(57)【要約】【課題】結合度を高めるとともに、占有容積率を向上させ、さらにサージ電圧を低減するトランスを得ること。【解決手段】トランスは、コア１０と、コア１０に巻装される第二のコイル６３と、１次２次の他方の側を構成し、複数のタップに接続される複数の導線が第二のコイル６３に隣接してコア１０に巻装される第一のコイル６２と、第一のコイル６２が接続される複数のタップと同じタップに接続される複数の導線が第二のコイル６３を挟んで第一のコイル６２の反対側に隣接してコアに巻装される第三のコイル６４とを備えている。そして、第一のコイル６２および第三のコイル６４は、それぞれ、平行に並ぶ複数の導線が、第一の層にて外径側から内径側に向けて渦巻状に巻かれ、第一の層に隣接する第二の層にて内径側から外径側に向けて渦巻状に巻かれて形成されている。【選択図】        図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、
１次２次いずれか一方の側を構成し、前記コアに巻装される第二のコイルと、
１次２次の他方の側を構成し、複数のタップに接続される複数の導線が前記第二のコイルに隣接して前記コアに巻装される第一のコイルと、
１次２次の他方の側を構成し、前記第一のコイルが接続される複数のタップと同じタップに接続される複数の導線が前記第二のコイルを挟んで前記第一のコイルの反対側に隣接して前記コアに巻装される第三のコイルと
を備え、
前記第一および第三のコイルは、それぞれ、平行に並ぶ複数の導線が、第一の層にて外径側から内径側に向けて渦巻状に巻かれ、第一の層に隣接する第二の層にて内径側から外径側に向けて渦巻状に巻かれて形成した
ことを特徴とするトランス。
【請求項２】
前記平行に並ぶ複数の導線を巻回することにより中心穴を有する環状に形成された前記第一および第三のコイルと、板状の導体が中心穴を開けられて１回巻構造に形成された前記第二のコイルとが、各々前記中心穴に前記コアの脚部を挿入して前記コアに保持されている
ことを特徴とする請求項１記載のトランス。
【請求項３】
前記コアの周囲に配置され前記コイルの引き出し線が接続される端子が、前記脚部の軸線方向に延びている
ことを特徴とする請求項２に記載のトランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスイッチング電源に適するトランスに関し、特にトランスのコアに積層して巻装された複数のコイルの巻線方法及び複合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コアに複数のコイルを巻装されるトランスにおいて、結合度を高くして漏れ磁束を低減する方法として、異なるタップに接続されるコイルを交互に重ねて巻装することにより、結合度を高める方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３７１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術によれば、異なるタップに接続されるコイルを交互に重ねて巻装する巻き線構造において、交互に重ねて巻装されるコイルを、平行多芯線を用いて従来の一般的な巻き方により巻回すると、コイルの巻幅が大きくなり、コア内の巻き線スペースに効率よく納めることができず占有容積率を低下させるという問題があった。
【０００５】
また、異なるタップに接続されるコイルを交互に重ねて巻装する巻き線構造において、結合度を高く保ちながらサージ電圧を低減することは容易なものではなかった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、結合度が高められて漏れ磁束が減り、コア内のコイル占有容積率を向上させ、さらにサージ電圧を低減することができるトランスを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第一のトランスは、コアと、１次２次いずれか一方の側を構成し、コアに巻装される第二のコイルと、１次２次の他方の側を構成し、複数のタップに接続される複数の導線が第二のコイルに隣接してコアに巻装される第一のコイルと、１次２次の他方の側を構成し、第一のコイルが接続される複数のタップと同じタップに接続される複数の導線が第二のコイルを挟んで第一のコイルの反対側に隣接してコアに巻装される第三のコイルとを備え、第一および第三のコイルは、それぞれ、平行に並ぶ複数の導線が、第一の層にて外径側から内径側に向けて渦巻状に巻かれ、第一の層に隣接する第二の層にて内径側から外径側に向けて渦巻状に巻かれて形成したことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、同じタップに接続される第一のコイルおよび第三のコイルが、これらと異なるタップに接続される第二コイルを夾むようにして交互に重ねて巻装されることにより結合度が高められ、また第一および第三のコイルを、平行に並ぶ複数の導線を、第一の層にて外径側から内径側に向けて渦巻状に巻き、第一の層に隣接する第二の層にて内径側から外径側に向けて渦巻状に巻いて形成することによりコア内の占有容積率を向上させ、さらに平行多芯線にて形成した複数のコイルを複合させることでサージ電圧が低減される。
【０００９】
さらに、本発明の第二のトランスは、第一のトランスにおいて、平行に並ぶ複数の導線を巻回することにより中心穴を有する環状に形成された第一および第三のコイルと、板状の導体が中心穴を開けられて１回巻構造に形成された第二のコイルとが、各々中心穴にコアの脚部を挿入してコアに保持されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、平行に並ぶ複数の導線を巻回して環状に形成された第一および第三のコイルと、板状の導体が中心穴を開けられて１回巻構造に形成された第二のコイルとが、各々中心穴にコアの脚部を挿入してコアに保持されているので、コアとコイルの絶縁を空気絶縁とすることができ、ボビンを必要とすることがない。
【００１１】
さらにまた、本発明の第三のトランスは、第二のトランスにおいて、コアの周囲に配置されコイルの引き出し線が接続される端子が、脚部の軸線方向に延びていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、脚部に巻装されたコイルから延びる引き出し部を、コイルの巻回平面と同一平面上に引き出して端子に接続することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の第一のトランスによれば、結合度が高められて漏れ磁束が減り、コア内のコイル占有容積率を向上させ、さらにサージ電圧を低減することができるトランスを得ることができる。
【００１４】
本発明の第二のトランスによれば、ボビンレス構造とすることができるので低背化を図ることが可能となる。
【００１５】
本発明の第三のトランスによれば、コイルの引き出し部を端子に接続し易い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかるトランスの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態）
図１は本発明にかかるトランスの実施の形態の外観を示す斜視図である。トランス８０は、Ｅ型部１１及びＩ型部１２を突き合わせて構成されるＥＩ型のコア１０と、このコア１０のＥ型部１１の中央に形成された中脚部に巻装された複数のコイル２０（後述する線材巻線型コイル及び金属板巻線型コイル）と、概略平板状を成しコア１０の周囲に配置された端子台座３０と、端子台座３０の縁部に複数立設された棒状の端子４０とを有している。
【００１８】
図２はコア１０と端子台座３０と端子４０とから成る中間組立体７９の斜視図である。コア１０は、概略Ｅ字型を成すＥ型部１１と平板状のＩ型部１２とから構成され、フェライトや圧粉磁芯等の磁性部材で形成されている。Ｅ型部１１は、円柱状の中脚部１１ａと、矩形状の一対の側脚部１１ｂと、これら中脚部１１ａと２つの側脚部１１ｂとを繋ぐ連結部１１ｃとから成る。そしてこのＥ型部１１とＩ型部１２とを対向させて合わせることで、側脚部１１ｂと連結部１１ｃとＩ型部１２とで構成される矩形枠状部の内側に中脚部１１ａを備えたコア１０が構成されている。
【００１９】
端子台座３０は、ガラスエポキシ板等の安価な材料にて作製され、概略矩形平板状を成し中央部に矩形の係合穴が開口されている。この係合穴はＥ型部１１の外周形状と同形状を成している。そして、端子台座３０は、この係合穴にＥ型部１１を中脚部１１ａの軸線方向に向けて挿入することによりコア１０に嵌合している。端子台座３０は、コア１０に嵌合された後、両端部を接着剤１８にて固定される。このようにしてコア１０に取り付けられた端子台座３０は、コア１０の矩形枠状部に形成された対向する両開口部を横切るようにしてコア１０を囲繞する。なお、係合穴の四隅にはコア１０を挿入し易いように逃がし３０ｂが設けられている。
