JP6458241B2 - 巻線部品およびこれを用いた電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種電子機器に使用される巻線部品およびこれを用いた電源装置に関するものである。

以下、従来の巻線部品について図面を用いて説明する。図５は従来の巻線部品の構成を示した側面図および図６は従来の巻線部品の構成を示した上面図であり、巻線部品は分割磁心１と、端子台２と、高電圧側端子３と、低電圧側端子４とを含む。ここで、端子台２は分割磁心１に組み込まれている。

ここで、特に振動や衝撃などの機械的ストレスが実装基板５に生じ易い場合は、分割磁心１は実装基板５に対して固定手段６と固定具７とを用いて接続および固定されている。また、低電圧側端子４は大きな端部を有していて、実装基板５に対して固定手段６を用いて接続および固定されている。

この一方で、実装部分が小さな高電圧側端子３は固定手段６を用いずに半田（図示せず）によって実装基板５に対して接続固定されている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。

特開平１１−２９８１８４号公報

しかしながら、従来の巻線部品では分割磁心１や低電圧端子４は固定手段６などを用いることによって、実装基板５に対して機械的に強く固定されているものの、高電圧側端子３における実装基板５に対する固着強度は、半田などによる接合が用いられることから分割磁心１や低電圧端子４に比べて低くなっていた。このため、外部から実装基板５に対して想定以上の振動や衝撃などが加えられた場合には高電圧側端子３に加わるストレスも低電圧端子４と同等となる場合があるため、高電圧側端子３は実装状態での大きな固着力を得るために電気的特性で必要とされている以上に大きな形状としていた。

この結果、巻線部品は大きな寸法になってしまうという課題を有するものであった。

そこで本発明は巻線部品を小型化することを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、分割磁心と、 前記分割磁心に巻回された低電圧側巻線部および高電圧側巻線部と、 前記分割磁心の外側に前記分割磁心から分離して配置された端子板と、 前記端子板に設けられた外部接続端子とを備え、 前記低電圧側巻線部はその端部に低電圧側端子部を有し、 前記高電圧側巻線部はその端部に前記高電圧側巻線部と前記外部接続端子とを接続する外部配線部を有し、前記外部配線部は前記高電圧側巻線部に連続して設けられた、ことを特徴としたものである。

本発明によれば、高電圧側巻線部に接続されている外部接続端子を小さくでき、その結果として巻線部品を小型化することができる。

本発明の実施の形態における巻線部品の構成を示す外観上面図。 本発明の実施の形態における巻線部品の実装状態での構成を示す外観上面図。 本発明の実施の形態における巻線部品の実装状態での構成を示す外観側面図。 本発明の実施の形態における巻線部品の複数基板に対する実装状態での構成を示す外観側面図。 従来の巻線部品の構成を示した側面図。 従来の巻線部品の構成を示した上面図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における巻線部品８の構成を示す外観上面図である。巻線部品８は、分割磁心９と、低電圧側巻線部１０と、高電圧側巻線部１１と、端子板１２と、外部接続端子１３と、を含む。低電圧側巻線部１０および高電圧側巻線部１１は、分割磁心９に巻回されている。端子板１２は、分割磁心９の外側に分割磁心９から分離して配置されている。さらに、端子板１２には外部接続端子１３が設けられている。

そして、低電圧側巻線部１０はその端部に低電圧側端子部１４を有している。さらに、高電圧側巻線部１１はその端部に高電圧側巻線部１１と外部接続端子１３とを接続する外部配線部１５を有している。

以上の構成により、外部接続端子１３には大きな力が作用し難くなる。よって、外部接続端子１３が実装される際に大きな固着力を得る目的で外部接続端子１３を大きくする必要はない。この結果、巻線部品８を小型化することができる。

以下で、巻線部品８の構成の詳細について説明する。図２は本発明の実施の形態における巻線部品８の実装状態での構成を示す外観上面図であり、図３は本発明の実施の形態における巻線部品８の実装状態での構成を示す外観側面図である。ここでは、巻線部品８が第１実装基板１６に実装固定されている。巻線部品８のうち低電圧側巻線部１０に接続された低電圧側端子部１４は、固定手段１７が低電圧側端子部１４と第１実装基板１６をネジ留めすることで、第１実装基板１６に実装され、かつ、固定されている。また、分割磁心９は、固定具１８が分割磁心９を押圧することで、第１実装基板１６に固定されている。さらに巻線部品８のうち、高電圧側巻線部１１に接続された外部接続端子１３は、分割磁心９から独立してその外側に分離した端子板１２に設けられている。そして、外部接続端子１３は第１実装基板１６に半田（図示せず）などによって接合されている。

