JP2022077887A - トランスユニット - Google Patents

Abstract

【課題】トランスユニットで生じる損失を低減すること。【解決手段】トランスユニット２０は、１次側コイル２１，３１と、２次側コイルと、を備える。１次側コイル２１は、金属板巻線２２を備える。１次側コイル３１は、金属板巻線３２を備える。２次側コイルは、第１巻線５１及び第２巻線７１を備える。第１巻線５１及び第２巻線７１のターン数は、金属板巻線２２，３２のターン数よりも多い。第１巻線５１、及び第２巻線７１は、金属板巻線２２，３２を捲回軸方向から挟むように配置されている。【選択図】図３

Description

本開示は、トランスユニットに関する。

特許文献１に開示のように、トランスユニットは、コアと、１次側コイルと、２次側コイルと、を備える。１次側コイルに入力された電圧は、変圧されて２次側コイルから出力される。

特開２０１９－１４９４４３号公報

１次側コイル及び２次側コイルに電流が流れる際には、近接効果によって１次側コイル及び２次側コイルのうち互いに近接する部分に電流が集中して流れる。近接効果とは、１次側コイル及び２次側コイルを電流が流れることで生じる磁場の作用により、互いに近接する部分に電流が集中して流れる現象である。１次側コイル及び２次側コイルのうち互いに近接する部分に電流が集中して流れると、電流密度が局所的に高くなることで、損失の増加に繋がる。特に、１次側コイル及び２次側コイルのうちターン数の少ない方には、１次側コイル及び２次側コイルのうちターン数の多い方よりも大きい電流が流れる。このため、１次側コイル及び２次側コイルのうちターン数の少ない方の損失は大きくなりやすい。

上記課題を解決するトランスユニットは、捲回軸方向に互いに対向配置された１次側コイル及び２次側コイルを有するトランスユニットであって、前記１次側コイル及び前記２次側コイルのうち一方は、金属板を捲回した金属板巻線を含み、前記１次側コイル及び前記２次側コイルのうち他方は、前記金属板巻線よりもターン数の多い第１巻線及び第２巻線を含み、前記金属板巻線、前記第１巻線、及び前記第２巻線のそれぞれは、前記捲回軸方向に延びる軸を捲回軸として捲回されており、前記第１巻線、及び前記第２巻線は、前記金属板巻線を前記捲回軸方向から挟むように配置されている。

１次側コイル及び２次側コイルに電流が流れる際には、第１巻線及び第２巻線の両方に電流が流れる。第１巻線に電流が流れることで生じる磁場は、金属板巻線において第１巻線に近い位置ほど電流密度が高くなるように作用する。第２巻線に電流が流れることで生じる磁場は、金属板巻線において第２巻線に近い位置ほど電流密度が高くなるように作用する。第１巻線及び第２巻線で金属板巻線を挟むことで、金属板巻線での電流密度の偏りを低減することができる。金属板巻線の一部に電流が集中して流れることが抑制され、トランスユニットで生じる損失を低減することができる。

上記トランスユニットについて、前記第１巻線、及び前記第２巻線のそれぞれは、互いに並列接続された複数の巻線を備えていてもよい。
上記トランスユニットについて、前記トランスユニットは、プッシュプル型の電力変換装置に用いられるものであり、前記金属板巻線を２つ備え、前記第１巻線及び前記第２巻線は、２つの前記金属板巻線の両方を前記捲回軸方向から挟むように設けられていてもよい。

本開示によれば、トランスユニットで生じる損失を低減することができる。

電力変換システムの概略構成図。 トランスユニットの斜視図。 トランスユニットの分解斜視図。 トランスユニットの断面図を示す図２の４－４線断面図。 ２次側コイルを１つの巻線とした場合の金属板巻線での電流密度を示す図。 第１巻線及び第２巻線で金属板巻線を挟んだ場合の金属板巻線での電流密度を示す図。 実施形態のトランスユニットにおける金属板巻線での電流密度を示す図。 ２つの金属板巻線同士の距離を長くした場合の金属板巻線での電流密度を示す図。 トランスユニットの変形例を示す回路図。

以下、トランスユニットの一実施形態について説明する。
図１に示すように、電力変換システム１０は、直流電源１１と、プッシュプルコンバータ１２と、を備える。

直流電源１１は、直流電力を出力するものである。直流電源１１としては、例えば、蓄電装置又は電源回路を挙げることができる。
プッシュプルコンバータ１２は、直流電源１１から供給される直流電力を異なる電圧の直流電力に変換するプッシュプル型の電力変換装置である。プッシュプルコンバータ１２は、トランスユニット２０と、第１スイッチング素子１３と、第２スイッチング素子１４と、整流回路１５と、を備える。トランスユニット２０は、２つの１次側コイル２１，３１と、中間タップ４１と、２次側コイル５０と、を備える。２つの１次側コイル２１，３１と２次側コイル５０とは互いに磁気結合している。

１次側コイル２１は、第１端部２１ａと、第２端部２１ｂと、を備える。１次側コイル３１は、第１端部３１ａと、第２端部３１ｂと、を備える。１次側コイル２１と１次側コイル３１は、第１端部２１ａと第１端部３１ａとが接続され、直列に接続される。

