JP7028796B2

JP7028796B2 - 変圧器および誘導子用巻線を形成する組み重ね式平形巻線コイル

Info

Publication number: JP7028796B2
Application number: JP2018558243A
Authority: JP
Inventors: ジェイ．フォーリー，マシュー
Original assignee: ヴィシェイデールエレクトロニクスエルエルシー
Priority date: 2016-05-06
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2022-03-02
Anticipated expiration: 2037-05-02
Also published as: TW201743348A; EP3453036A4; KR20190004340A; US10998124B2; EP3453036A1; TWI737472B; WO2017192489A1; EP3453036B1; TW202046349A; CN109416979A; CN109416979B; TWI706425B; KR102407673B1; US20210358680A1; JP2019517136A; US20170323718A1

Description

関連出願

本出願は、２０１６年５月６日に出願された米国特許出願第１５／１４８，７３６号の優先権を主張する出願である。この米国特許出願明細書全体をここに援用するものとする。

本発明は電子素子の分野に関し、より具体的には変圧器や誘導子等の磁気素子の巻線（巻き線）を形成対象とする組み重ね（入れ子）式平形巻線（巻き線）コイル（ｎｅｓｔｅｄｆｌａｔｗｏｕｎｄｃｏｉｌｓ）に関する。

変圧器は一般的にいって、電磁誘導を介して２つかそれ以上の回路間において電気エネルギーを伝達する電気素子である。この電磁誘導によって時変磁場に露出される導体間に起電力（ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅ、ＥＭＦ）が発生する。変圧器の一次巻き線に流れる電流が変化すると、変圧器コアの磁束が変化し、かつ変圧器の二次巻き線に加わる磁場が変化する。二次巻き線の磁場が変化すると、電磁誘導により二次巻き線のＥＭＦ即ち電圧が変化する。また変圧器の場合、ファラデーの法則および高い透磁率のコア特性を利用して、例えば送電網内などにおいて見られるようなＡＣ電圧がある電圧レベルから別な電圧レベルに効率的に変化する。

変圧器などの現在利用可能な平面装置は巻き線の代わりに印刷回路板を利用している。印刷回路板をベースとする装置のフィルファクター（ｆｉｌｌｆａｃｔｏｒ）はおよそ３５％である。これら周知の装置は同じパッケージ内の巻き線の厚み変動が最小限に抑えられているため、高いコストなしでは設計の自由度を変更できない。

以上説明したように、高い導体フィルファクターを有し、同じパッケージ内に厚さが可変で個数も可変の線材を使用でき、外側に向かい近接効果が増す巻線を有し、高さが低くより出力の高い変圧器を製造できることが求められている。

さらに、パッケージのサイズを抑えた状態で、コイルの個数、タイプや位置調整などが可変構成の装置も求められている。

本明細書は、組み重ね式または入れ子式の平巻きコイルを有する変圧器装置または誘導子装置、およびこれら装置の製造方法を開示するものである。

本発明は、第１巻き線セットの組み重ね巻き線、およびこの第１巻き線セットに隣接配置して第２巻き線セットの組み重ね巻き線を有する電磁装置を提供するものである。また本発明は、第１巻き線セットの組み重ね巻き線、およびこの第１巻き線セットに隣接配置して第２巻き線セットの組み重ね巻き線を有する電磁装置の製造方法を提供するものである。

本発明によれば、平巻きまたはエッジ巻き磁石線材（ｆｌａｔｏｒｅｄｇｅｗｏｕｎｄｍａｇｎｅｔｗｉｒｅ）を使用し、薄型磁気装置（ｌｏｗｐｒｏｆｉｌｅｍａｇｎｅｔｉｃｓ）用の巻き線を形成できる。本発明の巻き線構造および構成によれば、内側コイル巻き線および外側コイル巻き線を異なるマンドレルに巻きつけることができ、一つまたは複数のコイルを組み重ね式／積み重ね式（ｎｅｓｔｅｄａｎｄｓｔａｃｋｅｄａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）構成で位置調整できる。このため高いターン数の巻き線を形成できる。本発明装置の場合、複数列の巻き線を積み重ねることができる。

本発明の一態様の第１巻き線は平形線材（ｆｌａｔｗｉｒｅ）を有し、この第１巻き線は第１直径を与える（規定する）開口を有する。第２巻き線は平形線材を有し、この第２巻き線は第２直径を与える開口を有する。第２巻き線については、第１巻き線の開口内に組み重なるサイズを有する。第１巻き線と第２巻き線とが、最も低い平坦面および最も高い平坦面を有する第１巻き線セットを形成する。第３巻き線は平形線材を有し、この第３巻き線は第３直径を与える開口を有する。第４巻き線は平形線材を有し、この第４巻き線は第４直径を与える開口を有する。第４巻き線は、第３巻き線の開口内に積み重なるサイズを有する。第３巻き線および第４巻き線が、最も低い平坦面および最も高い平坦面を有する第２巻き線セットを形成する。一つの実施態様では、第１巻き線セットを第２巻き線セットの上方でこれに隣接して配置し、そして第１巻き線セットの最も低い面が第２巻き線セットの最も高い面に隣接し、これに向き合う。

組み重ね式平巻きコイルを有する変圧器の本発明による製造方法では、所望の内径および外径をもつマンドレルに変圧器に使用する複数の巻き線を巻き付け、複数の巻き線のうちの外側巻き線内に複数の巻き線のうちの内側巻き線を配置し、内側巻き線の外径によって外側巻き線の内径を補完することによって組み重ね対の複数の巻き線を組み立て、この組み重ね対の巻き線を支持フレームに組み付け、そして組み重ね対の巻き線内の２つの巻き線それぞれの上部コイル端子端部および底部コイル端子端部を個々に複数の接続点のうちの一つに組み付け、所望の電気接続セットを形成する。この製造方法では、さらに組み付けた組み重ね対の複数の巻き線の周囲に底部コアおよび上部コアを組み付ける。

本発明の製造方法では、さらに複数の巻き線の第２外側巻き線内に複数の巻き線の第２内側巻き線を配置し、第２内側巻き線の外径によって第２外側巻き線の内径によって補完した第２の組み重ね対の複数の巻き線を組み立て、第２の組み重ね対の巻き線を支持フレームに組み付け、そして第２の組み重ね対の巻き線内の２つの巻き線それぞれの上部コイル端子端部および底部コイル端子端部を個々に複数の接続点のうちの一つに組み付け、組重ね巻き線の第２セットを形成し、所望の電気接続セットを形成する。

第２内側巻き線の外径は内側巻き線の外径とは異なっていてもよく、内側巻き線の内径および第２内側巻き線の内径は実質的に同じでもよい。外側巻き線の外径および第２外側巻き線の外径は実質的に同じであってもよい。

内側巻き線および第２内側巻き線は同じマンドレルに巻き付けてもよく、また外側巻き線および第２外側巻き線は同じマンドレルに巻き付けてもよい。複数の巻き線は異なるサイズのマンドレルに巻き付けてもよい。

本発明の一つの態様では、平形または平面コイル巻き線を使用して磁気装置用の内側巻き線および外側巻き線を形成する。これら磁気装置の場合、エッジに巻き付けられるか、および／または各種螺旋形状で巻き付けられた磁石線材を使用して、複数ターン数の巻き線を形成する。

本発明は、内側巻き線および外側巻き線を形成する組み重ね平巻きコイルを有する磁気装置を提供するものである。また、中心支柱および複数のピンを有する支持フレームを提供するものであり、複数の組み重ね巻き線がこの中心支柱を取り囲む。これらピンに複数の組み重ね巻き線の端子端部を接続することができる。

本発明の巻き線の場合、同じか異なる線材厚さ、線材幅、ターン数をもつ線材から形成してもよく、あるいはそうでなくてもよい。類似するか異なる特性をもつ同じか異なる線材タイプから各種の巻き線を形成することができる。

