JPH06342725A - ワイヤトランスおよびその製造方法並びにワイヤトランスを搭載した電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】漏れ磁束が小さくて一次、二次間の結合が良
く、低損失でかつ放熱効率が良い薄型トランスを提供す
る。 【構成】ワイヤトランスの導線である絶縁被覆電線巻回
体に、硬化性樹脂、特に磁性粒子を含有した硬化性樹脂
を塗布し、その周囲に樹脂より高透磁率で、高抵抗の磁
性薄板を取り付け、電線巻回体と磁性薄板とを硬化性樹
脂で一体に固着した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気シ−ルドを備えたワ
イヤトランスおよびその製造方法並びにそれを搭載した
電源装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤトランスとは、一次および二次導
体となる電線を所定の絶縁層を介して近接して配置し、
この時に生じる相互誘導作用を利用して、鉄心を用いる
ことなく一次、二次回路間の絶縁と電力の伝送作用を行
わせる装置のことである。

【０００３】この種ワイヤトランスは、薄型とするため
に、例えば特開平４−４２９０７号公報にも開示されて
いるように、平面上に近接配置した複数の導線を平面渦
巻上に巻回し形成するようにしている。

【０００４】またこの薄く形成されたトランスの漏れ磁
束を減らし、かつ一次、二次コイル間の結合を良くする
ために、一次、二次コイルに磁性体粉末を塗布すること
も行われている。尚これに関連するものとしては例えば
特開昭６０−７１５号公報があげられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種ワイヤトランス
は、鉄心を使わずに相互誘導作用により電力を伝達する
ため、磁束が周辺の空間に漏れ易く、一次、二次コイル
間の電磁的結合が低下する。さらにこの近傍に導電性の
物体があると渦電流が誘導され、損失が大きくなった
り、また局部的に過熱するといった問題を生じる。この
ため比較的損失が大きい半導体スイッチ素子等を実装す
る際に採用されているような、熱伝導の良好な金属製の
回路基板へ密着実装して放熱効率をあげ、装置を小形化
するような方法は採れない。

【０００６】またトランスより漏れた磁束は電磁ノイズ
となって制御回路等を誤動作させる原因ともなる。

【０００７】一方磁性体粉末を塗布してトランスの漏れ
磁束を低減する方法は、磁性体粉末の比透磁率がブロッ
ク状の磁性体と比べて一般に小さいことから、漏れ磁束
を低減する効果には限界がある。

【０００８】一般に磁気シールドとしては比透磁率の大
きい金属磁性体が用いられることが多いが、高周波の漏
れ磁束に対しては渦電流が大きくなり、損失増加や過熱
の問題が生じる。

【０００９】また比透磁率が比較的大きくて渦電流損が
小さい磁気シールド材としてはフェライト薄板がある
が、これは固くて脆いことから薄板とするのは強度的に
限界があり、また導線巻回体の凹凸に合わせた形状に加
工するのは難しく、導線と磁気シールド材の間に空隙層
が生じて断熱作用をすることから、導線の発熱を磁気シ
ールド材を経て外部に放熱する際の障害となる。これら
の問題点はワイヤトランスの薄型化やまた装置の薄型化
を制約する。

【００１０】本発明はこれに鑑みなされたものでその目
的とするところは、薄型にして漏れ磁束が小さく低損失
で、かつ放熱効率が良いこの種ワイヤトランスを提供す
るにある。

【００１１】さらに薄型化が可能なワイヤトランス搭載
の電源装置を提供するにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、電線
巻回体の表面に高透磁率高抵抗の磁性薄板を配置すると
ともに、この磁性薄板と前記電線巻回体とを、硬化性樹
脂により一体化するようになし所期の目的を達成するよ
うにしたものである。

【００１３】

【作用】すなわちこのように形成されたワイヤトランス
であると、電線を平面渦巻状に巻回し形成されたた凹凸
面には、硬化前で流動性を有する樹脂が塗布されるの
で、この樹脂の層は凹凸面に空隙を残すことなく電線に
密着して形成され、硬化後はその周囲に配設した磁性薄
板と電線巻回体を一体に固着し、剛性が大きくなる。す
なわちトランスの高さを低くするために薄くて脆い磁性
薄板を用いても破断する恐れは小さくなる。そして電
線、硬化性樹脂層、磁性薄板の三者が空隙の断熱層を残
すことなく密着するので、相互間の熱伝達は良好であ
り、電線に電流が流れて生じる損失による熱は、樹脂層
と磁性薄板を経て外部に放散される。

