JPH1174135A

JPH1174135A - 高圧トランス

Info

Publication number: JPH1174135A
Application number: JP9244748A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kotani; 忠小谷; Masao Ishiwaki; 將男石脇
Original assignee: Hitachi Ferrite Electronics Ltd
Current assignee: Hitachi Ferrite Electronics Ltd
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【目的】高圧トランスの高圧側コイルの絶縁性の向上
を図る。【構成】リング状の磁心３は、その外装を絶縁樹脂か
らなる第１のケース４に覆われ、磁心３を収納した前記
ケース４の外装には、２次側コイル２が単層整列巻さ
れ、さらに、前記２次側コイル２は、第２のケース５に
より覆われ、該ケース５の外装には１次側コイル１が巻
回して構成する高圧トランスである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高電圧を必要とす
る冷陰極ランプあるいはメタルハライドランプ等の点灯
に用いられる高圧トランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高圧の点灯として一般に知られて
いるのは、パソコンあるいはワープロ等の液晶表示の裏
側に取り付けられている冷陰極ランプがあり、高圧トラ
ンスを使用して数十Ｖの電圧を数ｋＶに昇圧して冷陰極
ランプを点灯させ、液晶を明るく表示させていた。図１
１が前記高圧トランスの断面図を示したものである。両
端にフランジ５６の施された中空穴５５を有すボビン５
４は、前記フランジ５６間には、低電圧側の１次側コイ
ル５１と高圧側の２次側コイル５２が巻回され、１次側
コイル５１と２次側コイル５２間には絶縁壁５７ａが設
けられ、さらに２次側コイル５２は絶縁壁５７ｂにより
分割巻されている。そして、ボビン５４の中空穴５５に
フェライトからなるコア５３を組み込んで高圧トランス
を構成している。

【０００３】また近年では、自動車のヘッドライトとし
てメタルハライドランプなる高圧放電灯が登場してい
る。この高圧放電灯は、従来のヘッドライト用ハロゲン
ランプに比べ輝度が高く、明るく照らすことができる
が、点灯始動時の電圧が２０ｋＶ以上の高電圧を必要と
する。前記高圧放電灯に用いられる高圧トランスとして
は、図１２に示す特開平８−１３０１２７号公報に開示
された高圧トランスがある。この高圧トランスは、スプ
ール６４内に円柱形状のコア６３が収納され、２次側コ
イル６２が巻かれている。これらをケース６５内に収納
し充填樹脂により一体化し、ホルダー状の１次側コイル
６１は、ケース６５に一体化されたスプール６４に巻回
された２次側コイル６２およびコア６３を覆うように上
方より取り付けられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の高圧トランスは、いずれも２次側コイルが分割巻され
層間電圧を低く抑えているものの、高圧側である２次側
コイルの電圧が例えば２５ＫＶといったように高くなる
と、それぞれの分割巻線内のコイル電位差が非常に高く
なり、信頼性に欠けるという問題点があった。また、２
次側コイルの分割数を増すことにより分割巻線内のコイ
ル電位差を低くすることはできるが、高圧トランスとし
てのサイズが大きくなるという問題点があった。

【０００５】また、図１２において、トランスとしての
磁心は円柱形状のコアのみで構成されているため、開磁
路での動作となる。この開磁路構造のため、必要な電圧
を発生させるためにはコイルの巻回数を増加させる、ま
たはコアサイズを大きくしないと必要とする特性を得る
ことができず、どうしても重量および取付面積が大きく
なるという問題点があった。さらに、自動車へのトラン
ス搭載方法は、他素子と一緒にユニットとして組み込ま
れるものであり、前記トランスは開磁路の磁心により構
成されているため、漏れ磁束によってユニット内の他素
子に影響を及ぼすものであった。

【０００６】本発明は、以上のことを考慮し小型、軽量
で高電圧に対する信頼性を向上させた高圧トランスの提
供を目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、磁性材料から
なる磁心と１次側コイルおよび２次側コイルとからなる
高圧トランスにおいて、磁心は金属系磁性材料の閉磁路
磁心であって、該磁心は絶縁物に覆われ、該絶縁物の外
装を２次側コイルが巻回し、さらに、前記２次側コイル
は磁心と共に再度絶縁物に覆われ、その外装に１次側コ
イルを巻回してなる高圧トランスである。

