JP2018085409A

JP2018085409A - トランス装置

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Publication number: JP2018085409A
Application number: JP2016226945A
Authority: JP
Inventors: 雅大小口; Masahiro Oguchi; 慶治松岡; Keiji Matsuoka; 潤武藤; Jun Muto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-05-31
Anticipated expiration: 2036-11-22
Also published as: MX2017014984A; PH12017050114A1; EP3327738B1; CA2985924C; PH12017050114B1; BR102017024213A2; AU2017261482B2; CN108091472A; EP3327738A1; US10535461B2; CA2985924A1; TW201820349A; KR20180057526A; RU2679009C1; KR102016225B1; AU2017261482A1; US20180144858A1; CN108091472B; JP6572871B2; MY186543A

Abstract

【課題】一次側コイルと二次側コイルとの間における絶縁性を確保しつつ、部品点数を削減することが可能な構造を有した、トランス装置を提供する。
【解決手段】基板上に設けられた挿入孔の周囲に、導体パターンを平面状に１回以上巻回して形成された第１コイル部と、導体板を１回以上巻回して形成されたコイルが絶縁性樹脂で覆われてなり、基板の一方面側に第１コイル部と巻心を一致させて配置された環状の第１リングと、導体板を１回以上巻回して形成されたコイルが絶縁性樹脂で覆われてなり、基板の他方面側に第１コイル部と巻心を一致させて配置された環状の第２リングと、第１リングと第２リングとの連結箇所が絶縁性樹脂で覆われてなる連結部とを含む、第２コイル部と、挿入孔、第１コイル部、および第２コイル部に挿通させて基板の両側から挟み、第１コイル部と第２コイル部とを磁気結合させる閉磁路を形成するコア部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、トランス装置に関する。

例えば、特許文献１には、プリント基板の導体パターンで形成された一次側コイルをリング状の導体板で形成された二次側コイルで挟んだ構造を有する、トランス装置が開示されている。

特開２００８−００４８２３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された構造による従来のトランス装置では、一次側コイルと二次側コイルとの間における絶縁性を確保するために、例えば絶縁シートなどの部品が必要である。このため、従来のトランス装置では、部品点数が多くなり、また部品の組み立て工数が増えるという課題がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、一次側コイルと二次側コイルとの間における絶縁性を確保しつつ、部品点数を削減し、かつ、部品の組み立て工数を減らすことが可能な構造を有した、トランス装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１態様のトランス装置は、基板上に設けられた挿入孔の周囲に、導体パターンを平面状に１回以上巻回して形成された第１コイル部と、導体板を１回以上巻回して形成されたコイルが絶縁性樹脂で覆われてなり、基板の一方面側に第１コイル部と巻心を一致させて配置された環状の第１リングと、導体板を１回以上巻回して形成されたコイルが絶縁性樹脂で覆われてなり、基板の他方面側に第１コイル部と巻心を一致させて配置された環状の第２リングと、第１リングと第２リングとの連結箇所が絶縁性樹脂で覆われてなる連結部とを含む、第２コイル部と、挿入孔、第１コイル部、および第２コイル部に挿通させて基板の両側から挟み、第１コイル部と第２コイル部とを磁気結合させる閉磁路を形成するコア部と、を備えることを特徴とする。

この本発明の第１態様では、第２コイル部として、コイルを絶縁性樹脂で覆った環状の第１リングとコイルを絶縁性樹脂で覆った環状の第２リングとを連結させた形状を採用している。このため、樹脂成形後の第１リングおよび第２リングを貫通する孔に磁心であるコア部を挿通させかつ固定させることができる。これにより、巻線を巻回させるためのボビンが、別部品として用意する必要がなくなる。よって、トランス装置の部品点数を削減することができ、かつ、部品の組み立て工数を減らすことができる。

また、本発明の第１態様では、第２コイル部側（一次側コイルまたは二次側コイルの一方）を絶縁性樹脂で覆っている。これにより、第１コイル部（一次側コイルまたは二次側コイルの他方）に第２コイル部を組み付けた状態でトランス装置に必要とされる第１コイル部と第２コイル部との間における絶縁性を、確保することができる。

