JP2001237128A - 外鉄型パワートランスおよびこれを用いた電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実用上障害となるレベルの偏磁の発生を防止
し得るとともに低磁心損失で小型なノーカットの薄帯巻
磁心を用いた外鉄型パワートランスおよびこれを用いた
高効率で信頼性の高い電力変換装置を提供すること。 【解決手段】 磁化力の波高値を８００Ａ／ｍとして測
定した直流磁気特性における残量磁束密度Ｂｒと飽和磁
束密度Ｂｓの比である角形比Ｂｒ／Ｂｓが０．７以下
で、かつ磁化力の波高値０.０５Ａ／ｍ、周波数２０ｋ
Ｈｚにおける交流比初透磁率μｒｉが１０,０００以上
９０,０００以下の巻磁心を少なくとも２ヶ以上用いて
外鉄型磁心を構成し、当該外鉄型磁心の中脚にセンター
タップを持たない１次巻線、または、バイファイラで巻
かれた少なくとも１組以上のセンタータップを有する１
次巻線と、バイファイラで巻かれた少なくとも１組以上
のセンタータップを有する全波整流用２次巻線を施し、
前記１次巻線とその主たる出力である全波整流用の各２
次巻線の２０ｋＨｚにおける２つの結合係数がいずれも
０.９９９７以上である外鉄型パワートランス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的高い比初透磁率
を有する軟磁性合金薄帯巻磁心を用いた偏磁のない小型
で高効率のパワートランス、及び同パワートランスを用
いた電力変換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】パワートランスを用いた絶縁型の電力変
換装置の１つとして、図７に示すフルブリッジ型ＤＣ−
ＤＣコンバータが用いられている。図７において、１は
入力直流電源、２、３、４および５は主スイッチ、６、
７、８および９は帰還ダイオード、１０は直流電流を阻
止するためのコンデンサ、２０はセンタータップを持た
ない１次巻線と全波整流出力用の２次巻線を設けたパワ
ートランス、２１は前記パワートランス２０の１次巻
線、２２および２３は前記パワートランス２０の全波整
流出力用の２次巻線、３１および３２は出力整流ダイオ
ード、３３は出力平滑チョークコイル、３４は出力平滑
コンデンサ、３５および３６は出力端子、３７は負荷で
ある。

【０００３】図７のフルブリッジ型ＤＣ−ＤＣコンバー
タでは、主スイッチ２と３、および４と５がそれぞれ１
組のスイッチになって、これら２組のスイッチが交互に
スイッチングすることにより、パワートランス２０の１
次巻線２１にはコンデンサ１０を介して図８のｖ21のよ
うな電圧が印加され、同パワートランス２０の全波整流
出力用の２次巻線２２および２３から、出力整流ダイオ
ード３１および３２、平滑チョークコイル３３、平滑コ
ンデンサ３４を介し、負荷３７に電力が供給される。図
８において、主スイッチ２と３がオンの期間がＴon23、
主スイッチ４と５がオンの期間がＴon45であり、Ｔpが
周期である。（Ｔon23＋Ｔon45）／Ｔpがオンデューテ
ィ比Ｄonであり、入力直流電源１の電圧Ｅの変動や負荷
３７の変動に対し、出力電圧Ｖoを一定に保つため、Ｔp
を一定としＤonを変化させ制御するＰＷＭ制御（パルス
幅変調制御）が一般に用いられている。なお、パワート
ランス２０の駆動周波数ｆは１／Ｔpで与えられる。

【０００４】本コンバータにおけるパワートランス２０
の動作Ｂ−Ｈループ概念図を図９に示す。図７に示すパ
ワートランス２０の１次巻線２１の黒丸側から電流が流
入したときにパワートランス２０に生じる磁界の向きを
図９のＨ軸の正極側にとることにする。したがって、主
スイッチ２と３がオンの期間Ｔon23には、同パワートラ
ンス２０の磁束密度は図９のａ点からｂ点まで２Ｂmだ
け変化し、主スイッチ４と５がオンの期間Ｔon45には、
パワートランス２０の磁束密度は図９のｂ点からａ点ま
で−２Ｂmだけ変化する。すなわち、本コンバータにお
けるパワートランス２０は、Ｂ−Ｈループの原点に対し
対称のマイナーループを描く動作をする。

【０００５】本コンバータにおけるパワートランス２０
では、小型化と低損失化が重要な課題である。パワート
ランス２０の小型化の一般的な手法として、駆動周波数
を高めることが行われている。しかし、パワートランス
２０に用いる磁心や主スイッチ２、３、４および５、帰
還ダイオード６、７、８、および９、あるいは出力整流
ダイオード３１および３２などの素子の高周波特性を考
慮しない極端な高周波化は、これらの素子の損失を増加
させるばかりでなく、パワートランス２０の損失増加も
招き、コンバータの効率低下や過大な温度上昇による信
頼性低下を引き起こす。

【０００６】本コンバータにおけるパワートランス２０
には、一般に、主スイッチ２、３、４および５の高周波
特性を考慮して選定される駆動周波数において、最も小
型化可能で低損失の磁心を選定する必要がある。

【０００７】例えば、出力電力が数ｋＷ程度までの比較
的小さい場合には、通常、主スイッチ４および５にパワ
ーＭＯＳ−ＦＥＴが選択され、駆動周波数は５０ｋＨｚ
程度以上に選定される。この場合、パワートランス２０
の磁心には、従来、主に、室温の飽和磁束密度Ｂｓが
０.５Ｔ程度と小さいが、数百ｋＨｚ以上での磁心損失
の小さなＭｎ−Ｚｎフェライト磁心が用いられていた。

【０００８】一方、出力電力が数ｋＷを超える領域で
は、一般に、主スイッチ２、３、４および５にＩＧＢＴ
が選択され、駆動周波数は数ｋＨｚから２０ｋＨｚ程度
に選定される。この場合、萩原、斎藤、加茂、豊田、山
内、吉沢：「超微結晶合金を鉄心に用いたインバータ用
変圧器」、電気学会研究会資料、ＭＡＧ−９０−１９
４、１９９０年１２月６日（以下、文献１と呼ぶ）に記
載されているように、パワートランス２０の磁心には、
室温での飽和磁束密度がＭｎ−Ｚｎフェライト磁心の２
倍を超える１Ｔ以上で、２０ｋＨｚでの磁心損失も小さ
な、特開昭６３−３０２５０４号に記載されるようなＦ
ｅを主成分とし、結晶粒径５０ｎｍ以下の微細な結晶粒
がその組織の体積全体の５０％以上を占めるＦｅ基ナノ
結晶軟磁性合金薄帯巻磁心が優れることが知られてい
る。

