JP4807397B2 - バルントランス - Google Patents

Description

本発明はバルントランスに関する。

通常、アンテナなどに接続される伝送線路は不平衡伝送線路である一方、半導体ＩＣなどの高周波回路に接続される伝送線路は平衡伝送線路である。不平衡伝送線路と平衡伝送線路とを接続する場合、これらの間には不平衡信号及び平衡信号を相互に変換するバルントランスが挿入される。ここで、不平衡信号とは固定電位（例えば接地電位）を基準としたシングルエンド型の信号を指し、平衡信号とは差動型の信号を指す。

バルントランスとしては、特許文献１に記載されているようなメガネ型コアを用いたタイプが一般的である。しかしながら、メガネ型コアを用いたバルントランスには、小型化・低背化が難しく、巻線の巻回作業の自動化も困難であるという問題があるため、ドラム型コアを用いたバルントランスが考案されている。このバルントランスは、小型化が容易であるとともに、巻線の巻回作業の自動化や表面実装に適しているというメリットを有している。

図１０は、ドラム型コアを用いたバルントランスの一例を示す斜視図である。また、図１１は、図１０に示すバルントランス１００の端子電極とワイヤとの接続関係を説明するための模式図である。

図１０及び図１１に示すように、バルントランス１００はドラム型コア１０１の両端に形成される鍔部の一方に端子電極Ｅ１〜Ｅ３を有し、他方に端子電極Ｅ４〜Ｅ６を有する。そして、端子電極Ｅ１と端子電極Ｅ６の間にはワイヤｌ１が巻回され、端子電極Ｅ２と端子電極Ｅ４の間にはワイヤｌ２が巻回され、端子電極Ｅ３と端子電極Ｅ５の間にはワイヤｌ３が巻回される。ワイヤｌ１はバルントランス１００の一次巻線を構成し、ワイヤｌ２，ｌ３はバルントランス１００の二次巻線を構成する。

端子電極Ｅ１，Ｅ６は基板上の不平衡伝送線路（不図示）に接続され、端子電極Ｅ６はグランドプレーン（不図示）に接続される。また、端子電極Ｅ３，Ｅ４は基板上の平衡伝送線路（不図示）に接続され、端子電極Ｅ２，Ｅ５はパワープレーン（不図示）に接続される。なお、パワープレーンに接続される端子電極Ｅ２，Ｅ５は、二次巻線の途中にあることから「中間タップ」と呼ばれる。
実開昭６２−１５８８０４号公報

しかしながら、上記従来のバルントランスでは、二次巻線の途中に中間タップを設ける必要があるため、一次巻線と二次巻線の線長が異なり、その結果、一次巻線と二次巻線とでインダクタンスが異なっている。このようなインダクタンスのアンバランスはバルントランスの特性に悪影響を及ぼすので、改善が求められている。

したがって、本発明の目的の一つは、一次巻線と二次巻線のインダクタンスのアンバランスを改善できるバルントランスを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明によるバルントランスは、巻芯部及び前記巻芯部の両端に設けられた一対の鍔部を有するドラム型コアと、前記一対の鍔部の一方に設けられた第１乃至第３の端子電極と、前記一対の鍔部の他方に設けられた第４乃至第６の端子電極と、前記巻芯部に巻回される第１の巻回部と、該第１の巻回部と前記第１及び第６の端子電極とをそれぞれ接続する第１及び第２の引出部とを有する第１のワイヤと、前記巻芯部に巻回される第２の巻回部と、該第２の巻回部と前記第２及び第４の端子電極とをそれぞれ接続する第３及び第４の引出部とを有する第２のワイヤと、前記巻芯部に巻回された第３の巻回部と、該第３の巻回部と前記第３及び第５の端子電極とをそれぞれ接続する第５及び第６の引出部とを有する第３のワイヤとを備え、前記第１及び第２の引出部のうちの少なくとも１つは、対応する前記端子電極と前記第１の巻回部との間に、磁心方向と平行な第１の直線部を含み、前記第３乃至第６の引出部のうちの少なくとも１つは、対応する前記巻回部と前記端子電極とを最短距離で接続する第２の直線部を含むことを特徴とする。

