JPH03500948A - 高絶縁層分離マトリックス変圧器 - 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】 声ノーマトリックス・　６ 衾里且！景 本発明は、変圧器、特に安全変圧器など高絶縁層分離条件を有する変圧器に関す る。

高絶縁層分離条件は、多くの場合、衝撃の危険から保護しなければならない変圧 器に適用する。従来型変圧器に絶縁機能を追加することは、その性能を大幅に低 下させる傾向にある。これは、特に、電力並びに周波数の高い変圧器において顕 著である。

マトリックス変圧器は、１９８７年５月１２日にＨｅｒｂｅｒ　ｔによって取得 された米国特許第４，６６５．３５７号′フラットマトリックス変圧器”に従い 、一つの変圧器として内部配線された複数の相互依存磁器素子から成る。フラッ トマトリックス変圧器には、相互依存磁器素子サイズが小さなことと、その巻線 の近接および相互交差とにより、明らかに、それほど大きな絶縁層分離能力がな い。

尤里□□□叉厩 本発明の目的は、高絶縁層分離を提供するマトリックス変圧器に対する改善を提 供することにある。

本発明の別の目的は、種々の高絶縁層分離達成技術を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、安全シールドを組み入れたマトリックス変圧器の実施 態様を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、破壊に対する追加保護のため、接地可能な中間低圧巻 線を備えたマトリックス変圧器の実施８揉を提供することにある。

第１図は、高絶縁層分剤マトリックス変圧器を示す。

第２図は、絶縁系をさらに明確に表すため、配線部を除き、第１図と同じ高絶縁 層分離マトリックス変圧器を示す。

第３図は、第１図の磁気素子の一つからマトリックス変圧器の一部を示す。

第４図は、安全シールドを除き、第１図と同じマトリックス変圧器のある磁気素 子からマトリックス変圧器の一部を示す。

第５図は、−次回路から二次回路を追加絶縁するための中間低圧巻線を備えたマ トリックス変圧器を示す。

第６図は、中間低圧巻線をさらに明確に表すため、−次巻線と二次Ｓ線を除き、 第５図と同じマトリックス変圧器を示す、中間低圧巻線の両端は、図では接地さ れている。

Ｕの　ましい−−半・ マトリックス変圧器は、一つの変圧器として集合的に作動するように構成、内部 配線された、多数の磁気素子から成る。マトリックス変圧器の設計および製造技 術は、きわめて幅広い形状、大きさおよび構成に適応できる。

変圧器は、導線の電流が、磁心束の変化に伴う磁気誘導により相互作用する、広 範なスタティック装置コアミリに属する。これには、計器用変圧器、変流器、誘 導コイル、「定電流出力」変圧器、並列巻誘導子、誘導子が含まれる。「マトリ ックス変圧器」は、本文中では、全体として内部配線されたより小さな相互依存 磁気素子列を用いて構成されたとき、これらいずれかの装置を含む一般用語とし て使用されている。

この形式で設計されたマトリックス変圧器は、標準変圧器として機能するが、各 種構成部品が、相互に依存する形で協力し合うため、多数の適用分野において利 用できる、ある固有の特性を有する。マトリックス変圧器の設計では、単心装置 で不可能な特性をもたせることができる。

磁気素子には、Ｃ形コア、Ｅ−１形コア、つぼ形コアまたはトロイド（環状コイ ル）など、標準設計の小さなコアを使用できる。然し、別の方法として、多数の 柱によってブリフジされた２枚の並列板、複数の改良クロス・コア、複数の穴を もつ磁性体板など、複数の磁気帰路をもつ、いくつかの新しい構造の一つを利用 することも可能である。異種相互依存磁気素子は、変圧器の規則に従う限り、独 立マトリックス配列において混合できる。

