JP2016018857A - コア及びボビン並びに電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも高出力、低雑音で且つ簡易な製造工程により製造することが可能なトランスを提供する。【解決手段】コイルが巻回される柱状の中央脚４及び中央脚１３と、中央脚４及び中央脚１３の中心軸から見て対称の位置に配置されている三以上の外側脚２等であって、それぞれが柱状の外側脚２等と、中央脚４及び中央脚１３の端部と、当該端部に対応した各外側脚２等の端部と、の間に配置され、コイルの電流により発生する磁束を通す上面部１及び下面部１０と、を備え、各外側脚２等の横断面の面積の合計が、中央脚４及び中央脚１３の横断面の面積以上とされている。【選択図】図１

Description

本発明は、コア及びボビン並びに電力変換装置の技術分野に属する。より詳細には、電力変換装置用のコア及びボビン、並びに当該コア及びボビンを備えた電力変換装置の技術分野に属する。

電子部品としての電力変換装置（いわゆるトランス）は、様々な装置に広く用いられている。このような電力変換装置に要求される特徴としては、例えば、小型化及び低雑音化等である。このような特徴を備える電力変換装置として、例えば下記特許文献１に記載されたものがある。下記特許文献１に開示されている電力変換装置では、電力変換装置としてのコイルが巻回されるコアの全体形状を円球状又は楕円球状とすることにより、外部への電磁雑音の低減を図っている。

特開２００５−１０９３９９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている電力変換装置では、外郭が球状又は楕円球状のコア内にコイルを巻回する必要があるため、コイルの巻回のために確保できる空間が狭いことから、コイルの巻回量の増大による更なる高出力化に対応させたい場合があった。また、コアの外郭が球状又は楕円球状であるため、その製造工程が複雑となることから、製造工程を簡略化することで製造コストをより抑制したいという要請もあった。

そこで本発明は、上記の要請に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、従来よりも高出力、低雑音で且つ簡易な製造工程により製造することが可能なコア及びボビン、並びに当該コア及びボビンを備えた電力変換装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電力変換装置用のコアであって、コイルが巻回される柱状の中央脚と、当該中央脚の中心軸から見て対称の位置に配置されている三以上の外側脚であって、それぞれが柱状の外側脚と、前記中央脚の端部と、当該端部に対応した各前記外側脚それぞれの端部と、の間に配置され、前記コイルの電流により発生する磁束を通す磁束通過部と、を備え、各前記外側脚の中心軸に垂直な断面の面積の合計が、前記中央脚の中心軸に垂直な断面の面積以上とされている。

上記の課題を解決するために、請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のコアの前記中央脚と前記コイルとの間に挿入される筒形状のボビンであって、各前記外側脚の間の位置に、外部から前記コイルに接続するための外部端子をそれぞれ備える。

上記の課題を解決するために、請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のコアと、前記中央脚に挿入された請求項６に記載のボビンと、前記ボビンの筒状部を間に挟んで前記中央脚に巻回され、前記ボビンの前記外部端子を介して外部に接続される前記コイルと、を備える。

請求項1、請求項６又は請求項７のいずれか一項に記載の発明によれば、中央脚と、三以上の外側脚と、を備え、各外側脚の中心軸に垂直な断面の面積の合計が、中央脚の中心軸に垂直な断面の面積以上とされている。よって、外側脚が二以下の場合に比して、電力変換装置としての機能を担保しつつ、中央脚と各外側脚との間のコイルが巻回される空間を広げることができるため、コイルの巻回量を増大させることによる高出力化が可能となる。また、中央脚の中心軸から見て対称の位置に各外側脚が配置されるため、外部磁束が閉ループを形成することで、外部への雑音漏洩を防止することができる。更に中央脚及び各外側脚がそれぞれ柱状であるため、製造工程を簡略化できる。

上記の課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコアにおいて、三以上奇数個の前記外側脚を備え、前記中央脚の中心軸に垂直に交わる直線を対称軸とした線対称の位置に前記外側脚がそれぞれ一ずつ配置されている。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、三以上奇数個の外側脚を備え、中央脚の中心軸に垂直に交わる直線を対称軸とした線対称の位置に外側脚がそれぞれ一ずつ配置されているので、外部への雑音漏洩をより効果的に防止することができる。

