JP4318617B2

JP4318617B2 - トランス

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Publication number: JP4318617B2
Application number: JP2004282878A
Authority: JP
Inventors: 康浩原; 渉中堀
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2024-09-29
Also published as: JP2006100453A

Description

本発明は、二次コイルに銅板等の金属平板を用いたスイッチング電源等用のトランスに関する。

例えば車載用バッテリーの充電器に組み込まれるスイッチング電源等に用いられるトランスは、特許文献1に示すように、スパイラル状の導体をプリントした一次コイルの両側に銅板でなる二次コイルを重ね、これらのコイルにコアを組合わせて構成される。一次コイルの両側に重ねられる二次コイルは、それぞれ1ターンとなる一枚の平板の打抜きにより構成され、この２枚の二次コイルの各1端を結合して直列接続する。

実開平５−９０９２９号公報

車載用バッテリーを充電する充電器に組み込まれるスイッチング電源においては、従来より、１２Ｖのバッテリーが用いられ、その充電用に例えば直流出力電圧が１４Ｖのスイッチング電源が用いられてきた。しかし、線路における電力損失を軽減するため、例えば３６Ｖのように従来よりバッテリーの出力電圧を高くすることが望まれ、そのためにスイッチング電源として例えば４４Ｖのような高い出力電圧のものが望まれる。このような比較的高い直流出力電圧を得ようとすると、二次コイルの巻数が多いコイル構成となる。

しかしながら上記特許文献に記載の構成でより高い直流出力電圧のものを得ようとすると、二次コイルの枚数と二次コイルの接続箇所の数が増え、製造工程が煩雑となり、コスト高になるという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、製造工程が簡略化されるとともに、一次コイルと二次コイルの電磁気的結合がよい構造のトランスを提供することを目的とする。

本発明のトランスは、金属平板の打抜き、折り曲げ加工により作製される２ターンのコイル素体と1ターンのコイル素体とからなる３ターンの二次コイルを２つ備え、
前記２ターンのコイル素体は、Ｕ字形の折り返し部により一体に結合されかつ互いに間隔を有して形成された２つの環状部と、各環状部の各一端部に外方に延出して形成された端子部とを有し、
前記１ターンのコイル素体は環状部とその両端に外方に延出して形成された端子部とを有し、
前記２ターンのコイル素体の一方の平板状をなす端子部と、前記１ターンのコイル素体の一方の階段状折り曲げ部を介して形成された端子部とを結合して、前記１ターンの環状部と前記２ターンの環状部との間に、前記２ターンの各環状部間の空隙と等幅の空隙を形成した二次コイルを構成し、
前記２つの同一の二次コイルを上下に反転させ、前記２つの二次コイルの層順に沿って環状部間に絶縁シートを介在させて互いに重ね合わせ、
重ね合わせた同じ層順の環状部と、この環状部に隣接しかつ重なり合う他の層の環状部との間に空隙を形成し、
この各空隙に、それぞれスパイラル状のコイルを絶縁樹脂により覆った一次コイルを挿入し、
この一次コイルと前記２つの二次コイルの集合体にコアを組み合わせ、
前記コアの両側に窓を有し、一方の窓から２つの二次コイルのうちの一方の二次コイルの端子部を引き出し、他方の窓から他方の二次コイルの端子部を引き出したことを特徴とする。

本発明においては、２つの二次コイルを層順に沿って環状部が重なるように組合わせておき、重なりあった環状部間に一次コイルを横から挿入することにより一次コイルと二次コイルが組合わされるので、コイルの組立が容易になり、製造工程が簡略化される。また、分割された一次コイルが二次コイルの各層順の環状部間に挟持された構造で配置されるので、一次コイルと二次コイルとの電磁気的結合が良好となる。

また、前記２つの二次コイルが同じ構造を有するので、二次コイルは1種類のコイルだけを作製すればよく、製造設備が簡略化され、コスト削減が図れる。

また、前記二次コイルを、金属平板の打抜き、折り曲げ加工により作製された２ターンのコイル素体と、1ターンのコイル素体とを結合して構成したので、３ターンのコイルを折り曲げ成形する場合に比較して、折り曲げ工程が複雑化することなく、比較的容易に二次コイルを作製できる。

