JP6171190B2 - 電圧変換トランス - Google Patents

Description

本発明は、一次側コイルと複数の二次側コイルを備えた電圧変換トランスに関する。

従来のこの種の電圧変換トランスとしては、特許文献１に記載のものが知られている。
特許文献１には、電圧変換トランスを備えたLED駆動装置が記載されており、この従来の装置は、一次コイルおよび複数の二次コイルを有するトランスと、複数の二次コイルから交番電力を出力する電力供給手段と、を備えている。
複数の二次コイルのうちの第１の二次コイルには、電流バランス部および第１の整流平滑部が直列接続され、第１の整流平滑部から第１のLED負荷へ電力が供給される。一方、複数の二次コイルのうちの第２の二次コイルには、第２の整流平滑回路が接続され、第２の整流平滑回路から第２のLED負荷へ電力が供給される。
複数の二次コイルの第２の二次コイルの両端には、直流負荷が設けられ、第１および第２のコイルは電磁的に結合される。
電力制御部が、直流負荷に供給される電力に基づき、交番電力を制御する。

特開２０１１−２２２３２７号公報

しかしながら、上記従来の電圧変換トランスは、以下に説明するような問題がある。
すなわち、上記従来の電圧変換トランスにあっては、電圧変換トランスに加えて電流バランス部が必要となる。この電流バランス部は、電圧変換トランスの二次コイルの第１のコイルから交流電流が供給される一次側コイルと、インピーダンスが異なる各LED負荷に流れる電流をバランスさせるため複数のLED負荷に対応させた複数の二次側コイルと、を備え、上記複数の二次側コイルを電磁結合させたものである。
このため、上記従来の装置では、電流バランス用のトランスが必要な分、コスト高、およびスペース増大を免れないといった問題が発生する。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、電流バランス用のトランスを用いることなく、複数の二次側コイルの出力電流をバランスさせることができるようにした電圧変換トランスを提供することにある。

この目的のため、本発明による電圧変換トランスは、
中央に配置した一次側レグと、
該一次側レグを周回する一次側コイルと、
該一次側コイルの半径方向外側で、かつ前記一次側レグの周囲に分割配置されたｎ個の二次側レグと、
該ｎ個の二次側レグのうちのｍ個の前記二次側レグに、各レグで発生する電流が同じ方向になるようにして、それぞれが異なる組み合わせで、かつ同じ巻き数で選択的に巻き付けられたｐ本の二次側コイルと、
を備え、
ｍが２以上でｎより小さい数であり、
かつ、ｍとｎは互いに素の関係にある数であり、
ｐは、nと同じであり、
前記一次側レグおよび前記二次側レグは、ポット・コアの一部であり、
前記二次側レグは、厚み方向に複数のスリットでｎ個に分割された筒状であり、
前記一次側コイルと前記二次側コイルは、同軸に配置され、
前記一次コイルの正極側線と負極側線は、前記二次側レグの一つのスリットから導出され、
ｐ本の前記二次側コイルの正極側線と負極側線は、それぞれ異なる組み合わせの２っのスリットから導出される、
ことを特徴とする。

また、この目的のため、発明の電圧トランスは、
中央に配置した１個または複数の一次側レグと、
該一次側レグの周りに配置された一次側コイルと、
該一次側コイルの半径方向外側で、かつ前記一次側レグの周囲に分割配置されたｎ個の二次側レグと、
該ｎ個の二次側レグのうちのｍ個の前記二次側レグに、各レグで発生する電流が同じ方向になるようにして、それぞれが異なる組み合わせで、かつ同じ巻き数で選択的に巻き付けられたｐ本の二次側コイルと、
を備え、
ｍが２以上でｎより小さい数であり、
かつ、ｍとｎは互いに素の関係にある数であり、
ｐは、nと同じであり、
前記一次側レグおよび前記二次側レグは、ｎ個のトロイダル・コアの一部であり、
前記一次側コイルと前記二次側コイルは、同軸に配置され、
前記一次側コイルは、ｎ個の環状コアを貫通し、
ｐ本の前記二次側コイルは、ｎ個の環状コアのうち異なる組み合わせのｍ個の環状コアを貫通する、
ことを特徴とする。

また、好ましくは、発明の電圧変換トランスは、
ｐ本の二次側コイルが、この一端がグランドに接続されて電流方向がグランドを基準にして同じ方向になるように巻き付けられており、
ｐ本の二次側コイルの他端が整流回路を介して合流させられている、
ことを特徴とする。

本発明の電圧変換トランスにあっては、ｎ個の二次側レグのうちのｍ個の二次側レグを、各レグで発生する電流が同じ方向になるようにして、それぞれが異なる組み合わせで選択的にｐ本の二次側コイルで巻き付け、ｎ、ｍ、ｐの関係を上記のように設定したので、電流バランス用トランスを用いることなく、電圧変換トランスに設けられた二次側の複数のコイルの電流を確実にバランスさせることができ、電流バランス用トランスが不要となる分、コストやスペースの低減をはかることができる。また、一次側レグおよび二次側レグがポット・コアの一部であって、かつ二次側レグが円筒状であってこの半径方向に伸びる複数のスリットでｎ個に分割されているので、漏れ磁束が少なくなり、電圧変換効率を良くすることができる。

