特許 7420092 絶縁トランス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-15

(45)【発行日】2024-01-23

(54)【発明の名称】絶縁トランス

(51)【国際特許分類】

   H01F 30/10 20060101AFI20240116BHJP

【ＦＩ】

H01F30/10 A

H01F30/10 C

H01F30/10 G

H01F30/10 H

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021011592

(22)【出願日】2021-01-28

(65)【公開番号】P2022115130

(43)【公開日】2022-08-09

【審査請求日】2022-11-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】株式会社プロテリアル

(74)【代理人】

【識別番号】100080012

【弁理士】

【氏名又は名称】高石 橘馬

(74)【代理人】

【識別番号】100168206

【弁理士】

【氏名又は名称】高石 健二

(72)【発明者】

【氏名】木下 祥宏

【審査官】後藤 嘉宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２５８２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２２８９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１１１７４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－２５３６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】ＴＤＫ，Ｍｎ－Ｚｎ系スイッチング電源用フェライトコア ＥＰシリーズ，2014年03月13日，https://product.tdk.com/system/files/dam/doc/product/ferrite/ferrite/ferrite-core/catalog/ferrite_mz_sw_ep_ja.pdf

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ３０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対のＥ型のコアと、前記Ｅ型のコアの中央脚部を通す筒状胴部を備えるボビンと、前記筒状胴部の外周に巻装された導線で形成された第１巻線および第２巻線と、を備えたコイル部材と、
前記コイル部材を収容し、前記第１巻線と接続する第１端子と前記第２巻線と接続する第２端子とを備えた矩形状のケースと、を有し、
前記ケースは前記コイル部材を収容する内空間を備え、前記内空間に、前記一対のＥ型のコアの中央脚部が前記ケースの基部に対して平行方向に延在しており、前記中央脚部と一対の側脚部が前記中央脚部の延在方向と垂直であって前記ケースの基部に対して平行方向に配置された状態となるように前記コイル部材が配置され、
前記一対のＥ型のコアは実効断面積Ａｅが１５．５ｍｍ^２以上２１．０ｍｍ^２以下であり、実効磁路長ｌｅが２１．８ｍｍ以上２４．２ｍｍ以下であり、１３０℃における飽和磁束密度Ｂｓが０．３５Ｔ以上であるＭｎ系フェライトからなり、
スイッチング周波数が３００ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下のフライバック型コンバータ用である、絶縁トランス。

【請求項2】

請求項１に記載の絶縁トランスであって、
前記Ｍｎ系フェライトは、周波数４００ｋＨｚ、励磁磁束密度２４０ｍＴ、温度２３℃から１３０℃における磁心損失が７０００ｋＷ／ｍ^３以下である、絶縁トランス。

【請求項3】

請求項１または２に記載の絶縁トランスであって、
少なくとも一方の巻線に強化絶縁電線が使用され、前記第１巻線を構成する導線の巻回部と前記第２巻線を構成する導線の巻回部とは、前記第１巻線を構成する導線の巻回部が前記第２巻線を構成する導線の巻回部を挟むように、前記筒状胴部の径方向に重ねて配置され、
周波数４００ｋＨｚにおける前記第１巻線と前記第２巻線の結合係数が０．９９０以上である、絶縁トランス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、電気自動車（ＥＶ、ＨＥＶ）の駆動モータ用インバータに使用される絶縁トランスに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車や産業機器などで使用される大容量のスイッチング電源では、電源回路を小型化するのにスイッチング速度の向上が図られ、それに使用されるスイッチング素子には、耐圧が高く、スイッチング速度を上げることができる炭化ケイ素（ＳｉＣ）の採用が進んでいる。ＳｉＣのゲート駆動用電源回路においてはフライバック方式電源回路が主流であり、スイッチング周波数を、ノイズ対策からラジオ周波数帯（ＬＷ帯、ＡＭ帯）を除く３００ｋＨｚから５００ｋＨｚの範囲に設定したフライバック型インバータが普及している。このようなフライバック型インバータに使用される絶縁トランスは、スイッチング周波数が高いほど小型に設計することが出来るため、回路全体の小型化に大きく寄与している。

