JP2006303066A - トランス - Google Patents

Abstract

【課題】 エネルギの伝達効率等を向上させるなど、複数のコイルに対する有効なレイアウト構造を構築する。
【解決手段】 断面Ｓｙが矩形状となる鉄心２に対して、断面Ｓｗが矩形状となる平角導線Ｗを使用し、当該平角導線Ｗの断面Ｓｗの長手方向Ｈｍが鉄心２の磁路方向Ｈａに直角となり、かつ巻回した形状が矩形枠状となる複数のコイル３ｐ，３ｓを装填するとともに、各コイル３ｐ，３ｓを構成する一又は二以上のコイル部３ｐｏ…，３ｓｏ…を鉄心２の磁路方向Ｈａに並べて配する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄心に複数のコイルを装填したトランスに関する。

従来、鉄心とこの鉄心に巻回したコイルを有するリアクトルを備えたリアクトル装置は知られており、既に、本出願人も、省エネルギ化，低損失化及び低騒音化に対する改善効果をより高めるとともに、生産性の向上，製造コストの低減及び帯材の無駄解消等を図れるようにしたこの種のリアクトル装置を、特開２００４−３９７７０号公報により提案した。

同公報に開示のリアクトル装置は、折曲部を有しない非多角形のリング状に形成した鉄心及びこの鉄心の断面形状に沿って縦形の平角導線を周方向に巻回したコイルを有するリアクトルと、板状部材により形成し、鉄心の側面における複数位置を保持する複数の側面保持部及び鉄心の底面における複数位置を支持する複数の底面支持部を一体に設けたシャーシと、このシャーシとリアクトルを固定する固定部材を備えて構成したものである。

特開２００４−３９７７０号

しかし、上述した公報で開示されるリアクトル装置は、次のような改善すべき課題も残されていた。

第一に、断面円形のワイヤを用いた場合には、通常、複数のコイルを積層して巻回することができるが、縦形の平角導線を巻回する場合、コイル同士を容易に積層できない。したがって、複数のコイルを用いるトランスとして構成する場合、エネルギの伝達効率等を向上させる観点から複数のコイルのレイアウト構造を如何に構築するかが重要な課題となる。

第二に、平角導線を断面円形の鉄心に巻回する場合や平角導線同士の間隔を粗にして巻回する場合、平角導線間の絶縁はさほど問題にならないが、縦形の平角導線により湾曲部（折曲部）を介して矩形枠状に巻回した複数のコイルを鉄心に装填したトランスとして構成する場合、縦形の平角導線によるコイルをできるだけ密に巻回する必要があるなど、相隣る平角導線同士の絶縁性能及び各平角導線の放熱性能を如何に確保するかが無視できない課題となる。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したトランスの提供を目的とするものである。

本発明は、上述した課題を解決するため、鉄心２に複数のコイル３ｐ，３ｓを装填したトランス１を構成するに際して、断面Ｓｙが矩形状となる鉄心２に対して、断面Ｓｗが矩形状となる平角導線Ｗを使用し、当該平角導線Ｗの断面Ｓｗの長手方向Ｈｍが鉄心２の磁路方向Ｈａに直角となり、かつ巻回した形状が矩形枠状となる複数のコイル３ｐ，３ｓを装填するとともに、各コイル３ｐ，３ｓを構成する一又は二以上のコイル部３ｐｏ…，３ｓｏ…を鉄心２の磁路方向Ｈａに並べて配したことを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、コイル３ｐ，３ｓは、一又は二以上の中間部位における一部の平角導線Ｗを連結線Ｗｍ…として用いることにより、当該連結線Ｗｍ…の両側に分割したコイル部３ｐｏ…，３ｓｏ…を配して構成できるとともに、これら分割したコイル部３ｐｏ…，３ｓｏ…は、矩形枠状をなす鉄心２における一対のコイル装填部２ａ，２ｂにそれぞれ跨がるように装填することができる。なお、コイル３ｐ…は、相隣る相互の平角導線Ｗ１，Ｗ２…の湾曲部Ｗｒ…に生じる盛上がり部Ｗｅ…が重ならないように面方向Ｈｆへオフセットして巻回することもできる。一方、コイル３ｐ…から導出する平角導線Ｗ…における口出線部Ｗｐ，Ｗｎ…に接続用孔１１…を明け、この接続用孔１１…に固定ネジ１２…を通すことにより口出線部Ｗｐ…をトランス端子台１３に接続することができる。

