JP2008124130A - インバータトランス - Google Patents

Abstract

【課題】１次巻線と２次巻線との結合を高めつつ、リーケージインダクタンスの値を大きくし得るインバータトランスを得る。
【解決手段】１次巻線１が第１の２次巻線２と第２の２次巻線３との間に共軸に配されており、３つの巻線１〜３内に連通されるＩコア６と第１のＵコア７とにより、３つの巻線１〜３全てと鎖交する磁束が通る第１のコア部が構成されている。また、第１の２次巻線２とは鎖交し１次巻線１および第２の２次巻線３とは鎖交しない磁束のみが通る第２のコア部が第２のＵコア８により構成され、第２の２次巻線３とは鎖交し１次巻線１および第１の２次巻線２とは鎖交しない磁束のみが通る第３のコア部が、第３のＵコア９により構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ノートパソコン、液晶テレビ等に使用される各種表示パネルのバックライト用の冷陰極放電ランプ（ＣＣＦＬ）を放電、点灯させるＤＣ／ＡＣインバータ回路で使用されるインバータトランスに関する。

従来、この種のインバータトランスとして、１次巻線が２つの２次巻線の間に挟まれるように配された構成のものが知られている（下記特許文献１、２参照）。
このような構成のインバータトランスは、１次巻線と２次巻線との結合を高めるのに適しているとされる。

特開２００５−１６７１１０号公報 特開２００６−１６５０６３号公報

近年、インバータ回路の効率を高めるために、１次巻線と２次巻線との結合を高めつつ、リーケージインダクタンスの値を大きくすることが可能なインバータトランスが要望されている。リーケージインダクタンスの値を大きくすることにより、コンデンサの値を小さくすることができ、これによりインバータ回路内のコンデンサに供給される電流値を抑えることが可能となる。一方、１次巻線と２次巻線との結合を高めることも、これにより変換効率が良くなるので、インバータ回路の効率を高めるのに有効な手立てとなる。

しかしながら、これらは相反する関係、すなわち１次巻線と２次巻線との結合を高めるためには、リーケージインダクタンスの値を小さくすることが必要であるというのが一般的な考えであり、従来のインバータトランスではこのような要望に応えることが難しい。

例えば、上記特許文献１、２に記載されたものは、１次巻線と２次巻線との結合を高めるのには適しているが、高い結合を維持しつつリーケージインダクタンスの値を大きくすることは難しい構成となっている。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、１次巻線と２次巻線との結合を高めつつ、リーケージインダクタンスの値を大きくし得るインバータトランスを提供することを目的とする。

本発明に係るインバータトランスは、１次巻線が第１の２次巻線と第２の２次巻線との間に共軸に配されたインバータトランスであって、
前記１次巻線、前記第１の２次巻線および前記第２の２次巻線の３つの巻線全てと鎖交する磁束が通る第１のコア部と、
前記第１の２次巻線とは鎖交し、前記１次巻線および前記第２の２次巻線とは鎖交しない磁束のみが通る第２のコア部と、
前記第２の２次巻線とは鎖交し、前記１次巻線および前記第１の２次巻線とは鎖交しない磁束のみが通る第３のコア部と、を備えてなることを特徴とする。

本発明のインバータトランスにおいて、前記第１のコア部は、前記３つの巻線内に連通される棒状のＩコアと、該Ｉコアの一端部から前記３つの巻線の外側を通って該Ｉコアの他端部に延びるコ字状の第１のＵコアとにより構成され、
前記第２のコア部は、前記Ｉコアの一端部から前記第１の２次巻線の外側を通って該Ｉコアの、前記１次巻線と前記第１の２次巻線との間に位置する部分まで延びるコ字状の第２のＵコアにより構成され、
前記第３のコア部は、前記Ｉコアの他端部から前記第２の２次巻線の外側を通って該Ｉコアの、前記１次巻線と前記第２の２次巻線との間に位置する部分まで延びるコ字状の第３のＵコアにより構成されている前記３つの巻線内に連通される棒状のＩコアと、該Ｉコアの一端部から前記３つの巻線の外側を通って該Ｉコアの他端部に延びるＵ字状の第１のＵコアとにより構成されているとすることができる。

