JPH0254911A - 巻回コア型誘導機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、変圧器及び変圧器用の回路、より詳細に言え
ば、所望の入力対出力の変圧比を達成することが出来、
しかも、パワー・インバータ回路への組み込みを容易に
するために変圧器に関連する巻＃ｊＡ構造を単純化する
よう特別に構成されたコアを有する変圧器に関する。

Ｂ、従来の技術及びその問題点 従来の変圧器は磁路な限定するコアと、そのコアによっ
て導かれた磁束をリンクする入力巻線及び出力巻線とを
含んでおり、入力対出力の変圧比（を正比及び電流比）
は、人力巻線と出力巻線との巻線比によって決められる
。製造を容易にするために、出力巻線を一回巻きの巻線
にすることが、しばしば望まれる。このような変圧器の
例として、大電流出力用変圧器があり、このタイプの変
圧器の二次巻線は、複数巻きの巻線にすることは実用的
でない程の厚いパー試の導体で作られる。

更に、パワー変圧器の高電流出力用の二次巻線は、著し
い熱を発生するので、ｔｉｌｌ接する構造にその熱を伝
導させなければならない。この理由のために、二次巻線
は広い熱伝導面を有する単純で平坦な構造を持つことが
望ましい。この冷却機能を必要とする要件は、二次巻線
を複数回巻きにすることと相反する結果を生む。通常の
単一の磁路の磁気構成を用いた場合、この−回巻きの二
次巻線の要件は、変圧比を所望の値にするという目的に
対して、−次巻線の設計に制限を与えることになる。

変圧器の巻線に対してセンター・タップを設ける必要の
ある場合がある。従来、このようなセンター・タップは
、常に、複数巻きの巻線に対して必要であった。このよ
うな巻線の公知の例は「ブリッジ型の変圧器」であり、
このタイプの変圧器の一次巻線は、直流バルク電圧源に
跨がって交互に反対方向に接続されており、そして、グ
ランドのような負荷の一方の端子に接続されているセン
ター・タップを有する二次巻線は、巻線の両端がブツシ
ュ−ブツシュ方式で負荷に電力を供給するように、夫々
のダイオードを介して負荷の他の側に接続されている。

高電流出力の二次巻線において、必要な接続が、相互に
、機械的、または電気的に妨害しないような態様で、所
望の接続を行い、且つ二次巻ｌ＆！ｉ！構造に対してダ
イオードを近接して装着することは、従来困難であった
。特に、通常のブリッジ型の変圧器から取り出される３
本の接続線を、変圧器の内部でダイオード−ダイオード
のコミュテート（整流）電流ループ全体中に含ませるこ
とは、従来非常に困難なことであった。

Ｃ０問題点を解決するための手段 複数回巻きの二次巻線を有する一次巻線によって与えら
れる磁束をリンク（結合）する代りに、またはその磁束
をリンクすることに加えて、−次巻線によって与えられ
た磁束が、二次巻線に複数回リンクするようにコアによ
ってガイドされる本発明の変圧器構造によって、上述し
た従来の技術の欠点を克服することが出来、且つ、上述
したような電力型変圧器に対する要求が満足される。本
発明に従って、二次巻線に誘起される電圧が、通常のＮ
　　（ｄφ／ｄｔ）ではなく、Ｎ（ｄＮ、φ／Ｗ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｗｄｔ）の直
接の関数であるようにするために、極端な場合、１回巻
きの二次巻線は、−次巻線の作用によって誘起された磁
束（φ）によりＮ回リンクされる。上式において、ＮＷ
はコイルの巻き線回数であり、ＮＦは磁力線の巻き回数
である。

更に、本発明に従ったコア及び巻線構造を設けることに
よって、単一の平坦な巻線の電気的中心（即ちセンター
・タップ用の位置）がコアの巻き線によって決められる
。

導体の両端間にセンター・タップを設けた単一の平坦な
導体構造を有するフル・ブリッジ型の変圧器を構成する
ことによって、本発明は、ダイオード−ダイオードのコ
ミュテート電流ループ全体を変圧器中に組み込むことを
容易にし、これにより、高い周波数の動作において、高
速度のコミュテート時間を可能とする。

本発明の１実施例は、導体のループを複数回取り巻いた
磁気コアを有する変圧器のような誘導装置を与える０本
発明の他の実施例は、−次巻線と、二次巻線導体のルー
プと、−次巻線とリンクしており、且つ二次巻線導体の
ループの周囲を縫って複数回取り巻く磁気コアとで構成
された変圧器を与える。