このような構成を有する本発明に係るトランス１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 断面Ｓｙが矩形状となる鉄心２に対して、断面Ｓｗが矩形状となる平角導線Ｗを使用し、当該平角導線Ｗの断面Ｓｗの長手方向Ｈｍが鉄心２の磁路方向Ｈａに直角となり、かつ巻回した形状が矩形枠状となる複数のコイル３ｐ，３ｓを装填するとともに、各コイル３ｐ，３ｓを構成する一又は二以上のコイル部３ｐｏ…，３ｓｏ…を鉄心２の磁路方向Ｈａに並べて配したため、エネルギの伝達効率等を向上させる観点などから複数のコイル３ｐ，３ｓに対する有効なレイアウト構造を構築できる。

（２） 好適な態様により、コイル３ｐ…を、一又は二以上の中間部位における一部の平角導線Ｗを連結線Ｗｍ…として用いることにより、当該連結線Ｗｍ…の両側に分割したコイル部３ｐｏ…，３ｓｏ…を配して構成するとともに、これら分割したコイル部３ｐｏ…，３ｓｏ…を、矩形枠状をなす鉄心２における一対のコイル装填部２ａ，２ｂにそれぞれ跨がるように装填すれば、複数のコイル３ｐ，３ｓに対する有効なレイアウト構造を有するトランス１を容易かつ確実に得ることができるとともに、分割したコイル部３ｐｏ…同士の接続部分を無くすことができる。

（３） 好適な態様により、コイル３ｐ…を、相隣る相互の平角導線Ｗ１，Ｗ２…の湾曲部Ｗｒ…に生じる盛上がり部Ｗｅ…が重ならないように面方向Ｈｆへオフセットして巻回すれば、縦形の平角導線Ｗに湾曲部Ｗｒ…を設けて矩形枠状に巻回する場合であっても、湾曲部Ｗｒ…に生じる部分的な盛上がり部Ｗｅ…における絶縁性能をより高めることができるとともに、各平角導線Ｗ１，Ｗ２…における放熱面積が大きくなることから放熱性能をより高めることができ、しかも、平角導線Ｗ…を密に巻回することによるコイル３ｐ…の小型化にも寄与できる。

（４） 好適な態様により、コイル３ｐ…から導出する平角導線Ｗ…における口出線部Ｗｐ，Ｗｎ…に接続用孔１１…を明け、この接続用孔１１…に固定ネジ１２…を通すことにより口出線部Ｗｐ…をトランス端子台１３に接続すれば、平角導線Ｗ…の形状を利用して、口出線部Ｗｐ，Ｗｎ…とトランス端子台１３を容易かつ確実に接続できる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係るトランス１に用いる構成部品について、図１〜図７を参照して説明する。

２は鉄心を示す。この鉄心２は、珪素鋼板等を用いた同一幅の磁性帯板Ｐを使用し、この磁性帯板Ｐを、例えば、断面が直方体の成形治具の周りに積層巻きすることにより、図４に示すように、少なくとも一対のコイル装填部２ａ，２ｂを有する矩形枠状（Ｏ字状）に構成する。これにより、鉄心２の断面Ｓｙは、図２に示すように矩形状となる。なお、鉄心２は、図４に示すように、後述する一次コイル３ｐ及び二次コイル３ｓを装着できるよう長手方向に二分割し、別体の分割鉄心部２１，２２として構成する。

３ｐは一次コイルを示す。一次コイル３ｐは、図１に示すように、断面Ｓｗが矩形かつ細長となる平角導線Ｗを使用する。この平角導線Ｗには、例えば、厚さ１．４〔ｍｍ〕，幅１２〔ｍｍ〕の断面Ｓｗを有する銅線を用いることができる。そして、この平角導線Ｗを、図１に示すように、断面Ｓｗの長手方向Ｈｍが鉄心２の磁路方向Ｈａに直角となり、かつ巻形状Ｋｗが矩形枠状となるように巻回する。この場合、一次コイル３ｐにおける四隅の平角導線Ｗ…には湾曲部（折曲部を含む）による盛上がり部（図９参照）が生じるため、プレス処理等により湾曲部の平坦性を確保することが望ましい。

一次コイル３ｐは、図５に示すように、連続して巻回し、中間部位における一部の平角導線Ｗを連結線Ｗｍとして用いることにより、当該連結線Ｗｍの両側に分割した一対のコイル部３ｐｏ，３ｐｏを配するように構成する。したがって、一次コイル３ｐの模式的構成は、図６に示すようになる。なお、一次コイル３ｐの具体的な巻線方法は、一例として、特開２００４−３９７７０号公報に開示される巻線方法などを利用できる。また、一次コイル３ｐとして製造した平角導線Ｗの外面には、絶縁紙の巻付或いはエナメルの塗布等による絶縁を施こす。

