(57)【要約】【課題】渦電流による損失への影響を低減する。【解決手段】１次巻線Ｐと２次巻線Ｓをそれぞれ構成する２つの巻線Ｐ１，Ｐ２とＳ１，Ｓ２が、それぞれ並列接続された複数本の線路（巻線Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２とＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２）からなり、各線路が１つの層となるとともに各層が重なるようにコイルボビン１に巻装されている。最も内側の層（Ｐ１１，Ｓ１１）と最も外側の層（Ｐ１２，Ｓ１２）を除く他の層（Ｐ２１，Ｐ２２、Ｓ２１，Ｓ２２）が、内側及び外側の一方側では同一の巻線の層と重なり、且つ他方側では異なる巻線の層と重なる。従って、重なって巻装されたペアの層に高周波電流が流れることで生じる磁場が対称となり、渦電流の損失への影響を低減することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの異なる部位に巻装された１次巻線と２次巻線との少なくとも一方がセンタタップと各一端との間に巻設される第１及び第２の巻線からなるトランスであって、第１及び第２の巻線が、それぞれ並列接続された複数本の線路からなり、各線路が１つの層となるとともに、第１及び第２の巻線の各層が重なるようにコイルボビンに巻装されたトランスにおいて、最も内側の層と最も外側の層を除く他の層が、内側及び外側の一方側では同一の巻線の層と重なり、且つ他方側では異なる巻線の層と重なるようにコイルボビンに巻装されたことを特徴とするトランス。
【請求項２】
同一の巻線の層と層の間に絶縁体からなる絶縁層が設けられたことを特徴とする請求項１記載のトランス。
【請求項３】
同一の巻線の層と層の間に第３の巻線の層が重なるようにコイルボビンに巻装されたことを特徴とする請求項１記載のトランス。
【請求項４】
１次巻線と２次巻線の双方がセンタタップを有し、２次巻線を構成する２つの巻線が１次巻線を両側から挟む形でコイルボビンに巻装されたことを特徴とする請求項１又は２又は３記載のトランス。
【請求項５】
コイルボビン並びにコアが、１次巻線が巻装される１次部と、２次巻線が巻装される２次部とで構成され、１次部及び２次部が対向配置されることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のトランス。
【請求項６】
少なくとも一つの層が撚り線を巻装して形成されることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のトランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランス、特にプッシュプル型の電源回路に好適な漏れインダクタンスを有するトランスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プッシュプル型（センタタップ型ともいう）のスイッチング電源回路には、図１４に示すように、１次巻線Ｐと２次巻線Ｓとにそれぞれセンタタップを備えるトランスＴが用いられる。この電源回路は、図示しない制御回路により高周波（一般には数十ｋＨｚ）で交互にオンオフされる２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備える。両スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は一端が共通に接続され（図示例ではスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としてＭＯＳＦＥＴを用いており、ソースが共通に接続されている）、各他端がそれぞれトランスＴの１次巻線Ｐの各一端に接続されている。１次巻線Ｐのセンタタップは直流電源ＤＣの一方の出力端（図示例では正極）に接続され、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の上記一端は直流電源ＤＣの他方の出力端（図示例では負極）に接続される。トランスＴの１次巻線Ｐの各一端とセンタタップとの間にはそれぞれコンデンサＣ１，Ｃ２が接続される。コンデンサＣ１，Ｃ２はトランスＴの漏れインダクタンスとともに共振回路を構成し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゼロボルトスイッチングを可能にする。
【０００３】
また、トランスＴの２次巻線Ｓの両端にはそれぞれダイオードＤ１，Ｄ２のアノードが接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２のカソードは共通に接続され、トランスＴの２次巻線Ｓのセンタタップとの間で脈流電圧を出力する。つまり、トランスＴの２次巻線ＳとダイオードＤ１，Ｄ２とにより全波整流回路が構成されている。全波整流回路の出力はインダクタＬとコンデンサＣとからなるチョークインプット型のフィルタ回路を通して負荷Ｚに供給される。