本発明の他の実施例は、センター・タップを有する単純
に平坦な二次巻線導体の両側で夫々１回巻きのコア巻線
を構成している合計２回巻きのコア巻線を含むコア素子
を持つ変圧器を与える。

本発明の他の実施例は、フル・ブリッジ構成に接続され
た４つのデユーティサイクルを持つ制御可能なスイッチ
を通って、直流バルク電源から一次巻線に印加され、交
番する極性のパルスによって付勢される上述のコアとリ
ンクする一次巻線と、負荷に対して電力を供給するため
の二次巻線構造の２つの自由端において並列に接続され
ているダイオードを含む二次巻線構造とを具備し、二次
巻線構造の２つの自由端に関して他端である共通端は、
負荷の他の側に接続するためのセンター・タップである
ような変圧器を与える。

Ｄ、実施例 高い周波数の動作においては、変圧器のコアの断面は、
低い周波数の動作の場合の断面に比べて小さくすること
が出来る。然しながら、高電流出力回路の場合、変圧器
の二次巻線は、非常に厚く且つ嵩張っている。これらの
事実に着目してなされた、本発明の特徴は、二次巻線を
コアの囲りに複数回巻きつける代りに、少なくとも一部
のコアを二次巻線の囲りに巻きつけることにある。第１
図は本発明の装置の動作原理を示す図である。電圧源１
０（Ｖ、）は、折り曲げたフェライト・コｎ ア１６の一部の囲りに巻きつけられたＮ１回巻きの一次
巻線１４に、導体１２を介して接続されている。磁気コ
ア１６は、−回巻きの二次巻線導体２０の囲りに巻きつ
けられた複数のコア巻線１８を持っており、その出力端
子は、導体２２を介してＶｏｕｔを出力するために、接
続されている。

負荷２４の電圧は、■ｏｕｔ＝■１ｏＸ（Ｎ２／Ｎ１）
である、上式中、Ｎ１は一次巻線１４の巻き回数であり
、Ｎ２は一回巻きの二次「巻線」２０を取巻くフェライ
ト・コアの巻、Ｉ！１８の回数である。

若し、二次巻ＩｔＩｉＩ２０が異なった巻き回数Ｎ３（
図示せず）であれば、ＶｏｕｔはＶ、ｎＸＮ５（Ｎ２／
Ｎｌ）であり、この場合、Ｎ１は一次巻ｔＩａ１４の巻
き回数であり、Ｎ２は一回巻きの二次巻線を取巻くフェ
ライト・コアの巻線の回数である。

第２図は本発明に従った２回巻きのコアを用いたブリッ
ジ型の変圧器の模式図である。第３図は、第２図のコア
及び導体の配列に対応する電気的回路及び磁路と、これ
に加えて一次巻線のためのフル・ブリッジ駆動回路とを
示している。図示されている整流器１１０．１１２、出
力フィルタ導体、即ちインダクタ１１４、コンデンサ１
１６、負荷１１８は、それらの電気的機能に関する限り
、通常の出力回路用素子と同じである。第２図には示さ
れていないが、−次回路は、第３図のようなフル・ブリ
ッジ回路でもよいし、または対称的な駆動を行う他の適
当な回路であってよい。

第２図の磁気コア素子１２０．１２２．１２４．１２６
は、組立てられた時、二次巻線導体ループ１３０を２度
縫うような、磁束の単一の閉路（第３図の参照数字１２
８）を形成する。二次巻線導体ループ１３０は、２つの
コアの磁極部１５２及び１５６を取り囲み、２つのコア
の磁極部１５４．１５８を外側に配置する平面状の形状
を持っている。二次巻線導体の一端は整流器１１０．１
１２を通り、他端はセンター・タップ１３２を通って出
力回路に接続されている。整流器１１０．１１２は、破
線で示された１７２，１７４の領域で導体ループ１３０
の下面と接続されている。他の整流器の接続点は、外部
回路への母線接続を与える導体１７８である。この整流
器の配列′の細部及び利点は後述する。−大巻ｕＡ１４
０は、二次巻線導体ループ１３０と同じコア・ポストを
取り囲み、且つ二次巻線導体ループ１３０と同じ外形を
持っている。−次巻線１４０は、１本の導体の太さと同
じ厚さを持つ渦巻きパンの形状に形成することも出来る
。コアの磁極部で連結されたコア素子１２０．１２２．
１２４．１２６は、二次巻線導体１３０を２度リンクす
る単一の連続したジグザグ形状の磁束路を形成し、且つ
一次巻線１４０を受は入れてこれとリンクするための隙
間を与えるように対向している。

