JPH06236821A - フィルム型トランス - Google Patents
フィルム型トランスInfo
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- JPH06236821A JPH06236821A JP50A JP2397593A JPH06236821A JP H06236821 A JPH06236821 A JP H06236821A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 2397593 A JP2397593 A JP 2397593A JP H06236821 A JPH06236821 A JP H06236821A
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- Japan
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- film type
- winding
- type transformer
- pattern
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 巻線導体の表皮効果を利用して磁性材料を用
いなくても１次・２次巻線間の良好な磁気結合が得られ
るようにし、小型、薄型、軽量化を図る。 【構成】 薄膜基板上に近接して形成された１次巻線パ
ターン及び２次巻線パターンを備えたフィルム型トラン
スを複数枚積層し、各層の１次巻線パターン及び２次巻
線パターンを直列または並列に接続し、巻線導体の表皮
効果を利用して磁性材料を用いなくても１次・２次巻線
間の良好な磁気結合が得られるようにしたことを特徴と
する。
いなくても１次・２次巻線間の良好な磁気結合が得られ
るようにし、小型、薄型、軽量化を図る。 【構成】 薄膜基板上に近接して形成された１次巻線パ
ターン及び２次巻線パターンを備えたフィルム型トラン
スを複数枚積層し、各層の１次巻線パターン及び２次巻
線パターンを直列または並列に接続し、巻線導体の表皮
効果を利用して磁性材料を用いなくても１次・２次巻線
間の良好な磁気結合が得られるようにしたことを特徴と
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は１枚のフィルム状薄膜基
板に１次コイル、２次コイルパターンを形成したフィル
ム型トランスに関するものである。
板に１次コイル、２次コイルパターンを形成したフィル
ム型トランスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、各種電源機器の中で、モータ駆
動用などの中容量（数ｋＷ）以上のものはそれ自体を独
立に単体品として製造する場合が多いが、数百あるいは
数十Ｗ以下のものはパーソナルコンピュータ等のよう
に、その製品システム中に組み込まれるケースが多い。
特に計算機用電源においては、信号用半導体、すなわち
メモリデバイスの小型・高密度化が飛躍的に進んでお
り、電源のプリント基板上に占める割合が近年大きくな
ってきている。このような背景から小容量電源の一層の
小型・軽量化が要求されている。
動用などの中容量（数ｋＷ）以上のものはそれ自体を独
立に単体品として製造する場合が多いが、数百あるいは
数十Ｗ以下のものはパーソナルコンピュータ等のよう
に、その製品システム中に組み込まれるケースが多い。
特に計算機用電源においては、信号用半導体、すなわち
メモリデバイスの小型・高密度化が飛躍的に進んでお
り、電源のプリント基板上に占める割合が近年大きくな
ってきている。このような背景から小容量電源の一層の
小型・軽量化が要求されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、最近の電力用半
導体素子の高周波化に伴い、トランス、インダクタ、お
よびコンデンサの小型化が実現されている。しかし、こ
れらの回路部品の高周波における低損失化が重要な課題
であり、インダクタおよびトランスはフェライトまたは
アモルファス磁性材料を磁心に用いることで高周波時の
低損失化に対応している。しかしながら、これらの磁性
材料においてもいわゆる鉄損が励磁周波数と共に増加す
るため、電源機器の効率を下げる要因となっている。ま
た、磁性材料は、本質的に磁束の飽和状態をもってお
り、インダクタおよびトランスとして使用できる磁束
値、すなわち電圧・時間積に制限があり、機器設計の制
約条件となっいる。このような問題を解決するために
は、究極のトランスである空心トランスを開発すること
が必要である。
導体素子の高周波化に伴い、トランス、インダクタ、お
よびコンデンサの小型化が実現されている。しかし、こ
れらの回路部品の高周波における低損失化が重要な課題
であり、インダクタおよびトランスはフェライトまたは
アモルファス磁性材料を磁心に用いることで高周波時の
低損失化に対応している。しかしながら、これらの磁性