【０００４】
而して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が交互にオンオフされると、１次巻線Ｐの各一端とセンタタップとの間で交互に電流が流れ、２次巻線Ｓには１次巻線Ｐに流れる電流の向きに応じて交番する電圧が発生する。つまり、１次巻線Ｐにおいてセンタタップと各一端との間の２つの巻線Ｐ１，Ｐ２には、つねに一方にのみ電流が流れ、電流が同時に流れることはない。このように直流−交流変換が行われ、トランスＴの２次巻線Ｓに発生した交番電圧は整流されフィルタ回路を通ることによって直流電圧に変換されるから、図示例の回路では直流−直流変換が行われる。
【０００５】
ところで、上述のように漏れインダクタンスを共振用のインダクタンスとして利用するために、１次巻線Ｐと２次巻線Ｓとを完全に結合させず分割巻きにしてあり、１次巻線Ｐと２次巻線Ｓとの間の磁路を形成するコア３にはエアギャップが形成される。上述したように、１次巻線Ｐと２次巻線Ｓとはそれぞれセンタタップを有しているから、１次巻線Ｐと２次巻線Ｓとはそれぞれセンタタップと各一端との間の２個ずつの巻線Ｐ１，Ｐ２、Ｓ１，Ｓ２を備えている（特許文献１〜３参照）。
【０００６】
例えば、従来のものでは、図１５に示すようにコイルボビン１の長手方向の両端部に鍔部２ａ，２ｂを設けるとともに、長手方向の中間部に１個の分割鍔２ｃを形成し、鍔部２ａと分割鍔２ｃとの間に１次巻線Ｐを形成する２個の巻線Ｐ１，Ｐ２を順に重ねて巻装し、鍔部２ｂと分割鍔２ｃとの間に２次巻線Ｓを形成する２個の巻線Ｓ１，Ｓ２を順に重ねて巻装している。
【特許文献１】特開平２−１７６１８号公報
【特許文献２】特開２０００−３５３６２７号公報
【特許文献３】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】
【０００７】
ところで、上述したトランスＴは、巻線に流れた電流と巻線の抵抗とから算出される損失以上の損失が生じる。この損失の１つの原因は漏れインダクタンスを共振用のインダクタンスとして利用するために１次巻線Ｐと２次巻線Ｓとを完全に結合させていないことであるが、他の原因としては漏れ磁束が巻線の導体内で発生させる渦電流の影響（渦電流損）が大きいと考えられる。すなわち、トランスＴでの損失を低減するには渦電流の影響を低減することが要求される。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、渦電流による損失への影響を低減したトランスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、コアの異なる部位に巻装された１次巻線と２次巻線との少なくとも一方がセンタタップと各一端との間に巻設される第１及び第２の巻線からなるトランスであって、第１及び第２の巻線が、それぞれ並列接続された複数本の線路からなり、各線路が１つの層となるとともに、第１及び第２の巻線の各層が重なるようにコイルボビンに巻装されたトランスにおいて、最も内側の層と最も外側の層を除く他の層が、内側及び外側の一方側では同一の巻線の層と重なり、且つ他方側では異なる巻線の層と重なるようにコイルボビンに巻装されたことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、第１の巻線の線路と第２の巻線の線路の重なって巻装されたペアの層に高周波電流が流れることで生じる磁場が対称となり、渦電流の損失への影響を低減することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、同一の巻線の層と層の間に絶縁体からなる絶縁層が設けられたことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、高周波電流による近接効果の影響を低減することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、同一の巻線の層と層の間に第３の巻線の層が重なるようにコイルボビンに巻装されたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、第３の巻線に生じる誘導起電力にノイズ成分が重畳しにくくなる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１又は２又は３の発明において、１次巻線と２次巻線の双方がセンタタップを有し、２次巻線を構成する２つの巻線が１次巻線を両側