【０００８】本発明は、上記絶縁物が、絶縁樹脂からな
るケース、絶縁テープあるいは絶縁樹脂によるコーティ
ングである高圧トランスである。

【０００９】また本発明は、金属系材料磁性からなる磁
心は、微細結晶合金および非晶質合金を材料とし、薄帯
を巻回してなる巻磁心および積層してなる積層磁心、粉
体を成形してなるダストコアである高圧トランスであ
る。また本発明は、金属系材料磁性からなる磁心は、Ｆ
ｅ−Ａｌ−Ｎｉ合金、Ｍｏ−Ｐ合金、純鉄、Ｆｅ−Ｓｉ
合金を材料とし、薄帯を巻回してなる巻磁心および積層
してなる積層磁心、粉体を成形してなるダストコアであ
る高圧トランスである。また本発明は、磁心が、トロイ
ダル形、略楕円、枠形の高圧トランスである。

【００１０】また本発明は、２次側コイルは２つの巻線
からなり、磁心の対称位置にそれぞれ巻回し、前記２つ
の巻線の巻回方向がそれぞれ逆向きであって、かつ、そ
れぞれの巻線の巻始め、巻終わりを接続してトランスの
２次側コイルとなる高圧トランスである。また本発明
は、２次側コイルが、単層整列で巻線が施されている高
圧トランスである。

【００１１】また本発明は、１次側コイルが、平角線、
絶縁被覆を有する電線および同軸構造の電線を用いた高
圧トランスである。

【００１２】また本発明は、金属系磁性材料を用いた閉
磁路のリング状磁心は、第１のケースに収納され、該第
１のケース外装には、整列巻された対称位置関係の２つ
の巻線からなる２次側コイルが巻回し、該２次側コイル
は、磁心を収納した第１のケースと共に第２のケースに
収納され、第２のケース外装には、平角線および絶縁電
線、同軸構造の電線を用いた１次側コイルが巻回し、さ
らに、該１次側コイル全体を包み込む第３のケースある
いは樹脂によって、トランス全体を絶縁する高圧トラン
スである。

【００１３】また本発明は、ケース内に、絶縁あるいは
固定のための絶縁性樹脂がそれぞれ封入され、前記ケー
ス内に封入する樹脂は、ケース毎に異なる材質を封入す
る高圧トランスである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図を用い
て説明にする。図１は、本発明の高圧トランスの断面図
である。リング状の磁心３は、その外装を絶縁樹脂から
なる第１のケース４に覆われ、磁心３を収納した前記ケ
ース４の外装には、２次側コイル２が単層整列巻され、
さらに、前記２次側コイル２は、第２のケース５により
覆われ、該ケース５の外装には１次側コイル１が巻回す
るものである。

【００１５】一般に高圧トランスは、高電圧側である２
次側コイル２に数ｋＶ以上の電圧が発生するため、必ず
前記２次側コイル２に対して他の導電部を絶縁する必要
があり、本発明では図１に示したケース４とケース５に
よって絶縁を図るものである。磁心３をケース４で覆う
ことで、磁心３を収納したケース４の外装に巻回する２
次側コイル２に対して絶縁をとる。また、１次側コイル
１は、２次側コイル２の外方に巻回し、２次側コイル２
を覆うケース５で、該ケース５に巻回する１次側コイル
１を絶縁する。

【００１６】すなわち、磁心３と２次側コイル２、２次
側コイル２と１次側コイル１の各間に絶縁物を介在させ
ることにより、高電圧の２次側コイル２の絶縁を図った
ものである。図１のケース４、５は、磁心３および２次
側コイル２を密閉に近い状態で収納する構造である。他
の方法としては、絶縁テープを磁心に巻回してそれぞれ
の全体を覆う方法、あるいは、コーティングによりそれ
ぞれの全体を覆う方法があり、これらは、サンプルおよ
び少量生産に適した高圧トランスである。

