JP2008034598A - インバータトランス - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数増などの生産効率を劣化させるものでなく、且つ鉄板等が近接することなどによる周囲からの磁気的結合などの影響を受けにくいトランスを提供することを目的とするものである。
【解決手段】第１の貫通孔１１を有し一次巻線１０を巻回した第１のボビン１２と、この第１のボビン１２を挿入する第２の貫通孔１６を有し、第１、第２の二次巻線１３、１４を巻回した第２のボビン１５と、第１の貫通孔１１へ挿入する中脚２０と、中脚２０の両側に位置する外脚２１と、中脚２０と外脚２１とを連接する連接脚２２とを有した日の字型磁心１９とを備え、一次巻線１０の巻線軸方向幅の中心と、第１、第２の二次巻線１３、１４を巻軸方向に並べた幅の中心とは、一次巻線１０の巻線軸方向と垂直な同一の平面上にあり、一次巻線１０の巻軸方向の巻線幅の、第１、第２の二次巻線１３、１４を巻軸方向に並べた幅に対する比率は０．８０以上１．０５以下とした。
【選択図】図１

Description

本発明は各種電子機器のディスプレイ点灯用回路に使用されるインバータトランスに関するものである。

従来のトランスの斜視図を図８に示す。

図８に示す如く、従来のトランスにおいては一次巻線１と二次巻線２とを、閉磁路３ヘ対向して巻回配置しており、通常この構造においては一次巻線１や二次巻線２から発生する磁束のうち、閉磁路３を通らないで外部へ放出される漏れ磁束が多く存在していた。

そして、この漏れ磁束を低減するためにトランス４を銅箔５などにより覆うことにより遮蔽する方法を採っていた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては例えば特許文献１が知られている。
特開平１１−３４５７２４号公報

昨今の液晶ディスプレイにおいては、画面の大型化とともにディスプレイ筐体の薄型化が要求され、これに伴いバックライト点灯用インバータ回路ユニットもまた薄型化や実装部品の高密度化が求められている。

このバックライト点灯用インバータ回路ユニットの薄型化や実装部品の高密度化を行う場合は、当該回路ユニットと当該回路ユニットを覆う鉄板との距離、当該回路で使用する各部品間を隔てる距離を小さくすることによって対策とすることが一般である。

しかしながら、回路とその回路を覆う鉄板との距離や、当該回路ユニットで使用する各部品間を隔てる距離、ここにおいてはトランスと他の部品とを隔てる距離を小さくすることによって対策を行った場合、トランスをはじめとする磁気特性を有する部品においては、その磁気特性を有した物体が近接することにより磁気的結合などの影響を大きく受けることとなり、その結果としてトランスの電力伝送効率の低下などが引き起こされることが問題となっていた。

これは例えば、図９に示す如く基板６へ実装されたトランス４の、一次巻線１で発生した磁束７は閉磁路３を通り二次巻線２へ向かうものと並行して、図１０に示す如く一次巻線１から鉄板８を通り二次巻線２へ向かう漏れ磁束９の流れが発生し、この漏れ磁束９によって鉄板８に渦電流が発生し、これによる温度上昇が起こることによりエネルギー損失が生じ、その結果としてトランスの電力伝送効率の低下などが引き起こされるというものであった。

そして、このような鉄板８などからの磁気的影響を受けにくくするために、図８に示す如くトランス４を銅箔５などにより遮蔽する方法や、或いは図１０に示すトランス上方および下方に位置する鉄板８をトランス４が対面する寸法相当分くり抜き除去する方法を採っていた。

しかしながら、このような対応を行った場合、トランス生産における部品点数増や、鉄板の形状限定などの、生産効率の劣化につながるものであることが否定できないものであった。

そこで本発明は、部品点数増などの生産効率を劣化させるものでなく、且つ鉄板等が近接することなどによる周囲からの磁気的結合などの影響を受けにくいトランスを提供することを目的とするものである。

