(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波高出力密度同軸トランスにおいて、
積層した磁気リングコアを１つとして一対の組を設け、この一対の組を少なくとも１つ備えて、
それぞれの前記磁気リングコア内部に少なくとも一つの一次巻線を設け、且つ、それぞれの前記磁気リングコア内部に少なくとも一つの二次巻線を設けて、
少なくとも一つの前記一次巻線と少なくとも一つの前記二次巻線との間に、少なくとも一つのリング状のファラデー遮蔽を設けてあり、このファラデー遮蔽が前記磁気リングコアと実質的に同軸であって、
リング状の前記ファラデー遮蔽が少なくとも一つの前記一次巻線の半径より大きな半径であり、且つ、少なくとも一つの前記二次巻線及び前記磁気リングコアの半径より小さい半径を有しており、
そして、少なくとも一組の前記積層した磁気リングコアの一つかそれ以上の端部に設けた実質的に平面のファラデー遮蔽を備えたことを特徴とする高周波高出力密度同軸トランス。
【請求項２】
実質的に平面のファラデー遮蔽を少なくとも前記一対の組の前記磁気リングコアの両端に設けた請求項１に記載の同軸トランス。
【請求項３】
前記実質的に平面のファラデー遮蔽が、エアギャップによって分離された複数の離間凸部からなる請求項１に記載の同軸トランス。
【請求項４】
前記実質的に平面のファラデー遮蔽が、櫛形構成の凸部からなる請求項３に記載の同軸トランス。
【請求項５】
前記実質的に平面のファラデー遮蔽が、フラクタルパターンの凸部からなる請求項３に記載の同軸トランス。
【請求項６】
少なくとも前記一対の組の前記磁気リングコアが、一組の中空円筒形または一組の環状形から選択される形状のコアである請求項１に記載の同軸トランス。
【請求項７】
実質的に平面のファラデー遮蔽のそれぞれが、前記同軸トランスの一つの端部端子部分を形成する請求項１に記載の同軸トランス。
【請求項８】
各端部端子が、少なくとも一つの積層印刷回路基板（ＰＣＢ）からなる請求項７に記載の同軸トランス。
【請求項９】
実質的に平面の各ファラデー遮蔽とＰＣＢとの構成関係について、複数の前記ＰＣＢのうち一つにこのファラデー遮蔽を設ける構成、複数の前記ＰＣＢのうち一つにこのファラデー遮蔽を埋設する構成、およびファラデー遮蔽を複数の前記ＰＣＢのうち一つの間に設ける構成の内から一つを選択する請求項８に記載の同軸トランス。
【請求項１０】
前記同軸トランスが、それぞれ２つかまたは４つの隣接対の積層した磁気リングコアからなる４つか８つの磁気コアからなる請求項１に記載の同軸トランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波トランスに関する。限定するものではないが具体的には、本発明は、制限するわけではないが、再生可能エネルギー出力変換システム、通信システムの切り換え式電源（ＳＭＰＳ）および万能式または非妨害式電源（ＵＰＳ）を始めとする技術分野におけるＤＣ／ＤＣコンバーターおよびＤＣ／ＡＣインバーターを対象とする高周波高出力密度トランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
高出力密度、高効率の薄型ＤＣ／ＤＣコンバーターおよびＤＣ／ＡＣインバーターの開発には必要要件があるため、従来の巻線型磁気構造体を使用するさいに多数の制限が課せられている。従来多数の高周波（ＨＦ）出力トランスが開発されている。例示すれば、第１世代のＥコア型またはポットコア型ＨＦ出力トランス、第２世代の平面コア型出力トランス、そして第３世代の同軸コア型出力トランスなどである。
【０００３】
平面コア型構造体や同軸磁心構造体の場合、高周波動作の高い安定性、高出力密度や小さい物理的サイズなどの多くの作用効果がある。同軸磁気コア構造体を使用すると物理的サイズをより小さくできる。これは、同軸磁気コアはヒートシンクを必要とせず、実際のコンバーターサイズを平面コアに比較してより小さくできるからである。
【０００４】