【００２０】
端子台座３０のコア１０開口部に対向する２辺の縁部に複数の端子４０が立設されている。一側の縁部には、辺に沿って８本の端子４０（Ｔ１〜Ｔ８）が立設されている。対向する他側の縁部には、辺に沿って３本の端子４０（Ｔ９〜Ｔ１１）が立設されている。このように構成された中間組立体７９に、外部にて環状に形成された複数のコイル２０（図１）が、中心穴を中脚部１１ａに挿入してボビンレス構造にて巻装される。中脚部１１ａと各コイル２０との間には絶縁のための空気層が形成される。そして、各端子４０には、各コイル２０から引き出された引き出し部（引き出し線）が接続される。
【００２１】
図３はコア１０にコイルが巻装される様子を示す斜視図である。図４は本実施の形態の線材巻線型のコイルの正面図である。図５は本実施の形態のトランス８０の等価回路である。先に説明した図１のコイル２０は、図３にて示される８個のコイル２１〜２８によって構成されている。この８個のコイルのうち、コイル２３，２６の２つのコイルは、エナメル絶縁層で被覆された銅線（導線）が帯状に形成された平行２芯線が、複数回α巻きされて環状に形成された線材巻線型（第一、第三のコイル）のコイルである。一方、８個のコイルのうち、残る６個のコイル２１，２２，２４，２５，２７，２８は、板状の導体が中心穴を開けられて１回巻構造に形成された金属板巻線型のコイル（第二のコイル）である。各々のコイル２１〜２８は、それぞれ中心穴をコア１０の中脚部１１ａに挿入して積層されるように巻装されている。
【００２２】
線材巻線型コイル２３，２６は、銅線を例えば所定の巻枠に巻回した後、当該巻枠から外すことにより形成される（図４）。金属板巻線型コイル２１，２２，２４，２５，２７，２８は、例えば、薄板金属をプレス加工により打ち抜いて形成される。このとき、両タイプのコイルは、ともに中心穴径を中脚部１１ａの直径より大きく形成される。このようにして形成された各コイルは、コア１０に装着（巻装）された際、中脚部１１ａとの間に絶縁のための所定幅の間隙を形成する。
【００２３】
コア１０に巻装された各コイル２１〜２８は、各々引き出し部（引き出し線）を端子４０に接続されて、端子４０を介して相互に結線される。金属板巻線型コイル２１は、２つの引き出し部を端子Ｔ６，Ｔ７に接続される。金属板巻線型コイル２２は、引き出し部を端子Ｔ１，Ｔ２に接続される。線材巻線型コイル２３は、巻き始めの２本の引き出し線を端子Ｔ１０，Ｔ１１に接続され、巻き終わりの２本の引き出し線を端子Ｔ９，Ｔ１０に接続されている。
【００２４】
さらに、金属板巻線型コイル２４は、２つの引き出し部を端子Ｔ５，Ｔ６に接続される。金属板巻線型コイル２５は、引き出し部を端子Ｔ２，Ｔ３に接続される。線材巻線型コイル２６は、巻き始めの２本の引き出し線を端子Ｔ１０，Ｔ１１に接続され、巻き終わりの２本の引き出し線を端子Ｔ９，Ｔ１０に接続されている。金属板巻線型コイル２７は、２つの引き出し部を端子Ｔ４，Ｔ５に接続される。金属板巻線型コイル２８は、引き出し部を端子Ｔ３，Ｔ４に接続される。コイル２１〜２８は、このように結線されて図５に示される等価回路となる。隣り合う２つの端子は、タップを構成している。
【００２５】
積層された複数のコイル２１〜２８に挟まれて各コイル間を絶縁する絶縁紙（絶縁部材）５１〜５７が設けられている。絶縁紙５１〜５７は、矩形シート状を成し、樹脂にて作製されて柔軟性に富み中央部に中脚部１１ａの断面と同形状の中央穴を有している。そして、中央穴に中脚部１１ａを挿入させて積層方向に隣接する２つのコイル間に各々挟まれて配置される。
【００２６】
次に、本実施の形態の線材巻線型コイル２３，２６の巻き方の特徴と各コイルの複合のさせ方を説明する。なお、上述のトランス８０は構成が複雑であるため、説明の便宜上、簡略化した構造のもので説明する。図６は説明のために簡略化したトランスの等価回路である。図７は本実施の形態のようにコイルを複合させて図６の等価回路とする場合の積層されたコイルの様子を示す模式図である。図８は図７に比較して示すコイルを複合させずに図６の等価回路とする場合の積層されたコイルの様子を示す模式図である。
