JP4711568B2 - Transformer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変圧器等の変成器に関するものであり、特に、巻線が備える一対の脚部に珪素鋼板等の電磁鋼板を巻き込んで巻鉄心を形成してなる変成器の小型化、軽量化、及び製造コスト低減に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図11は、本発明者が既に提案している変成器を示している(特開平5−226168号公報及び特開平8−51034号公報参照)。この変圧器は、巻線1と、一対の巻鉄心4とを備えている。巻線1は、導線2a,3aを複数回巻回した一次巻線2と二次巻線3とからなる。巻線1は、間隔を隔てて互いに対向する一対の脚部1aと、これらの脚部1aの両端を連結する一対の連結部1bと、これら脚部1a及び連結部1bにより囲まれた窓部1cとを備えている。巻回方向と直交する方向の導線2a,3aの断面形状は円形である。一方、巻鉄心4は、珪素鋼板等の電磁鋼板の帯材を巻線1の脚部1aに巻き込むことにより形成している。なお、図11において、5は巻線1の外周を被覆する絶縁テープ、6は一次巻線2と二次巻線3を絶縁する絶縁スペーサである。
【0003】
他の種々の変成器と同様に、上記図11に示す変成器の一次巻線2及び二次巻線3において、以下の式(1)の関係が成立する。この式(1)において、Eは起電力(V)、kは比例定数、fは周波数(Hz)、Nは導線の巻回回数(巻数)、Aは鉄心有効断面積(m2)、Bmは磁束密度(T)である。
【0004】
【数1】
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
変成器の小型化、軽量化を図るには、変成器を構成する部品のうちで寸法が大きく、かつ重量も重い巻鉄心4の寸法を縮小することが最も有効である。また、珪素鋼板等の電磁鋼板からなる巻鉄心4は、変成器を構成する他の部品よりも比較的高価であり、変成器の製造コストを低減する上でも、巻鉄心4の寸法はできる限り小さいことが好ましい。
【0006】
上記式(1)から明らかなように、同一の起電力Eを維持しつつ、かつ磁束密度Bmを低下させることなく、巻鉄心4の寸法、すなわち鉄心有効断面積Aを低減するには、巻数Nを増加させればよい。また、巻鉄心4を大型化することなく、すなわち鉄心窓部の寸法を拡大することなく導線2a,3aの巻数Nを増加させるには、導線2a,3aの巻回方向と直交する方向の断面積を減少させる必要、すなわ導線2a,3aの径を縮小する必要がある。一方、導線2a,3aの断面積が減少すると電流密度が上昇するため、導線2a,3aで生じるジュール熱に起因する温度上昇も顕著となる。そのため、従来は、一次巻線2及び二次巻線3の両方を含む巻線1全体での温度上昇を考慮し、この巻線1全体での温度上昇が許容範囲となるように導線2a,3aの径を設定し、かつ一次巻線2と二次巻線3のそれぞれについて導線2a,3aの径を一定としていた。
【0007】
しかし、本発明者が種々の実験及び研究を行ったところ、巻線1の脚部1aにおける巻回方向と直交する方向の断面(横断面)において、上記導線2a,3aで生じるジュール熱に起因する温度上昇に分布が存在することを見出した。詳細には、図12に示すように、巻線1の横断面における窓部1c側の外周近傍の領域である内側外周領域Ar1(図11において位置P4〜位置P5間の領域)と、巻線1の横断面における窓部1cと反対側の外周近傍の領域である外側外周領域Ar2(図11において位置P1〜P2の領域)とでは、巻線1の横断面における中心近傍の領域である中心領域Ar3(図11において位置P2〜P4間の領域)と比較して導線2a,3aに生じるジュール熱に起因する温度上昇の度合いが比較的低い。換言すれば、内側外周領域Ar1と内側外周領域Ar2は、中心領域Ar3よりも巻線の冷却効果が高いことが判明した。
【0008】
本発明は、かかる新たな知見に基づいて、巻線が備える一対の脚部に巻鉄心を形成してなる変成器の小型化、軽量化、及び製造コストの低減を図ることを課題としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、間隔を隔てて互いに対向する一対の脚部と、これら脚部の両端を連結する一対の連結部と、これら脚部及び連結部により囲まれた窓部とを備える巻線と、上記一対の脚部に電磁鋼板をそれぞれ巻き込でなる一対の巻鉄心とを備え、上記巻線は上記導体の巻回方向と直交する方向の断面である横断面の形状が略円形である、変成器であって、上記巻線は、断面円形の導線を複数回巻回してなる一次巻線と、単一の帯状導体を複数回巻回してなる二次巻線とにより構成され、上記帯状導体の上記巻回方向と直交する断面での断面積は、上記巻線の横断面における上記窓部側の外周近傍領域である内側外周領域と、上記巻線の横断面における上記窓部と反対側の外周近傍領域である外側外周領域とのうちの少なくとも一方の領域において、上記巻線の横断面における中心近傍の領域である中心領域よりも小さい、変成器を提供するものである。
【0010】
