JP5215761B2 - トランス - Google Patents

Description

本発明は、主に、ＤＣ−ＤＣコンバータに使用される低背型のトランスに関する。

従来、電子機器に用いられるトランスとして、例えば特許文献１には、中空の巻胴部の両端に巻枠及び端子保持部が一体化されたボビンと、この巻胴部に巻装される一次巻線及び二次巻線と、巻胴部の中空穴に挿入されるＩ型コアと、このＩ型コアとギャップ用シートを介して組み合わせて閉磁路を形成するＵ型コアを備えたものが開示されている。
特開２００８−９８３５０号公報

しかしながら、特許文献１のものでは、ボビンに挿入したＩ型コアにＵ型コアを組み付けるときに、Ｕ型コアの反対の端子上方空間に、コアを形成しない空間があるため、トランス全体の体積（ピン端子やボビンを含めた、縦×横×高さ）に占めるコアの占有体積率が低く、トランス全体の体積は大きくても許容ワット数が大きくなかった。

本発明の主たる目的は、低背型のトランスにおいて、トランス全体の体積に占めるコアの占有体積率を高めるものである。

本発明のトランスは、
長手方向に沿ってコイルを巻回する巻胴部を複数有すると共に、長手方向の両側下部に外向きに突出した複数の端子接続部を有するコイルボビンと、
前記コイルボビンに挿入されたＩ型コアと、
前記Ｉ型コアに磁気結合される日の字型コアとを備え、
前記コイルボビンは、前記複数の巻胴部の間に前記コイルボビンの一部を切り欠いた空間部を有し、前記複数の巻胴部には一次巻線と二次巻線の組がそれぞれ巻線され、
前記Ｉ型コアは、前記コイルボビンの両端部および前記空間部から露出され、
前記日の字型コアは、２つの長手部と前記長手部の両端部に設けた２つの短手部と前記短手部と略平行に設けられ前記長手部の略中央に設けた中央部を有し、前記短手部が前記Ｉ型コアの端部に磁気結合され、前記中央部が前記空間部にて前記Ｉ型コアに磁気結合されて、複数の閉磁路を構成し、
任意の１つの閉磁路の磁束の向きは、この任意の閉磁路と隣り合う閉磁路の磁束の向きと逆向きに形成され、
前記コイルボビンは、複数の鍔部を有し、前記巻胴部は前記鍔部間に形成されており、前記端子接続部は前記鍔部に固定されており、
前記端子接続部の上方に前記日の字型コアの長手部が配置される、
ことを特徴とするものである。

また、本発明のトランスは、さらなる好ましい特徴として、
「前記巻胴部の両側に位置する鍔部間の長さＬ２は、前記日の字型コアの開口部の長さＬ１とほぼ等しく、
前記鍔部の幅Ｗ２は、前記日の字型コアの開口部の幅Ｗ１とほぼ等しく、
前記空間部の長さＬ３は、前記中央部の長さＬ４とほぼ等しい、」、
「前記日の字型コアは、前記中央部を複数有する変形日の字型コアであり、
前記コイルボビンは、前記空間部を複数有し、
前記変形日の字型コアの前記複数の中央部が、前記複数の空間部にてそれぞれ前記Ｉ型コアに磁気結合されている、」
ことを含むものである。

本発明のトランスによれば、日の字型コアをコイルボビンに組み込むと、コイルボビンの長手方向の両側面下部に外向きに突出した端子接続部の上方に日の字型コアの２つの長手部が配置されるため、コイルボビンの端子接続部の上方の空間を有効に使うことができ、コアを形成しない空間を少なくできるためトランス全体の体積（端子接続部やボビンを含めた縦×横×高さ）に占めるコアの占有体積率を高くすることができ、トランス全体の体積に対する許容ワット数を大きくすることができる。

以下、図面に示す本発明を実施するための最良の形態により、本発明を詳細に説明する。

（第１の実施形態例）
図１は本発明の第１の実施形態にかかる、トランス１の分解組立斜視図である。図２は図１のトランス１の完成斜視図である。図３は、図１のトランス１の磁気構成図である。

