WO2022085541A1 - 変圧器 - Google Patents

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泰宜 川崎
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東京計器株式会社
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    • H01F2027/2814—Printed windings with only part of the coil or of the winding in the printed circuit board, e.g. the remaining coil or winding sections can be made of wires or sheets

Definitions

  • the embodiment of the present invention relates to a transformer.
  • a transformer having a magnetic material as an iron core and a primary coil and a secondary coil formed by winding a linear member such as a coaxial wire around the magnetic material is generally used.
  • a core As related techniques, a core, a primary winding formed so as to penetrate the core and having a high potential, a secondary winding formed inside the primary winding and having a low potential, and 1
  • a transformer characterized by having four rod-shaped primary winding winding frames for holding the next winding and a side plate for fixing the primary winding winding frame and forming an air passage window. It is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of further suppressing conductor loss in a transformer.
  • the transformer of the present embodiment has an annular core which is a magnetic material formed in a hollow annular shape and a primary coil configured to be wound around the annular core by a plate-shaped conductor. And a secondary coil configured to be wound around the annular iron core by a plate-shaped conductor.
  • the conductor loss in the transformer can be further suppressed.
  • FIG. 1 is a perspective view of the transformer viewed from above
  • FIGS. 2 and 3 are exploded perspective views of the transformer viewed from above and below, respectively.
  • the transformer 1 includes a first lower substrate 11, a second lower substrate 12, an annular core 13, a second upper substrate 14, and a first upper substrate 15.
  • An annular iron core 13 formed of a magnetic material such as a ferrite core in a hollow annular shape is wound along the circumferential direction by the first lower substrate 11, a part of the second lower substrate 12, and the first upper substrate 15.
  • the primary coil L1 formed as described above is configured.
  • the second lower substrate 12 and the second upper substrate 14 constitute a secondary coil L2 formed so as to wind the annular iron core 13 along its circumferential direction.
  • the transformer 1 is configured so that the primary coil L1 covers the secondary coil L2, that is, the secondary coil L2 is closer to the annular core 13 than the primary coil L1.
  • the direction orthogonal to the radial direction with respect to the circular center O (see FIG. 12) of the annular core 13 formed in an annular shape, that is, the vertical direction through the hollow hole in the annular core 13.
  • the shape of the annular iron core 13 may be formed in an annular shape, and may be formed in a frame shape, for example.
  • the first lower substrate 11 includes a substrate 110 having an insulator formed in a flat plate shape, five first-diameter outer conductors 111, six first-diameter inner conductors 112, and a first. It has five first lower conductors 113 that electrically connect the 1st diameter outer conductor 111 and the 1st diameter inner conductor 112, and a connection terminal 113A for connecting the transformer 1 to an external device.
  • the first-diameter outer conductor 111 and the first-diameter inner conductor 112 follow the outer wall (outer diameter side surface) and inner wall (inner diameter side surface) of the annular core 13 by a predetermined distance in the circumferential direction and have a predetermined height, respectively. It is a conductor formed in the shape of a plate, and is formed as a copper plate in the present embodiment.
  • Each of the six first-diameter inner conductors 112 is arranged at equal intervals in the circumferential direction of the annular core 13.
  • Each of the five first-diameter outer conductors 111 is provided corresponding to five first-diameter inner conductors 112 of the six first-diameter inner conductors 112 and is above the corresponding first-diameter inner conductor 112. It is arranged so as to be shifted clockwise (counterclockwise in FIG. 5) in the circumferential direction when viewed from the viewpoint.
  • the first lower conductor 113 and the connection terminal 113A are both conductor patterns printed on the bottom surface of the substrate 110, and are formed as copper foil in the present embodiment.
  • the first-diameter outer conductor 111 and the first-diameter inner conductor 112 are penetrated from above to below through the substrate 110 so as to project upward from the upper surface of the substrate 110 and be supported, and at this time, from the bottom surface of the substrate 110. Its lower end is designed to project slightly downward.
  • the first lower conductor 113 is formed so as to connect the corresponding first diameter outer conductor 111 and the first diameter inner conductor 112, and the first diameter outer conductor 111 and the first diameter inner conductor 112 are the first lower conductors.
  • the first-diameter inner conductor 112 lacking the corresponding first-diameter outer conductor 111 is soldered to the connection terminal 113A.
  • (Second lower substrate) 6 and 7 are a plan view and a bottom view showing the configuration of the second lower substrate, respectively.
  • 8 and 9 are enlarged views of main parts showing the first connecting conductor and the second connecting conductor, respectively.