中間タップ４１は、１次側コイル２１と１次側コイル３１との中点に設けられている。中間タップ４１は、直流電源１１の正極に接続されている。
第１スイッチング素子１３は、１次側コイル２１の第２端部２１ｂと直流電源１１の負極との間に設けられている。第２スイッチング素子１４は、１次側コイル３１の第２端部３１ｂと直流電源１１の負極との間に設けられている。両スイッチング素子１３，１４は、例えば、半導体スイッチング素子である。

２次側コイル５０は、第１巻線５１と、第２巻線７１と、を含む。第１巻線５１と第２巻線７１とは互いに並列接続されている。
整流回路１５は、２次側コイル５０に接続されている。整流回路１５は、２次側コイル５０から出力された交流電力を直流電力に変換する。整流回路１５としては、例えば、ダイオードを用いたブリッジ回路を挙げることができる。整流回路１５から出力された直流電力は負荷に供給される。

プッシュプルコンバータ１２では、第１スイッチング素子１３と第２スイッチング素子１４とが交互にオンされる。言い換えれば、２つの１次側コイル２１，３１には交互に電流が流れる。第１スイッチング素子１３がオンされることで、１次側コイル２１に電圧が印加される。これにより、２次側コイル５０には誘導電流が流れる。第２スイッチング素子１４がオンされることで、１次側コイル３１に電圧が印加される。これにより、２次側コイル５０には、誘導電流が流れる。１次側コイル２１に電圧が印加された場合に２次側コイル５０に流れる誘導電流と、１次側コイル３１に電圧が印加された場合に２次側コイル５０に流れる誘導電流とは互いに逆向きに流れる。

本実施形態のトランスユニット２０では、１次側コイル２１，３１と２次側コイル５０の巻数比に応じた昇圧が行われる。１次側コイル２１，３１に入力された電力は昇圧されて２次側コイル５０から出力される。トランスユニット２０で昇圧が行われることで、２次側コイル５０では電圧が高くなる一方で電流は小さくなる。１次側コイル２１，３１に流れる電流は、２次側コイル５０に流れる電流よりも大きいといえる。

次に、トランスユニット２０の構造について説明する。
図２及び図３に示すように、１次側コイル２１は、矩形板状の金属板を捲回した１つの金属板巻線２２を含む。金属板としては、銅板やアルミニウム板を用いることができる。本実施形態において、金属板巻線２２のターン数は１である。なお、金属板巻線２２のターン数とは、１次側コイル２１のターン数ともいえる。１次側コイル２１に流れる電流は、２次側コイル５０に流れる電流よりも大きいため、金属板巻線２２を用いることで、損失の低減を図っている。

金属板巻線２２は、金属板が捲回された金属板捲回部２３と、３つの金属板端子部２８，２９，３０と、を備える。金属板捲回部２３は、矩形板状の第１金属板長辺部２４と、矩形板状の第２金属板長辺部２５と、矩形板状の第１金属板短辺部２６と、矩形板状の第２金属板短辺部２７と、を備える。金属板捲回部２３は、金属板の厚み方向と捲回軸方向とが同一となる態様で金属板を捲回した部分である。金属板長辺部２４，２５は、金属板短辺部２６，２７に比べて金属板の延びる方向への寸法（長手方向の寸法）が長い部分である。

第１金属板長辺部２４は、第１端部２４ａと、第２端部２４ｂと、を備える。第１端部２４ａ及び第２端部２４ｂは、第１金属板長辺部２４の長手方向の端部である。言い換えると、第１端部２４ａ及び第２端部２４ｂは、第１金属板長辺部２４の延びる方向（第１金属板長辺部２４の長手方向）において互いに離間した端部である。

第２金属板長辺部２５は、第１端部２５ａと、第２端部２５ｂと、を備える。第１端部２５ａ及び第２端部２５ｂは、第２金属板長辺部２５の長手方向の端部である。言い換えると、第１端部２５ａ及び第２端部２５ｂは、第２金属板長辺部２５の延びる方向（第２金属板長辺部２５の長手方向）において互いに離間した端部である。

第１金属板長辺部２４と第２金属板長辺部２５とは、第１金属板長辺部２４の短手方向（第２金属板長辺部２５の短手方向）に互いに離間して設けられている。
第１金属板短辺部２６は、第１端部２６ａと、第２端部２６ｂと、を備える。第１端部２６ａ及び第２端部２６ｂは、第１金属板短辺部２６の長手方向の端部である。言い換えると、第１端部２６ａ及び第２端部２６ｂは、第１金属板短辺部２６の延びる方向（第１金属板短辺部２６の長手方向）において互いに離間した端部である。

第２金属板短辺部２７は、第１端部２７ａと、第２端部２７ｂと、を備える。第１端部２７ａ及び第２端部２７ｂは、第２金属板短辺部２７の長手方向の端部である。言い換えると、第１端部２７ａ及び第２端部２７ｂは、第２金属板短辺部２７の延びる方向（第２金属板短辺部２７の長手方向）において互いに離間した端部である。

