JP3849490B2

JP3849490B2 - 薄型トランス

Info

Publication number: JP3849490B2
Application number: JP2001326243A
Authority: JP
Inventors: 直樹橋本; 浩二中嶋; 一雄古川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: JP2003133140A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器、主として通信装置などに使用される薄型電源に搭載されるスイッチング電源用の薄型トランスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来例を図７を用いて説明する。
【０００３】
図７は従来の薄型トランスの多層積層コイルの断面図である。図７において、１は１次巻線、２は２次巻線、３は絶縁紙、４は端子部、５は接続部、６はコイルベースを示している。
【０００４】
図７において端子部４を植設してなるコイルベース６上に、絶縁紙３を介して１次巻線１と２次巻線２を交互に多層積層する。その後、端子部４と各巻線を半田付けなどの方法により、接続部５の部分で接続して多層積層コイルを完成させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では１次巻線１−２次巻線２間の絶縁に対し安全規格に適合した絶縁構造を構成する場合に、１次巻線１または２次巻線２の少なくとも一方に薄板状の導体を用いると、薄板状の導体の表面に絶縁被膜がないために、図７の１次巻線１と２次巻線２間の距離Ａ，Ｂを安全規格で定められた距離に設定しても耐電圧要求を満足できない場合が発生する。また、１次巻線１または２次巻線２の少なくとも一方に絶縁被膜付き電線を用いた場合でも絶縁被膜の破損等により同様に安全規格で定められた距離に設定しても耐電圧要求を満足できない場合が発生する。
【０００６】
これらの場合、耐電圧は距離に比例することから要求以上に距離を大きくして耐電圧要求を満たすこととなる。しかし、この距離に関する目標設定値が安全規格で定められた距離しかないため適切な距離設定が困難であり、必要以上に距離が大きくなりデッドスペースが増加しトランスが大型化してしまうという課題があった。
【０００７】
また、薄板状の導体表面に絶縁被膜を設けることにより耐電圧要求を満足させると導体自体の厚みが増加しトランスの高さ寸法を増加させることによりトランスが大型化するという課題があった。
【０００８】
また、導体自体の厚みを減少させトランスの大型化を防いだ場合に厚みの減少により導体の断面積が減少して巻線抵抗が増加するためトランスの損失が増加するという課題が発生する。また絶縁被膜を設けることにより導体のコストアップが発生するという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、安全規格に適合することができ、デッドスペースを最小とした小型かつ高耐圧で安価な薄型トランスを実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の薄型トランスは、１次巻線と２次巻線とをシート状の絶縁物を介して交互に積層した多層積層コイルからなる薄型トランスであって、前記１次巻線または前記２次巻線とその引出し端子との間の距離をＡとし、前記１次巻線と前記２次巻線との間の前記絶縁物を回り込んでの距離をＢとしたとき、Ａ＞Ｂの関係を満たすように構成するものである。
【００１１】
この構成により、従来はＡ＝Ｂと設定していた距離に対しＢを最小距離と設定することが可能となりＢのデッドスペースを最小とすることが可能となる。また薄板状の導体表面に絶縁被膜を設ける必要もなくなり従来の薄板状の導体で構成が可能となりコストアップもなくすることが可能となる。
【００１２】