  • the second lower substrate 12 includes a substrate 120 having an insulator formed in a flat plate shape, six second-diameter outer conductors 121, and six second-diameter inner conductors 122.
  • the second-diameter outer conductor 121 and the second-diameter inner conductor 122 follow the outer wall (outer diameter side surface) and inner wall (inner diameter side surface) of the annular core 13 by a predetermined distance in the circumferential direction and have a predetermined height, respectively.
  • It is a conductor formed in the shape of a plate, and is formed as a copper plate in the present embodiment.
  • Each of the six second-diameter outer conductors 121 and the six second-diameter inner conductors 122 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the annular iron core 13.
  • Each of the six second-diameter outer conductors 121 is provided corresponding to the six second-diameter inner conductors 122, and is clockwise with respect to the corresponding second-diameter inner conductor 122 in the circumferential direction. It is arranged so as to be offset (counterclockwise in FIG. 7).
  • the second lower conductor 123 and the second connecting conductor 123A are conductor patterns printed on the bottom surface of the substrate 120, and the first connecting conductor 128 and the connection terminal 129 are conductor patterns printed on the upper surface of the substrate 120. In this embodiment, all of them are formed as copper foil.
  • the second-diameter outer conductor 121 and the second-diameter inner conductor 122 are penetrated from above to below through the substrate 120 so as to project upward from the upper surface of the substrate 120 and be supported, and at this time, from the bottom surface of the substrate 120. Its lower end is designed to project slightly downward.
  • the second lower conductor 123 is formed so as to connect the corresponding second diameter outer conductor 121 and the second diameter inner conductor 122, and the second diameter outer conductor 121 and the second diameter inner conductor 122 are the second lower conductors. It is electrically connected by being soldered to 123 and fixed to the substrate 120.
  • one of the six second diameter outer conductors 121 is supported by the substrate 120 in a non-penetrating state, and corresponds to the corresponding second in the unassembled state in which the second upper substrate 14 is not assembled. Not electrically connected to the inner diameter conductor 122.
  • the second-diameter outer conductor 121 which is not connected to the second-diameter inner conductor 122 in the unassembled state, is electrically connected to the connection terminal 129 formed on the upper surface of the substrate 120 by being soldered.
  • the second diameter inner conductor 122 which is not connected to the second diameter outer conductor 121 in the unassembled state, is electrically connected to the second connection conductor 123A by being soldered.
  • the first-diameter outer conductor 111A is a substrate so as to straddle the second-diameter outer conductor 121 that is not connected to the second-diameter inner conductor 122 and the second-diameter outer conductor 121 arranged on the clockwise side in the circumferential direction. It is supported on the 120 and electrically connected to the first connecting conductor 128 by being soldered.
  • the first diameter outer conductor 111A is included and collectively referred to as the first diameter outer conductor 111.
  • the substrate 120 vertically penetrates a region straddling two second diameter outer conductors 121 adjacent to each other in the circumferential direction on the outer diameter of the second diameter outer conductor 121.
  • An insertion hole 126 is provided.
  • the first diameter outer conductor 111 and the first diameter inner conductor 112 in the first lower substrate 11 are inserted into the first diameter outer insertion hole 125 and the first diameter inner insertion hole 126 from below.
  • the lower substrate 11 and the second lower substrate 12 are assembled, and at this time, in the radial direction, the second outer diameter outer conductor 111 and the first inner diameter outer conductor 111A and the first inner diameter inner conductor 112 are separated from each other.
  • the conductor 121 and the second inner diameter conductor 122 will be located.
  • the first connecting conductor 128 has a connecting portion C1, and as shown in FIG. 9, the second connecting conductor 123A extends outward in diameter and further clockwise on the circumferential direction (in FIG. 7).
  • FIG. 10 is a plan view showing the second upper substrate.
  • the second upper substrate 14 has six thirds that electrically connect the substrate 140 in which the insulator is formed in a flat plate shape, the second diameter outer conductor 121, and the second diameter inner conductor 122. It has 2 upper conductors 143 and.
  • the second upper conductor 143 is a conductor pattern printed on the upper surface of the substrate 140, and is formed as a copper foil in the present embodiment.
  • the second upper conductor 143 counterclockwise in the circumferential direction when each of the six second inner diameter conductors 122 is viewed from above with respect to the second outer diameter outer conductor 121 connected by the second lower conductor 123. It is electrically connected to the second diameter outer conductor 121 adjacent to the.
  • the substrate 140 has six second-diameter outer insertion holes 141 that are arranged apart from each other in the circumferential direction in accordance with the second-diameter outer conductor 121 and penetrate vertically, and the circumferential direction according to the second-diameter inner conductor 122.