第１金属板短辺部２６と第２金属板短辺部２７とは、第１金属板短辺部２６の短手方向（第２金属板短辺部２７の短手方向）に互いに離間して設けられている。
第１金属板短辺部２６の第１端部２６ａは、第１金属板長辺部２４の第１端部２４ａと接続されている。第１金属板短辺部２６の第２端部２６ｂは、第２金属板長辺部２５の第１端部２５ａと接続されている。

第２金属板短辺部２７の第１端部２７ａは、第１金属板長辺部２４の第２端部２４ｂと接続されている。なお、第２金属板短辺部２７は、第１金属板長辺部２４の第２端部２４ｂから第２金属板長辺部２５の第２端部２５ｂに向かって延設するが、第２端部２７ｂは第２端部２５ｂには接続されない。すなわち、第２金属板短辺部２７の第２端部２７ｂと第２金属板長辺部２５の第２端部２５ｂとの間には空隙が形成されているといえる。

金属板端子部２８，２９，３０は、Ｌ字状である。金属板端子部２８，２９，３０の一端は、金属板捲回部２３に接続されている。金属板端子部２８，２９，３０は、金属板捲回部２３から第１金属板長辺部２４の延びる方向（第１金属板長辺部２４の長手方向）に延設し、その後、屈曲して金属板巻線２２の捲回軸方向に延設している。金属板端子部２８の一端は、第２金属板短辺部２７の第２端部２７ｂに設けられている。金属板端子部２９の一端は、第１金属板短辺部２６において第１金属板長辺部２４と第２金属板長辺部２５との間の部分に設けられている。金属板端子部３０の一端は、第２金属板長辺部２５の第２端部２５ｂに設けられている。

１次側コイル３１は、金属板巻線３２を含む。金属板巻線３２は、金属板巻線２２と同様に矩形板状の金属板を捲回したものである。金属板巻線３２のターン数は、金属板巻線２２のターン数と同一である。本実施形態でいえば、金属板巻線３２のターン数は１である。なお、金属板巻線３２のターン数とは、１次側コイル３１のターン数ともいえる。１次側コイル３１に流れる電流は、２次側コイル５０に流れる電流よりも大きいため、金属板巻線３２を用いることで、損失の低減を図っている。

金属板巻線３２は、金属板が捲回された金属板捲回部３３と、３つの金属板端子部３８，３９，４０と、を備える。金属板捲回部３３は、矩形板状の第１金属板長辺部３４と、矩形板状の第２金属板長辺部３５と、矩形板状の第１金属板短辺部３６と、矩形板状の第２金属板短辺部３７と、を備える。

第１金属板長辺部３４と第２金属板長辺部２５とは、長さ方向の寸法及び短手方向の寸法が同一である。第２金属板長辺部３５と第１金属板長辺部２４とは、長手方向の寸法及び短手方向の寸法が同一である。第１金属板短辺部３６と第１金属板短辺部２６とは、長手方向の寸法及び短手方向の寸法が同一である。第２金属板短辺部３７と第２金属板短辺部２７とは、長手方向の寸法及び短手方向の寸法が同一である。なお、同一とは、公差の範囲内での誤差を許容するものである。

第１金属板長辺部３４は、第１端部３４ａと、第２端部３４ｂと、を備える。第１端部３４ａ及び第２端部３４ｂは、第１金属板長辺部３４の長手方向の端部である。言い換えると、第１端部３４ａ及び第２端部３４ｂは、第１金属板長辺部３４の延びる方向（第１金属板長辺部３４の長手方向）において互いに離間した端部である。

第２金属板長辺部３５は、第１端部３５ａと、第２端部３５ｂと、を備える。第１端部３５ａ及び第２端部３５ｂは、第２金属板長辺部３５の長手方向の端部である。言い換えると、第１端部３５ａ及び第２端部３５ｂは、第２金属板長辺部３５の延びる方向（第２金属板長辺部３５の長手方向）において互いに離間した端部である。

第１金属板長辺部３４と第２金属板長辺部３５とは、第１金属板長辺部３４の短手方向（第２金属板長辺部３５の短手方向）に互いに離間して設けられている。
第１金属板短辺部３６は、第１端部３６ａと、第２端部３６ｂと、を備える。第１端部３６ａ及び第２端部３６ｂは、第１金属板短辺部３６の長手方向の端部である。言い換えると、第１端部３６ａ及び第２端部３６ｂは、第１金属板短辺部３６の延びる方向（第１金属板短辺部３６の長手方向）において互いに離間した端部である。

第２金属板短辺部３７は、第１端部３７ａと、第２端部３７ｂと、を備える。第１端部３７ａ及び第２端部３７ｂは、第２金属板短辺部３７の長手方向の端部である。言い換えると、第１端部３７ａ及び第２端部３７ｂは、第２金属板短辺部３７の延びる方向（第２金属板短辺部３７の長手方向）において互いに離間した端部である。

第１金属板短辺部３６と第２金属板短辺部３７とは、第１金属板短辺部３６の短手方向（第２金属板短辺部３７の短手方向）に互いに離間して設けられている。
第１金属板短辺部３６の第１端部３６ａは、第１金属板長辺部３４の第１端部３４ａと接続されている。第１金属板短辺部３６の第２端部３６ｂは、第２金属板長辺部３５の第１端部３５ａと接続されている。

