JP2014175398A - High frequency transformer - Google Patents

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Kazuhisa Matsunaga
和久 松永
Yoshito Suzuki
義人 鈴木
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Fuji Electric Co Ltd
Suzuki Kogyo KK
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Fuji Electric Co Ltd
Suzuki Kogyo KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high frequency transformer of low manufacturing cost capable of saving the labor of maintenance and inspection, by cooling heat generating primary coil and secondary coil by air-cooling.SOLUTION: A transformer body is constituted by sequentially winding a first insulating layer, a primary coil formed of a Litz wire, a second insulating layer formed of an insulating sheet having high thermal conductivity, and a secondary coil formed of a flat conductor around one core leg of a core. The transformer body is housed in a fully closed shielding container formed of a non-magnetic plate and shielded. Furthermore, outside air is fed, as cooling air, into the shielding container by means of a ventilation cooling system, and discharged from the other vent hole of the container, so that the cooling air is recirculated forcibly in the shielding container thus ventilation cooling the transformer body.

Description

この発明は、誘導加熱等に使用する高周波トランスに関する。   The present invention relates to a high-frequency transformer used for induction heating or the like.

一般に高周波誘導加熱用の高周波トランスにおいては、周波数が高くなるほど表皮効果等によりコイル導体の発熱が大きくなる。このようなコイルの発熱を冷却するため、特許文献1および2に示すように、少なくとも1次コイルと2次コイルの何れか一方のコイルを銅パイプ等の導体内部に通水路有する導体で構成し、この通水路に冷却水を通してコイルを冷却するようにした水冷式の高周波トランスが知られている。   In general, in a high-frequency transformer for high-frequency induction heating, the higher the frequency, the greater the heat generated by the coil conductor due to the skin effect or the like. In order to cool the heat generated by such a coil, as shown in Patent Documents 1 and 2, at least one of the primary coil and the secondary coil is formed of a conductor having a water passage inside a conductor such as a copper pipe. A water-cooled high-frequency transformer is known in which a coil is cooled by passing cooling water through the water passage.

特許第4094032号公報Japanese Patent No. 4094032 特許第5057534号公報Japanese Patent No. 5057534

しかし、このような水冷式の高周波トランスにおいては、1次コイルまたは2次コイルのコイル導体内に冷却水を通して冷却するので、冷却水の水質が悪いと、コイルの通水路が閉塞したり、冷却水の絶縁性能が低下したりするなどして、コイルが焼損したり、地絡事故を誘発したりする問題がある。また、冷却水に高水質の水を用いても、使用中にコイル導体の銅材等が通電によりイオン化して冷却水中に溶け込むことにより、イオン交換装置等の水質保持手段を備えないと、使用中に冷却水が水質低下を来し、コイルの焼損を招くことがある。このため、冷却水の水質の維持管理が重要であり、このために高周波トランスの冷却装置の構成が複雑かつ大形となるだけでなく、冷却装置の保守点検に手間を要する問題がある。   However, in such a water-cooled high-frequency transformer, the cooling water is cooled through the coil conductor of the primary coil or the secondary coil. Therefore, if the quality of the cooling water is poor, the water passage of the coil is blocked or the cooling water is cooled. There is a problem that the coil is burned out or a ground fault is caused due to a decrease in water insulation performance. Also, even if high-quality water is used for the cooling water, the copper material of the coil conductor is ionized by energization and melts in the cooling water during use. Cooling water may cause deterioration of water quality and cause coil burnout. For this reason, it is important to maintain and manage the quality of the cooling water. For this reason, not only does the configuration of the cooling device of the high-frequency transformer become complicated and large, but also there is a problem that requires maintenance and inspection of the cooling device.

さらに、コイル導体にパイプ状導体を使用した場合、フェライトコアで構成した鉄心が小さくなり、巻回すときの曲率が小さくなると、パイプ導体の冷却水の通水路となる中空路が狭窄されないようにするために特別な製造技術が必要となり、製造コストが高くなるという問題もある。   Furthermore, when a pipe-shaped conductor is used as the coil conductor, if the iron core composed of the ferrite core is small and the curvature when winding is small, the hollow path serving as the cooling water flow path of the pipe conductor is prevented from being constricted. Therefore, a special manufacturing technique is required, and there is a problem that the manufacturing cost increases.

この発明は、このような問題を解決するため、空気冷却により1次コイルおよび2次コイルの発熱を冷却することを可能として、かつ製造コストが安価で、保守点検の手間のかからない高周波トランスを提供することを課題とするものである。   In order to solve such a problem, the present invention provides a high-frequency transformer that can cool the heat generation of the primary coil and the secondary coil by air cooling, is low in manufacturing cost, and does not require maintenance and inspection. It is an object to do.

