(57)【要約】【課題】コアにギャップを設けつつ、渦電流による発熱を効果的に抑制して焼損を防止する。【解決手段】本発明の一態様による薄型トランス１は、一次側巻線が巻回された筒部１１を有するボビン１０と、二次側巻線を構成する渦巻き状の導体パターン２２が主面に形成された複数の基板２１を積層してなる多層基板２０と、一次側巻線と二次側巻線との間の磁路を形成するとともに、一次側巻線の近傍にギャップが設けられ、かつ二次側巻線の近傍にはギャップが設けられていないコア４０と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側巻線として導線が巻回された筒部を有するボビンと、
二次側巻線を構成する渦巻き状の導体パターンが主面に形成された複数の基板を積層してなる多層基板と、
前記一次側巻線と前記二次側巻線との間の磁路を形成するとともに、前記一次側巻線の近傍にギャップが設けられ、かつ前記二次側巻線の近傍にはギャップが設けられていないコアと、
を備えることを特徴とする薄型トランス。
【請求項２】
前記コアに設けられた前記ギャップは、前記ボビンの前記筒部の中心軸上に位置することを特徴とする請求項１に記載の薄型トランス。
【請求項３】
前記コアは、前記多層基板の下面側に配置された基部、及び前記基部から立設された第１及び第２の柱部を含む第１のコアと、前記多層基板の上面側に配置された第２のコアとを有し、
前記第１の柱部は、前記ボビンの前記筒部内に挿通され且つ前記第２のコアに当接せず、前記第２の柱部は、前記多層基板の前記導体パターンにより囲われた領域を貫通する貫通孔に挿通され且つ前記第２のコアに当接することを特徴とする請求項１に記載の薄型トランス。
【請求項４】
前記多層基板の一端には、前記ボビンの平面形状より大きな切り欠き部が設けられ、
前記ボビンは、前記多層基板と接触せず且つ前記多層基板と同一平面内に配置されるように、前記切り欠き部内に収納されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の薄型トランス。
【請求項５】
前記二次側巻線は、１つ又は電気的に接続された複数の前記導体パターンから構成され、第１の二次電圧を発生させる第１の二次側巻線と、前記第１の二次側巻線を構成しない１つ又は電気的に接続された複数の前記導体パターンから構成され、第２の二次電圧を発生させる第２の二次側巻線と、を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の薄型トランス。
【請求項６】
前記コアに設けられた前記ギャップは、絶縁材料により埋められていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の薄型トランス。
【請求項７】
前記コアは、フェライトからなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の薄型トランス。
【請求項８】
前記一次側巻線として前記ボビンに巻回された導線はリッツ線であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の薄型トランス。
【請求項９】
一次側巻線を構成する渦巻き状の導体パターンが主面に形成された複数の基板を積層してなる多層基板と、
二次側巻線として導線が巻回された筒部を有するボビンと、
前記一次側巻線と前記二次側巻線との間の磁路を形成するとともに、前記二次側巻線の近傍にギャップが設けられ、かつ前記一次側巻線の近傍にはギャップが設けられていないコアと、
を備えることを特徴とする薄型トランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型トランス、例えばＡＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換回路を内蔵した電源モジュールに使用される薄型トランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一次側巻線および二次側巻線とも、多層基板に内蔵したシートコイルで構成された薄型トランスが知られている。
【０００３】
一方、近年、電源モジュールの小型化および高効率化のため、高周波数（例えば数百ｋＨｚ）で動作する薄型トランスが求められている。
【０００４】
