JP2009289879A

JP2009289879A - 積層トランス

Info

Publication number: JP2009289879A
Application number: JP2008139322A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Mino; 和明三野
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】漏れインダクタンスを大きくすることのできる積層トランスを提供する。
【解決手段】導電体層を形成した複数のプリント板を積層して１次巻線および２次巻線等の相互に磁気結合された所要の巻線を構成した積層トランスにおいて、前記１次巻線および２次巻線等の所要の巻線を構成する複数の積層されたプリント板の少なくとも１枚のプリント板を、その表裏両面の少なくとも一方の面に導電体層の形成されないプリント板で構成することにより、１次巻線と２次巻線との間の漏洩磁束を増やし、漏洩リアクタンスを大きくする。
【選択図】図１

Description

この発明は、導電体層を形成した複数のプリント板を積層してトランスの１次巻線および２次巻線等の相互に磁気的に結合された所要の巻線を構成した積層トランスに関する。

特許文献１等により知られている従来の積層トランスは、図４ないし図６に示すように構成されている。図４は従来の積層トランスの構成を示す平面図、図５は同斜視図、図６は同縦断面図である。

図４ないし図６において、１０は、その表面または裏面または両面にトランスの１次巻線Ｎ１および２次巻線Ｎ２等の巻線を形成する導電体層２０（２０−１〜２０−６）を備えた複数のプリント板１０−１〜１０−６を積層して構成したプリント板積層体である。このプリント板積層体１０には導電体層２０の他にトランス鉄心３０の鉄心脚３１〜３３を挿通するための貫通孔１０１〜１０３が形成されている。プリント板積層体１０は、図６に示すようにトランスの巻線の巻数に対応して枚数のプリント板１０−１〜１０−６を積層し、相互を接着性の絶縁樹脂等により接着して一体構成される。プリント板積層体１０の貫通孔１０１〜１０３にＥ形鉄心３０−Ｅの３本の鉄心脚を挿通し、鉄心脚の端面にＩ形鉄心３０−Ｉを接合することによりプリント板積層体１０にトランス鉄心３０が組み込まれる。

各プリント板１０−１〜１０−６に形成された導電体層２０−１〜２０−６は、図４においては中心の鉄心脚３２を取り囲むよう１回巻きされた導電体層で示されるが、所要回数巻回して形成することができる。このような導電体層を備えた複数のプリント板１０−１〜１０−６を多重に積層する。積層された導電体層２０の内の導電体層２０−１、２０−２、２０−５、２０−６をプリント板に設けられた図示しないスルーホールにより直列に接続することにより１次巻線Ｎ１が構成される。同様に導電体層２０−３、２０−４を直列に接続することにより２次巻線Ｎ２が構成される。

このように積層されたプリント板により構成された１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２は、鉄心３０を介して磁気的に結合され、１次巻線Ｎ１に印加された１次電圧により鉄心３０内に矢印で示すような磁束φが形成され、２次巻線Ｎ２に２次電圧が誘起される。
特開２００５−０６４３５８号公報

このように構成された積層トランスの等価回路は図７に示すような回路となる。但しここでは、巻線の抵抗分は無視している。Ｔは鉄心等を介して磁気結合された１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｎ２からなるトランス、Ｌは漏れインダクタンスであり、１次側にリアクトルを挿入した構成と同等である。このようなトランスＴの漏れインダクタンスＬを用いて、共振形や部分共振形のＤＣ−ＤＣコンバータを構成するのが一般的である。すなわち、漏れインダクタンスＬのインダクタンス成分とＤＣ−ＤＣコンバータ内に接続したコンデンサとで共振させることによって、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子の零電流スイッチングや、零電圧スイッチングを実現し、スイッチング損失の低減を図っている。しかし、図４ないし図６に示すように１次巻線および２次巻線を複数の導電体層を形成したプリント板を積層して構成し、このプリント板積層体に鉄心を挿入して構成された積層トランスは、１次巻線と２次巻線との間隔が非常に狭くなるため、通常の１次巻線および２次巻線をコイルボビンに巻回し、このコイルボビンに鉄心を挿通して構成した通常のトランスに比較して磁気結合が密となり、漏れインダクタンスＬのインダクタンスの値が小さくなってしまう。

