JP3535294B2

JP3535294B2 - トランス

Info

Publication number: JP3535294B2
Application number: JP34669595A
Authority: JP
Inventors: 精一安沢; 俊男久保田
Original assignee: Nagano Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Nagano Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1995-12-12
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 2004-06-07
Anticipated expiration: 2015-12-12
Also published as: JPH09162044A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、出力電圧を変化可
能なトランスに関し、詳しくは、制御用導体に流す制御
電流に応じて二次側導体に出力する電圧を変化させるこ
とができるトランスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のトランスとして、特開平６−１
１２０６４号公報に記載されたスイッチングトランスが
知られている。この従来のスイッチングトランスは、３
本足のコアを有し、そのうちの中足には、孔が開けられ
ている。一方、左右の足には、第１の巻線と第２の巻線
とが、それぞれ巻き回され、第１の巻線が一次巻線を構
成すると共に、第２の巻線が二次巻線を構成している。
また、中足の孔の両側部には、巻線をそれぞれ同数だけ
巻き回し、その巻線に発生する誘起電圧が逆特性になる
ように直列接続された制御巻線が設けられている。

【０００３】この従来のトランスでは、一次巻線に直流
電流が入力されると、磁束φａが発生し、磁束φａは、
右足に巻き回された二次巻線内を通過して左足に戻る磁
束φｂと、制御巻線内を通過して左足に戻る磁束φｃに
分割される。この場合、制御巻線に制御電流を流さない
ときには、磁束φａは、各磁路の断面積が等しいとする
と、磁路長にほぼ反比例して磁束φｃと磁束φｂに分割
される。したがって、磁束φｃが通過する磁路長の方が
磁束φｂが通過する磁路長よりも短いため、磁束φｃの
方が磁束φｂよりも大きい。また、磁束φｃが制御巻線
を通過する際に、両巻線に発生する誘起電圧が逆特性に
なるように直列接続してあるため、理想的には、両巻線
に生じた起電力が互いに打ち消し合い、結果的に起電力
が生じることはなく、制御電流を流し易いようになって
いる。

【０００４】一方、制御巻線に制御電流を流すと、中足
が磁気飽和し、中足の磁気抵抗が大きくなるため、磁束
φａは、殆ど磁束φｂとなって二次巻線を通過する。こ
れにより、一次巻線に入力した直流電力が殆ど二次巻線
に伝達される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
スイッチングトランスには以下の問題点がある。すなわ
ち、第１に、従来のスイッチングトランスでは、一次巻
線に入力した直流電力を二次巻線に伝達させる通常状態
のときに、制御巻線に電流を流して中足を磁気飽和させ
なければならない。このため、制御用電力を連続的に消
費し、しかも、中足全体を磁気飽和させるために、制御
電力として非常に大きな電力を必要とする。この結果、
電源装置に用いた場合には、変換効率が極めて悪いとい
う問題点がある。

【０００６】第２に、理想的には、磁束φｃが通過して
も制御巻線には起電力が生じないはずであるが、実際的
には、左足から左中足を介して左足に戻る磁路長の方
が、左足から右中足を介して左足に戻る磁路長よりも短
いため、左中足に巻き回された制御巻線を通過する磁束
の方が右中足に巻き回された制御巻線を通過する磁束よ
りも大きい。このため、両制御巻線に発生した起電力が
互いに打ち消し合わないので、制御巻線には誘起電圧が
発生してしまう。一方、制御巻線は、小電流で中足を磁
気飽和させるために、その巻数が非常に多くなってい
る。したがって、制御巻線には高電圧の起電力が生じる
ため、制御電流を流す場合には、少なくとも高電圧の起
電力よりも高い電圧を出力することができる制御電源を
必要とするという問題点がある。

【０００７】第３に、透磁率の高いアモルファス材など
のようにＢ−Ｈ曲線の角形比が高い磁気材料を使用した
場合には、中足は、通常状態および磁気飽和している状
態のいずれか一方の状態を変移してしまい、磁気抵抗を
連続的に変化させることが困難である。このため、二次
巻線に出力する電圧を連続的に変化させることが困難で
あるという問題点がある。

【０００８】第４に、制御巻線に制御電流を流していな
い状態のときにも、磁束φｂが二次巻線を通過する結
果、二次巻線に発生する誘起電圧を完全に０Ｖまたはあ
る程度低い電圧にすることができず、出力電圧の可変範
囲が狭いという問題点がある。

