JP2006332470A - 変圧素子、電圧変換装置およびコイル - Google Patents

Abstract

【課題】 ２次側の引出部分の配線抵抗を低減することが可能な変圧素子、電圧変換装置およびコイルを提供する。
【解決手段】 トランス３内の連結板金３３Ａ，３３Ｂの各他端を、各引出端Ａ〜Ｃの延在方向とは異なる磁芯３０Ａ，３０Ｂの他方側において、センタタップ板金３３Ｃの他の二端と連結する。センタタップ板金３３Ｃの引出端Ｃをその延在面方向に分割する必要がなくなり、１つの引出端で構成できる。よって、引出端Ｃの配線幅が従来よりも広くなり、センタタップを構成する引出端Ｃの断面積も増加する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、１次側巻線および２次側巻線を有する変圧素子およびコイル、ならびにそのような変圧素子を用いて直流入力電圧から直流出力電圧を生成する電圧変換装置に関する。

従来より、電圧変換装置として種々のＤＣ−ＤＣコンバータが提案され、実用に供されている。その多くは、電力変換トランス（変圧素子）の１次側巻線に接続されたスイッチング回路のスイッチング動作により直流入力電圧をスイッチングし、スイッチング出力を電力変換トランスの２次側巻線に取り出す方式である。スイッチング回路のスイッチング動作に伴い、２次側巻線に現れる電圧は、整流回路によって整流された後、平滑回路によって直流に変換されて出力される。

この種の電圧変換装置においては、トランスの２次側は、一般的にいわゆるセンタタップ型の整流方法となっている。図１６は、一般的なセンタタップ型の整流方式によるトランス１０３において、その２次側の外観構成を模式的に表したものである。磁芯１３０の突起部１３０Ａには、一対の板金が対向して巻回されている。これらの板金の一端はそれぞれ、引出端１３３Ａ，１３３Ｂとしてダイオード１０４Ａ，１０４Ｂの一端（カソード）に接続され、他端同士は共通接続されて引出端１３３Ｃとしてセンタタップに接続されている。なお、ダイオード１０４Ａ，１０４Ｂによって上記整流回路が構成され、コイル１５１およびコンデンサ１５２によって上記平滑回路が構成され、直流電圧Ｖout1が出力されるようになっている。

また、例えば特許文献１，２には、図１７に示したような外観構成のトランス２０３が開示されている。なお、この場合も、ダイオード２０４Ａ，２０４Ｂによって上記整流回路が構成され、コイル２５１およびコンデンサ２５２によって上記平滑回路が構成され、直流電圧Ｖout2が出力されるようになっている。

特開２００５−５３８６号公報 特開２０００−１７３８３９号公報

ここで、図１８および図１９はそれぞれ、図１６，図１７に示したトランス１０３，２０３内の板金の各端部に流れる電流状態を、ＩＩＩ−ＩＩＩ部分，ＩＶ−ＩＶ部分の矢視断面構成で模式的に表したものである。また、図１８（Ａ），図１９（Ａ）はそれぞれ、ダイオード１０４Ａ，２０４Ａが導通されている場合の電流状態を、図１８（Ｂ），図１９（Ｂ）はそれぞれ、ダイオード１０４Ｂ，２０４Ｂが導通されている場合の電流状態を表している。なお、いずれの電流状態においても、電流が流れている引出端の部分を斜線で示している。

図１６に示した構成のトランス１０３では、引出端１３３Ａ，１３３Ｃまたは引出端１３３Ｂ，１３３Ｃによって、トランス１０３の引出部分が板金の延在面で２分割されていることから、図１８（Ａ），（Ｂ）のいずれの場合においても、電流が流れている引出端の断面積は、引出端全体の１／２となっている。一方、図１７に示した構成のトランス２０３では、引出端２３３Ａ，２３３Ｃまたは引出端２３３Ｂ，２３３Ｃによって、トランス２０３の引出部分が板金の延在面で３分割されていることから、図１９（Ａ），（Ｂ）のいずれの場合においても、電流が流れている引出端の断面積は、引出端全体の１／３となっている。

このように、引出端の配線幅が狭くなり、電流が流れる部分の断面積も小さくなると、板金部分の配線抵抗が高くなってしまう。また、配線抵抗が高いと、その部分での電圧降下が大きくなり、大電流を流すことが困難になると共に、その部分での電力損失が大きくなってしまう。したがって、２次側の引出部分の配線幅が狭くなっている従来のトランスでは、配線抵抗を低減するのが困難であった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、２次側の引出部分の配線抵抗を低減することが可能な変圧素子およびコイル、ならびにそのような変圧素子を備えた電圧変換装置を提供することにある。

本発明の変圧素子は、磁芯と、この磁芯に巻回された１次側巻線と、この磁芯に巻回されると共に、第１および第２の引出端ならびにセンタタップ引出端が磁芯の一方側に設けられた２次側巻線とを備え、この２次側巻線が、磁芯に対して一の極性方向に巻回されてなり、一端が上記第１の引出端を構成する第１の連結導電部と、磁芯に対して他の極性方向に巻回されてなり、一端が上記第２の引出端を構成する第２の連結導電部と、一端が上記センタタップ引出端を構成し、他の二端が、それぞれ磁芯の他方側において第１および第２の連結導電部の各他端と連結されたセンタタップ導電部とを有するようにしたものである。

