WO2018092392A1 - 電子部品、電源装置およびコイルの製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to an electronic component, a power supply device, and a method for manufacturing a coil.
- Patent Document 1 describes a transformer used for a power supply unit.
- an object of the present disclosure is to provide a method for manufacturing an electronic component, a power supply device, and a coil that achieve high efficiency.
- a coil portion having a base made of a conductive metal and a terminal portion connected to a predetermined circuit board; This is an electronic component that covers the base surface and exposes the terminals.
- a power supply device having the above-described electronic component may be used.
- this disclosure While holding a predetermined portion of the base constituted by the conductive metal plate by the holding member, at least a protrusion is formed of resin at a location different from the holding location of the base,
- the present disclosure it is possible to reduce the loss in the power supply unit and achieve high efficiency.
- the effects described here are not necessarily limited, and may be any effects described in the present disclosure. Further, the contents of the present disclosure are not construed as being limited by the exemplified effects.
- FIG. 1 is a perspective view illustrating an appearance example of a transformer according to the first embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is an exploded perspective view for explaining a configuration example of the transformer according to the first embodiment of the present disclosure.
- 3A and 3B are perspective views illustrating an appearance example of the secondary coil according to the first embodiment of the present disclosure.
- FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the transformer according to the first embodiment of the present disclosure.
- FIG. 5 is a diagram for describing an arrangement example of the primary side coil and the secondary side coil according to the first embodiment of the present disclosure.
- FIG. 6 is a connection diagram for explaining a connection example of the transformer according to the first embodiment of the present disclosure.
- FIG. 7 is a connection diagram for explaining another connection example of the transformer.
- FIG. 1 is a perspective view illustrating an appearance example of a transformer according to the first embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is an exploded perspective view for explaining a configuration example of the transformer according to the first
- FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the level of feedback noise.
- FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the level of feedback noise.
- FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the level of feedback noise.
- FIG. 11A is a diagram schematically showing the secondary coil housed in the mold, and
- FIG. 11B is a diagram schematically showing the secondary coil deformed by the pressure during resin injection.
- FIG. 12 is a flowchart illustrating a flow of a manufacturing method of the secondary coil according to the embodiment of the present disclosure.
- FIG. 13 is a perspective view showing the secondary coil after the primary molding.
- FIG. 14 is a half perspective view showing the secondary coil after the primary molding.
- FIG. 15 is a view taken in the direction of arrow AA in FIG. FIG.
- FIG. 16 is a diagram schematically showing a secondary coil housed in a mold during secondary molding.
- FIG. 17 is a perspective view showing an example of the secondary coil after the secondary forming.
- FIG. 18A is a diagram illustrating a cross section of the secondary coil after the secondary molding
- FIG. 18B is a diagram illustrating a cross section of another secondary coil after the secondary molding.
- FIG. 19 is a connection diagram for explaining a connection example of the transformer according to the second embodiment of the present disclosure.
- 20A and 20B are perspective views illustrating an external appearance example of a secondary coil according to the second embodiment of the present disclosure.
- 21A and 21B are perspective views showing the secondary coil after the primary molding.
- 22A and 22B are perspective views illustrating an external appearance example of another secondary coil according to the second embodiment of the present disclosure.
- FIG. 23A and 23B are perspective views showing the secondary coil after the primary molding.
- FIG. 24 is a diagram for explaining a modification.
- FIG. 25 is a diagram for explaining a modification.
- FIG. 26 is a diagram for explaining a modification.
- FIG. 27 is a diagram for explaining a modification.
- FIG. 28 is a diagram for explaining an application example.
- FIG. 29 is a diagram for explaining an application example.
- General transformer In the embodiment of the present disclosure, an example of an electronic component will be described by taking an insulation type (transformer) in which the primary side and the secondary side are insulated based on various safety standard requirements. Before describing the embodiment of the present disclosure, a general transformer will be described. For example, in a general winding type transformer, a three-layer insulated litz wire as a primary winding is provided in a secondary winding space in a primary winding space of a bobbin provided for winding an electric wire. An electric wire bundled with thin urethane copper wires called litz wires as the next winding is wound. Necessary voltage conversion is performed according to the turn ratio of the primary and secondary windings.
- a copper wire for a secondary winding in which a current larger than the primary winding flows has a conductor area larger than that of the primary winding and has a lower resistance value in order to suppress heat generation (loss). Even in the case of increasing the efficiency, it is necessary to increase the conductor area and reduce the resistance value of the conductor from the viewpoint of reducing the loss.
- the diameter of the copper wire (wire diameter) increases, the winding space itself inevitably increases, and the wire occupancy decreases as the wire diameter increases, creating a lot of wasted space. . This is one major factor that hinders transformer miniaturization.
- the secondary coil portion is constituted by a planar substrate on which a predetermined pattern is printed.
- the substrate type planar transformer can reduce the size of the entire transformer, but the cost of the planar substrate is high, so that there is a problem that the entire component becomes expensive.
- the planar board is provided over a plurality of layers. It is necessary and it becomes more disadvantageous in terms of cost.
- the wound transformer increases the winding space as a result of increasing the wire diameter of the copper wire in order to reduce the loss in the coil portion.
- the length of the magnetic leg of the core must be increased. As a result, the loss due to the increase in the volume of the core cannot be reduced, and the loss is sufficiently suppressed for both losses. It becomes difficult.
- the winding type transformer has a structure in which the primary winding and the secondary winding are wound in a state where the winding space of the bobbin overlaps (is close to) a number of layers. For this reason, the magnetic flux due to the mutual currents alternately affects each other, and a proximity effect that acts as a kind of resistance that hinders the flow of current is generated, thereby increasing the loss of the coil portion.
- the proximity effect increases as the number of winding layers increases, and the influence of the proximity effect increases and the loss increases.
- planar terminal and the circuit board are electrically connected by penetrating the secondary terminal pin with respect to the planar board as the secondary side coil and joining the penetrating portion with solder. ing.
- an increase in the number of times of solder bonding also causes an increase in loss due to an increase in contact (bonding) resistance value, which hinders high efficiency.
- FIG. 1 is a perspective view showing an appearance example of the transformer 1
- FIG. 2 is an exploded perspective view of the transformer 1.
- the transformer 1 has a box shape as a whole.
- the transformer 1 has a terminal portion 2 protruding downward.
- the terminal portion 2 is connected to a predetermined circuit board (not shown) by soldering.
- the soldering method may be a known method such as a so-called flow method, or may be performed manually, and an arbitrary method can be applied.
- the transformer 1 includes a cover portion 10, a core 20, a primary side coil 30, and a secondary side coil 40.
- the core 20 is divided into, for example, an upper part and a lower part, and the first core 20a is arranged on the upper side and the second core 20b is arranged on the lower side.
- the secondary coil 40 includes, for example, two secondary coils 40a and 40b.
- the cover unit 10 is a cover for insulating the core.
- the cover part 10 has a rectangular bottom wall 101, and three peripheral walls 102, 103, 105 are erected on a part of the peripheral edge thereof. Upper grooves 105 a and 105 b for drawing out the primary coil 30 are formed in the peripheral wall 105.
- the peripheral walls 102, 103, and 105 are formed continuously, but each peripheral wall may be independent.
- An opening 104 is formed between the peripheral wall 102 and the peripheral wall 103.
- the cover portion 10 is sized to accommodate the core 20 inside the peripheral walls 102, 103, and 105.
- the core 20a has a lid shape placed on the core 20b.
- the core 20 b has a rectangular bottom wall 201, and a cylindrical protrusion 202 is formed at the approximate center of the bottom wall 201.
- two peripheral walls 212 and 213 are erected on a part of the periphery of the bottom wall 201, and openings 214 and 215 are formed between the peripheral walls 212 and 213.
- the opening 214 is provided at a location substantially corresponding to the opening 104 of the cover portion 10.
- a magnetic material such as ferrite can be used.
- the material of the core 20 can be changed from ferrite to a silicon-containing material such as a highlight material, an orientation material, and an amorphous material, and a permalloy or the like can be used as the material of the core 20.
- the shape of the core 20 is not limited to the shape described above, and an arbitrary shape such as an E-type core can be applied.
- the primary coil 30 is composed of an insulation coated wire such as a litz wire or a stranded wire wound at a predetermined number of turns.
- the primary coil 30 is an insulation-coated wire having, for example, three layers formed by heat sealing.
- the end portions (start of winding and end of winding) of the primary side coil 30 are exposed and connected to appropriate portions.
- the primary side coil 30 in this embodiment forms two layers (primary side coils 30a and 30b) using, for example, two coils having 8 turns.
- a substantially circular opening 310 is formed near the center in a state where the two primary coils 30a and 30b are stacked.
- the secondary side coil 40 has two secondary side coils 40a and 40b.
- the primary coil 30 is arranged between the secondary coils 40a and 40b.
- Secondary coils 40a and 40b generally have a portion (terminal portion) where a conductive metal plate is partially molded with resin and a part of the metal plate is exposed. At least a part of the terminal portion is soldered to the circuit board, and the transformer 1 is electrically connected to the circuit board.
- FIG. 3A and 3B are diagrams for explaining an example of the shape of the secondary coils 40a and 40b before being molded with resin, and FIG. 3B is an upside down view of the secondary coils 40a and 40b shown in FIG. 3A.
- FIG. 3A and 3B are diagrams for explaining an example of the shape of the secondary coils 40a and 40b before being molded with resin
- FIG. 3B is an upside down view of the secondary coils 40a and 40b shown in FIG. 3A.
- FIG. 3A and 3B are diagrams for explaining an example of the shape of the secondary coils 40a and 40b before being molded with resin
- FIG. 3B is an upside down view of the secondary coils 40a and 40b shown in FIG. 3A.
- the secondary coil 40a has a base 401 made of a conductive metal plate such as tough pitch copper.
- the base 401 includes, for example, a C-shaped base portion 401a, extending portions 401b and 401c in which the respective distal ends of the base portion 401a slightly extend outward in the horizontal direction, and respective distal ends of the extending portions 401b and 401c.
- a substantially circular opening 410 is formed at the center of the base 401a.
- the legs 401d and 401e are substantially perpendicular to each other in the longitudinal direction.
- Terminal portions 402a and 402b are provided at the tips of the leg portions 401d and 401e. That is, in this embodiment, the base 401 and the terminal portions 402a and 402b are formed continuously. Although details will be described later, the terminal portions 402a and 402b are portions where the surface of the metal plate is exposed without being molded with resin, and all or a part thereof is soldered to the circuit board. Note that the size (area) of the terminal portions 402a and 402b can be set as appropriate according to the size, application, and the like of the transformer 1. Moreover, each leg part is not limited to a shape that is substantially orthogonal to the surface in the longitudinal direction, and an arbitrary shape can be set according to the connection direction between each terminal part and the circuit board. .
- the secondary coil 40a has a base 401, which is a portion other than the terminal portions 402a and 402b, molded with resin so that the surface of the metal plate is not exposed. Further, a plate-like portion 420a having a thin plate shape and having an L-shaped cross section is formed from the extending portions 401b and 401c to the leg portions 401d and 401e (see FIG. 2). The plate-like portion 420a is made of resin.
- the secondary coil 40b has a base 405 made of a conductive metal plate such as tough pitch copper.
- the base 405 includes, for example, a C-shaped base portion 405a, extending portions 405b and 405c in which each distal end of the base portion 405a extends slightly outward in the horizontal direction, and respective distal ends of the extending portions 405b and 405c.
- a substantially circular opening 420 is formed at the center of the base 405a.
