JP2022054076A - High-voltage transformer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は1次巻線に比較的低電圧を入力し、2次巻線に高電圧を出力する高圧トランスに関する。 The present invention relates to a high voltage transformer that inputs a relatively low voltage to the primary winding and outputs a high voltage to the secondary winding.
数10V程度の低電圧を数kV程度の高電圧に昇圧する高圧トランスは高電圧を必要とする様々な電気/電子機器に用いられている。たとえば液晶モニタのバックライト、自動車のヘッドランプ、複写機の光源に用いられる放電灯の点灯装置に高圧トランスが必要である。ところが近年、電子機器の小型化に伴い高圧トランス自体の小型化も要求されている。特に数kVの高電圧を出力する高圧トランスにとって小型化と絶縁性の確保とは両立困難な課題であり、これまでに多くの解決策が提案されてきた。 A high voltage transformer that boosts a low voltage of about several tens of volts to a high voltage of about several kV is used in various electric / electronic devices that require a high voltage. For example, a high-pressure transformer is required for a lighting device for a backlight of a liquid crystal monitor, a headlamp of an automobile, and a discharge lamp used as a light source of a copier. However, in recent years, with the miniaturization of electronic devices, there is also a demand for miniaturization of the high voltage transformer itself. Especially for a high-voltage transformer that outputs a high voltage of several kV, it is difficult to achieve both miniaturization and ensuring insulation, and many solutions have been proposed so far.
たとえば、特許文献1に開示された高圧トランスは、高圧側の2次巻線を複数の分割巻線部により構成し、さらに分割巻線部の配置を工夫することで小型化と絶縁性の確保との両立を図っている。
For example, in the high-voltage transformer disclosed in
また特許文献2に開示された高圧トランスのボビンは、1次巻線と2次巻線の巻回部を長手方向に2つの領域に分け、2次巻線を複数の仕切り鍔により複数の巻回領域に分割し、各巻回領域での電位差を300V以内に設定している。2次巻線を仕切り鍔で分割することにより2次巻線間の絶縁性の向上を図り、コアの外周面に絶縁コーティング処理を施すことによりボビンを肉厚にすることなく巻線高圧側とコアとの短絡を防止している。
Further, in the bobbin of the high voltage transformer disclosed in
さらに特許文献3には、1次巻線の上にクラフト紙等の絶縁膜を巻回し、その絶縁膜の外周に高圧側の2次巻線を巻回して2次側第1層を形成し、以下同様に絶縁膜と2次巻線からなる2次側第2層、第3層・・・を順次形成することで沿面放電発生の防止、すなわち絶縁性の向上を図っている。 Further, in Patent Document 3, an insulating film such as kraft paper is wound around the primary winding, and a high-voltage side secondary winding is wound around the insulating film to form a secondary side first layer. Similarly, by sequentially forming the secondary side second layer, the third layer, and the like composed of the insulating film and the secondary winding, the occurrence of creeping discharge is prevented, that is, the insulating property is improved.
上述した特許文献1および2によれば、棒状コアの周りに1次巻線領域と2次巻線領域とに分けてコイルを巻回し、2次側を複数の仕切り鍔で分割した構成は開示されているものの、分割された2次巻線領域内での巻線間絶縁が考慮されていない。
According to
また特許文献3によれば、コアの周りに1次巻線を巻回し、更にその上に絶縁膜を挟みながら2次巻線を層状に巻回する高圧トランスが開示されているが、2次巻線を鍔部で分割巻回する構造の欠点、すなわち大型化および作業の煩雑化を解消するための考案であり、そもそも分割巻線を前提としていない。 Further, according to Patent Document 3, a high-voltage transformer in which a primary winding is wound around a core and the secondary winding is wound in a layer while sandwiching an insulating film on the primary winding is disclosed. It is a device for eliminating the drawbacks of the structure in which the winding is divided and wound at the flange, that is, the increase in size and the complexity of the work, and the divided winding is not premised in the first place.
そこで、本発明の目的は、2次側の分割巻線での絶縁性を向上させ、小型で信頼性の高い高圧トランスを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to improve the insulation property of the split winding on the secondary side and to provide a compact and highly reliable high voltage transformer.