また、平面コア型構造体や同軸磁気コア構造体は渦電流、および熱的制御の改善により効率が高く、損失が小さい。後者の理由としては、内側コイル面および外側コア面両者の冷却面が広いことが挙げられる。さらに、平面コア型構造体や同軸磁気コア構造体は電磁干渉（ＥＭＩ）問題が小さく、巻線間の漏れインダクタンスが小さく、結合キャパシタンスが小さい。これらの理由により平面コア型構造体や同軸磁気コア構造体は、エネルギー変換システムのＨＦ出力トランスに選択採用されている。
【０００５】
ところが、１ＭＨｚまでの高周波（ＨＦ）用途では、巻線間キャパシタンスが一次巻線からのＨＦノイズを二次巻線に結合するため、Ｌ．ＴｉｈａｎｙｉがＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ  ｉｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ，ＮＹ，ＩＥＥＥ，１９９５、ｐｐ．１４３−１４６）で論じているように、深刻なコモンモードＨＦノイズ問題の原因になっている。このような寄生キャパシタンスの作用は、動作周波数が１００ｋＨｚを超える場合には無視できない。
【０００６】
この問題の一つの解決策として、一次巻線と二次巻線との間にファラデー遮蔽を挿入し、二次巻線に結合されているＨＦノイズを抑制することが試みられている。ところが、ファラデー遮蔽に渦電流が発生するため、加熱作用が生じ、消磁や性能低下が生じる。一次巻線と二次巻線との間にファラデー遮蔽をもつ平面トランスの一例として、Ｃｏｒｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃ．に譲渡され、“ファラデー遮蔽および方法”を発明の名称とする米国特許第６，４２０，９５２Ｂ１公報がある。この特許公報のファラデー遮蔽は孔としての複数の底電導率領域からなり、ファラデー遮蔽における渦電流の流れを制限するか抑制するものである。ところが、これらファラデー遮蔽の場合、依然として加熱作用が発生し、消磁が生じ、性能を最適化できない。
【０００７】
従来の多くの平面トランスの別な問題は、多層間に多数の外部接続があるため、損傷しやすいことである。
【０００８】
即ち、渦電流を大きくすることなく従来技術の電磁適合性（ＥＭＣ）問題およびＥＭＩ問題をできるだけ抑制する必要があり、および／または従来技術の他の問題の一つかそれ以上に対処できるか少なくとも改善できる必要がある。
【０００９】
本明細書における“からなる”、“から構成する”や“を有する”などの表現は、非制限的な構成要素を意味するもので、一連の構成要素からなる方法、システムまたは装置はこれら要素だけを包含するものではなく、本開示に記載されていない他の要素も包含するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６，４２０，９５２Ｂ１
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ  ｉｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ，ＮＹ，ＩＥＥＥ，１９９５、ｐｐ．１４３−１４６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の好ましい一つの目的は、渦電流を大きくすることなく、従来技術のＥＭＣ問題およびＥＭＩ問題のない、あるいは少ない高周波トランスを提供することである。
【００１３】
本発明の好ましいもう一つの目的は、ＨＦトランスの電流分布および磁束分布を最大限まで均一化することである。
【００１４】
本発明の好ましいさらにもう一つの目的は、従来技術の問題の一つかそれ以上に対処できるか、あるいは少なくとも改善する、および／または従来技術に代わる、産業上有効な一つかそれ以上の代替技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施態様は、制限する意図はないがＤＣ／ＤＣコンバーターおよび／またはＤＣ／ＡＣインバーターに最適な完全遮蔽式高周波高出力密度トランスに関する。
【００１６】
本発明の最も広い形態である必要はないが、本発明の第１形態は、
少なくとも一つの磁気コア、
