JP4183194B2 - インダクタンス素子 - Google Patents

Description

本発明は、巻線長を短くして銅損を減少させ得ると共に、引出し部分から発生する磁界を低減し得るインダクタンス素子に係り、スイッチング電源装置の電力電送用のトランスに適用可能であって、特にＡＣ−ＤＣコンバータに好適なものである。

スイッチング電源装置の電力電送用のトランス等を構成するインダクタンス素子においては、巻枠に巻線材を巻いてコイルとする際に、巻線材を束ねて並列にして巻くバイファイラ巻きという巻き方が採用されているものが、従来より存在していた。例えば、図７に示すように４本の巻線材１１８を並列に並べて磁芯１１４の周りに直接それぞれ３ターンずつ巻いて、コイル１２０を４つ作製する構造が考えられる。
特開平９−３５９４９号公報 特開平１０−６６２５４号公報 特開平８−１８１０１８号公報

しかし、各種のトランスの内でも薄型化を図り、板状の磁芯に１層だけ巻線材を巻く場合、各巻線材が斜めに巻かれる関係から、巻線長が必要以上に長くなる。この結果として、複数コイルの並列巻きでは銅損が増大する欠点を有していた。

更に、複数の巻線材の引出し部分が隣り合って配置される関係から、各引出し部分から発生する磁界が相互に作用して、ノイズやリーケージインダクタンスが増大する欠点も有していた。
本発明は上記事実を考慮し、巻線長を短くして銅損を減少させ得ると共に、引出し部分から発生する磁界を低減し得るインダクタンス素子を提供することを目的とする。

請求項１によるインダクタンス素子は、複数のコイルが巻枠に並列に巻かれた形のインダクタンス素子であって、
前記巻枠が、各突出した部分にそれぞれ植設された複数の端子を有する一対の巻枠構成片により、構成され、
各巻枠構成片につき１本の巻線材によって複数のコイルを巻き、これら各コイルの巻線端末が前記巻枠構成片の複数の端子に絡げられると共に、隣り合ったコイル同士が相互に逆巻きでそれぞれ所定ターン数巻かれることを特徴とする。

請求項１に係るインダクタンス素子によれば、複数のコイルが巻枠に並列に巻かれ、この巻枠が、各突出した部分にそれぞれ植設された複数の端子を有する一対の巻枠構成片により、構成されるだけでなく、各巻枠構成片につき１本の巻線材によって複数のコイルを巻き、これら各コイルの巻線端末が巻枠構成片に設けられた複数の端子に絡げられると共に、隣り合ったコイル同士が相互に逆巻きでそれぞれ所定ターン数巻かれた構成を有している。

つまり、複数のコイルが巻枠に並列に巻かれる際に、各巻枠構成片につき１本の巻線材によって巻かれた各コイルの巻線端末が巻枠構成片の複数の端子に絡げられることで、一本の巻線材により複数のコイルを形成可能になり、これに伴って巻線長を短くして銅損を減少させることができる。

さらに、隣り合ったコイル同士が相互に逆巻きでそれぞれ所定ターン数巻かれるのに伴い、端子を挟んだコイル間で電流の向きが相互に逆になる。この為、巻線材の引出し部分である端子において発生する磁界が打ち消し合って小さくなって、ノイズが低減されると共に、引出し部分のリーケージインダクタンスが低減されるという効果も有している。

請求項２に係るインダクタンス素子によれば、請求項１のインダクタンス素子と同様の構成の他に、トランスの１次側巻線及び２次側巻線にそれぞれ適用されるインダクタンス素子であって、１次側巻線及び２次側巻線それぞれについて、各１本の巻線材によって複数のコイルを巻き、これら各コイルの巻線端末が前記巻枠構成片の複数の端子に絡げられると共に、隣り合ったコイル同士が相互に逆巻きでそれぞれ所定ターン数巻かれるという構成を有している。

従って、本請求項によれば、１次側巻線及び２次側巻線をそれぞれ有するようなトランスに請求項１の構成を採用することで、トランス全体として、巻線長を短くして銅損を減少させるだけでなく、ノイズの低減及び引出し部分のリーケージインダクタンスの低減が可能となるという効果も有している。

請求項３に係るインダクタンス素子によれば、請求項１及び請求項２のインダクタンス素子と同様の構成の他に、端子が取り付けられた巻枠が磁芯の下部に配置され、この磁芯を巻き込んで複数のコイルが巻枠に巻かれるという構成を有している。従って、本請求項によれば、磁芯の下部に巻枠が配置されるという構成とされるのに伴い、巻枠だけでなくこの磁芯を巻き込んでコイルが巻かれているので、磁芯に巻かれる形の各コイルの巻線端末が端子に絡げられている構造のインダクタンス素子を容易に作製可能となる。