第３図は、第２図に示した電源装置が、フル・ブリッジ
駆動で、パルス幅変調のブツシュ−ブツシュ出力のパワ
ー・サプライとして動作するのを説明するための図であ
る０図を簡単にするために、磁束路全体は４１１１２８
で示しである。パルス幅変調（ＰＷＭ’）制御装置２１
０は、最初に一方のトランジスタ・スイッチ対が導通し
、次に他方のトランジスタ・スイッチ対が導通するとい
ったように交互に導通する第１のトランジスタ・スイッ
チ対２１２．２１４と、第２のトランジスタ・スイッチ
対２１６．２１８を動作する。トランジスタ・スイッチ
２１２．２１４が導通した時に、バルク直流供給源ＶＢ
は、第１のトランジスタ・スイッチ対２１２．２１４を
通して接続され、これにより、−大巻４１１４０を通る
一次電流！１を流す。これは、直列に接続されたコア巻
線Ａ及びコア巻線Ｂ中に磁束φを設定し、これにより、
二次巻線導体１３０の各半体中に電圧ｖ１を誘起し、そ
の結果、ダイオード１１０を通して二次巻線導体の半休
に電流Ｉ３を流す。

センス・ライン２２０は、負荷１１８の出力端子をＰＷ
Ｍ制御装置２１０に接続する。ＰＷＭ制御装置は、自由
走行型（要求型）、または発振器駆動型のような多くの
公知の任意の装置でよく、通常は、ライン２２０ｅ介し
て感知された出力電圧と比較するための基準電位を含ん
でいる。何れにしても、短時間の後（１パルスの後）、
ＰＷＭ制御装置２１０は、第１のトランジスタ・スイッ
チ２１２．２１４をオフに転じ、そして、制御された遅
延の後、第２のトランジスタ・スイッチ対２１６．２１
８をオンに転じて、第１の電流■１と反対の方向に、第
２の電流パルス１２を流す。この電流は、磁気回路（第
２図に示した構造のコア素子１２０．１２２．１２４及
び１２６によって画定される磁気回路）のコア巻線Ａ及
びＢの両方に磁束φ２を設定する。磁束φ２の増加は、
二次巻線導体１３０の両方の半休に電圧Ｖ２を誘起する
。ダイオード１１０は、一方の側の電流を阻止するが、
他方の側の１４は、ダイオード１１２を介してフィルタ
、及び回路阻止１１４．１１６．１１８に流れる。

第４図は、第３図の回路の上述の動作により生じた理想
的な波形を示すタイミング図表である。

第５図は、本発明の他の実施例の装置を示す図であって
、この装置の一次巻線は、２つの分離したコイル１４０
′を含んでおり、各コイルは、二次巻線導体１３０′に
よって取り巻かれている各コア・ポストを取り囲んでい
る。コイル１４０′は一次巻線を形成するために、直列
接続、または並列接続の何れかに接続される。何れの場
合でも、それらのコイル中の電流は、コイル中の電流が
例えば図示された時計方向のような同じ方向に流れるよ
うに配列される。第５図の実施例は、第２図の実施例の
装置と比較した場合、より柔軟な設計上の選択幅を持っ
ているが、潤性インダクタンスが増えるという弱点があ
る。

何れの実施例においても、整流器（第２図においては１
１０及び１１２であり、第５図においては１１０′及び
１１２′である）は、変圧器の外部に通常のように装着
及び接続してもよく、または、変圧器の内部に組み込ん
でもよい。しかし、本発明に従って、ダイオード−ダイ
オードのコミュテート電流ループの全てを変圧器内に組
み込んで、その外形が一次巻線電流路の外形とほぼ一致
するように、変圧器を構成することが出来る。

次巻線の外形を二次巻線の外形に近似させたこの外形の
一致は、スイッチの過渡期間において、大電流が二次の
側の整流電流に与える影響をほぼ相殺するので、従って
、コミュテート・ループのインダクタンスを最小にし、
そして、高い周波数動作に必要な高速のコミュテート時
間を可能とする。