【０００９】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、二次巻線に出力する電圧を小制御電力で変
化させることができるトランスを提供することを主目的
とし、出力電圧を連続的に変化させることができるトラ
ンスを提供することを他の目的とする。また、出力電圧
の可変範囲が広いトランスを提供することをも目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１記載のトランスは、各端部同士がそれぞれ磁気的
に結合された第１から第４の柱状磁性体を少なくとも有
し、第１および第２の柱状磁性体を含む閉磁路（以下、
「第１の閉磁路」という）の磁気抵抗、並びに第３およ
び第４の柱状磁性体を含む閉磁路（以下、「第２の閉磁
路」という）の磁気抵抗が、互いにほぼ等しく、かつ第
１および第４の柱状磁性体を含む閉磁路（以下、「第３
の閉磁路」という）の磁気抵抗よりもそれぞれ小さいト
ランス用コアと、第１および第２の巻線部を第１および
第４の柱状磁性体にそれぞれ同巻数で巻き回しかつ第２
および第３の柱状磁性体内を互いに逆向きに通過する磁
束をそれぞれ発生するように第１および第２の巻線部を
結線して形成された一次巻線と、第２および第３の柱状
磁性体にそれぞれ同巻数で巻き回されかつ一次巻線によ
って発生した磁束に基づく誘起電圧を互いに加算可能に
結線された第３および第４の巻線部を有する二次巻線
と、第２および第３の柱状磁性体にそれぞれ同巻数で巻
き回されかつ一次巻線によって発生した磁束に基づく誘
起電力を互いに減算可能に結線された第５および第６の
巻線部を有する制御巻線とを備えていることを特徴とす
る。

【００１１】このトランスでは、一次巻線に交流電流を
流すと、一次巻線の第１，第２の巻線部によって磁束が
発生する。第１の巻線部によって発生した磁束は、第１
の閉磁路内を通過し、第２の巻線部によって発生した磁
束は、第２の閉磁路内を通過する。この状態では、第２
および第３の柱状磁性体内を互いに逆向きに通過する磁
束がそれぞれ発生すると共に、これらの磁束に基づいて
第３および第４の巻線部に誘起電圧が発生し、これらの
誘起電圧が加算されて二次巻線部に出力される。一方、
制御巻線では、第５および第６巻線部に発生した誘起電
圧が減算し合う。この場合、第１の閉磁路および第２の
閉磁路の磁気抵抗がほぼ等しく、かつ第１および第２の
巻線部が同巻き数であるので、第５および第６の巻線部
にそれぞれ誘起する電圧値がほぼ等しく、このため、両
者は、互いにほぼ打ち消し合う。この結果、制御巻線に
は電圧が殆ど誘起せず制御電流を流し易い状態になる。
一方、制御巻線に制御電流を流し、第２および第３の柱
状磁性体を磁気飽和させると、第１の閉磁路、および第
２の閉磁路の磁気抵抗が高くなり、第３の閉磁路の磁気
抵抗よりも高くなる。この結果、一次巻線によって発生
した磁束の殆どが第３の閉磁路内を通過するため、第３
および第４の巻線部には誘起電圧が発生せず、このた
め、二次巻線に電圧が出力されない。このように、この
トランスでは、制御巻線に制御電流を流し易いため、小
制御電流で出力電圧を変化させることができる。

【００１２】請求項２記載のトランスは、各端部同士が
それぞれ磁気的に結合された第１から第４の柱状磁性体
を少なくとも有し、第１の閉磁路の磁気抵抗、および第
２の閉磁路の磁気抵抗が、互いにほぼ等しく、かつ第３
の閉磁路の磁気抵抗よりもそれぞれ小さいトランス用コ
アと、第１および第２の巻線部を第１および第４の柱状
磁性体にそれぞれ同巻数で巻き回しかつ第２および第３
の柱状磁性体内を互いに逆向きに通過する磁束をそれぞ
れ発生するように第１および第２の巻線部を結線して形
成された一次巻線と、第２および第３の柱状磁性体にそ
れぞれ同巻数で巻き回されかつ一次巻線によって発生し
た磁束に基づく誘起電圧を互いに加算可能に結線された
第３および第４の巻線部を有する二次巻線と、第２およ
び第３の柱状磁性体を巻き込むように巻き回された制御
巻線とを備えていることを特徴とする。

【００１３】このトランスでは、一次巻線に交流電流を
流すと、一次巻線の第１，第２の巻線部によって磁束が
発生する。この磁束は、第２および第３の柱状磁性体内
を互いに逆向きに通過するため、第２および第３の柱状
磁性体を巻き込むように巻き回された制御巻線には誘起
電圧が発生しない。この結果、請求項１記載のトランス
と同様に、小制御電流で出力電圧を変化させることがで
きる。

【００１４】請求項３記載のトランスは、請求項１また
は２記載のトランスにおいて、トランス用コアは、第２
の柱状磁性体と第３の柱状磁性体とが、両柱状磁性体よ
りも透磁率が低い材料で形成された低透磁率部材を介し
て磁気的に結合されていることを特徴とする。この場
合、低透磁率部材は、エアーギャップや、異なる磁性体
材料などによって構成することができる。

