JP5271995B2 - トランス - Google Patents

Description

本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ等に組み込まれるトランスに関する。

直流電力の電圧変換を行うＤＣ−ＤＣコンバータには、トランスを用いたものがある。
該トランスは、例えば、図８に示すごとく、アルミニウム等の金属板からなるベースプレート６に搭載固定される。そして、トランス９として、ベースプレート６上に配置された磁性体からなる下コア２と、該下コア２の上面に対向配置された磁性体からなる少なくとも一対の上コア３と、下コア２と上コア３との間に配置された一次コイル４１及び二次コイル４２とからなるものがある（特許文献１）。

上コア３は、一次コイル４１及び二次コイル４２の外側において下コア２と接触し、一次コイル４１及び二次コイル４２の内側において下コア２との間に上下ギャップ１１を設けてなる。また、一対の上コア３は、一次コイル４１及び二次コイル４２の外側から内側へ、互いに近付く方向に延設されると共に互いの対向面の間に上部ギャップ１２を設けてなる。
これにより、一次コイル４１及び二次コイル４２の内側と外側とを通過する磁路を、下コア２と上コア３とによって構成すると共に、上下ギャップ１１によって磁気飽和を防いでいる。

特開２００５−５１９９５号公報

しかしながら、トランス１においては、下コア２と上コア３との間に上下ギャップ１１が存在するため、図９に示すごとく、一次コイル４１にリプル電流が流れて磁束φが変動した場合に、上下ギャップ１１において、下コア２と上コア３との間に互いに引き合う電磁吸引力Ｆが作用すると共にその電磁吸引力Ｆの大きさが変動する。これにより、上下ギャップ１１において、上コア３と下コア２とが互いに近付いたり遠ざかったりするように振動する（矢印Ｖ）。この振動が騒音（振動音）を発生させる原因となっている。すなわち、この振動がベースプレート６を通じて、ＤＣ−ＤＣコンバータを搭載した車両の車室等へ伝搬して騒音となる。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、振動を抑制したトランスを提供しようとするものである。

本発明は、ベースプレート上に配置された磁性体からなる下コアと、該下コアにおける上記ベースプレート側と反対側の面に対向配置された磁性体からなる少なくとも一対の上コアと、上記下コアと上記上コアとの間に配置された一次コイル及び二次コイルとからなり、上記ベースプレートに固定されたトランスであって、
上記上コアは、上記一次コイル及び上記二次コイルの外側において上記下コアと接触し、上記一次コイル及び上記二次コイルの内側において上記下コアとの間に上下ギャップを設けてなり、
上記一対の上コアは、上記一次コイル及び上記二次コイルの外側から内側へ、互いに近付く方向に延設されると共に互いの対向面の間に上部ギャップを設けてなり、
上記上下ギャップは、上記下コアと上記一対の上コアとの間の少なくとも二箇所にそれぞれ設けてあり、
上記少なくとも二箇所の上下ギャップのそれぞれには、非磁性体からなるスペーサが介設されており、
該スペーサは、上記一次コイル及び上記二次コイルの内側に配置されていることを特徴とするトランス（請求項１）。

参考発明は、ベースプレート上に配置された磁性体からなる下コアと、該下コアにおける上記ベースプレート側と反対側の面に対向配置された磁性体からなる少なくとも一対の上コアと、上記下コアと上記上コアとの間に配置された一次コイル及び二次コイルとからなり、上記ベースプレートに固定されたトランスであって、
上記上コアは、上記一次コイル及び上記二次コイルの外側において上記下コアと接触し、上記一次コイル及び上記二次コイルの内側において上記下コアとの間に上下ギャップを設けてなり、
上記一対の上コアは、上記一次コイル及び上記二次コイルの外側から内側へ、互いに近付く方向に延設されると共に互いの対向面の間に上部ギャップを設けてなり、
上記上部ギャップには、上記一次コイル及び上記二次コイルの内側において上記下コアを上記ベースプレートに向かって押さえる非磁性体からなる押さえ部材が配置されていることを特徴とするトランスにある。

