JP2020194884A - トランス構成体 - Google Patents

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Abstract

【課題】コアに対して押圧部材を位置決めできるトランス構成体を提供する。【解決手段】トランス構成体20は、コア23、コア23に巻回された一次側巻線21、及びコア23に巻回された二次側巻線を有するトランス15と、一次側巻線21と間接的に接続された放熱部材17とを備える。放熱部材17は、コア23を押圧する押圧部材18に形成された凹部18aと係合される凸部35cを有する。【選択図】図1

Description

本発明は、トランスと放熱部材とを有するトランス構成体に関する。
トランスは、発熱するため、ケースに収容される場合、ケースに熱を逃がす方法が知られている。
特許文献1に開示されたトランスのように、第1巻線と第2巻線とが、第1及び第2巻線の軸線方向に重なるように配置されたトランスの場合、ケースの底面側に位置する巻線は、ケースとの距離が近いため、容易にケースに熱を逃がすことができる。一方、ケースの底面側に位置する巻線上に配置される巻線は、ケースとの距離が遠いため、容易にケースに熱を逃がすことができない。そこで、放熱部材を介してケースに熱を逃がす方法が知られている。
ところで、トランスのコアの振動を抑制する方法として、コアを押圧する押圧部材を設ける方法が知られている。押圧部材は、コアを挟んでケースの壁部とは反対側に配置される。押圧部材がコアを壁部に向けて押圧することで、コアは押圧部材とケースの壁部との間で挟まれる。これにより、コアの振動が抑制される。
特開2004−303857号公報
押圧部材は、コアに対して位置がずれると、コアに対する押圧力が不十分になることで、コアの振動を十分に抑制できなくなる虞がある。このため、コアに対する押圧部材の位置ずれの抑制が望まれている。
そこで、例えば、コアが、コアを収容するケースに対して位置決めされている場合、ケースに対して押圧部材を位置決めすることで、コアに対して押圧部材を位置決めすることが考えられる。この場合、ケースと押圧部材を位置決めするための部材をケースに設ける必要があり、ケースが大きくなってしまう。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、コアに対して押圧部材を位置決めできるトランス構成体を提供することにある。
上記問題点を解決するためのトランス構成体は、コア、前記コアに巻回された一次側巻線、及び前記コアに巻回された二次側巻線を有するトランスと、前記一次側巻線及び前記二次側巻線の少なくとも一方と直接又は間接的に接続された放熱部材と、を備えるトランス構成体であって、前記放熱部材は、前記コアを押圧する押圧部材に形成された第1係合部と係合される第2係合部を有することを要旨とする。
これによれば、一次側巻線及び二次側巻線の少なくとも一方と直接又は間接的に接続された放熱部材に第2係合部が設けられているため、第1係合部と第2係合部とを係合することで、コアに対して押圧部材を位置決めできる。
また、上記トランス構成体について、前記放熱部材は、前記第2係合部を複数有するのが好ましい。
これによれば、放熱部材に対して押圧部材が回動することが抑制される。よって、コアに対して押圧部材が回動することを抑制できる。
また、上記トランス構成体について、前記トランスは、前記一次側巻線及び前記二次側巻線の少なくとも一方を支持する支持プレートを備え、前記支持プレートは、ハーネスをガイドするガイド部を有するのが好ましい。
これによれば、ハーネスが所望の方向に延びるように、支持プレートによってハーネスをガイドすることができる。
本発明によれば、コアに対して押圧部材を位置決めできるトランス構成体を提供することができる。
DC−DCコンバータの平面図。 DC−DCコンバータの断面図。 一次側巻線及び支持プレートの斜視図。 放熱部材及び押圧部材の分解斜視図。
以下、本実施形態のトランス構成体を備えたDC−DCコンバータ10について図1〜図4を使って説明する。