材料においてもいわゆる鉄損が励磁周波数と共に増加す
るため、電源機器の効率を下げる要因となっている。ま
た、磁性材料は、本質的に磁束の飽和状態をもってお
り、インダクタおよびトランスとして使用できる磁束
値、すなわち電圧・時間積に制限があり、機器設計の制
約条件となっいる。このような問題を解決するために
は、究極のトランスである空心トランスを開発すること
が必要である。
【０００４】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、巻線導体の表皮効果を利用して磁性材料を用い
なくても１次・２次巻線間の良好な磁気結合が得られる
ようにし、小型、薄型、軽量化を図ることができるフィ
ルム型トランスを提供することを目的とする。
であり、巻線導体の表皮効果を利用して磁性材料を用い
なくても１次・２次巻線間の良好な磁気結合が得られる
ようにし、小型、薄型、軽量化を図ることができるフィ
ルム型トランスを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そのために本発明のフィ
ルム型トランスは、巻線導体の表皮効果を利用して磁性
材料を用いなくても１次・２次巻線間の良好な磁気結合
が得られるようにしたものであり、薄膜基板上に近接し
て形成された１次巻線パターン及び２次巻線パターンを
備えていることを特徴とする。また、本発明は、薄膜基
板上に近接して形成された１次巻線パターン及び２次巻
線パターンからなるフィルム型トランスを複数層積層
し、各層の１次巻線パターン及び２次巻線パターンを直
列または並列に接続したことを特徴とする。
ルム型トランスは、巻線導体の表皮効果を利用して磁性
材料を用いなくても１次・２次巻線間の良好な磁気結合
が得られるようにしたものであり、薄膜基板上に近接し
て形成された１次巻線パターン及び２次巻線パターンを
備えていることを特徴とする。また、本発明は、薄膜基
板上に近接して形成された１次巻線パターン及び２次巻
線パターンからなるフィルム型トランスを複数層積層
し、各層の１次巻線パターン及び２次巻線パターンを直
列または並列に接続したことを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明のフィルム型トランスは、フィルム状薄
膜基板に変圧器の１次、２次コイルパターンを形成して
薄膜状変圧器を作成するものであり、一枚でも変圧器動
作は可能であるが、低周波特性を改善すること、インピ
ーダンスを負荷と整合させること、複数の入出力端子を
設けること、変圧比の変更等のために複数個の薄膜状変
圧器を積層してもよい。構造的にはこのように一枚の薄
膜基板上に変圧器が作成されるため、パーソナルコンピ
ュータ、ワードプロセッサー、携帯電話など小型、軽量
化が必要な電子機器の電源用、人工衛星搭載用などの用
途にも期待できるものである。
膜基板に変圧器の１次、２次コイルパターンを形成して
薄膜状変圧器を作成するものであり、一枚でも変圧器動
作は可能であるが、低周波特性を改善すること、インピ
ーダンスを負荷と整合させること、複数の入出力端子を
設けること、変圧比の変更等のために複数個の薄膜状変
圧器を積層してもよい。構造的にはこのように一枚の薄
膜基板上に変圧器が作成されるため、パーソナルコンピ
ュータ、ワードプロセッサー、携帯電話など小型、軽量
化が必要な電子機器の電源用、人工衛星搭載用などの用
途にも期待できるものである。
【０００７】また、コスト的には印刷技術、エッチング
技術、リソグラフ技術を用いて安価に大量生産が可能で
ある。電気的特性は、高周波特性が良く、積層枚数が増
加する程低周波特性が改善され、薄膜状磁性体や磁性粉
を併用すればより低周波特性が改善され、商用周波数で
も利用可能であり、回路接続を変更することでインピー
ダンスの変更や複数個の入出力端子を設けることなく他
の電子回路も同時に作成すれば薄膜電源やカード電源の
実用化も可能である。
技術、リソグラフ技術を用いて安価に大量生産が可能で
ある。電気的特性は、高周波特性が良く、積層枚数が増
加する程低周波特性が改善され、薄膜状磁性体や磁性粉
を併用すればより低周波特性が改善され、商用周波数で
も利用可能であり、回路接続を変更することでインピー
ダンスの変更や複数個の入出力端子を設けることなく他
の電子回路も同時に作成すれば薄膜電源やカード電源の
実用化も可能である。
【０００８】
【実施例】まず、本発明の基本原理について説明する。
図７（ａ）に磁性材料を磁心に用いた従来型のトランス
の原理図を示す。主磁束φm は１次および２次巻線に共
通に鎖交し、一方、漏れ磁束φ11およびφ12は各巻線の
近傍でその磁束を生じさせる電流の流れている巻線と同
じ巻線のみ鎖交している。これらの漏れ磁束は１次・２
次巻線間の幾何学的距離が離れているために生ずるもの
であり、図７（ｂ）に示すように両巻線間の距離を接近
させることで低減できる。さらに励磁周波数を増加させ
ると、表皮効果により導体内部の電流が導体表面に集中