から挟む形でコイルボビンに巻装されたことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、２次巻線の各巻線をコイルボビンの両端に離して配置したことによって漏れ磁束が減少するが、この場合においても渦電流の損失への影響を低減することができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかの発明において、コイルボビン並びにコアが、１次巻線が巻装される１次部と、２次巻線が巻装される２次部とで構成され、１次部及び２次部が対向配置されることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、１次部と２次部に分離して構成されるトランスにおいても渦電流の損失への影響が低減できる。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１〜５の何れかの発明において、少なくとも一つの層が撚り線を巻装して形成されることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、高周波電流による表皮効果や近接効果の影響を低減することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、第１の巻線の線路と第２の巻線の線路の重なって巻装されたペアの層に高周波電流が流れることで生じる磁場が対称となり、渦電流の損失への影響を低減することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施形態１）
本実施形態では、図２に示すスイッチング電源回路に用いるトランスＴに本発明を適用している。このスイッチング電源回路が図１４に示したスイッチング電源回路と異なる点は、１次巻線Ｐの２つの巻線Ｐ１，Ｐ２が、互いに並列接続された複数（例えば、２つ）の線路（巻線）Ｐ１１，Ｐ１２とＰ２１，Ｐ２２からなるとともに、２次巻線Ｓの２つの巻線Ｓ１，Ｓ２も、互いに並列接続された複数（例えば、２つ）の線路（巻線）Ｓ１１，Ｓ１２とＳ２１，Ｓ２２からなる点にあって、その他の構成並びに動作は共通である。
【００２３】
本実施形態のトランスＴは、図１に示すような構造を有している。コア３は２個のＥ型コア３ａ，３ｂを組み合わせた日字状のＥＥ型コアを用いており、Ｅ型コア３ａ，３ｂの中央片をコイルボビン１に挿通して１次巻線Ｐと２次巻線Ｓとの中心に通し、Ｅ型コア３ａ，３ｂの残りの部分で１次巻線Ｐと２次巻線Ｓとを囲むようにして磁路を形成してある。ここに、漏れインダクタンスを得るために、Ｅ型コア３ａ，３ｂの突き合わせ部分にはエアギャップ（図示せず）が形成される。コイルボビン１は長手方向の両端部に鍔部２ａ，２ｂが形成されるとともに中間部に分割鍔２ｃが形成されることによって、１次巻線Ｐを巻装する領域と２次巻線Ｓを巻装する領域とに分割されている。
【００２４】
鍔部２ａと分割鍔２ｃとの間には１次巻線Ｐの一方の巻線Ｐ１を形成する一つの巻線Ｐ１１が巻装され、巻線Ｐ１１の外周に他方の巻線Ｐ２を形成する一つの巻線Ｐ２１が巻装され、巻線Ｐ２１の外周に同じく巻線Ｐ２を形成するもう一つの巻線Ｐ２２が巻装されるとともに、巻線Ｐ２２の外周に一方の巻線Ｐ１を形成するもう一つの巻線Ｐ１２が巻装される。すなわち、本実施形態においては、最も内側の層（巻線Ｐ１１）と最も外側の層（巻線Ｐ１２）を除く他の層（巻線Ｐ２１，Ｐ２２）が、巻線Ｐ２１については外側で同一の巻線Ｐ２の層（巻線Ｐ２２）と重なり、且つ内側で異なる巻線Ｐ１の層（巻線Ｐ１１）と重なるように巻装され、巻線Ｐ２２については内側で同一の巻線Ｐ２の層（巻線Ｐ２１）と重なり、且つ外側で異なる巻線Ｐ１の層（巻線Ｐ１２）と重なるように巻装される。
【００２５】
一方、鍔部２ｂと分割鍔２ｃとの間には２次巻線Ｓの一方の巻線Ｓ１を形成する一つの巻線Ｓ１１が巻装され、巻線Ｓ１１の外周に他方の巻線Ｓ２を形成する一つの巻線Ｓ２１が巻装され、巻線Ｓ２１の外周に同じく巻線Ｓ２を形成するもう一つの巻線Ｓ２２が巻装されるとともに、巻線Ｓ２２の外周に一方の巻線Ｓ１を形成するもう一つの巻線Ｓ１２が巻装される。すなわち、１次巻線Ｐと同様に、最も内側の層（巻線Ｓ１１）と最も外側の層（巻線Ｓ１２）を除く他の層（巻線Ｓ２１，Ｓ２２）が、巻線Ｓ２１については外側で同一の巻線Ｓ２の層（巻線Ｓ２２）と重なり、且つ内側で異なる巻線Ｓ１の層（巻線Ｓ１１）と重なるように巻装され、巻線Ｓ２２については内側で同一の巻線Ｓ２の層（巻線Ｓ２１）と重なり、且つ外側で異なる巻線Ｓ１の層（巻線Ｓ１２）と重なるように巻装される。
【００２６】
