(57)【要約】【課題】保形性が良くプリント基板への装着が容易であり、しかも、所望の漏れインダクタンス値を有する薄型の変圧器を提供する。【解決手段】プリント基板３０に装着されるコア４１ａ，４１ｂと、プリント基板３０の配線パターンとして形成された二次巻線２０と、二次巻線２０に磁気的に結合される一次巻線１１とを備え、一次巻線１１を、電線を巻回して樹脂モールドするか自己融着巻線を巻回することにより、固形部品として形成する。更に、一次巻線１１と二次巻線２０との間にスペーサ５０を配置し、あるいは、一次巻線１１に直列に接続される漏れインダクタンス生成用巻線１２をコア４１ａの外部に配置して、所望の漏れインダクタンスを持たせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板の配線パターンにより形成された二次巻線と、
導線を巻回し、更に固定手段を用いて固形部品として形成され、または自己融着巻線を巻回し固形部品として形成され、前記二次巻線に磁気的に結合される一次巻線と、
前記二次巻線と前記一次巻線とが装着されるコアと、
を有することを特徴とする変圧器。
【請求項２】
前記一次巻線と前記二次巻線との間に配置され、前記一次巻線と前記二次巻線との間隔を調整可能な漏れインダクタンス値調整用スペーサを備えることを特徴とする請求項１記載の変圧器。
【請求項３】
前記一次巻線の形状、線径、巻数、または、前記一次巻線と前記二次巻線との位置関係を変化させて漏れインダクタンス値を調整可能にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の変圧器。
【請求項４】
前記一次巻線に直列に接続され、かつ、前記コアの外部に配置される漏れインダクタンス生成用巻線を更に備え、
前記漏れインダクタンス生成用巻線を、導線を巻回し、更に固定手段を用いて固形部品として形成し、または自己融着巻線を巻回し固形部品として形成することにより、固形部品として形成したことを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
【請求項５】
前記漏れインダクタンス生成用巻線の形状、線径、または巻数を変化させて漏れインダクタンス値を調整可能にしたことを特徴とする請求項４に記載の変圧器。
【請求項６】
前記固定手段は、樹脂を用いてモールドすることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の変圧器。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の変圧器を有することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータに使用される変圧器及びこの変圧器を備えた電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ／ＤＣコンバータに使用される変圧器としては、配線パターンにより一次巻線、二次巻線が形成されたプリント基板を複数、積層したものが知られている。
この種の変圧器において、例えば一次側が高電圧、低電流の仕様である場合、一次巻線は導体幅を細くして巻数を多くする必要があるが、配線パターンによる巻線では、導体幅や隣り合う導体相互の間隔などに制約があり、所望の基板サイズにおける一層当たりの巻数が制限されてしまう。
このため、所定の巻数を確保するためにはプリント基板の積層数を増加させなくてはならず、結果としてコストの上昇や変圧器の大型化を招くことになる。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１には、プレス加工により打ち抜いた扁平の渦巻状コイルや所定の直径の導線を被覆した渦巻状の被覆線を絶縁シートの表面に接着する、等の方法により、一次巻線を形成した変圧器が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、プリント基板の表裏からコアを装着し、コアの中央脚部に丸導線や平角導線を巻き付けて一次巻線を形成し、二次巻線をプリント基板の配線パターンにより形成した変圧器が記載されている。
図５は、この特許文献２に記載された変圧器を概略的に示した断面図であり、１０は一次巻線、２０はプリント基板３０の配線パターンとして形成された二次巻線、４０ａ，４０ｂはコア、４０ｃはコアの中央脚部である。
【０００５】
特許文献１や特許文献２に記載された従来技術によれば、複数のプリント基板を積層して一次巻線を形成する必要がないため、プリント基板の積層の増加を回避することができる。
【０００６】
一方、特許文献３に示されるように、共振型コンバータにおいては、変圧器の漏れインダクタンスを共振回路の要素として積極的に用いる場合がある。
図６は、特許文献３に記載されたハーフブリッジ共振型コンバータの回路図であり、７０は直流電源、７１，７２は半導体スイッチング素子、７３は変圧器、７３ａは一次巻線、７３ｂは二次巻線、７３ｃは漏れインダクタンス生成用巻線、７３ｄは一次巻線７３ａとコアの磁気抵抗によって発生する励磁インダクタンス、７４は上記巻線７３ａ，７３ｃ等と共に直列共振回路を構成するコンデンサ、７５は負荷を示している。
【０００７】
この従来技術では、例えば、漏れインダクタンス生成用巻線７３ｃのインダクタンス値を意図的に大きくする等の方法により、所望の共振特性を得ている。
