JP2003347127A - 外鉄型絶縁変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 巻線を備えたコイルボビンに帯状鋼板を巻回
する製造工程を容易にし、外鉄型絶縁変圧器の小型化を
容易にする。 【解決手段】 矩形枠状のコイルボビン１２の外周域に
一次巻線１３，１４を巻回し、枠状コイルボビン１２の
枠内開口部１２ｃに鋼板積層構造の内側鉄心２０を配設
して、コイルボビン１２の相対する二辺部分１２ａ，１
２ｂに同二辺部分の外側から帯状鋼板３１を巻回して巻
き鉄心構造の外側鉄心３０を形成する。外側鉄心３０の
中央部と内側鉄心２０の両端部を磁気結合されて、外側
鉄心３０の両端部と内側鉄心２０とで二辺部分１２ａ，
１２ｂを囲む２つの閉磁路を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一次巻線と二次巻
線の間を絶縁するようにした外鉄型の絶縁変圧器で、さ
らに詳しくは、コイルボビンに巻回された巻線に方向性
珪素鋼板などの帯状鋼板を巻き付けて巻き鉄心を形成し
たコイルボビン式巻鉄心構造の外鉄型絶縁変圧器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】コイルボビンに巻回された巻線に帯状鋼
板を巻き付けるコイルボビン式巻鉄心構造の外鉄型絶縁
変圧器は、鉄心に導線を巻き付けて巻線とするＥＩ型変
圧器に比べて小型・軽量・高効率であり、薄型で設置ス
ペースが縮小できることから、各種家電の電源トラン
ス、交流器などに使用され、その用途は拡大する傾向に
ある。この種の外鉄型絶縁変圧器の基本的な等価回路を
図６に、構造例を図７乃至図１０に示し説明する。

【０００３】図７の正面図と図８の平面図で示される外
鉄型絶縁変圧器１は、外周に巻線用巻溝を有する矩形枠
状のコイルボビン２と、コイルボビン２の外周の巻溝に
導線を巻回して形成した一次巻線３及び二次巻線４と、
コイルボビン２の対向する二辺部分である脚部2ａ，２b
に巻回された一対の巻き鉄心５，６で構成される。コイ
ルボビン２は樹脂成形品で、図９に示すように矩形の外
周に二条平行な巻線用巻溝７，８を有し、一方の巻溝７
に一次巻線３が巻回され、他方の巻溝８に二次巻線４が
巻回される。一次巻線３と二次巻線４が相互に絶縁さ
れ、各巻線３，４の両端はコイルボビン２に固定された
引出し端子（図示せず）に接続される。一対の巻き鉄心
５，６は、それぞれが長尺な方向性珪素鋼板などの帯状
鋼板をコイルボビン２の脚部２ａ，２ｂに巻回して構成
される。

【０００４】図１０は外鉄型絶縁変圧器１の動作原理を
説明するための断面図で、コイルボビン２の一方の脚部
２ａの一次巻線３で発生する磁束φ１が巻き鉄心５を通
り、他方の脚部２ｂの一次巻線３で発生する磁束φ２が
巻き鉄心６を通ることで、各脚部２ａ，２ｂの二次巻線
４に電圧が誘起されて変圧器としての動作をする。この
ような変圧器は、帯状鋼板の例えば方向性珪素鋼板を多
層に積層して巻回した巻き鉄心５，６が巻回方向に極め
て良好な磁性を示し、また、巻回方向に切断面や磁気ギ
ャップがなくて漏洩磁束が少ないことから、高効率・高
性能であることが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】矩形枠状のコイルボビ
ン２に一次巻線３と二次巻線４を巻回した後、コイルボ
ビン２の相対する二辺部分の脚部２ａ，２ｂのそれぞれ
に帯状鋼板を巻き付けて一対の独立した巻き鉄心５，６
を形成しているが、各脚部２ａ，２ｂに帯状鋼板を良好
な状態で多層に巻き付けるためには、予め別な工程で帯
状鋼板を仕上がりに近い状態に巻き付けて予備巻き鉄心
を形成しておき、この予備巻き鉄心を巻き戻しながらコ
イルボビン２の脚部２ａ，２ｂに巻き取るといった特殊
な製造工程、製造設備が必要である。そのため、外鉄型
絶縁変圧器は製造設備、製造工程が複雑となって、製造
コストを低減させることが難しい。