上記の課題を解決するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のコアにおいて、四以上偶数個の前記外側脚を備え、前記中央脚の中心軸を中心とした点対称の位置に前記外側脚がそれぞれ一ずつ配置されている。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、四以上偶数個の外側脚を備え、中央脚の中心軸を中心とした点対称の位置に外側脚がそれぞれ一ずつ配置されているので、外部への雑音漏洩をより効果的に防止することができる。

上記の課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のコアにおいて、四の前記外側脚を備え、前記中心軸を中心とし且つ当該中心軸に垂直な正方形の各頂点の位置に前記外側脚がそれぞれ一ずつ配置されており、前記磁束通過部は、各前記外側脚及び前記中央脚それぞれの位置に対応した平面視十字形状を有する。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の作用に加えて、四の外側脚を備え、中央脚の中心軸を中心とし且つ当該中心軸に垂直な正方形の各頂点の位置に外側脚がそれぞれ一ずつ配置されており、更に磁束通過部が、各外側脚及び中央脚それぞれの位置に対応した平面視十字形状を有するので、外部への雑音漏洩を更に効果的に防止することができる。

上記の課題を解決するために、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のコアにおいて、各前記外側脚の中心軸に垂直な前記断面の面積が全て同一であるように構成される。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、各外側脚の中心軸に垂直な断面の面積が全て同一であるので、不要な発熱を抑制することが可能となる。

本発明によれば、中央脚と、三以上の外側脚と、を備え、各外側脚の中心軸に垂直な断面の面積の合計が、中央脚の中心軸に垂直な断面の面積以上とされている。よって、外側脚が二以下の場合に比して、電力変換装置としての機能を担保しつつ、中央脚と各外側脚との間のコイルが巻回される空間を広げることができるため、コイルの巻回量を増大させることによる、いわゆる多出力線巻対応が可能となる。また、外側脚が二以下の従来の場合に比して中央脚と各外側脚との間のコイルが巻回される空間を広げられることで、当該従来の場合に比して、電力変換装置として同じ体積又は外形寸法であっても、コアとしての横断面の面積（特に中央脚の横断面の面積）を大きくすることができ、結果として電力変換装置としての高出力化が可能となる。

更に、中央脚の中心軸から見て対称の位置に各外側脚が配置されるため、外部磁束が閉ループを形成することで、外部への雑音漏洩を防止することができる。更にまた、中央脚及び各外側脚がそれぞれ柱状であるため、製造工程を簡略化できる。

従って、従来よりも高出力、低雑音の電力変換装置を簡易な製造工程により製造することができる。

実施形態に係るコアの構造を示す図であり、（ａ）は当該コアの平面図であり、（ｂ）は当該コアの正面図であり、（ｃ）は当該コアの右側面図であり、（ｄ）は（ｂ）図におけるＢ−Ｂ’部断面図であり、（ｅ）は（ａ）図におけるＡ−Ａ’部断面図であり、（ｆ）は当該コアを構成する下部部材の外観斜視図であり、（ｇ）は当該コアを構成する上部部材の外観斜視図である。 実施形態に係るボビンの構造を示す図であり、（ａ）は当該ボビンの平面図であり、（ｂ）は当該ボビンの下面図であり、（ｃ）は当該ボビンの正面図であり、（ｄ）は（ａ）図におけるＣ−Ｃ’部断面図である。 実施形態に係るコアに実施形態に係るボビンを挿入した状態を示す図であり、（ａ）は当該状態の平面図であり、（ｂ）は当該状態の正面図であり、（ｃ）は（ａ）図におけるＤ−Ｄ’部断面図である。 実施形態に係るトランスの構造を示す図であり、（ａ）は当該トランスの平面図であり、（ｂ）は当該トランスの正面図であり、（ｃ）は（ａ）図におけるＥ−Ｅ’部断面図である。 実施形態に係るトランスにおける磁束の状態を示す図であり、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は平面図である。 実施形態に係るコアを含むトランスの効果を具体的に例示する図であり、（ａ）は従来のＥＥ型コアを含むトランスの横断面の第一例を示す図であり、（ｂ）は実施形態に係るコアを含むトランスの効果を示す横断面図であり、（ｃ）は従来のＥＥ型コアを含むトランスの横断面の第二例を示す図である。 変形形態に係るコアの構造を例示する図であり、（ａ）は当該構造の第一例を示す平面図であり、（ｂ）は当該構造の第二例を示す平面図であり、（ｃ）は当該構造の第三例を示す平面図であり、（ｄ）は当該構造の第四例を示す外観斜視図である。