本発明によれば、一次巻線（第１のワイヤ）と二次巻線（第２及び第３のワイヤ）の線長を近づけることができるので、一次巻線と二次巻線のインダクタンスのアンバランスを改善できる。

また、上記バルントランスにおいて、前記第１及び第２の引出部はともに前記第１の直線部を含み、前記第３乃至第６の引出部はともに前記第２の直線部を含むこととしてもよい。これによれば、一次巻線と二次巻線の線長をさらに近づけることができる。

また、上記各バルントランスにおいて、前記ドラム型コアは、前記第１の直線部を磁心方向と平行に保持する突起を有することとしてもよい。これによれば、第１のワイヤと端子電極とを熱圧着するときに、第１のワイヤのカーブが弛み、一次巻線の線長が短くなってしまうことを防止できる。

また、上記各バルントランスにおいて、前記第３乃至第６の引出部のうちの少なくとも一部では、当該バルントランスが設置される基板面と垂直な方向から見て、対応する前記端子電極に接着される部分と第２の直線部とが連続した直線となっていることとしてもよい。これによれば、引出部と端子電極の熱圧着作業を行う際、引出部を基板面内に平行な方向に折り曲げる必要がなくなるので、作業が簡略化される。

このように、本発明によれば、一次巻線と二次巻線のインダクタンスのアンバランスを改善できる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施の形態によるバルントランス１０の外観を示す略斜視図である。なお、図１は、バルントランス１０の底面（基板接触面）を上側にして示したものである。また、図２は、バルントランス１０の略底面図である。また、図３は、バルントランス１０の図１Ａ−Ａ'線略断面図である。また、図４は、バルントランス１０の各端子電極とワイヤとの接続関係を説明するための模式図である。以下、これらの図を参照しながらバルントランス１０の構成について説明する。

図１及び図２に示すように、バルントランス１０は、ドラム型コア１１と、板状コア１２と、３本の被覆ワイヤＬ１〜Ｌ３（第１乃至第３のワイヤ）によって構成されている。ドラム型コア１１は、巻芯部１１ａと、巻芯部１１ａの両端に設けられた一対の鍔部１１ｂ，１１ｃと、突起１１ｄ−１，２とを有している。一方の鍔部１１ｂの基板接触面には端子電極Ｅ１〜Ｅ３（第１乃至第３の端子電極）が設けられている。これら端子電極Ｅ１〜Ｅ３は、ｙ方向（基板面内で磁心方向（ｘ方向）と垂直な方向）の一端から他端に向って、この順で配置されている。また、他方の鍔部１１ｂの基板接触面には端子電極Ｅ４〜Ｅ６（第４乃至第６の端子電極）が設けられている。これら端子電極Ｅ４〜Ｅ６は、同じｙ方向の他端から一端に向ってこの順で配置されている。

板状コア１２は、ドラム型コア１１の鍔部１１ｂ，１１ｃの上部（基板接触面の反対側。図１では下側になっている。）を連結するように配置されている。本発明において板状コア１２を用いることは必須でないが、板状コア１２を用いることによって閉磁路を形成すれば、高い磁気結合を得ることが可能となる。ドラム型コア１１及び板状コア１２は磁性材料からなり、特に限定されないが、ＮｉＺｎ系フェライト材料を用いることが好ましい。ＮｉＺｎ系フェライトは透磁率が比較的高いだけでなく、導電性が低いことから端子電極を直接形成することができるからである。但し、端子電極が形成されない板状コア１２については、より透磁率の高いＭｇＺｎ系フェライト材料を用いることも可能である。

