平均化を図ることが可能となり、結果として放電管２０毎の点灯状態の均一化が可能となる。

また、図８（ｂ）に示す如くＵ字型放電管２１を接続するＵ字管接続を行った場合もまた、二つの二次巻線１１を一つの回路に組み入れ、二つの二次巻線１１のうち一方の出力をＶ＋、他方をＶ−とすることにより、Ｕ字型放電管２１の両端には逆位相の電位を加えることで常に２Ｖの電位差の維持が可能となる。

またさらに、一つのトランス２３内における二つの二次巻線１１の間の特性差、いわゆる特性ばらつきの平均化を図ることが可能となり、結果として点灯状態のちらつきを抑制する手段として有効である。

或いは図９（ａ）に示す如く、本発明におけるトランス２３の一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂとはそれぞれ独立して巻回していることから、スイッチ２５の切り換えにより一次巻線１０ａに信号入力し一次巻線１０ｂは非通電状態とすることや、この逆の、一次巻線１０ｂに信号入力し一次巻線１０ａは非通電状態とすることである、プッシュフル動作回路として使用することも可能である。

さらに図９（ｂ）に示す如く、二本の放電管２０に対して二つのトランス２３、２４を適用することにより、放電管２０が大型の大電圧を必要とする場合においても放電管２０の安定した点灯が可能となる。

これは、トランス２３の二次巻線１１の出力をＶ＋、トランス２４の二次巻線１１の出力をＶ−とすることで、一本の放電管２０に加わる電位差を２Ｖとすることができ、大型放電管に対応可能とするものであり、ここでもまた、一つの放電管２０を点灯する回路内にトランス２３の二次巻線１１とトランス２４の二次巻線１１が存在することから二つの二次巻線１１の間の特性差、いわゆる特性ばらつきの平均化を図ることが可能となり、結果として点灯状態のちらつきを抑制する手段としても有効となる。

また図２に示す如く、大電流が流れることとなる一次巻線１０ａ、１０ｂ側のコ字型磁心１４には単位断面積あたりの飽和磁束密度の高いＭｎ−Ｚｎ系の材料を適用することにより、コ字型磁心１４の断面寸法を小さくでき、トランス全体の寸法を小さくすることが可能となる。

ここで、二次巻線１１側のコ字型磁心１６も同時にＭｎ−Ｚｎ系の材料としても構わないが、Ｍｎ−Ｚｎ系の材料は導電性を有する材料であること、それに加えて二次巻線１１は高電位を有するため、一次巻線１０ａ、１０ｂと二次巻線１１とはコ字型磁心１４、１６を介することにより絶縁状態を保ち難くなり、耐電圧の低下や短絡が発生し易くなることが考えられる。よって二次巻線１１側のコ字型磁心１６にはＮｉ−Ｚｎ系の非導電性の特性を有した磁性材を使用することが望ましい。

（第二の実施形態）
図１０は本発明の第二の実施形態におけるトランスの分解斜視図で、一次巻線１０ａ、１０ｂおよびこの一次巻線１０ａ、１０ｂそれぞれに磁気的に高結合状態とし且つ隣接配置した二次巻線１１を巻回したボビン１２は貫通孔１３を有しており、この貫通孔１３へコ字型磁心２５の磁脚２６を挿入し、コ字型磁心２５と棒状磁心２７を対向させ、図１１に示す如くロ字型磁心２８を形成している。

また、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂは、それらから発生する磁束が和動動作となるように、巻回方向を互いに反対方向とすることや、或いは和動動作となる接続としており、そして一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂは左右対称に対向して配置していることが望ましい。

この第二の実施形態においても第一の実施形態における効果と同様に、一次巻線１０ａ、１０ｂと二次巻線１１とが、一次巻線１０ａと一次巻線１０ｂとの対面距離よりも小さな距離で、ならびに二次巻線１１どうしの対面距離よりも小さな距離で隣接配置としている。

これにより、結果的に巻線部近傍のＢ点に磁束密度の高い領域が存在しにくくなることから、周囲に磁束遮蔽のための機能を有するものの配置及びそれに伴う加工などを行わずとも、磁気的影響を受けにくいトランスを得ることが可能となるものである。

ここで第二の実施形態の基本的構成は第一の実施形態と類似したものであるが、コ字型磁心２５と棒状磁心２７との対向部２９を、一次巻線１０ａ、１０ｂもしくは二次巻線１１の巻回部の外側に位置させている。

この対向部２９が一次巻線１０ａ、１０ｂもしくは二次巻線１１により内包された位置に存在する場合（図示せず）、対向部２９と一次巻線１０ａ、１０ｂもしくは二次巻線１１との位置関係の変化により、対向部２９から漏洩する磁束φｃからの影響度が変化し、その結果一次巻線１０ａ、１０ｂと二次巻線１１との結合度をはじめ特性に影響を与えることとなり、この位置関係に関しては細やかな管理が必要となる。

