JP6459116B2 - トランス - Google Patents

Description

本発明は、トランスの技術分野に属する。より詳細には、コアを備えたトランスの技術分野に属する。

電子部品としてのトランスは、様々な装置に広く用いられている。このようなトランスに要求される特徴としては、例えば、小型化、低雑音化及び低損失化等である。このような特徴を備えるトランスとして、例えば下記特許文献１に記載されたものがある。下記特許文献１に開示されているトランス用のコアでは、２相モードで動作するトランス用のコアにおいて、中央脚と、それに平行に配置される第１外側脚及び第２外側脚と、を備える閉磁路を形成することにより、低損失化及び小型化を図っている。

特開２０１１−２３４５４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されているトランスに対して、従来と同様の低損失化（即ちトランスとしての発熱の抑制）及び低雑音化ができることに加えて、更なる小型化及びトランス全体としての形状の自由度を向上させることが望まれている。

そこで本発明は、上記の要請に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、従来と同様の低雑音化及び低損失化が可能であることに加えて、更なる小型化及び形状の自由度を向上させることが可能なコアを備えたトランスを提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、コアと、ボビンと、コイルと、を備えるトランスにおいて、前記コアは、柱状の中央脚と、前記トランスの動作モードにおける相の数のｎ倍（ｎは２以上の自然数）の外側脚であって、前記中央脚に平行に、且つ当該中央脚の中心軸から見て対称の位置にそれぞれ配置され、更にそれぞれが柱状の外側脚と、前記中央脚の端部と、当該端部に対応した各前記外側脚それぞれの端部と、を接続し、前記外側脚に巻回されるコイルの電流により発生する磁束を前記中央脚及び前記外側脚に通す接続部と、を備え、前記外側脚が前記相の数の外側脚群に区分されており、各前記外側脚群が、相隣接し且つ同数の前記外側脚をそれぞれ含んでおり、各前記外側脚群にそれぞれ属する各前記外側脚に対して、一の前記外側脚群内で連続する前記コイルが巻回されており、前記中央脚の中心軸に垂直な断面の面積である中央脚断面積が、各前記外側脚の中心軸に垂直な断面の面積である外側脚断面積のいずれよりも大きく、前記ボビンは前記外側脚と前記コイルとの間にそれぞれ挿入されており、前記コイルは各前記ボビンを間に挟んで各前記外側脚にそれぞれ巻回されているように構成される。

請求項１に記載の発明によれば、トランスを構成するコアが、柱状の中央脚と、トランスの動作モードにおける相の数のｎ倍で且つ柱状の外側脚と、を備え、中央脚と各外側脚とが平行に、且つ、中央脚の中心軸から見て対称の位置に各外側脚が配置されている。更に、外側脚が動作モードにおける相の数の外側脚群に区分されており、相隣接し且つ同数の外側脚が各外側脚群にそれぞれ含まれており、各外側脚群にそれぞれ属する各外側脚に対して、一の外側脚群内で連続したコイルが巻回されている。よって、各外側脚群内の各コイルに電流が流れることにより発生する磁束が当該外側脚群間で相殺されることによる低雑音化と共に、コアとしての体積が同じ場合における低背化が可能となり、またトランス全体としての形状の自由度を向上させることができる。

更に、中央脚断面積が各外側脚断面積のいずれよりも大きいので、トランスとしての動作時におけるコアロスによる発熱を抑制することができる。

上記の課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のトランスにおいて、前記相の数及び前記ｎの値が共に２であり、各前記外側脚が、前記中央脚の中心軸を中心とし且つ当該中心軸に垂直な正方形の各頂点の位置にそれぞれ配置されている。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、動作モードにおける相の数及びｎの値が共に２であり、中央脚の中心軸を中心とし且つ当該中心軸に垂直な正方形の各頂点の位置に各外側脚がそれぞれ配置されている。よって、いわゆる２相モードで動作するトランスの場合に、低雑音化、低背化及びトランス全体としての形状の自由度の向上、並びにコアロスによる発熱を抑制することができる。

上記の課題を解決するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のトランスにおいて、前記相の数が３であり、前記ｎの値が２であり、各前記外側脚が、前記中央脚の中心軸を中心とし且つ当該中心軸に垂直な正六角形の各頂点の位置にそれぞれ配置されている。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、動作モードにおける相の数が３であり、ｎの値が２であり、中央脚の中心軸を中心とし且つ当該中心軸に垂直な正六角形の各頂点の位置に各外側脚がそれぞれ配置されている。よって、いわゆる３相モードで動作するトランスの場合に、低雑音化、低背化及びトランス全体としての形状の自由度の向上、並びにコアロスによる発熱を抑制することができる。

上記の課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のトランスにおいて、各前記外側脚断面積が全て同一であり、前記中央脚断面積が前記外側脚断面積の２倍より大きく４倍より小さい。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、各外側脚断面積が全て同一であり、中央脚断面積が外側脚断面積の２倍より大きく４倍より小さいので、トランスとしての用途に合わせてコアロスによる発熱を最小化することができる。

上記の課題を解決するために、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のトランスにおいて、各前記外側脚群に含まれる各前記外側脚に巻回されている前記コイルに対して、インターリーブ制御方式により電流を流すＰＦＣコントローラ等の制御手段を更に備える。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、各外側脚群に含まれる各外側脚に巻回されているコイルに対して、インターリーブ制御方式により電流を流す制御手段を更に備えるので、インターリーブ制御方式により動作する例えば力率改善装置において、低雑音化、低背化及びトランス全体としての形状の自由度の向上、並びにコアロスによる発熱を抑制することができる。

本発明によれば、従来と同様の発熱の抑制（即ち低損失化）及び低雑音化が可能であることに加えて、従来に比して同等出力とした場合における低背化が可能となり、更にトランス全体としての形状の自由度を向上させることができる。