そしてこの目的を達成するために、第１の貫通孔を有し一次巻線を巻回した第１のボビンと、この第１のボビンを挿入する第２の貫通孔を有し、第１、第２の二次巻線を巻回した第２のボビンと、前記第１の貫通孔へ挿入する中脚と、少なくともこの中脚の片側に位置する外脚と、中脚と外脚とを連接する連接脚とを有した磁心とを備え、前記一次巻線の巻線軸方向幅の中心と、前記第１、第２の二次巻線を巻軸方向に並べた幅の中心とは共に、前記一次巻線の巻線軸方向と垂直な同一の平面上にあり、前記一次巻線の巻軸方向の巻線幅の、前記第１、第２の二次巻線を巻軸方向に並べた幅に対する比率は０．８０以上１．０５以下としたことを特徴としたものである。

本発明によれば、一次巻線は二つの二次巻線によって概ね包囲された位置に存在することにより、二次巻線は一次巻線から放出された漏洩磁束を遮蔽することとなるため、トランスの周囲に磁束遮蔽のための機能を有し、トランス実装時の配置及びそれに伴う加工などを行わずとも、磁気的結合などの影響を受けにくいトランスを得ることが可能となるものである。

（実施の形態）
図１は本発明の一実施形態におけるトランスの分解斜視図で、一次巻線１０を巻回し、第１の貫通孔１１を有した第１のボビン１２を設けている。また、第２のボビン１５の第２の貫通孔１６の軸方向中央に対し第１、第２の二次巻線１３、１４を左右対称に巻回している。そして前記第１のボビン１２を第２のボビン１５の第２の貫通孔１６へ挿入しており、同軸状で内周側に一次巻線１０を、その外周側に第１、第２の二次巻線１３、１４を配置している。

そして第２のボビンをケース１７により覆っている。このケース１７には第１の貫通孔１１に対応する開口部１８が左右に設けてあり、この開口部１８へ日の字型磁心１９を構成するＥ字型磁心の中脚２０を挿入し、この中脚２０の両側に位置する外脚２１と、中脚２０と外脚２１とを連接する連接脚２２とにより、第２のボビン１５を囲んだ形態となっている。

上記構成の本実施形態のトランスについて、以下その作用および効果を説明する。

本実施の形態のトランスでは図２に示すように、日の字型磁心１９の中脚２０を軸として一次巻線１０を巻回しており、その外周側に中脚２０を軸として第１、第２の二次巻線１３、１４を巻回していることにより、一次巻線１０に信号が流れることによって発生する、中脚２０を通る磁束φ１は直ちに第１、第２の二次巻線１３、１４と鎖交し、第１、第２の二次巻線１３、１４に信号が励起されることとなる。

そして、一次巻線１０に信号が流れることによって、中脚２０を通る磁束φ１と同時に漏洩磁束φ２が発生することともなる。

ここで、第１、第２の二次巻線１３、１４は一次巻線１０を概ね内包する位置関係となっているが、一次巻線１０の中脚２０を軸とした軸方向の寸法Ａの、第１、第２の二次巻線１３、１４の中脚２０を軸とした軸方向に並べた寸法Ｂに対する比率は０．８０以上１．０５以下としている。

そしてまた、一次巻線１０の中脚２０を軸とした軸方向の寸法Ａの中央と、第１、第２の二次巻線１３、１４の中脚２０を軸とした軸方向に並べた寸法Ｂとは、中脚２０の軸方向と垂直に交わる平面の同一面上に存在している。

要するに一次巻線１０と第１、第２の二次巻線１３、１４とを側面方向から観た場合には寸法Ａの中央と寸法Ｂの中央とは一致した位置にある。

これによって、第１、第２の二次巻線１３、１４は一次巻線１０に対してシールド効果を有することで、トランス２３外部への漏洩磁束φ２の放出を防止する役目を果たすこととなり、トランスの周囲に磁束遮蔽のための機能を有するものの配置及びそれに伴う加工などを行わずとも、磁気的影響を受けにくいトランスを得ることが可能となるものである。

また、日の字型磁心１９の中脚２０には磁気ギャップ３４を形成しているが、この磁気ギャップ３４もまた、第１、第２の二次巻線１３、１４によって内包される位置とすることによって、磁束漏洩の多い部分である磁気ギャップ３４からトランス２３の外部への磁束漏洩を防止することができる。つまり、第１、第２の二次巻線１３、１４は磁気ギャップ３４からの漏洩磁束についても磁束遮蔽のための機能を有することとなる。