- the legs 405d and 405e are substantially perpendicular to each other in the longitudinal direction.
- the longitudinal surface of the leg 401d described above and the longitudinal surface of the leg 405d are substantially parallel.
- Terminal portions 406a and 406b are provided at the tips of the leg portions 405d and 405e. That is, in this embodiment, the base 405 and the terminal portions 406a and 406b are formed continuously. Although details will be described later, the terminal portions 406a and 406b are portions where the surface of the metal plate is exposed without being molded with resin, and all or a part thereof is soldered to the circuit board. Note that the size (region) of the terminal portions 406a and 406b can be set as appropriate according to the size, application, and the like of the transformer 1. Like the secondary side coil 40a, each leg portion is not limited to a shape that is substantially orthogonal to the surface in the longitudinal direction, but can be arbitrarily selected depending on the connection direction between each terminal portion and the circuit board.
- the shape can be set.
- the surface of the secondary coils 40a and 40b may be subjected to a surface treatment such as tin plating to prevent oxidation.
- the surface of the terminal portion 402a and the like is a surface treatment for the metal plate. It may be a surface that has been made. That is, the surface of the terminal portion 402a or the like may be a surface with ensured conductivity.
- the terminal portions 2 shown in FIG. 1 are configured by the terminal portions 402a, 402b, 406a, and 406b.
- portions other than the terminal portions 406a and 406b are molded with resin so that the surface of the metal plate is not exposed.
- a plate-like support portion 420b having a certain thickness is formed from the extending portions 405b and 405c to the leg portions 405d and 405e (see FIG. 2).
- the support part 420b is formed of resin.
- the support portion 420b supports the plate portion 420a by engaging the support portion 420b with the plate portion 420a.
- the plate-like portion 420a and the support portion 420b constitute an assembly member.
- the thickness of the metal plate of the secondary coils 40a and 40b is set to 0.1 to several mm (millimeters), for example. It is known that the skin effect is affected when a high-frequency current is passed through a metal.
- the skin effect is a phenomenon in which when an alternating current flows through a conductor, the current density is high on the surface of the conductor and becomes low when the conductor is separated from the surface. As the frequency increases, current concentrates on the surface and the AC resistance of the conductor increases. In other words, the coil (thin copper plate) thickness is determined by the applied current frequency.
- the skin depth is a depth at which the current becomes 1 / e (about 0.37) of the surface current, and is as follows depending on each frequency.
- the thickness of the metal plate is 0.1 to several mm, it is possible to cope with the case where the drive frequency of the power supply circuit is increased.
- the conductor area may not be used effectively.
- the metal plate is made thinner (for example, 0. 0 mm). 1 to 0.2 mm) is preferable.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross section when the transformer 1 is cut along the cutting line AA in FIG.
- hatching is omitted as appropriate, and the hatched portion indicates a portion where resin is molded.
- the openings 420, 310, and 410 are sequentially inserted into the protrusion 202 of the core 20b, whereby the primary coil 30 and the secondary coil 40 are integrated with the core 20b.
- the core 20a is placed on the core 20b, and the core 20 and the like are further accommodated in the cover portion 10.
- transformer 1 may be integrated by affixing the insulating tape etc. which are not shown in figure.
- a part of the secondary side coils 40 a and 40 b are led out to the outside of the cover part 10 through the opening 214 of the core 20 b and the opening 104 of the cover part 10.
- terminal portions 402 a, 402 b, 406 a, and 406 b that are not molded with resin are led out to the outside of the cover portion 10.
- the secondary coil 40a is supported by the secondary coil 40b when the upper surface of the support part 420b contacts the back surface of the plate-like part 420a.
- the primary side coils 30a and 30b are arranged in the space SP between the secondary side coils 40a and 40b generated thereby.
- a secondary coil 40a (S (Secondary) -2) and a secondary coil 40b (S-1) are arranged between the cores 20a and 20b.
- a primary coil 30a (P (Primary) -2) and a primary coil 30b (P-1) are sequentially arranged from the upper side to the lower side between the secondary side coils 40a and 40b.
- FIG. 6 is a connection diagram of the transformer 1.
- the terminals 51a and 51b are terminals to which, for example, the start end (start of winding) and the end (end of winding) of the primary coil 30a are respectively connected.
- the terminals 52a and 52b are terminals to which, for example, the start end and the end of the primary coil 30b are respectively connected.
- Terminals 55 and 56 are terminals corresponding to the polarity according to the control method of the transformer 1, and are terminals corresponding to the above-described terminal portions 402b and 406b.
- the terminals 57 and 58 are terminals corresponding to the ground (GND), and are terminals corresponding to the above-described terminal portions 402a and 406a.
- a predetermined voltage + V is output from the terminals 55 and 56 via backflow preventing diodes 61 and 62.
- a capacitor 63 is connected between the output line and the ground.
- the connection of the primary side coils 30a and 30b by changing the connection of the primary side coils 30a and 30b, for example, it is possible to cope with two outputs of 12V and 24V.
- the turn ratio is 16: 1 (when the turns of the primary side coils 30a and 30b are 8 turns each) and 12V can be output.
- the turns ratio is 8: 1. 24V can be output.
- the turn ratio can be 16: 2 (in the case of 24V).
- the transformer does not necessarily correspond to two outputs, and may correspond to one output.
- the primary winding may be constituted by one connection (one coil).
- the transformer 1 according to the first embodiment described above for the transformer 1 according to the first embodiment of the present disclosure has the following effects, for example. Since no winding is used for the secondary coil 40, there is no need to provide a space for winding. Therefore, the transformer 1 can be downsized. In addition, it is not necessary to increase the length of the magnetic leg of the core in order to secure a winding space, and it is possible to prevent a loss accompanying an increase in the volume of the core. In addition, since there is no proximity effect that can be caused by overlapping the windings in close proximity, loss due to the proximity effect does not occur. Moreover, since a planar substrate is not used, it is advantageous in terms of cost.
- the primary side coil 30 is configured by an insulation-coated wire, and portions other than the terminal portion of the secondary side coil 40 are molded with resin. That is, since the conductor portions other than the solder joint terminal portions of each coil are protected by the wire coating or resin, it is possible to realize high surge immunity that prevents surge voltage and the like from being transmitted through the transformer 1 and preventing the power supply circuit from being destroyed. .
- This surge immunity is one of the tests specified in IEC61000-4-5, etc., which instantaneously generates (applies) an abnormally high voltage to an electric circuit, etc., and confirms the tolerance of the device. However, it is usually tested for the effects of lightning surge caused by lightning.
- EMI Electro Magnetic Interference
- high-frequency noise becomes low impedance with a slight floating capacitance between the primary and secondary, and propagates to the secondary side.
- the secondary coil is not molded with resin
- only a very thin insulating film is interposed between the insulated primary coil and the secondary coil, so that the separator is physically separated. Since no coil is provided, the coils are close to each other at a very short distance. For this reason, the floating electrostatic capacity in the transformer increases, thereby increasing the noise source voltage induced by electrostatic induction, and as a result, EMI and the like deteriorate.
- the secondary coil 40 is molded with a resin, so that an appropriate distance is maintained between the primary coil and the secondary coil as a secondary, and floating By reducing the capacitance, it is possible to avoid problems such as high-frequency noise propagating as a result.
- FIG. 8 to 10 are graphs showing feedback noise levels according to frequencies.
- the horizontal axis represents frequency
- the vertical axis represents feedback noise level.
- FIG. 8 shows an example in which the secondary coil 40 is not molded with resin.
- FIG. 9 shows the resin thickness of the secondary coil 40 is 0.5 mm.
- FIG. 10 shows the resin of the secondary coil 40. This is an example in which the thickness is 1.0 mm.
- the thickness of the resin here is the total of the thickness of the resin on the back surface side of the base portion 401a of the secondary coil 40a and the thickness of the resin on the surface side of the base portion 405a of the secondary coil 40b.
- Class B can be easily acquired. UL1446.
- the temperature of heat generation (allowable temperature) when the transformer is used is set to 130 ° C. That is, UL1446.
- the secondary coil 40 will be described as an example.
- An example of a molding method for molding the secondary coil 40 with resin is injection molding.
- the mold is filled with resin in a state where the secondary coil 40 is housed in the mold.
- the resin may be a so-called thermoplastic resin that can be softened and processed when the material is heated and solidified when cooled, or can be softened and processed when the material is heated, and once cured, it does not soften again even when heated.
- a so-called thermosetting resin may be used, and other resins may be used.
- FIG. 11A is a diagram schematically showing a state in which, for example, the base 401 of the secondary coil 40a is housed in a mold MOa composed of a male mold MO1 and a female mold MO2. In this state, the resin PP is injected into the cavity of the mold MOa.
- the center of the resin thickness to be molded and the center position of the secondary coil 40a are substantially the same, and the resin PP is formed around the entire periphery. It is desirable that the cover base 401 is not exposed.
- the thin base portion 401a loses the pressure at the time of pouring the resin PP and is bent in the cavity of the mold MOa and pressed against the inner wall in the cavity. For this reason, the center of the resin thickness to be molded and the center position of the secondary coil 40a cannot be kept the same, and the surface of the base 401 may be partially exposed without being molded by the resin. is there.
- a method for manufacturing a coil according to an embodiment of the present disclosure to cope with such a problem will be described.
- FIG. 12 is a flowchart showing an example of a coil manufacturing method.
- the resin is molded twice in the primary molding and the secondary molding.
- step S11 which is the primary molding
- ribs are formed at predetermined positions of the secondary coil 40b.
- step S12 which is the secondary molding, injection molding is performed in a state where the rib formed by the primary molding is in contact with the inner wall of the mold, and the resin is molded on the base 405.
- FIG. 13 is a perspective view showing the secondary coil 40b after the primary molding.
- a substantially C-shaped clamp portion 430 that is concentric with the opening 420 is set in the base portion 405 a that is a part of the base 405.
- the clamp part 430 is also set on the back side of the base part 405a.
- Injection molding primary molding
- the structure formed by the primary molding is appropriately referred to as an inner frame.
- the inner frame on the front side of the base 405a will be described, but a similar inner frame is formed on the back side.
- FIG. 14 is a perspective view of a half of the secondary coil 40b
- FIG. 15 is a view taken in the direction of arrow AA in FIG.
- the inner frame formed by the primary molding will be described in detail with reference to FIGS.
- the inner frame formed by the primary molding has a resin part 435 and a resin part 436.
- the first resin portion is constituted by at least one of the resin portion 435 and the resin portion 436.
- the resin portion 435 includes a ring-shaped resin layer 435a formed between the opening 420 and the clamp portion 430 in the base portion 405a, a rib 435b that is a protrusion formed on the inner periphery of the resin layer 435a, and a base portion 405a.
- a resin layer 435c formed on the inner peripheral surface.
- the resin portion 436 includes a ring-shaped resin layer 436a formed near the outer periphery of the base portion 405a, a rib 436b that is a protrusion formed on the outer periphery of the resin layer 436a, and an outer peripheral surface of the base portion 405a. And a resin layer 436c to be formed.
- the resin layers 435a, 435c, 436a, and 436c have substantially the same thickness, for example, about 0.2 mm to 0.5 mm.
- the rib 436b has a configuration in which a plurality of (for example, eight) ribs are formed at substantially equal intervals.
- the secondary molding resin is molded at the location of the clamp portion 430 and the support portion 420b is formed.
- the secondary coil 40b on which the inner frame is formed is housed in a cavity of a mold MOb including a male MOb1 and a female MOb2.
