JP2018148190A - 漏れインダクタンス調整付き共振変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】漏れインダクタンスの大きさを調整可能であるとともに、漏れが極めて低いときには反磁性変圧器として使用される漏れインダクタンス調整付き共振変圧器を提供する。【解決手段】二次側巻線と、一次側巻線と、導磁片と、鉄芯組とを備える漏れインダクタンス調整付き共振変圧器であって、一次側巻線は二次側巻線のボビン上に設けられており、導磁片は二次側巻線のボビン内に設けられるとともに、二次側巻線、一次側巻線及び導磁片は、連通する第一貫通穴、第二貫通穴及び開口部をそれぞれ有しており、そして鉄芯組は、一次側巻線の頂部及び一次側巻線の底部にそれぞれ嵌設され、二つ対称に設けられている第一鉄芯と第二鉄芯とを有している。これにより、一次側巻線が二次側巻線上に設けられるとともに導磁片が設けられた後、共振変圧器は動作時に前記導磁片により一次側コイルと二次側コイルとの間の結合度を変更して、ひいては元来発生した漏れインダクタンスを変更することで、各種共振周波数の要求を満たす。【選択図】図２

Description

本発明は共振変圧器に関し、特に漏れインダクタンスの大きさを調整可能であるとともに、漏れが極めて低いときには反磁性変圧器として使用される漏れインダクタンス調整付き共振変圧器に関する。

加熱は基本的な食品と工業の加工手段であり、その原理に基づき接触加熱（火加熱、電熱管加熱、セラミック加熱）、マイクロ波液晶テレビジョン等の電子製品の電源供給システムにおいて、ＬＬＣ構成のものは高効率で製作しやすく徐々にトレンドとなり、外部の共振インダクタンスの代わりに主変圧器がもたらす漏れインダクタンスを利用するようになってきており、そしてＬＬＣ構成を更に簡素化するというのも主流となってきている。集積型ＬＬＣ変圧器自身の漏れインダクタンスを共振インダクタンスに変換して使用することで、配線上にてインダクタンス素子一つを減らし、ひいては電力消費を減らすことから、効率はこれにより向上するというものであるが、ＬＬＣ構成のＺＶＳ特性はスイッチの消耗を更に減らしてノイズを低減することができる。

漏れインダクタンスの発生は、変圧器中の一次側コイルと二次側コイルとの間の結合係数が１未満であることで、変圧器におけるコイルの一部にて変圧作用が起こらず、この部分のコイルにて生じたインダクタンスを漏れインダクタンスとするというものに由来する。共振変圧器の基本公式はω=１/√（ＬＣ）であり、式中、ωは電源の角周波数＝２лｆであり、Ｌ及びＣはＬＬＣ共振スロットのインダクタンス及び静電容量である。共振周波数ｆは常に存在しており応用によって設定が異なるということはなく、異なる共振周波数ｆの要求を満たすためには、Ｌ及びＣは調節可能としなければならず、共振点を正確に探し出すためには、無段階微調整可能なパラメータが更に必要となるが、実際の状況ではこのように実現することはできない。よって、現代の共振変圧器は、一般的にωの数値を調整しやすい電源としてインバータ電源を使用しているが、共振変圧器内部により直にＬｋを調整することができず、共振変圧器の有益性を効果的に高めることができなくなっている。

確かにある業者は共振変圧器の構造を改良して、より多くの漏れインダクタンスを発生可能としており、例えば台湾特許公告第Ｍ３３３６４６号「漏れインダクタンス共振変圧器の構造改良」、台湾特許公告第Ｍ４１６５５３号「共振変圧器構造」等、及び発明者がすでに公告済みの特許先行願、台湾特許公告第Ｉ５５６２７３号「共振型光電流密度変圧器」というものがあるが、この類いの共振変圧器は体積、重量等の制限を受けるため、よって、一定の体積、大きさ、巻線比の下で、この類いの共振変圧器では、その漏れインダクタンスは構造に制限されて、任意に調整することはできず、電力の異なる電源供給システムでの使用を満たすことはできない。そして、異なる漏れインダクタンス要求の電源供給システムに対して、業者では同じ構造で所望の漏れインダクタンスを発生させる必要があるが、漏れインダクタンスの可変範囲は往々にして限られるため、設計を完全に満たすことはできず、単に配線の折衷によって従来の変圧器を組合わせることのみでは、共振変圧器の機能を効果的に向上することはできない。