本発明の変成器では、帯状導体に生じるジュール熱に対する冷却効果が比較的高い領域である巻線の横断面における内側外周領域と外側外周領域のうちの少なくとも一方において、中心領域よりも帯状導体の断面積を小さく設定している。従って、帯状導体の発熱による温度上昇の制約を充足しつつ、かつ巻線の横断面の面積を増加させることなく帯状導体の巻数を増大させ、それによって巻鉄心の小型化(鉄心有効断面積の低減)を図ることができる。巻鉄心は、変成器を構成する他の部品と比較し寸法も大きく、かつ重量も重いので巻鉄心の小型化により変成器全体として、小型化、軽量化を図ることができる。また、巻鉄心は変成器を構成する他の部品と比較して比較的高価である電磁鋼板からなるため、巻鉄心を小型化して電磁鋼板の使用量を低減することにより、変成器の製造コストを低減することができる。なお、「略円形」とは、真円に限らず、楕円、長円、多角形、及び自由曲線からなる閉曲線等の巻線の横断面の形状としては実質的に円形の範疇に含まれる平面図形をいう。
【0011】
例えば、上記帯状導体は厚みが一定でかつ断面矩形であると共に、上記外側外周領域における幅と、上記内側外周領域における幅とのうちの少なくとも一方が、上記中心領域における幅よりも小さい。
【0012】
具体的には、上記帯状導体の幅は、上記外側外周領域と、上記内側外周領域とのうちの少なくとも一方において、上記中心領域から離反するに伴って連続的又は段階的に縮小する。なお、帯状導体の厚みを、外側外周領域及び/又は内側外周領域と中心領域とで異ならせても良い。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す本発明の実施形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
【0014】
(第1参考例)
図1から図3は、本発明の第1参考例に係る変成器を示している。
この変成器は、一次巻線11と二次巻線12からなる1個の巻線10と、一対の巻鉄心13とを備えている。なお、図において、14は巻線10の外周を被覆する絶縁テープ、15は一次巻線11と二次巻線12とを絶縁するための絶縁スペーサである。
【0015】
巻線10は、間隔を隔てて互いに対向する一対の脚部10aと、これら脚部10aの両端を連結する一対の連結部10bと、これら脚部10a及び連結部10bにより囲まれた窓部10cとを備えている。また、巻線10は後述する導線11a〜12bの巻回方向に直交する方向の断面(横断面)が円形である。一方、巻鉄心13は、円筒状であって巻線10が備える一対の脚部10aに電磁鋼板をそれぞれ巻き込んでなる。すなわち巻鉄心13の断面円形の鉄心窓に巻線10が収容されている。
【0016】
巻線10を構成する一次巻線11と二次巻線12は、それぞれ銅等の導電性を有する材料からなり断面円形の導線11a〜12bを多数回巻回して構成されている。図11に示した従来の変成器では一次巻線2及び二次巻線3の導線2a,2bは断面積が一定であるが、本参考例では、一次巻線11及び二次巻線12の両方で導線の径を変化させて、それによって断面積を変化させている。図において、t1,t2,t3,t4は一次側及び二次側の入出力用の端子を示している。
【0017】
まず、一次巻線11は、一次側内導線11aと一次側外導線11bからなる。一次側内導線11aは一次側外導線11bよりも径が小さく、従って断面積が小さい。一次側内導線11aと一次側外導線11bとは、図3に概略的に示すように、一方の端部が互いに電気的に接続されており、電気的には1本の導線を構成している。一次巻線11は、これら一次側内導線11a及び一次側外導線11bを、図示しない巻型に対して巻回することにより形成される。この際、一次側内導線11aから巻型に巻き付け、窓部10c側に一次側内導線11aを配置する。なお、図2において矢印Yは巻線10の横断面において導線が積み上げられる方向を示している。
【0018】
次に、二次巻線12は、二次側内導線12aと一次側外導線11bからなる。二次側外導線12bは二次側内導線12aよりも径が小さく、従って断面積が小さい。二次側内導線12aと二次側外導線12bとは、図3に概略的に示すように、一方の端部が互いに電気的に接続されており、電気的には1本の導線を構成している。二次巻線12は、これら二次側内導線12a及び二次側外導線12bを、巻型に巻回済みの一次巻線11に絶縁スペーサ15を介在させて巻回することにより形成される。この際、一次側内導線11aから巻き付けて、一次巻線11側に二次側内導線12aを配置する。なお、二次巻線12の形成後、巻線10の外周に絶縁テープ14が巻き付けられる。
【0019】
図2に示すように、一次巻線11については、巻線10の横断面における窓部10c側の外周近傍の領域である内側外周領域Ar1に径の小さい(断面積の小さい)一次側内導線11aが配置され、巻線10の横断面における中心近傍の領域である中心領域Ar3に径の大きい(断面積の大きい)一次側外導線11bが配置されている。一方、二次巻線12については、中心領域Ar3に径の大きい(断面積の大きい)二次側内導線12aが配置され、巻線10の横断面における窓部10cとは反対側の外周近傍の領域である外側外周領域Ar2には径の小さい(断面積の小さい)二次側外導線12bが配置されている。すなわち、第1参考例では、導線11a〜12bに生じるジュール熱に対する冷却効果が比較的高い領域である内側外周領域Ar1と外側外周領域Ar2において、冷却効果の低い中心領域Ar3よりも導線11a〜12bの面積を小さく設定している。従って、導線11a〜12bの発熱による温度上昇の制約を充足しつつ、かつ巻線10の横断面の面積を増加させることなく導線11a〜12bの巻数を増大させ、それによって巻鉄心13の小型化(鉄心有効断面積の低減)を図ることができる。巻鉄心13は、変成器を構成する他の部品と比較し寸法も大きく、かつ重量も重いので巻鉄心13の小型化により変成器全体として、小型化、軽量化を図ることができる。また、巻鉄心13は変成器を構成する他の部品と比較して比較的高価である電磁鋼板からなるため、巻鉄心13を小型化して電磁鋼板の使用量を低減することにより、変成器の製造コストを低減することができる。
