(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向断面が日字形に形成されたコアと、前記コアの中央柱部に巻装された一次コイルおよび二次コイルと、前記一次コイルを前記コアおよび前記二次コイルから電気絶縁するインシュレータとを備える成形コイルを用いる車両用降圧トランスにおいて、
一対の前記二次コイルは、前記一次コイルの軸方向両側に個別に配置されて単相全波整流装置に半波ごとに給電し、
前記インシュレータは、
前記中央柱部に嵌着される内筒部と、前記内筒部から径方向に延在して前記一次コイルの一端面を前記一対の二次コイルの一方から離間する第一の鍔板部とを有するとともに、前記内筒部は前記一対の二次コイルの一方を前記中央柱部から離間する第一インシュレータと、
前記内筒部に嵌着されて前記内筒部とともに前記一次コイルの内周面を前記中央柱部から離間する外筒部と、前記外筒部から径方向に延在して前記一次コイルの他端面を前記一対の二次コイルの他方から離間する第二の鍔板部とを有するとともに、前記内筒部及び外筒部のどちらかは前記一対の二次コイルの他方を前記中央柱部から離間する第二インシュレータと、
を有することを特徴とする成形コイルを用いる車両用降圧トランス。
【請求項２】
請求項１記載の成形コイルを用いる車両用降圧トランスにおいて、
前記一次コイルの内周端と前記中央柱部の間の内側隙間は、前記コアの側柱部と前記一次コイルの外周端との間の外側隙間よりも小さく設定されていることを特徴とする成形コイルを用いる車両用降圧トランス。
【請求項３】
請求項１記載の成形コイルを用いる車両用降圧トランスにおいて、
前記内筒部又は外筒部は、前記二次コイルの内周面を前記中央柱部から離間することを特徴とする成形コイルを用いる車両用降圧トランス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形コイルを用いる車両用降圧トランスに関し、詳しくは二電源電圧方式の車両用電源系に用いるＤＣ−ＤＣコンバータ用降圧トランスに関する。
【０００２】
【従来の技術および  発明が解決しようとする課題】
ハイブリッド車を含む電気自動車では走行用モータへは高圧の主バッテリから給電し、種々の補機へは低圧の補機バッテリから給電する二電源方式が種々の点で有益である。また、通常の内燃機関車においても種々の要因により高圧の主バッテリ及び低圧負荷給電用の補機バッテリの両方を搭載する二バッテリ電源系を搭載する機運が生じている。この二電源電圧方式の車両用電源系では、補機バッテリを小容量とし、主バッテリから降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置を通じて補機バッテリに送電するのが種々の点で合理的な選択である。
【０００３】
この降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、入力直流電圧から単相交流電圧を形成するインバータ回路、この単相交流電圧の変圧を行う降圧トランス、この降圧トランスの出力電圧を整流する整流部、整流された電圧を平滑する平滑回路から通常、構成されるが、平滑回路の負担を軽減するために降圧トランスの二次コイルを中間端子付きとして整流部を単相全波整流方式で構成するのが通常である。以下、この降圧トランスを単相全波整流装置用降圧トランスともいう。この単相全波整流装置用降圧トランスは、同一方向に巻装されて直列接続された一対の二次コイルをもち、整流回路は一対の整流素子で構成され、一対の二次コイルの互いに接続されてなる中点は接地されるか又は平滑回路への出力端子とされる。
【０００４】
単相全波整流装置用降圧トランスのコイルには、平板導体線をその主面と平行な面方向に螺旋状またはリング状に曲成してなる成形コイルを用いるのが、製造工程の簡素化と電気抵抗の低減の点で好適である。
【０００５】
トランスのコイルを電気絶縁するためにコイル絶縁部材が用いられる。コイル絶縁部材は、コイルの各ターンを他ターンから絶縁するターン間絶縁、一次コイルと二次コイルとを絶縁するコイル間絶縁、コイルとコアとを絶縁する対コア絶縁を行う。ターン間絶縁およびコイル間絶縁を線間絶縁とも言う。
【０００６】