従来の上記欠点に鑑み、発明者は前記欠点への研究改善の道に対して、ようやく本発明を発案するに至った。

本発明の主な目的は、漏れインダクタンスの大きさを調整可能である漏れインダクタンス調整付き共振変圧器を提供するところにある。

本発明の次なる目的は、内部で導磁片が取り替え可能な漏れインダクタンス調整付き共振変圧器を提供するところにある。

本発明の更なる目的は、漏れが極めて低いときには反磁性変圧器として使用される漏れインダクタンス調整付き共振変圧器を提供するところにある。

上記目的及び効果を達成するために、本発明の構造は、ボビンを有しており、内部に第一貫通穴を有する二次側巻線と、前記ボビン上に設けられており、その内部に第一貫通穴に連通する第二貫通穴を有する次側巻線と、前記第一貫通穴、第二貫通穴に連通する開口部を有する、前記ボビン内に設けられている導磁片と、二つ対称に設けられている第一鉄芯と第二鉄芯とを有する鉄芯組と、二枚の弾性片と、を備えており、前記一次側巻線は二次側巻線のボビン上に設けられるとともに、導磁片はボビン内に置かれており、第一鉄芯は前記一次側巻線の頂部に嵌設されており、第二鉄芯は前記一次側巻線の底部に嵌設されることで、共振変圧器の作動時に、前記導磁片により所望の漏れインダクタンスを発生させる。

上記構造によれば、前記第一鉄芯及び第二鉄芯の一方側の表面両端には側壁部をそれぞれ有しており、二つの側壁部間の内部にはそれぞれ前記第一貫通穴、第二貫通穴及び開口部を貫通する凸部を有する。

上記構造によれば、二枚の弾性片を更に有しており、各々の弾性片の両端はフック部を有しており、及び前記第一鉄芯及び第二鉄芯の他方側の両端には凹部がそれぞれ設けられており、そして前記弾性片はそれぞれフック部により第一鉄芯及び第二鉄芯の凹部に係止する。

上記構造によれば、前記二次側巻線のボビンの頂部周辺には壁板が環設されるとともに、壁板とボビン頂部との間で収容空間を形成しており、前記導磁片及び一次側巻線がそれぞれ収容空間内に設けられる。そして、前記壁板の底部には複数の位置決めポストが設けられており、そして前記導磁片の周辺には複数の位置決め切欠きが対応して設けられる。

上記構造によれば、前記二次側巻線のボビン内にはスロットを有しており、前記スロットは前記導磁片を内設するのに供され、及び前記スロット内には複数の位置決めポストが設けられており、そして導磁片の周辺には複数の位置決め切欠きが対応して設けられる。

上記構造によれば、前記二次巻線のボビンの頂部周辺には壁板が環設されるとともに、壁板とボビン頂部との間で収容空間を形成しており、前記二次巻線のボビン内にはスロットを有しており、そして前記導磁片はそれぞれスロット及び収容空間内に設けられ、更には、前記壁板の底部及びスロット内には複数の位置決めポストが設けられており、そして導磁片の周辺には複数の位置決め切欠きが対応して設けられる。

上記構造によれば、前記導磁片の開口部の大きさと共振変圧器が発生する漏れインダクタンスとが反比例し、導磁片の厚さと共振変圧器が発生する漏れインダクタンスとが正比例し、及び前記導磁片の導磁率と共振変圧器が発生する漏れインダクタンスとが正比例する。

本発明の上記目的、効果及び特徴がより具体的に理解されるために、各々の図に基づいて以下の通り説明する。

本発明の好ましい実施例の立体図である。 本発明の好ましい実施例の立体分解図である。 本発明の好ましい実施例の断面図である。 本発明の更なる好ましい実施例の立体分解図である。 本発明の更なる好ましい実施例の断面図である。 本発明の好ましい実施例の漏れインダクタンスと導磁片とのデータ図である。