このため、ＤＣ−ＤＣコンバータに積層トランスを用いた場合、スイッチング素子のソフトスイッチング（零電流または零電圧スイッチング）を実現することが困難となり、スイッチング損失が増大し、効率が低下する。また、損失が増加すると、スイッチング素子の発熱量も増加するため、冷却装置を大きくする必要があり、装置の大形化、高コスト化を招く不都合がある。

さらに、漏れインダクタンスの小さいトランスを用いたＤＣ−ＤＣコンバータは、これに新たにリアクトルを付加することにより、スイッチング素子のソフトスイッチングを実現することができるが、部品点数が増加するので、装置の大形化、高コスト化を引き起こす問題がある。

この発明は、このような問題点を解決するために、漏れインダクタンスを大きくすることのできる積層トランスを提供することを課題とするものである。

この課題を解決するため、この発明は、導電体層を形成した複数のプリント板を積層して１次巻線および２次巻線等の相互に磁気結合された所要の巻線を構成した積層トランスにおいて、前記１次巻線および２次巻線等の所要の巻線を構成する複数の積層されたプリント板の少なくとも１枚のプリント板を、その表裏両面の少なくとも一方の面に導電体層の形成されないプリント板で構成したことを特徴とするものである。

また、この発明においては、前記導電体層の形成されないプリント板に磁性体層を形成するのがよい。そして、前記導電体層の形成されないプリント板に代えて磁性シートを積層することもできる

この発明によれば、導電体層を形成したプリント板を複数枚積層して所要巻き数の１次巻線および２次巻線等を形成した積層トランスにおいて、前記１次巻線および２次巻線等の巻線を構成する複数の積層されたプリント板の少なくとも１枚のプリント板を、表裏両面の少なくとも一方の面に導電体層の形成されないプリント板で構成するようにしているので、導電体層の形成されないプリント板の部分において、１次巻線と２次巻線との間隔が拡がるため、漏洩磁束が増加し、漏洩リアクタンスを増大させることができる。また、この導電体層の形成されないプリント板に磁性体層を形成したり、このプリント板の代わりに磁性シートを積層したりすることにより、この部分での漏洩磁束がより大きくなり、漏洩インダクタンスを効果的に大きくすることができる。

この発明の実施の形態を図１〜３に示す実施例について説明する。

図１にこの発明の第１の実施例を示す。図１において、１はプリント板１−１〜１−６を積層したプリント板積層体である。プリント板１−１および１−６に形成された導電体層２−１および２−６は、図示しないスルーホールを介して直列に接続され１次巻線Ｎ１を構成する。そしてプリント板１−３および１−４に形成された導電体層２−３および２−４は同様にスルーホールにより直列に接続されて２次巻線Ｎ２を構成する。しかし１次巻線Ｎ１を構成する導電体層２−１、２−６の形成されたプリント板１−１および１−６と、２次巻線Ｎ２を構成する導電体層２−３、２−４の形成されたプリント板１−３および１−４との間のプリント板１−２および１−５には、この発明に従って導電体層を形成しないようにする。

プリント板積層体１の貫通孔１１〜１３に挿通して装着されたＥ形の鉄心３-ＥにＩ形の鉄心３−Ｉを結合してトランス鉄心３を形成する。

このように構成された積層トランスにおいては、１次巻線と２次巻線との間の２枚のプリント板１−２と１−５には導電体層が形成されていないため、このプリント板１−２と１−５の部分において１次巻線の導電体層と２次巻線の導電体層との間の間隔が拡がり、この部分において矢印φｌで示すように１次巻線による漏洩磁束が発生し、２次巻線と鎖交しなくなる。これにより、漏洩インダクタンスを大きくすることができる。

図２は、この発明の第２の実施例を示す構成である。

この第２の実施例は、実施例１における導電体層の形成されていないプリント板１−２および１−５に磁性体層２−２０および２−５０を形成している点が異なるだけで、その他の構成は実施例１と同じである。

