(57)【要約】【課題】温度上昇を抑制し特性を向上した共振型トランスを提供することを目的としている。【解決手段】４つの磁脚を有するロ字型磁心２０と、このロ字型磁心２０の互いに対向する一方の磁脚および他方の磁脚に各々ボビン２２を介して巻回した一次巻線２４および二次巻線２６とを備え、一次巻線２４および二次巻線２６はこのギャップを被覆するようにボビン２２を介して各々の磁脚に巻回しており、一次巻線２４から発生するリーケージインダクタンスと、共振用コンデンサおよびスイッチング素子とにより、電流共振させる構成である。【選択図】図１
2006270055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２の二つのコ字型磁心をそれぞれ磁脚を対向させて形成したロ字型磁心と、このロ字型磁心の一方の磁脚に巻回した一次巻線と、他方の磁脚に巻回した二次巻線とを備え、前記一次巻線の巻回部における前記第１、第２のコ字型磁心の磁脚間には磁気ギャップを形成することでリーケージ型とした共振型トランス。
【請求項２】
一次巻線と二次巻線は、互いに対面した位置にある、ロ字型磁心の磁脚の突き合わせ部を包含し巻回した、請求項１記載の共振型トランス。
【請求項３】
一次巻線と二次巻線はロ字型磁心の磁脚の外周に設けた、配線用端子および実装用端子を備えたボビンに巻回し、前記ボビンおよび前記ロ字型磁心を固定用ケースに嵌合した、請求項１記載の共振型トランス。
【請求項４】
固定用ケースには、一次巻線を巻回した一次巻線用ボビンと二次巻線を巻回した二次巻線用ボビンの間に絶縁壁と、前記一次巻線を巻回した前記一次巻線用ボビンおよび前記二次巻線を巻回した前記二次巻線用ボビンおよびロ字型磁心との間に梁部と、前記ボビンを嵌合する凹部とを設けた、請求項３記載の共振型トランス。
【請求項５】
ロ字型磁心の磁脚部の突き合わせ面は、横方向寸法に対する縦方向寸法の比率を０．５〜２．０とした、請求項１記載の共振型トランス。
【請求項６】
二次巻線はリッツ線とした請求項１記載の共振型トランス。
【請求項７】
請求項１記載の共振型トランスのリーケージインダクタンスと電流共振させる共振用コンデンサおよびスイッチング素子を設けた電源ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子機器等に用いる共振型トランスおよびそれを用いた電源ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１１は従来の共振型トランスの断面図である。
【０００３】
図１１において、従来の共振型トランスは、２つのＥ字型磁心２を突き合わせて形成した日の字型磁心４と、この日の字型磁心４の中磁脚６にボビン８を介して巻回した一次巻線１０および二次巻線１２とを備えている。
【０００４】
日の字型磁心４の中磁脚６にはギャップ１４を形成しており、一次巻線１０および二次巻線１２はこのギャップ１４近傍に隣接して配置している。ギャップ１４は、一方のＥ字型磁心２の中磁脚６の長さを他方のＥ字型磁心２の中磁脚６よりも短くして、これら長さの異なる中磁脚６を突き合わせて形成している。
【０００５】
この一次巻線１０のリーケージインダクタンスと、このリーケージインダクタンスとシリーズに設けた共振用コンデンサ、およびスイッチング素子とにより、電流共振を起こさせる構成である。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００２−１５３０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の構成では、一次巻線１０と二次巻線１２は、中磁脚６のギャップ１４近傍に隣接して配置しているので、図１２に示すように、一次巻線１０から発生する磁束１６のほとんどは、日の字型磁心４を周回するが、磁束１６の一部は漏れ磁束１８となって、日の字型磁心４を周回せずに直接的に二次巻線１２と鎖交する。この結果、この漏れ磁束１８により二次巻線１２には渦電流が発生するとともに、この渦電流に起因して二次巻線１２が温度上昇し特性を劣化させるという問題点を有していた。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するもので、温度上昇を抑制し特性を向上した共振型トランスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、特に、互いに対向した磁脚を有するロ字型磁心と、一方の前記磁脚に巻回した一次巻線と、他方の前記磁脚に巻回した二次巻線とを設け、前記一次巻線のリーケージインダクタンスを用いて電流共振させる構成としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成により、一次巻線はロ字型磁心の一方の磁脚に巻回し、二次巻線はロ字型磁心の他方の磁脚に巻回するので、一次巻線から発生する磁束の内、ロ字型磁心を周回せずに直接的に二次巻線と鎖交する磁束が減少する。