上記コイル電気絶縁の手法としては、コイル表面に樹脂皮膜を被覆する方法、コイル全体に絶縁テープを巻き付ける方法、コイル全体をワインディングボビン形状のインシュレータ（以下、単にインシュレータ又はボビン状インシュレータともいう）ともいう）を介してコアに装着する方法、コイル全体を樹脂モールドする方法などが広く用いられている。比較的小容量のトランスでは、ワインディングボビン（巻き取りボビン、単にボビンともいう）に巻装したコイルをコアに装着する方法が多用されており、この場合、ボビンはコイル巻き取り作業のための部材としての機能の他に上記コイル絶縁部材としての機能を兼ねている。
【０００７】
樹脂皮膜は厚くするとコイル曲成時にクラックが生じたりするので薄くして主として線間絶縁に用いられ、絶縁テープおよびボビン状インシュレータは曲成済みのコイルに巻着又は装着されるので対コア絶縁機能を奏し、樹脂モールド法は線間絶縁機能と対コア絶縁機能の両方を奏する。
【０００８】
車両用トランスでは、通電中にコイルやコアに生じる電磁振動の他に、走行車両から伝わる車両振動がコイルを付勢してコイルがコア表面に衝接して樹脂皮膜が損傷するのを防ぐ必要があり、対コア絶縁機能を確保することが必須である。コイルへの絶縁テープの巻装工程は自動化が難しく、かつ、絶縁テープ同士を接着するための接着剤は耐熱性に乏しいので車両のエンジンルームなどの高温高振動環境での積極的な使用は好ましくない。曲成済みのコイルを樹脂モールドする方法は、製造工程および製造装置が複雑となってコストダウンが難しいうえ、モールド成形されて全体として高剛性となった樹脂モールドコイル全体に加熱冷却サイクルによる熱ストレスおよび各種振動が加わわってモールド樹脂にクラックが生じたり加水分解が生じたりすると、最短距離で沿面放電が生じる可能性があり、これを防止するために樹脂モールドコイルの表面近傍の樹脂厚さは十分に確保する必要があり、全体体格も大きくなる傾向にあった。
【０００９】
これらの点から、筒部および筒部両端から径方向へ延在する鍔板部をもつボビン状インシュレータを、コイルの内周面および両端面とコア表面との間に介在させることが経済性などの点で最も好適である。
【００１０】
しかし、空間占有率の向上が容易であり、電気抵抗が小さく、大電流を流すことができる上記成形コイルを従来のボビン状インシュレータに装着するには、このボビン状インシュレータに成形コイルを直接巻装せざるを得ず、不可能ではないものの作業性が悪化するうえ、どうしてもボビン状インシュレータのコイル収容空間において成形コイルとボビン状インシュレータの鍔板部との間に軸方向に大きな隙間が最終的に残ってしまい、コアの軸方向長さが長くなり、コイルがボビン状インシュレータに対して軸方向に振動する余地を残してしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、製造が簡単で信頼性に優れた成形コイルを用いる車両用降圧トランスを提供することを、その目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の成形コイルを用いる車両用降圧トランスは、軸方向断面が日字形に形成されたコアと、前記コアの中央柱部に巻装された一次コイルおよび二次コイルと、前記一次コイルを前記コアおよび前記二次コイルから電気絶縁するインシュレータとを備える成形コイルを用いる車両用降圧トランスにおいて、一対の前記二次コイルは、前記一次コイルの軸方向両側に個別に配置されて単相全波整流装置に半波ごとに給電し、前記インシュレータは、前記中央柱部に嵌着される内筒部と、前記内筒部から径方向に延在して前記一次コイルの一端面を前記一対の二次コイルの一方から離間する第一の鍔板部とを有するとともに、前記内筒部は前記一対の二次コイルの一方を前記中央柱部から離間する第一インシュレータと、前記内筒部に嵌着されて前記内筒部とともに前記一次コイルの内周面を前記中央柱部から離間する外筒部と、前記外筒部から径方向に延在して前記一次コイルの他端面を前記一対の二次コイルの他方から離間する第二の鍔板部とを有するとともに、前記内筒部及び外筒部のどちらかは前記一対の二次コイルの他方を前記中央柱部から離間する第二インシュレータとを有することを特徴としている。コイル導体断面は板状が好適であるがそれに限定されるものではない。
【００１３】