この実施例２によれば１次巻線と２次巻線との間のプリント板１−２および１−５に磁性体層２−２０および２−５０を形成しているので、１次巻線の導電体層と２次巻線の導電体層の間隔が拡がるだけでなく磁気抵抗が小さくなり、１次巻線と２次巻線との間での漏洩磁束がより増大し漏洩インダクタンスをさらに大きくすることができる。

図３は、この発明の第３の実施例を示す構成図である。

この第３の実施例は、実施例２の磁性体層２−２０および２−５０を形成したプリント板１−２および１−５の代わりに全体が磁性材を含むシートで構成された磁性シート１−２０および１−５０を積層してプリント板積層体１を構成するものである。その他の構成は、実施例１および２と同じである。

この実施例３によれば、１次巻線を構成する導電体層２−１および２−６を形成したプリント板１−１および１−６と、２次巻線を構成する導電体層２−３および２−４を形成したプリント板１−３および１−４との間に磁性シート１−２０および１−５０が介装されるため、１次巻線の導電体層と２次巻線の導電体層の間の間隔が拡がるとともに、磁気抵抗が低下するので、１次巻線により形成された磁束のこの磁性シート１−２０および１−５０へ漏洩する量が多くなり、漏洩インダクタンスを一層大きくすることができる。

この発明のように、積層トランスにおいて１次巻線と２次巻線の間に介在される少なくとも１枚のプリント板に巻線を構成する導電体層を形成しないようにしたり、この導電体層を形成しないプリント板に磁性体層を設けるようにしたり、またはこの導電体層を形成しないプリント板に代えて磁性シートを積層するようにすると、簡単に１次巻線と２次巻線と間の漏洩磁束が増大して漏洩インダクタンスを大きくすることができる。

このため、この発明の積層トランスをＤＣ−ＤＣコンバータに使用すると、このＤＣ−ＤＣコンバータに外付けのリアクトルを追加することなく大きな漏洩インダクタンスを得ることができるので、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子のソフトスイッチング（零電流および零電圧スイッチング）を実現することができ、装置の小形化および低コスト化が図れる効果が得られる。

なお、この発明においては、積層トランスの鉄心３０はＵ−Ｉ形鉄心を組み合わせた鉄心、またはＵ−Ｕ形鉄心を組み合わせた鉄心を使用してもよく、または鉄心３０を省略した無鉄心形のトランスとすることもできる。また上述した実施形態は、１次巻線および２次巻線を有する積層トランスを例示したが、更に３次巻線やそれ以上の巻線を有する積層トランスにも本発明が適用できることは、言うまでもない。

この発明の実施例１による積層トランスの構成を示す縦断面図である。この発明の実施例２による積層トランスの構成を示す縦断面図である。この発明の実施例３による積層トランスの構成を示す縦断面図である。従来の積層トランスの構成を示す平面図である。従来の積層トランスの構成を示す斜視図である。従来の積層トランスの構成を示す縦断面図である。積層トランスの等価回路を示す回路図である。

符号の説明

１：プリント板積層体
１−１〜１−６：プリント板
１−２０、１−５０：磁性シート
２−1〜２−６：導電体層
２−３０,２−４０：磁性体層
３：トランス鉄心

Claims

導電体層を形成した複数のプリント板を積層して１次巻線および２次巻線等の相互に磁気結合された所要の巻線を構成した積層トランスにおいて、前記１次巻線および２次巻線等の所要の巻線を構成する複数の積層されたプリント板の少なくとも１枚のプリント板を、その表裏両面の少なくとも一方の面に導電体層の形成されないプリント板で構成したことを特徴とする積層トランス。
請求項１に記載の積層トランスにおいて、前記導電体層の形成されないプリント板に磁性体層を形成したことを特徴とする積層トランス。
請求項１に記載の積層トランスにおいて、前記導電体層の形成されないプリント板に代えて磁性シートを積層したことを特徴とする積層トランス。