JP2008205212A - Transformer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばスイッチング電源に適するトランスに関し、特にトランスのコアに積層して巻装された複数のコイルの巻線方法及び複合方法に関するものである。 The present invention relates to a transformer suitable for, for example, a switching power supply, and more particularly to a winding method and a composite method of a plurality of coils stacked and wound around a core of a transformer.
従来、コアに複数のコイルを巻装されるトランスにおいて、結合度を高くして漏れ磁束を低減する方法として、異なるタップに接続されるコイルを交互に重ねて巻装することにより、結合度を高める方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in a transformer in which a plurality of coils are wound around a core, as a method of increasing the coupling degree and reducing the leakage magnetic flux, the coupling degree is increased by winding the coils connected to different taps alternately. A method of increasing the number has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記従来の技術によれば、異なるタップに接続されるコイルを交互に重ねて巻装する巻き線構造において、交互に重ねて巻装されるコイルを、平行多芯線を用いて従来の一般的な巻き方により巻回すると、コイルの巻幅が大きくなり、コア内の巻き線スペースに効率よく納めることができず占有容積率を低下させるという問題があった。 However, according to the above-described conventional technique, in the winding structure in which coils connected to different taps are alternately stacked and wound, the coils that are alternately stacked and wound are connected to each other by using parallel multi-core wires. When winding is performed in a typical manner, the winding width of the coil becomes large, and there is a problem that the occupied volume ratio is reduced because the coil cannot be efficiently stored in the winding space in the core.
また、異なるタップに接続されるコイルを交互に重ねて巻装する巻き線構造において、結合度を高く保ちながらサージ電圧を低減することは容易なものではなかった。 Further, in a winding structure in which coils connected to different taps are alternately stacked, it is not easy to reduce the surge voltage while maintaining a high degree of coupling.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、結合度が高められて漏れ磁束が減り、コア内のコイル占有容積率を向上させ、さらにサージ電圧を低減することができるトランスを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is possible to obtain a transformer capable of increasing the degree of coupling, reducing the leakage magnetic flux, improving the coil occupation volume ratio in the core, and further reducing the surge voltage. With the goal.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第一のトランスは、コアと、1次2次いずれか一方の側を構成し、コアに巻装される第二のコイルと、1次2次の他方の側を構成し、複数のタップに接続される複数の導線が第二のコイルに隣接してコアに巻装される第一のコイルと、1次2次の他方の側を構成し、第一のコイルが接続される複数のタップと同じタップに接続される複数の導線が第二のコイルを挟んで第一のコイルの反対側に隣接してコアに巻装される第三のコイルとを備え、第一および第三のコイルは、それぞれ、平行に並ぶ複数の導線が、第一の層にて外径側から内径側に向けて渦巻状に巻かれ、第一の層に隣接する第二の層にて内径側から外径側に向けて渦巻状に巻かれて形成したことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a first transformer of the present invention includes a core and a second coil that is wound around the core and that constitutes one of the primary and secondary sides. A first coil that constitutes the other side of the primary secondary and a plurality of conductive wires connected to the plurality of taps are wound around the core adjacent to the second coil, and the other of the primary and secondary A plurality of conductors connected to the same tap as the plurality of taps to which the first coil is connected are wound around the core adjacent to the opposite side of the first coil across the second coil Each of the first and third coils is wound in a spiral shape from the outer diameter side to the inner diameter side in the first layer. The second layer adjacent to the first layer is formed by being spirally wound from the inner diameter side toward the outer diameter side.
この発明によれば、同じタップに接続される第一のコイルおよび第三のコイルが、これらと異なるタップに接続される第二コイルを夾むようにして交互に重ねて巻装されることにより結合度が高められ、また第一および第三のコイルを、平行に並ぶ複数の導線を、第一の層にて外径側から内径側に向けて渦巻状に巻き、第一の層に隣接する第二の層にて内径側から外径側に向けて渦巻状に巻いて形成することによりコア内の占有容積率を向上させ、さらに平行多芯線にて形成した複数のコイルを複合させることでサージ電圧が低減される。 According to the present invention, the first coil and the third coil connected to the same tap are alternately overlapped and wound so as to sandwich the second coil connected to a different tap. The first and third coils are wound in a spiral shape from the outer diameter side to the inner diameter side in the first layer, and the second coil adjacent to the first layer is wound on the first and third coils. In this layer, the volume occupied in the core is improved by spirally winding from the inner diameter side to the outer diameter side, and a plurality of coils formed of parallel multi-core wires are combined to produce a surge voltage Is reduced.