実施形態に係るコアの構造を示す図であり、（ａ）は当該コアの平面図であり、（ｂ）は当該コアの正面図であり、（ｃ）は当該コアの背面図であり、（ｄ）は当該コアの右側面図であり、（ｅ）は当該コアの左側面図であり、（ｆ）は（ａ）図におけるＡ−Ａ’部縦断面図であり、（ｇ）は（ｂ）図及び（ｃ）図におけるＢ−Ｂ’部横断面図である。 実施形態に係るコアの構造の他の例を示す図であり、（ａ）は当該コアの他の例の下面図であり、（ｂ）は当該コアの他の例の正面図であり、（ｃ）は当該コアの他の例の上面図であり、（ｄ）は当該コアの他の例の外観斜視図である。 実施形態に係るトランスの構造を示す図であり、（ａ）は当該トランスの平面図であり、（ｂ）は当該トランスの正面図であり、（ｃ）は（ａ）図におけるＣ−Ｃ’部断面図である。 実施形態に係るトランスを用いた変圧装置の構成を示す回路図等であり、（ａ）は当該回路図であり、（ｂ）は当該トランスにおける磁束の状態を示す図である。 実施形態に係るトランスを用いた変圧装置の動作を示すタイミングチャート等であり、（ａ）は当該タイミングチャートであり、（ｂ）は当該変圧装置の効果を例示するタイミングチャートである。 変形形態に係るトランスの構造をそれぞれ例示する図であり、（ａ）は第１変形形態に係るトランスの構造を例示する平面図であり、（ｂ）は第２変形形態に係るトランスの構造を例示する平面図であり、（ｃ）は第３変形形態に係るトランスの構造を例示する平面図である。

次に、本発明に係る実施形態及び変形形態について、図面に基づいて説明する。なお以下に説明する実施形態及び変形形態は、力率改善用のトランス及び当該トランスを含む変圧装置に対して本発明を適用した場合の実施形態である。

（Ｉ）本発明の原理
初めに、本発明に係る実施形態について具体的に説明する前に、本発明の原理について説明する。

上述したように、上記特許文献１に開示されているトランス用のコアは、２相モードで動作するトランス用のコアにおいて、中央脚と、それに平行に配置される第１外側脚及び第２外側脚と、を備える閉磁路を形成することにより、低損失化及び小型化を図っている。

これに対し本発明は、上述したように従来と同様の低雑音化及び低損失化に加えて、更なる小型化及び形状の自由度の向上を可能とすべく、上記中央脚にそれぞれ平行な複数の外側脚に上記第１外側脚を分割し、更に、第１外側脚を分割した新たな外側脚と同数の外側脚であって上記中央脚にそれぞれ平行な外側脚に上記第２外側脚を分割する。そして、第１外側脚に巻回されていたコイルに代わるものとして、当該第１外側脚から分割された複数の外側脚に対して一つの共通の導線により形成されるコイルをそれぞれ巻回する。また同様に、第２外側脚に巻回されていたコイルに代わるものとして、当該第１外側脚から分割された複数の外側脚に対して一つの共通の導線により形成されるコイルをそれぞれ巻回する。このとき、第１外側脚及び第２外側脚からそれぞれ分割された新たな外側脚は、全て上記中央脚から等距離の位置に配置される。

ここで、本発明に係るトランスでは一般に、それを構成するコアにおけるいわゆる実行体積Ｖeが大きいほど、トランスとしては高出力となる。このことは即ち、実効体積Ｖeが同じ場合、平面視における断面積が大きいほど、コア（結果的にはトランス自体）を低背化してトランス全体として小型化できることになる。

そこで本発明では、上述したように外側脚の数を増やすことで、上記平面視における断面積を大きくし、これにより、従来と同様の低雑音化及び低損失化の効果は維持しつつ、同じ出力で比較した場合の低背化（即ち、トランスとしての小型化）を実現する。これに加えて本発明では、上述したように外側脚を４つ以上に増やすことで、コアとしての（換言すればトランスとしての）平面視形状の自由度を向上させるのである。

（II）実施形態
初めに、本発明に係る実施形態について、図１乃至図３を用いて説明する。なお、図１は実施形態に係るコアの構造を示す図であり、図２は当該コアの構造の他の例を示す図であり、図３は実施形態に係るトランスの構造を示す図である。

実施形態に係るトランスは、いわゆるインターリーブ制御方式により２相モードで駆動されるトランスである。当該トランスでは、図１にその構造を例示するコアＣ１と、当該コアＣ１と同形状の後述するコアＣ２と、が、それぞれの脚の端面同士が対向するように、例えば上下に組み合わされて用いられる。なお以下の説明において、実施形態に係るコアＣ１及びコアＣ２に共通の事項を説明する場合、これらを纏めて単に「コアＣ１等」と称する。

ここで、コアＣ１等のそれぞれを形成する材料は、当該コアＣ１等が用いられる実施形態に係るトランスの発振周波数（換言すれば、必要とされるコアＣ１等の透磁率）に基づいて決定され、より具体的に例えば、フェライト粉末、鉄ダスト、パーマロイモリブデン粉末又はケイ素鋼板等が用いられる。このとき、フェライト粉末は当該トランスを例えば４０キロヘルツ乃至５０キロヘルツ以上の発振周波数で用いる場合に、コアＣ１等の材料として好適である。また鉄ダスト及びパーマロイモリブデン粉末はそれぞれ、当該トランスを例えば２０キロヘルツ以上の発振周波数で用いる場合に、コアＣ１等の材料として好適である。このとき、鉄ダストとパーマロイモリブデン粉末との使い分けは、例えば実施形態に係るコアＣ１等を備えるトランスの設計上求められる、いわゆるコアロスによる。更にケイ素鋼板は、当該トランスを例えば２０キロヘルツ以下の発信周波数で用いる場合（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor（ＩＧＢＴ））と共に用いる場合等）に、コアＣ１等の材料として好適である。

