JP5058120B2

JP5058120B2 - トランス

Info

Publication number: JP5058120B2
Application number: JP2008269375A
Authority: JP
Inventors: 裕二林; 浩己古村
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2028-10-20
Also published as: JP2010098207A

Description

本発明は、複数のトランスを用いるスイッチング電源装置及び複数のトランスが一体に成型されるトランスに関し、特にEMI(Electro Magnetic Interference:電磁気妨害）の低減を目的としたトランスに関するものである。

図１０、図１１に示すごとく、２つのトランスを一体化したトランスコアの構造として、３個のコアを有するトランスが知られている。このトランス９０は、第１磁性コア９１と、第２磁性コア９２と、第３磁性コア９３とを備え、これらの磁性コア９１〜９３の間に一次コイル９４および二次コイル９５が配置されている。

図１１に示すごとく、第１磁性コア９１と第２磁性コア９２との間には、間隙９７が形成されている。これにより、トランス９０の左側部分と右側部分とで別々の閉磁気回路φ１、φ２が形成される。つまり、このトランス９０は、左側トランスＴ１と右側トランスＴ２を一体に構成している。ここで仮に、間隙９７が無く、第１磁性コア９１と第２磁性コア９２とが繋がっていたとすると、図１２に示すごとく、コイル全体を回る閉磁気回路φが形成され、左側トランスＴ１と右側トランスＴ２に分離できなくなる。その結果、所望の機能を発揮できなくなる。

ＵＳＰ４６３５１７９特開２０００−３２４８３９号公報

しかし、図１１の構成を採用すると、間隙９７から磁界９８が放射され、これが電磁波ノイズとなって周辺に伝播する問題がある。この間隙９７から発生する電磁波ノイズにより、トランス９０の近傍の制御回路基板やフィルタ回路他機器が誤動作する等の不具合が生じる。そのため、間隙９７から電磁波ノイズが放射しにくいトランスが望まれている。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、磁性コアの間隙から発生する電磁波ノイズを低減可能なトランスを提供しようとするものである。

本発明は、一次コイルと、該一次コイルに同心的に配置される二次コイルとからなるコイル対を備えるトランスであって、
上記コイル対の軸線方向における一方側に配置され、上記コイル対の周方向における一部区間を内側から外側に渡って覆う第１磁性コアと、
上記コイル対の中心軸線に関して上記第１磁性コアの反対側に設けられ、該第１磁性コアとの間に所定の間隙が形成され、上記コイル対の周方向における一部区間を内側から外側に渡って覆う第２磁性コアと、
上記コイル対の軸線方向における他方側に配置され、上記第１磁性コアおよび上記第２磁性コアとの間で上記コイル対を軸線方向に挟む第３磁性コアと、
板状に形成されたベースプレートと、
を備え、上記第１磁性コアと上記第２磁性コアとが上記ベースプレートの主面に配置されるとともに、上記コイル対の軸線方向における、上記間隙の開口部を上記ベースプレートが塞ぐように構成されていることを特徴とするトランスにある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
本発明では、第１磁性コアおよび第２磁性コアが板状のベースプレート上に配置され、コイル対の軸線方向における、上記間隙の開口部をベースプレートが塞いでいる。そのため、第１と第２の磁性コアの間に設けた間隙から放射される電磁波ノイズをベースプレートにて遮蔽でき、これにより、トランスの周辺に設けられた制御基板等への電磁波ノイズ放射が低減でき、誤動作等を防止することが可能となる。

以上のごとく、本発明によれば、磁性コアの間隙から発生する電磁波ノイズを低減可能なトランスを提供することができる。

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明（請求項１）において、上記ベースプレートは導電性材料から構成されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、電磁波ノイズを遮断しやすくなるとともに、ベースプレートをＧＮＤにしてトランスの巻き線を接続することも可能になる。

また、上記ベースプレートは、上記間隙から放射される電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽部と、上記磁性コアから発生する熱を放熱する放熱板とを兼ねることが好ましい（請求項３）。
この場合には、磁性コアの冷却効果を高めることができる。また、磁性コア放熱用の専用部品を別途設ける必要がなくなる。