すなわち、本発明の成形コイルを用いる車両用降圧トランスは、高圧の一次コイルの電気絶縁確保のために、従来のボビン状インシュレータを分割して一対のフランジ状インシュレータとしているので、あらかじめ製作した成形コイルからなる一次コイルを第二インシュレータの外筒部に嵌着し、その後、第一インシュレータの内筒部をこの外筒部に嵌入することにより、ボビン状インシュレータ収容と同様の構造の一次コイルを作成することができる。このため、従来のボビン状インシュレータ収容コイルと同様に、簡素な製造工程かつ少ない絶縁材料使用量で一次コイルの良好な絶縁保護を実現することができる。
【００１４】
ただし、このようなボビン状インシュレータを筒部で分割して二個のフランジ状インシュレータとすると、筒部の分割端面において一次コイルとコアの中央柱部との間の沿面放電経路が生じてしまい、一次コイルからコアまでの沿面放電距離が従来のボビン状インシュレータに比較して大幅に減少してしまう。
【００１５】
そこで、本発明では、両フランジ状インシュレータの筒部の径を変更するとともに、両筒部の軸方向長さを増大することにより両筒部を互いに嵌合した構造を採用している。更に、この発明では、単相全波整流装置に半波ごとに給電する一対の二次コイルで一次コイルを軸方向に挟むように配置し、この一対の二次コイルの一方を内筒部で中央柱部から電気絶縁し、この一対の二次コイルの他方を外筒部で中央柱部から電気絶縁する構成も採用している。これにより、上記ボビン状インシュレータの分割により派生する沿面放電距離減少の不具合を解消することができ、製造容易で信頼性に優れた成形コイルを用いる車両用降圧トランスを実現することができる。
【００１６】
好適な態様に置いて、前記一次コイルの内周端と前記中央柱部の間の内側隙間は、前記コアの側柱部と前記一次コイルの外周端との間の外側隙間よりも小さく設定されている。
【００１７】
これにより、車両振動などにより一次コイルが径方向に振動又は付勢されても、一次コイルの外周端がコアの側柱部に衝接する前に、一次コイルの内周端がインシュレータの外筒部に衝接することになる。これにより、一次コイルの外周端がコアの側柱部に衝接するのを防止することができ、一次コイルの外周面の絶縁保護を省略することができる。また、第二インシュレータの外筒部はフランジ部に片持ちされるうえにコアの中央柱部との間に第一インシュレータの内筒部とともに二重に介在しているので、衝撃吸収性に優れている。
【００１８】
好適な態様において、前記内筒部又は外筒部は、前記二次コイルの内周面を前記中央柱部から離間している。すなわち、この態様によれば、内筒部又は外筒部はフランジ部よりも更に軸方向二次コイル側へ突出して、二次コイルの内周端とコアの中央柱部との間に介在しているので、二次コイルと中央柱部との衝接防止および二次コイルの内周面の絶縁保護を部材点数を増大することなく実現することができる。
【００１９】
【発明を実施するための態様】
本発明の成形コイルを用いる車両用降圧トランスを用いた二バッテリ搭載型車両用の車両用降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００２０】
【実施例１】
この実施例の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の回路構成を図１を参照して以下に説明する。
（回路構成）
１００は入力側の平滑コンデンサ、２００はインバータ、３００はトランス、４００は整流部をなす一対のダイオード、５００は平滑回路である。５０１は平滑回路のチョークコイル、５０２は平滑回路の平滑コンデンサである。トランス３００は、コア１、一次コイル２、二次コイル３、４を有している。二次コイル３、４の一端（共通接続端部）は接地され、両他端（独立端部）は一対のダイオード４００を通じてチョークコイル５０１に接続されている。なお、二次コイル３、４の一端（共通接続端部）を一対のダイオード４００を通じてチョークコイル５０１に接続し、両他端（独立端部）を接地してもよい。
【００２１】
インバータ２００から出力された高圧高周波電圧は、トランス３００で降圧される。両二次コイル３、４は異なる半波期間ごとに交互に半波整流電圧をダイオード４００、平滑回路５００を通じて低圧バッテリに出力する。この種のＤＣ−ＤＣコンバータは周知であるので、これ以上の説明は省略する。
（トランス構造）
次に、この実施例の要部であるトランス３００について、図２、図３を参照して詳細に説明する。図２はトランス３００のＡ−Ａ線矢視模式横断面図、図３はトランス３００のＢ−Ｂ線矢視模式縦断面図である。
【００２２】
