JP2649881B2 - 高周波変圧器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子機器のスイッチング
電源等に用いられる高周波変圧器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にスイッチング電源に用いる変圧器
にあっては、一次側及び二次側とも、コイル電線として
銅線等の単線導体上にポリウレタン，ポリエステル等の
絶縁塗料を塗布焼付したマグネットワイヤが用いられて
いる。

【０００３】近時、電子機器等の安全変圧器について
は、ＩＥＣ（International Electro-technical Commis
sion ），あるいはＵＬ（Underwriter's Laboratories,
Inc.,）等の各種安全規格により （１）一次側，二次側巻線間に必要な絶縁または空間距
離が確保されていること。 （２）二次側巻線は絶縁隔壁により他のすべての巻線か
ら絶縁されていること。 （３）絶縁部の動作電圧が250V以下のものにあっては、
一次側，二次側巻線間が強化絶縁の場合は３枚以上の絶
縁物を使用して、そのうちの２枚で3.00KV以上の絶縁耐
圧を有すること。という規定を受けるようになった。こ
の結果、 （１）巻線，コア間の沿面距離を確保するため、巻線，
コア間を絶縁物でスペース絶縁を行う必要がある。 （２）ピン端子へリード線を引出す際、絶縁チューブ等
を用いて絶縁処理を施す必要がある。という制約を受け
ている。このような制約事項は、従来から用いられてい
るポリウレタン，ポリエステル等の皮膜を有するマグネ
ットワイヤを巻線した変圧器にあっては、安全規格上、
図２に示すように、一次側巻線12と二次側巻線13の間に
は所定の絶縁物ｑを配置し、また沿面距離確保のための
絶縁隔壁ｒを設ける必要があった。このため所定巻数の
コイル巻線を行うには、巻線スペースを拡大せざるを得
ず、従って変圧器は大型化していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように安全規格上
の制約から、マグネットワイヤの単線巻線した従来の安
全変圧器では小型化が困難であり、各種絶縁処理を施す
ための部品点数と工数が必要となるためコストアップの
要因ともなっていた。更にマグネットワイヤの単線巻線
した従来の安全変圧器をスイッチング電源に用いた場
合、最近のスイッチング電源がスイッチング効率を向上
させる目的からスイッチング周波数を数十ＫＨz から数
百ＫＨz の高周波帯域へと高めてきているため、コイル
電線として用いているマグネットワイヤの導体内の渦電
流損及び表皮効果による高周波損失が顕著になり、変圧
器の発熱量の増大を招き、巻線線材はもとより変圧器の
特性を劣化させるという問題も生じていた。

【０００５】更に変圧器の巻線を行う場合、マグネット
ワイヤの単線巻線した従来の安全変圧器では一次側巻線
と二次側巻線との耐圧上の問題から一次側巻線と二次側
巻線とを層間絶縁紙を介在させながら交互に整列積層し
て巻線する所謂サンドイッチ巻き方式を採用するしかな
く、このため巻線が煩雑なうえ工数を多く要していた。
また、このように一次側巻線と二次側巻線とをサンドイ
ッチ巻きした変圧器は、構造的に一次側と二次側との電
磁的結合を最大限には活用し得ないという課題が残され
ていた。

【０００６】本発明は上記従来技術が有する問題点を解
決した小型で高性能の高周波用途の安全変圧器を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、マグネットワイヤの複数本を集束した集束
電線の外周に３層の絶縁層を設けた多層絶縁電線の２本
を並列化して並列多層絶縁電線とし、この並列多層絶縁
電線を整列状に巻線し、一方の多層絶縁電線を一次側巻
線、また他方の多層絶縁電線を二次側巻線としてコイル
を形成してなる高周波変圧器に於いて、前記集束電線は
マグネットワイヤの複数本を略平行にかつ断面円形状に
集束しており、また前記３層の絶縁層はそれぞれ独立し
た少なくとも３層の絶縁層であり、また前記少なくとも
３層の絶縁層のうちの２層で規定の耐電圧特性を保持せ
しめるべく形成しており、更に前記少なくとも３層の絶
縁層が、耐熱性プラスチックフィルムの巻回層，耐熱性
樹脂の押出層或は耐熱性塗料の塗装皮膜層の何れかの組
み合わせからなる高周波変圧器にある。”それぞれ独立
した少なくとも３層の絶縁層”の意味は、各層の絶縁層
が個別に分離又は剥離が可能であり、かつ独立した１層
として存在するものを言う。各層の絶縁層を個別に分離
又は剥離する方法としては、被覆剥離器（ストリッパ
ー）を用いる方法、絶縁層にスリット傷を入れて除去す
る方法、熱刃で絶縁層を焼切って除去する方法、或は耐
熱性プラスチックフィルムの巻回層にあっては巻回した
フィルムを巻き戻すことによって分離する方法等があ
る。

