JP2009027045A

JP2009027045A - トランス

Info

Publication number: JP2009027045A
Application number: JP2007190214A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Uesono; 伸隆上園
Original assignee: TDK Lambda Corp
Current assignee: TDK Lambda Corp
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】簡単な構造変更によって、第１導体と第２導体との間の容量結合を減少させることが可能なトランスを提供する。
【解決手段】絶縁材からなる基材６をはさんで、何れもループ状のパターン部11Ａを有する第１導体27Ａと、パターン部11Ｂを有する第２導体27Ｂを上下にそれぞれ形成したコイル基板体24と、コイル基板体24の上下からはさみ込むように配置され、第１導体27Ａのパターン部11Ａおよび第２導体27Ｂのパターン部11Ｂを磁気的に結合させるコア１，２と、からなるトランスにおいて、前記第１導体27Ａのパターン部11Ａと、第２導体27Ｂのパターン部11Ｂとを、異なる径に形成している。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、モジュール型電源などにおいて、特にその一部がコイル基板体としてモジュール型電源に組み込まれ、こうしたコイル基板体とコアとにより構成される薄型構造のトランスに関する。

最近の電源用トランスにおいては、薄型化、小型化が求められている。このようなトランスの薄型化、小型化のために、ボビンにワイヤーを巻きつけて構成された巻線型のコイルに代わり、基材をはさんで上下に導体を形成した薄型のコイル基板体が用いられてきている。コイル基板体は、コイルパターン化されたループ状のパターン部を有する第１導体および第２導体を、必要な厚みの絶縁材なる基材の上下両面にそれぞれ形成している。そして、必要に応じてコイル基板体が積層され、第１導体の端末間および第２導体の端末間をそれぞれ接続することで、トランスの一次巻線と二次巻線になる２つの独立したコイルが形成され、薄型化、小型化される（特許文献１参照）。

図４は、従来の薄型トランスにおける組み立て分解斜視図の１例である。同図に示すように、薄型トランスは、一乃至複数のコイル基板体４と、これらのコイル基板体４を上下両側からはさんでいるコア１，２とで構成されている。トランス用のコア１，２の中央部には何れも中央脚部３があり、以下で説明するコイル基板体４の中心に設けた挿入孔６に挿入されるようになっている。

各コイル基板体４については、必要な厚みｄの絶縁材からなる基材５の上下両面に導体７を形成してコイルパターン化しており、中心にはコア１，２の中央脚部３を挿通するための挿入孔６が形成されている。基材５の両面には、銅箔などの導体７がパターン形成される。

次に、図５Ａ〜図５Ｃを参照しながら、コイル基板体４の細部について説明する。ここで、図５Ａは図４におけるコイル基板体４の上面（一次巻線）側からみた平面図であり、図５Ｂは図５Ａのコイル基板体４のａ−ａ’断面図であり、図５Ｃは複数のコイル基板体４を積層する場合の組み立て断面図である。

前記導体７は、基材５の一側面である上面に、トランスの一次巻線（入力）としての第１導体７Ａを形成し、基材５の他側面である下面に、トランスの二次巻線（出力）としての第２導体７Ｂが形成される。第１導体７Ａは、ループ状のパターン部31Ａと、このパターン部31Ａの一端と他端からそれぞれ外方に延びる接続部32Ａ，33Ａとにより構成され、接続部32Ａ，33Ａの先端には、何れも金属体からなるスルーホール34が設けられる。同様に、第２導体７Ｂは、ループ状のパターン部31Ｂと、このパターン部31Ｂの一端と他端からそれぞれ外方に延びる接続部32Ｂ，33Ｂとにより構成され、接続部32Ｂ，33Ｂの先端には、何れも金属体からなるスルーホール34が設けられる。第１導体７Ａのパターン部31Ａと第２導体７Ｂのパターン部31Ｂは、共通するコア１，２で磁気的に結合するために、何れも基材５に設けられた挿入孔６の周囲に各１ターンのコイルとして形成されている。

図５Ｃに示すように、平板状のコイル基板体４は、パターン部31Ａ，31Ｂのターン数を増やしたり、あるいは導体７の電流容量を増やすために、好ましくは複数枚を上下に積層して設けられる。この場合、例えば一つのコイル基板体４において、第１導体７Ａの一方の接続部32Ａに設けたスルーホール34と、別なコイル基板体４において、第１導体７Ａの他方の接続部33Ａに設けたスルーホール34とを半田で接続すれば、２ターンのコイルを形成することができる。また、一つのコイル基板体４において、第１導体７Ａの一方の接続部32Ａに設けたスルーホール34と、別なコイル基板体４において、第１導体７Ａの一方の接続部32Ａに設けたスルーホール34とを半田で接続すると共に、一つのコイル基板体４において、第１導体７Ａの他方の接続部33Ａに設けたスルーホール34と、別なコイル基板体４において、第１導体７Ａの他方の接続部33Ａに設けたスルーホール34とを半田で接続すれば、ターン数は１のままで、第１導体７Ａとしての電流容量を２倍に増やすことができる。