本発明の電圧変換装置は、直流入力電圧をスイッチングして入力交流電圧を生成するスイッチング回路と、上記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を出力する変圧素子と、２つの整流素子を有すると共にこれらの整流素子によって上記出力交流電圧を整流することで直流出力電圧を出力するセンタタップ型の整流回路と、上記スイッチング回路を駆動する駆動回路とを備え、上記変圧素子が、磁芯と、この磁芯に巻回され、上記入力交流電圧が供給される１次側巻線と、上記磁芯に巻回されると共に、２つの整流素子のうちの一の整流素子と接続するための第１の引出端、他の整流素子と接続するための第２の引出端、および上記整流回路のセンタタップと接続するためのセンタタップ引出端が磁芯の一方側に設けられ、第１の接続端とセンタタップ接続端との間または第２の接続端とセンタタップ接続端との間から上記出力交流電圧が出力される２次側巻線とを有し、この２次側巻線が、磁芯に対して一の極性方向に巻回されてなり、一端が上記第１の引出端を構成する第１の連結導電部と、磁芯に対して他の極性方向に巻回されてなり、一端が上記第２の引出端を構成する第２の連結導電部と、一端が上記センタタップ引出端を構成し、他の二端が、それぞれ磁芯の他方側において第１および第２の連結導電部の各他端と連結されたセンタタップ導電部とを有するようにしたものである。

本発明の変圧素子および電圧変換装置では、第１の連結導電部および第２の連結導電部の各他端が、各引出端の延在方向とは異なる磁芯の他方側でセンタタップ導電部の他の二端と連結されているので、センタタップ導電部のセンタタップ引出端をその延在面方向に分割する必要がなくなり、１つの引出端で構成することができる。よって、センタタップ引出端の配線幅が従来と比べて広くなり、その断面積も従来と比べて増加する。

本発明の変圧素子では、上記磁芯の一方側と他方側とを、この磁芯を中心として１８０°をなす位置関係にするのが好ましい。また、上記第１および第２の連結導電部を、それぞれの延在面と直交する方向において互いに交差するように構成することが可能である。このように互いに交差するように構成した場合、導電部の設置スペースを最小限に抑えつつ、第１および第２の連結導電部を隔離することができる。

本発明の変圧素子では、上記第１および第２の連結導電部ならびにセンタタップ導電部を、互いに別部材で構成すると共に互いにねじで連結するように構成してもよく、また、単一の部材から構成するようにしてもよい。このように単一の部材から構成した場合、導電部の部品点数が軽減し、管理コストも低減する。なお、この場合において、これらの導電部を板状部材から構成することが可能である。

本発明の電圧変換装置では、上記２つの整流素子を、第１および第２の整流素子から構成すると共に、これら第１および第２の整流素子の各一端をねじで接続するための第１および第２のねじ接続部をそれぞれ有する単一部品内に互いに独立して設け、上記第１および第２の引出端が、第１の連結導電部または第２の連結導電部をねじで接続するための一対のねじ接続部をそれぞれ有するようにし、第１の引出端または第２の引出端と第１の整流素子または第２の整流素子とが、それぞれ、上記第１および第２のねじ接続部と上記一対のねじ接続部とで、互いにねじで接続されるように構成し、上記単一部品内における第１のねじ接続部と第２のねじ接続部との間隔と、第１の引出端および第２の引出端において互いに隣接するねじ接続部同士の間隔とが、互いに等しくなるように構成するのが好ましい。このように構成した場合、異なる構成の部品に交換するのではなく、同一構成の部品を複数用いることで整流素子の数を変更でき、容易に仕様変更に対応することができる。

本発明のコイルは、所定の空間領域に巻回された１次側巻線と、この空間領域に巻回されると共に、第１および第２の引出端ならびにセンタタップ引出端が空間領域の一方側に設けられた２次側巻線とを備え、この２次側巻線が、空間領域に対して一の極性方向に巻回されてなり、一端が上記第１の引出端を構成する第１の連結導電部と、空間領域に対して他の極性方向に巻回されてなり、一端が上記第２の引出端を構成する第２の連結導電部と、一端が上記センタタップ引出端を構成し、他の二端が、それぞれ空間領域の他方側において第１および第２の連結導電部の各他端と連結されたセンタタップ導電部とを有するようにしたものである。

本発明のコイルでは、第１の連結導電部および第２の連結導電部の各他端が、各引出端の延在方向とは異なる所定の空間領域の他方側でセンタタップ導電部の他の二端と連結されているので、センタタップ導電部のセンタタップ引出端をその延在面方向に分割する必要がなくなり、１つの引出端で構成することができる。よって、センタタップ引出端の配線幅が従来と比べて広くなり、その断面積も従来と比べて増加する。

本発明の変圧素子、電圧変換装置またはコイルによれば、第１の連結導電部および第２の連結導電部の各他端を、各引出端の延在方向とは異なる磁芯または所定の空間領域の他方側で、センタタップ導電部の他の二端と連結するようにしたので、センタタップ引出端の断面積が増加し、２次側の引出部分の配線抵抗を低減することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、単に実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る電圧変換装置の回路構成を表すものである。この電圧変換装置は、高圧バッテリ１０から供給される高圧の直流入力電圧Ｖinをより低い直流出力電圧Ｖoutに変換し、図示しない低圧バッテリに供給して負荷６を駆動するＤＣ−ＤＣコンバータとして機能するものである。なお、本実施の形態に係る変圧素子も、以下併せて説明する。