特許文献１には、出力チャンネル数分の被膜導体を並行に並べてなるフラットケーブル帯の二次巻線を有し、各チャンネルの出力バランスが均一な多チャンネル出力型トランスが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１３５５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、磁気飽和を防止し、かつコアのＡＬ値を調整するために、コアにギャップを設けることが必要である。しかしながら、薄型トランスを数百ｋＨｚの高周波数で動作させた場合、コアのギャップ近傍において、コアから漏れた高周波磁束がシートコイルに鎖交し、渦電流が発生する。漏れ磁束による渦電流の影響は動作周波数が高いほど大きくなる。その結果、シートコイルが過剰に発熱して焼損に到るおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、コアにギャップを設けつつ、渦電流による発熱を効果的に抑制して焼損を防止することが可能な薄型トランスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る薄型トランスは、
一次側巻線として導線が巻回された筒部を有するボビンと、
二次側巻線を構成する渦巻き状の導体パターンが主面に形成された複数の基板を積層してなる多層基板と、
前記一次側巻線と前記二次側巻線との間の磁路を形成するとともに、前記一次側巻線の近傍にギャップが設けられ、かつ前記二次側巻線の近傍にはギャップが設けられていないコアと、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記薄型トランスにおいて、
前記コアに設けられた前記ギャップは、前記ボビンの前記筒部の中心軸上に位置するようにしてもよい。
【００１０】
また、前記薄型トランスにおいて、
前記コアは、前記多層基板の下面側に配置された基部、及び前記基部から立設された第１及び第２の柱部を含む第１のコアと、前記多層基板の上面側に配置された第２のコアとを有し、
前記第１の柱部は、前記ボビンの前記筒部内に挿通され且つ前記第２のコアに当接せず、前記第２の柱部は、前記多層基板の前記導体パターンにより囲われた領域を貫通する貫通孔に挿通され且つ前記第２のコアに当接するようにしてもよい。
【００１１】
また、前記薄型トランスにおいて、
前記多層基板の一端には、前記ボビンの平面形状より大きな切り欠き部が設けられ、
前記ボビンは、前記多層基板と接触せず且つ前記多層基板と同一平面内に配置されるように、前記切り欠き部内に収納されているようにしてもよい。
【００１２】
また、前記薄型トランスにおいて、
前記二次側巻線は、１つ又は電気的に接続された複数の前記導体パターンから構成され、第１の二次電圧を発生させる第１の二次側巻線と、前記第１の二次側巻線を構成しない１つ又は電気的に接続された複数の前記導体パターンから構成され、第２の二次電圧を発生させる第２の二次側巻線と、を有するようにしてもよい。
【００１３】
また、前記薄型トランスにおいて、
前記コアに設けられた前記ギャップは、絶縁材料により埋められているようにしてもよい。
【００１４】
また、前記薄型トランスにおいて、
前記コアは、フェライトからなるようにしてもよい。
【００１５】
また、前記薄型トランスにおいて、
前記一次側巻線として前記ボビンに巻回された導線はリッツ線であるようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明の一態様による薄型トランスは、
一次側巻線を構成する渦巻き状の導体パターンが主面に形成された複数の基板を積層してなる多層基板と、
二次側巻線として導線が巻回された筒部を有するボビンと、
前記一次側巻線と前記二次側巻線との間の磁路を形成するとともに、前記二次側巻線の近傍にギャップが設けられ、かつ前記一次側巻線の近傍にはギャップが設けられていないコアと、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様に係る薄型トランスのコアは、一次側巻線と二次側巻線との間の磁路を形成するとともに、一次側巻線の近傍にギャップが設けられ、かつ二次側巻線の近傍にはギャップが設けられていない。このように一次側巻線の近傍にギャップを集中的に設けることで、二次側巻線（シートコイル）を構成する導体パターンとギャップからの漏れ磁束との鎖交数を減らし、二次側巻線の発熱を回避することができる。一方、一次側巻線の近傍のギャップから磁束が漏れるものの、一次側巻線として導線を用いているため、一次側巻線の発熱は十分に抑制することができる。
【００１８】
よって、本実施形態によれば、コアにギャップを設けつつ、渦電流による発熱を効果的に抑制して焼損を防止することができる。
【００１９】
さらに、薄型トランスの二次側にはギャップを設けず、かつ二次側巻線は磁束漏れを減らし密結合可能なシートコイルで構成されるため、高精度な二次電圧を容易に出力することができる。
【００２０】
