JP7685571B2 - Transformer coil board - Google Patents
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Description
本発明は、トランス用のコイル基板に関する。 The present invention relates to a coil substrate for a transformer.
たとえば、特許文献１には、一方の面に一次コイルとなる渦巻き状の第１コイルパターンを有し、他方の面に二次コイルとなる渦巻き状の第２コイルパターンが形成されたトランス用のコイル基板が提案されている。
For example,
しかしながら、特許文献１に示すコイル基板は、コイル基板の両面に、第１コイルパターンおよび第２コイルパターンが形成されているため、第１コイルパターンと第２コイルパターンとの間の寄生容量が大きくなることが想定される。
However, the coil substrate shown in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コイル基板の寄生容量を低減することができるトランス用のコイル基板を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above, and aims to provide a coil substrate for a transformer that can reduce the parasitic capacitance of the coil substrate.
前記課題を鑑みて、トランス用のコイル基板は、磁気回路を形成するコアの第１磁性部分に挿通される第１挿通孔と、前記コアの第２磁性部分に挿通される第２挿通孔と、を有したトランス用のコイル基板であって、前記コイル基板は、前記第１挿通孔の周りに、一次コイルまたは二次コイルのいずれか一方となる第１コイルパターンを有し、前記第２挿通孔の周りに、前記一次コイルまたは前記二次コイルの他方となる第２コイルパターンを有しており、前記コイル基板は、複数の単層基板を積層した積層基板であり、前記単層基板には、前記第１挿通孔の周りに沿って第１導電パターンが形成されており、隣接する単層基板の前記第１導電パターン同士を電気的に接続することにより、前記第１コイルパターンが形成され、前記単層基板には、前記第２挿通孔の周りに沿って第２導電パターンがさらに形成されており、隣接する単層基板の前記第２導電パターン同士を電気的に接続することにより、前記第２コイルパターンが形成されていることを特徴とする。 In consideration of the above problem, a coil substrate for a transformer has a first insertion hole that is inserted into a first magnetic part of a core forming a magnetic circuit, and a second insertion hole that is inserted into a second magnetic part of the core, the coil substrate has a first coil pattern that is either a primary coil or a secondary coil around the first insertion hole, and a second coil pattern that is the other of the primary coil or the secondary coil around the second insertion hole, the coil substrate is a laminated substrate in which a plurality of single-layer substrates are laminated, the single-layer substrate has a first conductive pattern formed around the first insertion hole, the first coil pattern is formed by electrically connecting the first conductive patterns of adjacent single-layer substrates, the single-layer substrate has a second conductive pattern further formed around the second insertion hole, and the second coil pattern is formed by electrically connecting the second conductive patterns of adjacent single-layer substrates.
本発明によれば、コイル基板は、第１挿通孔の周りに第１コイルパターンを有し、第２挿通孔の周りに第２コイルパターンを有することにより、一次コイルと二次コイルを分離して設けることができる。これにより、一次コイルと二次コイルとの間の寄生容量を抑えることができる。さらに、第１導電パターンが形成された単層基板を積層し、隣接する第１導電パターン同士を電気的に接続することにより、巻線の形態に近い一次コイルを形成することができる。同様に、第２導電パターンが形成された単層基板を積層し、隣接する第２導電パターン同士を電気的に接続することにより、巻線の形態に近い二次コイルを形成することができる。 According to the present invention, the coil substrate has a first coil pattern around the first insertion hole and a second coil pattern around the second insertion hole, so that the primary coil and secondary coil can be provided separately. This makes it possible to suppress parasitic capacitance between the primary coil and secondary coil. Furthermore, by stacking single-layer substrates on which the first conductive pattern is formed and electrically connecting adjacent first conductive patterns, a primary coil having a shape similar to that of a winding can be formed. Similarly, by stacking single-layer substrates on which the second conductive pattern is formed and electrically connecting adjacent second conductive patterns, a secondary coil having a shape similar to that of a winding can be formed.
より好ましい態様としては、前記単層基板には、前記第１導電パターン同士を電気的に接続する第１導電ビアにより、前記第１コイルパターンが形成されており、前記単層基板には、前記第２導電パターン同士を電気的に接続する第２導電ビアにより、前記第２コイルパターンが形成されている。 In a more preferred embodiment, the first coil pattern is formed on the single-layer substrate by a first conductive via that electrically connects the first conductive patterns, and the second coil pattern is formed on the single-layer substrate by a second conductive via that electrically connects the second conductive patterns.
この態様によれば、単層基板に設けられた第１導電ビアおよび第２導電ビアを用いることにより、よりシンプルな構造で、第１および第２コイルパターンを形成することができる。 According to this aspect, by using the first conductive via and the second conductive via provided in the single-layer substrate, the first and second coil patterns can be formed with a simpler structure.
より好ましい態様としては、前記コイル基板には、前記第１挿通孔と前記第２挿通孔とを仕切るように貫通した貫通孔が形成されている。 In a more preferred embodiment, a through hole is formed in the coil substrate to separate the first through hole from the second through hole.
この態様によれば、第１挿通孔と第２挿通孔とを仕切るように貫通孔を設けることにより、第１コイルパターンと第２コイルパターンとの間に空隙が形成されるため、貫通孔を設けない場合に比べて、これらの間の寄生容量を低減することができる。 According to this aspect, by providing a through hole to separate the first insertion hole and the second insertion hole, a gap is formed between the first coil pattern and the second coil pattern, so that the parasitic capacitance between them can be reduced compared to when no through hole is provided.
より好ましい態様としては、複数の前記単層基板のうち、前記第１導電パターンと前記第２導電パターンとが形成された第１単層基板と、前記第１導電パターンのみが形成された第２単層基板と、を有しており、前記コイル基板の平面視において、前記第１単層基板に形成された第１導電パターンの面積は、前記第１単層基板に形成された第２導電パターンの面積よりも大きい。 In a more preferred embodiment, among the plurality of single-layer substrates, there is a first single-layer substrate on which the first conductive pattern and the second conductive pattern are formed, and a second single-layer substrate on which only the first conductive pattern is formed, and in a plan view of the coil substrate, the area of the first conductive pattern formed on the first single-layer substrate is larger than the area of the second conductive pattern formed on the first single-layer substrate.