【００１５】このトランスでは、制御電流を流していな
い状態では、低透磁率部材が、一次巻線によって発生し
た磁束の第３の閉磁路内の通過を阻止するため、発生し
た磁束の大半が第１および第２の閉磁路内を通過し、こ
れにより、一次巻線に入力された交流電力は、低損失で
二次巻線に伝達される。

【００１６】請求項４記載のトランスは、請求項３記載
のトランスにおいて、低透磁率部材は、エアーギャップ
によって構成されていることを特徴とする。

【００１７】このトランスでは、エアーギャップが通常
の磁性体よりも低い透磁率を有するため、第３の閉磁路
の磁気抵抗が大きい。したがって、制御電流を流してい
ない状態において、エアーギャップは、一次巻線によっ
て発生した磁束の第３の閉磁路内の通過を確実に阻止す
る。

【００１８】請求項５記載のトランスは、請求項１から
４のいずれかに記載のトランスにおいて、第２および第
３の柱状磁性体は、その磁路断面積を徐々に変化させる
磁路断面積変化部をそれぞれ備えていることを特徴とす
る。

【００１９】このトランスでは、制御電流を徐々に増加
させると、第１および第２の閉磁路内の磁気抵抗が徐々
に高くなるため、一次巻線によって発生した磁束が第３
の閉磁路内を通過する割合が大きくなる結果、二次巻線
に誘起する電圧値が徐々に低くなる。このため、このト
ランスでは、制御電流を増減することによって、二次巻
線に誘起する電圧を連続的に変化させることができる。

【００２０】請求項６記載のトランスは、請求項１から
５のいずれかに記載のトランスにおいて、第１および第
２の巻線部並びに第３および第４の巻線部は、それぞ
れ、直列接続および並列接続のいずれかで結線されてい
ることを特徴とする。

【００２１】このトランスでは、一次巻線によって発生
した磁束によって二次巻線に電圧を誘起させることがで
きると共に、制御巻線には電圧を誘起させない。一方、
制御電流を流したときには、一次巻線によって発生した
磁束に基づく誘起電圧を二次巻線に生じさせない。

【００２２】請求項７記載のトランスは、請求項１から
６のいずれかに記載のトランスにおいて、第２および第
３の柱状磁性体にそれぞれ同巻数で巻き回され、かつ一
次巻線によって発生した磁束に基づく誘起電力を互いに
減算可能に直列接続されると共にその両端を短絡した第
７および第８の巻線部を有する短絡巻線を備えているこ
とを特徴とする。

【００２３】このトランスでは、短絡巻線が、第２およ
び第３の柱状磁性体を通過する交流磁束によって制御巻
線に誘起する電圧を完全に０Ｖにする。このため、より
小さい制御電流で二次巻線に出力される電圧値を制御す
ることができる。

【００２４】請求項８記載のトランスは、請求項１から
７のいずれかに記載のトランスにおいて、トランス用コ
アは、櫛刃状コアとＩ型コアとの組合せで構成されてい
ることを特徴とする。

【００２５】請求項９記載のトランスは、請求項１から
７のいずれかに記載のトランスにおいて、トランス用コ
アは、柱状磁性体が複数立設されているベース磁性体
と、柱状磁性体を挟んでベース磁性体に対向して配置さ
れ各柱状磁性体と磁気的に結合可能な磁性体板とを含ん
で構成されていることを特徴とする。

【００２６】請求項８および９記載のトランスでは、櫛
刃状コアにおける刃状コア、またはベース磁性体に立設
された柱状磁性体が、請求項１から８における第１から
第４の柱状磁性体を構成する。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係るトランスの好適な実施の形態について説明す
る。

【００２８】図１は、本実施形態に係るトランス１の斜
視図を示している。トランス１は、電源装置などにおい
て絶縁された一次回路と二次回路との間における伝達電
力量の制御を行う直流安定化電源用トランス、および低
電圧トランスやモータ等の負荷制御用トランスとして用
いられるものであって、端部同士がそれぞれ磁気的に結
合されている第１〜第４の足（第１〜第４の柱状磁性
体）４〜７を有する櫛刃状コア２と、各足４〜７の端部
同士をそれぞれ磁気的に結合させるＩ型コア３ａ，３ｂ
とを備えている。