  • Six second-diameter insertion holes 142 that are spaced apart from each other and penetrate vertically, and six that are spaced apart from each other in the circumferential direction and penetrate vertically according to the first-diameter outer conductors 111 and 111A.
  • a first-diameter outer insertion hole 145 and six first-diameter inner insertion holes 146 that are arranged apart from each other in the circumferential direction in accordance with the first-diameter inner conductor 112 and penetrate vertically are provided.
  • the second diameter outer conductor 121 and the second diameter inner conductor 122 in the second lower substrate 12 are assembled by inserting the first diameter outer conductor 111A from below.
  • the annular iron core 13 is arranged between the second lower substrate 12 and the second upper substrate 14 in a state of being sandwiched between the second outer diameter conductor 121 and the second inner diameter inner conductor 122 in the radial direction.
  • the upper ends of the second diameter outer conductor 121 and the second diameter inner conductor 122 slightly project upward from the second diameter outer insertion hole 141 and the second diameter inner insertion hole 142.
  • soldering each of the second diameter outer conductor 121 and the second diameter inner conductor 122 slightly protruding upward to the second upper conductor 143 the second diameter outer conductor 121 and the second diameter inner conductor 122 are formed. Is electrically connected above.
  • the first diameter outer conductor 111 and the first diameter inner conductor 112 in the substrate 11 from below the first lower substrate 11 and the second upper substrate 14 are further assembled.
  • FIG. 11 is a plan view showing the first upper substrate.
  • the first upper substrate 15 has six thirds that electrically connect the substrate 150 in which the insulator is formed in a flat plate shape, the first diameter outer conductor 111, and the first diameter inner conductor 112. It has 1 upper conductor 153.
  • the first upper conductor 153 is a conductor pattern printed on the upper surface of the substrate 150, and is formed as a copper foil in the present embodiment.
  • the first upper conductor 153 makes each of the six first inner diameter conductors 112 counterclockwise in the circumferential direction when viewed from above with respect to the first diameter outer conductor 111 connected by the first lower conductor 113. It is electrically connected to the adjacent first diameter outer conductor 111.
  • the substrate 150 is aligned with the six first-diameter outer insertion holes 151, which are arranged apart from each other in the circumferential direction in accordance with the first-diameter outer conductors 111 and 111A and penetrate vertically, and the first-diameter inner conductor 112.
  • Six first-diameter insertion holes 152 are provided which are arranged apart from each other in the circumferential direction and penetrate vertically.
  • the first diameter outer conductor 111 and the first diameter in the first lower substrate 11 assembled to the second lower substrate 12 and the second upper substrate 14 with respect to the first diameter outer insertion hole 151 and the first diameter inner insertion hole 152.
  • the first lower substrate 11, the second lower substrate 12, the second upper substrate 14, and the first upper substrate 15 are assembled, and at this time, the first lower substrate 12 in the second lower substrate 12 is assembled.
  • the 1-diameter outer conductor 111A is inserted into the 1st-diameter outer insertion hole 151 from below.
  • the first diameter outer conductors 111, 111A and the first diameter inner conductor 112 slightly protrude upward from the first diameter outer insertion hole 151 and the first diameter inner insertion hole 152, and above this.
  • soldering each of the first diameter outer conductor 111 and the first diameter inner conductor 112 slightly protruding to the first upper conductor 153 the first diameter outer conductors 111, 111A and the first diameter inner conductor 112 are formed. Is electrically connected above.
  • the primary coil L1 and the secondary coil L2 are formed in a plate shape, the conductor loss due to the skin effect is reduced and the heat dissipation characteristics are reduced as compared with the coil formed by the coaxial line. Can be improved. Further, among the conductors constituting the primary coil L1 and the secondary coil L2, by forming the upper and lower conductors with a conductor pattern formed on the substrate, all the components of the primary coil L1 and the secondary coil L2 are plate-shaped. It is possible to produce at a lower cost as compared with the case of using the conductor of.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing the arrangement of conductors.
  • 13 and 14 are explanatory views showing the connection relationship between the primary coil and the secondary coil, respectively.
  • FIG. 15 is an equivalent circuit diagram showing a transformer according to the present embodiment.
  • each of the six first-diameter outer conductors 111 is adjacent to the first-diameter outer conductor 111. It is arranged so as to be rotated by 60 ° in the circumferential direction with respect to the conductor 111.
  • each of the six first-diameter inner conductors 112, the six second-diameter outer conductors 121, and the six second-diameter inner conductors 122 is rotated by 60 ° with respect to the adjacent conductors. Be distributed.
