JP4457604B2

JP4457604B2 - トランス

Info

Publication number: JP4457604B2
Application number: JP2003291617A
Authority: JP
Inventors: 智之中野; 宏小笠原; 瑞人井田; 芳春中村; 和彦絹谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2023-08-11
Also published as: JP2004104109A

Description

本発明は、高圧放電灯の始動装置などで必要とされる高圧のパルス電圧を発生するためのトランスに関する。

この種のトランスは、特許文献１や特許文献２で示されるように、棒状のフェライトコアへ直接巻き付けられた内側の巻線と、この内側巻線の上に巻き付けられた外側の巻線とを、絶縁シールドで包囲した構成を採用している。絶縁シールドはこれらの巻線と共に、外部回路との接続端子を一体に保持する形で樹脂により成形されるものであり、樹脂成型の前に、内側巻線や外側巻線をそれぞれ接続端子となる端子片へ予め電気接続することが必要とされる。内側巻線は、例えば１００〜２００ターンの回数でフェライトコアに巻き付けられてトランスの１次巻線を構成し、外側巻線は４〜５ターンの２次巻線とされることで、内側巻線の両端間に高電圧を発生させる。
特開２００２−２１７０５０号公報特開２００２−９３６３５号公報

このトランスでは、内側巻線の巻回数を多くしながらも、小型化となるように、内側巻線には平角線が使用されているが、平角線自体は強度が弱いため、フェライトコアに巻き付けた状態から容易に解けてしまうことがあり、そのため端子片との電気接続作業が困難となるだけでなく、トランスの電気特性にばらつきが生じるという恐れがあった。

本発明はこれらの不都合に鑑みて創案されたものであり、主な目的とするところは、製造が簡単で電気特性が安定した小型のトランスを提供することである。

本発明に係るトランスは、棒状のフェライトコアと、上記フェライトコアの周囲へ直接に巻回した内側巻線と、内側巻線の周囲に巻回された外側巻線とを備える。内側巻線は長方形断面を有する絶縁されたフラット線であり、長方形断面の長さがフェライトコアの軸と直交する形でフェライトコアの周囲に密に巻き付けられる。本発明の特徴は、内側巻線の端部を上記のフェライトコアの周りに固定するための固定具がフェライトコアに取り付けられたことであり、このため、内側巻線の巻解けが確実に防止でき、対応する端子片への電気接続が容易であり、且つ安定した電気特性を与えることができる。

固定具は絶縁樹脂製のキャップであることが好ましい。この固定具はフェライトコアの端面よりも大きな開口を有し、開口周縁からこの開口内へ突出する複数の突起がフェライトコアの端部周面に当接することで、キャップをフェライトコアに固定することができるものであり、ワンタッチで容易にフェライトコアへ装着できる利点がある。

また、このキャップは弾性を備えた平板状に成形され、上記開口の周縁部に、キャップの弾性変形により開口の大きさを可変とするスリットを形成することが望ましい。これにより、キャップに大きな弾性変形能が与えられて、フェライトコアへの取り付けが簡単に行える。更には、キャップに、外側巻線の端部を保持する切り欠きが形成された場合は、外側巻線の巻解けも一つのキャップによって防止できる。
本発明のトランスは、内側巻線、外側巻線、及びフェライトコアを包囲する絶縁シールドを備える。上記のキャップは、絶縁シールド内に埋め込まれるように設計することで、絶縁シールドを形作る成型金型内でのフェライトコアの位置決めに利用することができ、高い精度で絶縁シールドを内側、外側巻線の周りに形成することができ、トランスの電気特性の信頼性が向上できる。

固定具は、フェライトコアの両端へ嵌合する一対のキャップと、両キャップを結合する連結アームとで構成されことが好ましく、この場合は、フェライトコアの軸方向の両端に位置する両キャップの間で内側巻線を挟み込むことで、巻始端部と巻終端部の両方がフェライトコアの周囲の定位置に保持される。

フェライトコアとしては、断面が２つの平行な直線と、２つの弧状曲線とで囲まれた形状であることが好ましく、上記の連結アームは上記の弧状曲線部分の外側で、フェライトコアの軸方向に沿って延びるようにすれば、平行な直線間で規定するトランスの高さに関して、薄型化が可能となる。また、連結アームに外側巻線の巻き付け方向を規定するガイド溝を付与することで、外側巻線の巻付けを容易とすることができる。更に、連結アームに外側巻線の端部を保持する切り欠きを設けておけば、絶縁シールドの成型前での外側巻線の巻解けが防止できる。

