JPH0669010B2 - １方の巻線が第２巻線の支持体として用いられる低プロフィル型磁気構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は磁気構造に関し、特に誘導子および変圧器(tra
nsformer)の独自の磁気構成に関する。特に本発明は、
他の回路モジュールに近接した支持構造体に挿入するよ
うにした回路モジュールに使用するのに適した非常に高
さの低い低プロフィル型(low profile)磁気構造に関す
る。本発明はさらに満足な磁気性能を有し、１方その製
造労力を最小にする磁気構造に関する。

発明の背景 磁気装置の設計には多くの問題点がある。これらの問題
点には、装置の空間的な割当や、特に装着高さの寸法、
材料のコスト、およびその電気的性能などが含まれる。
これらの問題点の１つに対して所望の結果が得られて
も、他の問題では望ましい結果は得難く、結局は何らか
の妥協が必要になる。現在、検討を要する最も重要な問
題点のうちの２つは、モジュール式回路パックに適した
物理的寸法を有する磁気装置の設計、および許容できる
電気性能を有し、しかも製造コストが低い磁気装置の設
計に関するものである。

共通のハウジング構造に収容された回路モジュール内の
構成要素を具体化する本発明は、低プロフィルの寸法を
持つ回路を必要とするが、この低プロフィル要件が満足
されると、共通の背面系内にすべてが相互接続し得るハ
ウジング構造内で、互いに密接して上記回路のパッケー
ジが容易になる。この構成は、各々の個別回路モジュー
ルに含まれる磁気構成成分の物理的寸法を制限してい
る。これらの寸法上の制限は、かなりの量の電力を処理
する電源回路モジュールでは特に厳しく、問題がある。

低プロフィル要件を満足する磁気構造に適合する幾つか
の従来の構成は、モジュールの回路基板上に螺旋状に印
刷した導体からなる空心磁気装置を用いている。幾つか
の装置では、印刷導体巻線に密接して磁性材料が回路基
板上に付加的に取付けられている。動作効率や磁束の封
じ込め、および寄生振動の制御の点から見ると、これら
の構成の成功はあまり期待できない。とは言え、これら
の構成は低プロフィル型であり、製造が容易なため多く
の場合に用いられている。米国特許第4,134,091号に
は、異なる形の低プロフィル型磁気構造の１つの特定例
が記載されている。その構造は、複数のドーナッツ形の
コアにより構成され、これらは変圧器巻線にビーズ状に
配列される。これらの変圧器巻線は、他の巻線を支持あ
るいは収容する導電チューブからなる巻線の１つと同軸
状をなすことが好ましい。変圧器アセンブリは、低プロ
フィルは得られるが、構造がゆるやかであり、製造は非
常に高価である。したがって、製造の自動化が容易で、
低プロフィルであり、さらに磁路が良く画成され、寄生
振動が低く、効率の良い磁気構造が非常に望ましくな
る。

発明の要約 本発明によれば、新しい磁気構造は複合材料あるいは積
層シートからなるＥ−１またはＥ−Ｅ磁気コアにより構
成され、これらの磁気コアは、これらのコアの窓を通る
経路長が任意の電力範囲で極度に低い低プロフィル型磁
気構造が得られるように、また磁気コアの各窓の断面側
部寸法に比べて非常に長くなるように、その寸法が決定
される。変圧器の場合には、これらの窓を通る磁気コア
の窓は、同軸状に設計され（すなわち、他の巻線内に１
つの巻線を）、２つの巻線間の相互作用を増加させ、こ
れにより漏れインダクタンスを低減させている。１本の
巻線は、チャネル断面を持つシェル状に設計され、ま
た、複合シェルが他の巻線を包被する任意のカバー構成
が許容される。このシェル巻線は、他方の巻線のボビン
として作用するように設計される。上記の任意のカバー
は、１方の巻線を他方の巻線にわたって同軸状に包被す
ることを可能にする。

この磁気構造は、電力密度が比較的大きく、低プロフィ
ル型であり、したがって、ハウジング構造内で積層さ
れ、互いに密接に位置づけられた回路モジュールや基板
に用いられる。この磁気構造の性質は磁束の保持にも有
効であり、したがって他の低プロフィル型磁気構造に比
べて寄生振動をかなり低減させる。

この磁気構造の利点は、その成分部品の設計により許容
されるように磁気装置の構成、組立が容易な点にある。
それぞれの個別部品は別々に製造され、最終的なアセン
ブリは簡単なシーケンスで個別要素を適宜挿入、組付け
を行ない、得られたアセンブリを回路モジュールに固定
して与えられる。

