(57)【要約】  【課題】  突入電流を低減しつつも製造が容易なトロイダルトランスを提供する。  【解決手段】  珪素鋼板等の磁性材料からなるフープ材を環状に巻回して構成されるコア２に、１次側巻線３と２次側巻線４とを互いに絶縁した状態で巻き付けてなるトロイダルトランスのコア２に、少なくとも最外周を周方向に途切れなく連続する連続部として残した状態で周方向に離隔したギャップ部７を設けた。このギャップ部７は、長さＬがフープ材の幅と同一、幅Ｗが０．１４ｍｍ、深さ（奥行き）Ｄがコア２の径方向の厚さの８０％に設定され、コア２の残りの２０％の部分、即ち、ギャップ部７よりも外周側の部分は連続部９として残している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料からなる薄帯を環状に巻回して構成されるコアに、第１の巻線と第２の巻線とを互いに絶縁した状態で巻き付けてなるトロイダルトランスにおいて、
前記コアに、少なくとも最外周を、周方向に途切れなく連続する連続部として残した状態で、コアの周方向に離隔したギャップ部を設けたことを特徴とするトロイダルトランス。
【請求項２】
磁性材料からなる薄帯を環状に巻回して構成されるコアに、第１の巻線と第２の巻線とを互いに絶縁した状態で巻き付けてなるトロイダルトランスにおいて、
前記コアに、前記薄帯の巻回始端から巻回終端までに亘って途切れなく連続する連続部を少なくとも残した状態で、該コアの周方向に離隔したギャップ部を設けたことを特徴とするトロイダルトランス。
【請求項３】
前記ギャップ部は、前記薄帯の幅方向に延在するスリット状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトロイダルトランス。
【請求項４】
前記ギャップ部は、前記コアの内周部における前記巻回始端と対向する位置に設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のトロイダルトランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環状のコアに１次巻線及び２次巻線を巻き付けて構成されるトロイダルトランスに関し、特に、電源投入時の突入電流を抑制することが可能なトロイダルトランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、トロイダルトランスは、例えば、珪素鋼板等の透磁率の高い磁性材料からなる薄帯を複数回巻回して構成された環状のコア（トロイダルコア）を有し、このコアに１次側の巻線と２次側の巻線とを互いに絶縁した状態で層状に巻き付けて構成されている。
【０００３】
このトロイダルトランスは、磁路が環状に閉じた形状であるため、リーケージフラックス（漏れ磁束）が少なく、また、小型・軽量化ができるという利点があり、例えば、遊技機（パチンコ台）やオーディオ機器等の電子機器の電源トランスとして用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２７７２１６号公報（第１図、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記のトロイダルトランスは、コア（磁心）の残留磁束等により電源投入時にコアの磁気飽和が起こり易く、この磁気飽和に起因して定格電流の数十倍の突入電流が発生するという欠点がある。そのため、特許文献１の第１図に示されるようにトロイダルトランスと遊技機の組を複数使用する場合、突入電流によってブレーカが作動して電源供給が遮断されるのを避けるべく、１つのブレーカに対するトランスの使用数を減らさざるを得ないという問題があった。例えば、定格電力が３００ＶＡ（３Ａ）のトロイダルトランスを用いる場合、理論上では容量２０Ａのブレーカ１つに対して６台のトロイダルトランスを使用できるはずであるが、突入電流を考慮すると、実際にはそれに満たない台数しか使用できない。
【０００６】
この突入電流を抑える手法としては、磁気飽和が起こり難い磁心を使用することが考えられるが、コストが増大してしまうため、現実的に採用することは難しい。
【０００７】
また、コアを切断して磁路にギャップを設けるという手法も考えられるが、トロイダルコアは極く薄い金属製の薄帯（フープ材）を幾重にも巻回して作成されているため、切断部分からフープ材が剥離したり分解してしまい製造が困難であるという問題があった。このフープ材の剥離を防止するために、コアを樹脂含浸してから切断するという方法も提案されているが、樹脂がフープ材の隙間に入り込んでしまうと、磁気抵抗が増加してトランスとしての特性が著しく低下してしまうという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、突入電流を抑制しつつも製造が容易なトロイダルトランスを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載のものは、磁性材料からなる薄帯を環状に巻回して構成されるコアに、第１の巻線と第２の巻線とを互いに絶縁した状態で巻き付けてなるトロイダルトランスにおいて、
