JP7326782B2 - トランスおよび電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、一次巻線と二次巻線とコアとを備えたトランス、およびそのようなトランスを備えた電源装置に関するものである。
この種のトランスとして、下記の特許文献1に開示された電源装置(絶縁型スイッチング電源)に用いられているトランスが知られている。このトランスは、絶縁トランスを構成する一次巻線がパターンで形成された第1回路基板と、絶縁トランスを構成する二次巻線がパターンで形成されると共に二次巻線が形成されている部分が第1回路基板の一次巻線が形成された部分に所定の間隔をもって対向するように配置された第2回路基板と、第1回路基板の一次巻線および第2回路基板の二次巻線に挿通されて絶縁トランスを構成する磁性体からなるコアと、第1回路基板と第2回路基板との間に設けられると共に第1回路基板の一次巻線が形成された部分と第2回路基板の二次巻線が形成された部分との間隔を上記の所定の間隔に規定する間隔規定部材(スペーサ)とを備えて構成されている。
このトランスでは、第1回路基板の一次巻線および第2回路基板の二次巻線の間隔が、間隔規定部材によって所定の間隔に規定されることで、所望のインダクタンス値の漏れインダクタンスを形成することが可能となっている。また、このトランスでは、一次巻線と二次巻線とが第1回路基板と第2回路基板とに分離して設けられているため、トランスで発生する熱を効率的に放熱することも可能となっている。
特開2016-165176号公報(第3-7頁、第1-4図)
ところで、上記したトランスでの発熱の主たる原因は、一次巻線および二次巻線に電流が流れることによって生じる発熱(銅損)である。このため、上記したトランスでは、一次巻線と二次巻線とを分離することで(発熱部材同士を離すことで)、それぞれにおいて発生する熱を効率的に放熱し得るようにしている。しかしながら、一次巻線および二次巻線での発熱がより多い場合には、一次巻線と二次巻線とを分離するだけの構成では放熱が追いつかずに、一次巻線および二次巻線の温度が大幅に上昇するという課題が生じる。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、一次巻線および二次巻線を一定の距離だけ正確に離間させつつ、一次巻線および二次巻線で発生する熱をより効率的に放熱し得るトランスを提供することを主目的とする。また、このトランスを備えた電源装置を提供することを他の主目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明に係るトランスは、平板状に形成された一次巻線と、平板状に形成された二次巻線と、前記一次巻線と前記二次巻線とを挿通する柱状コア部、当該柱状コア部の長さ方向に沿った一方の端部に連結された第1コア部、および前記長さ方向に沿った他方の端部に連結された第2コア部を有する磁性コアとを備えているトランスであって、前記磁性コアは、前記柱状コア部を挟んで当該柱状コア部の側方に配設された一対の側脚を備え、一方の前記側脚における長さ方向に沿った一方の端部と前記第1コア部における一方の端部とが連結され、他方の前記側脚における長さ方向に沿った一方の端部と前記第1コア部における他方の端部とが連結され、前記一方の側脚における前記長さ方向に沿った他方の端部と前記第2コア部における一方の端部とが連結され、かつ前記他方の側脚における前記長さ方向に沿った他方の端部と前記第2コア部における他方の端部とが連結されると共に、前記柱状コア部における前記一方の端部側の部位、前記一方の側脚における前記一方の端部側の部位、前記他方の側脚における前記一方の端部側の部位、および前記第1コア部が一体化された第1部材と、前記柱状コア部における前記他方の端部側の部位、前記一方の側脚における前記他方の端部側の部位、前記他方の側脚における前記他方の端部側の部位、および前記第2コア部が一体化されて前記第1部材とは別体に構成された第2部材とを備え、前記柱状コア部における前記一方の端部側の部位と当該柱状コア部における前記他方の端部側の部位とが接し、前記一方の側脚における前記一方の端部側の部位と当該一方の側脚における前記他方の端部側の部位とが接し、かつ前記他方の側脚における前記一方の端部側の部位と当該他方の側脚における前記他方の端部側の部位とが接した状態となって前記第1コア部における前記柱状コア部が位置する側の壁面、および当該第1コア部の当該壁面と対向する前記第2コア部における前記柱状コア部が位置する側の壁面互いに平行な状態となるように形成され、前記一次巻線および前記二次巻線は、一方が前記第1コア部の前記壁面に固定されると共に、他方が前記第2コア部の前記壁面に固定されて、相互間の距離が一定に規定されている。