この電圧変換装置は、１次側高圧ラインＬ１Ｈと１次側低圧ラインＬ１Ｌとの間に設けられたスイッチング回路１および入力平滑コンデンサ２と、１次側巻線３１および２次側巻線３２Ａ，３２Ｂを有するトランス３とを備えている。１次側高圧ラインＬ１Ｈの入力端子Ｔ１と１次側低圧ラインＬ１Ｌの入力端子Ｔ２との間には、高圧バッテリ１０から出力される直流入力電圧Ｖinが印加されるようになっている。この電圧変換装置はまた、トランス３の２次側に設けられた整流回路４と、この整流回路４に接続された平滑回路５とを備えている。

スイッチング回路１は、４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４から構成されたフルブリッジ型の回路構成となっている。具体的には、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の一端同士が互いに接続されると共に、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の一端同士が互いに接続されている。また、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３の他端同士が互いに接続されると共にスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４の他端同士が互いに接続され、これらの他端同士は、それぞれ入力端子Ｔ１，Ｔ２に接続されている。スイッチング回路１はこのような構成により、図示しない駆動回路から供給される駆動信号に応じて、入力端子Ｔ１，Ｔ２間に印加される直流入力電圧Ｖinを入力交流電圧に変換するようになっている。なお、これらスイッチング素子としては、例えば電界効果型トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ；Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolor Transistor）などのスイッチ素子が用いられる。

入力平滑コンデンサ２は、入力端子Ｔ１，Ｔ２から入力された直流入力電圧Ｖinを平滑化するためのものである

トランス３の一対の２次側巻線３２Ａ，３２ＢはセンタタップＣで互いに接続され、このセンタタップＣが出力ラインＬＯを介して出力端子Ｔ３に導かれている。つまり、この電圧変換装置はセンタタップ型のものである。このトランス３は、スイッチング回路１によって生成された入力交流電圧を変圧し、一対の２次側巻線３２Ａ，３２Ｂの各端部Ａ，Ｂから、互いに１８０度位相が異なる出力交流電圧を出力するようになっている。なお、この場合の変圧の度合いは、１次側巻線３１と２次側巻線３２Ａ，３２Ｂとの巻数比によって定まる。また、このトランス３は、本発明における「変圧素子」の一具体例に対応する。

整流回路４は、一対の整流ダイオード４Ａ，４Ｂからなる単相全波整流型のものである。整流ダイオード４Ａのカソードはトランス３１の２次側巻線３２Ａの他端Ａに接続され、整流ダイオード４Ｂのカソードはトランス３１の２次側巻線３２Ｂの他端Ｂに接続されている。また、これら整流ダイオード４Ａ，４Ｂのアノード同士は互いに接続され、接地ラインＬＧに接続されている。つまり、この整流回路４はセンタタップ型のアノードコモン接続の構成となっており、トランス３からの出力交流電圧の各半波期間を、それぞれ整流ダイオード４Ａ，４Ｂによって個別に整流して直流電圧を得るようになっている。

平滑回路５は、チョークコイル５１と出力平滑コンデンサ５２とを含んで構成されている。チョークコイル５１は出力ラインＬＯに挿入配置されており、その一端はセンタタップＣに接続され、その他端は出力ラインＬＯの出力端子Ｔ３に接続されている。平滑コンデンサ５２は、出力ラインＬＯ（具体的には、チョークコイル５１の他端）と接地ラインＬＧとの間に接続されている。接地ラインＬＧの端部には、出力端子Ｔ４が設けられている。このような構成により平滑回路５では、整流回路４で整流された直流電圧を平滑化して直流出力電圧Ｖoutを生成し、これを出力端子Ｔ３，Ｔ４から低圧バッテリ（図示せず）に給電するようになっている。

次に、図２〜図５を参照して、本実施の形態の主な特徴的部分であるトランス３および整流回路４の構成の詳細について説明する。

図２は、図１に示した電圧変換装置の要部外観（トランス３および整流回路４の外観構成）を表したものであり、図３および図４は、これらの外観構成を分解した状態で表したものである。なお、図３，図４はそれぞれ、図２における矢印Ｘ３，Ｘ４で示した方向からのものを表している。

図２〜図４に示したように、この電圧変換装置では、配線基板７０上に、トランス３を構成する一対の磁芯３０Ａ，３０Ｂ、１次側巻線３１、連結板金３３Ａ，３３Ｂおよびセンタタップ板金３３Ｃ、整流回路４を構成する一対の整流ダイオード４Ａ，４Ｂ、ならびに平滑回路５を構成するチョークコイル５１などの電気部品が配置され、基板の裏面や内層（図示せず）において、図１で示したような態様で互いに接続されている。なお、これら板金はバスバーとも称されるが、以下、板金として説明する。

整流ダイオード４Ａ，４Ｂにはそれぞれ４つの端子が設けられており、図５に示したように、それぞれ互いに独立して配置された２つの整流ダイオード４Ａ１，４Ａ２または２つの整流ダイオード４Ｂ１，４Ｂ２から構成されている。このように、互いに独立した２つの整流ダイオードを１つの電気部品内に設け、これらを並列接続して用いているので、１つの整流ダイオードのみを接続した場合と比べて、大電流を流しても許容できるようになっている。