第２金属板短辺部３７の第２端部３７ｂは、第２金属板長辺部３５の第２端部３５ｂと接続されている。なお、第２金属板短辺部３７は、第２金属板長辺部３５の第２端部３５ｂから第１金属板長辺部３４の第２端部３４ｂに向かって延設するが、第１端部３７ａは第２端部３４ｂには接続されない。すなわち、第２金属板短辺部３７の第１端部３７ａと第１金属板長辺部３４の第２端部３４ｂとの間には空隙が形成されているといえる。

金属板端子部３８，３９，４０は、Ｌ字状である。金属板端子部３８，３９，４０の一端は、金属板捲回部３３に接続されている。金属板端子部３８，３９，４０は、金属板捲回部３３から第１金属板長辺部３４の延びる方向（第１金属板長辺部３４の長手方向）に延設し、その後、屈曲して金属板巻線３２の捲回軸方向に延設している。金属板端子部３８の一端は、第１金属板長辺部３４の第２端部３４ｂに設けられている。金属板端子部３９の一端は、第１金属板短辺部３６において第１金属板長辺部３４と第２金属板長辺部３５との間の部分に設けられている。金属板端子部４０の一端は、第２金属板短辺部３７の第１端部３７ａに設けられている。

第１巻線５１は、複数の巻線５２，５３を備える。本実施形態では、第１巻線５１は、２つの巻線５２，５３を備える。複数の巻線５２，５３同士は、並列接続されている。巻線５２，５３は、絶縁巻線である。絶縁巻線は、線状の導体を絶縁層で絶縁したものであり、例えば、マグネットワイヤーを挙げることができる。絶縁巻線は、導体が単数である単線である。２つの巻線５２，５３のターン数は同一である。本実施形態において、巻線５２，５３のターン数は３である。巻線５２，５３のターン数は、金属板巻線２２，３２のターン数よりも多い。巻線５２，５３のターン数は、第１巻線５１のターン数ともいえる。

２つの巻線５２，５３は、互いに並んで設けられた状態で捲回されている。巻線５２，５３は、巻線５２，５３同士が捲回軸方向に交差する方向に並ぶように捲回されている。本実施形態において、巻線５２，５３は、巻線５２，５３同士が捲回軸方向に直交する方向に並ぶように捲回されている。言い換えれば、捲回軸方向から第１巻線５１を見た場合の面積が、ターン数が多くなるほど大きくなる態様で巻線５２，５３は捲回されている。本実施形態において、２つの巻線５２，５３は、四角環状に捲回されている。第１巻線５１は、巻線５２，５３が捲回された捲回部５４と、２つの端子部５９，６０と、を備える。

端子部５９，６０は、Ｌ字状である。端子部５９，６０は、捲回部５４に接続されている。端子部５９，６０は、捲回部５４から離れる方向に延設し、その後、屈曲して第１巻線５１の捲回軸方向に延設している。

第２巻線７１は、第１巻線５１と同様な構造である。詳細にいえば、第２巻線７１は、複数の巻線７２，７３を第１巻線５１と同様の態様で捲回したものである。複数の巻線７２，７３同士は並列接続されている。巻線７２，７３のターン数は、巻線５２，５３のターン数と同一である。本実施形態であれば、巻線７２，７３のターン数は３である。巻線７２，７３のターン数は、金属板巻線２２，３２のターン数よりも多い。巻線７２，７３のターン数は、第２巻線７１のターン数ともいえる。本実施形態では、第１巻線５１と第２巻線７１とが並列接続されているため、第１巻線５１のターン数及び第２巻線７１のターン数は、２次側コイル５０のターン数ともいえる。

第２巻線７１は、巻線７２，７３が捲回された捲回部７４と、２つの端子部７９，８０と、を備える。
端子部７９，８０は、Ｌ字状である。端子部７９，８０は、捲回部７４に接続されている。端子部７９，８０は、捲回部７４から離れる方向に延設し、その後、屈曲して第２巻線７１の捲回軸方向に延設している。

金属板巻線２２，３２の厚み方向の寸法は、巻線５２，５３，７２，７３の直径よりも短い。
トランスユニット２０は、コア９０と、第１ケース１００と、第２ケース１１０と、絶縁板１２０と、を備える。

コア９０は、ＥＩコアである。コア９０は、第１コア９１と、第２コア９２と、を備える。第１コア９１は、Ｉコアである。第１コア９１は平板状である。第２コア９２は、Ｅコアである。第２コア９２は、平板状の基部９３と、基部９３から突出する３つの突出部９４，９５，９６と、を備える。３つの突出部９４，９５，９６は、基部９３から、基部９３の厚み方向に突出している。３つの突出部９４，９５，９６は、互いに間隔を空けて並んで設けられている。

第１ケース１００は、基部１０１と、筒部１０７と、を備える。基部１０１は、平板状の中央部１０２と、平板状の第１縁部１０３と、平板状の第２縁部１０４と、を備える。第１縁部１０３と第２縁部１０４とは、中央部１０２を間に挟んだ両側に位置している。本実施形態において、基部１０１は矩形平板状である。第１縁部１０３及び第２縁部１０４は、基部１０１における基部１０１の長手方向の両側に設けられている。２つの縁部１０３，１０４は、それぞれ、縁部１０３，１０４における縁部１０３，１０４の厚み方向の両面の間で延びる環状の画定面１０５を備える。画定面１０５に囲まれる領域は、縁部１０３，１０４を貫通する貫通孔１０６である。筒部１０７は、基部１０１から基部１０１の厚み方向に突出している。筒部１０７は、中央部１０２に設けられている。