すなわち、二次巻線に発生する渦電流を抑制し、渦電流に起因した二次巻線の温度上昇を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、実施の形態を用いて、本発明の全請求項に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は本発明の一実施の形態における共振型トランスの分解斜視図、図２は同共振型トランスの裏面側の分解斜視図、図３は同共振型トランスに使用のロ字型磁心の斜視図、図４は同共振型トランスの斜視図、図５はケース未装着の同共振型トランスの斜視図、図６は同共振型トランスの断面図、図７は同共振型トランスを用いた電源ユニットの回路図、図８は磁束の流れを示す同共振型トランスの断面図、図９は磁心断面縦横比とリーケージＬの関係を示す特性図、図１０は磁心断面縦横比と結合係数の関係を示す特性図である。
【００１３】
図１、図２に示すごとく、本発明の一実施の形態における共振型トランスは、図３に示した２つの背磁脚２０Ａと２つの磁脚２０Ｂを有するロ字型磁心２０と、このロ字型磁心２０の互いに対向する一方の磁脚２０Ｂおよび他方の磁脚２０Ｂに図１、図２、図５に示すごとく、各々ボビン２２を介して巻回した一次巻線２４および二次巻線２６とを備えている。この一次巻線２４および二次巻線２６は絶縁被覆した銅線を約１５０本撚り合わせて形成したリッツ線であり、各々の端部はボビン２２に植設した端子２８に接続している。
【００１４】
また、図１、図２、図６に示すごとくロ字型磁心２０は２つのコ字型磁心３０を互いにギャップ３２を介して対向させて形成しており、一次巻線２４および二次巻線２６はこのギャップ３２を被覆するようにボビン２２を介して各々の磁脚２０Ｂに巻回している。
【００１５】
さらに、図２、図４に示す如くボビン２２の外形状に合致する凹部３４を形成したケース３６でロ字型磁心２０を被覆するとともに、この凹部３４にボビン２２を嵌合する、または、凹部３４とボビン２２を接着することにより、ケース３６にボビン２２を位置決め固定している。このケース３６には、一次巻線２４を巻回したボビン２２と二次巻線２６を巻回したボビン２２とを分離し、絶縁性を確保するための絶縁壁３８を２つのボビン２２の間に位置するように形成している。
【００１６】
また、図２に示す如くコ字型磁心３０の対向面５０における横方向寸法ｄ１に対する縦方向寸法ｄ２の比率を０．５〜２．０とするように形成している。
【００１７】
このような共振型トランスは、図７に示すように、例えば、プラズマディスプレイや液晶ディスプレイを用いた映像装置等の電源ユニットに用いられ、４０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの駆動周波数で、４００Ｖの入力電圧を２４Ｖの出力電圧に降圧して用いる。この電源ユニットには、共振用コンデンサ４０およびスイッチング素子４２が設けられ、共振型トランスの一次巻線２４から発生するリーケージインダクタンス４４と、共振用コンデンサ４０およびスイッチング素子４２とにより、電流共振させて共振型トランスを駆動させる。この電源ユニットでは、リーケージインダクタンス４４は数十〜数百μＨ、共振用コンデンサ４０のキャパシタンスは１μＦ以下に設定して用いる。
【００１８】
上記構成により、一次巻線２４はロ字型磁心２０の一方の磁脚２０Ｂに巻回し、二次巻線２６はロ字型磁心２０の他方の磁脚２０Ｂに巻回するので、図８に示すように、一次巻線２４から発生する磁束４６は、そのほとんどがロ字型磁心２０を周回する、または、ロ字型磁心２０を周回せずに漏れ磁束４８となって一次巻線２４を周回するので、この一次巻線２４に隣接配置された二次巻線２６とは、漏れ磁束４８が鎖交することがほとんどない。すなわち、二次巻線２６との鎖交に起因して二次巻線２６に発生する渦電流を抑制できるので、二次巻線２６の温度上昇を抑制できる。特に、一次巻線２４と二次巻線２６は互いに対面する磁脚２０Ｂに巻回しているので、一次巻線２４から発生して直接的に二次巻線２６と鎖交する漏れ磁束４８をより低減して温度上昇を抑制できる。この温度上昇抑制により、温度上昇は、一次巻線２４および二次巻線２６共に４０ケルビン程度となり、従来の共振型トランスより温度上昇を抑制できる。
【００１９】
また、一次巻線２４および二次巻線２６を巻回したボビン２２を固定するケース３６に、一次巻線２４と二次巻線２６との間に位置するように絶縁壁３８を設けることにより、一次巻線２４と二次巻線２６とが空間的に直線距離で絶縁されるのではなく、絶縁壁３８によるさらに長い沿面距離を得ることができ、高い絶縁性を保つことができる。
【００２０】
また、図１に示す如くケース３６の縦側の梁部３９Ａをロ字型磁心２０へ接触する方向へ延伸し、ケース３６の横側の梁部３９Ｂを対向側のケース３６の横側の梁部３９Ｂの方向へ開口を塞ぐ方向へと延伸することにより、導電性を有するロ字型磁心２０と一次巻線２４および二次巻線２６の間には梁部３９Ａと梁部３９Ｂの長い沿面距離が得られ、高い絶縁性を保つことができる。ここで梁部３９Ｂは開口部が無くなるまで延伸するのも良いが、一次巻線２４および二次巻線２６の発熱を抑制するため、開口部は残しておくことが好ましい。
