JP6903071B2 - Ｐｃｂ変圧器 - Google Patents

Description

本発明は、特に、平面ＰＣＢ巻線を有する平面ＰＣＢ変圧器に関する。

鉄またはフェライト変圧器コアのそれぞれの脚に沿って螺旋状に延在する一次巻線及び二次巻線を含む、より従来的に確立された構成を有する様々な構成変圧器が知られている。このようなコアは、通常、Ｕ−Ｕ、Ｕ−Ｉ、Ｅ−ＥまたはＥ−Ｉ構成で設けられる。さらに近年では、脚に沿って螺旋状に延在するのではなく、巻線は、ＰＣＢ上のトラックとして平面に設けられ、該巻線は、通常、平坦な螺旋状トラックに沿って、かつＵ−Ｕ、Ｕ−Ｉ、Ｅ−ＥまたはＥ−Ｉコア構成の脚に対してほぼ同心で延在する。

また、図６Ａ〜６Ｅに例証されるように、本発明のＰＣＢ変圧器とは異なるポットコア変圧器の様々な構成が知られており、これらは、コアの中央脚が、巻線が配置され外壁部によって囲まれた環状トラックによって包囲されている。

しかし、平面ＰＣＢ巻線の寸法、形状及び全体的なフットプリントに関連した変圧器コアの設計及び構成は、既知の平面変圧器設計の限界及び不利点につながる。

特に、不利なことには、磁束の結合は制限され、そのような既知の平面ＰＣＢ変圧器が被る損失が顕著になる可能性がある。

本発明は、既知のそのような変圧器よりも優れた利点を有する平面ＰＣＢ変圧器を提供することを目的とする。

具体的には、本発明は、改善された磁気結合効率と低減された損失を有する平面ＰＣＢ変圧器を提供することを目的とする。

本発明の１つの態様によれば、コアと、平面ＰＣＢ巻線とを備えるＰＣＢ変圧器が提供され、コアは、テーブルから延在するほぼ同一の形状及びサイズであることができる２つの脚を有し、平面ＰＣＢ巻線は、上記脚の少なくとも一方の周りに延在し、平面ＰＣＢ巻線の上にあるテーブルの部分の外寸は、平面ＰＣＢ巻線の外寸にほぼ一致する。

本発明は、巻線の外寸及び巻線の上にあるテーブル部分の外寸のそれぞれがほぼ一致する場合に限り、磁気結合及び動作効率の改善並びに損失を低減することができ、特に有利であることが判明している。

したがって、コアの形状及び構成は、巻線を形成する略平面の同心円状ＰＣＢトラックと共に使用するのにより適切である。

有利には、磁気結合は、従来の変圧器コア設計のような脚部ではなく、変圧器コアのテーブル部分を利用し、それに集束されるように構成される。

有利には、上記テーブル部分及び巻線のそれぞれの寸法は、ほぼそれらの外周の大部分にわたって一致する。

特に、２つの隣接する脚の間に延在するテーブルの領域を除く全ての領域において、上記テーブル部分及び巻線のそれぞれの寸法の間は、実質的に一致する。

有利には、巻線の上にあるテーブル部分のフットプリントは、巻線のフットプリントにほぼ対応するように構成されることが理解されよう。

巻線の上にあるテーブルの部分のサイズ及び形状は、２つの隣接する脚の間に延在する領域を除いて、巻線の形状及び構成を反映するように構成される。

有利には、それぞれの巻線は２つの脚のまわりに延在する。代替として、ＰＣＢ変圧器は、中央脚と２つの外周脚とを含むことができ、単一の巻線を中央脚の中心に配置することができる。