また、上記第１磁性コアと上記第２磁性コアとの上記間隙に嵌入される凸部が上記ベースプレートに形成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、第１磁性コアおよび第２磁性コアと、ベースプレートとを容易に固定することが可能となる。つまり、実装時には間隙のばらつきは小さいので、上記凸部を間隙に嵌入した時のぐら付きは小さく、しっかりと固定できる。また、ベースプレートと磁性コアとの接触面積が大きくなるので、冷却効率も向上する。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるトランスにつき、図１〜図４を用いて説明する。図１はトランス１の断面図であり、図２はその分解斜視図である。図２は、図１と比較して上下を逆にして描いてある。
本例のトランス１は、図１、図２に示すごとく、一次コイル２１と、一次コイル２１に同心的に配置される二次コイル２２とからなるコイル対２を備える。
そして、コイル対２の周方向における一部区間を内側から外側に渡って覆う第１磁性コア１１が、コイル対２の軸線方向における一方側に配置されている。
また、第１磁性コア１１との間に所定の間隙４が形成され、コイル対２の周方向における一部区間を内側から外側に渡って覆う第２磁性コア１２が、コイル対２の中心軸線Ａに関して第１磁性コア１１の反対側に設けられている。
さらに、第１磁性コア１１および第２磁性コア１２との間でコイル対２を軸線方向に挟む第３磁性コア１３が、コイル対２の軸線方向における他方側に配置されている。
また、板状に形成されたベースプレート３を備える。そして、第１磁性コア１１と第２磁性コア１２とがベースプレート３の主面３０に配置されるとともに、コイル対２の軸線方向における、間隙４の開口部４０をベースプレート３が塞ぐように構成されている。

より詳しくは、上記ベースプレート３は、ケーシングや冷却のための部材である。このベースプレート３は、アルミニウムや銅等の導電性材料から構成されている。各磁性コア１１〜１３は、鉄やフェライト等の磁性体から構成されている。また、図２に示すごとく、第１磁性コア１１と第２磁性コア１２には、平坦面１１ａ，１２ａが形成され、これら平坦面１１ａ，１２ａがベースプレート３の主面３０に密着するように、第１磁性コア１１と第２磁性コア１２とが各々配置されている。
また、第３磁性コア１３は、第１磁性コア１１に対応する第１部分１３ａと、第２磁性コア１２に対応する第２部分１３ｂと、間隙４に対応する第３部分１３ｃとから構成されている。

図２に示すごとく、第１磁性コア１１は板状の本体部１１ｂと、該本体部１１ｂから第３磁性コア１３に向けて突出する壁部１１ｃ及び柱部１１ｄを備える。また、第２磁性コア１２も同様の構造をしており、板状の本体部１２ｂと、該本体部１２ｂから第３磁性コア１３に向けて突出する壁部１２ｃ及び柱部１２ｄを備える。
第３磁性コア１３は、板状の本体部１３ｄと、該本体部１３ｄの両端から第１磁性コア１１、第２磁性コア１２へ向けて突出する壁部１３ｆ，１３ｇと、本体部１３ｄの中央位置にて第１磁性コア１１、第２磁性コア１２へ向けて突出する柱部１３ｅとを備える。

そして、図１に示すごとく、第１磁性コア１１の壁部１１ｃが第３磁性コア１３の壁部１３ｆに接触し、柱部１１ｄが柱部１３ｅに接触している。また、第２磁性コア１２の壁部１２ｃが第３磁性コア１３の壁部１３ｇに接触し、柱部１２ｄが柱部１３ｅに接触している。そして、柱部１１ｄ，１２ｄ，１３ｅを中心にコイル対２が配置される構成になっている。
なお、壁部１１ｃと壁部１３ｆとを、僅かに隙間をおいて配置することもできる。この場合の隙間は、例えば間隙４よりも狭いものとされる。同様にして、柱部１１ｄと柱部１３ｅ、柱部１２ｄと柱部１３ｅ、壁部１２ｃと壁部１３ｇとを、僅かに隙間をおいて配置することもできる。
図２に示すごとく、第３磁性コア１３の、壁部１３ｆから柱部１３ｅの右端までが上記第１部分１３ａを構成している。また、第３磁性コア１３の、壁部１３ｇから柱部１３ｅの左端までが上記第２部分１３ｂを構成している。さらに、間隙４に対向する部分（柱部１３ｅの中央部分）が上記第３部分１３ｃを構成している。

一方、一次コイル２１は銅線を巻き回して形成したもので、その巻数は適宜調節される。二次コイル２２は銅板を加工して形成したもので、出力端子２２ａ，２２ｂと、中間端子２２ｃを備える。

一次コイル２１、二次コイル２２に交流電圧が印加され交流電流が流れると、これらのコイル２１，２２が発熱するとともに、磁性コア１１〜１３内に発生する磁束によりコアが発熱する。ベースプレート３は、これら磁性コア１１〜１３から発生する熱を吸収して放熱する放熱板としても機能している。

一方、図１に示すごとく、トランス１には２つの磁束φ１，φ２が各々独立して形成される。つまり、第３磁性コア１３の第１部分１３ａと、第１磁性コア１１とにより第１トランスＴ１が構成され、第２部分１３ｂと、第２磁性コア１２とにより第２トランスＴ２が構成されている。第１磁性コア１１と第２磁性コア１２とが分離されているため、このように２個のトランスＴ１、Ｔ２が独立して形成される。ここで仮に、第１磁性コア１１と第２磁性コア１２とが繋がっていたとすると、上述（図１２参照）したように全体を回る磁束φが形成されてしまい、１個のトランスにしかならない。

