(57)【要約】【課題】高周波電圧を印加する小型の変圧器において、１次巻線から２次巻線へのエネルギーの伝達効率を高める。【解決手段】変圧器は磁心１と１次巻線４および２次巻線５とからなり、磁心１は断面円形状の貫通孔３を備え、１次巻線４は、貫通孔３を貫通し、貫通孔３の開口に沿った断面において貫通孔３と同心円である仮想円内に均一に分布するように配置されて磁心１に巻回されている。【選択図】図１
2009177020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面円形状の貫通孔を備える磁心と、貫通孔を貫通して磁心に巻回される１次巻線および２次巻線とを備え、１次巻線は、貫通孔の開口に沿った断面において貫通孔と同心円である仮想円内に均一に分布するように配置されていることを特徴とする変圧器。
【請求項２】
前記１次巻線と２次巻線のうち少なくとも一方は複数回巻回され、前記貫通孔の開口に沿った断面において、複数回巻回された方の包絡線が貫通孔と同心円となり、他方は貫通孔と同心円である仮想円内に均一に分布するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源などに用いられる小型の変圧器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スイッチング電源などに用いられる高周波電圧を印加する小型の変圧器が提供されている。この種の変圧器は、磁心に複数回巻回する１次巻線および２次巻線を導体パターンなどで基板に平面状に形成することにより薄型化がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１１５０２４号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に示される変圧器について、その概略図である図４を参照して説明を行う。なお、図中の一点鎖線の矢印は磁束を表している。磁心１’は断面矩形状の２個の貫通孔３’を備える。図示例では、１次巻線４’および２次巻線５’は２個の貫通孔３’をそれぞれ貫通して平面内で渦巻状に巻回され、貫通孔３’の開口に沿った断面において１次巻線４’の各周回部４ａ’，４ｂ’および２次巻線５’の各周回部５ａ’，５ｂ’は、それぞれ図の左右方向に並ぶ形の配置になる。
【０００４】
ここで、左側の貫通孔３ａ’内の右部に位置する周回部４ａ’に電流が流れたときに形成される磁束について説明する。磁束は、磁心１’がない場合には貫通孔３ａ’の開口に沿った断面において周回部４ａ’を中心に円形状に発生するが、磁心１’が周囲に存在するため一部の磁束は磁心１’内部を貫通孔３ａ’の周壁に沿って通過するように形成される。
【０００５】
ところで、一般に磁束の周波数が高くなると磁心１’の透磁率は低下するので、駆動周波数の高いスイッチング電源にこの構成の変圧器を用いると磁心１’の透磁率が低下する。透磁率が低下すると磁心１’内部に形成される磁束の断面形状は磁心１’が存在しない場合の形状（円形状）に近づく。上述したように貫通孔３ａ’の断面は矩形状で周回部４ａ’は貫通孔３ａ’内の中心に対して右寄りに位置しているので、形成される磁束が円形状に近づくと磁束は磁心１’内部から貫通孔３ａ’内に漏れ出すことになる。
【０００６】
漏れ出した磁束の一部は周回部４ｂ’，５ｂ’を貫いて周回部４ｂ’，５ｂ’に渦電流が発生することがある。すなわち、渦電流損により１次巻線４’や２次巻線５’の交流抵抗が増加することになる。したがって、特許文献１に記載された変圧器においては、１次巻線４’に高周波電流を流したときには１次巻線４’から２次巻線５’へのエネルギーの伝達効率が低いという問題が生じる。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、従来の変圧器に比べて１次巻線から２次巻線へのエネルギーの伝達効率を高めた変圧器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、断面円形状の貫通孔を備える磁心と、貫通孔を貫通して磁心に巻回される１次巻線および２次巻線とを備え、１次巻線は、貫通孔の開口に沿った断面において貫通孔と同心円である仮想円内に均一に分布するように配置されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、１次巻線と２次巻線のうち少なくとも一方は複数回巻回され、貫通孔の開口に沿った断面において、複数回巻回された方の包絡線が貫通孔と同心円となり、他方は貫通孔と同心円である仮想円内に均一に分布するように配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明における変圧器においては、貫通孔の開口に沿った断面において仮想円内に均一に分布するように１次巻線は配置されているので、磁心がない場合に１次巻線に流れる電流により形成される磁束の形状は仮想円と同心の円形状となる。