して分布するようになり、これにより各導体の漏れ磁束
となる各導体内部磁束が減少し、１次・２次巻線の結合
係数が向上する。これが本発明のトランスの基本動作原
理であり、導体断面の直径が数１００μｍのとき励磁周
波数が数１０ｋＨｚ以上になると、磁心がない状態、す
なわち空気中（透磁率μ0 ＝４π×１０-7（Ｈ／ｍ））
においても結合係数が７０％以上となることが確認され
ている。
図７（ａ）に磁性材料を磁心に用いた従来型のトランス
の原理図を示す。主磁束φm は１次および２次巻線に共
通に鎖交し、一方、漏れ磁束φ11およびφ12は各巻線の
近傍でその磁束を生じさせる電流の流れている巻線と同
じ巻線のみ鎖交している。これらの漏れ磁束は１次・２
次巻線間の幾何学的距離が離れているために生ずるもの
であり、図７（ｂ）に示すように両巻線間の距離を接近
させることで低減できる。さらに励磁周波数を増加させ
ると、表皮効果により導体内部の電流が導体表面に集中
して分布するようになり、これにより各導体の漏れ磁束
となる各導体内部磁束が減少し、１次・２次巻線の結合
係数が向上する。これが本発明のトランスの基本動作原
理であり、導体断面の直径が数１００μｍのとき励磁周
波数が数１０ｋＨｚ以上になると、磁心がない状態、す
なわち空気中（透磁率μ0 ＝４π×１０-7（Ｈ／ｍ））
においても結合係数が７０％以上となることが確認され
ている。
【０００９】次に、簡単のために円形断面の表皮効果に
ついて説明すると、図８に示すような半径ａ、長さｌ1
の導体に電流ｉが流れている時、導体断面上の電流密度
Ｊに関する支配方程式は、 （ｌ／ｒ）∂（ｒ・（∂Ｊ／∂ｒ））／∂ｒ＝（μ0 ／ρ）∂Ｊ／∂ｔ…（１） となる。ただし、ｒ、ｔおよびρはそれぞれ半径方向の
座標時間および導体の抵抗率を表している。円形境界の
場合のこの種の支配方程式の解はベッセル関数によって
表され、 Ｊ（ｒ） ＝（ｋ1 Ｉ／２πａ）｛（Ｉ0 （ｋ1 ｒ）／Ｉ0 ´（ｋ1 ａ）｝exp(ｊωｔ） ……（２） として与えられる。ただし、Ｉ0 （ｋ1 ｒ）は０階第１
種の変形ベッセル関数であり、ωを電流の角周波数とし
て ｋ1 ＝ａ（ωμ0 π／２ρ）1/2 ……（３） とした。また、Ｉ0 ´はＩ0 の半径方向に対する微分関
数を表し、（１）式右辺の時間微分∂／∂ｔはｊωとし
て解を求めた。
ついて説明すると、図８に示すような半径ａ、長さｌ1
の導体に電流ｉが流れている時、導体断面上の電流密度
Ｊに関する支配方程式は、 （ｌ／ｒ）∂（ｒ・（∂Ｊ／∂ｒ））／∂ｒ＝（μ0 ／ρ）∂Ｊ／∂ｔ…（１） となる。ただし、ｒ、ｔおよびρはそれぞれ半径方向の
座標時間および導体の抵抗率を表している。円形境界の
場合のこの種の支配方程式の解はベッセル関数によって
表され、 Ｊ（ｒ） ＝（ｋ1 Ｉ／２πａ）｛（Ｉ0 （ｋ1 ｒ）／Ｉ0 ´（ｋ1 ａ）｝exp(ｊωｔ） ……（２） として与えられる。ただし、Ｉ0 （ｋ1 ｒ）は０階第１
種の変形ベッセル関数であり、ωを電流の角周波数とし
て ｋ1 ＝ａ（ωμ0 π／２ρ）1/2 ……（３） とした。また、Ｉ0 ´はＩ0 の半径方向に対する微分関
数を表し、（１）式右辺の時間微分∂／∂ｔはｊωとし
て解を求めた。
【００１０】まず、図８の導体として内部磁束のみ考慮
すると導体表面の両端電位差Ｖは導体表面電流が内部磁
束と鎖交していることから、 Ｖ＝ρＩ1 Ｊ（ａ） ＝ρｌ1 （ｋ1 Ｉ／２πａ）｛（Ｉ0 （ｋ1 ａ）／Ｉ0 ´（ｋ1 ａ）｝ ……（４） として与えられる。一方、図８の導体を集中定数として
みた交流抵抗および内部インダクタンスをＲA1およびＬ
itとすると、 Ｖ＝（ＲA1＋ｊωＬit）Ｉ ……（５） となる。ここで、 Ｉ＝∫0 a Ｊ・２πｒ・ｄｒ ……（６） である。（２）式および（５）式より （１／ＲD1）（ＲA1＋ｊωＬit） ＝（ｋ1 ａ／２）｛Ｉ0 （ｋ1 ａ）／Ｉ0 , （ｋ1 ａ）｝ ……（７） を得る。ここで、ＲD1は導体の直流抵抗で、 ＲD1＝ρｌ1 ／（πａ2 ） ……（８） である。
すると導体表面の両端電位差Ｖは導体表面電流が内部磁
束と鎖交していることから、 Ｖ＝ρＩ1 Ｊ（ａ） ＝ρｌ1 （ｋ1 Ｉ／２πａ）｛（Ｉ0 （ｋ1 ａ）／Ｉ0 ´（ｋ1 ａ）｝ ……（４） として与えられる。一方、図８の導体を集中定数として
みた交流抵抗および内部インダクタンスをＲA1およびＬ
itとすると、 Ｖ＝（ＲA1＋ｊωＬit）Ｉ ……（５） となる。ここで、 Ｉ＝∫0 a Ｊ・２πｒ・ｄｒ ……（６） である。（２）式および（５）式より （１／ＲD1）（ＲA1＋ｊωＬit） ＝（ｋ1 ａ／２）｛Ｉ0 （ｋ1 ａ）／Ｉ0 , （ｋ1 ａ）｝ ……（７） を得る。ここで、ＲD1は導体の直流抵抗で、 ＲD1＝ρｌ1 ／（πａ2 ） ……（８） である。
【００１１】（７）式の実部および虚部がそれぞれ等し
