2025-174197 トランス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025174197

(43)【公開日】2025-11-28

(54)【発明の名称】トランス

(51)【国際特許分類】

   H01F 30/10 20060101AFI20251120BHJP

   H01F 27/28 20060101ALI20251120BHJP

   H01F 17/04 20060101ALI20251120BHJP

   H01F 17/00 20060101ALI20251120BHJP

【ＦＩ】

H01F30/10 D

H01F27/28 104

H01F27/28 147

H01F17/04 A

H01F17/04 F

H01F17/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024080331

(22)【出願日】2024-05-16

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 卓司

【テーマコード（参考）】

5E043

5E070

【Ｆターム（参考）】

5E043AA08

5E043AB04

5E043BA01

5E070AA11

5E070AA19

5E070AB01

5E070BA08

(57)【要約】

【課題】プリント基板に作られたトランスであって、プリント基板の体積を抑える。
【解決手段】本明細書が開示するトランスは、導体層に配線パターンで形成されている第１コイルを備えたプリント基板と、プリント基板の外に配置されており第１コイルに対向している第２コイルを備える。従来のトランスでは全てのコイルがプリント基板に形成されていたのに対して本明細書が開示するトランスは、プリント基板には第１コイルだけを配線パターンで作り、プリント基板とは別に第２コイルを用意する。この構造によって、トランスが備えるプリント基板の体積を小さくすることができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導体層（１１１ａ、１１１ｂ）に配線パターンで形成されている第１コイル（１２０）を備えたプリント基板（１１０）と、
前記プリント基板の外に配置されているとともに前記第１コイルに対向している第２コイル（１３０、３３０）と、
を備えているトランス（１００、２００、３００）。

【請求項2】

前記第２コイル（１３０）は、エッジワイズで１周を超えて巻回された平角線である、請求項１に記載のトランス（１００、２００）。

【請求項3】

前記第２コイル（１３０）は前記第１コイルが形成されている導体層（１１１ａ、１１１ｂ）に接合されている、請求項２に記載のトランス（１００、２００）。

【請求項4】

前記平角線は絶縁被膜（１３３）で覆われており、当該絶縁被膜の絶縁破壊電圧が前記プリント基板の絶縁層（１１２）の絶縁破壊電圧よりも高い、請求項２に記載のトランス。

【請求項5】

前記第２コイルと前記プリント基板の間に隙間（２０１）が確保されている、請求項２に記載のトランス（２００）。

【請求項6】

前記第２コイル（３３０）は、前記プリント基板（１１０）よりも小さいサブ基板（３５０）に配線パターンで形成されている、請求項１に記載のトランス（３００）。

【請求項7】

前記プリント基板（１１０）と前記サブ基板（３５０）の一方の突起（３３８）が設けられており、他方が前記突起に接している、請求項６に記載のトランス（３００）。

【請求項8】

前記第１コイルと前記第２コイルを貫通しているとともに前記第１コイルと前記第２コイルを囲んでいるコア（１４０）をさらに備えている、請求項１から７のいずれか１項に記載のトランス（１００、２００、３００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術はトランスに関する。特に、プリント基板の配線パターンを利用したトランスに関する。

【背景技術】

【0002】

プリント基板の配線パターンを利用したトランスが知られている（例えば特許文献１）。特許文献１のトランスでは、１個または複数の導体層の配線パターンをつないで一つのコイルが作られる。トランスは２個以上のコイルを含む。特許文献１のトランスでは、１個または複数の導体層の配線パターンが一次コイルを構成し、別の１個または別の複数の導体層の配線パターンが二次コイルを構成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１９８２４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

プリント基板を利用した従来のトランスでは、全てのコイルが導体層に形成されている。多数の導体層を有するプリント基板を採用すると、プリント基板の体積が増してしまう。本明細書は、プリント基板の体積の小さいトランスを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示するトランス（１００、２００、３００）は、導体層（１１１ａ、１１１ｂ）に配線パターンで形成されている第１コイル（１２０）を備えたプリント基板（１１０）と、プリント基板の外に配置されており第１コイルに対向している第２コイル（１３０、３３０）を備える。従来のトランスでは全てのコイルがプリント基板に形成されていたのに対して本明細書が開示するトランスは、プリント基板には第１コイルだけを配線パターンで作り、プリント基板とは別に第２コイルを用意する。この構造によって、トランスが備えるプリント基板の体積を小さくすることができる。第１コイルが一次コイルであってもよいし、第２コイルが一次コイルであってもよい。

