JP3643581B2 - マルチ出力電源装置のトランス - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触で電力を供給する電源装置と複数の直流出力電圧とを同時に得られるマルチ出力電源装置に用いるトランスに関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平9−121481号公報
【特許文献2】
特開平6−169566号公報
【0003】
例えば、コードレス電話装置のように、子機はコードレスで親機から非接触で二次電池を充電する充電電池を備え、親機は子機に電力を供給する電源を備えるとともに、複数の回路に応じた直流電源を出力できるマルチ出力電源装置が用いられている。(例えば、特許文献1参照)
【0004】
部品点数が少なく、回路構成が簡単な自励発振型のマルチ出力電源装置の概略回路図を図5に示す。
図5に示すように、電力を供給する一次側は商用交流電源(AC100V 50/60Hz)から整流平滑回路を介して直流電圧を得る。その直流電圧を自励発振回路によりスイッチング素子をオンオフさせて、一次コイルL1に発生したエネルギーを、一次コイルL1と所定の間隔を隔てて対向させて配置した二次コイルL2に電力を供給し、非接触で出力端子CN2に所定の直流電圧を得る回路である。また、一次コイルL1のエネルギーを同じトランス内に設けられた三次コイルL3に伝え、出力端子CN3に所定の直流電圧を得る回路である。なお、回路図では、出力端子CN3は1出力であるが複数の出力を必要とする場合は三次コイルを複数設け、それぞれに応じた設定の直流電圧を得る。
【0005】
このような構成のマルチ出力電源装置における従来のトランスを図6に示す。
図6に示すように、図6(a)は説明のための模式図であり、図2(b)はその断面図である。
図6より、磁性材料から成る断面がT字状の一次側コア1に、巻線部1bに一次コイル3を卷回し、同じコア軸上に並べて、三次コイル4を卷回したものである。
二次コイルは磁性材料から成る断面がI字状の二次側コア9に二次コイル10を卷回したものである。そして、一次側コア(一次コイルの巻線面を含む)面1aと二次側コア(二次コイル巻線面を含む)面9aが所定の間隔を置いて、対向した状態で二次コイル10に電力を伝達する。
【0006】
このようなトランスおける磁束の流れを図7に示す。
図7に示すとおり、一次コイル3で発生する磁束は一次側コアの面1aから対向する二次側コア9、二次コイル10を経て、一次側コアの鍔1cに入る磁束のループφ1−2と、一次側コア1から一次側コアの面1aを飛び出し鍔1cに入る磁束のループφ1−3が考えられる。
これらは、一次コイル3と二次コイル10の結合係数k1−2と一次コイル3と三次コイル4の結合係数k1−3を測定することにより、一次コル3、二次コイル10、三次コイル4の磁束の関係をあらわすことができる。
図6のトランスにおいて結合係数を測定した結果、一次コイルと二次コイルの結合係数K1−2は0.2〜0.4であり、一次コイルと三次コイルの結合係数K1−3は0.5〜0.8であった。
図5に示す回路図にこのトランスを用いた時、三次コイルの出力端子CN3の出力電圧電流特性は図4に示す曲線Bのようになった。
このような出力電圧電流特性では、外部負荷において短絡(ショート)した場合に過大な電流が流れ回路を焼損する恐れがある。これを防止するために保護回路を設けると回路が複雑となり大幅なコストアップとなる欠点があった。また、三次コイルに並列に共振コンデンサCo(図5 点線部)を挿入する方法があるが、一次コイルと三次コイルの結合係数k1−3が強くなりすぎて自励発振回路の発振が不安定となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、三次コイルの出力電圧電流特性に垂下特性をもたせ、過電流保護回路を不要としたマルチ出力電源装置のトランスを提供することを目的としている。
【0008】
【問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、電力を供給する一次側コイルと電力を受電する二次側コイルを備え、一次側コイルと二次側コイルとを対向させて電力の伝達をおこなう非接触電源装置と、一次側コイルの巻線軸と同軸に設けた三次側コイルから複数の直流出力電圧を得る電源装置とを併せ持つマルチ出力電源装置のトランスにおいて、トランスは一次側コイル、二次側コイル、三次側コイルを具備している。一次側コイルと三次側コイルは同一のコア軸に巻線が卷回されている。二次側コイルは他のコア軸に巻線が卷回されている。そして、一次側コイルと三次側コイルとの間にコア材の仕切り板を設け、仕切り板は一次側コイルと三次側コイルの結合係数を一次側コイルと二次側コイルの結合係数とほぼ同じになるように所定の大きさとする構成である。
