JP2018181976A - トランス、およびトランス用ボビン - Google Patents

Abstract

【課題】巻枠にコイル二層分以上の高さの段差部が形成されたボビンであっても、コイルの巻線が精度良く整然と巻回されているトランスを提供する。
【解決手段】ボビン１０ｂの巻枠２０内に複数のコイル（Ｐ１、Ｐ２、Ｓ）が前後方向に延長する巻軸１００に対して放射外方向に向かって層状に配置されてなるトランス１ｂであって、ボビンは矩形角筒状の巻軸部１１を有し、複数のコイルは、絶縁テープを介して層状に配置されているとともに、前記巻枠の前後両端位置から所定の沿面距離（Ｗ１、Ｗ２）を隔てて配置されており、巻枠内において、巻軸部の前後両端には、最も内側の層から二層分以上のコイルに対する沿面距離を確保する段差部１４ｂが形成され、段差部は、前後方向から見て矩形の少なくとも対向する二辺１４ｓが外方に凸となる円弧状に形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明はトランス、およびトランス用ボビンに関する。

ボビンを用いたトランスでは、ボビンの巻き枠内に一次および二次巻線が巻回されている。コイルの巻軸方向を前後方向とすると、ボビンは、普通、巻線が巻回される筒状の巻軸部を有し、例えば、その巻軸部の前後両端面に鍔状に形成されたフランジが前後方向で互いに対面し、その対面領域がコイルの巻線が巻回される巻枠となっている。そして、商用電源に接続されるスイッチング電源用のトランスでは、ボビンの巻枠にコイルを配置する際、所定の安全規格に適合させるため、巻軸部の周囲に巻線が巻回されることで形成されるコイルの前後両端側に所定の沿面距離を確保する必要がある。一般的には、コイルの前後両端から巻軸の前後両端面に形成されているフランジまでが沿面距離となる。そして、一次および二次コイルの各巻き線の前後両端の外側には、目的とする沿面距離に相当する幅を有するバリアテープが配置されている。

また、最初に１本の巻線を巻枠内に巻回して一層目のコイルを形成したならば、その一層目のコイルの外層側に巻枠の前後長にわたって絶縁テープを配置し、一層目のコイルと２本目の巻線を巻回してなる二層目のコイルとの間を絶縁する。また、二層目のコイルの前後両端にもバリアテープを配置する。トランスは、このようにして、コイルを順次層状に形成することで構成される。

ところで、巻軸部に接する一層目のコイルについては、ボビンの巻軸部の前後両端に、一層分のコイルの高さの段差部を設け、その段差部をバリアテープの代わりにする場合もある。図１に、バリアテープに代替する段差部を設けたボビンの一例を示した。図１（Ａ）は、当該ボビン１０の斜視図であり、図１（Ｂ）は、ボビン１０における巻枠２０の領域を、巻軸１００を含む面で切断したときの断面図である。図１（Ａ）に示したように、ボビン１０は、一次コイルと二次コイルの巻線を前後方向に導出させて、トランスが回路基板などに実装された際に、その実装面と巻軸１００とが平行となる横型である。そして、図示したボビン１０は、矩形角筒状の巻軸部１１の前後両端面に鍔状に形成されたフランジ１２を備え、当該フランジ同士（１２、１２）が対面する領域を巻枠２０としている。

ここで、トランスが実装される回路基板などの実装面の法線方向を上下方向、前後および上下方向と直交する方向を左右方向とすると、巻軸部１１は、前後方向から見ると、矩形の各辺が上下あるいは左右方向と平行となっている。また、各フランジ１２の上下一方の端部には、端子台１３が一体的に形成されている。そして、図１（Ｂ）に示したように、巻軸部１１の前後両端側は、上下左右方向に所定の高さＨで拡幅し、この拡幅した扁平角筒状の領域が段差部１４として形成されている。なお、巻軸部１１には、前後方向に貫通する矩形状の孔１５が形成されており、この孔１５には、ＥＥ型コアやＥＩ型コアの中脚が挿入される。