前記磁気コア内の少なくとも一つの一次巻線、
前記磁気コア内の少なくとも一つの二次巻線、
前記少なくとも一つの一次巻線と前記少なくとも一つの二次巻線との間において、これらに対して実質的に同軸関係で設けた少なくとも一つの同軸ファラデー遮蔽、および
前記少なくとも一つの磁気コアの一つかそれ以上の端部に設けた実質的に平面のファラデー遮蔽からなる高周波高出力密度同軸トランスに関する。
【００１７】
前記実質的に平面のファラデー遮蔽のうち一つを前記少なくとも一つの磁気コアの両端に設けることが好ましい。
【００１８】
前記実質的に平面のファラデー遮蔽が、エアギャップによって分離された複数の離間凸部からなることが好ましい。
【００１９】
前記実質的に平面のファラデー遮蔽が、櫛形構成の凸部またはフラクタルパターンの凸部からなることが好ましい。
【００２０】
前記磁気コアが、中空円筒形コアまたは環状コアであることが好ましい。
【００２１】
前記少なくとも一つの二次巻線内部に前記少なくとも一つの一次巻線を配設することが好ましい。
【００２２】
実質的に平面のファラデー遮蔽それぞれが、前記同軸トランスの一つの端子部分を形成することが好ましい。
【００２３】
各端部端子が、積層印刷回路基板（ＰＣＢ）からなることが好ましい。
【００２４】
前記同軸トランスが、それぞれ２つかまたは４つの隣接対の積層磁気コアからなる４つか８つの磁気コアからなることが好ましい。なお、出力定格に応じて磁気コア数は加減できる。
【００２５】
本発明の最も広い形態である必要はないが、本発明の第２形態は、
少なくとも一つの磁気コア、
前記磁気コアに対応する少なくとも一つの一次巻線からなる少なくとも一つの実質的に平面の第１構造体、
前記磁気コアに対応する少なくとも一つの二次巻線からなる少なくとも一つの実質的に平面の第２構造体、および
前記少なくとも一つの一次巻線と前記少なくとも一つの二次巻線との間に設けた少なくとも一つの、実質的に平面のファラデー遮蔽からなり、該少なくとも一つの、実質的に平面のファラデー遮蔽が、エアギャップによって分離された複数の離間凸部からなる高周波高出力密度トランスを提供するものである。
【００２６】
平面トランスが、前記少なくとも一つの一次巻線と前記少なくとも一つの平面ファラデー遮蔽との間、および前記少なくとも一つの二次巻線と前記少なくとも一つの平面ファラデー遮蔽との間に設けた少なくとも一つの実質的に平面の絶縁体からなることが好適である。
【００２７】
前記磁気コアが、平面ダブルＥコアまたは平面Ｅ−Ｉコアの形をとるのが好適である。
【００２８】
前記少なくとも一つの平面ファラデー遮蔽が、櫛形構成の凸部またはフラクタルパターンの凸部からなることが好適である。
【００２９】
実質的に平面の第１構造体のそれぞれが、絶縁プレートであることが好適である。
【００３０】
実質的に平面の第２構造体が、片面または両面印刷回路基板（ＰＣＢ）であることが好適である。
【００３１】
前記平面トランスが、少なくとも一つの一次巻線からなる実質的に平面の第１構造体および少なくとも一つの二次巻線からなる実質的に平面の第２構造体を複数交互に設けた構成からなることが好適である。
【００３２】
前記一次および二次巻線が同形状であることが好ましい。
【００３３】
本発明の最も広い形態である必要はないが、本発明の第３形態は、
少なくとも三つの磁気コア、
各磁気コアに対応する少なくとも二つの一次巻線、
各磁気コアに対応する少なくとも二つの二次巻線、
各磁気コアの前記一次巻線と前記二次巻線との間に設けられ、かつ前記一次巻線と前記二次巻線に対して実質的に同軸関係にある少なくとも一つの同軸ファラデー遮蔽、および
前記磁気コアの一つかそれ以上の端部に設けた実質的に平面のファラデー遮蔽からなる高周波高出力密度三相同軸トランスを提供するものである。
【００３４】
実質的に平面のファラデー遮蔽それぞれが、前記三相同軸トランスの端部端子部分を形成することが好ましい。
【００３５】
各端部端子が、一つかそれ以上の実質的に平面の絶縁体からなることが好ましい。
【００３６】