低電圧側巻線部１０は断面積の大きな銅線や、平板状導体、またあるいは平角銅線を用いて、大電流へ対応している。低電圧側端子部１４も当然ながら大きな断面積が必要とされるが、低電圧側巻線部１０と低電圧側端子部１４とは単一の導体が連続した状態で形成されていて、この単一の導体の一部が低電圧側端子部１４であってもよい。また、低電圧側巻線部１０と低電圧側端子部１４とは異なる導体が接続されて形成されていても構わない。また、低電圧側巻線部１０と低電圧側端子部１４との間に中間部１４ａが介在していても構わない。

これに対して、高電圧側巻線部１１は低電圧側巻線部１０に比較して断面積は小さいが、高電圧における絶縁性が良好な被覆銅線が用いられている。ここでは、高電圧側巻線部１１は端子板１２の外部接続端子１３へ外部配線部１５を介して接続しているが、高電圧側巻線部１１と外部配線部１５とは連続した単一の導体が連続した状態で形成されていて、この単一の導体の一部が外部配線部１５であってもよい。ここで低電圧側巻線部１０および高電圧側巻線部１１は図中で簡略化して示しているが、低電圧側巻線部１０と高電圧側巻線部１１との巻数比は１対１０程度から１対１０００程度まで場合に応じて様々に設定されている。

ここで特に外部配線部１５は、分割磁心９に組み込まれた高電圧側巻線部１１と端子板１２に設けられた外部接続端子１３との、機械的な応力を分離する領域として設けられている。そして、外部配線部１５は、低電圧側端子部１４や中間部１４ａに比較して外部配線部１５は曲り易い、たわみ易い、伸び易いなど、変形が容易であることが望ましい。

また、この実施の形態では低電圧側巻線部１０および高電圧側巻線部１１は分割磁心９に直接組み込まれた形態で示しているが、当然ながらボビン（図示せず）などによって絶縁等を確保したうえで低電圧側巻線部１０および高電圧側巻線部１１は、分割磁心９の内部に組み込まれた状態で保持されて且つ巻回されていることが望ましい。

ここで、低電圧側端子部１４は固定手段１７によって、あるいはさらに分割磁心９は固定手段１７と固定具１８とによって第１実装基板１６に固定されている。これは、低電圧側端子部１４について電気的接続は当然ながら、双方の固定手段１７と固定具１８によって、巻線部品８が振動などに対して機械的安定性を維持するためのものである。低電圧側端子部１４は先にも説明したように大きな断面積を有した導体によって構成されているので、容易にかつ大きな固着力で固定手段１７によって固定される。

このため、巻線部品８に大きな力が作用して重量が大きな分割磁心９で大きな慣性が生じても、低電圧側端子部１４は大きな固着力で固定されているので、低電圧側端子部１４における電気的接続状態や機械的固定状態は高い信頼性を維持できる。

そして、巻線部品８に大きな力が作用して重量が大きな分割磁心９で大きな慣性力が生じても、外部接続端子１３と第１実装基板１６との機械的固着力は小さいものの端子板１２の重量は分割磁心９に比較して非常に小さいので、外部接続端子１３には分割磁心９が有するような大きな慣性力は生じない。このため、外部接続端子１３における電気的接続状態や機械的固定状態も高い信頼性を維持できる。

これは、分割磁心９や高電圧側巻線部１１と、外部接続端子１３を設けた端子板１２とは、機械的応力を分離する領域として配置された外部配線部１５によって、機械的な連動性が絶たれていることによるものである。つまり、固着力が大きな低電圧側端子部１４には分割磁心９の大きな荷重が作用する一方で、固着力が小さな外部接続端子１３には端子板１２の小さな荷重のみが作用する。したがって、低電圧側端子部１４および外部接続端子１３は電気的接続状態や機械的固定状態も高い信頼性を維持できる。

そして、特に外部接続端子１３には大きな力が作用し難くなる。よって、外部接続端子１３が実装される際に大きな固着力を得る目的で外部接続端子１３を大きくする必要はない。そして端子板１２もまた大きな寸法とする必要はない。この結果、巻線部品８を小型化することができる。

さらに、外部接続端子１３は分割磁心９から分離されていることで、外部接続端子１３は第１実装基板１６への任意の位置へ実装されることが容易となる。つまり、外部接続端子１３における実装位置や実装方向、角度などは容易に選択されることが可能となる。これによって、例えば他のデバイス（図示せず）との間でノイズの干渉などが生じ易い高電圧側巻線部１１へと接続された外部接続端子１３は、適切な位置や方向に配置されることができる。これにより、高電圧側巻線部１１と他のデバイス（図示せず）との相互間でのノイズの干渉などは抑制される。

またさらに、外部接続端子１３は分割磁心９から分離されていることで、端子板１２の大きさは自由に設定されやすくなり、端子板１２そのものの小型化が可能となる。これによって、端子板１２や外部接続端子１３と、これらに近接したデバイス（図示せず）との絶縁は容易となる。