図面の簡単な説明 本発明は、以下の説明および添付図面を参照することに
より容易に理解される。

第１図は、任意の空隙スペーサを有し、本発明の原理を
具体化する誘導子構造の実施例の展開斜視図であり、 第２図は、本発明の原理を具体化する変圧器構造の１実
施例を示す展開斜視図であり、 第３図は、第２図の変圧器の巻線を変えた場合の展開斜
視図であり、 第４図は、磁気シート材料によるシート積層構成に適し
た誘導子コアの構造を示す展開斜視図であり、 第５図は、誘導子あるいは変圧器構造に適した他のコア
構造の構成を示す斜視図である。

詳細な説明 第１図の展開斜視図に示した磁気構造は、低プロフィル
型誘導形磁気構造であり、これには磁気材料からなるＥ
コア成分１０、磁性材料からなるＩコア成分２０、およ
びこれらのＥ，Ｉ成分間で空隙を維持するために用いら
れる非磁性材料からなるスペーサ３０が含まれる。ここ
では、或る１つの空隙スペーサが説明されるが、軸線６
０の方向の２つの外部脚１５と１６の高さに比べて軸６
０の方向の中央脚１１を短くして適切な空隙を得ること
もできる。誘導子巻線４０が多重ターンリボン導体で構
成され、Ｅコア成分１０の中央脚１１の周りに適合する
ように形成される。上記ＥおよびＩコア成分１０および
２０は、うず電流を制限する大きな電気抵抗を有する複
合フエライト材料からなるものとして、第１図およびそ
れに続く幾つかの図面で図示されている。上記のコア
は、磁気コア製造者には公知のダイプレス法により形成
されるもので、したがって、ここでは詳述しないことに
する。

第１図に示したように、中央コア脚１１は、リボン導体
４０の丸み端部曲線４２と４３に整合する丸み端部１２
と１３を有する。Ｅコア１０の１端部の破断開口１４
は、磁気構造が搭載される回路基板へのリボン導体４０
のリード４４のアクセスのために設けられる。第１図に
示したように、中央コア脚１１の水平軸線５０に沿う長
さは、同じく水平軸線５０に沿う２つの外部コア脚１５
と１６の長さより短く構成してある。３本のコア脚１
１，１５および１６は、空隙スペーサ３０を用いた場
合、１様な高さを持つように構成され、従って、これら
の脚の上面はすべて同一平面内にある。空隙スペーサを
用いない場合は、第１図に示したように、２本の外部脚
１５と１６の垂直軸方向の長さに対して垂直軸線６０に
沿う中央脚１１の長さを短縮して上記のように得ること
ができる。第１図に示した実施例では、空隙スペーサ３
０とＩコア成分２０は、この順に、３本のコア脚１１，
１５および１６の等平面となった上面の上に配置され、
誘導子構造を与える。この空隙スペーサ３０は非磁性材
料からなり、その大きさは適切な空隙を与えて所望のイ
ンダクタンス値を確保できるように定める。

上記磁気構造は、コア成分１０および２０、およびスペ
ーサ３０からなり、１つだけ図示されたクリップ装置３
１によりＩコア成分２０の戻り止め２１部分で保持され
ている。これらのクリップ装置３１は、本実施例におい
ては、磁気構造のＥおよびＩ成分１０および２０の４す
みに位置づけられる。上記クリップ３１は、それぞれ１
端部が開放フック構造３２と他方の端部がＳ字形フック
３３からなり、後者のフックは長い熊手部分３４を有
し、この熊手部分は、回路基板あるいは支持シャシュ内
で整合された受口２をこれと係合させ、磁気構造を回路
基板に固定する。

Ｉコア成分２０は４つの戻り止め２１，２２，２３およ
び２４を有し、これらの戻り止めはＩコア成分の上面を
卵形に切り欠いて得られる。１つの接続用クリップ装置
３１は、第１図に１つのクリップだけが示してあるが、
それぞれの戻り止めと協働するようになっている。各ク
リップの開放フック端部３２は、戻り止め２１，２２，
２３または２４の１つに引掛けられる。上記クリップ装
置３１の本体あるいは直線ピン部分３５は、ＩおよびＥ
コア成分２０と１０の側面に形成された溝あるいはチャ
ネル２７と１７に嵌合し、Ｓ字状フック３３の底部点３
６は、Ｅコア成分１０の底部装着面にある対応する戻り
止め（第１図では省略）に引掛けられる。磁気構造はク
リップ３１のピンまたは熊手端部３４を回路板１内の対
応する受口孔２に挿入し、半田付けすることにより回路
基板１に固定される。ＥおよびＩコア１０と２０の戻り
止めは、誘導子巻線４０を結ぶ主要磁束路の外側にある
ように磁気構造の端部に配置される。