次に、本発明に係る実施形態及び変形形態について、図１乃至図６を用いて説明する。なお以下に説明する実施形態及び変形形態は、電力変換用のトランスに対して本発明を適用した場合の実施形態である。なお、上記トランスが本発明に係る「電力変換装置」の一例に相当する。

（Ｉ）実施形態
初めに、本発明に係る実施形態について、図１乃至図５を用いて説明する。なお、図１は実施形態に係るコアの構造を示す図であり、図２は実施形態に係るボビンの構造を示す図であり、図３は実施形態に係るコアに実施形態に係るボビンを挿入した状態を示す図である。また、図４は実施形態に係るトランスの構造を示す図であり、図５は当該トランスにおける磁束の状態を示す図であり、図６は実施形態に係るコアを含むトランスの効果を具体的に例示する図である。なお図１において、実施形態に係るコアの背面図は図１（ｂ）に示す正面図と同一となるので、記載を省略する。また当該コアの左側面図は図１（ｃ）に示す右側面図と同一となるので、記載を省略する。

図１に示すように、実施形態に係るコアＣは、図１（ｆ）に示す下部部材Ｃ１と、図１（ｇ）に示す上部部材Ｃ２と、が上下に組み合わされて構成される。このとき上部部材Ｃ２及び下部部材Ｃ１を形成する材料は、コアＣが用いられる実施形態に係るトランスの発振周波数（換言すれば、必要とされるコアＣの透磁率）に基づいて決定され、より具体的に例えば、フェライト粉末、鉄ダスト、パーマロイモリブデン粉末、ケイ素鋼板等が用いられる。このとき、フェライト粉末は当該トランスを例えば５０キロヘルツ程度の発振周波数で用いる場合に、コアＣの材料として好適である。また鉄ダスト及びパーマロイモリブデン粉末はそれぞれ、当該トランスを例えば２０キロヘルツ以上の発振周波数で用いる場合に、コアＣの材料として好適である。このとき、鉄ダストとパーマロイモリブデン粉末との使い分けは、例えば実施形態に係るコアＣを備えるトランスの設計上求められる、いわゆるコアロスによる。更にケイ素鋼板は、当該トランスを例えば２０キロヘルツ以下の発信周波数で用いる場合（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor（ＩＧＢＴ））と共に用いる場合等）に、コアＣの材料として好適である。

そして図１（ｆ）に示すように、実施形態に係るコアＣの下部部材Ｃ１は、平板状の下面部１０と、柱状の中央脚１３と、それぞれが柱状の外側脚１１及び外側脚１２と、が一体成形されて形成されている。一方図１（ｇ）に示すように、当該コアＣの上部部材Ｃ２は、平板状の上面部１と、柱状の中央脚４と、それぞれが柱状の外側脚２及び外側脚３と、が一体成形されて形成されている。このとき上面部１及び下面部１０が本発明に係る「磁束通過部」の一例に相当する。そして図１（ａ）乃至図１（ｅ）に示すように、上記下部部材Ｃ１と上記上部部材Ｃ２とが組み合わせられることにより、実施形態に係るコアＣが構成される。このとき下部部材Ｃ１及び上部部材Ｃ２は、それぞれの中心軸が一致するように中央脚４と中央脚１３とが対向し、且つ、外側脚２、外側脚３、外側脚１１及び外側脚１２が、中央脚４及び中央脚１３の中心軸を中心とし且つ当該中心軸に垂直な正方形の各頂点の位置に位置する（即ち、図１（ａ）又は図１（ｄ）に示すように平面視十字型に位置する）ように形成されている。なお以下の説明において、外側脚２、外側脚３、外側脚１１及び外側脚１２について共通の事項を説明する場合、単に「外側脚２等」と称する。

上記の構成を備えるコアＣにおいては、外側脚２等それぞれの中心軸に垂直な断面（中心軸に垂直な断面を、単に「横断面」と称する。図１（ｄ）参照。）の面積の合計が、中央脚４又は中央脚１３の横断面（図１（ｄ）参照）の面積以上とされている。より具体的には、外側脚２等それぞれの横断面の面積が相互に等しく、且つ、当該各横断面の面積の合計が、中央脚４又は中央脚１３の横断面の面積に等しい。換言すれば、中央脚４又は中央脚１３の横断面の面積と、外側脚２等それぞれの横断面の面積との比が、４：１：１：１：１となっている。これは、コアＣを備える実施形態に係るトランスを機能させる場合の発熱を抑えるためである。

