JP4831775B2

JP4831775B2 - 巻線部品

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Publication number: JP4831775B2
Application number: JP2007299968A
Authority: JP
Inventors: 雄一内野
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2027-11-20
Also published as: JP2009129938A

Description

本発明は、電子機器や家電機器等に使用される、絶縁トランス等の巻線部品に関するものである。

近年、各種電子機器の小型化に伴い、機器に使用される巻線部品においても、品質特性上では絶縁距離の確保を維持しつつ、外形上では高さや実装面積を小さくする、低背、小型化要求が一層厳しくなっている。

従来の巻線部品では、電線はエナメル被覆電線のような安価な単層絶縁電線を使用し、また各巻線間にはバリアテープ等の絶縁部材を挿配して絶縁距離や沿面距離を確保していたが、このような構造では巻線部を拡げなければならず、小型化の阻害要因となっていた。

そこで、絶縁性能の確保と厳しい小型化要求に対応するため、電線自身の絶縁被膜を複数層形成して絶縁性を向上させた強化絶縁電線、例えば３層絶縁電線を少なくとも一系統の巻線に用いることで、上記バリアテープ等の絶縁部材を削除でき、前記巻線部を縮小化して小型化を図る方策が注目され、そのような構造の巻線部品が多く使用されている。

また、各巻線の先端部を、巻線部を介して対向する各鍔部からそれぞれ引き出し、該各鍔部の下段部の底面に立設した端子に各々分離させて結線することで各巻線間の絶縁距離や沿面距離（以下、絶縁距離と記述する）を確保する構造が多く用いられている。

一般的には、各巻線間の絶縁距離とは各巻線の導体露出部の間の最短距離を示す。しかしながら上記構造の場合は対向して立設した端子間距離を示すのではなく、介装する磁性体コアも導体と見做し、磁性体コアを１次側巻線と同電位体と位置づけ、１次側巻線または磁性体コアと、２次側巻線との間の最短距離を最終的な巻線部品の絶縁距離としている。

通常、１次側巻線と２次側巻線との距離に比べ、磁性体コアと２次側巻線との間の距離の方が短いので、磁性体コアと、２次側巻線すなわち強化絶縁電線の導体露出部との最短距離が絶縁距離となる。従って、前記３層絶縁電線を用いた場合は導体露出部をできるだけ磁性体コアから離れる様にすれば絶縁距離が長くなり、絶縁性能を向上させることができる。

なお、上記導体露出部は以下の半田処理によって生じるものである。すなわち、半田処理時は、半田濡れ性をよくするため、フラックス等の表面活性剤を端子とからげ部の表面に塗布した後、４００℃前後の溶融半田に前記端子と絡げ部を浸漬して、絡げ部の電線の絶縁被膜を熱剥離して端子と半田接合する。この熱剥離した部分が導体露出部である。

元来、巻線の絡げ部と端子とが半田接合されていれば事足りるが、上記半田処理時のフラックスの活性と半田熱による、いわゆる毛細管作用によって絡げ部のみに止まらず電線の引き出し部の上方に向かって溶融半田が上昇する、いわゆる溶融半田上がり現象が生じる。これにより、電線は被膜溶融部や半田付着部が生じ、磁性体コアまでの絶縁距離が実質的に短くなって絶縁性能を確保できなくなるという問題があった。

図４は、従来の巻線部品を説明する正面断面図で、磁性体コアを実装面と垂直な方向に組込んだ、すなわちボビン巻線部の開口部が実装面と垂直になっている、いわゆる縦型形状で小型化を図ったものである。

１次側巻線４、すなわち高電圧の入力側巻線には一般的にエナメル被覆電線等の単層絶縁電線と、２次側巻線５、すなわち低電圧の出力側巻線には強化絶縁電線、例えば３層絶縁電線は、それぞれ同心状にボビン２に巻回され、筒状の巻線部２Ｃを形成する。ボビン２は第１の鍔部２Ａと第２の鍔部２Ｂを有し、前記巻線部２Ｃの中芯部と外周部に連続した閉磁路を形成する様に磁性体コア８が介装され、巻線部品３１を構成している。ここでは、実装面側の第２の鍔部２Ｂを外方に伸ばし、伸長部２ｊを形成する構造とすることで、１次側巻線４である単層絶縁電線と、２次側巻線５である３層絶縁電線の溶融半田上がり部７との絶縁距離を確保している。