したがって、このトランスによれば、相互間の距離が製造公差の極めて少ない柱状コア部の長さとなる第1コア部の壁面および第2コア部の壁面に一次巻線および二次巻線を固定する構成により、一次巻線および二次巻線間の距離を、製造されるトランス毎のばらつきが極めて少ない状態(一次巻線および二次巻線間の距離が高精度で一定となる状態)にすることができる。このため、一次巻線および二次巻線間の距離で規定される漏れインダクタンスのインダクタンス値を予め規定された値(目標値)に高精度で揃えることができる。このトランスによれば、第1コア部の壁面および第2コア部の壁面に一次巻線および二次巻線を固定する構成のため、一次巻線および二次巻線において発生した熱を効率よく磁性コアに伝達(放熱)することができることから、一次巻線および二次巻線の温度が大幅に上昇するという事態の発生を確実に回避することができる。
また、本発明に係るトランスは、前記一次巻線および前記二次巻線のうちの少なくとも一方は、基板に形成されたコイル状導体パターンで構成されている。
これにより、このトランスによれば、この少なくとも一方の巻線を平板状に正確、かつ簡易に形成することができる。
また、本発明に係るトランスは、前記一次巻線および前記二次巻線は、対応する前記壁面に接着剤で接着されて固定されている。
これにより、このトランスによれば、第1コア部および第2コア部の各壁面と、一次巻線および二次巻線との密着性を接着剤で高めることができる。したがって、このトランスによれば、一次巻線および二次巻線において発生した熱をより一層効率よく磁性コアに伝達(放熱)することができる。
また、本発明に係るトランスは、放熱部材を備えている。
これにより、このトランスによれば、一次巻線および二次巻線から磁性コアに伝達される熱を放熱部材を介して回路基板などのトランスが固定される部材側に効率よく伝達(放熱)することができる。また、トランスを電源装置の筐体(ケース)に接触させたり、ヒートシンクに接触させたりする構成のときには、トランスが接触させられるこれらの部材側に上記の熱を効率よく伝達(放熱)することができる。
本発明に係る電源装置は、上記のトランスと、前記一次巻線に直流入力電圧を断続的に印加するスイッチング部と、前記二次巻線に接続されて、当該二次巻線に発生する交流電圧を整流平滑して直流出力電圧を出力する二次側整流平滑部と、前記直流出力電圧に基づいて前記スイッチング部の動作を制御する制御部とを備えている。
これにより、この電源装置によれば、上記したトランス単体での効果を奏することができる。
本発明のトランスおよび電源装置によれば、トランスにおいて一次巻線および二次巻線を一定の距離だけ正確に離間させつつ、一次巻線および二次巻線で発生する熱をより効率的に磁気コアに伝達(放熱)することができる
トランス5を備えた電源装置1の構成図である。 トランス5の構成を説明するための分解斜視図である。 トランス5の構成を説明するための一部組み立て分解斜視図である。 トランス5の構成を説明するための斜視図である。 図4のW-W線断面図である。 放熱部材としての熱伝導性シート51を備えたトランス5の構成を説明するための一部組み立て分解斜視図である。 図6のトランス5を回路基板PCBに実装した状態でのX-X線断面図である。 電源装置1を備えた医療システムMES1の構成図である。 電源装置1を備えた医療システムMES2の構成図である。 電源装置1を備えた医療システムMES3の構成図である。
以下、トランスおよび電源装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
最初に、電源装置の一例としての電源装置1の構成について、トランスの一例としてのトランス5の構成と併せて図面を参照して説明する。この電源装置1は、一例として図1に示すように、一対の入力端子2a,2b(以下、特に区別しないときには入力端子2ともいう)、一次側平滑部3、スイッチング部4、トランス5、整流部6、二次側平滑部7、および一対の出力端子8a,8b(以下、特に区別しないときには出力端子8ともいう)を備え、入力端子2a,2b間に入力される直流入力電圧Vin(入力端子2aの電位が入力端子2bの電位を基準として高電位となる直流電圧)に基づいて、直流出力電圧Voutを生成して、出力端子8a,8b間に出力する(出力端子8aの電位が出力端子8bの電位を基準として高電位となる状態で出力する)。また、電源装置1は、直流出力電圧Voutの電圧値に基づいてスイッチング部4を構成するスイッチ素子(図1では一例として、後述する4つのスイッチ素子)に対するスイッチング制御を実行する制御部9を備えて、直流出力電圧Voutを一定に維持する。