第２ケース１１０は、板状である。第２ケース１１０は、第２ケース１１０の厚み方向の両面の間で延びる画定面１１１を備える。画定面１１１は、四角環状の面である。画定面１１１に囲まれる領域は、四角状の貫通孔１１２である。

絶縁板１２０は、２つの金属板巻線２２，３２同士を絶縁するためのものである。絶縁板１２０としては、例えば、絶縁紙が用いられる。本実施形態の絶縁板１２０は、四角環状である。

図３及び図４に示すように、第１コア９１、第１ケース１００、第１巻線５１、金属板巻線２２、絶縁板１２０、金属板巻線３２、第２巻線７１、第２ケース１１０、第２コア９２の順にこれらの部材は積層されている。第１巻線５１、金属板巻線２２、金属板巻線３２、及び第２巻線７１が積層される方向を高さ方向とする。

金属板巻線２２は、金属板巻線２２の捲回軸方向と高さ方向とが一致する態様で配置されている。金属板端子部２８，２９，３０の他端部は、第１ケース１００の貫通孔１０６に挿入される。金属板巻線３２は、金属板巻線３２の捲回軸方向と高さ方向とが一致する態様で配置されている。金属板端子部３８，３９，４０の他端部は、第１ケース１００の貫通孔１０６に挿入されている。第１巻線５１は、第１巻線５１の捲回軸方向と高さ方向とが一致する態様で配置されている。端子部５９の他端部及び端子部６０の他端部は第１ケース１００の貫通孔１０６に挿入されている。第２巻線７１は、第２巻線７１の捲回軸方向と高さ方向とが一致する態様で配置されている。端子部７９の他端部及び端子部８０の他端部は第１ケース１００の貫通孔１０６に挿入されている。絶縁板１２０は、厚み方向と高さ方向とが一致する態様で配置されている。

金属板巻線２２の捲回軸方向、第１巻線５１の捲回軸方向、及び第２巻線７１の捲回軸方向は互いに一致している。以下の説明において、金属板巻線２２の捲回軸方向、第１巻線５１の捲回軸方向、及び第２巻線７１の捲回軸方向を「捲回軸方向」と称する。金属板巻線２２、第１巻線５１、及び第２巻線７１は、捲回軸方向に延びる軸を捲回軸として捲回されているといえる。

１次側コイル２１，３１と２次側コイル５０とは互いに対向した状態で配置されている。金属板巻線２２と第１巻線５１と捲回軸方向に互いに対向している。金属板巻線２２と第１巻線５１とは互いに接している。

金属板巻線２２の第１金属板長辺部２４、第２金属板長辺部２５、第１金属板短辺部２６及び第２金属板短辺部２７の各々に第１巻線５１は対向している。第１巻線５１における第１金属板長辺部２４に対向する部位では、第１金属板長辺部２４の短手方向に巻線５２，５３が並んでいる。第１巻線５１における第２金属板長辺部２５に対向する部位では、第２金属板長辺部２５の短手方向に巻線５２，５３が並んでいる。第１巻線５１における第１金属板短辺部２６に対向する部位では、第１金属板短辺部２６の短手方向に巻線５２，５３が並んでいる。第１巻線５１における第２金属板短辺部２７に対向する部位では、第２金属板短辺部２７の短手方向に巻線５２，５３が並んでいる。

金属板巻線３２と第２巻線７１と捲回軸方向に互いに対向している。金属板巻線３２と第２巻線７１とは互いに接している。
金属板巻線３２の第１金属板長辺部３４、第２金属板長辺部３５、第１金属板短辺部３６及び第２金属板短辺部３７の各々に第２巻線７１は対向している。第２巻線７１における第１金属板長辺部３４に対向する部位では、第１金属板長辺部３４の短手方向に巻線７２，７３が並んでいる。第２巻線７１における第２金属板長辺部３５に対向する部位では、第２金属板長辺部３５の短手方向に巻線７２，７３が並んでいる。第２巻線７１における第１金属板短辺部３６に対向する部位では、第１金属板短辺部３６の短手方向に巻線７２，７３が並んでいる。第２巻線７１における第２金属板短辺部３７に対向する部位では、第２金属板短辺部３７の短手方向に巻線７２，７３が並んでいる。

上記したように、２つの金属板巻線２２，３２は、第１巻線５１と第２巻線７１との間に配置されている。第１巻線５１、及び第２巻線７１は、２つの金属板巻線２２，３２の両方を捲回軸方向から挟むように配置されている。