更に、上記連結アームに、上記の内側巻線や外側巻線の何れかの端部を巻き付けて保持する端子片を形成すれば、外部回路との接続端子を連結アーム上で巻線と容易に接続することができる。

上記の固定具は、フェライトコアの端部に形成した溝に嵌め込まれてフェライトコアに取り付けることができ、内側巻線の端部を保持する端子を備えることが好ましい。また、固定具を磁性材料や導電材料で形成することも好ましい。

また、固定具を、内側巻線の端部を保持する保持部と、フェライトコアとこの上に巻き付けられる内側巻線との間に挟み込まれる脚片とで構成することも可能である。この場合は、フェライトコアの端部に形成した凹所へ上記の脚片が収められる。

更に、内側巻線を受ける脚片の上面を傾斜面として、脚片が取り付けられるフェライトコアの軸方向の一端から中央に向かうにつれて、フェライトコア外面からの半径方向の長さが次第に大きくなるようにすれば、内側巻線によって固定具がフェライトコアへ強固に固定され、絶縁シールドの成型時に、固定具をフェライトコアから軸方向の外側へ押し出すような外力が加わっても、固定具を確実にフェライトコア上に保持することができる。

また、固定具にはフェライトコアの外周から引き出された内側巻線を保持する端子を設けることが可能である。この場合、固定具を電気絶縁体で形成し、上記の端子がフェライトコアと絶縁した状態で固定具に備えられる。

上記固定具としては、更に、複数の脚片を備えたものが好ましく、これらの脚片がフェライトコアの端部外周の複数箇所で内側巻線との間で挟み込まれる。

内側巻線の端部をフェライトコアに固定するための別の手段として、フェライトコアの軸方向端部に切り欠きを形成するようにしても良い。この切り欠きはフェライトコアの軸方向端部との間にフランジを形成し、切り欠き内に巻き付けられる内側巻線の端部がフランジに押し付けられることで、内側巻線の端部がフェライトコアの周りに固定される。この場合、切り欠きの底面がフェライトコアの軸方向に沿ってフェライトコアの中央から端面から行くに従って深くされて、切り欠き近傍での内側巻線の外周に現れる段差を最小とすることが望ましい。

本発明のトランスでは、内側巻線の端部を上記のフェライトコアの周りに固定するための固定具がフェライトコアに取り付けられているため、内側巻線の巻解けが確実に防止でき、対応する端子片への電気接続が容易であり、且つ安定した電気特性を与えることができるという効果を奏することができる。

本発明に係るトランスは、自動車の前照灯として使用される放電ランプに始動電圧を与えるために使用されるパルストランスに最適なものとして設計されたものであり、図１に示すように、フェライトコア１０の周囲に内外２本の巻線３０、４０を巻き付けたコイルブロック２０を、図１に示すような絶縁シールド５０で被覆して構成される。

内側の巻線３０は、リボン導体の周囲をポリイミド樹脂のような絶縁被覆で囲んだいわゆる平角線であり、棒状のフェライトコア１０の周囲に直接、エッジワイズに巻き回される、すなわち、図３や図４に示すように、断面の長さをフェライトコア１０の軸と交差させるようにしてフェライトコア１０の外周へ、例えば、２００ターンで密に巻き付けられ、トランスの２次巻線として、その両端に高電圧を発生させる。

外側の巻線４０は、通常の丸形導体４１の周囲を、フッ素樹脂のような絶縁被覆４２で被覆して構成され、内側の巻線３０の上に、例えば、５ターンで巻き付けられ、トランスの１次巻線として、例えば、８００Ｖ程度の電圧が加えられることで、２次巻線の両端に１０〜２０ｋＶの高電圧を発生させる。

絶縁シールド５０は、フィラーが混入された不飽和ポリエステルのような熱硬化性樹脂の射出成形により、コイルブロック２０を包囲するものであり、内側巻線３０と外側巻線４０の両端に接続される出力端子、入力端子が同時成形により絶縁シールド５０に保持される。

図２〜図４に示すように、外側の巻線４０は、巻始端部４６と巻終端部４７との間が互いの絶縁被覆４２同士の間隔を広げ、隣り合う巻線間にギャップ４８を形成する形で、内側の巻線３０の外周に巻き付けられる。フェライトコア１０の軸方向に沿ったギャップ４８の長さＬは、１０μｍ以上と設定される。このギャップ４８の存在により、絶縁シールド５０の射出成形時には、樹脂が外側巻線４０と内側巻線３０との間の隙間にうまく流れ込むことができ、両巻線３０、４０の間に、トランスの動作特性上に不都合となる空隙を残すことがなく、安定した動作特性を保証できる。絶縁シールド５０を成型するまでに、外側巻線４０を内側巻線３０の外周へ巻き付けられた状態に保持するために、接着材や粘着材が塗布されたテープ６０を介して外側巻線４０が内側巻線３０へ巻き付けられている。

