JP2018195668A - トランス及び当該トランスを用いたスイッチング電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トランスに巻回されている補助巻線に対して、他の巻線の影響を受けにくくすることで、所望の信号伝達スピードを得ることや補助巻線へのサージ等を抑制し、補助巻線の接続先の回路を安定して動作させることが可能なトランス及び当該トランスを備えたスイッチング電源を提供する。【解決手段】一次巻線１１２、１１６及び二次巻線１１０、１１４と併せて補助巻線１１８が磁性軸１０４ａの周りに巻回されたトランス１００において、各巻線は、磁性軸１０４ａの軸方向所定幅に渡って巻回され、補助巻線１１８の巻き始め軸方向位置と二次巻線１１０、１１４の巻き始め軸方向位置を同一位置とし、補助巻線１１８の巻き終わり軸方向位置と二次巻線１１０、１１４の巻き終わり軸方向位置を同一位置とする。【選択図】図１

Description

本発明は、主としてスイッチング電源装置に用いられるトランスに関し、特に、補助巻線の巻き構造に関する。

スイッチング電源装置に使用されているトランス１０は、図３に示しているように、一次巻線１８、二次巻線２０を備え、さらに、補助巻線２２が磁性軸１４ａの周りにボビン１６を介して巻回されて構成されている。この補助巻線２２は、例えば、スイッチング制御を行う制御回路と接続され、制御回路の電源としての役割や、駆動素子へ信号を送る役割を担っている（特許文献１及び２を参照）。

特開２０１６−９７９９号公報 特開２０１２−２０４７９０号公報

しかしながら、複数の巻線が同一軸心上（磁性軸上）に重ねて若しくは接近して巻回されているため、各巻線が互いに干渉し易い。補助巻線が干渉を受けると、信号伝達スピードの遅れやサージ等が発生し、スイッチング電源の制御回路に影響を与え、誤動作等を起こすことがあった。

そこで本発明は、こういった問題点を解決するべくなされたものであって、トランスに巻回されている補助巻線に対して、他の巻線の影響を受けにくくすることで、所望の信号伝達スピードを得ることや、補助巻線へのサージ等を抑制することで、補助巻線の接続先の回路を安定して動作させることが可能なトランス及び当該トランスを備えたスイッチング電源を提供する事をその課題としている。

上記課題を解決するべく、本願発明は、一次巻線及び二次巻線と併せて補助巻線が磁性軸の周りに巻回されたトランスにおいて、前記各巻線は、前記磁性軸の軸方向所定幅に渡って巻回され、前記補助巻線の巻き始め軸方向位置と前記二次巻線の巻き始め軸方向位置が略同一位置とされ、前記補助巻線の巻き終わり軸方向位置と前記二次巻線の巻き終わり軸方向位置が略同一位置とされることを特徴とする。

発明者は、補助巻線の巻き方を試行錯誤する中で、補助巻線と二次巻線の巻幅を揃える、即ち、補助巻線と二次巻線の巻き始めの位置（高さ）を揃え、補助巻線と二次巻線の巻き終わりの位置（高さ）を揃えることによって、補助巻線が他の巻線から干渉を受け難く、所望する良好な出力波形を得られる事を発見した。なお、ここでいう「略同一位置」とは、厳密にいう同一のみならず、巻回作業の作業精度の観点から起こりうる誤差（位置ズレ）を含む概念である。

また、前記二次巻線は第１〜第ｎまでの複数の巻線で構成され、前記補助巻線の巻き始め軸方向位置と前記全ての二次巻線の巻き始め軸方向位置が略同一位置とされ、前記補助巻線の巻き終わり軸方向位置と前記全ての二次巻線の巻き終わり軸方向位置が略同一位置とされることを特徴とする。