また、本発明のインバータトランスは、前記第１の２次巻線と前記第２の２次巻線とを互いに電気的に接続することにより、１入力１出力型の構成とすることができる。

本発明のインバータトランスによれば、１次巻線が第１の２次巻線と第２の２次巻線との間に共軸に配されており、かつ３つの巻線全てと鎖交する磁束が通る第１のコア部を備えていることにより、１次巻線と２次巻線との結合を高めることが可能となる。

また、第１の２次巻線とだけ鎖交する磁束のみが通る第２のコア部と、第２の２次巻線とだけ鎖交する磁束のみが通る第３のコア部とを備えていることにより、リーケージインダクタンスの値を大きくすることも可能となる。

したがって、本発明のインバータトランスによれば、１次巻線と２次巻線との結合を高めつつ、リーケージインダクタンスの値を大きくすることができ、これにより、インバータ回路の効率を高めることが可能となる。

なお、一般的には、リーケージインダクタンスの値が大きくなると１次巻線と２次巻線との結合が大きく低下するとされている。しかしながら、本発明のインバータトランスでは、１次巻線と２次巻線との結合を高めつつ、リーケージインダクタンスの値を大きくすることが可能となっている。この点に関しては、以下のように説明することができる。

すなわち、１次巻線と２次巻線との結合の大きさを示す結合係数ｋは、下式（１）で表される。ただし、Ｌｓ´はリーケージインダクタンスの値を示し、Ｌｓは２次巻線の自己インダクタンスの値を示している。
ｋ＝（１−Ｌｓ´／Ｌｓ）^１／２ …… （１）

上式（１）に示すように結合係数は、２次巻線の自己インダクタンスＬｓの値と、リーケージインダクタンスＬｓ´の値との比によって決まるので、リーケージインダクタンスＬｓ´の値が大きくなった場合でも、２次巻線の自己インダクタンスＬｓの値をリーケージインダクタンスＬｓ´の値に比して格段に大きくすることができれば、結合係数の大きさを１に近づけること、すなわち１次巻線と２次巻線との結合を高めることが可能となる。

本発明のインバータトランスは、３つの巻線全てと鎖交する磁束が通る第１のコア部の他に、第１の２次巻線とだけ鎖交する磁束のみが通る第２のコア部と、第２の２次巻線とだけ鎖交する磁束のみが通る第３のコア部とを備えていることにより、リーケージインダクタンスＬｓ´の値を大きくすることができるとともに、２次巻線の自己インダクタンスＬｓの値をリーケージインダクタンスＬｓ´の値に比して格段に大きくすることが可能となっている。

このため、リーケージインダクタンスＬｓ´の値が大きくなることにより生じる、１次巻線と２次巻線との結合が低下するという影響を抑制することが可能となり、１次巻線と２次巻線との結合を高めつつ、リーケージインダクタンスＬｓ´の値を大きくすることが可能となっている。

以下、本発明に係るインバータトランスの実施形態について、添付した各図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るインバータトランスの平面図であり、図２はその底面図（巻線が未装着な状態）、図３はその斜視図（巻線が未装着な状態）である。

本実施形態のインバータトランスは、例えば、ノートパソコン、液晶テレビ等に使用される各種表示パネルのバックライト用の冷陰極放電ランプ（ＣＣＦＬ）を放電、点灯させるＤＣ／ＡＣインバータ回路で使用されるものであり、図１に示すように、１次巻線１と該１次巻線１を挟む第１および第２の２次巻線２，３とが互いに共軸に巻回された中空のボビン４（一部破線で示す）と、該ボビン４と各々一体に形成された４つの端子台５Ａ〜５Ｄと、ボビン４内に挿通された棒状のＩコア６（一部破線で示す）と、コ字状にそれぞれ形成された第１乃至第３のＵコア７〜９とを備えてなる。

なお、上記第１および第２の２次巻線２，３は、図示せぬ基板上に形成された回路を介して互いに電気的に接続され、１つのコイルとして機能するように構成されている。すなわち、本実施形態のものは、１入力１出力型のインバータトランスとして構成されている。