チョークコイル５１は、磁芯５１０と、この磁芯５１０に巻回された配線５１Ａ，５１Ｂとから構成されている。なお、磁芯５１０としては、例えば銅やアルミニウムなどの磁性材料が用いられ、配線５１Ａ，５１Ｂとしては、例えば銅やアルミニウムなどの導電性材料が用いられる。

トランス３を構成する磁芯３０Ａ，３０Ｂは、それぞれ中心に突起部３０Ｃ，３０Ｄが設けられた同一形状のものであり、互いにこれら突起部３０Ｃ，３０Ｄが対向するように配設されている。これら磁芯３０Ａ，３０Ｂとしては、例えば銅やアルミニウムなどの磁性材料が用いられる。また、これら磁芯３０Ａ，３０Ｂの間には、磁芯３０Ａ側から順に、センタタップ板金３３Ｃ、１次側巻線３１および連結板金３３Ａ，３３Ｂが積層されており、これらの中心にはいずれも、突起部３０Ｃ，３０Ｄに対する貫通孔Ｈが設けられている。

１次側巻線３１は磁芯３０Ｃ，３０Ｄに巻回されており、例えばプリントコイルなどから構成される。また、連結板金３３Ａ，３３Ｂおよびセンタタップ板金３３Ｃも磁芯３０Ｃ，３０Ｄに巻回され、２次側巻線３２を構成している。ただし、連結板金３３Ａと連結板金３３Ｂとは、磁芯３０Ｃ，３０Ｄに対して互いに反対の極性方向に巻回されている。これらの板金としては、例えば銅やアルミニウムなどの導電性材料が用いられる。なお、連結板金３３Ａ，３３Ｂを巻回す極性方向は、互いに逆方向であってもよい。

連結板金３３Ａ，３３Ｂおよびセンタタップ板金３３Ｃはまた、各一端が引出端を構成しており、整流ダイオード４Ａ，４Ｂやチョークコイル５１と接続されるようになっている。具体的には、連結板金３３Ａの一端は引出端Ａを構成し、この引出端Ａにおいて、連結板金３３Ａの一端と整流ダイオード４Ａの一端（カソード側）とが接続されている。また、連結板金３３Ｂの一端は引出端Ｂを構成し、この引出端Ｂにおいて、連結板金３３Ｂの一端と整流ダイオード４Ｂの一端（カソード側）とが接続されている。また、センタタップ板金３３Ｃの一端は引出端Ｃを構成し、この引出端Ｃにおいて、センタタップ板金３３Ｃの一端とチョークコイル５１の一端（配線５１Ａ）とが接続されている。なお、これら引出端Ａ〜Ｃはそれぞれ、図１に示したトランス３における２次側巻線３２Ａ，３２Ｂの端部Ａ，ＢおよびセンタタップＣに対応する。

また、これらの間はねじで接続され、ねじ７１とねじ穴７２との組み合わせによってなされている。具体的には、整流ダイオード４Ａの一端（カソード側）に設けられた一対のねじ穴７２Ａ１，７２Ａ２と、連結板金３３Ａ側の一対のねじ７１Ａ１，７１Ａ２とによって、それぞれの接続がなされている。また、整流ダイオード４Ｂの一端（カソード側）に設けられた一対のねじ穴７２Ｂ１，７２Ｂ２と、連結板金３３Ｂ側の一対のねじ７１Ｂ１，７１Ｂ２とによって、それぞれの接続がなされている。また、図示しないねじ穴と、ねじ７１Ｅとによって、センタタップ板金３３Ｃとチョークコイル５１の配線５１Ａとの接続がなされている。

なお、この電圧変換装置では、連結板金３３Ａ側のねじ７１Ａ２と連結板金３３Ｂ側のねじ７１Ｂ１との間隔（一対のねじ接続部において、互いに隣接するのねじ接続部間の間隔）は、整流ダイオード４Ａ，４Ｂにおけるねじ穴７２Ａ１とねじ穴７２Ａ２との間隔、またはねじ穴７２Ｂ１とねじ穴７２Ｂ２との間隔（第１の接続部と第２の接続部との間隔）と、互いに等しくなるように構成されている。このように構成することで、後述するように回路電流の大きさに応じて、整流回路４の構成を随時変更することができるようになっている。

ここで、図３および図４に示したように、このトランス３では、連結板金３３Ａ，３３Ｂの各他端が、いずれも磁芯３０Ａ，３０Ｂを中心として引出端Ａ〜Ｃと１８０°をなす位置関係の方向において、センタタップ板金３３Ｃの他の二端と連結されるようになっている。具体的には、連結板金３３Ａの他端とセンタタップ板金３３Ｃの他の一端とが、それぞれねじ７１Ｃおよびねじ穴７２Ｃによって連結される一方、連結板金３３Ｂの他端とセンタタップ板金３３Ｃの他のもう一端とが、それぞれねじ７１Ｄおよびねじ穴７２Ｄによって連結されている。よって、センタタップ板金３３Ｃの引出端Ｃを、連結板金３３Ａ，３３Ｂの引出端Ａ，Ｂや図１６，図１７に示した従来例のように、その延在面方向に分割する必要がなくなり、１つの引出端で構成されるようになっている。