一次側平滑部3および二次側平滑部7は、一例としてインダクタおよびコンデンサを備えて構成されているが、コンデンサだけで構成することもできる。また、二次側平滑部7は、整流部6と共に二次側整流平滑部を構成する。また、一次側平滑部3については、直流入力電圧Vinが、その電圧値が安定したものであったり、また含まれている高周波ノイズ成分が十分に少ないときには、省略することもできる。また、入力端子2a,2b間に直流入力電圧Vinが入力される構成に限定されるものではない。例えば、図示はしないが、交流電圧が供給される一対の入力ラインに入力端子2a,2bが接続される構成とすることもできる。この場合、図示はしないが、入力端子2a,2bと一次側平滑部3との間に整流部(一次側平滑部3と共に一次側整流平滑部を構成する)が配設されて、この一次側整流平滑部(この整流部および一次側平滑部3)が交流電圧から直流入力電圧Vinを生成してスイッチング部4に直流入力電圧として出力する。なお、この一次側整流平滑部については、力率改善回路(PFC回路)を含む構成にしてもよいのは勿論である。
スイッチング部4は、1または2以上のスイッチ素子を含んで構成されると共に、入力端子2とトランス5の後述する一次巻線21との間に配設されて、スイッチ素子のスイッチング動作により直流電圧としての直流入力電圧Vinを一次巻線21に断続的に印加する。スイッチ素子としては、例えば、MOSFET(電界効果型トランジスタ)やバイポーラ型トランジスタなどの種々の半導体スイッチを使用することができる。
また、本例では一例として、スイッチング部4では、図1に示すように、4つのスイッチ素子(一例として、nチャネル型のMOSFETで構成されたスイッチ素子11,12,13,14)を備えたフルブリッジ方式の回路方式が採用されているが、この回路方式に限定されるものではない。例えば、図示はしないが、シングルエンディッドフォーワード方式、プッシュプル方式、ハーフブリッジ方式など、種々の回路方式を採用することもできる。
トランス5は、図1に示すように、一次巻線21、二次巻線22、および一次巻線21と二次巻線22とを磁気的に結合させる共通の磁性コア23を備えている。また、電源装置1では、トランス5の漏れインダクタンス24を利用する回路方式を採用している。漏れインダクタンス24を利用する回路方式としては、一次巻線21に直列接続される別体のリアクトルを漏れインダクタンス24で代用して省く回路方式や、漏れインダクタンス24を利用してスイッチング部4での各スイッチ素子11,12,13,14をソフトスイッチングさせる回路方式など、種々の回路方式が公知であるが、本例は一例として、漏れインダクタンス24を利用して各スイッチ素子11,12,13,14をソフトスイッチングさせる回路方式を採用しているものとする。
この場合、各スイッチ素子11,12,13,14を適切にソフトスイッチングさせるためには、漏れインダクタンス24のインダクタンス値を予め規定された値(目標値:予め規定された目標範囲内に収まる値)にする必要がある。また、製造されるトランス5毎のインダクタンス値をこの目標値に、できる限りばらつきの少ない状態で揃える必要がある。漏れインダクタンス24は、主として一次巻線21と二次巻線22とを分割して磁性コア23に巻く(配置する)ことで形成され、この場合、そのインダクタンス値は一次巻線21と二次巻線22との間の距離(間隔)によって規定される。このため、本例のトランス5では、製造されるトランス5毎の一次巻線21と二次巻線22との間の距離が高精度で一定となるように(この結果として、漏れインダクタンス24のインダクタンス値が高精度で一定となるように)、以下の構造を採用している。
このトランス5の構造について具体的に説明する。
磁性コア23は、本例では一例として図2~図5に示すように、双方がE形に形成された一対の磁性コア23a,23bが組み合わされて構成されている(EE形コアで構成されている)。なお、磁性コア23は、EE形コアに限定されるものではなく、図示はしないが、EE形コアと同じようにして市販されている他の形のコア(EI形コア、EER形コア、PQ形コアおよびER形コアなど)で構成することもできる。
磁性コア23は、上記したいずれの形のコアで構成した場合においても、図4,5に示すように、一次巻線21と二次巻線22とが配置される(言い換えれば、一次巻線21と二次巻線22とに挿通される)柱状コア部31(四角柱状または円柱状のコア部。以下、中脚31ともいう)と、中脚31と同じ長さ(図4,5における上下方向に沿った長さ)の一対の柱状(本例では直方体状)の側脚32,33と、各脚31,32,33の長さ方向(図4,5における上下方向)に沿ったそれぞれの一方の端部(図4,5における上端部)に連結された均一な厚みの平板状(本例では直方体状)の第1コア部34と、各脚31,32,33の長さ方向に沿ったそれぞれの他方の端部(図4,5における下端部)に連結された均一な厚みの平板状(本例では直方体状)の第2コア部35とを備えている。