他の誘導子コアの構成を第４図に示す。本発明のこの特
定の構造実施例は、コアの積層シート構成に直ちに適合
させることができる。ＥおよびＩコア成分１１０と１２
０の端部は、それぞれ第１図のコア構造と異なり、長方
形および正方形をなしている。特に、中央コア脚１１１
は積層シート磁性材料を用いて積層状構成を与えるよう
に正方形にされる。誘導巻線１４０は、単一のリボン導
体からなり、この導体は端部１４２と１４３で正方形に
され、Ｅコア構造１１０の中央コア脚１１１の長方形部
分を収容する。コア１１０と１２０は空隙スペーサ１３
０により分離される。中央脚１１１を２本の外部脚より
短くすることにより、上記のように、適切な空隙が形成
される。

第４図の磁気構造の窓の断面の長さと幅に対する窓の通
過長さの縦横比が大きいので、積層シートを互いに固定
する好ましい方法は、積層シートを予め接着して構造を
構成することで与えられる。戻り止めは、積層構造に容
易に形成することはできないと思われるので、磁気構造
を回路基板に固定する好ましい方法は、従来のクランプ
法により与えられる。

第２図には、低プロフィルの変圧器構造の展開透視図が
与えられ、この構造はＩコア成分２２０、Ｅコア成分２
１０、１次および２次巻線と成る第１および第２巻線２
４０と２６０、およびバイアス巻線と成る３次巻線２７
０とを有している。ＥおよびＩコア成分２１０と２２０
は、第１図に示した誘導子構造のコア成分１０と２０と
ほぼ同じである。磁気構造を回路基板１に固定するに
は、第１図の誘導子構造に対して上記した方法と同様に
クリップ２３１を用いる。

第２図の変圧器構造は、１次および２次巻線２４０と２
６０を有し、更に３次巻線２７０を有し、これらの巻線
のすべては、Ｅコア成分２１０の中央脚２１１の周りに
巻回あるいは構成される。２次巻線２６０は、チャネル
を包被する整合用板カバー２６２と共にチャネル断面を
持つシェル形態をなす。１次巻線２４０は、２次巻線２
６０により形成されたチャネルまたはシェルの内側に１
次巻線が適合するように巻回あるいは構成され、これに
より１次および２次巻線２４０と２６０は、互いに同軸
状になる。

１次巻線２４０は、図示のように、巻回あるいは形成さ
れた円形導体からなるか、あるいは、誘導子を説明する
際に第１図に示したような巻回リボン導体から構成でき
る。２次巻線２６０のシェル部分は、中央脚２１１の側
面２１９に平行に図示したチャネル側面２７１と２７２
を備え、また、その端部はその製造を容易にするため
に、１次巻線２４０の前で湾曲させてある。幾つかの場
合には、上記のシェル側面を点線２７５と２７６により
示したように、上記の湾曲部の周りに延在させることに
より２本の巻線２４０と２６０の結合を改良することが
望まれる。

十分緊密な結合が望まれるときは、２本の巻線が同軸と
なるように、接着あるいは半田付けにより、導体カバー
２６２がチャネルの上面に配置され、それに固定され
る。このカバーは、必要に応じて変圧器の組付けを容易
にするために除去される。上記カバーが、付加される場
合は、端子板２６３と２６４の近くの端部でシェルに導
電的に接続されなければならず、これにより、同軸構成
のため、漏れインダクタンスは小さくなる。上記のシェ
ルは、必要に応じてカバー２６２なしで用いられるが、
その場合の漏れインダクタンスは、カバーを用いた同様
の設計の場合より大きくなる。２次巻線２６０のシェル
は、Ｅ形コア成分２１０の中央コア脚２１１の外周部に
ほぼ従うように形成される。巻線２６０のチャネル構造
は平板２６３と２６４により１方の端部で分割され、上
記の板はこれらの分割端部の各々から延在している。熊
手部分２６５と２６６が各平板の端部に形成され、回路
基板１の電気ソケットおよび／または機械的固定用の受
口３に嵌合するように設計され、電圧の検出または機械
的接続に供される。螺合スタッド２６７と２６８は電気
回路の巻線２６０への接続を与える。