いことからｋ1 ＜ｌのとき、 ＲA1≒ＲD1｛ｌ＋（１／３）ｋ1 4 ｝ ……（９） Ｌi1≒（μ0 ｌ1 ／２）｛ｌ−（１／６）ｋ1 4 ｝ ……（１０） また、ｋ1 ≧１のとき、 ＲA1≒ＲD1｛（１／４）＋ｋ1 ＋（ｌ／６４）（ｌ／ｋ1 3 ）｝ ……（１１） Ｌi1≒（μ0 ｌ1 ／２）｛（ｌ／ｋ1 ）−（（ｌ／６４）（ｌ／ｋ1 3 ）｝ ……（１２） として交流抵抗ＲA1および内部自己インダクタンスＬi1
が与えられる。これらをトランスの１次巻線の値とする
と、同様にして半径ｂ、長さｌ2 の２次巻線の交流抵抗
ＲA2および内部自己インダクタンスＬi2も求めることが
できる。
いことからｋ1 ＜ｌのとき、 ＲA1≒ＲD1｛ｌ＋（１／３）ｋ1 4 ｝ ……（９） Ｌi1≒（μ0 ｌ1 ／２）｛ｌ−（１／６）ｋ1 4 ｝ ……（１０） また、ｋ1 ≧１のとき、 ＲA1≒ＲD1｛（１／４）＋ｋ1 ＋（ｌ／６４）（ｌ／ｋ1 3 ）｝ ……（１１） Ｌi1≒（μ0 ｌ1 ／２）｛（ｌ／ｋ1 ）−（（ｌ／６４）（ｌ／ｋ1 3 ）｝ ……（１２） として交流抵抗ＲA1および内部自己インダクタンスＬi1
が与えられる。これらをトランスの１次巻線の値とする
と、同様にして半径ｂ、長さｌ2 の２次巻線の交流抵抗
ＲA2および内部自己インダクタンスＬi2も求めることが
できる。
【００１２】したがって、１次および２次巻線の自己イ
ンダクタンスＬ1 およびＬ2 は、求めた内部自己インダ
クタンスＬi1およびＬi2に、各導体の外部に生ずる磁束
とその電流との鎖交によるインダクタンスをそれぞれ加
えることが得られ、 Ｌ1 ＝Ｌi1＋｛μ0 ／（２π）｝ｌ1 ｛log （２ｌ1 ／ａ）−ｌ｝……（１３） Ｌ2 ＝Ｌi2＋｛μ0 ／（２π）｝ｌ2 ｛log （２ｌ2 ／ｂ）−ｌ｝……（１４） となる。
ンダクタンスＬ1 およびＬ2 は、求めた内部自己インダ
クタンスＬi1およびＬi2に、各導体の外部に生ずる磁束
とその電流との鎖交によるインダクタンスをそれぞれ加
えることが得られ、 Ｌ1 ＝Ｌi1＋｛μ0 ／（２π）｝ｌ1 ｛log （２ｌ1 ／ａ）−ｌ｝……（１３） Ｌ2 ＝Ｌi2＋｛μ0 ／（２π）｝ｌ2 ｛log （２ｌ2 ／ｂ）−ｌ｝……（１４） となる。
【００１３】次に、このような表皮効果による結合係数
の向上について説明する。１次および２次巻線の有効長
をｌ1eおよびｌ2eとすると、相互インダクタンスＭはｌ
1e≦ｌ2eのとき、 Ｍ＝｛μ0 ／（２π）｝ｌ2e〔log ｛２ｌ1e／（ａ＋ｂ）｝−ｌ〕……（１５） また、ｌ1e＞ｌ2eのとき、 Ｍ＝｛μ0 ／（２π）｝ｌ1e〔log ｛２ｌ2e／（ａ＋ｂ）｝−ｌ〕……（１６） となる。（１５）式および（１６）式の相互インダクタ
ンスＭは（１３）式および（１４）式の右辺第２項と同
様導体断面の電流分布が原点対称であればその分布、す
なわち表皮効果の影響を受けない。
の向上について説明する。１次および２次巻線の有効長
をｌ1eおよびｌ2eとすると、相互インダクタンスＭはｌ
1e≦ｌ2eのとき、 Ｍ＝｛μ0 ／（２π）｝ｌ2e〔log ｛２ｌ1e／（ａ＋ｂ）｝−ｌ〕……（１５） また、ｌ1e＞ｌ2eのとき、 Ｍ＝｛μ0 ／（２π）｝ｌ1e〔log ｛２ｌ2e／（ａ＋ｂ）｝−ｌ〕……（１６） となる。（１５）式および（１６）式の相互インダクタ
ンスＭは（１３）式および（１４）式の右辺第２項と同
様導体断面の電流分布が原点対称であればその分布、す
なわち表皮効果の影響を受けない。
【００１４】一般にトランスの結合係数ｋは次式によっ
て表される。
て表される。
【００１５】 ｋ＝Ｍ／（Ｌ1 Ｌ2 ）1/2 ……（１７） 高効率のトランスを実現するために高い結合係数が望ま
れる。図７（ｂ）の如く接近した長さ３ｍ、断面円の半
径が０．２ｍｍの２つの銅導体の交流抵抗ＲA（ＲA1＝
ＲA2）、自己インダクタンスＬ（Ｌ1 ＝Ｌ2 ）および結
合係数ｋの周波数特性理論値を図９に示す。励磁周波数
が増加すると、表皮効果によって交流抵抗は増加する
が、内部自己インダクタンスが減少するため、高周波領
域において高い結合係数が得られることがわかる。
れる。図７（ｂ）の如く接近した長さ３ｍ、断面円の半
径が０．２ｍｍの２つの銅導体の交流抵抗ＲA（ＲA1＝
ＲA2）、自己インダクタンスＬ（Ｌ1 ＝Ｌ2 ）および結
合係数ｋの周波数特性理論値を図９に示す。励磁周波数
が増加すると、表皮効果によって交流抵抗は増加する
が、内部自己インダクタンスが減少するため、高周波領
域において高い結合係数が得られることがわかる。
【００１６】次に、以上のような原理に基づく本発明の
フィルム型トランスについて説明する。図１は本発明一
実施例を示す図であり、円形の同心軸形で１：１の変圧
比を構成する場合のコイル配置例を示している。図中、
１，１´は基板、２，２´は１次巻線パターン、３，３
´は２次巻線パターン、２ａ、２ａ´は１次端子、３
ａ、３ａ´は２次端子である。
フィルム型トランスについて説明する。図１は本発明一
実施例を示す図であり、円形の同心軸形で１：１の変圧
比を構成する場合のコイル配置例を示している。図中、