さらに、ループ状に形成されたパターン部31Ａ，31Ｂは、互いに同じ大きさのループ径Ｌ３を有し、絶縁材である基材５をはさんで上下重なる位置、すなわち図５Ｂに示すコイル基板体４の断面からみて、基材５に対して対向する位置に構成される。なお、第１導体７Ａの接続部32Ａ，33Ａと、第２導体７Ｂの接続部32Ｂ，33Ｂは、互いが干渉し合わないように、基材５の一側と他側にそれぞれ分かれて配置される。
特開平１１−３０７３６７号公報

上記従来例のトランスにおいて、トランスの一次巻線をなす第１導体７Ａのパターン部31Ａと、二次巻線をなす第２導体７Ｂのパターン部31Ｂが交互に積層され、しかもこれらのパターン部31Ａ，31Ｂが、コイル基板体４の断面からみて基材５をはさんで上下に重なる位置にあるため、対向するパターン部31Ａ，31Ｂどうしの面積が大きく、第１導体７Ａと第２導体７Ｂとの間に大きな静電容量が生じていた。

こうなると、トランスの一次巻線と二次巻線との間の容量結合が増加し、モジュール型電源として、トランスを介して二次側に出力ノイズなどが伝達されてしまう。このように、トランスの特性が悪化することにより、トランス単体のみならず、トランスを組み込んだ例えばモジュール型電源などにも悪影響を及ぼす懸念を生じていた。

そこで本発明は、簡単な構造変更によって、第１導体と第２導体との間の容量結合を減少させることが可能なトランスを提供することを目的とする。

上記目的は、絶縁材からなる基材をはさんで、何れもループ状のパターン部を有する第１導体と第２導体を上下にそれぞれ形成したコイル基板体と、前記コイル基板体の上下からはさみ込むように配置され、前記第１導体および前記第２導体の各パターン部を磁気的に結合させるコアと、からなるトランスにおいて、前記第１導体のパターン部と、前記第２導体のパターン部を、異なる径に形成することによって解決される。

請求項１の発明では、基材をはさんで上下にそれぞれ配置される第１導体と第２導体に関し、ループ状に形成した第１導体のパターン部と、同じくループ状に形成した第２導体のパターン部の径を、意図的に異なるように配置する。こうすると、第１導体のパターン部と第２導体のパターン部との対向面積が小さくなり、第１導体のパターン部と第２導体のパターン部との間の静電容量は小さくなる。このように、何れもループ状をなす第１導体のパターン部と第２導体のパターン部の径を異ならせるだけの簡単な構造変更によって、第１導体と第２導体との間の容量結合を減少させることが可能になり、例えばこうしたトランスをモジュール電源などに組み込んだ場合に、トランスの一次側から二次側への出力ノイズを低減することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明における薄型トランスの好ましい実施例を説明する。なお、従来例と共通する箇所には共通する符号を付し、その共通する部分の説明は重複を避けるため極力省略する。

図１Ａ〜図１Ｃは、モジュール電源などに組み込まれる薄型トランスの好ましい実施形態の一つを示すもので、図１Ａは、本発明におけるコイル基板体24の上面（一次巻線）側からみた平面図であり、図１Ｂは、図１Ａのコイル基板体24のｂ−ｂ’断面図であり、図１Ｃは、複数のコイル基板体24を積層する場合の組み立て断面図を示している。

これらの各図に示すように、本実施例における薄型トランスは、閉磁路を形成する２つのＥ型コア１，２と、一乃至複数のコイル基板体24とにより構成され、コイル基板体24の上下両側からはさみ込むようにＥ型のコア１，２が配置される。トランス用のコア１，２は鉄あるいはフェライトなどの磁性部材で構成され、その中央部には何れも中央脚部３があり、コイル基板体24の中心に設けた挿入孔６に挿入されるようになっている。

前記コイル基板体24は、一様な厚み長ｄの樹脂などの絶縁材からなる基材５の上下両面に導体27を形成してコイルパターン化しており、その中心にはコア１，２の中央脚部３を挿通するための挿入孔６が形成される。基材５の両面には、銅箔などの導体27がパターン形成される。

