JPH05217764A

JPH05217764A - 箔巻トランス

Info

Publication number: JPH05217764A
Application number: JP1664992A
Authority: JP
Inventors: Hisanaga Takano; 久永高野
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1993-08-27

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】任意のコア特性を持ったトランスを比較的簡
単な方法により実現することである。【構成】導体箔からなる巻き線部材５と、箔状の磁性
材料よりなるコア部材２と、巻き線部材５間あるいは巻
き線部材５とコア部材２間の絶縁を形成するための箔状
の絶縁部材４と、前記巻き線部材５と電気的に接続され
た引き出し線６とを、並列にあるいは直列に巻き重ねた
構造を有するポットコア形状の箔巻トランスである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器などの電源に
使用される高周波トランスに関するものであり、特に、
巻き線およびコアを箔で構成することにより任意の形状
を実現したトランスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器用電源のトランスの構成は、巻
線・コア・ボビンと大きく３種類に分けることができ
る。このうち、コアについては磁性体メーカにより、そ
の形状が決まっており、コア定数を決定するパラメータ
である磁路長Ｌｅと断面積Ａｅを任意に選択することは
できないのが現状である。

【０００３】図７はポットコアにおけるコア定数の算出
方法を説明するための図であり、右側に平面形状が示さ
れ、左側に断面形状が示されている。基本的には、コア
定数は、各部の磁路長（Ｌ１〜Ｌ８）と、対応する部分
の断面積Ａ１〜Ａ４等との比を取ったものの総和により
決定される。したがって、市販されているコアは、この
磁路長と断面積の比に応じた固有の特性を有しているこ
とになる。

【０００４】以下、市販されているＭｎＺｎフェライト
コアの特性の傾向を考察する。図８は市販されているＭ
ｎＺｎフェライトコアに関して、横軸に磁路長Ｌｅをと
り、また、縦軸にコア断面積Ａｅをとって、その特性分
布を調べた結果を示す図である。この図から、ＡｅはＬ
ｅの約1.5 乗に比例する形で分布していることがわか
る。すなわち、下記（１）式の近似式が成立する。Ａｅ∝Ｌｅ^１．５・・・・（１）また、コア損失Ｐ_ｆｅは、次のようになる。

【０００５】

【数１】

【０００６】但し、（２）式中、Ｋ；比例定数，ｆ；周
波数，Ｎ；巻数，Ｂ；磁束密度，Ｖ_ｅ；コア体積であ
る。ＭｎＺｎフェライトコアでは、おおまかにいって、
αは、ほぼ“2.5 ”であり、βは、ほぼ“1.2 ”であ
る。したがって、（１），（２）式より、コア損失Ｐ_ｆｅ∝ｆ^−１．３Ａｅ^−０．８Ｎ^−２．５・・・・（３）が得られる。この（３）式より、周波数ｆの上昇に伴っ
て、鉄損が減少することがわかる。このことは、鉄損を
固定すれば、周波数の上昇によってコア断面Ａｅを減少
させ得ることを示している。

【０００７】図９は市販のＭｎＺｎフェライトコアに関
して、横軸にコア断面積Ａｅをとり、縦軸にコア窓面積
Ａｗをとって、特性分布を調べた結果を示す図である。
この図から、ＡｅはＡｗにほぼ比例した分布を示してい
る。おおまかにいって、銅損Ｐ_ｃｕは、下記（４）式の
ように表される。Ｐ_ｃｕ＝Ｉ^２ＲＦ_ｒ ∝（ＡｗＡｅ）の（0.75Ｊ^２Ｆ_ｒ）乗 ∝Ａｅ^１．５Ｆ_ｒ・・・・（４）但し、（４）式において、Ｉ；電流，Ｒ；ＤＣ抵抗，Ｆ
_ｒ；交流抵抗比，Ｊ；電流密度である。

【０００８】（４）式より、銅損は、コア断面積の1.5
乗に比例し、また、一般に、交流抵抗比Ｆ_ｒは周波数の
関数であり、Ｆ_ｒを一定に保つためには、巻線径を小さ
くせねばならず、実質的な窓面積の減少を招く。以上の
ことから、周波数の上昇に伴って、銅損は増加傾向にあ
ることになる。