３ｓは二次コイルを示す。二次コイル３ｓも基本的な構成及び製造方法は、上述した一次コイル３ｐに準じて同様に製造できる。図６に二次コイル３ｓを示す。同図中、３ｓｏ，３ｓｏは分割したコイル部、Ｗｍは連結線である。なお、平角導線Ｗの寸法的条件，一次コイル３ｐ及び二次コイル３ｓの巻数や寸法的条件等は、製造するトランス１の定格等に応じて任意に選定できる。

このように、分割したコイル部３ｐｏ，３ｐｏ及び連結線Ｗｍにより一次コイル３ｐを構成するとともに、分割したコイル部３ｓｏ，３ｓｏ及び連結線Ｗｍにより二次コイル３ｓを構成すれば、これら分割したコイル部３ｐｏ，３ｐｏ，３ｓｏ，３ｓｏを、矩形枠状をなす鉄心２における一対のコイル装填部２ａ，２ｂに跨がるように装填することができ、複数のコイル３ｐ，３ｓに対する有効なレイアウト構造を有するトランス１を容易かつ確実に得ることができるとともに、分割したコイル部３ｐｏ…同士の接続部分を無くすことができる利点がある。

他方、３１，３１は一対の下固定部材、３２，３２は一対の上固定部材を示す。一対の下固定部材３１と３１は同一部材を用いる。下固定部材３１は、図３に示すように、Ｌ形材を使用し、このＬ形材の鉛直板部３１ｖが鉄心２への取付部となるとともに、水平板部３１ｈが他の設置部位への取付部となる。また、鉛直板部３１ｖには水平方向に突出するブラケット３１ｂを固定する。一方、一対の上固定部材３２と３２も同一部材を用いる。上固定部材３２は、図３に示すように、Ｌ形材を使用し、このＬ形材の鉛直板部３２ｖが鉄心２への取付部となる。また、鉛直板部３２ｖには水平方向に突出するブラケット３２ｂを固定する。

さらに、一方の上固定部材３２の上端面には、トランス端子台１３を固定する。トランス端子台１３は、図７に示すように、全体を絶縁材により形成するとともに、各コイル３ｐ，３ｓから導出される口出線部Ｗｐ…を接続する四つの端子部４１ｐ，４１ｓ，４２ｐ，４２ｓを備える。なお、４３は端子台カバーを示す。

次に、本実施形態に係るトランス１の組立方法（製造方法）について、各図を参照して説明する。

まず、分割鉄心部２１，２２の組付け及びこの分割鉄心部２１，２２に対する一次コイル３ｐと二次コイル３ｓの組付けを行う。この場合、一次コイル３ｐは、分割した一対のコイル部３ｐｏ，３ｐｏを有するため、各コイル部３ｐｏ，３ｐｏは、一方の分割鉄心部２１における一対のコイル装填部２ａ，２ｂの半部、即ち、一対の分割装填部２ａｘ，２ｂｘにそれぞれ跨がるように装填する。また、二次コイル３ｓも、分割した一対のコイル部３ｓｏ，３ｓｏを有するため、各コイル部３ｓｏ，３ｓｏを、他方の分割鉄心部２２における一対のコイル装填部２ａ，２ｂの半部、即ち、一対の分割装填部２ａｙ，２ｂｙにそれぞれ跨がるように装填する。

そして、この状態で分割鉄心部２１と２２を組付ける。分割鉄心部２１と２２の組付けは、図４に示すように、分割鉄心部２１と２２を突合わせてＯ状にするとともに、図３に示すように、分割鉄心部２１と２２の周面に固定バンド５１，５２を巻いて固定する。なお、分割鉄心部２１と２２の突合面間には接着剤等の接合手段Ｓｆを介在させる。また、一次コイル３ｐと二次コイル３ｓ間には絶縁紙２４を介在させるとともに、一次コイル３ｐ及び二次コイル３ｓは接着剤等の固定手段により鉄心２に固定する。このようにして組付けられた鉄心２と一次コイル３ｐ及び二次コイル３ｓ間の関係は図６に示すようになり、一次コイル３ｐと二次コイル３ｓを構成するコイル部３ｐａ，３ｐｂ，３ｓａ，３ｓｂは、鉄心２の磁路方向Ｈａに並べて配される。