本発明の組み重ね平巻きコイルは変圧器や誘導子などの装置に使用することができる。

以下添付図面を参照して本発明を詳細に例示する。
本発明に従って構成した変圧器の一実施態様を示す図であり、内部を図示するために上部コアを取り外した状態にあり、またピンを有するフレームに設けた状態にある。上部コアを有する図１の変圧器を示す展開図である。図２の変圧器を示す展開図である。本発明の変圧器製造方法の一実施態様を示すフローチャートである。端子端部を９０度捩じり、支持フレームのピン周囲に巻き付けた巻き線を示す本発明の変圧器の上面図である。３セットの組み重ね式巻き線を有する変圧器を示す側面図である。図６の変圧器の上面斜視図である。ピンの電気的接続時に中心支柱に同時整合した２セットの組み重ね式コイルを示す図である。組み重ね構成時の異なる点における２つのコイルを示す図である。組み重ね構成時の異なる点における２つのコイルを示す図である。組み重ね構成時の異なる点における２つのコイルを示す図である。組み重ね構成時の異なる点における２つのコイルを示す図である。組み重ね構成時の異なる点における２つのコイルを示す図である。複数の線材を使用して形成した本発明の組み重ね式巻き線構成に使用するコイルを示す図である。巻き線端子のピンへの接続を示す図である。絶縁材を使用して一つの巻き線セットの組み重ね式コイルをもう一つの巻き線セットの組み重ね式コイルに重ね、各巻き線セットを分離した状態を示す横断面図である。パンケーキ形線材コイル構成（ｐａｎｃａｋｅｔｙｐｅｗｉｒｅｃｏｉｌａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を巻き線に組み込んだ変圧器を示す図である。パンケーキ形線材コイル構成を巻き線に組み込んだ変圧器を示す図である。

当業者ならば、以下の説明によって本発明実施態様を実施しかつ利用できるはずであり、また当業者にとってはこれら実施態様の一部修正、変更、等価体、併用および代替は自明なはずである。従って、これらすべての一部修正、変更、等価体、併用および代替はいずれも、特許請求の範囲に記載した範囲内に包摂されるものである。

以下の説明で使用する用語は便宜的なもので、限定を意図するものではない。用語“右”、“左”、“上”や“下”は参照すべき添付図面における方向を示すものである。特許請求の範囲および明細書の対応する部分における単数表現は、特に断らない限り、一つかそれ以上の参照部分を含むものである。本明細書では、これらの用語は同義語などを包摂するものである。２つかそれ以上の“Ａ、ＢまたはＣ”などの個々の単位の前の“少なくとも一つの”はＡ、ＢまたはＣそれぞれが単独の場合を示すこともあり、あるいはこれらの任意の組み合わせを意味することもある。

図１～図３は、本発明に従って構成した実施態様の組み重ね式平巻きコイルを使用した変圧器１００を示す図である。本明細書では、用語“コイル”および“巻き線”は相互交換可能である。変圧器１００は底部コア１０および上部コア８０（図２）を有し、底部コア１０については第１底部コア部分１０ａ、第２底部コア部分１０ｂおよび底部コア１０の表面から上方に延在する底部コア突出部分１５（図１および図３には図示せず）から構成することができる。さらに、変圧器１００は中心支柱２０を有する支持フレーム９０、および複数の接続ピン３０を有する（図２および図３）。なお、支持フレームおよび／またはその各部は適宜使用するもので、いくつかの実施態様および／または一部用途ではフレームを設ける必要はない。図１～図３の示す本発明の一実施態様では、組み重ね式平巻きコイルは第１内側巻き線４０、第１外側巻き線５０、第２内側巻き線６０、および第２外側巻き線７０を有する。

即ち、第１上部（ｔｏｐｏｒｕｐｐｅｒ）セットの巻き線は第１内側巻き線４０および第１外側巻き線５０を有し、第２底部（ｂｏｔｔｏｍｏｒｌｏｗｅｒ）セットの巻き線は第２内側巻き線６０および第２外側巻き線７０を有する。このように、本発明は複数列または複数重ねの巻き線セットを提供できる。

第１底部コア部分１０ａおよび上部コア部分８０にそって存在する第２底部コア部分１０ｂにフェライト製や粉体製の変圧器１００の内部部分を容れ、変圧器１００内の起電力を封じ込めることができ、制御することができ、および／または遮蔽することができる。底部コア１０は単体の一体部品として形成してもよく、あるいは複数の部品を接合して形成してもよい。即ち、第１底部コア部分１０ａおよび第２底部コア部分１０ｂは同じ材料片から構成してもよく、あるいは別な材料片から構成してもよい。一体形底部コア１０の場合、底部コア１０はフェライト材料の単体鋳造片として形成することができる。

底部コア１０は直径を有する底部コア突出部分１５を有し、この突出部分については底部コア１０の中心部から上方に延在する円筒形突出部分として形成するのが好ましい。湾曲チャネル即ち湾曲半径部分１１は底部コア突出部分１５、第１底部コア部分１０ａおよび第２底部コア部分１０ｂの間において底部コア突出部分１５の両側に形成する。湾曲チャネル１１は全体として半円形状に、あるいは平形形状に構成すればよい。底部コア突出部分１５は底部コア１０と同じ材料で構成すればよく、また底部コア１０に取り付けられる変圧器１００の一要素として形成してもよく、あるいは底部コア１０の一体部分として形成してもよい。

本発明の一実施態様では、支持フレーム９０は複数の接続ピン３０および支持フレーム９０の開口を介して延在する中心支柱２０を有する。中心支柱２０は支持フレーム９０の中間点に位置し、支持フレーム９０の上下に開放端部が位置する。中心支柱２０については、全体として柱状や管状として形成し、またスプールまたはスピンドルとして形成するのが好ましい。中心支柱２０は完全にあるいは部分的に中空であればよい。中心支柱２０は例えば射出成形プラスチックなどの絶縁材料から形成することができる。中心支柱２０については、内周面２１側の内径および外周面２２側の外径をもつ管状壁として形成すればよい。中心支柱２０は支持フレーム９０の一部として、あるいは支持フレーム９０に接続するかその他の手段で接合してもよい。

図１～図３に示すように、支持フレーム９０および中心支柱２０については底部コア１０に着座および／または嵌合するように構成する。中心支柱２０に開口を形成し、その直径を底部コア突出部分１５の直径よりも大きく設定する。従って、中心支柱２０は底部コア突出部分を同軸的に包囲することになる。支持フレーム９０は底部コア突出部分１５、第１底部コア部分１０ａおよび第２底部コア部分１０ｂの間に形成される湾曲チャネル１１内に嵌合する中心湾曲部分を有する。従って、湾曲チャネル１１は支持フレーム９０の中心湾曲部分に対して補完的な形状になり、支持フレーム９０の中心湾曲部分を受け取ることができる。コアの場合と同様に、湾曲チャネル１１は全体として半円形か平坦な形状にすることができる。

ピン３０が支持フレーム９０の対向外壁を介して延在し、上部外壁が全体として矩形になる。支持フレーム９０の両側に６つのピン３０を図示する。

本発明の実施態様では、複数の積み重ねた巻き線セットの組み重ね式巻き線を列状に配列するか積み重ねるが、これらは中心支柱２０の周囲に配列してもよい。図示のように、平形、平面形やエッジを巻いた形の磁気線材を使用して本発明の巻き線を形成するのが好ましい。全体として矩形の横断面を有する線材を図示してあるが、正方形、矩形、楕円形や円形の各種の横断面を持つ線材構成も具体的な用途に応じて必要なら使用可能である。

コイルそれぞれは全体として螺旋状に巻いた平形線材である。図１～図３に示す本発明の一実施態様では、第１の上部セット(群あるいは列)の巻き線は第１内側巻き線４０および第１外側巻き線５０を有する。第１巻き線４０は平坦コイルとして設けてもよく、可能な場合には、中心支柱２０を取り囲む位置に設けてもよい。第１外側巻き線５０の中心開口が第１内側巻き線４０を同軸的に受け取り、これを包囲するため、第１外側巻き線５０の中心開口内に第１内側巻き線４０を嵌めこむことができる。（即ちネストできる）。