また、同じ長さに形成された各脚31,32,33の一方の端部に連結された第1コア部34および他方の端部に連結された第2コア部35の互いに対向する壁面(第1コア部34における中脚31が位置する側の壁面WP1および第2コア部35における中脚31が位置する側の壁面WP2。図2,5参照)は、互いに平行な状態で形成されている(具体的には、互いに平行な平面に形成されている)。
また、市販の各形のコアはいずれも、通常、製造公差の極めて少ない状態で製造されている。このため、各脚31,32,33の長さL1(つまり、各壁面WP1,WP2間の距離L1。図5参照)は、ばらつきの極めて少ない状態(例えば、基準寸法に対して、±0.3mmの範囲内に揃う状態)に維持されている。
また、図2,3,4に示すように、一次巻線21は、一例として基板41に形成されたコイル状導体パターンで構成され、二次巻線22は、基板42に形成されたコイル状導体パターンで構成されている。なお、二次巻線22は、本例では一例として、図1に示すようにセンタータップを有する構成であるが、図示はしないが、センタータップを有しない構成であってもよい。各基板41,42は、ガラスエポキシなどの絶縁性を有する樹脂材を用いて均一な厚みの平板体に形成されている。
また、基板41には、磁性コア23の中脚31を挿通させるための挿通孔41aが形成されており、一次巻線21はこの挿通孔41aを取り囲むコイル状に形成されている。基板42には、磁性コア23の中脚31を挿通させるための挿通孔42aが形成されており、二次巻線22はこの挿通孔42aを取り囲むコイル状に形成されている。
また、一次巻線21および二次巻線22は、基板41,42が多層基板のときには、その内層または一方の表面に形成され、単層基板のときには一方の表面に形成されている。この構成により、一次巻線21および二次巻線22は、対応する基板41,42の表面と平行な平板状にそれぞれ形成されている。
また、図3,4,5に示されるように、基板41は、一方の磁性コア23aの脚部31a(磁性コア23aにおける中脚31を構成する部位)が挿通孔41aに挿通されると共に、第1コア部34側の表面(図3,4,5中の上側表面)における壁面WP1との対向部位が壁面WP1に密着した状態で一方の磁性コア23aに固定される。この場合、基板41に形成された一次巻線21が第1コア部34の壁面WP1と直接接触する構成でもよいが、一次巻線21が第1コア部34と直接接触する構成に起因して固定の際に傷を負う虞もある。これを回避するため、一次巻線21が、第1コア部34と直接接触しない状態で磁性コア23aに固定される構成が好ましい。具体的には、基板41が単層基板または多層基板であって、その一方の表面に一次巻線21が形成されているときには、基板41の他方の表面を第1コア部34の壁面WP1に密着させて固定する構成が好ましい。なお、基板41が多層基板であって、その内層に一次巻線21が形成されているときには、基板41のいずれの表面を壁面WP1に密着させて固定してもよい。
また、図3,4,5に示されるように、基板42は、他方の磁性コア23bの脚部31b(磁性コア23bにおける中脚31を構成する部位)が挿通孔42aに挿通されると共に、第2コア部35側の表面(図3,4,5中の下側表面)における壁面WP2との対向部位が壁面WP2に密着した状態で他方の磁性コア23bに固定される。この場合、基板42に形成された二次巻線22が第2コア部35の壁面WP2と直接接触する構成でもよいが、二次巻線22が第2コア部35と直接接触する構成に起因して固定の際に傷を負う虞もある。これを回避するため、二次巻線22が、第2コア部35と直接接触しない状態で磁性コア23bに固定される構成が好ましい。具体的には、基板42が単層基板または多層基板であって、その一方の表面に二次巻線22が形成されているときには、基板42の他方の表面を第2コア部35の壁面WP2に密着させて固定する構成が好ましい。なお、基板42が多層基板であって、その内層に二次巻線22が形成されているときには、基板42のいずれの表面を壁面WP2に密着させて固定してもよい。
なお、本例では理解の容易のため、図5に示されるように、基板41の一方の表面(同図中の下側表面)に一次巻線21が形成されて、基板41は、その他方の表面(同図中の上側表面)が第1コア部34の壁面WP1に密着させられて固定されているものとする。また、基板42の一方の表面(同図中の上側表面)に二次巻線22が形成されて、基板42は、その他方の表面(同図中の下側表面)が第2コア部35の壁面WP2に密着させられて固定されているものとする。