【０００６】また、予め別な工程で帯状鋼板を仕上がり
に近い状態に巻回した予備巻き鉄心を巻き戻しながらコ
イルボビン２の脚部２ａ，２ｂに巻き取るためには、一
対の各巻き鉄心５，６を円筒状にしなければならない制
約がある。この制約のため、図８に示すように各巻き鉄
心５，６の円形の内周面とコイルボビン２の断面矩形の
脚部２ａ，２ｂとの間に空隙ｇが生じ、この空隙ｇのた
めに変圧器の幅や高さの外形サイズが大きくなる不具合
があった。

【０００７】さらに、矩形枠状のコイルボビン２の内周
で囲まれる矩形の枠内開口部２ｃに帯状鋼板を挿通して
巻き鉄心５，６を形成しているため、帯状鋼板の幅であ
る各巻き鉄心５，６の幅Ｗが枠内開口部２ｃの開口寸法
に規制されて、各巻き鉄心５，６の幅Ｗの寸法公差が大
きくできず、これが変圧器の設計の自由度を小さくして
いる。また、各巻き鉄心５，６が円筒状のため、これが
巻回されるコイルボビン２の脚部２ａ，２bは必然的に
正方形に近い断面形状となって、コイルボビン２の設計
上の自由度を小さくしている。

【０００８】本発明の目的は、製造と小型化が容易であ
り、設計の自由度の大きな外鉄型絶変圧器を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、枠状のコイルボビンと、このコイルボビンに
巻回された一次巻線及び二次巻線と、前記枠状コイルボ
ビンの枠内開口部に配設された内側鉄心と、前記コイル
ボビンの相対する二辺部分に外側から帯状鋼板を巻回し
て形成され、前記枠内開口部に位置する部分で内側鉄心
に磁気結合されて内側鉄心とで前記二辺部分を囲む閉磁
路を形成する鋼板積層構造の外側鉄心とを具備したこと
を特徴とする。

【００１０】ここで、枠状のコイルボビンは矩形枠が望
ましいが、楕円枠などの変形枠であってもよい。また、
内側鉄心は、枠状コイルボビンの内周面で囲まれる枠内
開口部を埋める程度の鋼板積層構造などの磁性鋼板ブロ
ックで、この内側鉄心をコイルボビンの枠内開口部に配
設した状態でコイルボビンの相対する二辺部分（矩形の
コイルボビンの相対する脚部など）に長尺な薄い帯状鋼
板が多層に巻回されて外側鉄心が形成される。コイルボ
ビンに外側から薄い帯状鋼板を巻回することで、コイル
ボビンに帯状鋼板が間隙なく巻回されて、コイルボビン
の外形に沿った扁平な横長筒状の外側鉄心が形成され
る。外側鉄心が扁平な横長筒状となることで、外形サイ
ズが小さくなり、外鉄型絶縁変圧器が小型で薄型とな
る。扁平な横長筒状の外側鉄心の相対する二辺の中央部
がコイルボビンの枠内開口部に位置して、この各中央部
の内面が内側鉄心の両端面に磁気結合される。横長筒状
の外側鉄心の前記中央部から分けた左右両端部と、共通
の１つの内側鉄心とで、コイルボビンの相対する二辺部
分を囲む２つの閉磁路が形成される。

【００１１】また、外側鉄心はコイルボビンの相対する
二辺部分の外周上に帯状鋼板を密着させて多層に巻回し
て形成されるため、長尺な帯状鋼板を直接的にコイルボ
ビンに巻回すればよく、したがって、帯状鋼板を予め別
工程で仕上がりに近い状態に巻回しておく必要がなくて
外鉄型絶縁変圧器の製造が容易になり、簡単な設備を使
用した製造が可能となる。また、枠状のコイルボビンに
巻回される鉄心は外側鉄心の単数だけであるので、コイ
ルボビンへの帯状鋼板の巻回工程が１工程で済み、変圧
器製造の工程数低減が図れると共に、巻き鉄心数の低減
で外鉄型絶縁変圧器の小型化、コストダウンが容易とな
る。さらに、コイルボビンにその外周側から巻回される
外側鉄心の幅は、コイルボビンの枠内開口部寸法に規制
されないために寸法公差が大きく取れ、外鉄型絶縁変圧
器の設計の自由度が増す。

