JP7191256B1 - トランス、電力変換装置、トランスの製品群、及びトランスの製造方法 - Google Patents

トランス、電力変換装置、トランスの製品群、及びトランスの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】様々な入力電圧の仕様に容易に対応でき、生産性を向上させたトランスを得ること。【解決手段】磁気回路を形成するコア部と、コア部に巻回された一次巻線及び二次巻線と、互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第1導電部分を有した第1の接続部と、を備え、一次巻線及び二次巻線の一方又は双方が、複数に分割され、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれは、コア部に巻回された巻回部分と、巻回部分の両端から延出した2つの延出部材と、を有し、第1の接続部は、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の一方に接続されている。【選択図】図4

Description

本願は、トランス、電力変換装置、トランスの製品群、及びトランスの製造方法に関するものである。
近年の自動車を取りまく環境規制及び技術進歩により、さまざまな車格において電気自動車又はハイブリット自動車が開発され、普及が進んでいる。ハイブリッド自動車又は電気自動車のように、駆動源にモータが用いられている電動化車両には、複数の電力変換装置が搭載されている。電力変換装置は、入力電流を直流から交流、交流から直流、又は入力電圧を異なる電圧に変換する装置である。電動化車両に搭載される電力変換装置として、具体的には、商用の交流電力を直流電力に変換して高圧バッテリに充電する充電器、高圧バッテリの直流電力を異なる電圧の直流電力に変換するDC/DCコンバータ、高圧バッテリからの直流電力をモータへの交流電力に変換するインバータ等が挙げられる。
DC/DCコンバータは、例えば、高電圧のリチウムイオンバッテリから低電圧の鉛バッテリを充電するために電動化車両に搭載されている。高電圧から周囲を保護するため、高電圧のリチウムイオンバッテリはシャーシ及び低電圧系統からは絶縁されている。DC/DCコンバータにおいても、一般的にはトランスにより、高電圧の入力側と低電圧の出力側との絶縁が必要となる。
トランスは、磁気回路を構成するコアと、一次巻線と、二次巻線とを有し、例えば一次巻線が高圧側になる。プレーナ型で構成されたトランスが開示されている(例えば特許文献1参照)。プレーナ型では、一次巻線と二次巻線とが同軸に積層される。センタータップ型のトランスの場合は、2つの二次巻線の間に一次巻線が配置される。一次巻線は二次巻線よりも巻数が多いため、一次巻線の巻回軸から離れた端子を始点として、外周から内周に向かって数ターン巻き、巻回軸に近い端子と異なる層の一次巻線の端子とを接続し、内周から外周に向かって数ターン巻き、異なる層の一次巻線のもう一方の端子を終点とする。異なる層同士の巻線は、溶接、カシメ、又はねじ止め等で接続される。
特開2020-10480号公報
昨今の電動化車両の広がりにより、様々な車格に電動化が適用されている。車格によって、高電圧リチウムイオンバッテリの容量が異なることにより電圧も異なるため、DC/DCコンバータは様々な入力電圧の仕様に対応する必要がある。一方で、低電圧の鉛バッテリ電圧は車格に寄らず一定のため、トランスの巻数比により、入力電圧の仕様に対応する必要がある。しかしながら、上記特許文献1のトランス構造では、様々な入力電圧の仕様に容易に対応することができないという課題があった。例えば、入力電圧が変わると入力電流も変化するため、巻数の変更に加えて、入力電流の増加による発熱量がトランスとして成立するように熱設計する必要があり、一次巻線の層数、各層の巻数、線幅、各層の接続点等の再設計が必要となっていた。また、入力電圧の仕様毎に異なるトランスを製造する必要があり、製造工程において、様々な種類のトランスを管理しなければならず、生産管理、在庫管理などが煩雑になるという課題があった。
そこで、本願は、様々な入力電圧の仕様に容易に対応でき、生産性を向上させたトランス、電力変換装置、トランスの製品群、及びトランスの製造方法を得ることを目的としている。
本願に開示されるトランスは、磁気回路を形成するコア部と、コア部に巻回された一次巻線及び二次巻線と、互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第1導電部分を有した第1の接続部とを備え、一次巻線及び二次巻線の一方又は双方が、複数に分割され、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれは、コア部に巻回された巻回部分と、巻回部分の両端から延出した2つの延出部材とを有し、第1の接続部は、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の一方に接続され、第1の接続部が、2つの第1導電部分を有している場合は、2つの第1導電部分のそれぞれは、外部に接続される外部接続部分であり、且つ2つ以上の延出部材を互いに接続する相互接続部分であり、第1の接続部が、3以上の第1導電部分を有している場合は、2つの特定の第1導電部分のそれぞれは、外部接続部分である、又は外部接続部分であり且つ相互接続部分であり、2つの特定の第1導電部分以外の1つ以上の非特定の第1導電部分のそれぞれは、相互接続部分である。
本願に開示されるトランスによれば、一次巻線及び二次巻線の一方又は双方が、複数に分割され、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれは、コア部に巻回された巻回部分と、巻回部分の両端から延出した2つの延出部材とを有し、第1の接続部が分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の一方に接続され、第1の接続部が2つの第1導電部分を有している場合は、2つの第1導電部分のそれぞれは、外部接続部分であり、且つ2つ以上の延出部材を互いに接続する相互接続部分であり、第1の接続部が3以上の第1導電部分を有している場合は、2つの特定の第1導電部分のそれぞれは、外部接続部分である、又は外部接続部分であり且つ相互接続部分であり、2つの特定の第1導電部分以外の1つ以上の非特定の第1導電部分のそれぞれは、相互接続部分であるため、分割巻線の直列接続と並列接続は第1の接続部における延出部材の接続により切り替えられ、コア部及び巻回部分を変えることなく共通化したまま、トランスの巻数を変えることができるので、巻数を変えた場合の設計工数及び専用設計によるトランスの種類増加が抑制され、様々な入力電圧の仕様に容易に対応でき、生産性を向上させたトランスを得ることができる。
実施の形態1に係る電力変換装置の回路構成を示す図である。 実施の形態1に係る電力変換装置の電圧と一次巻線の巻数を示す表図である。 実施の形態1に係るトランスの要部の概略を示す分解斜視図である。 実施の形態1に係るトランスの一次巻線と第1の接続部の概略を示す分解斜視図である。 実施の形態1に係るトランスの巻線の概略を示す側面図である。 実施の形態1に係るトランスの第1の接続部の概略を示す平面図である。 実施の形態1に係るトランスの要部の概略を示す平面図である。 実施の形態1に係るトランスの一次巻線と第1の接続部の概略を示す平面図である。 実施の形態1に係るトランスの一次巻線と第1の接続部の概略を示す側面図である。 実施の形態1に係るトランスの一次巻線と第1の接続部の配線構成図である。 実施の形態1に係るトランスの要部の概略を示す平面図である。 実施の形態1に係るトランスの一次巻線と第1の接続部の別の配線構成図である。 実施の形態1に係るトランスの要部の概略を示す平面図である。 実施の形態1に係る別のトランスの一次巻線と第1の接続部の概略を示す平面図である。 実施の形態1に係る別のトランスの一次巻線と第1の接続部の概略を示す側面図である。 実施の形態1に係る別のトランスの一次巻線と第1の接続部の概略を示す平面図である。 実施の形態1に係る別のトランスの一次巻線と第1の接続部の概略を示す側面図である。 実施の形態1に係る別のトランスの一次巻線と第1の接続部の配線構成図である。 実施の形態1に係る別のトランスの一次巻線と第1の接続部の別の配線構成図である。 実施の形態1に係る別のトランスの一次巻線と第1の接続部の配線構成図である。 実施の形態1に係る別のトランスの一次巻線と第1の接続部の別の配線構成図である。 実施の形態1に係るトランスの製造工程を示す図である。 実施の形態2に係るトランスの一次巻線、第1の接続部、及び第2の接続部の概略を示す分解斜視図である。 実施の形態2に係るトランスの第1の接続部と第2の接続部の概略を示す平面図である。 実施の形態2に係るトランスの一次巻線、第1の接続部、及び第2の接続部の概略を示す平面図である。 実施の形態2に係るトランスの一次巻線と第1の接続部の概略を示す側面図である。 図25のA-A断面位置で切断したトランスの一次巻線の断面図である。 実施の形態2に係るトランスの一次巻線、第1の接続部、及び第2の接続部の配線構成図である。 実施の形態2に係るトランスの一次巻線、第1の接続部、及び第2の接続部の別の配線構成図である。 実施の形態2に係るトランスの一次巻線、第1の接続部、及び第2の接続部の別の配線構成図である。 実施の形態3に係るトランスの一次巻線、第1の接続部、及び第2の接続部の配線構成図である。 実施の形態3に係るトランスの第1の接続部と第2の接続部の概略を示す平面図である。
以下、本願の実施の形態によるトランス、電力変換装置、トランスの製品群、及びトランスの製造方法を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る電力変換装置100の回路構成を示す図、図2は電力変換装置100の電圧と一次巻線3aの巻数N1を示す表図、図3はトランス3の要部の概略を示す分解斜視図、図4はトランス3の一次巻線3aと第1の接続部40aの概略を示す分解斜視図、図5はトランス3の巻線の概略を示す側面図、図6はトランス3の第1の接続部40aの概略を示す平面図、図7はトランス3の要部の概略を示す平面図、図8はトランス3の一次巻線3aと第1の接続部40aの概略を示す平面図、図9はトランス3の一次巻線3aと第1の接続部40aの概略を示す側面図、図10はトランス3の一次巻線3aと第1の接続部40aの配線構成図、図11はトランス3の要部の概略を示す平面図、図12はトランス3の一次巻線3aと第1の接続部40aの別の配線構成図、図13はトランス3の要部の概略を示す平面図である。電力変換装置100は、直流電源1の直流電圧Vinをトランス3で絶縁された二次側直流電圧に変換して、バッテリ等の負荷7に直流電圧Voutを出力する装置である。
<電力変換装置100>
電力変換装置100の主回路構成の例を、図1により説明する。図1において、左側が入力側、右側が出力側である。電力変換装置100は、直流電源1に接続され、入力された直流電圧Vinを交流電圧に変換して出力する複数の半導体スイッチング素子2a、2b、2c、2dを有した単相インバータ2と、単相インバータ2から出力された交流電力の電圧を変換して出力する、絶縁されたトランス3と、トランス3の出力を整流する整流回路4とを備える。電力変換装置100の入力側には直流電源1が接続され、出力側には低電圧バッテリなどの負荷7が接続される。整流回路4の出力側には出力平滑用のリアクトル5と平滑コンデンサ6が接続され、リアクトル5及び平滑コンデンサ6を介して整流回路4から負荷7へ直流電圧Voutが出力される。
単相インバータ2は、フルブリッジ構成された半導体スイッチング素子2a、2b、2c、2dを有する。単相インバータ2は、トランス3の一次巻線3aに接続される。半導体スイッチング素子2a、2b、2c、2dは、例えば、ソース・ドレイン間にダイオードが内蔵されたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。なお、半導体スイッチング素子2a、2b、2c、2dは、MOSFETに限るものではなく、ダイオードが逆並列接続されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の自己消弧型半導体スイッチング素子でも構わない。半導体スイッチング素子2a、2b、2c、2dは、ケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)、もしくは窒化ガリウム(GaN)などの半導体材料からなる半導体基板に形成される。