【００１７】従来の高圧トランスの磁心材料としては、
Ｍｎ系フェライトあるいはＮｉ系フェライトを使用して
いたが、本発明の高圧トランスの磁心は、金属系の磁性
材料を用いるものである。この金属系磁性材料は、従来
のフェライト材料に比べ、飽和磁束密度が２倍〜４倍程
度あり、透磁率が高く、高圧トランスとしての小型化を
可能とし、しかも、温度に対する特性変化は小さいため
信頼性を向上させるものである。

【００１８】また、高圧トランスの中には、ランプ点灯
時に必要な高電圧を得、ランプ点灯後は、前記高圧トラ
ンスを流れる直流電流に対してインダクタンスを発生さ
せる直流重畳特性を有す高圧トランスもある。従来のフ
ェライトを使用した高圧トランスでは、Ｍｎ系フェライ
トで最大飽和磁束密度が５００ｍＴ程度であり、そのた
め磁路の一部にギャップを設け、直流電流に対する飽和
を抑制したが、従来のギャップ付磁心では、ギャップ部
分より漏れ磁束が発生し、周りの各種素子に影響を与え
ていた。本発明の高圧トランスは、金属系磁性材料から
なるダストコアを用いて漏れ磁束を低減する。前記ダス
トコアは、磁心全体に分散したギャップが存在するた
め、直流電流に対して十分なインダクタンスを発生する
ことができ、分散ギャップによりコア外部への漏れ磁束
を少なくすることができる。

【００１９】また、磁心の形状としては、トロイダルコ
アは漏れ磁束の小さい形状であって、略楕円および枠形
状は、略直線の磁心部分を有するため、自動巻線化が可
能な形状である。

【００２０】また、高圧側である２次側コイル２を単層
整列で巻回することで、隣り合う巻線の電位差を最小限
とすることができ、さらに、コイルの巻始めと巻終わり
が明確であるため、前記コイルの端子間絶縁距離を容易
にとることができる。

【００２１】また、２次側コイルは、図２に示すよう
に、磁心を内蔵するケース４の対称位置にコイル６とコ
イル７が巻回し、それぞれのコイル６、７は、巻回方向
が逆向きであって、前記それぞれの巻始め６ａ、７ａお
よび巻終わり６ｂ、７ｂを接続して２次側コイルを形成
する。前記コイル６、７を並列で接続しているので、巻
始め６ａ、７ａあるいは巻終わり６ｂ、７ｂを起点とし
て、電圧が昇圧あるいは降下するものであって、２次側
コイルの巻始め６ａ、７ａと巻終わり６ｂ、７ｂをほぼ
１８０度の位置関係とすることができ、２次側コイルに
おける最大電位差の発生する前記巻始めと巻終わりの距
離を大幅に広げることができる。また、２次側コイル
は、２つのコイル６、７の並列接続で構成するので、そ
れぞれのコイルの線径を小さくでき、巻枠に対するコイ
ル巻回数を増すことができる。なお、図中ではわかりや
すくするため、巻線の巻始めおよび巻終わり同士を接続
したが、実際は、他の導体あるいは端子を用いて接続し
たり、取付回路のパターンによって接続するものであ
る。

【００２２】１次側コイルは、２次側コイルに比べ大き
な電流が流れるため、コイルの断面積が大きくなるが、
平角銅線を用いれば、外方に飛び出すことなく巻線でき
るため、高圧トランスとしてサイズが小型化となる。ま
た、１次側コイルは、本発明の高圧トランスの最も外寄
りのため、絶縁チューブを有す電線を用いることによ
り、高圧トランスとしての絶縁性を向上させるものであ
る。また、同軸ケーブルタイプの電線を用いることによ
り、高圧トランスとしての結合を向上させる。

【００２３】また、本発明の高圧トランスのそれぞれの
ケース内に樹脂を充填させることにより、ケース内の磁
心あるいはコイル等を固定することができ、しかも、磁
心およびコイルの放熱性を向上させることができる。さ
らに、ケースの勘合部に発生する隙間を前記充填樹脂に
より埋めることができ、絶縁性を向上させるものであ
る。