【００１４】電線巻回体を流れる電流にて生じる磁束
は、比透磁率の高い磁性薄板に流入して遮蔽されるの
で、外部への漏れ磁束は低減される。

【００１５】またこの磁性薄板として電気抵抗率が１Ω
・ｃｍ程度以上の材料を用いれば、磁束が出入りする際
の渦電流は十分小さくなる。

【００１６】ここで樹脂として、磁性粒子を含有した磁
性樹脂を用いると樹脂層自体も磁路となって磁気シール
ド効果を発揮する。

【００１７】

【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。

【００１８】図１には本発明によるワイヤトランスの一
例が示されている。ワイヤトランス１は、主としてスパ
イラル状に巻回された電線巻回体２１と、この電線巻回
体に塗布硬化された樹脂３１と、この樹脂の外表面に設
けられている磁性薄板４１ａ、４１ｂおよび４２とより
形成されている。

【００１９】電線巻回体２１は一次、二次回路となる２
本の絶縁被覆電線１１、１２が並設され平面上にスパイ
ラル状に巻回されて形成され、そしてこの電線巻回体２
１に磁性粒子を含有した流動性ながら特定の工程で硬化
させることのできる樹脂（以下硬化性磁性ペーストと記
載する）３１を、硬化前の流動性のある状態で塗布し、
それらの上下および外周に硬化性磁性ペースト３１より
大きな比透磁率を有して、電気抵抗率が１Ω・ｃｍ程度
以上の磁性材料、例えばフェライト材の磁性薄板４１
ａ、４１ｂおよび４２を配設した後、硬化性磁性ペース
ト３１を硬化して電線巻回体２１、磁性薄板４１ａ、４
１ｂ、４２を一体に固着して構成している。

【００２０】このように形成されたワイヤトランスによ
れば、電線巻回体２１を流れる電流がつくる磁束は硬化
性磁性ペースト３１と磁性薄板４１ａ、４１ｂおよび４
２が形成する磁路を流れ、外部に漏れる磁束が減るため
に、一次、二次回路の結合が向上する。

【００２１】ここで用いる硬化性磁性ペースト３１とし
ては、一例として粒径数μmのフェライト粉末と二液混
合硬化型合成樹脂を重量比５：１〜10：１の割合でペー
スト状に混合したものを用いることができる。この場合
の作業方法の一例を以下に示すと、二液混合硬化型合成
樹脂の主剤とフェライト粉末を十分均一になるまで撹拌
混合した後、硬化剤を混合し、硬化が始まるまでに電線
巻回体２１への塗布や磁性薄板４１ａ、４１ｂ、４２の
配設を行い、その後硬化性磁性ペースト３１の硬化工
程、例えば加熱等を行う。

【００２２】一般に磁気シールドをフェライト薄板で構
成する方法は知られているが、この場合フェライトは固
くて脆いため、ある程度の厚みを持たせないと割れる恐
れがあり、したがって磁気シールドとして採用するには
ある程度の厚さが必要となり、ワイヤトランスの一つの
長所である薄型性が損なわれる。これに対して本実施例
では樹脂で電線とフェライト薄板とが一体に固着される
ので、強度が向上して薄板の厚みが小さなものであって
も破断の恐れは無くなり、信頼性の向上が図れる。

【００２３】一方丸断面の絶縁電線を巻回した電線巻回
体に平板の磁気シールドを直接に当てると、電線と磁気
シールド間に生じる空隙が熱伝導を妨げて電線の熱が放
熱しにくくなり、過熱して温度上昇の限界からトランス
の容量が制約される。

【００２４】これに対して本実施例のように電線と磁気
シールド間の空隙を硬化性磁性ペーストで充填すること
で、空気層として残る場合に比べ熱伝導が良くなり、電
線の損失で発生した熱が外部に放散し易くなるので、電
線の電流密度を上げることができる。すなわち同じ寸法
でもより大きな容量のトランスとして用いることができ
る効果がある。

【００２５】尚以上の実施例においては硬化性磁性ペー
ストを用いた場合の例について説明してきたが、非磁性
の樹脂を用いて固着しても、電線巻回体と磁性薄板の一
体化による剛性向上や放熱効率向上の効果を得ることが
できる。

【００２６】また磁気シールドを硬化性磁性ペーストの
みで構成しても磁気シールド付きワイヤトランスを製作
できるが、磁性ペーストでは一般に透磁率が小さいため
に磁気シールド外に漏れる磁束が大きく、一次、二次回
路の結合低下や、周辺の導体に渦電流を誘起して損失が
増えたり、局部的に過熱するといった問題があるが、本
実施例によればこれらの問題は解決できる。