  • first-diameter outer conductors 111 and the six first-diameter inner conductors 112 are arranged so as to rotate by 30 ° with each other as a whole, and similarly, the six second-diameter outer conductors 121 and the sixth thirth.
  • the two-diameter inner conductors 122 are arranged so as to rotate about 30 ° with each other as a whole.
  • the first diameter outer conductor 111 and the first diameter inner conductor 112 are arranged at different angular positions in the circumferential direction, and the second diameter outer conductor 121 and the second diameter inner conductor 122 are arranged.
  • the first diameter outer conductor 111 and the second outer diameter conductor 121, or the first inner diameter inner conductor 112 and the second inner diameter inner conductor 122 are arranged at different angular positions in the circumferential direction.
  • the primary coil L1 and the secondary coil L2 are arranged at different angle positions in the circumferential direction, and in the present embodiment, at different angle positions by 30 °. That is, the primary coil L1 and the secondary coil L2 are arranged so as to differ by half the angle (60 °) between the two adjacent conductors.
  • the transformer configured by the coaxial line or the like, transmission is performed in a uniform TEM (Transverse ElectroMagnetic) mode for the pointing vector, but in the transformer 1 according to the present embodiment, the coil as described above is used. Due to the configuration of, the electromagnetic field changes depending on the position.
  • the primary coil L1 and the secondary coil L2 are 30 in the circumferential direction. ° Offset arrangement.
  • first-diameter outer conductor 111 and the second-diameter outer conductor 121 have a circumferential length in which the first-diameter outer conductor 111 and two second-diameter outer conductors 121 adjacent thereto have overlapping in the radial direction.
  • first diameter inner conductor 112 and the second inner diameter inner conductor 122 overlap in the radial direction. It is formed to have a directional length. As a result, the leakage flux in the coil can be reduced, and by extension, the leakage inductance in the transformer 1 can be reduced.
  • each of the first inner diameter conductors 112 is connected to the first inner diameter outer conductor 111 located clockwise by the first lower conductor 113 in the circumferential direction, and the first upper conductor 153.
  • the primary coil L1 that winds the annular iron core 13 is configured by the conductor formed in a plate shape.