また、基板41を第1コア部34に、また基板42を第2コア部35に密着させて固定する際には、接着剤(図示せず)で固定する構成が採用される。この場合、基板41に形成された一次巻線21および基板42に形成された二次巻線22において発生した熱(銅損により発生した熱)が対応するコア部34,35(つまり、対応する磁性コア23a,23b)側に効率よく伝達され得るように、つまり一次巻線21および二次巻線22からの放熱が効率よく行われるように、熱伝導性の良好な材料で構成された接着剤(高い熱伝導性を有する熱伝導性接着剤)を使用するのが好ましい。
また、トランス5は、基板41が固定された磁性コア23aと、基板42が固定された磁性コア23bとが図4,5に示すように組み合わされて構成される。
この場合、基板41,42は、一般的に高い寸法精度で製造可能(基板41,42の厚みも高い寸法精度で製造可能)である。したがって、このことと、上記したように磁性コア23の各脚31,32,33の長さL1(各壁面WP1,WP2間の距離L1。図5参照)がばらつきの極めて少ない状態に維持されていることとが相まって、トランス5では、一次巻線21および二次巻線22間の距離(間隔)L2(図5参照)は、製造されるトランス5毎のばらつきが極めて少ない状態(距離L2が高精度で一定となる状態)となっている。
なお、一次巻線21および二次巻線22は、基板41,42に形成されたコイル状導体パターンで構成されるものに限定されるものではない。例えば、一次巻線21および二次巻線22のうちの少なくとも一方は、図示はしないが、絶縁被覆で覆われた銅線を平面内でコイル状に一定の厚みとなるように巻回すると共にワニスなどで固めて、全体として平板状に形成したものであってもよい。また、この少なくとも一方は、図示はしないが、平板状をなす環状体の一部に開口部を形成して端部を設けると共に、これら端部側に接続部(スイッチング部4または整流部6に接続される接続部)を設けた導電板(金属板)によって形成された巻線であってもよい。
整流部6は、二次側平滑部7と共に二次側整流平滑部を構成する。整流部6は、二次巻線22に誘起する交流電圧を整流して、脈流電圧に変換して二次側平滑部7へ出力する。本例では、整流部6は、一例として2つの整流素子(具体的にはダイオード)を有して構成されて、二次巻線22のセンタータップを基準として二次巻線22の各端部に誘起する交流電圧を整流(全波整流)する。なお、整流部6は、2つの整流素子で構成するものに限定されない。例えば、整流部6は、二次巻線22の構成に対応させて、1つの整流素子で半波整流する構成や、4つの整流素子(フルブリッジに構成された整流素子)で全波整流する構成など、種々の構成を採用することができる。
上記の電源装置1は、一対の入力端子2a,2b、一次側平滑部3、スイッチング部4、トランス5、整流部6、二次側平滑部7および一対の出力端子8a,8bが回路基板に実装されて構成される。また、トランス5は、一次巻線21および二次巻線22から対応する磁性コア23a,23bに伝達される熱を、さらに回路基板側に効率よく伝達し得るように、放熱部材を備える構成とするのが好ましい。放熱部材としては、例えば、図6に示すような熱伝導性シート51を使用することができる。
この場合、トランス5は、図6に示すように、熱伝導性シート51を各脚32,33および各コア部34,35の外壁面に巻き回して取り付け、さらに図7に示すように、回路基板PCBとの間に熱伝導性シート51が介在する状態で回路基板PCBに接着して実装される。この場合、回路基板PCBでの放熱を良好なものとするために、回路基板PCBに存在しているベタパターン部にトランス5を実装するのが好ましい。この構成により、トランス5では、一次巻線21および二次巻線22から対応する磁性コア23a,23bに伝達される熱が、熱伝導性シート51を介して回路基板PCB側に効率よく伝達される。つまり、このトランス5では、一次巻線21および二次巻線22、さらには磁性コア23についての良好な放熱性が確保されている。なお、トランス5を実装する部位は、電源装置1の他の構成要素が実装された回路基板PCBに限定されるものではなく、より良好に放熱させるために、図示はしないが、アルミ製の基板や、固定のための金属プレートや、電源装置1のケースなどとすることもできる。
次に、電源装置1の動作について説明する。
電源装置1では、入力端子2a,2b間に直流入力電圧Vinが入力されている状態において、スイッチング部4がソフトスイッチング動作することにより、直流入力電圧Vinを一次巻線21に断続的に印加する。これにより、トランス5は、二次巻線22に交流電圧を誘起させ、整流部6は、この交流電圧を整流して脈流電圧に変換し、二次側平滑部7がこの脈流電圧を平滑して直流出力電圧Voutとして出力端子8a,8b間に出力する。