前記の課題を解決するため、この発明は、鉄心と、この鉄心の鉄心脚に絶縁シートを卷回して形成した第1の絶縁層と、この第1の絶縁層の外側にリッツ線を所要巻き数巻回して形成した1次コイルと、この1次コイルの外周に熱伝導性の高い絶縁シートを巻回して形成した第2の絶縁層と、平板状導体をこの第2の絶縁層の外側から前記1次コイルに接近して取り囲むように巻回して形成した2次コイルとによりトランス本体を構成し、このトランス本体を、非磁性の平板で形成した全閉の遮蔽容器に収めて遮蔽するとともに、この遮蔽容器の下方および上方に各別に通気口を設け、この遮蔽容器の一方の通気口から外気を冷却空気としてこの遮蔽容器内へ吸込んで、この遮蔽容器の他方の通気口か排出することによりこの遮蔽容器内に冷却空気を強制貫流させて前記トランス本体を通風冷却する通風冷却装置を設けたことを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides an iron core, a first insulating layer formed by winding an insulating sheet around the core leg of the iron core, and a litz wire wound around the outer side of the first insulating layer. A primary coil formed by winding several times, a second insulating layer formed by winding an insulating sheet having a high thermal conductivity around the outer periphery of the primary coil, and a flat conductor on the outer side of the second insulating layer The transformer body is constituted by a secondary coil formed by winding so as to approach and surround the primary coil, and this transformer body is housed and shielded in a fully closed shielding container formed of a nonmagnetic flat plate. In addition, a separate vent is provided below and above the shielding container, and outside air is sucked into the shielding container as cooling air from one vent of the shielding container and discharged from the other vent of the shielding container. In this shielding container. In which characterized in that a ventilation cooling system for ventilating cooling the transformer body to compulsorily flow air.

この発明においては、前記2次コイルを形成する平板状導体の一部を前記第2絶縁層に接触させて前記1次コイルに前記2次コイルにより接近させることができる。   In the present invention, a part of the flat conductor forming the secondary coil can be brought into contact with the second insulating layer so that the primary coil can be brought closer to the secondary coil.

また、前記1次コイルは、これを形成するリッツ線をこのリッツ線に被着した絶縁性融着樹脂により相互に融着して一体に形成するのがよい。   The primary coil may be integrally formed by fusing the litz wire forming the primary coil to each other with an insulating fusion resin adhered to the litz wire.

前記1次コイルを形成するリッツ線は、素線径が0.3mm以下の素線を複数本撚り合わせたものを使用すると、表皮効果による発熱をより抑制することができる。   If the litz wire forming the primary coil is made by twisting a plurality of strands having a strand diameter of 0.3 mm or less, heat generation due to the skin effect can be further suppressed.

さらに、前記遮蔽容器内に収容されたトランス本体は、前記鉄心の4隅の角部を耐熱性絶縁材で構成した絶縁支持ブロックにより支持して、トランス本体と前記遮蔽容器の内壁との間に通風路を形成すると、より冷却効果を高めることができる。   Further, the transformer main body accommodated in the shielding container is supported between the transformer main body and the inner wall of the shielding container by supporting the four corners of the iron core with an insulating support block made of a heat-resistant insulating material. When the ventilation path is formed, the cooling effect can be further enhanced.

この発明によれば、鉄心と鉄心に巻回された1次コイルおよび2次コイルにより構成されたトランス本体の1次コイルを形成するコイル導体をリッツ線で構成することにより1次コイルの表皮効果による発熱を抑制することができるので、トランス本体の発熱を抑えることができ、この発熱の抑えられたトランス本体を通気孔の設けられた遮蔽容器により遮蔽して通風冷却装置により遮蔽容器内に強制通風を行うことにしたので、トランス本体を水冷によらないで空冷により十分に冷却を行うことができる。このため、取り扱いが容易で保守点検の手間のかからない高周波トランスとすることができる。   According to the present invention, the skin effect of the primary coil is obtained by configuring the coil conductor forming the primary coil of the transformer main body constituted by the iron core and the primary coil wound around the iron core with the litz wire. The heat generated by the transformer can be suppressed, so that the heat generated by the transformer body can be suppressed. The transformer body with reduced heat generation is shielded by a shielding container with a vent hole and forced into the shielding container by the ventilation cooling device. Since ventilation is performed, the transformer body can be sufficiently cooled by air cooling without using water cooling. For this reason, it can be set as the high frequency transformer which is easy to handle and does not require maintenance and inspection.

