JPS61503063A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 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 −皮析分、野一 本発明は磁気構造に関し、特に誘導子および変圧器（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ） 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 低い低プロフイル型（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。

會房久賀糞 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、この低プロフイル要件 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。

低プロフイ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。動作効率や磁束のお１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 低プロフイル型であり、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イル型磁気構造の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φ感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。

又皿Ｕ石」杵 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−Ｉ 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イ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、低プロフイル型であり、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 て他の低プロフイ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。

図面の簡単な説里 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 １一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。

■澱左壜旦 第１１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、磁性材料からなるエコア成分２ ０、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、成る１つの空隙スペーサが説明さ れるが、軸線６０の方向の２つの外部脚］５と１６の高さに比べて軸６０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およびエコア成分１ｏ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ェ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４ ２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１〕、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１．５と１６ の長さより短く構成しである。３本のコア脚１１．１５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３０と１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］、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１ｏ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 いは支持ジ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。

■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 戻り止めはエ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であるが。

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、■およびＥコア成分２０と １ｏ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３６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１１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および丁コア１０と２０の戻り止めは、誘導子巻線４ ０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　エコア成分１ １０と１２０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〕−１−〇と１２０は空隙スペーサ １３０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■ コア成分２２０．Ｅコア成分２１０、】１次および２次巻線と成る第１および第 ２巻線２４０と２６０．およびバイアス巻線と成る　３次巻線２７０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２６０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２６０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２４．０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の前で湾曲させである。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により上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１〜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、低プロフイル要件を落すことはない。」二記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図に示しである。１次あるいは２ 次巻線により構成されるシェル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１本発明の原理を実施する。３００ワツト変圧器は、組立て時 、全長３インチ、幅１８２５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ｊ１５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　：　ｌだ番づ大きく、その高さより比４．． ８：ｌ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。

ＦＩｏ、　３ 国際調丘翰告 ｌｓｌ滲ｎｖＩＩａ−＾Ω−１陶、、＋：ａ、Ｎｅ、ｐＣＴ／ｌ二ｌ５８５１０ ｉ４５３ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡ？ｆＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣ ＨＲＥＰＯＲＴ　０Ｎ１１ｆｒＥＲＮＡＴｒＯＮＡＬ　ＡＰＰＬｒＣＡＴＩＯＮ 　Ｎｏ、　ＰＣＴ／ＩＪＳ　８５１０１４５３　（ＳＡ　ユ０３０９）ＦＲ−Ａ −２１０２２８８０７１０４／７２　ＤＥ−Ａ−２１３５４６７２４１０２／’ ７２