次に、トランス１の周辺回路について説明する。図３に示すごとく、トランス１は一次コイル２１と二次コイル２２とを備え、一次コイル２１は第１巻線部Ｗ１と第２巻線部Ｗ２とからなる。また、二次コイル２２は第３巻線部Ｗ３と第４巻線部Ｗ４とからなる。そして、第１巻線部Ｗ１と第３巻線部Ｗ３とから第１トランスＴ１が構成され、第２巻線部Ｗ２と第４巻線部Ｗ４とから第２トランスＴ２が構成される。

図示するごとく、一次コイル２１はインバータ５に接続されている。入力端子５１，５２に直流電圧を印加するとインバータ５によって交流電圧に変換され、一次コイル２１に交流電流が流れる。トランス１はコイルの巻数に応じて交流電圧を変圧する。二次コイル２２の出力端子２２ａ，２２ｂにはダイオード６３，６４（ＭＯＳ−ＦＥＴでも可）が接続され、これにより交流電圧を整流して直流電圧を取り出している。ダイオード６３，６４のカソードはそれぞれ接続され、正極の出力端子６１に繋がっている。また、二次コイル２２の中間端子２２ｃ（図２参照）は負極になっており、これら正極と負極との間に平滑用のコンデンサＣが接続されている。
このように、トランス１内に２個のトランスＴ１，Ｔ２を構成することで、軽量化できるとともに、回路の簡略化、コイル長の短縮による損失低減、製造コストの低減等を達成できる。

本例のトランス１は電気自動車やハイブリッドカー等の車両用のＤＣ−ＤＣコンバータに用いることができる。入力端子５１，５２には例えば３００Ｖ程度の高電圧が印加される。この高電圧をトランス１によって降圧し、出力端子６１，６２から１４Ｖ程度の直流電圧を取り出して、カーエアコン、バッテリー、ライト等の車載用補機部品を駆動することができる。

一方、図４に示すごとく、ベースプレート３上にはトランス１の他、制御回路７、直流入力電圧をスイッチングすることで交流電圧を発生させるインバータ、ダイオード（６３，６４）やＭＯＳＦＥＴで構成される２次側整流回路、２次側出力部の平滑コンデンサを含むフィルタ回路が取り付けられる。この制御回路７は、例えば上述したインバータ５を制御するもので、締結部材７０（雄螺子）によってベースプレート３に固定されている。
なお、トランス１と制御回路７は、亜鉛メッキ鋼板等から構成されるケース７１に収納されている。

本例のトランス１は、図５、図６のようにすることもできる。このトランス１では、一次コイル２１は第１巻線部Ｗ１、第２巻線部Ｗ２、第４巻線部Ｗ４、第５巻線部Ｗ５からなり、二次コイル２２は第３巻線部Ｗ３と第６巻線部Ｗ６とからなる。そして、第１巻線部Ｗ１と、第２巻線部Ｗ２と、第３巻線部Ｗ３とによってトランスＴ１が構成され、第４巻線部Ｗ４と、第５巻線部Ｗ５と、第６巻線部Ｗ６とによってトランスＴ２が構成されている。
また、第１巻線部Ｗ１と第４巻線部Ｗ４とは直列接続されて第１コイル対を構成し、第２巻線部Ｗ２と第５巻線部Ｗ５とは直列接続されて第２コイル対を構成している。そして、入力端子５１，５２間に直流電圧を印加し、第１コイル対（第１巻線部Ｗ１、第４巻線部Ｗ４）を通じて、主スイッチＱ１と第２コイル対（第２巻線部Ｗ２、第５巻線部Ｗ５）との接続点に給電する回路となっている。スイッチＱ１，Ｑ２は、ＰＷＭ制御等のパルス制御方式により制御される。
このようにすると、小型軽量化、スイッチング素子数低減、入力電流と出力電流のリプル成分の低減が可能になる。

なお、本例のトランス１は、図７のようにすることもできる。このトランス１は、図２のトランス１と比較して、第１磁性コア１１と第２磁性コア１２の形状が異なる。
また、図８のようにしてもよい。このトランス１は、第３磁性コア１３の柱部１３ｅおよび壁部１３ｇ、１３ｆが無く、板状にされている。

次に、本例の作用効果について説明する。
本例のトランス１は、図１、図２に示すごとく、第１磁性コア１１と第２磁性コア１２とがベースプレート３上に配置され、間隙４の開口部４０がベースプレート３によって塞がれている。
これにより、間隙４から放射される電磁波ノイズ（図１１参照）をベースプレート３により遮蔽することができ、トランス１の周辺に存在する制御基板７（図４参照）やフィルタ回路等の誤動作を防止することができる。また、トランス１の周辺に存在するラジオ、例えばカーラジオ等にノイズが入ることを防止できる。
また、図１に示すごとく、間隙４の開口部４０の反対側には第３磁性コア１３の柱部１３ｅが存在しているため、この柱部１３ｅによって電磁波ノイズが遮蔽され、上方に放射されにくい構造になっている。