【００２９】櫛刃状コア２は、各足４〜７、および各足
４〜７同士を磁気的に結合させているベース磁性体８の
断面積が互いにほぼ等しいように構成されている。ま
た、足５，６の端部（磁路断面積変化部）５ａ，６ａ
は、先端部から徐々に断面積が大きくなるように斜めに
カットされている。Ｉ型コア３ａ，３ｂは、両者の間に
わずかな幅の間隙（エアーギャップ）１０を形成した状
態で、各足４〜７にそれぞれ密着されている。間隙１０
は低透磁率のため、Ｉ型コア３ａ，３ｂ間の磁気抵抗
は、間隙１０がない場合と比較して大きくなっている。

【００３０】このトランス１では、第１，第２の足４，
５、第３，第４の足６，７、第１，第４の足４，７およ
び第２，第３の足５，６によって、第１の閉磁路、第２
の閉磁路、第３の閉磁路および第４の閉磁路がそれぞれ
形成され、第１および第２の閉磁路は、それぞれ、その
磁気抵抗が、互いにほぼ等しくかつ第３の閉磁路の磁気
抵抗よりも小さく形成されている。

【００３１】また、トランス１は、電圧Ｅ（Ｖ）の交流
電源１１に接続されている一次巻線２１と、負荷１２に
接続されている二次巻線２２と、特に限定されないが０
〜１Ａまでの直流電流である制御電流Ｉ_C を出力する制
御電源１３に接続されている制御巻線２３とを備えてい
る。

【００３２】一次巻線２１は、直列接続された巻線部２
１ａ，２１ｂを備えており、両巻線部２１ａ，２１ｂ
は、第２および第３の足５，６内を互いに逆向きに通過
する磁束をそれぞれ発生するように、第１および第４の
足４，７にそれぞれ同巻数（Ｎ１ターン）でそれぞれ巻
き回されている。また、二次巻線２２は、直列接続され
た巻線部２２ａ，２２ｂを備えており、両巻線部２２
ａ，２２ｂは、互いに逆向きでかつ同巻き数（Ｎ２ター
ン）で第２，第３の足５，６にそれぞれ巻き回されてい
る。さらに、制御巻線２３は、直列接続された巻線部２
３ａ，２３ｂを備えており、両巻線部２３ａ，２３ｂ
は、互いに同じ向きでかつ同巻き数（Ｎ３ターン）で第
２，第３の足５，６にそれぞれ巻き回されている。

【００３３】次に、トランス１の動作原理について説明
する。

【００３４】まず、交流電源１１から出力された交流電
流Ｉ_E が、同図に示す向きで一次巻線２１に流れている
ものとする。この状態では、同図に示すように、一次巻
線２１の巻線部２１ａに流れる交流電流Ｉ_E によって、
第１の閉磁路に磁束φ１が、第１，第３の足４，６によ
って形成される閉磁路に磁束φ１と同じ向きの磁束φ５
が、第３の閉磁路に磁束φ１と同じ向きの磁束φ６がそ
れぞれ右回りに発生する。一方、一次巻線２１の巻線部
２１ｂに流れる交流電流Ｉ_E によって、第２の閉磁路に
磁束φ２が、第２，第４の足４，７によって形成される
閉磁路に磁束φ２と同じ向きの磁束φ７（図示せず）
が、第３の閉磁路に磁束φ２と同じ向きの磁束φ８（図
示せず）がそれぞれ右回りに発生する。この場合、第１
および第２の閉磁路の磁気抵抗が互いにほぼ等しいた
め、各磁束の絶対値は、「φ１」＝「φ２」、「φ５」
＝「φ７」、「φ６」＝「φ８」となる関係にある。た
だし、この場合の「」は絶対値を表すものとし、以下、
同様に表す。一方、第４の閉磁路内に配設されている二
次巻線の巻線部２２ａ，２２ｂが、巻き方向が互いに逆
向きで、かつ同巻き数のため、負荷１２には、巻線部２
２ａによって誘起された誘起電圧と巻線部２２ｂによっ
て誘起された誘起電圧とが加算された電圧が出力され
る。この場合、間隙１０によってＩ型コア３ａ，３ｂ間
の磁気抵抗が高くなっているため、磁束φ５，６，７，
８の値を殆ど無視することができる結果、負荷１２に
は、以下の式で近似される電圧が発生する。Ｖ₀ ＝（Ｎ２／Ｎ１）×Ｅ

【００３５】一方、巻線部２３ａ，２３ｂは、巻き方向
が互いに同じ向きで、かつ同巻き数のため、磁束φ１に
よって誘起する電圧とφ２によって誘起する電圧とが互
いに打ち消し合うと共に、磁束φ５によって誘起する電
圧とφ７によって誘起する電圧とが互いに打ち消し合う
結果、制御巻線２３には、誘起電圧は発生しない。した
がって、電圧が誘起する場合と比較して、小電力で制御
巻線２３に制御電流Ｉ_C を流すことができる。