しかし、漏れインダクタンス値を予め正確に設定することは困難であり、多くの場合は試作と測定を繰り返して試行錯誤的に構造を決定しているため、開発に多くの時間がかかる。特に、漏れインダクタンスの最適値は回路条件（電圧・電流・動作周波数等）によって変化するので、製品が多品種少量生産である場合には、回路の設計、評価がその都度必要になり、製品化までの期間が長期化すると共にコストが増加する等の問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５５−１６６９１３号公報（第３頁左上欄第１行〜右下欄第１７行、第３図〜第５図等）
【特許文献２】特開２００３−１９７４３９号公報（段落[００１５]、図２，図３等）
【特許文献３】特開２０１５−２３７６０号公報（段落[０００２]〜[０００４]、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述した特許文献１，２に記載された変圧器では、一次巻線がずれて緩む等の恐れがあり、プリント基板に取り付ける際の作業性が悪い。
また、特許文献３に記載された変圧器では、前述したように所望の漏れインダクタンス値を得ることが難しいという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明の解決課題は、一次巻線を固形部品として形成することにより保形性を良くすると共に、仕様に応じた最適な漏れインダクタンス値を有する変圧器及び電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、プリント基板の配線パターンにより形成された二次巻線と、導線を巻回し、更に固定手段を用いて固形部品として形成され、または自己融着巻線を巻回し固形部品として形成され、前記二次巻線に磁気的に結合される一次巻線と、前記二次巻線と前記一次巻線とが装着されるコアと、を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した変圧器において、前記一次巻線と前記二次巻線との間に配置され、前記一次巻線と前記二次巻線との間隔を調整可能な漏れインダクタンス値調整用スペーサを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載した変圧器において、前記一次巻線の形状、線径、巻数、または、前記一次巻線と前記二次巻線との位置関係を変化させて漏れインダクタンス値を調整可能にしたことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載した変圧器において、前記一次巻線に直列に接続され、かつ、前記コアの外部に配置される漏れインダクタンス生成用巻線を更に備え、前記漏れインダクタンス生成用巻線を、導線を巻回し、更に固定手段を用いて固形部品として形成し、または自己融着巻線を巻回し固形部品として形成することにより、固形部品として形成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載した変圧器において、前記漏れインダクタンス生成用巻線の形状、線径、または巻数を変化させて漏れインダクタンス値を調整可能にしたことを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の変圧器において、前記固定手段は、樹脂を用いてモールドすることを特徴とする。
請求項７に係る電力変換装置は、請求項１〜６の何れか一項に記載の変圧器を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、一次巻線を固形部品として形成することにより、変圧器を組み立てる際の作業性や保管時の取り扱い性を高めることができる。
また、一次巻線と二次巻線との間に介在させるスペーサの厚さを変化させ、あるいは、コアの外部に配置される漏れインダクタンス生成用巻線を一次巻線に直列に接続することにより、所望の漏れインダクタンス値を有する変圧器を製造可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る変圧器の断面図である。
【図２】図１における一次巻線及びスペーサの斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態における一次巻線及び二次巻線の配置を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る変圧器の断面図、分解斜視図、及び等価回路図である。
【図５】特許文献２に記載された変圧器を概略的に示した断面図である。
【図６】特許文献３に記載されたハーフブリッジ共振型コンバータの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る変圧器の断面図である。この第１実施形態は、請求項１〜３，６に係る発明に相当する。
【００１９】
図１において、プリント基板３０にはその表裏からコア４１ａ，４１ｂが装着され、プリント基板３０の上面には、コア４１ｂの中央脚部４１ｃを中心として絶縁性のスペーサ５０と一次巻線１１とが同軸上に積層されている。また、プリント基板３０には、配線パターンによって所定の巻数の二次巻線２０が形成されている。なお、図示を省略するが、一次巻線１１及び二次巻線２０の各両端は、プリント基板３０に形成された配線パターンを介して外部の回路に接続される。
ここで、コア４１ａ，４１ｂの具体的な形状、構造は、図１の例に何ら限定されるものではない。
【００２０】