図２にボビン１０に段差部１４を有するトランス１の概略図を示した。図２（Ａ）は当該トランス１の等価回路図であり、例示したトランス１は、二つの一次コイル（Ｐ１、Ｐ２）と一つの二次コイルＳを有している。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示したトランス１のコイル（Ｐ１、Ｐ２、Ｓ）をボビン１０の巻枠２０に配置したときの状態を示しており、ボビン１０における巻枠２０の領域を、巻軸１００を含む左右方向と上下方向とを含む面で切断したときの断面図に対応している。そして、図２（Ｂ）に示したように、ボビン１０の巻枠２０には、巻軸部１１に接する内層側から外方に向かって一次コイルＰ１、一次コイルＰ２、および二次コイルＳがこの順で配置されている。

段差部１４は、一次コイルＰ１の厚さｔと同じサイズの高さＨと、前後それぞれの沿面距離に相当する幅（Ｗ１、Ｗ２）を有している。そのため、一次コイルＰ１の巻線を巻軸部１１の周囲に巻回すると、一次コイルＰ１は、所定の沿面距離（Ｗ１、Ｗ２）が確保されつつ、外周面２１が段差部１４の外周面１６と段差がない状態で配置される。そして、一次コイルＰ１の外周面２１には、巻枠２０の前後長Ｌに渡って絶縁テープ２２が巻回される。その絶縁テープ２２の外周面２３に一次コイルＰ２が配置される。また、巻枠２０において、一次コイルＰ２の前後両端側には所定の沿面距離（Ｗ１、Ｗ２）を確保するためのバリアテープ２４が配置される。さらに、一次コイルＰ２の外周面２５には、絶縁テープ２２が巻回され、二次コイルＳがその絶縁テープ２２の外周面２６に配置される。そして、二次コイルＳについても、前後両端側にバリアテープ２４が配置され、二次コイルＳの外周面２７にも絶縁テープ２２が配置される。

なお、以下の特許文献１には、バリアテープや段差部に替えて、巻芯（巻軸部）の前後一方の端部に角形の断面を有する沿面距離構成材を配置したトランスについて記載されている。また、以下の非特許文献１には、トランスの沿面距離に関する安全規格などについて記載されている。

特開平１１−３２９８６５号公報

ローム株式会社、"絶縁型フライバックコンバータ回路設計：トランス設計（構造設計）−その1"、[online]、[平成２９年３月１４日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://micro.rohm.com/jp/techweb/knowledge/acdc/acdc_pwm/acdc_pwm01/1061＞

上述したように、トランスには各層のコイルが、上述した沿面距離を設けて配置されている。しかし、沿面距離を確保するためにバリアテープを用いる場合、バリアテープを配置するための工数が増えて製造コストを低減することが難しくなる。また、バリアテープ自体にも部品コストが掛かる。上記特許文献１に記載のトランスにおいても、バリアテープをシリコンゴムなどからなる沿面距離構成材に代替しただけであり、製造コストを低減させることができない。部品コストについてはバリアテープよりも高くなる可能性もある。したがって、段差部を備えたボビンを用いてトランスを構成すれば、少なくとも一層分のコイルについては、バリアテープを用いずに巻線を巻回することができる。そして、樹脂の一体成形品であるボビンの製造コストは、段差部の有無に関わらず、同じであると言える。したがって、全てのコイルの沿面距離をバリアテープによって確保するより、段差部を設けたボビンを用いることでコストダウンが図れる。