第２の下部セット(群あるいは列)の組み重ね式巻き線は第２内側巻き線６０および第２外側巻き線７０を有する。第２内側巻き線６０は平坦コイルとして設けてもよく、可能な場合には、中心支柱２０に隣接してこれを取り囲む位置に設けてもよい。第２外側巻き線７０の中心開口が第２内側巻き線６０を同軸的に受け取り、これを包囲するため、第２外側巻き線７０の中心開口内に第１内側巻き線６０を嵌めこむことができる。

巻き線それぞれについては、以下に詳しく説明するように各巻き線の端子端部において複数の接続ピン３０に接続することができる。

なお、第１内側巻き線４０、第１外側巻き線５０、第２内側巻き線６０、および／または第２外側巻き線７０のうちの任意の一つに流れる電流が変化すると、変圧器１００の他の巻き線即ち第１内側巻き線４０、第１外側巻き線５０、第２内側巻き線６０、および第２外側巻き線７０のいずれかに衝突する磁場が変化し、電磁誘導によりその他の巻き線即ち第１内側コイルと呼ぶこともできる第１内側巻き線４０、第１外側コイルと呼ぶこともできる第１外側巻き線５０、第２内側コイルと呼ぶこともできる第２内側巻き線６０、および／または第１外側コイルと呼ぶこともできる第２外側巻き線７０におけるＥＭＦまたは電圧が変化する。

図示のように、第１内側巻き線４０が第１外側巻き線５０に嵌めこまれ、そして第２内側巻き線６０が第２外側巻き線７０に嵌めこまれる。このようにして巻き線が、積み重ねられた巻き線内に列または群として巻き線セットを形成する。これら巻き線セットは列として積み重ねられる。即ち縦に配列され、複数の嵌めこまれた巻き線セットを有する巻き線縦列を形成する。嵌め込まれた巻き線セットは中心支柱２０の周囲に位置調整することができる。相互に積み重ねると、第１巻き線セットおよび第２巻き線セットの平坦な対向面が隣接位置にある巻き線にそれぞれ接触する。即ち、下部巻き線セットの線材の最上面が直ぐ上の巻き線セットの線材の最下面に対向隣接し、これと直接接触することになる。

第１内側巻き線４０および第２内側巻き線６０については、縦列構成（ｃｏ－ｃｏｌｕｍｎａｒｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）の垂直軸と同軸的に、あるいはこの垂直軸にそって位置整合するのが好ましく、また第１外側巻き線５０および第２外側巻き線７０についても位置整合すればよい。巻き線の各種サイズに応じて、かつ具体的な素子の使用用途の目的に応じて他の方向に構成することも可能である。

好適な実施態様では、内側巻き線と外側巻き線それぞれとの緊密な嵌合、密接嵌合、あるいは滑り嵌合を組み重ね方式で実施する。即ち、内側巻き線と外側巻き線との間の空間が小さく、この空間については基本的に０．０００５インチ～０．１００インチであるのが好ましい。外側巻き線内に組み重ねた内側巻き線について説明してきたが、任意の個数の巻き線を組み重ねることができる。

例えば、最も内側の巻き線について考えると、所定の外側巻き線をさらに設けて、最近接の内側巻き線を直接取り囲み、各外側巻き線の中心開口直径については、周囲に所定の外側巻き線が存在する巻き線のうちの一つを受け取りかつ取り囲むサイズに設定する。さらに別な実施例において、一つの巻き線セットに３つの巻き線を組み重ねる場合には、最も内側の巻き線を設け、この最も内側の巻き線を中間巻き線で取り囲み、最も外側の巻き線で最も内側の巻き線および中間巻き線を取り囲む。中心支柱２０を設ける場合には、すべての巻き線の開口のサイズは、中心支柱２０を取り囲むサイズに設定する。即ち、本発明では、複数の同心巻き線または同軸巻き線を配置することができる。さらに、複数の積み重ね巻き線、複数レベルの巻き線や複数列の巻き線を使用することができる。

本発明の巻き線は、設計要件および／または動作特性を満足するように形成または変化させることができる。本発明の巻き線構成によれば、内側巻き線および外側巻き線を異なるマンドレルに巻き付けることができ、また一つか複数の巻き線をそれぞれの内外のいずれかに組み重ねることができる。組み重ね式平形巻き線は薄型である。薄型を可能にする特性をもつ巻き線については他のタイプの線材を使用することも可能である。

本発明の巻き線は、エッジに巻かれ、および／または各種形状で螺旋巻きにし、複数ターン巻き線を形成した磁石線材で構成することができる。巻き線を組み重ねると、以下に説明するように、コイルの内側寸法が、材料の一体性や被覆の一体性を犠牲にせずに巻き線材料の延伸性および圧縮性よりもきつい場合に、ターン数の大きい巻き線が実現可能になるとともに、マルチファイラ巻き線（ｍｕｌｔｉｆｉｌａｒｗｉｎｄｉｎｇｓ）が実現可能になる。巻き線のターン数を高くするためには、組み重ね構成を使用すればよく、ターン数が高くなると、標準的なオフラインスイッチモード変圧器の５０ｋＨｚ範囲と同じ位低いｋＨｚで動作する高電源変圧器を実現できる。付加的な外部接続点を使用する必要なく、より厚い磁石線材を連続導体として巻くことができるため、労力および巻き線抵抗を小さくでき、かつ巻き線を形成するために必要な物理的空間を小さくできる。巻き線のターン近接度が高くなるほど、変圧器１００内の結合係数が高くなる。漏れをさらに減らすために、また漏れインダクタンスを最小に抑えた設計を実現するためには、図１４に示すように、巻き線をマルチファイラ線材（マンドレル周囲に巻いた複数の線材などの、コイルを形成するために使用した一つ以上の線材を有するコイル（ファイラ））から形成すればよい。このマルチファイラ線材構成によると、隣接ターンの相殺効果によって高漏洩磁界磁束キャンセルを改善できる。また、平巻きコイルの場合、コイルパッキングをよりタイトにでき、単位面積当たりの銅密度をより高くでき、従って電流能力をより高くでき、かつ抵抗損失をより抑えることができる。

本発明の巻き線の場合、各種の形態を取ることができ、またタイプが類似するか異なる線材を使用して形成することができる。従って、同様な特性（例えば材質、形状、幅、高さ、横断面形状、性能特性など）を備えた一定のタイプの線材から巻き線を形成することができる。例えば、巻き線セットの内側巻き線および外側巻き線を同じようなタイプの線材から形成してもよく、あるいは異なる特性を備えた一定のタイプの線材から形成してもよい。例えば、巻き線セットの内側巻き線および外側巻き線を異なるタイプの線材から形成してもよい。異なる巻き線セットの場合には、類似するか異なる線材タイプから形成することも可能である。なお、本発明の範囲内で各種の線材タイプを併用することができる。

各種のターン数をもつ巻き線を単体の積み重ね構造体内に差し込むと、変圧器１００の巻き線内のＥＭＦ場を抑制でき、高周波近接効果損失を小さくすることができる。本発明の内側／外側コイル構造によってより広いアスペクト比をもつ薄い銅を作り出すことができる。横断面が矩形の平形線材の坐屈および変形が巻かれたＩＤ（内径）／線材幅比を２．５以上に保つことによって抑制されるか、なくなるからである。