また、前記コアの両側に窓を有し、一方の窓から２つの二次コイルのうちの一方の二次コイルの端子部を引き出し、他方の窓から他方の二次コイルの端子部を引き出したので、一次コイルに比較してコイルの線幅の大きな二次コイルでも、その端子部や各層順間の結合部を比較的容易に配置することができる。

図１は本発明のトランスの適用例を示す回路図である。このトランス８は、例えば車載用バッテリーの充電器に組み込まれたスイッチング電源の一部を構成する。本発明のトランスは勿論スイッチング電源に限定されるものではなく、他の機器にも適用できる。図１において、１は一次コイル、２、３は３ターン以上の同じターン数の二次コイルで後述の実施の形態では３ターンのものについて示す。７は二次側出力端子、Ｄ１、Ｄ２はダイオードである。このトランス８を含む回路は、一次側に印加あるいは生じる交流電圧を降圧してダイオードＤ１、Ｄ２で整流することにより例えば４２Ｖ程度の直流電圧を得るものである。この例では中間タップ７がアースに接続される例を示しているが、中間タップ７を出力端子とし、ダイオードＤ１、Ｄ２のコイル２、３との接続部の反対側をアースに接続する構成等他の回路構成が採用される場合がある。

図２、図３はそれぞれ本発明によるトランスの一実施の形態を示す斜視図および側面図である。一次コイル１は、図４に示すように、２枚のプリントコイル１ａ、１ｂを、スペーサピン１ｃによりプリントコイル１ａ、１ｂどうしが所定の間隔を保つように組合わせたものである。

図５は各プリントコイル１ａ、１ｂの配線構造を示す。１２はガラスエポキシ基板等の絶縁基板であり、その表裏面にスパイラル状のコイル１３、１４を形成する。そしてその表裏面のコイル１３、１４をスルーホール導体１５により接続してなる。これらのコイル１３、１４は絶縁樹脂により覆われるが、図５ではこの絶縁樹脂の図示を省略している。また、これらのプリントコイル１ａ、１ｂは、それぞれ表面のコイル１３どうし、裏面のコイル１４どうしが端子１ｄ、１ｅによりそれぞれ並列に接続される。

前記二次コイル２、３は、それぞれ巻数が３ターンとなるように構成される。本実施の形態では、これらの二次コイル２、３は、同じ構造を有する。そしてこれらの二次コイル２、３は互いに反転させて組合わせられる。本実施の形態の二次コイル２、３は、図６、図７に示すように、２つのコイル素体４、５を結合用ねじ６によって結合して構成する。

一方のコイル素体４は１ターンを構成するもので、銅板等の金属平板を打ち抜いて折り曲げ成形したものである。このコイル素体４は、環状部４ａと、その一端から外方にＬ字形に延出させた引出し部４ｂとを有する。この引出し部４ｂの先端は階段状の折曲部４ｄを有し、この折曲部４ｄの先に環状部４ａと略平行をなす端子部４ｆが形成される。この端子部４ｆは端子孔４ｅを有する。

また、環状部４ａの他端には、外方に延出させた引出し部４ｃを有する。この引出し部４ｃには、階段状の折曲部４ｇを介してその先に環状部４ａと略平行をなす端子部４ｈを形成する。この端子部４ｈは端子孔４ｉを有し、かつこの端子孔４ｉと同心に、コイル素体５と結合するための雌ねじ４ｊを溶接やろう付け等により固着している。

他方のコイル素体５は２ターンを構成するもので、２つの環状部５ａ、５ｂを有する。このコイル素体５は、図８に示すように、銅板等の金属平板の打抜きと折り曲げ加工により作製される。すなわち、このコイル素体５は、２つの環状部５ａ、５ｂどうしを接続する連絡部５ｘの２つの箇所５ｍ、５ｎをＵ字形に折り返すことにより作製される。図６に示すように、この折り曲げにより、２つの環状部５ａ、５ｂから外方への引き出し部５ｆ、５ｈの先端間にＵ字形の折り曲げ部５ｇが一体に形成された構造を実現する。そして、環状部５ａ、５ｂは一定の間隔を有しかつ同心状に形成される。一方の環状部５ａの一端には、外方へ延出した引き出し部５ｃを有し、その先端に、端子孔５ｄを有する端子部５ｅが形成される。また、他方の環状部５ｂの他端には、外方への引出し部５ｉを有し、その先端に、前記コイル素体４との結合用の孔５ｊを有する端子部５ｋを形成する。