整流回路4は、半導体素子である、整流素子としてのダイオード4a、4bを有する。トランス3は、一次巻線3a、及び二次巻線3b、3cを有する。トランス3は二次側がセンタータップ型であり、センタータップ端子はGNDに接続される。センタータップ端子以外の二次側の端子は、ダイオード4a、4bのアノード端子にそれぞれ接続される。ダイオード4a、4bのカソード端子は、リアクトル5に接続される。整流回路4は、二次巻線3b、3cから出力された低電圧の交流を整流して直流パルス電圧に変換する。リアクトル5及び平滑コンデンサ6は、直流パルス電圧を平滑化する。
電力変換装置100の例として、二次側がセンタータップ型のDC/DCコンバータの例を示したが、二次側がフルブリッジ構成でも構わない。また、一次側がフルブリッジ型のDC/DCコンバータの例を示したが、フォワード型、フライバック型、又はLLC型等、絶縁されたトランスを有する絶縁型コンバータであれば、他の型式であっても構わない。
<トランス3の巻線比と発熱>
次に、入出力電圧の仕様により、トランス3の巻線比の変更が必要である理由を、入力電圧仕様が変わる場合を例に説明する。トランス3の一次巻線3aの巻数をN1、二次巻線3b、3cの巻数をN2とすると、巻数比Nは、式(1)で示される。
Figure 0007191256000002
入力電圧をVin、出力電圧をVout、半導体スイッチング素子2a、2b、2c、2dのデューティをDとすると、巻数比は、式(2)で示される。
Figure 0007191256000003
式(2)において、巻数比NとデューティDに選択の自由度がある。一般的に、DC/DCコンバータの負荷7への出力電圧及び出力電流が一定であれば、デューティDを小さくし巻数比Nを大きくするほど、半導体スイッチング素子2a、2b、2c、2d及びトランス3の一次巻線3aの矩形波形状の電流波形のピーク値が増加し、実効値が増加する。そのため、DC/DCコンバータの損失を抑制するために、デューティDは取り得る最大の値とし、トランス3の巻数比Nを小さく設定するのが一般的である。
具体的に必要な巻数比Nの例を、図2により説明する。簡単のため、電力変換装置100を降圧型DC/DCコンバータとし、二次巻線3b、3cの巻数をN2=1とする。第一の入出力電圧の仕様を入力電圧100V~200V、出力電圧14Vとし、第二の入出力電圧の仕様を入力電圧200V~300V、出力電圧14Vとする。また、単相インバータ2は、半導体スイッチング素子2a、2dがオンかつ半導体スイッチング素子2b、2cがオフである期間と、半導体スイッチング素子2a、2dがオフかつ半導体スイッチング素子2b、2cがオンである期間とをほぼ同じにして、交互に繰り返す。ただし、アーム短絡を防止するために、半導体スイッチング素子2a、2b、2c、2dの全てをオフとするデッドタイム期間を設ける必要がある。そのため、取り得る最大のデューティDを0.9と仮定する。また、巻数比Nとしては、入力電圧の範囲の最小値にて、定めた出力電圧を出力できるように設定する必要がある。以上の条件で、式(2)を使ってトランス3の一次巻線3aの一次巻数N1を計算すると、図2に示すように、第一の入出力電圧仕様では一次巻数N1は6ターン、第二の入出力電圧仕様では一次巻数N1は12ターンが必要となる。つまり、入力電圧の仕様の範囲によって、一次巻数N1を変える必要がある。また、巻数の多い一次巻線3aにおいて電流は小さくなる。
次に、入力電圧の仕様の違いにより、電流の大きさが変わることによるトランス3への影響を説明する。直流電源1からDC/DCコンバータへの入力電流実効値をIin、DC/DCコンバータから負荷7への出力電流をIoutとすると、入力電流実効値は式(3)で示される。
Figure 0007191256000004
ここでは、簡単のため、DC/DCコンバータの効率を1としている。出力電力(=Vout×Iout)が一定であれば、入力電圧が低下すると、入力電流が反比例して増加する。入力電圧の仕様の範囲において、最低の入力電圧の場合に入力電流が最大となるため、前述の第一の入出力電圧の仕様では、入力電圧の範囲の下限が100Vであり、第二の入出力電圧の仕様では、入力電圧の範囲の下限が200Vとなる。式(3)より、第一の入出力電圧の仕様での入力電流は、第二の入出力電圧の仕様の入力電流の2倍が流れることになる。したがって、トランス3としては、第二の入出力電圧の仕様から第一の入出力電圧の仕様に変更する際に、一次巻数N1を12ターンから6ターンに変更すると、一次巻線3aに流れる電流が2倍になる。そのため、2倍の電流により発生する巻線損失により、トランス3の一次巻線3aの発熱量がトランスとして成立する範囲内であるように、一次巻線3aの巻線断面積を変える必要がある。つまり、入力電圧の仕様の範囲によって、一次巻数N1を変えるだけでなく、一次巻数N1の変更に起因した一次巻線3aの電流増加に対する設計も必要になる。
<トランス3の構成>
トランス3の構成について説明する。トランス3は、磁気回路を形成するコア部と、コア部に巻回された一次巻線3a及び二次巻線3b、3cと、互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第1導電部分を有した第1の接続部40aとを備える。一次巻線3a及び二次巻線3b、3cの一部又は全部は、樹脂部材301により封止されている。樹脂部材301により封止された部分は、図3に示した巻線体300である。各巻線の間と各巻線の外周部分が樹脂部材301により覆われることで、各巻線の絶縁性能を確保することができる。一次巻線3aに接続された第1の接続部40aの外部接続部分の一部と相互接続部分の一部とは、樹脂部材301から露出している。第1の接続部40aは、露出した外部接続部分の一部において単相インバータ2に接続される。第1の接続部40aの詳細は後述する。二次巻線3b、3cの外部と接続される部分も樹脂部材301から露出する。二次巻線3b、3cは、外部と接続される部分において整流回路4に接続される。トランス3は、図5に示すように、樹脂部材301と熱的に接続された冷却器302を備える。冷却器302は、トランス3に電流が流れた際に発生する熱を外部に放熱する。樹脂部材301は、冷却器302の側に、一次巻線3a及び二次巻線3b、3cの一方又は双方の一部が露出した露出部301aを有する。図5では一部の露出部301aのみを示している。一次巻線3a及び二次巻線3b、3cの一方又は双方は、露出部301aにおいて、絶縁性を有する伝熱部材303を介して冷却器302と熱的に接続されている。
コア部は、環状の外周コアと、外周コアにおける対向する二つの部分の間を接続した柱状の中心コアである巻回軸103とを有し、一次巻線3a及び二次巻線3b、3cは、巻回軸103に巻回されている。このように構成することで、閉磁路構造を有したコア部に効率よく一次巻線3a及び二次巻線3b、3cを巻回することができる。コア部は、フェライトなどの磁性材料により作製される。本実施の形態では、図3に示すように、コア部は下側コア101と上側コア102とを有し、E型に形成された下側コア101と上側コア102を重ねることで、閉磁路構造を有したコア部が形成される。コア部の構成は、E型に形成された下側コア101と上側コア102に限るものではなく、E型とI型に形成された2つの分割コアであっても構わない。また、下側コア101と上側コア102の突き合わせ面の形状は長方形に形成されているが、突き合わせ面の形状は正方形又は円など他の形状であっても構わない。本実施の形態では、図4に示すように、板金からなる巻線を積層したプレーナ形状のトランス3の例について示すが、本願に示す構成はプレーナ形状のトランスに限るものではない。
一次巻線3a及び二次巻線3b、3cの一方又は双方が、複数に分割され、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれは、コア部に巻回された巻回部分と、巻回部分の両端から延出した2つの延出部材とを有する。第1の接続部40aは、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の一方に接続される。第1の接続部40aは、絶縁間隔を空けた部分、及び2つ以上の延出部材を互いに接続する相互接続部分により、分割された少なくとも一方の巻線のトランス上の巻数を設定している。このように構成することで、一次巻線3a及び二次巻線3b、3cの構成を変えることなく、第1の接続部40aにおいてトランス上の巻数が設定されるので、様々な入力電圧の仕様に容易に対応でき、生産性を向上させたトランス3を容易に得ることができる。本実施の形態では、一次巻線3aが、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線である。複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の他方は、相互に接続されている。以下、一次巻線3aの構成の詳細を説明する。
<一次巻線3aの構成>
二次巻線3b、3cの巻数N2をN2=1として、一次巻線3aの巻数N1がN1=6又はN1=12で実現される一次巻線3aの構成例を最初に示す。一次巻線3aの構成例を示した図4における一点鎖線は、巻回軸103の延出する方向を示した巻回軸線103aである。本願の説明においては、巻回軸線103aの延出する方向をz方向とし、z方向に直交すると共に、互いに直交する2つの方向をx方向及びy方向とする。本実施の形態では、一次巻線3a及び二次巻線3b、3cのうち、巻回部分の巻き数が多い方が、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線である。このように巻数が多い方の巻線に第1の接続部40aを設けて巻数を変えられる構成にすることにより、より多くの延出部材の接続パターンを構成することができる。また、もう一方の巻線の巻数に対してトランスとして必要になる巻数比を容易に調整することができる。
一次巻線3a及び二次巻線3b、3cは、複数の巻線部材により形成される。複数の巻線部材のそれぞれは、巻線が巻回された、コア部の部分である巻回軸103の延出方向に直交する同一平面上を湾曲した板状に形成され、板面が、巻回軸103の延出方向に直交し、複数の巻線部材は、巻回軸103の延出方向に積層されている。図4に示した一次巻線3aの各巻線部材は分割巻線であり、例えば銅から作製される。図4に示した一次巻線3aの各巻線部材における巻回部分は、直角に湾曲した部分を有した渦巻状であるが巻回部分の形状はこれに限るものではなく、円状、又は楕円状であっても構わない。
本実施の形態では、一次巻線3aの巻線部材は、図4のZ軸マイナス方向側から順に、第1の一次巻線201、第2の一次巻線202、第3の一次巻線203、第4の一次巻線204となるように積層される。各巻線間には絶縁のための樹脂部材301(図4において図示せず)が挿入される。例えば、図5に示すように、二次巻線3cは第1の一次巻線201と第2の一次巻線202の間に、二次巻線3bは第3の一次巻線203と第4の一次巻線204の間に積層して設けられる。このように構成することで、一次巻線と二次巻線との間の電磁的結合性を良くでき、漏れインダクタンスを減らすことができる。なお、一次巻線3a及び二次巻線3b、3cの積層の構成はこれに限るものではない。一次巻線3a及び二次巻線3b、3cのx方向及びy方向のそれぞれの外形は、揃うように構成される。分割巻線である一次巻線3aの各巻線部材のそれぞれの2つの延出部材の一方は、巻回軸103に遠い側の端部から延出し、各巻線部材のそれぞれの2つの延出部材の他方は、巻回軸103に近い側の端部から延出している。
複数の巻線部材は、少なくとも一つの第一巻線部材と、少なくとも一つの第二巻線部材とを有している。第一巻線部材は、巻回軸103の延出方向に見て、巻回軸103の遠い側から近い側に向かって右回りに巻回軸103に巻回された巻回部分を有している。第二巻線部材は、巻回軸103の遠い側から近い側に向かって左回りに巻回軸103に巻回された巻回部分を有している。本実施の形態では、第1の一次巻線201及び第3の一次巻線203が第一巻線部材であり、第2の一次巻線202及び第4の一次巻線204が第二巻線部材である。配線構成図において、第一巻線部材を逆巻、第二巻線部材を順巻として表記する。