このような巻線部品は、例えば特許文献１に開示されている。

特許第３２９９１３６号公報

しかしながら、上述した従来の縦型の巻線部品３１では、１次側巻線４である単層絶縁電線と、２次側巻線５である３層絶縁電線の溶融半田上がり部７との絶縁距離は、巻線部品の幅方向の寸法でのみ確保している。すなわち、３層絶縁電線の溶融半田上がり部７と１次側巻線４との絶縁距離を確保するために、第２の鍔部２Ｂの伸長部２ｊを外側に伸長するか、または第２の鍔部２Ｂの肉厚を厚くするしかなく、その結果、実装面積が広がり、または高さが増すことになり小型化を阻害していた。

本発明は、上述した課題を解決するため、充分な絶縁距離を確保し、かつ、低背型で実装面積が小さい巻線部品を提供することである。

上記課題を解決するため、低背化には効果的で、磁性体コアを実装面と水平な方向に組込んだ、すなわちボビン巻線部の開口部が実装面と平行になっている、いわゆる横型構造の巻線部品とする。また、ボビンの筒状の巻線部を挟んで対向する第１の鍔部と第２の鍔部の上段部は実装面に垂直な方向に延在する板状をしており、この板状体の厚み、すなわち各肉厚のうち１次側巻線を結線する鍔部側が厚くなる様に構成する。このような構造とすることにより、実装面積はそのままで、磁性体コアの位置のみを肉厚の厚い鍔部側、すなわち１次側巻線側に移動させることができ、その結果、１次側巻線と同電位体である磁性体コアと、２次側巻線との間の絶縁距離を長くすることが可能となる。または、第２の鍔部の磁性体コアを載置する、実装面と平行な方向にボビン巻線部の開口部から延在する板状の下段部の外端面を巻線部側に縮めて実装面積を小さくし、小型化を図ることができる。
以下、１次側巻線を結線する鍔部を第１の鍔部、２次側巻線を結線する鍔部を第２の鍔部と記述する。

また、ボビンは、前記外周溝を形成した第２の鍔部の下段部の外周部の上面に磁性体コアの一部を囲うように隔壁を形成することで、該隔壁の高さ寸法の分だけ更に絶縁距離を長くすることができる。

また、前記外周溝の幅と深さ、すなわち外周溝の形状を２次側巻線の絶縁電線の最外径寸法より大きくし絶縁電線を内包するようにすることで、外観寸法上、引き出し線がボビンの下段部の外周面を超えることなく、実装面積を維持することができる。

更に、２次側巻線は、前記ボビンの前記下段部の外周部に実装面と平行に形成された外周溝に沿って引き出し配線する構造とすることで、２次側巻線の引き出し沿線長を長く保ち、絶縁被膜の非溶融部をできるだけ長く残存させて、磁性体コアと半田溶融部との間の距離、すなわち１次側巻線と２次側巻線との絶縁距離の減少を抑制することができる。

本発明によれば、実装面と平行な方向に開口部を有する巻線部と、前記実装面と垂直な方向に立設してなる端子とを有するボビンと、前記開口部に磁脚を挿入して前記巻線部を囲む磁性体コアと、前記巻線部に巻回してなる１以上の巻線を含む巻線部品であって、前記ボビンは、前記開口部から前記実装面と平行な方向に各々延在し、前記磁性体コアを載置する板状の下段部と、前記下段部から前記実装面と垂直な方向に延在する板状の上段部とを有する、第１の鍔部と第２の鍔部を備え、前記第２の鍔部の前記下段部は前記実装面と平行な外周溝を有し、前記第１の鍔部の前記上段部は前記第２の鍔部の前記上段部よりも厚く、前記第２の鍔部の前記下段部は、前記第１の鍔部の前記下段部よりも、前記開口部から前記実装面と平行な方向に延在する距離が長いことを特徴とする巻線部品が得られる。

本発明によれば、前記第２の鍔部の前記下段部は、前記実装面と垂直な方向に前記磁性体コアを包囲する隔壁を有することを特徴とする前記巻線部品が得られる。

本発明によれば、前記巻線は、少なくとも１つが強化絶縁電線を使用してなることを特徴とする前記巻線部品が得られる。

本発明によれば、前記外周溝は、前記強化絶縁電線を内包する形状であることを特徴とする前記巻線部品が得られる。

本発明によれば、前記巻線の先端部は、前記外周溝に沿って引き出され、前記端子に結線されてなることを特徴とする前記巻線部品が得られる。

本発明により、充分な絶縁距離を確保し、かつ、低背型で実装面積が小さい巻線部品を提供することができる。

本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明例１の巻線部品を説明する図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）は右側面図をそれぞれ示す。