トランス３００のコア１は、それぞれ焼結フェライトにより形成されたＥ字形の下コア１１と上コア１２とを組み合わせてなり、それぞれ直方体形状の基台部１３、中央柱部１４、一対の側柱部１５を有している。
【００２３】
一次コイル２、二次コイル３、４は、それぞれ平板導体線をその主面と平行な面方向に螺旋状またはリング状に曲成してなる平板コイルであって、二次コイル３、４は図２に示すように１ターンのコイルからなり、二次コイル３、一次コイル２、二次コイル４の順に円柱状の中央柱部１４に嵌着されている。
【００２４】
一次コイル２、二次コイル３、４は、略フランジ状に形成された一対のフランジ状インシュレータ５、６と、一対の輪板状の輪板インシュレータ７、８とにより、コイル間絶縁および対コア絶縁をなされている。
【００２５】
フランジ状インシュレータ５は、内筒部５１、鍔板部５２を有し、内筒部５１は中央柱部１４に嵌着されている。鍔板部５２は、内筒部５１から径外方向に延在して一次コイル２と二次コイル３との間に介設されている。フランジ状インシュレータ６は、外筒部６１、鍔板部６２を有し、外筒部６１は内筒部５１に嵌着されている。鍔板部６２は、外筒部６１から径外方向に延在して一次コイル２と二次コイル４との間に介設されている。輪板状に形成された輪板インシュレータ７は、鍔板部５２の内周端から上方に突出した内筒部５１の上端部に嵌着されて、上コア１２の基台部１３と二次コイル３との間に介設されている。輪板状に形成された輪板インシュレータ８は、鍔板部６２の内周端から下方に突出した外筒部６１の下端部に嵌着されて、下コア１１の基台部１３と二次コイル４との間に介設されている。このトランス３００の組み立ては説明するまでもなく、各コイル、インシュレータをコア１に順番に組み付けていけばよい。
【００２６】
これにより、一次コイル２の内周面と両端面はこれらインシュレータにより良好に絶縁保護され、二次コイル３、４も同様にこれらインシュレータにより良好に絶縁保護される。この一次コイル２の絶縁保護は、簡素な工程で実現でき、少ない絶縁材料使用量も少なくてすむ。この実施例では更に、内筒部５１と外筒部６１とを大幅に重なるようにしているので、一次コイル２の内周面から両フランジ状インシュレータ５、６の間の隙間を通じて中央柱部１４に達する沿面放電経路の全長を大幅に増加することができ、沿面放電を良好に防止することができる。
【００２７】
また、この実施例では、一次コイル２の内周端と中央柱部１４の間の内側隙間を、側柱部１５と一次コイル２の外周端との間の外側隙間よりも小さく設定されている。これにより、車両振動などにより一次コイル２が径方向に振動又は付勢されても、一次コイル２の外周端がコア１の側柱部１５に衝接することがなく、一次コイル２の外周面をインシュレータにより絶縁保護（機械的保護を含む）する必要がない。
【００２８】
また、この実施例では、内筒部５１の上端部が二次コイル３の内周面を中央柱部１４から絶縁保護し、外筒部６１の下端部が二次コイル４の内周面を中央柱部１４から絶縁保護するので、二次コイル３、４を一次コイル２と同様に良好に保護することができる。
【００２９】
（変形態様１）
他の実施例を図４を参照して以下に説明する。
【００３０】
この実施例は、図１に示す実施例１において、内筒部５１の下端部を更に延長することにより、二次コイル４の内周面を内筒部５１の下端部で中央柱部１４から離間した点が異なっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１の車両用降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ装置を示す回路図である。
【図２】  実施例１のトランスを示す模式縦断面図である。
【図３】  図２のB-B線矢視断面図である。
【図４】  変形態様１のトランスを示す模式縦断面図である。
【符号の説明】
３００  トランス
１  コア
２  一次コイル
３  二次コイル
４  二次コイル
５  フランジ状インシュレータ
６  フランジ状インシュレータ
７  輪板インシュレータ
８  輪板インシュレータ
５１  内筒部
５２  鍔板部
６１  外筒部
６２  鍔板部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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