図３に示すように上記ボビン４は、その軸方向中央部に配された第１の巻回部４１と、該第１の巻回部４１の左右両側にそれぞれ配された第２および第３の巻回部４２，４３とを備えている。第１の巻回部４１は、互いに対向する２枚の仕切り鍔４４Ａ，４４Ｂによって他の領域と区分されており、該第１の巻回部４１に、上記１次巻線１が巻回されるように構成されている。一方、第２の巻回部４２は、エンド鍔４５Ａと仕切り鍔４４Ｅとによって他の領域と区分されるとともに、複数（本実施形態では２枚）の仕切り鍔４４Ｃ，４４Ｄによって複数（本実施形態では３つ）の巻回セクションに区分されており、各巻回セクションに上記第１の２次巻線２が巻回されるようになっている。また、第３の巻回部４３は、エンド鍔４５Ｂと仕切り鍔４４Ｆとによって他の領域と区分されるとともに、複数（本実施形態では３枚）の仕切り鍔４４Ｇ〜４４Ｉによって複数（本実施形態では４つ）の巻回セクションに区分されており、各巻回セクションに上記第２の２次巻線３が巻回されるようになっている。

なお、上記仕切り鍔４４Ｃ，４４Ｄには、上記第１の２次巻線２を、隣接する巻回セクションに渡すための切欠部４６Ａが形成されており、上記各仕切り鍔４４Ｇ〜４４Ｉには、上記第２の２次巻線３を、隣接する巻回セクションに渡すための切欠部４６Ｃが形成されている。また、上記仕切り鍔４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｅ，４４Ｆには、上記切欠部４６Ａと同様の切欠部４６Ｂがそれぞれ形成されている。この切欠部４６Ｂは、上記第１および第２の２次巻線２，３を互いに電気的に接続するための態様として、上述のような基板上の回路を介するのではなく、第１および第２の２次巻線２，３の各一端部同士を所定の導線（図示略）を介して連結する態様を採る場合において、該導線を掛け渡すためのものである。なお、このような導線を用いる場合には、この導線と１次巻線１との間の絶縁耐圧を確保するために、１次巻線１の外周部を絶縁テープで被覆する等の絶縁処理を施すことが好ましい。

また、上記ボビン４には、上記第１の巻回部４１と上記第２の巻回部４２との間の位置、および上記第１の巻回部４１と上記第３の巻回部４３との間の位置に、該ボビン４の内部に挿通された上記Ｉコア６の一部を露出させる窓部４７Ａ，４７Ｂがそれぞれ形成されている。

一方、上記端子台５Ａには２本の２次側端子１２Ａ，１２Ｂが保持されており、該２次側端子１２Ａの絡げ部１２ａに、上記第１の２次巻線２の一端が絡げられるようになっている。また、上記端子台５Ｂには１本の１次側端子１１Ａが保持されており、該１次側端子１１Ａに、上記１次巻線１の一端が絡げられるようになっている。また、上記端子台５Ｃには１本の１次側端子１１Ｂが保持されており、該１次側端子１１Ｂに、上記１次巻線１の他端が絡げられるようになっている。さらに、上記端子台５Ｄには２本の２次側端子１２Ｃ，１２Ｄが保持されており、該２次側端子１２Ｃの絡げ部１２ａに、上記第２の２次巻線３の一端が絡げられるようになっている。

また、図２に示すように上記端子台５Ａの底面部には、上記第１の２次巻線２の一端部を架け渡すための溝部５２Ａが、上記端子台５Ｄの底面部には、上記第２の２次巻線３の一端部を架け渡すための溝部５２Ｂがそれぞれ形成されており、上記端子台５Ｂの底面部には、上記１次巻線１の一端部を架け渡すための溝部５１Ａが、上記端子台５Ｃの底面部には、上記１次巻線１の他端部を架け渡すための溝部５１Ｂがそれぞれ形成されている。

