JP2010232272A

JP2010232272A - トランス

Info

Publication number: JP2010232272A
Application number: JP2009075942A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Otsuka; 忠志大塚
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-10-14

Abstract

【課題】渦電流損を低減し、発熱を低減したトランスを提供する。
【解決手段】上下のＥ型磁気コア１とその間にＩ型磁気コア５を用いる。上のＥ磁気コア１中脚部とＩ型磁気コア５の上端付近にギャップ１０と、下のＥ型磁気コア中脚部とＩ型磁気コア５の下端付近にギャップ１１を設ける。ギャップ１０、１１の位置はコイル巻き領域外に配置している。ギャップ１０による漏れ磁束８とギャップ１１による漏れ磁束９とが磁気干渉で打ち消しあうことにより、コイルに発生する渦電流損を低減し、トランスの発熱を低減することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、中脚部と外脚部とを有する磁気コアで構成されるトランスに関する。

図８に、従来のスイッチング電源用トランスの組み立て図を示す。上下のフランジ間にコイル３を巻いた樹脂製のボビン７に、Ｅ型磁気コア１を上下方向から組み込んだ構造になっている。下側のフランジには複数の電極１５があり、コイル端を電極に半田でからげ処理１６をしている。図９に、トランスのコア部分を切った断面図を示す。ボビン７には銅線が巻かれ、コイルを形成している。ボビン７にまず絶縁材の層間テープ２を貼り、巻き代上端と下端にバリアテープ１７を貼る。その後、銅線３、４を巻く。銅線３、４は極性を表示している。銅線３は、紙面裏側から紙面表側に向かって電流が流れる状態を示している。銅線４は、電流が紙面表側から紙面裏側に向かって流れる状態を示している。ボビン７に組み込んだＥ型磁気コア１同士は外脚同士が密着している。コア同士の密着固定方法は、コアの外周の４面を絶縁テープで1周以上巻く方法や、コア接合部をシリコン等で固定する方法がある。また、インダクタンス調整のため、あるいは直流重畳特性の向上を目的として、片側のコアの中脚部は予め削られており、組み込んだとき、中脚部にエアギャップ１４ができる構成が一般的である。

しかしながら、図８および図９に示す従来のトランスは、エアギャップ１４がコイルの巻き代の中心部に存在するため、エアギャップ部と銅線間の最小空間距離は、ボビンの肉厚と絶縁テープ厚さ分の高々１〜２ｍｍ程度である。そのため、ギャップ近傍の強い漏れ磁束が銅線３を貫通することになり、コイルに渦電流が発生し発熱が大きくなるという課題を有している。ここで、渦電流とは、非磁性金属や弱磁性金属を磁束が貫通する場所に置いたとき、磁束の変化が発生すると、その磁束の変化を打ち消す様に渦状に流れる電流のことをいう。そのために、スイッチング動作により、コイルを流れる電流以外に渦電流が発生するため、コイルの発熱を助長するという課題が有った。この課題に対処するために、Ｅ型磁気コアとＩ型磁気コアを用い、Ｅ型磁気コアの中脚部を長くすることで、両側の外脚部上部にギャップを設けている（例えば、特許文献１参照）。または、補助コアを用いることで漏れ磁束の減少を図っている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−８１３０号公報実開平７−４２５０９号公報

しかしながら、特許文献１は、ＥＩ型磁気コアに限定されてしまう。また、ギャップが巻き領域に対して上側あるいは下側の一方にしか存在しないため、巻き領域からターン毎に受ける漏れ磁束が異なり、ギャップに近い巻き線ほど大きな渦電流損が発生するという課題もある。さらに、巻き線が多相に及び、コイルが巻き太るような場合、外側の相の巻き線に外脚コアギャップ部付近で顕著に渦電流損が発生するという課題もある。また、漏れ磁束が巻き線に影響し、ノイズ規格をクリアー出来ないという不都合も有していた。特許文献２の補助コアを用いる方法では、トランスを構成する部材の中でコストの大部分を占めるコア材が更に必要となり、高額なトランスになってしまうという課題を有している。
本発明は、上述した課題を踏まえ、トランスにおける渦電流損を低減することができ、発熱を低減する技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