【００３６】この状態で、同図に示す向きで制御電流Ｉ
_C を流すと、巻線部２３ａによって、第１の閉磁路を左
回りに通過する磁束φ３と、第４の閉磁路を右回りに通
過する磁束φ９（図示せず）と、第２および第４の足
５，７を含む閉磁路を右回りに通過する磁束φ１０（図
示せず）とが発生する。一方、巻線部２３ｂによって、
第２の閉磁路を右回りに通過する磁束φ４と、第４の閉
磁路を左回りに通過する磁束φ１１（図示せず）と、第
１および第３の足４，６を含む閉磁路を左回りに通過す
る磁束φ１２（図示せず）とが発生する。この場合、第
１および第２の閉磁路の磁気抵抗が互いにほぼ等しいた
め、各磁束の絶対値は、「φ３」＝「φ４」、「φ９」
＝「φ１１」および「φ１０」＝「φ１２」となる関係
にある。このため、第２の足５内を通過する磁束の絶対
値は、「「φ１」−「φ３」−「φ７」−「φ９」−
「φ１０」＋「φ１１」」、つまり「「φ１」−「φ
３」−「φ７」−「φ１０」」となり、第３の足６内を
通過する磁束は、「「φ２」＋「φ４」−「φ５」−
「φ９」＋「φ１１」＋「φ１２」」、つまり「「φ
２」＋「φ４」−「φ５」＋「φ１２」」となる。一
方、制御電流Ｉ_C を流した状態で、交流電流Ｉ_E の向き
が逆になったときには、磁束φ１，φ２，φ５〜φ８の
向きが逆になるため、第２の足５内を通過する磁束の絶
対値は、「−「φ１」−「φ３」＋「φ７」−「φ９」
−「φ１０」＋「φ１１」」、つまり「−「φ１」−
「φ３」＋「φ７」−「φ１０」」となり、第３の足６
内を通過する磁束は、「−「φ２」＋「φ」４＋「φ
５」−「φ９」＋「φ１１」＋「φ１２」」、つまり
「−「φ２」＋「φ」４＋「φ５」＋「φ１２」」とな
る。この場合、第２，第３の足５，６が磁気飽和する前
では、磁束φ６，８，１０，１２の絶対値が小さいた
め、以下、これらを無視して説明するものとする。

【００３７】したがって、第２の足５に対応するＢ−Ｈ
カーブは、図２（ａ）に示すように、元の特性３１に対
して磁界方向に−ΔＨだけ偏磁された特性３２になり、
第３の足６に対応するＢ−Ｈカーブは、同図（ｂ）に示
すように、元の特性３３に対して磁界方向に＋ΔＨだけ
偏磁された特性３４になる。なお、同図において、縦軸
および横軸は、磁束密度および磁界の強さをそれぞれ示
しており、磁束密度が正の部分は、交流電流Ｉ_E が正の
とき（図２における矢印の向きに流れる場合）の特性を
示し、磁束密度が負の部分は、交流電流Ｉ_E が負のとき
の特性を示す。この結果、交流信号Ｉ_E が正のときに
は、第３の足６の端部６ａの先端部が磁気飽和し始め、
交流信号Ｉ_E が負のときには、第２の足５の先端部５ａ
の先端部から磁気飽和し始める。ただし、この場合の磁
気飽和の深さは、制御電流Ｉ_C の値、つまり主として磁
束φ３，φ４の値に応じて変化する。

【００３８】次いで、磁束φ３，φ４，φ９〜φ１２が
増加するに従って、端部５ａ，６ａの断面積が小さい部
分から大きい部分へと徐々に磁気飽和し、これに伴って
第２，第３の足５，６の磁気抵抗も増加する。したがっ
て、交流電流Ｉ_E が正のときに、第３の足６の磁気抵抗
が大きくなると、磁束φ２の減少が磁束φ５の減少より
も大きくなるため、第３の足６を通過する磁束の絶対値
「「φ２」−「φ５」」も低下する結果、巻線部２２ｂ
に誘起する電圧も低下する。また、巻線部２１ｂに基づ
いて発生した磁束の総和の絶対値「「φ２」＋「φ７」
＋「φ８」」が制御電流Ｉ_C の影響を受けずに一定で、
かつ磁束φ７が増加するため、第２の足５を通過する磁
束の絶対値も低下し、巻線部２２ａに誘起する電圧も低
下する。したがって、二次巻線２２に発生する電圧は、
巻線部２２ａと巻線部２２ｂの和であるので低下する。
なお、磁束φ３，φ４およびφ９〜φ１２は、直流電流
である制御電流Ｉ_C に基づいて発生する磁束であるの
で、二次巻線２２に誘起する電圧には影響を及ぼさな
い。