前記導体27は、基材５の一側面である上面に、トランスの一次巻線（入力）としての第１導体27Ａを形成し、基材５の他側面である下面に、トランスの二次巻線（出力）としての第２導体27Ｂが形成される。第１導体27Ａは、ループ状のパターン部11Ａと、このパターン部11Ａの一端と他端からそれぞれ外方に延びる接続部12Ａ，13Ａとにより構成され、接続部12Ａ，13Ａの先端には、何れも金属体からなるスルーホール14が設けられる。同様に、第２導体27Ｂは、ループ状のパターン部11Ｂと、このパターン部11Ｂの一端と他端からそれぞれ外方に延びる接続部12Ｂ，13Ｂとにより構成され、接続部12Ｂ，13Ｂの先端には、何れも金属体からなるスルーホール14が設けられる。第１導体27Ａのパターン部11Ａと第２導体27Ｂのパターン部11Ｂは、共通するコア１，２で磁気的に結合するために、何れも基材５に設けられた挿入孔６の周囲に円ループを描くようにパターン化されており、それぞれ１ターンのコイルとして形成される。

図１Ｃに示すように、平板状のコイル基板体24は、パターン部11Ａ，11Ｂのターン数を増やしたり、あるいは導体27の電流容量を増やすために、好ましくは複数枚を上下に積層して設けられる。この場合、例えば一つのコイル基板体24において、第１導体27Ａの一方の接続部12Ａに設けたスルーホール14と、別なコイル基板体24において、第１導体27Ａの他方の接続部13Ａに設けたスルーホール14とを半田で接続すれば、２ターンのコイルを形成することができる。また、一つのコイル基板体24において、第１導体27Ａの一方の接続部12Ａに設けたスルーホール14と、別なコイル基板体24において、第１導体27Ａの一方の接続部32Ａに設けたスルーホール14とを半田で接続すると共に、一つのコイル基板体24において、第１導体27Ａの他方の接続部13Ａに設けたスルーホール14と、別なコイル基板体24において、第１導体27Ａの他方の接続部13Ａに設けたスルーホール14とを半田で接続すれば、ターン数は１のままで、第１導体27Ａとしての電流容量を２倍に増やすことができる。複数のコイル基板体24間でどのようにパターン部11Ａ，11Ｂどうしを接続するのかは、トランスを組み込むモジュール電源の仕様などに依存し、特に限定はしない。

本実施例におけるコイル基板体24の第１導体27Ａと第２導体27Ｂは、絶縁材（基材）６をはさんで上下に位置する関係にあり、第１導体27Ａの接続部12Ａ，13Ａと、第２導体27Ｂの接続部12Ｂ，13Ｂは、互いが干渉し合わないように、基材５の一側と他側にそれぞれ分かれて配置される。したがって、コア１，２の中央脚部３が挿入される挿入孔６の位置を合わせるようにして、複数枚のコイル基板体24を重ね合わせ、各コイル基板体24に設けたスルーホール14を半田付け接続することで、コイル基板体24間で第１導体27Ａどうしが電気的に繋がると共に、第２導体27Ａどうしが電気的に繋がり、それぞれがトランスの一次巻線と二次巻線になる。

さらに本実施例で注目すべきことは、コア１，２の中央脚部３が挿入される挿入孔14の中心位置Ｚに対し、コイル基板体24に設けた第１導体27Ａのパターン部11Ａと、第２導体27Ｂのパターン部11Ｂについて、パターン部11Ａよりもパターン部11Ｂのほうが、挿入孔６の中心位置Ｚに近くなるように配置されている。ここで、図１Ｂに示すように、パターン部11Ａのループ径をＬ１とし、パターン部11Ｂのループ径をＬ２とすると、パターン部11Ｂのループ径Ｌ２は、パターン部11Ａのループ径Ｌ１よりも小さくしている（Ｌ１＞Ｌ２）。さらに好ましくは、同じコア１，２の中央脚部３を周回するパターン部11Ａとパターン部11Ｂが上下に重なり合わないように、パターン部11Ａよりもパターン部11Ｂを中心軸Ｚに向かって一定量ずらして配置する。こうすれば、第１導体27Ａのパターン部11Ａと第２導体27Ｂのパターン部11Ｂの対向面積を、実質的に０にすることができる。ここで、中心軸Ｚに向けてのパターン部11Ｂの配置には限界があり、コイル基板体24の挿入孔６の周縁に接しないようにする必要がある。ただし、コア１，２の中央脚部３を通過する磁束に問題が起きないように挿入孔６を小さくすることで、パターン部11Ｂの配置の幅を広げることができる。