図１ないし図３においてＤＣ−ＤＣコンバータ用のトランス１は、コイル２を巻回するコイルボビン１０と、このコイルボビン１０に挿入されるＩ型コア５０と、このＩ型コア５０に磁気結合してコイルボビン１０の垂直方向上方より取り付けられる日の字型コア６０を備えている。

Ｉ型コア５０は、両端部５２とその両端部５２の中間に中央部５１を備え、長手方向に垂直な断面積が略同一の四角形状としている。Ｉ型コア５０の長手方向の長さは、日の字型コア６０の長手方向とほぼ同じ長さとしている。

日の字型コア６０は、２つの長手部６３とこの長手部６３の両端に設けた２つの短手部６２と、この短手部６２と平行に設けられ長手部６３の略中央に設けた中央部６１とからなり、長手部６３と短手部６２と中央部６１はそれぞれ長手方向に垂直な断面積が略同一の四角形状としている。このＩ型コア５０と日の字型コア６０は例えばマンガンフェライト等の磁性材料を金型成型し焼結して形成される。

コイルボビン１０は、電気的に絶縁性のある樹脂で一体成形され、長手方向に開口を有する四角形状の中空部１１と、この中空部１１の外縁の両端にそれぞれ設けられた鍔部１２と、この鍔部１２の中間部に間隔をおいて設けられた２個の鍔部１３と、この鍔部１３、１３間にコイルボビン１０の一部を切り欠いた空間部１９と、コイルボビン１０の各鍔部に固定された端子接続部１４と、鍔部１２、１３間にコイル２を巻回する巻胴部１８とを備えている。

端子接続部１４は、コイルボビン１０の長手方向の下部の両側面に外向きに突出されている。日の字型コア６０がコイルボビン１０に組み込まれると、端子接続部１４の上方に日の字型コア６０の２つの長手部６３が非接触に配置される。

巻胴部１８には、コイル２として一次巻線１６が巻回され、その上に二次巻線１７を巻回される。コイルボビン１０には、一次巻線１６と二次巻線１７の組が２組巻回される。この一次巻線１６および二次巻線１７の端末は、端子接続部１４に絡げて半田付けされ接続される。なお、トランス１はＤＣ−ＤＣコンバータに使用され、低電圧変換のため一次巻線１６と二次巻線１７間を絶縁する鍔部を設けていない。

コイルボビン１０の中空部１１にＩ型コア５０を挿入すると、コイルボビン１０の一部を切り欠いた空間部１９にＩ型コア５０の中央部５１が露出される。日の字型コア６０は、コイルボビン１０の垂直方向上方より組み合わされると、日の字型コア６０の短手部６２は、コイルボビン１０の鍔部１２より突出されるＩ型コア５０の両端部５２、５２の上面と当接して磁気結合され、日の字型コア６０の中央部６１は、コイルボビン１０の空間部１９に挿入され、Ｉ型コア５０の中央部５１の上面と当接し磁気結合される。

そしてこのコイルボビン１０の長手方向の鍔部１２、１３間の長さＬ２および鍔部１２（鍔１３）の幅Ｗ２は、日の字型コア６０の開口部６４の長さＬ１および幅Ｗ１とほぼ同じに形成し、また、コイルボビン１０の鍔部１３、１３間（空間部１９）の長さＬ３は、日の字コアの中央部６１の長さＬ４とほぼ同じに形成されている。

そのためコイルボビン１０の鍔部１２、１３と鍔部１３、１３（空間部１９）は日の字型コア６０をコイルボビン１０に組み込むときのガイドの役割を果たし、コイルボビン１０に容易に組み付けることができる。

ここでトランス１の磁気的特性について説明する。図３は、第１の実施形態にかかわるトランス１の磁気構成図である。図３（ａ）は、この磁気構成図の斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の上面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）の正面図である。