さらに、磁石線材を使用すると、巻き線毎に機能的な絶縁効果を得ることができ、＜１０００Ｖｒｍｓの絶縁耐圧を満足させるために付加する絶縁材料を使用する必要はない。

図示のように、複数の接続ピン３０については、これら複数の接続ピン３０のうちの少なくとも２つに電気的に結合することができる端子端部（端子）をもつ巻き線の外縁部に隣接する支持フレーム９０の両側に設ければよい。複数の接続ピン３０はそれぞれ個別に電源または負荷に電気的に接続し、例えば巻き線に電気的に接触させればよい。また、ピン３０は標準的なドリルを使用してカスタマー仕様ボードに半田接続できるように構成すればよい。複数の接続ピン３０は任意の個数で使用可能であるが、図１～図３および図５に示すように、二列のピンを使用し、各列のピン数は６個である。合計で１２個のピンがあるため、相互接続することなく６本の巻き線に電気的に結合することが可能になる。これら複数の接続ピン３０は任意の導電材から形成することができ、例えば銅ピンまたは銅メッキ鋼ピンから形成することができ、形状は円形、矩形または正方形であればよく、使用形態にマッチする長さであればよく、直径はコイルをピンに取り付けることを考慮にいれて決定すればよい。

好適な実施態様では、巻き線の端子のうちの一つかそれ以上を９０度程曲げ（即ち捩じって）一つかそれ以上のピンに接続する。

本発明の組み重ね巻き線またはコイルスタック（ｃｏｉｌｓｔａｃｋ）のリード方向は臨界的なものではなく、変数と考えるべきである。コイルを組み重ねた状態で、巻き線を磁石コアに組み立てることができ、この磁石コアの場合、リードフレームおよび／または他の絶縁材を設けてもよく、あるいは設けなくてもよく、また同様な方法で構成した巻き線、銅シート巻き線、従来の磁石線材巻き線に結合してもよく、あるいは結合しなくてもよく、あるいは上記巻き線構成を併用してもよい。

図２および図３に示すように、上部コア８０を設け、底部コア１０とともに変圧器１００の内部部分を収容する。本質的に底部コア１０の鏡像である上部コア８０は、中心支柱２０の直径よりも小さい直径をもつ上部支柱８９を有し、この上部支柱８９が中心支柱２０の上部開口に嵌合する。さらに、上部支柱８９の両側に湾曲チャネル１１を設け、支持フレーム９０の湾曲部分を調整し受け取る。従って、組み立てると、上部コア８０および底部コア１０が巻き線部分および支持フレーム９０部分を収容する、即ち“挟持”するコア本体を形成することになり、支持フレームの両側外壁およびピン３０がコア本体の内部の外側に位置することになる。

第１内側巻き線４０の内径Ｄは巻き線の内周面４１間で測定した内径であり、外径Ｄ´は外周面４２間で測定した外径である。これら直径は、部分的には、巻き線を形成する線材の幅Ｗに依存するものである。中心支柱２０を設けた場合、内径は中心支柱２０の外径サイズよりも大きくなる。内径サイズが外径サイズに近くなるほど、中心支柱２０周囲への第１内側巻き線４０の嵌合度が強くなる。

第１内側巻き線４０の垂直厚さまたは高さ４５は、添付図面において上から下に、即ち上下方向に測定した高さである。厚さ４５は第１内側巻き線４０を形成する線材の厚さ、および第１内側巻き線４０のターン数即ち巻き線数の関数である。これらは、巻き線を利用する装置の目的および機能に基づいて変更かつ選択できる。第１内側巻き線４０を形成する線材の底部コイルまたは端子端部４６（端子）が、ピン３０のうちの一つへの接続などの第１内側巻き線４０への第１電気接続点になる。第１内側巻き線４０を形成する線材の両端において、上部コイルまたは端子端部４７（端子）が、ピン３０のうちの一つへの接続などの第１内側巻き線４０への第２電気接続点になる。

第１外側巻き線５０は内側巻き線４０を受け取る開口を有する。第１外側巻き線５０の内径Ｄは、内周面５１間で測定した内径であり、外径Ｄ´は外周面５２間で測定した外径である。内径サイズは第１内側巻き線４０の外径よりも大きい。第１外側巻き線５０は垂直厚さまたは高さ５５を有する。厚さ５５は第１内側巻き線４０を形成する線材の厚さ、および第１外側巻き線５０のターン数即ち巻き線数の関数である。内径Ｄのサイズが外径Ｄ´のサイズに近くなるほど、第１内側巻き線４０周囲への第１外側巻き線５０の嵌合度が強くなる

第１外側巻き線５０を形成する線材の底部コイルまたは端子端部５６（端子）が、ピン３０のうちの一つへの接続などの第１外側巻き線５０への第１電気接続点になる。第１外側巻き線５０を形成する線材の両端において、上部コイルまたは端子端部５７（端子）が、ピン３０のうちの一つへの接続などの第１外側巻き線５０への第２電気接続点になる。

一つの実施態様では、第１内側巻き線４０の厚さ４５は全体として第１外側巻き線５０の厚さ５５と等しいが、この厚さについては変更可能である。

第２内側巻き線６０および第２外側巻き線７０については、第１内側巻き線４０および第１外側巻き線５０と同様にして設ける。従って、第２内側巻き線６０の内径Ｄは内周面６１間で測定した内径であり、外径Ｄ´は外周面６２間で測定した外径であり、内径サイズは中心支柱２０の外径２２のサイズより大きい。第２内側巻き線６０は垂直厚さまたは高さ６５を有する。第２内側巻き線６０の底部コイル端子端部６６および上部コイル端子端部６７がピン３０のうちの一つなどに対する電気接続点になる。

第２外側巻き線７０は第２内側巻き線６０を受け取る開口を有する。第２外側巻き線７０の内径Ｄは内周面７１間で測定した内径であり、外径Ｄ´は外周面７２間で測定した外径であり、内径Ｄは外径Ｄ´より小さい。第２外側巻き線７０は厚さ７５を有する。底部コイル端子端部７６および上部コイル端子端部７７がピン３０のうちの一つなどに対する電気接続点になる。

巻き線の内径は実質的に等しくてもよく、あるいは異なっていてもよい。また巻き線の外径は実質的に等しくてもよく、あるいは異なっていてもよい。

上部コア部分８０は対向する正面／背面８４を有していてもよく、対向する左右側面８８を有していてもよい。上部コア部分８０の正面／背面８４に開口として形成された切り欠き部分８３を設けることができ、この切り欠き部分によって変圧器１００の組み立て後にコア本体の内部と複数の接続ピン３０との間にアクセスすることが可能になる。切り欠き部分８３の高さおよび幅をそれぞれＸおよびＹで示す。図示のように、切り欠き部分８３については正面８４の中心に設けるが、正面８４にそって設ける限り複数の接続ピン３０へのアクセスは十分に可能である。

底部コア部分１０には切り欠き部分１３（正面における１３ａ、および背面における１４および１３ｂ）を設けることができ、この切り欠き部分によって変圧器１００の組み立て後にコア本体の内部と複数の接続ピン３０との間にアクセスすることが可能になる。切り欠き部分１３の高さおよび幅をそれぞれＸおよびＹで示す。

支持フレーム９０は所定の材質からなり、複数の層で構成することができる。上部層９１については巻き線に最も近接して設ける。中間層９２については第１の上部層９１と第２の底部層９３との間に実質的に挟持する。中間層９２の一部については、第１層９１および第２層９３よりも長く設定することができる。図示のように、中間層９２には一連の位置調整ピン９４を設けることができる。これら位置調整ピン９４については、中間層９２の第１層９１および第２層９３よりも長く延在する部分の周囲に設けることができる。

本発明の新規な態様の一つは、複数列の巻き線セットによって本発明装置の電磁属性を多様化することに関する。積み重ねた巻き線セットは従来技術よりもすぐれている。この態様によってターン数の大きな巻き線（即ち直列接続）を実現できるため、巻き線がより高い電圧をサポートできるようになる。さらにこの態様によれば、このような巻き線パッケージをより薄型にできる。さらに、巻き線の装置コアへの位置設定が簡単かつ容易なため、漏れインダクタンスを低く抑えた状態でかなり異なるターン数をもつ巻き線から複数の一次インターフェースおよび二次インターフェースを作り出せる。本発明の巻き線態様によれば、より多数の巻き線を一つのユニットまたはパッケージに配列できる。従来の技術では、巻き線の構成、数およびサイズは、一つのパッケージまたは装置内に嵌合できるように同じ相対的高さに限定されていた。また、コイルを組み重ねると、巻き線間を絶縁できるため、図１６を参照して以下に説明するように、同心巻き線よりも絶縁電圧を高くできる。