また、これら連結板金３３Ａ，３３Ｂは、図３，図４中の矢印Ｐ１で示したように、それぞれの延在面と直交する方向において互いに交差するようにして、センタタップ板金３３Ｃと連結されている。このように互いに交差するように構成したので、トランス３の設置スペースを最小限に抑えつつ、第１および第２の連結導電部を隔離することができる。

なお、連結板金３３Ａ，３３Ｂはそれぞれ、本発明における「第１の連結導電部」および「第２の連結導電部」の一具体例に対応し、センタタップ板金３３は、本発明における「センタタップ導電部」の一具体例に対応する。また、これら連結板金３３Ａ，３３Ｂおよびセンタタップ板金３３Ｃは、本発明における２次側巻線の一具体例に対応する。また、引出端Ａ〜Ｃはそれぞれ、本発明における「第１の引出端」、「第２の引出端」および「センタタップ引出端」の一具体例に対応する。

次に、図６および図７を参照して、以上のような構成の電圧変換装置の作用について説明する。まず、その基本動作について説明する。

スイッチング回路１では、入力端子Ｔ１，Ｔ２から供給される直流入力電圧Ｖinをスイッチングして入力交流電圧が生成され、この入力交流電圧はトランス３の１次側巻線３１へ供給される。そしてトランス３では入力交流電圧が変圧され、２次側巻線３２Ａ，３２Ｂから、変圧された出力交流電圧が出力される。

整流回路４では、この出力交流電圧が整流ダイオード４Ａ，４Ｂによって整流される。これにより、センタタップＣ（出力ラインＬＯ）と整流ダイオード４Ａ，４Ｂの接続点Ｄ１との間に、整流出力が発生する。

平滑回路５では、このセンタタップＣ（出力ラインＬＯ）と整流ダイオード４Ａ，４Ｂの接続点Ｄ１との間に生じる整流出力が平滑化され、出力端子Ｔ３，Ｔ４から直流出力電圧Ｖoutとして出力される。そしてこの直流出力電圧Ｖoutは、図示しない低圧バッテリに給電されてその充電に供されると共に、負荷６が駆動される。

ここで、この電圧変換装置では、スイッチング回路１において、スイッチング素子素子Ｓ１，Ｓ４がオン状態になる期間と、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオン状態になる期間とが、交互に繰り返されるようになっている。よって、この電圧変換装置の動作をより詳細に説明すると、以下のようになる。

まず、図６に示したように、スイッチング回路１のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオン状態になると、スイッチング素子Ｓ１からスイッチング素子Ｓ４の方向に１次側ループ電流Ｉａ１が流れる。すると、トランス３の２次側巻線３２Ａ，３２Ｂにそれぞれ現れる電圧ＶＯＡ，ＶＯＢは、整流ダイオード４Ｂに対して逆方向となる一方、整流ダイオード４Ａに対して順方向となる。このため、整流ダイオード４Ａから２次側巻線３２Ａ、そして出力ラインＬＯへ、出力電流Ｉｘが流れる。これにより、直流出力電圧Ｖoutが図示しない低圧バッテリに給電されると共に、負荷６が駆動される。

また、このとき、整流ダイオード４Ａ、トランス３の２次側巻線３２Ａ、チョークコイル５１およびコンデンサ５２を順に通る２次側ループ電流Ｉａ２も流れており、コンデンサ５１への充電（エネルギーの蓄積）が行われるようになっている。

一方、図７に示したように、スイッチング回路１のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオフ状態になると共にスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオン状態になると、スイッチング素子Ｓ３からスイッチング素子Ｓ２の方向に１次側ループ電流Ｉｂ１が流れる。すると、トランス３の２次側巻線３２Ａ，３２Ｂにそれぞれ現れる電圧ＶＯＡ，ＶＯＢは、整流ダイオード４Ａに対して逆方向となる一方、整流ダイオード４Ｂに対して順方向となる。このため、整流ダイオード４Ｂから２次側巻線３２Ｂ、そして出力ラインＬＯへ、出力電流Ｉｘが流れる。これにより、直流出力電圧Ｖoutが図示しない低圧バッテリに給電されると共に、負荷６が駆動される。

また、このとき、整流ダイオード４Ｂ、トランス３の２次側巻線３２Ｂ、チョークコイル５１およびコンデンサ５２を順に通る２次側ループ電流Ｉｂ２も流れており、コンデンサ５１への充電（エネルギーの蓄積）が行われるようになっている。

ここで、本実施の形態のトランス３では、前述のように、連結板金３３Ａ，３３Ｂの各他端が、いずれも磁芯３０Ｂを中心として引出端Ａ〜Ｃと１８０°をなす位置関係の方向において、センタタップ板金３３Ｃの他の二端と連結され、これによりセンタタップ板金３３Ｃの引出端Ｃが１つの引出端から構成されるようになっている。よって、センタタップを構成する引出端Ｃの配線幅が従来と比べて広くなり、その断面積も従来と比べて増加する。