本発明にかかるトランスは、上記上下ギャップに上記スペーサを介設してなる。これによって、上記上コアと上記下コアとの間に電磁吸引力が作用しても、上記スペーサによって上コアと下コアとが互いに近付く方向に変位することを防ぐことができる。これによって、上コア及び下コアの振動を抑制することができ、トランスの振動音を抑制することができる。

また、上記スペーサは非磁性体からなる。それゆえ、スペーサを上下ギャップに介設しても、上下ギャップの磁気的な効果は損なわれることがなく、上コア及び下コアに形成される磁束に影響を与えることがない。すなわち、上記構成によれば、形成される磁束に影響を与えることなく、トランスの振動を効果的に抑制することができる。

上記参考発明にかかるトランスは、上記上部ギャップに、上記一次コイル及び上記二次コイルの内側において上記下コアを上記ベースプレートに向かって押さえる非磁性体からなる押さえ部材を配置してなる。これにより、下コアを、上部ギャップに対向する位置において、ベースプレートに拘束することができ、その振動を抑制することができる。すなわち、上部ギャップに近い位置は、特に下コアと上コアとの間の上下ギャップに大きな電磁吸引力が作用しやすく、また振動の振幅も大きくなりやすい。それゆえ、この部分において、押さえ部材によって、下コアをベースプレートに向かって押さえることにより、下コアの振動を抑制することができる。その結果、トランスの振動音を抑制することができる。

また、上記押さえ部材は非磁性体からなるため、押さえ部材を上部ギャップに配置しても、上部ギャップの磁気的な効果は損なわれることがなく、上コア及び下コアに形成される磁束に影響を与えることがない。すなわち、上記構成によれば、形成される磁束に影響を与えることなく、トランスの振動を効果的に抑制することができる。

以上のごとく、本発明によれば、振動を抑制したトランスを提供することができる。

実施例１における、トランスの（Ａ）平面図、（Ｂ）（Ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図。 実施例２における、トランスの（Ａ）平面図、（Ｂ）（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図。 実施例３における、トランスの（Ａ）平面図、（Ｂ）（Ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図。 実施例４における、トランスの（Ａ）平面図、（Ｂ）（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視断面図。 実施例５における、トランスの（Ａ）平面図、（Ｂ）（Ａ）のＥ−Ｅ線矢視断面図。 参考例における、トランスの（Ａ）平面図、（Ｂ）（Ａ）のＦ−Ｆ線矢視断面図。 実験例１における、５〜１５ｋＨｚの周波数域の測定された音圧を示す線図。 背景技術における、トランスの（Ａ）平面図、（Ｂ）（Ａ）のＧ−Ｇ線矢視断面図。 背景技術における、トランスの振動の説明図。

上記本発明において、上記ベースプレートは、例えばアルミニウム等の非磁性金属からなるものとすることが好ましい。この場合には、上記トランスの放熱を効果的に行うことができる。
また、上記一次コイル及び上記二次コイルは、それぞれ１個ずつでもよいし、２個以上配設されていてもよい。
また、上記スペーサ及び上記押さえ部材としては、例えば、セラミックス、樹脂からなるものを用いることが好ましい。上記スペーサは、下コア及び上コアに接着等によって固定されていることが好ましい。

本発明において、上記スペーサは、上記上部ギャップにも介在していることが好ましい（請求項２）。この場合には、上記スペーサの位置決めが容易となり、スペーサによる振動抑制効果を確実に得やすい。

本発明において、上記下コアは、該下コアにおける上記ベースプレートと対向する下面に、上記ベースプレートと接触しない非接触面を有し、該非接触面は上記下面の面積の半分以上の面積を占めていることが好ましい（請求項３）。この場合には、トランスの振動がベースプレートを介して伝搬することを防ぐことができる。すなわち、上記スペーサ又は上記押さえ部材によってトランスの振動を抑制しても、振動を完全に防ぐことは困難な場合がある。かかる場合において、下コアに上記非接触面を設けてトランスとベースプレートとの接触面積を小さくすることによって、トランスの振動がベースプレートに伝搬することを抑制し、例えばトランスを搭載した車両等において、その車室に振動音が伝搬することを効果的に抑制することができる。