図４に、本発明の一態様に従って組み重ね式変圧器を製造する方法４００を示す。本方法４００では、変圧器に使用する巻き線のそれぞれを対応するマンドレルに巻き付け、工程４１０において各巻き線の目的の内径および外径を維持する。複数の巻き線を異なる直径のマンドレル／アーバーによって作り出すことができる。各巻き線のコイル構成については、具体的な用途に応じて正方形、矩形、楕円形や円形であればよい。外側巻き線については、近接内側巻き線の最大外径より最小で０．０００５インチ大きい別なマンドレルに巻きつけることができる。外側巻き線のサイズの違いは内側巻き線の構築高さ（ｂｕｉｌｄｈｅｉｇｈｔ）に基づく。内側／外側巻き線の線材厚さ、線材幅またはターン数については同じでもよく、同じでなくてもよい。巻き線のこれら態様それぞれは、空間パラメータおよび電気パラメータを実現できるように変更することができる。

工程４２０において、内側巻き線を外側巻き線内に設け、内側巻き線の外径が外側巻き線の内径を補完することによって巻き線を組み重ね構成で組み立てることができる。組み重ねた巻き線を磁石コアに組み立てることができ、この磁石コアの場合、リードフレームおよび／または他の絶縁材を設けてもよく、あるいは設けなくてもよく、また同様な方法で構成した巻き線、銅シート巻き線、従来の磁石線材巻き線に結合してもよく、あるいは上記巻き線構成を併用してもよい。工程４２０を繰り返して組み重ね巻き線を追加製造することができる。

工程４３０において、このようにして組み立てられたセットの組み重ね式巻き線を支持フレームに組み立てることができる。工程４４０において、巻き線の端部を支持フレームのピンに接続する。工程４５０において、底部コア部分および上部コア部分を組み立て、変圧器の内部部分を収容することができる。

図５は巻き線セットの複数の積み重ね体を有し、各巻き線の端子をピン３０に取り付けた本発明の一つの実施態様を示す図である。各端子を巻き線セットの平面からほぼ９０度曲げ、上記ピン３０などの外部取り付け具の周囲に巻きつける。このピンも巻き線セットの平坦な表面の平面からの方向がほぼ９０度である。従って、巻き線セットを水平に配置した場合には、端子端部を曲げおよび／または捩じり、その方向を実質的に垂直にする。なお、端部端子については、巻き線の方向に対して例えば約０度～約９０度の範囲にある任意の角度で取り付けることができるように曲げるか捩じる。具体的な用途に応じて、端子を９０度より大きな角度に曲げることができる。端子端部の曲げた、あるいは捩じった遷移部分は巻き線の平坦な部分と端子端部との間に位置設定する。従って、端部端子をどのように位置設定するか、どの方向に設定するか、外部接続部にどのように取り付けるかに関する自由度が大きくなる。

端子については、図５に示すように、時計方向にも、あるいは反時計方向にも巻きつけることができる。

第１外側巻き線５０の底端部端子５６についてはピン３０ａの周囲に巻き付け、第１外側巻き線５０の上端部端子５７については、ピン３０ｃの周囲に巻きつける。

第１内側巻き線４０の底端部端子４６についてはピン３０ｂの周囲に巻き付け、第１内側巻き線４０の上端部端子４７については、ピン３０ｄの周囲に巻きつける。

第２内側巻き線６０の底端部端子６６についてはピン３０ｇの周囲に巻き付け、第２内側巻き線６０の上端部端子６７については、ピン３０ｆの周囲に巻きつける。

第２外側巻き線７０の底端部端子７６についてはピン３０ｈの周囲に巻き付け、第２外側巻き線７０の上端部端子７７については、ピン３０ｅの周囲に巻きつける。

巻き線数およびピン数に応じて他の巻き線構成を使用することが可能である。

図６および図７は、３つの巻き線セットを有し、各巻き線セットが組み重ね式の内側巻き線および外側巻き線を有する変圧器２００を示す図である。この変圧器２００は第１内側巻き線４０および第１外側巻き線５０を有する第１セットの組み重ね式巻き線、第２内側巻き線および第２外側巻き線７０を有する第２セットの組み重ね式巻き線、および第３内側巻き線および第３外側巻き線６７０を有する第３セットの組み重ね式巻き線を有し、以下に説明するように、各組み重ね式セットの巻き線を着座部分２０に着座させるとともに複数の接続ピン３０に電気的に接続した変圧器２００を示す図である。図示の構成では、隣接巻き線セット間に絶縁層は設層しないが、本明細書に説明するように、絶縁層を設層することは可能である。端子端部を半田付けし、端子をピンに固定する。

第１内側巻き線４０は、底部コイル端子端部４６および上部コイル端子端部４７を有する。底部コイル端子端部４６については水平からほぼ９０度曲げ、複数の接続ピン３０ｉのうちの一つに電気的に接続する。また、上部コイル端子端部４７については水平からほぼ９０度曲げ、複数の接続ピン３０ｈのうちの一つに電気的に接続する。

第１外側巻き線５０は、底部コイル端子端部５６および上部コイル端子端部５７を有する。底部コイル端子端部５６については水平からほぼ９０度曲げ、複数の接続ピン３０ｊのうちの一つに電気的に接続する。また、上部コイル端子端部５７については水平からほぼ９０度曲げ、複数の接続ピン３０ｇのうちの一つに電気的に接続する。

第２内側巻き線は、底部コイル端子端部６６(図７)および上部コイル端子端部６７を有する。底部コイル端子端部６６については水平からほぼ９０度曲げ、複数の接続ピン３０ｂのうちの一つに電気的に接続する（図７）。また、上部コイル端子端部６７については水平からほぼ９０度曲げ、複数の接続ピン３０ｉのうちの一つに電気的に接続する。この接続によって第２内側巻き線が第１内側巻き線４０に電気的に結合する。

第２外側巻き線７０は、底部コイル端子端部７７および上部コイル端子端部７６（図７）を有する。底部コイル端子端部７７については水平からほぼ９０度曲げ、複数の接続ピン３０ｊのうちの一つに電気的に接続する。この接続によって第１外側巻き線５０が第２外側巻き線７０に電気的に結合する。また、上部コイル端子端部７６については水平からほぼ９０度曲げ、複数の接続ピン３０ａのうちの一つに電気的に接続する（図７）。

第３内側巻き線は、底部コイル端子端部６７７および上部コイル端子端部６７６（図７）を有する。底部コイル端子端部６７７については水平からほぼ９０度曲げ、複数の接続ピン３０ｆのうちの一つに電気的に接続する。また、上部コイル端子端部６７６については水平からほぼ９０度曲げ、複数の接続ピン３０ｄのうちの一つに電気的に接続する（図７）。

第３外側巻き線６７０は、底部コイル端子端部６６７および上部コイル端子端部６６６（図７）を有する。底部コイル端子端部６６７については水平からほぼ９０度曲げ、複数の接続ピン３０ｅのうちの一つに電気的に接続する。また、上部コイル端子端部６６６については水平からほぼ９０度曲げ、複数の接続ピン３０ｃのうちの一つに電気的に接続する（図７）。

支持部分９０については、射出成形プラスチックなどの絶縁材から構成することができ、コイルに対して電気的に絶縁することができる。例えば、巻き線４０、５０、７０、６７０と複数の接続ピン３０との間を電気的に絶縁することができる。着座部分９０に任意の数の材料層を設層することができる。添付図面、特に図６には３層の着座部分９０を示す。第１層９１が巻き線４０、５０、７０、６７０に最隣接する。中間層９２については第１層９１と第２層９３との間に実質的に挟持する。中間層９２の一部は第１層９１および第２層９３よりも長く延在する。