そして図１にそれぞれ平面図等を示すように、実施形態に係るコアＣ１は、平板状の接続部１０と、柱状の中央脚１と、それぞれが柱状の外側脚２乃至外側脚５と、が一体成形されて形成されている。なお、実施形態に係るコアＣ２も、図１に示すコアＣ１と同様の形状を有して一体成形により形成されている。このとき接続部１０が本発明に係る「接続部」の一例に相当する。そして後ほど図３を用いて説明するように、上記コアＣ１等の中央脚同士（即ち、図１に示す中央脚４の端面及びコアＣ２の中央脚の端面同士）と、対応するそれぞれの外側脚の端面同士（即ち、図１に示す外側脚２乃至外側脚５それぞれの端面及びコアＣ２の対応する外側脚の端面同士）と、が対向するように、コアＣ１等が例えば上下に組み合わされて、実施形態に係るトランスに用いられる。

そして、図１に示すコアＣ１では、外側脚２乃至外側脚５が、中央脚１の中心軸を中心とし且つ当該中心軸に垂直な正方形の各頂点の位置に位置する（即ち、図１（ａ）又は図１（ｇ）に示すように平面視十字型に位置する）ように形成されている。この構成は、後述するコアＣ２において同様である。

次に、実施形態に係るコアＣ１の中央脚１は、その中心軸に垂直な断面（中心軸に垂直な断面を、以下単に「横断面」と称する。図１（ｇ）参照。）の面積が、外側脚２乃至外側脚５それぞれの横断面（図１（ｇ）参照）の面積より大きく形成されている。より具体的には、外側脚２乃至外側脚５それぞれの横断面の面積が相互に等しく、且つ、中央脚１の横断面の面積が、外側脚２乃至外側脚５それぞれの横断面の面積の３倍とされている。換言すれば、中央脚１の横断面の面積と、外側脚２乃至外側脚５それぞれの横断面の面積と、の比が、３：１：１：１：１となっている。

ここで、実施形態に係るコアＣ１の中央脚１の横断面の面積と、外側脚２乃至外側脚５それぞれの横断面の面積と、の比が上記とされている理由について説明する。先ず、上記特許文献１に開示されているコアでは、その中央脚の横断面の面積と、第１外側脚及び第２外側脚それぞれの横断面の面積と、の比が、例えば１．５（中央脚）：１（第１外側脚）：１（第２外側脚）とされており、中央脚が第１外側脚及び第２外側脚それぞれよりも太くされている。これは、上記特許文献１に開示されているコアを含むトランスを動作させる際の後述する寄生インダクタに起因する発熱（いわゆるコアロス）を抑えるためである。これに対して、実施形態に係るコアＣ１等では、本発明の原理として上述したように、中央脚にそれぞれ平行な複数の外側脚に第１外側脚を分割すると共に、第１外側脚を分割した新たな外側脚と同数の外側脚であって中央脚にそれぞれ平行な外側脚に第２外側脚を分割する。ここで、分割数を例えば「２」とすると、新たに分割された外側脚の総数は「４」となる。そして、当該新たに分割された外側脚それぞれの横断面の面積を相互に等しくする場合、上記特許文献１に開示されているコアにおける中央脚の横断面の面積と第１外側脚及び第２外側脚それぞれの横断面の面積との比１．５：１：１を引用すると、実施形態に係るコアＣ１等として分割後の新たな外側脚それぞれの横断面の面積と、元の中央脚の横断面の面積と、の比は、０．５：０．５：０．５：０．５：１．５、即ち、１：１：１：１：３となるのである。なおこの例の場合、上記特許文献１に開示されているコアにおける第１外側脚を図１に示す外側脚３及び外側脚４に分割し、上記特許文献１に開示されているコアにおける第２外側脚を図１に示す外側脚２及び外側脚５に分割することに相当する。また、実施形態に係るコアＣ１等の中央脚の横断面の面積は、当該コアＣ１等として分割後の新たな外側脚それぞれの横断面の面積に対して、上述した３倍の場合の他、２倍乃至４倍の範囲でも実用的であることが、本発明の発明者らにより考察されている。

次に上述したように、実施形態に係るトランスでは一般に、コアＣ１等における実行体積Ｖeが大きいほどトランスとしては高出力とできることから、実施形態に係るコアＣ１等のように４つの外側脚２等を備える形状とすることで、平面視における断面積（図１（ａ）及び図１（ｇ）参照）を大きくすることができ、よって実効体積Ｖeを例えば従来と同様としてもよい場合、コアＣ１等（結果的には実施形態に係るトランス自体）を低背化して、当該トランス全体として小型化できる。これに加えて実施形態に係るトランスでは、外側脚２等の間の平面視の角度（図１に例示する場合は９０°）を、中央脚１の中心軸を中心として対称であれば自由に変更することができる。よって、コアＣ１等としての（換言すれば実施形態に係るトランスとしての）平面視形状の自由度（換言すれば、当該トランスを含む例えば力率改善回路の回路構成等における自由度）を向上させることができる。

なお、中央脚１及び外側脚２乃至外側脚５自体の横断面の形状は、図１に例示する形状に限られるものではなく、外側脚２乃至外側脚５の間で相互に同一であれば、その設置位置等の都合により、例えば方形或いは楕円形等、自由に変更可能である。ここで、この点について図２を用いてより具体的に説明する。なお図２において、図１に示すコアＣ１と同様の構成部材については同様の部材番号を用いて説明する。また図２における接続部１０は、図１に示す接続部１０と細部の形状において異なっているが、実質的には図１に示す接続部１０と同一の機能を有する。実施形態に係るコアＣ１の他の例としては、図２にそれぞれ例示するコアＣ１’のように、楕円形の断面形状を有する中央脚１’を有する構造であってもよい。このとき、図２に例示するコアＣ１’の中央脚１’においても、その横断面の面積は、外側脚２乃至外側脚５それぞれの横断面の面積より大きく形成されている。