【０００９】以上の考察より、市販されているＭｎＺｎ
フェライトコアについては、周波数の増加に伴ってコア
損失（鉄損Ｐ_ｆｅ）は減少する傾向があり、巻線の損失
（銅損Ｐ_ｃｕ）は増加傾向にあることがわかる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】トランスの損失を最少
限に抑えるための条件は、損失が均一に分布する状態と
することであり、これは、鉄損＝銅損の状態とすること
であると考えられる。上述の考察のように、市販のコア
における、コア損失（鉄損Ｐ_ｆｅ）と巻線の損失（銅損
Ｐ_ｃｕ）は、信号周波数に対してそれぞれ減少，増加の
傾向にあり、周波数軸上でそれぞれの損失をプロットし
ていくと、それぞれのグラフが交わる点が生じる。この
点が鉄損＝銅損の状態の点であり、その時の周波数が、
損失を最少限とするに足る周波数となる。

【００１１】しかし、実際に取り扱う信号の周波数を、
そのような固定された周波数に保つことは困難であり、
今後ますますの周波数の増加が切望されている現状を考
慮すると、現状のコア形状では、最適な設計は不可能な
状態となっている。

【００１２】また、コアメーカに依頼して最適なコアを
作製してもらう場合、通常で、コア金型費、数百万のオ
ーダの費用と納期３ケ月ほどを要する。そのため、試作
レベルでコアを新たに作成することは容易ではなく、普
通は、量産段階で初めて可能となる。したがって、自由
な試作や実験が行いにくいという問題点がある。

【００１３】本発明は、このような考察に基づいてなさ
れたものであり、その目的は、任意コア定数を持ったト
ランスを実現することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のトランスは、箔
状の巻線およびコアを、同一過程で重ね合わせて巻いた
構造を有する。

【００１５】

【作用】図７における横方向（ｘ方向）のサイズは、箔
（テープ）の幅により任意に決定でき、縦方向（ｙ方
向）のサイズは、箔（テープ）のターン数（巻数）によ
り、任意に調整可能である。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の箔巻トランスの一実施例の
構成と製造プロセスを概説するための図である。また、
図２は、使用される箔材の、一連の全体構成を示す図
（だだし、巻き込み方向に縮小して描いてある）であ
る。

【００１７】図２のように、本実施例において使用され
る箔材は、両側にコア材として磁性薄体（アモルファス
材料）２が設けられ、その間に、上下に配置された磁性
薄体３ａ，３ｂ、絶縁テープ（ポリエステルテープ）
４、導体箔５、引き出しリード（スズメッキ銅線）６か
らなる巻き線要素の箔体が設けられた構成している。

【００１８】図１の左上に示されるように、本実施例の
箔巻トランスでは、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３のサイズは箔のテ
ープ幅で任意に決定でき、Ｌ１０，Ｌ２０，Ｌ３０のサ
イズは、ターン数（箔の巻数）で任意に決定できる。

【００１９】製造プロセスの概要は、図１の右側に示さ
れるように、巻き取り芯１により磁性薄体２を巻き取り
（ステップａ，ｂ）、さらに、磁性薄体３ａ，３ｂ、絶
縁テープ４を並列に巻き取り（ステップｃ）、続いて、
導体箔５、引き出しリード６を巻き取り（ステップ
ｄ）、最後に磁性薄体２を巻き取る（ステップｅ）もの
である。

