(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線と二次巻線とをトロイダル状の第１の鉄芯に同芯に捲装した電源トランスにおいて、前記一次巻線あるいは前記二次巻線のうち何れか一方を下層巻線とし、該下層巻線の内側面に空隙を有する略円筒状の第２の鉄芯を配置し、前記一次巻線と前記二次巻線のうちの他方の巻線は、前記下層巻線と第２の前記鉄芯を包含するように捲装する上層巻線として形成されることを特徴とする電源トランス。
【請求項２】
略円筒状の第２の前記鉄芯には空隙を複数個設けたことを特徴とする請求項１に記載の電源トランス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源トランスに関し、特にオーディオ機器等に用いられ入力電流の高調波成分の低減をはかろうとする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電源トランスとして、トロイダル（toroidal) 状の鉄芯に一次巻線および二次巻線を捲装したものが知られている。
図６は上記従来の電源トランスをオーディオ機器の電源回路に用いる場合の回路例を示したものである。
このオーディオ機器の電源回路５０は、大別すると、電源トランス５１と、コンデンサ入力型の整流回路５２とを備えて構成される。
【０００３】
電源トランス５１は、商用交流電源５３に接続された一次巻線５４と、整流回路５２に接続された二次巻線５５と、電源トランス５１の磁路を構成する鉄芯５６ととを備えて構成される。
前記整流回路５２は、二次捲線５５が入力端子に接続され、交流電流の全波整流を行うダイオードブリッジ回路５７の出力端子に出力電圧を平滑にするためのコンデンサ５９を接続したいわゆるコンデンサ入力型の整流回路として構成され、同出力端子には負荷５８が接続される。
【０００４】
上記電源回路５０において、負荷５８に負荷電流を流す際には、ダイオードブリッジ回路５７を介してコンデンサ５９が充電される。
そして、コンデンサ５９の充電電流と同一の二次側電流が二次巻線５５を流れ、さらに鉄芯５６により構成された磁路を介して二次側電流と相似形の一次側電流が流れることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記電源回路５０においては、一次巻線５４と二次巻線５５の電磁的結合がよいため、ダイオードブリッジ回路５７を介してコンデンサ５９に流入する充電電流を制御するインピーダンス（インダクタンスを含む）が小さいため、ピーク値が高い電流が流れることになる。
【０００６】
このため、一次側電流としてもピーク値の高い高調波成分の多い電流が流れることになっていた。
より具体的には、図７において電源トランス５１の一次巻線５４に印加される電圧Ｖ1 ′と一次巻線を流れる一次側電流Ｉ1 ′の関係に示すように、一次巻線５４を流れる一次側電流Ｉ1 ′はピーク値の高い高調波成分の多い電流であり、電源電圧波形を歪ませたり、送電線の損失を増大する等の問題点が生ずることになっていた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、二次側にコンデンサ入力型の整流回路を接続する場合、コンデンサの充電電流を抑制し、一次巻線を流れる一次側電流および二次巻線を流れる二次側電流のピーク値を抑制して高調波成分の少ない電流として、電源電圧波形の歪みや送電線の損失を低減できる電源トランスを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１は、一次巻線と二次巻線とをトロイダル状の第１の鉄芯に同芯に捲装した電源トランスにおいて、前記一次巻線あるいは前記二次巻線のうち何れか一方を下層巻線とし、該下層巻線の内側面に空隙を有する略円筒状の第２の鉄芯を配置し、前記一次巻線と前記二次巻線のうちの他方の巻線は、前記下層巻線と第２の前記鉄芯を包含するように捲装する上層捲線として形成されるという手段を採用した。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、空隙を有する略円筒状の鉄芯は、磁路を形成し、この磁路には上層巻線が捲装されているために、上層巻線に電流が流れることによって磁化力が生じ磁束が発生し、負荷に直列に挿入するインダクタンスが付与される。
このように負荷に直列に挿入するインダクタンスは、負荷電流に高調波成分が含まれる場合に、電流の基本成分に比し高調波成分を強く抑制するので、高調波成分によって成形されるピーク値の高い電流波形は抑制された波形になる。
【００１０】
また本発明の請求項２は請求項１において、略円筒状の第２の前記鉄芯には空隙を複数個設けるという手段を採用した。
請求項２に記載の発明によれば、インダクタンスを付与する円筒状の鉄芯に複数の空隙を設け、この空隙の個数を変化することによって磁路の実効導磁率を大幅に変化することが可能でありインダクタンスも大幅に変化し、容易に負荷電流に適合するインダクタンスの値にすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の具体例を図面を参照して説明する。
図１は実施形態の電源トランスの斜視図、図２は同じく電源トランスの水平断面図、図３は同じく垂直断面図を示す。
【００１２】
電源トランス１００は、トロイダル（toroidal) 状の第１の鉄芯１と、該鉄芯１に同芯状に捲装された下層巻線２と、該下層巻線２の内周側に空隙５を有する略円筒状の第２の鉄芯４を配置し、下層巻線２および第２の鉄芯４を包含して捲装する上層巻線３から形成される。