【0003】

一方で、各種用途における高機能化に伴って電源システムの高電圧化が進み，スイッチング電源に使用される部品においても高耐電圧品の需要が高まっていて、絶縁トランスもまた高耐電圧、絶縁強化の要求がある。

【0004】

このような絶縁トランスとして、例えば特許文献１に、高密度実装に対応し、実装される基板上でトランス本体と周囲の電子部品との絶縁性を確保した構造のトランスが開示されている。図９（Ａ）、図９（Ｂ）は特許文献１に開示されたトランス１００を正面側と背面側から見た斜視図である。図９（Ａ）はトランスの一次側のピン端子側を手前に正面側から見た斜視図であり、図９（Ｂ）はトランスの二次側のピン端子側を手前に背面側から見た斜視図である。トランス１００は、一対のＥ型のコア１０８、ボビン１０２、一次側巻線１０４と二次側巻線１０６で構成されたトランス本体１１０と、それを収容する絶縁カバー１１４で構成されている。

【0005】

ボビン１０２に一次側巻線１０４と二次側巻線１０６が巻かれた状態で、ボビン１０２に形成された貫通穴に一対のＥ型のコアの中央脚部が挿入され取り付けられている。Ｅ型のコアの中央脚部はボビンの貫通穴内で近接し、側脚部は一次側巻線１０４、二次側巻線１０６の外側で近接して磁路を形成している。またボビン１０２には、一次側巻線１０４と接続する複数の一次側のピン端子１１２がトランスの下方に突出した状態でフランジ部１０２ｅに取り付けられている。

【0006】

トランス本体１１０を収容する中空で直方体形状の絶縁カバー１１４は、その内側の収容空間にトランス本体１１０の大部分が収容可能な大きさで、トランス本体１１０の一次側のピン端子１１２側の一側面が開口した開口部と、上下に対向する天板１１４ａと底板（図示せず）、天板１１４ａと底板とに連なる側板１１４ｃ、１１４ｄを有し、それらによってトランス本体１１０を囲んでいる。図示した例では、絶縁カバー１１４の天板１１４ａに副開口部１１４ｆ（切欠部）が形成されていて、そこからトランス本体１１０のＥ型のコア１０８等が部分的に露出している。そして絶縁カバー１１４の開口部と対向する側板側には、二次側巻線１０６と接続する複数の二次側のピン端子１１６がトランスの下方に突出した状態で底板に取り付けられている。

【0007】

一次側巻線１０４の巻始めと巻終わりから引出線１０４ａが引き出され、これら引出線１０４ａは、それぞれ一次側のピン端子１１２にはんだ付け固定されている。また、二次側巻線１０６の巻始めと巻終わりからも、それぞれ引出線１０６ａが引き出され、絶縁カバー１１４の副開口部１１４ｆを通じて引き出された後、天板１１４ａから側板１１４ｄに沿って下方に向かって延び、それぞれ二次側のピン端子１１６にはんだ付け固定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２００９－１６５８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

一般的に定義される絶縁距離とは、一次側巻線と二次側巻線の導体露出部の間の最短距離を示し、沿面距離は絶縁体の沿面に添った距離である。特許文献１のトランス１００では、立設された一次側のピン端子１１２と二次側のピン端子１１６との間の距離であり、Ｅ型のコア１０８を導体と見做し一次側巻線１０４と同電位体であるとする場合は、絶縁カバー１１４から現れたＥ型のコア１０８と二次側のピン端子１１６との間の距離で定義される。

【0010】

特許文献１のトランスは、トランス本体１１０を絶縁カバー１１４で囲い、二次側巻線１０６の引出線１０６ａを絶縁カバー１１４に設けられた開口を通じて外側に引き出し、それを天板１１４ａから側板１１４ｄに沿って張り渡すことで、Ｅ型のコア１０８と二次側のピン端子１１６との間の沿面距離を確保している。