また、上記下コアと上記ベースプレートとの間には、振動吸収部材が介在していることが好ましい（請求項４）。この場合には、上記振動吸収部材が上記下コアの振動を吸収し、該下コアの振動を抑制することができる。また、振動吸収部材は下コアとベースプレートとの間に介在していることにより、トランスの振動がベースプレートに伝搬することを抑制することができる。その結果、例えばトランスを搭載した車両等において、その車室に振動音が伝搬することを効果的に抑制することができる。
上記下コアの下面における上記振動吸収部材の形成面積は、上記下コアの下面の面積の半分以上の面積を占めていることが好ましい。上記振動吸収部材としては、例えば、グリース等を用いることができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるトランスにつき、図１を用いて説明する。
図１に示すごとく、ベースプレート６上に配置された磁性体からなる下コア２と、下コア２におけるベースプレート６側と反対側の面に対向配置された磁性体からなる一対の上コア３と、下コア２と上コア３との間に配置された一次コイル４１及び二次コイル４２とからなる。
そして、トランス１は、ベースプレート６に固定されている。

上コア３は、一次コイル４１及び二次コイル４２の外側において下コア２と接触し、一次コイル４１及び二次コイル４２の内側において下コア２との間に上下ギャップ１１を設けてなる。
一対の上コア３は、一次コイル４１及び二次コイル４２の外側から内側へ、互いに近付く方向に延設されると共に互いの対向面３１の間に上部ギャップ１２を設けてなる。
そして、上下ギャップ１１には、非磁性体からなるスペーサ５が介設されている。

上記トランス１は、車両に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータに組み込まれる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、筐体内に、トランス１を、他の電子部品や電子回路と共に収容してなる。筐体はアルミニウム等の非磁性体の金属からなる。筐体の底板部が上記ベースプレート６を構成している。

本明細書においては、ベースプレート６におけるトランス１の搭載面の法線方向を上下方向とし、搭載面が向く方向を上方、その反対側を下方として説明する。
下コア２は、ベースプレート６の法線方向から見た形状において、略長方形状を有する。この下コア２に対して、２つの上コア３が上方から対向配置されている。一対の上コア３は下コア２における互いに平行な一対の辺部に沿った部分において接触している。

この下コア２と上コア３との接触部１４よりも内側となる部分においては、図１（Ｂ）に示すごとく、下コア２と上コア３とは接触していない。そして、接触部１４の内側において、下コア２と上コア３との間に、一次コイル４１及び二次コイル４２が配置されている。すなわち、下コア２の上面及び上コア３の下面は、それぞれ接触部１４の内側において、凹部２３、３３を形成してなる。この凹部２３、３３は、互いに対向配置され、両者によって形成される空間に、一次コイル４１及び二次コイル４２が配置される。

一次コイル４１は、外表面に絶縁被膜を形成した導体線を複数回巻にて巻回してなる。二次コイル４２は、略円環状の金属板からなる。そして、一次コイル４１は、二次コイル４２における上下両面にそれぞれ積層された状態で配置されており、二次コイル４２の上下面にそれぞれ配置された一次コイル４１同士は、互いに直列接続されている。
一次コイル４１及び二次コイル４２は互いの巻回軸を一致させた状態で積層配置され、絶縁体からなるボビン（図示略）に巻回された状態で保持されている。

図１に示すごとく、トランス１は、２つのホルダ１３によってベースプレート６に固定されている。ホルダ１３は、下コア２と上コア３との接触部１４が形成された部分の上方から下方へ、トランス１を押さえ込むように配設されている。ホルダ１３は、例えば金属板を曲げ加工してなる部材からなり、上コア３の上面を押さえる押圧部１３１と、ベースプレート６に固定される一対のフランジ部１３２とを有する。そして、２個のホルダ１３は、互いに平行な状態で配置されると共に、それぞれの押圧部１３１を上コア３の上面に当接させ、それぞれの一対のフランジ部１３２において、ビス１３３によってベースプレート６に固定されている。これによって、下コア２と一対の上コア３と一次コイル４１と二次コイル４２とからなるトランス１をベースプレート６に固定している。