前記一次側レグおよび前記二次側レグは、ｎ個のトロイダル・コアの一部であり、前記一次側コイルと前記二次側コイルは、同軸に配置され、前記一次側コイルは、ｎ個の環状コアを貫通し、ｐ本の前記二次側コイルは、ｎ個の環状コアのうち異なる組み合わせのｍ個の環状コアを貫通するようにしたので、電流バランス用トランスを用いることなく、電圧変換トランスに設けられた二次側の複数のコイルの電流を確実にバランスさせることができ、電流バランス用トランスが不要となる分、コストやスペースの低減をはかることができ、一次側レグおよび二次側レグが、ｎ個のトロイダル・コアの一部であるので、構造が簡単になり、コスト・アップを抑制することができる。

また、ｐ本の二次側コイルの一端がグランドに接続され、電流方向がグランドを基準にして同じ方向になるように巻き付けられ、ｐ本の二次側コイルの他端が整流回路を介して合流されるので、電力損失を抑制しながら、二次側コイルから出力される電流を整流することができる。

本発明の電圧変換トランスにおいて電流がバランスする理由を説明する図である。 本発明の電圧変換トランスにおいて電流がバランスするための構成にあたって電流がバランスしない第１の例外の場合を説明する図である。 本発明の電圧変換トランスにおいて電流がバランスするための構成にあたって電流がバランスしない第２の例外の場合を説明する図である。 本発明の実施例１に係る電圧変換トランスとその周辺の回路図である。 実施例１の電圧変換トランスを模式的に示した平面図である。 実施例１の電圧変換トランスの分解斜視図である。 実施例１の電圧変換トランスの高さごとの断面斜視図である。 実施例１の電圧変換トランスの高さごとの断面側面図である。 実施例１の効果を説明するため比較する従来技術のシミュレーション用回路図である。 図９の従来技術でのシミュレーション結果を示す図である。 実施例１に相当するシミュレーション用回路でのシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施例２に係る電圧変換トランスとその周辺の回路図である。 実施例２に相当するシミュレーション用回路でのシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施例３に係る電圧変換トランスを示す図であり、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は斜視図である。 本発明の実施例４に係る電圧変換トランスとその周辺の回路図、およびその電圧変換トランスを模式的に示した平面図である。 本発明の実施例５に係る電圧変換トランスとその周辺の回路図、およびその電圧変換トランスを模式的に示した平面図である。

本発明の電圧変換トランスでは、二次側レグが一次側レグの周囲に分割配置されたｎ個で構成され、これらのｎ個の二次側レグのうちのｍ個の二次側レグに、それぞれが異なる組み合わせで、かつ同じ巻き数でｐ本の二次側コイルが選択的に、各レグで発生する電流が同じ方向になるようにして、巻き付けられるように構成される。
この結果、二次側コイルが、ｍ／ｎの磁束が通るように二次側レグに配置される。
ただし、上記ｍ、ｎ、ｐはいずれも自然数であって、ｍは、２以上で、かつｎより小さくなる自然数であって、ｍとｎとは互いに素になるように設定される。また、ｐとnは同じ数に設定される。

ここで、本発明では、従来技術のように電流バランス・トランスを用いなくても二次側の電流をバランスすることができる理由について以下に説明する。
図1(a)に示すように、１個のリング状のコアC0の一方側のレグに巻数Naの一次側コイルLaが巻付き、その他方のレグに巻き数Nbの二次側コイルLbが巻きつけられて、一次側コイルLaに電流Iaが流れ、二次側コイルLbに電流Ibが流れる（電流の流方向はIaとIbとは逆方向）場合、次式の関係が成立する。
Na×Ia＝Nb×Ib
すなわち、コイルLa、Lbでそれぞれ発生した磁束EaとEbが互いに打ち消し合ってコアC0の内部での磁束が０となるように、各コイルLa、Lbには電流Ia、Ibがそれぞれ流れることになる。
上記は、一次側あるいは二次側コイルがそれぞれ１本の場合であるが、複数のコイルの場合であっても、コア内部の磁束が０となるように各コイルには電流が流れることになる。

次に、図１(b)に示すように、３個のコア、すなわち第１コアC1、第２コアC2、第３コアC3を並べ、これらコアの一方側のレグに１本の一次側コイルL0を、また他方側のレグに３本の二次側コイルL1、L2、L3をそれぞれ以下のように巻き付けた場合を考える。
すなわち、一次側コイルL0は、１本であり、第１コアC1〜第３コイルC3の一方側の各レグにこれらの順にそれぞれ巻き数N1で巻き付けられる。
他方、二次側コイルでは、第１二次コイルL1が第１コアC1および第３コアC3の他方側の各レグにそれぞれ１巻き分、巻き付けられ、第２二次側コイルL2が第１コアC1および第２コアC2他方側の各レグにそれぞれ１巻き分、巻き付けられ、第３二次側コイルL3が第２コアC2および第３コアC3他方側の各レグにそれぞれ１巻き分、巻き付けられる。
なお、このとき、一次側コイルL0、第１二次側コイルL1、第２二次側コイルL2、および第３二次側コイルL3を流れる電流は、それぞれI0、I1、I2、I3であるとする。なお、各電流が流れる方向は、同図中に矢印で示してある。