巻線部品１は、内側に１次側巻線４、外側に２次側巻線５が同心状に巻回された筒状の巻線部２Ｃを挟んで対向する第１の鍔部２Ａ、第２の鍔部２Ｂが形成されたボビン２と、前記第１の鍔部２Ａと第２の鍔部２Ｂにおけるそれぞれの上段部２ａ、２ｄと下段部２ｂ、２ｅとの間に介装された磁性体コア８と、前記第１の鍔部２Ａと第２の鍔部２Ｂのそれぞれの下段部２ｂ、２ｅの底面に立設された端子３とを備え、前記巻線部２Ｃから引き出された１次側巻線４である単層絶縁電線の先端部は、第１の鍔部２Ａの下段部２ｂの底面部の外周溝から引き出され、必要に応じて前記下段部２ｂの外側面に形成された突起部２ｃに引っ掛け、沿線し、前記下段部２ｂの底面に立設された端子３に絡げる。

一方、２次側巻線５である３層絶縁電線の先端部は、第２の鍔部２Ｂの下段部２ｅの両側面部から引き出され、前記下段部２ｅの外周部に実装面と水平な方向に形成した第１の外周溝２ｇと第２の外周溝２ｈ、および実装面と垂直な方向に形成した第３の外周溝２ｉに沿って引き出し配線し、下段部２ｅの底面に立設された端子３に絡げる。

このように各々の巻線を巻線部２Ｃを介して対向した端子３にそれぞれ分離して結線する構造とすることで、各巻線間の絶縁距離を確保している。

絡げ部６と端子３は各々の鍔部ごとに別々に溶融半田槽内に浸漬して半田処理を行い、絡げ部６の単層絶縁電線および３層絶縁電線の絶縁被膜を除去し、各電線の導体部と端子３とを電気的に半田接続する。

続いて、巻線部２Ｃの中芯部と外周部に連続した閉磁路を形成する様一対のＥ型形状の磁性体コア８を装着して巻線部品を構成する。

ここでは、ボビン２の第１の鍔部２Ａ、第２の鍔部２Ｂの各上段部２ａ、２ｄのそれぞれの肉厚Ａ、ＢにおいてＡ＞Ｂとしている。これにより、その差分Ａ−Ｂだけ磁性体コアが第１の鍔部２Ａ側に寄せられて、２次側巻線の溶融半田上がり部と更に離れるので、上記差分だけ絶縁距離を長くすることができる。または、前記第２の鍔部２Ｂの下段部２ｅの長さＤ１を上記差分Ａ−Ｂだけ更に小さくし、実装面積を小さくすることが可能となる。

更に、前記絶縁距離を延長するためには、前記下段部２ｅの長さＤ１を長くする、または前記下段部２ｅの肉厚Ｅ１を長くするのがよい。しかしながら、長さＤ１、肉厚Ｅ１を長くしすぎると実装面積が広がり、高さが増す。従って、適宜、実装面積、高さ、絶縁距離は相互に調整しながら、上記Ｄ１、Ｅ１の寸法設計を行うのが好ましい。

なお、上述のように、２次側巻線５である３層絶縁電線の先端部は、ボビン２の下段部２ｅの両側面部から引き出し、端子３が立設した中央部に向かって沿線しているが、図示しない中央部から引き出し、両側面側に迂回し再び中央部の端子３に結線する沿路、すなわち、下段部２ｅの底面部の第３の外周溝２ｉ→第１の外周溝２ｇ→第２の外周溝２ｈの順に沿って配線して端子３へと結線する構造としてもよい。

また、前記引き出し用の外周溝の引き回し角部は、適度のＣ面やＲ面を形成して電線の絶縁被膜への局部的ストレスを回避し、絶縁性の劣化を防止するよう成形するのが好ましい。

このような引き出し方法により３層絶縁電線の引き出し部をできるだけ長く保ち、半田時の絶縁被膜の非溶融部をより長く残存させて、磁性体コアとの絶縁距離を確保することができる。

２次側巻線５である３層絶縁電線は、半田処理によって絡げ部６を始点に引き出し線の上方に向かって溶融半田が進み、溶融半田上がり部７が形成されている。この時、溶融半田上がり部７と磁性体コア８との絶縁距離Ｘは、図１（ｂ）に示すように、下段部２ｅの長さＤ１と第２の溝２ｇまでの肉厚Ｅ１の和、即ちＸ＝Ｄ１＋Ｅ１となる。

図２は、本発明例２の巻線部品を説明する図であり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は右側面図をそれぞれ示す。