- the opening 420 is inserted through a cylindrical member of the mold MOb.
- the ribs 435b and the ribs 436b formed by primary molding abut on the inner wall 41 on the male MOb1 side and the inner wall 42 on the female MOb2.
- the space 43 for forming the support portion 420b is provided in the cavity in the mold MOb, a part of the rib 436b does not contact the inner wall 41.
- FIG. 17 is a perspective view showing the secondary coil 40b after the secondary molding.
- the entire base 405 is molded with resin by secondary molding, and a support portion 420b is formed. Only the terminal portions 406a and 406b are exposed.
- FIG. 18A is a view showing a cross section of the secondary coil 40b.
- the resin part 440 which is an example of a 2nd resin part is formed by secondary shaping
- the resin part 440 molds at least the clamp part 430 held by the mold in the primary molding.
- places where the resin is not molded in the primary molding for example, the extended parts 405 b and 405 c and the leg parts 405 d and 405 e
- the support portion 420 b is formed by the resin portion 440. Note that the top portions of the ribs 435b and 436b, the resin layer 435c, and the resin layer 436c are exposed to the outside.
- FIG. 18B is a diagram illustrating a cross section of the secondary coil 40a after the secondary forming.
- Resin parts 435 and 436 are formed on the base 401a by the primary molding.
- secondary molding is performed in a state where the ribs 435b and 436b are in contact with the inner wall of the mold, and the resin portion 440 is formed by the secondary molding.
- the base 401 is molded by the resin portion 440.
- the plate-shaped part 420a is formed in the secondary molding.
- At least ribs are formed in a state where the base (for example, base part) of the secondary coil is directly and stably held in the primary molding. For this reason, a rib can be formed, without the secondary side coil deform
- Second Embodiment> Next, a second embodiment will be described. Note that the matters described in the first embodiment can be applied to the second embodiment unless otherwise specified. In addition, the same reference numerals are given to the same components as those described in the first embodiment, and a duplicate description will be simplified or omitted as appropriate.
- FIG. 19 is a connection diagram of the transformer according to the second embodiment.
- the second embodiment is different from the first embodiment in that the number of turns of the secondary coil is made plural.
- the AA portion in FIG. 19 includes a secondary side S1-1 coil (1 turn) and a secondary side coil S1-2 (1 turn), a secondary side coil S2-1 (1 turn) coil and a secondary side coil S2-2.
- (1 turn) is a connection point, each of which is made into 2 turns (plurality).
- this connection is realized by inserting a circuit board into the intermediate joint AA portion of the secondary side S1-1 coil and the secondary side coil S2-2 and connecting them by a board pattern or the like. be able to.
- the secondary side coils S1-1 and S1-2 are constituted by the secondary side coils 40a and 40b (for example, conductive metal plates such as tough pitch copper) described in the first embodiment, and tin-plated to prevent oxidation. Etc. which have been subjected to a surface treatment, etc.). The same applies to the secondary coils S2-1 and S2-2.
- the primary coil 30 may be a single layer, may be two layers as in the first embodiment, or may be a multilayered structure.
- the portion where the secondary coil S1-1 and the secondary coil S1-2 are in direct contact is insulated by sandwiching or attaching an insulating member 70 such as a polyester film having a high insulation property.
- the insulating member 70 is not particularly limited as long as it is a material that can insulate between the coils, and may be an insulating member that has been subjected to an insulating coating or the like.
- the secondary coil is manufactured in a continuous form in which the intermediate joint portion AA of the secondary coil is bent, thereby realizing a plurality of turns of the secondary coil. It is also possible to do. Further, by using the same manufacturing method as that of the first embodiment, the coil having two turns (plurality) shown in FIG. 22 is used, as shown in FIGS. 23A and 23B. A similar inner frame is formed. Thereafter, by performing secondary molding, it is possible to make the number of turns on the secondary side into two turns (a plurality of turns) (the illustration is complicated, so the reference numerals of the inner frames in FIGS. 21B and 23B are omitted) is doing.).
- the following effects can be obtained.
- the number of turns of the secondary coil for example, 2 turns
- the number of turns of the primary side coil can be increased by multiplying the turn ratio, and the primary side inductance and other electrical characteristics can be easily adjusted.
- the ferrite core can be downsized.
- the turn ratio is 8 (primary): 1 (secondary), inductance 400 ⁇ H, current 3A, core effective cross-sectional area 250 mm 2 transformer (transformer (1)) and the number of turns of the secondary coil are changed to two turns.
- B (saturation magnetic flux density) L (inductance) * I (current) / Ae (core effective cross-sectional area) *
- the saturation magnetic flux density is derived from the primary turns, the following is obtained.
- Turn ratio 16 (primary): 2 (secondary) ... 300mT Since the maximum saturation magnetic flux density of the ferrite core material generally used is around 400 mT at 100 ° C., it can be seen that (1) cannot function as a transformer.
- the shape of the inner frame formed by the primary molding can be changed as appropriate.
- a plurality of ribs 438 formed radially from the resin portion 435 to the clamp portion 430 may be included in the inner frame.
- the location where the clamp part 430 is set can also be suitably changed according to a metal mold
- positioned in ring shape may be sufficient.
- the performance of the transformer 1 is affected in places other than the upper surface 212a of the peripheral wall 212, the upper surface 213a of the peripheral wall 213, and the upper surface 202a of the protrusion 202.
- the process for ensuring insulation may be performed in places other than the abutting part of the extending core 20b. For example, insulation may be applied to the location to ensure insulation, or insulation may be secured by applying an insulation tape or a protective tape.
- the primary side coil and the secondary side coil can be changed as appropriate.
- the primary coil 30 and the secondary coil 40 may be alternately arranged between the cores 20.
- the transformer 1 can be configured as a converter transformer through which a large current flows.
- the primary coil 30 may be molded with resin. Moreover, the primary side coil 30 may be manufactured with the manufacturing method similar to embodiment.
- the shape of the secondary coils 40a and 40b can be changed as appropriate in the above-described embodiment.
- the shape of the base portion is not a C-shape, and may be a polygonal shape such as a rectangular shape, or may not have an extending portion.
- the secondary coil is not limited to a configuration including two secondary coils, and may be multi-layered (for example, four layers) in order to cope with a larger output.
- the base and the terminal portion of the secondary coil may not be formed continuously, and each may be soldered or the like.
- the assembly member may be formed in a separate process. Different resins may be used in the primary molding and the secondary molding.
- this indication can also take the following structures.
- a coil portion having a base made of a conductive metal and a terminal portion connected to a predetermined circuit board; An electronic component in which a surface of the base is covered and the terminal portion is exposed.
- the predetermined portion is a portion that is held by a holding member when the first resin portion is formed.
- the power supply device which has an electronic component in any one of (10).
- (12) While holding a predetermined portion of the base constituted by a conductive metal plate by a holding member, at least a protrusion is formed of resin at a location different from the holding location of the base, A method of manufacturing a coil, wherein after the protrusion is formed, at least the predetermined portion is molded with a resin while the protrusion is brought into contact with a mold.
- the method for manufacturing a coil according to (12), wherein the protrusions are formed on both surfaces of the base.
- the said base is molded with resin, and an assembly member is formed with the said resin.
- the manufacturing method of the coil as described in (12) or (13).
- the present disclosure can be realized as a power supply device in which a power supply unit using the transformer according to the above-described embodiment is connected to a power supply unit or the like.
- power supply devices can be any kind of movement such as automobiles, electric cars, hybrid electric cars, motorcycles, bicycles, personal mobility, airplanes, drones, ships, robots, construction machines, agricultural machines (tractors), etc. You may implement
- specific application examples will be described, but the content of the present disclosure is not limited to the application examples described below.
- FIG. 28 schematically illustrates an example of a configuration of a hybrid vehicle that employs a series hybrid system to which the present disclosure is applied.
- a series hybrid system is a car that runs on an electric power driving force conversion device using electric power generated by a generator driven by an engine or electric power once stored in a battery.
- the hybrid vehicle 7200 includes an engine 7201, a generator 7202, a power driving force conversion device 7203, a driving wheel 7204a, a driving wheel 7204b, a wheel 7205a, a wheel 7205b, a battery 7208, a vehicle control device 7209, various sensors 7210, and a charging port 7211. Is installed.
- the above-described transformer according to the embodiment of the present disclosure is applied to the control circuit of the battery 7208 and the circuit of the vehicle control device 7209.
- Hybrid vehicle 7200 travels using power driving force conversion device 7203 as a power source.
- An example of the power driving force conversion device 7203 is a motor.
- the electric power / driving force conversion device 7203 is operated by the electric power of the battery 7208, and the rotational force of the electric power / driving force conversion device 7203 is transmitted to the driving wheels 7204a and 7204b.
- the power driving force conversion device 7203 can be applied to either an AC motor or a DC motor by using DC-AC (DC-AC) or reverse conversion (AC-DC conversion) where necessary.
- Various sensors 7210 control the engine speed through the vehicle control device 7209 and control the opening of a throttle valve (throttle opening) (not shown).
- Various sensors 7210 include a speed sensor, an acceleration sensor, an engine speed sensor, and the like.
- the rotational force of the engine 7201 is transmitted to the generator 7202, and the electric power generated by the generator 7202 by the rotational force can be stored in the battery 7208.
- the resistance force at the time of deceleration is applied as a rotational force to the power driving force conversion device 7203, and the regenerative power generated by the power driving force conversion device 7203 by this rotational force is applied to the battery 7208. Accumulated.
- the battery 7208 can be connected to an external power source of the hybrid vehicle to receive electric power from the external power source using the charging port 7211 as an input port and accumulate the received electric power.
- an information processing device that performs information processing related to vehicle control based on information related to the secondary battery may be provided.
- an information processing apparatus for example, there is an information processing apparatus that displays a remaining battery level based on information on the remaining battery level.
- a series hybrid vehicle that runs on a motor using electric power generated by a generator driven by an engine or electric power stored once in a battery has been described as an example.
- the present disclosure is also effective for a parallel hybrid vehicle that uses both the engine and motor outputs as the drive source, and switches between the three modes of running with the engine alone, running with the motor alone, and engine and motor running as appropriate. Applicable.
- the present disclosure can be effectively applied to a so-called electric vehicle that travels only by a drive motor without using an engine.
- Storage system in a house as an application example An example in which the present disclosure is applied to a residential power storage system will be described with reference to FIG.
- a power storage system 9100 for a house 9001 power is stored from a centralized power system 9002 such as a thermal power generation 9002a, a nuclear power generation 9002b, and a hydropower generation 9002c through a power network 9009, an information network 9012, a smart meter 9007, a power hub 9008, and the like. Supplied to the device 9003.
- power is supplied to the power storage device 9003 from an independent power source such as the home power generation device 9004.
- the electric power supplied to the power storage device 9003 is stored. Electric power used in the house 9001 is supplied using the power storage device 9003.
- the same power storage system can be used not only for the house 9001 but also for buildings.
- the house 9001 is provided with a power generation device 9004, a power consumption device 9005, a power storage device 9003, a control device 9010 that controls each device, a smart meter 9007, and a sensor 9011 that acquires various types of information.
- Each device is connected by a power network 9009 and an information network 9012.
- a solar cell, a fuel cell, or the like is used, and the generated power is supplied to the power consumption device 9005 and / or the power storage device 9003.
- the power consuming apparatus 9005 is a refrigerator 9005a, an air conditioner 9005b, a television receiver 9005c, a bath 9005d, or the like.
- the electric power consumption device 9005 includes an electric vehicle 9006.