而して、上述したプッシュプル型のスイッチング電源回路では１次巻線Ｐ及び２次巻線Ｓの各巻線Ｐ１，Ｐ２、Ｓ１，Ｓ２に交互に電流が流れるから、重なって巻装されたペアの層、つまり、巻線Ｐ１１とＰ２１並びに巻線Ｐ１２とＰ２２、巻線Ｓ１１とＳ２１並びに巻線Ｓ１２とＳ２２に高周波電流が流れることで生じる磁場が対称となり（図３参照）、渦電流の損失への影響（渦電流損）を低減することができ、トランスＴの温度上昇の抑制やノイズの低減が図れる。その結果、トランスＴの小型化が可能になり、耐熱温度の低い巻線材料を用いたり、ノイズ対策部品の削減又は小型化が図れる。ここで、図４に示すように１次巻線Ｐ及び２次巻線Ｓを撚り線（例えば、リッツ線と呼ばれるエナメル撚り線）Ｍで構成し、高周波電流による表皮効果や近接効果の影響を低減することが望ましい。
【００２７】
また、本実施形態では１次巻線Ｐの２つの巻線Ｐ１，Ｐ２と２次巻線Ｓの２つの巻線Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ２つの線路で構成される場合を例示したが、互いに並列接続された３つ以上の線路で構成される場合にも本発明の技術思想が適用可能であることはいうまでもない。例えば、１次巻線Ｐの２つの巻線Ｐ１，Ｐ２が、互いに並列接続された３つの線路（巻線）Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３とＰ２１，Ｐ２２，Ｐ２３からなるとともに、２次巻線Ｓの２つの巻線Ｓ１，Ｓ２も、互いに並列接続された３つの線路（巻線）Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３とＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３からなる場合においては、図５に示すように最も内側の層（巻線Ｐ１１，Ｓ１１）と最も外側の層（巻線Ｐ２３，Ｓ２３）を除く他の層（巻線Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ２１，Ｐ２２、Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ２１，Ｓ２２）が、巻線Ｐ１２，Ｓ１２については外側で同一の巻線Ｐ１，Ｓ１の層（巻線Ｐ１３，Ｓ１３）と重なり、且つ内側で異なる巻線Ｐ２，Ｓ２の層（巻線Ｐ２２，Ｓ２２）と重なるように巻装され、巻線Ｐ１３，Ｓ１３については内側で同一の巻線Ｐ１，Ｓ１の層（巻線Ｐ１２，Ｓ１２）と重なり、且つ外側で異なる巻線Ｐ２，Ｓ２の層（巻線Ｐ２３，Ｓ２３）と重なるように巻装され、巻線Ｐ２１，Ｓ２１については外側で同一の巻線Ｐ２，Ｓ２の層（巻線Ｐ２２，Ｓ２２）と重なり、且つ内側で異なる巻線Ｐ１，Ｓ１の層（巻線Ｐ１１，Ｓ１１）と重なるように巻装され、巻線Ｐ２２，Ｓ２２については内側で同一の巻線Ｐ２，Ｓ２の層（巻線Ｐ２１，Ｓ２１）と重なり、且つ外側で異なる巻線Ｐ１，Ｓ１の層（巻線Ｐ１２，Ｓ１２）と重なるように巻装される。従って、重なって巻装されたペアの層、つまり、巻線Ｐ１１とＰ２１、巻線Ｐ１２とＰ２２並びに巻線Ｐ１３とＰ２３、巻線Ｓ１１とＳ２１、巻線Ｓ１２とＳ２２並びに巻線Ｓ１３とＳ２３に高周波電流が流れることで生じる磁場が対称となり、漏れ磁束による渦電流の影響（渦電流損）を低減することができる。
【００２８】
尚、本実施形態では１次巻線Ｐと２次巻線Ｓの双方に本発明の技術思想を適用して何れも４層構造としたが、図６に示すように１次巻線Ｐのみに本発明の技術思想を適用して１次巻線Ｐを４層構造、２次巻線Ｓを２層構造としてもよいし、図７に示すように２次巻線Ｓのみに本発明の技術思想を適用して１次巻線Ｐを２層構造、２次巻線Ｓを４層構造としてもよい。
【００２９】
さらに、図８に示すように同一の巻線Ｐ２，Ｓ２の層（巻線Ｐ２１，Ｐ２２）と層（巻線Ｐ２２，Ｓ２２）の間に絶縁体からなる絶縁層４を設ければ、高周波電流による近接効果の影響を低減することができる。
【００３０】
（実施形態２）
本実施形態では、図１０に示すスイッチング電源回路に用いるトランスＴに本発明を適用している。このスイッチング電源回路が実施形態１に示したスイッチング電源回路と異なる点は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフする制御回路ＣＮを、トランスＴが具備する補助巻線Ｐ３と、補助巻線Ｐ３に生じた誘導起電力によって流れる高周波電流を整流するダイオードＤ３と、ダイオードＤ３で整流された高周波電流を平滑するコンデンサＣ０とで構成された所謂自励式とした点にあって、その他の構成並びに動作は共通である。
【００３１】
そして本実施形態においては、図９に示すように同一の巻線Ｐ２の層（巻線２１）と層（巻線Ｐ２２）の間に第３の巻線（補助巻線Ｐ３）の層が重なるようにコイルボビン１に巻装してある。このような構成とすることによって、補助巻線Ｐ３に生じる誘導起電力にノイズ成分が重畳されにくくなり、しかも、補助巻線Ｐ３を２つの巻線Ｐ２１，Ｐ２２の間に巻装したことにより、高周波電流による近接効果の影響を低減することができるという利点もある。