この結果、安全規格に適合することができ、かつデッドスペースを最小とした小型かつ高耐圧で安価な薄型トランスを実現することができるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は１次巻線と２次巻線とをシート状の絶縁物を介して交互に積層した多層積層コイルからなる薄型トランスであって、前記１次巻線または前記２次巻線とその引出し端子との間の距離をＡとし、前記１次巻線と前記２次巻線との間の前記絶縁物を回り込んでの距離をＢとしたとき、Ａ＞Ｂの関係を満たすように構成したものであり、従来はＡ＝Ｂと設定していた距離に対しＡ，Ｂを最適距離と設定することが可能となりデッドスペースを最小とすることが可能となる。また薄板状の導体表面に絶縁被膜を設ける必要もなくなり従来の薄板状の導体で構成が可能となりコストアップもなくすることが可能となるものである。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明は請求項１の構成に加えて４．２ｍｍ≧Ａ≧２．８ｍｍ、１．５ｍｍ≧Ｂ≧０．７ｍｍの関係を満たすように構成したもので基礎絶縁の安全規格に適合させる際にＡ，Ｂの最適距離を設定することが可能となる。また、標準設計が可能となり設計工数の低減、開発リードタイムの低減が可能となる。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の発明は請求項１の構成に加えてＡ≧Ｂ×３の関係を満たすように構成したもので安全規格の耐圧要求値が変わっても標準設計が可能となり設計工数の低減、開発リードタイムの低減が可能となる。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の発明は請求項１の構成に加えて６．４ｍｍ≧Ａ≧４．３ｍｍ、６．４ｍｍ≧Ｂ≧１．２ｍｍの関係を満たすように構成したもので強化絶縁の安全規格に適合させる際にＡ，Ｂの最適距離を設定することが可能となる。また、標準設計が可能となり設計工数の低減、開発リードタイムの低減が可能となる。
【００１７】
本発明の請求項５に記載の発明は請求項１〜４の構成に加えて１次または２次巻線少なくともどちらか一方の巻線を薄板状の導体で形成したものであり、巻数が少なくても１次巻線と２次巻線間の巻線対向面積が確保できるので巻線間の高結合化が可能となる。また、巻線断面積も確保できるので大電流対応も容易となる。
【００１８】
本発明の請求項６に記載の発明は請求項１〜５の構成に加えて多層積層コイル全体を絶縁樹脂で封止したものであり、この多層積層コイルの隙間に樹脂が流れ込むことにより、コイル部の均熱化が図れるため、温度上昇の低減が可能となる。また、コイルとコイル間、コイルと磁心間の絶縁の強化も可能となる。
【００１９】
本発明の請求項７に記載の発明は請求項１〜６の構成に加えて絶縁樹脂で注型封止したものであり、樹脂封入時、及び樹脂硬化時の工程内での応力の発生が小さいため、巻線の断線などが防止できることとなり、コイル設計の自由度が広がる。
【００２０】
本発明の請求項８に記載の発明は請求項１〜７の構成に加えて１次または２次巻線少なくともどちらか一方の巻線を絶縁被膜付きの電線で形成したものであり、巻数の変更が簡単に対応できるので設計の自由度が広がる。
【００２１】
本発明の請求項９に記載の発明は請求項１〜８の構成に加えて電線を平角電線で形成したものであり、巻線の占積率を高められるので巻線抵抗の低減、即ち、低損失化が可能となる。
【００２２】
本発明の請求項１０に記載の発明は請求項１〜９の構成に加えて電線を丸電線としたものであり、巻線材料コストの低減が達成できる。また、巻線の高速化が図れ、作業性と生産性が向上する。
【００２３】
本発明の請求項１１に記載の発明は請求項１〜６、８〜１０の構成に加えて絶縁樹脂でモールド成型して封止したものであり、成型工法を用いているため、注型に比べて封止時間を大きく短縮できるので生産性が向上する。
【００２４】
本発明の請求項１２に記載の発明は請求項１１の構成に加えてモールド成型する絶縁樹脂を熱可塑性の樹脂としたものであり、樹脂の再利用ができるため、材料費が低減できる。
【００２５】
本発明の請求項１３に記載の発明は請求項１２の構成に加えて熱可塑性の絶縁樹脂材料を芳香族ポリエステル樹脂からなる液晶ポリマー（ＬＣＰ）としたものであり、高耐熱性の樹脂であるため、面実装リフロー対応が可能となる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて具体的に説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について図１，２を用いて説明する。
【００２８】
図１は薄型トランスの多層積層コイルの断面図、図２（ａ）は薄型トランスの多層積層コイルの１次巻線と２次巻線間の距離を示す要部の断面拡大図、図２（ｂ）は絶縁距離と耐電圧の関係を示す特性図である。図１，２において、１は１次巻線、２は２次巻線、３は絶縁紙、４は端子部、Ａは１次巻線引出し端子〜２次巻線間距離、Ｂは１次〜２次巻線間距離を示している。
【００２９】