【0009】
【発明の実施の形態】
電力を供給する一次側コイルと電力を受け取る二次側コイルを備え、一次側コイルと二次側コイルとを対向させて電力の伝達を行なう非接触電源装置と、一次側コイルの巻線軸と同軸に設けた三次側コイルから複数の直流出力電圧を得る電源装置とを併せ持つマルチ出力電源装置のトランスにおいて、トランスは一次側コイル、二次側コイル、三次側コイルを具備している。
一次側コイルと三次側コイルは同一のコア軸に並べて巻線を卷回したり、または、一次側コイルと三次側コイルを同一のコア軸に重ねて巻線を卷回する。二次側コイルは他のコア軸に巻線を卷回する。一次側コイルと三次側コイルとの間にコア材の仕切り板を設けて磁気的結合を調整する。
仕切り板は一次側コイルと三次側コイルの結合係数を一次側コイルと二次側コイルの結合係数とほぼ同じ結合係数となるように所定の大きさとする。
または、一次側コアには、仕切り板を設けた形状のコアを一体にして形成したものを用いると部品点数を削減すると共に作業が容易となる。
【0010】
【実施例】
本発明のマルチ出力電源装置のトランスの実施例を図1から図4を用いて説明する。
【0011】
図1は一次コイルと二次コイルを巻線軸に並べて、磁気的結合を垂直方向に結合させたトランスで、図1(a)は説明のための模式図であり、図1(b)はその断面図であり、図1(c)は仕切り板の断面図である。
図1に示すように、トランスにおいて、1は磁性材料で断面がT字状に成型された一次側コア、2は磁性材料でリング状に成型された平板状の仕切り板、3は一次コイル、4は三次コイル、9は磁性材料で断面がI字状に成型された二次側コア、10は二次コイルである。
【0012】
仕切り板は一次コイルと三次コイルの結合係数k1−3が一次コイルと二次コイルの結合係数k1−2とほぼ同じになるようにコアを所定の大きさに設定したもので、その大きさは内径d2を一次側コア1の巻線部径d1とほぼ同じとし、外径w2を一次側コア1の外径w1とほぼ同じ(やや小さめ)とし、厚みtを設けたものである。
なお、本願実施において一次コイルと三次コイルの結合係数k1−3を設定する際、仕切り板の外径w2を変えると大きく結合が変わることより粗調整として予め行い、仕切り板の厚みtで微調整行うことにより設定が容易に行なえる。なお、仕切り板の外径w2を一次側コアの外形w1より大きくすると、仕切り板2が出っ張ることになり、他の部品との接触およびトランスの配置に注意を要する。
また、一次側コアはコア1と仕切り板2を一体に形成したものでもよい。
【0013】
このような構造のトランスの磁束の流れを図2に示す。
図2に示すように、一次コイル3で発生した磁束は一次側コア1から対向する二次側コア9、二次コイル10を経て、一次コイル3と三次コイル4間に設けた仕切り板2を通るループφ1−2を描く。また、一次コイルで発生した磁束φ1は二次側コア面9aと対向する一次側コアの面1aから飛び出し、仕切り板2に入る磁束のループと三次コイル4を通り一次側コアの鍔1cに入る磁束φ1−3とが考えられる。
【0014】
このように、磁性体の仕切り板2を設けることにより、一次コイル3で発生した磁束の一部は仕切り板2を通るループと三次コイル4を通るループφ1−3に分かれる。いいかえれば、仕切り板の大きさ(w2、t)によって三次コイル4を通るループφ1−3の磁束を調整することができる。
【0015】
図5の回路において、三次コイルと並列に共振コンデンサCo(点線部)を接続した共振型のマルチ出力電源装置に本願発明のトランスを用いて、三次コイルの出力端子CN3の出力電圧電流特性を測定した結果、図4の曲線Aで示す特性を得た。
図4の曲線Aに示すように垂下特性をもたせることができる。
このときの実施例である本願発明のトランスの各結合係数は、一次コイルと二次コイルの結合係数k1−2は0.25〜0.35で、一次コイル三次コイルの結合係数k1−3は0.2〜0.3であった。
【0016】
このように、本発明のマルチ出力電源装置のトランスを用いることにより、
三次コイルの出力回路に保護回路が不要となり、コスト低減となる。また、三次コイルの出力端子CN3が電力制限されるため、無負荷時の2次側出力電圧が跳ね上がらず安全である。
【0017】
次に、他の実施例であるマルチ出力電源装置のトランスを図3に示す。
図3は、一次コイルに二次コイルを重ねて卷回して高さを低く抑えた、磁気結合を水平方向に結合させたトランスで、図3(a)は説明のための模式図であり、図3(b)はその断面図であり、図3(c)は仕切り板の断面図である。
図3に示すように、トランスにおいて、1は磁性材料で断面がE字状に成型されたポット形の一次側コア、2は磁性材料で成型された筒状の仕切り板、3は一次コイル、4は三次コイル、9は磁性材料で断面がI字状に成型された二次側コア、10は二次コイルである。