ここで、図２および図３に示すように、静電容量について、従来例における第１導体７Ａのパターン部31Ａと第２導体７Ｂのパターン部31Ｂとの間の静電容量をＣとし、本実施例における第１導体27Ａのパターン部11Ａと第２導体27Ｂのパターン部11Ｂとの間の静電容量をＣ’とする。本実施例では、パターン部11Ａ，11Ｂ間の対向面積を小さくするために、当該パターン部11Ａ，11Ｂが所定の角度θを有して斜めに配置される。したがって、導体の配置から比較すると、従来の対向するパターン部31Ａ，31Ｂ間の距離をｄとし、対向する面積をＳとすると、本実施例におけるパターン部11Ａ，11Ｂ間の実質的な距離ｄ’は、距離ｄよりも大きくなり、パターン部11Ａ，11Ｂ間の対向する面積Ｓ’は、面積Ｓよりも小さくなる。よって、本実施例における静電容量Ｃ’は従来例の静電容量Ｃよりも小さく、Ｃ’＜Ｃであることが言える。

このことにより、絶縁材である基材６の上下に導体27を形成した場合のパターン部11Ａ，11Ｂ間の静電容量を小さくすることができ、一次巻線と二次巻線間の電磁結合度の低下を防ぎ、ノイズが伝達されにくくし、電力消費を減少させることが可能となる。

以上により本実施例においては、絶縁材からなる基材６をはさんで、何れもループ状のパターン部11Ａを有する第１導体27Ａと、パターン部11Ｂを有する第２導体27Ｂを上下にそれぞれ形成したコイル基板体24と、コイル基板体24の上下からはさみ込むように配置され、第１導体27Ａのパターン部11Ａおよび第２導体27Ｂのパターン部11Ｂを磁気的に結合させるコア１，２と、からなるトランスにおいて、前記第１導体27Ａのパターン部11Ａと、第２導体27Ｂのパターン部11Ｂとを、異なる径に形成している。

こうすると、基材６をはさんで上下にそれぞれ配置される第１導体27Ａと第２導体27Ｂに関し、ループ状に形成した第１導体27Ａのパターン部11Ａと、同じくループ状に形成した第２導体27Ｂのパターン部11Ｂの径を、意図的に異なるように配置する。こうすると、第１導体27Ａのパターン部11Ａと第２導体27Ｂのパターン部11Ｂとの対向面積が小さくなり、第１導体27Ａのパターン部11Ａと第２導体27Ｂのパターン部11Ｂとの間の静電容量は小さくなる。このように、何れもループ状をなす第１導体27Ａのパターン部11Ａと第２導体27Ｂのパターン部11Ｂの径を異ならせるだけの簡単な構造変更によって、第１導体27Ａと第２導体27Ｂとの間の容量結合を減少させることが可能になり、例えばこうしたトランスをモジュール電源などに組み込んだ場合に、トランスの一次側から二次側への出力ノイズを低減することができる。

なお、本実施例は上記各実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施例ではパターン部11Ａよりもパターン部11Ｂの径を小さくしていたが、逆にパターン部11Ｂよりもパターン部11Ａの径を小さくしてもよい。また、コア１，２はＥＥ型やＥＩ型に限らず他の構成にしてもよく、中心脚部３は例えば円筒状であってもよい。

本発明における好ましい実施形態を示すコイル基板体の平面図である。同上、図１Ａのコイル基板体のｂ−ｂ’断面図である。図１Ａにおける複数のコイル基板体を積層する場合の組み立て断面図である。従来例におけるパターン部間の模式的な構成を示す説明図である。本実施例におけるパターン部間の模式的な構成を示す説明図である。従来例のトランスを示す組み立て分解斜視図である。図４におけるコイル基板体の平面図である。図５Ａのコイル基板体のａ−ａ’断面図である。図５Ｂにおける複数のコイル基板体を積層する場合の組み立て断面図である。

符号の説明

１，２コア
６基材
11Ａパターン部
11Ｂパターン部
24 コイル基板体
27Ａ第１導体
27Ｂ第２導体

Claims

絶縁材からなる基材をはさんで、何れもループ状のパターン部を有する第１導体と第２導体を上下にそれぞれ形成したコイル基板体と、
前記コイル基板体の上下からはさみ込むように配置され、前記第１導体および前記第２導体の各パターン部を磁気的に結合させるコアと、からなるトランスにおいて、
前記第１導体のパターン部と、前記第２導体のパターン部を、異なる径に形成したことを特徴とするトランス。