JP4165034B2

JP4165034B2 - トランス

Info

Publication number: JP4165034B2
Application number: JP2001143924A
Authority: JP
Inventors: 浩臼井
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2021-05-14
Also published as: JP2002343650A; US20020167388A1; US6741155B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランスに関し、特に１次側巻線と２次側巻線との絶縁及び沿面距離を確保することが容易な構造のトランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
トランスは、多くの電子機器に組み込まれる。
従来のトランスを図８に示す。
かかるトランス４１は、コア４２、４３と、ボビン４４と、巻線４５と、絶縁紙４６と、を備えて構成されている。
このトランス４１は、例えば、フライバック方式のスイッチングレギュレータに用いられる。
【０００３】
コア４２，４３は、図９に示すようなＥＥ字形状のコアである。
尚、ＥＥ字形状のコアの代わりに、ＥＩ字形状のコア等を用いることもできる。
コア４２、４３には、珪素鋼板、アモルファス、フェライト、ダスト等、種々の材料が用いられる。
【０００４】
ボビン４４は、図１０に示すような形状を有し、導電性の足４４ａがセットされて樹脂で成形することにより、形成される。
巻線４５は、ポリエステルやエナメルなどで被覆された導線からなる。
【０００５】
このトランス４１は、ボビン４４に巻線４５を巻き、ボビン４４をコア４２，４３に組み込むことにより形成される。
【０００６】
トランスには、このようなものだけでなく、小型化した薄型トランスもある。この薄型トランスは、一般にシートトランスと称されるものであり、そのコア５１、５２を図１１に示す。
中足５１ａ、５２ａは、閉じた磁路を形成するための磁脚である。
【０００７】
薄膜トランスの巻線は、図１２に示すように、プリント基板５３に銅線５３ａがプリント配線されることにより、形成される。
プリント基板５３には、コア５１，５２の中足５１ａ、５２ａを通すための孔５３ｂが形成される。
【０００８】
このプリント基板５３がコア５１，５２に実装されて薄膜トランスが形成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トランスには、各国の安全規格があり、１次側巻線と２次側巻線との間を、この安全規格に従って絶縁する必要がある。
【００１０】
国際規格としては、例えば事務機器等に適用されるＩＥＣ９５０等がある。
このＩＥＣ９５０では、使用する電圧に応じて１次側巻線と２次側巻線との間に配置された絶縁物の厚さを、決められた厚さにするように規定されている。
【００１１】
また、このＩＥＣ９５０では、絶縁物の厚さだけでなく、沿面距離あるいは空間距離を所定の値にするように規定されている。
フライバック方式のトランスの場合、図１３に示すように、１次側巻線４５ｐをボビン４４に巻き、その上に絶縁紙４６を巻く。
【００１２】
巻く回数は３回以上である。これは、安全規格の要求を満たすためである。
即ち、安全規格では、絶縁物に、規定の電圧で絶縁破壊を起こさない材質のものであって変形しないものを用い、絶縁物の厚さを０．４ｍｍ以上にすること、もしくは、厚さを規定するのではなく、２層にして規定の電圧で絶縁破壊を起こさない材質のものを、３層以上にするという決まりがあるからである。図１３の例では、絶縁物として５０μｍ程度のポリエステルテープを３層巻きにすることによってこれに対応している。
その上に、２次側巻線４５ｓを巻き、絶縁紙４６を少なくとも３回巻いてから、さらに、その上に、１次側巻線４５ｐを巻く。
【００１３】
制御電源の電圧をこのトランス４１からとる場合、その上に、制御回路用の巻線４５ｃを巻く。
尚、トランス４１をフライバック方式のスイッチングレギュレータに用いた場合の配線図を図１４に示す。巻線４５の巻き方向は、この配線図に従って設定される。
【００１４】
このトランス４１では、１次側巻線４５ｐと２次側巻線４５ｓとの沿面距離を確保するため、各層にバリアテープ４７が配置される。バリアテープ４７の幅は、１次側巻線４５ｐと２次側巻線４５ｓとの間で安全規格上、必要とされる距離を確保できる幅とされる。
【００１５】