【００３９】逆に、一次巻線２１に流れる交流電流Ｉ_E
が負のときに、第２の足５の磁気抵抗が大きくなると、
磁束φ１の減少が磁束φ７の減少よりも大きくなるた
め、第２の足５を通過する磁束の絶対値「「φ１」−
「φ７」」も低下する結果、巻線部２２ａに誘起する電
圧も低下する。また、巻線部２１ａに基づいて発生した
磁束の総和の絶対値「「φ１」＋「φ５」＋「φ６」」
が制御電流Ｉ_C の影響を受けずに一定で、かつ磁束φ５
が増加するため、第３の足６を通過する磁束の絶対値も
低下し、巻線部２２ｂに誘起する電圧も低下する。した
がって、この場合にも、二次巻線２２に発生する電圧が
低下する。

【００４０】以上のように、制御電流Ｉ_C を増減するこ
とによって、二次巻線２２に出力される電圧値が変化す
る。この場合、第２，第３の足の端部５ａ，６ａの断面
積が連続的に変化しているため、磁気飽和する断面積も
連続的に増減する。したがって、図３に示すように、制
御電流Ｉ_C を連続的に増減することによって、二次巻線
２２に出力される電圧を連続的に増減することができ
る。この場合、制御電流Ｉ_C と、第２，第３の足５，６
の端部５ａ，６ａおよび間隙１０の形状による磁束の変
化との間に直線性がないため、同図のような曲線にな
る。しかし、端部５ａ，６ａおよび間隙１０の形状を、
制御電流Ｉ_C との間で直線性があるような相補的な形状
にすることにより、制御電流Ｉ_C に対する二次巻線２２
から出力される電圧を直線的に変化させることができ
る。なお、端部５ａ，６ａは、同図に示す電流値Ａ１を
流すまでは磁気飽和せず、電流値Ａ１を超える電流を流
したときから徐々に磁気飽和し始める。

【００４１】また、二次巻線２２に電圧を出力している
通常使用状態時に制御電流Ｉ_C を流さず、出力電圧を低
下するときにのみ制御電流Ｉ_C を流すことによって、電
力伝達効率の低下を防止することができる。加えて、間
隙１０を設けたことによって、通常の電圧出力時には、
巻線部２１ａ，２１ｂによって発生した磁束の殆どが、
それぞれ、φ１およびφ２となって第１の閉磁路および
第２の閉磁路内を通過するため、二次巻線２２に誘起す
る電圧は、前述した出力電圧になる。また、制御電流Ｉ
_C を流して第２および第３の足５，６の各端部５ａ，６
ａを完全に磁気飽和させることによって、二次巻線２２
に誘起する電圧をほぼ０Ｖにすることができる。このた
め、出力電圧の可変範囲を最も広くすることができる。
さらに、制御電流Ｉ_C によって磁気飽和させる部分は、
第２，第３の足５，６全体でなく、部分的な端部５ａ，
６ａであるため、鉄損を少なくすることができる結果、
最小限の電力で出力電圧値を制御することができる。

【００４２】なお、この実施形態では、一次巻線２１お
よび二次巻線２２を１本のみ用いる例について説明した
が、これに限定されず、２本以上用いてもよい。また、
制御巻線２３を２本以上用いて別個独立に制御してもよ
いのは勿論である。さらに、図１における一次巻線２１
の巻線部２１ａ，２１ｂ、および二次巻線２２の巻線部
２２ａ，２２ｂを直列に接続して形成しているが、並列
に接続してもよい。また、各巻線は、プリントパターン
化してトランス用コアに装着することもできる。

【００４３】また、本発明における磁路断面積変化部
は、櫛刃状コア２やＩ型コア３と同一の材料を使用する
ことに限定されない。例えば、櫛刃状コア２の第２，第
３の足５，６を他の足よりも短く形成することによっ
て、第２，第３の足５，６とＩ型コア３との間にエアー
ギャプを予め形成する一方、櫛刃状コア２とは別の磁性
体（例えば、珪素鋼板など）に、断面積が変化する磁路
断面積変化部を形成する。そして、別の磁性体を介して
第２，第３の足５，６とＩ型コア３とが磁気的に結合す
るように構成する。かかる場合には、別の磁性体の磁路
断面積変化部を介して第２，第３の足５，６とＩ型コア
３との間で磁束が通過する。このため、本実施形態と同
じようにして、別の磁性体を磁気飽和させることによっ
て、二次巻線２２に誘起させる電圧値を徐々に変化させ
ることができる。また、磁路断面積変化部の形状も本実
施形態に限定されず、階段状など任意の形状を採用する
ことができる。

【００４４】さらに、低透磁率部材は、本実施形態で示
した形状に限定されず任意の形状にすることができる。
また、間隙１０に代えて、他の磁性材料をＩ型コア３
ａ，３ｂ間にはめ込んでもよい。