しかしながら、トランスには、他の電子部品と同様に、さらなるコストダウンが常に求められている。そこで、段差部の高さを二層分以上のコイルの高さにすることで、バリアテープとそれを配置する工程をさらに削減することが考えられる。ところが、巻枠内に積層状態で配置される複数のコイルの各層間には巻枠の前後長にわたって絶縁テープを配置する必要があり、段差部の高さを二層分以上にすると、一層分のコイルを巻回した時点では、段差部の高さを残した状態で絶縁テープを巻回することになる。そのため、特に、段差部が矩形角筒状の場合、前後方向から見て段差部の矩形平面形状の角の部分で絶縁テープに皺が寄る。そして、二層目のコイルの巻線を、その皺の寄った絶縁テープの上から巻回することになる。それによって、二層目以降のコイルの巻線を整然と精度良く巻回することが難しくなる。すなわち、コイルの表面を平坦にすることができない。そのため、トランスの特性に個体差が生じ易くなる。巻回中の巻線に張力を掛けてコイルの表面を強制的に平坦にすることも考えられるが、細い巻線では断線する可能性がある。可能な限り皺が寄らないように絶縁テープを慎重に巻回すれば、作業効率が悪化し、製造コストが増大する。

そこで本発明は、巻枠にコイル二層分以上の高さの段差部が形成されたボビンを備えつつ、コイルの巻線を精度良く整然と巻回することができるトランスと、そのトランス用のボビンを提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、ボビンの巻枠内に、複数のコイルが前後方向に延長する巻軸に対して放射外方向に向かって層状に配置されてなるトランスであって、
前記前後方向に直交する２方向を上下方向および左右方向として、
前記ボビンは、前記巻枠内に、前記コイルの巻線が巻回される矩形角筒状の巻軸部を有し、
前記複数のコイルは、絶縁テープを介して層状に配置されているとともに、前記巻枠の前後両端位置から所定の沿面距離を隔てて配置され、
前記巻枠内において、前記巻軸部の前後両端には、最も内側の層から二層分以上のコイルに対する沿面距離を確保する段差部が形成され、
前記段差部は、前後方向から見て矩形の少なくとも対向する二辺が外方に凸となる円弧状に形成されている、
ことを特徴とするトランスとしている。

また、本発明の範囲には、複数のコイルが前後方向に延長する巻軸に対して放射外方向に向かって層状に配置されてなるトランス用のボビンも含まれており、当該ボビンの一態様は、
巻枠内に、コイルの巻線が巻回される矩形角筒状の巻軸部を有し、
前記巻枠内において、前記巻軸部の前後両端には、最も内側の層から二層分以上のコイルに対する沿面距離を確保する段差部が形成され、
前記段差部は、前後方向から見て矩形の少なくとも対向する二辺が外方に凸となる円弧状に形成されている、
ことを特徴とするトランス用ボビンとしている。

本発明に係るトランスによれば、巻枠にコイル二層分以上の高さの段差部が形成されたボビンを備えている。それによって、バリアテープの使用量が削減され、より安価に提供することができる。また、絶縁テープに皺が寄らず、コイルの巻線が精度良く整然と巻回され、個体差が無い、均一な特性を確保することができる。

また、本発明に係るトランス用ボビンによれば、巻枠にコイル二層分以上の高さの段差部を備えて、バリアテープの使用量を低減させることができるとともに、コイルの巻線を整然と巻回することができる。それによって、トランスの特性を均一にすることができ、かつ安価なトランスを提供することができる。

巻軸部に段差部が形成されているトランス用ボビンを示す図である。 上記トランス用ボビンを備えたトランスにおけるコイルの配置状態を示す図である。 ボビンの巻軸部にコイル二層分の段差部が形成されているトランスの問題点を説明するための図である。 本発明の実施例に係るトランスのボビンを示す図である。 上記実施例に係るトランスを示す図である。 本発明のその他の実施例に係るトランスのボビンにおける段差部の形状を示す図である。

本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。図面によっては説明に際して不要な符号を省略することもある。