図２（ａ），（ｂ）は、一次巻線１１とスペーサ５０とを示す斜視図である。
一次巻線１１は、電線を巻回してその全体を樹脂にてモールドし、あるいは、自己融着巻線を巻回して加熱することにより、全体的に円筒状または円環状の固形部品として形成される。一次巻線１１の中心の通孔は、図１に示したコア４１ｂの中央脚部４１ｃを挿通可能な径を有している。
また、スペーサ５０も、中央脚部４１ｃを挿通可能な通孔を備えた円環状に形成されており、軸方向の厚さが異なるものを複数用意しておくと良い。
【００２１】
変圧器を組み立てるには、図１に示すように、二次巻線２０が予め形成されたプリント基板３０の取付孔３０ａにコア４１ｂを装着し、中央脚部４１ｃにスペーサ５０、一次コイル１１を順次、挿通させる。その後、コア４１ａを接合して全体を一体的に形成する。
【００２２】
ここで、スペーサ５０の厚さは、一次巻線１１と二次巻線２０との間の距離（両巻線１１，２０の軸方向に沿った距離）に相当するため、スペーサ５０の厚さを変えることにより、一次巻線１１と二次巻線２０との磁気的結合状態、言い換えれば鎖交磁束数が変化し、変圧器としての漏れインダクタンス値が変化する。
従って、一次巻線１１及び二次巻線２０を適宜な測定回路に接続し、厚さが異なる複数のスペーサ５０を交換しつつ漏れインダクタンス値を測定することにより、仕様に応じた最適な漏れインダクタンス値を有する変圧器を構成することができる。
【００２３】
なお、スペーサ５０の厚さを変化させるだけでなく、線径や巻数を変えた一次巻線１１を複数用意しておき、これらの一次巻線１１及びスペーサ５０を同一の二次巻線２０と組合わせて所望の漏れインダクタンス値を生じさせても良い。
更に、図３（ａ）に示すように、一次巻線１１及び二次巻線２０の外径を異ならせ、あるいは、図３（ｂ）に示すように、一次巻線１１を歪んだ円筒状に変形させる、等の方法により、両巻線１１，２０の重なり合う面積を変化させて漏れインダクタンスを調整しても良い。
【００２４】
以上のように、第１実施形態によれば、電線を巻回してその全体を樹脂モールドし、または、自己融着巻線を用いることにより、円筒状または円環状の固形部品としての一次巻線１１を得ることができる。この一次巻線１１は、保形性に優れているため、プリント基板３０の配線パターンに接続する際の作業性も良く、また、保管にも便利である。
変圧器を組み立てるには、プリント基板３０上のスペーサ５０の上面に一次巻線１１を載置してコア４１ａ，４１ｂ同士を接合すれば良いから、組立作業の容易化、作業時間の短縮が可能である。
また、前述したごとく、スペーサ５０の厚さや一次巻線１１の線径、巻数、形状等を変更すれば、所望の大きさの漏れインダクタンスを有する変圧器を製造することができる。
【００２５】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。この第２実施形態は、請求項４〜６に係る発明に相当する。
図４（ａ）は第２実施形態に係る変圧器の断面図、図４（ｂ）は分解斜視図、図４（ｃ）は等価回路図である。
【００２６】
これらの図において、１２はコア４１ａの外側に配置された漏れインダクタンス生成用巻線である。この漏れインダクタンス生成用巻線１２の一端は一次巻線１１の一端に接続され、他端はプリント基板３０の配線パターンに接続されている。図４（ｂ），（ｃ）から明らかなように、漏れインダクタンス生成用巻線１２は一次巻線１１に直列に接続されている。
なお、図４（ａ）に破線で示すように、スペーサ５０はあってもなくても良い。
【００２７】
漏れインダクタンス生成用巻線１２は、一次巻線１１と同様に、電線を巻回してその全体を樹脂にてモールドし、あるいは、自己融着巻線を巻回して加熱することにより、全体的に円筒状または円環状の固形部品として形成されている。
この漏れインダクタンス生成用巻線１２は、接着剤によりコア４１ａの外表面に接着するか、両面テープ等により貼り付けて固定される。
【００２８】
上記構成において、図４（ａ）に示すように、漏れインダクタンス生成用巻線１２の電流によって発生する磁束（破線にて示す）は大部分がコア４１ａの外部を通り、コア４１ａ，４１ｂの内部を通ることはない。また、一次巻線１１の電流によって発生する磁束（点線にて示す）はそのほとんどがコア４１ａ，４１ｂの内部を通り、この磁束を打ち消すように、二次巻線２０の電流による磁束（実線にて示す）が発生する。
【００２９】
すなわち、この実施形態では、漏れインダクタンス生成用巻線１２をコア４１ａの外部に配置することで積極的に漏れインダクタンスを生成している。このため、形状や線径、巻数が異なる複数の漏れインダクタンス生成用巻線１２を予め用意しておいてこれらを取り替えることにより、目的とする仕様に応じて最適な漏れインダクタンス値を得ることができる。
【００３０】
なお、第１，第２実施形態として説明した本発明の変圧器は、図６に示した共振型コンバータ等のＤＣ−ＤＣコンバータを始めとして、各種の電力変換器に使用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１１：一次巻線
１２：漏れインダクタンス生成用巻線
２０：二次巻線
３０：プリント基板
３０ａ：取付孔
４１ａ，４１ｂ：コア
４１ｃ：中央脚部
５０：スペーサ
【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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