ワイヤＬ１は、図２に示すように、巻芯部１１ａに巻回される巻回部Ｌ１ａ（第１の巻回部）と、巻回部Ｌ１ａの両端に設けられた引出部Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ（第１及び第２の引出部）とを有する。同様に、ワイヤＬ２は、巻芯部１１ａに巻回される巻回部Ｌ２ａ（第２の巻回部）と、巻回部Ｌ１ａの両端に設けられた引出部Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃ（第３及び第４の引出部）とを有する。ワイヤＬ３は、巻芯部１１ａに巻回される巻回部Ｌ３ａ（第３の巻回部）と、巻回部Ｌ１ａの両端に設けられた引出部Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃ（第５及び第６の引出部）とを有する。

巻回部Ｌ１ａ，Ｌ２ａ，Ｌ３ａはいずれも、図２及び図３に示すように、鍔部１１ｂから鍔部１１ｃに向って、鍔部１１ｂから見て時計回りに巻回されている。

ここで、巻回部Ｌ１ａ，Ｌ２ａ，Ｌ３ａの巻き方について詳しく説明しておく。図３に示すように、巻回部Ｌ１ａ，Ｌ２ａ，Ｌ３ａは２層構造で巻回されている。まず、巻回部Ｌ１ａが巻芯部１１ａに単層巻きされており、１層目を構成している。なお、巻回部Ｌ１ａのターン数は２ｎ（ｎは自然数）としている。次に、巻回部Ｌ２ａ，Ｌ３ａは１層目の上にバイファイラ巻きされており、２層目を構成している。なお、「バイファイラ巻き」とは２本のワイヤを交互に並べて単層巻きすることであり、ワイヤ間の磁気結合の向上という効果を有する巻き方である。巻回部Ｌ２ａ，Ｌ３ａのターン数は各ｎとしている。

なお、巻回部Ｌ１ａ，Ｌ２ａ，Ｌ３ａの両端は、巻芯部１１ａの側面から底面に達する点とする。つまり、厳密に言えば、巻回部Ｌ１ａ，Ｌ２ａ，Ｌ３ａのターン数はそれぞれ２ｎ−１／４、ｎ−１／４、ｎ−１／４である。このようにすることで、各引出部が巻芯部１１ａの底面に位置することになる。

引出部Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ，Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃ，Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃはそれぞれ、熱圧着により端子電極Ｅ１，Ｅ６，Ｅ２，Ｅ４，Ｅ３，Ｅ５に接続される。この接続により、図４に示すような端子電極とワイヤとの接続関係が得られる。すなわち、ワイヤＬ１は端子電極Ｅ１及びＥ６間に設けられたコイルを構成し、ワイヤＬ２は端子電極Ｅ２及びＥ４間に設けられたコイルを構成し、ワイヤＬ３は端子電極Ｅ３及びＥ５間に設けられたコイルを構成する。

次に、図５は、バルントランス１０が実装されるプリント基板５０の平面図である。

図５に示すプリント基板５０上の領域５１はバルントランス１０の搭載領域である。同図に示すように、搭載領域５１には５つのランドパターン５２〜５６が設けられている。ランドパターン５２は不平衡伝送線路ＰＬに接続されるパターンであり、バルントランス１０の端子電極Ｅ１に接続される。ランドパターン５３はグランドプレーンＧＮＤに接続されるパターンであり、バルントランス１０の端子電極Ｅ６に接続される。ランドパターン５４はパワープレーンＰＰに接続されるパターンであり、バルントランス１０の端子電極Ｅ２及びＥ５に共通接続される。ランドパターン５５，５６は一対の平衡伝送線路ＳＴＬ，ＳＢＬに接続されるパターンであり、それぞれバルントランス１０の端子電極Ｅ３，Ｅ５に接続される。

このようなレイアウトにより、不平衡伝送線路ＰＬを搭載領域５１から見て矢印Ａの方向へ直線的に形成することができるとともに、一対の平衡伝送線路ＳＴＬ，ＳＢＬを搭載領域１５０から見て矢印Ｂの方向へ平行且つ直線的に形成することができる。これにより、プリント基板上における配線パターンの迂回などが不要となることから、配線パターンの占有面積が必要以上に増大することがなく、しかも、配線パターンの対称性を確保することが可能となる。これにより、装置全体の小型化と信号品質の向上を両立させることが可能となる。