＝＝＝段差部について＝＝＝
まず、本発明の実施例に係るトランスについて説明する前に、トランスのボビンにコイル二層分以上の高さの段差部を設けることによる問題点について具体的に説明する。図３に、コイル二層分の高さの段差部１４ａが形成されたボビン１０ａを備えたトランス（以下、従来例に係るトランス１ａとも言う）を示した。なお、図３に示した従来例に係るトランス１ａの等価回路は、図２（Ａ）に示した等価回路と同じである。また図３を含め、以下の図では、図１、図２と同様にして、トランスやボビンにおける前後方向、上下方向、および左右方向を規定している。そして図３（Ａ）は、従来例に係るトランス１ａを前後方向から見たときの正面図を示しており、図３（Ｂ）は、従来例に係るトランス１ａの巻枠２０の領域を前後上下の各方向を含む面で切断したときの断面図を示している。

図３（Ａ）に示したように、従来例に係るトランス１ａは、ボビン１０ａの巻軸部１１の前後両端に高さＨの段差部１４ａが形成されており、この高さＨは、二つの一次コイル（Ｐ１、Ｐ２）を積層したときの設計上の厚さに設定されている。しかし、各一次コイル（Ｐ１、Ｐ２）の層間には、絶縁テープ２２が配置されるため、その絶縁テープ２２が、前後方向から見たときに矩形平面形状を有する段差部１４ａの角１４ｃの部分で皺になり易い。図３（Ｂ）に皺の発生状態を模式的に示した。図３（Ｂ）において、巻軸１００に対して紙面下側には、前後方向から見たときに矩形平面形状を有する段差部１４ａの辺１４ｓの部分における絶縁テープ２２と一次コイル（Ｐ１、Ｐ２）の配置状態が示されており、巻軸１００に対して紙面上側には段差部１４ａの角１４ｃの部分における絶縁テープ２２と一次コイル（Ｐ１、Ｐ２）の配置状態が示されている。

そして、巻軸１００に対して紙面下側に示した段差部１４ａの辺１４ｓの部分では、最も内層に配置される一次コイルＰ１の外周面２１に配置される絶縁テープ２２が、段差部１４ａと一次コイルＰ１の表面形状に追従する。そのため、段差部１４ａの辺１４ｓの部分における絶縁テープ２２の配置状態が段差部１４ａの全周にわたって実現されているのであれば、一次コイルＰ１の外層側に積層される一次コイルＰ２の巻線を整然と巻回することができる。

しかし、巻軸１００に対して紙面上側に示した段差部１４ａの角１４ｃの部分では、互いに隣接する２辺（１４ｓ−１４ｓ）に沿って配置された絶縁テープ２２に余剰分が生じ、その余剰分が皺となる。すなわち、絶縁テープ２２を段差部１４ａと一次コイルＰ１の表面形状に沿って配置することが難しくなり、一次コイルＰ１の上下両端側に、絶縁テープ２２が一次コイルＰ１の外周面２１から浮いた領域３０ができる。したがって、段差部１４ａの角１４ｃの部分では、一次コイルＰ２の巻線を整然と巻回することが難しくなる。もちろん、一次コイルＰ２の外層に配置される二次コイルＳの巻線も整然と巻回することが難しくなる。

＝＝実施例＝＝
上述したように、トランスのボビンにおいて、バリアテープに代替する段差部を巻軸部の前後両端に設ける場合、その段差部の高さが大きくなると、コイルの巻線を整然と巻回することが難しくなる。そこで本発明の実施例に係るトランスでは、ボビンにおける段差部の形状を工夫することで、段差部の角の部分において、絶縁テープに皺が寄り難くしている。図４に、本発明の実施例に係るトランスのボビン１０ｂを示した。図４（Ａ）は、実施例に係るトランスのボビン１０ｂを示す斜視図であり、図４（Ｂ）、（Ｃ）、および図４（Ｄ）は、それぞれ、当該ボビン１０ｂを左右方向から見たときの側面図、前後方向から見たときの正面図、および上下方向から見たときの平面図である。なお、実施例に係るトランスの等価回路は、図２（Ａ）に示したトランス１と同様であり、ボビン１０ｂの巻枠２０には、二つの一次コイルＰ１、Ｐ２と一つの二次コイルＳが配置される。