前記コアに、少なくとも最外周を、周方向に途切れなく連続する連続部として残した状態で、コアの周方向に離隔したギャップ部を設けたことを特徴とするトロイダルトランスである。
【００１０】
請求項２に記載のものは、磁性材料からなる薄帯を環状に巻回して構成されるコアに、第１の巻線と第２の巻線とを互いに絶縁した状態で巻き付けてなるトロイダルトランスにおいて、
前記コアに、前記薄帯の巻回始端から巻回終端までに亘って途切れなく連続する連続部を少なくとも残した状態で、該コアの周方向に離隔したギャップ部を設けたことを特徴とするトロイダルトランスである。
【００１１】
請求項３に記載のものは、前記ギャップ部が、前記薄帯の幅方向に延在するスリット状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトロイダルトランスである。
【００１２】
請求項４に記載のものは、前記ギャップ部は、前記コアの内周部における前記巻回始端と対向する位置に設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のトロイダルトランスである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のトロイダルトランスによれば、次のような優れた効果を奏する。
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、トロイダルトランスのコアに、少なくとも最外周を、周方向に途切れなく連続する連続部として残した状態で、コアの周方向に離隔したギャップ部を設けたので、連続部が薄帯を結束する機能を果たし、薄帯の剥離や分解を防止して製造を容易にすると共に、電源遮断後におけるコアの磁束の残留を低減することができ、次回電源投入時の磁気飽和を防止して突入電流を抑制することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、トロイダルトランスのコアに、薄帯の巻回始端から巻回終端までに亘って途切れなく連続する連続部を少なくとも残した状態で、該コアの周方向に離隔したギャップ部を設けたので、連続部が薄帯を結束する機能を果たし、薄帯の剥離や分解を防止して製造を容易にすると共に、電源遮断後におけるコアの磁束の残留を低減することができ、次回電源投入時の磁気飽和を防止して突入電流を抑制することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、前記ギャップ部を、前記コアの内周部における前記巻回始端とは反対側の位置に設けたので、ギャップ部の形状が安定し、トランス毎のばらつきを低減して品質を安定させることができる。その結果、歩留りの向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、最良の形態を図面に基づき説明する。図１は、本発明のトロイダルトランスの構成を説明する断面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。このトロイダルトランス１（以下、単にトランス１という）は、環状のコア（磁心）２に、１次側巻線３（本発明における第１の巻線に相当）と２次側巻線４（本発明における第２の巻線に相当）とを互いに絶縁した状態で層状に巻き付けて概略構成されている。このトランス１は、本実施形態においては、例えば、１００Ｖの商用電源を２４Ｖ程度の動作電圧までに降圧させる降圧トランスである。
【００１７】
上記コア２は、例えば、厚さ０．３ｍｍ程度の珪素鋼板等の磁性材料からなる薄帯（以下、フープ材という）を幾重にも巻回することで断面矩形の環状（トロイダル型）に作製されており、フープ材の巻始め（巻回始端８：図３参照）と巻終わり（巻回終端：図示せず）は、コア２の本体に溶接されることで固定されている。
なお、フープ材に関し、その表面を例えばＡｌ２Ｏ３等の酸化膜で被覆することで層間を絶縁することが望ましい。
【００１８】
このようなトロイダル型のコア２は、磁路が閉じているため他のコアと比べて保磁力が高く、電源を遮断した後でも比較的多くの磁束が残留するため、次回の電源投入時に電圧が印加された際、瞬間的に磁気飽和が起こり易い。この磁気飽和が起こるとコア２が磁気的に短絡に近い状態（励磁インピーダンスが低い状態）となるため、電圧の位相によっては定常時の数十倍の突入電流が発生し、この突入電流によってブレーカが作動して電源の供給を遮断してしまう等の問題がある。
【００１９】