また、本発明の第２態様のトランス装置は、第１態様において、基板が、連結部を挿嵌させることで、第１コイル部の巻心と第２コイル部の巻心とを一致させる位置決めを行うスリットを有している、ことを特徴とする。

この本発明の第２態様では、第１コイル部が形成された基板に第２コイル部を組み付けるにあたり、第１コイル部の巻心と第２コイル部の巻心とを一致させる位置決めを行うためのスリットを、基板に有している。この基板のスリットには、第２コイル部における第１リングと第２リングとを連結させた部分（連結部）を、スリットの端部に当接するまで挿嵌させる。

これにより、少ない部品の組み立て作業によって簡単に第１コイル部の巻心と第２コイル部の巻心とを一致させることができ、コア部を挿入する孔、すなわち基板の挿入孔と第２コイル部の貫通孔との同軸精度を確保することができる。よって、第２コイル部を基板に取り付けた後のコア部の組み付け性能が向上する。

以上述べたように、本発明のトランス装置によれば、一次側コイルと二次側コイルとの間における絶縁性を確保しつつ、部品点数を削減し、かつ、部品の組み立て工数を減らすことが可能となる。

本発明の一実施形態に係るトランス装置の構成部品の展開図図１に示す第２コイル部の詳細な構造を説明する図基板に搭載されたトランス装置の状態を示す斜視図図３におけるトランス装置のＡ方向矢視図図３におけるトランス装置のＢ−Ｂ断面図本実施形態に係るトランス装置の構造を用いた回路構成例本実施形態に係るトランス装置の構造を用いた回路構成例本実施形態に係るトランス装置の構造を用いた回路構成例

［概要］
本発明のトランス装置は、巻線（導体板）が巻回された空心状のコイルを、磁心であるコアを貫通させる孔を有するように絶縁性の樹脂で覆っている。このため、樹脂成形された後のコイル部品は、磁心であるコアを孔に貫通させて固定させることができる。これにより、巻線を巻回させるためのボビンを別部品として用意する必要がなくなる。よって、トランス装置の部品点数を削減し、かつ、部品の組み立て工数を減らすことができる。

［各構成部品の構造］
まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態に係るトランス装置１を形成する各々の構成部品を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るトランス装置１の構造を、装置の構成部品を展開して説明する図である。図１に例示したトランス装置１は、第１コイル部１１が形成された基板１０、第２コイル部２０、上側コア部３０、および下側コア部４０、の部品で構成されている。図２は、図１における第２コイル部２０のさらに詳細な構造を説明する図である。

本実施形態に係るトランス装置１は、これらの第２コイル部２０、上側コア部３０、および下側コア部４０の構成部品が、図１に示した矢印の方向から矢印の番号順にそれぞれ基板１０（第１コイル部１１）に組み付けられることで形成される。この組み付け手法については、後述する。

このようにして組み付けられたトランス装置１は、第１コイル部１１と第２コイル部２０とが、上側コア部３０および下側コア部４０を介して磁気結合された構造を有する素子となる。

・基板１０および第１コイル部１１
基板１０は、電気を流通させる導体パターンが印刷されたプリント基板であり、実装部品などを導体パターンで配線接続して所定の電気回路を構成する。この基板１０は、多層構造であっても、単層構造であってもよい。

基板１０には、後述する下側コア部４０の中脚部４０ａを挿通させる挿入孔１２ａ、下側コア部４０の外脚部４０ｂを挿通させる挿入孔１２ｂ、および下側コア部４０の外脚部４０ｃを挿通させる挿入孔１２ｃが、それぞれ設けられている。

また、基板１０の挿入孔１２ａの周囲には、平面状に１回以上巻回されてなる渦巻き状の導体パターンが形成されている。基板１０が多層構造である場合には、各層において渦巻き状の導体パターンが形成されてもよい。この渦巻き状の導体パターンによる第１コイル部１１は、トランス装置１における高圧側のコイルを構成する。