２つの金属板巻線２２，３２同士の間には、絶縁板１２０が位置している。２つの金属板巻線２２，３２は、絶縁板１２０に接している。２つの金属板巻線２２，３２同士は、絶縁板１２０を介して互いに対向している。２つの第１金属板長辺部２４，３４同士、２つの第２金属板長辺部２５，３５同士、２つの第１金属板短辺部２６，３６同士、及び２つの第２金属板短辺部２７，３７同士は、絶縁板１２０を介して捲回軸方向に互いに対向している。２つの金属板巻線２２，３２同士の間隔は、巻線５２，５３，７２，７３の直径よりも短い。

第１ケース１００の筒部１０７は、第１巻線５１に囲まれる領域、金属板巻線２２に囲まれる領域、絶縁板１２０に囲まれる領域、金属板巻線３２に囲まれる領域、第２巻線７１に囲まれる領域に挿入されている。言い換えれば、第１巻線５１、金属板巻線２２、絶縁板１２０、金属板巻線３２、及び第２巻線７１は、筒部１０７を囲むように配置されている。第２ケース１１０は、貫通孔１１２に筒部１０７が挿入されるように配置されている。

第２コア９２の突出部９６は、貫通孔１１２を介して筒部１０７に挿入されている。これにより、第１巻線５１、第２巻線７１、金属板巻線２２及び金属板巻線３２にコア９０の一部が挿入されている。

端子部５９，６０の他端部、端子部７９，８０の他端部、金属板端子部２８，２９，３０の他端部、及び金属板端子部３８，３９，４０の他端部は第１ケース１００の貫通孔１０６を貫通して、貫通孔１０６の外部に突出している。端子部５９，６０の他端部、端子部７９，８０の他端部、金属板端子部２８，２９，３０の他端部、及び金属板端子部３８，３９，４０の他端部が基板に接合されることで、トランスユニット２０は基板に実装される。

本実施形態の作用について説明する。
１次側コイル２１及び２次側コイル５０に電流が流れる際には、第１巻線５１及び第２巻線７１の両方に電流が流れる。第１巻線５１に電流が流れることで生じる磁場は、金属板巻線２２，３２において第１巻線５１に近い位置ほど電流密度が高くなるように作用する。第２巻線７１に電流が流れることで生じる磁場は、金属板巻線２２，３２において第２巻線７１に近い位置ほど電流密度が高くなるように作用する。金属板巻線２２，３２の捲回軸方向の両側に近接効果が生じることで、金属板巻線２２，３２の電流密度が局所的に高くなることを抑制できる。

以下、図５～図８を用いて金属板巻線２２，３２の電流密度について詳細に説明を行う。図５～図８では、２つの金属板巻線２２，３２のうち、金属板巻線３２に電流が流れる際の電流密度について説明を行うが、金属板巻線２２に電流が流れる際の電流密度も同様である。図５～図８では金属板巻線３２の電流密度をドットの密度で表現している。金属板巻線３２の電流密度が高い位置ほどドットの密度も高い。

図５に示すように、比較例のトランスユニット２００の２次側コイル２１０は、１つの巻線２１１を備える。巻線２１１は、捲回されている。巻線２１１のターン数は３である。捲回された巻線２１１同士の間には、空間が介在している。巻線２１１は、金属板巻線３２に対向して配置されている。捲回された巻線２１１同士の間に空間が介在していることで、巻線２１１と金属板巻線３２とが捲回軸方向に対向する対向面積が実施形態のトランスユニット２０よりも小さい。

巻線２１１に電流が流れると、近接効果により金属板巻線３２のうち巻線２１１に近い部位ほど電流密度が高くなる。比較例のトランスユニット２００では、金属板巻線３２における捲回軸方向の両面のうち巻線２１１に近いほうの面に近いほど電流密度が高くなる。また、比較例のトランスユニット２００では、巻線２１１に向かい合わない部分の電流密度は低い。このため、比較例のトランスユニット２００では、捲回軸方向及び巻線２１１の並ぶ方向の両方向に対して、金属板巻線３２に電流密度の偏りが生じやすい。

図６に示すトランスユニット２２０は、２次側コイル２３０が第１巻線２３１と、第２巻線２３２と、を備える。第１巻線２３１及び第２巻線２３２は、巻線２１１と同様のものである。第１巻線２３１及び第２巻線２３２は、捲回軸方向から２つの金属板巻線２２，３２を挟むように配置されている。即ち、図６に示すトランスユニット２２０は、実施形態のトランスユニット２０から、第１巻線５１及び第２巻線７１の備える巻線の数を少なくしたものといえる。

第１巻線２３１と第２巻線２３２とで、金属板巻線２２，３２を挟むことで、第１巻線２３１による近接効果と第２巻線２３２による近接効果の両方が金属板巻線２２，３２に作用する。これにより、捲回軸方向に対する電流密度の偏りが図５に示す比較例のトランスユニット２００に比べて低減される。

図７に示すように、実施形態のトランスユニット２０は、第１巻線５１及び第２巻線７１のそれぞれが複数の巻線５２，５３，７２，７３を備える。これにより、第１巻線５１及び第２巻線７１のターン数を維持しつつ、図６に示すトランスユニット２２０に比べて対向面積が増えている。

対向面積を増やし、金属板巻線２２，３２のうち第１巻線５１及び第２巻線７１に対向しない部分を少なくすることで、金属板巻線２２，３２における巻線５２，５３，７２，７３の並ぶ方向に対する電流密度の偏りを少なくすることができる。実施形態のトランスユニット２０は、捲回軸方向及び巻線５２，５３，７２，７３の並ぶ方向の両方向に対して電流密度の偏りを低減できるといえる。