前記少なくとも一つの一次巻線および前記少なくとも一つの二次巻線間の少なくとも一つの同軸ファラデー遮蔽が、前記の実質的に平面のファラデー遮蔽と一体化していることが好適である。
【００３７】
前記実質的に平面のファラデー遮蔽が、エアギャップによって分離された複数の離間凸部からなることが好適である。
【００３８】
前記の実質的な平面ファラデー遮蔽が、櫛形構成の凸部またはフラクタルパターンの凸部からなることが好適である。
【００３９】
本発明の最も広い形態である必要はないが、本発明の第４形態は、
エアギャップによって分離された複数の離間凸部からなるファラデー遮蔽を提供するものである。
【００４０】
前記ファラデー遮蔽が、櫛形構成の凸部またはフラクタルパターンの凸部からなることが好適である。
【００４１】
本発明のさらに別な特徴および形態は、以下の詳細な説明から明らかになるはずである。
【００４２】
以下例示のみを目的として、添付図面について本発明の好ましい実施態様をより詳しく説明するが、同じ参照符号は同じ構成成分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施態様に従って四つの磁気リングコアからなる完全遮蔽式高周波同軸トランスを示すイメージ図である。
【図２】図１に示した磁気リングコアの一つを示す概略横断面図である。
【図３】図１に示したトランスの平面図である。
【図４】図１に示したトランスの側面図である。
【図５】端部端子を示す側面図、および図１に示したトランスの端部端子からなる層間接続を示す一連の平面図である。
【図６】内側巻線を一次巻線として使用した場合において、開放回路条件下図１に示したトランスの磁束分布に関するシミュレーションを示す図である。
【図７】内側巻線を一次巻線として使用した場合において、短路回路条件下図１に示したトランスの磁束分布に関するシミュレーションを示す図である。
【図８】短路回路条件下図１に示したトランスの電流分布に関するシミュレーションを示す図である。
【図９】開放回路条件下図１に示したトランスの電流分布に関するシミュレーションを示す図である。
【図１０】本発明の別な実施態様による完全遮蔽式高周波平面コアトランスの二次巻線からなる片面印刷回路基板（ＰＣＢ）を示す平面図である。
【図１１】完全遮蔽式高周波平面コアトランスの二次巻線からなる両面ＰＣＢを示す平面図である。
【図１２】完全遮蔽式高周波平面コアトランスの一次巻線からなる絶縁プレートを示す平面図である。
【図１３】完全遮蔽式高周波平面コアトランスの櫛形ファラデー遮蔽を示す平面図である。
【図１３Ａ】ファラデー遮蔽構造体の実施例を示す断面図である。
【図１３Ｂ】ファラデー遮蔽構造体の実施例を示す断面図である。
【図１４】完全遮蔽式高周波平面コアトランスの絶縁体を示す平面図である。
【図１５】積層平面ダブルＥ−コアトランスの構成を示す展開図である。
【図１６】本発明のさらに別な実施態様に従って構成した、六つの磁気リングコアからなる完全遮蔽式高周波三相同軸トランスを示す図である。
【図１７】図１６に示した三相同軸トランスの端部端子の同軸ファラデー遮蔽および平面ファラデー遮蔽を示す斜視図である。
【図１８】図１６に示した三相同軸トランスの端部端子の同軸ファラデー遮蔽および平面ファラデー遮蔽を示す斜視図である。
【図１９】図１６に示した三相同軸トランスを示す展開斜視図である。
【００４４】
当業者ならば、添付図面に示した構成要素は簡略化および明示化を目的として図示するのもので、必ずしも縮尺に応じていないことを理解できるはずである。例えば、図示の構成要素の一部の相対寸法については、本発明実施態様の理解を助けるために誇張して図示してある。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１〜５に本発明の実施態様に従って構成した高周波高出力密度同軸トランスおよびその構成部品を示す。同軸トランス１０は、特に高周波用途において良好に使用されているフェライトセラミック材などの従来から存在している任意の好適な磁性材料から構成した少なくとも一つの磁気コア１２からなる。他の考えられる材料としては軟質鉄、カルボニル鉄、ケイ素合金化鉄や粉末鉄があり、この磁気コア１２を積層処理すると、渦電流をさらに小さく抑えることができる。