【０００９】前記Ｆｅ基ナノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心
においては、前記文献１、あるいは福永、古賀、江口、
太田、掛橋：「鉄系磁性薄帯を用いたギャップ付カット
コアの磁気特性、電気学会研究会資料、ＭＡＧ−８９−
２０３、１９８９年１２月１日（以下、文献２と呼ぶ）
に記載されているように、同巻磁心を樹脂含浸処理や表
面固着処理することによって同巻磁心を構成するナノ結
晶軟磁性合金薄帯の層間に樹脂あるいはワニスなどが浸
透し、同ナノ結晶軟磁性合金薄帯に応力が加わることに
よって、その磁心損失が著しく増加することが知られて
いる。

【００１０】ところで、パワートランス２０用の磁心で
は、巻線作業を容易にするためカットした磁心が広く用
いられている。ナノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心をカット
するためには、同巻磁心をエポキシ系接着剤などの含浸
材で含浸処理し、同巻磁心を構成するナノ結晶軟磁性合
金薄帯の各層間を前記含浸材で固着させた後、回転砥石
などによりカットする必要がある。また、磁心損失を小
さくする観点から、カット後、端面を鏡面研磨すること
も行われている。しかし、このような手法を用いたナノ
結晶軟磁性合金薄帯巻磁心をカットした磁心は、上記の
ように製造工程が複雑となるほか、前記文献１および文
献２に記載されているように、その磁心損失が著しく増
加してしまう問題もある。

【００１１】このためナノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心を
用いカットした磁心の磁心損失を低減するため、吉沢、
森、荒川、山内：「Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｂ−Ｓｉ−Ｂ系ナノ
結晶合金の高周波磁気特性」、電気学会研究会資料、Ｍ
ＡＧ−９４−２０２、１９９４年１１月２２日（以下、
文献３と呼ぶ）に記載されるように、その飽和磁歪定数
λsが１０^−６以下と小さなナノ結晶軟磁性合金薄帯を
使用し、同薄帯表面をセラミックスで被覆した層間絶縁
処理を行うことが有効である。しかし、前記セラミック
で被覆した層間絶縁処理をした磁心の場合、このセラミ
ックの絶縁層の硬度が高いため、カットの工数が著しく
増加する問題がある上、含浸やカットをしない通常のナ
ノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心の磁心損失の約１.４倍に
も達してしまう。

【００１２】このため、ナノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心
の特徴である低磁心損失を有効に活用するためには、同
巻磁心を構成するナノ結晶軟磁性合金薄帯に極力応力を
加えないように構成する必要がある。そのような構成の
ナノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心としては、ノーカットの
同巻磁心をシリコングリスやゲル状のシリコンゴムなど
を緩衝材としてプラスチックやセラミック等の絶縁ケー
ス中に収納し、外部からの応力が直接巻磁心に加わり難
いようにしたものが広く用いられている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】図７のフルブリッジ型
ＤＣ−ＤＣコンバータのように、パワートランス２０の
磁束密度が図９に示すようにＢ−Ｈループの原点に対し
対称なＢ−Ｈマイナーループを描く動作をする電力変換
装置のパワートランス２０において、その動作時のＢ−
Ｈマイナーループが図１０のようにＢ−Ｈループの原点
に対し非対称な動作をする偏磁により、前記パワートラ
ンス２０が磁気飽和し励磁電流が著しく増加するのを抑
制し、主スイッチ２、３、４および５の安全動作を確保
することが極めて重要である。

【００１４】パワートランス２０の偏磁は、よく知られ
ているように、主に、主スイッチ２、３、４および５の
電気的な特性のバラツキに起因するものであり、励磁電
流は回路インピーダンスによってある値で平衡する。し
かし、パワートランス２０の偏磁が大きい場合、動作時
のＢ−Ｈマイナーループは図１０に示すように一方の飽
和領域に達し、励磁電流は著しく増加するため、主スイ
ッチ２、３、４および５の主電極間に過大な電流が流
れ、同主スイッチ２、３、４および５は破壊に至る場合
があった。特に、入力直流電源１の電圧の急変や負荷２
７の急変時には、過渡的にパワートランス２０の動作時
の磁束密度の変化量ΔＢが大きくなるため、偏磁による
励磁電流の増加量も大きくなり、主スイッチ２、３、４
および５が破壊に至る危険性が高かった。

【００１５】なお、主スイッチ２、３、４および５の主
電極間に流れる過電流を抑制する応答速度の速い過電流
保護回路が設けられている場合には、著しい偏磁により
前記主スイッチ２、３、４および５に過大な電流が流れ
るのを抑制でき、これらの主スイッチが破壊するのを防
止できる。しかし、同過電流保護回路が動作したときに
は、出力側に十分な電力を供給できなくなるため出力電
圧の定電圧精度が確保できなくなるなどの問題があっ
た。

【００１６】上記パワートランス２０の偏磁を防止する
ための最も一般的な手法として、同パワートランス２０
に、透磁率の小さな磁心を採用するとともに、同磁心の
動作磁束密度波高値Ｂｍを同磁心の飽和磁束密度Ｂｓに
対して十分小さな値となるように選定することが行われ
ている。上記、透磁率の小さな磁心を得る手法として
は、カット磁心にギャップを設けて、その実効的な比透
磁率を下げるのが最も簡便な方法である。この手法によ
れば、ギャップ幅を調整することにより、磁心の実効的
な比透磁率を任意に選定できると言う利点もあった。

【００１７】しかし、ナノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心の
場合に上記のようにギャップを設けることによって実効
的な比透磁率を低下させる手法は、前記文献１から文献
３にも記載されているように、カット磁心にすることと
ギャップを設けることによって、磁心損失が大幅に増加
するため、前記パワートランス２０に用いるときの最大
の利点である低磁心損失という特徴が損なわれる上、ギ
ャップ部で生じる漏れ磁束の影響により銅損が増加する
問題があった。

【００１８】ナノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心において、
ギャップを設けることなしに比透磁率を低下させる手法
としては、同巻磁心の薄帯幅方向（巻磁心の高さ方向）
に磁界を加えながら熱処理する手法、および巻磁心を構
成するナノ結晶軟磁性合金薄帯に応力を加える手法があ
る。しかし、これらの手法により比透磁率と磁心損失に
代表される磁気特性のバラツキを押さえつつ効率よく磁
心を生産するには多くの問題があった。