図４に示したように、実施例に係るトランスのボビン１０ｂの外観や基本的な構造は、従来例に係るトランスのボビンとほぼ同様であり、角筒状の巻軸部１１の前後両端面に平板状のフランジ１２を備え、そのフランジ１２の下方に端子台１３が一体的に形成されている。また、巻軸部１１の前後両端側に段差部１４ｂを備えている。しかし、本実施例のトランスでは、ボビン１０ｂにおける段差部１４ｂの形状が従来のものとは異なっている。

図５に、本実施例に係るトランス１ｂを示した。図５（Ａ）は、トランス１ｂを前後方向から見たときのボビン１０ｂの段差部１４ｂの平面形状を示している。なお、ここでは巻軸部１１と段差部１４ｂ以外の構成を省略し、段差部１４ｂと巻軸部１１を、それぞれ異なるハッチングで示した。図５（Ａ）に示したように、本実施例に係るトランス１ｂでは、前後方向から見たときの段差部１４ｂの平面形状が矩形ではなく、矩形の四辺の少なくとも互いに対向する２辺１４ｓが外方に向かって凸となるように円弧状に形成されている。ここに示した例では、四辺１４ｓの全てが円弧状に形成されている。それによって、この段差部１４の周囲に絶縁テープを巻回すると、矩形における直線状の辺よりも長い距離にわたって絶縁テープを沿わせることになる。すなわち、角１４ｃの部分では余剰分となる長さが短くなる。その結果、段差部１４の角１４ｃの部分で皺が寄り難くなる。

次に、図５（Ｂ）を参照しつつ、絶縁テープ２２が、段差部１４の角１４ｃの部分で皺が寄り難くなるという作用について、より具体的に説明する。図５（Ｂ）は、本実施例に係るトランス１ｂにおけるコイル（Ｐ１、Ｐ２、Ｓ）の配置状態を示している。ここでは、ボビン１０ｂの巻枠２０の領域について、巻軸１００に対して紙面下側に、段差部１４の辺１４ｓの部分における絶縁テープ２２とコイル（Ｐ１、Ｐ２、Ｓ）の配置状態が示されており、巻軸１００に対して紙面上側には段差部１４ｂの角１４ｃの部分における絶縁テープ２２とコイル（Ｐ１、Ｐ２、Ｓ）の配置状態が示されている。

図５（Ｂ）において、巻軸１００に対して紙面下側に示したように、最も内層に配置される一次コイルＰ１の外周面２１に配置される絶縁テープ２２は、段差部１４ｂにおける円弧状の辺１４ｓの中央付近では、段差部１４ｂから一次コイルＰ１に至る表面形状に対する追従性が、直線状の辺に対して若干劣るものの、一次コイルＰ１の外周面２１に対して大きな浮きは発生しない。したがって、段差部１４ｂの辺１４ｓの部分では、一次コイルＰ１の外層側に積層される一次コイルＰ２の巻線は、大きく乱れることなく整然と巻回される。

そして、絶縁テープ２２は、段差部１４ｂの角１４ｃの部分では、段差部１４ｂの円弧状の辺１４ｓの部分において、直線状の辺よりも長い距離にわたって巻回されている。そのため、段差部１４ｂの角１４ｃにおける余剰分が少なくなり、大きな皺が寄り難くなる。その結果、段差部１４の角１４ｃの部分においても、一次コイルＰ１の外周面２１に対して絶縁テープ２２が大きく浮くことがなく、段差部１４ｂの角１４ｃの部分においても一次コイルＰ２の巻線を整然と巻回することができる。すなわち、本実施例のトランス１ｂでは、特性のバラツキを抑制することができる。なお、段差部１４ｂにおける円弧状の辺１４ｓの曲率半径は、トランス１ｂの特性に大きなばらつきが生じないように、各コイル（Ｐ１、Ｐ２、Ｓ）の巻線の太さや巻数などに応じて適宜に設定することができる。