【００２７】
図７において、コイル６１，６３，６５は、引き出し部を端子Ｅ，Ｆに接続された金属板巻線型コイル（第二のコイル）であり、上述の金属板巻線型コイル２１，２２，２４，２５，２７，２８と同様な構造を成している。コイル６２，６４は、引き出し線を端子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに接続された線材巻線型コイル（第一、第三のコイル）であり、上述の線材巻線型コイル２３，２６と同様な構造を成している。各々のコイルは図７の順で、上述のＥＩ型コア１０の中脚部１１ａに巻装されている。つまり、線材巻線型コイル６２，６４が、金属板巻線型コイル６３を夾むようにして、異なるタップに接続されるコイルが交互に重ねて巻装されている。
【００２８】
図９は本実施の形態の線材巻線型コイルの巻回される様子を示す模式図である。図１０は図９に比較して示すα巻でない巻き方の様子を示す模式図である。図中（ア）はコイルを上方から見た様子、（イ）はコイルを引き出し線側から見た様子、（ウ）はコイルを側方から見た様子を示している。また、図中（エ）はコアのＥ型部１１を上方から見た様子、（オ）はＥ型部１１を正面側から見た様子を示している。
【００２９】
図９において、コイル６２は図中（イ）および（ウ）に示されるように帯状に形成された平行２芯線（平行多芯線）が２層に巻回されている。そして、図中左側から巻始められ、平行線を水平に保ったまま第一層にて外径側から内径側に向けて渦巻状に巻かれ、最内周である２週目を巻き終わると下の第二層に移動して、今度は内径側から外径側に向けて渦巻状に巻かれる。そして、巻始めの２本の引き出し線は端子Ａと端子Ｂに接続され、巻終わりの（端子Ａに対応する）引き出し線が端子Ｂに接続され（端子Ｃに対応する）引き出し線が端子Ｂに接続されている。コイル６４も同様な形状に巻回されたのち、端子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに同様に接続される。このようにして、コイル６２とコイル６４とは端子を介して複合される。なお、本実施の形態のコイル６２，６４は、平行２芯線が巻回されて形成されているが、平行３芯線、平行４芯線或いはそれ以上の平行多芯線であってもよい。さらに、コイル６２，６４は、平行多芯線に限らず、平行に並ぶ複数の導線が巻回されて形成されてもよい。
【００３０】
一方、図１０において、コイル７２は、図中左側から巻始められ、第一層にて外径側から内径側に向けて渦巻状に巻かれ、最内周である３週目を巻き終わると第一層の下方を通って引き出される。そして、巻始めの２本の引き出し線は端子Ａに接続され、巻終わりの２本の引き出し線は端子Ｂに接続されている。コイル７４は同様な形状に巻回されたのち、巻始めの２本の引き出し線は端子Ｃに接続され、巻終わりの２本の引き出し線は端子Ｄに接続されている。
【００３１】
図１１は図７に示す構造のトランスに発生するサージ電圧をオシロスコープにて測定した様子を示す図である。図１２は同様に図８に示す構造のトランスに発生するサージ電圧をオシロスコープにて測定した様子を示す図である。両図とも図６に示す等価回路において、端子Ｅ，Ｆ側を一次側、端子Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄ側を二次側として使用した場合の各素子のサージ電圧を測定したものである。図中上側（プラス側）の２つの波形（サ），（シ）は、二次側に発生するサージ電圧を示し、図中下側（マイナス側）の２つの波形（ス），（セ）は、一次側に発生するサージ電圧を示している。
【００３２】
図１１の波形（サ）及び波形（シ）の最大値が、８４．４Ｖ及び８２．８Ｖであったのに対して、図１２の波形（サ）及び波形（シ）の最大値は、９６．３Ｖ及び９２．２Ｖであった。また、図１１の波形（ス）及び波形（セ）の最小値が、−１１８．８Ｖ及び−１１４．１Ｖであったのに対して、図１２の波形（ス）及び波形（セ）の最小値は、−１３２．８Ｖ及び−１５１．６Ｖであった。つまり、本実施の形態のように、α巻きされた線材巻線型コイル２３，２６を図７及び図９に示すように複合して用いることにより、サージ電圧を抑制することができた。
【００３３】