次に、実施形態に係るコアＣ１等を含む実施形態に係るトランスについて、図３を用いて説明する。なお図３において、当該トランスの両側面図は図３（ｂ）に示す正面図と略同一となるので、記載を省略する。

実施形態に係るトランスＴにおいて、図１を用いて説明したコアＣ１と、当該コアＣ１と同じ形状のコアＣ２と、は、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、コアＣ１の中央脚１の端面及びコアＣ２の中央脚１Ｃの端面同士、コアＣ１の外側脚２の端面及びコアＣ２の外側脚２Ｃの端面同士、コアＣ１の外側脚４の端面及びコアＣ２の外側脚４Ｃの端面同士、コアＣ１の外側脚５の端面及びコアＣ２の外側脚５Ｃの端面同士、及び、コアＣ１の外側脚３の端面及びコアＣ２の対応する外側脚（図３（ｂ）及び図３（ｃ）において図示せず）の端面同士、が、それぞれ対向するように組み合わされている。このときコアＣ２は、平板状の接続部１０Ｃと、柱状の上記中央脚１Ｃと、それぞれが柱状の上記外側脚２Ｃ、外側脚４Ｃ及び外側脚５Ｃ並びに外側脚３に対応する外側脚と、が一体成形されて形成されている。なお以下の説明において、コアＣ１の外側脚２乃至外側脚２Ｃ、及びコアＣ２の外側脚２Ｃ、外側脚４Ｃ及び外側脚５Ｃ並びにコアＣ１の外側脚３に対応する外側脚について共通の事項を説明する場合、これらを纏めて単に「外側脚２等」と称する。

以上の構成を有するコアＣ１及びコアＣ２において、対向する外側脚２及び外側脚２Ｃは、両端面にそれぞれつばが形成されたボビンＢ１の内側に挿入されており、このボビンＢ１の外側にはコイル３０が必要な巻き数だけ巻回されている。また対向する外側脚５及び外側脚５Ｃは、両端面にそれぞれつばが形成されたボビンＢ４の内側に挿入されており、このボビンＢ４の外側にはコイル３３が必要な巻き数だけ巻回されている。そして、コイル３０及びコイル３３は一本の共通の導線Ｗ１により形成されており、当該導線Ｗ１のトランスＴの外側に向かう両端部は、それぞれ図示しない外部端子を介してトランスＴの外部に接続されている。また、コイル３０の巻き数及びコイル３３の巻き数は相互に同一であることが好ましい。一方、同様に対向する外側脚４及び外側脚４Ｃは、両端面にそれぞれつばが形成されたボビンＢ３の内側に挿入されており、このボビンＢ３の外側にはコイル３２が必要な巻き数だけ巻回されている。また外側脚３及び当該外側脚３に対向するコアＣ２の外側脚は、両端面にそれぞれつばが形成されたボビンＢ２の内側に挿入されており、このボビンＢ２の外側にはコイル３１が必要な巻き数だけ巻回されている。そして、コイル３１及びコイル３２は上記導線Ｗ１とは異なる他の一本の共通の導線Ｗ２により形成されており、当該導線Ｗ２のトランスＴの外側に向かう両端部は、それぞれ図示しない外部端子を介してトランスＴの外部に接続されている。また、コイル３１の巻き数及びコイル３２の巻き数も相互に同一であることが好ましい。

このとき、一本の導線Ｗ１により形成されるコイル３０及びコイル３３がそれぞれ巻回されている外側脚２及び外側脚２Ｃ並びに外側脚５及び外側脚５Ｃが、本発明に係る「外側脚群」の一例を構成している。また、他の一本の導線Ｗ２により形成されるコイル３１及びコイル３２がそれぞれ巻回されている外側脚４及び外側脚４Ｃ並びに外側脚３及び当該外側脚３に対応するコアＣ２の外側脚が、本発明に係る「外側脚群」の他の一例を構成している。そして、実施形態に係るトランスＴが２相モードで駆動されることに起因して、当該トランスＴに含まれる外側脚群も２つとなっている。

ここで、上記コアＣ１の外側脚２と、コアＣ２の外側脚２Ｃと、の間はなるべく空隙（ギャップ）がないように形成されることが好ましい。この点は、外側脚４と外側脚４Ｃとの間の空隙、外側脚５と外側脚５Ｃと間の空隙、及び、外側脚３と当該外側脚３に対向するコアＣ２の外側脚との間の空隙それぞれについても同様である。これに対し、中央脚１と中央脚１Ｃとの対向する面間の空隙は、トランスＴとして機能させる場合のインダクタンス及び電力の少なくともいずれか一方の調整に適した距離の空隙とすることができる（図３（ｃ）参照）。

次に、図１乃至図３を用いて説明したコアＣ１等、及び、図３を用いて説明したボビンＢ１乃至ボビンＢ４並びにコイル３０乃至コイル３３により構成される実施形態に係るトランスＴの応用例として、当該トランスＴを力率改善に用いる実施形態に係る変圧装置について、図４を用いて説明する。なお図４は、当該変圧装置の構成を示す回路図等である。またこの場合の力率改善とは、電源としての力率（power factor）を「１」に近付けることを言い、「ＰＦＣ（Power Factor Correction）」と称されることもある。このような力率改善が必要な理由の一つは、実施形態に係る変圧装置における入力電圧の高調波電流成分が商用電源側に流出することを規制する高調波電流規制の存在にある。この場合の高調波電流成分は、当該変圧装置にスイッチング素子が用いられていることに起因して発生する。そして、一般用の電源部分に実施形態に係る変圧装置を用いる場合、この高調波電流規制を遵守する必要があるのである。

図４（ａ）に示すように、実施形態に係るトランスＴを用いた変圧装置Ｓは、等価的な回路図として、定電圧である上記入力電圧Ｖ_ｉと、当該トランスＴに含まれる上記コイル３０乃至コイル３３と、ダイオード３５及びダイオード３６と、本発明に係る「制御手段」の一例としてのＰＦＣコントローラ３７と、当該ＰＦＣコントローラ３７により上記インターリーブ制御方式に基づいたタイミングで相補的に駆動されるスイッチング素子４０及びスイッチング素子４１と、コンデンサ４２と、により構成される。この変圧装置Ｓは、上記入力電圧Ｖ_ｉを出力電圧Ｖ_Ｏに変圧して取り出すための変圧装置である。