図示のように、中間層９２については一連の位置調整ピン９４を設けることができる。これら位置調整ピン９４は、第１層９１および第２層９３より長く延在する中間層９２の部分の周囲に設けることができる。例えば、複数の接続ピン３０を有し、これに対して位置調整した中間層９２の部分にそって三つの組として位置調整ピン９４を設けることができる。一つの位置調整ピン９４については、複数の接続ピン３０の端部において中間層９２の部分に設けることができる。

図８はコイル４０、５０をもつ第１巻き線セット、およびこの第１巻き線セットの下に設けられ、かつピン３０との電気的な接続を行っている間に中心支柱２０の周囲に同軸的に位置整合した第２巻き線セットを有する組み重ねたコイルの２つの積み重ねた巻き線セットを示す図である。各コイル４０、５０および第２セットの第１端部は複数のピン３０のうちの一つに接続する。コイル４０の端子端部４６はピン３０ｂに接続し、コイル５０の端子端部５６はピン３０ａに接続する。そしてコイル６０の端子端部６６はピン３０ｃに接続し、コイル７０の端子端部７６はピン３０ｄに接続する。

図８において、各コイル４０、５０の第２端子端部および第２セットはまだ複数のピン３０のうちの一つに接続していない。コイル４０の端子端部４７については、ほぼ９０度曲げ、ピン３０ｈに接続する準備段階にあり、またコイル５０の端子端部５７についても、ほぼ９０度曲げ、ピン３０ｇに接続する準備段階にある。コイル６０の端子端部６７については、ほぼ９０度曲げ、ピン３０ｆに接続する準備段階にあり、またコイル７０の端子端部７７についても、ほぼ９０度曲げ、ピン３０ｅに接続する準備段階にある。

図８において、端子端部４７、５７は組み重ね構成から引き出されているが、まだ９０度曲げられておらず、対応するピン３０に接続する準備段階にある。端子端部６７、７７については、組み重ね構成から９０度曲げられ、対応するピン３０に接続する準備段階にある。

線材端子端部を９０度曲げると、ピン３０などの外部接続点へ端子端部を簡単かつ効率よく、しかも素早く接続でき、精密に曲げる必要がなくなる。例えば従来構成の場合、端部基板のスロットなどに直接接続するために端子端部を正確に位置調整する必要があると考えられる。さらに、本発明のように接続を行うと、図６および図７に示すように、複数の巻き線を同じピン３０に接続できる。このため、コイル構造体のＥＭＦを低くする複数の巻き線の差し込みが容易になる。本発明の接続方法は、中間タップ形巻き線（ｃｅｎｔｅｒ－ｔａｐｐｅｄｗｉｎｄｉｎｇｓ）を素早く形成する方法である。

なお、本発明の線材の端子端部は複数の異なる方向に延在することができる。任意の２つの端子端部を同じ方向に延在させる必要はない。従って、図８では、端子端部４７、５７、６７、７７はすべて端子端部４６、５６、６６、７６とは異なる方向に向いている。図８に示す２つの端子端部は同じ方向を向いていない。

さらに一つの実施態様では、組み重ねた内側コイルおよび外側コイルの一部は、一つの巻き線セット上面または底面から交差することなく延在する。これについては、巻き線セットの上部および上面を示す図５および図７に例示する通りである。あるいは、組み重ねた内側コイルおよび外側コイルの一部は、例えば図８に示すように、交差していてもよい。

図９～図１３に、組み重ね時の異なる点における２つのコイルを示す。一つのコイルをもう一つのコイル内に積み重ねた状態を図示しているが、この積み重ねプロセスは繰り返し実施することができる。図９には２つの異なるコイル９４０、９５０を示す。組み重ね構成においてコイル９４０が内側コイルになり、コイル９５０が外側コイルになる。コイル９４０の内径は円周９４１間で測定し、外径は円周９４２間で測定する。コイル９４０は第１端部９４６および第２端部９４７を有する。コイル９５０の内径は円周９５１間で測定し、外径は円周９５２間で測定する。コイル９５０は第１端部９５６および第２端部９５７を有する。内径９５１および外径９４２については、密接に相互マッチするように設計することができ、従って組み重ねた後はコイルが正確に嵌合する。この密接な相互マッチについては、マージナルクリアランス（ｍａｒｇｉｎａｌｃｌｅａｒａｎｃｅ）によって決定でき、組み立てが容易になる上に、マッチが密接になる程、性能が向上する。用途によっては、例えば電圧切り換え用途では、機械的なカップリングを付加するために間隔をより大きく取ってもよい。

図１０に組み重ねプロセスにおける第１点を示す。コイル９４０の第２端部９４７がコイル９５０の中心で開口の他の側まで突出するまでこれをコイル９５０の中心開口に通す。図示のように、第２端部９４７がコイル９５０の中心を通っている間、端部９４７と端部９５７との間に特別な関係を設定する必要はない。また端部９４６と端部９５６との間にも特別な関係を設定する必要はない。最初に通した後に具体的な方向を調節すればよい。

図１１に組み重ねプロセスにおける第２点を示す。コイル９５０の中心開口に第２端部９４７を通した後は、コイル９５０の平面に対して所定角度、例えば４５度の角度でコイル９４０を傾ければよい。この傾きによって外径９４２が内径９５１に入り込み、組み重ねが開始する。具体的には、外径９４２の一部が内径９５１に対して設定され、組み重ねプロセス中の次工程で傾斜をなくすさいに適正な間隔が形成する。コイルに厚さがある場合には、外径９４２にそって内側コイル９４０の底部縁部を外側コイル９５０の底部縁部に対して一直線に設定することができ、内径９５１への入り込みが開始する。

図１２にコイル９４０が回転し、コイル９５０に組み重なる間の組み重ねプロセスにおける点を示す。外径９４２が内径９５１に入った後は、コイルが整合し、コイル９４０、９５０が巻き線セット内で共線化（平坦化）かつ同軸化する。上記の説明でコイル間に与えられた４５度の傾斜などのコイル間の角度を取り去ると、コイル９４０の残部をコイル９５０内で回転した状態で、内径９５１に隣接した外径９４２を所定位置に保持することができる。

図１３に相互に組み重ねた２つのコイル９４０、９５０を示す。具体的には、組み重ねたコイルの全体外径は外径９５２によって決まり、また全体内径は内径９４１によって決まる。コイル９４０、９５０が相互に組み重なると、内径９５１と外径９４２が相互に隣接する。内径９５１と外径９４２との近接度については、ここで説明するが、最小に維持することができる。即ち、組み重ねが生じるのに十分な近接度であればよい。本質的に、より大きな外側コイル９５０を内側コイル９４０のリード部の一つに送り出し、外側コイル９５０が内側コイル９４０に同心的に位置が整合するまで、内側コイル９４０上に片持ち支持する。

コイル９４０、９５０についてはこれらを相互回転させると、一方では端部９４７、９５７に、そして他方では端部９４６、９５６に位置整合させることができる。あるいはこのような位置整合を取らないことも可能である。設計に応じて端子端部９４６、９４７、９５６、９５７については対応するピン３０（他の図面に図示がある）にゆっくり係合するように構成することができる。即ち、コイル９４０がコイル９５０に対して回転し、ピン３０に対して端部９４６、９４７、９５６、９５７が位置整合し、これらを接続することができる。

図１４は、複数本構成で複数の線材を使用して形成したコイル１４００を示す。図１４に示すように、複数の線材を使用して一つのコイル１４００を形成する。第１線材１４４０を第２線材１４５０に螺旋状に巻き付けかつ差し込み、二本巻き線としてマルチファイラ巻き線を構成する。コイル１４００については、本発明のいずれの実施態様に使用することができ、内側巻き線、外側巻き線あるいは中間巻き線として使用することができる。さらに、一本巻き線および複数本巻き線を任意に併用してもよい。

図１５に、巻き線端子端部のピンへの半田接続を示す。図１５に、ピン３０に接続する３つの巻き線端部１５４７、１５６７、１５７７を示す。端子端部１５７７をピン１５３０ｅに、端子端部１５６７をピン１５３０ｄに、そして端子端部１５４７をピン１５３０ｃに接続する。