このように、二次巻線が複数存在するような構造の場合、全ての二次巻線の巻幅、即ち、全ての二次巻線の巻き始め位置（高さ）を揃え、全ての二次巻線の巻き終わりの位置（高さ）を揃えた上で、補助巻線の巻き始めと巻き終わりもこれら全ての二次巻線と揃えることにより、同様の効果を発揮し得る。なお、ここでも「略同一位置」とは、厳密にいう同一のみならず、巻回作業の作業精度の観点から起こりうる誤差（位置ズレ）を含む概念である。

また、前記補助巻線は、巻き始め軸方向位置において軸方向位置を変えることなく前記磁性軸の周りを一周に満たない範囲で少なくとも１８０°（望ましくは２７０°）巻回されており、前記補助巻線は、巻き終わり軸方向位置において軸方向位置を変えることなく前記磁性軸の周りを一周に満たない範囲で少なくとも１８０°（望ましくは２７０°）巻回されていることを特徴とする。

このように、補助巻線の巻き始め（ターン）及び巻き終わり（ターン）のそれぞれを、同じ高さ位置で、即ち、磁性軸の軸方向に移動しない状態で少なくとも１８０°（望ましくは２７０°。但し３６０°に満たない範囲で。）巻回することによって、特に良好な出力波形を得ることができた。

なお本発明は、見方を変えると、一次巻線及び二次巻線と併せて補助巻線が磁性軸の周りに巻回されたトランスにおいて、前記各巻線は、両端にフランジ部が形成されたボビンを介して前記磁性軸の軸方向所定幅に渡って巻回され、前記補助巻線と前記二次巻線とはいずれも、前記フランジ部の一方側に当接するように貼付された第１の幅の間隔保持テープに沿うように巻き始められ、前記フランジ部の他方側に当接するように貼付された第２の幅の間隔保持テープに沿うように巻き終わっていることを特徴とする発明として捉えることも可能である。

即ち、同じ幅の間隔保持テープを用いて二次巻線と補助巻線を巻き始め、更に、同じ幅の間隔保持テープを用いて二次巻線と補助巻線を巻き終えることで、結果として、二次巻線と補助巻線との巻幅を簡単に揃える（即ち、二次巻線と補助巻線との巻き始めの位置（高さ）が揃い、二次巻線と補助巻線の巻き終わりの位置（高さ）が揃う。）ことが可能となっている。更に、この間隔保持テープに沿わせるように巻回することができるので、巻回作業も容易となる。

また、これらトランスを備えたスイッチング電源装置と捉えることも可能である。

本発明を適用することで、トランスに巻回されている補助巻線に対して、他の巻線の影響を受けにくくすることで、所望の信号伝達スピードを得ることや、補助巻線へのサージ等を抑制することで、補助巻線の接続先の回路を安定して動作させることが可能なトランス及び当該トランスを備えたスイッチング電源を提供ことができる。

本発明の実施形態の一例であるトランスの概略一部断面図である。 補助巻線の巻回構造を示した図であって、（Ａ）はボビンに巻回されている補助巻線とその上下に配置される間隔保持テープの層のみを取り出した展開図であり、（Ｂ）は同展開図の９０°位置の断面図である。 従来例としてのトランスを示した概略一部断面図である。 本発明の実施形態の一例であるトランスを備えたスイッチング電源装置の回路図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例であるトランス１００について説明を加える。なお、図面理解容易の為、各部の大きさや寸法を誇張して表現していることを付記しておく。また各図面は符号の向きに見るものとし、当該向きを基本に上下左右、手前、奥と表現する。

〈トランスの構成〉
図１に示しているように、本発明の実施形態の一例であるトランス１００は、コア１０２、１０４とボビン１０６、更に、このボビン１０６に巻回された複数の巻線１１０〜１１８を有してなる。