また、一次側巻線が巻回されたボビンは、多層基板と接触せず、かつ多層基板と同一平面内に配置されるように切り欠き部内に収納されているため、トランスの薄さを損なわずに、一次側巻線の発熱が多層基板に伝わることを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態による薄型トランスを有するモジュールの平面図である。
【図２】図１に示すモジュールの多層基板の平面図である。
【図３】本発明の一実施形態による薄型トランスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態に係る薄型トランスについて、図１〜図３を用いて説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態による薄型トランス１を有するモジュールの平面図を示している。図２は、当該モジュールの多層基板２０の平面図である。図３は、本発明の一実施形態による薄型トランス１の断面図である。
【００２４】
図１に示すモジュールは、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路等の電力変換回路を構成する薄型トランス１及び薄型コアコイル（チョークコイル）２を有する。
【００２５】
薄型トランス１は、図３に示すように、ボビン１０と、多層基板２０と、コア４０とを備えている。
【００２６】
ボビン１０は、薄型トランス１の一次側巻線が巻回された筒部１１と、この筒部１１の両端に設けられたフランジ部１２とを有する。このボビン１０は、好ましくは樹脂製である。
【００２７】
一次側巻線として、導線１３が筒部１１に巻回されている。導線１３の一端は、図１に示すように、ボビン１０から引き出され、多層基板２０の表面に設けられたランドにはんだ付けされている。なお、導線１３としては、一次側巻線における渦電流を可及的に抑制するため、表面に絶縁処理を施した細い銅線（例えば０．０８ｍｍ径）を撚り合わせたリッツ線を用いることが好ましい。
【００２８】
図２に示すように、多層基板２０の一端には、ボビン１０の平面形状より大きな切り欠き部２６が設けられている。ボビン１０は、図１に示すように、多層基板２０と接触せず、かつ多層基板２０と同一平面内に配置されるように、切り欠き部２６内に収納されている。
【００２９】
多層基板２０は、渦巻き状の導体パターン２２が主面に形成された複数の基板２１を積層したものとして構成されている。図３に示すように、導体パターン２２は基板２１の両面に形成されており、基板２１間にはプリプレグ２４が介装されている。導体パターン２２は基板２１の片面にのみ形成されていてもよい。導体パターン２２同士は、基板２１に設けられたビア２３またはめっきスルーホール（図示せず）により電気的に接続され、二次側巻線を構成している。なお、一つの導体パターン２２により二次側巻線を構成してもよい。
【００３０】
多層基板２０の表面には、図１に示すように、チップ部品やＩＣ等の各種の電子部品２７がはんだ付けされている。
【００３１】
上記のように、薄型トランス１の一次側巻線はボビン１０に巻回された導線１３で構成されている。一方、二次側巻線は、１つ導体パターン２２又は電気的に接続された複数の導体パターン２２で構成されている。即ち、二次側巻線は、多層基板２０に内蔵されたシートコイルで構成される。
【００３２】
なお、薄型トランス１が複数の二次電圧を出力するため、二次側巻線は複数のグループにより構成されてもよい。この場合、二次側巻線は、１つ又は電気的に接続された複数の導体パターン２２から構成され、かつ第１の二次電圧を発生させる第１の二次側巻線と、第１の二次側巻線を構成しない１つ又は電気的に接続された複数の導体パターン２２から構成され、かつ第２の二次電圧を発生させる第２の二次側巻線とを有する。
【００３３】
また、多層基板２０には、図２に示すように、貫通孔２５，３０〜３２が設けられている。貫通孔２５は、図２に示すように導体パターン２２により囲われた領域を貫通するように形成され、図３に示すように薄型トランス１のコア４０の柱部４１ｃを挿通させる。貫通孔３０〜３２は、薄型コアコイル２のコア５０の柱部を挿通させるために設けられている。
【００３４】
コア４０は、図３に示すように、多層基板２０の下面側に配置された基部４１ａ、及び基部４１ａから立設された柱部４１ｂ，４１ｃを含む第１のコア４１と、多層基板２０の上面側に配置された第２のコア４２とを有する。柱部４１ｂは、ボビン１０の筒部１１内に挿通され、かつ第２のコア４２に当接せず、コア４０のギャップを形成する。一方、柱部４１ｃは、多層基板２０の貫通孔２５に挿通され、かつ第２のコア４２に当接する。
【００３５】
また、図３に示すように、コア４０は、ボビン１０が多層基板２０に接触しないようにボビン１０を支持している。