【００２４】また、磁心に用いる材料が応力に弱い場
合、応力による特性劣化を抑えるため、磁心のケース内
には、シリコーン等の柔らかい樹脂を充填し、２次側コ
イルを収納するケースには、エポキシ樹脂等の堅い樹脂
を充填することにより、高圧トランスとしての強度を
得、磁心の特性劣化を防ぐことができる。

【００２５】図３から図６を用いて、本発明の高圧トラ
ンスの製造方法を示す。磁心３は、微細結晶合金薄帯を
巻回してなる巻磁心である。この磁心３は、上下方向に
位置する２分割構造のケース４ａ、４ｂに組み込んで絶
縁をとる。この磁心３に用いた微細結晶合金薄帯は、熱
処理により所定の磁気特性を得たものであって、非晶質
合金薄帯を用いた磁心についても同様である。前記微細
結晶合金薄帯からなる磁心３は、透磁率が１００００以
上、飽和磁束密度１Ｔ以上で、しかも低損失の優れた特
性を有す磁心である。

【００２６】また、前記微細結晶合金薄帯からなる磁心
３は、強度が弱いためケース４ａ、４ｂ内での可動防止
と応力による特性劣化防止のため、シリコーン樹脂を用
いて磁心の一部あるいは全体を固定した。また、図３の
ケース勘合部の絶縁距離は、ケース肉厚でとるものであ
るが、他にケース勘合部の外周及び内周に絶縁テープを
巻き付けたり、取り扱いが容易なシリコーン樹脂をケー
ス内で磁心を包み込むように充填して絶縁距離をとる方
法もある。

【００２７】図３によって作製した磁心３を内蔵するケ
ース４に高圧側の２次側コイル２を巻回したのが、図４
である。２次側コイル２は、ＵＥＷ線を用い単層整列で
巻回し、巻始めおよび巻終わりに絶縁のための端子間距
離を設けた。また、図中の上下に位置するのは、前記２
次側コイル２の外装を絶縁するためのケース５ａ、５ｂ
である。この２次側コイル２は、１層の整列巻としてい
るので、隣り合う巻線の電位差は、２次側電圧÷２次側
コイル巻回数となり、巻線同士の電位差を最小とするこ
とができた。たとえば、２０ｋＶの２次側出力電圧で、
２次側のコイル巻回数が８０ターンであれば、隣り合う
巻線の電位差は、２５０Ｖとなり、ＵＥＷ線でも絶縁可
能な電圧である。

【００２８】図４の一方のケース５ａの平坦面には、２
次側コイル２のリード引き出し用穴８を有する。また、
図において、２次側コイル２の巻始めと巻終わりは、空
間のみで端子間距離をとっているが、図５に示す凸状の
仕切９を設けることにより、前記端子間距離を小さくす
ることができ、コイル巻枠を広げることができる。ま
た、２次側コイル２を収納するケース５ａ、５ｂに、前
記ケース４の凸状仕切９を勘合する溝等を設けることに
より、ケース５ａ、５ｂ内で２次側コイル２とケース４
を安定固定させることができる。

【００２９】図６は、本発明の高圧トランスの完成図で
ある。図３および図４によって作製した磁心３および２
次側コイル２を内蔵したケース５の外装に１次側コイル
１を巻回して高圧トランスは完成となる。前記１次側コ
イル１は、チューブ電線を用い、高圧トランスとしての
絶縁性を上げ、かつ、ケース５内の２次側コイル２に対
しても絶縁性を向上させた。また、１次側コイル１は、
巻線が少なくてもケース５に対しスペース巻とすること
で、１次側コイル１による漏れ磁束を最小限に抑えるこ
とができる。また、この１次側コイル１にＵＥＷ線ある
いはＰＥＷ線等の絶縁皮膜タイプを用いる場合、更に前
記１次側コイル１を収納するケースを取り付たり、外装
絶縁コートをすることにより、高圧トランスの絶縁を強
化することができる。