また、基板１０には、後述する第２コイル部２０の連結部２４ｃが挿嵌されるスリット１３が設けられている。このスリット１３は、連結部２４ｃを奥の端部１３ｗに当接するまで挿入して嵌合させることによって、第１コイル部１１の巻心と第２コイル部２０の巻心とを一致させる位置決めを、簡単に実現できるように形成されている。

さらに、基板１０には、上記連結部２４ｃをスリット１３に挿嵌させた第２コイル部２０の第１接続端子２１ｔおよび第２接続端子２２ｔを、基板１０に固定接続するためのねじ穴１４ｎおよび１５ｎが、それぞれ設けられている。

・第２コイル部２０
第２コイル部２０は、トランス装置１における低圧側のコイルを構成する。この第２コイル部２０は、図２に示すように、２つのコイル２１とコイル２２とを連結箇所２３で繋げた導体部を、絶縁性を有する樹脂（絶縁性樹脂）２４で覆った構造（樹脂モールド構造）をしている。

コイル２１およびコイル２２は、それぞれ、例えば平角銅線などの導体板を１回巻回（エッジワイズ巻）して形成された、空心状のコイルである。コイル２１とコイル２２とは、コイル内径およびコイル外形を共に同じとして形成されている。このコイル２１とコイル２２とは、双方の巻心を一致させ、かつ、所定の間隔を空けて略平行に、連結箇所２３で電気的に連結されている。所定の間隔は、後述する絶縁性樹脂２４で覆われた第１リング２１と第２リング２２との間に、所定の隙間２４ｇを設けることができる任意の寸法に設計される。

コイル２１には、絶縁性樹脂２４の外側に伸びる第１接続端子２１ｔが接続されている。この第１接続端子２１ｔには、ねじ穴２１ｎが設けられている。また、コイル２２には、絶縁性樹脂２４の外側に伸びる第２接続端子２２ｔが接続されている。この第２接続端子２２ｔには、ねじ穴２２ｎが設けられている。

コイル２１は、その周囲を所定の厚みを持たせて絶縁性樹脂２４で覆われることによって、コイル内側に貫通孔を有した環状の第１リング２４ｕを形成する。コイル２２は、その周囲を所定の厚みを持たせて絶縁性樹脂２４で覆われることによって、コイル内側に貫通孔を有した環状の第２リング２４ｄを形成する。また、コイル２１とコイル２２とを連結する連結箇所２３も、その周囲を所定の厚みを持たせて絶縁性樹脂２４で覆われることによって、連結部２４ｃを形成する。コイル２１およびコイル２２は、第１リング２４ｕと第２リング２４ｄとの間に所定の隙間２４ｇが形成されるように、モールドされる。所定の隙間２４ｇは、基板１０が挿入できる寸法（基板１０の厚み以上）に設計される。また、連結箇所２３は、連結部２４ｃが基板１０に設けられたスリット１３の幅以下の厚みとなるように、モールドされる。

この第１リング２４ｕの隙間２４ｇと反対側の表面には、上側コア部３０を嵌め込んで固定させる、一対のＶ字状の第１ガイドリブ２４ｕｒが立設されている。この第１ガイドリブ２４ｕｒは、上側コア部３０の外形に合わせて、対向する内面側が上側コア部３０の側面と係合するように形成される。また、第２リング２４ｄの隙間２４ｇと反対側の表面には、下側コア部４０を嵌め込んで固定させる、一対のＶ字状の第２ガイドリブ２４ｄｒが立設されている。この第２ガイドリブ２４ｄｒは、下側コア部４０の外形に合わせて、対向する内面側が下側コア部４０の側面と係合するように形成される。

なお、図２の例では、コイル２１およびコイル２２を、導体板を１回巻回して形成した例を説明した。しかし、コイル２１およびコイル２２は、導体板を２回以上巻回して形成してもよいし、コイル２１とコイル２２とが異なる巻回回数であってもよい。