この際に、トランス5では、平板状の一次巻線21が形成された基板41が、一方の磁性コア23aを構成する第1コア部34の壁面WP1に密着した状態で固定され、かつ平板状の二次巻線22が形成された基板42が、他方の磁性コア23bを構成する第2コア部35の壁面WP2に密着した状態で固定された構成のため、一次巻線21および二次巻線22間の距離L2がばらつきの極めて少ない状態で予め規定された長さに規定されている(つまり、距離L2が高精度で予め規定された一定の長さとなっている)結果、漏れインダクタンス24のインダクタンス値が予め規定された値(目標値)となっている。したがって、スイッチング部4は、インダクタンス値が目標値に正確に規定された漏れインダクタンス24を利用して、正しくソフトスイッチング動作する。このため、スイッチング部4で発生するノイズは、極めて少ない状態に維持されている。
また、トランス5では、上記したように、一次巻線21が形成された基板41が一方の磁性コア23aを構成する第1コア部34の壁面WP1に密着した状態で固定され、かつ二次巻線22が形成された基板42が他方の磁性コア23bを構成する第2コア部35の壁面WP2に密着した状態で固定されているため、一次巻線21および二次巻線22において銅損によって発生した熱が対応する磁性コア23a,23bに効率よく伝達される。これにより、電源装置1では、一次巻線21および二次巻線22の温度が大幅に上昇するという事態の発生が回避されている。
また、電源装置1では、トランス5が、磁性コア23と回路基板PCBとの間に熱伝導性シート51が介在した状態で回路基板PCBに実装されているため、一次巻線21および二次巻線22から磁性コア23に伝達された熱が、熱伝導性シート51を介して回路基板PCB側に効率よく伝達される。これにより、電源装置1では、トランス5全体の温度が大幅に上昇するという事態の発生が回避されている。
このように、このトランス5では、平板状に形成された一次巻線21および二次巻線22を挿通する中脚31、中脚31の長さ方向に沿った一方の端部に連結された第1コア部34、およびこの長さ方向に沿った中脚31の他方の端部に連結された第2コア部35を有する磁性コア23を備え、一次巻線21は第1コア部34の壁面WP1に固定されると共に、二次巻線22は第2コア部35の壁面WP2(壁面WP1と平行な壁面)に固定されて、一次巻線21および二次巻線22の相互間の距離L2が一定に規定されている。
この場合、上記したように、磁性コア23として使用される市販のコアは、中脚31の長さL1も含めて製造公差の極めて少ない状態で製造されている。したがって、このトランス5および電源装置1によれば、相互間の距離L1がこの製造公差の極めて少ない中脚31の長さL1となる磁性コア23の各壁面WP1,WP2に一次巻線21および二次巻線22を固定する構成により、一次巻線21および二次巻線22間の距離(間隔)L2を、製造されるトランス5毎のばらつきが極めて少ない状態(距離L2が高精度で一定となる状態)にすることができる。このため、一次巻線21および二次巻線22間の距離(間隔)L2で規定される漏れインダクタンス24のインダクタンス値を予め規定された値(目標値)に高精度で揃えることができる。
また、このトランス5および電源装置1によれば、磁性コア23の各壁面WP1,WP2に一次巻線21および二次巻線22を固定(密着した状態で固定)する構成のため、一次巻線21および二次巻線22において発生した熱を効率よく磁性コア23に伝達(放熱)することができることから、一次巻線21および二次巻線22の温度が大幅に上昇するという事態の発生を確実に回避することができる。
また、このトランス5および電源装置1によれば、一次巻線21および二次巻線22の双方を基板41,42に形成されたコイル状導体パターンで構成したことにより、一次巻線21および二次巻線22を平板状に正確、かつ簡易に形成することができる。なお、一次巻線21および二次巻線22のうちのいずれか一方のみを基板に形成されたコイル状導体パターンで構成してもよいのは勿論である。
また、このトランス5および電源装置1によれば、一次巻線21および二次巻線22を磁性コア23の対応する壁面WP1,WP2に熱伝導性を有する接着剤で接着して固定する構成のため、一次巻線21(具体的には、基板41)と壁面WP1との密着性、および二次巻線22(具体的には、基板42)と壁面WP2との密着性を接着剤で高めることができる。したがって、このトランス5および電源装置1によれば、一次巻線21および二次巻線22において発生した熱をより一層効率よく磁性コア23に伝達(放熱)することができる。
また、このトランス5および電源装置1によれば、トランス5が放熱部材としての熱伝導性シート51を有して、この熱伝導性シート51を介して回路基板PCBに実装される構成のため、一次巻線21および二次巻線22から対応する磁性コア23a,23bに伝達される熱を熱伝導性シート51を介して回路基板PCB側に効率よく伝達(放熱)することができる。
