JP2007088131A

JP2007088131A - フラット構造の変圧器及びインダクタンス要素

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Publication number: JP2007088131A
Application number: JP2005273504A
Authority: JP
Inventors: Matsuo Uno; 松夫宇野
Original assignee: AW JAPAN KK
Current assignee: AW JAPAN KK
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】プリント回路基板に組み込むことのできるフラット構造の変圧器の提供。所望の変圧比の設計を容易にすること。
【解決手段】プリント回路基板（１）には、１又は複数のコア配置用の凹み（１ａ〜１ｄ）が形成されると共に、該凹みの回りに1次巻線（Ｐａ〜Ｐｄ）のプリント配線及び２次巻線（Ｓａ〜Ｓｄ）のプリント配線を相互に絶縁状態で設けてなる。各凹み内に、磁性体プレート（３ｅ）上に形成された磁性体コア（３ａ〜３ｄ）を配置する。各凹みの回りに配線された複数の1次巻線を並列接続（又は直列接続）し、各凹みの回りに配線された複数の２次巻線を直列接続（又は並列接続）する。
【選択図】図１

Description

この発明は、プリント回路基板に組み込むことのできるフラット構造の変圧器に関し、更にはリアクトル等のインダクタンス要素に関する。

従来公知の変圧器は、磁性体コアに１次及び２次巻線を立体的に巻き付ける構成であったため、小型化には限界があった。特に、プリント回路基板には組み込むことができず、外付け部品となってしまう。従って、種々の電子・電気機器において小型化を促進する際の隘路となっていた。例えば、下記特許文献１に示されたもののようにコンパクト化を図ったものであっても、この問題は解決できていない。
特開平１１−３１７３１４号公報

一方、コイルそれ自体をプリント配線してなるフラットなコイルの存在が知られている。しかし、プリントコイルは巻数に限度があるため、所望のインダクタンスを得るように設計することが困難である。

この発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、プリント回路基板に組み込むことのできるフラット構造の変圧器を提供しようとするものである。また、所望の変圧比を得るように設計することの容易なフラット構造の変圧器を提供しようとするものである。また、所望のインダクタンスを得るように設計することが容易なフラット構造のインダクタンス要素を提供しようとするものである。

本発明に係る変圧器は、１又は複数のコア配置用の凹みが形成されると共に、該凹みの回りに1次巻線のプリント配線及び２次巻線のプリント配線を相互に絶縁状態で設けてなるプリント回路基板と、前記各凹み内に配置された磁性体コアとを具備する。これによって、プリント回路基板に組み込むことのできるフラット構造の変圧器を提供することができる。従って、変圧器を外付け部品とすることなくプリント回路基板に組み込むことができるので、種々の電子・電気機器における回路構成を小型化することができる。

本発明に係る変圧器の好ましい一実施形態は、複数の前記凹みの回りに配線された複数の前記1次巻線が１次電圧源に対して並列接続され、複数の前記凹みの回りに配線された複数の前記２次巻線が直列接続されて2次電圧を出力する。これにより、所望の増圧された変圧比を得るように設計することが容易となる。
別の好ましい一実施形態は、複数の前記凹みの回りに配線された複数の前記1次巻線が１次電圧源に対して直列接続され、複数の前記凹みの回りに配線された複数の前記２次巻線が並列接続されて2次電圧を出力する。これにより、所望の減圧された変圧比を得るように設計することが容易となる。

本発明に係るフラット構造のインダクタンス要素は、複数のコア配置用の凹みが形成されると共に、該各凹みの回りに巻線のプリント配線がそれぞれ設けられてなり、前記各巻線は直列接続又は並列接続されることで１つのインダクタンス要素として構成されるようにしてなるプリント回路基板と、前記各凹み内に配置された磁性体コアとを具備する。これにより、各コアにおける巻線の巻数と各巻線は直列接続又は並列接続の組み合わせとによって、フラット構造のインダクタンス要素において、所望のインダクタンスを得るように設計することが容易となる。

図１は本発明の一実施例を概念的に示す図で、プリント回路基板１において変圧器が配置される部分を部分的に示す平面図である。理解を容易にするために、図１（ａ）には、1次巻線用のプリント配線Ｐのみを示し、（ｂ）には、２次巻線用のプリント配線Ｓのみを示しているが、これらはプリント回路基板における同じ平面部分を示している。また、図示の簡単化のために、各プリント配線Ｐ，Ｓは単なる線図で描いてあるが、実態は適宜の線幅を持つ公知のプリント配線の形態からなる。また、図では、プリント配線の接続箇所はドットを付して示している。従って、図で配線がクロスしている箇所で、ドットが付していないならば、非接続箇所であり、その部分では、ブリッジ等公知の手法でプリント配線が絶縁的に交差している。

プリント回路基板１においては、変圧器の磁性体コアを配置するための凹み２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが、該変圧器におけるコア数分だけ設けられる。図示例では、４つの凹み２ａ〜２ｄが設けられているが、変圧器の設計に応じて、もっと多くの凹みが設けられてもよいし、最も少ない場合は1個のみであってもよい。最も好適な実施形態において、この凹み２ａ〜２ｄは、基板１を貫通した通し孔からなっている。しかし、通し孔に限らず、コアを適切に納めることができる凹みであればよい。