【００３６】
なお、コア４０はフェライトからなることが好ましい。
【００３７】
上記のように、コア４０は、一次側巻線と二次側巻線との間の磁路を形成するとともに、一次側巻線の近傍にギャップが設けられ、かつ二次側巻線の近傍にはギャップが設けられていない。
【００３８】
上記のように、本実施形態による薄型トランスは、一次側巻線をボビンに巻回した導体で構成し、かつ二次側巻線を多層基板に内蔵したシートコイルで構成し、さらに、コアは一次側巻線の近傍にギャップが設けられ、かつ二次側巻線の近傍にはギャップが設けられていないように構成される。
【００３９】
このように一次側巻線の近傍にギャップを集中的に設けることで、二次側巻線を構成する導体パターン２２とギャップからの漏れ磁束との鎖交数が減少する。これにより、導体パターン２２における渦電流の発生を抑制し、二次側巻線の発熱を回避することができる。一方、一次側巻線の近傍のギャップからは磁束が漏れるものの、一次側巻線として導線１３を用いているため、一次側巻線の発熱を抑制することができる。
【００４０】
よって、本実施形態によれば、コアにギャップを設けつつ、渦電流による発熱を効果的に抑制して焼損を防止することができる。
【００４１】
さらに、本実施形態によれば、薄型トランスの二次側にはギャップを設けず、かつ二次側巻線は磁束漏れを減らし密結合可能なシートコイルにより構成しているため、高精度な二次電圧を容易に出力することができる。
【００４２】
二次側巻線を複数のグループに分けて、複数の二次電圧を高精度に出力させることも可能である。例えば、多層基板２０に１４層の導体パターン２２が内蔵されている場合、第１〜第４層、第５〜第８層、第９〜第１４層の導体パターンを互いにビアやめっきスルーホールで電気的に接続することで、３つのグループの２次側巻線を構成し、３つの出力電圧（二次電圧）を精度良く得ることができる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、一次側巻線が巻回されたボビン１０は、多層基板２０と接触せず、かつ多層基板２０と同一平面内に配置されるように切り欠き部２６内に収納されている。このため、薄型トランス１の薄さを損なうことなく、一次側巻線の発熱が多層基板２０に伝わることを効果的に抑制することができる。
【００４４】
なお、上述の実施形態では、コア４０は、コの字型の第１のコア４１と平板状の第２のコア４２とを組み合わせて構成されているが、これに限らず、任意の形状のコア部材を組み合わせて、一次側巻線の近傍にギャップが設けられ且つ二次側巻線の近傍にギャップが設けられていないコアを構成してもよい。
【００４５】
また、コア４０に設けられたギャップは、ボビン１０の筒部１１の中心軸Ｌ上に位置することが好ましい。また、当該ギャップは、絶縁材料４３により埋められていてもよい。
【００４６】
また、上述の実施形態では、一次側巻線をボビンに巻回された導線で構成し、二次側巻線を多層基板に内蔵されたシートコイルで構成したが、これとは逆に、一次側巻線を多層基板に内蔵されたシートコイルで構成し、二次側巻線をボビンに巻回された導線で構成してもよい。即ち、この場合における薄型トランスは、一次側巻線を構成する渦巻き状の導体パターンが主面に形成された複数の基板を積層してなる多層基板と、二次側巻線として導線が巻回された筒部を有するボビンと、一次側巻線と二次側巻線との間の磁路を形成するとともに、二次側巻線の近傍にギャップが設けられ、かつ一次側巻線の近傍にはギャップが設けられていないコアと、を備える。
【００４７】
また、上述の実施形態では、二次側巻線は多層基板に内蔵されたシートコイルで構成されたが、これに代えて、二次側巻線は、絶縁被覆された導線（タンセン）または金属コイル板（銅板）により構成されることも想定可能である。この場合、導線または金属コイル板は、コアを巻回ないし囲むように多層基板上に配置される。
【００４８】
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１  薄型トランス
２  薄型コアコイル
１０  ボビン
１１  筒部
１２  フランジ部
１３  導線
２０  多層基板
２１  基板
２２  導体パターン
２３  ビア
２４  プリプレグ
２５  貫通孔
２６  切り欠き部
２７  電子部品
３０，３１，３２  貫通孔
４０  （トランスの）コア
４１  第１のコア（コの字形コア）
４１ａ  基部
４１ｂ，４１ｃ  柱部
４２  第２のコア
４３  絶縁材料
Ｌ  （ボビンの筒部の）中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013175654.tif 000005