上記目的を達成するために、本発明による高圧トランスは筒状のコイルボビンの外周が複数の仕切り板により長手方向に1次巻線領域と2次巻線領域とに、さらに2次巻線領域が複数の分割巻線に分割され、隣り合う仕切り板に挟まれた領域に巻回された各分割巻線が所定巻回数ごとに絶縁塗料層を介して巻回される。
本発明の一態様によれば、棒状の軟磁性体コアが貫通した筒状のコイルボビンを有する高圧トランスは、前記コイルボビンの筒部の外周が複数の仕切り板により長手方向に1次巻線領域と2次巻線領域とに分割され、さらに前記2次巻線領域が複数の分割巻線の領域に分割されており、前記複数の分割巻線の各々が所定巻回数ごとに絶縁塗料からなる塗布層を介して巻回され、前記複数の分割巻線により2次巻線が構成されている、ことを特徴とする。これにより、高電圧出力であっても絶縁破壊を防止でき、小型で信頼性の高い高圧トランスを実現できる。
前記コイルボビンの筒部および前記複数の仕切り板は一定の厚さの絶縁性樹脂により形成され得る。これにより絶縁性と製造工程の簡略化が可能となる。
前記塗布層は所定巻回数だけ巻回される毎に巻線の上に高周波ワニスをコーティングすることで形成され得る。ワニスの塗布により形成されるので絶縁紙を用いるよりも製造が容易になり、更に小型化を促進できる。
前記1次巻線領域に1次巻線を24~48ターン、前記2次巻線領域に各分割巻線を350~500ターン合計5000~10000ターン巻回し、各分割巻線において100ターン毎に前記塗布層が形成されることができる。また、前記1次巻線の両端に24~48Vのパルス電圧を入力することで前記2次巻線の両端に4000~5000Vを出力することができる。このように分割巻線を開会することで4000~5000Vの高電圧出力を絶縁破壊なく実現することが可能となる。
In order to achieve the above object, in the high voltage transformer according to the present invention, the outer circumference of the tubular coil bobbin is divided into a primary winding region and a secondary winding region in the longitudinal direction by a plurality of partition plates, and a secondary winding region is further formed. Each of the divided windings, which is divided into a plurality of divided windings and wound in a region sandwiched between adjacent partition plates, is wound via an insulating coating layer every predetermined number of turns.
According to one aspect of the present invention, in a high-voltage transformer having a tubular coil bobbin through which a rod-shaped soft magnetic core penetrates, the outer periphery of the cylindrical portion of the coil bobbin has a primary winding region in the longitudinal direction due to a plurality of partition plates. It is divided into a secondary winding region, and the secondary winding region is further divided into a plurality of divided winding regions, and each of the plurality of divided windings is coated with an insulating paint for each predetermined number of turns. It is characterized in that it is wound through a layer and a secondary winding is formed by the plurality of divided windings. As a result, dielectric breakdown can be prevented even with a high voltage output, and a compact and highly reliable high-voltage transformer can be realized.
The cylinder portion of the coil bobbin and the plurality of partition plates may be formed of an insulating resin having a certain thickness. This enables insulation and simplification of the manufacturing process.
The coating layer can be formed by coating a high-frequency varnish on the windings each time the windings are wound a predetermined number of times. Since it is formed by applying varnish, it is easier to manufacture than using insulating paper, and further miniaturization can be promoted.
The primary winding is wound in the primary winding region for 24 to 48 turns, and each split winding is wound in the secondary winding region for 350 to 500 turns in total for 5000 to 10000 turns, and every 100 turns in each split winding. The coating layer can be formed. Further, by inputting a pulse voltage of 24 to 48V to both ends of the primary winding, 4000 to 5000V can be output to both ends of the secondary winding. By opening the split winding in this way, it is possible to realize a high voltage output of 4000 to 5000 V without dielectric breakdown.