各凹み２ａ〜２ｄの回りには、図１（ａ）に示すように1次巻線Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄのプリント配線が設けられ、また、同図（ｂ）に示すように２次巻線Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄのプリント配線が設けられる。従って、同じ凹み２ａ〜２ｄの回りに設けられる1次巻線Ｐａ〜Ｐｄと2次巻線Ｓａ〜Ｓｄは、略重複して基板１上に配置されることになるが、勿論、両者は相互に絶縁状態を維持するようにプリント配線される。そのためには、公知の多層基板の製造技術を用いるとよい。あるいは、多層基板に限らず、回路基板１の表面と裏面とで別々に1次巻線Ｐａ〜Ｐｄと2次巻線Ｓａ〜Ｓｄをプリント配線するようにしてもよい。あるいは、回路基板１の一面に各1次巻線Ｐａ〜Ｐｄとそれに対応する各2次巻線Ｓａ〜Ｓｄを交互に並べてつまりバイファイラ巻きのようにプリント配線するようにしてもよい。その場合は、両者の配線が交差する箇所ではジャンプ配線によって絶縁状態が保持される。勿論、プリント回路基板１には、その他のプリント配線も設けられるが、その詳細は省略する。なお、図１では、直流電圧＋Ｖをプリント回路基板１に入力し、プリント回路基板１上に設けられた発振器で所定の交流信号を発振し、この発振交流電圧を変圧する例が示されている。しかし、これに限らず、任意の交流電圧を直接入力するようにしてもよい。

図２はこの変圧器で使用される磁性体コア部３の一実施例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。磁性体コア部３は、プリント回路基板１に設けられた各凹み２ａ〜２ｄに対応する配置で複数のコア３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを、コアベースプレート３ｅ上にて所与の高さで突出して形成してなるものである。組み立てた状態において、コアベースプレート３ｅ上の各コア３ａ〜３ｄが回路基板１の各凹み２ａ〜２ｄに嵌まり込み、それぞれに対応する各1次巻線Ｐａ〜Ｐｄと各2次巻線Ｓａ〜Ｓｄの磁気結合を保証する。

図３は、プリント回路基板１に磁性体コア部３を組み立てた状態を示す側面断面図である。この例では、図２に示したような磁性体コア部３を2枚使用し、プリント回路基板１の両面側から2枚の磁性体コア部３，３で挟み込む。この場合、コアベースプレート３ｅ上の各コア３ａ〜３ｄの高さは、プリント回路基板１の厚みの略半分である。これに限らず、1枚の磁性体コア部３のみを使用して、プリント回路基板１の片面から各コア３ａ〜３ｄを各凹み２ａ〜２ｄに嵌め込むようにしてもよい。また、各コア３ａ〜３ｄを独立に設け、それぞれを個別に、各凹み２ａ〜２ｄに嵌め込むようにしてもよい。また、磁性体コア部３において、各コア３ａ〜３ｄとコアベースプレート３ｅを一体的に形成することなく、磁性体シートからなるコアベースプレート３ｅに各コア３ａ〜３ｄを貼り付け固定するようにしてもよい。また、磁気回路の形成機能は劣るが、変形例として、コアベースプレート３ｅは非磁性体であってもよい。

図４は、図１に示した変圧器の等価回路を示す。この例では、複数の凹み２ａ〜２ｄの回りにプリント配線された複数の1次巻線Ｐａ〜Ｐｄが１次電圧源に対して並列接続され、該複数の凹み２ａ〜２ｄの回りに配線された複数の２次巻線Ｓａ〜Ｓｄが直列接続されて2次電圧を出力するようになっている。この場合、各1次巻線Ｐａ〜Ｐｄと2次巻線Ｓａ〜Ｓｄの巻数が同じだとすると（巻数比１：１）、１：４の変圧比で電圧を増加させるトランスとなる。また、これに組み合わせて、１次と２次の巻数比を適宜に設定すれば、さらに変圧比（増圧比）を設定・変更である。

上記例とは逆に、複数の1次巻線Ｐａ〜Ｐｄが１次電圧源に対して直列接続され、複数の２次巻線Ｓａ〜Ｓｄが並列接続されて2次電圧を出力するようにしてもよい。その場合は、４：１の変圧比で電圧を減少させるトランスとなり、例えば、商用交流電圧を減圧してからＡＣ−ＤＣ変換することで所望の直流電圧を得るＡＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣアダプタ）などの用途に適する。この場合も、これに組み合わせて、１次と２次の巻数比を適宜に設定すれば、さらに変圧比（減圧比）を設定・変更である。

更に、変更例として、同じ1次側（又は２次側）にある複数の１次巻線（又は２次巻線）のうち、一部を並列接続とし、残りを直列接続とする、といったような組み合わせも可能である。そのような組み合わせは、例えば、非整数的な変圧比を得る場合に適している。