マトリックス変圧器は、きわめて′２ラットであり、その電気回路の製作には、 プリント配線基板回路技術を利用できる。

マトリ、クス変圧器の設計は、これに限定されるものではないが、磁気素子数、 要素の詳細設計、要素の物理的構成を含め、その柔軟性と自由裁量の程度が高い 、さらに、マトリックス変圧器の巻線は、異なる形式で構成でき、したがって、 変圧器に対する特定の巻線の出入り方法と場所の選定が柔軟である。マトリック ス変圧器の電圧と電流は、相互限定された関係にあり、このデータを調査するこ とにより、マトリックス変圧器設計の最適化を実現できる。

第１図は、高絶縁層分離のためのいくつかの機能が内臓されたマトリックス変圧 器を示す、高絶縁層分離の標準条件には一次巻線の沿面距離、二次巻線の沿面距 離、−次巻線と二次巻線間の沿面距離、絶縁層の規定数、絶縁体からの距離、絶 縁試験条件が含まれる。

第１図の変圧器は、１０個の相互依存磁気素子から成り、第１図ではトロイド１ ０１ａおよび１ｏｉｂ−１０１ｊで示されている。

−次巻線１０２は、ブツシュ・プル（センタタップ）巻線として示されている。

５本の並列二次巻線１０３ａおよび１０３ｂ等も、ブシュユ・プル（センタタッ プ）巻線として示されている。

−次絶縁体１０５ａおよび１０５ｂは、−次巻線１０２を密閉し、マトリックス 変圧器から全体に伸び、中断されずに、両端の変圧器より先に伸びる。各端での 伸びる長さは、二次巻線に対する沿面距蹄条件によって決定される。

二次絶縁体１０４ａおよび１０４ｂ−１０４ｊは、磁気素子を通る二次巻線を密 閉し、両側にある各磁気素子より先に伸びる。この伸びる長さは、二次巻線とコ ア間の沿面距離によって決定される。

−次絶縁体と二次絶縁体には、テフロンなど絶縁管が使用できる。

第２図に示すマトリックス変圧器は、第１図に示すマトリックス変圧器と同じで あるが、−次配線と二次配線がない。−次絶縁体２０５ａおよび２０５ｂは、１ 本の連続した絶縁体とすることができ、閉端側にある変圧器より先に伸ばす必要 はない。これは、−次漏れインダクタンスを最小限に抑えることが重要な場合に 好ましい方法である。マトリックス変圧器のある実施態様では、−次巻線通路が 、きわめて蛇行している。このため、柔軟な絶縁が好ましく、マトリックス変圧 器へ取り付ける前に、絶縁体から一次線を引っ張る方がおそらく容易である。

第３図は、第１図のマトリックス変圧器の磁気素子の１つからその一部を示す、 これらの磁気素子は、すべて第１図と同じである。

３０１は、磁気素子あり、図ではトロイドとして示されている。しかし、磁気素 子にはＵ−１形コア、Ｅ形コアの片側、つぼ形コアまたはマトリックス変圧器用 の特殊構造のコアなど、あらゆる種類の磁心を使用できる。−次巻線３０２は、 通常のテフロン式Ｅ型フソクア、ブ線なと、絶縁線（膜またはワニス絶縁だけで ないのが望ましい）による巻線から望ましい形式で構成されている。二次巻線３ ０３は、−次巻線に類似し、同一ケージとすることが可能である。

二次巻線の電流は、マトリックス変圧器の性質であるが、−次巻線と同じである ０本発明のある応用または実施態様では、二次巻線の場合、同じ長さの絶縁体は 必要ない、二次絶縁体３０５と一次絶縁体３０５は、それぞれ巻線を密閉する。

絶縁層分離判定基準は、次の通りである。−次巻線とコアおよび二次巻線間の沿 面距離は、−火砲縁体がマトリックス変圧器端から先に伸びる長さによって満た される。コアと二次巻線間の距離は、二次絶縁体１０５が各磁気素子１０１から 先に伸びる長さによって満たされる。−次巻線からコアまでの絶縁間隔は、−次 巻線１０２と一次絶縁体１０４を合わせた絶縁の厚さによって満たされる。二次 巻線からコアまでの絶縁間隔は、二次巻線１０３と二次絶縁体１０５を合わせた 絶縁の厚さによって満たされる。−次巻線から二次巻線までの絶縁間隔は、−次 、二次両方の巻線の厚さと一次、二次絶縁体の厚さを合わせた厚さによって満た される。