次いで、一対の下固定部材３１，３１を、図３に示すように、鉄心２の下部における両端面にそれぞれ当接し、下固定部材３１と３１間をボルト・ナット５３…により締付ける。これにより、下固定部材３１，３１を鉄心２に固定することができる。また、一対の上固定部材３２，３２を、図３に示すように、鉄心２の上部における両端面にそれぞれ当接し、上固定部材３２と３２間をボルト・ナット５４…により締付ける。これにより、上固定部材３２，３２を鉄心２に固定することができる。さらに、下固定部材３１…に固定したブラケット３１ｂ…と上固定部材３２…に固定したブラケット３２ｂ…間をボルト・ナット５５…により締付ける。これにより、下固定部材３１，３１と上固定部材３２，３２間を固定することができる。

他方、一次コイル３ｐから導出する平角導線Ｗにおける口出線部Ｗｐの先端には、図７に示すように接続用孔１１を明け、この接続用孔１１に固定ネジ１２を通すことにより口出線部Ｗｐをトランス端子台１３の端子部４１ｐに接続する。同様に、他の口出線部Ｗｓ…も対応する端子部４１ｓ，４２ｐ…に接続する。このような接続構造を採用すれば、平角導線Ｗ…の形状を利用することにより、口出線部Ｗｐ，Ｗｎ…とトランス端子台１３を容易かつ確実に接続することができる。そして、トランス端子台１３に対する接続が終了したなら、図７に示すように、トランス端子台１３の上端に端子台カバー４３を装着してトランス端子台１３の上面を覆う。これにより、図１及び図３に示すようなトランス１を得ることができる。

よって、このような本実施形態に係るトランス１によれば、断面Ｓｙが矩形状となる鉄心２に対して、断面Ｓｗが矩形状となる平角導線Ｗを使用し、当該平角導線Ｗの断面Ｓｗの長手方向Ｈｍが鉄心２の磁路方向Ｈａに直角となり、かつ巻回した形状が矩形枠状となる複数のコイル３ｐ，３ｓを装填するとともに、各コイル３ｐ，３ｓを構成する一又は二以上のコイル部３ｐｏ…，３ｓｏ…を鉄心２の磁路方向Ｈａに並べて配したため、エネルギの伝達効率等を向上させる観点などから複数のコイル３ｐ，３ｓに対する有効なレイアウト構造を構築できる。

次に、本発明の変更実施形態に係るトランス１について、図８〜図１１を参照して説明する。

図８及び図９は、コイル３ｐ…を製造するに際し、相隣る相互の平角導線Ｗ１（Ｗ），Ｗ２（Ｗ）…の湾曲部Ｗｒ…に生じる盛上がり部Ｗｅ…が重ならないように面方向Ｈｆへオフセットして巻回したものである。したがって、図８に示すように、任意の平角導線Ｗ２は、相隣る平角導線Ｗ１に対して面方向へ幅Ｌｏだけ広げて（狭めて）巻回する方法を一巻置きに実施すればよい。これにより、図９に示すように、平角導線Ｗの湾曲部Ｗｒ…に生じる盛上がり部Ｗｅ…は隣同士で重ならなくなる。よって、このような変更実施形態を採用すれば、縦形の平角導線Ｗに湾曲部Ｗｒ…を設けて矩形枠状に巻回する場合であっても、湾曲部Ｗｒ…に生じる部分的な盛上がり部Ｗｅ…における絶縁性能をより高めることができるとともに、各平角導線Ｗ１，Ｗ２…における放熱面積が大きくなることから放熱性能をより高めることができ、しかも、平角導線Ｗ…を密に巻回することによるコイル３ｐ…の小型化にも寄与できる利点がある。

図１０は、一次コイル３ｐを三つのコイル部３ｐｏ，３ｐｏ，３ｐｏにより構成するとともに、二次コイル３ｓを三つのコイル部３ｓｏ，３ｓｏ，３ｓｏにより構成したものである。即ち、一次コイル３ｐは、連続して巻回し、異なる二個所の中間部における一部の平角導線Ｗを連結線Ｗｍ，Ｗｍとして用いるとともに、各連結線Ｗｍ…の両側に分割したコイル部３ｐｏ，３ｐｏ…を配したものである。したがって、各連結線Ｗｍ…の両側に配した各コイル部３ｐｏ，３ｐｏ…は、それぞれ矩形枠状をなす鉄心２における一対のコイル装填部２ａ，２ｂにそれぞれ跨がるように装填することができる。