【0020】
(第2参考例)
図4は、本発明の第2参考例に係る変成器を示している。
この第2参考例では、巻線10の一次巻線11及び二次巻線12は、導線ではなく銅等の導電性材料からなる断面矩形の帯状導体21,22を巻回してなる。まず、これらの帯状導体21,22は板厚が一定であり断面形状は矩形状である。また、図10(A)に示すように、帯状導体21,22は基端21a,22a側から一定の長さL1は幅Wが一定の平行部21c,22cであり、この平行部21c,22cから末端21b,22b側に向けて漸次幅Wが減少する長さL2のテーパ部21d,22dを備えている。平行部21c,22cでは帯状導体21,22の断面積は一定であるが、テーパ部21d,22dでは帯状導体21,22の断面積は先端側に向けて漸次減少している。
【0021】
一次巻線11は、図示しない巻型に対して帯状導体21を末端21b側から巻回することにより形成しており、窓部10c側にテーパ21dを配置している。また、二次巻線12は、巻型に巻回済みの一次巻線11に絶縁スペーサ15を介在させて帯状導体22を基端22a側から巻回することにより形成しており、窓部10cとは反対側にテーパ部22dを配置している。
【0022】
図4に示すように、一次巻線11の帯状導体21については、内側外周領域Ar1に幅Wが漸次縮小して断面積が漸次減少するテーパ部21dが配置され、中心領域Ar3に幅Wが一定の平行部21cが配置されている。一方、二次巻線12の帯状導体22については、中心領域Ar3に幅Wが一定で断面積の大きい平行部22cが配置され、外側外周領域Ar2には幅Wが漸次縮小して断面積が漸次減少するテーパ部22dが配置されている。
【0023】
内側外周領域Ar1では帯状導体21の幅方向の巻鉄心13の鉄心窓の寸法が小さく、かつその減少率が大きいが、幅Wが漸次縮小するテーパ部21dを配置しているため、幅一定の帯状導体を巻回する場合と比較して巻数が増大する。一方、内側外周領域Ar1は、帯状導体21に生じるジュール熱に対する冷却効果が高い。外側外周領域Ar2も、上記内側外周領域Ar3と同様に、帯状導体22の幅方向の巻鉄心13の鉄心窓の寸法が小さく、かつその減少率が大きいが、幅Wが漸次縮小するテーパ部22dを配置しているため、幅一定の帯状導体を巻回する場合と比較して巻数が増大する。一方、外側外周領域Ar2も、帯状導体22に生じるジュール熱に対する冷却効果が高い。このように第2参考例では、帯状導体21,22に生じるジュール熱に対する冷却効果が比較的高い領域である内側外周領域Ar1と外側外周領域Ar2において、冷却効果の低い中心領域Ar3よりも帯状導体21,22の断面積を小さく、かつこの断面積を漸次低減させることにより、帯状導体21,22の発熱による温度上昇の制約を充足しつつ、かつ巻線10の横断面の面積を増加させることなく帯状導体21,22の巻数を増大させている。この巻数の増大により、巻鉄心13の小型化し、変成器全体としても小型化、軽量化、及びコスト低減を図ることができる。
【0024】
なお、図4では、巻鉄心10の横断面を概略的に示しているため、巻鉄心13の鉄心窓に隙間があるように見えるが、実際にはこの隙間は極めて微少であり、実質的に巻鉄心10の横断面は円形である。第2参考例のその他の構成及び作用は第1参考例と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【0025】
(第1実施形態)
次に、図5から図7に示す本発明の第1実施形態について説明する。
この第1実施形態では、図7に示すコイルボビン25に巻線を形成している。このコイルボビン25は、共に樹脂製である外枠26と、内枠27とを備えている。外枠26は巻鉄心13に巻き込まれる一対の鉄心巻き込み部26aと、この鉄心巻き込み部26aを連結する一対の連結部26bとを備え、全体として矩形枠状を呈している。また、外枠26の外周には巻線を収容するための溝26cが形成されている。上記内枠27は、外枠26と同様に、一対の鉄心巻き込み部27aと、一対の連結部27bとを備えた矩形枠状であって、その外周に溝27cが形成されている。外枠26に対して内枠27が一体に嵌め込まれる。
【0026】
図5に示すように、外枠26の溝26cの断面は矩形状であり、内枠27の溝27cの断面は正六角形を2分割した形状である。従って、溝26c,27cを合わせた断面形状、すなわち巻線10の断面形状は、円形に近似した形状である。
【0027】
図5に示すように、巻線10は一次巻線11と、二次巻線12とにより構成され、一次巻線11は、コイルボビン25の内枠27の溝27cに径が一定(断面積が一定)の導線28を巻回して形成されている。そのため、一次巻線11については、内側領域Ar1と中心領域Ar3とで導線28の断面積が一定である。一方、二次巻線12は、コイルボビン25の外枠26の溝26cに帯状導体29を巻回して構成している。この帯状導体29は上記第2参考例における帯状導体21,22と同様である。すなわち、帯状導体29は板厚が一定で基端29a側の平行部29cと、末端29b側のテーパ部29dとを備えている。帯状導体29は基端29a側からコイルボビン25の外枠26に巻回しており、中心領域Ar3には平行部29cが配置され、外側外周部Ar2にはテーパ部29dが配置されている。なお、図においてt6,t7,t8,t9は一次側及び二次側の入出力用の端子を示している。