１，１´は基板、２，２´は１次巻線パターン、３，３
´は２次巻線パターン、２ａ、２ａ´は１次端子、３
ａ、３ａ´は２次端子である。
【００１７】図１において、１次及び２次巻線パターン
はリソグラフィ技術、エッチング技術、印刷技術等によ
りフィルム状薄膜絶縁基板１に２本のパターンを、近接
させて円形同心軸状に形成したものである。例えば、図
１（ａ）に示すように２本のパターンを１次巻線、２次
巻線とすると、これによってフィルム型薄膜トランスが
形成され、この一枚のフィルムでも変圧器動作は可能で
ある。しかし、２枚以上のフィルムトランスを積層した
方が低周波特性の改善、変圧比の変更等都合がよい。
はリソグラフィ技術、エッチング技術、印刷技術等によ
りフィルム状薄膜絶縁基板１に２本のパターンを、近接
させて円形同心軸状に形成したものである。例えば、図
１（ａ）に示すように２本のパターンを１次巻線、２次
巻線とすると、これによってフィルム型薄膜トランスが
形成され、この一枚のフィルムでも変圧器動作は可能で
ある。しかし、２枚以上のフィルムトランスを積層した
方が低周波特性の改善、変圧比の変更等都合がよい。
【００１８】いま、パターンの中心を始点として円形同
心軸状に形成したとすると、図１（ａ）のパターンは時
計方向に、図１（ｂ）のパターンは反時計方向に巻回さ
れていることになる。そして、ピッチ、巻回数が等しい
とすると、図１（ａ）、図１（ｂ）において各ターン毎
に常に外側に位置する巻線の方が、内側に位置する巻線
よりも長くなる。そこで、図１（ａ）の各ターン毎に常
に外側に位置する巻線を１次巻線２、内側に位置する巻
線を２次巻線３としたとき、図１（ｂ）では、逆に各タ
ーン毎に常に外側に位置する巻線を２次巻線３´、内側
に位置する巻線を１次巻線２´とし、図１（ａ）と図１
（ｂ）の基板を積層し、端子２ｂを端子２ｂ´に、端子
３ｂを端子３ｂ´に接続し、２ａ、２ａ´を１次端子、
３ａ、３ａ´を２次端子とすれば、図１（ａ）と図１
（ｂ）の巻線パターンによる磁束が加わり、かつ１次巻
線と２次巻線の長さを等しくすることができる。このよ
うに２枚を積層したものを単位として複数積層し、互い
に直列或いは並列接続してフィルム型トランスを形成す
る。直列接続すると抵抗値が大きくなり、並列接続する
と抵抗値が小さくなるので、接続する負荷とのインピー
ダンス整合がとれるように接続を選択する。
心軸状に形成したとすると、図１（ａ）のパターンは時
計方向に、図１（ｂ）のパターンは反時計方向に巻回さ
れていることになる。そして、ピッチ、巻回数が等しい
とすると、図１（ａ）、図１（ｂ）において各ターン毎
に常に外側に位置する巻線の方が、内側に位置する巻線
よりも長くなる。そこで、図１（ａ）の各ターン毎に常
に外側に位置する巻線を１次巻線２、内側に位置する巻
線を２次巻線３としたとき、図１（ｂ）では、逆に各タ
ーン毎に常に外側に位置する巻線を２次巻線３´、内側
に位置する巻線を１次巻線２´とし、図１（ａ）と図１
（ｂ）の基板を積層し、端子２ｂを端子２ｂ´に、端子
３ｂを端子３ｂ´に接続し、２ａ、２ａ´を１次端子、
３ａ、３ａ´を２次端子とすれば、図１（ａ）と図１
（ｂ）の巻線パターンによる磁束が加わり、かつ１次巻
線と２次巻線の長さを等しくすることができる。このよ
うに２枚を積層したものを単位として複数積層し、互い
に直列或いは並列接続してフィルム型トランスを形成す
る。直列接続すると抵抗値が大きくなり、並列接続する
と抵抗値が小さくなるので、接続する負荷とのインピー
ダンス整合がとれるように接続を選択する。
【００１９】図２は角形の同心軸形で１：１の変圧比を
構成する場合のコイル配置例を示しており、パターンが
角形である点を除けば図１の場合と同様である。図１の
場合と同様に２枚を積層して中心部で接続してこれを単
位とし、複数枚積層して直列或いは並列接続すればよ
い。
構成する場合のコイル配置例を示しており、パターンが
角形である点を除けば図１の場合と同様である。図１の
場合と同様に２枚を積層して中心部で接続してこれを単
位とし、複数枚積層して直列或いは並列接続すればよ
い。
【００２０】図３はＬ形の同心軸形で１：１の変圧比を
構成する場合のコイル配置例を示しており、図１、図２
の場合と同様に２枚を積層して中心部で接続してこれを
単位とし、複数枚積層して直列或いは並列接続すればよ
い。本実施例の場合には、コイルが形成されていない領
域に電子回路等を配置することができる。もちろん、Ｌ
形に限らず、Ｃ形、Ｅ形等基板の一部にコイルが形成さ
れない領域があるように任意形状にパターン形成しても
よい。
構成する場合のコイル配置例を示しており、図１、図２
の場合と同様に２枚を積層して中心部で接続してこれを
単位とし、複数枚積層して直列或いは並列接続すればよ
い。本実施例の場合には、コイルが形成されていない領
域に電子回路等を配置することができる。もちろん、Ｌ
形に限らず、Ｃ形、Ｅ形等基板の一部にコイルが形成さ
れない領域があるように任意形状にパターン形成しても