【００４５】なお、以上の実施の形態では、第１〜第４
の足４〜７を有する櫛刃状コア２に一次巻線２１、二次
巻線２２および制御巻線２３を巻き回した例について説
明したが、これに限定されず、４つ以上の足を備えさせ
ることもできる。この場合、制御巻線２３に誘起する電
圧をなくすために、一次巻線、二次巻線および制御巻線
の対称性を保つことが好ましいので、柱状磁性体の数は
偶数であることが望ましい。また、トランス用コアは、
他のいかなる形状のコアであってもよい。例えば、図４
に示すようなトランス用コア４１を用いることもでき
る。同図に示すトランス用コア４１は、特に数や形状に
限定されないが９つの柱状磁性体４２〜５０が立設され
ているベース磁性体５１と、柱状磁性体４２〜５０を挟
んでベース磁性体５１に対向して配置され各柱状磁性体
４２〜５０と磁気的に結合する磁性体板５２から構成さ
れている。このトランス用コア４１を用いるトランスで
は、例えば、図１に示すトランス１と同じような巻き回
し方法で、柱状磁性体４２，４６に一次巻線を巻き回
し、柱状磁性体４３，４５に二次巻線および制御巻線を
それぞれ巻き回して構成される。この場合、トランス用
コア４１では、柱状磁性体４２，４３，４５および４６
の磁気的結合を強めるためにスリット５３を配設すると
共に一部を欠いている。このようなトランス用コア４１
によっても、トランス１と同等の機能を有するトランス
を構成することができる。なお、このトランス４１にお
いても、柱状磁性体４３と柱状磁性体４５との間にエア
ーギャップを設けることにより、図１における間隙１０
と同様な機能を備えさせることができる。さらに、柱状
磁性体４３，４５の頂部近傍を、断面積が徐々に変化す
るようにカットして図１における端部５ａ，６ａと同様
な機能を備えさせることもできる。

【００４６】また、本実施形態では、第５および第６の
巻線部２３ａ，２３ｂによって制御巻線２３を構成した
が、これに限定されない。例えば、図５に示すように、
制御巻線３６は、第２および第３の足５，６を巻き込ん
で、第２および第３の足５，６間に巻き回した１つの巻
線部によって構成してもよい。この場合には、一次巻線
２１に交流電流Ｉ_E を流すと、一次巻線２１の第１，第
２の巻線部２１ａ，２１ｂによって磁束φ２１，φ２２
が発生するが、この磁束φ２１，φ２２は、第２および
第３の足５，６をそれぞれ互いに逆向きに通過するた
め、制御巻線３６には誘起電圧が発生しない。この結
果、小制御電流で出力電圧を変化させることができる。

【００４７】さらに、いわゆる短絡巻線を第２および第
３の足５，６に巻き回してもよい。この場合、短絡巻線
は、直列接続された第７および第８の巻線部を第２およ
び第３の足５，６にそれぞれ同巻数で巻き回すと共にそ
の両端を短絡することによって構成することができる。
つまり、短絡巻線は、図１における制御巻線２３の両端
部２３ｃ，２３ｄを短絡接続したような巻線部を、制御
巻線２３とは別個に配設することによって構成すること
ができる。なお、これに限らず、巻線部２３の一部を短
絡することによって短絡巻線を構成してもよい。具体的
には、例えば、図１において、巻線部２３ａと巻線部２
３ｂとの接続部位から、それぞれ同じ巻数だけ両端部２
３ｃ，２３ｄ側の部位を短絡することによって短絡巻線
を構成することができる。かかる構成によれば、交流電
流Ｉ_E に基づいて巻線部２３ａ，２３ｂに誘起する電圧
を完全に打ち消し合わせることができるため、制御巻線
２３に誘起する電圧値を完全に０Ｖにすることができ
る。このため、より小さい制御電流で二次巻線２２に出
力される電圧値を制御することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明に係るトランスによ
れば、制御巻線に誘起する電圧を互いにほぼ打ち消し合
うように構成した結果、小制御電力で二次巻線の出力電
圧を変化させることができる。また、低透磁率部材が、
一次巻線によって発生した磁束の第３の閉磁路内の通過
を阻止するため、発生した磁束の大半が第１および第２
の閉磁路内を通過し、これにより、一次巻線に入力され
た交流電力を、低損失で二次巻線に伝達することができ
る。さらに、磁路断面積変化部を介して第２，第３の柱
状磁性体を磁気的に結合させることにより、制御電流の
増減に応じて、二次巻線に誘起する電圧を連続的に変化
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るトランスの外観斜視
図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施の
形態に係るトランスの偏磁されたＢ−Ｈカーブを示す図
である。