巻線ユニットは、一つの第一巻線部材及び一つの第二巻線部材から形成される。巻線ユニットにおける第一巻線部材及び第二巻線部材の巻回軸103に近い側の端部が相互に接続され、巻回軸103に遠い側の端部からそれぞれの延出部材が延出している。本実施の形態では、第1の一次巻線201及び第2の一次巻線202から巻線ユニット30が形成され、第3の一次巻線203及び第4の一次巻線204から巻線ユニット31が形成される。
第1の一次巻線201は巻回軸103に3ターン巻回され、巻回軸103に近い側の延出部材である巻線端部2011は第2の一次巻線202の方向への曲げ構造を有する。第2の一次巻線202は巻回軸103に3ターン巻回され、巻回軸103に近い側の延出部材である巻線端部2021は第1の一次巻線201の方向への曲げ構造を有する。曲げ構造は巻線端部2011、2021のどちらか一方が有し、他方が有さなくても構わない。本実施の形態では、図9に示すように、巻線端部2011のみが曲げ構造を有している。巻線端部2011と巻線端部2021は、例えば、溶接により直列に接続され、巻線ユニット30が形成される。
第3の一次巻線203は巻回軸103に3ターン巻回され、巻回軸103に近い側の延出部材である巻線端部2031は第4の一次巻線204の方向への曲げ構造を有する。第4の一次巻線204は巻回軸103に3ターン巻回され、巻回軸103に近い側の延出部材である巻線端部2041は第3の一次巻線203の方向への曲げ構造を有する。曲げ構造は巻線端部2031、2041のどちらか一方が有し、他方が有さなくても構わない。本実施の形態では、図9に示すように、巻線端部2031のみが曲げ構造を有している。巻線端部2031と巻線端部2041は、例えば、溶接により直列に接続され、巻線ユニット31が形成される。
トランス3は、図4に示すように、複数の巻線ユニット30、31を有する。複数の巻線ユニット30、31は、巻回の方向が互いに同一である。本実施の形態では、巻線ユニット30、31のそれぞれの巻回数は6ターンで同一である。巻線ユニット30、31のそれぞれの巻回数は同一に限るものではなく、巻回数は異なっていても構わない。第1の一次巻線201、第2の一次巻線202、第3の一次巻線203、及び第4の一次巻線204の巻回軸103に遠い側の延出部材は、巻線端部2012、2022、2032、2042になる。第1の接続部40aは、複数の巻線ユニット30、31の巻線端部2012、2022、2032、2042を相互に直列又は並列に接続している。第1の接続部40aが巻線ユニット30、31の巻線端部2012、2022、2032、2042を直列に接続した場合、トランス3は12ターンになる。第1の接続部40aが巻線ユニット30、31の延出部材を並列に接続した場合、トランス3は6ターンになる。このように第1の接続部40aにおいて、トランス上の巻数が設定される。
<第1の接続部40a>
本願の要部である第1の接続部40aについて説明する。図4において破線で囲まれた部分である第1の接続部40aは、銅などの板状の金属から作製される。第1の接続部40aと、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の一方の何れかとは、一体化されている。本実施の形態では、第1の接続部40aは、第4の一次巻線204の延出部材である巻線端部2042と一体化されている。第4の一次巻線204の延出部材である巻線端部2042と第1の接続部40aとを一体化して設けた場合、巻線端部2042と第1の接続部40aとを接続する工程が不要になるため、トランス3の生産性を向上することができる。第1の接続部40aと一体化される分割巻線は第4の一次巻線204に限るものではなく、他の一次巻線であっても構わない。また、第1の接続部40aは、分割巻線に一体化された構成に限るものではなく、分割巻線と別体で設けても構わない。
図6に示すように、第1の接続部40aは、巻線端部のそれぞれが接続される貫通孔41、42、43と、巻線端部を互いに接続する相互接続部分411、421、431と、外部に接続される外部接続部分4111、4211とを有する。図7に示すように、外部接続部分4111、4211の一部と相互接続部分411、421、431の一部とは、樹脂部材301から露出している。相互接続部分411、421、431の一部は、何れかが切断されて絶縁間隔となる部分である。相互接続部分411、421、431の何れかの一部が切断されて、互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第1導電部分が第1の接続部40aから形成される。相互接続部分411、421、431の一部が樹脂部材301から露出しているので、相互接続部分411、421、431の一部を容易に切断することができる。相互接続部分411、421、431は一部が樹脂部材301から露出している構成に限るものではなく、相互接続部分411、421、431の全部が樹脂部材301から露出していても構わない。相互接続部分411、421、431の何れかの一部が切断された構成を図11、図13に示す。図11では3つの第1導電部分が形成され、図13では2つの第1導電部分が形成される。外部接続部分4111、4211の一部が樹脂部材301から露出しているので、外部接続部分4111、4211と外部とが容易に接続される。
図8に示すように、貫通孔41に巻線端部2022が接続され、貫通孔42に巻線端部2032が接続され、貫通孔43に巻線端部2012が接続される。巻線端部2012、2022、2032は、貫通孔43、41、42にそれぞれ通され、例えば半田(図示せず)により接続される。図4に示すように、巻線端部2012、2022、2032は、第1の接続部40aと接続するために、Z方向への曲げ構造2013、2023、2033を有する。貫通孔において巻線端部を接続する構成としたため、第1の接続部40aにおける接続構成が単純化されるので、トランス3の生産性を向上することができる。
第1の接続部40aと一体化された延出部材を有した分割巻線は、巻回軸103の延出方向に見て、積層された巻線部材において最も外側に配置されている。本実施の形態では、第1の接続部40aと一体化された巻線端部2042を有した第4の一次巻線204は、巻回軸103の延出方向に見て、最も外側に配置されている。このように構成することで、曲げ構造2013、2023、2033の曲げる方向を統一することができるので、巻線端部2012、2022、2032と第1の接続部40aとの接続を一方向から容易に行うことができる。なお、第1の接続部40aと一体化される巻線端部は、巻線端部2012であっても構わない。この場合、巻線端部2012を有した第1の一次巻線201は、巻回軸103の延出方向に見て、最も外側に配置される。
第1の接続部40aが巻線ユニット30、31の巻線端部2012、2022、2032、2042を直列に接続して12ターンを形成する場合について説明する。12ターンを形成する場合、相互接続部分411、431の部分を例えばタイバーカット加工によって除去する。相互接続部分411、431が絶縁間隔451、471となることで、図11に示すように、3つの第1導電部分が形成される。3つの第1導電部分は、絶縁間隔451、471において切断されて形成されている。絶縁間隔451、471が切断されて複数の第1導電部分が形成される場合、複数の第1導電部分を容易に形成することができる。複数の第1導電部分が容易に形成されるので、トランス3の生産性を向上させることができる。
第1の接続部40aが、3以上の第1導電部分を有している場合は、2つの特定の第1導電部分のそれぞれは、外部接続部分である、又は外部接続部分であり且つ相互接続部分であり、2つの特定の第1導電部分以外の1つ以上の非特定の第1導電部分は、相互接続部分である。本実施の形態では、図11において、両側の第1導電部分は2つの特定の第1導電部分であり、外部接続部分4111、4211である。中央の第1導電部分は、非特定の第1導電部分であり、相互接続部分421である。図10に示すように、巻線ユニット30と巻線ユニット31とが相互接続部分421において直列に接続されるので、一次巻数N1=12ターンのトランス3を実現することができる。
第1の接続部40aが巻線ユニット30、31の巻線端部2012、2022、2032、2042を並列に接続して6ターンを形成する場合について説明する。6ターンを形成する場合、相互接続部分421の部分を例えばタイバーカット加工によって除去する。相互接続部分421が絶縁間隔461となることで、図13に示すように、2つの第1導電部分が形成される。2つの第1導電部分は、絶縁間隔461において切断されて形成されている。
第1の接続部40aが、2つの第1導電部分を有している場合は、2つの第1導電部分のそれぞれは、外部に接続される外部接続部分であり、且つ2つ以上の延出部材を互いに接続する相互接続部分である。本実施の形態では、図13において、2つの第1導電部分は、外部接続部分4111、4211であり、相互接続部分411、431である。図12に示すように、巻線ユニット30と巻線ユニット31とが相互接続部分411、431において並列に接続されるので、一次巻数N1=6ターンのトランス3を実現することができる。
一次巻線3aの巻数N1が6ターンのトランス3は、一次巻線3aの巻数N1が12ターンのトランス3と比較して、一次巻線3aの巻数が半減したことにより、2倍の電流が一次巻線3aに流れる。しかし、一次巻線3aを巻線ユニット30と巻線ユニット31の並列接続により実現しているため、第1の一次巻線201、第2の一次巻線202、第3の一次巻線203、第4の一次巻線204のそれぞれに流れる電流は、巻数N1が12ターンの時と同じになる。つまり、巻数N1の変更によりトランス3の一次側に流れる電流が変わっても、第1の一次巻線201、第2の一次巻線202、第3の一次巻線203、第4の一次巻線204のそれぞれに流れる電流が同じであるため、巻線幅の変更又は冷却方法の見直し等の一次巻線3aの発熱量がトランスとして成立する範囲内であるのための再設計が不要となる。このことは、第1の一次巻線201、第2の一次巻線202、第3の一次巻線203、第4の一次巻線204の冷却条件がおおよそ同じ場合、例えば、自然放熱していたり、一次巻線3aの最外層となる第1の一次巻線201、及び第4の一次巻線204の両面から冷却していたりする場合に特に有効である。
このように、互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第1導電部分を有した第1の接続部40aにおいて、巻線ユニット30、31の直列接続と並列接続を切り替えることで、トランス3のコア部及び分割巻線の巻回部分を変えることなく共通化したまま、一次巻線3aの巻数N1を6ターンと12ターンに切り替えることができる。これにより、様々な入力電圧の仕様に容易に対応できるので、トランス3のコア部及び巻線部材の再設計の必要が無いため、トランス3を構成する材料の種類を共通化することができる。トランス3を構成する材料の種類が共通化されるので、巻数を変えた場合の設計工数及び専用設計によるトランス3の種類増加が抑制され、トランス3の製造時の生産管理及び在庫管理が容易になるため、トランス3の生産性を向上させることができる。巻線ユニット30、31の直列接続と並列接続の切り替えは第1の接続部40aにおいて行えるため、接続を変更するための各接続に応じた専用の部材を用意して付け替えする必要がなく、製造時の生産管理及び在庫管理を容易行うことができる。
本実施の形態で示したトランス3を電力変換装置100に用いることで、様々な入力電圧の仕様に容易に対応でき、生産性を向上させた電力変換装置100を得ることができる。本実施の形態では、トランス3をプレーナ型のトランスとしている。トランス3がプレーナ型のトランスのため、分割巻線を容易に積層して設けることができる。分割巻線を巻回軸103の延出方向に積層することにより、延出部材を複数備えることができるので、第1の接続部40aにおいて、より多くの接続パターンを構成することができる。また、積層することにより特に巻回軸103に近い方の延出部材を集約して配置することができ、延出部材同士又は第1の接続部40aへの接続を容易に行うことができる。また、延出部材の位置を変更することで整数ではないターン数(例えば2.5ターン又は3.5ターン)を容易に構成することができる。また、トランス3の投影面積を削減することができる。