図８および図９は、トランス３内の各板金の端部（引出端Ａ〜Ｃ）に流れる電流状態を、図２中のＩ−Ｉ部分，ＩＩ−ＩＩ部分の矢視断面構成で模式的に表したものであり、図８（Ａ），図９（Ａ）がＩ−Ｉ部分のものに、図８（Ｂ），図９（Ｂ）がＩＩ−ＩＩ部分のものに対応している。また、図８は整流ダイオード４Ａが導通されている場合、すなわち図６に示した２次側ループ電流Ｉａ２が流れている場合の電流状態を、図９は整流ダイオード４Ｂが導通されている場合、すなわち図７に示した２次側ループ電流Ｉｂ２が流れている場合の電流状態を表している。なお、いずれの電流状態においても、電流が流れている引出端の部分を斜線で示している。

図８（Ａ），（Ｂ）に示したように、２次側ループ電流Ｉａ２が流れている場合には、図６からも分かるように、トランス３において、引出端Ａを構成する連結板金３３Ａおよび引出端Ｃを構成するセンタタップ板金３３Ｃに、電流Ｉａ２が流れている。ここで、連結板金３３Ａ，３３Ｂとセンタタップ板金３３Ｃとが連結される側の断面（図８（Ｂ））では、図１８，図１９に示した従来のトランスの場合と同様に、電流Ｉａ２が流れている引出端の断面積が引出端全体の１／２となっている。これに対して、引出端Ａ〜Ｃ側、すなわち整流回路４および平滑回路５との接続側の断面（図８（Ａ））では、上記のようにセンタタップ板金３３Ｃの引出端Ｃが１つの引出端から構成され、その配線幅が従来と比べて広くなっていることから、電流Ｉａ２が流れている引出端の断面積が引出端全体の３／４となっている。よって、図１８および図１９に示した従来のものと比べて、引出端全体に占める電流が流れている引出端の割合が、１／４増加している。

また、図９（Ａ），（Ｂ）に示した２次側ループ電流Ｉｂ２が流れている場合には、図７からも分かるように、トランス３において、引出端Ｂを構成する連結板金３３Ｂおよび引出端Ｃを構成するセンタタップ板金３３Ｃに、電流Ｉｂ２が流れている。そして図８（Ｂ）の場合と同様に、連結板金３３Ａ，３３Ｂとセンタタップ板金３３Ｃとが連結される側の断面（図９（Ｂ））では、電流Ｉｂ２が流れている引出端の断面積が引出端全体の１／２となる。また、引出端Ａ〜Ｃ側の断面（図９（Ａ））においても、図８（Ａ）の場合と同様に、電流Ｉｂ２が流れている引出端の断面積は、引出端全体の３／４となる。よってこの場合も、従来のものと比べて、引出端全体に占める電流が流れている引出端の割合が、１／４増加している。

このように、本実施の形態のトランス３では、センタタップを構成する引出端Ｃの配線幅が従来と比べて広いので、その断面積も従来と比べて増加し、引出端全体に占める電流が流れている引出端の割合が増加していることが分かる。

以上のように、本実施の形態では、トランス３内の連結板金３３Ａ，３３Ｂの各他端を、磁芯３０Ａ，３０Ｂを中心として引出端Ａ〜Ｃと１８０°をなす位置関係の方向において、センタタップ板金３３Ｃの他の二端と連結するようにしたので、センタタップ板金３３Ｃの引出端Ｃを１つの引出端で構成することができ、引出端Ｃの配線幅を従来よりも広くすることができる。よって、センタタップを構成するこの引出端Ｃの断面積が増加し、トランス３の２次側の引出部分の配線抵抗を低減することが可能となる。

また、引出端Ｃの配線抵抗が低減するので、この部分での電圧降下も低減することができる。よって、トランス３に大電流を流した場合においても、従来と比べて電圧降下を抑制することができ、大電流に対応可能なトランス３および電圧変換回路を実現することが可能となる。

さらに、連結板金３３Ａ側のねじ７１Ａ２と連結板金３３Ｂ側のねじ７１Ｂ１との間隔を、整流ダイオード４Ａ，４Ｂにおけるねじ穴７２Ａ１，７２Ａ２，７２Ｂ１，７２Ｂ２の隣接間隔と互いに等しくなるように構成したので、電圧変換装置における回路電流（１次側ループ電流Ｉａ１，Ｉｂ１や、２次側ループ電流Ｉａ２，Ｉｂ２）の大きさに応じて、例えば図１０に示したように、整流回路４の構成を随時変更することができる。具体的には、回路電流が大きい場合には、図２〜図５に示したように２つの整流ダイオード４Ａ，４Ｂを用いて整流回路４を構成すると共に、回路電流が小さい場合には、図１０に示したように１つの整流ダイオードを用いて、図１１に示した整流回路４を構成するようにすることがきる。よって、異なる構成の部品に交換するのではなく、同一構成の部品を複数用いることで整流ダイオードの数を変更できるため、容易に仕様変更に対応でき、また、部品の種類を減らすことができるので、部品コストを低減することも可能となる。