本発明によれば2次側の分割巻線での絶縁性を向上させ小型で信頼性の高い高圧トランスを実現できる。 According to the present invention, it is possible to improve the insulation property of the split winding on the secondary side and realize a compact and highly reliable high voltage transformer.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成要素は単なる例示であって、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨ではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the components described in the following embodiments are merely examples, and the technical scope of the present invention is not limited to them.
1.構成
本発明の一実施形態による高圧トランスは、筒形状のコイルボビンとコイルボビンの筒内に挿入される棒状の軟磁性体コア(フェライトコア)とからなる。以下、コイルボビンに巻回される絶縁銅線(エナメル線)の積層構造について詳細に説明する。
1. 1. Configuration The high-voltage transformer according to one embodiment of the present invention comprises a tubular coil bobbin and a rod-shaped soft magnetic core (ferrite core) inserted into the cylinder of the coil bobbin. Hereinafter, the laminated structure of the insulated copper wire (enamel wire) wound around the coil bobbin will be described in detail.
図1に例示するように、本実施形態におけるコイルボビン100は絶縁樹脂で形成され、長さL、厚さdの筒部101と、筒部101の外周に高さH、厚さdの複数の仕切り板D0~Dn+1を有する。筒部101の貫通孔102は一辺がHdの正方形状を有し、そのなかに棒状のコアが配置される。図1では貫通孔102の断面が矩形状であるが、これに限定されるものではなく円形の断面であってもよい。
As illustrated in FIG. 1, the
複数の仕切り板D0~Dn+1のうち間隔wpで隣り合う仕切り板DnとDn+1の間が1次巻線領域103であり、仕切り板D0からDnの間が2次巻線領域104である。1次巻線領域103には1次巻線Pが巻回数tpで巻回されている。なお、仕切り板D0~Dn+1も矩形状でなく円形状であってもよい。 Of the plurality of partition plates D 0 to D n + 1 , the primary winding region 103 is between the partition plates D n and D n + 1 , which are adjacent to each other at intervals wp, and the secondary winding region is between the partition plates D 0 and D n . 104. The primary winding P is wound in the primary winding region 103 at the number of turns tp. The partition plates D 0 to D n + 1 may also have a circular shape instead of a rectangular shape.
2次巻線領域104は仕切り板D1~Dn-1により更に分割され、間隔wsで隣り合う仕切り板Di-1とDi(i=1,・・・,n)の間に分割巻線Siが巻回されている。分割巻線Siは、前段の分割巻線Si-1から仕切り板Di-1の渡り溝を通してエナメル線を引き継いで巻回され、以下同様にして続く分割巻線Si+1から分割巻線Snまで順次巻回される。分割巻線Siの巻回数をtdターンとすれば、2次巻線領域104の合計巻回数tsは(td×n)ターンとなる。 The secondary winding region 104 is further divided by the partition plates D 1 to D n-1 , and is divided between the partition plates Di -1 and Di ( i = 1, ..., N) adjacent to each other at the interval ws. Winding Si is wound. The split winding S i is wound by taking over the enamel wire from the split winding S i-1 in the previous stage through the crossover groove of the partition plate D i-1 , and is similarly wound from the split winding S i + 1 . It is wound sequentially up to Sn . Assuming that the number of turns of the split winding Si is td turns, the total number of turns ts of the secondary winding region 104 is (td × n) turns.