【0006】

第２コイルの典型は、エッジワイズで１周を超えて巻回された平角線（flat wire wound more than one turn）であってよい。第２コイルを平角線で作る場合、第２コイルは基板を備えない。また、１周を超えて巻回された平角線の第２コイルを採用することで、薄く、かつ、大きなインダクタンスを有するトランスを実現することができる。

【0007】

第２コイルは第１コイルが形成されている導体層に接合されているとよい。プリント基板の層数を増やすことなく第１コイルを接合することができる。

【0008】

平角線は絶縁被膜（１３３）で覆われており、絶縁被膜の絶縁破壊電圧がプリント基板の絶縁層（１１２）の絶縁破壊電圧よりも高いとよい。平角線とプリント基板の間の絶縁を薄い絶縁被膜で確保することができる。

【0009】

第２コイルとプリント基板の間に隙間（２０１）が確保されているとよい。第２コイルとプリント基板の間の絶縁を空気の隙間によって確保することができる。

【0010】

第２コイルの別の典型は、プリント基板よりも小さいサブ基板（３５０）に配線パターンで形成されたコイルであってもよい。プリント基板よりも小さいサブ基板の第２コイルを採用することでも、プリント基板の体積を従来のトランスよりも小さくすることができる。

【0011】

プリント基板とサブ基板の一方の突起（３３８）が設けられており、他方が突起に接していてもよい。第１コイルを備えたプリント基板と第２コイルを備えたサブ基板との間に空気層を確実に確保することができる。

【0012】

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施例のトランス１００の斜視図である。

【図2】第１実施例のトランスの分解斜視図である。

【図3】図１のIII－III線に沿ってカットしたトランス１００の断面図である。

【図4】図１のIV－IV線に沿ってカットしたトランス１００の断面図である。

【図5】第２実施例のトランス２００の断面図である。

【図6】第３実施例のトランス３００の斜視図である。

【図7】第３実施例のトランス３００の分解斜視図である。

【図8】図６のVIII－VIII線に沿ってカットしたトランスの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（第１実施例）図１－図４を参照して第１実施例のトランス１００を説明する。図１は、トランス１００の斜視図である。図２は、トランス１００の分解斜視図である。図３は、図１のIII－III線に沿ってカットしたトランス１００の断面図である。図４は図１のIV－IV線に沿ってカットしたトランス１００の断面図である。

【0015】

トランス１００は、プリント基板１１０、第１コイル１２０、第２コイル１３０、コア１４０を備える。プリント基板１１０は、図３、４の断面図に示されているように、２つの導体層１１１ａ、１１１ｂの間に絶縁層１１２が挟まれている三層構造を有している。説明の便宜上、プリント基板１１０の一方の面（導体層１１１ａの側）のおもて面と称し、他方の面（導体層１１１ｂの側）をプリント基板１１０の裏面と称する。

【0016】

プリント基板１１０には、円形の貫通孔１１３ａと、矩形の貫通孔１１３ｂ、１１３ｂが設けられている。第１コイル１２０は、導体層１１１ａ、１１１ｂに配線パターンで形成されている。第１コイル１２０は、プリント基板１１０の円形の貫通孔１１３ａを周回するように形成されている。導体層１１１ａ、１１１ｂの夫々に配線パターンでコイルが形成されており、それらはプリント基板１１０を貫通するビア１１６ａ（図４）を介して直列に接続されている。第１コイル１２０は、プリント基板１１０の両面に形成された別の配線パターンで制御素子１１９ａに接続されている。制御素子１１９ａは、第１コイル１２０に流す電流を制御する。

【0017】

第２コイル１３０は、２個のコイル１３０ａ、１３０ｂで構成されている。プリント基板１１０のおもて側と裏側の夫々にコイル１３０ａ、１３０ｂが配置されている。コイル１３０ａの夫々は、支持部１３１、１３２につながっている。支持部１３１、１３２が、プリント基板１１０の導体層１１１ａに形成された端子１１５ａ、１１５ｂに接続されている。支持部１３１、１３２が端子１１５ａ、１１５ｂに接合されることによって、コイル１３０ａはプリント基板１１０に固定されている。コイル１３０ｂも同様である。２個のコイル１３０ａ、１３０ｂは、端子１１５ａ、１１５ｂの一方と、ビア１１６ｂ（図４）を介して直列に接続されている。直列に接続されたコイル１３０ａ、１３０ｂが第２コイル１３０を構成する。第２コイル１３０はプリント基板１１０の貫通孔１１３ａを囲むように配置されているとともに、第１コイル１２０に対向する。第２コイル１３０の両端は、導体層１１１ａ、１１１ｂに形成された配線パターンで制御素子１１９ｂに接続されている。