さらに、本発明の第二のトランスは、第一のトランスにおいて、平行に並ぶ複数の導線を巻回することにより中心穴を有する環状に形成された第一および第三のコイルと、板状の導体が中心穴を開けられて1回巻構造に形成された第二のコイルとが、各々中心穴にコアの脚部を挿入してコアに保持されていることを特徴とする。 Further, the second transformer of the present invention includes a first transformer and a third coil formed in an annular shape having a center hole by winding a plurality of conductive wires arranged in parallel in the first transformer, and a plate-like The second coil formed in a one-turn structure with the conductor formed in the center hole is held in the core by inserting the leg portion of the core into the center hole.
この発明によれば、平行に並ぶ複数の導線を巻回して環状に形成された第一および第三のコイルと、板状の導体が中心穴を開けられて1回巻構造に形成された第二のコイルとが、各々中心穴にコアの脚部を挿入してコアに保持されているので、コアとコイルの絶縁を空気絶縁とすることができ、ボビンを必要とすることがない。 According to the present invention, the first and third coils formed in an annular shape by winding a plurality of conductive wires arranged in parallel, and the plate-shaped conductor formed in the one-turn structure with the center hole formed. Since the two coils are respectively held by the core by inserting the leg portion of the core into the center hole, the insulation between the core and the coil can be air-insulated, and a bobbin is not required.
さらにまた、本発明の第三のトランスは、第二のトランスにおいて、コアの周囲に配置されコイルの引き出し線が接続される端子が、脚部の軸線方向に延びていることを特徴とする。 Furthermore, the third transformer of the present invention is characterized in that, in the second transformer, a terminal disposed around the core and connected to the lead wire of the coil extends in the axial direction of the leg portion.
この発明によれば、脚部に巻装されたコイルから延びる引き出し部を、コイルの巻回平面と同一平面上に引き出して端子に接続することができる。 According to the present invention, the lead portion extending from the coil wound around the leg portion can be drawn on the same plane as the winding plane of the coil and connected to the terminal.
本発明の第一のトランスによれば、結合度が高められて漏れ磁束が減り、コア内のコイル占有容積率を向上させ、さらにサージ電圧を低減することができるトランスを得ることができる。 According to the first transformer of the present invention, it is possible to obtain a transformer capable of increasing the degree of coupling and reducing the magnetic flux leakage, improving the coil occupation volume ratio in the core, and further reducing the surge voltage.
本発明の第二のトランスによれば、ボビンレス構造とすることができるので低背化を図ることが可能となる。 According to the second transformer of the present invention, a bobbin-less structure can be achieved, so that a reduction in height can be achieved.
本発明の第三のトランスによれば、コイルの引き出し部を端子に接続し易い。 According to the third transformer of the present invention, it is easy to connect the lead portion of the coil to the terminal.