この発明の高周波トランスの実施例を示す外観構成図であり、(a)は斜視図、(b)は側面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is an external appearance block diagram which shows the Example of the high frequency transformer of this invention, (a) is a perspective view, (b) is a side view. この発明の高周波トランスの実施例を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the Example of the high frequency transformer of this invention. 図2のA−A線に沿う正面断面図である。It is front sectional drawing in alignment with the AA of FIG. 図2のB−B線に沿う平面断面図である。FIG. 3 is a plan sectional view taken along line BB in FIG. 2. 高周波トランスを用いた誘導加熱装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the induction heating apparatus using a high frequency transformer. この発明の高周波トランスを用いたときと用いないときの誘導加熱装置の電気回路定数を示す図である。It is a figure which shows the electric circuit constant of the induction heating apparatus when not using with the high frequency transformer of this invention. この発明の高周波トランスの温度評価試験をした時の各部の飽和温度および温度上昇値を示す図である。It is a figure which shows the saturation temperature and temperature rise value of each part when the temperature evaluation test of the high frequency transformer of this invention is carried out. この発明の高周波トランスの他の実施例を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the other Example of the high frequency transformer of this invention.

この発明の実施の形態を図に示す実施例に基づいて説明する。   Embodiments of the present invention will be described based on examples shown in the drawings.

図1〜図4にこの発明の実施例を示す。   1 to 4 show an embodiment of the present invention.

この発明の高周波トランス10は、図1に示すような外観を呈している。   The high frequency transformer 10 of the present invention has an appearance as shown in FIG.

遮蔽容器20は、例えばアルミニウム板のような非磁性の平板により形成した直方体状の全閉された箱体で構成されている。遮蔽容器20の正面壁からトランスの2次コイル14の接続端子14c,14dが絶縁ブッシュ25(図4参照)を介して引き出され、この正面壁と対向する背面壁から1次コイル13の接続端子13c、13dが絶縁ブッシュ24(図2参照)を介して引き出されている。遮蔽容器20の背面壁の下部には、ここには図示されない通気口から外気を冷却空気として遮蔽容器20内に送って容器内部を冷却する通風冷却装置としての通風冷却ファン30が設けられている。そして、遮蔽容器20の上面壁には、容器内を貫流して冷却空気を排出するためのグリル状の通気口22が設けられている。遮蔽容器20の下端には、取付固定用の取付脚23が設けられている。   The shielding container 20 is composed of a rectangular parallelepiped fully closed box formed of a nonmagnetic flat plate such as an aluminum plate. The connection terminals 14c and 14d of the secondary coil 14 of the transformer are drawn out from the front wall of the shielding container 20 via the insulating bush 25 (see FIG. 4), and the connection terminals of the primary coil 13 from the back wall facing the front wall. 13c and 13d are drawn out through an insulating bush 24 (see FIG. 2). A ventilation cooling fan 30 as a ventilation cooling device is provided below the rear wall of the shielding container 20 as a ventilation cooling device that cools the inside of the container by sending outside air as cooling air from a vent (not shown) into the shielding container 20. . A grill-like air vent 22 is provided on the top wall of the shielding container 20 so as to flow through the container and discharge cooling air. At the lower end of the shielding container 20, a mounting leg 23 for mounting and fixing is provided.

このように構成された遮蔽容器20は、この中に高周波トランスの本体11を収容して遮蔽するものである。トランス本体11の収容する遮蔽容器20の下部の通風冷却ファン30によりこの中に送られた冷却空気として送り、この中を下方から上方へ貫流させることにより、この中のトランス本体11を冷却空気より冷却することができる。   The shielding container 20 configured in this way accommodates and shields the main body 11 of the high-frequency transformer therein. The air is sent as cooling air sent by the ventilation cooling fan 30 at the lower part of the shielding container 20 accommodated in the transformer main body 11, and the inside of the transformer main body 11 is made to flow from the lower side to the upper side. Can be cooled.

次に、遮蔽容器20に収容される高周波トランスの本体11の構成の詳細を図2〜図4を参照して説明する。   Next, the detail of the structure of the main body 11 of the high frequency transformer accommodated in the shielding container 20 is demonstrated with reference to FIGS.

トランス本体11は、例えばフェライトコアにより構成した3個の鉄心脚を有する鉄心12を備える。鉄心12は、2個の矩形状の環状鉄心を接合することにより3個の鉄心脚12a、12b、12cを形成している。この鉄心12の中央の鉄心脚12bに絶縁シートを巻き付けて第1の絶縁層15を形成する。この絶縁層15の外側にリッツ線で構成してコイル導体13aを所要回数、ここでは6回巻きして筒状の1次コイル13を形成する。   The transformer main body 11 includes an iron core 12 having three iron core legs configured by, for example, a ferrite core. The iron core 12 forms three iron core legs 12a, 12b, and 12c by joining two rectangular annular iron cores. An insulating sheet is wound around the iron core leg 12 b at the center of the iron core 12 to form the first insulating layer 15. A cylindrical primary coil 13 is formed by winding the coil conductor 13a on the outside of the insulating layer 15 and winding the coil conductor 13a a required number of times, here six times.