なお、本実施の形態のトランス３では、上記のように連結板金３３Ａ，３３Ｂの各他端を、磁芯３０Ａ，３０Ｂを中心として引出端Ａ〜Ｃと１８０°をなす位置関係の方向において、センタタップ板金３３Ｃの他の二端と連結する場合で説明してきたが、これらを連結する位置についてはこの場合に限られず、より一般的に、引出端Ａ〜Ｃの延在方向とは異なる磁芯３０Ａ，３０Ｂの他方側で連結するようにすればよい。また、本実施の形態のトランス３では、これらを図３，図４中の矢印Ｐ１で示したように、それぞれの延在面において互いに交差するようにして連結する場合で説明してきたが、連結板金３３Ａ，３３Ｂを隔離しつつ連結することができるのであれば、このような構成には限られない。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、２次側巻線３２を構成する板金を、３つの別部材から構成（連結板金３３Ａ，３３Ｂおよびセンタタップ板金３３Ｃ）から構成し、これらをねじ７１およびねじ穴７２によって連結するようにした場合について説明してきたが、例えば図１２に示したように、２次側巻線３２を単一の部材（単一板金３４）から構成するようにしてもよい。具体的には、この単一板金３４は、引出部Ａ，Ｂをそれぞれ有する第１および第２の連結部３４Ａ，３４Ｂと、引出部Ｃを有するセンタタップ部３４とから構成され、磁芯３０Ａ，３０Ｂの突起部３０Ｃ，３０Ｄに対する貫通孔Ｈも設けられている。このような形状の単一板金３４を、図１２に示した折り目Ｆ１〜Ｆ５で谷折りすると共に、折り目Ｆ１０で山折りすることで、図１３（Ａ），（Ｂ）にそれぞれ上方または下方からの斜視図で示したような板金が形成される。よって、連結板金３３Ａ，３３Ｂおよびセンタタップ板金３３Ｃの代わりにこの単一板金３４を用いてトランス３を構成した場合、板金の部品点数が軽減し、上記実施の形態における効果に加え、管理コストを低減することが可能となる。なお、この単一板金３４は、本発明における「単一の導電部材」の一具体例に対応する。

また、上記実施の形態では、電圧変換装置およびトランス３の構成を具体的に挙げて説明したが、これらの構成はこれに限定されるものではなく、他の構成としてもよい。例えば、フルブリッジ型のスイッチング回路１の代わりに、図１４に示したように、２つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ２および２つのコンデンサＣ１，Ｃ２からなるハーフブリッジ型のスイッチング回路１１（図１４（Ａ））や、２つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ２からなるプッシュプル型のスイッチング回路１２（図１４（Ｂ））としてもよい。また、例えばセンタタップ型アノードコモン接続の整流回路４の代わりに、図１５に示したように、２つの整流素子４Ａ，４Ｂのカソード同士が接続点Ｄ２で接続されたセンタタップ型カソードコモン接続の整流回路４１としてもよい。

さらに、上記実施の形態では、トランス３が磁芯３０，３０Ａ，３０Ｂを有する場合で説明してきたが、これら磁芯３０，３０Ａ，３０Ｂを省き、空芯の構成からなるコイルとしてもよい。このように構成した場合でも、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、この空芯部分、すなわち磁芯３０，３０Ａ，３０Ｂが配置されていた領域は、本発明における「所定の空間領域」の一具体例に対応する。

本発明の一実施の形態に係る電圧変換装置の構成を表す回路図である。 図１のトランスおよび整流回路の外観構成を表す斜視図である。 図１のトランスおよび整流回路の外観構成を表す分解斜視図である。 図１のトランスおよび整流回路の外観構成を表す他の分解斜視図である。 図１のトランスと整流素子との接続関係を説明するための回路図である。 図１の電圧変換装置の動作を説明するための回路図である。 図１の電圧変換装置の動作を説明するための他の回路図である。 図１のトランスの２次側に流れる電流状態を説明するための模式断面図である。 図１のトランスの２次側に流れる電流状態を説明するための他の模式断面図である。 本発明の変形例に係るトランスおよび整流回路の外観構成を表す斜視図である。 図１０のトランスと整流素子との接続関係を説明するための回路図である。 本発明の他の変形例に係るトランスの２次側の板金の構成を表す上面図である。 図１２の板金の構成を表す斜視図である。 本発明の他の変形例に係るスイッチング回路の構成を表す回路図である。 本発明の他の変形例に係る整流回路の構成を表す回路図である。 従来の電圧変換装置におけるトランスの外観構成を表す模式図である。 従来の電圧変換装置における他のトランスの外観構成を表す模式図である。 図１６のトランスの２次側に流れる電流状態を説明するための模式断面図である。 図１７のトランスの２次側に流れる電流状態を説明するための模式断面図である。

符号の説明

１０…高圧バッテリ、１，１１，１２…スイッチング回路、２…入力平滑コンデンサ、３…トランス、３０，３０Ａ，３０Ｂ…磁芯、３０Ｃ，３０Ｄ…突起部、３１，３１Ａ，３１Ｂ…１次側巻線、３２Ａ，３２Ｂ…２次側巻線、３３Ａ，３３Ｂ…連結板金、３３Ｃ…センタタップ板金、３４…単一板金、３４Ａ…第１連結部、３４Ｂ…第２連結部、３４Ｃ…センタタップ部、４，４１…整流回路、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…整流ダイオード、５…平滑回路、５１…チョークコイル、５２…出力平滑コンデンサ、６…負荷、７０…配線基板、７１，７１Ａ１，７１Ａ２，７１Ｂ１，７１Ｂ２，７１Ｃ，７１Ｄ，７１Ｅ…ねじ、７２，７２Ａ１，７２Ａ２，７２Ｂ１，７２Ｂ２…ねじ穴、Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６…スイッチング素子、Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ、Ｌ１Ｈ…１次側高圧ライン、Ｌ１Ｌ…１次側低圧ライン、ＬＯ…出力ライン、ＬＧ…接地ライン、Ｔ１，Ｔ２…入力端子、Ｔ３，Ｔ４…出力端子、Ａ，Ｂ…端部（引出端）、Ｃ…センタタップ（引出端）、Ｈ…貫通孔、Ｆ１〜Ｆ５，Ｆ１０…折り目、Ｖin…直流入力電圧、Ｖout…直流出力電圧、Ｉａ１，Ｉｂ１…１次側ループ電流、Ｉａ２，Ｉｂ２…２次側ループ電流、Ｉｘ…出力電流。