また、外部配線部１５は機械的な応力を分離する領域として配置されているため、大きな衝撃や振動が生じた場合であっても、固着力が小さな外部接続端子１３の接続状態を劣化させることはない。さらに、第１実装基板１６が変形してしまう場合であっても、外部配線部１５が緩衝領域となるので、外部接続端子１３における接続状態の劣化は抑制される。これは先にも述べたように、外部配線部１５は、低電圧側端子部１４や中間部１４ａに比較して外部配線部１５は曲り易い、たわみ易い、伸び易いなど、変形が容易であることによる。つまり、高電圧側巻線部１１と外部接続端子１３との位置関係の変化が、外部配線部１５における変形によって吸収されることによって、外部接続端子１３に加わる応力が抑制される。

ここで、外部配線部１５は変形が容易であるとともに、図３に示すように曲線状とするのがよい。あるいは、巻線側接続点１１ａと端子板側接続点１２ａとの双方よりも第１実装基板１６側に垂れ下がった屈曲点１９を有するのがよい。これにより、外部配線部１５は伸縮性が向上するので、外部接続端子１３や巻線側接続点１１ａと端子板側接続点１２ａとに加わる応力が抑制される。したがって、高電圧側巻線部１１から外部接続端子１３にかけての全般にわたって接続信頼性が向上する。

また、外部配線部１５が設けられることによって、高電圧側巻線部１１と外部接続端子１３との熱的な分離が容易となる。これは、外部配線部１５と外部接続端子１３とを半田接合するとき、あるいは、外部接続端子１３と第１実装基板１６とを半田接合するときに、半田接合に要する熱は熱容量が大きな分割磁心９に吸収されにくくなることによる。このため、上記の半田接合時の温度管理が容易になるため、端子板１２における樹脂材質等の選択範囲は大きくなる。

ここまでは、巻線部品８が単一の第１実装基板１６に実装された場合について説明したが、図４の本発明の実施の形態における巻線部品８の複数基板に対する実装状態での構成を示す外観側面図のように、巻線部品８のうち低電圧側巻線部１０および高電圧側巻線部１１を巻回した分割磁心９は低電圧側端子部１４によって第１実装基板１６へ実装し、端子板１２は第１実装基板１６からは分離した別の第２実装基板２０へ実装してもよい。図４では、図中の水平方向に第１実装基板１６が設けられ、垂直方向に第２実装基板２０が設けられている。そして、第１実装基板１６には重量が大きな分割磁心９が実装され、第２実装基板２０には分割磁心９よりも重量が小さな端子板１２や重量が小さく、且つ発熱量が小さな制御部品２１が配置されている。

つまり、重量が大きく固定手段１７や固定具１８を用いての固定、実装が必要なデバイスを水平面上に配置し、重量が小さく外部接続端子１３に対する半田接合で十分に固定、実装ができるデバイスを垂直方向の側面部に配置する。これにより、重量な小さなデバイスは第２実装基板２０に集中して配置することができるので、巻線部品８を用いた電源装置の配置面積は小さくすることができる。

そして、第１実装基板１６と第２実装基板２０とは個別に設けられているため、第１実装基板１６と第２実装基板２０とは連動しない振動や衝撃を受けることが生じても、第１実装基板１６と第２実装基板２０との位置的な歪は外部配線部１５が吸収できる。ここで、外部配線部１５は変形が容易であるとともに、先に説明した場合と同様に曲線状とするのがよい。あるいは、巻線側接続点１１ａと端子板側接続点１２ａとの双方よりも第１実装基板１６側に垂れ下がった屈曲点１９を有するのがよい。

また、端子板側接続点１２ａと外部接続端子１３とは導通状態となっているが、これらは異なった部位に設けられた接続部である。例えば、端子板側接続点１２ａと外部接続端子１３とは単一の導体１２ｂの両端に設けられるとよい。ここでは詳しく図示していないが、端子板１２へ導体１２ｂが埋設あるいは嵌合され、端子板１２から露出した両端に、端子板側接続点１２ａと外部接続端子１３とが設けられるとよい。

ここでは、第１実装基板１６と第２実装基板２０とが個別に設けられているので、仮に第１実装基板１６と第２実装基板２０とに振動や衝撃などに起因して巻線部品８と端子板１２との位置関係が大きく変化すると、状況によっては外部配線部１５と端子板側接続点１２ａとの間に大きな張力が生じる可能性がある。しかしながら、端子板側接続点１２ａと外部接続端子１３とは導体１２ｂの異なる部位に設けられているため、何れかの一方へ応力が集中し難くなる。よって、上記のような不測の事態が生じても接続信頼性の劣化は抑制される。