このような態様では、巻線の上にある領域内の上記テーブル部分は、少なくとも１つの脚を中心とする。

特に、本発明は、２つの脚を有するコアと、コアのそれぞれの第１及び第２の脚の周りに延びるそれぞれの第１及び第２の平面巻線とを含むＰＣＢ変圧器を提供する。

別の実施形態では、本発明のＰＣＢ変圧器は、３つの脚を含むコアと、３つの脚のうちの中央脚の周りに延在する平面巻線とを含むことができる。

特に、第１及び第２の巻線は、整合する対の巻線を備えることができる。

特に、１対の巻線の上方に延在するコアのテーブルの領域及び１対の巻線は、「８字状」のフットプリントを含む。

本発明は、添付の図面を参照し、例示のみを目的として、以下にさらに説明される。

既知の変圧器コア及び関連する巻線の２つの異なる例による断面図である。 既知の変圧器コア及び関連する巻線の２つの異なる例による断面図である。 図１Ａ及び１Ｂの変圧器コアの概略表現であり、巻線によって生成される磁束線を示す。 図１Ａ及び１Ｂの変圧器コアの概略表現であり、巻線によって生成される磁束線を示す。 既知の平面変圧器の設計による変圧器コアの４つの異なる例の斜視図である。 ＰＣＢ及びその平面配置における変圧器巻線トラックの位置を示す、図３Ａのコアの断面図である。 図３Ｂの２脚型及び３脚型変圧器コア及び巻線の平面図である。 既知の変圧器設計によるＰＣＢ変圧器の動作の概略断面図及び平面図を示し、磁束線を示す。 図４Ａの実施形態とは異なる実施形態を示す。 本発明の一実施形態による変圧器コア及びＰＣＢ変圧器の斜視図及び平面図を示す。 本発明の別の実施形態による、ＰＣＢ変圧器コア及びＰＣＢ巻線の概略斜視図及び平面図を提供する。 図６Ａ〜図６Ｅに例証されるように、本発明のＰＣＢ変圧器とは異なるポットコア変圧器の様々な構成を示す。

ここで図１Ａを参照すると、従来の変圧器の断面図が提供され、鉄またはフェライト１０１で形成され、変圧器の脚のうちの１つの周りに螺旋状に巻かれた一次変圧器巻線１１１を有するＵ−Ｕ構成変圧器コアと、２つの変圧器コア脚のうちの第２の脚の周りに同様の態様で延びる二次巻線１２１とを含む。

図１Ｂは、３脚型、すなわちＥ−Ｅコアを備える既知の変圧器コア１０２のさらなる例を例証し、ここでは、一次変圧器巻線１１２と二次変圧器巻線１２２との両方が、変圧器コア１０２の中央脚の周りに、それに沿って延在する。

図１Ａ及び図１Ｂの変圧器Ｕ−Ｕ及びＥ−Ｅコアの同様の断面図が図２Ａ及び図２Ｂに示されているが、図２Ａ及び図２Ｂでは、磁束線１３１によって示される磁場は、変圧器コア巻線に関連して例証されている。理解されるように、変圧器巻線が変圧器巻線１０１、１０２の脚に沿って延在することによって、相当量の磁束結合が、磁路１３１に対する最小抵抗を提供する鉄／フェライトコア１０１、１０２を経由する。

図１Ａ、１Ｂ、２Ａ及び２Ｂの既知の変圧器設計の代替として、平面変圧器が周知であり、周知の螺旋状変圧器巻線の代わりに平面ＰＣＢ巻線トラックが設けられており、変圧器コアの脚の周りほぼ同心円状に、かつ平面変圧器のコアのテーブル部分に対して平行な平面内に延在する。

図３Ａに示されているように、２部型平面変圧器コアの異なる構成２０２が知られており、２脚型平面変圧器コア設計のＵ−Ｉ及びＵ−Ｕバージョン、及び３脚型平面変圧器コアのＥ−Ｉ及びＥ−Ｅバージョンが示される。

図３Ｂを参照して、全体的な変圧器構造２４１が示され、また、平面変圧器コア２０２を通って延び、その上にプリント巻線２５１が設けられたＰＣＢ２４２を示す。

このようなＰＣＢ変圧器の設計のさらなる詳細は、図３Ｃを参照して例証され、これは、２脚型平面変圧器コア及び３脚型平面変圧器コアの典型的な平面構成を示し、２脚型平面変圧器コアは、２つの脚の各々の周りに延在する同心円状のトラックを使用し、３脚型平面変圧器コアは、３脚の中央付近にほぼ同心円状に延在するＰＣＢ巻線トラックを使用する。

ここで図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃの２脚型Ｕ−Ｕ平型ＰＣＢコアと、および図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃの３脚型Ｅ−Ｅ平型コア構成との概略図が示されているが、図２Ａおよび図２Ｂと同様に、ＰＣＢトラックから生じる磁束線２３１、２３２をさらに図示している。

理解されるように、磁束線２３１のいくつかは、平面コア２０２によって提供される磁気媒体を通って延在し、その一方で磁束領域２３２は、磁気コアを通して結合せず、変圧器内の磁気結合における不利かつ特に望ましくない損失及び全体的な非効率性につながる。