図1及び図2に示すように、DC−DCコンバータ10は、金属製のケース11を備える。本実施形態のケース11は、アルミニウム製である。ケース11は、有底筒状のケース本体11aと、ケース本体11aの開口部を閉塞する図示しない蓋部とを有する。
図2に示すように、ケース本体11aは、底壁12から開口部に向けて突出する円柱状のボス13を有する。ボス13の先端面にはねじ穴13hが形成されている。また、ケース本体11aは、底壁12に凹設された収容部12aを有する。
DC−DCコンバータ10は、図示しない一次側回路基板、二次側回路基板14、及びトランス15を備える。一次側回路基板、二次側回路基板14、及びトランス15は、ケース本体11aに収容されている。
二次側回路基板14は、絶縁製のベース板14aを有する。ベース板14aには、ボス挿通孔14bとコア挿通孔14cとが形成されている。一次側回路基板及び二次側回路基板14は、各々の板厚方向が底壁12からのボス13の突出方向と一致する状態でケース本体11aに収容されている。底壁12のボス13は、二次側回路基板14のボス挿通孔14bに挿通される。
トランス15は、一次側巻線21と、二次側巻線22と、コア23とを有する。
本実施形態のトランス15は、降圧回路を構成する。
図3に示すように、本実施形態の一次側巻線21は、表面が絶縁処理された導線が複数回巻回されることにより形成される。一次側巻線21は、一層の渦巻き状である。一次側巻線21は、図示しない一次側回路基板に形成された一次側回路と電気的に接続されている。
本実施形態では、一次側巻線21は、樹脂製の支持プレート24によって支持されている。よって、本実施形態のトランス15は、一次側巻線21を支持する支持プレート24を有する。支持プレート24は、コア挿通孔24hが形成された円板状の支持部24aを有する。一次側巻線21は、コア挿通孔24hを取り囲むように位置する。支持プレート24は、支持部24aの外周縁にガイド部25を有する。ガイド部25は、支持部24aの外周縁と連続するとともに支持部24aの径方向外側に延びる延出部25aと、延出部25aから支持部24aの板厚方向に立設された一対のガイド片25bとを有する。
図2に示すように、本実施形態の二次側巻線22は、二次側回路基板14のベース板14aの両面に形成された導体パターンである。二次側巻線22は、コア挿通孔14cを取り囲むように位置している。二次側巻線22は、ベース板14aに形成された図示しない二次側回路と電気的に接続されている。一次側巻線21、支持プレート24の支持部24a、二次側巻線22、及び二次側回路基板14のベース板14aの一部は、巻線構造体26を構成している。
図1に示すように、二次側回路基板14の二次側回路と、図示しない制御回路基板の制御回路とは、ハーネス16によって電気的に接続されている。ハーネス16は、電線を有する電線部16aと、電線の一端に接続された第1接続部16bと、電線の他端に接続された図示しない第2接続部とを有する。第1接続部16bは、二次側回路基板14に接続され、第2接続部は、制御回路基板に接続されている。
図2に示すように、一次側巻線21及び二次側巻線22は、支持プレート24が間に介在した状態で積層されている。一次側巻線21及び二次側巻線22が積層される方向を積層方向とする。一次側巻線21及び二次側巻線22は、積層方向が底壁12からのボス13の突出方向と一致する状態でケース本体11aに収容されている。一次側巻線21は、二次側巻線22を挟んで底壁12とは反対側に位置している。つまり、一次側巻線21は、ケース本体11aの開口部側に位置し、二次側巻線22は、底壁12側に位置している。二次側巻線22と底壁12との間には、第1絶縁シートS1が介在している。第1絶縁シートS1の一方の面は二次側巻線22に接触し、第1絶縁シートS1の他方の面は底壁12に接触している。第1絶縁シートS1は、二次側巻線22と底壁12とを絶縁する。
また、本実施形態の第1絶縁シートS1は、熱伝導性に優れた材料によって形成されており、絶縁機能の他に放熱機能も有している。このため、二次側巻線22が発熱すると、二次側巻線22の熱は第1絶縁シートS1に伝わり、第1絶縁シートS1に伝わった熱は底壁12に伝わる。つまり、二次側巻線22の熱は、第1絶縁シートS1を介してケース11に放熱される。このように二次側巻線22の熱が第1絶縁シートS1を介して底壁12に伝わる状態を、二次側巻線22と底壁12とが間接的に接続されているという。