この磁気構成図は、コイル２を巻回したＩ型コア５０と磁気結合された日の字型コア６０とからなる。この日の字型コア６０は、Ｉ型コア５０に対して磁気結合しながら４つの閉磁路に分けられる。この４つの閉磁路は、図３に示すように第一の閉磁路４０と第二の閉磁路４１と第三の閉磁路４２と第四の閉磁路４３とからなる。

図３（ａ）に示す磁気構成図の閉磁路を日の字型コア６０から平面視する（図３（ｂ）参照）と、第一の閉磁路４０は、一方の一次巻線１６と二次巻線１７の組に鎖交するＩ型コア５０と、このＩ型コア５０に当接され磁気結合された日の字型コア６０の中央部６１と一方の長手部６３と一方の短手部６２により形成される。

第二の閉磁路４１は、一方の一次巻線１６と二次巻線１７の組に鎖交するＩ型コア５０と、このＩ型コア５０に当接され磁気結合された日の字型コア６０の中央部６１と他方の長手部６３と一方の短手部６２により形成される。

第三の閉磁路４２は、他方の一次巻線１６と二次巻線１７の組に鎖交するＩ型コア５０と、このＩ型コア５０に当接され磁気結合された日の字型コア６０の中央部６１と一方の長手部６３と他方の短手部６２により形成される。

第四の閉磁路４３は、他方の一次巻線１６と二次巻線１７の組に鎖交するＩ型コア５０と、このＩ型コア５０に当接され磁気結合された日の字型コア６０の中央部６１と他方の長手部６３と他方の短手部６２とにより形成される。

第一の閉磁路４０と第二の閉磁路４１は、一方の一次巻線１６と二次巻線１７の組に鎖交するＩ型コア５０によって閉磁路を形成しており、日の字型コア６０を平面視すると閉磁路の向きは一方が他方の逆向きになる。例えば、第一の閉磁路４０の向きを右向きとすると、第二の閉磁路４１の向きは左向きとなる。第三の閉磁路４２と第四の閉磁路４３も同様に、他方の一次巻線１６と二次巻線１７の組に鎖交するＩ型コア５０によって閉磁路を形成しており、閉磁路の向きは一方が他方の逆向きになる。

第一の閉磁路４０と第三の閉磁路４２は、互いに閉磁路の一部を中央部６１で共有している。第三の閉磁路４２の磁束の向きは、第一の閉磁路４０との磁束の向きと逆向きに形成され、中央部６１にてお互いの閉磁路が打ち消さないように磁路が形成される。例えば、図３（ｂ）において第一の閉磁路４０の向きを右向きとすると、第三の閉磁路４２の向きは左向きとするように形成される。第二の閉磁路４１と第四の閉磁路４３も同様に、中央部６１にてお互いの閉磁路が打ち消さないように磁路が形成される。

このように形成されたトランス１において、磁気結合して閉磁路を作る共有部分の中央部６１の断面積（図４（ａ）のＡ）は、短手部６２の断面積（図４（ａ）のＣ）の約２倍あるいはそれ以上にし、また、長手部６３の断面積（図４（ａ）のＢ）の約４倍あるいはそれ以上にすると、各閉磁路が日の字型コア内で飽和することがない。

またＩ型コア５０と日の字型コア６０の短手部６２と接触する接触面積（図４（ｂ）のＥ）がＩ型コア５０の断面積（図４（ａ）のＤ）とほぼ等しくかそれ以上、また、Ｉ型コア５０と日の字型コア６０の中央部６１と接触する接触面積（図４（ｂ）のＦ）がＩ型コアの断面積（図４（ａ）のＤ）の約２倍かそれ以上にしている。
このように形成すると、各閉磁路が日の字型コア内とＩ型コア内で飽和することがない。

このようなトランス１について、以下にその組立て方を説明する。コイルボビン１０を用意し、コイルボビン１０に設けられた巻胴部１８に一次巻線１６を巻回し、その上から二次巻線１７を巻回する。この一次巻線１６と二次巻線１７の端末はコイルボビン１０から突出した端子接続部１４に絡げて半田付けする。