【００２０】次に、より具体的に製造プロセスを説明す
る。製造プロセスは大きく４段階に分かれており、それ
ぞれの段階が図３〜図６に示されている。各図におい
て、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。以下、各
段階毎に説明する。（１）コア中心柱の巻き取り（図３）磁性薄帯２を、中心にスリットを設けた回転する巻き取
り芯１にはさみ、所定のターン数まきとることにより所
望の半径を持った円筒状の磁性薄帯を得る。（２）導体箔およびコア上下側部の巻き取り（図４）まず、工程（１）で巻き取った円筒状磁性薄帯の上下に
磁性薄帯３ａ，３ｂを、中央部には絶縁テープ４を巻き
込む。巻き取った後、磁性薄帯および絶縁テープの半径
が同じになるようにする。これは、次に巻く導体箔のリ
ード引き出しを用意するためである。次に、中央部に絶
縁テープの上に引き出しリードを付けた導体箔を載せた
ものを送り出し、上下磁性薄帯と一緒に巻き込んでゆ
く。この過程で、導体箔は所望のターン数巻くこととな
る。なお、リードは冷間圧着あるいはレーザ溶接などの
方法により巻き取る前に銅箔に付けてゆく。また、リー
ドと磁性薄帯との間は絶縁が必要である。以上の過程
を、必要な巻線の数だけ繰り返す。（３）コア外周部の巻き取り磁性薄帯を所定のターン数巻き取ることにより所望の半
径を得る。（４）リード整形引き出しリード６を整形し、最終的な引き出し位置があ
る円周上に位置するようにする。

【００２１】このような製作プロセスにおいて、磁性薄
帯の厚さが分かっていれば、半径方向の寸法は中心柱、
外周部、上下側部のターン数コントロールおよび、巻き
たわみなどを防ぐためのテンションコントロールにより
制御でき、また、高さ方向は磁性薄帯のテープ幅で制御
できる。

【００２２】また、現状では、磁性薄帯２の材料とし
て、アモルファス金属が最適である。その理由は以下の
とおりである。（１）引っ張り強度が２００〜４００Ｋｇ／ｍｍ2 とつ
よい。（２）フェライトコアに比べ約１／２と低コストであ
る。（３）１０μｍ程度の厚さにすると、フェライトと同等
あるいはそれ以下の低損失性を実現できる。（４）応用するＳＷ電源の周波数が数百ＫＨｚの領域で
あることから、用いる銅箔が数１０μｍ・絶縁テープが
１０μｍ程度なため、厚さが、ほぼ同じ領域である。（５）数百ＫＨｚの領域で使用可能である。（６）フェライトより高飽和磁束密度である。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、以下ような効果が得ら
れる。（１）任意コア特性（実効磁路長、断面積、体積、窓面
積）を持ったトランスを製作できる。このため、損失密
度を均一とすることが可能となる。（２）本発明の箔巻トランスは、ポットコア形状であ
り、しかも、巻き線が完全に密閉されるため、良好なＥ
ＭＩ特性が実現できる。（３）ボビンが不要であり、また、コア材質が従来のフ
ェライトより安価である。また、新しくコアを起こす必
要がなくなることなどから製造装置の試作を考えても、
大量生産されれば安価なトランスが生産できるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の箔巻トランスの一実施例の構成と製造
プロセスを概説するための図であり、図中、（ａ）〜
（ｅ）は製造過程の主要な工程を示す。

【図２】本実施例において使用される箔材の全体構成を
示す図である。

【図３】本実施例の製造工程のうち、主要な第１の工程
を示す図であり、図中、（ａ）は平面図であり、（ｂ）
は正面図である。

【図４】本実施例の製造工程のうち、主要な第２の工程
を示す図であり、図中、（ａ）は平面図であり、（ｂ）
は正面図である。

【図５】本実施例の製造工程のうち、主要な第３の工程
を示す図であり、図中、（ａ）は平面図であり、（ｂ）
は正面図である。

【図６】本実施例の製造工程のうち、主要な第４の工程
を示す図であり、図中、（ａ）は平面図であり、（ｂ）
は正面図である。

【図７】ポットコアのコア定数を算出する方法を概説す
るための図である。

【図８】市販されているＭｎＺｎフェライトコアに関し
て、横軸に磁路長Ｌｅをとり、縦軸にコア断面積Ａｅを
とって、その特性分布を調べた結果を示す図である。

【図９】市販のＭｎＺｎフェライトコアに関して、横軸
にコア断面積Ａｅをとり、縦軸にコア窓面積Ａｗをとっ
て、特性分布を調べた結果を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導体箔からなる巻き線部材と、箔状の磁
性材料よりなるコア部材と、巻き線部材間あるいは巻き
線部材とコア部材間の絶縁を形成するための箔状の絶縁
部材と、前記巻き線部材と電気的に接続された引き出し
線とを、並列にあるいは直列に巻き重ねた構造を有する
ポットコア形状の箔巻トランス。