ここで、コア２の最大磁束密度をＢｍ、残留磁束密度をＢｒ、インダクタンスをＬ、巻線（１次側巻線）の巻数をｎ、コア２の断面積をＳとすると、最大突入電流Ｉｍは、以下の式（１）で求められる。
Ｉｍ＝ｎ（２Ｂｍ＋Ｂｒ−２Ｓ）／Ｌ  …（１）
つまり、残留磁束密度Ｂｒを可及的に低減することができれば、突入電流のピーク値を抑えることが可能であることが分かる。そのため、本発明のトランス１では、コア２の一部に磁路を円周方向に離隔するギャップ部７を設けることで電源遮断後の磁束の残留を低減し、これにより電源投入時の突入電流のピーク値を抑えるように構成している。このギャップ部７については後述する。
【００２０】
コア２の表面は、絶縁テープ等の絶縁部材５Ａで被覆し、本実施形態においては、この絶縁されたコア２の表面に、先ず低圧用の２次側巻線４を巻き付けて２次側コイル４´を形成する。そして、この２次側コイル４´の表面に絶縁部材５Ｂを被覆した後、その絶縁部材５Ｂの表面に高圧用の１次側巻線３を巻き付けて１次側コイル３´を形成する。つまり、２次側巻線４と１次側巻線３とは、絶縁部材５Ｂを間に挟んだ状態で層状にコア２に巻回されている。このときの巻数比は、本実施形態においては１００Ｖの商用電源に対して２４Ｖの動作電圧が出力される値に設定されている。
【００２１】
なお、１次側巻線３の始端部３Ａと終端部３Ｂ、及び、２次側巻線の始端部４Ａと終端部４Ｂは、各々シリコンチューブ等で被覆された状態で接続端子としてトランス１の外側に引き出され、始端部３Ａと終端部３Ｂは商用電源側に、始端部３Ｂと終端部３Ｂは負荷側（例えば、パチンコ遊技機）にそれぞれ接続される。
【００２２】
次に、上記のギャップ部７について説明する。
図３は、本実施形態におけるコア２の構成を説明する斜視図である。
同図に示すように、コア２には、半径方向の切り込みを入れることでコア２の一部を周方向に離隔するギャップ部７を設けている。本実施形態においては、コア２をワイヤカット放電加工によって内周部側から外周部側に向けてその途中まで切断することによって、フープ材の幅方向に延在するスリット状のギャップ部７をコア２に形成している。このスリット状のギャップ部７は、長さＬがフープ材の幅と同一、幅Ｗが０．１４ｍｍ、深さ（奥行き）Ｄがコア２の径方向の厚さの８０％に設定され、残りの２０％、即ち、ギャップ部７が設けられている部分よりも外周側の部分は連続部９として残している。
【００２３】
つまり、コア２の一部を切断してギャップ部７を設ける際に、フープ材が剥離したり分解したりすることのないように、フープ材を結束するバンドとして機能する部分として連続部９を残している。したがって、本実施形態においてはギャップ部７の深さＤをコア２の径方向の厚さの８０％に設定した例を示したが、これには限らず、要は、少なくとも最外周を、周方向に途切れなく連続する連続部９として残した状態で、ギャップ部７を設ければ良い。
【００２４】
また、本実施形態においては、コア２の内周部における巻回始端８に対向する位置から外周部側に向けてギャップ部７の加工を行っている。即ち、ギャップ部７は、コア２の内周部における巻回始端８と対向する位置に設けられている。このようにすると、ギャップ部７の断面にバリ等が生じ難く形状が安定することが実験的に分かっている。これにより、製造されたトランス１の個体毎のばらつきが少なく品質が安定するため、歩留りを向上させることが可能となる。
【００２５】
ここで、コア２の保磁力をＨｃ、コア２の磁路長をＬｉ、ギャップ部７の大きさ（幅Ｗ×長さＬ×深さＤ）をＧとすると、残留磁束密度Ｂｒは、以下の式（２）で表される。
Ｂｒ＝Ｓ×Ｈｃ×Ｌｉ／Ｇ  …（２）
この式（２）から、ギャップ部７を大きくするほど、残留磁束密度Ｂｒを低減することが出来ることが分かる。
【００２６】
図４は、磁界Ｈの変化に対する磁束密度Ｂの変化を表す所謂磁気ヒステリシス曲線を示す図であり、（ａ）はコアにギャップ部を設けない場合、（ｂ）はコアにギャップ部を設けた場合を示している。
図４（ａ）に示すように、ギャップ部を設けない場合、コア自体の透磁率が高いため磁界Ｈの変化に対して磁束密度Ｂは比較的急峻な変化を示し、電源遮断後の残留磁束Ｂｒも高い値を示す。一方、図４（ｂ）に示すように、コア２にギャップ部７を設けた場合、このギャップ部７が磁気抵抗となり、磁界Ｈの変化に対して磁束密度Ｂの曲線は比較的なだらかな変化を示すが、電源遮断後の残留磁束Ｂｒはギャップ部７を設けない場合と比較して低い値となることが分かる。
【００２７】
図５は、電源投入時における突入電流を観測した図であり、（ａ）は、コアにギャップ部を設けていない従来のトランスにおける突入電流の波形、（ｂ）は、コア２にギャップ部７を設けた本発明のトランス１における突入電流の波形である。
この図５に示すように、本発明のトランス１では、電源投入時の突入電流の波形に関し、ギャップ部７を設けていない従来のトランスの突入電流の波形と比較して、ピーク値を約１５％程度低く抑えることができ、また、発生時間についても２５％程度短くなっている。したがって、本発明のトランス１は、従来と比較して突入電流（実効値）を抑制することができることが分かる。