前述のとおり、コア数つまり凹み２ａ〜２ｄの数は任意であり、また、各コア（凹み）に対応する1次巻線及び／又は２次巻線Ｓａ〜Ｓｄの巻数（巻数比）もそれぞれ任意であり、設計上、適宜に設定してよい。また、1次側と2次側の直列接続又は並列接続の形態及びそれらの組み合わせも任意であり、これらも設計上、適宜に設定してよい。かくして、対をなす各1次巻線と各２次巻線の巻数比、及び、並列接続された（又は直列接続された）1次側と対をなす直列接続された（又は並列接続された）2次側の巻線数（コア数）などを、適宜に設定することにより、所望の変圧比を実現することができる。

また、対をなす1次巻線Ｐａ〜Ｐｄと2次巻線Ｓａ〜Ｓｄをそれぞれに共通の凹み２ａ〜２ｄの回りに重複して設ける例に限らず、隣接する１対の凹みの一方の回りに1次巻線をプリント配線し、他方の凹みの回りに２次巻線をプリント配線するようにしてもよい。

なお、上記実施例に示されたアイディアは、リアクトルなどのインダクタンス要素にも応用することができる。すなわち、プリント回路基板に形成された複数の凹部の回りにフラットなプリント配線で巻線を形成し、これらの巻線を直列接続又は並列接続又は直列及び並列の組み合わせで接続し、かつ各凹部に磁性体コアを配置することで、所望のインダクタンスを持つリアクトルなどのインダクタンス要素をフラット構造にて提供することができる。

すなわち、そのようなフラット構造のインダクタンス要素について、上記実施例での参照符号を引用して、要約して述べると、該フラット構造のインダクタンス要素は、複数のコア配置用の凹み（２ａ〜２ｄ）が形成されると共に、該各凹みの回りに巻線（Ｐａ〜Ｐｄ又はＳａ〜Ｓｄ）のプリント配線をそれぞれ設けてなり、各巻線は直列接続又は並列接続することで１つのインダクタンス要素として構成されるようにしてなるプリント回路基板（１）と、前記各凹み内に配置された磁性体コア（３ａ〜３ｄ）とを具備し、各磁性体コア（３ａ〜３ｄ）を磁性体コアベースプレート（３ｅ）を介して磁気的に結合してなるものである。これにより、各コア（３ａ〜３ｄ）における巻線の巻数と各巻線は直列接続又は並列接続の組み合わせとによって、フラット構造のインダクタンス要素において、所望のインダクタンスを得るように設計することが容易となる。

本発明の一実施例を概念的に示す平面図。同実施例の変圧器で使用される磁性体コア部の一実施例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。同実施例のプリント回路基板に磁性体コア部を組み立てた状態を示す側面断面図。図１に示した変圧器の等価回路。

符号の説明

１プリント回路基板
Ｐ 1次巻線用のプリント配線
Ｓ２次巻線用のプリント配線
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ凹み
Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ 1次巻線
Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ２次巻線

Claims

１又は複数のコア配置用の凹みが形成されると共に、該凹みの回りに1次巻線のプリント配線及び２次巻線のプリント配線を相互に絶縁状態で設けてなるプリント回路基板と、
前記各凹み内に配置された磁性体コアと
を具備するフラット構造の変圧器。
複数の前記凹みの回りに配線された複数の前記1次巻線が１次電圧源に対して並列接続され、複数の前記凹みの回りに配線された複数の前記２次巻線が直列接続されて2次電圧を出力する請求項１に記載の変圧器。
複数の前記凹みの回りに配線された複数の前記1次巻線が１次電圧源に対して直列接続され、複数の前記凹みの回りに配線された複数の前記２次巻線が並列接続されて2次電圧を出力する請求項１に記載の変圧器。
複数の前記磁性体コアが、共通のコアベースプレート上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の変圧器。
前記凹みは、前記プリント回路基板に穿設された通し孔である請求項１乃至４のいずれかに記載の変圧器。
前記プリント回路基板は多層のプリント回路基板である請求項１乃至５のいずれかに記載の変圧器。
対をなす1次巻線と２次巻線が同じ凹みの回りに形成されている請求項１乃至６のいずれかに記載の変圧器。
対をなす1次巻線と２次巻線が隣接する凹みの回りにそれぞれ形成されており、該隣接する凹みに配置される磁性体コアは磁性体を介して連結されている請求項１乃至６のいずれかに記載の変圧器。
前記プリント回路基板の凹みに配置された複数の前記磁性体コアとその周囲の該プリント回路基板の部分とを、該プリント回路基板の両側から磁性体プレートで挟み込んでなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の変圧器。
複数のコア配置用の凹みが形成されると共に、該各凹みの回りに巻線のプリント配線がそれぞれ設けられてなり、前記各巻線は直列接続又は並列接続されることで１つのインダクタンス要素として構成されるようにしてなるプリント回路基板と、
前記各凹み内に配置された磁性体コアと
を具備するフラット構造のインダクタンス要素。
前記各磁性体コアを磁性体コアベースプレートを介して磁気的に結合してなることを特徴とする請求項１０に記載のインダクタンス要素。