まず、第１コアC1については、N1×I0＝I1＋I2が、また第２コアC2については、N1×I0＝I2＋I3が、また第３コアC3についてはN1×I0＝I3＋I1がそれぞれ成り立つ。
これらの式から、I1＝I2＝I3＝N1×I0×1/2が成り立つ。すなわち、各二次側コイルL1、L2、L3では、電流I1、I2、I3が同じ値となる。
なお、上記説明では、二次側コイルL1、L2、L3の巻き数を１としたが、それぞれの巻き数をN（自然数で１より大きい数）としても、電流I1、I2、I3の値は1/N倍となって異なるが、それらの大きさは同じになることには変わりない。

ここで、上記で説明したように、二次側の電流をバランスさせるには所定の条件が必要であり、一つ目の条件は、ｍ、ｎ、ｐはいずれも自然数であって、ｍが２以上で、かつｎより小さくなる自然数であること、また二つ目の条件は、ｎとｍが互いに約分できない、すなわち、互いに素の関係にあること、また三つ目の条件は、ｐ＝ｎであること、である。
これらの条件が必要な理由につき、以下に説明する。

図２に示すように、（ｎ＝）４個の磁路の二次側レグCL1〜CL4のうち（ｍ＝）２個の二次側レグを、（p＝）４本の二次側コイルL1〜L4で巻き付けた例を示す。すなわち、ｍ（＝２）とｎ（＝４）とが約分関係（素ではない関係）にある例である。
一次側コイルL0の巻き数を(N1＝)１、流れる電流をI0とし、また二次側コイルL1〜L4を流れる電流をI1〜I4とすると、
第１磁路二次側レグCL1においては、I1+I4＝I0・・・(1)
また、第２磁路二次側レグCL2においては、I1＋I2＝I0・・・(2)
また、第３磁路二次側レグCL3においては、I2＋I3＝I0・・・(3)
また、第４磁路二次側レグCL4においては、I3＋I4＝I0・・・(4)
がそれぞれ成り立つ。

この場合、減算式（1）−（2）、および減算式（3）−（4）から
I1=I4・・・(5)
また、減算式（2）−（3）、および減算式（4）−（1）から
I1＝I3・・・(6)
がそれぞれ成り立つ。
一方、加算式（1）＋（2）＋（3）＋（4）から
２×（I1＋I2＋I3＋I4）＝４×I0、すなわち
I1＋I2＋I3＋I4＝２×I0・・・(7)
が成り立つ。

この場合、上記式（5）、（6）は成立する必要はあっても、I1＝I2は成立しなくてもよい。すなわち、式（7）は、
（I1+I3）+（I2＋I4）＝２×I0・・・（8）
と書き直すことが可能であり、この式（8）に上記（5）、（6）の関係を代入すると、
I1＋I2＝I0・・・(９)
となり、I1とI2とが等しくなくても（9）すなわち（7）は成立することになる。
したがって、ｍとｎが素の関係にない場合は、電流がバランスしない場合もあることになり、これらの場合を省く必要がある。

次に、まずｐ＝n（＝３）であって電流がバランスする場合を図３に示す。
同図に示すように、（ｎ＝）３個の磁路の２次側レグCL1〜CL3に（ｐ＝）３本の二次側コイルL1〜L3が巻き付けられ、一次側コイルL0、二次側コイルL1〜L3に流れる電流をI0、I1、I2、I3とすると、上記で説明したように、
第１磁路二次側レグCL1について、I1+I3=I0・・・（10）
また、第２磁路二次側レグCL2について、I1+I2＝I0・・・（11）
また、第３磁路二次側レグCL3について、I2+I3＝I0・・・(12)
がそれぞれ成立する。
したがって、減算式（10）−（11）から、I2＝I3・・・（13）
また、減算式（11）−（12）から、I1=I3・・・（14）
また、減算式（12）−（10）から、I1=I2・・・(15)
がそれぞれ得られ、電流I1、I2、I3がバランスすることが分かる。
なお、加算式（10）＋（11）＋（12）から、
２×（I1＋I2+I3）＝３×I0・・・(16)
が成り立つ。したがって、I1＝I2＝I3＝I0/2となる。

一方、図３において第３二次コイルL3を無くした場合、すなわちP＝2であって、pとn（＝３）が同じ数ではない場合には、上記式（10）〜（12）においてI3＝０となる。
すなわち、第１磁路二次側レグCL1において、I1=I0・・・（17）
また、第２磁路二次側レグCL2において、I1+I2＝I0・・・(18)
また、第３磁路二次側レグCL3において、I2＝I0・・・(19)
となって、これらの式を満足する解が存在しないため、トランスや電流バランサとして動作しないことになる。
したがって、ｐとｎとが互いに異なる場合も、省く必要がある。

以上を踏まえて、以下、本発明の実施の形態を、図面に示す各実施例に基づき詳細に説明する。
各実施例の説明にあたっては、同様の構成部分については図示を省略し、または同一の符号を付けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

まず、実施例１の電圧変換トランスの全体構成を図４に基づいて説明する。
実施例１では、二次側レグが３分割（すなわち、ｎ＝３）で、二次側コイルが３本（すなわちｐ＝３）であって、二次側コイルのそれぞれのコイルが２つ（すなわちｍ＝２）の二次側レグを通るように設定した例である。
実施例１の電圧変換トランス１は、電源2に接続されて、この高電圧電力を低電圧電力に降圧させる電力変換機能をもつＤＣ−ＤＣコンバータ用トランスである。
電圧変換トランス１は、一次側コイルL1がと２次側コイルL2とが磁気コアMC内に非接触で配置されている。