【0028】
外側外周領域Ar2では、帯状導体22の幅方向の巻鉄心13の鉄心窓の寸法が小さく、かつその減少率が大きいが、幅Wが漸次縮小するテーパ部29dを配置しているため、幅一定の帯状導体を巻回する場合と比較して巻数が増大する。一方、外側外周領域Ar2は、帯状導体22に生じるジュール熱に対する冷却効果が高い。このように第1実施形態では、帯状導体29に生じるジュール熱に対する冷却効果が比較的高い領域である外側外周領域Ar2において、冷却効果の低い中心領域Ar3よりも帯状導体29の断面積を小さく、かつこの断面積を漸次低減させることにより、帯状導体29の発熱による温度上昇の制約を充足しつつ、かつ巻線10の横断面の面積を増加させることなく帯状導体29の巻数を増大させている。この巻数の増大により、巻鉄心13を小型化し、変成器全体としても小型化、軽量化、及びコスト低減を図ることができる。第1実施形態のその他の構成は第1参考例と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【0029】
(第2実施形態)
図8及び図9に示すように、本発明の第2実施形態に係る変成器の巻線10は、1個の一次巻線41を備え、この一次巻線41よりも窓部10c側に2個の二次巻線42,43を備え、さらに一次巻線41に対して窓部10cと反対側に2個の二次巻線44,45を備えている。窓部10c側の2個の二次巻線42,443と、窓部10cと反対側の二次巻線44,45とは1個ずつ電気的に接続されている。従って、この変成器は1個の一次巻線と2個の二次巻線を有している。
【0030】
一次巻線41は径が一定(断面積が一定)である導線41aを巻回してなり、巻線10の横断面の中心付近に配置されている。
この一次巻線41よりも窓部10c側には配置されている2個の二次巻線42,43は、それぞれ絶縁スペーサ15Aにより一次巻線41に対して絶縁されると共に、絶縁スペーサ15Cにより二次巻線42,43どうしが互いに絶縁されている。また、これらの二次巻線42,43は、図10(B),(C)に示すように、板厚が一定で断面が矩形状であって、基端46a,47a側の長さL1の平行部46c,47cと、末端46b,46b側の長さL2のテーパ部46d,47dとを備える帯状導体46,47からなる。これらの帯状導体46,47は、長手方向の一方の辺が折れ曲がりのない直線であり、他方の辺が一方の辺に向けて延びることによりテーパ部46d,47dが形成されている。二次巻線42,43は、これらの帯状導体46,47を末端46b,47b側から巻回することにより形成され、それぞれ内側外周領域Ar1に各帯状導体46,47のテーパ部46d,47dが配置され、中心領域Ar3に平行部46c,47cが配置されている。
【0031】
一次巻線41に対して窓部10cと反対側の二次巻線44,45も、図10(B),(C)に示すように、板厚が一定で断面が矩形状であって、基端48a,9a側の長さL1の平行部48c,49cと長さL2のテーパ部48d,49dとを備える帯状導体48,49からなる。二次巻線44,45は、これらの帯状導体48,49を基端48a,49a側から巻回することにより形成され、それぞれ外側外周領域Ar2に各帯状導体48,49のテーパ部48d,49dが配置され、中心領域Ar3に平行部48c,49cが配置されている。
【0032】
図においてt11からt20は一次巻線41及び二次巻線42〜45の端子を示している。これらのうち端子t11,t12,t13,t15,t18,t20は一次側及び二次側の入出力用の端子を示している。一方、端子t14,t16,t17,t19は二次巻線42〜45の相互接続用である。
【0033】
まず、窓部10c側の2個の二次巻線42,43のうち、一方の二次巻線42の端子t14と、巻線10の横断面においてこの二次巻線42と横断面の中心に対して点対称に配置されている窓部10cと反対側の二次巻線44の端子t17とが接続されている。従って、これらの二次巻線42,44は1本の巻線を構成している。
【0034】
また、窓部10c側の2個の二次巻線42,43のうち、他方の二次巻線43の端子t16と、巻線10の横断面においてこの二次巻線43と横断面の中心に対して点対称に配置されている窓部10cとは反対側の二次巻線45の端子t19とが接続されている。従って、これらの二次巻線43,45は1本の巻線を構成している。
【0035】
この第2実施形態では、窓部10c側の二次巻線42,43においては、帯状導体46,47のテーパ部46d,47dが内側外周領域Ar1に配置され、平行部46c,47cが中央領域Ar3に配置されている。同様に、窓部10cとは反対側の二次巻線44,45においては、帯状導体48,49のテーパ部48d,49dが外側外周領域Ar2に配置され、平行部48c,49cが中央領域Ar3に配置されている。このように第2実施形態では、帯状導体46〜49に生じるジュール熱に対する冷却効果が比較的高い領域である内側領域Ar1及び外側外周領域Ar2において、冷却効果の低い中心領域Ar3よりも帯状導体46〜49の断面積を小さく、かつこの断面積を漸次低減させることにより、帯状導体の46〜49発熱による温度上昇の制約を充足しつつ、かつ巻線10の横断面の面積を増加させることなく帯状導体29の巻数を増大させている。この巻数の増大により、巻鉄心13の小型化し、変成器全体としても小型化、軽量化、及びコスト低減を図ることができる。第2実施形態のその他の構成は第1参考例と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する