図１〜３を参照するに、本発明の構造は主に、鉄芯組２と、二次側巻線３と、一次側巻線４と、導磁片５と、二枚の弾性片とを備えることが分かる。

このうち、前記二次側巻線３はボビン３１を有しており、内部には第一貫通穴３２を有しており、ボビン３１の頂部周辺には壁板３３が環設されており、壁板３３とボビン３１の頂部との間で収容空間３６を形成しており、壁板３３の底部には複数の位置決めポスト３７が設けられており、またボビン３１内には二次側コイル３５が巻設されている。

前記一次側巻線４内部には第二貫通穴４１を有しており、第二貫通穴４１は第一貫通穴３２に連通しており、一次側巻線４内には一次側コイル４２が巻設されている。

前記導磁片５内部には開口部５１を有するとともに、導磁片５の周辺には複数の位置決め切欠き５２が設けられている。

前記鉄芯組２は二つ対称に設けられている第一鉄芯２１と第二鉄芯２２とを有しており、第一鉄芯２１及び第二鉄芯２２の一方側の表面両端には側壁部２１１、２２１をそれぞれ有しており、二つの側壁部２１１、２２１間の内部には凸部２１２、２２２を有するとともに、第一鉄芯２１及び第二鉄芯２２の他方側の表面両端には凹部２１３、２２３をそれぞれ有している。

前記各々の弾性片６の両端はフック部６１を有している。

前記部材を組合わせるとき、導磁片５は二次側巻線３のボビン３１内に設けるが、注意すべきは、いわゆる設置とは、導磁片５をボビン３１上に置くか、又はボビン３１内部に置くか、若しくは、同時にボビン３１頂部と内部とに複数の導磁片５をそれぞれ設けることができるものであって、実施例においては、導磁片５はボビン３１の収容空間３５内に置いている、ということである。続いて、一次側巻線４を収容空間３５内に設けるとともに、導磁片５上に重ねて、そして導磁片５周辺の位置決め切欠き５２が壁板３３の位置決めポスト３７に嵌合することで、導磁片５は収容空間３５内でずれることがなく、導磁片５の開口部５１、二次側巻線３の第一貫通穴３２と一次側巻線４の第二貫通穴４１との間が互いに連通する。前記第一鉄芯２１が一次側巻線４の頂部に嵌設し、第二鉄芯２２が一次側巻線４の底部に嵌設し、そして第一鉄芯２１及び第二鉄芯２２の両側の側壁部２１１、２２１がそれぞれ二次側巻線３の両側を覆い、及び第一鉄芯２１及び第二鉄芯２２の両側の凸部２１２、２２２がそれぞれ前記第一貫通穴３２、第二貫通穴４１及び開口部５１を貫通して、鉄芯組２が完全な磁路を形成することになる。注意すべきは、鉄芯組２の第一鉄芯２１と第二鉄芯２２との間にて、接着剤接合の方式によって接続可能である以外に、更には弾性片６の両端のフック部６１を用いてそれぞれ第一鉄芯２１及び第二鉄芯２２の凹部２１３、２２３に係止して、共振変圧器１を分解した後に開口部５１の大きさの異なる導磁片５に交換するようにしてもよいということである。

変圧器中にて一次巻線及び二次巻線の両者がいずれも互いに繋がる磁束は相互磁束と呼ぶ（又は主磁束、Φ１２又はΦ２１）。変圧器の磁束はこれ以外に、一次巻線と互いに繋がるのみで二次巻線には互いに繋がらない一次側漏れ磁束（又は自己磁束Φσ１）、二次巻線に互いに繋がるのみで一次巻線には互いに繋がらない二次側漏れ磁束（Φσ２）を更に有する。変圧器中には磁気漏れがあるため、漏れ磁束は必ず存在する。しかも漏れ磁束は一次巻線、二次巻線の何れか一方に繋がるのみであることから、つまりこれは各巻線のインダクタンスをその中に付加することを意味している。よって、一次側漏れ磁束は一次側漏れインダクタンスとなり、二次側漏れ磁束は二次側漏れインダクタンスとなる。