本発明によれば、第１単層基板に、第１導電パターンと第２導電パターンを形成することにより、コイル基板の厚みを抑えることができる。さらに、第１導電パターンのみが形成された第２単層基板を積層することにより、第１コイルパターンの巻き数は、第２コイルパターンの巻き数よりも多くなり、第２コイルパターンに比べて、第１コイルパターンは発熱し易い。しかしながら、この態様によれば、第１単層基板において、第１導電パターンの面積は、第２導電パターンの面積よりも大きいので、第１コイルパターンの放熱性を高めることができる。 According to the present invention, by forming a first conductive pattern and a second conductive pattern on a first single-layer substrate, the thickness of the coil substrate can be reduced. Furthermore, by laminating a second single-layer substrate on which only the first conductive pattern is formed, the number of turns of the first coil pattern becomes greater than the number of turns of the second coil pattern, and the first coil pattern is more likely to generate heat than the second coil pattern. However, according to this aspect, since the area of the first conductive pattern is greater than the area of the second conductive pattern in the first single-layer substrate, the heat dissipation of the first coil pattern can be improved.
より好ましい態様としては、前記第１挿通孔と前記第２挿通孔とは、円形状であり、前記コイル基板の平面視において、複数の前記単層基板の第１導電パターンのみを視たときに、複数の前記単層基板の第１導電パターンにより、前記第１コイルパターンは、前記第１挿通孔に沿った円状の連続した縁部を形成しており、前記コイル基板の平面視において、複数の前記単層基板の第２導電パターンのみを視たときに、複数の前記単層基板の第２導電パターンにより、前記第２コイルパターンは、前記第２挿通孔に沿った円形状の連続した縁部を形成している。 In a more preferred embodiment, the first insertion hole and the second insertion hole are circular, and when only the first conductive patterns of the multiple single-layer substrates are viewed in a plan view of the coil substrate, the first conductive patterns of the multiple single-layer substrates form a circular, continuous edge portion of the first coil pattern along the first insertion hole, and when only the second conductive patterns of the multiple single-layer substrates are viewed in a plan view of the coil substrate, the second conductive patterns of the multiple single-layer substrates form a circular, continuous edge portion of the second coil pattern along the second insertion hole.
この態様によれば、複数の単層基板の第１導電パターンにより、第１コイルパターンは、第１挿通孔に沿った円状の連続した縁部を形成しているので、第１コイルパターンにより形成される電解の分布を一様にすることができ、発生する電界を安定させることができる。さらに、複数の単層基板の第２導電パターンにより、第２コイルパターンは、第２挿通孔に沿った円形状の連続した縁部を形成しているので、第２コイルパターンにより形成される電解の分布を一様にすることができ、発生する電界を安定させることができる。 According to this aspect, the first coil pattern forms a continuous circular edge along the first insertion hole due to the first conductive pattern of the multiple single-layer substrates, so that the distribution of the electric field formed by the first coil pattern can be made uniform and the generated electric field can be stabilized. Furthermore, the second coil pattern forms a continuous circular edge along the second insertion hole due to the second conductive pattern of the multiple single-layer substrates, so that the distribution of the electric field formed by the second coil pattern can be made uniform and the generated electric field can be stabilized.
より好ましい態様としては、前記第１挿通孔と前記第２挿通孔とは、円形状であり、前記コイル基板の平面視において、前記第１導電パターンの外縁および前記第２導電パターンの外縁は、略矩形状であり、前記第１導電パターンおよび前記第２導電パターンは、前記第１導電パターンの外縁の１辺と、前記第２導電パターンの外縁の１辺と、が対向するように形成されている。 In a more preferred embodiment, the first insertion hole and the second insertion hole are circular, and in a plan view of the coil substrate, the outer edge of the first conductive pattern and the outer edge of the second conductive pattern are substantially rectangular, and the first conductive pattern and the second conductive pattern are formed such that one side of the outer edge of the first conductive pattern faces one side of the outer edge of the second conductive pattern.
この態様によれば、第１導電パターンと第２導電パターンとが対向するそれぞれの通電部分を、他の部分に比べて幅狭とすることができ、これらの部分における寄生容量を小さくすることができる。さらに、第１導電パターンおよび第２導電パターンの隅部に、三角形状の部分が形成され、この部分を放熱部分として作用させることができる。 According to this aspect, the current-carrying portions where the first conductive pattern and the second conductive pattern face each other can be made narrower than other portions, and the parasitic capacitance in these portions can be reduced. Furthermore, triangular portions are formed at the corners of the first conductive pattern and the second conductive pattern, and these portions can act as heat dissipation portions.
より好ましい態様としては、前記コイル基板の平面視において、前記第１挿通孔の中心は、前記第１導電パターンの中心よりも、前記第２挿通孔寄りに形成されている。 In a more preferred embodiment, in a plan view of the coil substrate, the center of the first insertion hole is formed closer to the second insertion hole than the center of the first conductive pattern.
より好ましい態様としては、前記コイル基板の両側の表面には、絶縁層が被覆されている。 In a more preferred embodiment, both sides of the coil substrate are coated with an insulating layer.
これにより、第１導電パターンおよび第２導電パターンと、コアとの間で放電することを回避することができる。 This makes it possible to prevent discharges between the first and second conductive patterns and the core.
本発明に係るトランス用のコイル基板によれば、コイル基板の寄生容量を低減することができる。 The coil substrate for a transformer according to the present invention can reduce the parasitic capacitance of the coil substrate.
以下に図１～図１１を参照しながら、本発明の実施形態に係るトランス用のコイル基板を説明する。 Below, we will explain a coil substrate for a transformer according to an embodiment of the present invention with reference to Figures 1 to 11.