たとえば、コイルボビン100の長さLは100~150mm程度、間隔wpは5mm程度、1次側巻回数tpは24~48ターン程度、2次側巻回数tsは5000~10000ターン程度、分割巻線Siの巻回数tdは350~600ターン程度である。次に任意の分割巻線Siの積層巻回構造について図2および図3を参照しながら詳細に説明する。
For example, the length L of the
2.積層巻回構造
図2に例示するように、巻回数tdの分割巻線Siは仕切り板Di-1とDiの間に筒部101上の底面から所定感化数tdd毎に絶縁塗料層Vを介して順次巻回されるが、エナメル線は前段の分割巻線Si-1から仕切り板Di-1の渡り溝105を通して引き継がれ、側面の絶縁層106により絶縁保護された状態で低面まで導かれる。絶縁層106は前段から引き継いだエナメル線と分割巻線Siとの間の電位差による絶縁破壊を防止するために設けられる。絶縁106には絶縁テープを用いることができる。
2. 2. Laminated winding structure As illustrated in FIG. 2, the split winding S i having the number of turns td is an insulating paint layer between the partition plates Di -1 and Di from the bottom surface on the tubular portion 101 for each predetermined number of sensitizations tdd . The enamel wire is wound sequentially through V, but the enamel wire is taken over from the split winding S i-1 in the previous stage through the crossover 105 of the partition plate D i-1 , and is insulated and protected by the
図3に例示するように、巻回数tdの分割巻線Siは所定巻回数tdd毎に絶縁塗料層Vを介して巻回される。絶縁塗料層Vは液状の絶縁樹脂を塗布することで形成され、一例として高周波ワニスを用いる。以下、隣り合う仕切り板Di-1とDiの間隔ws=5mm、仕切り板Dの高さHを6.75mm、巻線に使用するエナメル線の直径φcを0.16mm、各層の所定巻回数tddを略100ターン、分割巻線Siの合計巻回数tdを略500ターンとして、具体的な巻回手順について説明する。 As illustrated in FIG. 3, the split winding Si with the number of turns td is wound via the insulating coating layer V every predetermined number of turns tdd. The insulating coating layer V is formed by applying a liquid insulating resin, and a high-frequency varnish is used as an example. Hereinafter, the distance ws = 5 mm between the adjacent partition plates Di -1 and Di, the height H of the partition plate D is 6.75 mm, the diameter φc of the enamel wire used for winding is 0.16 mm, and the predetermined winding of each layer is performed. A specific winding procedure will be described assuming that the number of turns tdd is approximately 100 turns and the total number of turns td of the split winding Si is approximately 500 turns.
まず最下層の巻線をtdd=略100ターンだけ巻回すると、その表面に高周波ワニスを塗布し、それを乾燥させて高周波ワニス塗布層V1を形成する。続いて、高周波ワニス塗布層V1の上に巻線を同じくtdd=略100ターンだけ巻回し、その表面に高周波ワニスを塗布し、それを乾燥させて高周波ワニス塗布層V2を形成する。以下同様に略100ターンの巻線ごとに高周波ワニス塗布層Vを形成しながら、所定の合計巻回数tdになるまで積層巻回工程を繰り返す。同様の積層巻回工程が2次側の全ての分割巻線Siで繰り返されることで2次巻線が形成される。各分割巻線Siの巻回数td=500ターンとすれば100ターンごとに4層の高周波ワニス塗布層V1~V4が形成される。仕切り板の間隔ws=5mmの間に直径0.16mmの巻線を500ターン巻回するので、100ターンごとに高周波ワニス塗布層Vを形成することにより絶縁性が向上し巻線が安定化するという利点がある。 First, when the winding of the lowermost layer is wound for tdd = about 100 turns, a high-frequency varnish is applied to the surface thereof and dried to form a high-frequency varnish coating layer V1. Subsequently, the winding is similarly wound on the high frequency varnish coating layer V1 for tdd = about 100 turns, the high frequency varnish is applied to the surface thereof, and the high frequency varnish is dried to form the high frequency varnish coating layer V2. Similarly, while forming the high frequency varnish coating layer V for each winding of approximately 100 turns, the laminated winding step is repeated until the predetermined total number of windings td is reached. The secondary winding is formed by repeating the same laminated winding process on all the split windings Si on the secondary side. Assuming that the number of turns of each divided winding Si is dt = 500 turns, four high-frequency varnish coating layers V1 to V4 are formed every 100 turns. Since a winding with a diameter of 0.16 mm is wound for 500 turns while the interval ws = 5 mm of the partition plate, the insulation is improved and the winding is stabilized by forming the high frequency varnish coating layer V every 100 turns. There is an advantage.