これに加えて実施形態のコアＣでは、外側脚２等が合計四つあることから、外側脚が二つのコアを備える従来のトランスに比して外側脚２等一つ一つの横断面の面積を小さくすることができる。即ち、外側脚を二つ備える従来のコアにおいて上記発熱を抑制しつつトランスとして機能させる場合、各外側脚の横断面の面積はそれぞれ、中央脚の横断面の面積の半分以上である必要がある。これに対して実施形態に係るコアＣでは、外側脚２等が四つあるため、外側脚２等それぞれの横断面の面積は、中央脚４及び中央脚１３それぞれの横断面の面積の四分の一以上（より好ましくは四分の一）でよい。このため実施形態に係るコアＣでは、外側脚２等の横断面の面積を従来に比して小さくできることから、図１（ｄ）に示すように、中央脚４及び中央脚１３と、外側脚２等と、の間の空間を大きくすることができる。そして後述するように、当該空間には実施形態に係るトランスとしてのボビン及びコイルが組み込まれることから、当該空間が大きいことは結果的に、トランスとしてのコイルの巻き数を多くすることができることになる。これにより実施形態に係るコアＣを備えるトランスでは、従来のトランス（例えば外側脚が二つのコアを備えるトランス）に比して、同一の占有面積又は占有体積でも高出力を得ることができる。このとき、外側脚２等の中央脚４及び中央脚１３に対向する側面の形状を図１（ｄ）に示すようにコイルの外周の形状に沿った円弧形状とすることで、トランスとしてのコイルの巻き数を効率的により大きくすることができる。

なお一般に、それに含まれるコアの中央脚の横断面の面積が大きいほどトランスとしての出力は大きくなる。よって実施形態に係るコアＣを備えるトランスでは上述のように、中央脚４及び中央脚１３と、外側脚２等と、の間の空間を従来のトランスに対して大きく取れることから、コイルの巻き数を同じとするならば、中央脚４及び中央脚１３の横断面の面積を大きくすることにより、トランスとしての高出力化が可能となる。

ここで、下部部材Ｃ１の外側脚１１及び外側脚１２と、上部部材Ｃ２の上面部１の下面との間はなるべく空隙（ギャップ）がないように形成されることが好ましい。この点は、上部部材Ｃ２の外側脚２及び外側脚３と、下部部材Ｃ１の下面部１０の上面との間の空隙についても同様である。これに対し、中央脚４と中央脚１３との対向する面間の空隙は、トランスとして機能させる場合のインダクタンス及び電力の少なくともいずれか一方の調整に適した距離の空隙とすることができる（図１（ｅ）参照）。

更に実施形態に係るコアＣでは上述したように、外側脚２等が、中央脚４及び中央脚１３の中心軸を中心とし且つ当該中心軸に垂直な正方形の各頂点の位置に位置している。これにより結果として、外側脚２と外側脚１１との間の距離、外側脚１１と外側脚３との間の距離、外側脚３と外側脚１２との間の距離、及び、外側脚１２と外側脚２との間の距離、のそれぞれが等しくなる。これにより後述するように、実施形態に係るコアＣを備えるトランスが機能する場合に発生する磁束が、外側脚２と外側脚１１との間、外側脚１１と外側脚３との間、外側脚３と外側脚１２との間、及び、外側脚１２と外側脚２との間、のそれぞれにおいて閉ループを形成することになる。このため実施形態に係るコアＣを備えるトランスでは、例えば上記特許文献１に開示されているトランスと同じ理由により、外部への漏れ磁束を最小限として外部に対する雑音の発生を抑制できる。

これらに加えて実施形態に係るコアＣは、上述したように下部部材Ｃ１と上部部材Ｃ２との組み合わせにより構成される。そして下部部材Ｃ１及び上部部材Ｃ２はそれぞれ、主として柱状の中央脚４及び中央脚１３並びに外側脚２等といった直線部分の多い部材からなる。よって、例えば上記特許文献１に開示されているような球状のコアに比して、コアＣとしての製造工程、ひいては、当該コアＣを備える実施形態に係るトランスの製造工程を簡略化することができる。なお、中央脚４及び中央脚１３並びに外側脚２等の横断面の形状は図１等に例示する形状に限られるものではなく、実施形態に係るコイルの巻回数を多くする等の趣旨に沿った形状とすることができる。また、中央脚４及び中央脚１３並びに外側脚２等について、それぞれの横断面の形状が異なっていてもよい。

