JP2011066115A - 絶縁トランス - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつ簡易な構造によって１次側と２次側間の絶縁性を向上させることができ、より一層の高電圧化に対しても、確実に要求される絶縁距離を確保することができる絶縁トランスを提供する。
【解決手段】各々１次コイルまたは２次コイルが巻回されて並列的に配置された２組の第１および第２のボビン１、２を備え、第１および第２のＥ型コア１０、１１の外足部１０ａ、１１ａを、各々第１および第２のボビンに挿入して内足部１０ｂ、１１ｂを各々第１および第２のボビン間に配置し、第１および第２のＥ型コアの外足部１０ａ、１１ａおよび内足部１０ｂ、１１ｂの対向面間、並びに第１および第２のボビン１、２の対向面間に絶縁部材１３を介装して、１次および２次コイルの外周並びに第１および第２のＥ型コアの外周を、絶縁性を有する筒状の外周被覆部材１２によって上記軸線方向に連続的に囲繞した。
【選択図】図３

Description

本発明は、１次側と２次側との間に高い絶縁性能が要求される高圧用の絶縁トランスに係り、特に２組の１次コイルおよび２次コイルを有する２出力型の絶縁トランスに関するものである。

近年、パーソナルコンピュータや薄型テレビジョン等の表示装置として用いられている液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤと称す。）には、画面照射用の光源として複数本の冷陰極管が用いられている。そして、これらの冷陰極管の放電・点灯を行うために、インバータトランスが用いられている。

このインバータトランスは、１次コイルに発信回路において直流入力電圧から変換された交流電圧を入力し、これを２次コイルにおいて１０００〜２０００Ｖに昇圧して上記冷陰極管に出力するものである。

このような冷陰極管点灯用のインバータトランスにあっては、当該冷陰極管が多数本用いられているために、回路基板への実装上、その小型化を図るために、２本の上記冷陰極管を同時に、あるいは差動によって点灯させるための２組の２次コイルを備えたものが多用されている。

下記特許文献１は、従来のこの種のインバータトランスを示すもので、このインバータトランスは、２組のボビンに外周に、各々１次コイルと２次コイルとを巻回し、上記２組のボビン内に、各々Ｉ字状をなす第１のコアを挿入するとともに、これら２本の第１のコア間にＨ字状をなす第２のコアを配置し、一方の第１のコアと第２のコアとによって第１の磁路を形成し、他方の第１のコアと第２のコアとによって第２の磁路を形成したものであり、両磁路中の磁束の向きが、第２のコア内において互いに同一となるように、上記２組のボビンにおける１次コイルを互いに同一方向に巻回したものである。

ところで、上記インバータトランスにおいては、安全規格上の要請から、一般の低圧用トランスと比較して、上記１次コイルと２次コイルとの間に、一層長い絶縁距離（沿面距離）を確保して、相互間の絶縁性を担保することが要求されている。
そして、特に近年においては、１次コイルへの入力電圧も数百Ｖとなる高圧の絶縁トランスが開発されつつあり、このような絶縁トランスを用いた場合には、上記１次コイルおよび２次コイル間に要求される絶縁距離が一段と長いものとなる。

ところが、上記従来のインバータトランスにおいては、１次コイルと２次コイルとの間の絶縁性を確保した場合においても、これらコイルの周囲に配設されて閉磁路を形成するコアが絶縁物ではないために、当該コアを介して所望の絶縁性能が得られなくなってしまうという問題点がある。

しかも、２本のＩ字状の第１のコアと１本のＨ字状の第２のコアとによって閉磁路を形成しているために、上記第１のコアと第２のコアとを、１次側と２次側とで分離しようとすると、絶縁部材を介装すべき箇所が多くなるとともに、当該絶縁部材の形状や構造が極めて複雑なものになるという問題点が生じる。

