(57)【要約】【課題】電力変換トランスにおいて、導電体薄板を用いたコイルを、うなりの発生原因となる積層導電体薄板間の隙間のない高占積率で取扱容易なものとする。【解決手段】電力変換トランスＴＦは、第１のコイル１と、第１のコイルに電磁結合する第２のコイル２と、これらのコイルに共通のコア４とを備え、これらのコイル間で電力の伝達を行う。各コイル１，２にはコイルの引出部１１，２１が形成されている。第１のコイル１は、片面又は両面が絶縁された帯状に長い、導電体薄板をロール状に巻回してコイル状とし、これを絶縁性樹脂に埋め込んで一体成形して形成される。コイル１は、一体成形により形状固定がなされる。その形状は、中央に巻芯を有し、軸方向両端に鍔部を有するボビン３形状とされる。第２のコイル２は、コイル１と共に形成されたボビン３上にコイル素線を巻回して形成され、コイル１と共にコイルブロックを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状に長い導電体薄板を巻回して成る第１のコイルと、前記第１のコイルに電磁結合する第２のコイルと、これらのコイルに共通のコアと、を備えて前記コイル間で電力の伝達を行わせる電力変換トランスにおいて、
前記第１のコイルは、前記導電体薄板を巻回してコイル状とすると共に絶縁性樹脂に埋め込んで一体成形することによりボビンを構成し、前記第２のコイルは前記ボビン上に巻回されていることを特徴とする電力変換トランス。
【請求項２】
前記第２のコイルは、コイル素線を巻回しすると共に樹脂に埋め込んで一体成形して構成され、前記第１のコイルを含むボビンと互いに同心に嵌合していることを特徴とする請求項１に記載の電力変換トランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的大電流を扱う電力変換トランスに関し、特に太陽光発電システムや小型燃料電池発電システム向け直流交流変換インバータに用いられる電力変換トランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から住宅用の小型の太陽電池発電システムや小型の燃料電池発電システムにおいて、例えば、定格が１〜５ｋＷ程度のインバータ装置が用いられている。図９は、このようなインバータ装置の概略回路構成例を示す。この回路は、これらの発電システムで発電された電力を、例えば、直流４０Ｖの入力電圧Ｖｉｎとして入力し、電力変換トランスＴＦにより昇圧して、例えば、周波数が５０／６０Ｈｚ、出力電圧Ｖｏｕｔが２００Ｖの交流電力に電力変換する。入力段の種類や構成仕様がこのような電池のように比較的低電圧の入力電圧を発生するものの場合、一般に、電力変換のためにトランス（電力変換トランス）が用いられる。
【０００３】
このようなトランスにおける低電圧の大電流が流れる１次コイルは、コイル製作作業の容易性、材料入手の容易性、コイル特性面の要求などから、帯状の薄銅板をコアやボビンにロール状に巻回して製造されることが多い。図１０（ａ）は、このような従来の電力変換トランスＴＦを示す。この電力変換トランスＴＦは、片面又は両面が絶縁された帯状に長い、例えば薄銅板からなる導電体薄板を巻回して成る第１のコイル１と、第１のコイル１に電磁結合する第２のコイル２と、これらのコイルに共通のコア４と、を備え、これらのコイル間で電力の伝達を行う。第２のコイル２は、ボビン３に線材を巻回して形成され、第１のコイル１は、絶縁した板材（導電体薄板）を第２のコイル２の上に多数回巻回して形成されている。各コイル１，２にはコイルの引出部１１，２１が形成されている。これらのコイル、特にコイル１において、占積率（コイル導体の空間密度）の高いコイルを形成することがコイルの性能上重要である。
【０００４】