【図３】本発明の実施の形態に係る制御電流に対する二
次巻線に誘起する電圧値の特性を示す図である。

【図４】他の実施形態に係るトランス用コアの外観斜視
図である。

【図５】他の実施形態に係るトランスの外観斜視図であ
る。

【符号の説明】

１トランス２櫛刃状コア３Ｉ型コア４第１の足５第２の足５ａ端部６第３の足６ａ端部７第４の足１０間隙２１一次巻線２１ａ巻線部２１ｂ巻線部２２二次巻線２２ａ巻線部２２ｂ巻線部２３制御巻線２３ａ巻線部２３ｂ巻線部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】各端部同士がそれぞれ磁気的に結合され
た第１から第４の柱状磁性体を少なくとも有し、前記第
１および第２の柱状磁性体を含む閉磁路の磁気抵抗、並
びに前記第３および第４の柱状磁性体を含む閉磁路の磁
気抵抗が、互いにほぼ等しく、かつ前記第１および第４
の柱状磁性体を含む閉磁路の磁気抵抗よりもそれぞれ小
さいトランス用コアと、第１および第２の巻線部を前記第１および第４の柱状磁
性体にそれぞれ同巻数で巻き回しかつ前記第２および第
３の柱状磁性体内を互いに逆向きに通過する磁束をそれ
ぞれ発生するように当該第１および第２の巻線部を結線
して形成された一次巻線と、前記第２および第３の柱状
磁性体にそれぞれ同巻数で巻き回されかつ前記一次巻線
によって発生した磁束に基づく誘起電圧を互いに加算可
能に結線された第３および第４の巻線部を有する二次巻
線と、前記第２および第３の柱状磁性体にそれぞれ同巻
数で巻き回されかつ前記一次巻線によって発生した磁束
に基づく誘起電力を互いに減算可能に結線された第５お
よび第６の巻線部を有する制御巻線とを備えていること
を特徴とするトランス。
【請求項２】各端部同士がそれぞれ磁気的に結合され
た第１から第４の柱状磁性体を少なくとも有し、前記第
１および第２の柱状磁性体を含む閉磁路の磁気抵抗、並
びに前記第３および第４の柱状磁性体を含む閉磁路の磁
気抵抗が、互いにほぼ等しく、かつ前記第１および第４
の柱状磁性体を含む閉磁路の磁気抵抗よりもそれぞれ小
さいトランス用コアと、第１および第２の巻線部を前記第１および第４の柱状磁
性体にそれぞれ同巻数で巻き回しかつ前記第２および第
３の柱状磁性体内を互いに逆向きに通過する磁束をそれ
ぞれ発生するように当該第１および第２の巻線部を結線
して形成された一次巻線と、前記第２および第３の柱状
磁性体にそれぞれ同巻数で巻き回されかつ前記一次巻線
によって発生した磁束に基づく誘起電圧を互いに加算可
能に結線された第３および第４の巻線部を有する二次巻
線と、前記第２および第３の柱状磁性体を巻き込むよう
に巻き回された制御巻線とを備えていることを特徴とす
るトランス。
【請求項３】前記トランス用コアは、前記第２の柱状
磁性体と前記第３の柱状磁性体とが、当該両柱状磁性体
よりも透磁率が低い材料で形成された低透磁率部材を介
して磁気的に結合されていることを特徴とする請求項１
または２記載のトランス。
【請求項４】前記低透磁率部材は、エアーギャップに
よって構成されていることを特徴とする請求項３記載の
トランス。
【請求項５】前記第２および第３の柱状磁性体は、そ
の磁路断面積を徐々に変化させる磁路断面積変化部をそ
れぞれ備えていることを特徴とする請求項１から４のい
ずれかに記載のトランス。
【請求項６】前記第１および第２の巻線部並びに前記
第３および第４の巻線部は、それぞれ、直列接続および
並列接続のいずれかで結線されていることを特徴とする
請求項１から５のいずれかに記載のトランス。
【請求項７】前記第２および第３の柱状磁性体にそれ
ぞれ同巻数で巻き回され、かつ前記一次巻線によって発
生した磁束に基づく誘起電力を互いに減算可能に直列接
続されると共にその両端を短絡した第７および第８の巻
線部を有する短絡巻線を備えていることを特徴とする請
求項１から６のいずれかに記載のトランス。
【請求項８】前記トランス用コアは、櫛刃状コアとＩ
型コアとの組合せで構成されていることを特徴とする請
求項１から７のいずれかに記載のトランス。
【請求項９】前記トランス用コアは、前記柱状磁性体
が複数立設されているベース磁性体と、前記柱状磁性体
を挟んで前記ベース磁性体に対向して配置され前記各柱
状磁性体と磁気的に結合可能な磁性体板とを含んで構成
されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか
に記載のトランス。