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シールド形空心トランス - 株式会社日立製作所
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発明の名称 シールド形空心トランス
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−36953
公開日 平成6年(1994)2月10日
出願番号 特願平4−186556
出願日 平成4年(1992)7月14日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 ▲高▼橋 正 / 恩田 謙一 / 叶田 玲彦 / 堀江 秀明 / 萩原 修哉
要約 目的
本発明は高周波で安定して動作し、かつ周囲の部品にノイズの影響を与える事のなく、かつ損失が発生する事のない薄型のシールド形空心トランスを目的としており、さらにこれらを搭載した薄型のパーソナル機器を提供することを目的とする。

構成
上記目的を達成するために複数の絶縁導線を近接させて配置したものを磁界が十分小さくなる程度のある厚みの非磁性体で覆うと共に導線の1部を1次導体とし、他を2次導体としたシールド形空心トランスにより達成するものである。上記他の目的を達成するために前記薄型のシールド形空心トランスをパーソナルコンピュータ等の機器に使用しパーソナル装置の薄型化を可能にする。
特許請求の範囲
【請求項1】1次及び2次導体の絶縁及び電圧変換をするトランスに於いて、ほぼ同じ長さの複数の近接した導線を巻回配列し、その導線の一部を一次導体として残りを二次導体とした物を非磁性体を介して磁性体で覆った事を特徴とするシールド形空心トランス。
【請求項2】請求項1において、前記非磁性体の厚みをトランスの厚さの0.4 以上とした事を特徴とするシールド形空心トランス。
【請求項3】1次及び2次導体の絶縁及び電圧変換をするトランスに於いて、ほぼ同じ長さの複数の近接した導線を巻回配列し、その導線の一部を一次導体として残りを二次導体とした空心トランス部の上下に非磁性体を介して磁性体を配置した事を特徴とするシールド形空心トランス。
【請求項4】請求項3において、空心トランス部より前記磁性体を広くしたことを特徴とするシールド形空心トランス。
【請求項5】請求項3において、前記非磁性体の厚みをトランスの厚さの0.4 以上とした事を特徴とするシールド形空心トランス。
【請求項6】1次及び2次導体の絶縁及び電圧変換をするトランスに於いて、ほぼ同じ長さの複数の近接した導線を巻回配列し、その導線の一部を一次導体として残りを二次導体とした物を非磁性体で覆った事を特徴とするシールド形空心トランス。
【請求項7】請求項6において、前記非磁性体の厚みをトランス部の厚さの0.4 以上とした事を特徴とするシールド形空心トランス。
【請求項8】1次及び2次導体の絶縁及び電圧変換をするトランスに於いて、ほぼ同じ長さの複数の近接した導線を巻回配列し、その導線の一部を一次導体として残りを二次導体としたトランス部の上下に非磁性体を配置した事を特徴とするシールド形空心トランス。
【請求項9】請求項8において、前記非磁性体の厚みをトランス部の厚さの0.4 以上とした事を特徴とするシールド形空心トランス。
【請求項10】請求項8において、前記非磁性体をトランス部より広くした事を特徴とするシールド形空心トランス。
【請求項11】1次及び2次導体の絶縁及び電圧変換をするトランスを使用した薄型電源に於いて、ほぼ同じ長さの複数の近接した導線を巻回配列し、その導線の一部を一次導体として残りを二次導体としたトランス部の上下に非磁性体を配置したシールド形空心トランスを搭載したことを特徴とする電源装置。
【請求項12】請求項11において、前記シールド形空心トランスに直接部品を接触させて配置した事を特徴とする電源装置。
【請求項13】パーソナル機器に於いて、ほぼ同じ長さの複数の近接した導線を巻回配列し、その導線の一部を一次導体として残りを二次導体とした空心トランス部の上下に非磁性体を配置したシールド形空心トランスを搭載した電源を使用したことを特徴とするパーソナル機器。
【請求項14】請求項13において、前記シールド形空心トランスに直接機器の部品を接触させて配置した事を特徴とするパーソナル機器。
【請求項15】請求項13において、前記シールド形空心トランスをパーソナル機器のケースに埋め込んだ事を特徴とするパーソナル機器。
