JP4503223B2 - 変圧器シ−ルド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気変圧器に関し、特に、電磁放射による干渉を低減させる変圧器の遮蔽（シールド）に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の重要な目的は、改善された電気変圧器および変圧器シールドを提供することである。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第１の電圧を第２の電圧に変換するための電気変圧器は、第１のコア部と第２のコア部とを有するコアを含む。電気変圧器装置は、上記第１のコア部を上記第２のコア部から電気的に遮蔽するためのシールド装置をさらに含んでいる。
【０００４】
本発明の別の態様において、本発明を具現化した変圧器は、増幅器あるいは電源等のスイッチング回路における構成要素である。
本発明のより詳細な態様において、電子装置用の電源は、ライン電力を入力するための入力端子と、上記ライン電力を整流することで整流した電力を生成するための整流器と、上記整流した電力を切り換えることでスイッチ整流電力を生成するためのスイッチング回路と、上記電圧を変更するための変圧器とを含む。変圧器は、第１のコア部と第２のコア部とを備えたコアと、上記第１のコア部を上記第２のコア部から電気的に遮蔽するための第１のシールド装置とを含む。
【０００５】
本発明の別の態様において、電子装置は、無線周波数信号を受信するためのアンテナと、上記無線周波数信号の同調をとるためのチューナと、電力を上記チューナに供給するためのスイッチング電源とを含む。スイッチング電源は、第１のコア部と、第２のコア部と、一次巻線と、二次巻線とを有する変圧器を含む。変圧器は、上記第１のコア部を上記第２のコア部から電気的に遮蔽するためのシールド装置をさらに含む。
【０００６】
本発明のさらに別の態様において、電気変圧器は、第１のコア部、第２のコア部、第１の巻線、第２の巻線とを有する。シールド装置は、上記第１のコア部を上記第２のコア部から遮蔽するように設計され、そのように構成されている。
【０００７】
他の特徴、目的および利点は、添付の図面を参照した、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【０００８】
ここで図面、特に図１を参照すると、本発明を組み込んだ変圧器アセンブリが示されている。変圧器アセンブリ１０は、２つの部分１２ａおよび１２ｂからなるコア１２を含む。一次巻線１４は第１のコア部１２ａの周りに巻かれ、二次巻線１６は第２のコア部１２ｂの周りに巻かれている。静電シールド２２は、一次巻線１４を二次巻線１６から電気的に絶縁し、また第１のコア部１２ａを第２のコア部１２ｂから電気的に絶縁する。静電シールド２２についてはより詳細に後述する。プラスチック・ボビン２４は、コア部１２ａおよび１２ｂを所定の位置に保持し、一次および二次巻線の形成を容易にし、他の装置へ電気的に接続するための接続ピンを供給し、そしてコア部１２ａおよび１２ｂのための機械的支持を提供するために備えられる。
【０００９】
ここで図２を参照すると、図１の変圧器アセンブリの分解図が示されている。第１のコア部１２ａおよび第２のコア部１２ｂは、高透磁率を有するフェライト等の物質からなる「Ｅ」形状および逆「Ｅ」形状のブロックである。コア部のための他の形状には、「Ｃ」および逆「Ｃ」形状、ハーフリングおよびその他多数の形状を含む。静電シールド２２は、第１のコア部と第２のコア部との間に介在するように形成されて配置され、さらに一次巻線と二次巻線との間に介在するように配置されてもよい。
【００１０】
図３を参照すると、静電シールド２２の一実施形態が示されている。静電シールド２２は、印刷回路基板材料の基板２６を含む。基板２６の一表面（以下、導電性表面と呼ぶ）は、銅等の導電性材料のパターン２８であり、接続トレース３２によって一端で電気的に接続される銅の平行トレース２９からなる櫛型パターンになっている。ドレイン線（ワイヤ）３０（または他のいくつかの導電性構成要素）は、導電性材料のパターンの接続トレース３２に電気的に接続され、容量性変位電流をそのソースへ流す回路部へ接続可能である。櫛型パターンに加えて、導電性材料の他のパターンを使用することができる。パターンの好ましい特性は、コア１２の磁場（磁界）に干渉しうる著しい渦電流を流す広範囲にわたるループを避けることである。図３に例示の一実施形態において、基板２６は厚みが０．２ｍｍで幅が４４．７ｍｍである。１４８本の銅の平行トレース２９があり、トレース幅は０．１５ｍｍで、０．１５ｍｍだけ離間されている。明瞭にするために、図３のトレースは一定の尺度で示されていないが、平行トレースの数およびトレースの寸法は上述した通りである。一実施形態において、静電シールドは、導電性表面が一次巻線および第１のコア部１２ａに面するように配置される。図３の実装は、導電性パターン２８が第１のコア部１２ａに電気的に接触して、第１のコア部１２ａ内に発生し得るあらゆる電流が、ドレイン線３０によって流れ出るように構成されて配置される。