一対の上コア３の互いの対向面３１は、平行に配置されており、両者の間に上部ギャップ１２が形成されている。また、一次コイル４１及び二次コイル４２の内側において、下コア２と上コア３との間に、上下ギャップ１１が形成されている。そして、この上下ギャップ１１の中でも上記上部ギャップ１２に近い側、すなわち一対の上コア３の対向面３１に近い部分に、スペーサ５が介在している。スペーサ５は、下コア２の上面に当接すると共に、一対の上コア３の下面に当接している。

スペーサ５は、例えばアルミナ等のセラミックスからなり、下コア２及び上コア３に接着剤によって接着されている。スペーサ５は、一次コイル４１及び二次コイル４２の内側（ボビンの内側）において、上コア３の下面における対向面３１側の辺に沿って配設されている。スペーサ５は、一次コイル４１及び二次コイル４２の内側（ボビンの内側）の略全域にわたって配置してもよい。また、スペーサ５は、例えば樹脂等、他の非磁性体であってもよい。

次に、本例の作用効果につき説明する。
本例のトランス１は、上下ギャップ１１にスペーサ５を介設してなる。これによって、上コア３と下コア２との間に電磁吸引力が作用しても、スペーサ５によって上コア３と下コア２とが互いに近付く方向に変位することを防ぐことができる。これによって、上コア３及び下コア２の振動を抑制することができ、トランス１の振動音を抑制することができる。

また、スペーサ５は非磁性体からなる。それゆえ、スペーサ５を上下ギャップ１１に介設しても、上下ギャップ１１の磁気的な効果は損なわれることがなく、上コア３及び下コア２に形成される磁束に影響を与えることがない。すなわち、上記構成によれば、形成される磁束に影響を与えることなく、トランス１の振動を効果的に抑制することができる。
以上のごとく、本例によれば、振動を抑制したトランスを提供することができる。

（実施例２）
本例は、図２に示すごとく、スペーサ５を上部ギャップ１２にも介在させた例である。
すなわち、本例においては、スペーサ５が、基板部５１と該基板部５１の略中央部分から上方へ突出した突起部５２とを有している。そして、突起部５２の周囲の基板部５１を上下ギャップ１１に介在させ、突起部５２を上部ギャップ１２に介在させている。

基板部５１は円盤状に形成され、突起部５２は円柱状に形成されている。そして基板部５１が下コア２の上面と上コア３の下面とに接触し、突起部５２の側面が一対の上コア３における対向面３１に当接している。スペーサ５は、セラミックスによって形成してもよいし、樹脂によって形成してもよい。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、スペーサ５の位置決めが容易となり、スペーサ５による振動抑制効果を確実に得やすい。また、突起部５２を円柱状とすることにより、スペーサ５の配置の向きが特に制限されることがないため、トランス１の生産効率を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図３に示すごとく、下コア２の下面に、ベースプレート６と接触しない非接触面２１を設けた例である。
非接触面２１は下コア２の下面の面積の半分以上の面積を占めている。
すなわち、下コア２の下面には、その四隅に脚部２２を配設してなる。これにより、下コア２の下面は、ベースプレート６と接触しない非接触面２１となる。そして、脚部２２を配置していない部分においては、非接触面２１とベースプレート６との間に、空間が形成されることとなる。