次に、上記実施形態に係るコアＣと共に実施形態に係るトランスを構成する実施形態に係るボビンＢについて、図２を用いて説明する。なお図２において、実施形態に係るボビンの背面図及び両側面図は図２（ｃ）に示す正面図と同一となるので、記載を省略する。

次に図２に示すように実施形態に係るボビンＢは、例えば樹脂を材料とした一体成形により形成されており、円筒形状の本体２０と、本体２０の中心軸方向の端面それぞれに形成された円環状のフランジ２５及びフランジ２６と、本体２０の一端の四隅にそれぞれ形成された外部端子２１、外部端子２２、外部端子２３及び外部端子２４と、を備えている。なお以下の説明において、外部端子２１、外部端子２２、外部端子２３及び外部端子２４について共通の事項を説明する場合、単に「外部端子２１等」と称する。そして、外部端子２１等のそれぞれには、実施形態に係るコイルを構成する導線に接続される棒状の接続端子が挿入される穴Ｈが、必要数だけ形成されている。

このような形状を有する実施形態に係るボビンＢを実施形態に係るコアＣに挿入した状態について、図３を用いて説明する。なお図３において、当該状態の両側面図は図３（ｂ）に示す正面図と略同一となるので、記載を省略する。

図２を用いて説明した実施形態に係るボビンＢを、図１を用いて説明したコアＣ内に挿入した場合、図３にそれぞれ示すように、ボビンＢが中央脚４及び中央脚１３と外側脚２等との間の空間内に嵌め込まれる。このとき、特に図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、コアＣの外側脚２等の間の空隙から上記外部端子２１等が平面視四方に突出するようになる。

次に、実施形態に係るコアＣ及びボビンＢを備える実施形態に係るトランスについて、図４を用いて説明する。なお図４において、当該トランスの両側面図は図４（ｂ）に示す正面図と略同一となるので、記載を省略する。

図４に示すように、実施形態に係るトランスＴは、必要な長さのコイル３０が巻回された実施形態に係るボビンＢが、図３を用いて説明した状態で、図１を用いて説明した実施形態に係るコアＣ内に挿入されることにより構成される。このとき、コイル３０の端部は外部端子２１等を介して外部に接続される。

次に、このようなトランスＴのコイル３０に電流を流した場合に発生する磁束について、図５を用いて説明する。なお図５（ｂ）においては、実施形態に係るトランスＴにおけるボビンＢ及びコイル３０の記載を省略している。

コイル３０に電流を流した場合、図５（ａ）に一点鎖線で例示するようにコアＣ内の磁束Ｌ１は、中央脚４及び中央脚１３と、外側脚２等と、の間に発生する。一方、トランスＴの外部に発生する磁束については、仮に各外側脚２等を単独でみた場合には、図５（ｂ）に点線で示す磁束ＬＸがそれぞれに発生する。しかしながら実施形態に係るコアＣの構造によれば、外側脚２等が中央脚４及び中央脚１３の中心軸を中心とし且つ当該中心軸に垂直な正方形の各頂点の位置にあるため、外部に発生する磁束Ｌ２は、図５（ｂ）に二点鎖線で例示するように隣り合う外側脚２等同士で閉ループを形成するように発生する。これにより実施形態に係るトランスＴでは、トランスＴの外側に不要な磁束が漏れ出ることがない。

以上説明したように、実施形態に係るコイルＣを備えるトランスＴの構造によれば、中央脚４及び中央脚１３と、四つの外側脚２等と、を備え、各外側脚２等の横断面の面積の合計が、中央脚４及び中央脚１３の横断面の面積に等しくされている。よって、外側脚２等が二以下の場合に比して、トランスＴとしての機能を担保しつつ、中央脚４及び中央脚１３と各外側脚２等との間のコイル３０が巻回される空間を広げることができるため、コイル３０の巻回量を増大させることによる、いわゆる多出力線巻対応が可能となる。また、上記コイル３０が巻回される空間を広げることが可能となることは、外側脚が二以下の従来の場合に比して、トランスＴとして同じ体積又は外形寸法であっても、コアＣとしての横断面の面積（特に中央脚４及び中央脚１３の横断面の面積）を大きくすることができるため、トランスＴとしての高出力化が可能となる。更に、中央脚４及び中央脚１３の中心軸を中心とし且つ当該中心軸に垂直な正方形の各頂点の位置にあるため、外部磁束が閉ループを形成することで、外部への雑音漏洩を防止することができる。更にまた、中央脚４及び中央脚１３並びに各外側脚２等がそれぞれ柱状であるため、製造工程を簡略化できる。