【００１９】すなわち、前者の方法の場合、ナノ結晶軟
磁性合金薄帯を形成し得る非晶質軟磁性合金を用いて構
成した巻磁心から軟磁気特性に優れたナノ結晶軟磁性合
金薄帯巻磁心を得るのに必要な最適熱処理温度である５
百数十℃程度においてそのバラツキをプラスマイナス３
０度程度に押さえなくてはならないこと、同巻磁心の熱
処理時には酸化を避けるため窒素などの不活性なガス雰
囲気中で行わなくてはならないこと、さらに同巻磁心の
薄帯幅方向に１００ｋＡ／ｍ程度以上の磁化をを加えな
くてはならないなどの制約から熱処理装置の構成と工程
が複雑になる問題があった。

【００２０】一方、後者の応力を加える手法は、前記、
文献１および２に記載されるように、磁心損失の大幅な
上昇を招く問題があった。

【００２１】このため、図７のフルブリッジ型ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータのように、パワートランス２０の磁束密度
が図９に示すようなＢ−Ｈループの原点に対し対称なＢ
−Ｈマイナーループを描く動作をする電力変換装置のパ
ワートランス２０に、ナノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心を
使用し、低磁心損失という特徴を発揮させるためには、
極度な偏磁によりパワートランスが飽和し、主スイッチ
が破壊することのないように同パワートランス２０の偏
磁量を検出するとともに、これを矯正するために主スイ
ッチ２、３、４および５で形成される２組スイッチの各
々のオン期間を独立に制御することの可能な偏磁抑制回
路を追加するなどの対策を行う必要があった。

【００２２】なお、以上の説明ではフルブリッジ型ＤＣ
−ＤＣコンバータを例にナノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心
を用いたパワートランス２０、およびこれを用いた電力
変換装置の問題点について説明したが、ナノ結晶軟磁性
合金薄帯巻磁心にセンタータップを持たない１次巻線と
少なくとも1組以上の全波整流出力用の２次巻線を設け
た構成のハーフブリッジ型コンバータ、また少なくとも
１組以上のセンタータップを有する１次巻線と少なくと
も1組以上の全波整流出力用の２次巻線を設けた構成の
プッシュプル型コンバータなどの他の電力変換装置のパ
ワートランス２０、およびこれを用いた電力変換装置に
対しても、全く同様の問題があった。また磁心にＣｏ基
アモルファス薄帯を用いた場合にも同様の問題があっ
た。

【００２３】本発明の目的は、前記従来技術では、実現
困難であった、実用上障害となるレベルの偏磁の発生を
防止し得るとともに低磁心損失で小型なノーカットの薄
帯巻磁心を用いた外鉄型パワートランス２０、およびこ
れを用いた高効率で信頼性の高い電力変換装置を提供す
ることにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、磁化力の波高
値０.０５Ａ／ｍ、周波数２０ｋＨｚにおける交流比透
磁率μｒｉが１０,０００以上９０,０００以下の巻磁心
を少なくとも２ヶ以上用いて外鉄型磁心を構成し、当該
外鉄型磁心の中脚にセンタータップを持たない１次巻
線、または、バイファイラで巻かれた少なくとも１組以
上のセンタータップを有する１次巻線と、バイファイラ
で巻かれた少なくとも１組以上のセンタータップを有す
る全波整流用２次巻線を施し、前記１次巻線とその主た
る出力である全波整流用の各２次巻線の２０ｋＨｚにお
ける２つの結合係数がいずれも０.９９９７以上である
ことを特徴とする外鉄型パワートランスである。

【００２５】このような構成とすることによって、高透
磁率および低磁心損失のノーカットの薄帯巻磁心を用い
たパワートランス２０をプッシュプル型コンバータやフ
ルブリッジ型コンバータ、ハーフブリッジ型コンバータ
などの電力変換装置に用いる際に問題となっていた偏磁
による磁気飽和を複雑な偏磁抑制回路を加えることなし
に防止でき好ましい。

【００２６】前記パワートランス２０において、その主
たる出力である全波整流出力用の２次巻線は、前記薄帯
巻磁心にバイファイラ巻されており、かつ同２次巻線は
前記薄帯巻磁心に巻かれた１次巻線によってサンドイッ
チ巻されている場合には、前記１次巻線とその主たる出
力である全波整流出力用の２次巻線間の漏れインダクタ
ンスを小さくでき結合係数をさらに高めることができる
ため、偏磁による励磁電流の増加を一層減少させること
ができるとともに、漏れ磁束の影響による銅損の増加を
押さえることができる。また、動作磁束密度をさらに大
きく設定できるため、同パワートランス２０の小型化と
高効率化が図れ好ましい。

【００２７】前記パワートランス用磁心材料が、Ｆｅを
主成分とする結晶粒径５０ｎｍ以下の微細な結晶粒がそ
の組織の体積全体の５０％以上を占めるナノ結晶軟磁性
合金薄帯巻磁心により構成されている場合には、パワー
トランスの小型化、高効率化が図れ好ましい。

【００２８】前記、パワートランスにおいて、当該磁心
がＦｅを主成分とする結晶粒径５０ｎｍ以下の微細な結
晶粒がその組織の体積全体の５０％以上を占めるナノ結
晶軟磁性合金薄帯巻磁心により構成されている場合に
は、その駆動周波数を５ｋＨｚ以上１５０ｋＨｚ以下の
範囲に選定した場合において、従来のパワートランスに
比べて、より小型化と高効率化が図れ好ましい。

【００２９】上記本発明による外鉄型パワートランス２
０を用いた電力変換装置は、従来の電力変換装置に比べ
て、小型化と高効率化が図れるとともに、簡単な回路構
成でパワートランスの偏磁による励磁電流の増加を抑制
できるため主スイッチの安全動作が図れ、信頼性が向上
して好ましい。

【００３０】

【実施例】以下本発明の実施例について詳細に説明す
る。 （実施例１）回路構成が図７、仕様が表１で与えられる
スイッチング周波数ｆが２０ｋＨｚのフルブリッジ型Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータのパワートランス２０、および同フ
ルブリッジ型ＤＣ−ＤＣコンバータの性能について検討
した。