１．トランス用のコイル基板３を含む絶縁型コンバータ１について
本実施形態に係る絶縁型コンバータ１は、ＤＣ－ＤＣコンバータであり、図１および図２に示すように、トランス３Ａを含む。トランス３Ａは、コイル基板３とコア１０とを備えた内鉄型のトランスである。図６を参照して後述するように、コイル基板３は、トランス３Ａの一次コイルとなる第１コイルパターン３６、および、トランス３Ａの二次コイルとなる第２コイルパターン３７を有している。コア１０は、第１コイルパターン３６と第２コイルパターン３７とを電磁結合するものである。
1. Regarding the
絶縁型コンバータ１は、一次側回路基板と二次側回路基板をさらに備えている。本実施形態では、一次側回路基板は、インバータ回路基板４Ａであり、インバータ回路基板４Ａは、コイル基板３の一端において、第１コイルパターン３６に電気的に接続されている。本実施形態では、二次回路側基板は、整流回路基板４Ｂであり、コイル基板３の他端において、第２コイルパターン３７に電気的に接続されている。
The
インバータ回路基板４Ａは、配線パターンが設けられた基板本体（たとえばガラスエポキシ基板）に、スイッチング素子などの電子部品４２が搭載されたものであり、インバータ回路を形成している。インバータ回路基板４Ａは、スイッチング素子により、直流電力を交流電力に変換し、コイル基板３に交流電力が供給される。
The
整流回路基板４Ｂは、配線パターンが設けられた基板本体（たとえばガラスエポキシ基板）に、ダイオードなどの電子部品４４が搭載され、コイル基板３から出力された電流（電圧）を整流する整流回路を形成している。なお、ＤＣ－ＤＣコンバータにおけるインバータ回路および整流回路は、一般的に知られた回路であるため詳細な説明は省略する。本実施形態では、絶縁型コンバータ１として、ＤＣ－ＤＣコンバータを例示したが、絶縁型コンバータ１が、スイッチング方式のＡＣ－ＤＣコンバータである場合には、一次側回路基板は、たとえば４つのダイオードをさらに備えたＡＣ－ＤＣ変換用の電気回路を含む整流回路基板となる。ＡＣ－ＤＣコンバータは、結果として、ＡＣ－ＤＣ変換用の電気回路と、ＤＣ－ＤＣコンバータを含む構成となる。
The
絶縁型コンバータ１は、絶縁性のケーシング２０をさらに備えている。ケーシング２０は、トランス３Ａ、インバータ回路基板４Ａ、および、整流回路基板４Ｂを収容している。図１では、ケーシング２０は、正面の蓋体（図示せず）が取り外された状態にある。蓋体は、ネジ穴２３に締結具（図示せず）を螺着させることにより、ケーシング２０に取り付けられる。
The
本実施形態では、ケーシング２０は、絶縁性を有した樹脂材料からなる。樹脂材料は、絶縁性を確保することができるものであれば特に限定されるものではなく、エンジニアリングプラスチックなどを挙げることができる。エンジニアプラスチックとしては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの結晶性プラスチックであてもよい。さらに、耐熱性および強度確保の観点から、たとえばウルテム（登録商標）などのポリエーテルイミド（ＰＥＩ）からなる非結晶プラスチックであることが好ましい。
In this embodiment, the
ケーシング２０の一方の側壁２１Ａの外面には、インバータ回路基板４Ａに電気的に接続された電解コンデンサ６３Ａおよび入力端子６４Ａが搭載された入力用基板６１Ａが取り付けられている。ケーシング２０の他方の側壁２１Ａの外面には、整流回路基板４Ｂに電気的に接続された電解コンデンサ６３Ｂおよび出力端子６４Ｂが搭載された出力用基板６１Ｂが取り付けられている。電解コンデンサ６３Ａは、インバータ回路基板４Ａに入力される電流の脈流を平滑化する平滑回路の一部を構成しており、電解コンデンサ６３Ｂは、整流回路基板４Ｂから出力される電流の脈流を平滑化する平滑回路の一部を構成している。
An
本実施形態では、入力用基板６１Ａと一方の側壁２１Ａとの間と、出力用基板６１Ｂと他方の側壁２１Ｂとの間には、ケーシング２０を、外部の構造体（図示せず）に取り付けるための一対の取り付け部材５０Ａ、５０Ｂが配置されている。各取り付け部材５０Ａ（５０Ｂ）は、入力用基板６１Ａ（出力用基板６１Ｂ）とともに、締結具７２をケーシング２０に螺着させる（締結する）ことにより、ケーシング２０に取り付けられている。本実施形態では、締結具７３は、ケーシング２０に螺着することなく挿通され、インバータ回路基板４Ａ（整流回路基板４Ｂ）に固定されたスペーサ４５Ａ（４５Ｂ）に螺着して、締結されている。
In this embodiment, a pair of mounting
各取り付け部材５０Ａ（５０Ｂ）には、図２に示すように空間５２Ａ（５２Ｂ）が形成された枠状の本体部５１Ａ（５１Ｂ）と、本体部５１Ａ（５１Ｂ）から突出し、取付け孔５３ａが形成された脚部５３Ａ（５３Ｂ）とを有している。空間５２Ａ（５２Ｂ）には、電解コンデンサ６３Ａ（６３Ｂ）、および入力端子６４Ａ（出力端子６４Ｂ）と、インバータ回路基板４Ａ（整流回路基板４Ｂ）とを接続する配線等が収納されている。
As shown in FIG. 2, each mounting
２．コア１０について
図３に示すように、コア１０は、コイル基板３の第１コイルパターン３６と第２コイルパターン３７とを電磁結合するものである。コア１０は、Ｕ型の分割体１１、１２を有しており、分割体１１、１２は、フェライト（鉄）などの軟磁性材料から成形された成形体（たとえば圧粉磁心）である。
3, the core 10 electromagnetically couples the
一方の分割体１１は、コイル基板３に形成された第１挿通孔３１に挿通される第１磁性部分１１ａと、第２挿通孔３２に挿通される第２磁性部分１１ｂと、を有している。第１磁性部分１１ａと第２磁性部分１１ｂとは、連結部１１ｃにより連結されている。他方の分割体１２は、第１磁性部分１１ａおよび第２磁性部分１１ｂのそれぞれと対向する位置に、第１磁性部分１２ａおよび第２磁性部分１２ｂを有しており、第１磁性部分１２ａと第２磁性部分１２ｂとは、連結部１２ｃにより連結されている。一方の分割体１１と他方の分割体１２の間に、絶縁性のワッシャ１９を挟み込むことにより、これらの間にはギャップＧが形成されている。
One divided
コア１０を組み立てる際には、ワッシャ１９を配置した状態で、分割体１１、１２を、一対の押えブロック１５、１６で挟み込み、他方の押えブロック１５を貫通したネジ穴１５ａに、軸部１４ｂを螺着させ、連結ボルト１４を締め込む。一対の押えブロック１５、１６と連結ボルト（締結具）１４は、樹脂またはセラミックスなどの非磁性材料からなる。このようにして、分割体１１、１２により、トランス３Ａの一次コイルと二次コイルとの磁気回路（磁路）を形成することができる。