コア23は、第1コア部材23a及び第2コア部材23bを有する。本実施形態では、第1コア部材23aはE型コアであり、第2コア部材23bはI型コアである。第1コア部材23aは、基部230と、基部230から突出する第1〜第3脚部231〜233とを有する。第1脚部231は、第2脚部232と第3脚部233との間に位置する。基部230は、積層方向において一次側巻線21を挟んで二次側巻線22とは反対側に配置されている。第1脚部231は、支持プレート24のコア挿通孔24h及び二次側回路基板14のコア挿通孔14cに挿通されている。よって、一次側巻線21及び二次側巻線22はそれぞれ、コア23の第1脚部231に巻回されている。一次側巻線21と二次側巻線22とは、一次側巻線21及び二次側巻線22それぞれの軸線方向に重なるように配置されている。
第2コア部材23bは、積層方向において二次側巻線22を挟んで一次側巻線21とは反対側に配置されている。第2コア部材23bは、底壁12の収容部12aに収容されている。第1コア部材23aは、第1〜第3脚部231〜233が第2コア部材23bと当接する状態で第2コア部材23bに固定されている。コア23は、第2コア部材23bが底壁12の収容部12aに収容されることにより、底壁12に対して位置決めされている。
DC−DCコンバータ10は、金属製の放熱部材17を備える。本実施形態の放熱部材17は、アルミニウム製である。放熱部材17は、ケース本体11aに収容されている。放熱部材17は、トランス15とともにトランス構成体20を構成している。
図4に示すように、放熱部材17は、四角枠状の枠部30を有する。枠部30は、第1部位31と、第1部位31と平行な第2部位32と、第1部位31の一端部と第2部位32の一端部とを接続する第3部位33と、第1部位31の他端部と第2部位32の他端部とを接続するとともに第3部位33と平行な第4部位34とを有する。
放熱部材17は、第1部位31に形成された第1プレート部35と、第2部位32に形成された第2プレート部36とを有する。第1プレート部35及び第2プレート部36の板厚方向は、枠部30の軸線方向と一致している。第1プレート部35及び第2プレート部36はそれぞれ、枠部30の内側に位置する内側部位35a,36aと、枠部30の外側に位置する外側部位35b,36bとを有する。また、放熱部材17は、第2部位32から延出する2つの取付脚37を有する。各取付脚37には、ボルト挿通孔37hが形成されている。
第1プレート部35の外側部位35bには、ボルト挿通孔35hが形成されている。第1プレート部35は、外側部位35bから突出する凸部35cを有する。本実施形態の第1プレート部35は、2つの凸部35cを有する。各凸部35cは、円柱状である。2つの凸部35cは、ボルト挿通孔35hを挟む位置に配置されている。
図1及び図2に示すように、放熱部材17は、巻線構造体26を挟んで底壁12とは反対側に配置されている。コア23は、第1部位31と第2部位32との間に配置されるとともに、第3部位33及び第4部位34は、コア23を跨るように配置されている。
図2に示すように、第1プレート部35と一次側巻線21との間には、第2絶縁シートS2が介在している。また、第2絶縁シートS2は、図示しないが、第2プレート部36と一次側巻線21との間にも介在している。第2絶縁シートS2の一方の面は、第1プレート部35及び第2プレート部36と接触し、第2絶縁シートS2の他方の面は、一次側巻線21と接触している。第2絶縁シートS2は、一次側巻線21と放熱部材17とを絶縁する。