ＩＥＣ９５０の場合、１次側と２次側との間の実効値電圧が４００Ｖrms以下であるとすると、１次側と２次側との沿面距離を８ｍｍ以上にするように規定されている。従って、各層にバリアテープ４７を配置した場合、バリアテープ４７の幅を４ｍｍ以上にする必要がある。
尚、１次側及び２次側の層のうち、いずれか一方に、８ｍｍ以上のバリアテープ４７を施してもよい。
【００１６】
薄型トランスの場合、１次側巻線と２次側巻線とを同じプリント基板に形成すると、１次側巻線と２次側巻線との間を絶縁紙で絶縁することはできず、図８に示すようなトランス４１に比べて絶縁性は劣る。
【００１７】
１次側巻線と２次側巻線とを異なるプリント基板に形成した場合は、プリント基板間に絶縁紙の厚さを確保することはできるが、１次側巻線と２次側巻線との間の沿面距離を確保することはできない。
従って、薄型トランスの場合、安全規格をクリアすることは難しく、絶縁性がそれほど要求されない４８Ｖ以下のＤＣ−ＤＣコンバータ等の電源にしか、この薄型トランスを用いることができず、薄型トランスの用途は限られてしまう。
【００１８】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、１次側巻線と２次側巻線との間の絶縁及び沿面距離を、構造上、確保することが容易なトランスを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るトランスは、磁路を形成するための独立した第１コア、第２コアおよび第３コアと、
穴を設け、該穴の周囲に螺旋状に配線された１次側巻線を有する第１の１次側基板及び第２の１次側基板と、
穴を設け、該穴の周囲に螺旋状に配線された２次側巻線を有する２次側基板と、
前記１次側巻線と前記２次側巻線との間を安全規格に従って絶縁する絶縁物と、を備え、
前記第１コア、前記第２コアは、それぞれ、磁脚を有するコアであり、
前記第３コアを前記第２次側基板の前記穴に配置して該第３コア及び前記２次側巻線が前記絶縁物で包まれるように前記２次側基板を前記絶縁物で包み、その後、前記第１の１次側基板及び前記第２の１次側基板の前記穴と前記２次側基板の前記穴とが重なるように前記第１の１次側基板及び前記第２の１次側基板と前記２次側基板とを重ね、前記第１の１次側基板の前記穴に、前記第１コアの磁脚を通し、前記第２の１次側基板の前記穴に、前記第２コアの磁脚を通して、重ねられた前記第１の１次側基板及び前記第２の１次側基板と前記２次側基板とを、前記第１コア及び前記第２コアで挟み込んだ構成としたものである。
尚、前記絶縁物によって包まれた前記一方の巻線は前記コアの磁脚の外径よりも大きな輪となって巻かれ、前記他方の巻線は前記コアの磁脚の周りを周回するように巻かれるように構成されている。
このような構成によれば、１次側巻線と２次側巻線との間の絶縁及び沿面距離を確保しやすくなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るトランスを図面を参照して説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態は、コアを３つに分け、コアの一部である中足コアを２次側基板の孔に配置して、この２次側基板を中足コアとともに絶縁紙で包むようにして、１次側巻線と２次側巻線との絶縁及び沿面距離を確保するようにしたものである。
【００２３】
第１の実施の形態に係るトランスを図１に示す。
第１の実施の形態に係るトランス１は、コア１１、１２と、中足コア１３と、２次側基板１４と、１次側基板１５、１６と、絶縁紙１７と、を備えて構成されている。
【００２４】
第１の実施の形態に係るトランス１に用いるコアの構成を図２に示す。
コアは、コア１１，１２、中足コア１３の３つに分離されている。
コア１１，１２は、ともにＥ字形状のコアである。
中足コア１３は、円柱形のコアである。
この３つのコアによって閉じた磁路が形成されるようになっている。
尚、コア１１，１２、中足コア１３には、珪素鋼板、アモルファス、フェライト、ダスト等、種々の材料のものが用いられる。
【００２５】
次に、２次側基板１４の構成を図３に示す。
正面図である図３（ａ）、断面図である図３（ｂ）に示すように、２次側基板１４には、孔１４ａを設ける。２次側基板１４に設けた孔１４ａは、中足コア１３を配置するのに用いられる。
【００２６】
この２次側基板１４に、巻線１４ｂを形成する。巻線１４ｂは、銅パターンが２次側基板１４の孔１４ａの周囲に、螺旋状に周回するようにプリント配線されて形成される。