[適用例１]適用例１のトランスは、中脚部と該中脚部の両側に前記中脚部より長い外脚部を有する一対のＥ型磁気コアと、内部に中空部を有し、該中空部を前記一対の中脚部間に挿入したボビンと、該ボビンの巻代に絶縁材を介してそれぞれ巻回される、１次巻線と２次巻線とを有するコイルと、前記ボビンの中空部内に保持されるＩ型磁気コアと、前記Ｅ型磁気コアの中脚部と前記Ｉ型磁気コアとの間に設けられた一対のギャップ部と、を備えるトランスであって、前記一対のギャップ部の各々が前記コイルの巻代領域外に設けられていることを特徴とする。
適用例１のトランスによれば、主に高周波で動作するスイッチングトランスで、中脚部のギャップがコイルの巻領域外に配設されることにより、コイルが受ける漏れ磁束の影響を小さくすることで渦電流損を低減することができる。なお、磁界の強さは磁極からの距離の２乗に反比例し、渦電流損は磁界の強さの２乗にほぼ比例するから、渦電流損はギャップとコイルとの距離の４乗に比例することがいえる。トランスにおけるギャップは磁極であり、ギャップ領域とコイルの巻き領域との間に距離を確保した適用例１のトランスによれば、距離の４乗に反比例して渦電流損を低減することが可能となり、渦電流損によるコイル発熱の低減が可能となる。

[適用例２]適用例１のトランスにおいて、前記一対のＥ型磁気コアそれぞれの外脚部を向かい合わせて構成しても良い。
適用例２のトランスによれば、トランスの組み立てにおいて、簡素化を図ることができる。

[適用例３]適用例１または適用例２のトランスにおいて、前記Ｅ型磁気コアの中脚部と前記Ｉ型磁気コアとの間に設けられた一対のギャップ部に、非磁性かつ非金属であるスペーサーが載置されているとしても良い。
適用例３のトランスによれば、トランスの組み立てにおいて、簡素化を図ることができる。

[適用例４]適用例３のトランスにおいて、前記スペーサーが接着固定材料であるとしても良い。
適用例４のトランスによれば、組み立てたトランスの強度を保つことができる。

[適用例５]適用例１または適用例２のトランスにおいて、前記ボビンの中空部内に設けられた突起により、前記Ｉ型磁気コアを保持しても良い。
適用例５のトランスによれば、トランスの組み立てにおいて、簡素化を図ることができる。

巻き線とギャップの位置関係を示す断面図である。図１において、一箇所の巻き線が受ける漏れ磁束の磁気干渉を示す図である。組み立て図である。ボビン中における、磁気コアの位置決め機構の一例を示す断面図である。ボビン中における、磁気コアの位置決め機構の一例を示す断面図である。ボビン中における、磁気コアの位置決め機構の一例を示す断面図である。ボビン中における、磁気コアの位置決め機構の一例を示す断面図である。従来の組み立て図である。従来の巻き線とギャップの位置関係を示す断面図である。

以上説明した本発明の構成および作用を一層明らかにするために、以下本発明を適用したトランスについて説明する。

Ａ．実施例１
図３は、トランスの構造を主に示す組み立て図である。トランスは、上下のＥ型磁気コア１と、Ｉ型磁気コア５と、コイル３を巻いた樹脂製のボビン７とを備える。ボビン７は上下にフランジを有し、下側のフランジには複数の端子１５が有り、ボビン７に巻いたコイル端を端子１５にハンダでからげ処理１６をしている。図３では、構造が容易に理解できるようにボビン７に巻いたコイル３がむき出しの状態を示しているが、本来は、コイル３の外周に絶縁材を設けている。ボビン７の中心部の空洞に、Ｉ型磁気コア５を組み込む。ボビン空洞の内壁の上部と下部には、図４に示すようにボス２０があり、このボス２０でＩ型磁気コア５の位置が固定される。次に、中脚部が極端に短いＥ型磁気コア１を上下から組み込む。このようにして組み立てたトランスの断面図を図１に示す。上側のＥ型磁気コア１の中脚部下端と、Ｉ型磁気コア５の上端付近との間にギャップ１０を形成し、下側のＥ型磁気コア１の中脚部上端と、Ｉ型磁気コア５の下端との間にギャップ１１を形成している。Ｅ型磁気コア１同士の接着には、まず絶縁テープで４面の外周を１周以上巻くことにより接着する。次にＥ型磁気コア１の外脚同士が密着している部分と、絶縁材で覆われたコイル３とを接着固定する。ギャップ１０、１１から発生する漏れ磁束８は、ギャップ１０、１１近傍で強く、ギャップ１０、１１から離れるに従って弱くなる。ギャップ１０、１１の近傍にはバリアテープ２があるため、ギャップ１０、１１はコイル３の巻き領域外に存在する。このように、ギャップ１０、１１とコイル３の距離を確保することにより、渦電流損を低減している。図２に上側ギャップ１０と下側ギャップ１１の中間に存在する銅線３（コイル３のうちの一本）を貫通する漏れ磁束を簡易的に示す。銅線３には、上側ギャップ１０による漏れ磁束８と、下側ギャップ１１による漏れ磁束９による磁場が発生する。銅線３において、漏れ磁束８と漏れ磁束９は相反する極性である為、磁気干渉により打ち消し合い磁場の強さが低減する。この低減効果はギャップ１０とギャップ１１の中間に位置する銅線３程著しい。