巻始端部４６や巻終端部４７は、それぞれ互いの絶縁被覆４２同士を１〜２ターン程度密に巻き付けて、巻解けを抑制しているが、少ないターン数であれば、巻始端部や巻終端部における外側巻線４０と内側巻線３０との間に、中央に設けたギャップ４８から樹脂が回り込んで、空間を確実に樹脂で埋めることができる。外側巻線４０の絶縁被覆４２として自己融着性を有するフッ素樹脂で形成すれば、密に巻き付けることで、巻始端や巻終端での巻解けが防止できる。尚、巻始端部や巻終端部においても、隣り合う巻線の間にギャップ４８を設けるようにしてもよい。上記のテープ６０に代えて、熱融着材を内側巻線の周囲に塗布して、加熱雰囲気で外側巻線をこの上に巻き付けるようにしても良い。この他、内側巻線３０と外側巻線４０の内の少なくとも何れか一方の絶縁被覆を、熱融着性を発揮する材料で形成して、絶縁シールド５０の成型前に、外側巻線を内側巻線の周囲に保持するようにすることも可能である。

図５及び図６に示すように、絶縁シールド５０は、コイルブロック２０を導体フレーム７０に保持した状態で、コイルブロック２０を被覆する形で射出成形されるものであり、導体フレーム７０に形成した出力端子７１、７２、入力端子７３、７４が一部を絶縁シールド５０に埋め込まれ、最後に導体フレーム７０から切り離される。各端子７１〜７４には、それぞれ内側巻線３０、外側巻線４０の両端が接続される保持部が備えられる。

図１及び図７に示すように、内側巻線３０の巻解けを防止する固定具としては、フェライトコア１０の軸方向端部に被着するキャップ９０が使用され、このキャップ９０によって内側巻線３０の巻解けを抑制する。このキャップ９０は、絶縁樹脂製の板にフェライトコア１０の断面に相当する開口９２を形成したものであり、開口９２の内周縁に突出する突起９３を、図８に示すように、フェライトコア１０の外周へ当接させることで、キャップ９０がフェライトコア１０に保持され、開口９２の周縁部で内側巻線３０を軸方向の中央へ押しつけることで、内側巻線３０の巻解けを防止する。このキャップ９０は矩形に成形され、絶縁シールド５０を形作る金型の内径寸法に合致しており、このキャップ９０により金型内でのコイルブロック２０の位置決めが行え、精度良くコイルブロックを絶縁シールド５０で被覆することができる。図では、フェライトコア１０の軸方向の一端にキャップ９０を使用した例を示しているが、キャップ９０はフェライトコア１０の軸方向の両端に使用できる。また、図９に示すように、開口９２へのフェライトコア１０の嵌め込みを容易とするために、キャップ９０にスリット９４を設けることもできる。更に、同図に示すように、外側巻線４０の端部を保持する切り欠き９６を設けることで、外側巻線の巻解けを抑止することができる。

図１０は、内側巻線３０の端部を保持する固定具の他の例を示し、フェライトコア１０の軸方向の両端部へそれぞれ被着される一対のキャップ９０Ａとこれらを結合する連結アーム９７とで構成され、各キャップ９０Ａで内側巻線３０の端部を押さえつけることで、巻解けを防止している。更に、連結アーム９７により、内側巻線３０と外側巻線４０との間に絶縁シールド５０の成型時の樹脂の流れを保証するギャップを形成するようになっている。また、連結アーム９７に形成したガイド溝９８にて外側巻線４０の巻付け方向が容易に決定できる。キャップ９０Ａと連結アーム９７とは絶縁性合成樹脂にて一体に成形される。

図１１〜図１３は、同様の固定具の種々の変更態様を示すもので、フェライトコアの両端部に被着される一対のキャップ９０Ａは、絶縁シールドの成型金型の内寸法に合する矩形に仕上げられ、キャップ９０Ａの連結アーム９７に外側巻線の端部を保持する切り欠き９６を形成したり、外側巻線の端部に接続されて入力端子を形成する金属片９９を埋入した構成を示す。図示していないが、連結アーム９７には内側巻線用の端子となる端子片を一体に成形することが可能である。その他、連結アームには内側巻線を保持するための切り欠きを設ける用にしても良い。