第６図及び第７図に示された実施例において、第２図の
ダイオード１１０．１１２（または第５図の１１０’　
　１１２’）は、ダイオードのインダクタンスの値をダ
イオードのコミュテート電流ループのインダクタンスの
値まで減少するように、１つのパッケージ１５０中の単
一のチップ・デバイスとして実際化されており、このパ
ッケージは、二次巻線導体ループ１３０、または１３０
′の端部１７２．１７４．１７２’　　　１７４’中に
収容されている。このパッケージ１５０は、関連する夫
々の導体１７８、または１７８′と接触しているダイオ
ード・チップを保持する可撓性の導体部材１７６を含ん
でおり、端部１７２．１７４、または１７２’　　　１
７４’　は、外部回路に接続されている。このようなダ
イオードの詳細については、１９８６年８月の１８Ｍテ
クニカル・ディスクロージャ・ブレティン第２９巻第３
号の１０７１頁乃至１０７２頁の「電力型整流器のため
の低インダクタンスのチップ・コネクタ」と題する記載
を参照されたい。

何れの実施例においても、本発明のブリッジ型変圧器は
、ブリッジ型の一次側スイッチ回路を有するスイッチ・
モードのパワー・サプライに含ませるのに適しており、
磁気的に強結合されたパワー変圧器として機能する２回
巻き式のコア構造と、関連する「巻線」とを用いている
。本発明の変圧器は、−次巻線の２つの接続点と、二次
側の３つの接続点（２つの「端部」と、１つのセンター
・タップ）用の通常の電気的端子を与える。この装置の
電気的な機能は、通常のパワートランスと等価の機能を
持っている。然しながら、変圧器の内部構造は、二次巻
線が機械的に非常に簡単であり、しかも、コアが二次巻
線導体１３０、または１３０′を２度くぐり抜ける磁束
路（コア巻線Ａ１コア巻線Ｂ）を形成している。

第２図、第３図及び第５図の磁気コア素子は、フェライ
ト、またはラミネートした鉄、または他の適当な材料か
ら製造することが出来、そして、若干の組立て誤差を許
容した上、磁気回路中に空隙を作ることなく組立てるこ
とが出来、しかも、二次巻線導体１０３、または１３０
′は単体なので、電気抵抗を導入する結合部がない。

導電構造体の囲りを直列に取巻く複数のループを持つ磁
束路の原理を利用した本発明の詳細な説明した。実施例
の変圧器は、ステップ・ダウン変圧器を例にして説°明
したが、ステップ・アップ変圧器にするために、−次巻
線と、二次巻線の指定を逆にするような変更は自明であ
り、当業者であれば、同様の実施例の変更を本発明の技
術的範囲内で、容易に施すことが出来る。

Ｅ８発明の効果 本発明は、二次巻線の熱放散が良好で、任意の変圧比に
設計することが出来、しかも、通常のブリッジ型の変圧
器からの接続線をコミュテート電流ループに含ませるこ
とが出来る構造簡単な変圧器を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための変圧器の図であ
って、ループ状導体及び関連回路素子を取巻く複数回巻
きの磁気コアを含む変圧器の模式図、第２図は第１図に
関して図示し、記載した電磁気の原理を利用した変圧器
構造の図であって、実際上の変圧器によって効果的に駆
動されるブツシュ−ブツシュ出力回路に必要な電気的素
子を含んでいる変圧器構造の分解図、第３図はパルス幅
変調のフル・ブリッジ入力のブツシュ−ブツシュ出力構
造の場合において、第２図に示した変圧器構造と回路素
子を含んだフル・ブリッジ型の電圧調整装置の電気的な
回路図、第４図は第３図の電圧調整装置の動作を説明す
るための理論的な波形を含むタイミング図、第５図は本
発明の他の実施例を示す変圧器の分解図、第６図は＠２
図及び第５図の変圧器構造に使用するのに適するダイオ
ード装置の平面図、第７図は第６図の線７−７で切断し
た断面図である。 １０・・・・電圧源、１４．１４０・・・・−次巻線、
１６・・・・磁気コア、１８・・・・コア巻線、２０・
・・・二次巻線、２４．１１８・・・・負荷、１１０．
１１２・・・・整流器、１１４・・・・インダクタ、１
１６・・・・コンデンサ、１２０．１２２．１２４．１
２６・・・・磁気コア素子、１３０・・・・二次巻線導
体、１３２・・・・センター・タップ、１５２．１５４
．１５６．１５８・・・・コア磁極部。 出　願　人　　インターナショナル・ビジネス・マシー
ンズ・コーポレーション

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）導体と、前記導体の周囲を１回以上回つてループ
   した磁路限定手段とを含む巻回コア型誘導機器。
2. （２）１次巻線導体と、２次巻線導体と、磁気コアとを
   含み、前記磁気コアは前記１次巻線導体を回つて１回ル
   ープし且つ前記２次巻線導体を回つて１回以上ループし
   て変圧器を構成することを特徴とする巻回コア型誘導機
   器。