【0011】

一方で、絶縁カバー１１４の開口から一次側のピン端子１０４が形成されたフランジ部１０２ｅが大きく外側に張り出すようにしてトランス本体１１０を配置する。このような構造によれば、立設された端子間の沿面距離の確保が容易である反面、トランスの実装面積を小さくするのに制約があった。また一次側のピン端子１１２と二次側のピン端子１１６とが異なる部材に設けられているため、絶縁カバー１１４とトランス本体１１０との組み合わせの際に、端子の位置のずれやばらつきが生じ易く、回路基板への実装が困難となる場合もあった。

【0012】

また、実装される回路基板に対して垂直な方向にＥ型のコアを重ねる縦置き構造であるため、トランスの低背化には不向きである。またトランスは、巻線に流れる電流が最大値となる負荷条件でも磁気飽和しないことが求められ、低背化するようにＥ型のコアを小型化するにも制限がある。また一般にコアを構成する磁性材料は温度に対して飽和磁束密度Ｂｓが変動し、環境温度の上昇とともに小さくなる傾向がある。１００℃を超えるような環境温度になる車載用途で、最大の負荷条件でスイッチング電源の駆動が継続した場合でも磁気飽和に耐えられることも求められる。

【0013】

そこで本発明は、上述した課題を解決するため、充分な沿面距離を確保しつつ、高温環境下でもコアの磁気飽和を抑制することが出来、低背型で小型の絶縁トランスを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明は、一対のＥ型のコアと、前記Ｅ型のコアの中央脚部を通す筒状胴部を備えるボビンと、前記筒状胴部の外周に巻装された導線で形成された第１巻線および第２巻線と、を備えたコイル部材と、前記コイル部材を収容し、前記第１巻線と接続する第１端子と前記第２巻線と接続する第２端子とを備えた矩形状のケースと、を有し、前記ケースは前記コイル部材を収容する内空間を備え、前記内空間に、前記一対のＥ型のコアが横置の状態となるように前記コイル部材が配置され、前記一対のＥ型のコアは実効断面積Ａｅが１５．５ｍｍ^２以上２１．０ｍｍ^２以下であり、実効磁路長ｌｅが２１．８ｍｍ以上２４．２ｍｍ以下であり、１３０℃における飽和磁束密度Ｂｓが０．３５Ｔ以上であるＭｎ系フェライトからなる、絶縁トランスである。

【0015】

本発明においては、前記Ｍｎ系フェライトは、周波数４００ｋＨｚ、励磁磁束密度２４０ｍＴ、温度２３℃から１３０℃における磁心損失が７０００ｋＷ／ｍ^３以下であるのが好ましい。
また少なくとも一方の巻線に強化絶縁電線が使用され、前記第１巻線を構成する導線の巻回部と前記第２巻線を構成する導線の巻回部とは、前記第１巻線を構成する導線の巻回部が前記第２巻線を構成する導線の巻回部を挟むように、前記筒状胴部の径方向に重ねて配置され、周波数４００ｋＨｚにおける前記第１巻線と前記第２巻線の結合係数が０．９９０以上であるのが好ましい。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、充分な沿面距離を確保しつつ、高温環境下でもコアの磁気飽和を抑制することが出来、低背型で小型の絶縁トランスを提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態の絶縁トランスを構成部材に分解して示した斜視図である。