以下に、本発明にかかるトランスの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a transformer according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態)
図1は本発明にかかるトランスの実施の形態の外観を示す斜視図である。トランス80は、E型部11及びI型部12を突き合わせて構成されるEI型のコア10と、このコア10のE型部11の中央に形成された中脚部に巻装された複数のコイル20(後述する線材巻線型コイル及び金属板巻線型コイル)と、概略平板状を成しコア10の周囲に配置された端子台座30と、端子台座30の縁部に複数立設された棒状の端子40とを有している。
(Embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of an embodiment of a transformer according to the present invention. The
図2はコア10と端子台座30と端子40とから成る中間組立体79の斜視図である。コア10は、概略E字型を成すE型部11と平板状のI型部12とから構成され、フェライトや圧粉磁芯等の磁性部材で形成されている。E型部11は、円柱状の中脚部11aと、矩形状の一対の側脚部11bと、これら中脚部11aと2つの側脚部11bとを繋ぐ連結部11cとから成る。そしてこのE型部11とI型部12とを対向させて合わせることで、側脚部11bと連結部11cとI型部12とで構成される矩形枠状部の内側に中脚部11aを備えたコア10が構成されている。
FIG. 2 is a perspective view of an
端子台座30は、ガラスエポキシ板等の安価な材料にて作製され、概略矩形平板状を成し中央部に矩形の係合穴が開口されている。この係合穴はE型部11の外周形状と同形状を成している。そして、端子台座30は、この係合穴にE型部11を中脚部11aの軸線方向に向けて挿入することによりコア10に嵌合している。端子台座30は、コア10に嵌合された後、両端部を接着剤18にて固定される。このようにしてコア10に取り付けられた端子台座30は、コア10の矩形枠状部に形成された対向する両開口部を横切るようにしてコア10を囲繞する。なお、係合穴の四隅にはコア10を挿入し易いように逃がし30bが設けられている。
The
端子台座30のコア10開口部に対向する2辺の縁部に複数の端子40が立設されている。一側の縁部には、辺に沿って8本の端子40(T1〜T8)が立設されている。対向する他側の縁部には、辺に沿って3本の端子40(T9〜T11)が立設されている。このように構成された中間組立体79に、外部にて環状に形成された複数のコイル20(図1)が、中心穴を中脚部11aに挿入してボビンレス構造にて巻装される。中脚部11aと各コイル20との間には絶縁のための空気層が形成される。そして、各端子40には、各コイル20から引き出された引き出し部(引き出し線)が接続される。
A plurality of
図3はコア10にコイルが巻装される様子を示す斜視図である。図4は本実施の形態の線材巻線型のコイルの正面図である。図5は本実施の形態のトランス80の等価回路である。先に説明した図1のコイル20は、図3にて示される8個のコイル21〜28によって構成されている。この8個のコイルのうち、コイル23,26の2つのコイルは、エナメル絶縁層で被覆された銅線(導線)が帯状に形成された平行2芯線が、複数回α巻きされて環状に形成された線材巻線型(第一、第三のコイル)のコイルである。一方、8個のコイルのうち、残る6個のコイル21,22,24,25,27,28は、板状の導体が中心穴を開けられて1回巻構造に形成された金属板巻線型のコイル(第二のコイル)である。各々のコイル21〜28は、それぞれ中心穴をコア10の中脚部11aに挿入して積層されるように巻装されている。
FIG. 3 is a perspective view showing a state where a coil is wound around the
線材巻線型コイル23,26は、銅線を例えば所定の巻枠に巻回した後、当該巻枠から外すことにより形成される(図4)。金属板巻線型コイル21,22,24,25,27,28は、例えば、薄板金属をプレス加工により打ち抜いて形成される。このとき、両タイプのコイルは、ともに中心穴径を中脚部11aの直径より大きく形成される。このようにして形成された各コイルは、コア10に装着(巻装)された際、中脚部11aとの間に絶縁のための所定幅の間隙を形成する。
The wire-
コア10に巻装された各コイル21〜28は、各々引き出し部(引き出し線)を端子40に接続されて、端子40を介して相互に結線される。金属板巻線型コイル21は、2つの引き出し部を端子T6,T7に接続される。金属板巻線型コイル22は、引き出し部を端子T1,T2に接続される。線材巻線型コイル23は、巻き始めの2本の引き出し線を端子T10,T11に接続され、巻き終わりの2本の引き出し線を端子T9,T10に接続されている。
Each of the