1次コイル13のコイル導体13aとして使用するリッツ線は、細い導線の表面を絶縁エナメルで被覆して構成した絶縁細線を素線とし、この素線を複数本撚り合わせて所要の電流容量を得るようにしたものである。リッツ線は、細い素線を撚り合わせて構成するため、表皮効果が抑えられることにより高周波電流を流しても発熱を抑制することができる。リッツ線は、素線の線径を0.3mm以下にすると表皮効果の抑制効果がより高くなるため、線径が0.3mm以下の素線で構成したリッツ線を使用すると1次コイルの発熱抑制効果が高くなる。   The litz wire used as the coil conductor 13a of the primary coil 13 is an insulated thin wire formed by coating the surface of a thin conducting wire with an insulating enamel, and a plurality of the strands are twisted to obtain a required current capacity. It is what I did. Since the litz wire is formed by twisting thin strands, the skin effect is suppressed, so that heat generation can be suppressed even when a high-frequency current is passed. Litz wire has a higher effect of suppressing the skin effect when the wire diameter of the wire is 0.3 mm or less. Therefore, when a litz wire composed of a wire having a wire diameter of 0.3 mm or less is used, the primary coil generates heat. The suppression effect is increased.

なお、リッツ線は撚線であるため成形がやややりにくいところがあり、ただ単に巻回しただけでは巻が戻り、成形したコイルが形崩れを生じることがある。成形した1次コイルが形崩れを起しそうな場合は、リッツ線に予め融着性のある絶縁樹脂を被着した融着性リッツ線を使用する。この融着性リッツ線をコイル導体として巻回して筒状に成形した1次コイルを加熱処理することにより、融着性を有する絶縁被覆により1次コイルのコイル導体を融着し、これを一体に固めるようにすることができる。   In addition, since the litz wire is a stranded wire, there are places where the forming is somewhat difficult, and if it is simply wound, the winding is returned, and the formed coil may be deformed. If the molded primary coil is likely to be deformed, a fusible litz wire in which an insulating resin having a fusible property is previously applied to the litz wire is used. The primary coil that is formed into a cylindrical shape by winding this fusible litz wire as a coil conductor is heat-treated, so that the coil conductor of the primary coil is fused with an insulating coating having a fusibility, and this is integrated. Can be hardened.

さらに、1次コイル13の外周に熱伝導性の高いに絶縁シートを巻回して第2の絶縁層6を形成する。この第2の絶縁層16の外側に、銅平板等で構成した平板状のコイル導体により1回巻きした2次コイル14を配置する。この2次コイル14は、平板状の導体を断面が略C字形に2分割構成されたコイル導体14a、14bを備え、この2個の分割コイル導体を互いにC字の開口部が向かい合うように対向配置し、その一端側を互いに結合ねじ14eにより締付け結合して電気的に接続し、他方端は開放して接続端子14c、14dとすることにより、1回巻のコイルとしている。   Further, an insulating sheet having high thermal conductivity is wound around the outer periphery of the primary coil 13 to form the second insulating layer 6. A secondary coil 14 wound once by a flat coil conductor made of a copper flat plate or the like is disposed outside the second insulating layer 16. The secondary coil 14 includes coil conductors 14a and 14b each having a flat conductor divided into a substantially C-shaped cross section, and the two divided coil conductors are opposed to each other so that the C-shaped openings face each other. The one end side is clamped and coupled to each other by a coupling screw 14e for electrical connection, and the other end is opened to form connection terminals 14c and 14d, thereby forming a one-turn coil.

2次コイル14は、図4に示すように、1次コイル13との電磁結合度を高めるために、1次コイル3に接近するように1次コイル13の外周の第2の絶縁層16と接触する部分14xと、冷却効果を高めるために通風路となるように離間した部分14yが形成されるように配設する。   As shown in FIG. 4, the secondary coil 14 has a second insulating layer 16 on the outer periphery of the primary coil 13 so as to approach the primary coil 3 in order to increase the degree of electromagnetic coupling with the primary coil 13. It arrange | positions so that the part 14x spaced apart so that it may become a ventilation path in order to improve the cooling effect and the part 14x which contacts.

このように鉄心12の中央鉄心脚12bに絶縁層を介して1次コイル13および2次コイル14を重ね巻してトランス本体11が構成される。このように構成されたトランス本体11を遮蔽容器10内に収めた際、鉄心12の四隅の角部と遮蔽用容器20の内壁との間に断面がL字形に形成された絶縁支持ブロック19を嵌装することにより遮蔽容器20の内壁から離間してトランス本体11を支持するようにする。これにより、トランス本体11と遮蔽容器20の内壁との間に冷却通風路となる空間が形成される。   Thus, the transformer main body 11 is configured by winding the primary coil 13 and the secondary coil 14 on the central core leg 12b of the iron core 12 through the insulating layer. When the thus configured transformer body 11 is housed in the shielding container 10, an insulating support block 19 having an L-shaped cross section is formed between the corners of the four corners of the iron core 12 and the inner wall of the shielding container 20. By fitting, the transformer body 11 is supported away from the inner wall of the shielding container 20. Thereby, a space serving as a cooling air passage is formed between the transformer main body 11 and the inner wall of the shielding container 20.