上述の第１のコイル１のように帯状の導体を巻いて形成したコイルとして、例えば、絶縁被覆すると共にその絶縁被覆の表面に接着性樹脂をコーティングした厚さ０．０６ｍｍ、幅１．２ｍｍの帯状銅箔をロール状に巻回し、帯状銅箔の絶縁被覆表面の接着性樹脂のコーティングを融着せしめて円環形状に固定して形成した表面実装のためのインダクタ用コイルが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−２８８２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した図１０（ａ）に示すような電力変換トランスのコイル１は、図１０（ｂ）に示すように、導電体薄板１０を巻芯３０（下層のコイルやボビン）に巻回しする際、巻き始め及び巻き終わりの固定を確実に行わないと、導電体薄板１０のもつ内部応力により巻き緩みが発生するので、層間に隙間Ｓが発生するという問題がある。また、隙間Ｓは、導電体薄板１０が有する形状歪みによって部分的に発生することもある。このような隙間Ｓがコイル中に存在すると、導電体薄板１０が振動する空間となり、導電体薄板１０の振動によるうなり音の発生という問題が生ずる。
【０００６】
また、隙間Ｓの発生は、コイルにとって重要なコイル導体の占積率を低くしてしまい、漏れインダクタンスの増大や、導体長の増加による直流抵抗の増加などを引き起こす。これらの問題を解消するために、従来は巻き始め及び巻き終わりの固定を粘着性のテープなどで行っていたが、巻戻り力の強い導電体薄板１０に対しては、固定のためのテープ類を何重にも巻く必要があり、限られた巻枠内において、そのスペースを確保する必要から巻線の占積率が下がってしまうという問題がある。
【０００７】
また、上述した特許文献１に示されるような銅箔と接着性樹脂を用いて円環形状に固定したコイルは、厚さが薄く幅も狭くて電流容量が小さい銅箔をコイル導体として用いるものであり、大電流を流すため厚みや幅が一桁以上も大きくなり、曲げ加工に対して多大の応力が発生するような導電体薄板を用いる場合にそのまま適用できるものではない。
【０００８】
本発明は、上記課題を解消するものであって、導電体薄板を用いたコイルを、うなりの発生原因となる積層導電体薄板間の隙間をなくすと共に、高占積率で取扱容易とした電力変換トランスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、帯状に長い導電体薄板を巻回して成る第１のコイルと、前記第１のコイルに電磁結合する第２のコイルと、これらのコイルに共通のコアと、を備えて前記コイル間で電力の伝達を行わせる電力変換トランスにおいて、前記第１のコイルは、前記導電体薄板を巻回してコイル状とすると共に絶縁性樹脂に埋め込んで一体成形することによりボビンを構成し、前記第２のコイルは前記ボビン上に巻回されているものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の電力変換トランスにおいて、前記第２のコイルは、コイル素線を巻回しすると共に樹脂に埋め込んで一体成形して構成され、前記第１のコイルを含むボビンと互いに同心に嵌合しているものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、導電体薄板により形成したコイルを絶縁性樹脂により一体成形するので、絶縁層部分の占める割合を最小限に留めてコイル導体の占積率を向上して漏れインダクタンスを減少できると共に、積層した導電体薄板間に充填された樹脂により積層導電体薄板間の隙間をなくして導電体薄板の振動によるうなり音を抑制できる。また、このコイルがボビンをも構成するので、従来、電力変換トランスにおいて用いられていたボビンそのものやコイルを固定する絶縁テープなどの部品点数を減らすことができる。また、このコイルは固定一体化されているので、作り置きや取扱が容易であり、電力変換トランスの製造コスト低減ができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、導電体薄板を用いたコイル（一次コイル）に対して電磁結合する二次コイルが、一次コイルとは独立に固定一体化されているので、両コイルの製造工程を分離でき、電力変換トランスの製造組立作業の単純化が図ることができる。また、寸法が同じで巻線仕様の異なる一次コイルや二次コイルコイルをそれぞれ準備することにより、これらのコイルの組合せにより電力変換トランスの品種の多様化を図れる。