  • each of the second inner diameter conductors 122 is connected to the second inner diameter outer conductor 121 located clockwise by the second lower conductor 123 in the circumferential direction, and is also connected to the second inner diameter conductor 121.
  • the secondary coil L2 around which the annular iron core 13 is wound is configured by the conductor formed in the shape of a plate.
  • FIG. 15 An equivalent circuit as shown in FIG. 15 in which the primary coil L1 and the secondary coil L2 configured in this way are electrically connected to the first connecting conductor 128 and the second connecting conductor 123A at their ends. Is configured.
  • the turns ratio between the primary coil L1 and the secondary coil L2 is 1: 2, whereas the turns ratio is 1: 1.
  • the line length of the coil can be shortened to improve the high frequency characteristics and reduce the conductor loss.

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Abstract

中空環状に形成された磁性体である環状鉄心と、板状の導体により環状鉄心に巻回されるように構成された一次コイルＬ１と、板状の導体により環状鉄心に巻回されるように構成された二次コイルＬ２とを備えた。

Description

変圧器
　本発明の実施形態は、変圧器に関する。
　鉄心としての磁性体と、この磁性体に対して同軸線などの線状部材を巻回することによって形成された一次コイル及び二次コイルとを備える変圧器が一般的に用いられている。
　なお、関連する技術として、コアと、コアを貫通するように形成され、高電位を有する１次巻線と、１次巻線の内側に形成され、低電位を有する２次巻線と、１次巻線を保持する４本の棒状の１次巻線巻枠と、１次巻線巻枠を固定し、風路窓が形成される側板と、を有することを特徴とする変圧器、が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０２０－１３６３６４号公報
　同軸線路により構成された一次コイル及び二次コイルを用いた変圧器に対して、例えば最大で２ＫＷ程度の大電力を入力した場合、同軸線における内導体の導体損失によって、実用に耐えない発熱が生じてしまう、という問題がある。
　本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、変圧器における導体損失をより抑制することができる技術を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するため、本実施形態の変圧器は、中空環状に形成された磁性体である環状鉄心と、板状の導体により前記環状鉄心に巻回されるように構成された一次コイルと、板状の導体により前記環状鉄心に巻回されるように構成された二次コイルとを備えた。
　本発明によれば、変圧器における導体損失をより抑制することができる。
実施形態に係る変圧器を上方から見た斜視図である。 実施形態に係る変圧器を上方から見た分解斜視図である。 実施形態に係る変圧器を下方から見た分解斜視図である。 第１下方基板の構成を示す平面図である。 第１下方基板の構成を示す底面図である。 第２下方基板の構成を示す平面図である。 第２下方基板の構成を示す底面図である。 第１接続導体を示す要部拡大図である。 第２接続導体を示す要部拡大図である。 第２上方基板を示す平面図である。 第１上方基板を示す平面図である。 導体の配置を示す説明図である。 一次コイルにおける接続関係を示す説明図である。 二次コイルにおける接続関係を示す説明図である。 実施形態に係る変圧器を示す等価回路図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
（概略構成）
　本実施形態に係る変圧器の概略構成について説明する。図１は、変圧器を上方から見た斜視図であり、図２，３は、それぞれ、変圧器を上方、下方から見た分解斜視図である。
　図１～３に示すように、本実施形態に係る変圧器１は、第１下方基板１１、第２下方基板１２、環状鉄心１３、第２上方基板１４、第１上方基板１５を備える。第１下方基板１１、第２下方基板１２の一部、及び第１上方基板１５によって、例えばフェライトコアなどの磁性材料を中空円環状に形成した環状鉄心１３をその周方向に沿って巻回するように形成された一次コイルＬ１が構成される。また、第２下方基板１２及び第２上方基板１４によって、環状鉄心１３をその周方向に沿って巻回するように形成された二次コイルＬ２が構成される。また、変圧器１は、一次コイルＬ１が二次コイルＬ２を覆うように、即ち、一次コイルＬ１よりも二次コイルＬ２が環状鉄心１３に近接するように構成される。なお、本実施形態においては、円環状に形成された環状鉄心１３の円中心Ｏ（図１２参照）を基点とした径方向に直交する方向、即ち環状鉄心１３における中空孔の貫通方向を上下方向とする。また、環状鉄心１３の形状は環状に構成されていれば良く、例えば、枠体状に構成されても良い。