また、図４Ａ及び図４Ｂは、ＰＣＢ２４２上に設けられた巻線２５１を示す。

しかし、ここで図５Ａを参照すると、本発明の１つの態様を具体化するＰＣＢ変圧器による２脚の平面変圧器コアの斜視図と、本発明の実施形態の平面巻線によって提供されるフットプリントの平面図とが、平面的かつ螺旋状に延在する巻線トラックを含むＰＣＢトラックのフットプリントに対応するとして提供される。

理解されるように、図５Ａに例証されている２脚型変圧器コア３０２は、チェーンリンク、またはほぼ８字状構成の全体的な外観を有し、完成したＰＣＢ変圧器の一部を形成する場合、平面で見ると、ＰＣＢトラックの外周の大部分において、変圧器巻線を形成する二重のＰＣＢトラック３５１の上に重なる。すなわち、これは一般には、脚に対して、かつ２つの脚の間に横方向に延びるテーブルの部分のみであり、これらは、下にあるＰＣＢ巻線３５１の外寸及び構成に従わない。

本発明の実施形態のさらなる例が、図５Ｂを参照して説明され、ここでは、本発明を具現化する平面変圧器巻線３０２の斜視図を再度示しているが、本例では３脚型Ｅ−Ｅ平面変圧器コアを備える。理解されるように、本発明の実施形態のこの特定の例は、中心脚と、サイズ及び形状がほぼ同様である２つの外周脚とを有するコアを使用する。

また、完成したＰＣＢ変圧器の平面図が図５Ｂに示されており、ＰＣＢ平面変圧器コアのテーブルの一般的な形状及び構成は、概して、変圧器巻線３５１を形成するＰＣＢ巻線の「レーストラック」構成を反映するか、またはそれに対応する。

この３脚の変圧器コアのこの例では、ＰＣＢトラックは、３脚の中央付近のみに延在し、平面コアのフットプリントがＰＣＢ巻線トラックのフットプリントを反映するか、またはそれにほぼ一致する様子が明確に例証されている。

図示されていないが、例証された実施形態のさらなる変形は、変化する厚さを有するテーブルを含むことができる。例えば、先細りの度合いは、テーブルがエッジ領域で徐々に薄くなることによって提供されることができる。これは、より少ない磁束密度が存在し、そのためしたがって必要でない場合にはフェライトの量を減らすことができるため、損失なしに達成することができる。

特に、各端部でより広くなる構成、例えば８字状型の構成を呈するテーブルによって、テーブルの端部領域での先細りは、端部領域でのみ徐々に薄くなり、中央領域ではそうではないようにされる。そして、このような先細りは、８字状構成の端部領域の弧の約３／４の周囲に設けることができる。

したがって、本発明によれば、巻線の実質的な部分が磁気媒体から離間し、損失が著しいという従来技術の欠点が回避され、平面変圧器の効率及び動作方法を大きく向上させる。

したがって、本発明は、特に有利には、平面ＰＣＢ巻線に関連して使用するのに適切なコアの形状を提供することに向けられており、巻線脚の高さは最小限に抑えられ、コアテーブルの形状は、ＰＣＢトラックために最適化されるが、ＰＣＢ巻線の側方外周部を越えて不必要に延在することはない。これは有利には、特に効率的な方法で磁束を流すための最小抵抗磁気経路の短い距離及び経路を提供する。

したがって、本発明によってより高い効率がもたらされる。

当然のことながら、本発明は、平面変圧器コアの任意の適切な形状構成が、平面図で考慮された場合、任意の適切な数の脚をもって提供されることができ、それに対応して、ＰＣＢ巻線トラックの適切な寸法が、任意の必要とされる数で同様に提供されて、平面変圧器巻線にほぼ整合し、それによってフットプリントにおいてほぼ対応するようにすることができる限りにおいて、前述の実施形態の詳細に制限されないことが理解されるべきである。

当然のことながら、ＰＣＢは、任意の適切な材料から、剛性及び柔軟性のような様々な可能な特性を有するように形成されることができる。

Claims (18)