【0036】
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。
図10(D)〜(F)に示すように、帯状導体149,149’,149’として、幅Wが一定である平行部149a,149a’,149a’’と、幅Wが段階的に縮小する部149b,149b’,149b’’とを備えるものを使用してもよい。なお、帯状導体の厚みを、外側外周領域及び/又は内側外周領域と中心領域とで異ならせても良い。
【0037】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の変成器では、導体に生じるジュール熱に対する冷却効果が比較的高い領域である巻線の横断面における内側外周領域と外側外周領域のうちの少なくとも一方において、中心領域よりも導体の断面積を小さく設定している。従って、導体の発熱による温度上昇の制約を充足しつつ、かつ巻線の横断面の面積を増加させることなく導体の巻数を増大させ、それによって巻鉄心の小型化(鉄心有効断面積の低減)を図ることができる。巻鉄心は、変成器を構成する他の部品と比較し寸法も大きく、かつ重量も重いので巻鉄心の小型化により変成器全体として、小型化、軽量化を図ることができる。また、巻鉄心は変成器を構成する他の部品と比較して比較的高価である電磁鋼板からなるため、巻鉄心を小型化して電磁鋼板の使用量を低減することにより、変成器の製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1参考例の変成器を示す斜視図である。
【図2】 図1のII-II線での断面図である。
【図3】 本発明の第1参考例の変成器の回路図である。
【図4】 本発明の第2参考例の変成器を示す断面図である。
【図5】 本発明の第1実施形態の変成器を示す断面図である。
【図6】 本発明の第1実施形態の変成器の回路図である。
【図7】 第1実施形態の変成器が備えるコイルボビンを示す分解斜視図である。
【図8】 本発明の第2実施形態の変成器を示す断面図である。
【図9】 本発明の第2実施形態の変成器の回路図である。
【図10】 (A)、(B)、(C)、(D)、(E)、及び(F)は、帯状導体を示す平面図である。
【図11】 従来の変成器を示す断面図である。
【図12】 巻線の横断面における位置と導線に生じるジュール熱に起因する温度上昇との関係を示す線図である。
【符号の説明】
10 巻線
10a 脚部
10b 連結部
10c 窓部
11 一次巻線
11a,11b 導線
12 二次巻線
12a,12b 導線
13 巻鉄心
14 絶縁テープ
15 絶縁スペーサ
21,22 帯状導体
21c,22c 平行部
21d,22d テーパ部
25 コイルボビン
26 外枠
27 内枠
28 導線
29 帯状導体
29c 平行部
29d テーパ部
41 一次巻線
41a 導線
42,43,44,45 二次巻線
46,47,48,49 帯状導体
46a,47a,48a,49a 基端
46b,47b,48b,49b 末端
46c,47c,48c,49c 平行部
46d,47d,48d,49d テーパ部
Ar1 内側外周領域
Ar2 外側外周領域
Ar3 中心領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a transformer such as a transformer, and in particular, to reduce the size and weight of a transformer formed by winding a magnetic steel sheet such as a silicon steel sheet around a pair of legs provided in a winding to form a wound core. And manufacturing cost reduction.
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 shows a transformer already proposed by the present inventor (see Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-226168 and 8-51034). The transformer includes a winding 1 and a pair of wound cores 4. The winding 1 is composed of a primary winding 2 and a secondary winding 3 in which the conducting
[0003]
Like the other various transformers, the relationship of the following formula (1) is established in the
[0004]
[Expression 1]