また、本例では、ベースプレート３は導電性材料から構成されている。
この場合には、電磁波ノイズを遮断しやすくなるとともに、ベースプレート３を２次側の負極としてトランス１の二次巻き線や平滑コンデンサを接続することも可能になる。

また、ベースプレート３は、間隙４から放射される電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽部と、磁性コア１１〜１３から発生する熱を放熱する放熱板とを兼ねる。
この場合には、磁性コア１１〜１３の冷却効果を高めることができる。また、放熱用の専用部品を別途設ける必要がなくなる。

一方、図４に示すごとく、ベースプレート３上には制御基板７等が配置され、締結部材７０によって固定されている。ベースプレート３の厚さは８ｍｍ以上であることが好ましい。厚さが８ｍｍ以上であれば、締結部材７０によって制御基板７をしっかりと固定できる。

さらに、トランス１は制御基板７等とともにケース７１内に収納されている。これにより、トランス１から僅かに漏れる電磁波ノイズをケース７１にて遮蔽することができる。そのため、電磁波ノイズの外部への放射量を一層、低減することが可能となる。

以上のごとく、本発明によれば、磁性コア１１，１２の間隙４から電磁波ノイズが放射しにくいトランス１を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図９に示すごとく、ベースプレート３の形状を変えた例である。図示するごとく、本例のトランス１は、第１磁性コア１１と第２磁性コア１２との間隙４に嵌入される凸部３１がベースプレート３に形成されている。
その他、実施例１と同様の構成を有する。

この場合には、第１磁性コア１１および第２磁性コア１２と、ベースプレート３とを容易に固定することが可能となる。つまり、実装時には間隙４のばらつきは小さいので、凸部３１を間隙４に嵌入した時のぐら付きは小さく、しっかりと固定できる。また、ベースプレート３と磁性コア１１，１２との接触面積が大きくなるので、冷却効率も向上する。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

実施例１における、トランスの断面図。実施例１における、トランスの分解斜視図であって、図１と上下を逆にした図。実施例１における、トランスの回路図。実施例１における、トランスと周辺基板の全体断面図。実施例１における、トランスの回路図であって、回路構成を変えた例。実施例１における、トランスの断面図であって、図５に対応する図。実施例１における、トランスの分解斜視図であって、第１磁性コアと第２磁性コアの形状を変更した例。実施例１における、トランスの分解斜視図であって、第３磁性コアの形状を変更した例。実施例２における、トランスの断面図。従来例における、トランスの分解斜視図。従来例における、トランスの断面図。従来例における、仮に磁性コイルの隙間を設けなかった場合の断面図。

符号の説明

１トランス
１１第１磁性コア
１２第２磁性コア
１３第３磁性コア
１３ａ第１部分
１３ｂ第２部分
１３ｃ第３部分
２コイル対
２１一次コイル
２２二次コイル
３ベースプレート
４間隙
Ａ（コイル対の）中心軸線

Claims

一次コイルと、該一次コイルに同心的に配置される二次コイルとからなるコイル対を備えるトランスであって、
上記コイル対の軸線方向における一方側に配置され、上記コイル対の周方向における一部区間を内側から外側に渡って覆う第１磁性コアと、
上記コイル対の中心軸線に関して上記第１磁性コアの反対側に設けられ、該第１磁性コアとの間に所定の間隙が形成され、上記コイル対の周方向における一部区間を内側から外側に渡って覆う第２磁性コアと、
上記コイル対の軸線方向における他方側に配置され、上記第１磁性コアおよび上記第２磁性コアとの間で上記コイル対を軸線方向に挟む第３磁性コアと、
板状に形成されたベースプレートと、
を備え、上記第１磁性コアと上記第２磁性コアとが上記ベースプレートの主面に配置されるとともに、上記コイル対の軸線方向における、上記間隙の開口部を上記ベースプレートが塞ぐように構成されていることを特徴とするトランス。
請求項１において、上記ベースプレートは導電性材料から構成されていることを特徴とするトランス。
請求項１または請求項２において、上記ベースプレートは、上記間隙から放射される電磁波を遮蔽する電磁波遮蔽部と、上記磁性コアから発生する熱を放熱する放熱板とを兼ねることを特徴とするトランス。
請求項１〜請求項３において、上記第１磁性コアと上記第２磁性コアとの上記間隙に嵌入される凸部が上記ベースプレートに形成されていることを特徴とするトランス。