また、双方共に高電圧が印加される端子板側接続点１２ａおよび外部接続端子１３は、外部接続端子１３を構成する導体の端部および第２実装基板２０上へ半田によって接合されている。そのため、接触不良などに伴う放電や電力損失が発生することもない。

さらに、外部配線部１５と端子板１２とは固定のためにネジやナットなどを用いずに、高電圧側巻線部１１の導体部分と外部接続端子１３の一部とを半田接合や溶接によって接続している。これによって、端子板１２は自らの重量以外の荷重を生じることはない。このため、端子板１２は垂直方向に配置された第２実装基板２０に実装された場合であっても、外部接続端子１３と第２実装基板２０との接合部位が端子板１２などの重量に応じて受ける応力は小さくなる。これによって、外部接続端子１３と第２実装基板２０との接合部位の接続に関する信頼性は向上する。

また、端子板１２は分割磁心９とは分離して配置されるので、分割磁心９と外部接続端子１３とも距離を隔てて配置される。したがって、一般的に接地電位として考慮される分割磁心９と外部接続端子１３との、電位差に応じて設定が必要な絶縁状態は確保が容易となり、電気的な信頼性も向上する。また、これによって、分割磁心９の材質に関しても、電気抵抗が低い磁心材料の適用が可能となるなど、選択肢が多くなる。

また、第１実装基板１６は放熱特性を、第２実装基板２０は絶縁特性を、それぞれ優先することができる。したがって、第１実装基板１６および第２実装基板２０に実装しているデバイスの特性に応じて第１実装基板１６および第２実装基板２０の形状や寸法を設定できる。さらに、図４においては第１実装基板１６には発熱部品が配置されているが、放熱板１６ａは当然ながら第１実装基板１６に限定して配置されればよい。その結果、巻線部品８を用いた電源装置全体が小型化できるとともに、電源装置全体の重量も軽量化できる。

また、ここでは第１実装基板１６と第２実装基板２０とは、図中の水平方向および垂直方向に配置しているが、第１実装基板１６と第２実装基板２０とは平行に積層して配置されても構わない。

ここまでの説明では、低電圧側巻線部１０および高電圧側巻線部１１が分割磁心９に巻回された巻線部品８を実施例として説明に用いた。しかしながら、高電圧側巻線部１１が引き出される同方向に制御巻線部（図示せず）が引き出されてもよい。制御巻線部には高電圧側巻線部１１と同様に低電流あるいは微弱電流が流れるので、小さな断面積の細い導体が用いられる。そして、以上で説明した高電圧側巻線部１１に関する場合と同様に、制御巻線部が端子板１２の外部接続端子１３に接続されることによって、外部接続端子１３は実装される際に大きな固着力を得る目的で寸法を大きくする必要はない。

本発明の巻線部品およびこれを用いた電源装置は、その寸法を小型化することができるという効果を有し、各種電子機器において有用である。

８ 巻線部品
９ 分割磁心
１０ 低電圧側巻線部
１１ 高電圧側巻線部
１１ａ 巻線側接続点
１２ 端子板
１２ａ 端子板側接続点
１２ｂ 導体
１３ 外部接続端子
１４ 低電圧側端子部
１４ａ 中間部
１５ 外部配線部
１６ 第１実装基板
１６ａ 放熱板
１７ 固定手段
１８ 固定具
１９ 屈曲点
２０ 第２実装基板
２１ 制御部品

Claims (3)

1. 分割磁心と、
   前記分割磁心に巻回された低電圧側巻線部および高電圧側巻線部と、
   前記分割磁心の外側に前記分割磁心から分離して配置された端子板と、
   前記端子板に設けられた外部接続端子とを備え、
   前記低電圧側巻線部はその端部に低電圧側端子部を有し、
   前記高電圧側巻線部はその端部に前記高電圧側巻線部と前記外部接続端子とを接続する外部配線部を有し、
   前記外部配線部は前記高電圧側巻線部に連続して設けられた、
   巻線部品。
2. 分割磁心と、 前記分割磁心に巻回された低電圧側巻線部および高電圧側巻線部と、 前記分割磁心の外側に前記分割磁心から分離して配置された端子板と、 前記端子板に設けられた外部接続端子と、を備え、 前記低電圧側巻線部はその端部に低電圧側端子部を有し、 前記高電圧側巻線部はその端部に前記高電圧側巻線部と前記外部接続端子とを接続する外部配線部を有する、巻線部品と、
   第１実装基板と、
   第２実装基板と、を備え、
   前記低電圧側端子部は前記第１実装基板に実装され、
   前記外部接続端子は前記第２実装基板に実装された電源装置。
3. 前記第１実装基板は水平方向に配置され、
   前記第２実装基板は垂直方向に配置された請求項２に記載の電源装置。

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