【００２７】図２には本発明による磁気シールド付きワ
イヤトランス１を回路基板５１に実装した場合の例が示
されている。トランス１を含む回路部品を搭載する回路
基板５１には熱伝導率が大きく放熱の良いアルミ基板を
用いることが多い。この場合一般にトランスの漏れ磁束
が大きいと誘導される渦電流で生じる損失が大きくなる
が、これを低減するために、トランス本体を基板から離
して配置しなければならず、基板上の実装高さが高くな
る。またこれと同時にトランスの損失で発生した熱が基
板にほとんど伝達しないため、電流密度を大きくできな
いといった問題があるが、これに対して本実施例による
磁気シールド付きワイヤトランス１は比透磁率の大きい
磁性薄板４１ａ，４１ｂ，４２でシールドされているの
で漏れ磁束が小さく、回路基板５１に必要な絶縁層だけ
を隔てて密着して配置しても基板に生じる損失は小さ
く、過熱の問題は生じない。そしてトランス１の熱を回
路基板５１に良好に伝達するので放熱が良く、電線の電
流密度を上げることができるので、同一のトランスをよ
り大きな電源用として使用することができる。

【００２８】本実施例においては外周の磁性薄板４２を
上下の磁性薄板の一方、ここでは下部磁性薄板４１ｂと
一体に形成していることで新たな効果を生じる。すなわ
ち外周の磁性薄板４２と下部磁性薄板４１ｂは容器状と
なるので、硬化前で流動性のある硬化性磁性ペースト３
１を塗布した電線巻回体２１を収納するのは容易で、磁
性ペーストを成型固着するための治具類は不要となり、
トランスの製作工程が簡略となる。

【００２９】さらに図３には本発明の他の実施例である
磁気シールド付きワイヤトランス１が示されている。こ
の実施例は電線を複数段、ここでは２段に積層した電線
巻回体２１ａと２１ｂを硬化性磁性ペースト３１と磁性
薄板４１ａ，４１ｂ，４２で覆って磁気シールド付きワ
イヤトランス１としている。

【００３０】この実施例はトランス１を高くする代りに
平面積を低減する構成例であるが、２段に積層した電線
巻回体２１ａと２１ｂの間にも硬化性磁性ペースト３１
を充填し、強度と熱伝導率を向上することができる。

【００３１】また図４には本実施例の変形例である磁気
シールド付きワイヤトランスが示されている。絶縁被覆
電線１１，１２を巻回する際に上部巻回体２１ａと下部
巻回体２１ｂを、電線の半径分だけ位置をずらせて巻く
ことで、合計の高さを低減した電線巻回体２１ａと２１
ｂの重ね合わせ体を硬化性磁性ペースト３１と磁性薄板
４１ａ，４１ｂ，４２で覆っている。

【００３２】この実施例のように電線巻回体の内側や外
側が段違いとなる場合でも確実に磁気シールドを形成す
ることができる。

【００３３】図５及び図６はまた別な実施例を示すもの
で、一次と二次の電線径が異なるワイヤトランスに本発
明による磁気シールドを設けた場合の実施例を示してい
る。図５に示す、例えば一次側となる一本の大電流用絶
縁被覆電線１３に、二次側となる４本の小電流用絶縁被
覆電線１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを螺旋状に巻き
付けた組合せ導体１５を、図６に示すようにスパイラル
状に巻回して電線巻回体２２を構成する。そしてこの電
線巻回体に図７に断面を示すように、硬化性磁性ペース
ト３１を塗布して、さらに上下および外周に磁性薄板４
１ａ，４１ｂ，４２による磁気シールドを形成してトラ
ンス２としている。

【００３４】本実施例に示すように表面に複雑な凹凸が
ある電線巻回体にも確実に磁気シールドを形成すること
ができる。

【００３５】図８に本発明の変形例の磁気シールド付き
ワイヤトランス１の断面図を示す。電線巻回体２１の表
面に塗布した硬化性磁性ペースト３１で、磁性薄板４１
ａと４１ｂを貼付て磁気シールドとしている。ワイヤト
ランスは平面状であることから、その平面部分にのみ磁
気シールドを設けることでも十分な効果があり、構成も
簡単となる。