また、本実施形態の第2絶縁シートS2は、熱伝導性に優れた材料によって形成されており、絶縁機能の他に放熱機能も有している。このため、一次側巻線21が発熱すると、一次側巻線21の熱は第2絶縁シートS2に伝わり、第2絶縁シートS2に伝わった熱は放熱部材17に伝わる。このように一次側巻線21の熱が第2絶縁シートS2を介して放熱部材17に伝わる状態を、一次側巻線21と放熱部材17とが間接的に接続されているという。また、第1プレート部35における凸部35cが突出する面とは反対側の面は、ボス13の先端面と接触している。このため、放熱部材17の熱はボス13に伝わる。このように放熱部材17の熱がボス13に直接伝わる状態を、放熱部材17とボス13とが直接接続されているという。これにより、一次側巻線21の熱は、第2絶縁シートS2及び放熱部材17を介して、ケース11に放熱されるようになっている。
第1プレート部35のボルト挿通孔35hは、ボス13のねじ穴13hと連通する。2つの凸部35cは、積層方向において一次側巻線21とは反対側に向けて突出する。
図1に示すように、放熱部材17は、各取付脚37のボルト挿通孔37hに挿通された第1ボルトB1が底壁12に形成された図示しないねじ穴に螺合されることにより、ケース本体11aに接触した状態で固定される。このため、放熱部材17の熱は底壁12に伝わる。このように放熱部材17の熱が底壁12に直接伝わる状態を、放熱部材17と底壁12とが直接接続されているという。これによっても、一次側巻線21の熱は、第2絶縁シートS2及び放熱部材17を介してケース11に放熱されるようになっている。
図4に示すように、DC−DCコンバータ10は、コア23を押圧する押圧部材18を備える。本実施形態の押圧部材18は、ステンレス製である。また、本実施形態の押圧部材18は、長方形状の板ばねである。押圧部材18の長手方向の一端部には、ボルト挿通孔18hが形成されている。また、押圧部材18は、縁部が凹設された凹部18aを有する。本実施形態の押圧部材18は、2つの凹部18aを有する。押圧部材18を板厚方向から見たとき、各凹部18aは略半円状である。2つの凹部18aは、ボルト挿通孔18hを挟む位置に配置されている。
押圧部材18は、放熱部材17の第1プレート部35を挟んで巻線構造体26とは反対側に配置されている。図1に示すように、押圧部材18の各凹部18aは、第1プレート部35の各凸部35cと係合されている。詳しくは、第1プレート部35の各凸部35cの外周面の一部が各凹部18aを形成する面と対向する状態で、各凸部35cの一部は各凹部18aに収容されている。よって、押圧部材18の各凹部18aは第1係合部であり、放熱部材17の各凸部35cは各凹部18aと係合される第2係合部である。各凸部35cと各凹部18aとが係合されることで、押圧部材18は放熱部材17に対して位置決めされる。
図2に示すように、押圧部材18が放熱部材17に対して位置決めされることにより、押圧部材18のボルト挿通孔18hは、放熱部材17のボルト挿通孔35hと連通する。これにより、放熱部材17のボルト挿通孔35h及び押圧部材18のボルト挿通孔18hは、ボス13のねじ穴13hと連通する。ボルト挿通孔35h,18hに挿通された第2ボルトB2がボス13のねじ穴13hに螺合されることで、放熱部材17及び押圧部材18はケース本体11aに位置決めされる。
押圧部材18の長手方向におけるボルト挿通孔18hが形成される端部とは反対側の端部は、コア23における枠部30の内側に位置する部分を底壁12に向けて押圧する。コア23は、押圧部材18と底壁12との間で積層方向に挟持される。よって、コア23の振動が抑制される。
図1に示すように、トランス構成体20を積層方向から見たとき、支持プレート24のガイド部25は、放熱部材17の第1プレート部35からはみ出している。ハーネス16の電線部16aは、ガイド部25の一対のガイド片25bの間を通過している。
本実施形態の作用について説明する。
放熱部材17は、第1ボルトB1及び第2ボルトB2によって底壁12に固定されることにより、ケース本体11aに位置決めされている。コア23は、底壁12の収容部12aに収容されることにより、ケース本体11aに位置決めされている。この状態において、放熱部材17は、第2絶縁シートS2を介してコア23と間接的に接続されている。言い換えると、放熱部材17は、コア23に対して位置決めされている。押圧部材18は、各凹部18aを放熱部材17の各凸部35cに対して係合することで放熱部材17に対して位置決めされる。これにより、押圧部材18は、コア23に対して位置決めされる。