端子端部１５６７は９０度回転下部分１５１０を有するため、本明細書で説明するようにピン１５３０ｄに接続することができる。

図１６は絶縁材１６０５を使用して他の組み重ねコイル１６６０、１６７０の巻き線セットに積み重ねたコイル１６４０、１６５０の組み重ね巻き線セットを示す横断面図であり、図示のように組み重ねセット１６４０、１６５０と１６６０、１６７０とが分離している。図１６に示すように、コイル１６６０についてはコイル１６７０に組み重ね、中心支柱１６２０の周囲に同軸的に設けることができる。絶縁材１６０５については、シートの形を取り、底部コア部分１６１０に対して遠位にある組み重ねコイル１６６０、１６７０の巻き線セットの上部に設けることができる。組み重ねコイル１６４０、１６５０の第２巻き線セットについては、絶縁材１６０５に対向する中心支柱１６２０に位置整合させ、絶縁材１６０５を挟持すればよい。絶縁材１６０５については、例えば射出成形プラスチックなどの絶縁材料から形成すればよい。絶縁材１６０５によって、組み重ねセット１６４０、１６５０と組み重ねセット１６６０、１６７０との間を電気的に分離することができる。絶縁材１６０５によって、組み重ねセット１６４０、１６５０と組み重ねセット１６６０、１６７０との間を熱的に分離することもできる。なお、積み重ね巻き線セットには異なる量の線材を使用することができ、また異なる厚さまたは異なる高さを適用することができる。

本発明の複数コイル設計の場合、巻き線構造体に複数の差し込みが可能である（例えば一次／二次／一次／二次巻き線など）。これら設計の場合、変圧器のバイアス巻き線を一次巻き線からさらに引き離すことができ、電源構造体内の端部出力電圧制御が向上する。本明細書に記載した巻き線技術によると、必要に応じて中間タップ形巻き線を形成でき、あるいはターン数の多い巻き線およびより薄いパッケージを形成できる。複数の積み重ねコイルの場合、２つ以上の二次巻き線を必要に応じてパッケージ内に形成できる。

本発明構造の場合、複数の並列二次巻き線を形成できるため、より薄い線材を利用でき、従って構造内の近接効果損失を抑制するのに役立つ。最後に本発明構造の場合、並列巻き線（同一巻き線上の内側コイルおよび外側コイル）を形成し、より狭くした銅によって曲げの強い半径をエッジ巻き線材に使用できる。一般的にエッジ巻き線材を幅に対して２．５×ＩＤ（内径）以上強く巻き付ける必要があるため、巻き線線材のエナメル被覆が損傷することがなく、あるいは大きな変形もない（外側エッジの薄肉化やコイルの内側エッジの圧縮が生じない）ことが利点である。本発明巻き線は、コア構造内の水平エリアをより充填するないしフィルファクターが向上するように巻き付けることができる作用効果をもつ。さらに、より狭い銅を使用するため、上記のようによりきついピンピッチで接続することが可能になる。線材に９０度の捩じれを与え、かつピンへ接続するために変圧器のスペースをより小さくする必要があるからである。

“パンケーキ”巻き線材コイル構成を使用してターン数の高い巻き線を形成でき（薄い磁石線材を巻き付けるため、垂直層を最小化できるとともに水平層を最大化できる）、従ってエッジ巻き矩形銅磁石線材の任意の他の組み合わせの幅にも対処することも可能である。この線材は例えば横断面が円形であり、あるいはその他の異なる横断面形状をもつことが可能である。この巻き線技術の併用によって、従来の平面スタイルの巻き線では難しい高電圧低電流巻き線を形成することが可能になる。

例えば、図１７Ａおよび図１７Ｂに巻き線中にパンケーキ線材コイル構成３０１０を組み込んだ装置を示す。図示の実施例に示すように、一本の巻き線にパンケーキ線材コイル構成３０１０を組み込み、他の線材にはこれを組み込まない。これら２つのコイルについては、異なる横断面形状をもつか、あるいは同じか実質的に同様な横断面をもつ線材から形成することができる。

本明細書に記載した変圧器は１０～１２００Ｗ範囲で動作する薄型スイッチモード変圧器として使用することができ、また従来の平面スタイル変圧器の代わりに直接使用することができる。この変圧器はすべての市場用途に使用できるものである。

本明細書に記載した組み重ね式巻き線は、他のエッジ巻きコイルとしての巻き線を付加することが可能であり、あるいは既に述べたように、薄型平面スタイル変圧器に使用可能であり、この変圧器には磁石線材を完全に巻き付けることができ、高さを低くするために回路板を使用する必要はない。

本発明の変圧器の場合、変圧器ウインドウ（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｗｉｎｄｏｗ）内の導体フィルファクターを大きく取ることができる。即ち、絶縁材を必要とせず、またトレース対トレーススペース（ｔｒａｃｅｔｏｔｒａｃｅｓｐａｃｉｎｇ）を必要としないため、導体を充填する磁気コアウインドウをより広く取ることができる。そのため、このスタイルの設計を使用する銅フィルファクターは増加し、ほぼ６０％のウインドウ利用率に相当し、一方従来の平面回路板のウインドウ利用率は３５％に近い。

厚さが可変の銅を同じパッケージ内に充填でき、巻き線材の基本的な金属コストと大差ない。

エッジ巻き巻き線の層は近接効果を発揮する作用効果をもつ。即ち、線材を複数ターン数で巻き付けることができ、結果として得られる高周波抵抗に対する効果は単層巻き線に匹敵する。外側巻き線を付加すると、この巻き線は変圧器１００内の近接効果および実効ＡＣ抵抗の点で第２層のように作用する。

本明細書に記載した変圧器の線材巻き特性によって、変圧器のターン数および層構成を最小コストで最適化でき、従来の平面／薄型変圧器に使用される新規な回路板巻き線（平面板）を形成する必要はない。本明細書に記載した変圧器は本発明の巻き線技術によって漏れインダクタンス場を排除できる。本発明のコイル積み重ね体によって対象となる巻き線上および／または巻き線下のターンを完全に被覆できるからである。

本発明技術の具体的な実施態様に関する上記説明は例示を目的とするものである。この説明は完全を期するものではなく、また本発明を厳密な開示形態に限定するものでもなく、多数の一部変更などは以上の説明に照らして可能であることは自明と考えられる。実施態様については、本発明の原理およびその応用を明示するために選択したもので、当業者ならば、本発明技術および一部変更を伴う各種実施態様を意図する用途に応じて実施することは可能なはずである。本発明の範囲は特許請求の範囲およびその等価範囲に記載する通りである。

１０：底部コア
１０ａ：第１底部コア部分
１０ｂ：第２底部コア部分
１１：湾曲半径部分、湾曲チャネル
１３、８３：切り欠き部分
１５：底部コア突出部分
２０、１６２０：中心支柱
２２：外径
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈ、３０ｉ、３０ｊ、１５３０ｄ：ピン
４０：第１内側巻き線
４１、５１、６１、７１：内周面
４２、５２、６２、７２：外周面
４５、５５、６５、７５：厚さ、高さ
４６、４７、５６、５７、６７、６６、７６、７７、６６６、６６７、６７６、６７７：コイル端子端部
５０：第１外側巻き線
６０：第２内側巻き線
７０：第２外側巻き線
８０：上部コア、上部コア部分
８４：正面、背面
８８：左右側面
８９：上部支柱
９０：支持フレーム、支持部分、着座部分
９１：上部層、第１層
９２：中間層
９３：底部層、第２層
９４：位置調整ピン
１００、２００：変圧器
１４０：コイル
４００：方法
４１０、４２０、４３０、４４０、４５０：工程
９４０：内側コイル
９４１、９５１：内径
９４２、９５２：外径
９４６：第１端部
９４７：第２端部
９５０：外側コイル
９５６、９５７：端部
１４００：コイル
１４４０：第１線材
１４５０：第２線材
１５１０：９０度回転下部分
１５４７、１５６７、１５７７：巻き線端部、端子端部
１６０５：絶縁材
１６１０：底部コア部分
１６４０、１６５０、１６６０、１６７０：組み重ねコイル
３０１０：パンケーキ線材コイル構成
Ｄ：内径
Ｄ´：外径
Ｘ：高さ
Ｙ：幅