【００３０】試作における本発明の高圧トランスの仕様
と性能を以下に示します。Ｆｅ基微細結晶合金薄帯の８
ｍｍ幅、１８μｍを用いて、外径４４ｍｍ、内径２８ｍ
ｍ、高さ８ｍｍの巻磁心を作製し、所定の特性を得る熱
処理をおこない、高圧トランスの磁心とした。この磁心
の外装は、図３に示した形態をとり、ＰＢＴ樹脂製のケ
ースに収納して磁心全体を包み込み、外界と遮断した。
２次側コイルは、図２に示す形態をとり、前記磁心を収
納したケースの対称位置関係に０．１８ｍｍφのＵＥＷ
を１４０ターン単層整列に巻回方向がそれぞれ逆になる
巻回し、前記コイルの巻始めおよび巻終わり同士を接続
して２次側コイルとなる。

【００３１】前記２次側コイルの外装絶縁は、ＰＢＴ樹
脂からなる図４に示したケース５ａ、５ｂでおこなっ
た。この時、ケース対向部の隙間による絶縁距離を稼ぐ
ために、ケース内にシリコーン樹脂を全体に充填して、
前記ケース対向部の隙間を埋めるとともに２次側コイル
より発生する熱の放熱性を良くすることができた。ま
た、１次側コイルは、高圧トランスとしての寸法を抑え
るために５ｍｍ幅、０．０５ｍｍｔのポリエステルコー
トされた平角銅線を２ターン巻回して本発明の高圧トラ
ンスの完成となった。なお、前記１次側コイルは巻回に
よる漏洩磁束を極力抑えるためにスペース巻とした。

【００３２】上記試作による高圧トランスの性能として
は、容積は、４７ｍｍ×４７ｍｍ、高さ１２ｍｍの薄型
とすることができ、特性は、入力電圧４００Ｖ（１次
側）として、２次側で２５ｋＶの出力電圧を得ることが
でき、また、２次側コイルの無負荷時のインダクタンス
が１２５ｍＨの高インダクタンスを発生することのでき
る優れた高圧トランスを作製できた。また、２次側コイ
ルの隣り合う巻線の電位差を、約１４２Ｖと小さくする
ことができた。

【００３３】図７は、本発明の高圧トランスに用いる磁
心およびコイルを収納するケースの部分断面図であり、
ケースの内部と外部の絶縁は、ケース勘合部の空間距離
と沿面距離によって決まるもので、空間距離は図７に示
すケース肉厚Ｂによって決まるものであるが、沿面距離
は、ケース勘合部における凸凹数を増したり、垂直方向
の勘合寸法Ａを長くすることにより、ケース肉厚Ｂが薄
くても数十ｋＶの電圧に対して十分な絶縁距離をとるこ
とができ、本発明の高圧トランスに用いるケースを小型
化できた。

【００３４】図８、図９、図１０は、本発明の高圧トラ
ンスに用いる磁心を示したものである。高飽和磁束密
度、高透磁率、良好な温度特性を有する微細結晶合金薄
帯および非晶質合金薄帯を本発明に用いる場合、リング
状に巻回してなる巻磁心、図８の略楕円状の巻磁心ある
いは図９に示す積層した枠型とすることができる。特に
図８および図９の形状は、巻枠に直線部を有すので自動
化の巻線が可能である。

【００３５】また、直流重畳特性を必要とする高圧トラ
ンスの磁心としては、金属系磁性材料を粉末状にして成
形した図１０に示すダストコアがある。ダストコアは、
図８および図９に示した楕円形状、枠型形状も容易に作
製でき、ダストコアの材料としては、Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ
合金、Ｍｏ−Ｐ合金、純鉄、Ｆｅ−Ｓｉ合金等があり、
また上記に説明した、微細結晶合金および非晶質合金も
粉体とすることで、容易にダストコアとなる。

【００３６】また、微細結晶合金および非晶質合金は、
磁気特性を得る熱処理方法によっては、前記ダストコア
と同じ特性を得ることができ、磁性薄帯からなる巻磁心
を用いて、直流重畳特性に有す高圧トランスの作製は容
易である。

【００３７】

【発明の効果】本発明の高圧トランスは、磁心およびコ
イル毎で樹脂によって、ほぼ密封状態での絶縁を可能と
し、信頼性を向上させた。また、磁心を金属系磁性材料
を用いたことにより、従来に比べ小型化を可能とし、か
つ、漏れ磁束の少ない直流重畳特性を有する高圧トラン
スを得た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高圧トランスの断面図