【００２７】
巻線１４ｂは、２次側基板１４の表面と裏面とに形成される。
表面には、配線用の端子１４ｃが形成され、巻線１４ｂは、この端子１４ｃまで延びている。
【００２８】
また、孔１４ａの近傍には、２次側基板１４の表面から裏面にかけて導通をとるための端子１４ｅが形成され、裏面には、配線用の端子１４ｄが形成されている。巻線１４ｂは、この端子１４ｅで２次側基板１４の中を通り、端子１４ｄまで延びている。
尚、１次側基板１５、１６も同様に構成されている。
【００２９】
絶縁紙１７は、例えば、紙、マイカ、ポリエステル、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）、ポリイミド等の材料で形成されている。
絶縁紙１７は、１次側巻線と２次側巻線との間を絶縁するとともに、１次側巻線と２次側巻線との沿面距離を確保するためのものであり、安全規格の要求を満たすため、例えば、３枚重ねとなっている。
【００３０】
次に、このトランス１の組み立て方について説明する。
まず、図４に示すように、中足コア１３を２次側基板１４の孔１４ａに配置し、絶縁紙１７を３重に巻いて、この２次側基板１４及び中足コア１３を、絶縁紙１７で包み込む。
【００３１】
この絶縁紙１７によって包まれた２次側基板１４及び中足コア１３をコア１１，１２に実装する。
その実装方法を図５に示す。
１次側基板１５、１６を、絶縁紙１７によって包まれた２次側基板１４及び中足コア１３に重ねる。
【００３２】
そして、２次側基板１４及び中足コア１３を、絶縁紙１７を介して、コア１１の中足１１ａ及びコア１２の中足１２ａで挟み込む。
このようにしてトランス１が形成される。
【００３３】
このようにして組み立てられたトランス１において、３重に巻いた絶縁紙１７によって、１次側巻線と２次側巻線との間の絶縁耐圧が確保され、沿面距離も確保される。
【００３４】
磁路は、コア１１，１２と、中足コア１３と、によって形成される。
また、中足コア１３が絶縁紙１７を介してコア１１、１２に挟み込まれているため、ギャップが微少となり、絶縁紙１７が微少ギャップにもなっている。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、２次側基板１４が中足コア１３とともに絶縁紙１７によって包み込まれているので、絶縁耐圧、沿面距離を確保しなすくなり、従って、安全規格を取得することもできる。
【００３６】
絶縁耐圧、沿面距離を確保することができれば、４８Ｖ以下の電圧のＤＣ−ＤＣコンバータ等の電源だけでなく、安全規格が厳しく要求される用途にも、このトランス１を用いることができ、例えば、フライバック方式のスイッチングレギュレータにも用いることができる。
また、中足コア１３が絶縁紙１７を介してコア１１、１２に挟み込まれているので、微少ギャップを形成することができる。
【００３７】
また、２次側基板１４，１次側基板１５、１６に、それぞれ巻線をプリント配線して２次側基板１４，１次側基板１５、１６をコア１１，１２に実装するようにしたので、トランス１を薄型にして容易に作ることもできる。
薄型トランスで作り方も容易であれば、量産性にも優れ、コストの削減も可能となる。
【００３８】
尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものではない。
例えば、１次側基板及び２次側基板には、片面が多層化された多層基板を用いることができる。
【００３９】
２次側基板だけでなく、１次側基板も別の絶縁紙で包み込んで２次側基板に重ね、絶縁紙で包み込まれた２次側基板、１次側基板をコアの磁脚で挟み込むようにすることもできる。
【００４０】
絶縁紙で２次側基板及び中足コアを３重に巻くかわりに、２次側基板及び中足コアを、絶縁紙を３重にした袋で包み込むようにすることもできる。
１次側基板と２次側基板とを入れ替えることもできる。
【００４１】
１次側巻線、２次側巻線を、それぞれ１次側基板、２次側基板にプリント配線しなくても、丸い導線を用い、導線を基板に配線して固定することもできるし、基板を用いずに巻線を輪にしてトランス１を形成することもできる。
【００４２】
次に、第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、トランスの中足コアを用いないようにしたものである。
第２の実施の形態に係るトランス１の構成を図６に示す。
第２の実施の形態に係るトランス１では、中足コアを用いないで、コア１１，１２に２次側基板１４，１次側基板１５、１６、絶縁紙１７を実装する。