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In order to reduce the size and weight of the transformer, it is most effective to reduce the size of the wound iron core 4 which is large in size and heavy among the components constituting the transformer. Also, from electromagnetic steel sheets such as silicon steel sheetsWindingThe iron core 4 is relatively more expensive than other parts constituting the transformer, and the size of the wound iron core 4 is preferably as small as possible in order to reduce the manufacturing cost of the transformer.
[0006]
As apparent from the above formula (1), in order to reduce the size of the wound core 4, that is, the effective core area A, while maintaining the same electromotive force E and without reducing the magnetic flux density Bm, What is necessary is just to increase N. Further, in order to increase the number of turns N of the
[0007]
However, when the present inventor conducted various experiments and researches, due to the Joule heat generated in the
[0008]
An object of the present invention is to reduce the size and weight of a transformer formed by forming a wound iron core between a pair of legs included in a winding, and to reduce the manufacturing cost based on such new knowledge.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a pair of leg portions facing each other with a space therebetween, a pair of connection portions connecting both ends of the leg portions, and a window portion surrounded by the leg portions and the connection portion.GetA winding and a pair of wound iron cores each formed by winding a magnetic steel sheet on each of the pair of legs, and the winding has a substantially cross-sectional shape that is a cross section in a direction perpendicular to the winding direction of the conductor. A transformer that is circular,The winding is composed of a primary winding formed by winding a conductor having a circular cross section a plurality of times and a secondary winding formed by winding a single strip-shaped conductor a plurality of times,the aboveStrip of conductorThe cross-sectional area in the cross section orthogonal to the winding direction is the inner peripheral area, which is the outer peripheral area on the window side in the cross section of the winding, and the opposite side of the window in the cross section of the winding. A transformer is provided that is smaller in at least one of the outer peripheral areas, which are the outer peripheral areas, than the central area, which is an area in the vicinity of the center in the cross section of the winding.
