JP2016129186A

JP2016129186A - トランス

Info

Publication number: JP2016129186A
Application number: JP2015003227A
Authority: JP
Inventors: 雄一高柳; Yuichi Takayanagi
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2016-07-14
Anticipated expiration: 2035-01-09
Also published as: JP6307449B2

Abstract

【課題】トランスの動作時における局所的な温度上昇を抑制できるようにする。
【解決手段】軸方向に並べて配される一次側コイル２及び二次側コイル１９を備え、一次側コイル２は、軸方向から見たときに渦巻き状あるいは環状に巻き回された導電性板材からなる巻線部５，７を有し二次側コイル１９の軸方向の一方側に配された第一巻回板部４と、第一巻回板部４とは巻き数が異なる渦巻き状あるいは環状に巻き回された導電性板材からなる巻線部１３，１６を有し二次側コイル１９の軸方向の他方側に配され第一巻回板部４に対して直列に接続された第二巻回板部１２と、を有するトランス１を提供する。
【選択図】図５

Description

本発明は、トランスに関する。

一次側コイル及び二次側コイルを備える従来のトランスには、たとえば特許文献１のように、一次側コイルや二次側コイルが、渦巻き状あるいは環状に巻かれて軸方向に配列された巻線部によって構成され、板状に形成された各コイルの端子板部が径方向外側に延びているものがある。

特開２００４−３０３８２３号公報

ところで、トランスでは、その動作時に一次側コイル及び二次側コイルが発熱する。トランスには、金属製のケースに固定されたり放熱パッドが取り付けられたりすることでトランスの外面からの放熱経路がトランスの冷却のために提供される。しかしながら、トランスの外面の全てに均等に放熱経路を設けることは現実的でないので、トランスの動作時に放熱効率の良い部位と悪い部位とが発生することがあり、このような場合、放熱効率の悪い部位で局所的な温度上昇が起こる虞がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、局所的な温度上昇を抑制できるトランスを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のトランスは、軸方向に並べて配される一次側コイル及び二次側コイルを備え、前記一次側コイル及び前記二次側コイルのうち一方のコイルは、前記軸方向から見たときに渦巻き状あるいは環状に巻き回された導電性板材からなる巻線部を有し前記一次側コイル及び前記二次側コイルのうち他方のコイルの前記軸方向の一方側に配された第一巻回板部と、前記第一巻回板部とは巻き数が異なる渦巻き状あるいは環状に巻き回された導電性板材からなる巻線部を有し前記他方のコイルの前記軸方向の他方側に配され前記第一巻回板部に対して直列に接続された第二巻回板部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、トランスの一次側コイル及び二次側コイルのうちの一方のコイルは、他方のコイルにおける軸方向の一方側と他方側との二箇所において各巻線部の巻き数が互いに異なる。このため、トランスの使用時に他方のコイルにおける軸方向の一方側と他方側とで一方のコイルからの発熱量が互いに異なる。本発明によれば、トランスの軸方向における一方側での発熱量と他方側での発熱量との比率を調整することができる。

本発明の一実施形態に係るトランスの斜視図である。図１のトランスの内部構造を示す斜視図である。図２の第一コイル部を示す裏面図である。図２の第二コイル部を示す平面図である。図２の一次側コイル及び二次側コイルの構成を示す概略斜視図である。図１のトランスからの放熱状態を説明するための模式図で、トランスの軸方向に沿ったトランスの断面を示している。

以下、図１から図６を参照して本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態のトランス１は、図１及び図２に示すように、一次側コイル２、二次側コイル１９、及び樹脂部２０を備えている。また、本実施形態のトランス１は、図６に示すように、トランスコア２１をさらに備えている。

図２に示すように、一次側コイル２及び二次側コイル１９は、トランス１の軸方向に並べて配されている。

一次側コイル２は、二次側コイル１９に対して軸方向の一方側に配された第一コイル部３と、二次側コイル１９に対して軸方向の他方側に配された第二コイル部１１とを備えている。

図５に示すように、第一コイル部３は、第一巻回板部４と、絶縁スペーサ１０とを有している。

図３及び図５に示す第一巻回板部４は、導電性板材からなり、渦巻き状に巻かれた複数の巻線部５，７を備える。各巻線部５，７には、後述するトランスコア２１の軸部２３を図６に示すように挿通させることができる。本実施形態では、第一巻回板部４には、二つの巻線部（第一巻線部５，第二巻線部７）が設けられている。