コアは、略「I」型に成形された第1のコア１０２と、当該第1のコア１０２の上方に配置される略「Ｅ」型に成形された第２のコア１０４を備えてなる。これら第１のコア１０２及び第２のコア１０４はいずれも磁性体よりなる。第２のコア１０４の中心に位置する磁性軸１０４ａには、ボビン１０６を介して複数の巻線が巻回される（詳細は後述する。）。また、図１に示した符号Ｏは、この磁性軸１０４ａの軸心を意味し、本明細書における「軸方向位置」とは当該磁性軸１０４ａの軸心Ｏ方向の位置であることを意味する。

ボビン１０６は、円筒の両端に円盤状のフランジが固定された形状に成形され、中空部を有する円筒部分を筒部１０６ａ、その上端側に第１のフランジ部１０６ｂが固定され、下端側に第２のフランジ部１０６ｃが固定される。このボビン１０６を上下から挟み込むように、且つ、筒部１０６ａ内に第２のコア１０４の磁性軸１０４ａが挿通されるように組み付けられる。

ボビン１０６には、内側から外側に向かって（磁性軸１０４ａの半径方向内側から外側に向かって）順に、第１の二次巻線１１０、第１の一次巻線１１２、第２の二次巻線１１４、第２の一次巻線１１６及び補助巻線１１８の順に層状に巻回されている。また各巻線の間には絶縁フィルム１４０が敷設される。なお、巻線の順番や、数は、当然ながらトランスの使用目的等に応じて適宜変更され得るものであり、例示のものに限定される趣旨のものではない。

各巻線は、ボビン１０６のフランジ部（第１のフランジ部１０６ｂ、第２のフランジ部１０６ｃ）から所定の距離（スペース）を空けて巻回されている。この距離（スペース）を確保するために、各フランジの内側には、間隔保持テープ１２０〜１３８がフランジに当接するように貼付され、更にその内側（第１のフランジ部１０６ｂ側に貼付された間隔保持テープ１３０〜１３８と第２のフランジ部１０６ｃ側に貼付された間隔保持テープ１２０〜１２８の間）に各巻線が巻回されている。

より具体的には、最も筒部１０６ａに近い側に巻回される第１の二次巻線１１０は、第１のフランジ部１０６ｂの下側に当接するように貼付された間隔保持テープ１３０と第２のフランジ部１０６ｃの上側に当接するように貼付された間隔保持テープ１２０の間に巻回（本実施形態においては１６巻）され、その上に絶縁フィルム１４０が敷設される。

その外側に巻回される第１の一次巻線１１２は、第１のフランジ部１０６ｂの下側に当接するように貼付された間隔保持テープ１３２と第２のフランジ部１０６ｃの上側に当接するように貼付された間隔保持テープ１２２の間に巻回（本実施形態においては９巻）され、その上に絶縁フィルム１４０が敷設される。

更にその外側に巻回される第２の二次巻線１１４は、第１のフランジ部１０６ｂの下側に当接するように貼付された間隔保持テープ１３４と第２のフランジ部１０６ｃの上側に当接するように貼付された間隔保持テープ１２４の間に巻回（本実施形態においては１６巻）され、その上に絶縁フィルム１４０が敷設される。

更にその外側に巻回される第２の一次巻線１１６は、第１のフランジ部１０６ｂの下側に当接するように貼付された間隔保持テープ１３６と第２のフランジ部１０６ｃの上側に当接するように貼付された間隔保持テープ１２６の間に巻回（本実施形態においては９巻）され、その上に絶縁フィルム１４０が敷設される。

最後に、最も外側に巻回される補助巻線１１８は、第１のフランジ部１０６ｂの下側に当接するように貼付された間隔保持テープ１３８と第２のフランジ部１０６ｃの上側に当接するように貼付された間隔保持テープ１２８の間に巻回（本実施形態においては２巻）される。