Claims

平形線材を含み且つ第１直径を画定する開口を有した第１巻き線と、平形線材を含み且つ第２直径を画定する開口を有した第２巻き線と、
前記第２巻き線が前記第１巻き線の開口内に嵌め込んで組み重ねる大きさであり、そして、最下面および最上面を平坦面にして且つ前記第１巻き線および前記第２巻き線で構成した第１巻線セットと、
平形線材を含み且つ第３直径を画定する開口を有した第３巻き線と、平形線材を含み且つ第４直径を画定する開口を有した第４巻き線と、
前記第４巻き線が前記第３巻き線の開口内に嵌め込んで組み重ねる大きさであり、そして、最下面および最上面を平坦面にして且つ前記第３巻き線および前記第４巻き線で構成した第２巻線セットと、
を備え、
前記第１巻線セットは前記第２巻線セットの上側に隣接配置、かつ前記第１巻線セットに設けた前記最下面の平坦面が前記第２巻線セットに設けた前記最上面の平坦面に対面して隣接しており、
前記第１巻線セットおよび前記第２巻線セットは主軸の周りに巻き回してあり、
前記主軸に概ね並列して配置してある接続ピンが少なくとも一つあり、
前記第１～４巻き線の少なくとも一つの巻き線に第１および第２端子端部が対向して形成されており、この巻き線には前記主軸に概ね直交する方向に成す平面が主要面として形成されており、
さらに、前記主軸に概ね並列する面が前記第１端子端部を構成する平面として成形されており、そして、前記並列する面が主に前記接続ピンの周りに巻き付けているように曲げられている前記第１端子端部であることを特徴とする電磁装置。
前記第１巻線セットの厚さが、前記第２巻線セットの厚さと異なる請求項１に記載の電磁装置。
複数の前記巻き線の内の少なくとも一つの巻き線がパンケーキ形線材コイル構成であり、且つ、前記少なくとも一つの巻き線以外の巻き線の内、少なくとも一つの巻き線がパンケーキ形線材コイル構成と異なる請求項１に記載の電磁装置。
前記の巻き線のうちの少なくとも一つがマルチファイラ線材を有する請求項１に記載の電磁装置。
前記第１直径と前記第３直径とは実質的に等しい請求項１に記載の電磁装置。
前記第２直径と前記第４直径とは実質的に等しい請求項５に記載の電磁装置。
前記第１巻線セットおよび前記第２巻線セットの位置が同軸整合している請求項１に記載の電磁装置。
前記の巻き線のうちの少なくとも二つが同じ型の線材で形成された請求項１に記載の電磁装置。
前記の巻き線の中で、少なくとも一つの巻き線は、その他の巻き線の少なくとも一つの線材と異なる型で形成された請求項１に記載の電磁装置。
さらに、
平形線材を含み且つ第５直径を画定する開口を有した第５巻き線と、
平形線材を含み且つ第６直径を画定する開口を有した第６巻き線と、
前記第６巻き線が前記第５巻き線の開口内に嵌め込んで組み重ねる大きさであり、そして、最下面および最上面を平坦面にして且つ前記第５巻き線および前記第６巻き線で構成した第３巻線セットと、
を備え、
前記第３巻線セットは前記第１巻線セットの上側に隣接配置、および前記第３巻線セットに設けた前記最下面の平坦面が前記第１巻線セットに設けた前記最上面の平坦面に対面して隣接する構成の請求項１に記載の電磁装置。
さらに外周巻線を有し、この外周巻線は外周巻線直径を画定する開口部を有しており、この外周巻線の前記開口部は、前記第１巻き線または前記第３巻き線の一つを取り囲こみ且つ受け入れるための嵌め込み組み重ねる構成である請求項１に記載の電磁装置。
嵌め込んで組み重ねる平面コイル巻線を組み込んだ変圧器の製造方法において、
平形線材を含み且つ第１直径を画定する開口を有する第１巻き線を形成し、
平形線材を含み且つ第２直径を画定する開口を有する第２巻き線であって、前記第１巻き線の開口内に嵌め込んで組み重ねる大きさで前記第２巻き線を形成し、
最下面および最上面を平坦面にした厚さを有する第１巻線セットを形成するために、前記第１巻き線の開口内に前記第２巻き線を位置付け、
平形線材を含み且つ第３直径を画定する開口を有する第３巻き線を形成し、
平形線材を含み且つ第４直径を画定する開口を有する第４巻き線であって、前記第３巻き線の開口内に嵌め込み組み重ねる大きさで前記第４巻き線を形成し、
最下面および最上面を平坦面にした厚さを有する第２巻線セットを形成するために、前記第３巻き線の開口内に前記第４巻き線を位置付け、そして
前記第１巻線セットを前記第２巻線セットの上側に隣接配置させて、かつ第１巻線セットに設けた前記最下面の平坦面を、前記第２巻線セットに設けた前記最上面の平坦面に対面して隣接配置し、
前記第１巻線セットおよび前記第２巻線セットを主軸の周りに巻き回し、
前記主軸に概ね並列して配置する接続ピンを少なくとも一つ提供し、
前記第１～４巻き線の少なくとも一つの巻き線に第１および第２端子端部を対向して形成して、この巻き線には前記主軸に概ね直交する方向に成す平面を主要面として形成し、
さらに、前記主軸に概ね並列する面を前記第１端子端部の構成する平面として成形し、
そこで、前記並列する面を主に前記接続ピンの周りに巻き付けているように曲げられる前記第１端子端部になることを特徴とする製造方法。
前記第１巻き線の開口内に前記第２巻き線を配置するさいに、前記第１巻き線あるいは前記第２巻き線のうちの一方を前記第１巻き線あるいは前記第２巻き線のうちの他方に対して所定の角度で傾ける請求項１２に記載の製造方法。
前記第３巻き線の開口内に前記第４巻き線を配置するさいに、前記第３巻き線あるいは前記第４巻き線のうちの一方を前記第３巻き線あるいは前記第４巻き線のうちの他方に対して所定の角度で傾ける請求項１３に記載の製造方法。
前記の巻き線を異なる大きさのマンドレルに巻きつける請求項１２に記載の製造方法。
複数の前記巻き線の内の少なくとも一つの巻き線がパンケーキ形線材コイル構成であり、且つ、前記少なくとも一つの巻き線以外の巻き線の内、少なくとも一つの巻き線がパンケーキ形線材コイル構成と異なる請求項１２に記載の製造方法。
前記第１巻線セットおよび前記第２巻線セットの位置が同軸整合している請求項１２に記載の製造方法。
さらに、
平形線材を含み且つ第５直径を画定する開口を有する第５巻き線を形成し、
平形線材を含み且つ第６直径を画定する開口を有する第６巻き線を形成し、
前記第６巻き線は前記第５巻き線の開口内に嵌め込んで組み重ねる大きさであり、そして、前記第５巻き線および前記第６巻き線は共に最下面および最上面を平坦面にした第３巻線セットを構成し、
前記第３巻線セットは前記第１巻線セットの上側に隣接配置させて、かつ前記第３巻線セットに設けた前記最下面の平坦面を、前記第１巻線セットに設けた前記最上面の平坦面に対面し且つ隣接させて位置付ける請求項１２に記載の製造方法。
前記第１巻線セットの厚さが、前記第２巻線セットの厚さと異なる請求項１２に記載の製造方法。
さらに外周巻線を有し、この外周巻線は平形線材を含み且つ外周巻線直径を画定する開口部を有しており、この外周巻線の前記開口部は、前記第１巻き線または前記第３巻き線の一つを取り囲こみ且つ受け入れるために、嵌め込み組み重ねる構成を形成する請求項１２に記載の製造方法。