【請求項16】1次及び2次導体の絶縁及び電圧変換をするトランスに於いて、ほぼ同じ長さの複数の近接した導線を巻回配列し、その導線の一部を一次導体として残りを二次導体としたトランス部を折り曲げた後に其の周囲に非磁性体を配置した事を特徴とするシールド形空心トランス。
【請求項17】パーソナル機器に於いて、請求項16のシールド形空心トランスを搭載した事を特徴とするパーソナル機器。
【請求項18】1次及び2次導体の絶縁及び電圧変換をするトランスに於いて、ほぼ同じ長さの複数の近接した導線を巻回配列し、その導線の一部を一次導体として残りを二次導体としたトランス部の内周又は外周に磁性体ガイドを設けた事を特徴とするシールド形空心トランス。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は薄型のシールド形空心トランス及びそれを用いた薄型機器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の空心トランスは、特開平4−42907号公報に記載のように幅の広い銅箔を用いたトランスが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は幅の広い複数の箔を巻いてそれを切り出してトランスを作っているため、導体が角型となり1次2次導体間の静電容量が大きくなってしまい、高周波で使用する場合はトランスとしての磁気的な結合の外にこの静電容量により1次2次の結合が生じてしまったり、さらにこの静電容量と回路のインダクタンスの間で共振現象が生じてしまう。このため高周波で動作させることは難しく、高周波で動作させると損失が増加し高い効率が得られなかった。更にこのトランスは空心で使う場合は近くに部品を配置するとその部品に高周波磁界が作用し部品に損失が発生する。また上下に磁性体を配置した場合は高周波の主磁束が其の磁性体を通るので、大きな鉄損を生じる。更に周囲の部品に高周波ノイズの影響を与える。以上の事に付いて考慮されていない等の問題があった。
【0004】本発明は高周波で安定して動作し、かつ周囲の部品にノイズの影響を与える事のなく、かつ損失が発生する事のない薄型のシールド形空心トランスを目的としており、さらにこれらを搭載した薄型のパーソナル機器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】上記目的を達成するために複数の絶縁導線を近接させて配置したものを磁界が十分小さくなる程度のある厚みの非磁性体で覆うと共に導線の1部を1次導体とし、他を2次導体としたシールド形空心トランスにより達成するものである。
【0006】上記他の目的を達成するために前記薄型のシールド形空心トランスをパーソナルコンピュータ等の機器に使用しパーソナル装置の薄型化を可能にするものである。
【0007】
【作用】複数の絶縁導線を近接密着して配置するので、厚み方向に対し隙間無く配置でき、かつ鉄芯が無く導体のみで構成出来るため薄型が可能である。1次,2次の導体は近接して配置するため高周波で使用する場合は各導線に高周波電流が流れるので表皮効果により1次,2次導体の電流の流れる間隔が近づき、磁気的な結合が良くなるので、磁性体の鉄芯がなくとも1次導体が作る磁束のほとんどを2次導体で捕捉できる。このため、1次,2次間の効率が高くかつ鉄損が無いため、効率がよい。また、1次,2次導体は円形の絶縁導線を用いるので、両導体間の静電容量を最小に出来、高周波でも安定して動作できる。更に、非磁性体で覆うので周囲に金属等の部品を配置しても磁束が直接交わる事がなく損失の増加や部品にノイズを与える事がない。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1〜図3により説明する。図1は2本の導線C11,C12を平行に近接させ2本一緒に平面状に巻いたものである。導線C11,C12はほぼ同じ長さでほぼ同じ線径を用いており、図示のように偏平で薄型形状である。図2は図1の2本の導線C11,C12の断面を示している。1次導線C11は外側を絶縁物IS1 で絶縁した絶縁導線である。1次導線C11に電流を流すと周波数の低い場合は導体全体C11に電流が流れる。従って、低周波では図示のように導体C1L,C1Hの作る磁束φ1 は2次導体C2L,C2Hを全て包んでいるが、磁束φ2〜φ3は2次導体C2L,C2Hを全て包んでいないので、全体として1次導体の作る磁束を2次導体が全て捕捉(鎖交)できない。