ここで、補助巻線１１８を巻回する際に使用された間隔保持テープと、各二次巻線１１０、１１４を巻回する際に使用された間隔保持テープは、両フランジ側それぞれで同じ幅（軸方向の幅）のものが使用される。即ち、補助巻線１１８と各二次巻線１１０、１１４は全て図示したＨ２〜Ｈ３の幅（軸方向位置の幅）に渡って巻回され、巻き始めの軸方向位置と巻き終わりの軸方向位置が全て揃うように構成される。

なお、第１の一次巻線１１２は、上方（第１のフランジ部１０６ｂ側）の間隔保持テープの幅が異なる結果Ｈ２〜Ｈ４の幅に渡って巻回されることになり、補助巻線１１８とは巻き終わりの軸方向位置が揃っていない。また同様に、第２の一次巻線１１６は、上方（第１のフランジ部１０６ｂ側）の間隔保持テープの幅、及び下方（第２のフランジ部１０６ｃ側）の間隔保持テープの幅が異なる結果Ｈ１〜Ｈ４の幅に渡って巻回されることになり、補助巻線１１８とは巻き始めの軸方向位置も巻き終わりの軸方向位置も揃っていない。

また、補助巻線１１８は、図２のように巻回されている。即ち、端子（図示していない）から引き上げられた補助巻線１１８の巻き始めは、間隔保持テープ１２８の上面に沿うようにＣ１の範囲（磁性軸１０４ａの半径方向２７０°を超える範囲）に渡って軸方向位置を変えずに巻回された後、半径方向略９０°の範囲（０°〜９０°の範囲）の間で上方に向かって移動し、更に、間隔保持テープ１３８の下面に沿うようにＣ２の範囲（磁性軸１０４ａの半径方向２７０°を超える範囲）に渡って軸方向位置を変えずに巻回され、端子（図示してない）側に向かって引き落とされて構成される。

また、図４に示しているように、補助巻線１１８は、整流回路９１を制御する同期整流制御回路（自励型）９４と接続され、制御回路の電源としての役割や、スイッチ素子９２、９３へ信号を送る役割を担うものであるが、上記のような構成を採用することによって、補助巻線１１８が他の巻線からの干渉を受け難くなり、所望の信号伝達スピードを得ることやサージ等を抑制し良好な出力波形を得ることが可能となった。なお符号９５はチョークコイル、符号９６は出力平滑コンデンサである。

補助巻線１１８と二次巻線１１０、１１４の巻幅を揃える、即ち、補助巻線１１８と二次巻線１１０、１１４の巻き始めの位置（高さ）を揃え、補助巻線１１８と二次巻線１１０、１１４の巻き終わりの位置（高さ）を揃えるという構成を採用したことによって、補助巻線１１８が他の巻線から干渉を受け難く、所望する良好な出力波形を得ることが可能となっている。

また、補助巻線１１８は、巻き始め軸方向位置及び巻き終わり軸方向位置の両方において軸方向位置を変えることなく磁性軸１０４ａの周りを一周に満たない範囲で少なくとも１８０°巻回するという構造を採用したことによって、特に良好な出力波形を得ることが可能となっている。

また、各巻線は、両端にフランジ部１０６ｂ、１０６ｃが形成されたボビン１０６を介して磁性軸１０４ａの軸方向所定幅に渡って巻回され、補助巻線１１８と二次巻線１１０、１１４とはいずれも、第２のフランジ部１０６ｃに当接するように貼付された第１の幅の間隔保持テープ１２０、１２４、１２８に沿うように巻き始められ、及び、第１のフランジ部１０６ｂに当接するように貼付された第２の幅の間隔保持テープ１３０、１３４、１３８に沿うように巻き終わっていることを特徴としていた。即ち、同じ幅の間隔保持テープを用いて二次巻線と補助巻線を巻き始め、更に、同じ幅の間隔保持テープを用いて二次巻線と補助巻線を巻き終えることで、結果として、二次巻線１１０、１１４と補助巻線１１８との巻幅を簡単に揃える（即ち、二次巻線１１０、１１４と補助巻線１１８との巻き始めの位置（高さ）が揃い、二次巻線１１０、１１４と補助巻線１１８の巻き終わりの両方の位置（高さ）が揃う。）ことが可能となっている。更に、これらの間隔保持テープに沿わせるように巻回することができるので、巻回作業も容易となっている。