本実施形態の効果について説明する。
(1)押圧部材18の各凹部18aと、コア23に対して位置決めされた放熱部材17が有する各凸部35cとは、係合している。したがって、押圧部材18は、放熱部材17を介してコア23に対して位置決めされる。よって、コア23が収容されるケース本体11aにはケース本体11aと押圧部材18を位置決めするための部材が不要になる。その結果、トランス構成体20を収容するケース11を大型化させることなく、コア23に対して押圧部材18を位置決めできるトランス構成体20を提供することができる。
(2)放熱部材17は、2つの凸部35cを有する。押圧部材18は、2つの凹部18aを有する。このため、放熱部材17に対して押圧部材18が回動することが抑制される。よって、コア23に対して押圧部材18が回動することを抑制できる。
(3)トランス15は、一次側巻線21を支持する支持プレート24を備える。支持プレート24は、ハーネス16をガイドするガイド部25を有する。これにより、ハーネス16が所望の方向に延びるように、支持プレート24によってハーネス16をガイドすることができる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○ トランス構成体20は、DC−DCコンバータ以外の他の機器に用いられてもよい。
○ トランス15は、降圧回路ではなく昇圧回路に使用されてもよい。トランス15を昇圧回路に使用する場合は、二次側巻線22の巻数を一次側巻線21の巻数よりも多くすればよい。例えば、金属パターンによって一次側巻線21を形成し、表面が絶縁処理された導電線を複数回巻回して二次側巻線22を形成してもよい。二次側巻線22は、支持プレート24によって支持されてもよい。
○ 放熱部材17は、一次側巻線21と接触する状態で配置されていてもよい。この場合、一次側巻線21の熱は放熱部材17に直接伝わる。このように一次側巻線21の熱が放熱部材17に直接伝わる状態を、一次側巻線21と放熱部材17とが直接接続されているという。
○ 一次側巻線21の熱が放熱部材17に伝わるように一次側巻線21と放熱部材17とを間接的に接続する部材は、第2絶縁シートS2に限定されず、例えば、熱伝導性に優れた材料を含む接着剤であってもよい。
○ 押圧部材18は、ステンレス製に限定されない。押圧部材18は、コア23を押圧可能な強度があれば、他の材料によって形成されていてもよい。
○ 押圧部材18は、長方形状の板ばねに限定されない。押圧部材18は、コア23を押圧可能であれば、他の形状であってもよい。
○ 一次側巻線21と二次側巻線22とは、一次側巻線21及び二次側巻線22の軸線方向に重なるように配置されていなくてもよい。例えば、一次側巻線21と二次側巻線22とは、コア23の異なる脚部に巻回されていてもよい。この場合、一次側巻線21と二次側巻線22とは、脚部が並ぶ方向において隣り合うように配置される。
○ 一次側巻線21は、一次側回路と並列接続された第1巻線部及び第2巻線部を有する構成であってもよい。一次側巻線21及び二次側巻線22は、例えば、二次側巻線22が第1巻線部と第2巻線部との間に位置するように積層され、放熱部材は、第1巻線部及び第2巻線部の少なくとも一方と直接又は間接的に接続される。
○ 二次側巻線22は、二次側回路と並列接続された第1巻線部及び第2巻線部を有する構成であってもよい。一次側巻線21及び二次側巻線22は、例えば、一次側巻線21が第1巻線部と第2巻線部との間に位置するように積層され、放熱部材は、第1巻線部及び第2巻線部の少なくとも一方と直接又は間接的に接続される。
○ トランス15は、一次側巻線21が底壁12側に位置し、二次側巻線22がケース本体11aの開口側に位置するようにケース本体11aに収容されていてもよい。この場合、一次側巻線21は、ケース11の底壁12との距離が近いため、一次側巻線21の熱は、絶縁シートを介してケース11に放熱されてもよい。一方、二次側巻線22は、ケース11の底壁12との距離が遠いため、二次側巻線22の熱は、放熱部材17を介してケース11に放熱される。放熱部材17は、二次側巻線22を挟んで一次側巻線21とは反対側に配置される。なお、放熱部材17は、二次側巻線22と直接接続されていてもよいし、間接的に接続されていてもよい。