【図2(A)】本発明の一実施形態の絶縁トランスを正面側から見た斜視図である。

【図2(B)】本発明の一実施形態の絶縁トランスを背面側から見た斜視図である。

【図3】本発明の一実施形態の絶縁トランスの断面図である。

【図4】本発明の一実施形態の絶縁トランスが使用されるフライバック型コンバータの等価回路である。

【図5】本発明の一実施形態の絶縁トランスの巻線構造を説明するための模式図である。

【図6】本発明の一実施形態を含む絶縁トランスの構成で算出した１３０℃における直流重畳特性を示すグラフである。

【図7】本発明の一実施形態の絶縁トランスの構成で算出した磁心損失の温度特性を示すグラフである。

【図8】本発明の一実施形態の絶縁トランスの１３０℃における直流重畳特性を示すグラフである。

【図9(A)】従来の絶縁トランスを正面側から見た斜視図である。

【図9(B)】従来の絶縁トランスを正面側から見た斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の絶縁トランスの実施形態について説明するが、本発明は、以下に説明する形態に限定されない。図１は本発明の一実施形態の絶縁トランスを構成部材に分解して示した斜視図であり、図２（Ａ）は本発明の一実施形態の絶縁トランスを正面側から見た斜視図であり、図２（Ｂ）は本発明の一実施形態の絶縁トランスを背面側から見た斜視図であり、図３は本発明の一実施形態の絶縁トランスの断面図である。また図４に絶縁トランスが使用されるフライバック型コンバータの等価回路の一例を示す。これらの図を適宜参照して本発明の実施形態の絶縁トランスを説明する。

【0019】

フライバック型コンバータは、例えば図４の等価回路に示すように、直流電圧供給源と接続する絶縁トランス１の一次側の第１巻線８０と前記第１巻線８０と接続するスイッチ回路と、スイッチ回路のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御ＩＣと、前記制御ＩＣへ電源を供給する絶縁トランス１のＶｃｃ巻線８７と、絶縁トランス１の二次側の第２巻線８５と、前記第２巻線８５と接続されたダイオードと、コンデンサを含む整流回路を備える。

【0020】

図１から図３に示した絶縁トランス１は、スイッチング周波数が３００ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下のフライバック型コンバータに用いられ、縦１５．５ｍｍ、横１３．０ｍｍの面内に配置可能で、高さ１５．０ｍｍ以下の絶縁トランスとして好適な構成例である。

【0021】

絶縁トランス１は、筒状胴部を含むボビン３０と、前記ボビン３０の筒状胴部の外周に巻装された導線で形成された第１巻線８０及び第２巻線８５（以下、あわせて巻線として説明する場合がある）と、前記ボビン３０に横置き配置で装着される一対のＥ型のコア１０ａ、１０ｂと、金属端子４０が設けられたケース５０とを備えている。Ｅ型のコア１０ａ、１０ｂと、第１巻線８０、第２巻線８５及びＶｃｃ巻線８７が設けられたボビン３０によりコイル部材６０を構成し、前記ケース５０内に収容している。

【0022】

図１に示すように、本実施形態の絶縁トランス１で用いたＥ型のコア１０ａ、１０ｂのそれぞれは、一対の側脚部１２と、その間に配置された中央脚部１１と、側脚部１２及び中央脚部１１の一端側を接続する矩形の接続部１３により略Ｅ型に形成されている。中央脚部１１は接続部１３の一方の長辺側にずれた位置にあって、中央脚部１１の断面積を左右の側脚部１２、１３の全体と略等しくしている。

【0023】

ボビン３０の筒状胴部の内側の貫通孔３５に、一対のコア１０ａ、１０ｂの中央脚部１１を挿入し、コア１０ａ、１０ｂの側脚部１２を相互に突き合わせて、組み合わされたコア１０ａ、１０ｂの外周に絶縁テープ９０を巻いて一体化してコイル部材６０とする。一対のコア１０ａ、１０ｂの中央脚部１１間にはインダクタンスの調整のためギャップを設ける場合が多い。コイル部材６０の上方と側方にはコア１０ａ、１０ｂが現れ、下方には巻線８０、８５、８７の巻線部とボビン３０の脚部３２が現れる。図１や図３に示すように、コイル部材６０の下方側で、巻線８０、８５、８７が形成されていないコア１０ａ、１０ｂの下側（コアの接続部１３の下部）に開き空間が出来るが、そこに巻線部の外周よりも僅かに突き出るようにボビン３０の鍔部３１と繋がった脚部３２を形成している。また図示した例では、脚部３２に巻線８０、８５、８７の引出線を通す複数の窪み部を設けている。このような構成によれば、コイル部材６０をケース５０に装着することが容易であるとともに、無駄な空間を排除することで、コイル部材６０におけるコア１０ａ、１０ｂが占める体積割合を大きくすることが出来る。それによってコイル部材６０の小型化と、限られた空間の中でもコア１０ａ、１０ｂの磁気飽和を考慮した冗長設計が可能である。