この寸法ＡとＢとの関係は図４の実験結果の特性図より
Ａ／Ｂ＝０．８０〜１．０５
とすることにより好条件を得ることができ、図２に示す、漏洩磁束φ２の放出防止をより効果的に行うことが可能である。

図３に示す如く、トランス２３へ二次側負荷抵抗２５を接続した状態で、ケース１７の上方約５（ｍｍ）の位置に漏洩磁束検出用コイル２６を位置させ、この漏洩磁束検出用コイル２６の両端に発生する漏洩電圧ＶＬを測定することにより、トランス２３の外部へ放出される磁束と、図２に示す一次巻線１０の寸法Ａと二次巻線１３、１４の寸法Ｂとの比率Ａ／Ｂとにおける関係を得た。

図４に示すのは寸法比Ａ／Ｂと漏洩電圧ＶＬとの関係を示す特性図である。寸法比Ａ／Ｂが０．８０から１．０５の近辺においては漏洩電圧ＶＬの軌跡はほぼ平坦となることから、この比率の範囲内で図２に示す寸法Ａならびに寸法Ｂを設定することによりトランス２３の外部への磁束漏洩をより低く抑えることが可能となる。

また、図４に示す特性は図２に示す一次巻線１０ならびに二次巻線１３、１４の巻線径によっても多少の変動が予測されるが、今回実験を行なった場合とその条件が異なる場合においても、図４に示す漏洩電圧ＶＬの極小値は寸法比Ａ／Ｂで０．９近辺に存在することが予測されることから、磁束漏洩防止の観点からは寸法比Ａ／Ｂを０．９程度とすることが最も望ましい。

ここで、寸法比Ａ／Ｂが１．０よりもはるかに大きな値となる場合、つまり図２に示す一次巻線１０が二次巻線１３、１４の外側へ突出する場合、一次巻線１０からの漏洩磁束φ２を遮蔽するものがなくなるため、図４に示す漏洩電圧ＶＬの値が大きくなる。

これに対して寸法比Ａ／Ｂが１．０よりもはるかに小さな値となる場合、つまり図２に示す一次巻線１０が二次巻線１３、１４の内側へ埋没する場合、一次巻線１０からの漏洩磁束φ２を遮蔽するものが存在するのにもかかわらず、図４に示す漏洩電圧ＶＬの値が大きくなる。

これは、図２に示すＡ寸法が小さくなり過ぎることで、漏洩磁束φ２の発生する部位が集中するため、二次巻線１３、１４による遮蔽対応許容を超過したことにより、トランス２３の外部への磁束漏洩が多くなっているものと考えられる。

そしてこのことはＡ寸法を小さくし過ぎないこと、つまり一次巻線１０を狭い幅で多層に亘って巻回するよりも、比較的広い幅で少ない層数で巻回することが磁束漏洩防止の観点からは有利となることでもあり、トランス２３を薄型化しても磁束漏洩防止の観点では全く問題にはならないことも示している。

また、このトランス２３においては、第１、第２の二次巻線１３、１４による二出力とする形態を採用している。

これは日の字型磁心１９は主に高透磁率であり、且つ飽和磁束密度の高いＭｎ系磁性材料によって構成されており、これは同時に導電性を有するものである。そこで、この導電性を有することによる悪影響を防止するための構造として第１、第２の二次巻線１３、１４による二出力とする形態としているものである。

例えば、図５、図６に示す如く、一次巻線１０に対して一つの二次巻線２４を設け、二次巻線２４の一方の端子２８を接地して０電位とし、他方の端子２９を高電圧出力Ｖ１とした場合には日の字型磁心１９には概ねＶ１の１／４程度の電圧が誘起されることが経験上知られている。

これに対して、図７に示す如く、一次巻線１０に対して第１、第２の二次巻線１３、１４を設け、第１の二次巻線１３の一方の端子３０と第２の二次巻線１４の一方の端子３１とを接地して０電位とし、第１の二次巻線１３の他方の端子３２と第２の二次巻線１４の一方の端子３３との両端に出力される高電圧出力をＶ２とした場合には、日の字型磁心１９に誘起される電圧はほぼ０となる。