よい。
【００２１】図４は円形の同心軸形で１：２の変圧比を
得る場合のコイル配置例を示している。図４（ａ）には
３本の巻線１０、１１、１２がパターン形成されてお
り、一番外側の巻線１０で１次巻線、その内側の２つの
巻線１１、１２で２次巻線を形成する。このとき２次巻
線１１の中心部端子１１ｂと２次巻線１２の外側端子１
２ａとを接続して巻線１１、１２に流れる電流の向きを
同じにするとともに、１次巻線１０に対して長さが２倍
になるようにする。但し、一枚のみでは厳密には長さの
比は１：２とはならない。そこで、図４（ｂ）に示すよ
うに、外側の２本の巻線１１´、１２´を２次巻線、一
番内側の巻線１０´を１次巻線とし、巻線１２´の中心
側端子１２ｂ´と巻線１１´の外側端子１１ａ´とを接
続し、図１の場合と同様に図４（ａ）のものと図４
（ｂ）のものとを積層して中心部分で接続する。こうし
て変圧比１：２を得ることができる。この他にも、巻線
１１、１２、巻線１１´、１２´はそれぞれ並列に接続
して積層した後直列に接続し、巻線１０、１０´を積層
して並列に接続しても変圧比１：２を得ることは可能で
ある。なお、本実施例では変圧比１：２としたが、１次
巻線パターンと２次巻線パターンの本数を適宜異ならせ
て磁束の向きが同じになるように接続すれば任意の変圧
比のものを得ることが可能である。
得る場合のコイル配置例を示している。図４（ａ）には
３本の巻線１０、１１、１２がパターン形成されてお
り、一番外側の巻線１０で１次巻線、その内側の２つの
巻線１１、１２で２次巻線を形成する。このとき２次巻
線１１の中心部端子１１ｂと２次巻線１２の外側端子１
２ａとを接続して巻線１１、１２に流れる電流の向きを
同じにするとともに、１次巻線１０に対して長さが２倍
になるようにする。但し、一枚のみでは厳密には長さの
比は１：２とはならない。そこで、図４（ｂ）に示すよ
うに、外側の２本の巻線１１´、１２´を２次巻線、一
番内側の巻線１０´を１次巻線とし、巻線１２´の中心
側端子１２ｂ´と巻線１１´の外側端子１１ａ´とを接
続し、図１の場合と同様に図４（ａ）のものと図４
（ｂ）のものとを積層して中心部分で接続する。こうし
て変圧比１：２を得ることができる。この他にも、巻線
１１、１２、巻線１１´、１２´はそれぞれ並列に接続
して積層した後直列に接続し、巻線１０、１０´を積層
して並列に接続しても変圧比１：２を得ることは可能で
ある。なお、本実施例では変圧比１：２としたが、１次
巻線パターンと２次巻線パターンの本数を適宜異ならせ
て磁束の向きが同じになるように接続すれば任意の変圧
比のものを得ることが可能である。
【００２２】図５は２層構造と４層構造にした場合の変
圧比−周波数特性を並列接続（図５（ａ））と、直列接
続（図５（ｂ））について示したもので、図中、４ｐ、
４ｓはそれぞれ４層並列、４層直列を示している。変圧
比は無負荷の場合のものであり、直列、並列何れの場合
にも積層枚数の増加により低周波数特性が改善され、ま
た、無負荷の特性であるため高周波領域では変圧比と１
次、２次の結合係数が等しく、１００％近くの結合が高
周波領域で達成されていることが分かる。
圧比−周波数特性を並列接続（図５（ａ））と、直列接
続（図５（ｂ））について示したもので、図中、４ｐ、
４ｓはそれぞれ４層並列、４層直列を示している。変圧
比は無負荷の場合のものであり、直列、並列何れの場合
にも積層枚数の増加により低周波数特性が改善され、ま
た、無負荷の特性であるため高周波領域では変圧比と１
次、２次の結合係数が等しく、１００％近くの結合が高
周波領域で達成されていることが分かる。
【００２３】図６は４層構造の薄膜変圧器の効率−負荷
−周波数特性を示し、図６（ａ）は並列接続、図６
（ｂ）は直列接続の場合であり、図中、１．４、２１．
９、５０．８は純抵抗負荷（単位オーム）を示してい
る。なお、効率は２次出力の１次入力に対する比であ
る。
−周波数特性を示し、図６（ａ）は並列接続、図６
（ｂ）は直列接続の場合であり、図中、１．４、２１．
９、５０．８は純抵抗負荷（単位オーム）を示してい
る。なお、効率は２次出力の１次入力に対する比であ
る。
【００２４】比較的高抵抗負荷で高周波領域で良好な効
率が得られており、周波数が高いほど巻線電流の表皮効
果が顕著となり、効率が良くなっていることが分かる。
なお、５０．８オーム負荷のときにある周波数で効率が
ピークを示しているのは、この点でインピーダンス整合
がとれていることを示している。また、１ＭＨｚ以上で
並列接続の場合９５％以上、直列接続で９０％以上の高
効率が得られており、このため動作周波数がより高周波
化されているスイッチング電源には最適な変圧器という
ことができる。
率が得られており、周波数が高いほど巻線電流の表皮効
果が顕著となり、効率が良くなっていることが分かる。
なお、５０．８オーム負荷のときにある周波数で効率が
ピークを示しているのは、この点でインピーダンス整合
がとれていることを示している。また、１ＭＨｚ以上で