【００３１】図７において、１は入力直流電源、２、
３、４および５は主スイッチ、６、７、８および９は帰
還ダイオード、１０は直流電流を阻止するためのコンデ
ンサ、２０はセンタータップを持たない１次巻線と全波
整流出力用の２次巻線を設けたパワートランス、２１は
前記パワートランス２０の１次巻線、２２および２３は
前記パワートランス２０の全波整流出力用の２次巻線、
３１および３２は出力整流ダイオード、３３は出力平滑
チョークコイル、３４は出力平滑コンデンサ、３５およ
び３６は出力端子、３７は負荷である。

【００３２】

【表１】

【００３３】なお、本実施例では、パワートランス２０
の偏磁の一因である主スイッチ２、３、４、および５の
オン期間のバラツキを抑制するため、これら４つの主ス
イッチにはパワーＭＯＳ−ＦＥＴを用い、ターンオフタ
イムのバラツキを抑えるためターンオフ時のゲート電流
波高値を大きくしてターンオフ時間を極力短くしてい
る。

【００３４】また、図７の回路において、帰還ダイオー
ド６、７、８および９はパワートランス２０の励磁エネ
ルギーを入力直流電源１に回生することによりコンバー
タの高効率化を図るとともに同パワートランス２０の偏
磁を抑制する機能を有する。さらに、直流電流を阻止す
るコンデンサ１０も、直流電流成分が前記パワートラン
ス２０の１次巻線２１に流入することを防止できるた
め、同パワートランス２０の偏磁を抑制する機能を有す
る。

【００３５】パワートランス２０には表２に示す磁心を
用いた。表２において、磁心イから磁心トは、いずれも
単ロール法で製造されたＦｅを主成分とする非晶質軟磁
性合金薄帯を用いて所定の寸法の巻磁心を構成した後、
無磁場の窒素雰囲気中で熱処理することにより得られ
た、結晶粒径５０ｎｍ以下の微細な結晶粒がその組織の
体積全体の５０％以上を占めるノーカットのナノ結晶軟
磁性合金薄帯巻磁心である。非晶質軟磁性合金薄帯の幅
は２０ｍｍ、厚みは１８〜２０μｍのものを用いた。

【００３６】表２の磁心イから磁心トは、いずれもその
寸法が図１に示される磁心２ヶを用いて構成されてい
る。ただし各磁心は、幅３２ｍｍ、高さ５１ｍｍ、奥行
き１４ｍｍのプラスチック製絶縁ケースに挿入し、応力
がかからないように磁心とケースを接着剤により固定
し、同プラスチック製絶縁ケースでふたをすることによ
り構成されたものを用いた。図２に使用した外鉄型磁心
のケース詰め後の形状と寸法を示す。磁心の有効断面積
は７５ｍｍ^２、平均磁路長は１３０ｍｍですべて同一で
ある。

【００３７】

【表２】

【００３８】パワートランス２０の巻線仕様を表３に示
す。表３において、本発明Ａから本発明Ｄ、および比較
例ｏから比較例ｑのパワートランス２０の構成を図３に
示す。図３は、本発明Ａから本発明Ｄ、および比較例ｏ
から比較例ｑのパワートランス２０の断面図である。同
図において、５０はケースを含む磁心、白抜きの円５１
および縦縞の円５２は図７の１次巻線２１、網掛けの円
５３および横縞の円５４は各々図７の２次巻線２２と２
３に相当する。

【００３９】２次巻線５３および５４は各々０.２３φ
のポリウレタン絶縁被覆電線１４０本で構成したリッツ
線を磁心５０にバイファイラ巻した。一方、１次巻線
は、１.０φの３層絶縁被覆電線を２本パラで３２ター
ンをケースを含む磁心５０に巻いた巻線５１と１.０φ
の３層絶縁被覆電線を２本パラ３２ターンを磁心５０に
巻いた巻線５２で、前記２次巻線５３および５４を挟み
込むと同時に、前記巻線５１と巻線５２をパラ接続する
ことで４本パラで３２ターンの１次巻線２１を構成し、
所謂サンドイッチ巻構成としている。

【００４０】表３において、本発明Ｅから本発明Ｈ、お
よび比較例ｒから比較例ｔのパワートランス２０の構成
を図４に示す。図４は、本発明Ｅから本発明Ｈ、および
比較例ｒから比較例ｔのパワートランス２０の断面図で
ある。同図において、５０はケースを含む磁心、白抜き
の円６１は図７の１次巻線２１、網掛けの円６２および
横縞の円６３は各々図７の２次巻線２２と２３に相当す
る。

【００４１】１次巻線６１は、１.０φの３層絶縁被覆
電線を４本パラで磁心５０に３２ターン巻いた。一方、
２次巻線６２および６３は、０.２３φのポリウレタン
絶縁被覆電線を１４０本用い構成したリッツ線を、各々
磁心５０にバイファイラ巻した。

【００４２】表３において、比較例ａから比較例ｇのパ
ワートランス２０の構成を図５に示す。図５は、比較例
ａから比較例ｇのパワートランス２０の断面図である。
同図において、５０はケースを含む磁心、白抜きの円５
１と縦縞の円５２は図７の１次巻線２１、網掛けの円５
３および横縞の円５４は各々図７の２次巻線２２と２３
に相当する。

【００４３】

【表３】

【００４４】２次巻線６２および６３は、０.２３φの
ポリウレタン絶縁被覆電線を１４０本用い構成したリッ
ツ線を、各々磁心５０に整列巻した。一方、１次巻線
は、１.０φの３層絶縁被覆電線を２本パラで３２ター
ンをケースを含む磁心５０に巻いた巻線５１と１.０φ
の３層絶縁被覆電線を２本パラ３２ターンを磁心５０に
巻いた巻線５２で、前記２次巻線５３および５４をサン
ドイッチ状に挟み込むと同時に、前記巻線５１と巻線５
２をパラ接続することにより４本パラで３２ターンの１
次巻線２１を構成している。

【００４５】表３において、比較例ｋから比較例ｏのパ
ワートランス２０の構成を図６に示す。図６は、比較例
ｋから比較例ｏのパワートランス２０の断面図である。
同図において、５０はケースを含む磁心、白抜きの円６
１は図７の１次巻線２１、網掛けの円６２および横縞の
円６３は各々図７の２次巻線２２と２３に相当する。

【００４６】１次巻線６１は、１.０φの３層絶縁被覆
電線を４本パラで磁心５０に３２ターン巻いた。一方、
２次巻線６２および６３は、各々０.２３φのポリウレ
タン絶縁被覆電線を１４０本用いて構成したリッツ線を
磁心５０に整列巻した。