【０００８】本発明に用いられるマグネットワイヤ１と
しては、銅線，銅合金線，或は錫又ははんだめっき銅線
等の単線導体上にポリウレタン樹脂，或はポリエステル
樹脂等の絶縁層を施したものが用いられ、このマグネッ
トワイヤ１の複数本を略平行にかつ断面円形状に収束し
て集束電線２を構成している。この集束電線２の導体構
成は変圧器の仕様により適宜に選択されるが、マグネッ
トワイヤ１が複数本集束されている導体断面積でみた場
合、主として０．０３２mm²（ＡＷＧ３２）から０．５
２mm²（ＡＷＧ２０）の範囲の導体が用いられる。

【０００９】前記多層絶縁電線４の各絶縁層３ａ，３ｂ
及び３ｃは、それぞれの各層が耐熱性プラスチックフィ
ルムの巻回層，耐熱性樹脂の押出層又は耐熱性塗料の塗
装皮膜層の何れかの組み合わせから形成される。前記耐
熱性プラスチックフィルムの巻回層としては、例えばポ
リエチレンナフタレートフィルム，ポリイミドフィル
ム，芳香族ポリアミドフィルム，ポリエーテルエーテル
ケトンフィルム，ポリエステルフィルム等を導体上に一
定の重なり部を設けて巻回して形成される。また、耐熱
性プラスチックフィルムに感熱性接着層を設け、当該フ
ィルムを感熱性接着層を内側にして巻回した後、熱処理
を施して重なり部を融着することにより耐熱特性を向上
させることができる。前記耐熱性樹脂の押出層として
は、パーフロロ・アルコキシ（ＰＦＡ）樹脂、フッ化エ
チレンプロピレン（ＦＥＰ）樹脂，エチルテトラフルオ
ロエチレン（ＥＴＦＥ）樹脂等の各種フッ素樹脂、或は
芳香族ポリアミド樹脂，ポリエーテルエーテルケトン樹
脂，ポリエステル樹脂等の各種エンジニアリングプラス
チックが用いられる。また、耐熱性塗料の塗装皮膜層と
しては、フッ素樹脂ディスパージョン塗料，シリコンア
クリル塗料，或はフッ素樹脂−アクリル系共重合体樹脂
塗料等の耐熱性樹脂塗料を導体上に複数回塗布した後、
焼結或は焼付したものが用いられる。これら何れの絶縁
層を施す場合にも、絶縁層の各層をそれぞれ異なる色相
に着色すれば、各絶縁層間の識別が容易になるという利
点がある。

【００１０】多層絶縁電線４の２本を並列化する方法と
しては、図１（ｂ）に示すように２本の多層絶縁電線４
ａ及び４ｂを密接して平行配置し、これに塗料又は接着
剤５を塗布，乾燥して２本を接着する方法、密接して平
行配置した２本の多層絶縁電線にテープ又はひもを巻き
付けて並列に保持させる方法、或は密接して平行に並べ
た２本の多層絶縁電線の外周に薄膜の耐熱性樹脂押出層
を設ける方法等が用いられる。

【００１１】高周波変圧器の製造方法としては、図１
（ｃ）に示すように前記並列多層絶縁電線６を耐熱性プ
ラスチック製の巻枠９に整列状に巻線し、一方の多層絶
縁電線４ａを一次側巻線７とし、また他方の多層絶縁電
線４ｂを二次側巻線８として形成する。そして巻枠９に
コア10を装着することにより高周波変圧器11が形成され
る。この変圧器11はコイル巻線として用いている多層絶
縁電線４が極めて高耐圧な絶縁層３で形成されているの
で、一次側巻線７と二次側巻線８とを密接して平行配置
しても耐圧上の問題を生ずることがないので、従来の変
圧器のように層間絶縁物，絶縁隔壁及び絶縁チューブ等
を用いる必要がない。また、図１（ｃ）は外鉄形の変圧
器を示しているが、前記並列多層絶縁電線６は内鉄形の
変圧器等にももちろん使用可能であり、また巻枠９を使
用せずコア10に直接巻線することも可能である。