また、図１に示すように上記Ｉコア６は、上記１次巻線１、上記第１の２次巻線２および上記第２の２次巻線３の３つの巻線内に連通されるように、上記ボビン４内に挿通配置される。この配置状態においてＩコア６は、その一端部６１および他端部６２が、上記ボビン４の両端部からそれぞれ突出するとともに、該Ｉコア６の、上記１次巻線１と上記第１の２次巻線２との間に位置する部分（以下、「第１連結部」と称す）６３、および上記１次巻線１と上記第２の２次巻線３との間に位置する部分（以下、「第２連結部」と称す）６４が、上記ボビン４に形成された上記窓部４７Ａ，４７Ｂからそれぞれ露出するようになっている。

一方、上記第１のＵコア７は、上記Ｉコア６の一端部６１から上記３つの巻線２，１，３の外側を通って該Ｉコア６の他端部６２に延びるように配置されている。この第１のＵコア７は、本実施形態において、上記Ｉコア６と共に第１のコア部を構成するものであり、該第１のコア部には、上記３つの巻線１〜３全てと鎖交する磁束（相互インダクタンスに係る磁束）が通る第１の閉磁路Ｃ_１（図１中仮想的に２点鎖線で示す）が形成されることとなる。

また、上記第２のＵコア８は、上記Ｉコア６の一端部６１から上記第１の２次巻線２の外側を通って該Ｉコア６の上記第１連結部６３まで延びるように配置されている。この第２のＵコア８は、本実施形態において第２のコア部を構成するものであり、該第２のコア部には、上記第１の２次巻線２とは鎖交し、上記１次巻線１および上記第２の２次巻線３とは鎖交しない磁束（以下、「第１の漏れ磁束」と称す）のみが通るようになっている。また、上記Ｉコア６の一部（上記一端部６１から上記第１連結部６３に至る間の部分）と上記第２のＵコア８とにより、上記第１の漏れ磁束が通る第２の閉磁路Ｃ_２（図１中仮想的に２点鎖線で示す）が形成されることとなる。

また、上記第３のＵコア９は、上記Ｉコア６の他端部６２から上記第２の２次巻線３の外側を通って該Ｉコア６の上記第２連結部６４まで延びるように配置されている。この第３のＵコア９は、本実施形態において第３のコア部を構成するものであり、該第３のコア部には、上記第２の２次巻線３とは鎖交し、上記１次巻線１および上記第１の２次巻線２とは鎖交しない磁束（以下、「第２の漏れ磁束」と称す）のみが通るようになっている。また、上記Ｉコア６の一部（上記他端部６２から上記第２連結部６４に至る間の部分）と上記第３のＵコア９とにより、上記第２の漏れ磁束が通る第３の閉磁路Ｃ_３（図１中仮想的に２点鎖線で示す）が形成されることとなる。

なお、上述のＩコア６、第１乃至第３のＵコア７〜９には、例えば、フェライトやパーマロイ、センダスト等の磁性材料やその微粉末を圧縮成型したダストコアを使用することができる。また、Ｉコア６と第１乃至第３のＵコア７〜９各々との間には、リーケージインダクタンス調整のためのギャップを設けるようにしてもよい。

このように本実施形態のインバータトランスは、１次巻線１が第１の２次巻線２と第２の２次巻線３との間に共軸に配されており、かつ３つの巻線１〜３の全てと鎖交する磁束が通る第１のコア部（Ｉコア６と第１のＵコア７とにより構成される）を備えていることにより、１次巻線１と第１および第２の２次巻線２，３との結合を高めることが可能となっている。

また、第１の２次巻線２とだけ鎖交する磁束のみが通る第２のコア部（第２のＵコア８により構成される）と、第２の２次巻線３とだけ鎖交する磁束のみが通る第３のコア部（第３のＵコア９により構成される）とを備えていることにより、リーケージインダクタンスの値を大きくすることができるとともに、第１および第２の２次巻線２，３の自己インダクタンスの値をリーケージインダクタンスの値に比して格段に大きくすることが可能となっている。

したがって、リーケージインダクタンスの値が大きくなることにより生じる、１次巻線１と第１および第２の２次巻線２，３との結合が低下するという影響を抑制することが可能となるので、１次巻線１と第１および第２の２次巻線２，３との結合を高めつつ、リーケージインダクタンスの値を大きくすることが可能となっている。