When assembling the
このようにして組み立てられたコア１０をケーシング２０に取り付ける。具体的には、他方の押えブロック１５には、ケーシング２０の上壁２２の内面（平面）に当接する平面状の当接面１５ｃが形成されており、当接面１５ｃはネジ穴１５ｂが形成されている。ケーシングの上壁２２に固定ネジ（固定具）７１を挿通し、ネジ穴１５ｂに固定ネジ７１を螺着させ、固定ネジ７１を締め込む。
The core 10 thus assembled is attached to the
３．コイル基板３を含む基板構造とその取り付け構造について
図３および図４に示すように、インバータ回路基板４Ａは、コイル基板３の一端３ａにおいて、コイル基板３と直交する方向に延在するように、コイル基板３に一体的に取り付けられている。本実施形態では、インバータ回路基板４Ａとコイル基板３（の第１コイルパターン３６）とは、それぞれに接続される接続端子４１を介して、はんだによって一体的かつ電気的に接続されている。
3 and 4, the
同様に、整流回路基板４Ｂは、コイル基板３の他端３ｂにおいてコイル基板３と直交する方向に延在するように、コイル基板３に一体的に取り付けられている。整流回路基板４Ｂとコイル基板３（の第２コイルパターン３７）とは、それぞれを接続する接続端子４３を介して、はんだによって一体的かつ電気的に接続されている。本実施形態によれば、コイル基板３と、インバータ回路基板４Ａと、整流回路基板４Ｂとを、コンパクト化された１つの基板構造体として取り扱うことができるとともに、絶縁型コンバータ１のコンパクトを図ることができる。
Similarly, the
本実施形態では、インバータ回路基板４Ａと整流回路基板４Ｂを、ケーシング２０の対向する側壁２１Ａ、２１Ｂに固定することにより、コイル基板３は、ケーシング２０内で保持されている。コイル基板３は、ケーシング２０内で中吊り状態で、ケーシング２０に支持されている。これにより、取り付け時の寸法誤差等による変形・歪みを、インバータ回路基板４Ａおよび整流回路基板４Ｂにより吸収し、コイル基板３をケーシング２０内に保持することができる。
In this embodiment, the
ここで、図２に示すように、インバータ回路基板４Ａおよび整流回路基板４Ｂのそれぞれと、一対の側壁２１Ａ、２１Ｂの内面との間には、第１磁性部分１１ａに対して第１挿通孔３１を位置決めし、第２磁性部分１１ｂに対して第２挿通孔３２を位置決めするスペーサ４５Ａ、４５Ｂが配置されている。
As shown in FIG. 2,
具体的には、インバータ回路基板４Ａには、スペーサ４５Ａが固着され、整流回路基板４Ｂには、スペーサ４５Ｂが固着されている。各側壁２１Ａ、２１Ｂを挿通した締結具７３をスペーサ４５Ａ、４５Ｂに螺着させて、締め込むことにより、インバータ回路基板４Ａおよび整流回路基板４Ｂが、ケーシング２０に取り付けられている。
Specifically, a
このように、ケーシング２０の一方の側壁２１Ａとインバータ回路基板４Ａとの間にスペーサ４５Ａを挟み込み、ケーシング２０の他方の側壁２１Ｂと整流回路基板４Ｂとの間にスペーサ４５Ｂを挟み込む。これにより、締結具７３を締め込むだけで、ケーシング２０内において、コア１０の第１磁性部分１１ａに対して第１挿通孔３１を、寄生容量が最も小さくなるような位置に位置決めすることができるとともに、コア１０の第２磁性部分１１ｂに対して第２挿通孔３２を、寄生容量が最も小さくなるような位置に位置決めすることができる。
In this way, the
具体的には、第１挿通孔３１および第２挿通孔３２は円形状の貫通孔である。そのため、平面視において、第１コイルパターン３６の開口および第２コイルパターン３７の開口も円形状になっている。また、コア１０の第１磁性部分１１ａ、１２ａおよび第２磁性部分１１ｂ、１２ｂは略円柱状である。このような場合、第１コイルパターン３６の開口の中心、第１磁性部分１１ａの軸心および第１磁性部分１２ａの軸心とが一致するように位置決めするとともに、第２コイルパターン３７の開口の中心、第２磁性部分１１ｂの軸心および第２磁性部分１２ｂの軸心とが一致するように位置決めすることによって、コア１０と第１コイルパターン３６との間の寄生容量およびコア１０と第２コイルパターン３７との間の寄生容量を最小化することができる。これに加えて、コア１０と第１コイルパターン３６との間の放電、および、コア１０と第２コイルパターン３７との間の放電を抑えることができる。
Specifically, the
４．コイル基板３について
図３および図５に示すように、コイル基板３は、磁気回路を形成するコア１０の第１磁性部分１１ａに挿通される第１挿通孔３１と、コア１０の第２磁性部分１１ｂに挿通される第２挿通孔３２と、を有している。第１挿通孔３１および第２挿通孔３２は、円形状の貫通孔である。第１磁性部分１１ａは、略円柱状であり、第１磁性部分１１ａの円形状の断面よりも、第１挿通孔３１の方が大きい。これにより、第１挿通孔３１の周縁と、第１磁性部分１１ａとの間には、組み付け調整用のクリアランスが形成される。同様に、第２磁性部分１１ｂは、略円柱状であり、第２磁性部分１１ｂの円形状の断面よりも、第２挿通孔３２の方が大きい。これにより、第２挿通孔３２の周縁と、第２磁性部分１１ｂとの間には、組み付け調整用のクリアランスが形成される。
4. Regarding the
コイル基板３には、第１挿通孔３１と第２挿通孔３２とを仕切るように貫通した貫通孔３３が形成されている。貫通孔３３に後述するモールド材が充填されない場合には、貫通孔３３により、第１コイルパターン３６と第２コイルパターン３７との間に空間が形成される（空気が存在する）ため、貫通孔３３を設けない場合に比べて、これらの間の寄生容量を低減することができる。ただし、後述するように、ケーシング２０の内部空間Ｓにモールド材を充填する場合には、コイル基板３を構成する基板本体３５ａの絶縁材料の比誘電率よりも低い比誘電率を有したモールド材が充填される。これにより、貫通孔３３にも、基板本体３５ａの絶縁材料の比誘電率よりも低い比誘電率を有したモールド材が充填されるため、第１コイルパターン３６と第２コイルパターン３７との間の寄生容量を低減することができる。
The
本実施形態では、図６～１０に示すように、コイル基板３は、第１挿通孔３１の周りに、導電性の第１コイルパターン３６を有し、第２挿通孔３２の周りに、第２コイルパターン３７を有している。図５に示すように、コイル基板３の両側の表面には、絶縁層３ｃが被覆されている。これにより、第１コイルパターン３６および第２コイルパターン３７と、コア１０との間で放電することを回避することができる。
In this embodiment, as shown in Figures 6 to 10, the