【００４６】
図１〜５に示した実施態様の場合、同軸トランス１０は４つの積層した磁気コア、即ち２つの隣接下部磁気コア１２Ａ、１２Ｂそして２つの隣接上部磁気コア１２Ｃ、１２Ｄからなる。図２に示すように、一部の実施態様では、磁気コア１２を中空円筒体または環状体としているため、電磁干渉（ＥＭＩ）を最小限に抑制した、高効率低放射トランスを実現するのに役に立つ。
【００４７】
図２について説明すると、同軸トランス１０は、磁気コア１２内の少なくとも一つの一次巻線１４と磁気コア内１２の少なくとも一つの二次巻線１６とからなる。図示の実施態様では、一次巻線１４は内側巻線であり、二次巻線１６の内側にある。また、同軸トランス１０は一次巻線１４と二次巻線１６との間に導体を有し、この導体は少なくとも一つの薄いファラデー遮蔽１８の形を取る。好ましい実施態様では、ファラデー遮蔽１８は形状が円筒形であり、一次巻線１４と二次巻線１６に対して実質的に同軸関係にある。好ましい実施態様では、そして図１、２および４に示すように、一次巻線１４および二次巻線１６全体は磁気コア１２内部に配設されている。
【００４８】
図３および図４について説明する。同軸トランス１０は磁気コア１２の各端部に実質的に平面の導体を有し、この導体は少なくとも一つの実質的に平面のファラデー遮蔽２０の形を取る。これら実質的に平面のファラデー遮蔽２０は、磁気コア１２の上下で端部端子２２、２４部分を形成する。一次巻線１４と二次巻線１６との間のファラデー遮蔽１８が磁気コアの端部の実質的に平面のファラデー遮蔽２０に結合するため、完全遮蔽式高周波同軸トランス（ＨＦＣＴ）１０になる。
【００４９】
図１、図３および図４に示す実施態様では、端部端子２２、２４は多層からなり、この場合実質的に平面のファラデー遮蔽２０はその内の一層からなる。図４に示す実施態様では、各端部端子２２、２４の実質的に平面のファラデー遮蔽２０は、一対の印刷回路基板（ＰＣＢ）２６、２８の間に位置する。なお、別な実施態様では、実質的に平面のファラデー遮蔽２０は、ＰＣＢの一つに形成できるか、これに埋設できる。
【００５０】
図５について説明する。一部の実施態様では、端部端子２２、２４は多層または積層印刷回路基板からなる。図５に、各端部端子からなる５つの異なる層３０、３２、３４、３６、３８の間の巻線接続の一例を示す。
【００５１】
図６は、一次巻線１４として内側巻線を使用した場合における開路条件下の高周波高出力密度同軸トランス１０の磁束分布に関するシミュレーションを示す図である。図７は、一次巻線１４として内側巻線を使用した場合における短路回路条件下高周波高出力密度同軸トランス１０の磁束分布に関するシミュレーションを示す図である。図６および図７に示すように、一次巻線１４と二次巻線１６との間の薄い同軸ファラデー遮蔽１８および各端部端子２２、２４の平面ファラデー遮蔽２０が完全遮蔽式高周波高出力密度同軸トランス１０を実現し、そしてこの薄い同軸ファラデー遮蔽１８が磁束のバランス素子として機能する。従って、図８および図９に示すように、近接効果を原因とする渦電流による損失を抑制でき、均質な電流分布および磁束分布を実現できる。図８は、短路回路条件下のトランス１０の電流分布に関するシミュレーションを示す図、そして図９は、開路状態のトランス１０の電流分布に関するシミュレーションを示す図である。
【００５２】
本発明の別な実施態様による高周波高出力密度平面トランスおよびその構成部材を図１０〜図１５に示す。まず、図１５について説明する。平面トランス５０は、前述した従来の磁性材料から構成した少なくとも一つの磁気コア５２からなる。場合に応じて、この少なくとも一つの磁気コア５２は渦電流を抑制するために積層化できる。図１５に示す実施態様の場合、平面ダブルＥコアとして２つの磁気コア５２を構成する。なお、Ｅ−Ｉコア、Ｃコア、Ｕコアなどの他の構成も利用可能である。
【００５３】