<第1の接続部40aの変形例>
図4では、第1の接続部40aが巻線端部2042と一体化されている例を示したが、第1の接続部40aは分割巻線に一体化された構成に限るものではない。第1の接続部40aの変形例である、分割巻線と別体で設けた第1の接続部40aについて説明する。図14は実施の形態1に係る別のトランス3の一次巻線3aと第1の接続部40aの概略を示す平面図、図15は別のトランス3の一次巻線3aと第1の接続部40aの概略を示す側面図、図16は実施の形態1に係るさらに別のトランス3の一次巻線3aと第1の接続部40aの概略を示す平面図、図17はさらに別のトランス3の一次巻線3aと第1の接続部40aの概略を示す側面図である。
何れの第1の接続部40aも銅などの板状の金属から作製される。図14及び図15に示した第1の接続部40aは、xy平面に平行に配置される。図16及び図17に示した第1の接続部40aは、yz平面に平行に配置される。何れの第1の接続部40aも、4つの貫通孔41、42、43、44を有する。図14に示すように、貫通孔41に巻線端部2022が接続され、貫通孔42に巻線端部2032が接続され、貫通孔43に巻線端部2012が接続され、貫通孔44に巻線端部2042が接続される。図17に示すように、貫通孔41に巻線端部2022が接続され、貫通孔42に巻線端部2032が接続され、貫通孔43に巻線端部2012が接続され、貫通孔44に巻線端部2042が接続される。
分割巻線と第1の接続部40aとを別体で設けても、先に示した例と同様に、様々な入力電圧の仕様に容易に対応でき、生産性を向上させたトランス3を得ることができる。また、第1の接続部40aを別体で設けた場合、第1の接続部40aの配置の自由度を向上させることができる。また、分割巻線と第1の接続部40aとを異なる材料で構成することができる。第1の接続部40aを分割巻線よりも熱伝導率のより高い材料で形成した場合、第1の接続部40aを電力変換装置の冷却器に放熱シートを介して熱的に接続することで、第1の接続部40aの発熱を抑制することができる。
<一次巻線3aの構成の変形例>
一次巻線3aの構成の変形例について説明する。図18は実施の形態1に係る別のトランス3の一次巻線3aと第1の接続部40aの配線構成図、図19は別のトランス3の一次巻線3aと第1の接続部40aの別の配線構成図、図20は実施の形態1に係るさらに別のトランス3の一次巻線3aと第1の接続部40aの配線構成図、図21はさらに別のトランス3の一次巻線3aと第1の接続部40aの別の配線構成図である。変形例に係るトランス3は、一次巻線3aの巻回数が図10及び図12とは異なる構成になっている。変形例では、一次巻線3aの巻回数を除き、一次巻線3aの配置構成は図4と同様である。
図10及び図12に示した配線構成では、一次巻線3aの巻回数を6ターンと12ターンに変更する例を示した。一次巻線3aの分割巻線のそれぞれの巻回数を3ターンとして、一次巻線3aの巻回数を3の倍数にする必要はなく、分割巻線のターン数を変更しても構わない。図18及び図19に示すように、一次巻線3aの巻回数を例えば5ターンもしくは10ターンとしても構わない。
第1の一次巻線205は巻回軸103に2ターン巻回され、巻回軸103に近い側の延出部材である巻線端部2051は第2の一次巻線202の方向への曲げ構造を有する。第2の一次巻線202は巻回軸103に3ターン巻回され、巻回軸103に近い側の延出部材である巻線端部2021は第1の一次巻線205の方向への曲げ構造を有する。曲げ構造は巻線端部2051、2021のどちらか一方が有し、他方が有さなくても構わない。巻線端部2051と巻線端部2021は、例えば、溶接により直列に接続され、巻線ユニット32が形成される。
第3の一次巻線206は巻回軸103に2ターン巻回され、巻回軸103に近い側の延出部材である巻線端部2061は第4の一次巻線204の方向への曲げ構造を有する。第4の一次巻線204は巻回軸103に3ターン巻回され、巻回軸103に近い側の延出部材である巻線端部2041は第3の一次巻線206の方向への曲げ構造を有する。曲げ構造は巻線端部2061、2041のどちらか一方が有し、他方が有さなくても構わない。巻線端部2061と巻線端部2041は、例えば、溶接により直列に接続され、巻線ユニット33が形成される。
巻線ユニット32、33は、巻回数及び巻回の方向が互いに同一である。変形例における巻線ユニット32、33のそれぞれの巻回数は5ターンである。第1の一次巻線205、第2の一次巻線202、第3の一次巻線206、及び第4の一次巻線204の巻回軸103に遠い側の延出部材は、巻線端部2052、2022、2062、2042になる。第1の接続部40aは、巻線ユニット32、33の巻線端部2052、2022、2062、2042を相互に直列又は並列に接続している。
第1の接続部40aの相互接続部分411、431の部分を例えばタイバーカット加工によって除去することで、相互接続部分411、431が絶縁間隔451、471になる。絶縁間隔451、471が形成され、第1の接続部40aが巻線ユニット32、33の巻線端部2052、2022、2062、2042を直列に接続することで、図18に示すように、トランス3は10ターンになる。第1の接続部40aの相互接続部分421の部分を例えばタイバーカット加工によって除去することで、相互接続部分421が絶縁間隔461になる。絶縁間隔461が形成され、第1の接続部40aが巻線ユニット32、33の延出部材を並列に接続することで、図19に示すように、トランス3は5ターンになる。
一次巻線3aの巻回数を5ターンもしくは10ターンにする一次巻線3aの構成は、図18及び図19の構成に限るものではない。図20及び図21に示すように、一次巻線3aの分割巻線のそれぞれの巻回数を2.5ターンとしても、第1の接続部40aが巻線ユニット32、33を直列又は並列に接続することで、一次巻線3aの巻回数を5ターンもしくは10ターンにすることができる。
第1の一次巻線205及び第3の一次巻線206の巻回部分は、ターン毎の巻線間にクリアランスを設け、中心コアの延出方向に見て、第2の一次巻線202及び第4の一次巻線204と外形が重なるように、巻線幅を拡大している。このように構成することで、巻線ユニット32、33のそれぞれで5ターンの構成する場合、巻線ユニット30、31のそれぞれで6ターンを構成する場合と比較して、一次側電流の増加による一次巻線3aの損失の増加を抑制することができる。
第1の一次巻線205、第3の一次巻線206において、巻回部分以外の部分である、巻線端部2051、2061、2052、2062、及び延出部材の部分を、図4に示した第1の一次巻線201、第3の一次巻線203のそれぞれの部分と同じ構成にしている。そのため、トランス3の外形及び接続を変えることなく、巻線部材のみの変更で、ターン数を変更することができる。この例では、3ターンから2ターンへの変更の例を示したが、巻回している部分以外が同じ構造の1ターン以上の巻線部材を準備し、巻線部材を選択することで、任意の一次巻数N1への対応が可能となる。
<トランス3の製品群>
複数機種のトランス3を有するトランスの製品群について説明する。複数機種のトランス3のそれぞれは、磁気回路を形成するコア部と、コア部に巻回された一次巻線及び二次巻線と、互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第1導電部分を有した第1の接続部とを備える。一次巻線及び二次巻線の一方又は双方が、複数に分割され、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれは、コア部に巻回された巻回部分と、巻回部分の両端から延出した2つの延出部材とを備える。
第1の接続部は、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の一方に接続される。第1の接続部における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の一方に接続された部分を、被接続部とする。複数の被接続部は配置間隔を空けて並べられる。絶縁間隔は、配置間隔の部分に設けられる。トランス3の機種間で、絶縁間隔が設けられた配置間隔の部分が異なり、絶縁間隔が設けられていない配置間隔の部分には第1導電部分が存在する。このように構成することで、第1の接続部において異なる接続構成を有した複数機種のトランス3を容易に製品群として管理することができる。トランス3の製造時の生産管理及び在庫管理が容易になるため、トランス3の生産性を向上させることができる。
第1の接続部における機種構成の例を説明する。第1の接続部が、2つの第1導電部分を有している場合は、2つの第1導電部分のそれぞれは、外部に接続される外部接続部分であり、且つ2つ以上の延出部材を互いに接続する相互接続部分である。この機種構成は、例えば図13に示した構成であり、巻線ユニット30、31が並列に接続された機種のトランス3になる。第1の接続部が、3以上の第1導電部分を有している場合は、2つの特定の第1導電部分のそれぞれは、外部接続部分である、又は外部接続部分であり且つ相互接続部分であり、2つの特定の第1導電部分以外の1つ以上の非特定の第1導電部分のそれぞれは、相互接続部分である。この機種構成は、例えば図11に示した構成であり、巻線ユニット30、31が直列に接続された機種のトランス3になる。このように構成することで、巻線ユニット30、31が並列又は直列に接続された複数機種のトランス3を容易に製品群として管理することができる。
<トランス3の製造方法>
トランス3の製造方法について、図22を用いて説明する。図22はトランス3の製造工程を示す図である。トランス3は、部材用意工程(S11)と、巻回工程(S12)と、接続工程(S13)と切断工程(S14)とで製造される。部材用意工程は、磁気回路を形成するコア部である下側コア101及び上側コア102と、一次巻線及び二次巻線と、第1の接続部40aになる第1の接続部材とを用意する工程である。巻回工程は、一次巻線及び二次巻線をコア部に巻回する工程である。接続工程は、一次巻線及び二次巻線の一方又は双方と第1の接続部材とを接続する工程である。切断工程は、第1の接続部材を切断する工程である。以下、詳細を説明する。
部材用意工程では、一次巻線及び二次巻線として、一次巻線及び二次巻線の一方又は双方が、複数に分割され、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれが、コア部に巻回された巻回部分と、巻回部分の両端から延出した2つの延出部材と、を有したものを用意する。トランス3がプレーナ型のトランスである場合、巻回工程は、一次巻線及び二次巻線の巻線部材をコア部に配置する工程になる。
接続工程では、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の一方を、互いに配置間隔を空けて第1の接続部材に接続する。切断工程では、複数の配置間隔の内、トランスの機種に応じて、異なる配置間隔の部分を切断する。このようにトランス3を製造することで、切断工程において、第1の接続部材における異なる配置間隔を切断してトランスの機種を容易に変更できるため、複数機種のトランス3を容易に製造することができる。複数機種のトランス3が容易に製造できるので、複数機種のトランス3の生産性を向上させることができる。
トランスの機種に応じて、切断箇所を変化させる切断工程による機種変更の例を説明する。第1の接続部材を、2つに切断し、2つの導電部分を形成する場合は、2つの導電部分のそれぞれは、外部に接続される外部接続部分であり、且つ2つ以上の延出部材を互いに接続する相互接続部分になるように切断する。この機種構成は、例えば図13に示した構成であり、巻線ユニット30、31が並列に接続された機種のトランス3になる。第1の接続部材を、3つ以上に切断し、3つ以上の導電部分を形成する場合は、2つの特定の導電部分のそれぞれは、外部接続部分である、又は外部接続部分であり且つ相互接続部分になり、2つの特定の導電部分以外の1つ以上の非特定の導電部分のそれぞれは、相互接続部分になるように切断する。この機種構成は、例えば図11に示した構成であり、巻線ユニット30、31が直列に接続された機種のトランス3になる。このように切断することで、巻線ユニット30、31が並列又は直列に接続された複数機種のトランス3を容易に製造することができる。