これは第１、第２の二次巻線１３、１４はそれぞれの一端３０、３１を共通に接地し、それぞれの他端３２、３３を出力としていることにより、第１の二次巻線１３と第２の二次巻線１４には逆位相の出力が現れ、その電圧は第１の二次巻線１３に＋Ｖ２×１／２ならびに第２の二次巻線１４に−Ｖ２×１／２となる。もしくは逆に第１の二次巻線１３に−Ｖ２×１／２ならびに第２の二次巻線１４に＋Ｖ２×１／２となる。

そして、第１の二次巻線１３の出力電圧と第２の二次巻線１４の出力電圧とにより、日の字型磁心１９に電圧が誘起されるものの、この二つの電圧は逆位相であるため互いに相殺されることとなり、実際には電圧は誘起されないこととなる。

この結果として、日の字型磁心１９の帯電に伴う日の字型磁心１９からのノイズの放射を低減させることができる。

そして、第１、第２の二次巻線１３、１４の出力電圧は上述のとおり絶対値としてはＶ２×１／２となるため、第１、第２の二次巻線１３、１４と日の字型磁心１９との間に必要となる絶縁耐圧も１／２とすることが理論上可能となるため、トランス全体寸法の小型化にも有効となる。

また、図１に示す如く、第一のボビン１２へ一次巻線１０と接続する一次接続端子２５、第二のボビン１５へ第１、第２の二次巻線１３、１４と接続する二次接続端子２６を植設することにより、第１のボビン１２を第２のボビン１５の第２の貫通孔１６へ挿入する形態で、第１のボビン１２と第２のボビン１５とは嵌合状態であるものの、一次巻線接続端子２５と二次巻線接続端子２６とは異なる成形体上に存在するため、一次巻線接続端子２５と二次巻線接続端子２６とは接近した位置関係であっても、両者間の絶縁性を向上させることが可能である。

なお、この実施形態においてはＥ字型磁心からなる日の字型磁心１９として説明を行なったが、磁心、Ｅ字型磁心とＩ字型磁心（図示せず）とを対向させることによる日の字型磁心１９、或いはロ字型磁心（図示せず）とＩ字型磁心（図示せず）とを対向させることによる日の字型磁心１９の構成としても構わない。

さらに、磁気飽和に関する特性について余裕のある場合においては、日の字型磁心１９の一方の外脚２１を省いた、コ字型磁心（図示せず）とＩ字型磁心（図示せず）とを対向させることによるロ字型磁心（図示せず）、或いは二つのコ字型磁心（図示せず）とを対向させることによるロ字型磁心（図示せず）の構成として、小型化、軽量化した形態としても構わない。

本発明は、インバータトランスにおいて、周囲からの磁気的影響を受けにくくする効果を有し、各種電子回路において有用である。

本発明の第一の実施形態の分解斜視図 同断面図 同実験回路の斜視図 同漏洩磁束量を示す特性図 同第１例の断面図 同第１例の回路図 同第２例の回路図 従来のトランスの斜視図 同側面図 同断面図

符号の説明

１０ 一次巻線
１１ 第１の貫通孔
１２ 第１のボビン
１３ 第１の二次巻線
１４ 第２の二次巻線
１５ 第２のボビン
１６ 第２の貫通孔
１９ 日の字型磁心
２０ 中脚
２１ 外脚
２２ 連接脚

Claims (3)

1. 第１の貫通孔を有し一次巻線を巻回した第１のボビンと、
   この第１のボビンを挿入する第２の貫通孔を有し、第１、第２の二次巻線を巻回した第２のボビンと、
   前記第１の貫通孔へ挿入する中脚と、少なくともこの中脚の片側に位置する外脚と、中脚と外脚とを連接する連接脚とを有した磁心とを備え、
   前記一次巻線の巻線軸方向幅の中心と、
   前記第１、第２の二次巻線を巻軸方向に並べた幅の中心とは共に、
   前記一次巻線の巻線軸方向と垂直な同一の平面上にあり、
   前記一次巻線の巻軸方向の巻線幅の、
   前記第１、第２の二次巻線を巻軸方向に並べた幅に対する比率は０．８０以上１．０５以下とした、
   インバータトランス。
2. 一次巻線接続端子を第１のボビンに、
   二次巻線接続端子を第２のボビンに、
   それぞれ植設した、請求項１に記載のインバータトランス。
3. 第２のボビンを覆うケースを設けた
   請求項１に記載のインバータトランス。

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