特開２００５−３１１２２７号公報

このようなことから、１次コイルへ高電圧が入力される場合においても、全体として大型化を招くことなく、かつ１次側および２次側間に要求される絶縁性能を確保することができる高圧用の絶縁トランスの開発が強く要請されていた。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、小型かつ簡易な構造によって１次側と２次側間の絶縁性を向上させることができ、より一層の高電圧化に対しても、確実に要求される絶縁距離を確保することができる絶縁トランスを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、１次コイルが巻回され、互いの軸線を平行にして並列的に配置された２組の第１のボビンと、２次コイルが巻回され、各々の軸線を上記第１のボビンの軸線の延長線上に位置させて並列的に配置された２組の第２のボビンと、外足部が各々上記第１のボビンに挿入されるとともに上記外足部の中間部に位置する内足部が上記第１のボビン間に配置された第１のＥ型コアと、上記第１のＥ型コアの外足部および内足部と対向するように外足部が各々上記第２のボビンに挿入されるとともに上記外足部の中間部に位置する内足部が上記第２のボビン間に配置された第２のＥ型コアと、これら第１および第２のＥ型コアにおける上記外足部および内足部の対向面間、並びに上記第１および第２のボビンの上記軸線方向の対向面間に介装された絶縁部材と、上記１次および２次コイルの外周並びに上記第１および第２のＥ型コアにおける外足部および内足部の外周を上記軸線方向に連続的に囲繞する絶縁性を有する筒状の外周被覆部材とを備えてなることを特徴とするものである。

ここで、上記絶縁部材は、その軸線方向の厚さ寸法が第１および第２のＥ型コアにおける対向面間のギャップとなるが、当該ギャップは、第１および第２のＥ型コアの電気的絶縁性を達成したうえで、なおかつ所定の磁気的接続特性を確保する寸法に設定すればよい。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記絶縁部材が、上記外周被覆部材の内部に隔壁状に一体成形されていることを特徴とするものである。

請求項１または２に記載の絶縁トランスによれば、２組の第１のボビンと２組の第２のボビンとに分割し、かつ閉磁路を形成するコアを、第１のボビン側に位置して１次側部品となる第１のＥ型コアと、第２のボビン側に位置して２次側部品となる第２のＥ型コアとに分割して、これら第１のボビンおよび第１のＥ型コア（１次側部品）と、第２のボビンおよび第２のＥ型コア（２次側部品）との対向面間に絶縁部材を介装するとともに、２組の１次コイルおよび２次コイルの外周並びに第１のＥ型コアおよび第２のＥ型コアの外周を、絶縁性を有する筒状の外周被覆部材によって軸線方向に連続的に囲繞しているために、上記１次側部品と２次側部品との間に、外周被覆部材の軸線方向の長さ寸法に対応する絶縁距離を確保することができる。

しかも、２組の１次コイル用の第１のボビンと、２組の２次コイル用の第２のボビンとを、互いの軸線の延長線上に並列的に配置して、隣接する第１のボビンに、各々第１のＥ型コアの外足部を挿入するとともに、これら第１のボビン間に内足部を配置し、かつ隣接する第２のボビンに、各々第２のＥ型コアの外足部を挿入するとともに、これら第２のボビン間に内足部を配置しているために、各々の第１および第２のボビンの組合せに対して、第１および第２のＥ型コアの外足部から内足部に至るロ字状の閉磁回路を独立的に形成することができる。

この結果、２組の第１および第２のボビン間における錯交磁束を小さくすることができるために、特に１次コイルに高電圧が入力される場合においても、当該錯交磁束に起因する交流損失を抑えて、トランス効率を高めることができる。

加えて、１次コイルが巻回される第１のボビンを２組用いているために、大電力のトランスを構成した場合においても、１次コイルの発熱を抑えることができる。また、各第１のボビンに対して２次コイルが巻回された第２のボビンを配置するとともに、隣接する２組の第１のボビン間および隣接する２組の第２のボビン間のスペースを活用して、上記閉磁回路を形成するための第１および第２のＥ型コアの内足部を配置しているために、一層の小型化を図ることが可能になる。

さらに、上記外周被覆部材の内部に、２組の１次コイルと第１のＥ型コアおよび２組の２次コイルと第２のＥ型コアを収納しているために、当該外周被覆部材によって、第１のボビン、第２のボビン、第１および第２のＥ型コアの位置決め精度も向上させることができ、よって２組の２次コイルからの出力間において安定した特性を得ることが可能になる。

また、１次コイルあるいは２次コイルの外周が、全周にわたって外周被覆部材によって覆われているために、当該１次コイルや２次コイルを他の部材との干渉から保護することができる。このため、別途コイルの外周に保護テープ等を施工する必要が無く、かかる観点からも全体の構造や組立作業を一段と簡易化することが可能になる。