結合係数ｋ、一次巻線の自己インダクタンスがＬ１、二次巻線の自己インダクタンスがＬ２であるとき、各漏れインダクタンスは数１の通りとなる。

本発明の共振変圧器１と従来の変圧器とが求めるものは異なり、その特長は漏れインダクタンスを要求に応じて無段階に微調整、大小可変として、完全に要求に応じて特別に設計製作することができるものであって、そして結合係数は更に漏れインダクタンスの大きさを決定づけるパラメータであり、結合係数は回路において、素子間の結合の緊緩程度を表示するために、二つのインダクタ素子間の実際の相互インダクタンス（絶対値）とその最大極限値との比率を結合係数として定義づけているので、よって、本発明の共振変圧器１は導磁片５をボビン３１内に設けて、導磁片５を用いて二次側コイル３５と一次側コイル４２との間の結合係数を変更し、そして導磁片５は導磁性を有するものであるが、従来の変圧器の構造では一次側巻線と二次側巻線との間の漏れ磁束が巻線の間を囲むことから、極めて大きな渦電流損失をもたらすが、導磁片を用いて漏れ磁束を鉄芯に戻して、渦電流損失の発生を完全に回避して、効率がこれにより大幅に向上可能となっている。

導磁片５は二次側巻線３のボビン３１内に設けられて、共振変圧器１は動作時に、導磁片５を用いて磁束線を発生させるのに必要な漏れインダクタンスを発生して、そして共振変圧器１と導磁片５とで漏れインダクタンスを発生させる関係は図６を参照されたい。さらに図中から分かるように、導磁片５の開口部５１の大きさと共振変圧器１が発生する漏れインダクタンスとが反比例し、開口部５１が大きいほど、共振変圧器１が発生する漏れインダクタンスは小さくなり、反対に、開口部５１が小さいほど、共振変圧器１が発生する漏れインダクタンスは大きくなるが、開口部５１の大きさ以外に、導磁片５の厚さと共振変圧器１が発生する漏れインダクタンスとが正比例し、そして、導磁片５の導磁率と共振変圧器１が発生する漏れインダクタンスとが正比例する。共振変圧器１中に導磁片５が設けられていない状態にて、共振変圧器１が発生する漏れインダクタンスはかなり小さくなることから、反磁性変圧器として使用することができる。

図４、５に示すもの、本発明の更なる好ましい実施例の立体分解図及び断面図を参照されたい。本実施例と前記図１〜３の実施例とを比較した特長は、二次側巻線３のボビン３１内にはスロット３４を有しており、スロット３４内部には複数の位置決めポスト３７が設けられており、前記スロット３４は前記導磁片５を内設するのに供される、というところにある。前記各実施例以外に、二次側巻線３は更に複数の導磁片５を設けることができるものであって、前記各実施例と結合して分かるように、二次側巻線３のボビン３１の頂部には収容空間３６が設けられており、内部にはスロット３４が設けられるとともに、収容空間３６及びスロット３４内部にはそれぞれ位置決めポスト３７が設けられており、つまり、より大きな漏れインダクタンスが必要なときには、複数の導磁片５をそれぞれ収容空間３６及びスロット３４内に直接挿入することで、共振変圧器１により大きな漏れインダクタンスを発生させることができる。

上記をまとめるに、本発明の漏れインダクタンス調整付き共振変圧器は間違いなく新規性及び進歩性を備えることから、ここに法に基づき発明特許を出願する。ただし上記説明した内容は、単に本発明の好ましい実施例の説明に過ぎず、本発明の技術手段及び範囲から延長する変化、付加、変更又は等価置換のいずれもまた本発明の特許請求の範囲内に収まる。