＝＝＝その他の実施例＝＝＝
上記実施例のトランス１ｂでは、ボビン１０ｂを前後方向から見たときに、段差部１４ｂの形状が矩形の四辺の全てが外方に凸となるように円弧状に形成されていたが、互いに対向する２辺のみを円弧状に形成してもよい。図６に、矩形において、互いに対向する２辺のみが円弧状に形成された段差部（１１４、２１４）の例を示した。図６（Ａ）に示した例では、段差部１１４は、上下方向で対向する２辺１１５が円弧状に形成され、左右方向で対向する辺１１６が直線状となっている。図６（Ｂ）に示した例では、段差部２１４は、左右方向で対向する２辺２１５が円弧状に形成され、上下方向で対向する２辺２１６が直線状となっている。そして、図６に示したように、段差部（１１４、２１４）の２辺（１１５、２１５）のみを円弧状に形成したボビンを用いたトランスでは、例えば、ボビンの上下、あるいは左右方向の一方の幅を縮幅することができ、トランスをより小型にすることができる。

上記実施例に係るトランス１ｂは、横型であったが、端子が前後一方のみから導出されて、実装面の法線方向と巻軸１００とが平行となる縦型であってもよい。また、上記実施例に係るトランス１ｂでは、ボビン１０ｂの巻枠２０に、二つの一次コイル（Ｐ１、Ｐ２）と一つの二次コイルＳの合計三層のコイルが配置されて、段差部１４ｂは、内層側の二つの一次コイル（Ｐ１、Ｐ２）を積層したときの厚さに相当する高さＨを有していた。もちろん、コイルの層数は四層以上であってもよいし、段差部の高さについても、三層以上のコイルに対して沿面距離を確保するように形成されていてもよい。

１，１ａ，１ｂ トランス、１０，１０ａ，１０ｂ ボビン、１１ 巻軸部、
１２ フランジ、１３ 端子台、１４，１４ａ，１４ｂ，１１４，２１４ 段差部、
１４ｓ，１１５，１１６，２１５，２１６ 段差部の辺、１４ｃ 段差部の角、
２０ 巻枠、２２ 絶縁テープ、２４ バリアテープ

Claims (2)

1. ボビンの巻枠内に、複数のコイルが前後方向に延長する巻軸に対して放射外方向に向かって層状に配置されてなるトランスであって、
   前記前後方向に直交する２方向を上下方向および左右方向として、
   前記ボビンは、前記巻枠内に、前記コイルの巻線が巻回される矩形角筒状の巻軸部を有し、
   前記複数のコイルは、絶縁テープを介して層状に配置されているとともに、前記巻枠の前後両端位置から所定の沿面距離を隔てて配置され、
   前記巻枠内において、前記巻軸部の前後両端には、最も内側の層から二層分以上のコイルに対する沿面距離を確保する段差部が形成され、
   前記段差部は、前後方向から見て矩形の少なくとも対向する二辺が外方に凸となる円弧状に形成されている、
   ことを特徴とするトランス。
2. 複数のコイルが前後方向に延長する巻軸に対して放射外方向に向かって層状に配置されてなるトランス用のボビンであって、
   巻枠内に、コイルの巻線が巻回される矩形角筒状の巻軸部を有し、
   前記巻枠内において、前記巻軸部の前後両端には、最も内側の層から二層分以上のコイルに対する沿面距離を確保する段差部が形成され、
   前記段差部は、前後方向から見て矩形の少なくとも対向する二辺が外方に凸となる円弧状に形成されている、
   ことを特徴とするトランス用ボビン。

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