巻線部品１１は、上記の本発明例１と同一部材、同一構成とし、ボビン２の下段部２ｅの上面の外周部に沿って隔壁２ｆを形成している点のみ異なるので詳細説明は省く。このように構成することで、溶融半田上がり部７と磁性体コア８との絶縁距離Ｘは、図２（ｂ）に示すように、上記本発明例１より更に隔壁２ｆの高さＥ２だけ長くすることができ、即ちＸ＝Ｄ１＋Ｅ１＋Ｅ２となる。

図３は、比較例の横型の巻線部品を説明する図であり、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）は右側面図をそれぞれ示す。

巻線部品２１は、上記の本発明例１と同一部材、同一構成とし、ボビン２の上段部２ａ、２ｄの各鍔部の肉厚Ｃをそれぞれ等しく形成している点のみ異なるので詳細説明は省く。このように構成することで、磁性体コアが２次側巻線側に寄せられるため、溶融半田上がり部７と磁性体コア８との絶縁距離Ｘは、図３（ｂ）に示すように、上記本発明例１の長さＤ１より更に各鍔部の肉厚の差だけ短くなる。図１に示したように本発明例１の肉厚はＡであるので肉厚の差は（Ａ−Ｃ）となり、即ちＸ＝Ｄ２＋Ｅ１＝Ｄ１−（Ａ−Ｃ）＋Ｅ１となる。

ここで、図１〜図３に示した各巻線部品１、１１、２１では、同一の磁性体コアを使用しているのでコアの内側寸法は各々同一で、ボビン２の上段部２ａ、２ｄの肉厚Ａ、Ｂ、Ｃのみが異なっており、Ａ＞Ｃ＞ＢかつＡ＋Ｂ＝２Ｃの関係が成立している。

１次側巻線４は、機能絶縁（functional insulation）の絶縁カテゴリーに属する、エナメル被覆電線等の一般的な単層絶縁電線であれば何れの電線でもよく、安価で汎用的なポリウレタン被覆電線（ＵＥＷ線）を用いるのが好ましい。

２次側巻線５は、強化絶縁（Reinforced insulation）の絶縁カテゴリーに属する電線であれば何れの電線でもよいが、絶縁被膜を溶融半田で熱剥離でき、作業性がよく汎用的な３層絶縁電線を用いるのが好ましい。

なお、上記の１次側巻線４と２次側巻線５は、少なくとも一方が３層絶縁電線等の強化絶縁電線が用いられていればよく、１次側巻線のみ、または２次側巻線のみ、あるいは両方または複数巻線の場合はその全ての何れに用いてもよい。但し、コスト面で、強化絶縁電線はエナメル被覆電線等の単層絶縁電線に比べ非常に高価であるため、巻数や使用量の少ない２次側巻線のみに適用するのが好ましい。

各巻線の絡げ部６は、埋め込まれた端子の根元に１〜３ターン程度からげるのが好ましい。

磁性体コア８は、材質が高透磁率、低損失の磁気特性を有し、高周波対応に好適なＭｎ−Ｚｎ系またはＮｉ−Ｚｎ系のフェライト材を用いるのが好ましい。その他、圧粉ダストコア、アモルファス等の磁性材料でもよく、用途に応じた磁気特性に合わせて材質を選択するのが好ましい。また、形状はＥＥ型やＥＩ型コアを用い、磁性体コアの中脚形状は方形または多角形や略円形の何れでもよいが、低背型に有効な長方形、長円形とするのが好ましい。

以下、実施例を用いて詳述する。

（実施例１）
以下の構成で、図１に示した巻線部品１を作製した。ボビン２として、フェノール系の熱硬化性樹脂を用い、一対の第１の鍔部２Ａ、第２の鍔部２Ｂの各々の上段部２ａ、２ｄの肉厚Ａ、ＢをそれぞれＡ＝１．５ｍｍ、Ｂ＝０．５ｍｍとなるように成形した。また、電線引き出し用の外周溝の幅と深さ寸法は、共に１．２ｍｍとし、更に２次側巻線５である３層絶縁電線の絶縁被覆を局部的ストレスから回避できるよう各溝の角部は曲率半径０．５ｍｍの曲面状に形成した。

端子３として、表面を半田メッキ処理した、外径０．６φ、長さ７ｍｍのＣＰ線（鋼銅線）を用い、上記ボビン２の両鍔部の下段部２ｂ、２ｅの底面にそれぞれ２本ずつ圧入して立設した。

１次側巻線４として線径０．１５φのポリウレタン被覆銅線（ＵＥＷ線）を９５ターン、一方、２次側巻線５として線径０．３φの３層絶縁電線（品名：ＴＥＸ-Ｅ線、古河電工社製）を７ターン、それぞれ巻線した。