中足コアを用いないため、２次側基板１４には、孔を設けなくてもよい。
尚、図１と同一要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００４３】
例えば、大きなギャップを必要とする場合には、中足コアを用いないようにする。中足コアがなければ、コア１１の中足１１ａとコア１２の中足１２ａとの間のギャップは大きくなる。
【００４４】
次に、第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態は、トランスを電源の基板に実装するようにしたものである。
第３の実施の形態に係るトランスの構成を図７に示す。
電源３０は、例えば、ＩＣ３１、ＦＥＴ（電界効果形トランジスタ）３２、コンデンサ３３、抵抗３４、電解コンデンサ３５等によって構成されている。
【００４５】
プリント基板３６は、これらの部品を実装するための基板である。
プリント基板３６には、中足コア１３を配置するための孔３６ａと、トランス１の磁脚を通すための孔３６ｂと、を設ける。
２次側巻線は、孔３６ａの周囲に螺旋状にプリント配線される。
【００４６】
このようなプリント基板３６にトランス１を組み付ける。
トランス１を組み付けるには、まず、孔３６ａに中足コア１３を配置し、孔３６ｂを用いてプリント基板３６を絶縁紙１７で巻く。巻き方は、第１の実施の形態と同様である。絶縁紙１７を巻いたら、１次側基板１５、１６を重ね、孔３６ｂにコア１１，１２の磁脚を通す。
このようにしてトランス１をプリント基板３６に組み付ける。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、プリント基板３６にトランス１を実装するようにしたので、電源に用いられるプリント基板をトランス１の一部としてそのまま使うことができ、電源を小型化することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１次側巻線と２次側巻線との間の絶縁及び沿面距離を、構造上、確保しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るトランスの構成を示す断面図である。
【図２】図１のトランスに用いるコアを示す斜視図である。
【図３】図１の２次側基板の構成を示す図である。
【図４】図１の基板及び中足コア実装方法を示す説明図である。
【図５】図１のトランスの組み立て方を示す組み立て図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るトランスの構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るトランスの構成を示す断面図である。
【図８】従来のトランスを示す斜視図である。
【図９】従来のトランスに用いられるコアを示す斜視図である。
【図１０】従来のトランスに用いられるボビンを示す斜視図である。
【図１１】従来の薄型トランスに用いられるコアを示す斜視図である。
【図１２】従来の薄型トランスに用いられるプリント基板を示す斜視図である。
【図１３】図１０のボビンに巻線が巻かれた状態を示す断面図である。
【図１４】従来のフライバック方式のスイッチングレギュレータに用いられるトランスの配線を示す回路図である。
【符号の説明】
１トランス
１１、１２コア
１３中足コア
１４２次側基板
１５，１６１次側基板
１７絶縁紙

Claims

磁路を形成するための独立した第１コア、第２コアおよび第３コアと、
穴を設け、該穴の周囲に螺旋状に配線された１次側巻線を有する第１の１次側基板及び第２の１次側基板と、
穴を設け、該穴の周囲に螺旋状に配線された２次側巻線を有する２次側基板と、
前記１次側巻線と前記２次側巻線との間を安全規格に従って絶縁する絶縁物と、を備え、
前記第１コア、前記第２コアは、それぞれ、磁脚を有するコアであり、
前記第３コアを前記２次側基板の前記穴に配置して該第３コア及び前記２次側巻線が前記絶縁物で包まれるように前記２次側基板を前記絶縁物で包み、その後、前記第１の１次側基板及び前記第２の１次側基板の前記穴と前記２次側基板の前記穴とが重なるように前記第１の１次側基板及び前記第２の１次側基板と前記２次側基板とを重ね、前記第１の１次側基板の前記穴に、前記第１コアの磁脚を通し、前記第２の１次側基板の前記穴に、前記第２コアの磁脚を通して、重ねられた前記第１の１次側基板及び前記第２の１次側基板と前記２次側基板とを、前記第１コア及び前記第２コアで挟み込んだ構成としたことを特徴とするトランス。