【００１２】

【作用】本発明の高周波変圧器11は、そのコイル電線に
それぞれ独立した少なくとも３層の絶縁層からなる多層
絶縁電線４を使用し、その少なくとも３層の絶縁層のう
ちの何れかの２層で規定の耐電圧特性を保持する構成と
するものであるので、変圧器11に層間絶縁物，絶縁隔
壁，絶縁チューブ等の絶縁構造を設ける必要がない。ま
たこの多層絶縁電線４の２本を並列化して並列多層絶縁
電線６とし、これを整列状に巻線し、一方の多層絶縁電
線４ａを一次側巻線７、また他方の多層絶縁電線４ｂを
二次側巻線８とするものであるので、一次側巻線７の多
層絶縁電線４ａと二次側巻線８の多層絶縁電線４ｂとは
各巻回層にて隣接して配置されることになり一次側巻線
７と二次側巻線８の電磁的結合が極めて良好となる。ま
た本発明の高周波変圧器11は、マグネットワイヤ１の複
数本を略平行にかつ断面円形状に集束した集束電線２に
より構成されているので、各コイル導体素線に発生する
渦電流は低減され、また前記集束電線２のコイル導体と
しての導体表面積が大幅に増大するため、表皮効果によ
る損失が低減され、これら渦電流損或は表皮効果による
高周波抵抗損失を著しく改善することが可能となる。な
お、前記マグネットワイヤ１の複数本を略平行にかつ断
面円形状に集束しているので、使用導体長は撚り合わせ
たものに比べ撚り込み長さ分短くすることができ、その
分コイルの直流抵抗を減ずることができるという利点が
ある。

【００１３】

【実施例】本発明の高周波変圧器の実施例について図を
用いて説明する。なお本発明は本実施例に限定されるも
のでない。図１（ａ）は本発明の一実施例を示す多層絶
縁電線の断面図、図１（ｂ）は本発明の一実施例を示す
並列多層絶縁電線の断面図、また図１（ｃ）は本発明の
一実施例を示す高周波変圧器の断面図である。

【００１４】（１）多層絶縁電線の製造 マグネットワイヤ１として仕上外径０．１４０ｍｍの２
種ポリウレタン銅線０．１２ｍｍを用い、このポリウレ
タン銅線１９本を略平行に断面円形状に集束し、集束外
径０．７０４ｍｍの集束電線２を形成した。次に該集束
電線２上に自然色のポリエーテルエーテルケトン樹脂を
0.04mmの厚さで押出しして一次絶縁層３ａを設け、次に
この一次絶縁層３ａの外周上に赤色の感熱接着層を有す
るポリエチレンナフタレートフィルム（全厚さ0.12mm）
を２分の１ラップで巻回し二次絶縁層３ｂを設け、更に
この外周上にＥＴＦＥ樹脂を0.04mmの厚さで押出しして
三次絶縁層３ｃを設けて多層絶縁電線４を製造した。該
多層絶縁電線４の各絶縁層３ａ，３ｂ及び３ｃはそれぞ
れ分離が可能であった。また該多層絶縁電線４の特性に
ついて試験した結果、表１の通りであった。

【００１５】

【表１】

【００１６】上記の表に於いて、（注１）は10ｍｍφマ
ンドレルに15ターン巻付けた状態での巻付破壊電圧であ
る。表１から明らかなように上記構造の絶縁電線はＩＥ
Ｃ９５０規格の耐電圧特性、すなわち3.00KV×１分間に
十分耐えるものであった。

【００１７】（２）並列多層絶縁電線の製造 上記に製造された多層絶縁電線４の２本（４ａ及び４ｂ
とする）を密接して平行配置し、変性フッ素樹脂塗料５
を塗布，乾燥して２本を接着し図１（ｂ）に示す構造の
並列多層絶縁電線６を製造した。

【００１８】（３）高周波変圧器の製造 前記並列多層絶縁電線６の一方の多層絶縁電線４ａを一
次側巻線７，他方の多層絶縁電線４ｂを二次側巻線８と
して耐熱性プラスチック製巻枠９に２層整列巻線し、第
３層目において、並列多層絶縁電線６の多層絶縁電線４
ａと多層絶縁電線４ｂとに分離し、一方の多層絶縁電線
４ａを一次側巻線７として第３層目に巻線し、巻終りリ
ードを第３層目から導出した（図示せず）。また並列多
層絶縁電線６から分離された他方の多層絶縁電線４ｂは
巻終りリードを第２層目から導出した（図示せず）。そ
して巻枠９をコア10に装着し、出力136Ｗのスイッチン
グ電源に用いる発振周波数50KHzのスイッチング変圧器1
1を製造した。この変圧器11の構造を図１（ｃ）に示
す。なお、図１（ｃ）の第３層目は粗に巻線されている
がもっと密に巻線してもよい。