○ トランス構成体20は、一次側巻線21と直接又は間接的に接続された第1の放熱部材と、二次側巻線22と直接又は間接的に接続された第2の放熱部材とを備えていてもよい。
○ 一次側巻線21と直接又は間接的に接続された放熱部材17は、二次側巻線22にも直接又は間接的に接続されていてもよい。つまり、トランス構成体20は、一次側巻線21及び二次側巻線22の両方と直接又は間接的に接続された放熱部材を備えていてもよい。
○ 放熱部材17は、アルミニウム製に限定されない。放熱部材17は、一次側巻線21及び二次側巻線22の少なくとも一方の熱を放熱させることができれば、他の金属製であってもよい。
○ 放熱部材17とケース本体11aとの間には、例えば絶縁シートが介在していてもよい。この場合、放熱部材17の熱は、絶縁シートを介してケース本体11aに伝わる。つまり、放熱部材17とケース本体11aとは間接的に接続されていてもよい。
○ 第1係合部及び第2係合部の数はそれぞれ、2に限定されず、1でもよいし、3以上でもよい。
○ 押圧部材18から突出した凸部を第1係合部とするとともに、放熱部材17に形成された凹部を第2係合部としてもよい。
○ 押圧部材18の各凹部18aを孔に代えてもよい。放熱部材17の各凸部35cは、押圧部材18の孔に挿入されることで孔と係合される。
○ 凸部35cの形状は、円柱状に限定されず、例えば四角柱状であってもよい。また、凹部18aの形状は、半円形状に限定されず、例えば矩形状であってもよい。凸部35cの外周面の一部が直線部を有するとともに、凹部18aの内周面の一部が凸部35cの直線部と対向する直線部を有する場合、1つの凸部35cと1つの凹部18aとの係合だけで、コア23に対する押圧部材18の回動を規制できる。
○ 押圧部材18は、第2ボルトB2によってケース本体11aに固定されていなくてもよい。例えば、押圧部材18と放熱部材17とを接着剤を使って固定してもよい。すなわち、第2ボルトB2は、放熱部材17のみを底壁12に固定するためのものであってもよい。
○ 放熱部材17は、トランス15の熱をケース11に放熱させるとともに、コア23に対して位置決めされているのであれば、底壁12に対して固定されていなくてもよい。
○ コア23の一部が底壁12の収容部12aに収容される以外の方法によって、ケース11に対してコア23が位置決めされていてもよい。
○ 一次側巻線21と二次側巻線22との絶縁が確保されるのであれば、支持プレート24を省略してもよい。
○ 支持プレート24は、一次側巻線21及び二次側巻線22の両方を支持してもよい。ただし、一次側巻線21と二次側巻線22との絶縁は確保されるものとする。
○ 支持プレート24からガイド部25を省略してもよい。
15…トランス、16…ハーネス、17…放熱部材、18…押圧部材、18a…第1係合部としての凹部、20…トランス構成体、21…一次側巻線、22…二次側巻線、23…コア、24…支持プレート、25…ガイド部、35a…第2係合部としての凸部。

Claims (3)

  1. コア、前記コアに巻回された一次側巻線、及び前記コアに巻回された二次側巻線を有するトランスと、
    前記一次側巻線及び前記二次側巻線の少なくとも一方と直接又は間接的に接続された放熱部材と、
    を備えるトランス構成体であって、
    前記放熱部材は、前記コアを押圧する押圧部材に形成された第1係合部と係合される第2係合部を有することを特徴とするトランス構成体。
  2. 前記放熱部材は、前記第2係合部を複数有する請求項1に記載のトランス構成体。
  3. 前記トランスは、前記一次側巻線及び前記二次側巻線の少なくとも一方を支持する支持プレートを有し、
    前記支持プレートは、ハーネスをガイドするガイド部を有する請求項1又は請求項2に記載のトランス構成体。
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