[0010]
In the transformer of the present invention,StripIn at least one of the inner peripheral area and the outer peripheral area in the cross section of the winding, which is a relatively high cooling effect on Joule heat generated in the conductor, than the central areaStripThe cross-sectional area of the conductor is set small. Therefore,StripSatisfying restrictions on temperature rise due to heat generated by conductors and without increasing the cross-sectional area of the windingStripThe number of windings of the conductor can be increased, thereby reducing the size of the wound core (reducing the effective core area). Since the wound core is larger in size and heavier than other components constituting the transformer, the entire transformer can be reduced in size and weight by downsizing the wound core. In addition, since the wound iron core is made of a magnetic steel sheet that is relatively expensive compared to other parts constituting the transformer, the manufacturing cost of the transformer can be reduced by reducing the volume of the magnetic steel sheet by reducing the size of the wound iron core. Can be reduced. Note that the “substantially circular” is not limited to a perfect circle but is a plane included in a substantially circular category as the shape of the cross section of the winding, such as an ellipse, an ellipse, a polygon, and a closed curve including a free curve. A figure.
[0011]
For example,the aboveStrip conductorHas a constant thicknessAndCross sectionIn the form ofAhAnd aboveOuter peripheral areaAnd the width aboveWidth in the inner periphery areaAnd at least one ofBut,Smaller than the width in the central regionYes.
[0012]
Specifically, the above-mentioned strip conductorThe width is aboveOuter peripheral areaAnd aboveInner peripheral areaAnd at least one ofAs the distance from the central region increases, the image shrinks continuously or stepwise. Note that the thickness of the strip-shaped conductor may be different between the outer peripheral region and / or the inner peripheral region and the central region.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail based on the embodiments of the present invention shown in the drawings.
[0014]
(FirstReference example)
1 to 3 show the first of the present invention.Reference exampleThe transformer which concerns on is shown.
The transformer includes a single winding 10 including a primary winding 11 and a
[0015]
The winding 10 includes a pair of
[0016]
The primary winding 11 and the secondary winding 12 which comprise the coil | winding 10 are each comprised from the material which has electroconductivity, such as copper, and are comprised by winding
[0017]
First, the primary winding 11 includes a primary-side
[0018]
Next, the secondary winding 12 includes a secondary-side
[0019]
As shown in FIG. 2, for the primary winding 11, the primary inner conductor having a small diameter (small cross-sectional area) in the inner outer peripheral area Ar <b> 1, which is an area near the outer periphery on the
[0020]
(SecondReference example)
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.Reference exampleThe transformer which concerns on is shown.
This secondReference exampleThen, the primary winding 11 and the secondary winding 12 of the winding 10 are formed by winding strip-
[0021]
The primary winding 11 is formed by winding a strip-shaped
[0022]
Figure4As shown in the figure, for the strip-shaped
[0023]
Inner peripheral area Ar1Then, although the size of the iron core window of the
[0024]
In addition, in FIG. 4, since the cross section of the
[0025]
(No.1Embodiment)
Next, the present invention shown in FIGS.1Embodiments will be described.
This first1In the embodiment, the winding is formed on the
[0026]
As shown in FIG. 5, the cross section of the
[0027]
As shown in FIG. 5, the winding 10 includes a primary winding 11 and a secondary winding 12, and the primary winding 11 has a constant diameter (cross-sectional area) in the groove 27 c of the
[0028]
In the outer peripheral region Ar2, the size of the core window of the
[0029]
(No.2Embodiment)
As shown in FIG. 8 and FIG.2The transformer winding 10 according to the embodiment includes one primary winding 41, two
[0030]
The primary winding 41 is formed by winding a conductive wire 41 a having a constant diameter (a constant cross-sectional area), and is disposed near the center of the cross section of the winding 10.