【００１１】
図４を参照すると、静電シールド２２の第２の実装例の図２の線４−４に沿った断面が示されている。絶縁材料３４の薄層（厚み０．２ｍｍのポリエステル等）は、薄導電層３６（酸化インジウム・スズ等）で覆われている。表面導電率が単位面積当たり約２０Ωであり、コア１２の磁場に微小な効果を与える微小渦電流のみが導電層内に存在するように導電層の厚みおよび電気特性が選択される。導電層の寸法および電気特性は、ドレイン線３０に容量性変位電流を還流するのに十分な導電率があり、容量性変位電流がそれらのソースへ還流できるように、さらに選択される。
【００１２】
図５を参照すると、静電シールド２２の第３の実装例が示されている。図５のシールドは、単位面積当たり１０〜１００Ωの範囲の表面抵抗率を有する、略均一な導電性材料のシート３７である。ドレイン線３０に容量性変位電流を還流するのに十分な導電率があり、コア１２の磁場上の効果が微小になるようにシートの物理的および電気的な大きさが選択される。カーボン含浸ポリマーのシートでは、０．２ｍｍの厚みが適している。
【００１３】
図６を参照すると、本発明による、遮蔽された変圧器を組み込んだ電子装置のブロック図が示されている。オーディオ・システム４０は、電力の外部ソース（ＡＣ電源ライン等）に接続可能な電力プラグ４４から電力を受け取るスイッチング電源４２を含む。スイッチング電源４２は、ライン電力を可聴信号増幅および変換（transduction）回路４６のための電力に変換する。可聴信号増幅および変換回路４６は、オーディオ信号（可聴信号）プロッセッサ４８からのオーディオ信号を増幅し、音波に変換する。可聴信号プロッセッサ４８は、ＡＭ／ＦＭチューナ５０を含む複数のソースからの可聴信号を処理する。ＡＭ／ＦＭチューナ５０は、アンテナ５２から受信した無線信号を受信し、その同調をとる。
【００１４】
スイッチング電源４２は、第１の整流器５４と、本発明による変圧器１０に接続されたスイッチング回路５６とを含む。変圧器１０は、導電性パターン（図３の２８または図４の３６）が一次巻線１４と第１のコア部１２ａとに面する状態で、２つのコア部１２ａと１２ｂの間と、一次巻線１４と二次巻線１６の間に配置された静電シールド２２を含む。ドレイン線３０は、静電シールド２２の導電性パターン（図３の２８または図４の３６）をスイッチング回路５６に接続する。オプションの第２の静電シールド２２’は、その導電性パターンまたは層（図３の２８または図４の３６）が二次巻線１６と第２のコア部１２ｂとに面する状態で、２つのコア部１２ａと１２ｂの間と、一次巻線１４と二次巻線１６の間に配置される。静電シールド２２’のドレイン線３０’は、導電性パターンを二次巻線１６へのコモンリード（common lead）４９に接続する。二次巻線１６の端子は第２の整流器５８に接続され、この整流器５８は、可聴信号プロッセッサ４８から受信した可聴信号を増幅および変換する、可聴信号増幅および変換回路４６に接続される。スイッチング回路５６は、周波数変調、パルス変調、またはパルス幅変調や他のものを含む複数の方法によって、二次巻線１６上の電圧を変調することが可能である。静電シールド２２と静電シールド２２’ の組み合わせの代替的配置では、第１のコア部１２ａおよび一次巻線１４に向かい合った基板の表面上の第１の導電性パターンまたは層（図３の２８または図４の３６）、および第２のコア部１２ｂおよび二次巻線１６に向かい合った基板の第２の表面上の第２の導電性パターンまたは層（図３の２８または図４の３６）を有する、十分な厚みの単一の絶縁性基板である。
【００１５】
動作中、整流器５４はＡＣライン電力をＤＣ電力に整流する。スイッチング回路５６は、ＤＣ電力を電気パルス（通常はＡＣライン電力より非常に高い周波数）に変換する。変圧器１０は、電気パルスを異なる（通常は低い）電圧に変圧する。第２の整流器５８は、変圧器１０の高周波出力を適当な電圧のＤＣに変換し、可聴信号増幅および変換回路１６へ電力を供給する。可聴信号増幅および変換回路１６は、可聴信号プロッセッサ４８から受信した可聴信号を増幅および変換する。整流器５８の出力端子での電圧レベルは、スイッチング回路５６によって変調される。変調は、周波数変調、パルス変調、またはパルス幅変調およびその他を含む複数の方法によって行うことができる。第１の静電シールド２２および第２の静電シールド２２’は、電流ソースに任意の容量性変位電流を還流し、それにより変圧器アセンブリ１０からの電磁放射を最小にしている。
【００１６】