このようにしてトランス本体11を通風冷却ファン30を備えた遮蔽容器20内に収容することにより、トランス本体11を遮蔽容器20によりで遮蔽した高周波トランス10が完成する。このように構成されたこの発明の高周波トランスは、空冷式の冷却構造であるため、構造が簡単であり、コイル導体にパイプ状導体でなくリッツ線を使用するのでコイルの成形が容易となり製造コストを安価とすることができる。   Thus, the transformer main body 11 is accommodated in the shielding container 20 provided with the ventilation cooling fan 30, thereby completing the high-frequency transformer 10 in which the transformer main body 11 is shielded by the shielding container 20. The high-frequency transformer according to the present invention configured as described above has an air-cooling type cooling structure, and thus has a simple structure, and uses a litz wire instead of a pipe-like conductor for the coil conductor, facilitating coil molding and manufacturing cost. Can be made inexpensive.

この発明の高周波トランス10は、運転中は通風冷却ファン30を駆動して外気を冷却空気として遮蔽容器20の通気口21からこの中に送り込む。容器20内送り込まれた冷却空気は、図2〜図4に矢印で示すように、容器20内を下方から上方へ貫流して上壁の排気口24から排出される。この間に冷却空気がトランス本体11の鉄心12と容器内壁との間の空間や、2次コイル14と1次コイル13との間の空間14yおよびや鉄心12と2次コイル14との間の空間を通風路としてここを流れ、鉄心12および2次コイル14を直接的に冷却する。また、1次コイル13の熱は第1の絶縁層15および第2の絶縁層16を介して鉄心12および2次コイル14に伝達されるので鉄心12および2次コイル14に接触して流れる冷却空気により冷却することができる。そして、図4における2次コイル14と1次コイル13との間の空間14y部分にも冷却空気が流れるので、1次コイル13の一部が熱伝導度の高い絶縁シートで構成された第2の絶縁層16を介してこの冷却空気によって冷却される。このため、通電中の1次コイル13および2次コイル14を良好に冷却することができる。   During operation, the high-frequency transformer 10 of the present invention drives the ventilation cooling fan 30 and sends outside air as cooling air into the shielding container 20 through the vent 21. As shown by arrows in FIGS. 2 to 4, the cooling air fed into the container 20 flows through the container 20 from below to above and is discharged from the exhaust port 24 on the upper wall. During this time, the cooling air is a space between the iron core 12 of the transformer main body 11 and the inner wall of the container, a space 14y between the secondary coil 14 and the primary coil 13, and a space between the iron core 12 and the secondary coil 14. It flows here as a ventilation path, and the iron core 12 and the secondary coil 14 are directly cooled. Further, since the heat of the primary coil 13 is transmitted to the iron core 12 and the secondary coil 14 via the first insulating layer 15 and the second insulating layer 16, the cooling that flows in contact with the iron core 12 and the secondary coil 14. It can be cooled by air. And since cooling air flows also into the space 14y part between the secondary coil 14 and the primary coil 13 in FIG. 4, a part of primary coil 13 was comprised with the insulating sheet with high heat conductivity. The cooling air is cooled through the insulating layer 16. For this reason, the primary coil 13 and the secondary coil 14 which are energized can be cooled satisfactorily.

さらに、トランス本体11の全体を遮蔽する遮蔽容器20を高熱伝導性の非磁性材料であるアルミニウム板で構成すると、この容器自体が放熱体となりトランス本体の通風冷却効果を高めることができる。   Furthermore, when the shielding container 20 that shields the entire transformer main body 11 is made of an aluminum plate that is a non-magnetic material having high thermal conductivity, the container itself becomes a heat radiating body, and the ventilation cooling effect of the transformer main body can be enhanced.

続いてこの発明の高周波トランスの電気的特性を変換比(1次コイルと2次コイルの巻数比)を6:1とした例について説明する。   Next, an example in which the electrical characteristics of the high-frequency transformer of the present invention are set to a conversion ratio (turn ratio of primary coil to secondary coil) of 6: 1 will be described.

図5は、この発明の高周波トランス10を用いた誘導加熱装置の回路構成を示すものである。   FIG. 5 shows a circuit configuration of an induction heating apparatus using the high-frequency transformer 10 of the present invention.