【0018】

第１コイル１２０と第２コイル１３０は対向しており、それらがトランスを形成する。第１コイル１２０に電流が流れると、第２コイル１３０に誘導電流が流れる。制御素子１１９ｂは、第２コイル１３０に発生する誘導電流を整流する。

【0019】

コア１４０は、Ｅ字コア１４１と、フラットコア１４２を備えている。Ｅ字コア１４１は、円柱１４１ａと一対の矩形柱１４１ｂ、１４１ｂを含んでいる。円柱１４１ａはプリント基板１１０の貫通孔１１３ａを通過しており、一対の矩形柱１４１ｂ、１４１ｂは一対の貫通孔１１３ｂ、１１３ｂを通過している。フラットコア１４２は、貫通孔１１３ａ、１１３ｂを通過した円柱１４１ａと矩形柱１４１ｂの先端をつないでいる。図３に示すように、コア１４０は、第１コイル１２０と第２コイル１３０を貫通しているとともに、第１コイル１２０と第２コイル１３０を囲んでいる。第１コイル１２０に電流を流すとコア１４０に磁場が発生する。コア１４０に発生する磁場によって、第２コイル１３０に強い誘導電流が発生する。

【0020】

第１実施例のトランス１００は、プリント基板１１０、第１コイル１２０、第２コイル１３０、コア１４０を備えている。プリント基板１１０は、一対の導体層１１１ａ、１１１ｂと、それらに挟まれた絶縁層１１２を有している。第１コイル１２０は、プリント基板１１０の両側の導体層１１１ａ、１１１ｂの配線パターンで作られている。第２コイル１３０は、エッジワイズに巻回された平角線で作られている。第２コイル１３０は、プリント基板１１０に固定されているとともに、プリント基板１１０の外に配置されている。別言すれば、第２コイル１３０は、プリント基板１１０の法線方向にてプリント基板１１０に隣接している。また、第２コイル１３０は第１コイル１２０に対向している。第１コイル１２０と第２コイル１３０をコア１４０が貫通している。トランス１００は、プリント基板１１０の上に配線パターンで形成された第１コイル１２０と、プリント基板１１０の外に配置された第２コイル１３０を備えることで、プリント基板１１０の体積を小さくすることができる。

【0021】

図２に示されているように、第２コイル１３０は、エッジワイズで２周に巻回された２個のコイル１３０ａ、１３０ｂで構成されている。２個のコイル１３０ａ、１３０ｂは直列に接続されている。すなわち、第２コイル１３０は４周に巻回された平角線で構成されている。複数回に巻回された平角線を採用することで、第２コイル１３０は、薄く、かつ、大きなインダクタンスを有する。また、平角線を採用することで、第２コイル１３０は大電流に耐えられる。

【0022】

第２コイル１３０の平角線は、絶縁被膜１３３で覆われている（図３、４）。絶縁被膜１３３の絶縁破壊電圧は、プリント基板１１０の絶縁層１１２の絶縁破壊電圧よりも高い。第２コイル１３０の平角線とプリント基板１１０との間の絶縁を薄い絶縁被膜１３３で確保することができる。

【0023】

第２コイル１３０は、支持部１３１、１３２を介してプリント基板１１０の導体層１１１ａ、１１１ｂに接合されている。導体層１１１ａ、１１１ｂには第１コイル１２０が形成されている。第２コイル１３０は、第１コイル１２０が形成されている導体層１１１ａ、１１１ｂに固定されている。第１コイル１２０が形成されている導体層１１１ａ、１１１ｂに第２コイル１３０を接合することで、第２コイル１３０を固定する別の層をプリント基板１１０に加える必要がない。

【0024】

（第２実施例）図５に第２実施例のトランス２００の断面図を示す。トランス２００は、プリント基板１１０と第２コイル１３０との間に空気の隙間２０１が確保されていることが、第１実施例のトランス１００と相違する。トランス２００のその他の構造は、第１実施例のトランス１００と同じである。

【0025】

トランス２００は、第２コイル１３０を構成する２個のコイル１３０ａ、１３０ｂを備える。２個のコイル１３０ａ、１３０ｂの夫々は、コイル端に支持部２３１、２３２が接続されている。支持部２３１、２３２の高さ（プリント基板法線方向の長さ）が第１実施例のトランスの支持部１３１、１３２よりも高い。２個のコイル１３０ａ、１３０ｂが高い支持部２３１、２３２に支持されることで、第２コイル１３０とプリント基板１１０との間に空気の隙間２０１が確保される。空気の隙間２０１によって、第２コイル１３０とプリント基板１１０（第１コイル１２０）との間の絶縁が確保される。