図１１は、矩形枠状をなす鉄心２に四つのコイル装填部、即ち、図１に示した実施形態に対して一対のコイル装填部２ａ，２ｂを二組設けたものであり、一次コイル３ｐにおける一対のコイル部３ｐｏ，３ｐｏを一方に位置する一対のコイル装填部２ａ，２ｂにそれぞれ装填するとともに、二次コイル３ｓにおける一対のコイル部３ｓｏ，３ｓｏを他方に位置する一対のコイル装填部２ａ，２ｂにそれぞれ装填したものである。したがって、四つのコイル部３ｐｏ，３ｐｏ，３ｓｏ，３ｓｏは、四つのコイル装填部２ａ，２ｂ，２ａ，２ｂにそれぞれ装填される。なお、例示の場合、一対のコイル装填部２ａ，２ｂは、鉄心２における相対向するコイル装填部を利用したが、図１１における相隣るコイル装填部２ａ，２ａ（２ｂ，２ｂ）等を一次コイル３ｐ（二次コイル３ｓ）を装填する一対のコイル装填部として利用してもよい。この変更実施形態では、各コイル３ｐ，３ｓを装填するに際して鉄心２の位置を有効利用できるため、更なるトランス１の小型化及び放熱性能向上に寄与できる利点がある。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、実施形態では、複数のコイルとして、一次コイル３ｐと二次コイル３ｓの二つのコイルを例示したが、複数の二次コイル３ｓ…を用いた三つ以上のコイルであってもよいし、単一のコイルに中間タップを設けたものも複数のコイルに包含される。また、鉄心２として、珪素鋼板等を用いた磁性帯板Ｐを積層巻して構成した場合を示したが、アモルファス，パーマロイ，ナノ結晶合金，フェライト，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金，純鉄等を用いた焼結タイプ又は積層タイプの鉄心２を用いてもよい。

本発明の最良の実施形態に係るトランスの一部断面を含む正面図、 図１中Ａ−Ａ線断面図、 同トランスの側面図、 同トランスに用いる鉄心の正面図、 同トランスに用いるコイル（一次コイル）の斜視図、 同トランスの模式的構成図、 同トランスに用いるトランス端子台及び口出線部の斜視図、 本発明の変更実施形態に係るトランスに用いるコイルの断面図、 同コイルの一部を示す斜視図、 本発明の他の変更実施形態に係るトランスの模式的構成図、 本発明の他の変更実施形態に係るトランスの模式的構成図、

符号の説明

１ トランス
２ 鉄心
２ａ コイル装填部
２ｂ コイル装填部
３ｐ コイル（一次コイル）
３ｐｏ コイル部
３ｓ コイル（二次コイル）
３ｓｏ コイル部
１１ 接続用孔
１２ 固定ネジ
１３ トランス端子台
Ｓｙ 鉄心の断面
Ｓｗ 平角導線の断面
Ｗ 平角導線
Ｗ１… 平角導線
Ｗｍ 連結線
Ｗｒ 湾曲部
Ｗｅ 盛上がり部
Ｗｐ 口出線部
Ｗｎ 口出線部
Ｈｍ 平角導線の断面の長手方向
Ｈａ 鉄心の磁路方向

Claims (5)

1. 鉄心に複数のコイルを装填したトランスにおいて、断面が矩形状となる鉄心に対して、断面が矩形状となる平角導線を使用し、当該平角導線の断面の長手方向が前記鉄心の磁路方向に直角となり、かつ巻回した形状が矩形枠状となる複数のコイルを装填するとともに、各コイルを構成する一又は二以上のコイル部を前記鉄心の磁路方向に並べて配したことを特徴とするトランス。
2. 前記コイルは、一又は二以上の中間部位における一部の平角導線を連結線として用いることにより、当該連結線の両側に分割したコイル部を配してなることを特徴とする請求項１記載のトランス。
3. 前記コイル部は、矩形枠状をなす鉄心における一対のコイル装填部にそれぞれ跨がるように装填することを特徴とする請求項２記載のトランス。
4. 前記コイルは、相隣る相互の平角導線の湾曲部に生じる盛上がり部が重ならないように面方向へオフセットして巻回することを特徴とする請求項１記載のトランス。
5. 前記コイルから導出する平角導線における口出線部に接続用孔を明け、この接続用孔に固定ネジを通すことにより前記口出線部をトランス端子台に接続してなることを特徴とする請求項１記載のトランス。

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