本実施の形態では、2つの延出部材の他方である巻線端部2011、2021、2031、2041を相互に接続したが、巻線端部2011、2021、2031、2041を接続する構成はこれに限るものではない。巻線端部2011、2021、2031、2041の側においても接続部を設けて、巻線端部2011、2021、2031、2041を相互に接続しても構わない。
以上のように、実施の形態1によるトランス3において、一次巻線及び二次巻線の一方又は双方が、複数に分割され、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれが、コア部に巻回された巻回部分と、巻回部分の両端から延出した2つの延出部材とを有し、第1の接続部が分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の一方に接続され、第1の接続部40aが2つの第1導電部分を有している場合は、2つの第1導電部分のそれぞれは、外部接続部分であり、且つ2つ以上の延出部材を互いに接続する相互接続部分であり、第1の接続部40aが3以上の第1導電部分を有している場合は、2つの特定の第1導電部分のそれぞれは、外部接続部分である、又は外部接続部分であり且つ相互接続部分であり、2つの特定の第1導電部分以外の1つ以上の非特定の第1導電部分のそれぞれは、相互接続部分であるため、分割巻線の直列接続と並列接続は第1の接続部40aにおける延出部材の接続により切り替えられ、コア部及び巻回部分を変えることなく共通化したまま、トランス3の巻数を変えることができる。
そのため、様々な入力電圧の仕様に容易に対応できるので、コア部及び分割巻線の再設計の必要がなく、トランス3を構成する材料の種類を共通化することができる。トランス3を構成する材料の種類が共通化されるので、巻数を変えた場合の設計工数及び専用設計によるトランス3の種類増加が抑制され、トランス3の製造時の生産管理及び在庫管理が容易になるため、トランス3の生産性を向上させることができる。また、第1の接続部40aにおいて、分割巻線の直列接続と並列接続を容易に切り替えることができる。
複数の第1導電部分が絶縁間隔において切断されて形成されている場合、複数の第1導電部分を容易に形成することができる。複数の第1導電部分が容易に形成されるので、トランス3の生産性を向上させることができる。また、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の他方が相互に接続されている場合、複数の分割巻線のそれぞれの巻回部分よりも外側に延出する延出部材を減らすことができるので、延出部材の構成を簡素化することができる。
トランス3がプレーナ型のトランスであり、複数の巻線部材が巻回軸103の延出方向に積層されている場合、延出部材を複数備えることができるので、第1の接続部40aにおいて、より多くの接続パターンを構成することができる。また、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の一方が、巻回軸103に遠い側の端部から延出し、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の他方が、巻回軸103に近い側の端部から延出している場合、巻回部分よりも外側の巻回軸103から離れた箇所に第1の接続部40aを配置できるので、第1の接続部40aの切断箇所の切断が容易なため、一次巻線3aの巻数を容易に変更することができる。
第1の接続部40aが板状の金属からなり、第1の接続部40aと、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の一方の何れかとが一体化されている場合、第1の接続部40aが一体化された延出部材と第1の接続部40aとを接続する工程が不要になるため、トランス3の生産性を向上することができる。第1の接続部40aと一体化された延出部材を有した分割巻線が、巻回軸103の延出方向に見て、積層された巻線部材において最も外側に配置されている場合、巻線部材の延出部材が有する曲げ構造2013、2023、2033の曲げる方向を統一することができるので、巻線端部2012、2022、2032と第1の接続部40aとの接続を一方向から容易に行うことができる。
複数の巻線部材が、巻回軸103の延出方向に見て、右回りに巻回軸103に巻回された巻回部分を有した少なくとも一つの第一巻線部材と、左回りに巻回軸103に巻回された巻回部分を有した少なくとも一つの第二巻線部材とを有している場合、一つの第一巻線部材と一つの第二巻線部材とを直列に接続することで、巻回軸103に対して巻回の方向が同一な巻線を容易に構成することができる。第一巻線部材及び第二巻線部材から形成された巻線ユニットを有し、巻線ユニットにおける第一巻線部材及び第二巻線部材の巻回軸103に近い側の端部が相互に接続され、巻回軸103に遠い側の端部からそれぞれの延出部材が延出している場合、巻線ユニットを設けた構成において、巻回部分よりも外側の巻回軸103から離れた箇所に第1の接続部40aを容易に配置することができる。
複数の巻線ユニットを有し、複数の巻線ユニットは巻回数及び巻回の方向が互いに同一であり、第1の接続部40aが複数の巻線ユニットの延出部材を相互に直列又は並列に接続している場合、複数設けた巻線ユニットの直列又は並列接続を第1の接続部40aにより容易に変更できるので、トランス3の巻数を容易に変更することができる。一次巻線及び二次巻線のうち、巻回部分の巻き数が多い方が分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線である場合、巻数が多い方の巻線に第1の接続部40aを設けて巻数を変えられる構成にすることにより、より多くの延出部材の接続パターンを構成することができる。また、もう一方の巻線の巻数に対してトランスとして必要になる巻数比を容易に調整することができる。
一次巻線及び二次巻線の一部又は全部が樹脂部材301により封止されている場合、各巻線の間と各巻線の外周部分が樹脂部材301により覆われることで、各巻線の絶縁性能を確保することができる。相互接続部分の一部が樹脂部材301から露出している場合、相互接続部分の一部を容易に切断することができる。また、トランス3が冷却器302を備え、樹脂部材301が露出部301aを有し、一次巻線3a及び二次巻線3b、3cの一方又は双方が露出部301aにおいて伝熱部材303を介して冷却器302と熱的に接続されている場合、トランス3の発熱を抑制することができる。電力変換装置100が、直流電源に接続され、入力された直流電力を交流電力に変換して出力する複数の半導体スイッチング素子2a、2b、2c、2dと、複数の半導体スイッチング素子2a、2b、2c、2dから出力された交流電力の電圧を変換して出力する、本実施の形態に記載のトランス3と、トランス3の出力を整流する整流回路4とを備えた場合、様々な入力電圧の仕様に容易に対応でき、生産性を向上させた電力変換装置100を得ることができる。
実施の形態2.
実施の形態2に係るトランス3について説明する。図23は実施の形態2に係るトランス3の一次巻線3a、第1の接続部40a、及び第2の接続部40bの概略を示す分解斜視図、図24はトランス3の第1の接続部40aと第2の接続部40bの概略を示す平面図、図25はトランス3の一次巻線3a、第1の接続部40a、及び第2の接続部40bの概略を示す平面図、図26はトランス3の一次巻線3aと第1の接続部40aの概略を示す側面図、図27は図25のA-A断面位置で切断したトランス3の一次巻線3aの断面図、図28はトランス3の一次巻線3a、第1の接続部40a、及び第2の接続部40bの配線構成図、図29はトランス3の一次巻線3a、第1の接続部40a、及び第2の接続部40bの別の配線構成図、図30はトランス3の一次巻線3a、第1の接続部40a、及び第2の接続部40bの別の配線構成図である。実施の形態2に係るトランス3は、実施の形態1の構成に加えて、第2の接続部40b及び連結具600を備えた構成になっている。
<第2の接続部40b、連結具600>
実施の形態1と異なる構成について最初に説明する。トランス3は、互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第2導電部分を有した第2の接続部40bを備える。図23において、絶縁間隔が設けられる前の第2の接続部40bを示している。第2の接続部40bは、銅などの板状の金属から作製される。第2の接続部40bは、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の他方に接続される。本実施の形態では、第2の接続部40bは、第5の一次巻線505の延出部材である巻線端部5051と一体化されている。複数の第2導電部分のそれぞれは、2つ以上の延出部材を互いに接続する相互接続部分である。第2の接続部40bを設けることで、実施の形態1と比較して、さらに多くの延出部材の接続パターンを構成することができる。さらに多くの延出部材の接続パターンを構成できるので、より多くの種類の巻数をトランス3において構成することができる。延出部材の接続パターンの具体例については後述する。
トランス3は、第1の接続部40a及び第2の接続部40bを接続した連結具600を備える。連結具600は、導電性を有した銅などの金属から作製される。連結具600は金属板を折り曲げて形成してもよく、棒状の金属を折り曲げて形成しても構わない。連結具600は、曲げ構造6013、6014を有し、分割巻線の巻回部分を跨いで設けられる。連結具600は、巻回軸103に近い側の端部に接続端部6011、巻回軸103に遠い側の端部に接続端部6012が形成される。連結具600の延出部材である接続端部6011が第2の接続部40bに接続され、連結具600の延出部材である接続端部6012が第1の接続部40aに接続される。連結具600を設けることで、実施の形態1と比較して、さらに多くの延出部材の接続パターンを構成することができる。さらに多くの延出部材の接続パターンを構成できるので、より多くの種類の巻数をトランス3において構成することができる。なお、トランス3は連結具600を有した構成に限るものではなく、第1の接続部40a及び第2の接続部40bを設けたトランスであっても、連結具600を有さない構成でも構わない。
第1の接続部40aは、巻回部分の内側及び外側の一方に配置され、第2の接続部40bは、巻回部分の内側及び外側の他方に配置されている。本実施の形態では、第1の接続部40aは巻回部分の外側に配置され、第2の接続部40bは巻回部分の内側に配置される。このように構成することで、巻回部分の内側及び外側に分割巻線の延出部材が集約されるので、分割巻線の延出部材の構成を簡素化することができる。
<一次巻線3aの構成>
二次巻線3b、3cの巻数N2をN2=1として、一次巻線3aの巻数N1がN1=9又はN1=12又はN1=15で実現される一次巻線3aの構成例を示す。本実施の形態では、一次巻線3aの巻線部材は、図23のZ軸マイナス方向側から順に、第1の一次巻線501、第2の一次巻線502、第3の一次巻線503、第4の一次巻線504、第5の一次巻線505となるように積層される。本実施の形態では、第1の一次巻線201、第3の一次巻線203、及び第5の一次巻線505が第一巻線部材であり、第2の一次巻線202及び第4の一次巻線204が第二巻線部材である。
セット巻線は、一つの第一巻線部材及び一つの第二巻線部材から形成される。トランス3は、複数のセット巻線と、一つの第一巻線部材又は一つの第二巻線部材とを備える。第1の接続部40aは、複数のセット巻線、及び一つの第一巻線部材又は一つの第二巻線部材のそれぞれの2つの延出部材の一方に接続される。第2の接続部40bは、複数のセット巻線、及び一つの第一巻線部材又は一つの第二巻線部材のそれぞれの2つの延出部材の他方に接続される。第1の接続部40a及び第2の接続部40bは、複数のセット巻線の延出部材と、一つの第一巻線部材又は一つの第二巻線部材の延出部材とを相互に直列又は並列に接続している。本実施の形態では、第2の一次巻線502及び第3の一次巻線503からセット巻線50が形成され、第4の一次巻線504及び第5の一次巻線505からセット巻線51が形成される。トランス3は、2つのセット巻線50、51と一つの第一巻線部材である第1の一次巻線501を備える。