- the electric vehicle 9006 is an electric vehicle 9006a, a hybrid car 9006b, and an electric motorcycle 9006c.
- the transformer according to the embodiment of the present disclosure described above is applied to the peripheral circuit of the power storage device 9003.
- the smart meter 9007 has a function of measuring the usage amount of commercial power and transmitting the measured usage amount to an electric power company.
- the power network 9009 may be any one or a combination of DC power supply, AC power supply, and non-contact power supply.
- Various sensors 9011 are, for example, human sensors, illuminance sensors, object detection sensors, power consumption sensors, vibration sensors, contact sensors, temperature sensors, infrared sensors, and the like. Information acquired by the various sensors 9011 is transmitted to the control device 9010. Based on the information from the sensor 9011, the weather condition, the condition of the person, and the like can be grasped, and the power consumption device 9005 can be automatically controlled to minimize the energy consumption. Furthermore, the control device 9010 can transmit information on the house 9001 to an external power company or the like via the Internet.
- the power hub 9008 performs processing such as branching of power lines and DC / AC conversion.
- Communication methods of the information network 9012 connected to the control device 9010 include a method using a communication interface such as UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter), Bluetooth (registered trademark), ZigBee, Wi-Fi.
- a communication interface such as UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter), Bluetooth (registered trademark), ZigBee, Wi-Fi.
- the Bluetooth method is applied to multimedia communication and can perform one-to-many connection communication.
- ZigBee uses the physical layer of IEEE (Institute of Electrical and Electronics Electronics) (802.15.4).
- IEEE 802.15.4 is the name of a short-range wireless network standard called PAN (Personal Area Network) or W (Wireless) PAN.
- the control device 9010 is connected to an external server 9013.
- the server 9013 may be managed by any one of the house 9001, the electric power company, and the service provider.
- Information transmitted / received by the server 9013 is, for example, information on power consumption information, life pattern information, power charges, weather information, natural disaster information, and power transactions. These pieces of information may be transmitted / received from a power consuming device (for example, a television receiver) in the home, or may be transmitted / received from a device outside the home (for example, a mobile phone). Such information may be displayed on a device having a display function, for example, a television receiver, a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistant) or the like.
- a control device 9010 that controls each unit is configured by a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and the like, and is stored in the power storage device 9003 in this example.
- the control device 9010 is connected to the power storage device 9003, the home power generation device 9004, the power consumption device 9005, the various sensors 9011, the server 9013, and the information network 9012.
- the control device 9010 functions to adjust the amount of commercial power used and the amount of power generation. have. In addition, you may provide the function etc. which carry out an electric power transaction in an electric power market.
- electric power can be stored not only in the centralized power system 9002 such as the thermal power 9002a, the nuclear power 9002b, and the hydropower 9002c but also in the power storage device 9003 in the power generation device 9004 (solar power generation, wind power generation). it can. Therefore, even if the generated power of the home power generation apparatus 9004 fluctuates, it is possible to perform control such that the amount of power to be sent to the outside is constant or discharge is performed as necessary.
- the power obtained by solar power generation is stored in the power storage device 9003, and midnight power with a low charge is stored in the power storage device 9003 at night, and the power stored by the power storage device 9003 is discharged during a high daytime charge. You can also use it.
- control device 9010 is stored in the power storage device 9003.
- control device 9010 may be stored in the smart meter 9007, or may be configured independently.
- the power storage system 9100 may be used for a plurality of homes in an apartment house, or may be used for a plurality of detached houses.
- the technology according to the present disclosure can be preferably applied to the power storage device 9003 among the configurations described above.
- the electronic component according to the embodiment can be applied to a circuit related to the power storage device 9003.
Landscapes
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Abstract
導電性の金属により構成されるベースと、所定の回路基板に接続される端子部とを有するコイル部を有し、ベースの表面が被覆され、端子部が露出する電子部品である。 図17
Description
本開示は、電子部品、電源装置およびコイルの製造方法に関する。
従来から、電子機器に使用される電源ユニットに関する各種の提案がなされている。例えば、下記特許文献1には、電源ユニットに使用されるトランスが記載されている。
このような分野では、例えば電源ユニット内における損失を削減して高効率化を実現することが望まれている。
したがって、本開示は、高効率化を図る電子部品、電源装置およびコイルの製造方法を提供することを目的の一つとする。
上述の課題を解決するために、本開示は、例えば、
導電性の金属により構成されるベースと、所定の回路基板に接続される端子部とを有するコイル部を有し、
ベースの表面が被覆され、端子部が露出する
電子部品である。
上述した電子部品を有する電源装置でもよい。
導電性の金属により構成されるベースと、所定の回路基板に接続される端子部とを有するコイル部を有し、
ベースの表面が被覆され、端子部が露出する
電子部品である。
上述した電子部品を有する電源装置でもよい。
また、本開示は、
導電性の金属板により構成されるベースの所定箇所を保持部材により保持しつつ、ベースの保持箇所とは異なる箇所に、少なくとも突部を樹脂により形成し、
突部の形成後、該突部を金型に当接させつつ、少なくとも所定箇所を樹脂によりモールドする
コイルの製造方法である。
導電性の金属板により構成されるベースの所定箇所を保持部材により保持しつつ、ベースの保持箇所とは異なる箇所に、少なくとも突部を樹脂により形成し、
突部の形成後、該突部を金型に当接させつつ、少なくとも所定箇所を樹脂によりモールドする
コイルの製造方法である。
本開示の少なくとも一つの実施形態によれば、電源ユニット内での損失を削減して高効率化を図ることができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。また、例示された効果により本開示の内容が限定して解釈されるものではない。
以下、本開示の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
<1.第1の実施形態>
<2.第2の実施形態>
<3.変形例>
<4.応用例>
以下に説明する実施形態等は本開示の好適な具体例であり、本開示の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
また、以下の説明では、図示の方向等を基準として上下左右等の方向を規定する表現を使用する場合があるが、これは本開示の理解を容易とするためのものであり、本開示の内容が当該方向に限定されるものではない。また、本開示の理解を容易とするために、各部材の図示の方向を適宜、変更したり、図示の大きさを適宜、変更したりする場合がある。
<1.第1の実施形態>
<2.第2の実施形態>
<3.変形例>
<4.応用例>
以下に説明する実施形態等は本開示の好適な具体例であり、本開示の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
また、以下の説明では、図示の方向等を基準として上下左右等の方向を規定する表現を使用する場合があるが、これは本開示の理解を容易とするためのものであり、本開示の内容が当該方向に限定されるものではない。また、本開示の理解を容易とするために、各部材の図示の方向を適宜、変更したり、図示の大きさを適宜、変更したりする場合がある。