・上側コア部３０および下側コア部４０
上側コア部３０は、例えばフエライト材などの磁性材料で形成された、平面視で蝶型を有する平板状のいわゆるＩ形コアである。上側コア部３０は、第２コイル部２０の第１リング２４ｕ表面に立設された一対の第１ガイドリブ２４ｕｒと係合するように、一方の側面対の中央部が窪んで形成されている。

下側コア部４０は、例えばフエライト材などの磁性材料で形成され、平面視で蝶型を有する平板状の本体部４０ｐと、中脚部４０ａと、外脚部４０ｂと、外脚部４０ｃとを有する、いわゆるＥ型コアである。本体部４０ｐは、第２コイル部２０の第２リング２４ｄ表面に立設された一対の第２ガイドリブ２４ｄｒと係合するように、一方の側面対の中央部が窪んで形成されている。外脚部４０ｂは、本体部４０ｐの長手方向の一端部に、基板１０の挿入孔１２ｂに挿通可能に立設されている。外脚部４０ｃは、本体部４０ｐの長手方向の他端部に、基板１０の挿入孔１２ｃに挿通可能に立設されている。中脚部４０ａは、外脚部４０ｂと外脚部４０ｃとの間に、基板１０の挿入孔１２ａに挿通可能に立設されている。中脚部４０ａ、外脚部４０ｂ、および外脚部４０ｃは、本体部４０ｐから同じ高さで、端面が本体部４０ｐと平行に形成されている。

この上側コア部３０と下側コア部４０とは、上側コア部３０の一方平面に下側コア部４０の各脚部の端面を接合させることで、中脚部４０ａと外脚部４０ｂおよび中脚部４０ａと外脚部４０ｃとによって、第２コイル部２０の巻線および第１コイル部１１の巻線を貫く磁束が通る閉磁気回路（閉磁路）を形成する。

［各構成部品の組み付け手法］
次に、図１を参照して、各構成部品が組み付けられて本実施形態に係るトランス装置１が形成される手順を説明する。

最初に、第２コイル部２０が、図１の矢印（１）で示される方向から基板１０に組み付けられる。この際、第１リング２４ｕと第２リング２４ｄとの隙間２４ｇに基板１０が挿入されながら、連結部２４ｃがスリット１３に挿入される。第２コイル部２０は、連結部２４ｃがスリット１３の奥の端部１３ｗに当接する位置まで挿入される。

これにより、第２コイル部２０の第１リング２４ｕが基板１０の一方面側（図面の上方向）に第１コイル部１１と巻心を一致させて配置され、第２コイル部２０の第２リング２４ｄが基板１０の他方面側（図面の下方向）に第１コイル部１１と巻心を一致させて配置される。すなわち、基板１０に形成された第１コイル部１１の巻心と第２コイル部２０の巻心とが一致した状態に、基板１０に対して第２コイル部２０が位置決めされる。また、基板１０に設けられたねじ穴１４ｎおよび１５ｎと、第２コイル部２０の第１接続端子２１ｔおよび第２接続端子２２ｔに設けられたねじ穴２１ｎおよび２２ｎとが一致し、ねじ止めが可能となる。

次に、下側コア部４０が、図１の矢印（２）で示される方向から、つまり第２コイル部２０の第２リング２４ｄ側から、第２コイル部２０が組み付けられた基板１０に、組み付けられる。この際、下側コア部４０の側面が、第２コイル部２０の第２リング２４ｄ表面に立設された一対の第２ガイドリブ２４ｄｒと係合させるように嵌め込まれることで、下側コア部４０の中脚部４０ａが基板１０の挿入孔１２ａに、下側コア部４０の外脚部４０ｂが基板１０の挿入孔１２ｂに、下側コア部４０の外脚部４０ｃが基板１０の挿入孔１２ｃに、それぞれ挿通される。