図６は、以上のような構成及び接続により実現されるバルントランス１０の等価回路を示す図である。

図６に示すように、ワイヤＬ１はバルントランス１０の一次巻線Ｐ１を構成し、ワイヤＬ２，Ｌ３はバルントランス１０の二次巻線Ｐ２を構成する。これらは互いに磁気結合し、不平衡伝送線路ＰＬから端子電極Ｅ１に入力される不平衡信号を平衡信号に変換して、端子電極Ｅ３及びＥ４から平衡伝送線路ＳＴＬ，ＳＢＬに出力する。なお、端子電極Ｅ２，Ｅ５は、バルントランス１０の中間タップを構成する。

さて、本発明では、各引出部に、一次巻線Ｐ１と二次巻線Ｐ２の線長を近づけるための特徴を有する。以下、この特徴について、再度図２を参照しながら説明する。

まず、一次巻線Ｐ１に関しては、できるだけ線長を長くするべく、引出部Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃそれぞれに、磁心方向（ｘ方向）と平行な直線部Ｌ１ｂｓ，Ｌ１ｃｓ（第１の直線部）を設ける。この直線部Ｌ１ｂｓ，Ｌ１ｃｓはそれぞれ、端子電極Ｅ１，Ｅ６と巻回部Ｌ１ａとの間（端子電極との接着部分を含まない。）に設けられるが、可能な限り長くすることが好ましい。そうすることで、一次巻線Ｐ１の線長を可能な限り長くすることが可能になる。なお、引出部Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃのどちらか一方のみに第１の直線部を設けることとしてもよい。

なお、ドラム型コア１１の巻芯部１１ａの突起１１ｄ−１，１１ｄ−２は、直線部Ｌ１ｂｓ，Ｌ１ｃｓを磁心方向（ｘ方向）と平行に保持するために設けられるものである。突起１１ｄ−１，１１ｄ−２は、引出部Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃのカーブの内側に接するように設ける。このカーブは、磁心方向（ｘ方向）と平行な直線部Ｌ１ｂｓ，Ｌ１ｃｓを設けるために、必然的に引出部Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃに発生するものである。突起１１ｄ−１，１１ｄ−２を設けることで、ワイヤＬ１を端子電極Ｅ１，Ｅ６に熱圧着する際、引出部Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃの上記カーブが弛み、一次巻線の線長が短くなってしまうことを防止できる。

次に、二次巻線Ｐ２に関しては、できるだけ線長を短くするべく、引出部Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃ，Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃそれぞれに、対応する巻回部と端子電極（の巻芯部１１ａ側の端部）とを最短距離で接続する直線部Ｌ２ｂｓ，Ｌ２ｃｓ，Ｌ３ｂｓ，Ｌ３ｃｓ（第２の直線部）を設ける。なお、引出部Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃ，Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃの一部のみに第２の直線部を設けることとしてもよい。

また、引出部Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃ，Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃのうち引出部Ｌ２ｂ，Ｌ３ｂでは、図１に示したｚ方向（基板面と垂直な方向。図２では奥行き方向。）から見て、対応する端子電極に接着される部分と第２の直線部とが連続した１本の直線となっている。つまり、引出部Ｌ２ｂ，Ｌ３ｂは、対応する巻回部の端部から、ｚ方向以外には一切曲がることなく、対応する端子電極に継線される。これにより、引出部と端子電極の熱圧着作業を行う際、引出部をｚ方向に折り曲げる必要がなくなるので、作業が容易になる。一方、引出部Ｌ２ｃ，Ｌ３ｃでは、図２に示すように、対応する端子電極に接着される部分と第２の直線部とが、ｚ方向から見て連続した１本の直線とはなっていない。これは巻回部と端子電極との間の距離が短すぎるためであり、距離が十分に取れる場合には、引出部Ｌ２ｂ，Ｌ３ｂと同様にすることが好ましい。