図１２について説明すると、平面トランス５０は、完成平面トランス５０の磁気コア５２に対応する、少なくとも一つの一次巻線５６からなる少なくとも一つの、実質的に平面の第１構造体５４からなる。好適な実施態様の場合、実質的に平面の第１構造体５４は、任意の適当なプラスチック材料から形成した絶縁プレートの形に構成する。従来公知な適当な方法によって、一つかそれ以上の一次巻線５６を実質的に平面の第１構造体５４に形成するか埋設する。
【００５４】
図１０および図１１について説明する。図示の平面トランス５０の場合も、完成平面トランス５０の磁気コア５２に対応する、少なくとも一つの二次巻線６０からなる少なくとも一つの、実質的に平面の第２構造体５８からなる。一部の実施態様の場合、実質的に平面の第２構造体５８は片面印刷回路基板（ＰＣＢ）の形に構成し、図１０に示すように、少なくとも一つの二次巻線６０をＰＣＢの片面に形成するか埋設する。あるいは、実質的に平面の第２構造体５８は、両面ＰＣＢの形に構成し、図１１に示すように、ＰＣＢの両面それぞれに少なくとも一つの二次巻線６０を形成するか埋設する。両面それぞれに少なくとも一つの二次巻線６０を有する両面ＰＣＢは、異層間に必要な接続数を減らすことができ、平面トランスの構成をシンプル化できる。
【００５５】
一次巻線５６および二次巻線６０を有する実質的に平面の構造体５４、５８には、平面構造体５４、５８の周囲との接続、例えば接続６１、６３、６５、６７をもつため、平面トランスの層間に外部接続ではなく、内部接続をもつことになる。内部接続は平面トランスの構造によって保護されるため、接続損傷の恐れが少なくなる。
【００５６】
図１３について説明する。平面トランス５０は、少なくとも一つの一次巻線５６と少なくとも一つの二次巻線６０との間に少なくとも一つの、実質的に平面のファラデー遮蔽６２を有する。好適な実施態様について、図１３Ａおよび図１３Ｂも参考にして説明すると、実質的に平面のファラデー遮蔽６２は、ファラデー遮蔽６２の表面６８に立設した複数の離間凸部（うね状部）６６を有する。これら離間凸部６６はエアギャップ６９によって分離する。図１３Ａに示すように、これら凸部６６は厚みが実質的に同じで、実質的に同じ大きさのエアギャップ６９の間に一定の間隔で離間されている。例えば、平面ファラデー遮蔽は、図１３に示すように、ＰＣＢの片側に櫛形構成６４をもつ。別な実施態様の場合、この櫛形構成６４はＰＣＢの両側に形成できるか、あるいはＰＣＢのうちの一つの一体的部分ではなく、別な要素として形成できる。あるいは、図１３Ａに示すように、バーコードの場合と同様に、凸部６６はそれぞれ異なる厚みに設定でき、異なるサイズのエアギャップ間に不規則に離間配置できる。さらに別な実施態様の場合、厚みの異なる凸部６６を同じサイズのエアギャップ６９間に、規則的に離間配置できる。バーコード構成を利用して、製品を識別できるようにしてもよい。さらに別な実施態様の場合、実質的に平面のファラデー遮蔽６２は、エアギャップ６９によって分離されたフラクタルパターンの凸部６６で構成できる。
【００５７】
好ましい実施態様の場合、凸部６６の幅は表面層深さの約２倍である。表面層深さは、例えば、図８および図９に示すシミュレーションにおける表面ホットスポットによって示されるように、渦電流が存在する導体内部の深さである。
【００５８】
エアギャップによって分離された複数の離間凸部からなる実質的に平面のファラデー遮蔽６２の上記構造は、同軸トランス１０の上記実施態様における実質的に平面のファラデー遮蔽２０にも適用できる。
【００５９】
図１４について説明する。平面トランス５０の実施態様は、さらに、任意の適当なプラスチック材料から構成した少なくとも一つの、実質的に平面の絶縁体７０を有する。完成した平面トランス５０においては、実質的に平面の絶縁体７０は少なくとも一つの一次巻線５６と少なくとも一つの、実質的に平面のファラデー遮蔽６２との間、および／または少なくとも一つの二次巻線６０と少なくとも一つの、実質的に平面のファラデー遮蔽６２との間に位置する。複数の、実質的に平面の個別絶縁体７０を使用してもよく、あるいは複数の絶縁面からなる一つの絶縁素子を利用してもよい。
【００６０】