以上のように、本実施の形態のトランス８０においては、コア１０と、１次２次いずれか一方の側を構成し、コアに巻装される第二のコイル６３と、１次２次の他方の側を構成し、複数のタップに接続される複数の導線が第二のコイル６３に隣接してコアに巻装される第一のコイル６２と、１次２次の他方の側を構成し、第一のコイル６２が接続される複数のタップと同じタップに接続される複数の導線が第二のコイル６３を挟んで第一のコイル６２の反対側に隣接してコアに巻装される第三のコイル６４とを備えている。そして、第一のコイル６２および第三のコイル６４は、それぞれ、平行に並ぶ複数の導線が、第一の層にて外径側から内径側に向けて渦巻状に巻かれ、第一の層に隣接する第二の層にて内径側から外径側に向けて渦巻状に巻かれて形成されている。そのため、異なるタップに接続されるコイルを交互に重ねて巻装することにより結合度が高められ、またコイルを平行２芯線を用いて所定の巻き方をすることによりコア内の占有容積率を向上させ、さらに平行２芯線にて形成した複数のコイルを複合させることでサージ電圧が低減される。
【００３４】
さらに、平行２芯線を巻回することにより中心穴を有する環状に形成された第一のコイル２３，２６と、板状の導体が中心穴を開けられて１回巻構造に形成された第二のコイル２１，２２，２４，２５，２７，２８とが、各々中心穴にコア１０の中脚部１１ａを挿入してコア１０に保持されているので、コア１０と各コイル２１〜２８の絶縁を空気絶縁とすることができ、ボビンを必要とすることがなく、ボビンレス構造とすることができるので低背化を図ることが可能となる。
【００３５】
端子４０は中脚部１１ａの軸線方向に延びているので、コイル２１〜２８から延びる引き出し部を、コイル２１〜２８の巻回平面と同一平面上に引き出して端子４０に接続することができ、引き出し部を接続し易く、端子４０上でのコイル２１〜２８間の渡り結線が容易となる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明にかかるトランスは、パワーモジュール電源、オンボード電源などのスイッチング電源に搭載されるトランスに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明にかかるトランスの実施の形態の外観を示す斜視図である。
【図２】コアと端子台座と端子とから成る中間組立体の斜視図である。
【図３】コアにコイルが巻装される様子を示す斜視図である。
【図４】本実施の形態の線材巻線型のコイルの正面図である。
【図５】本実施の形態のトランスの等価回路を示す図である。
【図６】説明のために簡略化したトランスの等価回路を示す図である。
【図７】本実施の形態のようにコイルを複合させて図６の等価回路とする場合の積層されたコイルの様子を示す模式図である。
【図８】図７に比較して示すコイルを複合させずに図６の等価回路とする場合の積層されたコイルの様子を示す模式図である。
【図９】本実施の形態の線材巻線型コイルの巻回される様子を示す模式図である。
【図１０】図９に比較して示すα巻でない巻き方の様子を示す模式図である。
【図１１】図７に示す構造のトランスに発生するサージ電圧をオシロスコープにて測定した様子を示す図である。
【図１２】図８に示す構造のトランスに発生するサージ電圧をオシロスコープにて測定した様子を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  コア
１１  Ｅ型部
１１ａ  中脚部（脚部）
１１ｂ  側脚部
１１ｃ  連結部
１２  Ｉ型部
１８  接着剤
２０  コイル
２１，２２，２４，２５，２７，２８  （金属板巻線型）コイル（第二のコイル）
２３，２６  （線材巻線型）コイル（第一、第三のコイル）
３０  端子台座
４０  端子
５１〜５７  絶縁紙
６１，６３，６５，７１，７３，７５  （金属板巻線型）コイル（第二のコイル）
６２，６４，７２，７４  （線材巻線型）コイル（第一、第三のコイル）
７９  中間組立体
８０  トランス
【図１】
2008205212.tif 000003
【図２】
2008205212.tif 000004
【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】
2008205212.tif 000012
【図１１】
2008205212.tif 000013
【図１２】
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