これにより、下側コア部４０の中脚部４０ａ、外脚部４０ｂ、および外脚部４０ｃの端面が、第２コイル部２０の第１リング２４ｕの表面よりも突出した状態となる。

最後に、上側コア部３０が、図１の矢印（３）で示される方向から、つまり第２コイル部２０の第１リング２４ｕ側から、第２コイル部２０および下側コア部４０が組み付けられた基板１０に、組み付けられる。この際、上側コア部３０の側面が、第２コイル部２０の第１リング２４ｕ表面に立設された一対の第１ガイドリブ２４ｕｒと係合させるように嵌め込まれる。

これにより、挿入孔１２ａ、第１コイル部１１の貫通孔、および第２コイル部１２の貫通孔を挿通させて、基板１０の両側から第１コイル部１１および第２コイル部２０を挟んだ状態で、下側コア部４０の中脚部４０ａ、外脚部４０ｂ、および外脚部４０ｃの端面が、上側コア部３０の一方平面に接合される。従って、上側コア部３０および下側コア部４０によって、第１コイル部１１と第２コイル部２０とを磁気結合させる閉磁路を形成することができる。

［トランス装置の構造］
次に、図３乃至図５をさらに参照して、上述した基板１０（第１コイル部１１）、第２コイル部２０、上側コア部３０、および下側コア部４０が組み立てられた状態におけるトランス装置１の構造を説明する。

図３は、各構成部品が組み付けられて形成されたトランス装置１の状態を示す斜視図である。図４は、図３におけるトランス装置１をＡ点から矢印方向に見た図である。図５は、図３におけるトランス装置１をＢ−Ｂ線で切断して矢印方向に見た図である。

各図に示すように、各構成部品が組み付けられて基板１０に搭載されたトランス装置１は、上側コア部３０の厚さと下側コア部４０の厚さとを合計した厚みとなる。トランス装置１では、第２コイル部２０の第１リング２４ｕと、第２コイル部２０の第２リング２４ｄとによって、基板１０が挟まれている。また、トランス装置１では、第２コイル部２０の連結部２４ｃが、基板１０のスリット１３に挿入されている。

［実施形態の作用・効果］
以上のように、本発明の一実施形態に係るトランス装置１によれば、コイル２１を絶縁性樹脂２４で覆った貫通孔を有する環状の第１リング２４ｕと、コイル２２を絶縁性樹脂２４で覆った貫通孔を有する環状の第２リング２４ｄとを、連結部２３で連結させた形状を有する第２コイル部２０を用いている。このため、樹脂成形された後の第１リング２４ｕおよび第２リング２４ｄの貫通孔に、磁心である上側コア部３０および下側コア部４０を挿通させて固定させることができる。これにより、巻線を巻回させるためのボビンを、別部品として用意する必要がなくなる。よって、トランス装置１の部品点数を削減することができ、かつ、部品の組み立て工数を減らすことができる。

また、本発明の一実施形態に係るトランス装置１によれば、第２コイル部２０側を絶縁性樹脂２４で覆っている。これにより、基板１０に形成された第１コイル部１１に第２コイル部２０を組み付けた状態でトランス装置１に要求される第１コイル部１１と第２コイル部２０との間における絶縁性を、確保することができる。

また、本発明の一実施形態に係るトランス装置１によれば、第２コイル部２０の導体部であるコイル２１および２２を平角銅線などの幅のある導体板で形成している。これにより、電圧変換比を高くすることに応じて生じる第２コイル部２０側における配線抵抗の上昇を抑制することができる。よって、発熱対策で必要だった放熱機構が不要となるため、トランス装置１の部品点数を削減できる。

また、本発明の一実施形態に係るトランス装置１によれば、第１コイル部１１を基板１０上の導体パターンを利用して、導体パターンを挿入孔１２ａの周囲に平面状に１回以上巻回することによって形成している。これにより、第１コイル部１１の多巻線による設定が可能となり、高い電圧変換比に応じた巻線比を有したトランス装置１を構成することができる。