一次側コイルL1は1本のコイルで構成され、二次側コイルL2は３本のコイルで構成される。
一次側コイルL1の連続する３区間にそれぞれ対応する第１〜第３コイル部分La、Lb、Lcに対して、二次側コイルL2では、３本の第１〜第３コイルLf、Lg、Lh（これらは正極側部分と負極側部分を有し、同図では、正極側部分については添え字1、負極側部分については添え字2を付けて表している）が以下のように対応配置させられる。
すなわち、一次側コイルL1の第１コイル部分Laに対しては、二次側コイルL2の第１コイルLfの正極側部分Lf1と第３コイルLhの負極側部分Lh2とが第１磁路一次側レグ3aおよび第１磁路二次側レグ4aを介して対応させられる。
また、一次側コイルL1の第２コイル部分Lbに対しては、二次側コイルL2の第１コイルLfの負極側部分Lf2と第２コイルLgの正極側部分Lg1とが第２磁路一次側レグ3bおよび第２磁路二次側レグ4bを介して対応させられる。
また、一次側コイルL1の第３コイル部分Lcに対しては、二次側コイルL2の第３コイルLhの正極側部分Lh1と第２コイルLgの負極側部分Lg2とが第３磁路一次側レグ3cおよび第３磁路二次側レグ4cを介して対応させられる。
二次側の第１コイルLf、第２コイルLg、第３コイル部分Lhの各負極側部分Lf2、Lg2、Lh2は、グランドに接地される。

図４の上記各コイルの関係を上方から見たのが、図５である。
同図において、一次側コイルL1は、実線で表されている。
また、二次側コイルL2の第１コイルLfは破線で、また第２コイルLgは一点鎖線で、また第３コイルLhは二点鎖線で、それぞれ表してある
なお、これらの図にあっては、見やすくするため、第１コイルLf、第２コイルLg、第３コイルLhは半径方向に互いにずらして描いてあるが、これらのコイルLf、Lg、Lhは、実際はこれらの中心軸方向に若干離れた状態で、一部同士が重なった位置にあって、かつ一次側コイルL1より半径方向外側にある。なお、ここでは第１〜第３コイルが一次側コイルL1の半径方向外側にある例を示しているが、第１〜第３コイルは、一次側コイルL1の半径方向外側にある必要はなく、一次側コイルと重なった位置にあっても良い。

二次側コイルL2では、この第１コイルLfの正極側線は第１負荷7Aに接続し、第２コイルLgの正極側線は第２負荷7Bに接続し、第３コイルLhの正極側線は第３負荷7Cにそれぞれ接続される。
一方、第１コイルLf、第２コイルLg、第３コイルLhの各負極側線は、グランドに接地される。

ここで、一次側コイルの巻き数については、図では簡略化のため１ターンになっているが、降圧したい電圧に応じて巻き数を変更する。一次側コイルの巻き数をｔターンとし、一次側の電圧をV1とするとき、二次側に得られる電圧V2は、
V2＝（1/ｔ）×（ｍ/ｎ）×V1となる。

上記のように構成される電圧変換トランス１の具体的構造について、図６〜図８に基づいて説明する。
図6は実施例１の電圧変換トランス１の分解斜視図、図７は軸方向において異なる高さでみた斜視図である。
図７のうち、同図(a)は電圧変換トランス１の外観斜視図、同図(b)は二次側コイルL2の第３コイルLhの直上で切断してみた断面斜視図、同図(c)は二次側コイルL2の第２コイルLgの直上で切断してみた断面斜視図、同図(d)は二次側コイルL2の第１コイルLfの直上で切断してみた断面斜視図、同図(e)は一次側コイルL1の直上で切断してみた断面斜視図である。
なお、これらの図において、コイル間の軸方向隙間は見やすくするため実際より大きく描いてある。

また、図８は、同図(a)に示した電圧変換トランス１の側面図においてそれぞれ高さが異なるZ1-Z1線、Z2-Z2線、Z3-Z3線、Z4-Z4線で切断して下方をみた場合(上記図７(b)〜(e)に相当)の断面図を、同図(b)、(c)、(d)、(e)にそれぞれ表している。

磁気コアMCは、図６〜図８に示すように、本実施例では、たとえばMn-Znフェライトの焼結で形成したポット・コアであるが、これに限られず他の形状、材料、製法で製造してもよい。
磁気コアMCは、中央に配置された円柱状の一次側レグ3と、この周囲に一次側レグ3とは半径方向の隙間を有した状態で、その周方向に分割配置された二次側レグ4と、一次側レグ3と二次側レグ4とを連結する底ヨーク部分と、これと反対側の開口を塞ぐ蓋ヨーク部分5とから構成されている。
二次側レグ4は、半径方向に伸びる３個のスリット6で３分割された３個のレグ4a、4b、4cで構成されている。

一次側コイルL1および二次側コイルL2は、いずれも銅板を打ち抜いてバス・バーとして形成してある。ただし、二次側コイルL2は3本の第１〜第３コイルLf〜Lhで構成しているため、それらは厚さを薄く形成してある。
一次側コイルL1は、一次側レグ3の周りに配置された円状部分と、この一部が切り欠かれた部分の両端に連続されてそれぞれ並行に引き出された直線状部分とを有している。円状部分は、この内周側面が一次側レグ3の外周面に沿うようにして配置されている。
なお、円状部分の１／３ずつに位置区分された３部分が上記第１コイル部分La、第２コイル部分Lb、第３コイル部分Lcにそれぞれ相当する。