９０・・・スイッチング電源装置
９１・・・整流回路
９２、９３・・・スイッチ素子
９４・・・同期整流制御回路（自励型）
９５・・・チョークコイル
９６・・・出力平滑コンデンサ
１００・・・トランス
１０２・・・第１のコア
１０４・・・第２のコア
１０４ａ・・・磁性軸
１０６・・・ボビン
１０６ａ・・・筒部（ボビン）
１０６ｂ・・・第１のフランジ部（ボビン）
１０６ｃ・・・第２のフランジ部（ボビン）
１１０・・・第１の二次巻線（Ｓ１）
１１２・・・第１の一次巻線（Ｐ１）
１１４・・・第２の二次巻線（Ｓ２）
１１６・・・第２の一次巻線（Ｐ２）
１１８・・・補助巻線
１２０、１２２、１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、１３４、１３６、１３８・・・間隔保持テープ
１４０・・・絶縁フィルム
Ｏ・・・（磁性軸１０４ａの）軸心

Claims (7)

1. 一次巻線及び二次巻線と併せて補助巻線が磁性軸の周りに巻回されたトランスにおいて、
   前記各巻線は、前記磁性軸の軸方向所定幅に渡って巻回され、
   前記補助巻線の巻き始め軸方向位置と前記二次巻線の巻き始め軸方向位置が略同一位置とされ、
   前記補助巻線の巻き終わり軸方向位置と前記二次巻線の巻き終わり軸方向位置が略同一位置とされる
   ことを特徴とするトランス。
2. 請求項１において、
   前記二次巻線は第１〜第ｎまでの複数の巻線で構成され、
   前記補助巻線の巻き始め軸方向位置と前記全ての二次巻線の巻き始め軸方向位置が略同一位置とされ、
   前記補助巻線の巻き終わり軸方向位置と前記全ての二次巻線の巻き終わり軸方向位置が略同一位置とされる
   ことを特徴とするトランス。
3. 請求項１または２において、
   前記補助巻線は、巻き始め軸方向位置において軸方向位置を変えることなく前記磁性軸の周りを一周に満たない範囲で少なくとも１８０°巻回されており、
   前記補助巻線は、巻き終わり軸方向位置において軸方向位置を変えることなく前記磁性軸の周りを一周に満たない範囲で少なくとも１８０°巻回されている
   ことを特徴とするトランス。
4. 請求項１または２において、
   前記補助巻線は、巻き始め軸方向位置において軸方向位置を変えることなく前記磁性軸の周りを一周に満たない範囲で少なくとも２７０°巻回されており、
   前記補助巻線は、巻き終わり軸方向位置において軸方向位置を変えることなく前記磁性軸の周りを一周に満たない範囲で少なくとも２７０°巻回されている
   ことを特徴とするトランス。
5. 一次巻線及び二次巻線と併せて補助巻線が磁性軸の周りに巻回されたトランスにおいて、
   前記各巻線は、両端にフランジ部が形成されたボビンを介して前記磁性軸の軸方向所定幅に渡って巻回され、
   前記補助巻線と前記二次巻線とはいずれも、前記フランジ部の一方側に当接するように貼付された第１の幅の間隔保持テープに沿うように巻き始められ、
   前記フランジ部の他方側に当接するように貼付された第２の幅の間隔保持テープに沿うように巻き終わっている
   ことを特徴とするトランス。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のトランスを備えたスイッチング電源装置。
7. 前記二次巻線は整流回路と接続されており、
   前記補助巻線は、前記整流回路を制御する自励型同期整流制御回路に接続されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のトランスを備えたスイッチング電源装置。