【００４７】表４に、表３に示す２０種類のパワートラ
ンス２０の周波数２０ｋＨｚにおける１次巻線と２次巻
線間の各結合係数ｋ1、ｋ2、前記回路構成が図７、仕様
が表１のフルブリッジ型ＤＣ−ＤＣコンバータに実装し
たときの同パワートランス２０の偏磁の有無、動作時の
磁束密度の変化量ΔＢおよび温度上昇ΔＴを示す。な
お、前記結合係数ｋ1とｋ2は、１次巻線２１のインダク
タンスをＬp、および各２次巻線２２と２３の各々1つの
みを短絡して前記１次巻線側から測定した周波数２０ｋ
Ｈｚにおけるリーケージ・インダクタンスＬl1とＬl2か
ら、それぞれ次式によって求めることができる。 ｋ1＝（１−（Ｌl1／Ｌp））^0.5 (1) ｋ2＝（１−（Ｌl2／Ｌp））^0.5 (2)

【００４８】偏磁については、表１の仕様の範囲におい
て、負荷を２から２５Ａに急変させても偏磁によるパワ
ートランスの飽和が生じない場合を○、負荷を２から２
５Ａに急変させたときもしくは入力電圧定常動作のいず
れかにおいて偏磁によりパワートランスが飽和した場合
を×とした。また、動作時の磁束密度の変化量ΔＢおよ
び温度上昇ΔＴは、周囲温度２５℃において入力電圧２
００Ｖ、出力電圧４８Ｖ、負荷電流２５Ａの入出力条件
のもとで連続通電してその値が飽和した時点で測定した
結果である。

【００４９】表４からわかるように、２０ｋＨｚ、磁化
力の波高値０.０５Ａ／ｍのときの透磁率が１０,０００
を超え９０，０００以下となる同形状のノーカットのナ
ノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心を２ヶ用い、結合係数ｋ1
およびｋ2がいづれも０.９９９７以上である本発明Ａか
ら本発明Ｈのパワートランスによれば、偏磁を実用上問
題のないレベルに押さえることができるとともに、その
温度上昇ΔＴも実用上支障のない許容値である６０℃以
下に押さえることができた。なお、ここで温度上昇ΔＴ
の許容値は、表１の動作時の周囲温度の上限である４０
℃と動作時のＤＣ−ＤＣコンバータケース内部の温度上
昇想定上限値を２０℃を足した６０℃をＥ種絶縁の許容
温度である１２０℃から差し引いて６０℃以下とした。

【００５０】結合係数ｋ1およびｋ2が０.９９９７未満
の比較例ａから比較例ｏおよび比較例ｒでは、入力電圧
定常動作でも偏磁によりパワートランスが飽和した。ま
た、比較例ｑおよび比較例ｔでは、本発明Ｃおよび本発
明Ｇと同程度の透磁率、結合係数であるにもかかわら
ず、角形比Ｂｒ／Ｂｓが０.７３と大きいため、入力電
圧定常動作でも偏磁によりパワートランスが飽和した。
この結果より角形比Ｂｒ／Ｂｓは０．７以下であること
が好ましいことが分かった。

【００５１】

【表４】

【００５２】比較例ｐおよび比較例ｓは、結合係数ｋ1
とｋ2とも０.９９９８以上あり、温度上昇ΔＴも許容値
以下であるが、２０ｋＨｚ、磁化力の波高値が０.０５
Ａ／ｍで測定したときの透磁率が９０,０００を超える
ために、負荷急変時に偏磁の影響によってパワートラン
スが飽和する問題があった。

【００５３】以上のように、２０ｋＨｚ、磁化力の波高
値０.０５Ａ／ｍのときの透磁率が１０,０００を超え９
０，０００以下のノーカットのナノ結晶軟磁性合金薄帯
巻磁心を用い、結合係数ｋ1およびｋ2がいずれも０.９
９９７以上である本発明Ａから本発明Ｈのパワートラン
スによれば、偏磁を実用上問題のないレベルに押さえる
ことができるとともに、その温度上昇ΔＴも実用上支障
のない許容値である６０℃以下に押さえることができ
る。また、この時の動作磁束密度波高値ΔＢ／２は、パ
ワートランス動作時の温度における飽和磁束密度Ｂｓの
８０％に相当し、ナノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心のもつ
高飽和磁束密度を有効に活用することができるため、信
頼性が高く、高効率なパワートランスが得られるととも
に、高効率、高信頼性の電力変換装置を実現できること
がわかる。

【００５４】次に、本発明Ａから本発明Ｈおよび比較例
ａからｔを用いて、回路構成が図７の仕様を出力電圧を
５３Ｖ、負荷電流を２〜２３Ａに変更することにより動
作磁束密度ΔＢを２.０６Ｔとしたときのフルブリッジ
型ＤＣ−ＤＣコンバータのパワートランス２０、および
同フルブリッジ型ＤＣ−ＤＣコンバータの性能について
検討したところ、１次巻線が２次巻線を挟み込むサンド
イッチ構造とすることにより、結合係数がいずれも０.
９９９８以上となる前記本発明Ａから本発明Ｄでは偏磁
は確認されず、温度上昇ΔＴも６０℃以下となった。し
かし結合係数がいずれも０.９９９８以下または片方の
結合係数が０.９９９８以下となるパワートランスでは
偏磁が確認された。

【００５５】以上のように、２０ｋＨｚ、磁化力の波高
値０.０５Ａ／ｍのときの透磁率が１０,０００を超え９
０，０００以下のノーカットのナノ結晶軟磁性合金薄帯
巻磁心を用い、結合係数ｋ1およびｋ2がいずれも０.９
９９８以上である本発明Ａから本発明Ｄのパワートラン
スによれば、さらに動作磁束密度を大きく設定できるた
めパワートランスをより小型化できることが分かった。

【００５６】前記、巻線構造および透磁率の違いによる
結合係数の値から、磁心にＣｏ基アモルファスを用い、
同方法による偏磁の有無を確認したところ、前記ナノ結
晶軟磁性合金薄帯巻磁心を用いたときと同様の結果が得
られた。