図示の実施形態は代表的に前記下層巻線２は一次巻線Ｃ1 として使用され、また上層巻線３は二次巻線Ｃ2 として使用される場合を示しているが、以下の説明はこの構成に従い説明する。
【００１３】
前記トロイダル状の鉄芯１は、方向性ケイ素鋼板により形成される。また前記鉄芯４は、方向性ケイ素鋼板や無方向性のケイ素鋼板、そのほかの電磁材料により形成される。
【００１４】
図４に実施形態の電源トランスの等価回路と、当該電源トランスをオーディオ機器の電源回路に用いる場合の回路を示す。
【００１５】
オーディオ機器の電源回路２００は、大別すると、電源トランス１００の等価回路５と、コンデンサ入力型の整流回路６とを備えて構成される。
電源トランス１００の前記等価回路Ｔは、商用交流電源７に接続された一次巻線Ｃ1 と、整流回路６に接続された二次巻線Ｃ2 と、電源トランス１００の磁路を構成するトロイダル状の鉄芯１と、二次巻線Ｃ2 に直列に接続された等価的なリアクトル８とにより形成される。
【００１６】
この際、リアクトル８は、空隙５を有する鉄芯４が二次巻線Ｃ2 を貫通するために二次巻線Ｃ2 に付与されたインダクタンスになる。また、この二次巻線Ｃ2 に付与されるインダクタンスの大きさは、鉄芯４の空隙５の個数または空隙５の大きさを変更することによって大きく変化させることが可能であり、電源トランス１００に接続される負荷の変化に容易に対応させることができるという利点を有する。
【００１７】
前記整流回路６は、二次巻線Ｃ2 が入力端子に接続され、交流電流の全波整流を行うダイオードブリッジ回路９と、ダイオードブリッジ回路９の出力端子に出力電圧の平滑を行うためのコンデンサ１１を接続して形成される。
【００１８】
前記電源回路２００において、負荷１０に負荷電流を流す際には、ダイオードブリッジ回路９を介してコンデンサ１１が充電される。
この時のコンデンサ１１の充電電流は、リアクトル８のインダクタンスによって抑制されることになる。従って、二次側電流Ｉ2 もコンデンサ１１の充電電流と同一の電流になるため、二次巻線Ｃ2 を流れる二次側電流Ｉ2 も抑制されることになる。
【００１９】
さらに、トロイダル状の前記鉄芯１により形成された磁路を介して二次側電流Ｉ2 と相似形の一次側電流が流れるので、一次側電流も抑制されることになる。
【００２０】
このため、一次側電流としてもピーク電流値の低い高調波成分の少ない電流が流れることとなる。
より具体的には、図５に示すように電源トランス１００の等価回路Ｔの一次巻線Ｃ1 を流れる一次側電流Ｉ1 は、図７の一次電流Ｉ1 ′と比較してピーク値の低い高調波成分の少ない電流となる。
【００２１】
従って、二次側にコンデンサ入力型の整流回路６を接続する場合、コンデンサ１１の充電電流Ｉ2 を抑制し、二次巻線Ｃ2 を流れる二次側電流Ｉ2 および一次巻線Ｃ1 を流れる一次電流Ｉ1 のピーク電流を制御することにより高調波成分の少ない電流とし、電源電圧波形を歪ませたり、送電線の損失を増大させることが低減できる。
【００２２】
以上の説明においては、一次巻線Ｃ1 をトロイダル状の鉄芯１の下層側に捲回し、二次捲線Ｃ2 を一次巻線Ｃ1 の上層側に捲回していたが、二次巻線Ｃ2 をトロイダル状の鉄芯１の下層側に捲回し、一次巻線Ｃ1 を二次巻線Ｃ2 の上層側に捲回するように形成することも可能である。
【００２３】
この場合には、一次捲線Ｃ1 にインダクタンスが付与されることになり、一次巻線Ｃ1 にリアクトル８が接続された場合と等価になるが、ほかの動作については前記説明と同様である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、空隙を有する略円筒状の鉄芯は磁路を形成し、形成された磁路は外層側に配置した一方の巻線を貫通して当該一方の巻線にインダクタンスを付与するので、当該一方の巻線に直列にリアクトルを接続する場合と等価になり、出力側にコンデンサ入力型の整流回路を接続した場合でも、コンデンサの充電電流を抑制し、一次巻線あるいは二次巻線を流れる電流のピーク電流値を抑制して高調波成分の少ない電流とすることができる。
【００２５】
また本発明の請求項２によれば、インダクタンスを付与する略円筒状の鉄芯に空隙を設け、この空隙の個数を変化することによって磁路の実効導磁率を大幅に変化することが可能であるので、インダクタンスを大幅に変化し、容易に負荷電流に適合するインダクタンスの値にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電源トランスを示す斜視図である。
【図２】同じく電源トランスの水平断面図である。
【図３】同じく電源トランスの垂直断面図である。
【図４】実施形態の電源回路の等価回路図である。
【図５】実施形態の動作説明図である。
【図６】従来の電源回路を示す等価回路図である。
【図７】同じく動作説明図である。
【符号の説明】
１        トロイダル状の第１の鉄芯
２        下層巻線
３        上層巻線
４        第２の鉄芯
５        空隙
６        整流回路
７        商用交流電源
８        リアクトル
９        ダイオードブリッジ回路
１０      負荷
１１      コンデンサ
Ｃ1       一次巻線
Ｃ2       二次巻線
Ｔ        電源トランスの等価回路
２００    電源回路
【図１】
0004241976.tif 000002
【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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