具体的には、コイル基板３は、複数の（たとえば１２層の）単層基板３５（３５Ａ～３５Ｌ）を積層した積層基板である。図面では、単層基板３５の層数と、Ａ～Ｌの符号が対応しており、４層目、８層目、および９層目の単層基板３５（３５Ｄ、３５Ｈ、３５Ｉ）は図示していない。
Specifically, the
単層基板３５は、複数の（たとえば７層の）第１単層基板３５Ａ～３５Ｇと、複数の（たとえば５層の）第２単層基板３５Ｈ～３５Ｌとで構成される。第１単層基板３５Ａ～３５Ｇは、第１挿通孔３１の周りに沿って、第１導電パターン３６Ａ～３６Ｇが形成され、かつ、第２挿通孔３２の周りに沿って第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇが形成された単層基板である。第２単層基板３５Ｈ～３５Ｌは、第１導電パターン３６Ｈ～３６Ｌのみが形成された単層基板である。本実施形態では、第１導電パターン３６Ｈ～３６Ｌのみが形成された単層基板３５の数だけ、第１コイルパターン３６の巻き数は、第２コイルパターン３７の巻き数よりも多い。
The single-
第１導電パターン３６Ａ～３６Ｌおよび第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇは、ガラスエポキシ基板などの絶縁性を有した基板本体３５ａに、平面状に形成された矩形パターンである。第１導電パターン３６Ａ～３６Ｌおよび第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇには、第１挿通孔３１および第２挿通孔３２に合わせて開口３１ａ、３２ａが形成されている。
The first
本実施形態では、積層された複数の第１導電パターン３６Ａ～３６Ｌのうち、最外に位置する一対の第１導電パターン３６Ａ、３６Ｌのみが、インバータ回路基板４Ａへの端子部３４Ａ、３４Ａに接続されている（図８（ａ）および図１０（ｃ）参照）。隣接する単層基板３５の第１導電パターン３６Ａ～３６Ｌ同士は、上述した絶縁性を有した基板本体３５ａにより絶縁されている。
In this embodiment, of the multiple stacked first
隣接する単層基板３５の第１導電パターン３６Ａ～３６Ｌ同士は、各第１導電パターン３６Ａ～３６Ｌの開口３１ａの周りに沿って同じ周方向に電流が流れるように、第１導電ビア３８を介して、電気的に接続されている。これにより、よりシンプルな構造で、トランス３Ａの一次コイルに相当する第１コイルパターン３６が形成されている。第１コイルパターン３６は、巻線の形態に近い一次コイルとなる。
The first
具体的には、図７に示すように、等間隔に配置された複数（図８ではたとえば４個）の第１導電ビア３８の群３８Ａ～３８Ｋが、端子部３４Ａから開口３１ａに向かって、間隔を空けて複数配列されている。各群３８Ａ～３８Ｋを構成する複数（たとえば４個）の第１導電ビア３８は、直線上に間隔を空けて形成されている。本実施形態では、第１導電ビア３８は、隣接する１２個の第１導電パターン３６Ａ～３６Ｋの隣接する者同士を接続するため、コイル基板３の内部には、第１導電ビア３８の群３８Ａ～３８Ｋが、１１個存在する。
Specifically, as shown in FIG. 7,
図８（ａ）および（ｂ）に示すように、最上層（１層目）の単層基板３５（３５Ａ）の第１導電パターン３６Ａは、インバータ回路基板４Ａへの一方の端子部３４Ａに接続される。さらに、１層目に位置する第１導電パターン３６Ａと、その下層（２層目）に位置する第１導電パターン３６Ｂとは、端子部３４Ａに最も近い４個の第１導電ビア３８の群３８Ａにより接続されている。図８（ｂ）および（ｃ）に示すように、下層（２層目）に位置する第１導電パターン３６Ｂと、さらにその下層（３層目）に位置する第１導電パターン３６Ｃとは、上述した４個の第１導電ビア３８の群３８Ａに対して、開口３１ａ側に隣接した４個の第１導電ビア３８の群３８Ｂにより接続されている。
8(a) and (b), the first
同様に、図９（ａ）～（ｃ）に示すように、５層目の単層基板３５（３５Ｅ）の第１導電パターン３６Ｅと、６層目の単層基板３５（３５Ｆ）の第１導電パターン３６Ｆとは、第１導電ビア３８の群３８Ｅにより接続され、６層目の単層基板３５（３５Ｆ）の第１導電パターン３６Ｅと、７層目の単層基板３５（３５Ｇ）の第１導電パターン３６Ｇとは、第１導電ビア３８の群３８Ｆにより接続されている。図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、１０層目の単層基板３５Ｊの第１導電パターン３６Ｊと、１１層目の単層基板３５（３５Ｋ）の第１導電パターン３６Ｋとは、第１導電ビア３８の群３８Ｊにより接続される。最後に、図１０（ｂ）および（ｃ）に示すように、１１層目の単層基板３５（３５Ｋ）の第１導電パターン３６Ｋと、１２層目の単層基板３５（３５Ｌ）の第１導電パターン３６Ｌとは、第１導電ビア３８の群３８Ｌにより接続されるとともに、１２層目の単層基板３５Ｌの第１導電パターン３６Ｌは、インバータ回路基板４Ａへの他方の端子部３４Ａに接続される。
9(a) to (c), the first
このようにして、図１１に示すように、一方の端子部３４Ａから、第１導電パターン３６Ａ～３６Ｊの順に、第１導電ビア３８の群３８Ａ～３８Ｋを介して、他方の端子部３４Ａまで、同じ周方向に電流が流れるように、電気的に接続されている。これにより、トランス３Ａの一次コイルに相当する第１コイルパターン３６が形成されている。層数が進むに従って、第１導電パターン３６Ａ～３６Ｌ同士の接続する複数の第１導電ビア３８の群３８Ａ～３８Ｋを、開口３１ａ側に順次移行させる。このようにして、第１コイルパターン３６に流れる電流が、円形状の第１挿通孔３１の周縁（円周縁）に沿って流れるため、第１コイルパターン３６に形成される電界を安定させることができる。
In this way, as shown in FIG. 11, the first
本実施形態では、積層された複数の第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇのうち、最外に位置する一対の第２導電パターン３７Ａ、３７Ｇのみが、整流回路基板４Ｂへの端子部３４Ｂ、３４Ｂに接続されている（図８（ａ）および図９（ｃ）参照）。隣接する単層基板３５の第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇ同士は、上述した絶縁性を有した基板本体３５ａにより絶縁されている。
In this embodiment, of the multiple stacked second