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. １．回路モジュール表面に装着し、底部装着面から測定された高さ寸法をその長 さあるいは幅寸法よりかなり小さくした磁気コアからなる磁気構造であり、前記 コアの中央脚により互いから分離された磁気コアの第１および第２窓にして、各 々がその断面寸法のいずれよりも相当大きなスルー寸法を有してなる第１および 第２窓と、 該第１および第２窓を通して螺合された少なくとも第１の連続導電巻線と を特徴とする磁気構造。
2. ２．前記磁気コアはＥ字状コア成分と１字状コア成分とを備え、且つ 前記磁気構造は更に前記Ｅコア成分とＩコア片とを固定してその単位磁気構造を 形成する複数のクリップ装置を更に有してなる請求の範囲第１項に記載の磁気構 造。
3. ３．前記クリップ装置はフック端部とＥコア成分の底部装着面と該クリップ装置 のフック端部に係合する戻り止め部分を含むＩコア成分の上面とを有し、且つ前 記クリップ装置はそれぞれ回路モジュールの受口に係合する熊手部分を１方の端 部に有してなる請求の範囲第２項に記載の磁気構造。
4. ４．前記第１巻線はチャネルの断面形状と共に構成され、且つ更に、 前記第１巻線のチャネル断面形状部内に位置付けられた第２巻線と、 チャネル断面形状部を完全に包被するように前記第１巻線を接続するカバーとを 有してなる請求の範囲第１項に記載の磁気構造。
5. ５．前記磁気コアはＥ字状コア成分とＩ字状コア成分とを有し、 該Ｅ字状コア成分とＩ字状コア成分は各々積層シート材料の層成鉄心から構成さ れ、 前記シート積層材料は接着手段によリ固定されてなる請求の範囲第１項に記載の 磁気構造。
6. ６．前記Ｅコア成分とＩコア成分はプレスされた磁性材料から構成されてなる請 求の範囲第２項に記載の磁気構造。
7. ７．前記磁気コアは第１および第２Ｅ字状コア成分を有し、且つ 前記磁気構造は更に前記第１および第２Ｅコア片を固定し、その単位磁気構造を 形成する複数のクリップ装置を有してなる請求の範囲第１項に記載の磁気構造。
8. ８．前記磁気コアは第１および第２Ｅ字状コア成分を有し、 該第１および第２Ｅ字状コア片は積層シート材料の層成鉄心から成り、更に 前記積層シート材料は接着手段により固定されてなる請求の範囲第１項に記載の 磁気構造。
9. ９．磁性材料から成り、ほぼＥ字状断面と該断面に垂直な面内のほぼ長方形のベ ースとを有した第１コア成分と、 該第１コア成分の長方形ベースの寸法にほぼ等しい長方形寸法を有し、磁性材料 からなる第２コア成分とからなり、 該第１および第２コア成分は共に固定され、２つの窓を有し、これにより該窓を 通る距離が該窓の高さあるいは幅よりかなり大きくなり、更に、 チャネル断面部と共に構成された第１導電媒体を有する２つの窓を通して螺合さ れた第１巻線と、該第１巻線のチャネル部分内に位置付けられた第２巻線とから 成り、 前記第１巻線は更に、チャネルを包被し、それにより前記第三および第２巻線を 互いに同軸にするカバー部分を有してなる請求の範囲第１項に記載の低プロフィ ル型磁気構造。
10. １０．接続片の対向端部に形成された第１および第２フック形状と、細長い態手 部分を有した１本のフック形状とからなる複数個のクリップ装置と、前記第１コ アの底面に切削形成された第１の複数の戻り止めと、 前記第２コアの上面に切削形成された第２の複数の戻り止めとからなり、前記第 １および第２の複数の戻り止めは互いに正しく整合されており、 前記第１および第２コアは、前記第１フック形状部を前記第２コアの戻り止め部 に結合し、且つ前記フック形状部を前記第１コアの戻り止めに結合することによ り固定され、更に、 前記各クリップ装置の熊手部分は回路基板の受口に係合して該回路基板に磁気構 造を固定してなる請求の範囲第９項に記載の低プロフィル型磁気構造。
11. １１．前記第２コア成分はほぼＩ字状断面を有してなる請求の範囲第９項に記載 の低プロフィル型磁気構造。
12. １２．前記第２コア成分はほぼＥ字状断面を有してなる請求の範囲第９項に記載 の低プロフィル型磁気構造。
13. １３．前記第１および第２コア成分は各々成層積層シート材料からなり、該積層 シート材料は接着剤により固定されてなる請求の範囲第９項に記載の低プロフィ ル型磁気構造。
14. １４．前記第１巻線は前記第１および第２窓を通した単一ターンからなり、且、 前記第１巻線のチャネル形状部の対向端部は回路基板の受口に係合する熊手を有 してなる請求の範囲第９項に記載の低プロフィル型磁気構造。
15. １５．前記第１および第２窓を通して螺合され、且つ第１巻線のチャネル形状の 外側に位置付けられたバイアス巻線を更に有してなる請求の範囲第１４項に記載 の低プロフィル型磁気構造。
16. １６．前記第１巻線は、第１および第２の孔を有する第１および第２シート延長 部を有し、前記孔は磁気構造を表面に固定する固定手段を受容するようにそれぞ れ動作してなる請求の範囲第９項に記載の低プロフィル型磁気構造。
17. １７．前記磁気コアは第１および第２Ｅ字状コア成分を有してなる請求の範囲第 １項に記載の磁気構造。
18. １８．前記磁気コアはＥ字状コア成分とＩ字状コア成分とを有してなる請求の範 囲第１項に記載の磁気構造。
19. １９．導体搬送チャネルにして、該チャネルの他方の寸法よりかなり大きな長さ を有した前記導体搬送チャネルを内部に有した磁気コアと、 前記チャネル内の複数の同軸巻線とからなる低プロフイル型磁気構造。
20. ２０．前記導体搬送チャネルはコアの中央脚により互いに分離された磁気コアの 第１および第２窓からなり、各窓はその断面寸法のいずれかよりかなり大きな長 さ寸法を有してなる請求の範囲第１９項に記載の低プロフイル型磁気構造。
21. ２１．前記磁気コアはＥ字状コア成分とＩ字状コア成分とを有してなる請求の範 囲第２０項に記載の低プロフイル型磁気構造。
22. ２２．前記磁気コアは第１および第２Ｅ字状コア成分を有してなる請求の範囲第 ２０項に記載の低プロフィル型磁気構造。
23. ２３．前記複数の同軸巻線は、チャネル断面形状部で構成された第１巻線と、該 第１巻線のチャネル断面形状部内に位置付けられた第２巻線とを有してなる請求 の範囲第２１項あるいは第２２項に記載の低プロフィル型磁気構造。
24. ２４．第１導体搬送開口であって、該開口の他方の寸法よりかなり大きな長さを 有した少なくとも前記第１導体搬送開口を備えた磁気コアと、 前記開口を通して螺合された少なくとも第１の連続導電巻線とから構成された低 プロフィル型磁気構造。
25. ２５．前記導体搬送開口は、前記コアの中央脚により互いから分離された磁気コ アの第１および第２窓からなり、各窓はその断面寸法のいずれよりもかなり大き な長さ寸法を有してなる請求の範囲第２４項に記載の低プロフィル型磁気構造。
26. ２６．前記第１連続導電巻線はチャネル断面形状部を有した巻線からなり、更に 該第１巻線のチャネル断面形状部内に位置付けられた第２巻線を有してなる請求 の範囲第２５項に記載の低プロフィル型磁気構造。
27. ２７．前記磁気コアはＥ字状コア成分とＩ字状コア成分とを有してなる請求の範 囲第２６項に記載の低プロフイル型磁気構造。
28. ２８．前記磁気コアは第１および第２Ｅ字状コア成分を有してなる請求の範囲第 ２６項に記載の低プロフィル型磁気構造。