しかし、周波数が高くなると表皮効果のため導体の中心部C1Lには電流が流れなくなり、導体の周辺部C1Hに電流が流れるようになる。このため、1次導体の作る磁束φが2次導体C12に捕捉され易くなる。また、2次導体でも高周波では表皮効果のため導体の表面のC2Hしか電流が流れなくなる。この結果、高周波では図示のように導体C1Hの作る磁束φ1〜φ3は全て2次導体C2Hを包むので、2次導体が磁束を全て捕捉でき、1次と2次の結合が良くなり其の結果1次と2次の電圧変換効率が良くなる。図3は本実施例の周波数に対する1次,2次の結合係数の一例を示す。周波数が10kHz以上では結合係数が急に良くなり、100kHz以上では100%に近くなることがわかる。
【0009】図1はこの様な配置を繰り返し行っているため、最内周と最外周以外は1次導体と2次導体が両サイドに配置されるため、図2で説明した効果が両側で得られ、更に結合係数が良くなり電圧変換効率が向上する。また、図2のように渦巻き状に巻回する事で、渦巻の内周を通る磁束は全ての導体と鎖交するため更に結合係数が良くなり電圧変換効率が向上する。以上のように本発明によれば高周波で鉄損の無く効率の高い、薄型で構造の簡単な1次,2次絶縁の電圧変換装置を得ることが出来る。
【0010】図4は非導電性非磁性体NMと磁性体Mmを配置した実施例である。導体Cの表面に十分厚い非導電性非磁性体NMを配置し、其の表面に磁性体Mmを配置してシールド形空心トランスを構成している。この様にすると1次導体,2次導体の作る磁界はほとんど磁性体Mmに鎖交する磁束が無く、磁性体Mmに鉄損を生じる事がない。このため周囲に部品が配置されても導体から発生する磁束が1次,2次導体でのみ結合し極表面に漏れる磁束も非導電性非磁性体の中なので周囲に配置された部品に渦電流等の発生がなくなる。更に極微小な磁界が外部に漏れようとしても外側の磁性体でシールドされて外部に影響を与えない。また外部からのノイズ磁界があった場合は磁性体Mmで遮蔽できるのでトランスに外部の影響を与える事はない。
【0011】図5は非導電性非磁性体と磁性体を配置した他の実施例である。この実施例は導体Cで構成したトランスの上下のみに十分厚い非導電性非磁性体NMを配置し、其の上下に磁性体Mmを配置してシールド形空心トランスを構成しているこのトランスは図1に示すように上下方向に磁界が出易くなっており、周囲に配置した部品に影響を与えない様にするには、この様に非磁性体と磁性体を配置するのが有効であり、製作する場合も簡単である。
【0012】図6は非導電性非磁性体と磁性体を配置した其の他の実施例である。これは図5で示した方法が外周側で効果が薄いのを解決する良い方法である。すなわち上下に配置する非磁性体と磁性体を導体Cより十分広くした例である。この様に配置すると周囲の部品と導体との間隔を十分確保できるので、外周部に部品を配置しても影響を与えない。
【0013】図7は非導電性非磁性体を配置した実施例である。この実施例は導体Cの表面に十分厚い非導電性非磁性体NMを配置してシールド形空心トランスを構成している。この様にすると周囲に部品が配置されても導体から発生する磁束が1次,2次導体でのみ結合し導体の極表面に漏れる磁束も非導電性非磁性体の中だけなので、周囲に配置された部品に渦電流等を発生させる事がない。
【0014】図8はシールド形空心トランスと周囲部品の配置の一実施例である。この実施例は図7のシールド形空心トランスを実際に基板Pb上に配置した例で、電源の部品BH1や機器の部品BH2を直接配置しても良いので、実装上使いやすく、作業性がよい等の特徴がある。
【0015】図9はパーソナル機器に本発明の装置を配置した実施例を示す。この図は機器の断面でこの機器はキーボードKBからの入力により機器に指令が与えられて機器の演算回路BHにより判断して其の結果を液晶等の表示板(図には省略している)に表示する。これらの機器を駆動するための電源を導体C1で構成するトランスと電源回路PCにより構成している。ここでキーボードKBとケースCAとの間に機器の回路や部品BHと電源装置の駆動回路PCを配置し、シールド形空心トランスC1 は非磁性体のケースの底の部分に埋め込んでいる。これは図7の非磁性体を機器のケースと兼用にした例である。この様にすると機器の回路や部品BHを直接ケースに取り付けても影響を与える事がない。またこの様に配置すると機器の小型,薄型が可能になる。