第1の一次巻線501、第2の一次巻線502、第3の一次巻線503、第4の一次巻線504、及び第5の一次巻線505はそれぞれ巻回軸103に3ターン巻回され、巻回軸103に近い側の延出部材である巻線端部5011、5021、5031、5041、5051を有する。第1の一次巻線501、第2の一次巻線502、第3の一次巻線503、第4の一次巻線504、及び第5の一次巻線505は、巻回軸103に遠い側の延出部材である巻線端部5012、5022、5032、5042、5052を有する。第1の接続部40aは、第5の一次巻線505の巻線端部5052と一体化されている。図23に示すように、巻線端部5011、5021、5031、5041は、第2の接続部40bと接続するために、Z方向への曲げ構造5013、5023、5033、5043を有する。巻線端部5012、5022、5032、5042は、第1の接続部40aと接続するために、Z方向への曲げ構造5014、5024、5034、5044を有する。
図24に示すように、第1の接続部40aは、巻線端部5012、5022、5032、5042及び接続端部6012が接続される貫通孔81、82、83、84、85と、巻線端部5012、5022、5032、5042、5052及び接続端部6012を互いに接続する相互接続部分811、821、831、841、851と、外部に接続される外部接続部分8111、8211を有する。第2の接続部40bは、巻線端部5011、5021、5031、5041及び接続端部6011が接続される貫通孔71、72、73、74、75と、巻線端部5011、5021、5031、5041、5051及び接続端部6011を互いに接続する相互接続部分711、721、731、741、751を有する。
相互接続部分711、721、731、741、751、811、821、831、841、851の一部は、何れかが切断されて絶縁間隔となる部分である。相互接続部分811、821、831、841、851の何れかの一部が切断されて、互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第1導電部分が第1の接続部40aから形成される。相互接続部分711、721、731、741、751の何れかの一部が切断されて、互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第2導電部分が第2の接続部40bから形成される。複数の第2導電部分が、絶縁間隔において切断されて形成されている場合、複数の第2導電部分を容易に形成することができる。複数の第2導電部分が容易に形成されるので、トランス3の生産性を向上させることができる。これらの相互接続部分の一部は樹脂部材301(図示せず)から露出しているので、相互接続部分の一部を容易に切断することができる。
図26に示すように、貫通孔81に巻線端部5032が接続され、貫通孔82に巻線端部5042が接続され、貫通孔83に巻線端部5012が接続され、貫通孔84に巻線端部5022が接続され、貫通孔85に接続端部6012が接続される。図27に示すように、貫通孔71に巻線端部5041が接続され、貫通孔72に巻線端部5031が接続され、貫通孔73に巻線端部5021が接続され、貫通孔74に巻線端部5011が接続され、貫通孔75に接続端部6011が接続される。巻線端部及び接続端部は、貫通孔にそれぞれ通され、例えば半田(図示せず)により接続される。貫通孔において巻線端部及び接続端部を接続する構成としたため、第1の接続部40a及び第2の接続部40bにおける接続構成が単純化されるので、トランス3の生産性を向上することができる。
一次巻線3aの巻数N1が15ターンとなる一次巻線3aの構成について説明する。15ターンを形成する場合、第1の接続部40aにおける相互接続部分811、831、851の部分を例えばタイバーカット加工によって除去する。相互接続部分811、831、851に絶縁間隔が形成されることで、4つの第1導電部分が形成される。4つの第1導電部分は、3つの絶縁間隔において切断されて形成されている。本実施の形態では、図28において、両側の第1導電部分は2つの特定の第1導電部分であり、外部接続部分8111、8211である。中央の2つの第1導電部分は、非特定の第1導電部分であり、相互接続部分821、841である。相互接続部分841により、第1の一次巻線501と第2の一次巻線502が直列接続され、相互接続部分821により、第3の一次巻線503と第4の一次巻線504が直列接続される。
さらに、第2の接続部40bにおける相互接続部分721、741の部分を例えばタイバーカット加工によって除去する。相互接続部分721、741に絶縁間隔が形成されることで、3つの第2導電部分が形成される。3つの第2導電部分は、2つの絶縁間隔において切断されて形成されている。本実施の形態では、図28において、3つの第2導電部分は、相互接続部分711、731、751である。相互接続部分731により、第2の一次巻線502と第3の一次巻線503が直列接続され、相互接続部分711により、第4の一次巻線504と第5の一次巻線505が直列接続され、相互接続部分751により、第1の一次巻線501と連結具600が直列接続される。
このように構成することで、図28に示すように、セット巻線50とセット巻線51とが相互接続部分821において直列に接続され、さらに第1の一次巻線501が直列に接続されるので、一次巻数N1=15ターンのトランス3を実現することができる。
一次巻線3aの巻数N1が12ターンとなる一次巻線3aの構成について説明する。12ターンを形成する場合、第1の接続部40aにおける相互接続部分821、841の部分を例えばタイバーカット加工によって除去する。相互接続部分821、841に絶縁間隔が形成されることで、3つの第1導電部分が形成される。3つの第1導電部分は、2つの絶縁間隔において切断されて形成されている。本実施の形態では、図29において、両側の第1導電部分は2つの特定の第1導電部分であり、外部接続部分8111、8211である。中央の第1導電部分は、非特定の第1導電部分であり、相互接続部分831である。相互接続部分831により、第1の一次巻線501と第4の一次巻線504が直列接続され、相互接続部分811により、第3の一次巻線503と第5の一次巻線505が直列接続され、相互接続部分851により、第2の一次巻線502と外部接続部分8211が直列接続される。
さらに、第2の接続部40bにおける相互接続部分731、751の部分を例えばタイバーカット加工によって除去する。相互接続部分731、751に絶縁間隔が形成されることで、2つの第2導電部分が形成される。本構成では、図29に示すように、連結具600の部分は使用しない。2つの第2導電部分は、2つの絶縁間隔において切断されて形成されている。本実施の形態では、2つの第2導電部分は、相互接続部分711、721、及び相互接続部分741である。相互接続部分741により、第1の一次巻線501と第2の一次巻線502が直列接続され、相互接続部分711、721により、第3の一次巻線503と第4の一次巻線504と第5の一次巻線505とが並列接続される。
このように構成することで、図29に示すように、第3の一次巻線503と第5の一次巻線505とが並列に接続され、さらに第4の一次巻線504と第1の一次巻線501と第2の一次巻線502とが直列に接続されるので、一次巻数N1=12ターンのトランス3を実現することができる。
一次巻線3aの巻数N1が9ターンとなる一次巻線3aの構成について説明する。9ターンを形成する場合、第1の接続部40aにおける相互接続部分821、851の部分を例えばタイバーカット加工によって除去する。相互接続部分821、851に絶縁間隔が形成されることで、3つの第1導電部分が形成される。3つの第1導電部分は、2つの絶縁間隔において切断されて形成されている。本実施の形態では、図30において、両側の第1導電部分は2つの特定の第1導電部分であり、外部接続部分8111、8211である。中央の第1導電部分は、非特定の第1導電部分であり、相互接続部分831、841である。相互接続部分831、841により、第1の一次巻線501と第2の一次巻線502と第4の一次巻線504とが並列接続され、相互接続部分811により、第3の一次巻線503と第5の一次巻線505が直列接続され、連結具600と外部接続部分8211が接続される。
さらに、第2の接続部40bにおける相互接続部分741の部分を例えばタイバーカット加工によって除去する。相互接続部分741に絶縁間隔が形成されることで、2つの第2導電部分が形成される。2つの第2導電部分は、1つの絶縁間隔において切断されて形成されている。本実施の形態では、2つの第2導電部分は、相互接続部分711、721、731及び相互接続部分751である。相互接続部分711、721、731により、第2の一次巻線502と第3の一次巻線503と第4の一次巻線504と第5の一次巻線505とが並列接続され、相互接続部分751により、第1の一次巻線501と連結具600が直列接続される。
このように構成することで、図30に示すように、セット巻線50とセット巻線51とが相互接続部分811において並列に接続され、さらに第1の一次巻線501が直列に接続されるので、一次巻数N1=9ターンのトランス3を実現することができる。
このように、互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第1導電部分を有した第1の接続部40a、及び互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第2導電部分を有した第2の接続部40bにおいて、各分割巻線の直列接続と並列接続を切り替えることで、トランス3のコア部及び分割巻線の巻回部分を変えることなく共通化したまま、一次巻線3aの巻数N1を9ターンと12ターンと15ターンに切り替えることができる。これにより、様々な入力電圧の仕様に容易に対応できるので、トランス3のコア部及び巻線部材の再設計の必要が無いため、トランス3を構成する材料の種類を共通化することができる。トランス3を構成する材料の種類が共通化されるので、巻数を変えた場合の設計工数及び専用設計によるトランス3の種類増加が抑制され、トランス3の製造時の生産管理及び在庫管理が容易になるため、トランス3の生産性を向上させることができる。各分割巻線の直列接続と並列接続の切り替えは第1の接続部40a及び第2の接続部40bにおいて行えるため、接続を変更するための各接続に応じた専用の部材を用意して付け替えする必要がなく、製造時の生産管理及び在庫管理を容易行うことができる。
実施の形態2において、一次巻線3aの各分割巻線の内、一つの分割巻線の両端に第1の接続部40aと第2の接続部40bとを設け、且つ連結具600を有した例を示したが、これらを全て有した構成に限るものではない。例えば、実施の形態1の構成は第1の接続部40aと第2の接続部40bとを設け、連結具600を有さなくても構成することができる。また、第1の接続部40aと第2の接続部40bとを設け、且つ連結具600を有した場合、一次巻線3aのターン数を実施の形態1に示した12ターンと6ターンの2パターンから、9ターンを加えた3パターンを構成することができる。
また、一次巻数N1がそれぞれ15ターン、12ターン、9ターンであるトランス3を比較すると、一次巻数N1が減少することにより、電流が巻数の比率分増加する。トランス3を電力変換装置100の筐体へ実装する場合、トランス3がプレーナ型の構成であることから、第1の一次巻線501の下方側に冷却器が配置される。そのため、一次巻線3aと二次巻線3b、3cは、実施の形態1に示した樹脂部材301を介してZ軸のプラス側からマイナス側の方向の経路で放熱される。その際、Z軸のプラス方向側に配置される第3の一次巻線503、第4の一次巻線504、第5の一次巻線505は放熱されにくくなる。本実施の形態では、一次巻数N1が12ターンのトランス3では、第3の一次巻線503と第5の一次巻線505とを並列に接続し、一次巻数N1が9ターンのトランス3では、第3の一次巻線503と第5の一次巻線505及び第2の一次巻線502と第4の一次巻線504を並列に接続にしている。このように分割巻線を並列に接続した構成にすることで流れる電流を半減させることができる。Z軸のプラス方向側に配置された分割巻線は放熱されにくくなるが、Z軸のプラス方向側に配置された分割巻線を並列に接続することで、巻数の比率分増加する電流に起因した発熱に対応することができる。