「一般的なトランスについて」
本開示の実施形態では、電子部品の一例として絶縁型(各種の安全規格要求に基づき1次側と2次側とが絶縁された)トランス(変圧器)を挙げて説明する。本開示の実施形態の説明の前に、一般的なトランスについて説明する。例えば、一般的な巻線型のトランスは、電線を巻回するために設けられているボビンの1次巻線スペースに1次巻線としての3層絶縁リッツ電線が、2次巻線スペースに2次巻線としてのリッツ線と呼ばれる細いウレタン銅線を束ねた電線が巻回されている。1次、2次巻線の巻数比により必要な電圧変換が行われる。
本開示の実施形態では、電子部品の一例として絶縁型(各種の安全規格要求に基づき1次側と2次側とが絶縁された)トランス(変圧器)を挙げて説明する。本開示の実施形態の説明の前に、一般的なトランスについて説明する。例えば、一般的な巻線型のトランスは、電線を巻回するために設けられているボビンの1次巻線スペースに1次巻線としての3層絶縁リッツ電線が、2次巻線スペースに2次巻線としてのリッツ線と呼ばれる細いウレタン銅線を束ねた電線が巻回されている。1次、2次巻線の巻数比により必要な電圧変換が行われる。
一般的に1次巻線より大きい電流が流れる2次巻線用の銅線は発熱(損失)を抑えるため、1次巻線よりも導体面積が大きく抵抗値の低いものが用いられる。また、高効率化を図る場合においても、損失を低減させる観点から導体面積を大きくし導体の抵抗値を低くさせる必要が出てくる。しかしながら、銅線の径(電線径)が大きくなるにしたがって巻線スペース自体も必然的に大きくなり、さらに電線径が太くなることで巻線占有率も下がってしまい、多くの無駄なスペースが生まれる。このことが、トランスの小型化を阻害する一つの大きな要因となる。
一方で、巻線スペースを小さくするため、基板型プレーナトランスと称されるトランスが提案されている。基板型プレーナトランスでは、2次側のコイル部が、所定のパターンが印刷等されたプレーナ基板により構成される。基板型プレーナトランスは、トランス全体の小型化が可能となる一方で、プレーナ基板のコストがかかるため、部品全体が高価なものになってしまうという問題がある。特に、2次側の巻線スペースに巻回される2次側コイル(例えば、リッツ線)の導体面積と同じ程度の導体面積をプレーナ基板で確保する場合には、プレーナ基板を複数層にわたって設ける必要があり、コスト的に一層不利になる。
また、電力変換効率の高効率化を実現するためには、フェライト等からなるコアの鉄損とコイル部の銅損との大きく分けて二つの損失を抑制する必要がある。コアの損失の削減については、コアの体積を削減することで、一定の効果が得られることが知られている。しかしながら、上述の通り、巻線型のトランスは、コイル部における損失を削減するために銅線の電線径を大きくする結果、巻線スペースが増加する。この巻線スペースを確保するためにコアの磁脚長を長くしなくてはならず、結果的にコアの体積の増加に伴う損失を削減できず、どちらの損失に対しても十分な損失の抑制が困難となる。
また、巻線型のトランスでは、1次巻線および2次巻線をボビンの巻線スペースに何層にも重なり合う(近接した)状態で巻線が行われる構造となる。このため、互いの電流による磁束が交互に影響しあい、電流の流れを妨げる一種の抵抗的な働きをする近接効果が発生することで、コイル部の損失を増加させる構造となっている。この近接効果は巻線の層数が増加すればするほど、その近接効果の影響が強くなり損失を増大させる。
さらに、基板型プレーナトランスでは、2次側コイルとしてのプレーナ基板に対して2次端子ピンを貫通させ、その貫通部分を半田により接合することで、プレーナ基板と回路基板とを電気的に接続している。しかしながら、半田の接合回数が多くなることで、接触(接合)抵抗値の増加による損失が増加する要因ともなり高効率化を妨げる要因となっている。
以上の一般的なトランスの特性に鑑みてなされた本開示の実施形態について、詳しく説明する。
<1.第1の実施形態>
「トランスの構成例」
本開示の第1の実施形態に係るトランス(トランス1)の構成例について説明する。図1はトランス1の外観例を示す斜視図であり、図2はトランス1の分解斜視図である。
「トランスの構成例」
本開示の第1の実施形態に係るトランス(トランス1)の構成例について説明する。図1はトランス1の外観例を示す斜視図であり、図2はトランス1の分解斜視図である。
図1に示すように、トランス1は、全体として箱状を成している。トランス1は、下方に突出する端子部2を有している。端子部2が図示しない所定の回路基板に対して半田により接続される。半田付けの方式は、所謂フロー方式等の公知の方式でもよいし、人手で行ってもよく任意の方式を適用することができる。
図2に示すように、トランス1は、カバー部10と、コア20と、1次側コイル30と、2次側コイル40とを有している。コア20は、例えば上下に分割されており、上側に第1のコア20aが、下側に第2のコア20bがそれぞれ配されている。2次側コイル40は、例えば2個の2次側コイル40a、40bから成る。
カバー部10は、コアを絶縁するためのカバーである。カバー部10は、矩形状の底壁101を有しており、その周縁の一部分に3個の周壁102、103、105が立設されている。周壁105には、1次側コイル30を引き出すための上部溝105a、105bが形成されている。本例では、周壁102、103、105が連続的に形成されているが、各周壁が独立していてもよい。周壁102と周壁103との間には、開口104が形成されている。カバー部10は、周壁102、103、105の内側にコア20を収納可能な程度の大きさとされている。
コア20aは、コア20bに載置される蓋状のものである。コア20bは、矩形状の底壁201を有しており、底壁201の略中央には、円筒状の突部202が形成されている。また、底壁201の周縁の一部分に2個の周壁212、213が立設されており、周壁212、213の間に開口214、215が形成されている。開口214は、カバー部10の開口104に略対応する箇所に設けられている。
コア20の材料としては、フェライト等の磁性体を用いることができる。トランス1の用途に応じてコア20の材料をフェライトからハイライト材、オリエント材、アモルファス材等のケイ素含有材料に代えることも可能であり、コア20の材料としてパーマロイ等も使用可能である。コア20の形状は上述した形状に限定されることはなく、E型コア等、任意の形状を適用することができる。
1次側コイル30は、所定のターン数で巻回されたリッツ線、撚り線等の絶縁被覆線等から成る。1次側コイル30は、例えば、熱融着により形成された3層を有する絶縁被覆線である。1次側コイル30の端部(巻始めおよび巻終わり)が露出しており、それらが適宜な箇所に接続される。本実施形態における1次側コイル30は、例えば、ターン数が8ターンの2個のコイルを用いて2層(1次側コイル30a、30b)を形成している。2層の1次側コイル30a、30bが積層された状態で、中央付近に略円形の開口部310が形成される。
2次側コイル40は、2個の2次側コイル40a、40bを有している。2次側コイル40a、40bの間に1次側コイル30が配されている。2次側コイル40a、40bは、概略、導電性の金属板が部分的に樹脂でモールドされ、当該金属板の一部が露出した箇所(端子部)を有している。この端子部の少なくとも一部が回路基板に半田付けされ、トランス1が当該回路基板に対して電気的に接続される。
図3A、図3Bは、樹脂によるモールド前の2次側コイル40a、40bの形状例を説明するための図であり、図3Bは、図3Aに示される2次側コイル40a、40bを上下反対にした図である。
2次側コイル40aは、タフピッチ銅等の導電性の金属板により構成されるベース401を有している。ベース401は、例えば、C字形状を成す基部401aと、基部401aの各先端が水平方向に向かって外側にやや延在する延在部401b、401cと、延在部401b、401cのそれぞれの先端がそれぞれ下方に向かって屈曲することにより形成される脚部401d、401eを有している。基部401aの中央には、略円形の開口部410が形成されている。脚部401d、401eは、それぞれの長手方向の面が略直交している。
脚部401d、401eの先端に、端子部402a、402bが設けられている。すなわち、本実施形態では、ベース401と、端子部402a、402bとが連続的に形成されている。詳細は後述するが、端子部402a、402bは、樹脂がモールドされずに金属板の表面が露出する箇所であり、その全部または一部が回路基板に半田付けされる箇所である。なお、端子部402a、402bの大きさ(領域)は、トランス1の大きさ、用途等に応じて適宜、設定可能である。また、それぞれの脚部が長手方向の面に対して略直交するような形状に限定されるものではなく、各端子部と回路基板との接続方向に応じて任意の形状を設定することができる。
2次側コイル40aは、端子部402a、402b以外の箇所であるベース401が樹脂によりモールドされ、金属板の表面が露出しないようにされている。さらに、延在部401b、401cから脚部401d、401eにかけて薄板状であり、断面L字状の板状部420aが形成されている(図2参照)。板状部420aは、樹脂により形成されている。
2次側コイル40bは、タフピッチ銅等の導電性の金属板により構成されるベース405を有している。ベース405は、例えば、C字形状を成す基部405aと、基部405aの各先端が水平方向に向かって外側にやや延在する延在部405b、405cと、延在部405b、405cのそれぞれの先端がそれぞれ下方に向かって屈曲することにより形成される脚部405d、405eを有している。基部405aの中央には、略円形の開口部420が形成されている。脚部405d、405eは、それぞれの長手方向の面が略直交している。また、上述した脚部401dの長手方向の面と脚部405dの長手方向の面とが略平行となっている。
脚部405d、405eの先端に、端子部406a、406bが設けられている。すなわち、本実施形態では、ベース405と、端子部406a、406bとが連続的に形成されている。詳細は後述するが、端子部406a、406bは、樹脂がモールドされずに金属板の表面が露出する箇所であり、その全部または一部が回路基板に半田付けされる箇所である。なお、端子部406a、406bの大きさ(領域)は、トランス1の大きさ、用途等に応じて適宜、設定可能である。2次側コイル40aと同様に、それぞれの脚部が長手方向の面に対して略直交するような形状に限定されるものではなく、各端子部と回路基板との接続方向に応じて任意の形状を設定することができる。なお、2次側コイル40a、40bの表面に対して酸化防止のためにスズメッキ等の表面処理がなされてもよく、この場合、端子部402a等の表面とは、金属板に対して表面処理がなされた面であってもよい。すなわち、端子部402a等の表面は、導電性が確保された面であればよい。本実施形態では、端子部402a、402b、406aおよび406bにより図1に示した端子部2が構成される。
2次側コイル40bは、端子部406a、406b以外の箇所が樹脂によりモールドされ、金属板の表面が露出しないようにされている。さらに、延在部405b、405cから脚部405d、405eにかけて一定の厚みを有する板状の支持部420bが形成されている(図2参照)。支持部420bは、樹脂により形成されている。この支持部420bと板状部420aとが係合することにより支持部420bが板状部420aを支持する。例えば、板状部420aと支持部420bとにより組立部材が構成される。
2次側コイル40a、40bの金属板の厚みは、例えば、0.1~数mm(ミリメートル)に設定される。金属中に高周波電流を流す場合に表皮効果の影響を受けることが知られている。表皮効果とは交流電流が導体を流れるとき、電流密度が導体の表面で高く、表面から離れると低くなる現象のことである。周波数が高くなるにつれ電流が表面へ集中し導体の交流抵抗は高くなる。換言すれば、印加される電流周波数によりコイル(薄銅板)厚が決定される。なお、表皮深は、電流が表面電流の1/e(約0.37)になる深さであり、各周波数により次のようになる。
<電流周波数による表皮深さ>
周波数 30kHz 片側深さ0.38mm (両側深さ0.76mm)
周波数 65kHz 片側深さ0.26mm (両側深さ0.52mm)
周波数 100kHz 片側深さ0.21mm (両側深さ0.42mm)
周波数 200kHz 片側深さ0.15mm (両側深さ0.30mm)
周波数 300kHz 片側深さ0.12mm (両側深さ0.24mm)
金属板の厚みを0.1~数mmとすることにより、電源回路の駆動周波数が高くなる場合にも対応することが可能となる。但し、例えば、300kHzの場合に1mmの厚みの金属板を使用してもその導体面積を有効に活用できない可能性もあるので、このような場合には金属板の厚みをより薄く(例えば0.1~0.2mm)とすることが好ましい。
<電流周波数による表皮深さ>
周波数 30kHz 片側深さ0.38mm (両側深さ0.76mm)
周波数 65kHz 片側深さ0.26mm (両側深さ0.52mm)
周波数 100kHz 片側深さ0.21mm (両側深さ0.42mm)
周波数 200kHz 片側深さ0.15mm (両側深さ0.30mm)
周波数 300kHz 片側深さ0.12mm (両側深さ0.24mm)
金属板の厚みを0.1~数mmとすることにより、電源回路の駆動周波数が高くなる場合にも対応することが可能となる。但し、例えば、300kHzの場合に1mmの厚みの金属板を使用してもその導体面積を有効に活用できない可能性もあるので、このような場合には金属板の厚みをより薄く(例えば0.1~0.2mm)とすることが好ましい。
図4は、図2における切断線A-Aでトランス1を切断した場合の断面を示す断面図である。なお、図4では、図が煩雑となることを防止するために、ハッチングの図示を適宜、省略しており、ハッチングが付された箇所は樹脂がモールドされた箇所を示している。コア20bの突部202に開口部420、310、410が順次挿通されることにより、1次側コイル30および2次側コイル40がコア20bと一体化される。そして、コア20bにコア20aが置かれ、さらにコア20等がカバー部10内に収納される。なお、図示しない絶縁テープ等が貼付されることにより、トランス1を構成する各部材が一体化されてもよい。
図4に示すように、コア20bの開口214およびカバー部10の開口104を介して、2次側コイル40a、40bの一部がカバー部10の外側に導出されている。例えば、樹脂がモールドされていない端子部402a、402b、406aおよび406bがカバー部10の外側に導出されている。
支持部420bの上面が板状部420aの裏面に当接することにより、2次側コイル40aが2次側コイル40bにより支持される。これにより生じる2次側コイル40a、40b間のスペースSPに1次側コイル30a、30bが配される。