（第１下方基板）
　第１下方基板の構成について説明する。図４，５は、それぞれ、第１下方基板の構成を示す平面図、底面図である。
　図４，５に示すように、第１下方基板１１は、絶縁体が平板状に形成された基板１１０と、５つの第１径外導体１１１と、６つの第１径内導体１１２と、第１径外導体１１１と第１径内導体１１２とを電気的に接続する５つの第１下方導体１１３と、変圧器１を外部機器と接続するための接続端子１１３Ａとを有する。第１径外導体１１１及び第１径内導体１１２は、それぞれ、環状鉄心１３の外壁（径外側の側面）、内壁（径内側の側面）に対して周方向に所定距離だけ沿うとともに所定高さの板状に形成された導体であり、本実施形態においては銅板として形成される。
　６つの第１径内導体１１２のそれぞれは、環状鉄心１３の周方向に互いに等間隔を空けて配される。５つの第１径外導体１１１のそれぞれは、６つの第１径内導体１１２のうち５つの第１径内導体１１２に対応して設けられ、対応する第１径内導体１１２に対して、上方から見て周方向における時計回り側（図５における反時計回り）にずらされて配される。
　第１下方導体１１３及び接続端子１１３Ａは、いずれも基板１１０の底面にプリントされた導体パターンであり、本実施形態においては銅箔として形成される。第１径外導体１１１及び第１径内導体１１２は、基板１１０の上面から上方に突出されて支持されるように基板１１０に上方から下方に貫通されており、この際、基板１１０の底面からその下端部が僅かに下方に突出するようになっている。第１下方導体１１３は、対応する第１径外導体１１１と第１径内導体１１２とを接続するように形成され、第１径外導体１１１及び第１径内導体１１２は、第１下方導体１１３にはんだ付けされることによって電気的に接続されるとともに、基板１１０に対して固定される。また、６つの第１径内導体１１２のうち、対応する第１径外導体１１１を欠いた第１径内導体１１２は、接続端子１１３Ａにはんだ付けされる。
（第２下方基板）
　図６，７は、それぞれ、第２下方基板の構成を示す平面図、底面図である。図８，９は、それぞれ、第１接続導体、第２接続導体を示す要部拡大図である。
　図６，７に示すように、第２下方基板１２は、絶縁体が平板状に形成された基板１２０と、６つの第２径外導体１２１と、６つの第２径内導体１２２と、１つの第１径外導体１１１Ａと、第２径外導体１２１と第２径内導体１２２とを電気的に接続する５つの第２下方導体１２３と、第１接続導体１２８及び第２接続導体１２３Ａと、変圧器１を外部機器と接続するための接続端子１２９とを有する。第２径外導体１２１及び第２径内導体１２２は、それぞれ、環状鉄心１３の外壁（径外側の側面）、内壁（径内側の側面）に対して周方向に所定距離だけ沿うとともに所定高さの板状に形成された導体であり、本実施形態においては銅板として形成される。
　６つの第２径外導体１２１及び６つの第２径内導体１２２のそれぞれは、環状鉄心１３の周方向に互いに等間隔を空けて配される。６つの第２径外導体１２１のそれぞれは、６つの第２径内導体１２２に対応して設けられ、対応する第２径内導体１２２に対して、上方から見て周方向における時計回り側（図７における反時計回り）にずらされて配される。
　第２下方導体１２３、第２接続導体１２３Ａは、基板１２０の底面にプリントされた導体パターンであり、第１接続導体１２８、接続端子１２９は、基板１２０の上面にプリントされた導体パターンであり、本実施形態においてはいずれも銅箔として形成される。第２径外導体１２１及び第２径内導体１２２は、基板１２０の上面から上方に突出されて支持されるように基板１２０に上方から下方に貫通されており、この際、基板１２０の底面からその下端部が僅かに下方に突出するようになっている。第２下方導体１２３は、対応する第２径外導体１２１と第２径内導体１２２とを接続するように形成され、第２径外導体１２１及び第２径内導体１２２は、第２下方導体１２３にはんだ付けされることによって電気的に接続されるとともに、基板１２０に対して固定される。
　なお、６つの第２径外導体１２１のうち１つは、貫通しない状態で基板１２０に支持されており、第２上方基板１４との組付けがなされない未組付け状態において、対応する第２径内導体１２２と電気的に接続されない。第２径内導体１２２と未組付け状態において接続されない第２径外導体１２１は、はんだ付けされることによって基板１２０の上面に形成された接続端子１２９に電気的に接続される。また、第２径外導体１２１と未組付け状態において接続されない第２径内導体１２２は、はんだ付けされることにより第２接続導体１２３Ａに電気的に接続される。
　第１径外導体１１１Ａは、第２径内導体１２２と接続されない第２径外導体１２１とこれに対して周方向における時計周り側に配された第２径外導体１２１とを跨ぐように基板１２０上に支持され、はんだ付けされることにより第１接続導体１２８に電気的に接続される。なお、以降の説明において、第１径外導体１１１Ａを第１径外導体１１１と特に区別しない場合には、第１径外導体１１１Ａを含めて、第１径外導体１１１と総称する。
　基板１２０には、第１径外導体１１１Ａと同様に、第２径外導体１２１に対して径外側において、周方向に隣り合う２つの第２径外導体１２１を跨ぐ領域を上下に貫通する５つの第１径外挿通孔１２５と、第２径内導体１２２に対して径内側において、周方向に隣り合う２つの第２径内導体１２２を跨ぐ領域を上下に貫通する６つの第１径内挿通孔１２６が設けられる。これらの第１径外挿通孔１２５及び第１径内挿通孔１２６に対して、第１下方基板１１における第１径外導体１１１及び第１径内導体１１２が下方から挿通されることによって第１下方基板１１と第２下方基板１２とが組み付けられ、この際、径方向において、第１径外導体１１１及び第１径外導体１１１Ａと第１径内導体１１２との間に、第２径外導体１２１と第２径内導体１２２とが位置することとなる。