【００２１】
また、図８に示す如くロ字型磁心２０は、２つのコ字型磁心３０を対向させて形成し、コ字型磁心３０の対向部を含んで一次巻線２４および二次巻線２６を巻回しているので、ロ字型磁心２０を周回せずに対向部に形成されるギャップ３２からの漏れ磁束４８を、一次巻線２４および二次巻線２６によって遮断でき、他の実装部品に与える影響を抑制できる。
【００２２】
さらに、図２に示す如くロ字型磁心２０の対向面５０における横断面寸法ｄ１に対する縦断面寸法ｄ２の比率を０．５〜２．０とすることより、図８に示したギャップ３２からの漏れ磁束４８を抑えつつ、一次巻線２４と二次巻線２６の結合を高めることができる。
【００２３】
このｄ２／ｄ１の比率が０．５に向けて低下する場合は一次巻線２４と二次巻線２６との対面面積が小さくなることからリーケージＬは増加し結合係数は小さくなる傾向を持ち、逆にｄ２／ｄ１の比率が２．０に向けて上昇する場合は一次巻線２４と二次巻線２６との対面面積が大きくなることからリーケージＬは減少し結合係数は大きくなる傾向を持つ。
【００２４】
以上の点を更に説明すると、図２に示す如く対向面５０における対向面横方向寸法ｄ１に対する対向面縦方向寸法ｄ２の比率によるリーケージＬの変化、結合係数の変化を図９及び図１０に示す。対向面５０における横断面寸法ｄ１に対する縦断面寸法ｄ２の比率が０．５よりも小さい場合、図９に示すリーケージＬの上昇勾配が急激になり、且つ、図１０に示す結合度の下降勾配も急激となるため、ロット内およびロット間のコア断面の小さな寸法変化がロット内およびロット間の、リーケージＬや結合度における大きな特性差を生じ易くする。これに対し対向面５０における横断面寸法ｄ１に対する縦断面寸法ｄ２の比率が２．０よりも大きい場合、図９に示すリーケージＬや図１０に示す結合度は共に変化が小さく、寸法比に関係が無くなるものの製品高さが高くなることで実装時安定性低下や薄型化の要求を満たすことができなくなる。以上のことから対向面５０における横断面寸法ｄ１に対する縦断面寸法ｄ２の比率を０．５〜２．０とすることより、電気的特性および実装特性において適正な製品寸法を得ることができる。
【００２５】
さらに、高周波駆動に伴って二次巻線２６の交流抵抗成分が増大するが、この交流抵抗成分は二次巻線２６をリッツ線にすることにより低減できる。この際、上記のように二次巻線２６の温度上昇を抑制できるので、温度上昇に伴う交流抵抗成分も低減され、リッツ線として撚り合わせる銅線の本数を減らしても、特性を損なうことがない。これにより小形化とコスト低減を図れる。
【００２６】
そして、一次巻線２４および二次巻線２６はボビン２２を介して巻回し、ボビン２２を固定するケース３６を設けているので、ボビン２２に植設した端子２８の位置決めが可能となり、実装基板に対する実装性を向上できる。
【００２７】
なお、ロ字型磁心２０は、２つのコ字型磁心３０を対向させて形成するだけでなく、コ字型磁心とＩ字型磁心を対向させて形成したり、２つのＬ字型磁心を互いに対向させて形成したりしても良い。
【００２８】
以上のように本発明では、温度上昇を抑制し特性を向上するので、各種電子機器に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように本発明では、温度上昇を抑制し特性を向上するので、各種電子機器に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態における共振型トランスの分解斜視図
【図２】同共振型トランスの裏面側の分解斜視図
【図３】同共振型トランスに使用のロ字型磁心の斜視図
【図４】同共振型トランスの斜視図
【図５】ケース未装着の同共振型トランスの斜視図
【図６】同共振型トランスの断面図
【図７】同共振型トランスを用いた電源ユニットの回路図
【図８】磁束の流れを示す同共振型トランスの断面図
【図９】磁心断面縦横比とリーケージＬの関係を示す特性図
【図１０】磁心断面縦横比と結合係数の関係を示す特性図
【図１１】従来の共振型トランスの断面図
【図１２】磁束の流れを示す同共振型トランスの断面図
【符号の説明】
【００３１】
２０  ロ字型磁心
２２  ボビン
２４  一次巻線
２６  二次巻線
２８  端子
３０  コ字型磁心
３２  ギャップ
３４  凹部
３６  ケース
３８  絶縁壁
４０  共振用コンデンサ
４２  スイッチング素子
４４  リーケージインダクタンス
４６  磁束
４８  漏れ磁束
【図１】
2006270055.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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