例えば高周波インバータで構成された高周波電源40から高周波トランス10を介して誘導加熱装置50に高周波電流I1を供給すると、高周波トランス10の1次コイル13で形成された磁束のほとんどが、鉄心12の中央鉄心脚12bに誘起され、漏れた磁束は、鉄心脚12a、12cで吸収され、外部への漏れを抑制することができる。中央鉄心脚12bに誘起された磁束により平板状導体により構成された2次コイル14に誘起された起電力により、誘導加熱装置5の加熱コイル51に高周波電流I2が供給される。ここでは、1次コイル13が6回巻き、2次コイル14が1回巻きという構成になっているから、加熱コイル51に供給される高周波電流I2はI1の6倍の高周波電流となる。これは、図4に示すように鉄心12と1次コイル13と2次コイル14とを接近して配置して、高周波トランス10の漏れインダクタンスを小さくさしているからである。6倍となった高周波電流I2が整合コンデンサ52を通り、加熱コイル51に供給されることで被加熱物53を誘導加熱することができる。 For example, when a high-frequency current I 1 is supplied from a high-frequency power source 40 configured by a high-frequency inverter to the induction heating device 50 via the high-frequency transformer 10, most of the magnetic flux formed by the primary coil 13 of the high-frequency transformer 10 is in the iron core 12. Magnetic flux induced and leaked by the central core leg 12b is absorbed by the core legs 12a and 12c, and leakage to the outside can be suppressed. The high frequency current I 2 is supplied to the heating coil 51 of the induction heating device 5 by the electromotive force induced in the secondary coil 14 constituted by a flat conductor by the magnetic flux induced in the central core leg 12 b. Here, since the primary coil 13 is wound six times and the secondary coil 14 is wound once, the high-frequency current I 2 supplied to the heating coil 51 is a high-frequency current six times I 1. . This is because, as shown in FIG. 4, the iron core 12, the primary coil 13, and the secondary coil 14 are arranged close to each other to reduce the leakage inductance of the high-frequency transformer 10. The object to be heated 53 can be induction-heated by supplying the six-fold high-frequency current I 2 through the matching capacitor 52 and being supplied to the heating coil 51.

ここに誘導加熱装置50の例として示すものは、加熱コイル51が、内径70mmの3回巻きのコイルで構成され、被加熱物53がSGP40Aとして示される鋼管であり、この鋼管を加熱コイル51に挿入して加熱するものである。   What is shown here as an example of the induction heating device 50 is a steel pipe in which the heating coil 51 is constituted by a three-turn coil having an inner diameter of 70 mm, and the article 53 to be heated is shown as SGP 40A. It is inserted and heated.

この誘導加熱装置50から高周波トランス10を外した状態で誘導加熱装置50の各種の電気回路常数をLCRメータで測定した結果を図6のA欄に示すが、抵抗値Rは14.1Ωと低い値となる。この負荷条件で誘導加熱装置50を高周波電源40に接続して運転すると、誘導加熱装置50の抵抗値が低いため、大電流を供給できる高周波電源が必要となり、高周波電源40の価格が高くなる。   The results of measuring various electric circuit constants of the induction heating device 50 with the LCR meter with the high-frequency transformer 10 removed from the induction heating device 50 are shown in the column A of FIG. 6, and the resistance value R is as low as 14.1Ω. Value. When the induction heating device 50 is connected to the high frequency power supply 40 and operated under this load condition, the induction heating device 50 has a low resistance value, so a high frequency power supply capable of supplying a large current is required, and the price of the high frequency power supply 40 increases.

高周波電源40から高周波トランス10を介して誘導加熱装置50に給電するようにすると、この高周波トランス10の入力端Aからみた回路抵抗R10は、高周波トランス10の1次コイルを巻数N1、2次コイルを巻数N2とすると、
R10=R×(N1÷N2)2 (1)
となる。ここでRは、誘導加熱装置50の抵抗である。
When power is fed from the high frequency power supply 40 to the induction heating device 50 via the high frequency transformer 10, the circuit resistance R10 viewed from the input terminal A of the high frequency transformer 10 is configured so that the primary coil of the high frequency transformer 10 has the number of turns N1, the secondary coil. Is the number of turns N2,
R10 = R × (N1 ÷ N2) 2 (1)
It becomes. Here, R is the resistance of the induction heating device 50.

この結果、図5に示す回路において、高周波トランス10の入力端Aからみた回路抵抗R10は、図6のB欄に示すように502Ωと大きくなる。これにより、高周波電源40から供給する電流を、高周波トランス10のない場合の3%以下に大幅に低減できることになる。このため、高周波トランス10を介することにより、高周波電源40の電流容量が大幅に低減され、価格を低減できる。   As a result, in the circuit shown in FIG. 5, the circuit resistance R10 viewed from the input terminal A of the high-frequency transformer 10 becomes as large as 502Ω as shown in the column B of FIG. As a result, the current supplied from the high frequency power supply 40 can be greatly reduced to 3% or less when the high frequency transformer 10 is not provided. For this reason, the current capacity of the high-frequency power supply 40 is significantly reduced by using the high-frequency transformer 10, and the price can be reduced.