また、これらのコイルを同心に嵌合して組み合わせる際に、例えば、導電体薄板による寸法の異なる２つのコイルの間に二次コイルを挿通させることにより、サンドイッチ構造のコイルを備えた電力変換トランスも容易に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の電力変換トランスについて、図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る電力変換トランスＴＦを示し、図２は同トランスＴＦにおける導電体薄板を用いたコイル例を示し、図３（ａ）（ｂ）は同トランスＴＦのコイルブロックを示し、図４（ａ）（ｂ）はコイル形成材料である導電体薄板の他の異なる２例を示す。電力変換トランスＴＦは、図１に示すように、第１のコイル１と、第１のコイル１に電磁結合する第２のコイル２と、これらのコイルに共通のコア４と、を備え、これらのコイル間で電力の伝達を行う。コイル１とコイル２とは、コイルブロックとして一体化されている。各コイル１，２にはコイルの引出部１１，２１が形成されている。
【００１５】
第１のコイル１は、図２に示すように、片面又は両面が絶縁された帯状に長い、例えば薄銅板からなる導電体薄板１０をロール状に巻回してコイル状とし、これを、図３（ａ）（ｂ）に示すように、ボビン３を形成する絶縁性樹脂に埋め込んで一体成形して形成される。導電体薄板１０とボビン３からなるコイル１は、巻き緩みを防止した状態で一体成形金型に入れられ、一体成形により形状が固定される。その形状は、中央に巻芯３１を有し、軸方向両端に鍔部３２を有するボビン３形状とされる。第２のコイル２は、コイル１と共に形成されたボビン３上にコイル素線２ａを巻回して形成され、コイル１と共に互いに電磁結合するコイルブロックを形成する。
【００１６】
上述の図２に示したコイル状の導電体薄板１０は、その片面又は両面が、例えば絶縁樹脂などの塗布や絶縁薄膜形成処理によって絶縁されたものである。ここで、導電体薄板１０の絶縁を確保する他の例を説明する。例えば、図４（ａ）に示すように、導電体薄板１０と絶縁シート５とを重ねることにより絶縁を確保する。これらは、重ねた状態で巻芯（不図示）に巻回してコイル状とされる。コイル状とされた導電体薄板１０は、巻き緩みを防止した状態で一体成形金型に入れて一体成形される。
【００１７】
また、図４（ｂ）に示す導電体薄板１０は、少なくともコイル状の導電体薄板１０を一体成形する際に、各層間の絶縁を確保するため導電体薄板１０の片面、又は両面に絶縁スペーサ５１を備えている。絶縁スペーサ５１は、例えば、セラミックスなどの無機物や樹脂の粉末などを吹き付けて形成される。このような絶縁スペーサ５１によってコイル状の導電体薄板１０の層間絶縁が確保されていれば、層間に一体成形樹脂が入り込むので、最終的にコイル１の完全な絶縁が実現できる。
【００１８】
上述のコイル１は、導電体薄板１０により形成したコイルを絶縁性樹脂により一体成形するので、絶縁層部分の占める割合を最小限に止めてコイル導体の占積率を向上して漏れインダクタンスを減少できると共に、積層した導電体薄板１０間に充填された樹脂により積層導電体薄板間の空間をなくして導電体薄板の振動によるうなり音を抑制できる。また、コイル１がボビン３をも構成するので、部品点数を減らすことができる。また、一体成形により巻き緩みを防止した状態でコイル形状が固定されるので、従来、電力変換トランスにおいて用いられていた絶縁テープなどの部品を減らすことができる。また、このコイル１は、ボビン３と固定一体化されているので、作り置きや取扱が容易である。これらにより、上述のコイル１，２（従ってコイルブロック）を形成して備えた電力変換トランスは、電力変換効率に優れ、製造コストを低減したものとなる。
【００１９】
（第２の実施形態）
図５は本発明の第２の実施形態に係る電力変換トランスＴＦを示し、図６（ａ）（ｂ）は第１のコイル１を示し、図７（ａ）（ｂ）は第２のコイル２を示し、図８はコイルブロックを示す。この実施形態の電力変換トランスＴＦは、第１の実施形態のものとは、コイルブロックの構造が異なっており、その他の点は同様であるので、コイルブロックのみについて説明する。