一例として、2次側分割巻線Siの巻回数td=500ターンとすれば、1次巻線Pの巻回数tp=24ターン、2次側分割巻線Siの巻回数td=500ターン、2次側の分割数n=10とすれば、2次巻線の合計巻回数ts=td×n=5000ターンとなる。したがって、このコイルボビン100を用いた高圧トランスの1次側に24Vのパルス電圧を印加すると、2次側に24×(5000/24)=5000Vの高電圧を得ることができる。
As an example, if the number of turns of the secondary split winding S i is dt = 500 turns, the number of turns of the primary winding P is tp = 24 turns, and the number of turns of the secondary split winding S i is dt = 500 turns. If the number of divisions on the secondary side is n = 10, the total number of turns of the secondary winding is ts = td × n = 5000 turns. Therefore, when a pulse voltage of 24 V is applied to the primary side of the high voltage transformer using the
本実施形態によれば、高圧側の2次巻線が仕切り板D0~Dnにより複数の分割巻線S1~Snに分割され、さらに各分割巻線Siが所定巻回数tdd毎に絶縁塗料層Vを介して巻回されることで、上述したような高電圧であっても絶縁破壊が生じ難く安定した高電圧出力を得ることができ、かつ小型の電源を構成することができる。なお、分割巻線S1~Snの分割数n、仕切り板の間隔ws、各分割巻線Siの巻回数tdおよび絶縁塗料層Vを形成する巻回数tddは、2次側の出力電圧および各分割巻線Siでの昇圧電圧等を考慮して設定することができる。 According to the present embodiment, the secondary winding on the high voltage side is divided into a plurality of divided windings S1 to Sn by the partition plates D 0 to Dn , and each divided winding S i is further divided by a predetermined number of turns tdd . By being wound through the insulating coating layer V, it is possible to obtain a stable high voltage output in which insulation breakdown is unlikely to occur even at the high voltage as described above, and it is possible to configure a small power supply. can. The number of divisions n of the divided windings S1 to Sn, the interval ws of the partition plates, the number of turns dt of each divided winding Si , and the number of turns dtd forming the insulating coating layer V are the output voltages on the secondary side. And it can be set in consideration of the boosted voltage and the like in each split winding Si .
3.実施例
図4に例示するように、本発明の一実施例による高圧トランス200は1次巻線Pのリード線に接続した1次側端子201と、2次巻線のリード線に接続した2次側端子202と、上述したコイルボビン100の貫通孔102内に配置したフェライトコア203と、からなる。ここではコイルボビン100の長さL=140mmとし、ほぼ同じ長さのフェライトコア203を用意する。ただし、短いフェライトコアを貫通孔102内で4~5段直列につなげてフェライトコア203を構成しても良い。この場合、短いフェライトコア間のギャップを調整して高圧トランス200の性能を最適化することも可能である。
3. 3. Example As illustrated in FIG. 4, the high-
コイルボビン100の1次巻線Pは24~48ターン、2次巻線は20分割して各分割巻線(S1~S20)を500ターンとして合計10000ターンとする。その際、各分割巻線Siは所定巻回数100ターン毎に高周波ワニスでコーティングして高周波ワニス塗布層Vを形成する。最後にリード線を取り付け、端子201および202を接続する。
The primary winding P of the
なお、フェライトコア203が4~5段の短いフェライトコアで形成されている場合、1次側端子201に通電して2次側端子202に所定の電圧が得られるようにフェライトコアのギャップを調整しても良い。
When the
最後に、高圧トランス200をモールドケースに入れ、モールド材を流し込んで固化させ完成する。
Finally, the high-
4.高圧電源回路
以下、本実施形態による高圧トランス200を適用した高圧電源回路の一例について説明する。ここでは1次巻線Pの巻回数tp=24ターン、2次巻線の分割数n=18、分割巻線Siの巻回数td=350ターン、絶縁塗布層Vの形成巻回数tdd=100ターンとし、1次側端子201に24Vを印加することで、2次側端子202に4200Vの高電圧を生成させるものとする。