図１４や図１５は、固定具として、フェライトコア１０の端部に形成した溝１２へ係合するストッパ１００を使用した例を示す。ストッパ１００は、フェライトコア１０と同様の磁性材料である電磁軟鉄で形成され、両脚片１０１を溝１２へ係合させることでフェライトコア１０に取り付けられて、内側巻線３０の端部を押さえ付ける。このストッパ１００はフェライトコア１０と磁気結合してフェライトコア１０内を通る磁束の向きをフェライトコアの軸方向と直交する方向へ曲げることができて、外側巻線４０と内側巻線３０との間で鎖交する磁束を増加させて電気特性を向上させている。図１５のストッパ１００では、一方の脚片１０１に導電性の金属端子１０２を溶接しており、この金属端子１０２に内側巻線３０を固定するようになっている。この金属端子１０２は絶縁シールド５０外に露出して入力端子として使用されるか、或いは、絶縁シールドに保持される別の入力端子に接続される。ストッパは、フェライトコア１０の軸方向の両端部にそれぞれ取り付けられるものであり、合成樹脂で形成してもよい。このようにストッパ１００は、フェライトコア１０の軸方向に対して固定されるため、絶縁シールド５０の成型金型内で樹脂が軸方向に流れても、ストッパ１００は所定位置に保持されて、内側巻線３０の巻解けを確実に抑制する。

図１６及び図１７は本発明の参考例に係るトランスに使用されるコイルブロック２０を示すもので、フェライトコア１０の端部表面に配置した固定具１１０にて、内側巻線３０の巻解けを防止する。この固定具は内側巻線３０の端部を押さえ付ける保持部１１１と、保持部の一端から延出する脚片１１２とで構成され、脚片１１２の上から内側巻線３０を巻き付けることで、固定具１１０をフェライトコア１０の端部に固定すると同時に、内側巻線３０の端部が保持部１１１にて押さえつけられることで、内側巻線３０の端部がフェライトコア１０の端部の定位置に保持されて、巻解けが防止される。この固定具１１０は、フェライトコア軸方向の両端部に設けられる。

図１８及び図１９は、上記の固定具の変更態様を示す。この固定具１１０は、導電材料で成形されて端子片１１４を一体に形成している。この固定具は、フェライトコア１０の端部に設けた凹所１４へ脚片１１２を収めている。脚片１１２の厚さは、凹所１４の深さよりも僅かに大きくしており、図２０に示すように、内側巻線３０により確実にフェライトコア１０の外周へ押さえ付けられて固定されるようになっている。保持部１１１には、内側巻線３０の一端が電気接続されるＵ字フック１１３が設けられる。端子片１１４は絶縁シールド５０外に突出して入力端子となる。図１８に示す固定具１１０は、内側巻線３０の巻始端を保持するように、Ｕ字フック１１３の開口が下向きとなっているが、巻終端を固定するための固定具１１０は、図２１に示すように、Ｕ字フック１１３の開口が上向きとされる。この固定具１１０の場合も、端子片１１４が絶縁シールド５０外に突出して入力端子を形成する。

図２２〜図２４に示す変更態様では、固定具１１０の脚片１１２及び保持部１１１を絶縁性合成樹脂で一体成形し、ここに、導電性金属で形成したＵ字フック１１３と端子片１１４を支持している。脚片１１２及び保持部１１１を絶縁材料とすることで、高電圧が印加される内側巻線３０の両端間の絶縁距離をできるだけ大きくすることができる。また、脚片１１２は、図２４に示されるように、フェライトコア１０の軸方向の中央部に向けてフェライトコアの軸からの距離が次第に大きくなるような傾斜面とされており、この傾斜面に巻き付けられる内側巻線３０に対して楔作用が生じ、フェライトコア１０からの固定具１１０の抜けが防止できる。

図２５に示す変更態様では、固定具１１０に一対の脚片１１２を形成した例を示す。この場合、フェライトコア１０の端部には、対向する上下の平坦面と端面とに連続する凹所１４が形成され、固定具１１０における脚片１１２を含む合成樹脂で成形された部分の弾性変形能を利用して、上下の両面を挟み込む形で脚片１１２が凹所１４に納められる。このように、固定具１１０の弾性変形能を利用することで、固定具１１０が簡単に且つ確実にフェライトコア１０に保持することができ、内側巻線の巻解けが確実に防止できる。