この構成においてＰＦＣコントローラ３７は、例えば図４（ａ）に例示するような、上記インターリーブ制御方式に基づいた相補的な（即ち、移相が相互に１８０°ずれた）制御信号Ｓ_１(t)及び制御信号Ｓ_２(t)を、スイッチング素子４１及びスイッチング素子４０にそれぞれ出力する。このスイッチング素子４１の動作及びダイオード３５により、コイル３０及びコイル３３には駆動電流Ｉ_１(t)が流れる。また同様に、上記スイッチング素子４０の動作及びダイオード３６により、コイル３２及びコイル３１には駆動電流Ｉ_２(t)が流れる。そしてこれら駆動電流Ｉ_１(t)及び駆動電流Ｉ_２(t)によりコンデンサ４２が充電されることにより、図４（ａ）に示す出力電圧Ｖ_Ｏが得られることになる。

ここで、スイッチング素子４１及びスイッチング素子４０が駆動されることによって流れる上記駆動電流Ｉ_１(t)及び駆動電流Ｉ_２(t)によりコアＣ１内及びコアＣ２内に形成される磁束について、図４（ｂ）を用いて簡単に説明する。

例えば図４（ｂ）に例示するように、図１（ｆ）に示した断面図に対応し、且つ、中央脚１及び中央脚１Ｃ、外側脚４及び外側脚４Ｃ並びに外側脚５及び外側脚５Ｃを含むコアＣ１及びコアＣ２の断面で見た場合について説明する。

この場合において、スイッチング素子４０とスイッチング素子４１とが上述したように相互に相補的に駆動されることにより、駆動電流Ｉ_２(t)がコイル３２に流れるタイミングでは、図４（ｂ）に例示する磁束Ｍ１及び磁束Ｍ２が中央脚１及び中央脚１Ｃ並びに外側脚４及び外側脚４Ｃに形成されるが、一方でこのタイミングではコイル３３には駆動電流Ｉ_１(t)が流れないため、中央脚１及び中央脚１Ｃ並びに外側脚５及び外側脚５Ｃ内に図４（ｂ）に例示する磁束Ｍ１’及び磁束Ｍ２’は形成されない。これに対し、駆動電流Ｉ_１(t)がコイル３３に流れるタイミングでは磁束Ｍ１’及び磁束Ｍ２’が中央脚１及び中央脚１Ｃ並びに外側脚５及び外側脚５Ｃに形成されるが、一方でこのタイミングではコイル３２には駆動電流Ｉ_２(t)が流れないため、中央脚１及び中央脚１Ｃ並びに外側脚４及び外側脚４Ｃ内に磁束Ｍ１及び磁束Ｍ２は形成されない。なおこれらの場合、いずれのタイミングでも、中央脚１及び中央脚１Ｃには、磁束Ｍ１及び磁束Ｍ２、又は磁束Ｍ１’及び磁束Ｍ２’のいずれか一方が形成されていることになる。

ここで、コイル３２に流れる駆動電流Ｉ_２(t)により磁束Ｍ１及び磁束Ｍ２が中央脚１及び中央脚１Ｃ並びに外側脚４及び外側脚４Ｃに形成されるタイミングでは、上述した磁束Ｍ１’及び磁束Ｍ２’は形成されないのが原則であるが、例えばＰＦＣコントローラ３７における動作遅延等に起因して、いわゆる寄生インダクタンスが中央脚１及び中央脚１Ｃ並びに外側脚５及び外側脚５Ｃ内に形成される。また同様に、コイル３３に流れる駆動電流Ｉ_１(t)により磁束Ｍ１’及び磁束Ｍ２’が中央脚１及び中央脚１Ｃ並びに外側脚５及び外側脚５Ｃに形成されるタイミングでは、上述した磁束Ｍ１及び磁束Ｍ２は形成されないのが原則であるが、上記動作遅延等に起因した寄生インダクタンスが中央脚１及び中央脚１Ｃ並びに外側脚４及び外側脚４Ｃ内に形成される。このため上述したように、実施形態に係るコアＣ１等では、この寄生インダクタンスに起因する発熱を抑えるべく、中央脚１及び中央脚１Ｃの横断面の面積が、外側脚２等それぞれの横断面の面積よりも大きく（太く）形成されているのである。

一方、実施形態に係るコアＣ１等では、中央脚１と外側脚２乃至外側脚５とが一体的に形成されており、また同様に中央脚１Ｃと外側脚２Ｃ乃至外側脚５Ｃとが一体的に形成されているため、図４（ｂ）に例示する場合におけるコイル３２に流れる駆動電流Ｉ_２(t)により形成される磁束Ｍ１及び磁束Ｍ２と、コイル３３に流れる駆動電流Ｉ_１(t)により形成される磁束Ｍ１’及び磁束Ｍ２’と、の間に、いわゆる疎結合が発生する。そしてこれにより、スイッチング素子４０とスイッチング素子４１とが相互に相補的に駆動されることに起因して駆動電流Ｉ_２(t)の流れるタイミングと駆動電流Ｉ_１(t)の流れるタイミングとが異なっても、例えば図４（ｂ）に例示する磁束Ｍ３及び磁束Ｍ４が、外側脚５及び外側脚５Ｃ並びに外側脚４及び外側脚４Ｃ内に形成される。このときの疎結合による磁束を等価的に表すと、図４（ａ）に破線で例示する寄生インダクタンスＬとなる。この寄生インダクタンスＬは、上記動作遅延等に起因した寄生インダクタンスに相当する。そしてこの疎結合により形成される磁束Ｍ３及び磁束Ｍ４により、結果的にコアＣ１等内に形成される他の磁束が相殺されることで、トランスＴとしての低雑音化が図られることになる。