一方、二次側コイルL2の第１コイルLf〜第３コイルLhは、すべて、240°の円弧部分と、これらの両端部から外側方向に伸びる２本の直線状部分とを有する。なお、第１コイルLf〜第３コイルLhの各円弧部分は、一次側コイルL1の円状部分より半径が大きく設定されていて、それらの外周面が二次側レグ4の内周面に沿うように配置されている。
また、これらの直線状部分は、第１コイルLf〜第３コイルLhが、この順に互いに120°ずつ、図６中、逆時計回りにずれるようにして二次側レグ4のスリット6に挿入され、これらのスリット6から外側へ突出させられる。

上記のように構成した電圧変換トランス1の作用について説明する。
電源２からは、一次コイルL1の正極側線からスイッチング電流が印加され、円状部分である第１コイル部分La、第２コイル部分Lb、第３コイル部分Lc、負極側線へと流れていく。
その結果、これらのコイル部分La、Lb、Lc発生した磁界は、一次側レグ3内に入って磁束を発生させる。このとき、一次側レグ3に連続された二次側レグ4にも磁束が発生する。この磁気エネルギは、二次コイルL2で電気エネルギに変換されて電流として取り出される。

すなわち、図４〜図８に示すように、一次側コイルL1と二次側コイルL2との間では、第１コイル部分Laおよび第１コイルLfの正極側部分Lf1と、第１コイル部分Laおよび第３コイルLhの負極側部分Lh2とが、それぞれ一次側レグ3と二次側レグ4の第１磁路二次側レグ4aを介して低電圧に変換する。
また、第２コイル部分Lbおよび第１コイルLfの負極側部分Lf2と、第２コイル部分Lbおよび第２コイルLgの正極側部分Lg1とが、それぞれ一次側レグ3と二次側レグ4の第２磁路二次側レグ4bを介して低電圧に変換する。
また、第３コイル部分Lcおよび第３コイルLhの正極側部分Lh1と、第３コイルLcおよび第２コイルLgの負極側部分Lg2とが、それぞれ一次側レグ3と二次側レグ4の第３磁路二次側レグ4cを介して低電圧に変換する。
これらの発生電流は、第１コイルLf、第２コイルLg、第３コイルLhに同時に発生する。
このようにして第１コイルLf、第２コイルLg、第３コイルLhで発生した二次側電流は、それぞれ第１〜第３負荷7A〜７Cに供給される。

次に、上記実施例１の電圧変換トランス1の効果を確かめるためシミュレーションを行った。
このシミュレーションでは、上記構成の電圧変換トランス1の二次側の負荷（抵抗を用いる）をわざとアンバランスにして測定した。なお、その場合、効果を確認するため、図９に示す従来の電圧変換トランスのシミュレーション用回路を用いて比較検討した。
図９に示すように、従来の電圧変換トランスは、１次側の磁気回路を構成する１次側レグ3と、２次側の磁気回路を構成する２次側レグ4とを有しており、１次側レグ3には１本の一次側コイルL1が、また２次側レグ4には（p＝）３本に分割配置された二次側コイルL2、すなわち第１コイルLf、第２コイルLg、第３コイルLhが巻かれている。

この従来技術のシミュレーション用回路では、二次コイル側に接続した抵抗を意図的にアンバランスにしている。すなわち、二次側コイルL2の第１コイルLfの正極側部分に接続した抵抗R1および第３コイルLhの正極側部分に接続した抵抗R3をいずれも3Ωとし、第２コイルLgの正極側部分に接続した抵抗R2を1Ωに設定した。
その結果、二次側コイルL2のそれぞれの配線には同様の電圧が生じるが、負荷（抵抗R1〜R3）にばらつきがある場合、配線間の電流にばらつきが生じることが示された。

そのシミュレーション結果を図１０に示す。
同図(a)、(b)にはいずれも横軸に時間が、また縦軸に電流の大きさがとってあり、同図(a)には、各抵抗R1〜R3を流れる電流I(R1)、I(R2)、I(R3)の大きさを重ねて示し、同図(b)には、抵抗R1〜R3ごとの電流I(R1)、I(R2)、I(R3)の大きさ（ただし、同図(b)では、R2はR1、R3のスケールを異ならせて描いてある）をそれぞれ分離して示してある。
これらの図から分かるように、第１抵抗R1と第３抵抗R3を流れる電流は同じ大きさで重なるが、第２抵抗R2を流れる電流はそれらより大きく約３倍になっていて、これらの電流間にはアンバランスが生じていることが分かる。なお、これらの電流はすべて同じ周期、位相で生じている。

一方、実施例１のシミュレーション回路にあっては、図４の回路で、従来技術の場合と同様に、第１負荷7Aに第１抵抗R1(=3Ω)、第２負荷7Bに第２抵抗R2(=1Ω)、第３負荷7Cに第３抵抗R3（＝3Ω）を用いたシミュレーション回路を用いる。
この場合のシミュレーション結果を図１１に示す。
実施例１の場合にも、同図(a)、(b)には、いずれも横軸に時間が、また縦軸に電流の大きさがとってあり、同図(a)には、各抵抗R1〜R3を流れる電流の大きさを重ねて示し、同図(b)には、抵抗R1〜R3ごとの電流の大きさ（ただし、同図(b)では、図１０の場合とは異なり、同じスケールである）を示してある。
これらの図から分かるように、第１抵抗R1〜第３抵抗R3を流れる電流I(R1)、I(R2)、I(R3)は、抵抗の大きさが異なっていてもすべて同じ値となる。すなわち、電流がバランスされている。なお、これら電流はすべて同じ周期、位相で生じている。