また、本発明の一実施形態に係るトランス装置１によれば、第２コイル部における第１リング２４ｕと第２リング２４ｄとの連結部２４ｃを、基板１０に形成されたスリット１３の端部１３ｗに当接するまで挿嵌させることによって、第１コイル部１１と第２コイル部２０との位置決めを行う。これにより、第１コイル部１１の巻心と第２コイル部２０の巻心とを簡単に一致させることができる。すなわち、下側コア部４０の中脚部４０ａを挿入する、基板１０の挿入孔１２ａと第２コイル部２０の第１リング２４ｕと第２リング２４ｄの貫通孔との同軸精度を、確保することができる。よって、第２コイル部２０を基板１０に取り付けた後の下側コア部４０の組み付け性能が向上する。

さらに、本発明の一実施形態に係るトランス装置１によれば、第２コイル部２０の隙間２４ｇに基板１０を挿入して、第１コイル部１１と第２コイル部２０とを組み付ける。つまり、第２コイル部２０の第１リング２４ｕと第２リング２４ｄとで、第１コイル部１１を挟んだ構造となる。この構造により、トランス装置１のサイズ（特に、第１コイル部１１および第２コイル部２０を上側コア部３０と下側コア部４０とで挟んだ厚さ）を小さくできる可能性がある。また、第１コイル部１１と第２コイル部２０との磁気結合を密にすることが可能となるため、発熱に対する放熱機構や電気的ストレス（サージ）を抑制する電子部品などを、削減することができる。

なお、本発明の一実施形態に係るトランス装置１では、高圧側の第１コイル部１１を幾つ構成するか、高圧側の第１コイル部１１および低圧側の第２コイル部２０のいずれを一次側コイルまたは二次側コイルとするかは、自由に設計可能である。例えば、図６Ａに示すように、多層構造の基板１０などを使用して第１コイル部１１を３つ構成してもよい。また、例えば、図６Ｂに示すように、トランス装置１の一次側を低圧側の第２コイル部２０とし、二次側コイルを高圧側の第１コイル部１１として、昇圧器を構成してもよい。また、例えば、図６Ｃに示すように、トランス装置１の一次側を高圧側の第１コイル部１１とし、二次側コイルを低圧側の第２コイル部２０として、降圧器を構成してもよい。

本発明のトランス装置は、例えばソーラ発電システムなどに利用可能であり、特に一次側コイルと二次側コイルとの間における絶縁性を確保しつつ部品点数を削減し、かつ、部品の組み立て工数を減らしたい場合などに有用である。

１トランス装置
１０基板
１１第１コイル部
１２ａ〜１２ｃ挿入孔
１３スリット
１３ｗ端部
２０第２コイル部
２１、２２コイル
２４絶縁性樹脂
２４ｕ第１リング
２４ｄ第２リング
２４ｃ連結部
２４ｇ隙間
３０上側コア部
４０下側コア部
４０ａ〜４０ｃ脚部

Claims

基板上に設けられた挿入孔の周囲に、導体パターンを平面状に１回以上巻回して形成された第１コイル部と、
導体板を１回以上巻回して形成されたコイルが絶縁性樹脂で覆われてなり、前記基板の一方面側に前記第１コイル部と巻心を一致させて配置された環状の第１リングと、導体板を１回以上巻回して形成されたコイルが絶縁性樹脂で覆われてなり、前記基板の他方面側に前記第１コイル部と巻心を一致させて配置された環状の第２リングと、当該第１リングと当該第２リングとの連結箇所が絶縁性樹脂で覆われてなる連結部とを含む、第２コイル部と、
前記挿入孔、前記第１コイル部、および前記第２コイル部に挿通させて前記基板の両側から挟み、前記第１コイル部と前記第２コイル部とを磁気結合させる閉磁路を形成するコア部と、
を備える、トランス装置。
前記基板は、前記連結部を挿嵌させることで、前記第１コイル部の巻心と前記第２コイル部の巻心とを一致させる位置決めを行うスリットを有している、
請求項１に記載のトランス装置。