【００３２】
（実施形態３）
本実施形態は、図１１に示すように２次巻線Ｓを構成する２つの巻線Ｓ１，Ｓ２が１次巻線Ｐを両側から挟む形でコイルボビン１に巻装されている点に特徴がある。
【００３３】
具体的に説明すると、コイルボビン１には長手方向の中間部に２つの分割鍔２ｃ，２ｄが形成されている。そして、鍔部２ａと一方の分割鍔２ｃとの間に２次巻線Ｓの一方の巻線Ｓ１が巻装され、鍔部２ｂと他方の分割鍔２ｄとの間に２次巻線Ｓの他方の巻線Ｓ２が巻装されるとともに、２つの分割鍔２ｃ，２ｄの間に１次巻線Ｐが巻装される。但し、図１２に示すように２次巻線Ｓの各巻線Ｓ１，Ｓ２を互いに並列接続された２つの巻線Ｓ１１とＳ１２、Ｓ２１とＳ２２からなる４層構造としても構わない。
【００３４】
本実施形態では、２次巻線Ｓの各巻線Ｓ１，Ｓ２をコイルボビン１の長手方向の両端に離して配置したことによって漏れ磁束が減少するが、この場合においても渦電流の損失への影響（渦電流損）を低減することができる。
【００３５】
（実施形態４）
本実施形態は、図１３に示すようにコイルボビン１並びにコア３が、１次巻線Ｐが巻装される１次部Ｘ１と、２次巻線Ｓが巻装される２次部Ｘ２とで構成され、１次部Ｘ１及び２次部Ｘ２が絶縁物１０を介して対向配置される点に特徴がある。
【００３６】
コア３は２個のＥ型コア３ａ，３ｂからなり、各コア３ａ，３ｂの中央片がそれぞれコイルボビン１ａ，１ｂに挿通される。これら２つのコイルボビン１ａ，１ｂは長手方向の両端部に鍔部２ａ，２ｂが設けられ、２つの鍔部２ａ，２ｂの間にそれぞれ１次巻線Ｐ並びに２次巻線Ｓが巻装される。尚、図１３（ｂ）に示すように、１次巻線Ｐ並びに２次巻線Ｓの巻装構造は実施形態１と共通であるから説明は省略する。
【００３７】
コア３ａ，３ｂの中央片が挿通されたコイルボビン１ａ，１ｂに１次巻線Ｐ及び２次巻線Ｓが巻装されることで１次部Ｘ１及び２次部Ｘ２が各々構成される。そして、１次部Ｘ１と２次部Ｘ２が絶縁物１０を介して対向配置されると、絶縁物１０を介して１次部Ｘ１と２次部Ｘ２が磁気結合されてトランスＴが構成される。
【００３８】
而して、１次部Ｘ１と２次部Ｘ２に分離して構成されるトランスＴにおいては漏れ磁束が増えることになるが、１次巻線Ｐや２次巻線Ｓの巻線構造に本発明を適用することで渦電流損が低減できることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施形態１の断面図である。
【図２】同上を用いたスイッチング電源回路の回路構成図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】同上に用いる巻線の断面図である。
【図５】同上の１次巻線及び２次巻線を６層構造とした場合の一部省略した断面図である。
【図６】同上の１次巻線を４層構造、２次巻線を２層構造とした場合の一部省略した断面図である。
【図７】同上の１次巻線を２層構造、２次巻線を４層構造とした場合の一部省略した断面図である。
【図８】同上の別の構造を示す一部省略した断面図である。
【図９】実施形態２の一部省略した断面図である。
【図１０】同上を用いたスイッチング電源回路の回路構成図である。
【図１１】実施形態３の一部省略した断面図である。
【図１２】同上の別の構造を示す一部省略した断面図である。
【図１３】実施形態４を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部省略した断面図である。
【図１４】従来例を用いたスイッチング電源回路の回路構成図である。
【図１５】従来例の断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  コイルボビン
２ａ，２ｂ  鍔部
２ｃ  分割鍔
３  コア
Ｐ  １次巻線
Ｓ  ２次巻線
Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２  巻線
Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２  巻線
【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】
2005183808.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2005183808.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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