【００１２】また、内側鉄心と外側鉄心の双方は、珪素
鋼板などの磁性鋼板を積層した良磁性鋼板の積層構造に
することが品質上に望ましい。特に請求項２の発明のよ
うに、内側鉄心が矩形状珪素鋼板の積み鉄心であり、外
側鉄心が方向性珪素鋼板の巻き鉄心であることが、外鉄
型絶縁変圧器を高品質、高効率にする上で効果的であ
る。この場合、矩形状珪素鋼板の積み鉄心で構成した内
側鉄心における鋼板積み方向は、方向性珪素鋼板の巻き
鉄心である外側鉄心の巻き方向と直交又は平行する方向
のいずれも可能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１乃至図
５を参照して説明する。なお、図１乃至図３は第１の実
施の形態を、図４は第２の実施の形態を、図５は本発明
変圧器の動作原理を説明するためのものである。

【００１４】図１（Ａ）（Ｂ）に示される外鉄型絶縁変
圧器１１は、図６の等価回路と同様な等価回路を有する
変圧器で、略矩形枠状のコイルボビン１２と、コイルボ
ビン１２の外周の巻溝に巻回された一次巻線１３及び二
次巻線１４と、コイルボビン１２の内周で囲まれる略矩
形の枠内開口部１２ｃに配設された鋼板積層構造の内側
鉄心２０と、コイルボビン１２の相対する二辺部分の脚
部１２ａ，１２ｂに、この二辺部分の外周から直交させ
て長尺な帯状鋼板を多層に巻回して形成された外側鉄心
３０で構成される。

【００１５】コイルボビン１２は樹脂成形品で、図３の
斜視図に示すように矩形の外周に沿って平行な二条の巻
線用巻溝１７，１８が形成され、一方の巻溝１７に一次
巻線１３が巻回され、他方の巻溝１８に二次巻線１４が
巻回される。両巻線１３，１４は相互に絶縁され、両巻
線１３，１４の両端部がコイルボビン１２に固定された
引き出し端子（図示せず）に接続される。コイルボビン
１２と両巻線１３，１４の基本構造は、図６乃至図８の
従来構造と同様でよい。また、１つのコイルボビン１２
に二条の巻溝１７，１８を形成したものに限らず、例え
ば、一次巻線が巻回されるコイルボビンと二次巻線が巻
回される別のコイルボビンの一対を重合させた構造にし
てもよい。本発明は、次の鉄心構造を特徴とし、この鉄
心構造から後述するように上記コイルボビン１２の設計
上の自由度が増大する。

【００１６】内側鉄心２０は、矩形の薄い珪素鋼板２１
の複数枚を積層した直方体ブロック形状の積み鉄心であ
る。矩形の内側鉄心２０の外形寸法はコイルボビン１２
の枠内開口部１２ｃの開口寸法より一回り小さく設定さ
れて、内側鉄心２０が枠内開口部１２ｃに容易に挿入で
きるようにしてある。内側鉄心２０の珪素鋼板２１を積
層した方向の厚さＤは、コイルボビン１２の厚さと同程
度に設定されて、内側鉄心２０をコイルボビン１２の枠
内開口部１２ｃに収納すると、内側鉄心２０の図３での
上下面とコイルボビン１２の上下面が揃う。図３の内側
鉄心２０の上下面は、最上層の珪素鋼板２１の表面と最
下層の珪素鋼板２１の裏面で、この上下面が外側鉄心３
０の内周面と磁気結合される。