次に、上記疎結合により与えられる影響を駆動電流の観点から見た場合について、図５を用いて説明する。なお図５は、実施形態に係る変圧装置Ｓの動作を示すタイミングチャート等である。

上述したように、変圧装置Ｓの出力段に接続された上記コンデンサ４２に対しては、図５（ａ）に例示するような波形の駆動電流Ｉ_１(t)と駆動電流Ｉ_２(t)とが重畳されて流れることになる。ここで、実施形態に係るトランスＴを用いずに上記疎結合が形成されない場合、コンデンサ４２における駆動電流全体の変化は、図５（ｂ）に破線で示すような波形となる。これに対して、実施形態に係るトランスＴを用いることで上記疎結合による寄生インダクタンスＬが形成されると、上述した磁束の相殺の効果により、コンデンサ４２における駆動電流に含まれるいわゆるリップルが更に低減され、コンデンサ４２に流れる電流は図５（ｂ）に実線で示すようにより平滑化され、この結果、出力電圧Ｖ_Ｏにおける低雑音化がより促進されることになる。

以上それぞれ説明したように、実施形態に係るコアＣ１等を備えるトランスＴの構造によれば、柱状の中央脚１及び中央脚１Ｃと、トランスＴが２相モードで駆動されることに対応した数の柱状の外側脚２等と、を備え、中央脚１及び中央脚１Ｃと外側脚２等とが平行に、且つ、中央脚１及び中央脚１Ｃの中心軸から見て対称の位置に外側脚２等が配置されている。更に、外側脚２等が２つの外側脚群に区分されており、相隣接し且つ同数の外側脚２等が各外側脚群にそれぞれ含まれており、各外側脚群にそれぞれ属する各外側脚２等に対して、一の外側脚群内で連続したコイル３０及びコイル３３（又はコイル３１及びコイル３２）が巻回されている。よって、各外側脚群内の各コイル３０等に駆動電流Ｉ_１(t)又は駆動電流Ｉ_２(t)が流れることにより発生する磁束Ｍ１等が当該外側脚群間で相殺されることによる低雑音化と共に、コアＣ１等としての実効体積Ｖeが同じ場合における低背化が可能となり、またトランスＴ全体としての形状の自由度を向上させることができる。

更に、中央脚１及び中央脚１Ｃの横断面の面積が各外側脚２等の横断面の面積のいずれよりも大きいので、トランスＴとしての動作時におけるコアロスによる発熱を抑制することができる。

また、トランスＴを２相モードで駆動される場合において、中央脚１及び中央脚１Ｃの中心軸を中心とし且つ当該中心軸に垂直な正方形の各頂点の位置に各外側脚２等がそれぞれ配置されている。よって、当該２相モードで動作するトランスＴに当該コアＣ１等を用いた場合に、低雑音化、低背化及びトランスＴ全体としての形状の自由度の向上、並びにコアロスによる発熱を抑制することができる。

更に、各外側脚２等の横断面の面積が全て同一であり、中央脚１及び中央脚１Ｃの横断面の面積が外側脚２等の横断面の面積の２倍より大きく４倍より小さい（より具体的には３倍）ので、トランスＴとしての用途に合わせてコアロスによる発熱を最小化することができる。

更にまた、各外側脚群に含まれる各外側脚２等に巻回されているコイル３０等に対して、インターリーブ制御方式により駆動電流Ｉ_１(t)又は駆動電流Ｉ_２(t)が流れるので、インターリーブ制御方式により動作する例えば力率改善回路を用いる場合において、低雑音化、低背化及びトランスＴ全体としての形状の自由度の向上、並びにコアロスによる発熱を抑制することができる。

（III）変形形態
次に、本発明に係る変形形態について、図６を用いて説明する。なお図６においては、各変形形態に係るトランスのうち、コイルが巻回されたコアの構造についてのみ、平面図を用いてボビンＢ１等を省略しつつ、例示している。また、図３にそれぞれ例示する中央脚の横断面及び各外側脚の横断面は、実施形態に係る中央脚１等及び外側脚２等と同様の形状とされる。

本発明に係るコアにおける外側脚の配置、及び中央脚の横断面の面積と各外側脚の横断面の面積との関係については、実施形態として説明したコアＣ１等の場合を含め、中央脚の横断面の面積が、各外側脚の横断面の面積のそれぞれよりも大きければよい。

（Ａ）第１変形形態
即ち例えば、第１変形形態として、実施形態に係るコアＣ１等の中央脚１及び中央脚１Ｃに対する外側脚２等の角度を、当該コアＣ１等における９０°から、例えば図６（ａ）に例示するコアＣＣ１のように変形させることも可能である。図６（ａ）に例示するコアＣＣ１の場合は、平面視上で、中央脚４０の中心軸から見た外側脚４３と外側脚４２との間の角度及び外側脚４１と外側脚４４との間の角度が、それぞれ、当該中心軸から見た外側脚４３と外側脚４１との間の角度及び外側脚４２と外側脚４４との間の角度よりも大きくなっている。このとき、当該中心軸から見た外側脚４３と外側脚４２との間の角度と、外側脚４１と外側脚４４との間の角度と、は等しく、また、当該中心軸から見た外側脚４３と外側脚４１との間の角度と、外側脚４２と外側脚４４との間の角度と、も等しい。そして、一本の共通の導線Ｗ２によりそれぞれ形成されたコイル４５及びコイル４７が外側脚４３及び外側脚４１にそれぞれ巻回されており、更に他の一本の共通の導線Ｗ１によりそれぞれ形成されたコイル４６及びコイル４８が外側脚４２及び外側脚４４にそれぞれ巻回されている。これにより、外側脚４３及び外側脚４１により一の外側脚群が形成されており、また外側脚４２及び外側脚４４により他の一の外側脚群が形成されている。