【００５７】なお、前記実施例で用いた磁心は、図２よ
り磁心のケース詰め後の中足の幅Ｗが１８ｍｍ、奥行き
がＤ１４ｍｍであり、その比Ｄ／Ｗは０.８８であっ
た。この値が大きくなるように磁心および磁心を収納す
るケースを選定することにより、図３および図４に示す
巻線構造のパワートランスにおいては結合係数が高くな
ることが分かった。しかしあまりＤ／Ｗの値を大きくし
すぎると、パワートランスを自然空冷で使用する際に
は、熱がパワートランス内側こもるため好ましくない
が、強制空冷用の冷却ファンにより、パワートランス内
側の熱を吹き出す方法を用いることにより問題は解決す
る。

【００５８】さらに、回路構成が図７、仕様が表１で与
えられるＤＣ−ＤＣコンバータについて、その駆動周波
数を変えたときに、本発明によるノーカットのナノ結晶
軟磁性合金薄帯巻磁心を用いたパワートランス、Ｍｎ−
Ｚｎフェライト磁心を用いたパワートランス、およびＦ
ｅ基アモルファス軟磁性合金薄帯巻磁心を用いたパワー
トランスについて、温度上昇ΔＴが６０℃以下で、偏磁
による異常動作を生じない条件を満足する製品サイズを
比較検討した。その結果、Ｆｅ基アモルファス軟磁性合
金薄帯巻磁心を用いたパワートランスは駆動周波数が５
ｋＨｚ未満で最も小型化でき、Ｍｎ−Ｚｎフェライト磁
心を用いたパワートランスは駆動周波数１５０ｋＨｚを
超える場合に最も小型化できた。これらに対し、本発明
によるノーカットのナノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心を用
いたパワートランスは駆動周波数が５ｋＨｚ以上１５０
ｋＨｚ以下の範囲で最も小型化できることもわかった。

【００５９】なお、前記実施例においては、磁心形状を
長方形として、また寸法を図１および図２にて例示した
が、本考案はこれに限らずどのような形状および寸法の
ものを用いても良く、また巻線には三層被膜電線、ポリ
ウレタン被膜電線以外にも、銅板、アルミ板など、どの
ような種類、線幅、パラ数の巻線を用いても良いことは
勿論である。また、前記実施例では、巻き磁心と磁心ケ
ースからなる磁心を２ヶ用いて例示したが、磁心ケース
が２ヶ以上の磁心を挿入できる構造のものを用いても良
いことは勿論である。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
特に複雑な偏磁抑制回路を設けることなしに実用上障害
となる偏磁の発生を抑制し得るとともにノーカットのナ
ノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心を用いた場合には、磁心の
もつ高飽和磁束密度、高透磁率を有効に活用でき、小型
で温度上昇が小さく高効率のパワートランス２０、およ
びこれを用いた高効率で信頼性の高い電力変換装置が得
られる。さらに、磁心を外鉄型とすることにより、磁心
そのものを直接冷却することができるため、冷却効率も
改善されることになる。なお、前記実施例では、パワー
トランスを用いた代表的な電力変換装置としてフルブリ
ッジ型ＤＣ−ＤＣコンバータへの応用例について詳細に
説明したが、本発明はハーフブリッジ型コンバータを始
めとするセンタータップを持たない１次巻線と、少なく
とも1組以上のセンタータップ付き２次巻線を設けたパ
ワートランス２０全般、またプッシュプル型コンバータ
を始めとする少なくとも1組以上のセンタータップ付き
１次巻線と、少なくとも1組以上のセンタータップ付き
２次巻線を設けたパワートランス２０全般、および同パ
ワートランス２０を用いた電力変換装置全般に適用さ
れ、同様に有効な効果を発揮し、その効果は極めて大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で使用した磁心の形状と寸法を
示した図。

【図２】本発明の実施例で使用した外鉄型磁心のケース
詰め後の寸法を示した図。

【図３】本発明による、パワートランス２０の１実施例
の巻線構造断面の概念図。

【図４】本発明による、パワートランス２０の１実施例
の巻線構造断面の概念図。

【図５】比較例であるパワートランスの巻線構造断面の
概念図。

【図６】比較例であるパワートランスの巻線構造断面の
概念図。

【図７】フルブリッジ型ＤＣ−ＤＣコンバータの回路構
成ブロック図。

【図８】図７のフルブリッジ型ＤＣ−ＤＣコンバータに
おけるパワートランス２０の１次巻線２１の端子電圧概
念図。

【図９】偏磁がない場合の図７のフルブリッジ型ＤＣ−
ＤＣコンバータのパワートランス２０の動作Ｂ−Ｈルー
プ概念図。

【図１０】偏磁により磁心が飽和したときの図７のフル
ブリッジ型ＤＣ−ＤＣコンバータのパワートランス２０
の動作Ｂ−Ｈループ概念図。

【符号の説明】

１：入力直流電源 ２、３、４、５：主スイッチ素子 ６、７、８、９：帰還ダイオード １０：直流電流を阻止するためのコンデンサ ２０：パワートランス ２１：パワートランス２０の１次巻線 ２３：パワートランス２０の２次巻線 ３１、３２：出力整流ダイオード ３３：出力平滑チョークコイル ３４：出力平滑コンデンサ ３５、３６：出力端子 ３７：負荷