【0016】図10はパーソナル機器に本発明の電源装置を配置する場合の他の実施例を示す。この図は機器の断面で、キーボードKBとケースCAとの間に機器の回路BH1および部品BH2と電源装置の駆動回路PCを配置し、部品の下にシールド形空心トランスC1 と非磁性体NM及び磁性体Mmを配置している。この様にするとパーソナル機器用電源装置の配置の自由度が増し、機器の小型,薄型が可能になる。
【0017】図11は図1の空心トランスを折り曲げた形状の実施例である。図はシールド形空心トランスの断面図である。このトランスは薄い為自由に折り曲げることができるので図示のイとロの部分で折り曲げた例である。この様に折り曲げた導体C1の表面に十分厚い非導電性非磁性体NMを配置して変形したシールド形空心トランスを構成している。この様にすると周囲に部品が配置されても導体から発生する磁束が1次,2次導体でのみ結合し導体の極表面に漏れる磁束も非導電性非磁性体の中だけなので、周囲に配置された部品に渦電流等を発生させる事がない。また形状を変えることで配置の自由度が増し、これを使用した機器も小型に出来る。
【0018】図12は空心トランスを折り曲げた形状の他の実施例である。図はシールド形空心トランスの断面図である。このトランスは薄いため自由に折り曲げられるので、図示のイとロ,ハの3部分で折り曲げた例である。この様に折り曲げた導体C1の表面に十分厚い非導電性非磁性体NMを配置して変形したシールド形空心トランスを構成している。この様にすると周囲に部品が配置されても導体から発生する磁束が1次,2次導体でのみ結合し導体の極表面に漏れる磁束も非導電性非磁性体の中だけなので、周囲に配置された部品に渦電流等を発生させる事がない。また形状を変えることで配置の自由度が更に増し、これを使用した機器も小型で薄型に出来る。
【0019】図13は図11の空心トランスをパーソナルコンピュータに使用した実施例である。パーソナルコンピュータPKを横からみた断面で、空きスペースに図11のシールド形空心トランスC1 と非磁性体NMを配置している。この様にすれば機器の部品BHに磁界の影響を与える事無くトランスを配置できると共に空きスペースを利用できるので機器の小型,薄型化に有効である。
【0020】図14は図12の薄型トランスをパーソナルコンピュータに使用した他の実施例である。パーソナルコンピュータの1部の断面を示しており、ディスプレーDTの下に機器の部品BH1,BH2が配置され、その間のスペースに図12の空心トランスC1 と非磁性体NMを配置している。この様に配置すれば機器の部品BH1,BH2に磁界の影響を与える事無くトランスを配置できると共に空きスペースを利用できるので、パーソナルコンピュータを小型で薄型に出来る。
【0021】図15は本発明の非磁性体と損失低減の関係を示す特性図である。この図は図4の非磁性体NMの厚みを変えた場合に磁性体Mmに生じる鉄損をプロットした例であり、横軸は非磁性体NMと導体Cの厚みの比をとり縦軸は非磁性体が無いときを100として%で表している。この図から判るように厚みの比が0.4 以上になると損失がほぼ無視できるように小さくなる。従って非磁性体の厚みを導体の0.4 以上にする事が損失を少なくできる良い方法である。図5〜図6に於いても同じ事がいえる。また図7,図8に於いても直接磁性体や導電体の部品が接触すれば同じ事がいえる。
【0022】図16は本発明のその他の実施例の磁性リングの配置図である。この例ではドーナツ形の導体Cの外側または内側にリング上の磁性体GR1,GR2を配置している。この様にすると導体Cで発生した磁束をリングで誘導するため磁界が外に広がらない効果があり、周囲に配置される部品に与える影響を少なくできる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、1次及び2次円形導体のみで1次,2次の絶縁及び電圧変換が可能であり、円形導体を使用しているため1次,2次の静電容量を少なくできるので高周波でも安定して動作し、かつ主磁束を磁性体に通さないため、高周波で使用でき、鉄損のない効率の高いシールド形空心トランスを達成出来る効果がある。また、複数の絶縁導線を一緒に巻回して製作できるので、製作が簡単で量産性に適している。更に、複数のブロックに分割できるので、作り易く配置の自由度が高い。




 

 


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