第一巻線部５と第二巻線部７とは、その内縁側の端部（以下、内縁端部６，８と呼ぶ。）同士が溶接等により接続されることで、直列に接続されている。
第一巻回板部４の第一巻線部５は、その外縁側の端部に、一次側コイル２の端子部２Ａを有する。
第一巻回板部４の第二巻線部７は、その外縁側の端部に、第二コイル部１１の後述する第一巻線部１３に接続するための端子板部９を有する。
第一巻線部５及び第二巻線部７の巻き数は互いに等しい。また、第一巻線部５の長手方向に直交する断面形状及び断面積と、第二巻線部７の長手方向に直交する断面形状及び断面積とは、本実施形態では互いに等しい。
第一巻線部５と第二巻線部７とは直列に接続されているので、第一巻回板部４の巻き数は、第一巻線部５の巻き数と第二巻線部７の巻き数との和となる。

絶縁スペーサ１０は、第一巻線部５と第二巻線部７との間に配されている。絶縁スペーサ１０は、内縁端部６，８を除く巻線部５，７同士の電気的な絶縁を行う。

図４及び図５に示すように、第二コイル部１１は、第二巻回板部１２と、絶縁スペーサ１８とを有している。

第二巻回板部１２は、導電性板材からなり、渦巻き状に巻かれた複数の巻線部１３，１６を備える。各巻線部１３，１６には、後述するトランスコア２１の軸部２３を図６に示すように挿通させることができる。本実施形態では、第二巻回板部１２には、二つの巻線部（第一巻線部１３，第二巻線部１６）が設けられている。

第一巻線部１３と第二巻線部１６とは、その内縁側の端部（以下、内縁端部１４，１７と呼ぶ。）同士が溶接等により接続されることで、直列に接続されている。
第二巻回板部１２の第一巻線部１３は、その外縁側の端部に、第一巻回板部４の第二巻線部７に接続するための端子板部１５を有する。第二巻回板部１２の端子板部１５が第一巻回板部４の端子板部９に接続されていることにより、第一コイル部３と第二コイル部１１とは直列に接続される。
第二巻回板部１２の第二巻線部１６は、その外縁側の端部に、一次側コイル２の端子部２Ｂを有する。
第一巻線部１３及び第二巻線部１６の巻き数は互いに等しい。また、第一巻線部１３の長手方向に直交する断面形状及び断面積と、第二巻線部１６の長手方向に直交する断面形状及び断面積とは、本実施形態では互いに等しい。
第一巻線部１３と第二巻線部１６とは直列に接続されているので、第二巻回板部１２の巻き数は、第一巻線部１３の巻き数と第二巻線部１６の巻き数との和となる。

絶縁スペーサ１８は、第一巻線部１３と第二巻線部１６との間に配されている。絶縁スペーサ１８は、内縁端部１４，１７を除く巻線部１３，１６同士の電気的な絶縁を行う。

第一巻回板部４と第二巻回板部１２との主要な相違点について説明する。
第一巻回板部４における巻線部５，７の巻き数は、第二巻回板部１２における巻線部１３，１６の巻き数よりも多い。たとえば、第一巻回板部４の第一巻線部５及び第二巻線部７はそれぞれ３．７５回巻き回された渦巻き状であり、第一巻回板部４全体としての７．５回巻き回された渦巻き状である。これに対して、第二巻回板部１２の第一巻線部１３及び第二巻線部１６はそれぞれ２．７５回巻き回された渦巻き状であり、第二巻回板部１２全体として５．５回巻き回された渦巻き状である。そして、一次側コイル２の巻き数は、第一巻回板部４の巻き数（７．５回）と第二巻回板部１２の巻き数（５．５回）との和（１３回）となっている。なお、第一巻回板部４及び第二巻回板部１２におけるそれぞれの巻き数及びこれらの和は、上記の例に限定されない。

本実施形態において、一次側コイル２の巻き数の総数の５０％より多くが第一巻回板部４に割り当てられている。一次側コイル２の巻き数の総数に対して第一巻回板部４に割り当てられる巻き数の比率が多くなるほど、トランス１の使用時における第一巻回板部４と第二巻回板部１２とからの発熱量の差が大きい。なお、第二巻回板部１２は１回以上巻かれた環状または渦巻き状とされていることが好ましい。
また、第二巻回板部１２の巻線部１３，１６の長手方向に直交する断面における巻線部１３，１６の断面積は、第一巻回板部４の巻線部５，７の長手方向に直交する断面における巻線部５，７の断面積よりも大きい。