なお、磁性コア23として、EE形コアなどの中脚を有する磁性コアを用いた例を挙げて説明したが、UU形コアやUI形コアなどの中脚を有しない磁性コアを用いることもできる。この磁性コアでは、図示はしないが、一対の側脚のうちの少なくとも一方の側脚を柱状コア部として使用してトランスが構成される。
この電源装置1は、直流出力電圧Voutに基づいて動作する医療機器を出力端子8a,8bに接続することで、医療システムに用いることができる。
以下において、この電源装置1を備えた医療システムMES1について、図8を参照して説明する。なお、電源装置1のトランス5は、医療用規格に合致した絶縁性能を有している(強化絶縁されている)ものとする。また、出力端子8a,8bには、医療機器71が接続されているものとする。また、電源装置1の筐体Hには、接地のためのFGラインが接続されているものとする。また、電源装置1の上記した構成と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
この場合、電源装置1は、入力ライン(L相ライン,N相ライン)間から供給される交流電圧Vxを一対の入力端子としての一対の交流入力端子72a,72bを介して入力して動作する。このため、電源装置1は、その内部に、一対の交流入力端子72a,72bに一対の電源ライン73,74を介して接続された一次側整流平滑部75を備え、この一次側整流平滑部75が、入力ラインL,Nと一対の交流入力端子72a,72bと一対の電源ライン73,74とを介して入力される交流電圧Vxを整流平滑して直流入力電圧Vinを生成して、入力端子2a,2bに供給するように構成されている。この場合、一次側整流平滑部75は、力率改善回路(PFC回路)を含む構成にすることもできる。また、電源装置1は、その内部に、一対の電源ライン73,74に介装されたヒューズ76(またはブレーカ)を備えている。
この電源装置1を備えた医療システムMES1によれば、電源装置1が、上記のように強化絶縁されたトランス5とヒューズ76とを備えて単体で医療用規格を取得可能な構成を有しているため、電源装置1の外部(具体的には、電源装置1に接続される入力ライン(L相ライン,N相ライン))に絶縁トランスおよびヒューズ(またはブレーカ)を介装することなく、医療用規格を取得可能な構成を実現することができる。また、この医療システムMES1によれば、電源装置1を備えたことにより、上記した電源装置1単体での効果を奏することができる。
また、上記の医療システムMES1では、電源装置1が内部にヒューズ76(またはブレーカ)を備える構成であったが、内部にヒューズ76(またはブレーカ)を備えていない電源装置1で医療システムを構成することもできる。以下、この構成を採用した医療システムMES2について図9を参照して説明する。なお、上記した医療システムMES1と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明については省略し、医療システムMES1と相違する構成について主として説明する。
この医療システムMES2では、ヒューズ76(またはブレーカ)は、図9に示すように、入力ライン(L相ライン,N相ライン)に介装されている。この構成により、入力ライン(L相ライン,N相ライン)間から供給される交流電圧Vxは、ヒューズ76(またはブレーカ)を介して電源装置1の交流入力端子72a,72bに入力される。
この電源装置1を備えた医療システムMES2によれば、電源装置1が、上記のように強化絶縁されたトランス5を備えているため、電源装置1の外部(具体的には、電源装置1に接続される入力ライン(L相ライン,N相ライン))にヒューズ76(またはブレーカ)を介装するだけで、医療用規格を取得可能な構成を実現することができる。また、この医療システムMES2によれば、電源装置1を備えたことにより、上記した電源装置1単体での効果を奏することができる。
また、上記の医療システムMES1,MES2では、電源装置1の内部および外部のいずれか一方にのみヒューズ76(またはブレーカ)を介装する構成であったが、電源装置1の内部および外部の双方にヒューズ76(またはブレーカ)を介装する構成を採用することもできる。以下、この構成を採用した医療システムMES3について図10を参照して説明する。なお、上記した医療システムMES1,MES2と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明については省略し、医療システムMES1,MES2と相違する構成について主として説明する。