そして、図６（ａ）に例示するコアＣＣ１及び当該コアＣＣ１と同形状のコアを用いたトランスＴ１の駆動方法及びそれに伴う磁束の状態は、実施形態に係るトランスＴにおける当該駆動方法及び磁束の状態と同様である。

以上説明した第１変形形態に係るトランスＴ１によれば、実施形態に係るトランスＴによる作用効果に加えて、トランスＴ１全体として平面視上で扁平な形状とすることができるので、トランスＴ１全体としての形状の自由度が更に向上することになる。

（Ｂ）第２変形形態
次に第２変形形態として、実施形態に係るコアＣ１等においては、中央脚１及び中央脚１Ｃと、４組の外側脚２等と、を備える構成としていたが、これ以外に、インターリーブ制御方式により２相モードで駆動されるトランス用のコアとして、図６（ｂ）に例示するように、組み合わされて用いられるコアＣＣ２を、相対向する一組の中央脚５０と、それぞれに相対向する六組の外側脚５１乃至外側脚５６と、を備えて構成してもよい。このコアＣＣ２の場合、平面視上で、中央脚５０の中心軸から見た隣り合う外側脚５１乃至外側脚５６間の角度は全て同一とされ、更に中央脚５０の横断面の面積は、各外側脚５１乃至外側脚５６それぞれの横断面の面積の例えば４．５倍とされる。換言すれば、中央脚５０の横断面の面積と、外側脚５１乃至外側脚５６それぞれの横断面の面積と、の比が、４．５：１：１：１：１：１：１となっている。

ここで、第２変形形態に係るコアＣＣ２の中央脚５０の横断面の面積と、外側脚５１乃至外側脚５６それぞれの横断面の面積と、の比が上記とされている理由について説明する。第２変形形態に係るコアＣＣ２は、本発明の原理における外側脚の分割数を「３」とした場合に相当する。これにより、第２変形形態に係るコアＣＣ２における外側脚５１乃至外側脚５６の総数は、図６（ｂ）に例示するように「６」となる。そして、当該新たに分割された外側脚５１乃至外側脚５６それぞれの横断面の面積を相互に等しくする場合、上記特許文献１に開示されているコアにおける中央脚の横断面の面積と第１外側脚及び第２外側脚それぞれの横断面の面積との比１．５：１：１を引用すると、第２変形形態に係るコアＣＣ２の外側脚５１乃至外側脚５６それぞれの横断面の面積と、中央脚５０の横断面の面積と、の比は、０．５：０．５：０．５：０．５：０．５：０．５：１．５、即ち、１：１：１：１：１：１：４．５となるのである。なおこの第２変形形態の場合、上記特許文献１に開示されているコアにおける第１外側脚を図６（ｂ）に示す外側脚５１、外側脚５５及び外側脚５３に分割し、上記特許文献１に開示されているコアにおける第２外側脚を図６（ｂ）に示す外側脚５２、外側脚５６及び外側脚５４に分割することに相当する。そして、一本の共通の導線Ｗ２によりそれぞれ形成されたコイル５７、コイル６１及びコイル５９が、外側脚５１、外側脚５５及び外側脚５３にそれぞれ巻回されている。また、他の一本の共通の導線Ｗ１によりそれぞれ形成されたコイル５８、コイル６２及びコイル６０が、外側脚５２、外側脚５６及び外側脚５４にそれぞれ巻回されている。これにより、外側脚５１、外側脚５５及び外側脚５３により一の外側脚群が形成されており、また外側脚５２、外側脚５６及び外側脚５４により他の一の外側脚群が形成されている。

また、図６（ｂ）に例示するコアＣＣ２及び当該コアＣＣ２と同形状のコアを用いたトランスＴ２の駆動方法及びそれに伴う磁束の状態は、実施形態に係るトランスＴにおける当該駆動方法及び磁束の状態と同様である。

以上説明した第２変形形態に係るトランスＴ１によれば、実施形態に係るトランスＴによる作用効果に加えて、トランスＴ２全体として平面視上の面積が更に増えることで、結果的に更なる低背化が可能となる。

（Ｃ）第３変形形態
最後に第３変形形態として、実施形態に係るコアＣ１等を用いたトランスＴは、インターリーブ制御方式により２相モードで駆動されたが、これ以外に、インターリーブ制御方式により３相モードで駆動されるトランス及びそれに用いられるコアに対して本発明を適用することも可能である。

即ち図６（ｃ）に例示するように、組み合わされて用いられるコアＣＣ３を、相対向する一組の中央脚６５と、それぞれに相対向する六組の外側脚６６乃至外側脚７１と、を備えて構成する。そして、一本の共通の導線Ｗ１によりそれぞれ形成されたコイル７３及びコイル７４が、外側脚６７及び外側脚６８にそれぞれ巻回され、他の一本の共通の導線Ｗ２によりそれぞれ形成されたコイル７２及びコイル７６が、外側脚６６及び外側脚７０にそれぞれ巻回され、更に他の一本の共通の導線Ｗ３によりそれぞれ形成されたコイル７５及びコイル７７が、外側脚６９及び外側脚７１にそれぞれ巻回されている。これらにより、インターリーブ制御方式により３相モードで駆動されるトランスに用いられるコアＣＣ３を構成する。これにより、外側脚６７及び外側脚６８により一の外側脚群が形成されており、外側脚６６及び外側脚７０により他の一の外側脚群が形成されており、更に、外側脚６９及び外側脚７１により更に他の一の外側脚群が形成されている。そして、コアＣＣ３の場合、平面視上で、中央脚６５の中心軸から見た隣り合う外側脚６６乃至外側脚７１間の角度は全て同一とされ、更に中央脚６０の横断面の面積は、各外側脚６６乃至外側脚７１それぞれの横断面の面積の例えば６倍とされる。換言すれば、中央脚６５の横断面の面積と、外側脚６６乃至外側脚７１それぞれの横断面の面積と、の比が、６：１：１：１：１：１：１となっている。