【００１７】外側鉄心３０は、図３に示すような薄い帯
状の方向性珪素鋼板３１を多層に巻回した扁平な横長筒
状の巻き鉄心である。コイルボビン１２に一次巻線１３
と二次巻線１４を巻回し、コイルボビン１２の枠内開口
部１２ｃに内側鉄心２０を嵌着した状態で、コイルボビ
ン１２の相対する二辺部分の脚部１２ａ，１２ｂの外周
を跨ぐようにして、両脚部１２ａ，１２ｂに長尺な方向
性珪素鋼板３１を巻き付ける。このように帯状の方向性
珪素鋼板３１をコイルボビン１２の枠内開口部１２ｃに
通すことなく外側から巻き付けることで、予め別工程で
方向性珪素鋼板を筒状に巻回しておいて必要時に巻き戻
しをするといった面倒な予備の作業工程や作業設備が省
略できて、変圧器製造工程の低減や製造設備の縮小が図
れる。

【００１８】方向性珪素鋼板３１をコイルボビン１２に
外側から巻き付けることで、方向性珪素鋼板３１の幅が
枠内開口部１２ｃの開口寸法に規制されず任意に設定で
き、方向性珪素鋼板３１をコイルボビン１２に多層に巻
回して形成された外側鉄心３０の幅Ｗの寸法公差が大き
くとれ、幅Ｗの設計上の自由度が増す。また、方向性珪
素鋼板３１をコイルボビン１２の枠内開口部１２ｃに通
さないため、コイルボビン１２の脚部１２ａ，１２ｂの
内面側の形状や寸法は外側鉄心３０で規制されず、した
がって、脚部１２ａ，１２ｂの断面形状は正方形に限ら
ず長方形などにすることも可能となって、コイルボビン
１２の設計上の自由度も増大する。

【００１９】さらに、方向性珪素鋼板３１は、厚さが
０．１ｍｍなどと極薄い柔軟な鋼板で、図１（Ｂ）に示
すようにコイルボビン１２に巻回すると、コイルボビン
１２の外形に沿った扁平な横長筒形で形成される。その
ため、外側鉄心３０とコイルボビン１２の間に間隙がほ
とんど生じず、外側鉄心３０の上下左右の寸法を必要最
小限に設定することができて、外鉄型絶縁変圧器１１の
小型化、薄型化が容易になる。

【００２０】また、方向性珪素鋼板３１は、コイルボビ
ン１２に巻回される方向に極めて良好な磁性を示し、こ
れと内側鉄心２０の矩形珪素鋼板２１を面接合させるこ
とで、外側鉄心３０と内側鉄心２０が良好に磁気結合さ
れて、コイルボビン１２の両脚部１２ａ，１２ｂを囲む
２つの閉磁路が形成される。この閉磁路は漏洩磁束が少
なくて、絶縁変圧器１１を高品質、高効率なものにす
る。

【００２１】絶縁変圧器１１の動作原理を図５で説明す
る。図５で左側の一次巻線１３を１３ａ、右側の一次巻
線１３を１３ｂとし、横長筒状の外側鉄心３０の図５で
左側を３０ａ、右側を３０ｂ、中間部を３０ｃとする。
一方の左側の一次巻線１３ａで発生する磁束φ１０は、
内側鉄心２０を通る磁束φ１０１と外側鉄心３０の中間
部３０ｃを通る磁束φ１０２に分かれる。他方の右側の
一次巻線１３ｂで発生する磁束φ２０は、内側鉄心２０
を通る磁束φ２０１と外側鉄心３０の中間部３０ｃを通
る磁束φ２０２に分かれる。ここで、左右の両一次巻線
１３ａ，１３ｂに流れる励磁電流の方向は逆向きであ
り、同一大きさの電流であるので、中間部３０ｃを通る
磁束φ１０２と磁束φ２０１は互いに打ち消し合う。し
たがって、左側の外側鉄心３０ａを通る磁束はφ１０１
だけとなり、右側の外側鉄心３０ｂを通る磁束はφ２０
１だけとなり、内側鉄心２０には磁束φ１０１と磁束φ
２０１の両方が通り、結局は、図５の変圧器は図１０の
変圧器と同じ原理で動作して変圧器の働きをする。内側
鉄心２０に漏洩磁束の少ない高磁性の矩形珪素鋼板によ
る積み鉄心を使用し、外側鉄心３０に巻回方向に高磁性
の方向性珪素鋼板の巻き鉄心を使用することで、小型軽
量で高品質、高効率な絶縁変圧器１１が量産性よく製造
できる。