【図２】本発明の高圧トランスの別の２次側コイル仕様
図

【図３】本発明の高圧トランスの磁心組み込み図

【図４】本発明の高圧トランスのコイル組み込み図

【図５】本発明の高圧トランスの別の磁心収納ケースの
外観図

【図６】本発明の高圧トランスの完成図

【図７】本発明の高圧トランスに用いるケース部分断面
図

【図８】本発明の高圧トランスに用いる別の磁心形状

【図９】本発明の高圧トランスに用いる別の磁心形状

【図１０】本発明の高圧トランスに用いる別の磁心形状

【図１１】従来の高圧トランスの断面図

【図１２】別の従来例の高圧トランスの分解斜視図

【符号の説明】１１次側コイル２２次側コイル３磁心４ケース５ケース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｆ 38/08 Ｈ０１Ｆ 31/06 ５０１Ａ５０１Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性材料からなる磁心と１次側コイルお
よび２次側コイルとからなる高圧トランスにおいて、磁
心は金属系磁性材料の閉磁路磁心であって、該磁心は絶
縁物に覆われ、該絶縁物の外装に２次側コイルが巻回
し、さらに、前記２次側コイルは磁心と共に再度絶縁物
に覆われ、その外装に１次側コイルを巻回してなること
を特徴とする高圧トランス。
【請求項２】絶縁物は、絶縁樹脂からなるケースであ
ることを特徴とする請求項１記載の高圧トランス。
【請求項３】絶縁物は、絶縁テープあるいは絶縁樹脂
によるコーティングであることを特徴とする請求項１記
載の高圧トランス。
【請求項４】金属系磁性材料からなる磁心は、微細結
晶合金および非晶質合金を材料とし、薄帯を巻回してな
る巻磁心および積層してなる積層磁心、粉体を成形して
なるダストコアであることを特徴とする請求項１記載の
高圧トランス。
【請求項５】金属系磁性材料からなる磁心は、Ｆｅ−
Ａｌ−Ｎｉ合金、Ｍｏ−Ｐ合金、純鉄、Ｆｅ−Ｓｉ合金
を材料とし、薄帯を巻回してなる巻磁心および積層して
なる積層磁心、粉体を成形してなるダストコアであるこ
とを特徴とする請求項１記載の高圧トランス。
【請求項６】磁心は、トロイダル形、略楕円形、枠形
であることを特徴とする請求項１、４、５記載の高圧ト
ランス。
【請求項７】２次側コイルは２つの巻線からなり、磁
心の対称位置にそれぞれ巻回し、前記２つの巻線の巻回
方向がそれぞれ逆向きであって、かつ、それぞれの巻線
の巻始め、巻終わりを接続してトランスの２次側コイル
となることを特徴とする請求項１記載の高圧トランス。
【請求項８】２次側コイルは、単層整列で巻線が施さ
れていることを特徴とする請求項１、７記載の高圧トラ
ンス。
【請求項９】１次側コイルは、平角線、絶縁被覆を有
する電線および同軸構造の電線を用いることを特徴とす
る請求項１記載の高圧トランス。
【請求項１０】金属系磁性材料を用いた閉磁路のリン
グ状磁心は、第１のケースに収納され、該第１のケース
外装には、整列巻された対称位置関係の２つの巻線から
なる２次側コイルが巻回し、該２次側コイルは、磁心を
収納した第１のケースと共に第２のケースに収納され、
第２のケース外装には、平角線および絶縁電線、同軸構
造の電線を用いた１次側コイルが巻回し、さらに、該１
次側コイル全体を包み込む第３のケースあるいは樹脂に
よって、トランス全体を絶縁することを特徴とする高圧
トランス。
【請求項１１】ケース内には、絶縁あるいは固定のた
めの絶縁性樹脂がそれぞれ封入されていることを特徴と
する請求項２、１０記載の高圧トランス。
【請求項１２】ケース内に封入する樹脂は、ケース毎
に異なる材質を封入することを特徴とする請求項１１記
載の高圧トランス。