以上、説明したように、実施例１の電圧変換トランスは、以下の効果を有する。
すなわち、中央に配置した１個の一次側レグ3と、このレグ3の周りに配置された一次側コイルL1と、このコイルL1の半径方向外側で、かつ一次側レグ3の周囲に分割配置された板状の３個の二次側レグ4a、4b、4cと、これらの３個の二次側レグ4a、4b、4cのうちの２個の二次側レグを、それぞれが、ｍが２以上のｎより小さい数であり、かつ、ｍとｎは互いに素の関係にある数であり、かつ、上記ｐと上記ｎとが同じ数である条件を満たす、異なる組み合わせで選択的に巻き付けられた３本の二次側コイルと、を備えるようにしたので、従来技術のように電流バランス用のトランスを用いなくても、電流をバランスさせることができ、その分、コストやスペースを低減することができるようになる。

また、二次側コイルL2の厚さをバス・バーとして薄くしているので、表皮効果による電力損失を抑えることができる。
また、コアをポット・コアとしたので、焼結等で簡単かつ安価にコアを製造できるようになる。
また、二次側コイルの接続方法として、グランド側も合流させずに、フルブリッジ整流回路を用いて整流し負荷に供給するようにしても良いし、各巻線で絶縁された個別の負荷を接続するようにしてもよい。

次に、本発明の実施例２の電圧変換トランスについて、図面とともに説明する。
実施例２の電圧変換トランスは、図１２に示すように、実施例１の二次側コイルL2の第１コイルLfの正極側部分Lf1に第１ダイオードD1のアノードを、またその第２コイルLgの正極側部分Lg1に第２ダイオードD２のアノードを、またその第３コイルLhの正極側部分Lh1に第３ダイオードD3のアノードをそれぞれ接続し、第１ダイオードD1、第２ダイオードD２、第３ダイオードD3の各カソードを結合して二次側の電流を取り出すようにする。
また、第１コイルLf、第２コイルLg、第３コイルLhの各負極側部分Lf2、Lg2、Lh2は、グランドに接地される。
なお、第１〜第３整流ダイオードD1、D2、D3は、本発明の整流回路に相当する。

上記結線にあっては、上記の第１コイルLf〜第３コイルLhの引き出し線は、同一の時間において正極側線を通る電流が、全て同一方向に流れるように結線される。すなわち、第１コイルLfの正極側部分Lf1、第２コイルLgの正極側部分Lg1、第３コイルLhの正極側部分Lh1の電流が同一方向に流れるということは、各整流ダイオードD1、D2、D3を通り、各ダイオードのカソード部分が結線される箇所において、同一の時間に電流の流れ込む方向が同じ極性を持つということである（図の矢印の方向）。同様に、負極側の引き出し線についても、同一時間において、全て同一方向に電流が流れるように結線される。
他の構成は、実施例１の場合と同じである。

実施例２にあっては、第１コイルLf〜第３コイルLhの正極側部分Lf1、Lg1、Lh1から出力される電流は、実施例１の場合と同じだが、これらの電流は第１ダイオードD1〜第３ダイオードD3でそれぞれ整流されるので、正の電流値のみが出力されることになる。

実施例２においては、実施例１のシミュレーション回路において第１コイルLfの正極側部分Lf1と第１抵抗R1（＝3Ω）との間に第１ダイオードD1を、また第２コイルLgの正極側部分Lg1と第２抵抗R2（＝1Ω）との間に第２ダイオードD2を、また第３コイルLhの正極側部分Lh1と第３抵抗R3（＝3Ω）との間に第３ダイオードD3を挿入して、実施例１の場合と同様に抵抗にアンバランスを持たせてシミュレーションを行った。

図１３に、実施例２に相当する上記シミュレーション用回路を用いたシミュレーション結果を示す。
実施例２の場合にも、同図(a)、(b)には、いずれも横軸に時間が、また縦軸に電流の大きさがとってあり、同図(a)には、各整流ダイオードD11〜D3からの出力電流I(D1)、I(D2)、I(D3)の大きさを重ねて示し、同図(b)には、整流ダイオードD11〜D3ごとの電流の大きさを示してある。
これらの図から分かるように、第１整流ダイオードD1〜第３整流ダイオードD3を流れ出る電流I(D1)、I(D2)、I(D3)は、抵抗R1、R2、R3の大きさが異なっていてもすべて同じ大きさの正の値となる。すなわち、電流がバランスされる。また、これら電流はすべて同じ周期、位相で生じている。

実施例２の電圧変換トランスは、実施例１の場合と同様の効果を得ることができ、また整流回路を有しているので、正の値の出力電流のみを取り出すことが可能である。
また、上記の説明のように二次側の電流がバランスする結果、電流ばらつきに対応するための整流ダイオードのマージンも大きくとる必要もなくなり、その分、コスト・アップも抑えることが可能となる。

次に、本発明の実施例３の電圧変換トランスについて、図面とともに説明する。
実施例３では、図１４に示すように、実施例１のコアに代えて、３つのリング状のトロイダル・コアを用いて、そのレグを実施例１と同様に配線を構成する。
なお、同図(a)は実施例３の電圧変換トランスの平面図、同図(b)はその正面図、同図(c)はその斜視図である。