【００２２】図４に示される第２の実施の形態の絶縁変
圧器１１は、コイルボビン１２の枠内開口部１２ｃに収
納される積み鉄心構造の内側鉄心２０の矩形珪素鋼板２
１を外側鉄心３０に直交させて磁気結合させている。複
数枚の矩形珪素鋼板２１を積層し、各珪素鋼板２１の図
４で上下の両端面を面一に研磨して、上下両端面を外側
鉄心３０の内面である方向性珪素鋼板３１の裏面に接合
して磁気結合させる。このような内外両鉄心の磁気結合
も漏洩磁束少なくして良好に行えて、絶縁変圧器１１を
高品質、高効率で製造できる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、枠状のコイルボビンの
枠内開口部に内側鉄心を配設して、コイルボビンに外側
から帯状鋼板を巻回して外側鉄心を形成したので、帯状
鋼板を予め別工程で仕上がりに近い状態に巻回しておく
必要がなくて、簡単な設備を使用しての巻き鉄心の巻回
作業が可能となり、しかも、コイルボビンに単数の巻き
鉄心を巻回すればよいので、外鉄型絶縁変圧器の生産性
が向上し、製造コストの低減が可能となる。また、コイ
ルボビンに外側から巻回される外側鉄心の幅は、コイル
ボビンの枠内開口部寸法に規制されないために寸法公差
が大きく設定でき、さらに、コイルボビンの断面形状が
外側鉄心に規制されることなく設定できて、外鉄型絶縁
変圧器の設計上の自由度が増大する効果がある。

【００２４】また、１つの枠状コイルボビンに巻き鉄心
が最少数の単数だけ巻回された構造であり、しかも、外
側鉄心がコイルボビンに外側から帯状鋼板を直接に密着
させて多層に巻き付けて形成された外形サイズの小さな
巻き鉄心となるため、外鉄型絶縁変圧器の尚一層の小型
化、薄型化ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の実施の形態を示す外鉄型絶縁
変圧器の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線拡大断面図
である。

【図２】図１の絶縁変圧器の斜視図である。

【図３】図１の絶縁変圧器の分解斜視図である。

【図４】本発明の他の実施の形態を示す外鉄型絶縁変圧
器の断面図である。

【図５】図１の絶縁変圧器の動作原理を説明するための
断面図である。

【図６】外鉄型絶縁変圧器の基本的な等価回路図であ
る。

【図７】従来の外鉄型絶縁変圧器の正面図である。

【図８】図７の絶縁変圧器の平面図である。

【図９】図７のＹ−Ｙ線の拡大断面図である。

【図１０】図７の絶縁変圧器の動作原理を説明するため
の断面図である。

【符号の説明】 １１ 外鉄型絶縁変圧器 １２ コイルボビン １２ａ 脚部 １２ｂ 脚部 １２ｃ 枠内開口部 １３ 一次巻線 １３ａ 一次巻線 １３ｂ 一次巻線 １４ 二次巻線 １７ 巻溝 １８ 巻溝 ２０ 内側鉄心 ２１ 珪素鋼板 ３０ 外側鉄心 ３０ａ 外側鉄心 ３０ｂ 外側鉄心 ３１ 方向性珪素鋼板 ｇ 空隙 Ｗ 幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 剛 兵庫県尼崎市名神町３丁目７番18号 音羽 電機工業株式会社本社事業所内 (72)発明者 正木 俊充 兵庫県尼崎市名神町３丁目７番18号 音羽 電機工業株式会社本社事業所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 枠状のコイルボビンと、該コイルボビン
   に巻回された一次巻線及び二次巻線と、前記枠状コイル
   ボビンで囲まれる枠内開口部に配設された内側鉄心と、
   前記枠状コイルボビンの相対する二辺部分に外側から帯
   状鋼板を前記内側鉄心と磁気結合させて巻回して、内側
   鉄心とで前記二辺部分を囲む閉磁路を形成する鋼板積層
   構造の外側鉄心とを具備したことを特徴とする外鉄型絶
   縁変圧器。
2. 【請求項２】 内側鉄心が矩形状珪素鋼板の積み鉄心
   で、外側鉄心が方向性珪素鋼板の巻き鉄心である請求項
   １記載の外鉄型絶縁変圧器。