さらに、金属板巻線型コイル24は、2つの引き出し部を端子T5,T6に接続される。金属板巻線型コイル25は、引き出し部を端子T2,T3に接続される。線材巻線型コイル26は、巻き始めの2本の引き出し線を端子T10,T11に接続され、巻き終わりの2本の引き出し線を端子T9,T10に接続されている。金属板巻線型コイル27は、2つの引き出し部を端子T4,T5に接続される。金属板巻線型コイル28は、引き出し部を端子T3,T4に接続される。コイル21〜28は、このように結線されて図5に示される等価回路となる。隣り合う2つの端子は、タップを構成している。
Further, the metal plate
積層された複数のコイル21〜28に挟まれて各コイル間を絶縁する絶縁紙(絶縁部材)51〜57が設けられている。絶縁紙51〜57は、矩形シート状を成し、樹脂にて作製されて柔軟性に富み中央部に中脚部11aの断面と同形状の中央穴を有している。そして、中央穴に中脚部11aを挿入させて積層方向に隣接する2つのコイル間に各々挟まれて配置される。
Insulating paper (insulating members) 51 to 57 that are sandwiched between the plurality of stacked
次に、本実施の形態の線材巻線型コイル23,26の巻き方の特徴と各コイルの複合のさせ方を説明する。なお、上述のトランス80は構成が複雑であるため、説明の便宜上、簡略化した構造のもので説明する。図6は説明のために簡略化したトランスの等価回路である。図7は本実施の形態のようにコイルを複合させて図6の等価回路とする場合の積層されたコイルの様子を示す模式図である。図8は図7に比較して示すコイルを複合させずに図6の等価回路とする場合の積層されたコイルの様子を示す模式図である。
Next, the characteristics of how to wind the wire-wound coils 23 and 26 of the present embodiment and how to combine the coils will be described. Since the above-described
図7において、コイル61,63,65は、引き出し部を端子E,Fに接続された金属板巻線型コイル(第二のコイル)であり、上述の金属板巻線型コイル21,22,24,25,27,28と同様な構造を成している。コイル62,64は、引き出し線を端子A,B,C,Dに接続された線材巻線型コイル(第一、第三のコイル)であり、上述の線材巻線型コイル23,26と同様な構造を成している。各々のコイルは図7の順で、上述のEI型コア10の中脚部11aに巻装されている。つまり、線材巻線型コイル62,64が、金属板巻線型コイル63を夾むようにして、異なるタップに接続されるコイルが交互に重ねて巻装されている。
In FIG. 7, coils 61, 63, 65 are metal plate winding type coils (second coils) whose lead portions are connected to terminals E, F, and the above-described metal plate winding type coils 21, 22, 24, The same structure as 25, 27, 28 is formed. The
図9は本実施の形態の線材巻線型コイルの巻回される様子を示す模式図である。図10は図9に比較して示すα巻でない巻き方の様子を示す模式図である。図中(ア)はコイルを上方から見た様子、(イ)はコイルを引き出し線側から見た様子、(ウ)はコイルを側方から見た様子を示している。また、図中(エ)はコアのE型部11を上方から見た様子、(オ)はE型部11を正面側から見た様子を示している。
FIG. 9 is a schematic view showing a state in which the wire wound coil of the present embodiment is wound. FIG. 10 is a schematic diagram showing a winding method other than the α winding shown in FIG. In the figure, (a) shows the coil viewed from above, (b) shows the coil viewed from the lead wire side, and (c) shows the coil viewed from the side. Further, (D) in the figure shows a state where the
図9において、コイル62は図中(イ)および(ウ)に示されるように帯状に形成された平行2芯線(平行多芯線)が2層に巻回されている。そして、図中左側から巻始められ、平行線を水平に保ったまま第一層にて外径側から内径側に向けて渦巻状に巻かれ、最内周である2週目を巻き終わると下の第二層に移動して、今度は内径側から外径側に向けて渦巻状に巻かれる。そして、巻始めの2本の引き出し線は端子Aと端子Bに接続され、巻終わりの(端子Aに対応する)引き出し線が端子Bに接続され(端子Cに対応する)引き出し線が端子Bに接続されている。コイル64も同様な形状に巻回されたのち、端子A,B,C,Dに同様に接続される。このようにして、コイル62とコイル64とは端子を介して複合される。なお、本実施の形態のコイル62,64は、平行2芯線が巻回されて形成されているが、平行3芯線、平行4芯線或いはそれ以上の平行多芯線であってもよい。さらに、コイル62,64は、平行多芯線に限らず、平行に並ぶ複数の導線が巻回されて形成されてもよい。