ここで、第３変形形態に係るコアＣＣ３の中央脚６０の横断面の面積と、外側脚６６乃至外側脚７１それぞれの横断面の面積と、の比が上記とされている理由について説明する。第３変形形態に係るコアＣＣ３は、本発明の原理における外側脚の分割数を「２」とすると共に、これをインターリーブ制御方式により３相モードで駆動されるトランスに用いられるコアに適用した例である。これにより、第３変形形態に係るコアＣＣ３における外側脚６６乃至外側脚７１の総数は、図６（ｃ）に例示するように「６」となる。そして、当該新たに分割された外側脚６６乃至外側脚７１それぞれの横断面の面積を相互に等しくする場合、従来の上記３相モードで駆動されるトランスに用いられるコアにおける中央脚の横断面の面積と３つの外側脚それぞれの横断面の面積との比が一般に３：１：１であることを引用すると、第３変形形態に係るコアＣＣ３の外側脚６６乃至外側脚７１それぞれの横断面の面積と、中央脚６５の横断面の面積と、の比は、０．５：０．５：０．５：０．５：０．５：０．５：３、即ち、１：１：１：１：１：１：６となるのである。なおこの第３変形形態の場合、従来の上記３相モードで駆動されるトランスに用いられるコアにおける一の外側脚を図６（ｃ）に示す例えば外側脚６７及び外側脚６８に分割し、当該従来のコアにおける他の一の外側脚を図６（ｃ）に示す例えば外側脚６６及び外側脚７０に分割し、当該従来のコアにおける更に他の一の外側脚を図６（ｃ）に示す例えば外側脚６９及び外側脚７１に分割することに相当する。

また、図６（ｃ）に例示するコアＣＣ３及び当該コアＣＣ３と同形状のコアを用いたトランスＴ３の駆動方法及びそれに伴う磁束の状態は、上記３相モードで駆動される点を除いて、実施形態に係るトランスＴにおける当該駆動方法及び磁束の状態と基本的に同様である。

以上説明した第３変形形態に係るトランスＴ３によれば、上記３相モードで駆動されるトランスについても、実施形態に係るトランスＴと同様の作用効果を奏することができる。

以上それぞれ説明したように、本発明はトランスの分野に利用することが可能であり、特に高出力、低雑音及び小型化並びに設計上の自由度の向上等を目的とするトランスの分野に適用すれば特に顕著な効果が得られる。

１、１’、１Ｃ、４０、５０、６５ 中央脚
２、２Ｃ、３、４、４Ｃ、５、５Ｃ、４１、４２、４３、４４、５１、５２、５３、５４、５５、５６、６６、６７、６８、６９、７０、７１ 外側脚
１０、１０Ｃ 接続部
３０、３１、３２、３３、４５、４６、４７、４８、５７、５８、５９、６０、６１、６２、７２、７３、７４、７５、７６、７７ コイル
３５，３６ ダイオード
３７ ＰＦＣコントローラ
４０、４１ スイッチング素子
４２ コンデンサ
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３ 導線
Ｓ 変圧装置
Ｖ_ｉ 入力電圧
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４ ボビン
Ｌ 寄生インダクタンス
Ｃ１、Ｃ１’、Ｃ２、ＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣ３ コア
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ トランス
Ｖ_Ｏ 出力電圧
Ｓ_１(t)、Ｓ_２(t) 制御信号
Ｉ_１(t)、Ｉ_２(t) 駆動電流
Ｍ１、Ｍ１’、Ｍ２、Ｍ２’、Ｍ３、Ｍ４ 磁束

Claims (5)

1. コアと、ボビンと、コイルと、を備えるトランスにおいて、
   前記コアは、
   柱状の中央脚と、
   前記トランスの動作モードにおける相の数のｎ倍（ｎは２以上の自然数）の外側脚であって、前記中央脚に平行に、且つ当該中央脚の中心軸から見て対称の位置にそれぞれ配置され、更にそれぞれが柱状の外側脚と、
   前記中央脚の端部と、当該端部に対応した各前記外側脚それぞれの端部と、を接続し、前記外側脚に巻回されるコイルの電流により発生する磁束を前記中央脚及び前記外側脚に通す接続部と、
   を備え、
   前記外側脚が前記相の数の外側脚群に区分されており、
   各前記外側脚群が、相隣接し且つ同数の前記外側脚をそれぞれ含んでおり、
   各前記外側脚群にそれぞれ属する各前記外側脚に対して、一の前記外側脚群内で連続する前記コイルが巻回されており、
   前記中央脚の中心軸に垂直な断面の面積である中央脚断面積が、各前記外側脚の中心軸に垂直な断面の面積である外側脚断面積のいずれよりも大きく、
   前記ボビンは前記外側脚と前記コイルとの間にそれぞれ挿入されており、
   前記コイルは各前記ボビンを間に挟んで各前記外側脚にそれぞれ巻回されていることを特徴とするトランス。
2. 請求項１に記載のトランスにおいて、
   前記相の数及び前記ｎの値が共に２であり、
   各前記外側脚が、前記中央脚の中心軸を中心とし且つ当該中心軸に垂直な正方形の各頂点の位置にそれぞれ配置されていることを特徴とするトランス。
3. 請求項１に記載のトランスにおいて、
   前記相の数が３であり、
   前記ｎの値が２であり、
   各前記外側脚が、前記中央脚の中心軸を中心とし且つ当該中心軸に垂直な正六角形の各頂点の位置にそれぞれ配置されていることを特徴とするトランス。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のトランスにおいて、
   各前記外側脚断面積が全て同一であり、
   前記中央脚断面積が前記外側脚断面積の２倍より大きく４倍より小さいことを特徴とするトランス。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のトランスにおいて、
   各前記外側脚群に含まれる各前記外側脚に巻回されている前記コイルに対して、インターリーブ制御方式により電流を流す制御手段を更に備えることを特徴とするトランス。