また、偶数個の外側脚２等を備え、中央脚４及び中央脚１３の中心軸を中心とした点対称の位置に外側脚２等がそれぞれ一ずつ配置されていることとなるので、外部への雑音漏洩を更に効果的に防止することができる。

更に、各外側脚２等の横断面の面積が全て同一とする場合には、不要な発熱を抑制することも可能となる。

ここで、実施形態に係るコアＣを含むトランスＴの上述した効果について、より具体的に図６を用いて説明する。なお図６においては、説明の簡略化のため、上記ボビンの記載、及びコイルを構成する導線の記載を省略している。また図６においては、各外側脚の横断面の形状を略四角形として簡略化している。

先ず図６において、領域ＡＲは実施形態に係るトランスＴがその設置時に基板等上において占有する領域（具体的には、例えば一辺が２２ミリメートルの正方形の領域）を示している。そして図６（ａ）に示すように、コイル８５が巻回された中央脚８２と、二つの外側脚８０及び外側脚８１と、を備える従来のトランスＴＴ１を、実施形態に係るトランスＴが占有する領域ＡＲを最大限に活用して構成する場合を考える。このとき、外側脚８０及び外側脚８１それぞれの横断面の形状は同一となるが、その形状における長辺の長さ（図６（ａ）符号ａ参照）は例えば８ミリメートルとなり、同様に短辺の長さ（図６（ａ）符号ｂ参照）は例えば３．１４ミリメートルとなり、従って、中央脚８２の直径も例えば８ミリメートルとなり、外側脚８０及び外側脚８１それぞれの横断面の面積は２５．１２平方ミリメートルとなる。また中央脚８２の横断面の面積は（２５．１２×２＝）５０．２４平方ミリメートルとなる。そしてこの場合に、コイル８５の部分の横断面の面積（即ちコイル８５の有効断面積）を最大化することを考えると、図６（ａ）に例示するように、その外径を１６ミリメートル（半径８ミリメートル）とし、その内径を８ミリメートル（内径の半径４ミリメートル）とすることができる。よって図６（ａ）に例示するトランスＴＴ１では、コイル８５の部分の横断面の面積は（８^２×３．１４−４^２×３．１４≒）１５０．７２平方ミリメートルとなる。

このような従来のトランスＴＴ１に対し、図６（ｂ）に例示する実施形態に係るトランスＴでは、その占有する領域ＡＲの形状（即ち面積）を同じとすると、外側脚２等それぞれの横断面の形状は同一となり、その形状における長辺の長さ（図６（ｂ）符号ｃ参照）は例えば１０ミリメートルとなり、同様に短辺の長さ（図６（ｂ）符号ｄ参照）は例えば１．９６２５ミリメートルとなり、従って、中央脚８２の直径も例えば１０ミリメートルとなり、外側脚２等それぞれの横断面の面積は１９．６２５平方ミリメートルとなる。また中央脚４の横断面の面積は（１９．６２５×４＝）７８．５平方ミリメートルとなる。そしてこの場合に、コイル３０の部分の横断面の面積（即ちコイル３０の有効断面積）を最大化することを考えると、図６（ｂ）に例示するように、その外径を１８ミリメートル（半径９ミリメートル）とし、その内径を１０ミリメートル（内径の半径５ミリメートル）とすることができる。よって図６（ｂ）に例示する実施形態に係るトランスＴでは、コイル３０の部分の横断面の面積は（９^２×３．１４−５^２×３．１４≒）１７５．８４平方ミリメートルとなる。

従って、図６（ａ）に例示する構造の従来のトランスＴＴ１と、図６（ｂ）に例示する構造の実施形態に係るトランスＴ１と、を比較すると、同じ占有面積（領域ＡＲの面積）で中央脚４の横断面の面積が従来よりも１．５６２５倍（７８．５÷５０．２４）となり、よって実施形態に係るトランスＴでは、同じ占有面積で出力を１．５６２５倍とすることができることになる。