【００２０】
第１のコイル１は、第１の実施形態におけるコイル１と同様に導電体薄板１０をコイル状とすると共に、絶縁性樹脂に埋め込んでボビン３を形成するように一体成形される。このコイル１は、同時に形成されるボビン３が一方の鍔部３２のみを備えるように形成されている。つまり、ボビン３の外周面は、巻芯３１と同型部分と、鍔部３２と同型部分の２段階に変化した形状になっている。
【００２１】
この実施形態における第２のコイル２は、図７（ａ）（ｂ）に示すように、コイル素線２ａをコイル状に巻回した後、樹脂に埋め込まれて一体成形されて円筒形状のブロックとされている。そして、コイル２は、図８に示すように、コイル１の鍔部３２のない端部側から巻芯３１に外挿するようにして互いに同心に嵌合し、コイル１と共にコイルブロックを構成する。
【００２２】
このようなコイルブロックによれば、導電体薄板１０を用いたコイル１に対して電磁結合するコイル２が、コイル１とは独立に固定一体化されているので、両コイル１，２の製造工程を分離でき、電力変換トランスＴＦの製造組立作業が単純化される。また、樹脂成形品の内外寸法が同じで巻線仕様が異なる複数種類のコイルを準備すると、これらのコイルの組合せにより電力変換トランスＴＦの多様な品種製造に容易に対応できる。また、径寸法の異なる複数のコイル１又はコイル２を形成することにより、これらのコイルを同心に嵌合して組み合わせる際に、径の異なる２つのコイルの間に他のコイルを挿通させて、サンドイッチ構造のコイルを備えた電力変換トランスも容易に実現できる。
【００２３】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、第２の実施形態において、コイル１によるボビン形状として、鍔部３２のないストレートの円柱状とすることもできる。また、コイル１とコイル２の同心嵌合関係として、何れを内側に内挿（又は外挿）するようにしてもよい。また、導電体薄板１０を用いた上述のコイル１は、電力変換トランスＴＦに限らずに、フィルタ用リアクトルやチョークコイル等として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力変換トランスの斜視図。
【図２】同上電力変換トランスにおける第１のコイルを導電体薄板を巻回した状態で示す斜視図。
【図３】（ａ）は同上電力変換トランスにおける第１及び第２のコイルの（ｂ）におけるＡ−Ａ部分断面図、（ｂ）は同コイルの軸を含む断面図。
【図４】（ａ）は同上電力変換トランスにおける第１のコイルを巻回しする前の導電体薄板と絶縁シートの平面図、（ｂ）は（ａ）における絶縁シートに替えてスペーサ材を用いる場合の平面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る電力変換トランスの斜視図。
【図６】（ａ）は同上電力変換トランスにおける第１のコイルの（ｂ）におけるＢ矢視正面図、（ｂ）は同コイルの軸を含む断面図。
【図７】（ａ）は同上電力変換トランスにおける第２のコイルの（ｂ）におけるＣ矢視正面図、（ｂ）は同コイルの軸を含む断面図。
【図８】図６（ａ）（ｂ）及び図７（ａ）（ｂ）に示した第１及び第２のコイルを互いに同心に嵌合した状態の軸を含む断面図。
【図９】従来及び本発明の電力変換トランスが適用されるインバータ装置の概略回路構成図。
【図１０】（ａ）は従来の電力変換トランスの分解斜視図、（ｂ）は導電体薄板を用いた従来のコイルの問題点を示す断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１    第１のコイル
２    第２のコイル
３    ボビン
４    コア
１０    導電体薄板
２ａ    コイル素線
ＴＦ    電力変換トランス
【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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【図１０】
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