図１０〜図１４に示すように、実質的に平面の第１および第２構造体５４、５８、実質的に平面のファラデー遮蔽６２、および実質的に平面の絶縁体７０それぞれは開口７２を有し、この開口を介して磁気コア５２の部分が完成平面トランス５０に現れる。
【００６１】
図１５の展開図に示すように、完成平面トランス５０は、複数の交互に設けた、少なくとも一つの一次巻線５６からなる実質的に平面の第１構造体５４および少なくとも一つの二次巻線６０からなる実質的に平面の第２構造体５８で構成する。少なくとも一つの、実質的に平面のファラデー遮蔽６２が各一次巻線５６と二次巻線６０との間に位置する。実質的に平面の絶縁体７０は各一次巻線５６と対応する実質的に平面のファラデー遮蔽６２との間、および各二次巻線６０と対応する実質的に平面のファラデー遮蔽６２との間に位置する。従って、一部の実施態様では各層の構成順は図１５に示すように、一次巻線５６、平面絶縁体７０、平面ファラデー遮蔽６２、平面絶縁体７０、二次巻線６０である。平面トランス５０は一つかそれ以上の組の一次巻線５６および二次巻線６０、実質的に平面のファラデー遮蔽６２および実質的に平面の絶縁体７０からなり、組数は平面トランス５０の具体的な用途に従って決まる。
【００６２】
櫛形構成６４をもつ低出力ロス平面ファラデー遮蔽６２は、誘導渦電流を抑制でき、また磁化インピーダンスへの影響を抑制できる。また、一次巻線５６および二次巻線６０の巻き方は同じであるため、構造をシンプル化でき、また製造を低コスト化できる。巻線の大きさ、形状および幅は磁気構造、電圧、電流、出力定格によって決まるものである。
【００６３】
本発明の他の実施態様による高周波高出力密度三相同軸トランスおよびその構成部材を図１６〜図１９に示す。三相同軸トランス８０は供給出力を３つの異なる相に変換するもので、既に説明した実施態様と同様な完全遮蔽式巻線からなる。三相同軸トランス８０は、既にその実例について説明した公知の、任意の適当な磁性材料から構成した少なくとも３つの磁気コア８２を有する。場合に応じて、渦電流を抑制するために、これら磁気コア８２は積層化できる。
【００６４】
図１６〜図１９に示す実施態様の場合、三相同軸トランス８０は、３つの隣接下部磁気コア８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃおよび３つの隣接上部磁気コア８２Ｄ、８２Ｅ、８２Ｆからなる。図１６および図１９に示すように、一部の実施態様では、磁気コア８２は中空円筒形コアまたは環状体コアとして構成するため、効率が高く、低放射でＥＭＩを抑制した三相トランスを実現できる。
【００６５】
各磁気コア８２、または各対の磁気コアは、各磁気コア８２または磁気コア対に対応する少なくとも３つの一次巻線８４、および各磁気コア８２または磁気コア対に対応する少なくとも３つの二次巻線８６からなる。一次巻線８４が内側巻線になり、この実施態様では、二次巻線８６内部に設けられることになる。
【００６６】
三相同軸トランス８０は、各磁気コア８２、あるいは磁気コア対の一次巻線８４と二次巻線８６との間の少なくとも一つの薄い同軸ファラデー遮蔽８８としての導体からなる。好適な実施態様では、各同軸ファラデー遮蔽８８は形状が円筒形で、一次巻線８４および二次巻線８６と実質的に同軸関係である。
【００６７】
三相同軸トランス８０は、磁気コア８２の各端部において端部端子９０、９２を有し、図１６〜図１９に示す実施態様では、複数の層からなる。端部端子９０、９２の層のうち一つは、実質的に平面のファラデー遮蔽９４として構成し、この遮蔽はＰＣＢの一体部分として、あるいは別体部分として形成できる。エアギャップによって分離された複数の離間凸部からなる実質的に平面のファラデー遮蔽６２の前記構造は、三相同軸トランス８０の実施態様の実質的に平面のファラデー遮蔽９４にも適用可能である。
【００６８】
端部端子９０、９２の他の層は、一つかそれ以上の、実質的に平面の絶縁体９６として構成する。図１６〜図１９に示す実施態様の場合、端部端子９０、９２は５つの別体である実質的に平面の絶縁体９６からなるが、実質的に平面の絶縁体９６の使用数は加減できる。さらに、三相同軸トランス８０は、絶縁円筒体９７として構成される支持絶縁体を有する。実質的に平面の絶縁体９６および絶縁円筒体９７は、ファイバーグラスなどの任意の適当な剛性絶縁材料から形成でき、三相同軸トランス８０の支持体になる。