脚部２２は、下コア２の下面に接着してもよいし、接着しなくてもよい。また、脚部２２を下コア２の一部によって一体的に形成してもよい。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、トランス１の振動がベースプレート６を介して伝搬することを防ぐことができる。すなわち、スペーサ５によってトランス１の振動を抑制しても、振動を完全に防ぐことは困難な場合がある。かかる場合において、下コア２に非接触面２１を設けてトランス１とベースプレート６との接触面積を小さくすることによって、トランス１の振動がベースプレート６に伝搬することを抑制し、例えばトランス１を搭載した車両等において、その車室に振動音が伝搬することを効果的に抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例４）
本例は、図４に示すごとく、下コア２とベースプレート６との間に、振動吸収部材２４を介在させた例である。
すなわち、上記実施例３において示した下コア２の下面における非接触面２１とベースプレート６との間に、グリース等からなる振動吸収部材２４を配置する。この振動吸収部材２４は、ベースプレート６と下コア２の下面（非接触面２１）との双方に接触する。
下コア２の下面における振動吸収部材２４の形成面積は、下コア２の下面の面積の半分以上の面積を占めている。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、振動吸収部材２４が下コア２の振動を吸収し、下コア２の振動を抑制することができる。また、振動吸収部材２４は下コア２とベースプレート６との間に介在していることにより、トランス１の振動がベースプレート６に伝搬することを抑制することができる。その結果、例えばトランス１を搭載した車両等において、その車室に振動音が伝搬することを効果的に抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例５）
本例は、図５に示すごとく、振動吸収部材２４を、下コア２とベースプレート６との間において、二箇所に分けて配置した例である。
具体的には、一対の上コア３のそれぞれの下方における一部に、振動吸収部材２４が配設されている。そして、下コア２の下面における振動吸収部材２４の合計の形成面積は、下コア２の下面の面積の半分未満の面積となっている。
その他は、実施例４と同様である。

本例の場合には、実施例４に比べて振動吸収効果を大きくすることは困難であるが、トランス１の製造コストを低減することが可能である。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（参考例）
本例は、図６に示すごとく、上部ギャップ１２に、一次コイル４１及び二次コイル４２の内側において下コア２をベースプレート６に向かって押さえる非磁性体からなる押さえ部材７を配置した例である。
押さえ部材７は、上コア３の上面を押さえる上述のホルダ１３と同様の構造のホルダ１３０によって、上面から押さえられるように保持されている。押さえ部材７は、長尺の直方体形状を有し、その長手方向が一対の上コア３における対向面３１に略平行となるように、上部ギャップ１２に配置され、下コア２の上面に載置されている。本例においては、押さえ部材７は、一対の上コア３における対向面３１には接触していない。ただし、押さえ部材７が上コア３に接触していてもよい。

また、ホルダ１３０は、上コア３の上面を押さえるホルダ１３と略平行に配置されている。そして、ホルダ１３０の押圧部１３１が押さえ部材７の上面に当接し、ホルダ１３０の一対のフランジ部１３２がビス１３２によってベースプレート６に固定されている。これにより、ホルダ１３０の押圧力が押さえ部材７を介して下コア２の上面に付与され、下コア２がベースプレート６に向かって押さえつけられることとなる。
なお、上記押さえ部材７は、アルミナ等のセラミックス、或いは樹脂によって構成することができる。
その他は、実施例１と同様である。

本例のトランス１は、上部ギャップ１２に、一次コイル４１及び二次コイル４２の内側において下コア２をベースプレート６に向かって押さえる非磁性体からなる押さえ部材７を配置してなる。これにより、下コア２を、上部ギャップ１２に対向する位置（上部ギャップ１２の下方位置）において、ベースプレート６に拘束することができ、その振動を抑制することができる。すなわち、上部ギャップ１２に近い位置は、特に下コア２と上コア３との間の上下ギャップ１１に大きな電磁吸引力が作用しやすく、また振動の振幅も大きくなりやすい。それゆえ、この部分において、押さえ部材７によって、下コア２をベースプレート６に向かって押さえることにより、下コア２の振動を抑制することができる。その結果、トランス１の振動音を抑制することができる。

また、押さえ部材７は非磁性体からなるため、押さえ部材７を上部ギャップ１２に配置しても、上部ギャップ１２の磁気的な効果は損なわれることがなく、上コア３及び下コア２に形成される磁束に影響を与えることがない。すなわち、上記構成によれば、形成される磁束に影響を与えることなく、トランス１の振動を効果的に抑制することができる。
以上のごとく、本例によれば、振動を抑制したトランスを提供することができる。

（実験例１）
本例は、図７に示すごとく、実施例１にかかるトランス１が発生する振動音の音圧レベルを、スペーサ５を設けていないトランスが発生する振動音の音圧レベルと比較した例である。
比較例に用いた「スペーサ５を設けていないトランス」は、背景技術において説明した図８に示す「トランス９」である。