隣接する単層基板３５の第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇ同士は、各第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇの開口３２ａの周りに沿って同じ周方向に電流が流れるように、第２導電ビア３９を介して、電気的に接続されている。これにより、よりシンプルな構造で、トランス３Ａの二次コイルに相当する第２コイルパターン３７が形成されている。第２コイルパターン３７は、巻線の形態に近い二次コイルとなる。
The second
具体的には、図７に示すように、等間隔に配置された複数（たとえば３個）の第２導電ビア３９の群３９Ａ～３９Ｆが、端子部３４Ｂから開口３２ａに向かって、間隔を空けて複数配列されている。各群３９Ａ～３９Ｆを構成する複数（たとえば３個）の第２導電ビア３９は、直線上に間隔を空けて形成されている。本実施形態では、第２導電ビア３９は、隣接する７個の第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇの隣接する者同士を接続するものであり、コイル基板３の内部には、第２導電ビア３９の群３９Ａ～３９Ｆが、６個存在する。
Specifically, as shown in FIG. 7,
図８（ａ）および（ｂ）に示すように、最上層（１層目）の単層基板３５（３５Ａ）の第２導電パターン３７Ａは、整流回路基板４Ｂへの一方の端子部３４Ｂに接続される。さらに、１層目に位置する第２導電パターン３７Ａと、その下層（２層目）に位置する第２導電パターン３７Ｂとは、端子部３４Ｂに最も近い３個の第２導電ビア３９の群３９Ａにより接続されている。図８（ｂ）および（ｃ）に示すように、下層（２層目）に位置する第２導電パターン３７Ｂと、さらにその下層（３層目）に位置する第２導電パターン３７Ｃとは、上述した３個の第２導電ビア３９の群３９Ａに対して、開口３２ａ側に隣接した３個の第２導電ビア３９の群３９Ｂにより接続されている。
8(a) and (b), the second
同様に、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、５層目の単層基板３５（３５Ｅ）の第２導電パターン３７Ｅと、６層目の単層基板３５（３５Ｆ）の第２導電パターン３７Ｆとは、第２導電ビア３９の群３９Ｅにより接続される。最後に、図９（ｂ）および（ｃ）に示すように、６層目の単層基板３５（３５Ｆ）の第２導電パターン３７Ｆと、８層目の単層基板３５（３５Ｇ）の第２導電パターン３７Ｇとは、第２導電ビア３９の群３９Ｆにより接続されるとともに、８層目の単層基板３５（３５Ｇ）の第２導電パターン３７Ｇは、整流回路基板４Ｂへの他方の端子部３４Ｂに接続される。
Similarly, as shown in Figs. 9(a) and (b), the second
このようにして、図１１に示すように、一方の端子部３４Ｂから、第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇの順に、第２導電ビア３９の群３９Ａ～３９Ｆを介して、同じ周方向に電流が流れるように、他方の端子部３４Ｂまで、電気的に接続される。これにより、トランス３Ａの二次コイルに相当する第２コイルパターン３７が形成されている。層数が進むに従って、第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇ同士の接続する複数の第２導電ビア３９の群３９Ａ～３９Ｆを、開口３２ａ側に順次移行させる。このようにして、第２コイルパターン３７に流れる電流が、円形状の第２挿通孔３２の周縁（円周縁）に沿って流れるため、第２コイルパターン３６に形成される電界を安定させることができる。
In this way, as shown in FIG. 11, the second
第１単層基板３５Ａ～３５Ｇに形成された第１導電パターン３６Ａ～３６Ｇの面積は、第１単層基板３５Ａ～３５Ｇに形成された第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇの面積よりも大きい。これにより、第１単層基板３５Ａ～３５Ｇに、第１導電パターン３６Ａ～３６Ｇと第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇを形成することにより、コイル基板３の厚みを抑えることができる。
The area of the first
さらに、第１導電パターン３６Ｈ～３６Ｌのみが形成された第２単層基板３５Ｈ～３５Ｌを積層することにより、第１コイルパターン３６の巻き数は、第２コイルパターン３７の巻き数よりも多くなり、第２コイルパターン３７に比べて、第１コイルパターン３６は発熱し易い。しかしながら、本実施形態では、第１単層基板３５Ａ～３５Ｇにおいて、第１導電パターン３６Ａ～３６Ｇの面積は、第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇの面積よりも大きいので、第１コイルパターン３６の放熱性を高めることができる。
Furthermore, by stacking the second single-layer substrates 35H-35L on which only the first conductive patterns 36H-36L are formed, the number of turns of the
図７に示すように、コイル基板３の平面視において、複数の単層基板３５の第１導電パターン３６Ａ～３６Ｌのみを視たときに、第１コイルパターン３６は、複数の単層基板３５の第１導電パターン３６Ａ～３６Ｌにより、第１挿通孔３１に沿った円状の連続した縁部を形成している。同様に、コイル基板３の平面視において、複数の単層基板３５の第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇのみを視たときに、複数の単層基板３５の第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇにより、第２挿通孔３２に沿った円形状の連続した縁部を形成している。
As shown in FIG. 7, when only the first
このように、複数の単層基板３５の第１導電パターン３６Ａ～３６Ｌにより、第１コイルパターン３６は、第１挿通孔３１に沿った円状の連続した縁部を形成しているので、第１コイルパターン３６により形成される電解の分布を一様にすることができる。さらに、複数の単層基板３５の第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇにより、第２コイルパターン３７は、第２挿通孔３２に沿った円形状の連続した縁部を形成しているので、第２コイルパターン３７により形成される電解の分布を一様にすることができる。