動作中、整流器５４はＡＣライン電力をＤＣ電力に整流する。スイッチング回路５６は、ＤＣ電力を電気パルス（通常はＡＣライン電力より非常に高い周波数）に変換する。変圧器１０は、電気パルスを異なる（通常は低い）電圧に変圧する。第２の整流器５８は、変圧器１０の高周波出力を適当な電圧のＤＣに変換し、可聴信号増幅および変換回路４６へ電力を供給する。可聴信号増幅および変換回路４６は、可聴信号プロッセッサ４８から受信した可聴信号を増幅および変換する。整流器５８の出力端子での電圧レベルは、スイッチング回路５６によって変調される。変調は、周波数変調、パルス変調、またはパルス幅変調およびその他を含む複数の方法によって行うことができる。第１の静電シールド２２および第２の静電シールド２２’は、電流ソースに任意の容量性変位電流を還流し、それにより変圧器アセンブリ１０からの電磁放射を最小にしている。
【００１７】
３つ以上のコア部を有する変圧器において、１つのコア部を２つまたはそれよりも多いコア部から遮蔽するために複数のシールドを用いてもよい。
本発明による変圧器シールドは、コア部の磁気特性に著しい影響を与えずに、変圧器のコア部間に流れる容量性変位電流を抑制する。本発明を組み込んだ変圧器は、従来の変圧器よりＥＭＩ放射を著しく減少させることができる。
【００１８】
当業者は、本発明の概念から逸脱せずに、本明細書で開示された特定の装置および技術を種々に利用し、それらと異なるものにすることが可能であることは明らかである。よって、本発明は、本明細書で開示された、各々およびすべての新規の特徴と特徴の新規の組み合わせを包含し、特許請求の範囲の精神およびその範囲によってのみ制限されるように解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を組み込んだ変圧器アセンブリの等角図である。
【図２】図１の変圧器アセンブリの分解等角図である。
【図３】本発明による変圧器シールドの第１の実施形態である。
【図４】本発明による変圧器の第２の実施形態の断面図である。
【図５】本発明による変圧器の第３の実施形態である。
【図６】本発明を組み込んだ電子装置のブロック図である。

Claims (11)

1. 第１の電圧を第２の電圧に変換する電気変圧器であって、
   第１のコア部と第２のコア部を含むコアと、
   前記第１のコア部を前記第２のコア部から電気的に遮蔽するように構成および配置された第１のシ−ルド装置と、を備え、
   前記第１のシールド装置は、前記第１のコア部と前記第２のコア部との間に配置されており、
   前記第１のシールド装置は、自身の表面に導電性部を持っており、
   前記導電性部は、容量性変位電流をそれらのソースに戻す伝導をするために、ドレイン線に電気的に接続されており、
   前記第１のシ−ルド装置は、
   絶縁性基板を備え、
   前記導電性部は、前記絶縁性基板上に配置された導電性材料のパターンを備え、
   前記パターンは、
   前記導電性材料の複数の平行トレースと、
   該複数の平行トレースを相互接続する前記導電性材料の接続トレースと、
   該接続トレースに電気的に接続されたドレイン線と、を備える、電気変圧器。
2. 前記第１のコア部に巻かれた第１の巻線と、
   前記第２のコア部に巻かれた第２の巻線と、をさらに備え、
   前記第１のシールド装置は、前記第１の巻線を前記第２の巻線から遮蔽するように構成および配置されている、請求項１に記載の電気変圧器。
3. 前記第１のシールド装置は、前記導電性パターンが前記第１の巻線に面するように配置される、請求項１に記載の電気変圧器。
4. 前記第１のシールド装置は、
   単位面積当たり１０ないし１００Ωの範囲の表面抵抗率を有するシート材料を備える、請求項１に記載の電気変圧器。
5. 前記材料はカーボン含浸ポリマーからなる、請求項４に記載の電気変圧器。
6. 前記シールド装置は、
   絶縁性基板と、
   該絶縁性基板上に配置される導電性コーティングと、を備え、
   前記導電性コーティングは、前記導電性部を備えるとともに、単位面積当たり１０ないし１００Ωの範囲の表面抵抗率を有する、請求項１に記載の電気変圧器。
7. 前記導電性コーティングは酸化インジウム・スズからなる、請求項６に記載の電気変圧器。
8. 前記第１のシールド装置は第１および第２の表面を備え、
   該第１のシールド装置は前記第１の表面上に配置された導電性材料を有し、
   該第１のシールド装置は、前記第１の表面が前記第１のコア部に面するように配置される、請求項１に記載の電気変圧器。
9. 前記導電性材料は前記第１のコア部と接触している、請求項８に記載の電気変圧器。
10. 第２のシールド装置をさらに備え、
    前記第２のシールド装置は第１および第２の表面を含み、
    前記第２のシールド装置は、前記第２の表面上に配置された導電性材料を含み、
    前記第２のシールド装置は、前記第２の表面が前記第２のコア部に面するように配置される、請求項１に記載の電気変圧器。
11. 前記コアは、第３のコア部をさらに備え、
    前記電気変圧器は、前記第１のコア部を前記第３のコア部から電気的に遮蔽するように構成および配置された第２のシールド装置をさらに備える、請求項１に記載の電気変圧器。

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