　図８に示すように、第１接続導体１２８は接続部Ｃ１を有し、図９に示すように、第２接続導体１２３Ａは径外側に延在し、更に周方向時計周り側（図７においては反時計周り側）に延在した部分に接続部Ｃ１に対応する接続部Ｃ２を有し、これらがビア接続されることにより、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とがその端部において電気的に接続される。
（第２上方基板）
　第２上方基板の構成について説明する。図１０は、第２上方基板を示す平面図である。
　図１０に示すように、第２上方基板１４は、絶縁体が平板状に形成された基板１４０と、第２径外導体１２１と第２径内導体１２２とを電気的に接続する６つの第２上方導体１４３とを有する。第２上方導体１４３は、基板１４０の上面にプリントされた導体パターンであり、本実施形態においては銅箔として形成される。なお、第２上方導体１４３は、６つの第２径内導体１２２のそれぞれを、第２下方導体１２３により接続された第２径外導体１２１に対して、上方から見て周方向における反時計回りに隣接する第２径外導体１２１と電気的に接続する。
　基板１４０には、第２径外導体１２１に合わせて周方向に互いに離間して配されて上下に貫通する６つの第２径外挿通孔１４１と、第２径内導体１２２に合わせて周方向に互いに離間して配されて上下に貫通する６つの第２径内挿通孔１４２と、第１径外導体１１１，１１１Ａに合わせて周方向に互いに離間して配されて上下に貫通する６つの第１径外挿通孔１４５と、第１径内導体１１２に合わせて周方向に互いに離間して配されて上下に貫通する６つの第１径内挿通孔１４６とが設けられる。
　第２径外挿通孔１４１、第２径内挿通孔１４２、第１径外挿通孔１４５の１つに対して、第２下方基板１２における第２径外導体１２１と第２径内導体１２２と第１径外導体１１１Ａとが下方から挿通されることによって第２下方基板１２と第２上方基板１４とが組付けられる。この際、第２下方基板１２と第２上方基板１４との間には径方向において第２径外導体１２１と第２径内導体１２２とにより挟まれた状態で環状鉄心１３が配されるとともに、第２径外導体１２１及び第２径内導体１２２の上端が第２径外挿通孔１４１及び第２径内挿通孔１４２から上方に僅かに突出する。この上方に僅かに突出した第２径外導体１２１及び第２径内導体１２２のそれぞれが第２上方導体１４３とはんだ付けされることによって、第２径外導体１２１と第２径内導体１２２とが上方において電気的に接続される。
　また、第２下方基板１２と第２上方基板１４とが組み付けられる際、第１径外挿通孔１４５及び第１径内挿通孔１４６に対して、第２下方基板１２に組み付けられた第１下方基板１１における第１径外導体１１１及び第１径内導体１１２が下方から挿通されることによって、更に第１下方基板１１と第２上方基板１４とが組み付けられる。
（第１上方基板）
　第１上方基板の構成について説明する。図１１は、第１上方基板を示す平面図である。
　図１１に示すように、第１上方基板１５は、絶縁体が平板状に形成された基板１５０と、第１径外導体１１１と第１径内導体１１２とを電気的に接続する６つの第１上方導体１５３とを有する。第１上方導体１５３は、基板１５０の上面にプリントされた導体パターンであり、本実施形態においては銅箔として形成される。なお、第１上方導体１５３は、６つの第１径内導体１１２のそれぞれを、第１下方導体１１３により接続された第１径外導体１１１に対して上方から見て周方向における反時計回りに隣接する第１径外導体１１１と電気的に接続する。
　基板１５０には、第１径外導体１１１，１１１Ａに合わせて周方向に互いに離間して配されて上下に貫通する６つの第１径外挿通孔１５１と、第１径内導体１１２に合わせて周方向に互いに離間して配されて上下に貫通する６つの第１径内挿通孔１５２とが設けられる。第１径外挿通孔１５１及び第１径内挿通孔１５２に対して、第２下方基板１２及び第２上方基板１４に組み付けられた第１下方基板１１における第１径外導体１１１及び第１径内導体１１２が下方から挿通されることによって、第１下方基板１１、第２下方基板１２及び第２上方基板１４と第１上方基板１５とが組み付けられ、この際、第２下方基板１２における第１径外導体１１１Ａが第１径外挿通孔１５１に下方から挿通される。
　全ての基板が組み付けられた状態において、第１径外導体１１１，１１１Ａ及び第１径内導体１１２は第１径外挿通孔１５１及び第１径内挿通孔１５２から上方に僅かに突出し、この上方に僅かに突出した第１径外導体１１１及び第１径内導体１１２のそれぞれが第１上方導体１５３とはんだ付けされることによって、第１径外導体１１１，１１１Ａと第１径内導体１１２とが上方において電気的に接続される。
　このように、一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２を板状に形成された導体によって構成することにより、同軸線路により構成されたコイルと比較して、表皮効果による導体損失が低減されるとともに放熱特性を向上させることができる。さらに、一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２を構成する導体のうち、上下の導体を基板上に形成される導体パターンとすることによって、一次コイルＬ１及び二次コイルＬ２の全ての構成要素を板状の導体とする場合と比較して、低コストで生産することが可能となる。
（一次コイル及び二次コイルの構成）
　一次コイル及び二次コイルの構成について説明する。図１２は、導体の配置を示す説明図である。図１３，１４は、それぞれ、一次コイル、二次コイルにおける接続関係を示す説明図である。図１５は、本実施形態に係る変圧器を示す等価回路図である。