図８に示すトランスユニット２４０は、２つの金属板巻線２２，３２同士の間隔を実施形態のトランスユニット２０よりも長くしたものである。２つの金属板巻線２２，３２同士の間隔を長くすると、第１巻線５１の磁場が金属板巻線３２に作用し難くなり、金属板巻線３２には第２巻線７１に電流が流れることによる近接効果が大きく作用することになる。同様に、金属板巻線２２には第１巻線５１に電流が流れることによる近接効果が大きく作用することになる。これにより、実施形態のトランスユニット２０に比べて、金属板巻線３２の電流密度に偏りが生じやすい。このように、金属板巻線２２，３２同士の間隔は、なるべく短くすることが好ましい。

本実施形態の効果について説明する。
（１）トランスユニット２０は、金属板巻線２２，３２を捲回軸方向から挟む第１巻線５１及び第２巻線７１を備える。これにより、金属板巻線２２，３２の電流密度が局所的に高くなることを抑制できる。第１巻線５１及び第２巻線７１で金属板巻線２２，３２を挟まない場合に比べて、金属板巻線２２，３２の一部に電流が集中して流れることを抑制できる。これにより、トランスユニット２０で生じる損失を低減することができる。

（２）第１巻線５１及び第２巻線７１のそれぞれは、互いに並列接続された複数の巻線５２，５３，７２，７３を備える。第１巻線５１及び第２巻線７１のそれぞれが単数の巻線を備えている場合に比べて、金属板巻線２２，３２との対向面積を大きくすることができる。対向面積が大きくなることで、巻線５２，５３，７２，７３の並ぶ方向に対して、金属板巻線２２，３２の電流密度の偏りを低減することができる。

なお、第１巻線５１及び第２巻線７１が備える巻線を単数とし、金属板巻線２２，３２の幅を短くすることも考えられる。この場合であっても、金属板巻線２２，３２において第１巻線５１及び第２巻線７１に対向しない部分の面積を小さくすることができ、金属板巻線２２，３２の電流密度の偏りを低減することができる。

しかしながら、金属板巻線２２，３２の幅を短くすると、金属板巻線２２，３２の断面積が小さくなることで、金属板巻線２２，３２の抵抗が増加する。金属板巻線２２，３２に流れる電流は、第１巻線５１及び第２巻線７１を流れる電流よりも大きいため、金属板巻線２２，３２の幅を短くすると、損失が大きくなる。これに対し、互いに並列接続された複数の巻線５２，５３，７２，７３によって対向面積を大きくする場合、金属板巻線２２，３２の幅を短くする必要がなく、金属板巻線２２，３２での損失が大きくなることを抑制できる。また、複数の巻線５２，５３，７２，７３を並列接続することで、第１巻線５１及び第２巻線７１のインピーダンスは小さくなる。このため、第１巻線５１及び第２巻線７１での損失を低減することができる。

（３）金属板巻線２２，３２の電流密度の偏りを低減するため、２つの金属板巻線２２，３２、第１巻線５１及び第２巻線７１を密接した構造としている。詳細にいえば、２つの金属板巻線２２，３２同士は絶縁板１２０、第１巻線５１は金属板巻線２２、第２巻線７１は金属板巻線３２にそれぞれ接した状態で設けられている。これにより、１次側コイル２１と２次側コイル５０の磁気結合を強くすることができ、漏れインダクタンスを低減することができる。漏れインダクタンスは、サージ電圧の原因となるため、漏れインダクタンスを低減することで、サージ電圧を低減することができる。

（４）トランスユニット２０は、プッシュプルコンバータ１２に用いられている。第１巻線５１及び第２巻線７１は、２つの金属板巻線２２，３２の両方を挟むように配置されている。プッシュプルコンバータ１２では、２つの１次側コイル２１，３１に交互に電流が流れる。１次側コイル２１，３１及び２次側コイル５０の両方を絶縁線で構成し、絶縁線をコア９０にサンドイッチ巻きにすることで磁気結合を強めることも考えられる。しかしながら、プッシュプルコンバータ１２では、２つの１次側コイル２１，３１に同時に電流が流れることがないため、サンドイッチ巻きを行うことによる効果が低くなる。これに対し、実施形態のトランスユニット２０のように１次側コイル２１，３１及び２次側コイル５０を配置することで、１次側コイル２１，３１と２次側コイル５０の磁気結合を強めることができる。

（５）１次側コイル２１，３１は金属板巻線２２，３２を備える。金属板巻線２２，３２は、金属板による巻線のため、金属板の加工によって金属板端子部２８，２９，３０，３８，３９，４０を設けることができる。１次側コイル２１，３１としてリッツ線を用いる場合、別途、金属端子を設ける必要がある。これは、リッツ線は複数の導線を束ねたものであるため端子部の加工を行いにくいためである。金属板巻線２２，３２を用いることで、金属端子を設けることなく１次側コイル２１，３１を基板に実装することができる。同様に、第１巻線５１及び第２巻線７１として単線である絶縁線を用いている。絶縁線は、端部の加工を行うことで端子部５９，６０，７９，８０を設けることができる。このため、絶縁線を用いることで、金属端子を設けることなく２次側コイル５０を基板に実装することができる。