【００３６】図９に本発明の他の変形例の磁気シールド
付きワイヤトランス１の断面図を示す。電線巻回体２１
に硬化性磁性ペースト３１を塗布した後、回路基板５１
と接する面と外周に磁性薄板４１ｂと４２を配置してト
ランス１としている。このトランスを組込んだ電源装置
が設置される機器において、トランス上部に漏れ磁束で
渦電流を誘導されるような導電性部材や、漏れ磁束の電
磁雑音で誤動作を引き起こす信号線等がなく、磁束の放
散が許される場合には、この面のシールドを省略するこ
とも可能であり、トランスの構成を簡略にできる。

【００３７】図１０にはさらに他の変形例の磁気シール
ド付きワイヤトランス１が示されている。電線巻回体２
１の中心部は空隙となる場合があり、本実施例ではこの
部分に通孔５２を設けている。この通孔５２はトランス
製作の際の治具類の挿通孔や、トランス１を回路基板５
１に取り付ける際のガイドや固定部品の挿通孔として利
用することができる。電線巻回体の中心部に通孔を設け
る構造は図１０の実施例のみでなく、図１から図４、お
よび図７，８，９、さらに後に説明する図１１の実施例
についても適用でき、同様な効果を得ることができる。

【００３８】図１１に本発明により構成した電源装置の
一実施例を示す。絶縁被覆電線１１、１２を巻回した電
線巻回体２１に硬化工程前の硬化性磁性ペースト３１を
塗布したのち、磁性薄板４１ａ，４１ｂ，４２を配設し
て磁気シールド付きワイヤトランスを構成しているが、
ここで磁性薄板の一部、一例として磁性薄板４１ｂを電
線巻回体２１の周囲に拡張し、この拡張した部分に電源
装置を構成するのに必要な半導体スイッチ素子、整流素
子、制御回路素子、コンデンサ等の回路部品５３，５
４，５５，５６（通常さらに多くの部品が必要であるが
記載を省略する）を搭載して電源装置を構成している。

【００３９】本実施例によれば磁気シールドの一部と回
路基板を併用しているので、電源装置を構成する部品数
を減らし、電源装置の高さを低くできる効果がある。

【００４０】なおこの図１１では磁気シールドを構成す
る磁性基板４１ａと４１ｂの厚さがほぼ等しい実施例を
示しているが、強度や放熱等の関係で両者の厚さが異な
っても一向に差し支えない。

【００４１】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明は、ワイ
ヤトランスの導線である電線巻回体に硬化性磁性ペース
トを塗布し、その上に高透磁率高抵抗の磁性薄板を一体
に取り付けて磁気シールド付きのワイヤトランスを構成
したので、漏れ磁束が小さくて一次、二次間の結合が良
く、低損失でかつ放熱効率が良い薄型トランスを実現で
きる。

【００４２】またさらにそのトランスを組み込む電源装
置を薄型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のワイヤトランスの一実施例を示す一部
破断斜視図である。