さらに、請求項２に記載の発明によれば、上記絶縁部材を外周被覆部材の内部に隔壁状に一体成形しているために、部品点数が少なくなり、かつ構造が一層簡易になるとともに、組立に際しても、外周被覆部材の一方の開口から２組の第１のボビンに第１のＥ型コアを取り付けた１次側部品を挿入し、他方の開口から２組の第２のボビンに第２のＥ型コアを取り付けた２次側部品を挿入することにより完成させることができるために、当該作業の簡便化も図ることができる。

なお、上記外周被覆部材の外周面に環状の複数の凸部を軸線方向に間隔をおいて形成すれば、上記１次部品と２次部品との間の絶縁距離が、上記軸線方向の凹凸面に沿う長さ寸法になるために、単に外周被覆部材の軸線方向の長さ寸法を比較して、より長い（具体的には、凸部の数×凸部の高さ寸法×２の寸法分長い）絶縁距離を確保することが可能になる。したがって、一層の小型化を図ることができるとともに、上述した１次コイルについても高電圧が入力される場合に好適である。

本発明に係る絶縁トランスの一実施形態の各構成部品を分解して示す正面図である。 図１の平面図である。 図２のＥ型コアをボビンに挿入して配置した状態を示す平面図である。 図３のボビンを外周被覆部材内に挿入した最終的な製品形状を示す平面図である。

図１〜図４は、本発明に係る絶縁トランスを、ＬＣＤのバックライトとなる冷陰極管の点灯用インバータトランスに適用した第１の実施形態を示すものであり、このインバータトランスにおいては、１次コイルが巻回される２組の第１のボビン１と、２次コイルが巻回される２組の第２のボビン２とに分割されている。

２組の第１のボビン１は、各々電気絶縁性を有する合成樹脂からなる角筒状の巻線部３の外周に１次コイル（図示を略す。）が巻回されるとともに、巻線部３の軸線方向の一端側に、それぞれ１次コイルの端部が接続される端子４が植設されて共通部品となる略方形板状の端子装着部５が一体成形されたものである。そして、これら２組の第１のボビン１は、上記端子装着部５によって、互いの軸線が平行となるように並列的に配置されている。また、端子装着部５は、巻線部３が開口するように、その表面５ａが巻線部３の一内壁面と連続するように形成されている。

他方、２組の第２のボビン２も、各々同様に電気絶縁性を有する合成樹脂からなる角筒状の巻線部６の外周に２次コイル（図示を略す。）が巻回されるとともに、この巻線部６の軸線方向一端側に、２次コイルの端部が接続される端子７が植設されて共通部品となる略方形板状の端子装着部８が一体成形されたものである。そして、これら２組の第２のボビン２も、上記端子装着部８によって、互いの軸線が平行となるように並列的に配置されている。ここで、隣接する第２のボビン２の軸線間隔は、隣接する第１のボビン１の軸線間隔と同一に設定されている。

また、第２のボビン２における端子装着部８も、巻線部６が開口するように、その表面８ａが巻線部６の一内壁面と連続するように形成されている。なお、各第２のボビン２における巻線部６の外周には、高圧の２次コイルにおける沿面放電を防止するための複数の仕切り板９が軸線方向に等間隔をおいて一体に形成されている。

このようにして配置された第１のボビン１および２組の第２のボビン２には、各々全体として閉磁路を形成するための第１のＥ型コア１０および第２のＥ型コア１１が配置されている。ここで、第１のＥ型コア１０および第２のＥ型コアは、各々１対の外足部１０ａ、１１ａと、これら外足部１０ａ、１１ａの中間に位置する内足部１０ｂ、１１ｂと、これら外足部１０ａ、１１ａおよび内足部１０ｂ、１１ｂを一体に連結する外周部１０ｃ、１１ｃを有するものである。

また、第１のＥ型コア１０の外足部１０ａおよび内足部１０ｂの長さは、それぞれ第１のボビン１における巻線部３の長さよりも僅かに長い寸法に形成されるとともに、第２のＥ型コア１１の外足部１１ａおよび内足部１１ｂの長さは、それぞれ第２のボビン１における巻線部６の長さよりも僅かに長い寸法に形成されている。