請求項４に係るインダクタンス素子によれば、請求項３のインダクタンス素子と同様の構成の他に、複数のコイルが巻かれている磁芯部分の厚さをコイルが巻かれていない部分より薄く形成したという構成を有している。つまり、コイルが巻かれた磁芯の部分はコイル分厚くなるものの、本請求項では、コイルが巻かれた部分を薄く形成したことで、この部分が他の部分と比較して必要以上に厚くならず、インダクタンス素子の薄型化が図れるようになる。

本発明によれば、巻線長を短くして銅損を減少させ得ると共に、引出し部分から発生する磁界を低減し得るインダクタンス素子を得ることが可能となり、スイッチング電源装置の電力電送用のトランスに適用可能なインダクタンス素子が得られる。

以下、本発明に係るインダクタンス素子が適用されたトランスの一実施例を図１から図６に示し、これらの図面に基づきこの一実施例を説明する。
図１から図３に示すように、本実施例に係るトランス１０は、巻枠１２上に長方形で中央が開口された形の磁芯１４が配置された構造とされており、この磁芯１４の下部に配置された巻枠１２の両側には、磁芯１４の長手方向に沿って直線状に並ぶように５つの端子１６がそれぞれ植設されている。尚、この磁芯１４におけるコイル２０を巻いた部分が、コイル２０を巻いていない部分より薄い形状にこの磁芯１４はなっている。

このトランス１０を構成する１次側巻線２２及び２次側巻線２４の内の例えば１次側巻線２２は、図２及び図３に示すように、巻枠１２を巻き込んだ形で磁芯１４に複数である例えば４つのコイル２０がそれぞれ巻かれていて、これら４つのコイル２０が並列に配置された構造になっている。

但し、図２に示すように、各コイル２０は１本の巻線材１８で繋がった形で形成されていて、各コイル２０の巻線端末となる各コイル２０間の巻線材１８が、端子１６に一旦絡げられて半田付けされてから隣のコイル２０に延びる構造になっていると共に、この巻線材１８の始端１８Ａ及び終端１８Ｂも同様に端子１６にそれぞれ絡げられて半田付けされた構造になっている。そして、この１次側巻線２２の隣り合ったコイル２０同士は相互に逆巻きで巻かれており、また、それぞれのコイル２０は、所定ターン数である例えば３ターン巻かれた構造になっていることから、図４に示す回路図では矢印のように電流が流れるようになる。

以上のような構造に、本実施例に係るトランス１０を構成する入力側である１次側巻線２２は形成されているが、この１次側巻線２２と対向して配置された出力側である２次側巻線２４も同様の構造になっている。

次に、本実施例に係るトランス１０の製造手順について説明する。
まず、５本の端子１６が突出した部分にそれぞれ植設された構造にされ且つ、巻枠１２の半分ずつの部分をそれぞれ構成する図５に示す巻枠構成片１２Ａを一対製作（図５では１つのみ示す）する。

この後、図５に示すように、巻枠構成片１２Ａ上に磁芯１４の太さと同じ太さのダミー材２６を配置した状態で、この巻枠構成片１２Ａを巻き込んだ形としつつ、１本の巻線材１８により４つのコイル２０をダミー材２６廻りにそれぞれ巻くようにする。

この際、まず巻線材１８の始端１８Ａを図５における最右端の端子１６に絡げてから、この巻線材１８を３ターン巻いて隣の端子１６に一旦絡げるようにする。この後、逆方向に３ターン巻いて次の端子１６に絡げ、次に、再び元の向きに３ターン巻いて次の端子１６に絡げ、更に逆方向に３ターン巻いて巻線材１８の終端１８Ｂを最左端の端子１６に絡げるという手順で、各コイル２０をダミー材２６及び巻枠構成片１２Ａ廻りに巻くようにする。

そして、各端子１６廻りの巻線材１８を半田付けした後、一対の巻枠構成片１２Ａからそれぞれダミー材２６を引き抜き、図６に示すようにこれら一対の巻枠構成片１２Ａを組み合わせて巻枠１２とした状態で、ダミー材２６の替わりに一対の部材から成る磁芯１４を挿入することで、トランス１０を構成する１次側巻線２２及び２次側巻線２４が完成されることになる。

次に、本実施例に係るトランス１０の作用を説明する。
本実施例に係るトランス１０によれば、１次側巻線２２及び２次側巻線２４をそれぞれ有しているが、１次側巻線２２及び２次側巻線２４それぞれについて、複数のコイル２０が磁芯１４に並列に巻かれるだけでなく、各コイル２０の巻線材１８が端子１６に絡げられると共に、隣り合ったコイル２０同士が相互に逆巻きでそれぞれ所定ターン数巻かれた構成を有している。

つまり、複数のコイル２０が磁芯１４に並列に巻かれる際に、各コイル２０の巻線材１８が端子１６に絡げられることで、一本の巻線材１８により複数のコイル２０を形成可能になり、これに伴って巻線長を短くして銅損を減少させることができる。