次に、コイルボビン１０の中空部１１にＩ型コア５０を挿入する。コイルボビン１０の両端にはＩ型コアの両端部５２が突出すると共に、コイルボビン１０の空間部１９にはＩ型コアの中央部５１が露出される。

その後、Ｉ型コア５０を挿入したコイルボビン１０に日の字型コア６０を垂直方向上方より組み込み、日の字型コア６０の短手部６２の一側面がＩ型コア５０の両端部５２に接触し、日の字型コア６０の中央部６１の一側面がＩ型コア５０の中央部５１に接触する。そしてコイルボビン１０の空間部１９に接着剤を塗布することにより日の字型コア６０とＩ型コア５０をコイルボビン１０に固着しトランス１を構成する。なお必要に応じて、Ｉ型コア５０と日の字型コア６０が接触する部分には、インダクタンス調整のため、薄いポリエステルの樹脂シートを挟んで空隙を設けてもよい。

以上のような構成により、本実施形態のトランス１は、日の字型コア６０をコイルボビン１０に組み込むと、コイルボビン１０の長手方向の両側面下部に外向きに突出した端子接続部１４の上方に日の字型コア６０の２つの長手部６３が配置されるため、コイルボビン１０の端子接続部１４の上方の空間を有効に使うことができ、コアを形成しない空間を少なくできるためトランス全体の体積（端子接続部やボビンを含めた縦×横×高さ）に占めるコアの占有体積率を高くすることができ、トランス全体の体積に対する許容ワット数を大きくすることができる。

また、コイルボビン１０の鍔部１２、１３やコイルボビンの鍔部１３、１３（空間部１９）は、日の字型コア６０をコイルボビン１０に組み込むときのガイドになっているため、コイルボビン１０に容易に組み付けることができ、作業時間の短縮を図れる。

また、トランス１により４個の閉磁路（一次巻線と二次巻線の２組の閉磁路）が構成されるが２組のコイル２を１つのトランスで構成できることから小型化とコストダウンができる。

（第２の実施形態例）
図５は本発明の第２の実施形態にかかるトランス１の磁気構成図である。
図３の第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。

本実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、Ｉ型コア５０に磁気結合してこの巻線区間を６個の閉磁路（一次巻線と二次巻線の３組の閉磁路）に分けるように、変形日の字型コア１６０の長手部１６３に短手部１６２に平行に延出した２個の中央部１６１を追加し、各巻線区間には、一次巻線１６と二次巻線１７の組がそれぞれ巻線され、任意の１つの閉磁路の磁束の向きはこの任意の閉磁路と隣り合う閉磁路の磁束の向きと逆向きに形成される、という点である。

図５において、日の字型コア１６０の長手部１６３に短手部１６２に平行に延出した２個の中央部１６１を追加し、６個の閉磁路が形成される。
このトランスによれば、ある閉磁路における隣り合う閉磁路と相殺されることがないため、一つのトランスで、６つの閉磁路（一次巻線と二次巻線の３組の閉磁路）を形成でき、また、トランス全体の体積に占めるコアの占有体積率を高くすることができ、トランス全体の体積に対する許容ワット数を大きくすることができる。
なお、図５において、変形日の字型コア１６０の長手部１６３に短手部１６２に平行に延出した２個の中央部１６１を設けたが、この中央部１６１は３個以上であっても同様の効果が得られる。

また変形日の字型コアの中央部１６１の断面積は、変形日の字型コア１６０の短手部１６２の断面積の約２倍あるいはそれ以上、また、変形日の字型コア１６０の長手部１６３の断面積の約４倍あるいはそれ以上にしても上述と同様の効果が得られる。

またＩ型コア５０と短手部１６２の接触する接触面積がＩ型コア５０の断面積とほぼ等しくかそれ以上、また、Ｉ型コア５０と中央部１６１の接触する接触面積がＩ型コア５０の断面積の約２倍かそれ以上にしても上述と同様の効果が得られる。