【００１９】比較例 比較例について図２を用いて説明する。一次側巻線12及
び二次側巻線13として０種ポリエステル銅線0.50mmを用
い、一次側巻線12と二次側巻線13の間には絶縁物ｑとし
てポリエステルテープを３枚配置し、また沿面距離確保
のための絶縁隔壁ｒを設け、また巻始め及び巻終りリー
ド線には絶縁チューブを被せて外へ引き出し（図示せ
ず）、耐電圧特性が実施例とほぼ同一特性を有するスイ
ッチング変圧器14を製造した。

【００２０】変圧器比較試験 実施例及び比較例のスイッチング変圧器について体積及
び重量を測定した結果、本発明のスイッチング変圧器は
体積及び重量とも大幅に低減された。その結果を表２に
示す。

【００２１】

【表２】 また変圧器の電磁結合度を試験した結果、実施例のもの
は比較例のものに較べ７％改善された。

【００２２】変圧器昇温試験 実施例及び比較例のスイッチング変圧器を出力電圧１６
１Ｖ，0.5 Ａで作動させ、そのときのスイッチング変圧
器の最外層のコイル巻線の表面温度をサーミスタ温度計
を用い測定した。その結果を表３に示す。

【００２３】

【表３】

【００２４】上記表３より明らかなように、本発明のス
イッチング変圧器は巻線最外層表面温度から室温を引い
た温度差が比較例よりも6.1 ℃小さく、変圧器の発熱量
が抑制されていることがわかる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の高周波変圧器は、それぞれ独立
した少なくとも３層の絶縁層からなる多層絶縁電線をコ
イル電線として用いるものであり、上記多層絶縁電線の
少なくとも３層の絶縁層のうちのいずれかの２層で規定
の耐電圧特性が保持されるので、上記多層絶縁電線を２
本並列化して並列多層絶縁電線を形成し、この並列多層
絶縁電線の一方の多層絶縁電線を変圧器の一次側巻線，
他方の多層絶縁電線を二次側巻線とすることが可能とな
り、一次側巻線と二次側巻線の電磁的結合を極めて良好
にすることができる。更に、上記多層絶縁電線はその巻
線部が複数本の細径マグネットワイヤの複数本を略平行
にかつ断面円形状に集束した集束電線から構成されてい
るので、高周波変圧器として用いた場合にもコイル電線
導体に発生する表皮効果による損失や渦電流損失などの
高周波損失が低減され、変圧器の発熱量が大幅に抑制さ
れる。また、本発明の高周波変圧器は従来の変圧器に用
いられた層間絶縁物，絶縁隔壁や絶縁チューブなどの絶
縁構造物を不要とするので、変圧器構造の小型化，軽量
化及びコイル巻線工数の大幅な低減化に寄与する点多大
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の一実施例を示す多層絶縁電線の
断面図である。 （ｂ）本発明の一実施例を示す並列多層絶縁電線の断面
図である。 （ｃ）本発明の一実施例を示す高周波変圧器の断面図で
ある。

【図２】マグネットワイヤを用いた従来の変圧器の断面
図である。

【符号の説明】

１ マグネットワイヤ ２ 集束電線 ３ 絶縁層 ３ａ 一次絶縁層 ３ｂ 二次絶縁層 ３ｃ 三次絶縁層 ４ ４ａ ４ｂ 多層絶縁電線 ５ 塗料又は接着剤 ６ 並列多層絶縁電線 ７ 一次側巻線 ８ 二次側巻線 ９ 巻枠 10 コア 11 高周波変圧器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−96605（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−20421（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−20153（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−63034（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭45−13220（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭48−3844（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マグネットワイヤの複数本を集束した集
   束電線の外周に３層の絶縁層を設けた多層絶縁電線の２
   本を並列化して並列多層絶縁電線とし、この並列多層絶
   縁電線を整列状に巻線し、一方の多層絶縁電線を一次側
   巻線、また他方の多層絶縁電線を二次側巻線としてコイ
   ルを形成してなる高周波変圧器に於いて、 前記集束電線はマグネットワイヤの複数本を略平行にか
   つ断面円形状に集束しており、また前記３層の絶縁層は
   それぞれ独立した少なくとも３層の絶縁層であり、また
   前記少なくとも３層の絶縁層のうちの２層で規定の耐電
   圧特性を保持せしめるべく形成しており、更に前記少な
   くとも３層の絶縁層が、耐熱性プラスチックフィルムの
   巻回層，耐熱性樹脂の押出層或は耐熱性塗料の塗装皮膜
   層の何れかの組み合わせからなることを特徴とする高周
   波変圧器。