なお、SGPで構成された鋼管より抵抗値の小さいSUS304等のステンレス鋼で構成された管を被加熱物53とした場合は、誘導加熱装置50の回路抵抗Rが小さくなる。この場合は、高周波トランス10を介して高周波電流を供給しても、高周波電源40の電流容量が大きくなるため、価格が上昇する。この場合は、図8に示すように、高周波トランス10の1次コイル13を2層構成にして巻き数を増やすことで、高周波電源40から見た回路抵抗を大きくして、高周波電源からの電流を低減することができる。例えば、1次コイル13の巻数を12回巻にして、2次コイルの巻数を1回巻にすると、高周波電源40から見た回路抵抗R10は、誘導加熱装置の回路抵抗Rの140倍以上に大きくすることができるので、高周波電源40の電流を大幅に低減することができる。   In addition, when the pipe | tube comprised from stainless steels, such as SUS304 whose resistance value is smaller than the steel pipe comprised from SGP, is made into the to-be-heated material 53, the circuit resistance R of the induction heating apparatus 50 becomes small. In this case, even if a high-frequency current is supplied via the high-frequency transformer 10, the current capacity of the high-frequency power supply 40 increases, and the price increases. In this case, as shown in FIG. 8, the primary coil 13 of the high-frequency transformer 10 is configured in two layers to increase the number of turns, thereby increasing the circuit resistance viewed from the high-frequency power source 40 and the current from the high-frequency power source Can be reduced. For example, if the number of turns of the primary coil 13 is 12 and the number of turns of the secondary coil is 1, the circuit resistance R10 viewed from the high frequency power supply 40 is 140 times or more the circuit resistance R of the induction heating device. Since it can be increased, the current of the high-frequency power supply 40 can be significantly reduced.

次に、この発明の高周波トランス10について温度評価試験を実施した結果を図7に示す。   Next, FIG. 7 shows the result of a temperature evaluation test performed on the high-frequency transformer 10 of the present invention.

この試験は、図5の回路における高周波電源40から高周波トランス10へ、周波数が25kHzで、大きさが144Aの高周波電流I1を供給し、被加熱物53へおよそ15kWの電力を加えた状態で、高周波トランス10の図2〜図4にA〜Hで示す8か所の温度を測定するものである。 In this test, a high-frequency current I 1 having a frequency of 25 kHz and a size of 144 A is supplied from the high-frequency power source 40 in the circuit of FIG. 5 to the high-frequency transformer 10 and approximately 15 kW of power is applied to the object 53 to be heated. The temperature of the eight places indicated by A to H in FIGS. 2 to 4 of the high-frequency transformer 10 is measured.

温度測定点A〜Cは、1次コイル13の3巻目のコイル導体13aの正面側、背面側、および右側面側の表面、測定点D、Eは、鉄心12の中央鉄心脚12bの上部の背面側および正面側の表面である。また、測定点F、Gは、鉄心12の右側鉄心脚12cの中央部の正面側表面および左側鉄心脚12aの中央部の正面側表面であり、測定点Hは、冷却ファン30の入口付近の外気温度測定点である。   The temperature measurement points A to C are the front side, back side, and right side surface of the third coil conductor 13a of the primary coil 13, and the measurement points D and E are the upper part of the central core leg 12b of the core 12. It is the surface of the back side of this, and the front side. Further, the measurement points F and G are the front side surface of the center part of the right core leg 12c of the iron core 12 and the front side surface of the center part of the left core leg 12a, and the measurement point H is near the entrance of the cooling fan 30. This is the outside air temperature measurement point.

図7に示すこれらの各測定点の温度は、誘導加熱装置の運転を開始してから時間の経過とともに上昇するが、所定の時間経過するとこの温度上昇が止まる、いわゆる飽和した時の温度である。   The temperature at each of these measurement points shown in FIG. 7 rises as time elapses after the operation of the induction heating apparatus is started, but this temperature rise stops when a predetermined time elapses. .

この温度試験の結果、図7から明らかなように、外気温度(H点の温度)は26.6℃であるが、高周波トランス10内の1次コイル13の背面側のB点で、95.5℃の最高温度が示された。これは、外気温度に対して68.5℃の温度上昇である。   As a result of this temperature test, as is clear from FIG. 7, the outside air temperature (the temperature at the point H) is 26.6 ° C., but at the point B on the back side of the primary coil 13 in the high-frequency transformer 10, it is 95. A maximum temperature of 5 ° C was indicated. This is a temperature increase of 68.5 ° C. with respect to the outside air temperature.

この温度は、1次コイル導体13aに使用するリッツ線に、H種絶縁の施されたものを使用すると、このリッツ線の許容最大温度は180℃であるので、十分にこの温度範囲に収まる温度であり問題はない。   If the Litz wire used for the primary coil conductor 13a is subjected to class H insulation, the allowable maximum temperature of this litz wire is 180 ° C., so that this temperature is well within this temperature range. There is no problem.