そして、図３に示すように、第１のＥ型コア１０は、２本の外足部１０ａが各々隣接する第１のボビン１の巻線部３内に挿入され、内足部１０ｂが上記巻線部３間に配置されるとともに、外周部１０ｃが端子装着部５の表面５ａ上に載置されて状態で取り付けられている。また、第２のＥ型コア１１も同様に、２本の外足部１１ａが各々隣接する第２のボビン２の巻線部６内に挿入され、内足部１１ｂが上記巻線部６間に配置されるとともに、外周部１１ｃが端子装着部８の表面８ａ上に載置されて状態で取り付けられている。

これにより、巻線部３に１次コイルが巻回された２組の第１のボビン１と、第１のＥ型コア１０とを有する１次側部品が構成されるとともに、巻線部６に２次コイルが巻回された２組の第２のボビン２と、第２のＥ型コア１１とを有する２次側部品が構成されている。

そして、このようにして分割された１次側部品および２次側部品は、各々外周被覆部材１２内に挿入されている（図４参照）。
この外周被覆部材１２は、電気絶縁性を有する合成樹脂によって成形された扁平な角筒状の部材であり、２組の第１のボビン１と第２のボビン２とが挿入可能となる内法寸法に形成されている。

また、この外周被覆部材１２は、少なくとも第１のボビン１の巻線部３および第２のボビン２の巻線部６を軸線方向に連続して囲繞可能となる長さ寸法に形成されており、その内部には、軸線方向の前後部を隔壁状に塞ぐ絶縁壁（絶縁部材）１３が一体に成形されている。そして、当該外周被覆部材１２の一方の開口側から、上記１次側部品が内部に挿入されるとともに、他方の開口側から、上記２次側部品が内部に挿入されている。

ここで、絶縁壁１３は、一方の面に第１のボビン１の巻線部３から露出する第１のＥ型コア１０の外足部１０ａおよび内足部１０ｂの端面が当接するとともに、他方の面に第２のボビン２の巻線部６から突出する第２のＥ型コア１１の外足部１１ａおよび内足部１１ｂの端面が当接する位置に形成されている。

これにより、１次コイルが巻回された２組の第１のボビン１および第１のＥ型コア１０からなる上記１次側部品と、２次コイルが巻回された２組の第２のボビン２および第２のコア１１からなる２次側部品は、絶縁壁１３によって位置決めされるとともに、電気的に仕切られた状態で、端子４、７を外部に突出させて、ぞれぞれの全体が外周被覆部材１２内に収納されている。

以上の構成からなるインバータトランスにおいては、２組の第１のボビン１と２組の第２のボビン２とに分割し、さらに閉磁路を形成するコアを、第１のボビン１側に位置して１次側部品となる第１のＥ型コア１０と、第２のボビン２側に位置して２次側部品となる第２のＥ型コア１１とに分割し、これら第１のボビン１および第１のＥ型コア１０（１次側部品）と、第２のボビン２および第２のＥ型コア１１（２次側部品）との対向面間に絶縁壁１３を介装するとともに、２組の１次コイルおよび２次コイルの外周並びに第１のＥ型コア１０および第２のＥ型コア１１の外周を、絶縁性を有する筒状の外周被覆部材１２によって軸線方向に連続的に囲繞しているために、上記１次側部品と２次側部品との間に、外周被覆部材１２の軸線方向の長さ寸法に対応する絶縁距離を確保することができる。

しかも、２組の１次コイル用の第１のボビン１と、２組の２次コイル用の第２のボビン２とを、各々互いの軸線の延長線上に並列的に配置して、隣接する第１のボビン１に、各々第１のＥ型コア１０の外足部１０ａを挿入するとともに、これら第１のボビン１間に内足部１０ｂを配置し、かつ隣接する第２のボビン２に、各々第２のＥ型コア１１の外足部１１ａを挿入するとともに、これら第２のボビン２間に内足部１１ｂを配置している。

このために、一方の第１および第２のボビン１、２の組に対しては、第１および第２のＥ型コア１０、１１の一方の外足部１０ａ、１１ａから外周部１０ｃ、１１ｃを介して内足部１０ｂ、１１ｂに至るロ字状の閉磁回路が独立的に形成される。また、これと隣接する他方の第１および第２のボビン１、２の組に対しては、第１および第２のＥ型コア１０、１１の他方の外足部１０ａ、１１ａから外周部１０ｃ、１１ｃを介して内足部１０ｂ、１１ｂに至るロ字状の閉磁回路が独立的に形成される。