共振変圧器 １
鉄芯組 ２
第一鉄芯 ２１
側壁部 ２１１
凸部 ２１２
凹部 ２１３
第二鉄芯 ２２
側壁部 ２２１
凸部 ２２２
凹部 ２２３
二次側巻線 ３
ボビン ３１
第一貫通穴 ３２
壁板 ３３
スロット ３４
二次側コイル ３５
収容空間 ３６
位置決めポスト ３７
一次側巻線 ４
第二貫通穴 ４１
一次側コイル ４２
導磁片 ５
開口部 ５１
位置決め切欠き ５２
弾性片 ６
フック部 ６１

Claims (10)

1. 漏れインダクタンス調整付き共振変圧器であって、
   ボビンを有しており、内部に第一貫通穴を有する二次側巻線と、
   前記二次側巻線のボビン上に設けられており、その内部に第一貫通穴に連通する第二貫通穴を有する、一次側巻線と、
   前記二次側巻線のボビン内に設けられており、その内部に開口部を有しており、開口部は前記第一貫通穴、第二貫通穴に連通する、導磁片と、
   二つ対称に設けられている第一鉄芯と第二鉄芯とを有しており、第一鉄芯は前記一次側巻線の頂部に嵌設されており、第二鉄芯は前記一次側巻線の底部に嵌設されている、鉄芯組と、
   二枚の弾性片と、を少なくとも備えており、
   これにより、前記一次側巻線は二次側巻線上に設けられるとともに、第一鉄芯と第二鉄芯とが上、下に嵌設された後、共振変圧器の作動時に、前記導磁片により所望強度の漏れインダクタンスを発生させる、ことを特徴とする漏れインダクタンス調整付き共振変圧器。
2. 前記第一鉄芯及び第二鉄芯の一方側の表面両端には側壁部をそれぞれ有しており、二つの側壁部間の内部にはそれぞれ前記第一貫通穴、第二貫通穴及び開口部を貫通する凸部を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の漏れインダクタンス調整付き共振変圧器。
3. 二枚の弾性片を更に有しており、各々の弾性片の両端はフック部を有しており、及び前記第一鉄芯及び第二鉄芯の他方側の表面両端には凹部がそれぞれ設けられており、そして前記弾性片はそれぞれフック部により第一鉄芯及び第二鉄芯の凹部に係止する、ことを特徴とする請求項１に記載の漏れインダクタンス調整付き共振変圧器。
4. 前記二次側巻線のボビンの頂部周辺には壁板が環設されるとともに、壁板とボビン頂部との間で収容空間を形成しており、前記導磁片及び一次側巻線がそれぞれ収容空間内に設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の漏れインダクタンス調整付き共振変圧器。
5. 前記壁板の底部には複数の位置決めポストが設けられており、そして前記導磁片の周辺には複数の位置決め切欠きが対応して設けられる、ことを特徴とする請求項４に記載の漏れインダクタンス調整付き共振変圧器。
6. 前記二次側巻線のボビン内にはスロットを有しており、前記スロットは前記導磁片を内設するのに供される、ことを特徴とする請求項１に記載の漏れインダクタンス調整付き共振変圧器。
7. 前記スロット内には複数の位置決めポストが設けられており、導磁片の周辺には複数の位置決め切欠きが対応して設けられる、ことを特徴とする請求項６に記載の漏れインダクタンス調整付き共振変圧器。
8. 前記二次側巻線のボビンの頂部周辺には壁板が環設されるとともに、壁板とボビン頂部との間で収容空間を形成しており、前記二次側巻線のボビン内にはスロットを有しており、そして前記導磁片はそれぞれスロット及び収容空間内に設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の漏れインダクタンス調整付き共振変圧器。
9. 前記壁板の底部及びスロット内には複数の位置決めポストが設けられており、そして導磁片の周辺には複数の位置決め切欠きが対応して設けられる、ことを特徴とする請求項７に記載の漏れインダクタンス調整付き共振変圧器。
10. 記導磁片の開口部の大きさと共振変圧器が発生する漏れインダクタンスとが反比例し、導磁片の厚さと共振変圧器が発生する漏れインダクタンスとが正比例し、及び導磁片の導磁率と共振変圧器が発生する漏れインダクタンスとが正比例する、ことを特徴とする請求項１に記載の漏れインダクタンス調整付き共振変圧器。