【0024】

前記コアの実効断面積Ａｅは１５．５ｍｍ^２以上２１．０ｍｍ^２以下であり、実効磁路長ｌｅが２１．８ｍｍ以上２４．２ｍｍ以下であるのが好ましい。実効断面積Ａｅが上記範囲を外れ、小さい場合は磁気飽和し易くなり、大きい場合はコアが大型化し、絶縁トランスを小型化するのが困難となる場合がある。また実効磁路長ｌｅが上記範囲を外れ、短い場合は初期インダクタンスが増加して磁気飽和する場合がある。またコイルを巻く領域が狭まるためコイルを整列して巻くのが難しくなり、巻線の線径を細くすると、コイルの発熱が増加して絶縁トランスの熱暴走を誘発する場合がある。長い場合はコアが大型化し、絶縁トランスを小型化するのが困難となる場合がある。

【0025】

また、コアに使用する磁性材料として１３０℃における飽和磁束密度Ｂｓが０．３５Ｔ以上であるＭｎ系フェライトが好ましい。飽和磁束密度Ｂｓが大きいほどコアの小型化が可能であり、少なくともが０．３５Ｔ以上であるのが好ましい。また、Ｍｎ系フェライトは、周波数４００ｋＨｚ、励磁磁束密度２４０ｍＴ、温度２３℃から１３０℃における磁心損失が７０００ｋＷ／ｍ^３以下であることが好ましい。温度２３℃から１３０℃における磁心損失を７０００ｋＷ／ｍ^３以下とすることで、１００℃に超えるような環境温度で、最大の負荷条件でスイッチング電源を駆動し続けた場合でも、使用される絶縁トランスが熱暴走するのを抑制することが出来る。

【0026】

図５に絶縁トランスの巻線構造を説明するための模式図を示す。ボビン３０の筒状胴部には、第１巻線８０、第２巻線８５、Ｖｃｃ巻線８７が設けられていて、第１巻線８０で、第２巻線８５とＶｃｃ巻線８７を挟み込んだサンドイッチ巻の構成としている。このような巻線構造によって第１巻線８０と第２巻線８５との間の結合係数を０．９９０以上とすることが出来る。結合係数が大きいほど、電力変換効率が高くなるので好ましい。

【0027】

各巻線には銅やアルミニウム、その合金といった導電性材料からなる導体に絶縁被覆を備える被覆線が用いられる。一般的には銅線にポリアミドイミドで絶縁被覆したエナメル線が用いられるが、一次側と二次側の絶縁を考慮すれば、絶縁被膜を複数層形成して絶縁性を向上させた強化絶縁電線である二層絶縁電線あるいは三層絶縁電線を少なくとも一方の巻線に用いるのが好ましい。特には高周波でスイッチングする場合、巻線にはリッツ線、撚り線又はパラレル線を使用し、それを強化絶縁電線とするのが好ましい。

【0028】

ケース５０は、絶縁樹脂からなる矩形の基部５１と、前記基部５１に設けられた金属端子４０（Ｔ１～Ｔ８）を備えていて、更に基部５１の三方の縁部から立設する壁部５２、５３、５４と、前記基部５１と対面し壁部５２、５３、５４の上端側を覆う天板部５５とを備える。図１や図２に示すようにケース５０は、金属端子４０（Ｔ１～Ｔ４）が形成された側の側面が開口した箱状の形態となっている。また図３に示すように金属端子４０の端部は基部５１の下面と略同じか、下面に対して僅かに突出して形成されている。