図７は、第１及び第２の直線部を設けることによる線長の違いを分かり易く説明するための模式図である。同図では、巻回部の端部Ｂと端子電極Ｅとを接続する引出部Ｌｘと、同じく巻回部の端部Ｂと端子電極Ｅとを接続する引出部Ｌｙとを示している。実際には、１つの端部Ｂに複数の引出線を接続することはあり得ないが、ここでは説明のため、このようにしている。

引出部Ｌｘには、磁心方向（ｘ方向）に平行な第１の直線部Ｌｘｓが設けられている。一方、引出部Ｌｙには、端部Ｂと端子電極Ｅとを最短距離で接続する第２の直線部Ｌｙｓが設けられている。図７から明らかなように、ＬｘはＬｙより長くなっている。また、引出部Ｌｘの長さは、直線部Ｌｘｓが長いほど長くなる。

以上説明したように、バルントランス１０によれば、一次巻線（ワイヤＬ１）と二次巻線（ワイヤＬ２，Ｌ３）の線長を近づけることができるので、一次巻線と二次巻線のインダクタンスのアンバランスを改善できる。

次に、バルントランス１０の製造方法について説明する。

図８及び図９は、バルントランス１０の製造方法の説明図である。

まず初めに、例えばフェライト粉末を金型で加圧成形し、この成形品を高温下で焼成することにより、ドラム型コア１１を作製する（図８（ａ））。そして、ドラム型コア１１の鍔部１１ｂ，１１ｃに、メッキ又はスクリーン印刷により、端子電極Ｅ１〜Ｅ６を形成する（図８（ｂ））。

次に、ドラム型コア１１の巻芯部１１ａにワイヤＬ１〜Ｌ３を巻回し、必要に応じてこれらの端部の絶縁被膜を剥離した上で、対応する端子電極Ｅ１〜Ｅ６に熱圧着（溶接により接着）する（図９（ａ））。最後に、ドラム型コア１１と同様にして作製した板状コア１２をドラム型コア１１に貼り付け、バルントランス１０は完成する（図９（ｂ））。

ワイヤＬ１〜Ｌ３を端子電極Ｅ１〜Ｅ６に熱圧着する際には、図１や図２等に示したような形状になるよう、ワイヤＬ１〜Ｌ３を適宜折り曲げる必要があるが、ドラム型コア１１に上述した突起１１ｄ−１，１１ｄ−２を設けておくことで、ワイヤＬ１を折り曲げる作業が容易になる。また、引出部Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃ，Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃを直線とすることで、ワイヤＬ２，Ｌ３の折り曲げ箇所が減少し、作業が簡略化される。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。

例えば、上記実施の形態では一次巻線と二次巻線の巻き数比を１対１としたが、いずれか一方の巻き数が他方の巻き数に比べて多い場合にも本発明は適用可能である。このような場合、一次巻線と二次巻線の線長は当然異なるものの、一次巻線と二次巻線のインダクタンスのバランスを取る上で好ましい線長比は存在する。本発明により、一次巻線と二次巻線の線長比を、この好ましい線長比に近づけることが可能になる。

本発明の好ましい実施の形態によるバルントランスの外観を示す略斜視図である。 本発明の好ましい実施の形態によるバルントランスを実装面側から見た略底面図である。 本発明の好ましい実施の形態によるバルントランスの図１Ａ−Ａ'線略断面図である。 本発明の好ましい実施の形態によるバルントランスの各端子電極とワイヤとの結線を説明するための模式図である。 本発明の好ましい実施の形態によるバルントランスが実装されるプリント基板の平面図である。 本発明の好ましい実施の形態によるバルントランスの等価回路を示す図である。 引出部に第１及び第２の直線部を設けることによる線長の違いを分かり易く説明するための模式図である。 本発明の好ましい実施の形態によるバルントランスの製造方法の説明図である。 本発明の好ましい実施の形態によるバルントランスの製造方法の説明図である。 本発明の背景技術によるバルントランスの外観を示す略斜視図である。 本発明の背景技術によるバルントランスの各端子電極とワイヤとの結線を説明するための模式図である。