評価にあたっては、トランスの駆動周波数を５〜１５ｋＨｚの間で徐々に変化させつつ、各駆動周波数におけるトランスの振動音の音圧レベルを測定した。すなわち、上コアの上方１０ｃｍの位置にマイクロフォンを配置して、振動音を採取し、その音圧レベルを測定した。
その結果を、図７に示す。同図において、曲線Ｐ１で示したものが、実施例１のトランスの音圧レベルの測定値であり、曲線Ｐ０で示したものが、比較例のトランスの音圧レベルの測定値である。

同図から分かるように、トランスの駆動周波数を５〜１５ｋＨｚの全域にわたって、実施例１のトランスの音圧レベルは、比較例のトランスの音圧レベルよりも低かった。そして、実際の車両用のＤＣ−ＤＣコンバータに用いられるトランスの駆動周波数である１０ｋＨｚ付近において、実施例１のトランスの音圧レベルは、比較例のトランスの音圧レベルよりも、約１１ｄＢ低い。

以上のごとく、実施例１にかかるトランスは、振動を効果的に抑制し、その振動音を充分に抑制することができることが確認された。

上記実施例１〜５及び参考例は、適宜組み合わせることも可能であり、その場合には組み合わせた実施例の双方の作用効果を得ることが可能である。
例えば、実施例１と参考例とを組み合わせることもできる。すなわち、スペーサ５（図１）と押さえ部材７（図６）との双方を利用することもできる。この場合には、下コア２の振動を確実に抑えつつ、下コア２と上コア３との間の相対的な振動を抑制することができる。その結果、両者の相乗効果によって、トランス１の振動を一層効果的に抑制することが可能となる。

また、例えば、参考例に実施例３或いは実施例４の構成を組み合わせることもできる。この場合にも、下コア２の振動を抑制しつつ、抑えきれないトランス１の振動がベースプレート６に伝搬することを抑制することができる。
その他にも、上記実施例１〜５及び参考例の形態は、適宜組み合わせることができる。
なお、本明細書において、「上」、「下」との表現は、便宜的に用いた表現であり、鉛直方向に対するトランスの配置姿勢は特に限定されるものではない。

１ トランス
１１ 上下ギャップ
１２ 上部ギャップ
２ 下コア
３ 上コア
３１ 対向面
４１ 一次コイル
４２ 二次コイル
５ スペーサ
６ ベースプレート
７ 押さえ部材

Claims (4)

1. ベースプレート上に配置された磁性体からなる下コアと、該下コアにおける上記ベースプレート側と反対側の面に対向配置された磁性体からなる少なくとも一対の上コアと、上記下コアと上記上コアとの間に配置された一次コイル及び二次コイルとからなり、上記ベースプレートに固定されたトランスであって、
   上記上コアは、上記一次コイル及び上記二次コイルの外側において上記下コアと接触し、上記一次コイル及び上記二次コイルの内側において上記下コアとの間に上下ギャップを設けてなり、
   上記一対の上コアは、上記一次コイル及び上記二次コイルの外側から内側へ、互いに近付く方向に延設されると共に互いの対向面の間に上部ギャップを設けてなり、
   上記上下ギャップは、上記下コアと上記一対の上コアとの間の少なくとも二箇所にそれぞれ設けてあり、
   上記少なくとも二箇所の上下ギャップのそれぞれには、非磁性体からなるスペーサが介設されており、
   該スペーサは、上記一次コイル及び上記二次コイルの内側に配置されていることを特徴とするトランス。
2. 請求項１において、上記スペーサは、上記上部ギャップにも介在していることを特徴とするトランス。
3. 請求項１又は２において、上記下コアは、該下コアにおける上記ベースプレートと対向する下面に、上記ベースプレートと接触しない非接触面を有し、該非接触面は上記下面の面積の半分以上の面積を占めていることを特徴とするトランス。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、上記下コアと上記ベースプレートとの間には、振動吸収部材が介在していることを特徴とするトランス。

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