Claims (9)

1. 磁芯と、
   前記磁芯に巻回された１次側巻線と、
   前記磁芯に巻回されると共に、第１および第２の引出端ならびにセンタタップ引出端が前記磁芯の一方側に設けられた２次側巻線と
   を備え、
   前記２次側巻線は、
   前記磁芯に対して一の極性方向に巻回されてなり、一端が前記第１の引出端を構成する第１の連結導電部と、
   前記磁芯に対して他の極性方向に巻回されてなり、一端が前記第２の引出端を構成する第２の連結導電部と、
   一端が前記センタタップ引出端を構成し、他の二端が、それぞれ前記磁芯の他方側において前記第１および第２の連結導電部の各他端と連結されたセンタタップ導電部と
   を有することを特徴とする変圧素子。
2. 前記磁芯の一方側と他方側とが、この磁芯を中心として１８０°をなす位置関係にある
   ことを特徴とする請求項１に記載の変圧素子。
3. 前記第１および第２の連結導電部は、それぞれの延在面と直交する方向において互いに交差するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の変圧素子。
4. 前記第１および第２の連結導電部ならびに前記センタタップ導電部が、互いに別部材で構成されると共に、互いにねじで連結されている
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の変圧素子。
5. 前記第１および第２の連結導電部ならびに前記センタタップ導電部が、単一の部材から構成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の変圧素子。
6. 前記第１および第２の連結導電部ならびに前記センタタップ導電部が、板状部材から構成されている
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の変圧素子。
7. 直流入力電圧をスイッチングして入力交流電圧を生成するスイッチング回路と、
   前記入力交流電圧を変圧して出力交流電圧を出力する変圧素子と、
   ２つの整流素子を有すると共にこれらの整流素子によって前記出力交流電圧を整流することで直流出力電圧を出力するセンタタップ型の整流回路と、
   前記スイッチング回路を駆動する駆動回路と
   を備え、
   前記変圧素子は、
   磁芯と、
   前記磁芯に巻回され、前記入力交流電圧が供給される１次側巻線と、
   前記磁芯に巻回されると共に、前記２つの整流素子のうちの一の整流素子と接続するための第１の引出端、他の整流素子と接続するための第２の引出端、および前記整流回路のセンタタップと接続するためのセンタタップ引出端が前記磁芯の一方側に設けられ、前記第１の接続端と前記センタタップ接続端との間または前記第２の接続端と前記センタタップ接続端との間から前記出力交流電圧が出力される２次側巻線と
   を有し、
   前記２次側巻線は、
   前記磁芯に対して一の極性方向に巻回されてなり、一端が前記第１の引出端を構成する第１の連結導電部と、
   前記磁芯に対して他の極性方向に巻回されてなり、一端が前記第２の引出端を構成する第２の連結導電部と、
   一端が前記センタタップ引出端を構成し、他の二端が、それぞれ前記磁芯の他方側において前記第１および第２の連結導電部の各他端と連結されたセンタタップ導電部と
   を有することを特徴とする電圧変換装置。
8. 前記２つの整流素子が、第１および第２の整流素子から構成されると共に、これら第１および第２の整流素子の各一端をねじで接続するための第１および第２のねじ接続部をそれぞれ有する単一部品内に互いに独立して設けられ、
   前記第１および第２の引出端は、前記第１の連結導電部または前記第２の連結導電部をねじで接続するための一対のねじ接続部をそれぞれ有し、
   前記第１の引出端または前記第２の引出端と前記第１の整流素子または前記第２の整流素子とが、それぞれ、前記第１および第２のねじ接続部と前記一対のねじ接続部とで、互いにねじで接続されるように構成され、
   前記単一部品内における前記第１のねじ接続部と前記第２のねじ接続部との間隔と、前記第１の引出端および前記第２の引出端において互いに隣接するねじ接続部同士の間隔とが、互いに等しくなるように構成されている
   ことを特徴とする請求項７に記載の電圧変換装置。
9. 所定の空間領域に巻回された１次側巻線と、
   前記空間領域に巻回されると共に、第１および第２の引出端ならびにセンタタップ引出端が前記空間領域の一方側に設けられた２次側巻線と
   を備え、
   前記２次側巻線は、
   前記空間領域に対して一の極性方向に巻回されてなり、一端が前記第１の引出端を構成する第１の連結導電部と、
   前記空間領域に対して他の極性方向に巻回されてなり、一端が前記第２の引出端を構成する第２の連結導電部と、
   一端が前記センタタップ引出端を構成し、他の二端が、それぞれ前記空間領域の他方側において前記第１および第２の連結導電部の各他端と連結されたセンタタップ導電部と
   を有することを特徴とするコイル。
   
   

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