磁性体コア８として、外形が１５×７×４．５ｍｍでＥ型のＭｎ−Ｚｎ系フェライトコアを１組（２個）用い、また、中脚形状は低背型に有効な長方形とした。

（実施例２）
上記の実施例１と同一部材、同一巻線仕様で、ボビンの第２の鍔部２Ｂの下段部２ｅの上面の外周部に、高さＥ２＝２ｍｍの隔壁２ｆを形成し、図２に示した巻線部品１１を作製した。

（比較例）
実施例１と同一部材、同一巻線仕様で、ボビンの両鍔部の上段部２ａ、２ｄの各肉厚Ｃをそれぞれ等しくＣ＝１ｍｍとし、図３に示した巻線部品２１を作製した。

上記の要領で作製した、実施例１、実施例２、比較例の各巻線部品について絶縁距離を比較した。

その結果、外形寸法は３者とも同一で、実装面積が約２０ｍｍ×１５ｍｍ、高さ１５ｍｍであったが、磁性体コアと２次側巻線である３層絶縁電線の溶融半田上がり部との絶縁距離は、実施例１で約６ｍｍ、実施例２で約８ｍｍ確保できたのに対し、比較例では約５．５ｍｍとなり、実施例１で約０．５ｍｍ、実施例２で約２．５ｍｍの絶縁性能を向上させることができた。逆に、絶縁性能を低下させることなく下段部２ｅの長さＤ１を、実施例１では約０．５ｍｍ、実施例２では約２．５ｍｍそれぞれ縮小して、実装面積の更なる小型化が可能となることがわかった。

以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

本発明の巻線部品により、各種電子機器に搭載される絶縁トランス等において、磁性体コアまたは１次側巻線と、２次側巻線との間の絶縁距離を確保すると共に、低背型でかつ実装面積の小さい、特に、電話、デジタルカメラ、ゲーム機等の携帯端末機器の小型充電器や薄型テレビ等に搭載される絶縁トランスに好適な巻線部品の提供が可能となる。

本発明例１の巻線部品を説明する図、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）は右側面図。本発明例２の巻線部品を説明する図、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は右側面図。比較例の横型の巻線部品を説明する図、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）は右側面図。従来の巻線部品を示す正面断面図。

符号の説明

１巻線部品（実施例１）
２ボビン
２Ａ第１の鍔部
２Ｂ第２の鍔部
２Ｃ巻線部
２ａ上段部
２ｂ下段部
２ｃ突起部
２ｄ上段部
２ｅ下段部
２ｆ隔壁
２ｇ第１の外周溝
２ｈ第２の外周溝
２ｉ第３の外周溝
２ｊ伸長部
３端子
４１次側巻線
５２次側巻線
６絡げ部
７溶融半田上がり部
８磁性体コア
１１巻線部品（実施例２）
２１巻線部品（比較例）
３１巻線部品（従来）
Ａ、Ｂ、Ｃ肉厚
Ｄ１、Ｄ２長さ
Ｅ１肉厚
Ｅ２高さ

Claims

実装面と平行な方向に開口部を有する巻線部と、前記実装面と垂直な方向に立設してなる端子とを有するボビンと、前記開口部に磁脚を挿入して前記巻線部を囲む磁性体コアと、前記巻線部に巻回してなる１以上の巻線を含む巻線部品であって、前記ボビンは、前記開口部から前記実装面と平行な方向に各々延在し、前記磁性体コアを載置する板状の下段部と、前記下段部から前記実装面と垂直な方向に延在する板状の上段部とを有する、第１の鍔部と第２の鍔部を備え、前記第２の鍔部の前記下段部は前記実装面と平行な外周溝を有し、前記第１の鍔部の前記上段部は前記第２の鍔部の前記上段部よりも厚く、前記第２の鍔部の前記下段部は、前記第１の鍔部の前記下段部よりも、前記開口部から前記実装面と平行な方向に延在する距離が長いことを特徴とする巻線部品。
前記第２の鍔部の前記下段部は、前記実装面と垂直な方向に前記磁性体コアを包囲する隔壁を有することを特徴とする請求項１記載の巻線部品。
前記巻線は、少なくとも１つが強化絶縁電線を使用してなることを特徴とする請求項１または２記載の巻線部品。
前記外周溝は、前記強化絶縁電線を内包する形状であることを特徴とする請求項１ないし３記載の巻線部品。
前記巻線の先端部は、前記外周溝に沿って引き出され、前記端子に結線されてなることを特徴とする請求項１ないし４記載の巻線部品。