1. コアと、２つの平面ＰＣＢ巻線とを備えるＰＣＢ変圧器であって、前記コアが、テーブルから延在する２つの脚を有し、それぞれの２つの平面ＰＣＢ巻線が、前記２つの脚の各々の１つの周りに延在し、前記平面ＰＣＢ巻線の上にある前記テーブルの外側平面寸法が、前記平面ＰＣＢ巻線の外側の外形寸法に一致し、
   前記２つの脚の間に延在する前記テーブルの領域を除く全ての領域において、前記テーブルの外側平面及び前記平面ＰＣＢ巻線の外側の外形のそれぞれの寸法が一致し、
   前記テーブルが、エッジ領域で徐々に薄くなるように、前記エッジ領域で先細りを示し、
   前記先細りは、前記テーブルの外側平面寸法が前記平面ＰＣＢ巻線の外側の外形寸法と一致するエッジ領域のみに形成されるＰＣＢ変圧器。
2. 磁気結合が、前記コアの前記テーブル上に集束されるように構成されている、請求項１に記載のＰＣＢ変圧器。
3. 前記テーブルの外側平面及び前記平面ＰＣＢ巻線の外側の外形のそれぞれの寸法が、それらの外周部にわたって一致する、請求項１または２に記載のＰＣＢ変圧器。
4. 前記テーブルのフットプリントは、前記平面ＰＣＢ巻線のフットプリントに対応するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項以上に記載のＰＣＢ変圧器。
5. 前記平面ＰＣＢ巻線の上にある前記テーブルのサイズ及び形状が、前記２つの脚の間に延在する領域を除いて、前記平面ＰＣＢ巻線の形状及び構成を反映するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項以上に記載のＰＣＢ変圧器。
6. 前記平面ＰＣＢ巻線の各々が、前記２つの脚のうちの一方を中心としている、請求項１〜５のいずれか１項以上に記載のＰＣＢ変圧器。
7. 前記平面ＰＣＢ巻線の上にある前記テーブルは、前記２つの脚の各々の上を中心とする、請求項６に記載のＰＣＢ変圧器。
8. 前記コアが、間に延在する前記２つの脚を有する複数のテーブルを含む、請求項１〜７のいずれか１項以上に記載のＰＣＢ変圧器。
9. 前記複数のテーブルが、同じ形状を共有する、請求項８に記載のＰＣＢ変圧器。
10. 前記２つの脚が、同じ形状を備える、請求項１〜９のいずれか１項以上に記載のＰＣＢ変圧器。
11. 前記平面ＰＣＢ巻線の上にある前記テーブルが、前記テーブルの８字状のフットプリントを画定する、請求項１〜１０のいずれか１項以上に記載のＰＣＢ変圧器。
12. 前記テーブルが、前記８字状の外形のより幅広な端部領域にのみ次第に薄くなる先細りを含み、中央領域には含まない、請求項１１に記載のＰＣＢ変圧器。
13. コアと、平面ＰＣＢ巻線とを備えるＰＣＢ変圧器であって、前記コアが、テーブル、ならびに前記テーブルの中央領域と外周領域とからそれぞれ延在する中央脚及び２つの外周脚を有し、前記平面ＰＣＢ巻線が、前記中央脚の周りに延在し、前記平面ＰＣＢ巻線の上にある前記テーブルの外側平面寸法が、前記平面ＰＣＢ巻線の外側の外形寸法と一致し、
    前記テーブルが、エッジ領域で徐々に薄くなるように、前記エッジ領域で先細りを示し、
    前記先細りは、前記テーブルの外側平面寸法が前記平面ＰＣＢ巻線の外側の外形寸法と一致するエッジ領域のみに形成されるＰＣＢ変圧器。
14. 前記テーブルの前記部分のフットプリントが、前記平面ＰＣＢ巻線のフットプリントに対応するように構成されている、請求項１３に記載のＰＣＢ変圧器。
15. 前記中央脚が、前記２つの外周脚と同じ形状を有する、請求項１３または１４に記載のＰＣＢ変圧器。
16. 前記中央脚が、前記２つの外周脚と同じ形状及びサイズを有する、請求項１３，１４または１５に記載のＰＣＢ変圧器。
17. 前記コアが、間に延在する前記中央脚及び２つの外周脚を有する複数のテーブルを含む、請求項１３〜１６のいずれか一項以上に記載のＰＣＢ変圧器。
18. 前記複数のテーブルが、同じ形状を共有する、請求項１７に記載のＰＣＢ変圧器。
    

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