【0029】

少なくとも壁部５２、５３、５４の高さは前述のコイル部材６０よりも高く形成され、基部５１、壁部５２、５３、５４と天板部５５で囲まれた内空間に前述のコイル部材６０が収容可能となっている。図示した例では、天板部５５には、第１巻線８０の引出線を導出可能な幅で、壁部５３側に至る溝部を備えている。

【0030】

ケース５０に、第１巻線８０が接続する金属端子４０（Ｔ５～Ｔ８）の第１端子と、第２巻線８５、Ｖｃｃ巻線８７が接続する金属端子４０（Ｔ１～Ｔ４）の第２端子とが一体に形成されている。ケース５０を下方から見ると基部５１の下面は略全体が平坦だが、金属端子４０の間にはケース５０の壁部５２側から壁部５４側に至る段差部５２が形成されていて、第１端子と第２端子との間の沿面距離を長くすることが出来る。また第１端子と第２端子をケース５０に一体形成したことにより、従来の場合よりも端子間の位置ずれが抑えられ、回路基板への実装で接続不良といった問題も生じにくい。

【0031】

金属端子４０はＳＰＣＣや、ニッケル、コバルト、リン青銅および鉄の合金であるコバール、あるいは４２アロイ等やＣＰ線を用いるのが好ましい。

【0032】

ケース５０や前述のボビン３０は絶縁樹脂で形成され、絶縁性、機械強度、耐薬品性、耐熱性、耐湿性及び成形性を有する樹脂であれば良く、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ：ポリフェニレンサルファイド）樹脂、液晶ポリマー、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙ Ｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ポリブチレンテレフタレート）樹脂、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ：アクリロニトリルブタジエンスチレン）樹脂等が好ましく、それらを射出成形法等の公知の方法で成形したものを用いることができる。

【0033】

図１や図２に示すように、コイル部材６０をＥ型のコア１０ａ、１０ｂが横置き状態となるように、ケース５０内の空間に収容し接着剤（図示せず）で固定する。接着は、例えばシリコーン系の接着剤を使用することが出来、硬度が低くて使用温度範囲も広い接着剤を使用するのが好ましい。コイル部材６０が載置されるケース５０の基部５１の上面は平坦となっているが、窪みを設けてコイル部材６０の位置決めや、固定用の接着剤溜りにしても良い。

【0034】

コイル部材６０に設けられた第２巻線８５、Ｖｃｃ巻線８７の巻始めと巻終わりから、引出線７５がボビン３０の脚部３２に形成された溝部を通って引き出され、ケース５０の側面が開口した側の金属端子４０（Ｔ１～Ｔ４）の第２端子に絡げてはんだ固定される。図４に示したフライバック型コンバータの例では、絶縁トランス１の金属端子４０のＴ１に第２巻線８５の巻始め側（図４の〇５）が接続し、Ｔ２に第２巻線８５の巻終わり側（〇６）が接続する。またＴ３にはＶｃｃ巻線８７の巻始め側（〇７）が接続し、Ｔ４にＶｃｃ巻線８７の巻終わり側（〇８）が接続する。

【0035】

第１巻線８０の巻始めと巻終わりから引出線７０がケース５０の開口側の上方から引き出され、ケース５０の天板部５５の溝部を通り、壁部５３の平面にそって金属端子４０（Ｔ５～Ｔ８）の第１端子へ向けて導出され絡げてはんだ固定される。図示した例では２本の第１巻線８０を使い並列結線可能な構成としていて、金属端子４０のＴ８に一方の第１巻線８０の巻始め側（〇１）が接続し、Ｔ７に他方の第１巻線８０の巻始め側（〇２）が接続する。またＴ６は一方の第１巻線８０の巻終わり側（〇３）が接続し、Ｔ５には他方の第１巻線８０の巻終わり側（〇４）が接続し、絶縁トランスが完成する。

【0036】

このような構成によれば、金属端子４０（Ｔ５～Ｔ８）の第１端子とコイル部材６０のコア１３との間の間隔も大きくすることが出来て、それによって沿面距離を確保して絶縁性能を向上させることができる。