以下、本実施形態に係るインバータトランスの作用効果を他の形態のものと比較検証した結果について説明する。図４は図１に示すインバータトランスを模式的に示す概略図であり、図５および図６は比較例１および比較例２に係る各インバータトランスをそれぞれ模式的に示す概略図である。

図４に模式的に示すインバータトランスは、図１〜図３を用いて説明したものと同じものであり、１次巻線１が第１の２次巻線２と第２の２次巻線３との間に共軸に配されている。また、第１および第２の２次巻線２，３は電気的に互いに接続されており、１つのコイルとして機能するようになっている。また、３つの巻線１〜３内に連通されるＩコア６と、該Ｉコア６と共に第１のコア部を構成する第１のＵコア７と、第２および第３のコア部をそれぞれ構成する第２および第３のＵコア８，９とを備えている。

図５に示す比較例１のインバータトランスは、１次巻線１０１が１つの２次巻線１０２と隣接して共軸に配されたものである。また、１次巻線１０１内および２次巻線１０２内に連通されるＩコア１０６と、該Ｉコア１０６の一端部１６１から１次巻線１０１および２次巻線１０２の外側を通って該Ｉコア１０６の他端部１６２に延びるように配置されたＵコア１０７と、Ｉコア１０６の他端部１６２から２次巻線１０２の外側を通って該Ｉコア１０６の、１次巻線１０１と２次巻線１０２との間に位置する部分まで延びるＵコア１１０とを備えている。

Ｉコア１０６およびＵコア１０７には、１次巻線１０１および２次巻線１０２の両方に鎖交する磁束が通り、Ｕコア１１０には、２次巻線１０２とは鎖交し１次巻線１０１とは鎖交しない磁束が通るようになっている。

図６に示す比較例２のインバータトランスは、電気的に互いに接続された２つの２次巻線１０２Ａ，１０３Ａの間に、１次巻線１０１Ａが共軸に配されたものである。また、これら３つの巻線１０１Ａ，１０２Ａ，１０３Ａ内に連通されるＩコア１０６Ａと、該Ｉコア１０６Ａの一端部１６１Ａから３つの巻線１０２Ａ，１０１Ａ，１０３Ａの外側を通って該Ｉコア１０６Ａの他端部１６２Ａに延びるように配置されたＵコア１０７Ａと、Ｉコア１０６Ａの一端部１６１Ａから２次巻線１０２Ａおよび１次巻線１０１Ａの外側を通って該Ｉコア１０６Ａの、１次巻線１０１Ａと２次巻線１０３Ａとの間に位置する部分まで延びるＵコア１１０Ａとを備えている。

Ｉコア１０６ＡおよびＵコア１０７Ａには、３つの巻線１０１Ａ，１０２Ａ，１０３Ａ全てと鎖交する磁束が通り、Ｕコア１１０Ａには、１次巻線１０１Ａと２次巻線１０２Ａとは鎖交し２次巻線１０３Ａとは鎖交しない磁束が通るようになっている。

なお、図４〜図６に示す各インバータトランスは、コアの構成が互いに異なるものであり、各巻線の巻回数や各コア間のギャップ等は同じ値に設定されている。また、コアを形成する磁性材料も各々同じものが用いられている。

図４〜図６に示す各インバータトランスを同じ条件下で駆動させ、そのリーケージインダクタンスの値および１次巻線と２次巻線との結合係数を求めた。その結果を下記表１に示す。ただし、Ｌｓは２次巻線の自己インダクタンスの値、Ｌｐは１次巻線の自己インダクタンスの値、Ｌｓ´はリーケージインダクタンスの値、ｋは１次巻線と２次巻線との結合係数の値をそれぞれ示している。

上記表１に示すように、比較例１のものは、リーケージインダクタンスＬｓ´の値が大きいが結合係数ｋの値が小さく、比較例２のものは、結合係数ｋの値が大きいがリーケージインダクタンスＬｓ´の値が小さいのに対し、本発明に係る実施例ものは、リーケージインダクタンスＬｓ´の値が大きく、かつ結合係数ｋの値も大きくなっている。また、２次巻線の自己インダクタンスＬｓの値も大きくなっている。