これらのコイル素体４、５は、図７に示すように結合される。すなわち、コイル素体５の結合用端子部５ｋとコイル素体４の端子部４ｈとを重ねる。そして、結合用ねじ６を端子部５ｋ、４ｈの各孔５ｊ、４ｉに通し、雌ねじ４ｊに螺合し、締結することにより、コイル素体４、５を同心状となるように結合する。このようにして結合した状態では、環状部５ａと５ｂ、５ｂと４ａの間隔は略等しく、それぞれ第1の空隙を形成する。

これらの一次コイル１と二次コイル２、３は、図３に示すように、一方のコイル２を他方のコイル３に対して上下に反転させて組合わせる。この組合わせは、２つの二次コイル２、３の上方から数えて1番目、２番目、３番目の層順となる環状部４ａと５ａ、５ｂと５ｂ、５ａと４ａとを、それぞれ環状の絶縁シート７ａ、７ｂ、７ｃを介在させて行なう。

このように二次コイル２、３を組合わせ、このようにして組合わせた二次コイル２、３に対し、一次コイル１を横方向から組合わせる。この組合わせは、図３の上方から数えて第１の層を重ね合わせた環状部４ａ、５ａと、第２の層を重ね合わせた環状部５ｂ、５ｂとの間の間隙である第２の空隙Ｇ１に一次コイル１のプリントコイル１ａを挿入し、第２の層を重ね合わせた環状部５ｂ、５ｂと第３の層を重ね合わせた環状部５ａ、４ａとの間の間隙である第２の空隙Ｇ２に一次コイル１のプリントコイル１ｂを横方向から同時に挿入して行なう。

このようにして同心状に組合わせた一次コイル１と二次コイル２、３に対し、コア９、１０を組合わせる。本実施の形態においては、これらのコア９、１０が共にＥ型である場合について示しているが、Ｅ型-Ｉ型コアの組合わせやＵ型-Ｕ形コアの組合わせでもよい。これらのコア９、１０組合わせは、コア９、１０の中央脚９ａ、１０ａ（図４参照）を二次コイル２、３の中央開口部に挿入し、側脚９ｂ、１０ｂをこれらのコイル１、２、３の側面部を覆うようにして組合わせる。そしてこれらのＥ型コア９、１０は外周にテープを巻くかあるいは互いに接着するかの少なくとも何れかを行なうことにより固定する。

なお、前記コア９、１０が電気絶縁性である場合には二次コイル２、３に対してコア９、１０が接するように組合わせてもよいが、電気絶縁性でない場合には、二次コイル２、３あるいはコア９、１０の片方または双方の二次コイル２、３とコア９、１０の少なくとも接触面に絶縁被覆を施すか、あるいは絶縁材をコア９、１０と二次コイル２、３との間に介在させて組合わせる。

本実施の形態において、種々の変形が可能である。例えば図９は前記一次コイル１と二次コイル２、３の中央開口部に円筒状のボビン１６を挿入してこのボビン１６に位置決め兼絶縁の役目を担わせた例を示している。

また、図１０は、前記二次コイル２、３を同じコイル素体４、５により構成すると共に、前記例と異なり、各コイル素体４、５の端子部４ｈ、５ｋの結合を溶接やろう付けにより固着した例（１７は固着部を示す。）である。この固着は、半田付けやかしめ付け等により行なってもよい。

このように、このトランスは、２つの二次コイル２、３を層順に沿って環状部が重なるように組合わせておき、重なりあった環状部間に一次コイル１を横から挿入することにより、一次コイル１と二次コイル２、３が組合わされるので、コイルの組立が容易になり、製造工程が簡略化される。特に本実施の形態のように、２枚のプリントコイル１ａ、１ｂが一体をなし、二次コイル２、３に対して一次コイル１が一度に組合わされる構成とすることによってより製造工程が簡略化される。

また、分割された一次コイル１が、二次コイル２、３の各層の環状部間に挟持された構造で配置されるので、一次コイル１と二次コイル２、３との電磁気的結合が良好となる。

また、本発明を実施する場合、２つの二次コイル２、３は異なる構造にしてもよいが、本実施の形態のように、前記２つの二次コイル２、３が同じ構造とすれば、二次コイル２、３は1種類のコイルだけを作製すればよく、製造設備が簡略化され、部品管理も容易となる。