これに対し、対向部２９を一次巻線１０ａ、１０ｂもしくは二次巻線１１の外側に位置させ、対向部２９から漏洩する磁束φｃからの影響度を低減させることによって、対向部２９と一次巻線１０ａ、１０ｂもしくは二次巻線１１との位置関係による特性の変化量を低く抑えることが可能となり、量産時の特性ばらつきを低減することには効果的である。

本発明は、インバータトランスにおいて、周囲からの磁気的影響を受けにくくする効果を有し、各種電子回路において有用である。

本発明の第一の実施形態のトランスの分解斜視図 同上面図 同磁束の流れを示す上面図 同近接鉄板との断面図 同磁脚幅を変更した第一例の上面図 同磁脚幅を変更した第二例の上面図 同使用時の第一例の放電管点灯用回路図 同使用時の第二例の放電管点灯用回路図 同使用時の第三例の放電管点灯用回路図 本発明の第二の実施形態のトランスの分解斜視図 同上面図 従来のトランスの断面図 同斜視図 同磁束の流れを示す側面図 同磁束の流れを示す側面図

符号の説明

１０ａ 一次巻線
１０ｂ 一次巻線
１１ 二次巻線
１２ ボビン
１４ コ字型磁心
１５ 磁脚
１６ コ字型磁心
１７ 磁脚
１８ ロ字型磁心
φａ 磁束
φｂ 磁束

Claims (5)

1. ロ字型磁心と、
   このロ字型磁心の対向する一方の磁脚に設けた第１の一次巻線および第１の二次巻線と、
   対向する他方の磁脚に設けた第２の一次巻線および第２の二次巻線とを備え、
   前記第１の一次巻線と前記第１の二次巻線との距離、
   ならびに前記第２の一次巻線と前記第２の二次巻線との距離は、
   前記第１の一次巻線と前記第２の一次巻線との対面距離よりも小さな距離とし、
   前記第１の一次巻線で発生する磁束方向と前記第２の一次巻線で発生する磁束方向とは前記ロ字型磁心内で同一方向としたトランス。
2. 第１、第２のコ字型磁心の磁脚どうしを対向させて形成したロ字型磁心と、
   前記第１のコ字状磁心に巻回した第１、第２の一次巻線と、
   前記第２のコ字状磁心に巻回した第１、第２の二次巻線とを備え、
   前記第１の一次巻線は前記第１のコ字状磁心の一方の前記磁脚に、
   前記第１の二次巻線は前記第２のコ字状磁心の一方の前記磁脚に、
   前記第２の一次巻線は前記第１のコ字状磁心の他方の前記磁脚に、
   前記第２の二次巻線は前記第２のコ字状磁心の他方の前記磁脚にそれぞれ設け、
   前記第１の一次巻線と前記第１の二次巻線との距離、
   ならびに前記第２の一次巻線と前記第２の二次巻線との距離は、
   前記第１の一次巻線と前記第２の一次巻線との対面距離よりも小さな距離とし、
   前記第１のコ字型磁心の断面積は前記第２のコ字型磁心の断面積より大きくし、
   前記第１の一次巻線で発生する磁束方向と前記第２の一次巻線で発生する磁束方向とは前記ロ字型磁心内で同一方向としたトランス。
3. 前記第１の一次巻線と前記第１の二次巻線との距離、
   ならびに前記第２の一次巻線と前記第２の二次巻線との距離は、
   前記第１の二次巻線と前記第２の二次巻線の対面距離よりも小さな距離とし、
   前記第１のコ字型磁心の磁脚断面積は前記第２のコ字型磁心の断面積より小さくした、請求項２に記載のトランス。
4. 前記第１のコ字型磁心はＭｎ−Ｚｎ系磁性材料からなり、
   前記第２のコ字型磁心はＮｉ−Ｚｎ系磁性材料からなる、
   請求項２もしくは請求項３に記載のトランス。
5. コ字型磁心の磁脚と棒状磁心を対向させて形成したロ字型磁心と、
   前記コ字型磁心に設けた第１、第２の一次巻線と、第１、第２の二次巻線とを備え、
   前記第１の一次巻線と前記第１の二次巻線とは前記コ字状磁心の一方の前記磁脚に、
   前記第２の一次巻線と前記第２の二次巻線とは前記コ字状磁心の他方の前記磁脚にそれぞれ、
   前記第１の一次巻線と前記第２の一次巻線との対面距離ならびに前記二次巻線どうしの対面距離の双方より小さな距離で隣接配置し、
   前記第１の一次巻線で発生する磁束方向と前記第２の一次巻線で発生する磁束方向とは前記ロ字型磁心内で同一方向としたトランス。

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