4. High-voltage power supply circuit Hereinafter, an example of a high-voltage power supply circuit to which the high-
図5に例示するように、発振周波数1kHzの発振器301はパルス信号をANDゲート302を介してパルス増幅器303へ出力する。なお発振器301の発振周波数は1k~10kHzの範囲内の所定の周波数に設定してもよい。パルス増幅器303はパルス信号に従って24Vのパルス電圧を高圧トランス200の一次側端子201に印加する。ANDゲート302は制御部304からの制御信号(ON/OFF)に従ってパルス信号を導通あるいは遮断する。すなわち制御部304からの制御信号がONであれば、発振器301からのパルス信号がパルス増幅器303へ出力され、パルス増幅器303から24Vのパルス電圧が高圧トランス200へ出力される。制御部304からの制御信号がOFFであれば、発振器301からのパルス信号はパルス増幅器303へ出力されず、したがってパルス増幅器303は高圧トランス200へパルス電圧を出力しない。
As illustrated in FIG. 5, the
制御部304は、アラームラッチ制御部305からアラーム信号ALARMを入力すると制御信号をOFFに設定し、アラーム信号ALARMを入力しないときは制御信号をONに設定する。
The
高圧トランス200の2次側端子202には電流検出部306および電圧検出部307が設けられる。上限電流検出部308は高圧トランス200の出力電流が上限を超えたか否かを検出し、上限を超えた時にALARMをアラームラッチ制御部305へ出力する。上限電圧検出部309は出力電圧が上限電圧を超えたか否かを検出し、上限を超えた時にALARMをアラームラッチ制御部305へ出力する。下限電圧検出部310は出力電圧が下限電圧を下回ったか否かを検出し、下限を下回った時にALARMをアラームラッチ制御部305へ出力する。
The
アラームラッチ制御部305は、上限電流検出部308、上限電圧検出部309および下限電圧検出部310の少なくとも1つからALARMを入力すると、ALARMをラッチし、手動あるいは所定の回復処理によりアラームが解除されるまでアラーム信号ALRAMを制御部304へ出力する。したがって、高電圧の出力側で何らかの原因により過剰電流が流れたり、あるいは出力電圧が異常に上昇あるいは降下したりした場合には、高圧トランス200の1次側入力が遮断され、正常に復帰するまで高電圧出力が停止する。
When the alarm
本発明の一実施形態による高圧トランス200を用いることで高電圧であっても絶縁破壊を生じることなく、安定した高電圧出力を得ることができ、さらに、異常(ALARM)が検知されると即座に出力を停止することで安全性を更に高めることができる。
By using the
本実施形態による高圧トランス200は、電場中に食品等を保存することにより鮮度を長期間維持することができる冷蔵保存庫における電場形成用の高圧電源に使用することができ、高圧電源の小型化を促進できる。
The high-
本発明は数kV程度の高電圧を必要とする電源回路の高圧トランスに適用可能である。 The present invention is applicable to a high voltage transformer of a power supply circuit that requires a high voltage of about several kV.
100 コイルボビン
101 筒部
102 貫通孔
103 1次巻線領域
104 2次巻線領域
105 渡り溝
106 絶縁層
200 高圧トランス
201 1次側端子
202 2次側端子
203 フェライトコア
D0~Dn+1 仕切り板
P 1次巻線
S1~Sn 分割巻線
V、V1~V3 絶縁塗料層(高周波ワニス塗布層)
100 Coil bobbin 101
Claims (5)
前記コイルボビンの筒部の外周が複数の仕切り板により長手方向に1次巻線領域と2次巻線領域とに分割され、さらに前記2次巻線領域が複数の分割巻線の領域に分割されており、
前記複数の分割巻線の各々が所定巻回数ごとに絶縁塗料からなる塗布層を介して巻回され、前記複数の分割巻線により2次巻線が構成されている、
ことを特徴とする高圧トランス。 A high-voltage transformer with a cylindrical coil bobbin through which a rod-shaped soft magnetic core penetrates.
The outer circumference of the cylinder portion of the coil bobbin is divided into a primary winding region and a secondary winding region in the longitudinal direction by a plurality of partition plates, and the secondary winding region is further divided into a plurality of divided winding regions. And
Each of the plurality of divided windings is wound through a coating layer made of an insulating paint every predetermined number of turns, and the plurality of divided windings constitute a secondary winding.
A high voltage transformer characterized by that.
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