【0026】

（第３実施例）図６－８に、第３実施例のトランス３００を示す。図６はトランス３００の斜視図であり、図７はトランス３００の分解斜視図である。図８は、図６のVIII－VIII線に沿ってカットしたトランス３００の断面図である。トランス３００は、第２コイル３３０の構成が第１実施例のトランス１００の第２コイル１３０と異なる。トランス３００のその他の構成は、第１実施例のトランス１００の構成と同じである。

【0027】

トランス３００の第２コイル３３０は、サブ基板３５０ａ、３５０ｂに構成されている。トランス３００は、一対のサブ基板３５０ａ、３５０ｂを備える。サブ基板３５０ａはプリント基板１１０のおもて側に配置されており、サブ基板３５０ｂはプリント基板１１０の裏側に配置されている。サブ基板３５０ａ、３５０ｂは、プリント基板１１０と同様に、一対の導体層３５１ａ、３５１ｂの間に絶縁層３５２が挟まれた三層構造を有している。

【0028】

図７、８に示されているように、サブ基板３５０ａの一対の導体層３５１ａ、３５１ｂの夫々には配線パターンでコイル３３０ａが形成されており、それらはビア３０２により直列に接続されている。サブ基板３５０ｂの一対の導体層３５１ａ、３５１ｂの夫々にも配線パターンでコイル３３０ｂが形成されており、それらはビア３０２により直列に接続されている。

【0029】

サブ基板３５０ｂのプリント基板１１０に対向する面には４個の突起３５８が形成されている。４個の突起３５８の先端がプリント基板１１０に接しており、サブ基板３５０ｂは、プリント基板１１０に対して平行に保持される。また、４個の突起３５８によって、サブ基板３５０ｂとプリント基板１１０の間に空気の隙間３０１が形成されている。サブ基板３５０ａも４個の突起３５８を備えており、それらの先端がプリント基板１１０に当接し、サブ基板３５０ａとプリント基板１１０の間に空気の隙間３０１が形成されている。４個の突起３５８により、サブ基板３５０ａも、プリント基板１１０に対して隙間３０１を挟んで平行に保持される。

【0030】

突起３５８は、導電性を有しているランドである。一つのランド（図８にて示されている突起３５８ａ）は、配線パターン３３１を介してコイル３３０ａと接続している。突起３５８ａはプリント基板１１０のおもて面の端子１１５ａに接続している。端子１１５ａはビア１１６ｂによってプリント基板１１０の裏面側の端子１１５ｂと導通している。端子１１５ｂには、サブ基板３５０ｂの突起３５８ｂが接している。突起３５８ｂもランドであり、導電性を有している。突起３５８ｂは、サブ基板３５０ｂの導体層に形成された配線パターン３３２に接続しており、配線パターン３３２はコイル３３０ｂに接続している。配線パターン３３１、３３２、突起３５８ａ、３５８ｂ、端子１１５ａ、１１５ｂ、ビア１１６ｂを介してコイル３３０ａと３３０ｂは直列に接続されており、それらは一つの第２コイル３３０を構成する。突起３５８ａ、３５８ｂのほかの突起３５８は、プリント基板１１０とサブ基板３５０ａ、３５０ｂの間に隙間３０１を確保するためのスペーサとして機能していればよく、他の導体パターンに接続されていなくてもよい。

【0031】

第２コイル３３０を含むサブ基板３５０ａ、３５０ｂは、プリント基板１１０に固定されているとともに、プリント基板１１０の外に配置されている。サブ基板３５０ａ、３５０ｂはプリント基板１１０よりも小さい。それゆえ、全てのコイルをプリント基板に形成する場合と比較して、トランス全体でのプリント基板の体積を従来よりも小さくすることができる。

【0032】

第１コイル１２０と第２コイル３３０は対向している。第１コイル１２０と第２コイル３３０の間の隙間３０１によって、第１コイル１２０と第２コイル３３０の間が絶縁される。

【0033】

第１コイル１２０と第２コイル３３０は対向しており、それらの中心にコア１４０の円柱が通っている。また、コア１４０は、第１コイル１２０と第２コイル３３０を囲んでいる。第１コイル１２０に流れる電流によってコア１４０に磁界が発生し、その磁界が第２コイル３３０に誘導電流を生じさせる。