並列接続の場合９５％以上、直列接続で９０％以上の高
効率が得られており、このため動作周波数がより高周波
化されているスイッチング電源には最適な変圧器という
ことができる。
【００２５】なお、上記実施例では全く磁性材料を使用
しない例について説明したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、薄膜状磁性体、磁性粉等を併用し、特
に低周波特性を改善するようにしてもよいことは言うま
でもない。
しない例について説明したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、薄膜状磁性体、磁性粉等を併用し、特
に低周波特性を改善するようにしてもよいことは言うま
でもない。
【００２６】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、一枚の薄
膜基板上に変圧器が作成されるため、パーソナルコンピ
ュータ、ワードプロセッサー、携帯電話など小型、軽量
化が必要な電子機器の電源用として最適であり、人工衛
星への搭載も期待できる。また、コスト的には印刷技
術、エッチング技術、リソグラフ技術を用いて安価で大
量生産が可能となる。また、電気的特性は、高周波特性
が良く、積層枚数が増加する程低周特性が改善され、薄
膜状磁性体や磁性粉を併用すればより低周波特性が改善
され、商用周波数でも利用可能となり、回路接続を変更
することでインピーダンスの変更や複数個の入出力端子
を設けることなく他の電子回路も同時に作成すれば薄膜
電源やカード電源の実用化も可能である。
膜基板上に変圧器が作成されるため、パーソナルコンピ
ュータ、ワードプロセッサー、携帯電話など小型、軽量
化が必要な電子機器の電源用として最適であり、人工衛
星への搭載も期待できる。また、コスト的には印刷技
術、エッチング技術、リソグラフ技術を用いて安価で大
量生産が可能となる。また、電気的特性は、高周波特性
が良く、積層枚数が増加する程低周特性が改善され、薄
膜状磁性体や磁性粉を併用すればより低周波特性が改善
され、商用周波数でも利用可能となり、回路接続を変更
することでインピーダンスの変更や複数個の入出力端子
を設けることなく他の電子回路も同時に作成すれば薄膜
電源やカード電源の実用化も可能である。
【図１】 円形の同心軸形で１：１の変圧比を構成する
場合の一実施例を示す図である。
場合の一実施例を示す図である。
【図２】 角形の同心軸形で１：１の変圧比を構成する
場合のコイル配置例を示す図である。
場合のコイル配置例を示す図である。
【図３】 Ｌ形の同心軸形で１：１の変圧比を構成する
場合のコイル配置例を示す図である。
場合のコイル配置例を示す図である。
【図４】 円形の同心軸形で１：２の変圧比を得る場合
のコイル配置例を示す図である。
のコイル配置例を示す図である。
【図５】 ２層と４層にした場合の変圧比−周波数特性
を示す図である。
を示す図である。
【図６】 ４層構造の薄膜変圧器の効率−負荷−周波数
特性を示す図である。
特性を示す図である。
【図７】 従来型のトランスの原理図である。
【図８】 円形断面の表皮効果について説明する図であ
る。
る。
【図９】 結合係数ｋの周波数特性理論値を説明する図
である。
である。
１，１´…基板、２，２´…１次巻線パターン、３，３
´…２次巻線パターン、２ａ、２ａ´…１次端子、３
ａ、３ａ´…２次端子。
´…２次巻線パターン、２ａ、２ａ´…１次端子、３
ａ、３ａ´…２次端子。
Claims (8)
- 【請求項１】 薄膜基板上に近接して形成された１次巻
線パターン及び２次巻線パターンを備えたフィルム型ト
ランス。 - 【請求項２】 薄膜基板上に近接して形成された１次巻
線パターン及び２次巻線パターンを備えたフィルム型ト
ランスを複数層積層し、各層の１次巻線パターン及び２
次巻線パターンを直列または並列に接続したことを特徴
とするフィルム型トランス。 - 【請求項３】 請求項１または２記載のフィルム型トラ
ンスにおいて、１次巻線パターン及び２次巻線パターン
は同心軸形に形成されていることを特徴とするフィルム
型トランス。 - 【請求項４】 請求項３記載のフィルム型トランスにお
いて、同心軸形に形成されているパターンは、円形また
は角形であることを特徴とするフィルム型トランス。 - 【請求項５】 請求項３記載のフィルム型トランスにお
いて、同心軸形に形成されているパターンは、基板の一
部領域を回避して形成されていることを特徴とするフィ
ルム型トランス。 - 【請求項６】 請求項３記載のフィルム型トランスにお
いて、中心部から外側に向けて時計方向に巻回された同
心軸形パターンを有するフィルム型トランスと、中心部
から外側に向けて反時計方向に巻回された同心軸形パタ
ーンを有するフィルム型トランスとを積層し、各トラン
スの１次巻線パターンと２次巻線パターンの位置関係が
逆になるように直列接続したことを特徴とするフィルム
型トランス。 - 【請求項７】 請求項３記載のフィルム型トランスを単