In FIG. 9, the
一方、図10において、コイル72は、図中左側から巻始められ、第一層にて外径側から内径側に向けて渦巻状に巻かれ、最内周である3週目を巻き終わると第一層の下方を通って引き出される。そして、巻始めの2本の引き出し線は端子Aに接続され、巻終わりの2本の引き出し線は端子Bに接続されている。コイル74は同様な形状に巻回されたのち、巻始めの2本の引き出し線は端子Cに接続され、巻終わりの2本の引き出し線は端子Dに接続されている。
On the other hand, in FIG. 10, the
図11は図7に示す構造のトランスに発生するサージ電圧をオシロスコープにて測定した様子を示す図である。図12は同様に図8に示す構造のトランスに発生するサージ電圧をオシロスコープにて測定した様子を示す図である。両図とも図6に示す等価回路において、端子E,F側を一次側、端子A、B,C,D側を二次側として使用した場合の各素子のサージ電圧を測定したものである。図中上側(プラス側)の2つの波形(サ),(シ)は、二次側に発生するサージ電圧を示し、図中下側(マイナス側)の2つの波形(ス),(セ)は、一次側に発生するサージ電圧を示している。 FIG. 11 is a diagram showing a state in which the surge voltage generated in the transformer having the structure shown in FIG. 7 is measured with an oscilloscope. FIG. 12 is a diagram showing how the surge voltage generated in the transformer having the structure shown in FIG. 8 is measured with an oscilloscope. In both figures, the surge voltage of each element when the terminals E, F side is used as the primary side and the terminals A, B, C, D side as the secondary side in the equivalent circuit shown in FIG. 6 is measured. Two waveforms (S) and (S) on the upper side (plus side) in the figure show the surge voltage generated on the secondary side, and two waveforms (S) and (C) on the lower side (minus side) in the figure. Indicates a surge voltage generated on the primary side.
図11の波形(サ)及び波形(シ)の最大値が、84.4V及び82.8Vであったのに対して、図12の波形(サ)及び波形(シ)の最大値は、96.3V及び92.2Vであった。また、図11の波形(ス)及び波形(セ)の最小値が、−118.8V及び−114.1Vであったのに対して、図12の波形(ス)及び波形(セ)の最小値は、−132.8V及び−151.6Vであった。つまり、本実施の形態のように、α巻きされた線材巻線型コイル23,26を図7及び図9に示すように複合して用いることにより、サージ電圧を抑制することができた。 The maximum values of the waveform (S) and the waveform (S) in FIG. 11 were 84.4 V and 82.8 V, whereas the maximum value of the waveform (S) and the waveform (S) in FIG. .3V and 92.2V. In addition, the minimum values of the waveform (S) and the waveform (C) in FIG. 11 were −118.8 V and −114.1 V, whereas the minimum values of the waveform (S) and the waveform (C) in FIG. The values were -132.8V and -151.6V. In other words, the surge voltage can be suppressed by using the α-wound wire-wound coils 23 and 26 combined as shown in FIGS. 7 and 9 as in the present embodiment.