【0037】

以上説明したように、本発明によれば、充分な沿面距離を確保しつつ、高温環境下でもコアの磁気飽和を抑制することが出来、低背型で小型の絶縁トランスを提供することができる。

【実施例】

【0038】

以下の構成で、図１から図３に記載した絶縁トランスを作製した。この絶縁トランスは、縦１５．５ｍｍ、横１３．０ｍｍの面内に配置可能で、高さ１５．０ｍｍ以下であって、沿面距離が１２．５ｍｍ以上で、第１巻線による入力側インダクタンスが１５．０μＨであり、スイッチング周波数が４００ｋＨｚで、入力電圧が１７～２５Ｖのフライバック型インバータに使用するものである。

【0039】

絶縁トランスの外形寸法を決めるケースは、実装面がＸ方向１２．５ｍｍ（Ｂ寸法）、Ｙ方向１５．２ｍｍ（金属端子を含むＡ寸法）で、Ｚ方向１４．５ｍｍ（Ｃ寸法）とした、コイル部材を収容するケース内側の寸法は、Ｘ方向が１１．２ｍｍ、Ｙ方向が１０．７ｍｍ、Ｚ方向が１０．０ｍｍである。ケースの内空間に収容可能なコイル部材のコアとして、Ｘ方向が１０．４ｍｍ、Ｙ方向が５．１５ｍｍ、Ｚ方向が７．５ｍｍのＥ型のコアを用いた。組み合わせたＥ型のコアの実効断面積Ａｅは１５．９ｍｍ^２であり、実効磁路長ｌｅが２２．７４ｍｍである。またギャップ長は０．０６ｍｍ、一対のＥ型のコアの体積Ｖｅは４４４ｍｍ^２である。第１巻線の巻き数Ｎ１を７ターンとし、第２巻線側の電圧や整流回路のダイオードによる電圧降下を考慮して、第２巻線の巻き数Ｎ２を１６ターンとした。フライバック型インバータの動作条件を考慮し、第１巻線に流れるピーク電流は１．７９Ａとした。

【0040】

Ｅ型のコアに使用する使用するフェライトとして、日立金属株式会社製のＭｎ系フェライトの２材質を選び、それぞれの磁気特性から、直流重畳特性と磁心損失を算出した。表１に各材質の磁気特性のカタログに記載された代表値を示す。なお各特性は、外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍの円環状コアで評価されている。またそれぞれの１３０℃における飽和磁束密度は３５０ｍＴ以上である。

【0041】

【表1】

【0042】

（直流重畳特性）
ＭＬ２５、ＭＬ２９Ｄで作成された外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍの円環状コアを準備し、１３０℃での直流Ｂ－Ｈ曲線の初磁化曲線（Ｂｍ－Ｈｍ特性）と、直流重畳特性（μΔ－Ｈｍ特性）を測定した。
得られた初磁化曲線の磁束密度Ｂｍと磁界の強さＨｍから、磁路長Ｌｅ、ギャップ長Ｌｇの一対のＥ型コアで構成された磁気回路の磁界の強さＨ‘を式（１）より求めて、Ｅ型コアを組みわせて構成された磁気回路でのＢ－Ｈ’特性を得た。
Ｈ‘＝（Ｈｍ×（Ｌｅ―Ｌｇ）＋Ｂｍ×Ｌｇ／μ_０）／Ｌｅ （１）
Ｂｍ：磁束密度（Ｔ）
Ｈｍ：磁界の強さ（Ａ／ｍ）
Ｌｅ：一対のＥ型のコアの磁路長（ｍ）
Ｌｇ：一対のＥ型のコアのギャップ長 （ｍ）
μ_０：真空の透磁率（４π×１０^－７）（Ｈ／ｍ）
μΔ：増分透磁率