（６）金属板巻線２２，３２と、第１巻線５１及び第２巻線７１との位置関係によって金属板巻線２２，３２の電流密度の偏りを低減している。金属板巻線２２，３２の電流密度の偏りを低減するための特別な部材、特別な材料、特別な生産技術を用いることなく、金属板巻線２２，３２の電流密度の偏りを低減することができる。

実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○トランスユニット２０は、プッシュプル型の電力変換装置とは異なる電力変換装置に用いられるものであってもよい。この場合、トランスユニット２０は、１つの金属板巻線を備えるように構成されていてもよい。

○トランスユニット２０は、１次側コイルと２次側コイルの巻数比に応じた降圧が行われるものであってもよい。１次側コイルに入力された電力は降圧されて２次側コイルから出力される。この場合、１次側コイルが第１巻線及び第２巻線を備え、２次側コイルが金属板巻線を備えるようにする。即ち、１次側コイル及び２次側コイルのうち一方が金属板巻線を備え、１次側コイル及び２次側コイルのうち他方が金属板巻線よりもターン数の多い第１巻線及び第２巻線を備えていればよい。

○第１巻線５１及び第２巻線７１のそれぞれは、単一の巻線を備えていてもよい。即ち、図６に示すトランスユニット２２０と同一の構成としてもよい。この場合であっても、捲回軸方向に対する電流密度の偏りを小さくすることができる。

○１次側コイル２１，３１のターン数は、２以上であってもよい。この場合、金属板巻線２２，３２の捲回数を増やしてもよいし、１次側コイル２１，３１のそれぞれが複数の金属板巻線を備えるようにし、絶縁板を介して複数の金属板巻線を積層してもよい。

○第１巻線５１及び第２巻線７１として、金属板を捲回した巻線を用いてもよい。
○図９に示すように、第１巻線５１と第２巻線７１とは直列接続されていてもよい。第１巻線５１と第２巻線７１とを直列接続することで、２次側コイル５０のターン数が多くなる。第１巻線５１と第２巻線７１とを直列接続する場合、２次側コイル５０のターン数は、第１巻線５１のターン数と第２巻線７１のターン数とを加算した値である。実施形態でいえば、２次側コイル５０のターン数は６になり、トランスユニット２０での昇圧比が２倍になる。

第１巻線５１の端子部５９，６０と第２巻線７１の７９，８０との接続態様を変更することで、第１巻線５１と第２巻線７１とを並列接続するか、直列接続するかを選択可能である。トランスユニット２０が実装される基板のパターンを変更して、第１巻線５１と第２巻線７１とを並列接続するか、直列接続するかを変更可能にすることで、トランスユニット２０の構成を変更することなく、並列接続と直列接続とを切り替えることができる。

○プッシュプル型の電力変換装置は、プッシュプル型のインバータであってもよい。即ち、実施形態から整流回路１５を省略し、交流電力が出力されるようにしてもよい。
○第１金属板長辺部２４、第２金属板長辺部２５、第１金属板短辺部２６、及び第２金属板短辺部２７の形状は、任意に変更してもよい。同様に、第１金属板長辺部３４、第２金属板長辺部３５、第１金属板短辺部３６及び、第２金属板短辺部３７の形状は、任意に変更してもよい。

○金属板端子部２８，２９，３０の形状は、任意に変更してもよい。同様に、金属板端子部３８，３９，４０の形状は任意に変更してもよい。
○端子部５９，６０の形状は、任意に変更してもよい。同様に、端子部７９，８０の形状は任意に変更してもよい。

１２…プッシュプル型の電力変換装置としてのプッシュプルコンバータ、２０…トランスユニット、２１，３１…１次側コイル、２２，３２…金属板巻線、５０…２次側コイル、５１…第１巻線、５２，５３，７２，７３…巻線、７１…第２巻線。

Claims (3)

1. 捲回軸方向に互いに対向配置された１次側コイル及び２次側コイルを有するトランスユニットであって、
   前記１次側コイル及び前記２次側コイルのうち一方は、金属板を捲回した金属板巻線を含み、
   前記１次側コイル及び前記２次側コイルのうち他方は、前記金属板巻線よりもターン数の多い第１巻線及び第２巻線を含み、
   前記金属板巻線、前記第１巻線、及び前記第２巻線のそれぞれは、前記捲回軸方向に延びる軸を捲回軸として捲回されており、
   前記第１巻線、及び前記第２巻線は、前記金属板巻線を前記捲回軸方向から挟むように配置されているトランスユニット。
2. 前記第１巻線、及び前記第２巻線のそれぞれは、互いに並列接続された複数の巻線を備える請求項１に記載のトランスユニット。
3. 前記トランスユニットは、プッシュプル型の電力変換装置に用いられるものであり、
   前記金属板巻線を２つ備え、
   前記第１巻線及び前記第２巻線は、２つの前記金属板巻線の両方を前記捲回軸方向から挟むように設けられている請求項１又は請求項２に記載のトランスユニット。

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