<トランス3の製品群>
複数機種のトランス3を有するトランスの製品群について説明する。複数機種のトランス3のそれぞれは、実施の形態1に示した複数機種のトランス3の構成に加えて、互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第2導電部分を有した第2の接続部を備える。第2の接続部は、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の他方に接続される。第2の接続部における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の他方に接続された部分を、第2の接続部の被接続部とする。複数の第2の接続部の被接続部は配置間隔を空けて並べられる。絶縁間隔は、配置間隔の部分に設けられる。トランス3の機種間で、第2の接続部における絶縁間隔が設けられた配置間隔の部分が異なり、絶縁間隔が設けられていない配置間隔の部分には第2導電部分が存在する。
このようにトランス3の製品群を構成することで、第1の接続部及び第2の接続部において異なる接続構成を有した複数機種のトランス3を容易に製品群として管理することができる。トランス3の製造時の生産管理及び在庫管理が容易になるため、トランス3の生産性を向上させることができる。
<トランス3の製造方法>
トランス3の製造方法について、実施の形態1に示したトランス3の製造方法と異なる工程について説明する。本実施の形態に係るトランス3の部材用意工程では、さらに第2の接続部40bになる第2の接続部材を用意する。接続工程では、一次巻線及び二次巻線の一方又は双方と第2の接続部材とを接続する。分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の他方を、互いに配置間隔を空けて第2の接続部材に接続する。切断工程では、第2の接続部材における複数の配置間隔の内、トランスの機種に応じて、異なる配置間隔を切断する。
このようにトランス3の製造することで、切断工程において、第1の接続部材及び第2の接続部材における異なる配置間隔を切断してトランスの機種を容易に変更できるため、複数機種のトランス3を容易に製造することができる。複数機種のトランス3が容易に製造できるので、複数機種のトランス3の生産性を向上させることができる。
以上のように、実施の形態2によるトランス3において、互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第2導電部分を有した第2の接続部40bを備え、第2の接続部40bが分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれの2つの延出部材の他方に接続され、複数の第2導電部分のそれぞれが2つ以上の延出部材を互いに接続する相互接続部分であるため、実施の形態1と比較して、さらに多くの延出部材の接続パターンを構成することができる。さらに多くの延出部材の接続パターンを構成できるので、より多くの種類の巻数をトランス3において構成することができる。また、様々な入力電圧の仕様に容易に対応できるので、コア部及び分割巻線の再設計の必要がなく、トランス3を構成する材料の種類を共通化することができる。トランス3を構成する材料の種類が共通化されるので、巻数を変えた場合の設計工数及び専用設計によるトランス3の種類増加が抑制され、トランス3の製造時の生産管理及び在庫管理が容易になるため、トランス3の生産性を向上させることができる。
複数の第2導電部分が絶縁間隔において切断されて形成されている場合、複数の第2導電部分を容易に形成することができる。複数の第2導電部分が容易に形成されるので、トランス3の生産性を向上させることができる。また、第1の接続部40a及び第2の接続部40bを接続した連結具600を備えた場合、実施の形態1と比較して、さらに多くの延出部材の接続パターンを構成することができる。さらに多くの延出部材の接続パターンを構成できるので、より多くの種類の巻数をトランス3において構成することができる。また、第1の接続部40aが巻回部分の内側及び外側の一方に配置され、第2の接続部40bが巻回部分の内側及び外側の他方に配置されている場合、巻回部分の内側及び外側に分割巻線の延出部材が集約されるので、分割巻線の延出部材の構成を簡素化することができる。
互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第1導電部分を有した第1の接続部40a、及び互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第2導電部分を有した第2の接続部40bと、一つの第一巻線部材及び一つの第二巻線部材からなるセット巻線の複数と、一つの第一巻線部材又は一つの第二巻線部材と、を有し、第1の接続部40aが複数のセット巻線、及び一つの第一巻線部材又は一つの第二巻線部材のそれぞれの2つの延出部材の一方に接続され、第2の接続部が複数のセット巻線、及び一つの第一巻線部材又は一つの第二巻線部材のそれぞれの2つの延出部材の他方に接続され、第1の接続部40a及び第2の接続部40bが、複数のセット巻線の延出部材と、一つの第一巻線部材又は一つの第二巻線部材の延出部材とを相互に直列又は並列に接続している場合、各分割巻線の直列接続と並列接続を切り替えることで、トランス3のコア部及び分割巻線の巻回部分を変えることなく共通化したまま、より多くの種類の巻数をトランス3において構成することができる。
実施の形態3.
実施の形態3に係るトランス3について説明する。図31は実施の形態3に係るトランス3の一次巻線3a、第1の接続部40a、及び第2の接続部40bの配線構成図、図32はトランス3の第1の接続部40aと第2の接続部40bの概略を示す平面図である。実施の形態3に係るトランス3は、実施の形態2とは異なる構成の第1の接続部40aを備え、一次巻線3aの巻数N1が6ターンとなる一次巻線3aの構成になっている。第1の接続部40a以外の構成は実施の形態2と同様であるため、同様の構成については説明を省略する。
図32に示すように、第1の接続部40aは、巻線端部5012、5022、5032、5042及び接続端部6012が接続される貫通孔91、92、93、94、95と、巻線端部5012、5022、5032、5042、5052及び接続端部6012を互いに接続する相互接続部分911、921、931、941、951と、外部に接続される外部接続部分9111、9211、9311とを有する。第1の接続部40aは、さらにy軸に対して平行に形成された相互接続部分961、971、981と、それらを接続するように形成された相互接続部分1002、1003、1005とを有する。相互接続部分は、何れかが切断されて絶縁間隔が形成される部分である。
図31に示すように、貫通孔91に巻線端部5032が接続され、貫通孔92に巻線端部5042が接続され、貫通孔93に巻線端部5022が接続され、貫通孔94に巻線端部5012が接続され、貫通孔95に接続端部6012が接続される。また、貫通孔71に巻線端部5041が接続され、貫通孔72に巻線端部5031が接続され、貫通孔73に巻線端部5021が接続され、貫通孔74に巻線端部5011が接続され、貫通孔75に接続端部6011が接続される。巻線端部及び接続端部は、貫通孔にそれぞれ通され、例えば半田(図示せず)により接続される。
一次巻線3aの巻数N1が6ターンとなる一次巻線3aの構成について説明する。6ターンを形成する場合、第1の接続部40aにおける相互接続部分921、941、951、1003の部分を例えばタイバーカット加工によって除去する。相互接続部分921、941、951、1003に絶縁間隔が形成されることで、2つの第1導電部分が形成される。絶縁間隔が形成されたことで、相互接続部分911、961、971、981、1002、1005により、第1の一次巻線501と第3の一次巻線503と第5の一次巻線505とが並列に接続される。相互接続部分931により、第2の一次巻線502と第4の一次巻線504とが、直列に接続される。
さらに、第2の接続部40bにおける相互接続部分751の部分を例えばタイバーカット加工によって除去する。相互接続部分751に絶縁間隔が形成されることで、1つの第2導電部分が形成される。第2導電部分が1つとなるのは、本実施の形態では、連結具600を使用しないためである。連結具600を使用しないため、連結具600に接続されている外部接続部分9211も使用しない。相互接続部分711、721、731、741により、第1の一次巻線501と第2の一次巻線502と第3の一次巻線503と第4の一次巻線504と第5の一次巻線505とが並列に接続される。第2導電部分が1つのため、第2の接続部40bを設けずに各分割巻線の巻線端部を相互に接続する構成でも構わない。本実施の形態は実施の形態2の変形例として説明しているため、連結具600及び第2の接続部40bを設けた構成としている。
このように構成することで、図31に示すように、並列に接続された第1の一次巻線501と第3の一次巻線503と第5の一次巻線505と、第2の一次巻線502及び第4の一次巻線504とが直列に接続されるので、一次巻数N1=6ターンのトランス3を実現することができる。
本実施の形態による第1の接続部40a及び第2の接続部40bを用いた場合、何れかの相互接続部分を絶縁間隔とすることで一次巻数N1=15、12、9、6、3ターンのトランス3を実現することができる。このように第1の接続部40aの構成を変更することで、実施の形態2と同じ巻数、層数の分割巻線を用いても、一次巻線3aのターン数を変更することができる。1つの分割巻線の巻数及び巻線の層数によらず、分割巻線の端部に第1の接続部40a及び第2の接続部40bを設けることで、ターン数を変更することができるトランス3を実現することができる。
また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、一つ、又は複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、又は様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも一つの構成要素を変形する場合、追加する場合又は省略する場合、さらには、少なくとも一つ構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
1 直流電源、2 単相インバータ、2a、2b、2c、2d 半導体スイッチング素子、3 トランス、3a 一次巻線、3b 二次巻線、3c 二次巻線、4 整流回路、4a、4b ダイオード、5 リアクトル、6 平滑コンデンサ、7 負荷、30、31、32、33 巻線ユニット、40a 第1の接続部、40b 第2の接続部、50、51 セット巻線、100 電力変換装置、101 下側コア、102 上側コア、103 巻回軸、103a 巻回軸線、201、205、501 第1の一次巻線、202、502 第2の一次巻線、203、206、503 第3の一次巻線、204、504 第4の一次巻線、505 第5の一次巻線、300 巻線体、301 樹脂部材、301a 露出部、302 冷却器、303 伝熱部材、2011、2021、2031、2041、2051、2061、2012、2022、2032、2042、2052、2062、5011、5021、5031、5041、5051、5012、5022、5032、5042、5052 巻線端部、2013、2023、2033、5013、5023、5033、5043、5014、5024、5034、5044、6013、6014 曲げ構造、41、42、43、44、71、72、73、74、75、81、82、83、84、85、91、92、93、94、95 貫通孔、411、421、431、711、721、731、741、751、811、821、831、841、851、911、921、931、941、951、961、971、981、1002、1003、1005 相互接続部分、451、461、471 絶縁間隔、4111、4211、8111、8211、9111、9211、9311 外部接続部分、600 連結具、6011、6012 接続端部