図１において基本的な構成は従来例を示す図７と同じであり、従来例と大きく異なる点は、１次巻線１と２次巻線２の距離Ａ，ＢをＡ＞Ｂの関係を満たすように構成している点であるが以下、図２（ａ）を用いて説明する。
【００３０】
図２（ａ）に示すように薄板状の導体で形成した１次巻線１と２次巻線２を絶縁紙３を介して交互に積層した多層積層コイルからなる薄型トランスであって、前記１次巻線１または前記２次巻線２とその端子部４との間の距離をＡとし、前記１次巻線１と前記２次巻線２との間の前記絶縁紙３を回り込んでの距離をＢとしたとき、Ａ＞Ｂの関係を満たすように構成している。
【００３１】
この基本構成による絶縁距離と耐電圧の関係の実験結果を図２（ｂ）に示している。
【００３２】
図２（ｂ）により、絶縁距離と絶縁破壊電圧の関係はＡとＢで明らかに異なっており、Ａ＝Ｂと設定するとＢは余裕が大きくなりすぎ、絶縁破壊電圧からみた必要距離はＡ＞Ｂと設定しデッドスペースであるＢの余裕分の距離を減らすことができる。
【００３３】
安全規格の基礎絶縁に適合させる際には、最低距離はＡ＝２．８ｍｍ以上、Ｂ＝０．７ｍｍ以上とすれば耐電圧要求を満足することができ、最大距離を最大要求距離の目安であるＡ＝４．２ｍｍ以下、Ｂ＝１．５ｍｍ以下とすることによりＡ，Ｂの各最適距離を容易に設定することができる。
【００３４】
さらに同一絶縁破壊電圧時のＡの距離に対するＢの距離は、１／３以下の関係であることからＡ≧Ｂ×３の関係を満たすように構成することにより安全規格の耐圧要求値が変わっても標準設計が可能となりＡ，Ｂの各最適距離を容易に設定することができる。
【００３５】
また、安全規格の強化絶縁に適合させる際の最適距離はＡ＝４．３ｍｍ以上、Ｂ＝１．２ｍｍ以上とすれば耐電圧要求を満足することができ、最大距離は最大要求距離の目安であるＡ＝６．４ｍｍ以下、Ｂ＝６．４ｍｍ以下とすることによりＡ，Ｂの各最適距離を容易に設定することができる。
【００３６】
この構成により、従来はＡ＝Ｂと設定していた距離に対しＡ，Ｂを最適距離と設定することが可能となりデッドスペースを最小とすることが可能となる。また薄板状の導体表面に絶縁被膜を設ける必要もなくなり従来の薄板状の導体で構成が可能となりコストアップもなくすることが可能となる。
【００３７】
また、巻線を薄板状の導体で形成することにより巻数が少なくても１次巻線と２次巻線間の巻線対向面積が確保できるので巻線間の高結合化が可能となる。また、巻線断面積も確保できるので大電流対応も容易となる。
【００３８】
（実施の形態２）
次に本発明の第２の実施の形態について図３を用いて説明する。図３は薄型トランスの多層積層コイルの断面図である。図３において、７は絶縁樹脂を示している。
【００３９】
基本的な構成は本発明の第１の実施の形態を示す図１と同じである。大きく異なる点は、多層積層コイル全体を絶縁樹脂７で封止し形成した点である。すなわち、多層積層コイルを完成した後、樹脂絶縁７を注型により流し込んで、恒温槽で加熱硬化して封止したものである。
【００４０】
以上、本発明の第２の実施の形態を示す図３によれば、多層積層コイルの隙間に絶縁樹脂７を流し込むことによりコイル部の均熱化が図れるため、温度上昇の低減が可能となる。
【００４１】
また、絶縁樹脂７で注型硬化しているため、樹脂封入時、及び樹脂硬化時の工程内での応力の発生が小さくなり、断線などが防止できることになり、コイル設計の自由度が広がる。
【００４２】
なお、絶縁樹脂７はここでは加熱硬化しているが、常温硬化であってもその効果は変わりないものである。
【００４３】
さらに１次巻線１と２次巻線２を絶縁被膜付きの電線としたので巻線が簡単に変更対応できるので設計の自由度が広がる。この場合、１次または２次巻線の少なくともどちらか一方の巻線を絶縁被膜付きの電線としてやれば、設計の自由度は広がり、その効果は同じものが得られる。
【００４４】
また、ここでは電線は平角電線を使用しており、巻線の占積率を高められるので巻線抵抗の低減、即ち、低損失化が達成できるものである。
【００４５】
また、図３において１次または２次巻線の少なくともどちらか一方の巻線を絶縁被膜付きの丸電線としてやることにより、巻線材料コストの低減が達成できる。また、巻線のスピードアップが図れ、作業性が向上する。
【００４６】
（実施の形態３）