「1次側、2次側コイルの配置例」
次に、1次側、2次側コイルの配置例について説明する。図5に示すように、コア20a、20bの間に、2次側コイル40a(S(Secondary)-2)と2次側コイル40b(S-1)とが配されている。2次側コイル40a、40bの間に、1次側コイル30a(P(Primary)-2)、1次側コイル30b(P-1)が上方から下方に向かって順次、配されている。
次に、1次側、2次側コイルの配置例について説明する。図5に示すように、コア20a、20bの間に、2次側コイル40a(S(Secondary)-2)と2次側コイル40b(S-1)とが配されている。2次側コイル40a、40bの間に、1次側コイル30a(P(Primary)-2)、1次側コイル30b(P-1)が上方から下方に向かって順次、配されている。
図6は、トランス1の結線図である。端子51a、51bは、例えば、1次側コイル30aの始端(巻始め)と終端(巻終わり)とがそれぞれ接続される端子である。端子52a、52bは、例えば、1次側コイル30bの始端と終端とがそれぞれ接続される端子である。
端子55、56は、トランス1の制御方式に応じた極性に対応する端子であり、上述した端子部402b、406bに対応する端子である。また、端子57、58は、グランド(GND)に対応する端子であり、上述した端子部402a、406aに対応する端子である。端子55、56からは、逆流防止用のダイオード61、62を介して所定の電圧+Vが出力される。出力ラインおよびグランドとの間には、コンデンサ63が接続されている。
本実施形態では、1次側コイル30a、30bの接続を変えることで、例えば、12Vと24Vの2出力に対応可能である。例えば、図6において、2個の1次側コイル30a、30bを直列接続した場合、すなわち、端子51aと端子52aとを接続し、端子51aと端子52bとを1次側コイルの入力端子とした場合、巻数比は16:1となり(1次側コイル30a、30bの巻数をそれぞれ8ターンとした場合)、12Vを出力することができる。一方、端子51aと端子52aとを接続し、端子51bと端子52bとを接続し、それぞれを入力端子とする1次側コイル30a、30bの並列接続とした場合、巻数比は8:1となり、24Vを出力することができる。
また、本実施形態では、例えば、図7のように2つの同一仕様のトランス用い、4個の1次側コイルを並列および直列接続し、さらに4つの2次側コイルを2ターンずつ直列接続することで、巻数比16:2(24Vの場合)とすることもできる。但し、トランスが必ずしも2個の出力に対応している必要はなく、1個の出力に対応したものであってもよい。この場合は、1次巻線を1結線(一つのコイル)にて構成してもよい。
以上、本開示の第1の実施形態に係るトランス1について説明した、第1の実施形態にかかるトランス1によれば、例えば、以下の効果が得られる。
2次側コイル40に巻線を使用していないため、巻線用のスペースを設ける必要が無い。したがってトランス1の小型化を図ることができる。また、巻線スペースを確保するためにコアの磁脚長を長くする必要もなく、コアの体積が増加することに伴う損失を防止できる。また、巻線を近接して重ねることで生じ得る近接効果がないため、近接効果による損失が生じることがない。
また、プレーナ基板を使用しないため、コスト的にも優位である。また、プレーナ基板間を半田で接続する必要がないため、半田接合箇所の抵抗値の増加による損失が大きくなってしまうことがない。
また、1次側コイル30には熱融着コイルを用いることで自動巻線化が可能となる。2次側コイル40にも薄い金属板を樹脂によりモールドした部品を使用することで、これまでリッツ線を用いたコンバータトランスの生産に必要不可欠であった熟練した巻線作業者による作業を必要とせず、生産数量や人件費変動等に左右されない安価な生産システムを構築することができる。また、作業者の熟練度に寄らない安定した製品品質を実現できる。さらに、2次側コイル40を例えば2つに分割することにより、ロボットアーム等による全自動組立も容易に可能となることにより、生産コストの更なる低減も可能となる。
2次側コイル40に巻線を使用していないため、巻線用のスペースを設ける必要が無い。したがってトランス1の小型化を図ることができる。また、巻線スペースを確保するためにコアの磁脚長を長くする必要もなく、コアの体積が増加することに伴う損失を防止できる。また、巻線を近接して重ねることで生じ得る近接効果がないため、近接効果による損失が生じることがない。
また、プレーナ基板を使用しないため、コスト的にも優位である。また、プレーナ基板間を半田で接続する必要がないため、半田接合箇所の抵抗値の増加による損失が大きくなってしまうことがない。
また、1次側コイル30には熱融着コイルを用いることで自動巻線化が可能となる。2次側コイル40にも薄い金属板を樹脂によりモールドした部品を使用することで、これまでリッツ線を用いたコンバータトランスの生産に必要不可欠であった熟練した巻線作業者による作業を必要とせず、生産数量や人件費変動等に左右されない安価な生産システムを構築することができる。また、作業者の熟練度に寄らない安定した製品品質を実現できる。さらに、2次側コイル40を例えば2つに分割することにより、ロボットアーム等による全自動組立も容易に可能となることにより、生産コストの更なる低減も可能となる。
また、本開示の実施形態に係るトランス1は、1次側コイル30が絶縁被覆線で構成され、2次側コイル40の端子部以外の箇所が樹脂によりモールドされている。すなわち、各コイルのはんだ接合端子部以外の導体部が電線被膜や樹脂により保護されているため、サージ電圧等がトランス1を介し伝わり難く電源回路の破壊を未然に防止する高サージイミュニティを実現できる。このサージイミュニティとは、IEC61000-4-5等に規定されている試験の一つでもあり、電気回路等に対し瞬間的に異常な高い電圧を発生(印加)させ、機器の耐性を確認するものであって、通常は雷に起因する雷サージの影響について試験するものである。しかしながら、雷に限らず、電力供給設備を含めた不安定な環境の場合、類似のサージ電圧が屋外に設置されている電線等を伝い家庭内コンセントに到達することがある。この場合、テレビジョン装置を始めとした民生用の機器がこのサージ電圧が原因で故障をすることがあり、この対策を必要とされている。実施形態におけるトランス1によれば、高サージイミュニティを実現できるので、雷のみならず電圧が不安定な環境や地域において生じ得るサージ電圧にも対応することができる。
また、本開示の実施形態に係るトランス1によれば、低EMI(Electro Magnetic Interference)化を実現することができる。一般に、絶縁型のトランス(絶縁トランス)は、高周波ノイズが1次、2次間のわずかな浮遊静電容量で低インピーダンスとなって2次側に伝搬してしまう。2次側コイルが樹脂によりモールドされていない場合には、一般に、絶縁された1次コイルと2次コイル間には、非常に薄い絶縁被膜のみが介在するだけで、物理的に分離するセパレータ等は設けられていないため、各コイル同士が非常に近い距離で近接する状態となる。このため、トランス内の浮遊静電容量が増加し、これにより静電誘導されたノイズ源電圧が大きくなり、結果的にEMI等が悪化してしまう。このノイズ源電圧は、浮遊静電容量が大きい程高くなり、EMIを悪化させる要因の一つであり、この対策にはコモンモードコイル等のノイズ対策部品の追加が必要となる。このため、部品点数の増加に伴うコストの増加を招き、また、トランスの小型化を妨げる。本開示の実施形態にかかるトランス1によれば、2次側コイル40が樹脂によりモールドされることにより副次的に1次側コイル-2次側コイル間に適度な距離が保たれ、浮遊静電容量を小さくなることで、結果、高周波ノイズが伝搬してしまう等の問題を回避できる。
図8~図10は、周波数に応じた帰還ノイズのレベルを示すグラフである。各図における横軸は周波数を示し、縦軸は帰還ノイズのレベルを示している。また、図8は2次側コイル40が樹脂によりモールドされていない例であり、図9は2次側コイル40の樹脂の厚みが0.5mmであり、図10は2次側コイル40の樹脂の厚みが1.0mmである例である。ここでの樹脂の厚みとは、2次側コイル40aの基部401aの裏面側の樹脂の厚みと、2次側コイル40bの基部405aの表面側の樹脂の厚みとの合計である。この樹脂厚をより増加させることで、浮遊静電容量を小さくすることは可能だが、反面、トランスのサイズが大きくなるため、トランスを小型化するためには絶縁構造上、必要最低限の厚みとすることが望ましい。
図8~図10を比較すると、2次側コイル40を樹脂によりモールドすることにより、1次側コイル30と2次側コイル40との距離が離れるので、浮遊静電容量の増加を防止できる。このため、各図の点線ARで示す箇所のように、帰還ノイズのピークレベルを抑圧することができる。
また、所定の材料を使用することにより、例えば、UL1446.ClassBの取得が容易となる。UL1446.ClassBでは、トランスに使用される材料に制限があるものの、トランスの使用時における発熱の温度(許容温度)が130℃に設定されている。すなわち、UL1446.ClassBを取得することにより、発熱するものの小型化したトランスを提供できる。
「コイルの製造方法」
次に、本開示の実施形態に係るコイルの製造方法について説明する。ここでは、2次側コイル40を例にして説明する。2次側コイル40を樹脂によりモールドする成形方法としては、例えば、射出成形が挙げられる。射出成形では、金型内に2次側コイル40が収納された状態で当該金型内に樹脂が充填される。なお、樹脂は、素材を加熱すると軟化して加工でき、冷やすと固化するいわゆる熱可塑性樹脂でもよいし、素材を加熱すると軟化して加工でき、一度硬化すると加熱しても再び軟化することがないいわゆる熱硬化性樹脂でもよいし、その他の樹脂でもよい。
次に、本開示の実施形態に係るコイルの製造方法について説明する。ここでは、2次側コイル40を例にして説明する。2次側コイル40を樹脂によりモールドする成形方法としては、例えば、射出成形が挙げられる。射出成形では、金型内に2次側コイル40が収納された状態で当該金型内に樹脂が充填される。なお、樹脂は、素材を加熱すると軟化して加工でき、冷やすと固化するいわゆる熱可塑性樹脂でもよいし、素材を加熱すると軟化して加工でき、一度硬化すると加熱しても再び軟化することがないいわゆる熱硬化性樹脂でもよいし、その他の樹脂でもよい。
図11Aは、雄型MO1と雌型MO2からなる金型MOa内に例えば2次側コイル40aのベース401が収納された状態を模式的に示した図である。この状態で、金型MOaの空洞内に樹脂PPが注入される。
ここで、薄い金属板に対して直接的に樹脂をモールドする場合には、モールドされる樹脂厚の中心と2次側コイル40aの中心位置とが略同一になり、その周囲全体を樹脂PPが覆いベース401の露出が無い状態とすることが望ましい。しかしながら、図11Bに模式的に示すように、例えば薄い基部401aが樹脂PPの注入時の圧力に負け金型MOaの空洞内で撓み空洞内の内壁に押しつけられる。このため、モールドされる樹脂厚の中心と2次側コイル40aの中心位置とを同一に保たせることができず、ベース401の表面が樹脂によりモールドされずに部分的に露出してしまう場合がある。このような問題に対応するための、本開示の実施形態に係るコイルの製造方法について説明する。
図12は、コイルの製造方法の一例を示すフローチャートである。以下の説明では、2次側コイル40bの製造方法を例にして説明する。実施形態に係るコイルの製造方法では、1次成形および2次成形と2回にわたって樹脂がモールドされる。具体的には、1次成形であるステップS11では、2次側コイル40bの所定箇所にリブが形成される。そして、2次成形であるステップS12では、1次成形で形成したリブを金型の内壁に当接させた状態で射出成形を行い、ベース405に樹脂をモールドする。
図13は、1次成形後の2次側コイル40bを示す斜視図である。図13に示すように、ベース405の一部である基部405aには、開口部420に対して同心円状となる略C字形状のクランプ部430が設定されている。なお、このクランプ部430は基部405aの裏面側にも設定されている。このクランプ部430が保持部材の一例である金型により挟持(挟まれて保持)された状態で射出成形(1次成形)が行われる。1次成形により形成される構成をインナーフレームと適宜、称する。なお、以下では、基部405aの表面側のインナーフレームについて説明するが、裏面側にも同様のインナーフレームが形成される。
図14は、2次側コイル40bの半部の斜視図であり、図15は、図14におけるAA方向矢視図である。図13乃至図15を参照して、1次成形により形成されるインナーフレームについて詳細に説明する。1次成形により形成されるインナーフレームは、樹脂部435と樹脂部436とを有している。樹脂部435および樹脂部436の少なくとも一方により第1樹脂部が構成される。樹脂部435は、基部405aにおける開口部420とクランプ部430との間に形成されるリング状の樹脂層435aと、樹脂層435aの内側周縁に形成される突部であるリブ435bと、基部405aの内側周面に形成される樹脂層435cとを有している。
また、樹脂部436は、基部405aにおける外側周縁付近に形成されるリング状の樹脂層436aと、樹脂層436aの外側周縁に形成される突部であるリブ436bと、基部405aの外側周面に形成される樹脂層436cとを有している。樹脂層435a、435c、436a、436cの厚みは略同じ厚みであり、例えば、0.2mm~0.5mm程度である。リブ436bは、複数(例えば、8個)のリブが略等間隔に形成された構成を成している。
インナーフレームが形成された後に、2次成形が行われる。2次成形において、クランプ部430の箇所に樹脂がモールドされるとともに、支持部420bが形成される。図16に示すように、インナーフレームが形成された2次側コイル40bが、雄型MOb1および雌型MOb2からなる金型MObの空洞内に収納される。例えば、金型MObが有する円筒状の部材に開口部420が挿通される。金型MObの空洞内に収納された状態では1次成形で形成されたリブ435bおよびリブ436bが、雄型MOb1側の内壁41および雌型MOb2内の内壁42のそれぞれに当接する。なお、この例では、支持部420bを形成するための空間43が金型MOb内の空洞内に設けられているので、リブ436bの一部は内壁41に当接しない。
続いて、金型MObの空洞内に樹脂が注入される。これにより、ベース405において金属が露出していた箇所である少なくともクランプ部430を含む箇所が樹脂によりモールドされる。また、空間43にも樹脂が注入されることにより支持部420bも形成される。
図17は、2次成形後の2次側コイル40bを示す斜視図である。2次成形によりベース405全体が樹脂によりモールドされるとともに、支持部420bが形成されている。また、端子部406a、406bのみが露出する。