すなわち、３個のトロイダル・コア8A、8B、8Cをコイルで構成する円周上に配置し、それらの中心側部分が一次側レグ、半径外側方向部分が二次側レグとして構成される。
一次側コイルおよび二次側コイルは、円状に配置されて各トロイダル・コアの内部を貫通するようにされる。
半径外側方向部分の３個の二次側レグのうち２個ずつが、３本の二次側コイルLｆ、Lg、Lhによりそれぞれ実施例１の場合と同様の関係でそれぞれ選択的に巻かれる。
他の構成は、実施例１と同様とされる。

このように構成した実施例３の電圧変換トランスも、実施例１の場合と同様の効果を得ることができる。
また、実施例３の電圧変換トランスにあっては、一次側レグおよび二次側レグが、トロイダル・コア8A〜8Cの一部であるので、構造が簡単になり、コスト・アップを抑制することができる。

次に、本発明の実施例４に係る電圧変換トランスについて、図面とともに説明する。
実施例４は、図１５に示すように、n＝４、ｍ＝３とした場合の電圧変換トランスであって、同図(a)は電圧変換トランスを模式的に示した平面図であり、同図(b)は電圧変換トランスおよびその周辺の回路図である。
この場合、二次側レグは、周上で90度ずつに分割されてずらされた４個の第１〜第４磁路二次側レグ4a〜4dからなり、一次側レグの４部分に区分される第１〜第４磁路一次側レグ3a〜3dがそれぞれ対向される。

一方、一次側コイルL1は、１本であり、第１〜第４磁路一次側レグ3a〜3dに対応する第１〜第４コイル部分La〜Ldを有する。
二次側コイルL2は、第１〜第４磁路二次側レグ4a〜4dのうちの３個にそれぞれ回転方向にずれて対応する第１コイルLf、第２コイルLg、第３コイルLh、第４コイルLiの４本のコイルからなる。すなわち、p＝4である。
なお、第１〜第４コイルLf〜Liは、それぞれ正極側部分（添え字1を付けて同図中に示す）、中間部分（添え字2を付けて同図中に示す）、負極側部分（添え字3を付けて同図中に示す）を有する。

第１コイルLf、第２コイルLg、第３コイルLh、第４コイルLiは、第１コイルLfの正極側部分Lf1が第１磁路二次側レグ4aに対応し、第２コイルLgの正極部分Lg1が回転方向に次の第２磁路二次側レグ4bに対応し、第３コイルLhの正極部分Lh1が回転方向に次の第３磁路二次側レグ4cに対応し、第４コイルLiの正極部分Li1が回転方向に次の第４磁路二次側レグ4dに対応させられる。
そして、これらのコイルの正極側部分、中間部分、負極側部分は、これらの順で、第１磁路二次側レグ4a→第２磁路二次側レグ4b→第３磁路二次側レグ4c→第４磁路二次側レグ4dにそれぞれ１個ずつずれて合計３個のレグに対応する。

第１コイルLfの正極側部分Lf1は、第１磁路二次側レグ4aと第４磁路二次側レグ4dの間のスリットから取り出されて第１ダイオードD1のアノードに接続され、第２コイルLgの正極側部分Lg1は、第２磁路二次側レグ4bと第１レグ4アの間のスリットから取り出されて第２ダイオードD2のアノードに接続され、第３コイルLhの正極側部分Lh1は、第３磁路二次側レグ4cと第２磁路二次側レグ4bの間のスリットから取り出されて第３ダイオードD3のアノードに接続され、第４コイルLiの正極側部分Li1は、第４磁路二次側レグ4dと第３磁路二次側レグ4cの間のスリットから取り出されて第４ダイオードD4のアノードに接続される。
第１〜第４ダイオードD1〜D4のカソードは、結線されて合流する。これらのダイオードは、本発明の整流回路に相当する。
なお、第１〜第４コイルLf〜Liの負極側部分Lf3〜Li3は、グランドに接地される。

実施例４の電圧変換トランスでは、ｎ＝４、ｍ＝３、ｐ＝４としたので、この実施例４でも実施例１と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の実施例５に係る電圧変換トランスについて、図面とともに説明する。
実施例５は、図１６に示すように、n＝5、ｍ＝4、ｐ＝５とした場合の電圧変換トランスであって、同図(a)は電圧変換トランスを模式的に示した平面図であり、同図(b)は電圧変換トランスおよびその周辺の回路図である。
この場合も、実施例４と同様になり、個数が増えた分、異なるだけである。

すなわち、一次側レグは、第１磁路一次側レグ3a、第２磁路一次側レグ3b、第３磁路一次側レグ3c、第４磁路一次側レグ3d、第５磁路一次側レグ3eからなり、一次側コイルL1の第１コイル部分La、第２コイル部分Lb、第３コイル部分Lc、第４コイル部分Ld、第５コイル部分Leがそれぞれ対向する。

二次側レグは、環状のレグが５分割され、それぞれ72度ずつ回転方向にずらされた第１磁路二次側レグ4a、第２磁路二次側レグ4b、第３磁路二次側レグ4c、第４磁路二次側レグ4d、第５磁路二次側レグ4eからなり、これらは一次側の第１磁路一次側レグ3a、第２磁路一次側レグ3b、第３磁路一次側レグ3c、第４磁路一次側レグ3d、第５磁路一次側レグ3eに対面する位置に設けられる。