In this way, the
上述した如く、第１導電パターン３６Ａ～３６Ｌの外縁および第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇの外縁は、略矩形状であり、各第１単層基板３５Ａ～３５Ｇにおいて、第１導電パターン３６Ａ～３６Ｌおよび第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇは、第１導電パターン３６Ａ～３６Ｌの外縁の１辺と、第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇの外縁の１辺と、が対向するように形成されている。
As described above, the outer edges of the first
このように構成することで、第１導電パターン３６Ａ～３６Ｌと第２導電パターン３７Ａ～３７Ｇとが対向するそれぞれの通電部分３６ｂ、３７ｂを、他の部分に比べて幅狭とすることができ、これらの部分における寄生容量を小さくすることができる。さらに、第１導電パターンおよび第２導電パターンの隅部３６ａ、３７ａに、三角形状の部分が形成され、この部分を放熱部分として作用させることができる。特に、コイル基板３の平面視において、第１挿通孔３１の中心を、第１導電パターン３６Ａ～３６Ｇの中心よりも、第２挿通孔３２寄りに形成することにより、このような効果をより一層発現することができる。
By configuring in this manner, the current-carrying
なお、ケーシング２０の内部空間Ｓには、絶縁性を有したモールド材が充填されていてもよい。モールド材の充填により、ケーシング２０の内部空間Ｓに、トランス３Ａ、インバータ回路基板４Ａ、および、整流回路基板４Ｂをモールド材Ｍで封止できるのであれば、モールド材の材料としては、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂など特に限定されるものではない。熱硬化性樹脂としては、たとえばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、またはウレタン樹脂などを挙げることができる。これらの中でも、コイル基板３を構成する基板本体３５ａの絶縁材料の比誘電率よりも低い比誘電率を有したモールド材が充填されることが好ましい。ケーシング２０の内部空間Ｓに充填されるモールド材により、トランス３Ａの耐圧性を確保しつつ、モールド材の比誘電率を、基板本体の絶縁材料の比誘電率よりも低い比誘電率とすることにより、モールド材に起因した寄生容量の増加を抑えることができる。基板本体３５ａの絶縁材料が、ガラスエポキシの場合には、その比誘電率は、４．０であることから、モールド材の比誘電率は、４．０未満（たとえば、２．０～３．０）であることが好ましい。
The internal space S of the
本実施形態によれば、コイル基板３は、第１挿通孔３１の周りに第１コイルパターン３６を有し、第２挿通孔３２の周りに第２コイルパターン３７を有することにより、トランス１Ａの一次コイルと二次コイルを分離して設けることができる。これにより、コイル基板３内における一次コイルと二次コイルとの間の寄生容量を抑えることができる。
According to this embodiment, the
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various design changes can be made without departing from the spirit of the present invention as described in the claims.
本実施形態では、巻き数が多い第１コイルパターンを一次コイルとし、巻き数が少ない第２コイルパターンを二次コイルとしたが、トランスの用途に応じて、巻き数が多い第１コイルパターンを二次コイルとし、巻き数が少ない第２コイルパターンを一次コイルとしてもよい。さらに、第１コイルパターンおよび第２コイルパターンに流れる電流方向が同じ周方向となるように、第１導電ビアおよび第２導電ビアにより、第１導電パターンおよび第２導電パターンを電気的に接続したが、これらの方向が逆方法となるように、第１導電ビアおよび第２導電ビアにより、第１導電パターンおよび第２導電パターンを電気的に接続してもよい。 In this embodiment, the first coil pattern with a large number of turns is the primary coil, and the second coil pattern with a small number of turns is the secondary coil, but depending on the application of the transformer, the first coil pattern with a large number of turns may be the secondary coil, and the second coil pattern with a small number of turns may be the primary coil. Furthermore, the first conductive pattern and the second conductive pattern are electrically connected by the first conductive via and the second conductive via so that the currents flowing in the first coil pattern and the second coil pattern are in the same circumferential direction, but the first conductive pattern and the second conductive pattern may be electrically connected by the first conductive via and the second conductive via so that the currents flowing in the first coil pattern and the second coil pattern are in the opposite directions.