さらに、隣り合ったコイル２０同士が相互に逆巻きでそれぞれ所定ターン数巻かれるのに伴い、図４に示すように、端子１６を挟んだコイル２０間で電流の向きが相互に逆になる。この為、巻線材１８の引出し部分である端子１６において発生する磁界が打ち消し合って小さくなって、ノイズが低減されると共に、引出し部分のリーケージインダクタンスが低減されるという効果も有している。

そして、本実施例によれば、図１に示すように、１次側巻線２２及び２次側巻線２４をそれぞれ有するようなトランス１０に上記の構造を採用することにより、トランス１０を構成する１次側巻線２２及び２次側巻線２４それぞれで、上記の作用効果を奏するようになる。

他方、本実施例によれば、端子１６が取り付けられた巻枠１２が磁芯１４の下部に配置されていて、巻枠１２だけでなくこの磁芯１４を巻き込んで、コイル２０が巻枠１２に巻かれているので、磁芯１４に巻かれる形の各コイル２０の巻線材１８が端子１６に絡げられている構造のインダクタンス素子を容易に作製可能となる。

また、コイル２０が巻かれた磁芯１４の部分はコイル２０分厚くなるものの、本実施例では、磁芯１４のコイル２０が巻かれた部分をコイル２０が巻かれていない部分より薄く形成しているので、この部分が他の部分と比較して必要以上に厚くならず、磁芯１４の占有面積が小さくなって、トランス１０の薄型化が図れるようになる。

次に、巻線材１８を１層だけ巻く際において、従来技術と比較して本実施例の巻線長が短くなる点を式を用いて説明する。
図７に示す従来技術の構造では、巻線長ＬがＬ＝Ｎ√（４Ｗ² ＋ＭΦ² ）の式に基づく長さとされるのに対して、本実施例の構造では、巻線長ＬがＬ＝Ｎ√（４Ｗ² ＋Φ² ）となるので、図７の従来技術と比較して本実施例ではコイルの巻線長が短くなる。ここで、Ｍはコイルの並列数、Ｎは巻線材のターン数、Φは巻線材の直径、Ｗはコイルの巻径を意味する。

尚、上記実施例における１次側巻線２２と２次側巻線２４に適用された巻線材１８を三重絶縁された構造のものを採用することにより、薄型トランスでありながら、絶縁性が高まって、安全規格を満足することが可能となる。

他方、上記実施例では、コイルの数を４とすると共にターン数を３としたが、これらのコイルの数やターン数は他の数としても良く、また、上記実施例では、１次側巻線及び２次側巻線をそれぞれについて、本発明のインダクタンス素子を適用したが、何れか一方のみに適用しても良い。

本発明の一実施例に係るトランスの斜視図図である。 本発明の一実施例に係るトランスの１次側巻線を示す平面図である。 図２の３−３矢視線断面図である。 本発明の一実施例に係るトランスの１次側巻線の回路図である。 本発明の一実施例に係るトランスの組み立てを説明する図であって、ダミー材及びベース構成片廻りにコイルを巻いた状態を示す平面図である。 本発明の一実施例に係るトランスの組み立てを説明する図であって、巻枠に磁芯を挿入する状態を示す平面図である。 従来技術のバイファイラ巻きによるコイルの構造を示す平面図である。

符号の説明

１０ トランス（インダクタンス素子）
１２ 巻枠
１４ 磁芯
１６ 端子
１８ 巻線材
２０ コイル

Claims (4)

1. 複数のコイルが巻枠に並列に巻かれた形のインダクタンス素子であって、
   前記巻枠が、各突出した部分にそれぞれ植設された複数の端子を有する一対の巻枠構成片により、構成され、
   各巻枠構成片につき１本の巻線材によって複数のコイルを巻き、これら各コイルの巻線端末が前記巻枠構成片の複数の端子に絡げられると共に、隣り合ったコイル同士が相互に逆巻きでそれぞれ所定ターン数巻かれることを特徴とするインダクタンス素子。
2. トランスの１次側巻線及び２次側巻線にそれぞれ適用されるインダクタンス素子であって、
   １次側巻線及び２次側巻線それぞれについて、各１本の巻線材によって複数のコイルを巻き、これら各コイルの巻線端末が前記巻枠構成片の複数の端子に絡げられると共に、隣り合ったコイル同士が相互に逆巻きでそれぞれ所定ターン数巻かれることを特徴とする請求項１記載のインダクタンス素子。
3. 前記巻枠が磁芯の下部に配置され、
   この磁芯を巻き込んで複数のコイルが前記巻枠に巻かれることを特徴とする請求項１或いは請求項２に記載のインダクタンス素子。
4. 複数のコイルが巻かれている磁芯部分の厚さを該コイルが巻かれていない部分より薄く形成したことを特徴とする請求項３記載のインダクタンス素子。

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