以上、本発明に係るインバータトランスの実施形態について説明したが、本発明のインバータトランスは上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様のものを構成することができる。

例えば、上記実施形態のものは、第１および第２の２次巻線２，３が互いに電気的に接続されて１入力１出力型の構成とされているが、２つの２次巻線２，３を互いに接続せずに１入力２出力型の構成とすることも可能である。

また、第１乃至第３のコア部は、上記実施形態のもののように棒状のＩコアとコ字状のＵコアとを組み合せたものに限定されるものではなく、第１乃至第３のコア部を構成する個々のコア部材の形状や組合せ等を適宜変更することが可能である。

一実施形態に係るインバータトランスの平面図 図１に示すインバータトランスの底面図（巻線未装着） 図１に示すインバータトランスの斜視図（巻線未装着） 図１に示すインバータトランス（実施例）を模式的に示す概略図 比較例１のインバータトランスを模式的に示す概略図 比較例２のインバータトランスを模式的に示す概略図

符号の説明

１，１０１，１０１Ａ １次巻線
２ 第１の２次巻線
３ 第２の２次巻線
４ ボビン
５Ａ〜５Ｄ 端子台
６，１０６，１０６Ａ Ｉコア
７ 第１のＵコア
８ 第２のＵコア
９ 第３のＵコア
１１Ａ，１１Ｂ １次側端子
１２Ａ〜１２Ｄ ２次側端子
１２ａ 絡げ部
４１ 第１の巻回部
４２ 第２の巻回部
４３ 第３の巻回部
４４Ａ〜４４Ｉ 仕切り鍔
４５Ａ，４５Ｂ エンド鍔
４６Ａ〜４６Ｃ 切欠部
４７Ａ，４７Ｂ 窓部
５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ 溝部
６１，１６１，１６１Ａ （Ｉコアの）一端部
６２，１６２，１６２Ａ （Ｉコアの）他端部
６３ 第１連結部
６４ 第２連結部
１０１，１０１Ａ １次巻線
１０２，１０２Ａ，１０３Ａ ２次巻線
１０７，１０７Ａ，１１０，１１０Ａ Ｕコア
Ｃ_１ 第１の閉磁路
Ｃ_２ 第２の閉磁路
Ｃ_３ 第３の閉磁路

Claims (3)

1. １次巻線が第１の２次巻線と第２の２次巻線との間に共軸に配されたインバータトランスであって、
   前記１次巻線、前記第１の２次巻線および前記第２の２次巻線の３つの巻線全てと鎖交する磁束が通る第１のコア部と、
   前記第１の２次巻線とは鎖交し、前記１次巻線および前記第２の２次巻線とは鎖交しない磁束のみが通る第２のコア部と、
   前記第２の２次巻線とは鎖交し、前記１次巻線および前記第１の２次巻線とは鎖交しない磁束のみが通る第３のコア部と、を備えてなることを特徴とするインバータトランス。
2. 前記第１のコア部は、前記３つの巻線内に連通される棒状のＩコアと、該Ｉコアの一端部から前記３つの巻線の外側を通って該Ｉコアの他端部に延びるコ字状の第１のＵコアとにより構成され、
   前記第２のコア部は、前記Ｉコアの一端部から前記第１の２次巻線の外側を通って該Ｉコアの、前記１次巻線と前記第１の２次巻線との間に位置する部分まで延びるコ字状の第２のＵコアにより構成され、
   前記第３のコア部は、前記Ｉコアの他端部から前記第２の２次巻線の外側を通って該Ｉコアの、前記１次巻線と前記第２の２次巻線との間に位置する部分まで延びるコ字状の第３のＵコアにより構成されている、ことを特徴とする請求項１記載のインバータトランス。
3. 前記第１の２次巻線と前記第２の２次巻線とが互いに電気的に接続されており、１入力１出力型に構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のインバータトランス。
   

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