一方、仮想円は貫通孔の断面形状である円と同心円であるので、磁心が存在する場合においても貫通孔の周壁近傍の磁心内部に形成される磁束の断面は円形状となる。したがって、磁束の周波数が高くなり磁心の透磁率が低下する場合においても貫通孔の周壁近傍の磁心内部に形成される磁束の断面は円形状であり、磁心から貫通孔内に漏れ出す磁束がなく、漏れ出した磁束が１次巻線や２次巻線を貫いて１次巻線や２次巻線に渦電流を発生させて渦電流損を生じさせることがない。したがって、従来の変圧器に比べて１次巻線から２次巻線へのエネルギーの伝達効率を高めた変圧器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施形態１）
図１（ａ），（ｂ）を参照して本実施形態の変圧器の構成について説明する。本実施形態の変圧器は、断面円形状の２個の貫通孔３が並設された角柱状の磁心１と、１次巻線４および２次巻線５とで構成される。磁心１は、断面半円状の２個の溝が一対の両端縁に亘って略平行にそれぞれ凹設された角柱状の２個の半割磁心２を、それぞれの備える２個の溝をそれぞれ対向させて各溝が２個の貫通孔３を形成するように重ね合わせることによって形成される。
【００１２】
２次巻線５は２個の貫通孔３の中心軸部を通るように磁心１に略矩形状に１回巻回される。また、１次巻線４は、２個の貫通孔３を貫通させて２次巻線５の周囲に２次巻線５に沿って磁心１に複数回巻回される。各周回における１次巻線４は、貫通孔３内において、２次巻線５を回転対称軸として（つまり、貫通孔３の中心軸を回転対称軸として）回転対称性を有するように、また、隣接する１次巻線４の周面同士が接触するように配置される。
【００１３】
なお、１次巻線４と２次巻線５との間および各周回における各１次巻線４間は、例えば１次巻線４および２次巻線５に絶縁被覆電線を用いることにより絶縁される。
【００１４】
また、１次巻線４および２次巻線５は、例えば、合成樹脂成形品に埋め込まれて固定され、合成樹脂成形品の一部を貫通孔３の形状と略同一に形成し、貫通孔３の形状と略同一に形成した部位を貫通孔３内に配置することによって磁心１に取り付けられる。
【００１５】
上述より、貫通孔３の開口に沿った断面において、各周回の１次巻線４の包絡線は貫通孔３の中心を中心とする円（仮想円）となり１次巻線４は仮想円内に均一に分布していることになる。また、２次巻線５は貫通孔３の中心軸部に配置されているので、貫通孔３の開口に沿った断面において、２次巻線５の線径を径とし貫通孔の中心を中心とする仮想円内に２次巻線５は均一に分布していることになる。
【００１６】
次に、図３を参照して、貫通孔３の開口に沿った断面における１次巻線４に電流を流したときに発生する磁束の形状について以下に説明する。なお、上述のように１次巻線４および２次巻線５はそれぞれ貫通孔３を中心とする仮想円内に均一に分布しているので、図３においては各周回における１次巻線４を、１次巻線４が均一に分布する仮想円を外縁とし２次巻線５が均一に分布する仮想円を内縁とする円環として模式的に表している。また、図の一点鎖線の矢印は磁束を表している。断面円環の１次巻線４に電流が流れると、磁心１が存在しない場合は円環の中心を中心として円形状の磁束が形成される。一方、上述したように貫通孔３は断面円形状であって貫通孔３の中心と円環の中心とは一致しているので、磁心１が存在する場合において貫通孔３の周壁近傍の磁心１内部に形成される磁束は貫通孔３と同心円の円形状となる。
【００１７】