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年９月１１日（２０００．９．１
１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】例えば、出力電力が数ｋＷ程度までの比較
的小さい場合には、通常、主スイッチ２、３、４および
５にパワーＭＯＳ−ＦＥＴが選択され、駆動周波数は５
０ｋＨｚ程度以上に選定される。この場合、パワートラ
ンス２０の磁心には、従来、主に、室温の飽和磁束密度
Ｂｓが０.５Ｔ程度と小さいが、数百ｋＨｚ以上での磁
心損失の小さなＭｎ−Ｚｎフェライト磁心が用いられて
いた。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】パワートランス２０の偏磁は、よく知られ
ているように、主に、主スイッチ２、３、４および５の
電気的な特性のバラツキに起因するものであり、励磁電
流は回路インピーダンスによってある値で平衡する。し
かし、パワートランス２０の偏磁が大きい場合、動作時
のＢ−Ｈマイナーループは図１０に示すように一方の飽
和領域に達し、励磁電流は著しく増加するため、主スイ
ッチ２、３、４および５の主電極間に過大な電流が流
れ、同主スイッチ２、３、４および５は破壊に至る場合
があった。特に、入力直流電源１の電圧の急変や負荷３
７の急変時には、過渡的にパワートランス２０の動作時
の磁束密度の変化量ΔＢが大きくなるため、偏磁による
励磁電流の増加量も大きくなり、主スイッチ２、３、４
および５が破壊に至る危険性が高かった。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】すなわち、前者の方法の場合、ナノ結晶軟
磁性合金薄帯を形成し得る非晶質軟磁性合金を用いて構
成した巻磁心から軟磁気特性に優れたナノ結晶軟磁性合
金薄帯巻磁心を得るのに必要な最適熱処理温度である５
百数十℃程度においてそのバラツキをプラスマイナス３
十℃程度に押さえなくてはならないこと、同巻磁心の熱
処理時には酸化を避けるため窒素などの不活性なガス雰
囲気中で行わなくてはならないこと、さらに同巻磁心の
薄帯幅方向に１００ｋＡ／ｍ程度以上の磁化をを加えな
くてはならないなどの制約から熱処理装置の構成と工程
が複雑になる問題があった。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】このため、図７のフルブリッジ型ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータのように、パワートランス２０の磁束密度
が図９に示すようなＢ−Ｈループの原点に対し対称なＢ
−Ｈマイナーループを描く動作をする電力変換装置のパ
ワートランス２０に、ナノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心を
使用し、低磁心損失という特徴を発揮させるためには、
極度な偏磁によりパワートランスが飽和し、主スイッチ
が破壊することのないように同パワートランス２０の偏
磁量を検出するとともに、これを矯正するために主スイ
ッチ２、３、４および５で形成される２組のスイッチの
各々のオン期間を独立に制御することの可能な偏磁抑制
回路を追加するなどの対策を行う必要があった。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、磁化力の波高
値を８００Ａ／ｍとして測定した直流磁気特性における
残留磁束密度Ｂｒと飽和磁束密度Ｂｓの比である角型比
Ｂｒ／Ｂｓが０．７以下で、かつ磁化力の波高値０.０
５Ａ／ｍ、周波数２０ｋＨｚにおける交流比透磁率μｒ
ｉが１０,０００以上９０,０００以下の巻磁心を少なく
とも２ヶ以上用いて外鉄型磁心を構成し、当該外鉄型磁
心の中脚にセンタータップを持たない１次巻線、また
は、バイファイラで巻かれた少なくとも１組以上のセン
タータップを有する１次巻線と、バイファイラで巻かれ
た少なくとも１組以上のセンタータップを有する全波整
流用２次巻線を施し、前記１次巻線とその主たる出力で
ある全波整流用の各２次巻線の２０ｋＨｚにおける２つ
の結合係数がいずれも０.９９９７以上であることを特
徴とする外鉄型パワートランスである。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】２次巻線５３および５４は各々０.２３φ
のポリウレタン絶縁被覆電線１４本で構成したリッツ線
を磁心５０にバイファイラ巻した。一方、１次巻線は、
１.０φの３層絶縁被覆電線を２本パラで３２ターンを
ケースを含む磁心５０に巻いた巻線５１と１.０φの３
層絶縁被覆電線を２本パラで３２ターンを磁心５０に巻
いた巻線５２で、前記２次巻線５３および５４を挟み込
むと同時に、前記巻線５１と巻線５２をパラ接続するこ
とで４本パラで３２ターンの１次巻線２１を構成し、所
謂サンドイッチ巻構成としている。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４４】２次巻線６２および６３は、０.２３φの
ポリウレタン絶縁被覆電線を１４０本用い構成したリッ
ツ線を、各々磁心５０に整列巻した。一方、１次巻線
は、１.０φの３層絶縁被覆電線を２本パラで３２ター
ンをケースを含む磁心５０に巻いた巻線５１と１.０φ
の３層絶縁被覆電線を２本パラで３２ターンを磁心５０
に巻いた巻線５２で、前記２次巻線５３および５４をサ
ンドイッチ状に挟み込むと同時に、前記巻線５１と巻線
５２をパラ接続することにより４本パラで３２ターンの
１次巻線２１を構成している。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４５】表３において、比較例ｈから比較例ｎのパ
ワートランス２０の構成を図６に示す。図６は、比較例
ｈから比較例ｎのパワートランス２０の断面図である。
同図において、５０はケースを含む磁心、白抜きの円６
１は図７の１次巻線２１、網掛けの円６２および横縞の
円６３は各々図７の２次巻線２２と２３に相当する。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４７】表４に、表３に示す２８種類のパワートラ
ンス２０の周波数２０ｋＨｚにおける１次巻線と２次巻
線間の各結合係数ｋ1、ｋ2、前記回路構成が図７、仕様
が表１のフルブリッジ型ＤＣ−ＤＣコンバータに実装し
たときの同パワートランス２０の偏磁の有無、動作時の
磁束密度の変化量ΔＢおよび温度上昇ΔＴを示す。な
お、前記結合係数ｋ1とｋ2は、１次巻線２１のインダク
タンスをＬp、および各２次巻線２２と２３の各々1つの
みを短絡して前記１次巻線側から測定した周波数２０ｋ
Ｈｚにおけるリーケージ・インダクタンスＬl1とＬl2か
ら、それぞれ次式によって求めることができる。 ｋ1＝（１−（Ｌl1／Ｌp））^0.5 (1) ｋ2＝（１−（Ｌl2／Ｌp））^0.5 (2)