次に本発明の第３の実施の形態について図４〜６を用いて説明する。図４は薄型トランスの多層積層コイルの断面図、図５は薄型トランスの分解斜視図、図６は薄型トランスの斜視図である。図４において基本的な構成は本発明の第２の実施の形態を示す図３と同一である。大きく異なる点は図３におけるコイルベース６を使用しないで治具の上で各巻線を積層して多層積層コイルを形成した点と成型金型を利用して樹脂７でモールド成型して多層積層コイルを封止した点である。図４において完成したモールドコイル８の上下から、図５に示すように磁心９を組み込んで図６に示す薄型トランスを完成させる。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態３を示す図４の構成によれば、コイルベース６を使用していないので部品点数が削減できる。また、余分な絶縁物を使用していないので巻線の占積率を高めることが出来、小型化が達成できる。
【００４８】
また、モールドの樹脂材料を熱可塑性の芳香族ポリエステル樹脂からなる液晶ポリマー（ＬＣＰ）としており、樹脂の再利用ができるため、材料費が低減できる。
【００４９】
さらに、高耐熱性の樹脂であるため、面実装リフロー対応が可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、１次巻線と２次巻線とをシート状の絶縁物を介して交互に積層した多層積層コイルからなる薄型トランスであって、前記１次巻線または前記２次巻線とその引出し端子との間の距離をＡとし、前記１次巻線と前記２次巻線との間の前記絶縁物を回り込んでの距離をＢとしたとき、Ａ＞Ｂの関係を満たすように構成することにより、従来はＡ＝Ｂと設定していた距離に対しＡ，Ｂを最適距離と設定することが可能となりデッドスペースを最小とすることが可能となる。また薄板状の導体表面に絶縁被膜を設ける必要もなくなり従来の薄板状の導体で構成が可能となりコストアップもなくすることが可能となる。
【００５１】
この結果、安全規格に適合することができ、かつデッドスペースを最小とした小型かつ高耐圧で安価な薄型トランスを実現することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における薄型トランスの多層積層コイルの断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における薄型トランスの多層積層コイルの１次巻線と２次巻線間の距離を示す要部の断面拡大図
（ｂ）同実施の形態における絶縁距離と耐電圧の関係を示す特性図
【図３】本発明の実施の形態２における薄型トランスの多層積層コイルの断面図
【図４】本発明の実施の形態３における薄型トランスの多層積層コイルの断面図
【図５】本発明の実施の形態３における薄型トランスの分解斜視図
【図６】本発明の実施の形態３における薄型トランスの斜視図
【図７】従来の薄型トランスの多層積層コイルの断面図
【符号の説明】
１１次巻線
２２次巻線
３絶縁紙
４端子部
５接続部
６コイルベース
７絶縁樹脂
８モールドコイル
９磁心
Ａ１次巻線引出し端子〜２次巻線間距離
Ｂ１次〜２次巻線間距離

Claims

１次巻線と２次巻線とをシーと状の絶縁物を介して交互に積層した多層積層コイルからなる薄型トランスであって、前記１次巻線または前記２次巻線とその引出し端子との間の距離をＡとし、前記１次巻線と前記２次巻線との間の前記絶縁物を回り込んでの距離をＢとしたとき、Ａ＞Ｂの関係を満たすように構成したことを特徴とする薄型トランス。
基礎絶縁の安全規格に適合させる際に、４．２ｍｍ≧Ａ≧２．８ｍｍ、１．５ｍｍ≧Ｂ≧０．７ｍｍの関係を満たすように構成したことを特徴とする請求項１記載の薄型トランス。
Ａ≧Ｂ×３の関係を満たすように構成したことを特徴とする請求項１記載の薄型トランス。
強化絶縁の安全規格に適合させる際に、６．４ｍｍ≧Ａ≧４．３ｍｍ、６．４ｍｍ≧Ｂ≧１．２ｍｍの関係を満たすように構成したことを特徴とする請求項１記載の薄型トランス。
１次または２次巻線少なくともどちらか一方の巻線を薄板状の導体で形成した請求項１〜４のいずれか一つに記載の薄型トランス。
多層積層コイル全体を絶縁樹脂で封止した請求項１〜５のいずれか一つに記載の薄型トランス。
絶縁樹脂で注型封止した請求項１〜６のいずれか一つに記載の薄型トランス。
１次または２次巻線少なくともどちらか一方の巻線を絶縁被膜付きの電線とした請求項１〜７のいずれか一つに記載の薄型トランス。
電線を平角電線とした請求項１〜８のいずれか一つに記載の薄型トランス。
電線を丸電線とした請求項１〜９のいずれか一つに記載の薄型トランス。
絶縁樹脂でモールド成型して封止した請求項１〜６、８〜１０のいずれか一つに記載の薄型トランス。
モールド成型する絶縁樹脂を熱可塑性の樹脂とした請求項１に記載の薄型トランス。
熱可塑性の絶縁樹脂材料を芳香族ポリエステル樹脂からなる液晶ポリマー（ＬＣＰ）とした請求項１２に記載の薄型トランス。