図５に示す二次側コイル１９は、導電性板材からなり円環状に形成された不図示のリング板部と、リング板部と導通して樹脂部２０（図１参照）の外部に引き出された端子部１９Ａ〜１９Ｃとを、一次側コイル２に対して電気的に絶縁された状態で有している。二次側コイル１９の端子部１９Ａ〜１９Ｃは、二次側コイル１９を外部の電気回路に接続するために使用される。また、二次側コイル１９は、後述するトランスコア２１の軸部２３を図６に示すように挿通させることができる。

図１及び図６に示す樹脂部２０は、端子部２Ａ，２Ｂ，１９Ａ〜１９Ｃを除く一次側コイル２及び二次側コイル１９の部分を封止して一体に固定するものである。樹脂部２０は、後述するトランスコア２１の軸部２３が図６に示すように挿通される貫通孔を有する略円筒状の外観をなす。

図６に示すトランスコア２１は、磁性体からなり、樹脂部２０によって封止された一次側コイル２及び二次側コイル１９を軸方向から挟み込む一対のベース部２２と、一次側コイル２及び二次側コイル１９の内部に配され一対のベース部２２同士を接続する軸部２３と、を備える。また、トランスコア２１は、一次側コイル２及び二次側コイル１９の外周側に配されて一対のベース部２２同士を接続する外郭部２４をさらに備える。図示例のトランスコア２１は、軸部２３及び外郭部２４を一次側コイル２及び二次側コイル１９の軸方向に分割して構成されているが、これに限ることはない。本実施形態のトランス１では、樹脂部２０がトランスコア２１に接した状態で、一次側コイル２及び二次側コイル１９が一対のベース部２２に挟み込まれる。

本実施形態のトランス１の作用について説明する。
図６に示すように、トランス１は、不図示の固定手段によりケース３０等に固定される。本実施形態では、第一コイル部３がケース３０等に近い位置となるように、トランス１がケース３０等に固定される。

トランス１の動作時には、一次側コイル２及び二次側コイル１９において発生する熱がトランスコア２１に伝わる。一次側コイル２及び二次側コイル１９からトランスコア２１に伝わった熱は、トランスコア２１の外面から、ケース３０へ（図６に示す放熱経路Ｘ）、又は空気中へ（図６に示す放熱経路Ｙ）と放熱する。

一般に、空気の熱伝導率は、ケース３０等の物体の熱伝導率よりも低い。このため、トランスコア２１からケース３０へ放熱する場合の放熱効率の方が、トランスコア２１から空気中へ放熱する場合の放熱効率よりも優れている。

また本実施形態では、第一コイル部３がケース３０に近い位置に配され、第二コイル部１１が第一コイル部３よりもケース３０から離れた位置にある。このため、第一コイル部３からケース３０までの放熱経路は、第二コイル部１１からケース３０までの放熱経路よりも短い。その結果、放熱経路の長さの違いという観点では、第一コイル部３が発する熱はケース３０へ逃げやすく、第二コイル部１１が発する熱はケース３０へ逃げにくい。逆に、本実施形態では、第一コイル部３が発する熱は空気中へ逃げにくく、第二コイル部１１が発する熱は空気中へ逃げやすい。

全体として、ケース３０に対する第一コイル部３と第二コイル部１１との位置関係の違い及びトランスコア２１から放熱先の違いを考慮してトランス１からの放熱されやすさを比較すると、第一コイル部３の方が、第二コイル部１１よりも放熱されやすい放熱経路を有している。

次に、本実施形態のトランス１において、第一コイル部３における巻線部５，７の巻き数が、第二コイル部１１における巻線部１３，１６の巻き数よりも多い。従って、本実施形態のトランス１の動作時には、第一コイル部３は、第二コイル部１１よりも多く発熱する。
さらに、本実施形態では、第二コイル部１１の巻線部１３，１６の断面積は、第一コイル部３の巻線部５，７の断面積よりも大きい。このため、第二コイル部１１の巻線部１３，１６の方が、単位長さあたりの抵抗値が第一コイル部３の巻線部５，７よりも低く、発熱しにくい。
このように、本実施形態では、トランス１の動作時において、単位時間当たりの第一コイル部３の発熱量は、この単位時間当たりの第二コイル部１１の発熱量よりも大きい。

第一コイル部３が発する熱は、第二コイル部１１が発する熱よりも効率よくケース３０へ放熱される。第二コイル部１１からの発熱は、主にトランスコア２１から空気中に放熱されることとなるが、第一コイル部３の発熱量と比較して第二コイル部１１の発熱量は小さいので、第二コイル部１１やトランスコア２１に熱がこもりにくい。