仕切り板2は一次コイルと三次コイルの結合係数K1−3が一次コイルと二次コイルの結合係数k1−2より小さくなるように高さh2をコア1の脚1cと同じ高さh1寸法とし、厚みtを所定の厚みに設定する。
なお、一次側コア1は仕切り板2を一体にして形成したものでもよい。
【0018】
以上、本発明のマルチ出力電源装置のトランスの実施例を述べたが、これらの実施例に限られるものではない。例えば、コア形状を円筒で示したが、楕円、四角形、多角形を用いてもよい。一次コイル、二次コイル、三次コイルは予め巻線された空心コイルを用いてもよい。さらに、一次側コアと仕切り板の透磁率を異ならせた磁性材料を用いてもよい。さらに、自励型の共振回路を用いて説明したが他励の共振回路を用いても同様である。
【0019】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のマルチ出力電源装置のトランスは、一次コイルと三次コイルを同一のコア軸に巻線が卷回されており、一次コイルと三次コイルとの間に仕切り板を設け、一次コイルと三次コイルの結合を一次コイルと二次コイルの結合をほぼ同じにすることにより、三次コイルの出力端子の出力電圧電流特性に垂下特性を持たせている。それによって過電流を回避するため、複雑な過電流保護回路を必要としない安価なマルチ出力電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるマルチ出力電源装置のトランスの模式図(a)とその断面図(b)と仕切り板の断面図(c)
【図2】図1に示したトランスの磁束の流れ図
【図3】本発明の他の実施例であるマルチ出力電源装置のトランスの模式図(a)とその断面図(b)と仕切り板の断面図(c)
【図4】三次側の出力端子の出力電圧電流特性図
【図5】マルチ出力電源装置の概略回路図
【図6】従来のマルチ出力電源装置のトランスの模式図(a)とその断面図(b)
【図7】図6に示したトランスの磁束の流れ図
【符号の説明】
1 一次側コア
2 仕切り板
3 一次コイル
4 三次コイル
9 二次側コア
10 二次コイル
Claims (4)
- 電力を供給する一次側コイルと電力を受電する二次側コイルを備え、該一次側コイルと該二次側コイルとを対向させて電力の伝達を行なう非接触電源装置と、該一次側コイルの巻線軸と同軸に設けた二次側コイルから複数の直流出力電圧を得る電源装置とを併せ持つマルチ出力電源装置のトランスにおいて、
該トランスは一次側コイル、二次側コイル、三次側コイルを具備してなり、該一次側コイルと該三次側コイルは同一のコア軸に巻線が卷回され、該二次側コイルは他のコア軸に巻線が卷回され、
該一次側コイルと該三次側コイルとの間にコア材の仕切り板を設け、該仕切り板は一次側コイルと三次側コイルの結合係数を一次側コイルと二次側コイルの結合係数とほぼ同じになるように所定の大きさとしたことを特徴とするマルチ出力電源装置のトランス。 - 電力を供給する一次側コイルと電力を受電する二次側コイルを備え、該一次側コイルと該二次側コイルとを対向させて電力の伝達を行なう非接触電源装置と、該一次側コイルの巻線軸と同軸に設けた二次側コイルから複数の直流出力電圧を得る電源装置とを併せ持つマルチ出力電源装置のトランスにおいて、
該トランスは一次側コイル、二次側コイル、三次側コイルを具備してなり、該一次側コイルと該三次側コイルは同一コア軸に並べて巻線が卷回され、該二次側コイルは他のコア軸に巻線が卷回され、
該一次側コイルと該三次側コイルとの間にコア材の仕切り板を設け、該仕切り板は一次側コイルと三次側コイルの結合係数を一次側コイルと二次側コイルの結合係数とほぼ同じになるように所定の大きさとしたことを特徴とするマルチ出力電源装置のトランス。 - 電力を供給する一次側コイルと電力を受電する二次側コイルを備え、該一次側コイルと該二次側コイルとを対向させて電力の伝達を行なう非接触電源装置と、該一次側コイルの巻線軸と同軸に設けた二次側コイルから複数の直流出力電圧を得る電源装置とを併せ持つマルチ出力電源装置のトランスにおいて、
該トランスは一次側コイル、二次側コイル、三次側コイルを具備してなり、該一次側コイルと該三次側コイルは同一コア軸に重ねて巻線が卷回され、該二次側コイルは他のコア軸に巻線が卷回され、
該一次側コイルと該三次側コイルとの間にコア材の仕切り板を設け、該仕切り板は一次側コイルと三次側コイルの結合係数を一次側コイルと二次側コイルの結合係数とほぼ同じになるように所定の大きさとしたことを特徴とするマルチ出力電源装置のトランス。 - 前記一次側コイルと三次側コイルを卷回するコアは仕切り板を一体にして成型したことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3記載のマルチ出力電源装置のトランス。
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