符号の説明

Ｅ１〜Ｅ６ 端子電極
Ｌ１〜Ｌ３ ワイヤ
Ｌ１ａ，Ｌ２ａ，Ｌ３ａ 巻回部
Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ，Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃ，Ｌ３ｂ，Ｌ３ｃ，Ｌｘ，Ｌｙ 引出部
Ｌ１ｂｓ，Ｌ１ｃｓ，Ｌ２ｂｓ，Ｌ２ｃｓ，Ｌ３ｂｓ，Ｌ３ｃｓ，Ｌｘｓ，Ｌｙｓ 直線部
Ｐ１ 一次巻線
Ｐ２ 二次巻線
ＰＬ 不平衡伝送線路
ＳＴＬ，ＳＢＬ 平衡伝送線路
１０ バルントランス
１１ ドラム型コア
１１ａ 巻芯部
１１ｂ，１１ｃ 鍔部
１１ｄ 突起
１２ 板状コア
５０ プリント基板
５１ 搭載領域
５２〜５６ ランドパターン

Claims (4)

1. 巻芯部及び前記巻芯部の両端に設けられた一対の鍔部を有するドラム型コアと、
   前記一対の鍔部の一方の底面に、該底面内で磁心方向と垂直な方向の一方から他方に向かって順に配置された第１乃至第３の端子電極と、
   前記一対の鍔部の他方の底面に、該底面内で磁心方向と垂直な方向の前記他方から前記一方に向かって順に配置された第４乃至第６の端子電極と、
   前記巻芯部に巻回される第１の巻回部と、該第１の巻回部と前記第１及び第６の端子電極とをそれぞれ接続する第１及び第２の引出部とを有する第１のワイヤと、
   前記巻芯部に巻回される第２の巻回部と、該第２の巻回部と前記第２及び第４の端子電極とをそれぞれ接続する第３及び第４の引出部とを有する第２のワイヤと、
   前記巻芯部に巻回される第３の巻回部と、該第３の巻回部と前記第３及び第５の端子電極とをそれぞれ接続する第５及び第６の引出部とを有する第３のワイヤとを備え、
   前記第１の巻回部はターン数２ｎで単層巻きされる一方、前記第２及び第３の巻回部はそれぞれのターン数ｎでバイファイラ巻きされ、
   前記第１乃至第３の巻回部それぞれの両端は、前記第１乃至第６の引出部がそれぞれ前記巻芯部の底面に位置することとなるよう、前記巻芯部の側面から底面に達する点に位置し、
   前記第１の端子電極が不平衡伝送線路に接続され、かつ前記第６の端子電極がグランドプレーンに接続され、かつ前記第３及び第４の端子電極が一対の平衡伝送線路に接続され、かつ前記第５及び第６の端子電極がパワープレーンに接続された場合には、前記第１のワイヤが一次巻線を構成し、前記第２及び第３のワイヤが二次巻線を構成し、かつ前記第２及び第５の端子電極が中間タップを構成し、
   前記第１及び第２の引出部のうちの少なくとも１つは、対応する前記端子電極と前記第１の巻回部との間に、磁心方向と平行な第１の直線部と、該第１の直線部と対応する前記第１の巻回部の端部との間に位置し、かつ前記巻芯部の前記底面に平行な面内で曲がるカーブとを含み、
   前記第３乃至第６の引出部のうちの少なくとも１つは、対応する前記巻回部と前記端子電極とを最短距離で接続する第２の直線部を含むことを特徴とするバルントランス。
2. 前記第１及び第２の引出部はともに前記第１の直線部及び前記カーブを含み、
   前記第３乃至第６の引出部はともに前記第２の直線部を含むことを特徴とする請求項１に記載のバルントランス。
3. 前記ドラム型コアは、前記カーブの内側に接して設けられ、前記第１の直線部を磁心方向と平行に保持する突起を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のバルントランス。
4. 前記第３乃至第６の引出部のうちの少なくとも一部では、前記巻芯部の前記底面と垂直な方向から見て、対応する前記端子電極に接着される部分と第２の直線部とが連続した直線となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のバルントランス。

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