図18Aは、2次側コイル40bの断面を示す図である。2次成形により第2樹脂部の一例である樹脂部440が形成される。樹脂部440は、少なくとも、1次成形において金型により保持されるクランプ部430をモールドするものである。本実施形態では、クランプ部430の他に1次成形において樹脂がモールドされない箇所(例えば、延在部405b、405c、脚部405d、405e)が樹脂部440によりモールドされる。また、樹脂部440により支持部420bが形成される。なお、リブ435b、436bの頂部、樹脂層435cおよび樹脂層436cは外部に露出する。
以上の説明では、2次側コイル40bを例にして説明したが、2次側コイル40aも同様にして樹脂によりモールドされる。以下、2次側コイル40aの製造方法の概略を説明する。図18Bは、2次成形後の2次側コイル40aの断面を示す図である。1次成形により基部401aに樹脂部435、436が形成される。そして、リブ435b、436bを金型の内壁に当接させた状態で2次成形が行われ、2次成形により樹脂部440が形成される。樹脂部440によりベース401がモールドされる。なお、2次成形の際に板状部420aが形成される。
上述したコイル部の製造方法では、1次成形において2次側コイルのベース(例えば、基部)を直接且つ安定して保持した状態で少なくともリブを形成する。このため、樹脂を注入する際の圧力により2次側コイルが変形することなくリブを形成することができる。さらに、リブを金型内壁に当接させた状態で2次成形が行われる。これにより、樹脂を注入する際の圧力により2次側コイルが変形することなく、高精度に2次側コイルの位置が制御できた状態で、2次側コイルの所定箇所(例えば、クランプ部)を樹脂によりモールドできる。
<2.第2の実施形態>
次に、第2の実施形態について説明する。なお、特に断らない限り、第1の実施形態で説明した事項は、第2の実施形態に適用することができる。また、第1の実施形態で説明した構成と同一の構成に対しては同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜、簡略化または省略する。
次に、第2の実施形態について説明する。なお、特に断らない限り、第1の実施形態で説明した事項は、第2の実施形態に適用することができる。また、第1の実施形態で説明した構成と同一の構成に対しては同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜、簡略化または省略する。
図19は、第2の実施形態に係るトランスの結線図である。第2の実施形態は、2次側コイルの巻数を複数化した点が第1の実施形態と異なる。図19のAA部は2次側S1-1コイル(1ターン)および2次側コイルS1-2(1ターン)、2次側コイルS2-1(1ターン)コイルおよび2次側コイルS2-2(1ターン)を接続し、それぞれ2ターン(複数)化している接合点である。本接続については、例えば、図20Aおよび図20Bに示すように2次側S1-1コイルおよび2次側コイルS2-2の中間接合部AA部を回路基板挿入し基板パターン等による接続により実現することができる。2次側コイルS1-1、S1-2としては、第1の実施形態で説明した2次側コイル40a、40b(例えば、タフピッチ銅等の導電性金属板により構成され、酸化防止のためにスズメッキ等の表面処理を施したもの)を適用することができる。2次側コイルS2-1、S2-2についても同様である。1次側コイル30は、1層でもよいし、第1の実施形態と同様に2層でもよいし、より多層化されたものでもよい。
ここで、2個の2次側コイルS1-1および2次側コイルS1-2が直接接触してしまうと、短絡状態となり2次側コイルの巻数を複数化することができない。このため、2次側コイルS1-1および2次側コイルS1-2が直接接触してしまう箇所は、絶縁性の高い、ポリエステルフィルム等の絶縁部材70を挟むまたは貼り付けることにより絶縁する。なお、絶縁部材70は、各コイル間を絶縁することが可能な材質であれば特に材質を限定するものではなく、絶縁塗装等による絶縁コーティングを施したものでも構わない。
図20に示した、巻数を2ターン(複数)化したコイルを、第1の実施形態と同様の製造方法を用いることで、図21Aおよび図21Bに示すように第1の実施形態と同様のインナーフレームが成形される。その後、2次成形を施すことにより、2次側巻数を2ターン(複数)化することが可能となる。
なお、図22Aおよび図22Bに示すように、2次側コイルの中間接合部AA部に対して折り曲げ加工を施した連続した形態で製造することにより、2次側コイルの巻数の複数化を実現することも可能である。また、図22に示した、巻数を2ターン(複数)化したコイルを、第1の実施形態と同様の製造方法を用いることで、図23Aおよび図23Bに示すように第1の実施形態と同様のインナーフレームが成形される。その後、2次成形を施すことにより、2次側巻数を2ターン(複数)化することが可能となる(なお、図示が煩雑となるため、図21B、図23Bにおけるインナーフレームの参照符号は省略している。)。
第2の実施形態により、第1実施形態で得られる効果の他、例えば、以下の効果を得ることができる。2次側コイルの巻数を複数化(例えば、2ターン)することにより、
・巻数比倍で1次側コイル巻数の増加が可能となり、1次側インダクタンス、他電気特性の調整が容易となる。
・フェライトコアの小型化が可能となる。
例えば巻数比が8(1次):1(2次)、インダクタンス400μH、電流3A、コア有効断面積250mm2のトランス((1)のトランス)と
2次側コイルの巻数を2ターン化し、巻数比を16(1次):2(2次)とし、その他の特性を同じにしたトランス((2)のトランス)とを比較する場合、
B(飽和磁束密度)=L(インダクタンス)*I(電流)/Ae(コア有効断面積)*1次巻数により飽和磁束密度を導くと、下記の通りとなる
(1) 巻数比 8 (1次):1(2次)・・・・600mT
(2) 巻数比 16(1次):2(2次)・・・・300mT
一般的に使用されるフェライトコア材質の最大飽和磁束密度は100℃で400mT前後であるため、(1)ではトランスとして機能できないことが分かる。これ回避するためには、コア有効断面積を大きくするか巻数を増加させるかが必要となる。しかしながら、コア有効断面積を大きくすることは、小型化を阻害する要因となる。したがって、2次側コイルの巻数を複数化することによりコアの小型化が実現可能となることで、トランスの小型化にもつながる。
・巻数比倍で1次側コイル巻数の増加が可能となり、1次側インダクタンス、他電気特性の調整が容易となる。
・フェライトコアの小型化が可能となる。
例えば巻数比が8(1次):1(2次)、インダクタンス400μH、電流3A、コア有効断面積250mm2のトランス((1)のトランス)と
2次側コイルの巻数を2ターン化し、巻数比を16(1次):2(2次)とし、その他の特性を同じにしたトランス((2)のトランス)とを比較する場合、
B(飽和磁束密度)=L(インダクタンス)*I(電流)/Ae(コア有効断面積)*1次巻数により飽和磁束密度を導くと、下記の通りとなる
(1) 巻数比 8 (1次):1(2次)・・・・600mT
(2) 巻数比 16(1次):2(2次)・・・・300mT
一般的に使用されるフェライトコア材質の最大飽和磁束密度は100℃で400mT前後であるため、(1)ではトランスとして機能できないことが分かる。これ回避するためには、コア有効断面積を大きくするか巻数を増加させるかが必要となる。しかしながら、コア有効断面積を大きくすることは、小型化を阻害する要因となる。したがって、2次側コイルの巻数を複数化することによりコアの小型化が実現可能となることで、トランスの小型化にもつながる。
<3.変形例>
以上、本開示の複数の実施形態について具体的に説明したが、本開示の内容は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
以上、本開示の複数の実施形態について具体的に説明したが、本開示の内容は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
第1、第2の実施形態において、1次成形により形成されるインナーフレームの形状は、適宜、変更することができる。例えば、図24に示すように、樹脂部435からクランプ部430にかけて、放射状に形成された複数のリブ438がインナーフレームに含まれてもよい。また、クランプ部430が設定される箇所も金型に応じて適宜、変更することができる。例えば、図25に示すように、リング状に離隔して配置されたクランプ部430aであってもよい。
図26に示すように、絶縁の信頼性を向上させるために、周壁212の上面212a、周壁213の上面213aおよび突部202の上面202a以外の箇所、換言すれば、トランス1の性能に影響が及ぶコア20bの突き当て部分以外の箇所に、絶縁を確保するための処理がなされてもよい。例えば、当該箇所に、絶縁塗装や粉体塗装が施して絶縁を確保してもよいし、絶縁テープや保護テープを貼付して絶縁を確保してもよい。
1次側コイル、2次側コイルの配置は、適宜、変更可能である。例えば、図27に示すように、コア20間に1次側コイル30と2次側コイル40とが交互に配置された構成でもよい。この構成によれば、近接効果を低減できるので大電流が流れるコンバータトランスとしてトランス1を構成できる。
上述した実施形態において、1次側コイル30が樹脂によりモールドされていてもよい。また、実施形態と同様の製造方法で1次側コイル30が製造されてもよい。
2次側コイル40a、40bの形状は上述した実施形態における適宜、変更することができる。例えば、ベース部の形状はC字形状でなく、矩形状等の多角形状等でもよいし、延在部はなくてもよい。また、2次側コイルは、2個の2次側コイルからなる構成に限定されるものではなく、より大きな出力に対応するために多層化(例えば、4層)がなされてもよい。また、2次側コイルのベースと端子部とが連続的に形成されていなくてもよく、それぞれが半田付け等されてもよい。
上述した実施形態において、組立部材は別の工程で形成されてもよい。1次成形および2次成形において異なる樹脂が用いられてもよい。
上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて実施形態と異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などが含まれてもよい。また、実施形態および変形例で説明した事項は、技術的な矛盾が生じない限り相互に組み合わせることができる。
なお、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
(1)
導電性の金属により構成されるベースと、所定の回路基板に接続される端子部とを有するコイル部を有し、
前記ベースの表面が被覆され、前記端子部が露出する
電子部品。
(2)
前記ベースの表面が樹脂部により覆われている
(1)に記載の電子部品。
(3)
前記樹脂部は、突部を含む第1樹脂部と、少なくとも前記ベースにおける所定箇所をモールドする第2樹脂部とを有する
(2)に記載の電子部品。
(4)
前記所定箇所は、前記第1樹脂部を形成する際に保持部材により保持される箇所である
(3)に記載の電子部品。
(5)
前記樹脂部が熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂により構成されている
(2)乃至(4)のいずれかに記載の電子部品。
(6)
前記ベースと前記端子部とが連続的に形成されている
(1)乃至(5)のいずれかに記載の電子部品。
(7)
前記コイル部が2次側のコイルである
(1)乃至(6)のいずれかに記載の電子部品。
(8)
前記2次側のコイルを複数有し、前記複数の2次側のコイル間に1次側のコイルが配されている
(7)に記載の電子部品。
(9)
前記1次側のコイルが、絶縁被覆がなされた巻線により構成されている
(8)に記載の電子部品。
(10)
コアを有する
(1)乃至(9)のいずれかに記載の電子部品。
(11)
(1)乃至(10)のいずれかに記載の電子部品を有する電源装置。
(12)
導電性の金属板により構成されるベースの所定箇所を保持部材により保持しつつ、前記ベースの保持箇所とは異なる箇所に、少なくとも突部を樹脂により形成し、
前記突部の形成後、該突部を金型に当接させつつ、少なくとも前記所定箇所を樹脂によりモールドする
コイルの製造方法。
(13)
前記ベースの両面に前記突部を形成する
(12)に記載のコイルの製造方法。
(14)
前記ベースを樹脂によりモールドするとともに、組立部材を前記樹脂により形成する
(12)または(13)に記載のコイルの製造方法。
(1)
導電性の金属により構成されるベースと、所定の回路基板に接続される端子部とを有するコイル部を有し、
前記ベースの表面が被覆され、前記端子部が露出する
電子部品。
(2)
前記ベースの表面が樹脂部により覆われている
(1)に記載の電子部品。
(3)
前記樹脂部は、突部を含む第1樹脂部と、少なくとも前記ベースにおける所定箇所をモールドする第2樹脂部とを有する
(2)に記載の電子部品。
(4)
前記所定箇所は、前記第1樹脂部を形成する際に保持部材により保持される箇所である
(3)に記載の電子部品。
(5)
前記樹脂部が熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂により構成されている
(2)乃至(4)のいずれかに記載の電子部品。
(6)
前記ベースと前記端子部とが連続的に形成されている
(1)乃至(5)のいずれかに記載の電子部品。
(7)
前記コイル部が2次側のコイルである
(1)乃至(6)のいずれかに記載の電子部品。
(8)
前記2次側のコイルを複数有し、前記複数の2次側のコイル間に1次側のコイルが配されている
(7)に記載の電子部品。
(9)
前記1次側のコイルが、絶縁被覆がなされた巻線により構成されている
(8)に記載の電子部品。
(10)
コアを有する
(1)乃至(9)のいずれかに記載の電子部品。
(11)
(1)乃至(10)のいずれかに記載の電子部品を有する電源装置。
(12)
導電性の金属板により構成されるベースの所定箇所を保持部材により保持しつつ、前記ベースの保持箇所とは異なる箇所に、少なくとも突部を樹脂により形成し、
前記突部の形成後、該突部を金型に当接させつつ、少なくとも前記所定箇所を樹脂によりモールドする
コイルの製造方法。
(13)
前記ベースの両面に前記突部を形成する
(12)に記載のコイルの製造方法。
(14)
前記ベースを樹脂によりモールドするとともに、組立部材を前記樹脂により形成する
(12)または(13)に記載のコイルの製造方法。
<4.応用例>
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、上述した実施形態に係るトランスを使用した電源ユニットが電源部等に接続された電源装置として、本開示を実現することも可能である。さらに、このような電源装置は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。以下、具体的な応用例について説明するが、本開示の内容が以下に説明する応用例に限定されるものではない。