Ｂ．Ｉ型磁気コア固定の実施例
上述した図４に示したＩ型磁気コアの固定例の他に、以下に示すような固定例がある。図５は、Ｉ型磁気コア５の壁面に窪み２１を設け、窪み２１に、ボビン７の空洞内壁のボス２２を引っ掛けて固定する実施例を示す。図６は、Ｉ型磁気コア５とＥ型磁気コア１の中脚部との間にスペーサー２３を挟むことによってギャップ長を決め、Ｉ型磁気コア５の固定を行う実施例を示す。

スペーサー２３の材料としてはポリエステル樹脂やフェノール樹脂が一般的である。なお、Ｉ型磁気コア５とボビン７の接着、Ｉ型磁気コア５とＥ型磁気コア１の接着、Ｅ型磁気コア１とボビン７の接着を兼ねて、シリコン等の接着材料を用いても良い。また、ボビン７に組み込む前に、Ｅ型磁気コア１あるいはＩ型磁気コア５のいずれかに接着固定してもよい。

図７は、スペーサーの側面に壁を設け、Ｉ型磁気コア５の横方向のがたつきをより低減した構造の実施例を示す。スペーサー２４の材料としてはポリエステル樹脂やフェノール樹脂が一般的である。また、ボビン７に組み込む前に、Ｅ型磁気コア１あるいはＩ型磁気コア５のいずれかに接着固定してもよい。

Ｃ．その他の実施形態
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
例えば、バリアテープの有無、コイルの線種の違い、磁気コアの断面形状、磁気コアの点数、ワニス含浸の有無、伏せ型や縦型といったトランスの形状等を問わず、本発明を実施し得る。

１…Ｅ型磁気コア、２…層間テープ、３…銅線（コイル）、４…銅線（コイル）、５…Ｉ型磁気コア、７…ボビン、８…漏れ磁束、９…漏れ磁束、１０…上側ギャップ、１１…下側ギャップ、１２…Ｅ型磁気コアの中脚部、１３…Ｅ型磁気コアの中脚部、１４…ギャップ、１５…電極、１６…巻き線のからげ処理、１７…バリアテープ、２０…Ｉ型磁気コア位置決め用のボス、２１…Ｉ型磁気コアの窪み加工部、２２…Ｉ型磁気コア位置決め用のボス、２３…スペーサー、２４…スペーサー。

Claims

中脚部と該中脚部の両側に前記中脚部より長い外脚部を有する一対のＥ型磁気コアと、
内部に中空部を有し、該中空部を前記一対の中脚部間に挿入したボビンと、
該ボビンの巻代に絶縁材を介してそれぞれ巻回される、１次巻線と２次巻線とを有するコイルと、
前記ボビンの中空部内に保持されるＩ型磁気コアと、
前記Ｅ型磁気コアの中脚部と前記Ｉ型磁気コアとの間に設けられた一対のギャップ部と、を備えるトランスであって、
前記一対のギャップ部の各々が前記コイルの巻代領域外に設けられているトランス。
前記一対のＥ型磁気コアそれぞれの外脚部を向かい合わせて構成した請求項１に記載のトランス。
前記Ｅ型磁気コアの中脚部と前記Ｉ型磁気コアとの間に設けられた一対のギャップ部に、非磁性かつ非金属であるスペーサーが載置されている請求項１または２に記載のトランス。
前記スペーサーが接着固定材料である請求項３に記載のトランス。
前記ボビンの中空部内に設けられた突起により、前記Ｉ型磁気コアを保持している請求項１または２に記載のトランス。