　図１２に示すように、環状鉄心１３の円中心Ｏを中心軸とし、周方向における略中央位置を基準点とした場合、６つの第１径外導体１１１のそれぞれは、隣り合う第１径外導体１１１に対して周方向に６０°だけ回転されるように配される。また、６つの第１径内導体１１２、６つの第２径外導体１２１、６つの第２径内導体１２２のそれぞれについても、同様に、隣り合う導体に対して６０°だけ回転されるように配される。また、６つの第１径外導体１１１と６つの第１径内導体１１２は、全体的に互いに３０°だけ回転するように配され、同様に、６つの第２径外導体１２１と６つの第２径内導体１２２は、全体的に互いに３０°だけ回転するように配される。
　このように、変圧器１においては、第１径外導体１１１と第１径内導体１１２とが周方向に異なる角度位置に配されるとともに、第２径外導体１２１と第２径内導体１２２とが周方向に異なる角度位置に配され、且つ、第１径外導体１１１と第２径外導体１２１、または第１径内導体１１２と第２径内導体１２２とが周方向に異なる角度位置に配される。これによって、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とが周方向に互いに異なる角度位置、本実施形態においては３０°異なる角度位置に配される。つまり、隣り合う２つの導体間の角度（６０°）の半分の角度だけ異なるように一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とが配される。
　同軸線路などにより構成された変圧器によれば、ポインティングベクトルに対して一様なＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃ）モードで伝送がなされるが、本実施形態に係る変圧器１においては、上述したようなコイルの構成のため、位置によって電磁場が変化する。本実施形態に係る変圧器１においては、有限要素法に基づく一次コイルＬ１と二次コイルＬ２の結合が最適となる配置を解析した結果、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とが周方向に３０°オフセットされる配置となった。
　また、第１径外導体１１１及び第２径外導体１２１は、第１径外導体１１１とこれに近接する２つの第２径外導体１２１とが径方向に重複する周方向長さを有するように形成され、同様に、第１径内導体１１２及び第２径内導体１２２についても、第１径内導体１１２とこれに近接する２つの第２径内導体１２２とが径方向に重複する周方向長さを有するように形成される。これによって、コイルにおける漏れ磁束を低減させることができ、延いては、変圧器１における漏洩インダクタンスを低減させることができる。
　図１３に示すように、第１径内導体１１２のそれぞれが、周方向において、第１下方導体１１３により時計回り側に位置する第１径外導体１１１に接続されるとともに、第１上方導体１５３により反時計回り側に位置する第１径外導体１１１に接続されることによって、板状に形成された導体により環状鉄心１３を巻回する一次コイルＬ１が構成される。同様に、図１４に示すように、第２径内導体１２２のそれぞれが、周方向において、第２下方導体１２３により時計回り側に位置する第２径外導体１２１に接続されるとともに、第２上方導体１４３により反時計回り側に位置する第２径外導体１２１に接続されることによって、板状に形成された導体により環状鉄心１３を巻回する二次コイルＬ２が構成される。
　このように構成された一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とが、これらの端部において、第１接続導体１２８及び第２接続導体１２３Ａとにより電気的に接続されて図１５に示すような等価回路が構成される。これによって、一次コイルＬ１と二次コイルＬ２とを絶縁した場合には一次コイルＬ１と二次コイルＬ２との巻数比が１：２となるのに対して、巻数比を１：１とすることができ、延いては、コイルの線路長を短くして高周波特性を向上させるとともに、導体損失を低減させることができる。
　本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１　変圧器
Ｌ１　一次コイル
Ｌ２　二次コイル

Claims (7)

  1. 　中空環状に形成された磁性体である環状鉄心と、
    　板状の導体により前記環状鉄心に巻回されるように構成された一次コイルと、
    　板状の導体により前記環状鉄心に巻回されるように構成された二次コイルと
    　を備えた変圧器。
  2. 　前記一次コイルと前記二次コイルのそれぞれは、前記環状鉄心の中空孔の貫通方向に直交する側方向において前記環状鉄心を挟み込むように配された側導体と、前記貫通方向両側において前記側導体を電気的に接続する上方導体及び下方導体とにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
  3. 　前記側導体は、前記側方向に延在する基板により支持され、前記上方導体及び前記下方導体は、前記基板に形成された導体パターンとして形成されることを特徴とする請求項２に記載の変圧器。
  4. 　前記二次コイルは、前記一次コイルよりも前記環状鉄心に近接するように巻回されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の変圧器。
  5. 　前記一次コイル及び前記二次コイルは、前記貫通方向及び前記側方向において、少なくとも一部が重複するように前記環状鉄心に対して配されることを特徴とする請求項４に記載の変圧器。
  6. 　前記一次コイル及び前記二次コイルは、互いに電気的に接続され、巻数比が１：１であることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の変圧器。
  7. 　前記環状鉄心は中空円環状に形成され、
    　前記二次コイルは、前記一次コイルに対して、周方向にオフセットされて配されることを特徴とする請求項６に記載の変圧器。
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