この結果、２組の第１および第２のボビン１、２間における錯交磁束を小さくすることができるために、特に１次コイルに高電圧が入力される場合においても、当該錯交磁束に起因する交流損失を抑えて、トランス効率を高めることができる。

加えて、１次コイルが巻回される第１のボビン１を２組用いて、各第１のボビン１に対して２次コイルが巻回された第２のボビン２を軸線の延長線上に配置するとともに、隣接する２組の第１のボビン１間および隣接する２組の第２のボビン２間のスペースを活用して、上記閉磁回路を形成するための第１および第２のＥ型コア１０、１１の内足部１０ｂ、１１ｂを配置しているために、大電力のトランスを構成した場合においても、１次コイルの発熱を抑えることができ、一層の小型化を図ることが可能になる。

さらに、外周被覆部材１２の内部に、２組の１次コイルと第１のＥ型コア１０および２組の２次コイルと第２のＥ型コア１１を収納しているために、この外周被覆部材１２によって、第１のボビン１、第２のボビン２、第１および第２のＥ型コア１０、１１の位置決め精度も向上させることができ、よって２組の２次コイルからの出力間において安定した特性を得ることが可能になる。

また、１次コイルあるいは２次コイルの外周が、全周にわたって外周被覆部材１２によって覆われているために、１次コイルや２次コイルを他の部材との干渉から保護することができる。このため、別途コイルの外周に保護テープ等を施工する必要が無く、かかる観点からも全体の構造や組立作業を一段と簡易化することが可能になる。

さらに、絶縁壁１３を外周被覆部材１２の内部に隔壁状に一体成形しているために、部品点数が少なくなり、かつ構造が一層簡易になるとともに、組立に際しても、外周被覆部材１２の一方の開口から２組の第１のボビン１に第１のＥ型コア１０を取り付けた１次側部品を挿入し、他方の開口から２組の第２のボビン２に第２のＥ型コア１１を取り付けた２次側部品を挿入することにより完成させることができるために、当該作業の簡便化も図ることができる。

なお、本発明者等は、上記構成からなる絶縁トランスにおける静特性を確認するためのシミュレーション解析を行った。当該シミュレーション解析の条件は、以下の通りである。
巻線部３に巻回する１次コイルの巻数：１２０ターン
巻線部６に巻回する２次コイルの巻数：７００ターン
第１および第２のＥ型コア１０、１１間のギャップ：０．５ｍｍ

上記シミュレーション解析の結果、一方の第１のボビン１と第２のボビン２の組におけるインダクタンスは５４．６ｍＨ、リーケージインダクタンスは２７．５ｍＨであり、他方の第１のボビン１と第２のボビン２との組におけるインダクタンスは５４．８ｍＨ、リーケージインダクタンスは、２７．４ｍＨであった。
これにより、上記絶縁トランスによれば、錯交磁束による交流損失が小さいことが確認された。

１ 第１のボビン
２ 第２のボビン
３ １次コイルの巻線部
６ ２次コイルの巻線部
１０ 第１のＥ型コア
１１ 第２のＥ型コア
１０ａ、１１ａ 外足部
１０ｂ、１０ｂ 内足部
１２ 外周被覆部材
１３ 絶縁壁（絶縁部材）

Claims (2)

1. １次コイルが巻回され、互いの軸線を平行にして並列的に配置された２組の第１のボビンと、２次コイルが巻回され、各々の軸線を上記第１のボビンの軸線の延長線上に位置させて並列的に配置された２組の第２のボビンと、外足部が各々上記第１のボビンに挿入されるとともに上記外足部の中間部に位置する内足部が上記第１のボビン間に配置された第１のＥ型コアと、上記第１のＥ型コアの外足部および内足部と対向するように外足部が各々上記第２のボビンに挿入されるとともに上記外足部の中間部に位置する内足部が上記第２のボビン間に配置された第２のＥ型コアと、これら第１および第２のＥ型コアにおける上記外足部および内足部の対向面間、並びに上記第１および第２のボビンの上記軸線方向の対向面間に介装された絶縁部材と、上記１次および２次コイルの外周並びに上記第１および第２のＥ型コアにおける外足部および内足部の外周を上記軸線方向に連続的に囲繞する絶縁性を有する筒状の外周被覆部材とを備えてなることを特徴とする絶縁トランス。
2. 上記絶縁部材は、上記外周被覆部材の内部に隔壁状に一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁トランス。

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