各応用に応じて、さまざまな絶縁系の使用が好ましい。−次巻線、二次巻線のい ずれか一方、あるいは両方の巻線が、単線式巻線の場合、それ自体が十分な絶縁 体を有する線の利用が、本発明の趣旨に一致する。このような絶縁体は、少なく とも二層から成り、その絶縁体の総厚さは、仕様条件を超える。巻線は２本以上 の場合おいてさえも、時として、この方法が好ましい。特に、スイッチング素子 やその他のコンポーネントなどに関して、−火線が変圧器から異なる通路を通る 場合、あるいは−火線が中断する場合に、これが好ましい方法となる。

その他の実施態様では、−次巻線、二次巻線または両方の周囲に、２番目の絶縁 層を使用するのが好ましい。たとえば、巻線の線数が２本以上の場合である０巻 線系数は、絶縁層としての最低条件を満たずため、不十分な絶縁体を有する線の 使用により向上させることができる。

ある磁気素子は、ニッケル・フェライトなどのようにきわめて良質な絶縁体であ る。さらに、ある磁心は、カプセルに入れられ、それ以外のときには、絶縁され ている。どちらの場合にも、絶縁系、特に二次絶縁系の効果が減少或いは抑制さ れるが、依然として、十分な絶縁層分離を提供する。−火砲縁系は、向上する。

第１図と同じマトリックス変圧器は、フェアライト　（Ｆａｉｒ−ｒｉｔｅ）（ Ｌｍ）部品番号２６７７００６３０１など、外径約３７８”のフェライト・コア を使い、製造できる。−次巻線と二次巻線には、アメリカ線番号２２テフロン・ フック７・ノブ線を使用できる。−次巻線と二次巻線がそれぞれ１２番テフロン ・スリーブ内側にあるとき、変圧器は、超高絶縁層分離条件を満たす。（試験で は、絶縁状態は使用可能な試験装置限界４０，０ＯＯＶＤＣをバスしている。） 第１図と同じ変圧器は、プッシュプル・パルス幅変調スイ・ノチ・モード電源の ブレッドボードに取り付けられた。入力電圧は４０〜６０ポルトで、出力は５ポ ルトであった。−次巻線は、出力立下がり時間改善のためバッファに入れられた 。ユニットロード（ＬＪｎｉｔｒａｄｅ）（ｔｍ）部品番号３８２５集積回路で 駆動される。−次スイッチは、ｎチャネル電力ＭＯ３ＦＥＴ　（ｍｅ　ｔ　ａ　 ］−ｏ　ｘ　１ｄｅ−ｓｉｌｉｃｏｎ　ｆｉｅｌｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｔｒａｎｓ ｉｓｔｏｒ）である。個々の二次巻線は、デュアル５ｃｈｏｔｔｋｙ整流器で整 流を受ける。個々の二次センタランプは、小型誘４子を通して接地に接続する。

整流器各組の陽極は、相互並びに小型セラミック・コンデンサに接続し、接地に 帰線する。全体はきわめて緊密に保たれている。出力は、並列に接続されている 。

−次スナッパは使用していない、ＦＥＴのドレイン・ソース間キャパシタンスは 、明らかに一次スナノバの蓄積エネルギーを十分ずぎるぐらい吸収する。リンギ ング（２０ＭＨｚ程度）減衰のため、補助Ｓ線を使用した。ブレンドボードの動 作条件は、ＩＭＨｚ（−次回波数５００ＭＨｚ）で出力は２５０ワツト（５０ア ンペアで５ボルト）である。変圧器の容量は、明らかに規定以上であったため、 試験回路で制限した。