今まで述べたＩ型コア５０および日の字型コア６０の長手部６３、短手部６２、中央部６１は、それぞれ長手方向に垂直な断面積が略同一の四角形としている。このような構成にすると、これらのコアに流れる磁束の流れがより均一になり、安定した電圧を得られる。なお、これらのコアの長手方向に垂直な断面形状は、本実施例では四角形状を使用したが、この断面形状は、正方形や長方形や三角形や台形など任意の多角形であってもよい。

また、本発明は前述した実施形態例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更して実施可能である。

本発明の第１の実施形態にかかるトランスの分解組立斜視図である。 本発明の第１の実施形態にかかるトランスの完成斜視図である。 本発明の第１の実施形態にかかる磁気構成図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）をＸ方向から見た図、（ｃ）は（ａ）をＹ方向から見た図である。 本発明の第１の実施形態にかかるＩ型コアと日の字型コアの説明図であり、（ａ）は各コアの断面積を説明するための図、（ｂ）は各コアの接触面積を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態にかかる磁気構成図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）をＸ方向から見た図、（ｃ）は（ａ）をＹ方向から見た図である。

符号の説明

１ トランス
２ コイル
１０ コイルボビン
１１ 中空部
１２ 鍔部
１３ 鍔部
１４ 端子接続部
１６ 一次巻線
１７ 二次巻線
１８ 巻胴部
１９ 空間部
４０ 第一の閉磁路
４１ 第二の閉磁路
４２ 第三の閉磁路
４３ 第四の閉磁路
５０ Ｉ型コア
５１ 中央部
５２ 両端部
６０ 日の字型コア
６１ 中央部
６２ 短手部
６３ 長手部
１６０ 変形日の字型コア
１６１ 中央部
１６２ 短手部
１６３ 長手部
Ａ 断面積
Ｂ 断面積
Ｃ 断面積
Ｄ 断面積
Ｅ 接触面積
Ｆ 接触面積

Claims (3)

1. 長手方向に沿ってコイルを巻回する巻胴部を複数有すると共に、長手方向の両側下部に外向きに突出した複数の端子接続部を有するコイルボビンと、
   前記コイルボビンに挿入されたＩ型コアと、
   前記Ｉ型コアに磁気結合される日の字型コアとを備え、
   前記コイルボビンは、前記複数の巻胴部の間に前記コイルボビンの一部を切り欠いた空間部を有し、前記複数の巻胴部には一次巻線と二次巻線の組がそれぞれ巻線され、
   前記Ｉ型コアは、前記コイルボビンの両端部および前記空間部から露出され、
   前記日の字型コアは、２つの長手部と前記長手部の両端部に設けた２つの短手部と前記短手部と略平行に設けられ前記長手部の略中央に設けた中央部を有し、前記短手部が前記Ｉ型コアの端部に磁気結合され、前記中央部が前記空間部にて前記Ｉ型コアに磁気結合されて、複数の閉磁路を構成し、
   任意の１つの閉磁路の磁束の向きは、この任意の閉磁路と隣り合う閉磁路の磁束の向きと逆向きに形成され、
   前記コイルボビンは、複数の鍔部を有し、前記巻胴部は前記鍔部間に形成されており、前記端子接続部は前記鍔部に固定されており、
   前記端子接続部の上方に前記日の字型コアの長手部が配置される、
   ことを特徴とするトランス。
2. 前記巻胴部の両側に位置する鍔部間の長さＬ２は、前記日の字型コアの開口部の長さＬ１とほぼ等しく、
   前記鍔部の幅Ｗ２は、前記日の字型コアの開口部の幅Ｗ１とほぼ等しく、
   前記空間部の長さＬ３は、前記中央部の長さＬ４とほぼ等しい、
   ことを特徴とする請求項１に記載のトランス。
3. 前記日の字型コアは、前記中央部を複数有する変形日の字型コアであり、
   前記コイルボビンは、前記空間部を複数有し、
   前記変形日の字型コアの前記複数の中央部が、前記複数の空間部にてそれぞれ前記Ｉ型コアに磁気結合されている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のトランス。

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