従って、トランスコア２１からケース３０への放熱効率と、トランスコア２１から空気中への放熱効率とを考慮して、第一コイル部３及び第二コイル部１１のうち巻き数が多いコイルがケース３０に近い位置に配されるようになっていることで、第一コイル部３及び第二コイル部１１のうちケース３０から離れた位置にある巻き数が少ないコイルは局所的な温度上昇の原因となりにくい。
以上のことから、本発明のトランス１によれば、トランス１の軸方向における一方側での発熱量と他方側での発熱量との比率を調整することができる。

また、第一巻回板部４よりも巻き数が少ない第二巻回板部１２における巻線部１３，１６の断面積が、巻き数の多い第一巻回板部４における巻線部５，７の断面積よりも大きいので、トランス１を大型化することなく、第二巻回板部１２からの発熱量を第一巻回板部４からの発熱量よりもさらに少なくすることができる。

第一コイル部３と第二コイル部１１との各々の発熱量は、第一コイル部３の巻線部５，７の巻き数と第二コイル部１１の巻線部１３，１６の巻き数との違い、及び、第一コイル部３の巻線部５，７の断面積と第二コイル部１１の巻線部１３，１６の断面積との違いに応じて、互いに異なる。すなわち、第一巻回板部４と第二巻回板部１２との各々の巻き数と、各巻線部５，７，１３，１６の断面積とは、それぞれ、第二巻回板部１２からの発熱量と第一巻回板部４からの発熱量との大きさの違いに影響する。従って、第一巻回板部４と第二巻回板部１２との各々の巻き数と、各巻線部５，７，１３，１６の断面積とをそれぞれ設定することで、第二巻回板部１２からの発熱量と第一巻回板部４からの発熱量とを好適な比率に設定できる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

たとえば、トランス１からケース３０への放熱効率よりもトランス１から空気中への放熱効率の方が優れる場合、たとえば本実施形態のトランス１と異なる他の回路等によりケース３０が著しく高温になる場合には、上記の実施形態の考え方に沿って、放熱効率に優れる側に近い位置に、発熱量の多いコイル部を配してよい。

また、上記実施形態では、トランス１がトランスコア２１を備えている例が開示されているが、たとえばトランス１はトランスコア２１を備えていなくてもよい。この場合、トランスコア２１を備えていないトランス１が直接ケース３０等に固定されることで上記実施形態と同様の効果を奏する。

１トランス
２一次側コイル
２Ａ，２Ｂ端子部
３第一コイル部
４第一巻回板部
５第一巻線部
６内縁端部
７第二巻線部
８内縁端部
９端子板部
１０絶縁スペーサ
１１第二コイル部
１２第二巻回板部
１３第一巻線部
１４内縁端部
１５端子板部
１６第二巻線部
１７内縁端部
１８絶縁スペーサ
１９二次側コイル
１９Ａ〜１９Ｃ端子部
２０樹脂部
２１トランスコア
２２ベース部
２３軸部
２４外郭部
３０ケース（熱伝導性構造体）

Claims

軸方向に並べて配される一次側コイル及び二次側コイルを備え、
前記一次側コイル及び前記二次側コイルのうち一方のコイルは、
前記軸方向から見たときに渦巻き状あるいは環状に巻き回された導電性板材からなる巻線部を有し前記一次側コイル及び前記二次側コイルのうち他方のコイルの前記軸方向の一方側に配された第一巻回板部と、
前記第一巻回板部とは巻き数が異なる渦巻き状あるいは環状に巻き回された導電性板材からなる巻線部を有し前記他方のコイルの前記軸方向の他方側に配され前記第一巻回板部に対して直列に接続された第二巻回板部と、
を有することを特徴とするトランス。
前記第一巻回板部は前記第二巻回板部よりも巻き数が多く、
前記第二巻回板部の巻線部の断面積は前記第一巻回板部の巻線部の断面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載のトランス。
前記第一巻回板部は前記第二巻回板部よりも巻き数が多く、
前記第二巻回板部よりも前記第一巻回板部に近い位置に、前記一方のコイルが発する熱の放熱経路となる熱伝導性構造体を接続可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトランス。
前記一方のコイル及び前記他方のコイルに前記軸方向に挿通されるとともに前記一方のコイル及び前記他方のコイルの外部を囲うトランスコアをさらに備え、
前記トランスコアは前記熱伝導性構造体に取り付けられる
ことを特徴とする請求項３に記載のトランス。