１：絶縁型コンバータ、３：コイル基板、３Ａ：トランス、３ｃ：絶縁層、４Ａ：インバータ回路基板（一次側回路基板）、４Ｂ：整流回路基板（二次側回路基板）、１０：コア、１１ａ：第１磁性部分、１１ｂ：第２磁性部分、３１：第１挿通孔、３２：第２挿通孔、３５：単層基板、３５ａ：基板本体、３５Ａ～３５Ｇ：第１単層基板、３５Ｈ～３５Ｋ：第２単層基板、３６：第１コイルパターン、３６Ａ～３６Ｋ：第１導電パターン、３７：第２コイルパターン、３７Ａ～３７Ｇ：第２導電パターン、３８：第１導電ビア、３９：第２導電ビア 1: Insulated converter, 3: Coil board, 3A: Transformer, 3c: Insulation layer, 4A: Inverter circuit board (primary circuit board), 4B: Rectifier circuit board (secondary circuit board), 10: Core, 11a: First magnetic part, 11b: Second magnetic part, 31: First through hole, 32: Second through hole, 35: Single layer board, 35a: Board body, 35A-35G: First single layer board, 35H-35K: Second single layer board, 36: First coil pattern, 36A-36K: First conductive pattern, 37: Second coil pattern, 37A-37G: Second conductive pattern, 38: First conductive via, 39: Second conductive via
Claims (5)
前記コイル基板は、前記第１挿通孔の周りに、一次コイルまたは二次コイルのいずれか一方となる第１コイルパターンを有し、前記第２挿通孔の周りに、前記一次コイルまたは前記二次コイルの他方となる第２コイルパターンを有しており、
前記コイル基板は、複数の単層基板を積層した積層基板であり、
前記単層基板には、前記第１挿通孔の周りに沿って第１導電パターンが形成されており、隣接する単層基板の前記第１導電パターン同士を電気的に接続することにより、前記第１コイルパターンが形成され、
前記単層基板には、前記第２挿通孔の周りに沿って第２導電パターンがさらに形成されており、隣接する単層基板の前記第２導電パターン同士を電気的に接続することにより、前記第２コイルパターンが形成されており、
前記コイル基板には、前記第１挿通孔と前記第２挿通孔とを仕切るように貫通した貫通孔が形成されており、
前記コイル基板の両側の表面には、絶縁層が被覆されていることを特徴とするトランス用のコイル基板。 A coil substrate for a transformer, the coil substrate having a first insertion hole inserted through a first magnetic portion of a core forming a magnetic circuit, and a second insertion hole inserted through a second magnetic portion of the core,
the coil substrate has a first coil pattern around the first insertion hole, the first coil pattern being one of a primary coil or a secondary coil, and has a second coil pattern around the second insertion hole, the second coil pattern being the other of the primary coil or the secondary coil,
the coil substrate is a laminated substrate formed by laminating a plurality of single-layer substrates,
a first conductive pattern is formed along a periphery of the first insertion hole on the single-layer substrate, and the first conductive patterns of adjacent single-layer substrates are electrically connected to each other to form the first coil pattern;
a second conductive pattern is further formed along a periphery of the second insertion hole on the single-layer substrate, and the second coil pattern is formed by electrically connecting the second conductive patterns of adjacent single-layer substrates to each other ;
a through hole is formed in the coil substrate so as to separate the first insertion hole and the second insertion hole,
13. A coil substrate for a transformer, comprising: a coil substrate having a first end and a second end, the first end being electrically connected to the first end of the coil substrate;
前記単層基板には、前記第２導電パターン同士を電気的に接続する第２導電ビアにより、前記第２コイルパターンが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトランス用のコイル基板。 the first coil pattern is formed on the single-layer substrate by a first conductive via that electrically connects the first conductive patterns to each other;
2. The coil substrate for a transformer according to claim 1, wherein the second coil pattern is formed on the single-layer substrate by a second conductive via that electrically connects the second conductive patterns to each other.
前記コイル基板の平面視において、前記第１単層基板に形成された第１導電パターンの面積は、前記第１単層基板に形成された第２導電パターンの面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のトランス用のコイル基板。 Among the plurality of single-layer substrates, there is a first single-layer substrate on which the first conductive pattern and the second conductive pattern are formed, and a second single-layer substrate on which only the first conductive pattern is formed,
2. The coil substrate for a transformer according to claim 1, characterized in that, in a plan view of the coil substrate, an area of a first conductive pattern formed on the first single-layer substrate is larger than an area of a second conductive pattern formed on the first single-layer substrate.
前記コイル基板の平面視において、複数の前記単層基板の第１導電パターンのみを視たときに、複数の前記単層基板の第１導電パターンにより、前記第１コイルパターンは、前記第１挿通孔に沿った円状の連続した縁部を形成しており、
前記コイル基板の平面視において、複数の前記単層基板の第２導電パターンのみを視たときに、複数の前記単層基板の第２導電パターンにより、前記第２コイルパターンは、前記第２挿通孔に沿った円形状の連続した縁部を形成していることを特徴とする請求項１に記載のトランス用のコイル基板。 The first insertion hole and the second insertion hole are circular,
when only the first conductive patterns of the plurality of single-layer substrates are viewed in a plan view of the coil substrate, the first coil pattern forms a circular, continuous edge portion along the first insertion hole due to the first conductive patterns of the plurality of single-layer substrates,
2. The coil substrate for a transformer according to claim 1, characterized in that, when only the second conductive patterns of the plurality of single-layer substrates are viewed in a plan view of the coil substrate, the second coil pattern forms a continuous circular edge portion along the second insertion hole due to the second conductive patterns of the plurality of single-layer substrates.
前記コイル基板の平面視において、前記第１導電パターンの外縁および前記第２導電パターンの外縁は、略矩形状であり、
前記第１導電パターンおよび前記第２導電パターンは、前記第１導電パターンの外縁の１辺と、前記第２導電パターンの外縁の１辺と、が対向するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトランス用のコイル基板。 The first insertion hole and the second insertion hole are circular,
In a plan view of the coil substrate, an outer edge of the first conductive pattern and an outer edge of the second conductive pattern have a substantially rectangular shape,
2. The coil substrate for a transformer according to claim 1, wherein the first conductive pattern and the second conductive pattern are formed such that one side of an outer edge of the first conductive pattern faces one side of an outer edge of the second conductive pattern.
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