また、鉄心12の測定点F、Gの温度も、それぞれ64.7℃、59.7℃。までしか上昇しない。この鉄心の温度も、フェライトコアで構成した鉄心12の使用許容温度とされている120℃より50℃以上も低いので、全く問題ない温度である。   Moreover, the temperature of the measurement points F and G of the iron core 12 is 64.7 ° C. and 59.7 ° C., respectively. Only rises. Since the temperature of the iron core is also lower by 50 ° C. or more than 120 ° C., which is the allowable use temperature of the iron core 12 composed of the ferrite core, it is a temperature at which there is no problem.

このような温度評価試験から理解できるように、発明の高周波トランスは、空気冷却により1次コイルや、鉄心の温度を使用可能な範囲に維持することができるので、十分実用に供することができる。   As can be understood from such a temperature evaluation test, the high-frequency transformer of the invention can be sufficiently put into practical use because the temperature of the primary coil and the iron core can be maintained in a usable range by air cooling.

1:高周波トランス
11:トランス本体
12:鉄心
13:1次コイル
14:2次コイル
15:第1絶縁層
16:第2絶縁層
19:絶縁支持ブロック
20:遮蔽容器
21、22:通気口
30:通風冷却装置
1: High frequency transformer 11: Transformer main body 12: Iron core 13: Primary coil 14: Secondary coil 15: First insulating layer 16: Second insulating layer 19: Insulating support block 20: Shielding container 21, 22: Vent 30: Ventilation cooling device

Claims (5)

鉄心と、この鉄心の鉄心脚に絶縁シートを卷回して形成した第1の絶縁層と、この第1の絶縁層の外側にリッツ線を所要巻き数巻回して形成した1次コイルと、この1次コイルの外周に熱伝導性の高い絶縁シートを巻回して形成した第2の絶縁層と、平板状導体をこの第2の絶縁層の外側から前記1次コイルに接近して取り囲むように巻回して形成した2次コイルとによりトランス本体を構成し、このトランス本体を、非磁性の平板で形成した全閉の遮蔽容器に収めて遮蔽するとともに、この遮蔽容器の下方および上方に各別に通気口を設け、この遮蔽容器の一方の通気口から外気を冷却空気としてこの遮蔽容器内へ吸込んで、この遮蔽容器の他方の通気口か排出することによりこの遮蔽容器内に冷却空気を強制貫流させて前記トランス本体を通風冷却する通風冷却装置を設けたことを特徴とする高周波トランス。   An iron core, a first insulating layer formed by winding an insulating sheet around the iron core leg of the iron core, a primary coil formed by winding a required number of turns of litz wire on the outside of the first insulating layer, and A second insulating layer formed by winding an insulating sheet having a high thermal conductivity around the outer periphery of the primary coil and a flat conductor so as to surround the primary coil from the outside of the second insulating layer. A transformer body is constituted by a secondary coil formed by winding, and the transformer body is housed and shielded in a fully-closed shielding container formed of a nonmagnetic flat plate, and separately below and above the shielding container. A ventilation port is provided, and the outside air is sucked into the shielding container as cooling air from one ventilation hole of the shielding container, and the cooling air is forced to flow into the shielding container by discharging from the other ventilation hole of the shielding container. Let the transformer body High frequency transformer, characterized in that a ventilation cooling system for ventilation cooling. 前記2次コイルを形成する平板状導体の一部を前記第2絶縁層に接触させて前記1次コイルに前記2次コイルにより接近させることを特徴とする請求項1に記載の高周波トランス。   2. The high-frequency transformer according to claim 1, wherein a part of a flat-plate conductor forming the secondary coil is brought into contact with the second insulating layer so as to approach the primary coil by the secondary coil. 前記1次コイルは、これを形成するリッツ線をこのリッツ線に被着した絶縁性融着樹脂により相互に融着して一体に形成することを特徴とする請求項1または2に記載の高周波トランス。   3. The high frequency according to claim 1, wherein the primary coil is integrally formed by fusing the litz wire forming the primary coil to each other with an insulating fusing resin adhered to the litz wire. Trance. 前記1次コイルを形成するリッツ線は、素線径が0.3mm以下の素線を複数本撚り合わせたものであることを特徴とする高周波トランス。   The litz wire forming the primary coil is a high-frequency transformer in which a plurality of strands having a strand diameter of 0.3 mm or less are twisted together. 前記遮蔽容器内に収容されたトランス本体は、前記鉄心の4隅の角部を耐熱性絶縁材で構成した絶縁支持ブロックにより支持することにより、前記トランス本体と遮蔽容器の内壁との間に冷却通風路を形成することを特徴とする高周波トランス。   The transformer main body accommodated in the shielding container is cooled between the transformer main body and the inner wall of the shielding container by supporting the corners of the four corners of the iron core with insulating support blocks made of a heat-resistant insulating material. A high-frequency transformer characterized by forming a ventilation path.
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