また上述の通り、従来のトランスＴＴ１に比して、実施形態に係るトランスＴの方がコイル３０の部分の横断面の面積が広くなっている。ここで一般に、トランスの機能としてはコイルとしての導線の巻き数も問題となる。この点につき、図６（ａ）に例示するコイル８５の部分の横断面の幅と図６（ｂ）に例示するコイル３０の部分の横断面の幅とは共に４ミリメートルとなるが、実施形態に係るトランスＴでは上述のように、中央脚４が従来よりも太く、トランスＴとしての出力も１．５６２５倍となっているため、結果的に実施形態に係るトランスＴでは、コイル３０としての導線の巻き数が同じ場合でも、その出力のみを１．５６２５倍とすることができることになる。

このとき従来のトランスにおいて、図６（ｃ）にトランスＴＴ２として例示するように、その中央脚９２の直径を実施形態に係るトランスＴと同じ１０ミリメートルとする場合、その外側脚９０及び外側脚９１の長辺の長さ（図６（ｃ）符号ｅ参照）も１０ミリメートルとなり、その短辺の長さ（図６（ｃ）符号ｆ参照）は３．９２５ミリメートル（１．９６２５ミリメートル（図６（ｂ）符号ｄ参照）×２）となる。これにより、外側脚９０及び外側脚９１それぞれの横断面の面積は３９．２５平方ミリメートルとなり、また中央脚９２の横断面の面積は（３９．２５×２＝）７８．５平方ミリメートルとなる。しかしながらこの場合、コイル９５の部分の横断面の面積（即ちコイル９５の有効断面積）は、図６（ｃ）に例示するようにその外径が１６ミリメートル（半径８ミリメートル）となり、その内径が１０ミリメートル（内径の半径５ミリメートル）となるため、従来のトランスＴＴ２では、コイル９５の部分の横断面の面積は（８^２×３．１４−５^２×３．１４≒）１２２．４６平方ミリメートルとなってしまう。よって図６（ｃ）に例示する従来のトランスＴＴ２では、コイル９５の部分の横断面の面積が実施形態に係るトランスＴに対して約２３パーセントも少なくなることになり、結果として、実施形態に係るトランスＴにおいて可能な「巻き線数の増大」や「多出力線巻対応」が不可能となることになる。

以上具体的に説明したように、実施形態に係るトランスＴ及びそれに含まれるコイルＣ等の構造によれば、上述した高出力化、低雑音化、多出力線巻対応及び製造工程の簡略化等が、極めて効率的に実現できるのである。

（II）変形形態
次に、本発明に係る変形形態について、図７を用いて説明する。なお図７（ａ）乃至図７（ｃ）においては、各変形形態に係るトランスのうち、コアの構造についてのみ、平面図を用いて例示している。また、図７にそれぞれ例示する外側脚の横断面は実施形態に係る外側脚２等と同様の形状とされる。

本発明に係るコアにおける外側脚の配置については、実施形態として説明した外側脚２等の配置を含め、各外側脚の横断面の面積の合計が、中央脚の横断面の面積以上であればよい。

即ち例えば、三以上奇数個の外側脚を備え、中央脚の中心軸に垂直に交わる直線を対称軸とした線対称の位置に各外側脚がそれぞれ一ずつ配置されていればよい。より具体的に変形形態に係るコアとしては、例えば図７（ａ）に示すように、中央脚４０の中心軸に垂直に交わる直線を対称軸ＣＬとした線対称の三つの位置（即ち、平面視正三角形の各頂点の位置）に外側脚４１、外側脚４２及び外側脚４３がそれぞれ一ずつ配置されてなるコアＣＣ１が考えられる。また同様の構成として図７（ｂ）に示すように、中央脚５０の中心軸に垂直に交わる直線を対称軸ＣＬとした線対称の五つの位置（即ち、平面視正五角形の各頂点の位置）に外側脚５１、外側脚５２、外側脚５３、外側脚５４及び外側脚５５がそれぞれ一ずつ配置されてなるコアＣＣ２が考えられる。なお、外側脚が多くなるほど、平面視として円形に近付くため、外部への雑音漏洩（即ち、外部への漏れ磁束）がより少なくなる。