【００６９】
製造をシンプル化し、かつ製造コストを抑制するため、実質的に平面のファラデー遮蔽９４および実質的に平面の絶縁体９６を同じ形状の実質的に三角形状に構成すると、少なくとも３つの磁気コア８２に効率的に対処できる。好適な実施態様では、薄い円筒形ファラデー遮蔽８８の一つを実質的に平面のファラデー遮蔽９４の一つと一体化する。具体的に図１７および図１８について説明すると、端部端子の一つの実質的に平面のファラデー遮蔽９４は、これらに一体化した２つの薄いファラデー遮蔽８８から構成し、他方の端部端子の実質的に平面のファラデー遮蔽９４は、これらに一体化した一つの薄いファラデー遮蔽８８から構成する。
【００７０】
実質的に平面のファラデー遮蔽９４および実質的に平面の絶縁体９６は複数の貫通開口９８を有し、平面絶縁体９６を薄い円筒形のファラデー遮蔽８８および平面ファラデー遮蔽９４とともに収めることができるため、三相同軸トランス８０をコンパクト化できる。
【００７１】
本発明のファラデー遮蔽の場合銅構成が好ましいが、他の導電性材料またはこれらの複合材料で構成してもよく、限定するわけではないが、例示すれば金、銀、白金、金属合金などがある。
【００７２】
一次巻線８４と二次巻線８６との間の同軸ファラデー遮蔽８８と端部端子の実質的に平面のファラデー遮蔽９４とを複合使用すると、完全遮蔽式高周波高出力密度三相同軸トランス８０を提供できる。また、薄い同軸ファラデー遮蔽８８は磁束のバランス素子として作用するため、近接効果を原因とする渦電流による損失を抑制でき、均一な電流分布および磁束分布を実現できる。
【００７３】
即ち、本発明の実施態様による高周波高出力密度トランスは、近接効果を原因とする渦電流を抑制し、かつ実質的に均質な電流分布および磁束分布を実現した完全遮蔽式トランスであり、従来技術の問題を解決できるトランスである。また、本発明実施態様によるトランスの場合、一次巻線および二次巻線を完全にファラデー遮蔽する結果、ＥＭＣ問題やＥＭＩ問題をも抑えることができる。エアギャップ６９によって分離した複数の離間凸部６６を有するファラデー遮蔽は、少なくとも一部の従来ファラデー遮蔽と比較して遮蔽効果が強く、従って渦電流の発生を抑制できる。即ち、本発明のファラデー遮蔽を用いると、トランスの加熱を抑制できるため、消磁作用を最小限に抑えることができる。また、一次巻線および二次巻線を同じ形状で構成しているため、平面トランスの製造プロセスをシンプル化でき、製造コストを抑制できる。さらに、本発明の平面トランス５０の実施態様では、多層間の外部接続数を減らすことができるため、平面トランスの損傷の恐れが小さくなる。
【００７４】
明細書全体を通して、発明を一つの具体的な実施態様に限定することなく、あるいは具体的な作用効果に限定することなく、本発明の実施態様を説明してきたが、当業者ならば、上記の具体的な実施態様に変更を加えることができるはずであり、そして変更があってもいずれも本発明の範囲内に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７５】
１０：同軸トランス
１２Ａ：磁気コア
１２Ｂ：磁気コア
１２Ｃ：磁気コア
１３Ｄ：磁気コア
１４：一次巻線
１６：二次巻線
２０：ファラデー遮蔽
２２：端部端子
２４：端部端子
２６：印刷回路基板
２８：印刷回路基板
【図１】
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【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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【図１３】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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