シェルの下には、細い挿入銅リードからなる３次あるい
はバイアス巻線２７０が配置される。バイアス巻線は単
一（図示のように）あるいは多重ターンからなり、２次
シェル巻線の下の窓の底部に配置される。これらのバイ
アス巻線は、これらの低電力搬送要件により許容される
小さな断面を有する。したがって、これらのバイアス巻
線は、磁気構造の窓に必要な高さ寸法を大きく増加させ
ることはなく、したがって、低プロフィル要件を落すこ
とはない。上記３次巻線２７０は、シェル巻線２６０の
外側に位置付けされ、図示されているが、これらの巻線
は、もし密な結合が必要な場合は、シェルの内側に配置
することができる。

第３図に示した変圧器構造は、第４図に積層形態で示し
た第１図の誘導子構造の場合のように、積層形態で構成
される。このシェルと１次巻線は、端部で同様に四角に
され、Ｅコア成分の正方形の中央脚を収容している。第
４図の積層誘導子の場合のように、積層シートが予め接
着され、変圧器構造が回路モジュールにクランプされ
る。

第２図の変圧器に対する他の巻線形態が、第３図に示し
てある。１次あるいは２次巻線により構成されるシエル
３６０は、これがボビンか形構造に類似するように、外
周に開放側面を有するチャネル断面部分から構成され
る。カバー３６１は、シェルチャネルの開放側を閉じる
ような適切な形状を有する。シェルの端部は、熊手部分
３６３と３６４を有し、これらは、ボビンが巻回された
後、図示のように湾曲される。次に、これらの熊手部分
は、回路基板内の対応する受口に接続され、これに固定
される。

第２図および第３図のシェル巻線は、ここでは２次巻線
として記載されたが、これはまた１次巻線および多重タ
ーン巻線、２次巻線としても用いることができることは
明らかである。低電圧巻線は、シェル導体から構成され
ることが好ましい。

第２図に示した、本発明の原理を実施する、３００ワッ
ト変圧器は、組立て時、全長３インチ、幅１．２５イン
チ、高さは全長あるいは幅寸法よりかなり小さく、全高
０．６２５インチとなるコア寸法を有することになる。
それぞれの窓は、幅が０．３２インチ、高さが０．３２
インチ、窓の長さは中央脚の長さである約２．５インチ
である。したがって、窓の長さあるいはこの窓を通して
の距離は、その断面寸法に対して比８：１とかなり大き
くなる。全体の長さは、全体の幅より比２．５：１だけ
大きく、その高さより比４．８：１だけ大きい。但し、
本発明による低プロフィルの概念は、上記の特定の寸法
に厳密には制限されない。

第５図には、他のコア形態が示され、この形態において
は、磁気構造は２つのＥコア成分形状５０１と５０２か
らなり、これらの成分は、それらのほぼ当接する個別脚
端部を有するように設計されている。図示の特定のコア
形状は、第１図および第２図の例と共に用いられる構成
に適し、また第４図の例と共に用いられる積層形態に適
するものである。第５図に示した特定の形態は積層であ
るが、組成形態も同様に適している。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁気構造であって、 基盤と、前記基盤の両端に設けられた外側コア脚と、前
   記基盤上の前記外側コア脚間に設けられた中央コア脚と
   から成り、前記中央コア脚を囲む連続する溝が画成され
   た第１の磁気コア成分と、 前記第１の磁気コア成分と係合する第２の磁気コア成分
   と、 前記第１の磁気コア成分の前記中央コア脚が嵌合する貫
   通部と前記貫通部の周囲に画成された連続する凹部とか
   ら成り、前記第１の磁気コア成分の前記溝内に配置され
   る第１巻線と、 前記第１巻線の前記凹部内に配置される第２巻線と、 前記第１及び第２の磁気コア成分をまとめて固定すると
   共に、前記磁気構造を回路基板に固定する締付手段と、 から成り、前記第１巻線及び前記第２巻線は、前記第１
   の磁気コア成分の前記基盤と前記第２の磁気コア成分と
   の間に収容されることを特徴とする磁気構造。
2. 【請求項２】前記締付手段は、フック端部とそれぞれ一
   端に前記回路基板内の受口に係合する熊手部とを備えた
   複数のクリップ装置を備えており、前記クリップ装置は
   前記第１の磁気コア成分の底部載置面と前記フック端部
   と係合する角部に戻止めを含む前記第２の磁気コア成分
   の頂面とに係合し、それにより前記磁気構造を前記回路
   基板に固定することを特徴とする請求の範囲第１項に記
   載の磁気構造。
3. 【請求項３】前記磁気構造は、前記第１巻線を覆う導電
   カバーを備えており、それにより前記第１巻線及び第２
   巻線が互いに同軸となることを特徴とする請求の範囲第
   ２項に記載の磁気構造。