また、前記二次コイル２、３をそれぞれ３ターン以上として構成する場合、それぞれのコイル２、３を１枚の打抜き板から折り曲げによって３ターンのコイルを形成することも考えられる。しかし、本実施の形態のように、折り曲げ加工される２ターンのコイル素体５と1ターンのコイル素体４とを結合して構成すれば、３ターンのコイルを折り曲げ成形する場合に比較して、折り曲げ工程が複雑化することなく、比較的容易に二次コイル２、３を作製できる。

また、本発明を実施する場合、二次コイル２、３の各端子部４ｆ、５ｅをコアの同じ側から引き出す構成としてもよいが、上記実施の形態のように、コア９、１０の両側の窓からそれぞれ端子部４ｆ、５ｅを引き出す構成とすることにより、一次コイル１に比較してコイルの線幅の大きな二次コイル２、３でも、その端子部や各層順間の結合部を比較的容易に配置することができる。

また、各二次コイルの一端の端子部５ｅ、５ｅをそれぞれ中間タップ７として用いる場合、このトランス８が搭載されるプリント基板やケースに設けられた中間タップ用の接続部が２つの分散される。このため、ねじ付けの場合には、プリント基板やケースの導体と端子部との接触面数が、２つの端子部を重ねる場合に比較して減り、接触抵抗による損失やそれに伴う発熱が減少する。

本発明のトランスを適用する回路の一例図である。本発明によるトランスの一実施の形態を示す斜視図である。本実施の形態のトランスの一次コイルと二次コイルとの組合わせ構造を示す側面図である。本実施の形態のトランスの分解斜視図である。本実施の形態の一次コイルのコイル配線構造を示す平面図である。本実施の形態の二次コイルの分解斜視図である。本実施の形態のトランスの斜視図である。本実施の形態の二次コイルを構成する２ターンのコイル素体を折り曲げ前の状態で示す斜視図である。本実施の形態において、コイルの中央開口部にボビンを挿入する変形例を示す斜視図である。本実施の形態の二次コイルの他の結合構造を示す斜視図である。

符号の説明

１:一次コイル、１ａ、１ｂ：プリントコイル、１ｃ：スペーサピン、１ｄ、１ｅ：端子、２、３：二次コイル、４、５：コイル素体、４ａ、５ａ、５ｂ：環状部、４ｈ、４ｆ、５ｅ、５ｋ：端子部、４ｊ：雌ねじ、６：結合用ねじ、７：中間タップ、８：トランス、９、１０:コア、１３、１４：コイル、１５：スルーホール導体、１６：ボビン、１７：固着部、Ｇ１、Ｇ２：第２の空隙

Claims

金属平板の打抜き、折り曲げ加工により作製される２ターンのコイル素体と1ターンのコイル素体とからなる３ターンの二次コイルを２つ備え、
前記２ターンのコイル素体は、Ｕ字形の折り返し部により一体に結合されかつ互いに間隔を有して形成された２つの環状部と、各環状部の各一端部に外方に延出して形成された端子部とを有し、
前記１ターンのコイル素体は環状部とその両端に外方に延出して形成された端子部とを有し、
前記２ターンのコイル素体の一方の平板状をなす端子部と、前記１ターンのコイル素体の一方の階段状折り曲げ部を介して形成された端子部とを結合して、前記１ターンの環状部と前記２ターンの環状部との間に、前記２ターンの各環状部間の空隙と等幅の空隙を形成した二次コイルを構成し、
前記２つの同一の二次コイルを上下に反転させ、前記２つの二次コイルの層順に沿って環状部間に絶縁シートを介在させて互いに重ね合わせ、
重ね合わせた同じ層順の環状部と、この環状部に隣接しかつ重なり合う他の層の環状部との間に空隙を形成し、
この各空隙に、それぞれスパイラル状のコイルを絶縁樹脂により覆った一次コイルを挿入し、
この一次コイルと前記２つの二次コイルの集合体にコアを組み合わせ、
前記コアの両側に窓を有し、一方の窓から２つの二次コイルのうちの一方の二次コイルの端子部を引き出し、他方の窓から他方の二次コイルの端子部を引き出したことを特徴とするトランス。