二次側コイルL2は、第１コイルLf、第２コイルLg、第３コイルLh、第４コイルLi、第５コイルLjからなり、これらは、それぞれ正極側部分（添え字1を付けて同図中に示す）、第１中間部分（添え字2を付けて同図中に示す）、第２中間部分（添え字3を付けて同図中に示す）、負極側部分（添え字4を付けて同図中に示す）の４つの部分を有する。これらの部分は回転方向にこれらの順に４個の二次側のレグに対面させられる。また、このとき、第１〜第５コイルLf〜Ljが、実施例３、４の場合と同様に、回転方向に順にずらされて配置される。

また、第１〜第５コイルLf〜Ljの正極側部分Lf1〜Lj1は、それぞれ第１〜第５ダイオードD1〜D5のアノード側に接続し、これらダイオードのカソード側を合流させて結線する。第１〜第５ダイオードD1〜D5は、本発明の整流回路に相当する。
実施例５の電圧変換トランスでは、ｎ＝５、ｍ＝４、ｐ＝５としたので、この実施例５でも実施例１と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明を上記実施例に基づき説明してきたが、本発明は上記実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。

たとえば、レグの形状や材質は上記のものに限られない。
また、一次側コイルL1や二次側コイルL2の巻き数は、目的や使用条件などにおいて適宜設定することができる。

なお、以上の各実施例にあって、二次側コイルは、一次側レグと二次側レグとの間を通っていればよく、スリットから引き出した先の部分はどこを通るようにしてもよく、またレグに巻き付ける必要もない。コア（のレグ）の中でどこを通っているかでコイルに流れる電流が決まるので、入口と出口を抑えておけばよい。

D1、D2、D3、D4、D5 整流ダイオード(整流回路)
L1 一次側コイル
La 第１コイル部分
Lb 第２コイル部分
Lc 第３コイル部分
Ld 第４コイル部分
Le 第５コイル部分
L2 二次側コイル
Lf 第１コイル
Lg 第２コイル
Lh 第３コイル
Li 第４コイル
Lj 第５コイル
1 電圧変換トランス
2 電源
3 一次側レグ
3a 第１磁路一次側レグ
3b 第２磁路一次側レグ
3c 第３磁路一次側レグ
3d 第４磁路一次側レグ
3e 第５磁路一次側レグ
4 二次側レグ
4a 第１磁路二次側レグ
4b 第２磁路二次側レグ
4c 第３磁路二次側レグ
4d 第４磁路二次側レグ
4e 第５磁路二次側レグ
5 蓋ヨーク部分
6 スリット
7A、7B、7C 負荷

Claims (3)

1. 中央に配置した一次側レグと、
   該一次側レグを周回する一次側コイルと、
   該一次側コイルの半径方向外側で、かつ前記一次側レグの周囲に分割配置されたｎ個の二次側レグと、
   該ｎ個の二次側レグのうちのｍ個の前記二次側レグに、各レグで発生する電流が同じ方向になるようにして、それぞれが異なる組み合わせで、かつ同じ巻き数で選択的に巻き付けられたｐ本の二次側コイルと、
   を備え、
   ｍが２以上でｎより小さい数であり、
   かつ、ｍとｎは互いに素の関係にある数であり、
   ｐは、nと同じであり、
   前記一次側レグおよび前記二次側レグは、ポット・コアの一部であり、
   前記二次側レグは、厚み方向に複数のスリットでｎ個に分割された筒状であり、
   前記一次側コイルと前記二次側コイルは、同軸に配置され、
   前記一次コイルの正極側線と負極側線は、前記二次側レグの一つのスリットから導出され、
   ｐ本の前記二次側コイルの正極側線と負極側線は、それぞれ異なる組み合わせの２っのスリットから導出された、
   ことを特徴とする電圧変換トランス。
2. 中央に配置した１個または複数の一次側レグと、
   該一次側レグの周りに配置された一次側コイルと、
   該一次側コイルの半径方向外側で、かつ前記一次側レグの周囲に分割配置されたｎ個の二次側レグと、
   該ｎ個の二次側レグのうちのｍ個の前記二次側レグに、各レグで発生する電流が同じ方向になるようにして、それぞれが異なる組み合わせで、かつ同じ巻き数で選択的に巻き付けられたｐ本の二次側コイルと、
   を備え、
   ｍが２以上でｎより小さい数であり、
   かつ、ｍとｎは互いに素の関係にある数であり、
   ｐは、nと同じであり、
   前記一次側レグおよび前記二次側レグは、ｎ個のトロイダル・コアの一部であり、
   前記一次側コイルと前記二次側コイルは、同軸に配置され、
   前記一次側コイルは、ｎ個の環状コアを貫通し、
   ｐ本の前記二次側コイルは、ｎ個の環状コアのうち異なる組み合わせのｍ個の環状コアを貫通する、
   ことを特徴とする電圧変換トランス。
3. 請求項１または請求項２に記載の電圧変換トランスにおいて、
   前記ｐ本の二次側コイルは、該一端がグランドに接続されて電流方向がグランドを基準にして同じ方向になるように前記二次側レグに巻き付けられており、
   他端が整流回路を介して合流させられている、
   ことを特徴とする電圧変換トランス。

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