上述のように、貫通孔３の周壁近傍の磁心１内部に形成される磁束の断面は、磁心１の有無にかかわらず貫通孔３と同心円の円形状に形成されるので、１次巻線４に流れる電流の周波数が増加して磁心１の透磁率が低下する場合においてもその形状は変化しない。したがって、１次巻線４に流れる電流の周波数にかかわらず磁心１から貫通孔３内に漏れ出す磁束がなく、漏れ出した磁束が１次巻線４や２次巻線５を貫いて１次巻線４や２次巻線５に渦電流を発生させ、渦電流損を生じさせることがない。よって、従来の変圧器に比べて１次巻線４から２次巻線５へのエネルギーの伝達効率を高めた変圧器を実現することができる。
【００１８】
なお、本実施形態においては２次巻線５の周囲に１次巻線４を１層だけ巻回しているが、２層以上巻回してもよい。また、２次巻線５は貫通孔３の中心軸部に１回巻回しているが、貫通孔３の中心軸部に複数回巻回してもよい。さらに、１次巻線４の巻回回数が少ない場合は１次巻線４と２次巻線５との位置を反転させて巻回してもよい。
【００１９】
（実施形態２）
本実施形態の変圧器は、１次巻線４および２次巻線５の貫通孔３内での位置が実施形態１の変圧器と異なる。図４（ａ），（ｂ）を参照して、本実施形態の変圧器について説明する。１次巻線４は２個の貫通孔３を貫通させて貫通孔３の中心軸に沿って磁心１に矩形状に複数回巻回される。各周回における１次巻線４は、貫通孔３内において、一の周回における１次巻線４が貫通孔３の中心軸部に配置され、他の周回における１次巻線４が前記一の周回における１次巻線４の周囲に前記１次巻線４を回転対称軸として回転対称性を有するように、また、各周回における隣接する１次巻線４の周面同士が接触するように配置されている。２次巻線５は、貫通孔３内において１次巻線４に対する左右方向で、より他方の貫通孔３に近い側に配置されて１次巻線４に沿って２個の貫通孔３を貫通して磁心１に１回巻回されている。
【００２０】
上述より、貫通孔３の開口に沿った断面において、各周回の１次巻線４の包絡線は貫通孔３の中心を中心とする円（仮想円）となり１次巻線４は仮想円内に均一に分布していることになる。
【００２１】
次に、貫通孔３の開口に沿った断面における貫通孔３近傍の磁心１内部に形成される磁束の形状について以下に説明する。上述したように１次巻線４は仮想円内に均一に分布し、また、磁束は主として１次巻線４に流れる電流により発生するので、磁心１が存在しない場合に発生する磁束の形状は、仮想円と同心円の円形状に形成される。一方、上述したように貫通孔３は円形状であって貫通孔３の中心と仮想円の中心とは一致しているので、磁心１が存在する場合において貫通孔３の周壁近傍の磁心１内部に形成される磁束は貫通孔３と同心円の円形状となる。
【００２２】
上述のように、貫通孔３の開口に沿った断面において貫通孔３の周壁近傍の磁心１内部に形成される磁束は、磁心１の有無にかかわらず貫通孔３と同心円の円形状に形成されるので、磁束の周波数が増加して磁心１の透磁率が低下する場合においてもその形状は変化しない。したがって、１次巻線４に流れる電流の周波数にかかわらず磁心１から貫通孔３内に漏れ出す磁束がなく、実施形態１と同様に渦電流損が生じない。よって、従来の変圧器に比べて１次巻線４から２次巻線５へのエネルギーの伝達効率を高めた変圧器を実現することができる。
【００２３】
なお、本実施形態においては２次巻線５を１回巻回する構成としているが、これに限るものではなく、１次巻線４の周囲に複数回巻回してもよい。
【００２４】
また、上述の各実施形態においては、磁心１は２個の貫通孔３を備える構成であるが、これに限るものではなく、貫通孔３は１個であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態１の変圧器を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は一部破断した斜視図である。
【図２】実施形態１の変圧器の断面図である。
【図３】実施形態２の変圧器を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は一部破断した斜視図である。
【図４】従来例の変圧器の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  磁心
３  貫通孔
４  １次巻線
５  ２次巻線
【図１】
2009177020.tif 000003
【図２】
2009177020.tif 000004
【図３】
2009177020.tif 000005
【図４】
2009177020.tif 000006