以上のように、本実施の形態のトランス80においては、コア10と、1次2次いずれか一方の側を構成し、コアに巻装される第二のコイル63と、1次2次の他方の側を構成し、複数のタップに接続される複数の導線が第二のコイル63に隣接してコアに巻装される第一のコイル62と、1次2次の他方の側を構成し、第一のコイル62が接続される複数のタップと同じタップに接続される複数の導線が第二のコイル63を挟んで第一のコイル62の反対側に隣接してコアに巻装される第三のコイル64とを備えている。そして、第一のコイル62および第三のコイル64は、それぞれ、平行に並ぶ複数の導線が、第一の層にて外径側から内径側に向けて渦巻状に巻かれ、第一の層に隣接する第二の層にて内径側から外径側に向けて渦巻状に巻かれて形成されている。そのため、異なるタップに接続されるコイルを交互に重ねて巻装することにより結合度が高められ、またコイルを平行2芯線を用いて所定の巻き方をすることによりコア内の占有容積率を向上させ、さらに平行2芯線にて形成した複数のコイルを複合させることでサージ電圧が低減される。
As described above, in the
さらに、平行2芯線を巻回することにより中心穴を有する環状に形成された第一のコイル23,26と、板状の導体が中心穴を開けられて1回巻構造に形成された第二のコイル21,22,24,25,27,28とが、各々中心穴にコア10の中脚部11aを挿入してコア10に保持されているので、コア10と各コイル21〜28の絶縁を空気絶縁とすることができ、ボビンを必要とすることがなく、ボビンレス構造とすることができるので低背化を図ることが可能となる。
Furthermore, the
端子40は中脚部11aの軸線方向に延びているので、コイル21〜28から延びる引き出し部を、コイル21〜28の巻回平面と同一平面上に引き出して端子40に接続することができ、引き出し部を接続し易く、端子40上でのコイル21〜28間の渡り結線が容易となる。
Since the terminal 40 extends in the axial direction of the
本発明にかかるトランスは、パワーモジュール電源、オンボード電源などのスイッチング電源に搭載されるトランスに適している。 The transformer according to the present invention is suitable for a transformer mounted on a switching power source such as a power module power source or an on-board power source.
10 コア
11 E型部
11a 中脚部(脚部)
11b 側脚部
11c 連結部
12 I型部
18 接着剤
20 コイル
21,22,24,25,27,28 (金属板巻線型)コイル(第二のコイル)
23,26 (線材巻線型)コイル(第一、第三のコイル)
30 端子台座
40 端子
51〜57 絶縁紙
61,63,65,71,73,75 (金属板巻線型)コイル(第二のコイル)
62,64,72,74 (線材巻線型)コイル(第一、第三のコイル)
79 中間組立体
80 トランス
10
11b
23, 26 (wire winding type) coil (first and third coils)
30
62, 64, 72, 74 (wire winding type) coil (first and third coils)
79
Claims (3)
1次2次いずれか一方の側を構成し、前記コアに巻装される第二のコイルと、
1次2次の他方の側を構成し、複数のタップに接続される複数の導線が前記第二のコイルに隣接して前記コアに巻装される第一のコイルと、
1次2次の他方の側を構成し、前記第一のコイルが接続される複数のタップと同じタップに接続される複数の導線が前記第二のコイルを挟んで前記第一のコイルの反対側に隣接して前記コアに巻装される第三のコイルと
を備え、
前記第一および第三のコイルは、それぞれ、平行に並ぶ複数の導線が、第一の層にて外径側から内径側に向けて渦巻状に巻かれ、第一の層に隣接する第二の層にて内径側から外径側に向けて渦巻状に巻かれて形成した
ことを特徴とするトランス。 The core,
A second coil that constitutes one of the primary and secondary sides and is wound around the core;
A first coil that constitutes the other side of the primary and secondary, and a plurality of conductors connected to a plurality of taps are wound around the core adjacent to the second coil;
A plurality of conductors constituting the other side of the primary and secondary sides and connected to the same tap as the plurality of taps to which the first coil is connected are opposite to the first coil across the second coil. A third coil wound around the core adjacent to the side,
In the first and third coils, a plurality of parallel wires are wound in a spiral shape from the outer diameter side to the inner diameter side in the first layer, and the second coil is adjacent to the first layer. A transformer characterized in that it is formed by spirally winding from the inner diameter side to the outer diameter side.
ことを特徴とする請求項1記載のトランス。 The first and third coils formed in an annular shape having a center hole by winding the plurality of conductive wires arranged in parallel and a plate-like conductor are formed in a one-turn structure by opening the center hole. The transformer according to claim 1, wherein the second coil is held by the core by inserting a leg portion of the core into the center hole.
ことを特徴とする請求項2に記載のトランス。 3. The transformer according to claim 2, wherein a terminal disposed around the core and connected to a lead wire of the coil extends in an axial direction of the leg portion.
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