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４８】偏磁については、表１の仕様の範囲におい
て、負荷を２から２５Ａに急変させても偏磁によるパワ
ートランスの飽和が生じない場合を○、負荷を２から２
５Ａに急変させたときもしくは入力電圧定常動作のいず
れかにおいて偏磁によりパワートランスが飽和した場合
を×とした。また、動作時の磁束密度の変化量ΔＢおよ
び温度上昇ΔＴは、周囲温度２５℃において入力電圧２
００Ｖ、出力電圧４８Ｖ、負荷電流２５Ａの入出力条件
のもとで連続通電してパワートランスの温度が飽和した
時点で測定した結果である。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４９】表４からわかるように、２０ｋＨｚ、磁化
力の波高値０.０５Ａ／ｍのときの透磁率が１０,０００
を超え９０，０００以下となる同形状のノーカットのナ
ノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心を２ヶ用い、結合係数ｋ1
およびｋ2がいづれも０.９９９７以上である本発明Ａか
ら本発明Ｈのパワートランスによれば、偏磁を実用上問
題のないレベルに押さえることができるとともに、その
温度上昇ΔＴも実用上支障のない許容値である６０℃以
下に押さえることができた。なお、ここで温度上昇ΔＴ
の許容値は、表１の動作時の周囲温度の上限である４０
℃に動作時のＤＣ−ＤＣコンバータケース内部の温度上
昇想定上限値２０℃を足した６０℃をＥ種絶縁の許容温
度である１２０℃から差し引いて６０℃以下とした。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５０】結合係数ｋ1またはｋ2が０.９９９７未満
の比較例ａから比較例ｏおよび比較例ｒでは、入力電圧
定常動作でも偏磁によりパワートランスが飽和した。ま
た、比較例ｑおよび比較例ｔでは、本発明Ｃおよび本発
明Ｇと同程度の透磁率、結合係数であるにもかかわら
ず、角形比Ｂｒ／Ｂｓが０.７３と大きいため、入力電
圧定常動作でも偏磁によりパワートランスが飽和した。
この結果より角形比Ｂｒ／Ｂｓは０．７以下であること
が好ましいことが分かった。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５２】比較例ｐおよび比較例ｓは、結合係数ｋ1
とｋ2とも０.９９９８以上あり、温度上昇ΔＴも許容値
以下であるが、２０ｋＨｚ、磁化力の波高値が０.０５
Ａ／ｍで測定したときの透磁率が９０,０００を超える
ために、負荷急変時に偏磁の影響によってパワートラン
スが飽和した。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５３】以上のように、２０ｋＨｚ、磁化力の波高
値０.０５Ａ／ｍのときの透磁率が１０,０００を超え９
０，０００以下、かつ角形比Ｂｒ／Ｂｓが０．７以下の
ノーカットのナノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心を用い、結
合係数ｋ1およびｋ2がいずれも０.９９９７以上である
本発明Ａから本発明Ｈのパワートランスによれば、偏磁
を実用上問題のないレベルに押さえることができるとと
もに、その温度上昇ΔＴも実用上支障のない許容値であ
る６０℃以下に押さえることができる。また、この時の
動作磁束密度波高値ΔＢ／２は、パワートランス動作時
の温度における飽和磁束密度Ｂｓの８０％に相当し、ナ
ノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心のもつ高飽和磁束密度を有
効に活用することができるため、信頼性が高く、高効率
なパワートランスが得られるとともに、高効率、高信頼
性の電力変換装置を実現できることがわかる。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５４】次に、本発明Ａから本発明Ｈおよび比較例
ａからｔを用いて、回路構成図７の仕様を出力電圧５３
Ｖ、負荷電流を２〜２３Ａに変更することにより動作磁
束密度ΔＢを２.０６Ｔとしたときのフルブリッジ型Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータのパワートランス２０、および同フ
ルブリッジ型ＤＣ−ＤＣコンバータの性能について検討
したところ、１次巻線が２次巻線を挟み込むサンドイッ
チ構造とすることにより、結合係数がいずれも０.９９
９８以上となる前記本発明Ａから本発明Ｄでは偏磁は確
認されず、温度上昇ΔＴも６０℃以下となった。しかし
結合係数がいずれも０.９９９８以下または片方の結合
係数が０.９９９８以下、並びに角形比Ｂｒ／Ｂｓが
０．７以上となるパワートランスでは偏磁が確認され
た。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５５】以上のように、２０ｋＨｚ、磁化力の波高
値０.０５Ａ／ｍのときの透磁率が１０,０００を超え９
０，０００以下、かつ角形比Ｂｒ／Ｂｓが０．７以下の
ノーカットのナノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心を用い、結
合係数ｋ1およびｋ2がいずれも０.９９９８以上である
本発明Ａから本発明Ｄのパワートランスによれば、さら
に動作磁束密度を大きく設定できるためパワートランス
をより小型化できることが分かった。

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５６】前記、巻線構造および透磁率の違いによる
結合係数と角形比Ｂｒ／Ｂｓの値から、磁心にＣｏ基ア
モルファスを用い、同方法による偏磁の有無を確認した
ところ、前記ナノ結晶軟磁性合金薄帯巻磁心を用いたと
きと同様の結果が得られた。

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５９】なお、前記実施例においては、磁心形状を
長方形として、また寸法を図１および図２にて例示した
が、本考案はこれに限らずレーストラック形、円形等ど
のような形状および寸法のものを用いても良い。また、
前記実施例では、巻き磁心と磁心ケースからなる磁心を
２ヶ用いて例示したが、磁心ケースが２ヶ以上の磁心を
挿入できる構造のものを用いても良いことは勿論であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E070 AA11 AB10 BA14 BA20 BB01 CA03 CA04 CA13 CA15 DA03 EB08 5H730 AA14 AA15 AA19 BB27 BB57 DD04 EE03 EE08 FG05 ZZ16

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁化力の波高値０.０５Ａ／ｍ、周波数
   ２０ｋＨｚにおける交流比初透磁率μｒｉが１０,００
   ０以上９０,０００以下の巻磁心を少なくとも２ヶ以上
   用いて外鉄型磁心を構成し、当該外鉄型磁心の中脚にセ
   ンタータップを持たない１次巻線、または、バイファイ
   ラで巻かれた少なくとも１組以上のセンタータップを有
   する１次巻線と、バイファイラで巻かれた少なくとも１
   組以上のセンタータップを有する全波整流用２次巻線を
   施し、前記１次巻線とその主たる出力である全波整流用
   の各２次巻線の２０ｋＨｚにおける２つの結合係数がい
   ずれも０.９９９７以上であることを特徴とする外鉄型
   パワートランス。
2. 【請求項２】 前記、１次巻線が２次巻線を挟み込むサ
   ンドイッチ構造であって、１次巻線とその主たる出力で
   ある全波整流用の各２次巻線の２０ｋＨｚにおける２つ
   の結合係数がいずれも０.９９９８以上となることを特
   徴とする請求項１に記載の外鉄型パワートランス。
3. 【請求項３】 前記、パワートランス用磁心材料は、Ｆ
   ｅを主成分とする結晶粒径５０ｎｍ以下の微細な結晶粒
   がその組織の体積全体の５０％以上を占めるナノ結晶軟
   磁性合金薄帯巻磁心からなることを特徴とする請求項１
   または２に記載の外鉄型パワートランス。
4. 【請求項４】 駆動周波数が１ｋＨｚ以上１５０ｋＨｚ
   以下の範囲にあることを特徴とする請求項１から３に記
   載の外鉄型パワートランス。
5. 【請求項５】 請求項１から４に記載の外鉄型パワート
   ランスを用いたことを特徴とする電力変換装置。