【0034】

第３実施例のトランス３００の特徴と利点を説明する。トランス３００は、プリント基板１１０に配線パターンで形成された第１コイル１２０と、プリント基板１１０の外に配置されたサブ基板３５０ａ、３５０ｂに配線パターンで形成された第２コイル３３０を備える。サブ基板３５０ａ、３５０ｂは、プリント基板１１０よりも小さい。この構造により、プリント基板１１０の中に配線パターンで第２コイルを形成する場合と比較して、トランスを構成するプリント基板の体積を小さくすることができる。

【0035】

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。トランス１００－３００では、プリント基板１１０の一対の導体層１１１ａ、１１１ｂの夫々にコイルが配線パターンで形成されており、それらが第１コイルを構成する。第１コイルは、プリント基板の一つの導体層のコイルだけで構成されてもよいし、３個以上の導体層のコイルで構成されていてもよい。

【0036】

図２、７に示されているように、コイル１３０ａは、プリント基板１１０の導体層１１１ａにて、貫通孔１１３ａを囲むように２周巻回された配線パターンである。コイル１３０ａは、貫通孔１１３ａを囲むように１周だけ巻回された配線パターンであってもよいし、３周以上巻回された配線パターンであってもよい。

【0037】

第２コイル１３０は第１コイル１２０が形成されている導体層１１１ａ、１１１ｂに接合されている。第１コイル１２０が形成されている導体層１１１ａ、１１１ｂに第２コイルを１３０接合することで、第２コイルを接合するための別の導体層を備える必要がない。

【0038】

トランス１００、２００では、プリント基板１１０の両側にコイル１３０ａ、１３０ｂが配置されており、それらの直列接続が第２コイル１３０を構成する。第２コイルは、プリント基板の一方の側だけに配置されていてもよい。

【0039】

第１コイル１２０は４ターンを有している。第１コイルは４ターンを超えていてもよいし、４ターン未満であってもよい。第２コイル１３０（３３０）も４ターンを有しているが、第２コイルは、４ターンを超えていてもよいし、４ターン未満であってもよい。

【0040】

第１コイル１２０がトランスの一次コイルに対応し、第２コイル１３０（３３０）がトランスの二次コイルに対応してよい。あるいは、第１コイル１２０がトランスの二次コイルに対応し、第２コイル１３０（３３０）がトランスの一次コイルに対応してもよい。

【0041】

トランス３００において、サブ基板３５０ａ、３５０ｂに突起３５８が設けられており、それらの先端がプリント基板１１０に当接している。プリント基板１１０に突起３５８が設けられており、それらの先端がサブ基板３５０ａ（３５０ｂ）に当接していてもよい。すなわち、プリント基板とサブ基板の一方に突起が設けられており、突起３５８の先端がプリント基板とサブ基板の他方に当接していればよい。

【0042】

第１コイル１２０と第２コイル１３０（３３０）の断面積は、予定される電流の大きさに応じて定められる。プリント基板１１０に配線パターンで形成される第１コイル１２０には低い電流が流れ、平角線で作られた第２コイル１３０、または、サブ基板３５０に配線パターンで形成された第２コイル３３０には、大電流が流れるようにするとよい。

【0043】

端子１１５ａ、１１５ｂには導電性のメッキが施されている。端子１１５ａ、１１５ｂは、ハンダでプリント基板１１０に接合されている。

【0044】

トランス１００の第２コイル１３０は、絶縁性の接着剤でプリント基板１１０に固定されてもよい。接着剤の厚み、巻線間距離は、第１コイルと第２コイルに許容される巻線間容量の上限値に応じて定められていればよい。プリント基板とサブ基板の絶縁層の厚みも、許容される巻線間容量の上限値に基づいて定められればよい。

【0045】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0046】

１００、２００、３００：トランス １１０：プリント基板 １１１ａ、１１１ｂ、：導体層 １１２：絶縁層 １１３ａ、１１３ｂ：貫通孔 １１５ａ、１１５ｂ：端子 １１６ａ、１１６ｂ、３０２：ビア １１９ａ、１１９ｂ：制御素子 １２０：第１コイル １３０、３３０：第２コイル １３０ａ、１３０ｂ、３３０ａ、３３０ｂ：コイル １３１、１３２、２３１、２３２：支持部 １３３：絶縁被膜 １４０：コア １４１：Ｅ字コア １４２：フラットコア ２０１、３０１：隙間 ３３１、３３２：配線パターン ３５０ａ、３５０ｂ：サブ基板 ３５１ａ、３５１ｂ：導体層 ３５２：絶縁層
３５８、３５８ａ、３５８ｂ：突起

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】