【００２８】
以上のように、上記トランス１においては、連続部９を少なくとも残した状態でコア２にギャップ部７を設けたので、連続部９がフープ材を結束する機能を果たしてフープ材の剥離や分解を防止し、製造を容易にすると共に、電源遮断後におけるコア２の磁束の残留を低減することができ、電源投入時の磁気飽和を防止して突入電流を抑制することができる。したがって、１つのブレーカに対するトランス１の使用数を増やしたとしても、突入電流によるブレーカの誤作動を防止できるので、このトランス１は、例えば複数のパチンコ遊技機を設置する遊技店等に好適である。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図６は、本実施形態におけるコア２の構成を説明する斜視図である。
同図に示すように、本実施形態においては、フープ材の幅方向の一部（図において下側）を連続部９として残した状態でコア２の内周部から外周部に亘って切り込みを入れることでコア２にギャップ部７を設けている点が上記実施形態と異なる。即ち、フープ材の巻回始端８から巻回終端（図示せず）までに亘って途切れなく連続する連続部９を少なくとも残した状態でギャップ部７を設けている。本実施形態のギャップ部７は、長さＬがフープ材の幅の２／３、幅Ｗが０．１４ｍｍ、深さＤがのコア２の径方向の厚さと同一に設定され、フープ材の下側１／３を連続部９として残した状態でコア２の内周部から外周部に亘って延在している。
【００３０】
本実施形態においても、コア２の一部を切断してギャップ部７を設ける際に連続部９がフープ材を繋ぎ止める機能を果たすので、上記第１の実施形態と同様に、フープ材の剥離や分解を防止して製造を容易にすると共に、電源遮断後におけるコア２の磁束の残留を低減することができ、電源投入時の磁気飽和を防止して突入電流を抑制することができる。
【００３１】
ところで、ギャップ部７に関し、上記各実施形態で例示した態様には限らない。例えば、上記実施形態では、コア２にギャップ部７を一箇所だけ設けた例を示したが、図７に示す第１の変形例のように、コア２に複数のギャップ部７を設けるようにしても良い。
また、ギャップ部７の形状に関し、上記各実施形態では縦長なスリット状に形成した例を示したが、これには限らず、図８に示す第２の変形例のように、コア２の内周部から外周部に亘って貫通した円筒形状のギャップ部７としても良い。図８の例では、円筒形状のギャップ部７をフープ材の幅方向に３箇所並べて開設している。この場合、各ギャップ部７の間と上下に連続部９が形成される。
このように、ギャップ部７の大きさ（幅、長さ、深さ）、形状、又は数を適宜変更することで、トランスとしての特性と突入電流の大きさとのバランスを調整することが可能である。
【００３２】
なお、ギャップ部７の加工に関し、図９に示すように、複数のコア２を重ねた状態でこれらのコア２に対して同時にワイヤカット放電加工することで、一度に複数のコア２にギャップ部７を形成することができる。これにより、製造効率を向上させることが可能である。
【００３３】
前記した実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は、上記した説明に限らず特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】トランスの構成を説明する断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】コアの構成を説明する斜視図である。
【図４】磁気ヒステリシス曲線を示す図であり、（ａ）はコアにギャップ部を設けない場合、（ｂ）はコアにギャップ部を設けた場合を示している。
【図５】電源投入時における突入電流を観測した図であり、（ａ）はコアにギャップ部を設けていない従来のトランスにおける突入電流の波形、（ｂ）はコアにギャップ部を設けた本発明のトランスにおける突入電流の波形である。
【図６】第２の実施形態におけるコアの構成を説明する斜視図である。
【図７】コアの第１の変形例を説明する斜視図である。
【図８】コアの第２の変形例を説明する斜視図である。
【図９】複数のコアに同時にギャップ部を形成する例を説明する斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  トロイダルトランス
２  コア
３  １次側巻線
４  ２次側巻線
５  絶縁部材
７  ギャップ部
８  巻回始端
９  連続部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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