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、上述した実施形態に係るトランスを使用した電源ユニットが電源部等に接続された電源装置として、本開示を実現することも可能である。さらに、このような電源装置は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。以下、具体的な応用例について説明するが、本開示の内容が以下に説明する応用例に限定されるものではない。
「応用例としての車両における蓄電システム」
本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図28を参照して説明する。図28に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
本開示を車両用の蓄電システムに適用した例について、図28を参照して説明する。図28に、本開示が適用されるシリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両の構成の一例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンで動かす発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
このハイブリッド車両7200には、エンジン7201、発電機7202、電力駆動力変換装置7203、駆動輪7204a、駆動輪7204b、車輪7205a、車輪7205b、バッテリー7208、車両制御装置7209、各種センサ7210、充電口7211が搭載されている。バッテリー7208の制御回路や車両制御装置7209の回路に対して、上述した本開示の実施形態に係るトランスが適用される。
ハイブリッド車両7200は、電力駆動力変換装置7203を動力源として走行する。電力駆動力変換装置7203の一例は、モーターである。バッテリー7208の電力によって電力駆動力変換装置7203が作動し、この電力駆動力変換装置7203の回転力が駆動輪7204a、7204bに伝達される。なお、必要な個所に直流-交流(DC-AC)あるいは逆変換(AC-DC変換)を用いることによって、電力駆動力変換装置7203が交流モーターでも直流モーターでも適用可能である。各種センサ7210は、車両制御装置7209を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度(スロットル開度)を制御したりする。各種センサ7210には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
エンジン7201の回転力は発電機7202に伝えられ、その回転力によって発電機7202により生成された電力をバッテリー7208に蓄積することが可能である。
図示しない制動機構によりハイブリッド車両が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置7203に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置7203により生成された回生電力がバッテリー7208に蓄積される。
バッテリー7208は、ハイブリッド車両の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口7211を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
図示しないが、二次電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていても良い。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、或いはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モーターで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモーターの出力がいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モーターのみで走行、エンジンとモーター走行という3つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本開示は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モーターのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本開示は有効に適用可能である。
以上、本開示に係る技術が適用され得るハイブリッド車両7200の一例について説明した。
「応用例としての住宅における蓄電システム」
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図29を参照して説明する。例えば住宅9001用の蓄電システム9100においては、火力発電9002a、原子力発電9002b、水力発電9002c等の集中型電力系統9002から電力網9009、情報網9012、スマートメータ9007、パワーハブ9008等を介し、電力が蓄電装置9003に供給される。これと共に、家庭内発電装置9004等の独立電源から電力が蓄電装置9003に供給される。蓄電装置9003に供給された電力が蓄電される。蓄電装置9003を使用して、住宅9001で使用する電力が給電される。住宅9001に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
本開示を住宅用の蓄電システムに適用した例について、図29を参照して説明する。例えば住宅9001用の蓄電システム9100においては、火力発電9002a、原子力発電9002b、水力発電9002c等の集中型電力系統9002から電力網9009、情報網9012、スマートメータ9007、パワーハブ9008等を介し、電力が蓄電装置9003に供給される。これと共に、家庭内発電装置9004等の独立電源から電力が蓄電装置9003に供給される。蓄電装置9003に供給された電力が蓄電される。蓄電装置9003を使用して、住宅9001で使用する電力が給電される。住宅9001に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。
住宅9001には、発電装置9004、電力消費装置9005、蓄電装置9003、各装置を制御する制御装置9010、スマートメータ9007、各種情報を取得するセンサ9011が設けられている。各装置は、電力網9009および情報網9012によって接続されている。発電装置9004として、太陽電池、燃料電池等が利用され、発電した電力が電力消費装置9005および/または蓄電装置9003に供給される。電力消費装置9005は、冷蔵庫9005a、空調装置9005b、テレビジョン受信機9005c、風呂9005d等である。さらに、電力消費装置9005には、電動車両9006が含まれる。電動車両9006は、電気自動車9006a、ハイブリッドカー9006b、電気バイク9006cである。
蓄電装置9003の周辺回路に対して、上述した本開示の実施形態に係るトランスが適用される。スマートメータ9007は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網9009は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数を組み合わせても良い。
各種のセンサ9011は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサ等である。各種センサ9011により取得された情報は、制御装置9010に送信される。センサ9011からの情報によって、気象の状態、人の状態等が把握されて電力消費装置9005を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置9010は、住宅9001に関する情報をインターネットを介して外部の電力会社等に送信することができる。
パワーハブ9008によって、電力線の分岐、直流交流変換等の処理がなされる。制御装置9010と接続される情報網9012の通信方式としては、UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter:非同期シリアル通信用送受信回路)等の通信インターフェースを使う方法、Bluetooth(登録商標)、ZigBee、Wi-Fi等の無線通信規格によるセンサネットワークを利用する方法がある。Bluetooth方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ZigBeeは、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.15.4の物理層を使用するものである。IEEE802.15.4は、PAN(Personal Area Network) またはW(Wireless)PANと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
制御装置9010は、外部のサーバ9013と接続されている。このサーバ9013は、住宅9001、電力会社、サービスプロバイダーの何れかによって管理されていても良い。サーバ9013が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置(たとえばテレビジョン受信機)から送受信しても良いが、家庭外の装置(たとえば、携帯電話機等)から送受信しても良い。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistants)等に、表示されても良い。
各部を制御する制御装置9010は、CPU(Central Processing Unit )、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等で構成され、この例では、蓄電装置9003に格納されている。制御装置9010は、蓄電装置9003、家庭内発電装置9004、電力消費装置9005、各種センサ9011、サーバ9013と情報網9012により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能等を備えていても良い。
以上のように、電力が火力9002a、原子力9002b、水力9002c等の集中型電力系統9002のみならず、家庭内発電装置9004(太陽光発電、風力発電)の発電電力を蓄電装置9003に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置9004の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置9003に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置9003に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置9003によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
なお、この例では、制御装置9010が蓄電装置9003内に格納される例を説明したが、スマートメータ9007内に格納されても良いし、単独で構成されていても良い。さらに、蓄電システム9100は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
以上、本開示に係る技術が適用され得る蓄電システム9100の一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、蓄電装置9003に好適に適用され得る。具体的には、実施形態に係る電子部品を蓄電装置9003に関係する回路に適用することができる。
10・・・トランス
20、20a、20b・・・コア
30、30a、30b・・・1次側コイル
40、40a、40b・・・2次側コイル
401、405・・・ベース
402a、402b、406a、406b・・・端子部
420a・・・板状部
420b・・・支持部
430・・・クランプ部
435、436・・・樹脂部
435b、436b・・・リブ
440・・・樹脂部
20、20a、20b・・・コア
30、30a、30b・・・1次側コイル
40、40a、40b・・・2次側コイル
401、405・・・ベース
402a、402b、406a、406b・・・端子部
420a・・・板状部
420b・・・支持部
430・・・クランプ部
435、436・・・樹脂部
435b、436b・・・リブ
440・・・樹脂部
Claims (14)
- 導電性の金属により構成されるベースと、所定の回路基板に接続される端子部とを有するコイル部を有し、
前記ベースの表面が被覆され、前記端子部が露出する
電子部品。 - 前記ベースの表面が樹脂部により覆われている
請求項1に記載の電子部品。 - 前記樹脂部は、突部を含む第1樹脂部と、少なくとも前記ベースにおける所定箇所をモールドする第2樹脂部とを有する
請求項2に記載の電子部品。 - 前記所定箇所は、前記第1樹脂部を形成する際に保持部材により保持される箇所である
請求項3に記載の電子部品。 - 前記樹脂部が熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂により構成されている
請求項2に記載の電子部品。 - 前記ベースと前記端子部とが連続的に形成されている
請求項1に記載の電子部品。 - 前記コイル部が2次側のコイルである
請求項1に記載の電子部品。 - 前記2次側のコイルを複数有し、前記複数の2次側のコイル間に1次側のコイルが配されている
請求項7に記載の電子部品。 - 前記1次側のコイルが、絶縁被覆がなされた巻線により構成されている
請求項8に記載の電子部品。 - コアを有する
請求項1に記載の電子部品。 - 請求項1に記載の電子部品を有する電源装置。
- 導電性の金属板により構成されるベースの所定箇所を保持部材により保持しつつ、前記ベースの保持箇所とは異なる箇所に、少なくとも突部を樹脂により形成し、
前記突部の形成後、該突部を金型に当接させつつ、少なくとも前記所定箇所を樹脂によりモールドする
コイルの製造方法。 - 前記ベースの両面に前記突部を形成する
請求項12に記載のコイルの製造方法。 - 前記ベースを樹脂によりモールドするとともに、組立部材を前記樹脂により形成する
請求項12に記載のコイルの製造方法。
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