【図２】図１に示すワイヤトランスの縦断側面図であ
る。

【図３】本発明のワイヤトランスの他の実施例を示す縦
断側面図である。

【図４】本発明のワイヤトランスの他の実施例を示す縦
断側面図である。

【図５】一次用と二次用で直径が異なる電線を近接配置
した組合せ導体の一部断面斜視図である。

【図６】図５に構成例を示した組合せ導体を平面スパイ
ラル状に巻回した電線巻回体の一構成例を示す平面図で
ある。

【図７】図６に示す電線巻回体に硬化性磁性ペーストと
磁性薄板による磁気シールドを設けたワイヤトランスの
一実施例の断面図である。

【図８】電線巻回体に硬化性磁性ペーストを塗布し、そ
の上下面のみに磁性薄板を設けた磁気シールド付きワイ
ヤトランスの一実施例の断面図である。

【図９】電線巻回体に硬化性磁性ペーストを塗布し、そ
の側面と、トランスを搭載する基板側の面に磁性薄板を
設けたワイヤトランスの一実施例の断面図である。

【図１０】電線巻回体の中央部に通孔を残して、硬化性
磁性ペーストと磁性薄板の磁気シールドを設けたワイヤ
トランスの一部破断斜視図である。

【図１１】磁気シールド付きワイヤトランスの磁性薄板
の一部を拡張して、その部分に回路部品を搭載した電源
装置の一実施例を示す一部破断斜視図である。

【符号の説明】

１，２…ワイヤトランス、５…電源装置、１１，１２，
１３，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…絶縁被覆電
線、１５…組合せ導体、２１，２１ａ，２１ｂ，２２…
電線巻回体、３１…硬化性磁性ペースト、４１ａ，４１
ｂ，４２…磁性薄板、５１…回路基板、５２…通孔、５
３，５４，５５，５６…回路部品。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 達 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 恩田 謙一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 正 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 叶田 玲彦 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 堀江 秀明 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】並設した複数の絶縁被覆電線を平面状に巻
   回して形成された電線巻回体を備えたワイヤトランスに
   おいて、 前記電線巻回体の表面に高透磁率高抵抗の磁性薄板を配
   置するとともに、該磁性薄板と前記電線巻回体とを、硬
   化性樹脂により一体化するようにしたことを特徴とする
   ワイヤトランス。
2. 【請求項２】並設した複数の絶縁被覆電線を平面状に巻
   回して形成された電線巻回体を備えたワイヤトランスに
   おいて、 前記電線巻回体の表面に高透磁率高抵抗の磁性薄板を配
   置するとともに、該磁性薄板と前記電線巻回体とを、硬
   化性樹脂層を介して密着一体化するようにしたことを特
   徴とするワイヤトランス。
3. 【請求項３】一次、二次コイルとなる複数の絶縁被覆電
   線が平面状に巻回されて形成された電線巻回体を備えた
   ワイヤトランスにおいて、 前記電線巻回体とその電線巻回体の少なくとも一部を覆
   って配置された高透磁率高抵抗の磁性薄板とが、硬化性
   樹脂により一体に固着形成されてなるワイヤトランス。
4. 【請求項４】前記硬化性樹脂が磁性粒子を含有してなる
   請求項１、２若しくは３記載のワイヤトランス。
5. 【請求項５】並設した複数の絶縁被覆電線を平面状に巻
   回して形成された電線巻回体を備えたワイヤトランスに
   おいて、 前記電線巻回体に高透磁率高抵抗の磁性薄板を硬化性磁
   性ペーストを介して設けたことを特徴とするワイヤトラ
   ンス。
6. 【請求項６】前記磁性薄板の透磁率は前記硬化性磁性ペ
   ーストの透磁率より大きく、また抵抗は１Ω・ｃｍ以上
   有する請求項５記載のワイヤトランス。
7. 【請求項７】前記磁性薄板を前記電線巻回体の両平面側
   のみに設けてなる請求項５記載のワイヤトランス。
8. 【請求項８】前記磁性薄板を、前記電線巻回体を収納で
   きる容器状に形成されてなる請求項５記載のワイヤトラ
   ンス。
9. 【請求項９】前記電線巻回体のほぼ中央部に空孔を形成
   してなる請求項５記載のワイヤトランス。
10. 【請求項１０】並設した複数の絶縁被覆電線を平面状に
    巻回して形成された電線巻回体を備えたワイヤトランス
    の製造方法において、 前記電線巻回体に流動性樹脂を塗布する工程、 この流動性樹脂が塗布された電線巻回体の周囲に、該樹
    脂より比透磁率が大きく、かつ電気的抵抗の大きい磁性
    薄板を配設する工程、 前記流動性樹脂を硬化させ、前記電線巻回体と磁性薄板
    とを固着一体化する工程、を有するワイヤトランスの製
    造方法。
11. 【請求項１１】一部が一つの回路、他が別の回路となる
    近接して並べた複数の絶縁被覆電線を平面状に巻回した
    電線巻回体を備えたワイヤトランスにおいて、 前記電線巻回体に所定の工程で硬化させることのできる
    流動性樹脂を塗布し、その周囲に該樹脂より比透磁率が
    大きく、電気抵抗が１Ω・ｃｍ程度以上の磁性薄板を配
    設した後、該樹脂を硬化させて電線巻回体と磁性薄板を
    一体に固着して構成したことを特徴とするワイヤトラン
    スの製造方法。
12. 【請求項１２】ワイヤトランスと回路素子とを備え、か
    つ前記ワイヤトランスが並設した複数の絶縁被覆電線を
    平面状に巻回して形成された電線巻回体を有する電源装
    置において、 前記ワイヤトランスを、前記電線巻回体に高透磁率高抵
    抗の磁性薄板を硬化性樹脂により一体化して構成すると
    ともに、前記磁性薄板の一部を電線巻回体の周囲に拡張
    し、該拡張した部分に前記回路素子を搭載するようにし
    たことを特徴とするワイヤトランスを搭載した電源装
    置。
13. 【請求項１３】回路基板上に制御回路の素子およびワイ
    ヤトランスを搭載した電源装置において、 前記回路基板に、請求項１、２、３若しくは請求項５記
    載のワイヤトランスの磁性薄板の一部を接触させてなる
    ワイヤトランスを搭載した電源装置。