第４図は、安全シールド４０６が増設されている以外は、第１図と同じ変圧器の 磁気素子の一部を示す。その他の機能はすべて、第３図の対応機能と同じである 。安全シールドは、コアを離れるとき、直ちに接地ブレーン（同様に、熱シンク となる）に終端するのが好ましい。安全シールドは、−次巻線、二次巻線または 両方をより十分あるいは完全に密閉する（ただし、両方の巻線を１つのシールド で一諸に密閉しないのが望ましい）。

第５図は、−次巻線と二次巻線の絶縁状態を強化するため、中間低圧Ｓ線をそな えたマトリックス変圧器の実施態様を示す。−次巻線５０２は、１．０個の相互 依存磁気素子５０１に−ｕからなる第１組を結合する。−火砲縁体５０３ａおよ び５０３ｂは、変圧器から伸びる。磁気素子５０１　ｋ−ｕの組は、中間低圧巻 線５０６ａ−ｊを介して、第２組の５０１ａ−ｊを結合する。第２組の磁気素子 ５０１ａ−ｊは、いずれか適当なマトリックス変圧器二次巻線を有することがで きる０本図では、５本の並列二次巻線５０３ａ−Ｃで示されている。

第６図は、中間低圧巻線をより明確に表し、両端を接地ブレーンに接地するのが 望ましいことを示している。この場合、絶縁不良により、接地ブレーンが故障電 流を運び去る限り、−次電圧が二次巻線で出力されることはない。

ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、　６ 国際調査報告 １−１−−１＋６ＬＩＩＩ　Ａｏｎ＆ｃ−＋−−Ｎ−、ＰＣｒ／ＵＳ８９１０１ ７１４

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．マトリックス変圧器を通り、そのマトリックス変圧器より先に伸びる最低１ つの一次絶縁体を備え、一次沿面距離条件を十分に満たすマトリックス変圧器。
2. ２．マトリックス変圧器の各磁気素子用の二次絶縁体を備えており、各二次絶縁 体が、磁気素子を通って、その磁気素子より先に伸び、二次沿面距離条件を十分 に満たすマトリックス変圧器。
3. ３．磁気素子ごとに最低一つの一次絶縁体と二次絶縁体を有するマトリックス変 圧器。
4. ４．マトリックス変圧器を通り、一次タリーページに十分な距離だけマトリック ス変圧器より先に伸びた最低一つの絶縁手段、一次巻線導線の絶縁、十分な層と 総厚を持つ一次巻線導線における絶縁手段と絶縁を構成する一次絶縁体を有し、 一次絶縁条件を満たすマトリックス変圧器。
5. ５．マトリックス変圧器の各磁気素子を通り、二次タリーページに十分な距離だ け磁気素子より先に伸びた最低一つの絶縁手段、二次巻線導線の絶縁、十分な層 と総厚を持つ二次巻線導線における絶縁手段と絶縁を構成する二次絶縁体を有し 、二次絶縁条件を満たすマトリックス変圧器。
6. ６．磁気素子第１組、磁気素子第１組を内部接続する一次巻線、磁気素子第２組 、磁気素子第２組を内部接続する一次巻線、磁気素子第１組と磁気素子第２組を 内部接続する中間低圧巻線、磁気素子第２組を内部接続する二次巻線を有するマ トリックス変圧器。
7. ７．中間低圧巻線が接地プレーンに接地されている請求範囲第６項のマトリック ス変圧器。
8. ８．マトリックス変圧器の各磁気素子の一次巻線と二次巻線間に置かれたマトリ ックス変圧器の各磁気素子用に安全シールドを有するマトリックス変圧器。
9. ９．安全シールドがマトリックス変圧器の各磁気素子の一次巻線を完全に取り囲 む請求範囲第８項のマトリックス変圧器。
10. １０．安全シールドがマトリックス変圧器の各磁気素子の二次巻線を完全に包む 請求範囲第８項のマトリックス変圧器。