この医療システムMES3では、電源装置1は、一対の電源ライン73,74のうちの一方の電源ライン(本例では一例として、電源ライン74)に介装された第1ヒューズとしてのヒューズ76(または第1ブレーカとしてのブレーカ)を内部に備えている。また、電源装置1の外部には、一対の電源ライン73,74のうちの他方の電源ライン(本例では一例として、電源ライン73)に入力端子(本例では、交流入力端子72a)を介して接続される入力ライン(本例では、L相ライン)に介装された状態で、第2ヒューズとしてのヒューズ76(または第2ブレーカとしてのブレーカ)が配設されている。なお、図示はしないが、第1ヒューズとしてのヒューズ76(または第1ブレーカとしてのブレーカ)を電源ライン73に介装し、これに対応して、第2ヒューズとしてのヒューズ76(または第2ブレーカとしてのブレーカ)をN相ラインに介装する構成を採用することもできる。
この電源装置1を備えた医療システムMES3によれば、電源装置1が、上記のように強化絶縁されたトランス5と一方の電源ライン(電源ライン74または電源ライン73)に介装されたヒューズ76(ブレーカ)とを内部に備えているため、電源装置1の外部(具体的には、電源装置1に接続される入力ライン(L相ライン,N相ライン)のうちの他方の電源ラインに接続される入力ライン(L相ラインまたはN相ライン))に他のヒューズ76(またはブレーカ)を介装するだけで、医療用規格を取得可能な構成を実現することができる。また、この医療システムMES3によれば、電源装置1を備えたことにより、上記した電源装置1単体での効果を奏することができる。
1 電源装置
5 トランス
21 一次巻線
22 二次巻線
23 磁性コア
31a,31b 中脚(柱状コア部)
34 第1コア部
35 第2コア部
WP1 第1コア部の壁面
WP2 第2コア部の壁面

Claims (5)

  1. 平板状に形成された一次巻線と、
    平板状に形成された二次巻線と、
    前記一次巻線と前記二次巻線とを挿通する柱状コア部、当該柱状コア部の長さ方向に沿った一方の端部に連結された第1コア部、および前記長さ方向に沿った他方の端部に連結された第2コア部を有する磁性コアとを備えているトランスであって、
    前記磁性コアは、前記柱状コア部を挟んで当該柱状コア部の側方に配設された一対の側脚を備え、
    一方の前記側脚における長さ方向に沿った一方の端部と前記第1コア部における一方の端部とが連結され、他方の前記側脚における長さ方向に沿った一方の端部と前記第1コア部における他方の端部とが連結され、前記一方の側脚における前記長さ方向に沿った他方の端部と前記第2コア部における一方の端部とが連結され、かつ前記他方の側脚における前記長さ方向に沿った他方の端部と前記第2コア部における他方の端部とが連結されると共に、
    前記柱状コア部における前記一方の端部側の部位、前記一方の側脚における前記一方の端部側の部位、前記他方の側脚における前記一方の端部側の部位、および前記第1コア部が一体化された第1部材と、前記柱状コア部における前記他方の端部側の部位、前記一方の側脚における前記他方の端部側の部位、前記他方の側脚における前記他方の端部側の部位、および前記第2コア部が一体化されて前記第1部材とは別体に構成された第2部材とを備え、
    前記柱状コア部における前記一方の端部側の部位と当該柱状コア部における前記他方の端部側の部位とが接し、前記一方の側脚における前記一方の端部側の部位と当該一方の側脚における前記他方の端部側の部位とが接し、かつ前記他方の側脚における前記一方の端部側の部位と当該他方の側脚における前記他方の端部側の部位とが接した状態となって前記第1コア部における前記柱状コア部が位置する側の壁面、および当該第1コア部の当該壁面と対向する前記第2コア部における前記柱状コア部が位置する側の壁面互いに平行な状態となるように形成され、
    前記一次巻線および前記二次巻線は、一方が前記第1コア部の前記壁面に固定されると共に、他方が前記第2コア部の前記壁面に固定されて、相互間の距離が一定に規定されているトランス。
  2. 前記一次巻線および前記二次巻線のうちの少なくとも一方は、基板に形成されたコイル状導体パターンで構成されている請求項1記載のトランス。
  3. 前記一次巻線および前記二次巻線は、対応する前記壁面に接着剤で接着されて固定されている請求項1または2記載のトランス。
  4. 放熱部材を備えている請求項1から3のいずれかに記載のトランス。
  5. 請求項1から4のいずれかに記載のトランスと、
    前記一次巻線に直流入力電圧を断続的に印加するスイッチング部と、
    前記二次巻線に接続されて、当該二次巻線に発生する交流電圧を整流平滑して直流出力電圧を出力する二次側整流平滑部と、
    前記直流出力電圧に基づいて前記スイッチング部の動作を制御する制御部とを備えている電源装置。
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