Claims (26)

  1. 磁気回路を形成するコア部と、
    前記コア部に巻回された一次巻線及び二次巻線と、
    互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第1導電部分を有した第1の接続部と、を備え、
    前記一次巻線及び前記二次巻線の一方又は双方が、複数に分割され、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれは、前記コア部に巻回された巻回部分と、前記巻回部分の両端から延出した2つの延出部材と、を有し、
    前記第1の接続部は、分割された少なくとも一方の巻線における複数の前記分割巻線のそれぞれの2つの前記延出部材の一方に接続され、
    前記第1の接続部が、2つの前記第1導電部分を有している場合は、2つの前記第1導電部分のそれぞれは、外部に接続される外部接続部分であり、且つ2つ以上の前記延出部材を互いに接続する相互接続部分であり、
    前記第1の接続部が、3以上の前記第1導電部分を有している場合は、2つの特定の前記第1導電部分のそれぞれは、前記外部接続部分である、又は前記外部接続部分であり且つ前記相互接続部分であり、2つの前記特定の第1導電部分以外の1つ以上の非特定の前記第1導電部分は、前記相互接続部分であるトランス。
  2. 前記複数の第1導電部分は、前記絶縁間隔において切断されて形成されている請求項1に記載のトランス。
  3. 互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第2導電部分を有した第2の接続部を備え、
    前記第2の接続部は、分割された少なくとも一方の巻線における複数の前記分割巻線のそれぞれの2つの前記延出部材の他方に接続され、
    複数の前記第2導電部分のそれぞれは、2つ以上の前記延出部材を互いに接続する前記相互接続部分である請求項1又は2に記載のトランス。
  4. 前記複数の第2導電部分は、前記絶縁間隔において切断されて形成されている請求項3に記載のトランス。
  5. 前記第1の接続部及び前記第2の接続部を接続した連結具を備えた請求項3又は4に記載のトランス。
  6. 分割された少なくとも一方の巻線における複数の前記分割巻線のそれぞれの2つの前記延出部材の他方は、相互に接続されている請求項1又は2に記載のトランス。
  7. 前記第1の接続部は、前記巻回部分の内側及び外側の一方に配置され、
    前記第2の接続部は、前記巻回部分の内側及び外側の他方に配置されている請求項3から5のいずれか1項に記載のトランス。
  8. 前記一次巻線及び前記二次巻線は、複数の巻線部材により形成され、
    複数の前記巻線部材のそれぞれは、巻線が巻回された、前記コア部の部分である巻回軸の延出方向に直交する同一平面上を湾曲した板状に形成され、板面が、前記巻回軸の延出方向に直交し、
    複数の前記巻線部材は、前記巻回軸の延出方向に積層されている請求項1から7のいずれか1項に記載のトランス
  9. 分割された少なくとも一方の巻線における複数の前記分割巻線のそれぞれの2つの前記延出部材の一方は、前記巻回軸に遠い側の端部から延出し、
    分割された少なくとも一方の巻線における複数の前記分割巻線のそれぞれの2つの前記延出部材の他方は、前記巻回軸に近い側の端部から延出している請求項8に記載のトランス。
  10. 前記第1の接続部は、板状の金属からなり、
    前記第1の接続部と、分割された少なくとも一方の巻線における複数の前記分割巻線のそれぞれの2つの前記延出部材の一方の何れかとは、一体化されている請求項8に記載のトランス。
  11. 前記第1の接続部と一体化された前記延出部材を有した前記分割巻線は、前記巻回軸の延出方向に見て、積層された前記巻線部材において最も外側に配置されている請求項10に記載のトランス。
  12. 複数の前記巻線部材は、前記巻回軸の延出方向に見て、前記巻回軸の遠い側から近い側に向かって右回りに前記巻回軸に巻回された前記巻回部分を有した少なくとも一つの第一巻線部材と、前記巻回軸の遠い側から近い側に向かって左回りに前記巻回軸に巻回された前記巻回部分を有した少なくとも一つの第二巻線部材とを有している請求項8から11のいずれか1項に記載のトランス。
  13. 一つの前記第一巻線部材及び一つの前記第二巻線部材から形成された巻線ユニットを有し、
    前記巻線ユニットにおける前記第一巻線部材及び前記第二巻線部材の前記巻回軸に近い側の端部が相互に接続され、前記巻回軸に遠い側の端部からそれぞれの前記延出部材が延出している請求項12に記載のトランス。
  14. 複数の前記巻線ユニットを有し、
    複数の前記巻線ユニットは、巻回の方向が互いに同一であり、
    前記第1の接続部は、複数の前記巻線ユニットの前記延出部材を相互に直列又は並列に接続している請求項13に記載のトランス。
  15. 一つの前記第一巻線部材及び一つの前記第二巻線部材からなるセット巻線の複数と、一つの前記第一巻線部材又は一つの前記第二巻線部材と、
    互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第2導電部分を有した第2の接続部と、
    を有し、
    前記第1の接続部は、複数の前記セット巻線、及び一つの前記第一巻線部材又は一つの前記第二巻線部材のそれぞれの2つの前記延出部材の一方に接続され、
    前記第2の接続部は、複数の前記セット巻線、及び一つの前記第一巻線部材又は一つの前記第二巻線部材のそれぞれの2つの前記延出部材の他方に接続され、
    前記第1の接続部及び前記第2の接続部は、複数の前記セット巻線の前記延出部材と、一つの前記第一巻線部材又は一つの前記第二巻線部材の前記延出部材とを相互に直列又は並列に接続している請求項12に記載のトランス。
  16. 前記一次巻線及び前記二次巻線のうち、巻回部分の巻き数が多い方が、分割された少なくとも一方の巻線における複数の前記分割巻線である請求項1から15のいずれか1項に記載のトランス。
  17. 前記一次巻線及び前記二次巻線の一部又は全部は、樹脂部材により封止されている請求項1から16のいずれか1項に記載のトランス。
  18. 前記相互接続部分の一部は、前記樹脂部材から露出している請求項17に記載のトランス。
  19. 前記樹脂部材と熱的に接続された冷却器を備え、
    前記樹脂部材は、前記冷却器の側に、前記一次巻線及び前記二次巻線の一方又は双方の一部が露出した露出部を有し、
    前記一次巻線及び前記二次巻線の一方又は双方は、前記露出部において、伝熱部材を介して前記冷却器と熱的に接続されている請求項17に記載のトランス。
  20. 直流電源に接続され、入力された直流電力を交流電力に変換して出力する複数の半導体スイッチング素子と、
    複数の前記半導体スイッチング素子から出力された交流電力の電圧を変換して出力する、請求項1から19のいずれか1項に記載のトランスと、
    前記トランスの出力を整流する整流回路と、を備えた電力変換装置。
  21. 磁気回路を形成するコア部と、
    前記コア部に巻回された一次巻線及び二次巻線と、
    互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第1導電部分を有した第1の接続部と、を備え、
    前記一次巻線及び前記二次巻線の一方又は双方が、複数に分割され、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれは、前記コア部に巻回された巻回部分と、前記巻回部分の両端から延出した2つの延出部材と、を備えた複数機種のトランスを有するトランスの製品群であって、
    前記第1の接続部は、分割された少なくとも一方の巻線における複数の前記分割巻線のそれぞれの2つの前記延出部材の一方に接続され、
    前記第1の接続部における複数の前記分割巻線のそれぞれの2つの前記延出部材の一方に接続された部分を、被接続部とし、複数の前記被接続部が配置間隔を空けて並べられ、前記トランスの機種間で、前記絶縁間隔が設けられた前記配置間隔の部分が異なり、前記絶縁間隔が設けられていない前記配置間隔の部分には前記第1導電部分が存在するトランスの製品群。
  22. 前記第1の接続部が、2つの前記第1導電部分を有している場合は、2つの前記第1導電部分のそれぞれは、外部に接続される外部接続部分であり、且つ2つ以上の前記延出部材を互いに接続する相互接続部分であり、
    前記第1の接続部が、3以上の前記第1導電部分を有している場合は、2つの特定の前記第1導電部分のそれぞれは、前記外部接続部分である、又は前記外部接続部分であり且つ前記相互接続部分であり、2つの前記特定の第1導電部分以外の1つ以上の非特定の前記第1導電部分のそれぞれは、前記相互接続部分である請求項21に記載のトランスの製品群。
  23. 互いに絶縁間隔を空けて並べられた複数の第2導電部分を有した第2の接続部を備え、
    前記第2の接続部は、分割された少なくとも一方の巻線における複数の前記分割巻線のそれぞれの2つの前記延出部材の他方に接続され、
    前記第2の接続部における複数の前記分割巻線のそれぞれの2つの前記延出部材の他方に接続された部分を、前記第2の接続部の被接続部とし、複数の前記第2の接続部の被接続部が配置間隔を空けて並べられ、
    前記トランスの機種間で、前記第2の接続部における前記絶縁間隔が設けられた前記配置間隔の部分が異なり、前記絶縁間隔が設けられていない前記配置間隔の部分には前記第2導電部分が存在する請求項21又は22に記載のトランスの製品群。
  24. 磁気回路を形成するコア部と、一次巻線及び二次巻線と、第1の接続部材とを用意する部材用意工程と、
    前記一次巻線及び前記二次巻線を前記コア部に巻回する巻回工程と、
    前記一次巻線及び前記二次巻線の一方又は双方と前記第1の接続部材とを接続する接続工程と、
    前記第1の接続部材を切断する切断工程と、を備え、
    前記部材用意工程では、前記一次巻線及び前記二次巻線として、前記一次巻線及び前記二次巻線の一方又は双方が、複数に分割され、分割された少なくとも一方の巻線における複数の分割巻線のそれぞれが、前記コア部に巻回された巻回部分と、前記巻回部分の両端から延出した2つの延出部材と、を有したものを用意し、
    前記接続工程では、
    分割された少なくとも一方の巻線における複数の前記分割巻線のそれぞれの2つの前記延出部材の一方を、互いに配置間隔を空けて前記第1の接続部材に接続し、
    前記切断工程では、
    複数の前記配置間隔の内、トランスの機種に応じて、異なる前記配置間隔の部分を切断するトランスの製造方法。
  25. 前記切断工程では、
    前記第1の接続部材を、2つに切断し、2つの導電部分を形成する場合は、2つの前記導電部分のそれぞれは、外部に接続される外部接続部分であり、且つ2つ以上の前記延出部材を互いに接続する相互接続部分になるように切断し、
    前記第1の接続部材を、3つ以上に切断し、3つ以上の前記導電部分を形成する場合は、2つの特定の前記導電部分のそれぞれは、前記外部接続部分である、又は前記外部接続部分であり且つ前記相互接続部分になり、2つの前記特定の導電部分以外の1つ以上の非特定の前記導電部分のそれぞれは、前記相互接続部分になるように切断し、
    トランスの機種に応じて、切断個所を変化させる請求項24に記載のトランスの製造方法。
  26. 前記部材用意工程では、第2の接続部材を用意し、
    接続工程では、前記一次巻線及び前記二次巻線の一方又は双方と前記第2の接続部材とを接続し、
    分割された少なくとも一方の巻線における複数の前記分割巻線のそれぞれの2つの前記延出部材の他方を、互いに配置間隔を空けて前記第2の接続部材に接続し、
    前記切断工程では、
    前記第2の接続部材における複数の前記配置間隔の内、トランスの機種に応じて、異なる前記配置間隔を切断する請求項24又は25に記載のトランスの製造方法。
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