一方変形形態に係るコアとしては、四以上偶数個の外側脚を備え、中央脚の中心軸を中心とした点対称の位置に外側脚がそれぞれ一ずつ配置されているコアも考えられる。より具体的に他の変形形態に係るコアとしては、例えば図７（ｃ）に示すように、中央脚６０の中心軸を中心とした点対称の四つの位置に外側脚６１、外側脚６２、外側脚６３及び外側脚６４がそれぞれ一ずつ配置されてなるコアＣＣ３が考えられる。なおこの場合、外側脚６１と外側脚６２との距離（又は外側脚６４と外側脚６３との距離）は、外側脚６１と外側脚６４との距離（又は外側脚６２と外側脚６３との距離）よりも長くなるが、外部への雑音漏洩を防ぐ効果は期待できる。

更にコア自体の構成としては、実施形態に係る下部部材Ｃ１及び上部部材Ｃ２の他に、例えば図７（ｄ）に例示するように、下面部７０（又は上面部）に外側脚７２、外側脚７３、外側脚７４及び外側脚７５と、中央脚７１と、が一体成形により形成され、これを図示しない平面視十字型の板状部材により蓋をするような構成のコアＣＣ４を用いることもできる。

以上説明した各変形形態に係るコアを備えるトランスであっても、実施形態に係るトランスＴと同様の作用効果を奏することができる。

以上それぞれ説明したように、本発明はトランス等の電力変換装置の分野に利用することが可能であり、特に高出力及び低雑音を目的とする電力変換装置の分野に適用すれば特に顕著な効果が得られる。

１ 上面部
２、３、１１、１２、４１、４２、４３、５１、５２、５３、５４、５５、６１、６２、６３、６４、７２、７３、７４、７５、８０、８１、９０、９１ 外側脚
４、１３、４０、５０、６０、７１、８２、９２ 中央脚
１０、７０ 下面部
２０ 本体
２１、２２、２３、２４ 外部端子
２５、２６ フランジ
３０、８５、９５ コイル
Ｂ ボビン
Ｃ、ＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣ３、ＣＣ４ コア
Ｈ 穴
Ｔ、ＴＴ１、ＴＴ２ トランス
Ｃ１ 下部部材
Ｃ２ 上部部材
Ｌ１、Ｌ２、ＬＸ 磁束
ＣＬ 対称軸
ＡＲ 領域

Claims (7)

1. 電力変換装置用のコアであって、
   コイルが巻回される柱状の中央脚と、
   当該中央脚の中心軸から見て対称の位置に配置されている三以上の外側脚であって、それぞれが柱状の外側脚と、
   前記中央脚の端部と、当該端部に対応した各前記外側脚それぞれの端部と、の間に配置され、前記コイルの電流により発生する磁束を通す磁束通過部と、
   を備え、
   各前記外側脚の中心軸に垂直な断面の面積の合計が、前記中央脚の中心軸に垂直な断面の面積以上であることを特徴とするコア。
2. 請求項１に記載のコアにおいて、
   三以上奇数個の前記外側脚を備え、
   前記中央脚の中心軸に垂直に交わる直線を対称軸とした線対称の位置に前記外側脚がそれぞれ一ずつ配置されていることを特徴とするコア。
3. 請求項１に記載のコアにおいて、
   四以上偶数個の前記外側脚を備え、
   前記中央脚の中心軸を中心とした点対称の位置に前記外側脚がそれぞれ一ずつ配置されていることを特徴とするコア。
4. 請求項３に記載のコアにおいて、
   四の前記外側脚を備え、
   前記中心軸を中心とし且つ当該中心軸に垂直な正方形の各頂点の位置に前記外側脚がそれぞれ一ずつ配置されており、
   前記磁束通過部は、各前記外側脚及び前記中央脚それぞれの位置に対応した平面視十字形状を有することを特徴とするコア。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のコアにおいて、
   各前記外側脚の中心軸に垂直な前記断面の面積が全て同一であることを特徴とするコア。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のコアの前記中央脚と前記コイルとの間に挿入される筒形状のボビンであって、
   各前記外側脚の間の位置に、外部から前記コイルに接続するための外部端子をそれぞれ備えることを特徴とするボビン。
7. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のコアと、
   前記中央脚に挿入された請求項６に記載のボビンと、
   前記ボビンの筒状部を間に挟んで前記中央脚に巻回され、前記ボビンの前記外部端子を介して外部に接続される前記コイルと、
   を備えることを特徴とする電力変換装置。

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