The two
[0031]
As shown in FIGS. 10B and 10C, the
[0032]
In the figure, t11 to t20 indicate terminals of the primary winding 41 and the
[0033]
First, of the two
[0034]
Of the two
[0035]
This first2In the embodiment, in the
[0036]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
As shown in FIGS. 10D to 10F, as the strip-shaped
[0037]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, in the transformer of the present invention, in at least one of the inner peripheral region and the outer peripheral region in the cross section of the winding, which is a region where the cooling effect against Joule heat generated in the conductor is relatively high. The cross-sectional area of the conductor is set smaller than the central region. Therefore, while satisfying the restriction of temperature rise due to heat generation of the conductor and increasing the number of turns of the conductor without increasing the cross-sectional area of the winding, the winding core is reduced in size (reducing the effective core area) Can be achieved. Since the wound core is larger in size and heavier than other components constituting the transformer, the entire transformer can be reduced in size and weight by downsizing the wound core. In addition, since the wound iron core is made of a magnetic steel sheet that is relatively expensive compared to other parts constituting the transformer, the manufacturing cost of the transformer can be reduced by reducing the volume of the magnetic steel sheet by reducing the size of the wound iron core. Can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the first of the present invention.Reference exampleIt is a perspective view which shows this transformer.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 shows the first of the present invention.Reference exampleIt is a circuit diagram of a transformer.
FIG. 4 shows the second of the present invention.Reference exampleIt is sectional drawing which shows this transformer.
FIG. 5 shows the first of the present invention.1It is sectional drawing which shows the transformer of embodiment.
FIG. 6 shows the first of the present invention.1It is a circuit diagram of the transformer of an embodiment.
FIG. 71It is a disassembled perspective view which shows the coil bobbin with which the transformer of embodiment is provided.
FIG. 8 shows the first of the present invention.2It is sectional drawing which shows the transformer of embodiment.
FIG. 9 shows the first of the present invention.2It is a circuit diagram of the transformer of an embodiment.
10 (A), (B), (C), (D), (E), and (F) are plan views showing a strip-shaped conductor. FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a conventional transformer.
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a position in a cross section of a winding and a temperature rise caused by Joule heat generated in a conducting wire.
[Explanation of symbols]
10 windings
10a Leg
10b connecting part
10c Window
11 Primary winding
11a, 11b conducting wire
12 Secondary winding
12a, 12b Conductor
13 roll iron core
14 Insulation tape
15 Insulating spacer
21, 22 Strip conductor
21c, 22c Parallel part
21d, 22d taper part
25 Coil bobbin
26 Outer frame
27 Inner frame
28 conductor
29 Strip conductor
29c Parallel part
29d taper
41 Primary winding
41a Conductor
42, 43, 44, 45 Secondary winding
46, 47, 48, 49 Strip conductor
46a, 47a, 48a, 49a
46b, 47b, 48b, 49b
46c, 47c, 48c, 49c Parallel part
46d, 47d, 48d, 49d Tapered part
Ar1 inner peripheral area
Ar2 outer peripheral area
Ar3 central region
Claims (3)
上記一対の脚部に電磁鋼板をそれぞれ巻き込でなる一対の巻鉄心とを備え、
上記巻線は上記導体の巻回方向と直交する方向の断面である横断面の形状が略円形である、変成器であって、
上記巻線は、
断面円形の導線を複数回巻回してなる一次巻線と、
単一の帯状導体を複数回巻回してなる二次巻線と
により構成され、
上記帯状導体の上記巻回方向と直交する断面での断面積は、上記巻線の横断面における上記窓部側の外周近傍領域である内側外周領域と、上記巻線の横断面における上記窓部と反対側の外周近傍領域である外側外周領域とのうちの少なくとも一方の領域において、上記巻線の横断面における中心近傍の領域である中心領域よりも小さい、変成器。And a pair of leg portions facing each other at an interval, and a pair of connecting portions connecting both ends of these legs, and Bei obtain winding and a window portion surrounded by these legs and the connecting portion,
A pair of wound iron cores each including a magnetic steel sheet wound around the pair of legs,
The winding is a transformer having a substantially circular cross-sectional shape that is a cross section in a direction orthogonal to the winding direction of the conductor,
The winding is
A primary winding formed by winding a conducting wire having a circular cross section multiple times;
A secondary winding formed by winding a single strip-shaped conductor multiple times;
Composed of
The cross-sectional area of the strip-shaped conductor in the cross section orthogonal to the winding direction is the inner peripheral area, which is the vicinity of the outer periphery on the window section side in the cross section of the winding, and the window section in the cross section of the winding. A transformer that is smaller in at least one of the outer peripheral area that is the outer peripheral area on the opposite side to the center area that is an area in the vicinity of the center in the cross section of the winding.
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