【0043】

円環状コアより得られた直流重畳特性の増分透磁率μΔから、磁路長Ｌｅ、ギャップ長Ｌｇの一対のＥ型のコアで構成された磁気回路の実効増分透磁率μΔｅを求めた。さらに直流重畳特性の磁界の強さＨｍと前述のＢ－Ｈ‘特性を用いて、磁路長Ｌｅ、ギャップ長ＬｇのＥ型コアを組みわせて構成された磁気回路でのμΔｅ－Ｈ’特性を得た。
更に第１巻線の巻き数、一対のＥ型のコアの磁路長Ｌｅ、実効断面積Ａｅにより、第１巻線による一次側インダクタンスＬを算出した。図６に磁界の強さＨ‘を重畳電流に換算したインダクタンスＬの重畳特性を示す。２種のＭｎ系フェライトの内、ＭＬ２９ＤはＭＬ２５Ｄよりも重畳特性に優れることが分かる。

【0044】

（磁心損失）
第１巻線に流れるピーク電流から動作磁束密度を算出して２４０ｍＴとした。スタイン・メッツの実験式をもとに、２３℃、１００℃、１３０℃、１５０℃で算出された磁心損失と温度のとの関係を図７に示す。ＭＬ２９ＤはＭＬ２５Ｄよりも温度に対する磁心損失の変化が小さく、２３℃から１３０℃の温度では磁心損失が小さくて、温度特性に優れることが分かる。

【0045】

得られた結果を基にＥ型のコアにＭｎ系フェライト：ＭＬ２９Ｄを使用して絶縁トランスを作成した。 トランスの外形寸法は、Ｘ方向が１２．５ｍｍ、Ｙ方向が１５．２ｍｍ、Ｚ方向が１４．５ｍｍである。ケースはジアリルフタレート樹脂製、ボビンはフェノール樹脂製である。第１巻線として線径φ０．１４の線材を４本束ねた３層絶縁電線を２本使い、第２巻線には線径φ０．２３ポリウレタン被覆銅線（ＵＥＷ線）を使い、またＶｃｃ巻線にも線径φ０．２３ポリウレタン被覆銅線（ＵＥＷ線）を使い、図４に示すように第１巻線で第２巻線とＶｃｃ巻線を挟み、第１巻線を７ターン、第２巻線を１６ターン、Ｖｃｃ巻線を３ターンとしてコイル部材を作製した。コイル部材の外形寸法は、Ｘ方向が１０．２ｍｍ、Ｙ方向が１０．２ｍｍ、Ｚ方向が８．７ｍｍである。ケースの内空間にコイル部材を収容し、第１巻線の引出線を絶縁トランスの上面側から引き出し、ケースの天板部の溝部を通して、壁部の平面にそって金属端子４０（Ｔ５～Ｔ８）の第１端子へ向けて導出され絡げてはんだ固定した。また、第２巻線８５、Ｖｃｃ巻線８７の引出線をケースの側面が開口した側から引き出して金属端子４０（Ｔ１～Ｔ４）の第２端子に絡げてはんだ固定して、絶縁トランスを作製した。周波数４００ｋＨｚにおける第１巻線と第２巻線の結合係数は０．９９４であった。

【0046】

得られた絶縁トランスを使って、周波数４００ＫＨｚ、温度１３０℃の条件で入力側インダクタンスの直流重畳特性を評価した。その結果を図８に示す。絶縁トランスは重畳電流に対してインダクタンスの変化が小さく、第１巻線に流れるピーク電流の１．７９Ａの条件でも、初期インダクタンスに対する変化は０．５μＨ程度であった。２．５Ａの条件でも変化は１．０μＨ程度と小さく、高温環境下でもコアの磁気飽和を抑制し、小型で充分な沿面距離を確保した絶縁トランスが得られた。

【符号の説明】

【0047】

１ 絶縁トランス
１０ａ、１０ｂ Ｅ型のコア
３０ ボビン
４０ 金属端子
５０ ケース
６０ コイル部品

【図1】

【図2(A)】

【図2(B)】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9(A)】

【図9(B)】