位として複数層積層し、直列または並列接続したことを
特徴とするフィルム型トランス。 - 【請求項８】 請求項３記載のフィルム型トランスにお
いて、同心軸形に形成される１次巻線パターンと２次巻
線パターンの本数を異ならせたことを特徴とするフィル
ム型トランス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50A JPH06236821A (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | フィルム型トランス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50A JPH06236821A (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | フィルム型トランス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06236821A true JPH06236821A (ja) | 1994-08-23 |
Family
ID=12125560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50A Pending JPH06236821A (ja) | 1993-02-12 | 1993-02-12 | フィルム型トランス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06236821A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007513513A (ja) * | 2003-12-03 | 2007-05-24 | サウス バンク ユニバーシティー エンタープライジズ リミテッド | Ｄｓｌモデムと変成器 |
| JP2008504054A (ja) * | 2004-06-28 | 2008-02-14 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Ｒｆ場で使用する送信線 |
| JP2019003993A (ja) * | 2017-06-13 | 2019-01-10 | Tdk株式会社 | コイル部品 |
| JP2019075458A (ja) * | 2017-10-16 | 2019-05-16 | Tdk株式会社 | コイル部品 |
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| JP2019140223A (ja) * | 2018-02-09 | 2019-08-22 | Tdk株式会社 | コイル部品 |
| US20200135382A1 (en) * | 2018-10-31 | 2020-04-30 | Tdk Corporation | Coil component |
| US11605492B2 (en) * | 2017-11-13 | 2023-03-14 | Tdk Corporation | Coil component |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54110424A (en) * | 1978-02-17 | 1979-08-29 | Ricoh Co Ltd | Transformer |
| JPS596806B2 (ja) * | 1980-11-14 | 1984-02-14 | セントラル硝子株式会社 | アルカリモノフルオロホスフエ−トの製造法および製造装置 |
| JPS63278317A (ja) * | 1987-05-11 | 1988-11-16 | Fuji Electric Co Ltd | 静止誘導機器 |
| JPH0380509A (ja) * | 1989-08-23 | 1991-04-05 | Murata Mfg Co Ltd | 積層トランス |
-
1993
- 1993-02-12 JP JP50A patent/JPH06236821A/ja active Pending
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| US11189418B2 (en) | 2017-06-13 | 2021-11-30 | Tdk Corporation | Coil component |
| JP2019075458A (ja) * | 2017-10-16 | 2019-05-16 | Tdk株式会社 | コイル部品 |
| US11257615B2 (en) | 2017-10-16 | 2022-02-22 | Tdk Corporation | Coil component |
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