図２６〜図３０に示す変更態様では、フェライトコア１０の軸方向の端部に形成した一対の切り欠き１６によって、内側巻線の端部をフェライトコアに保持して巻解けを抑制している。切り欠き１６は、軸方向端部における側面の円弧部にそれぞれ形成され、切り欠き１６とフェライトコア１０の軸方向端部との間にフランジ１８を形成している。また、図２７に示すように、切り欠き１６の底面は、フェライトコア１０の軸方向中央から端面に行くに従って、深くなっていて、切り欠き１６の周囲に内側巻線３０を巻き付け、フランジ１８に内側巻線３０の端部を押し付けることで、内側巻線の端部がフェライトコア１０に保持される。切り欠き１６の底面は、図２９に示すように、フェライトコアの端面から見て、直線となるようにしてもよく、また、図３０に示すように、円弧部に沿った弧状としても良い。後者の場合は、切り欠き１６内に捕捉される内側巻線３０を円滑に巻き付けることができる。

尚、以上の実施例では、内側巻線３０の上に直接又は薄いフィルムを介して外側巻線を巻き付けたコイルブロックを開示したが、本発明は必ずしもこれのみに限定されるものではなく、図３１に示すように、絶縁スリーブ１２０の中に内側巻線３０全体を収め、絶縁スリーブ１２０の外周に外側巻線を巻き付けるようにしてもよい。この場合は、絶縁スリーブ１２０で内外の巻線間の絶縁を計ることができ、外側巻線の絶縁被覆として大きな耐圧性能が必要とされないものを使用できる。

本発明の参考例に係るトランスの内部構造を示す分解斜視図。同上のトランスの外観を示す斜視図。同上のトランスの断面図。同上のトランスの一部拡大断面図。同上のトランスの製造過程を示す斜視図。同上のトランスの製造過程を示す斜視図。同上のトランスに使用する固定具を示す分解斜視図。同上の固定具の取り付け状態を示す端面図。同上のトランスに使用される固定具の変更態様を示す分解斜視図。本発明の実施形態に係るトランスに使用される固定具を示す分解斜視図。本発明のトランスに使用される固定具の各種変更態様を示す斜視図。本発明のトランスに使用される固定具の各種変更態様を示す斜視図。本発明のトランスに使用される固定具の各種変更態様を示す斜視図。本発明の参考例のトランスに使用される固定具の更に他の変更態様を示す斜視図。同上のトランスに使用される固定具の更に他の変更態様を示す斜視図。本発明の第２の参考例に係るトランスに使用される固定具を示す分解斜視図。同上の固定具が取り付けられた状態を示す斜視図。同上のトランスに適用される他の固定具を示す斜視図。同上のトランスに適用される他の固定具を示す斜視図。同上の固定具の取り付け状態を示す断面図。同上に使用される他の固定具の斜視図。同上のトランスに適用される他の固定具を示す斜視図。同上のトランスに適用される他の固定具を示す斜視図。同上の固定具の取り付け状態を示す断面図。同上の固定具の変更態様を示す斜視図。同上のトランスに使用されるフェライトコアの一例を示す斜視図。同上のフェライトコアの部分平面図。同上のフェライトコアに巻線を巻き付けた状態を示す部分平面図。同上のフェライトコアの端面図。同上のフェライトコアの更に他の変更態様を示す端面図。本発明に適用可能なコイルブロックを示す斜視図。

符号の説明

１０フェライトコア
２０コイルブロック
３０内側巻線
４０外側巻線
９０、１００、１１０固定具

Claims

棒状のフェライトコアと、
上記フェライトコアの周囲へ直接に巻回した内側巻線と、
内側巻線の周囲に巻回された外側巻線とを備え、
上記内側巻線は長方形断面を有する絶縁されたフラット線であり、長方形断面の長さがフェライトコアの軸と直交する形でフェライトコアの周囲に密に巻き付けられ、
上記内側巻線の端部を上記のフェライトコアの周りに固定するための固定具がフェライトコアに取り付けられたトランスにおいて、
上記固定具は、フェライトコアの両端へ嵌合する一対のキャップと、両キャップを結合する連結アームとで構成され、両キャップの間で内側巻線が挟み込まれると共に連結アームの外側に外側巻線が巻回されて成ることを特徴とするトランス。
上記連結アームに、上記の外側巻線の巻き付け方向を規定するガイド溝が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のトランス。
上記連結アームに、上記の外側巻線の端部を保持する切り欠きが形成されたことを特徴とする請求項１に記載のトランス。
上記連結アームに、上記の外側巻線の端部を巻き付けて保持する端子片が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のトランス。