JPH04328812A - トランス装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トランス装置に係り、
特に小型化を可能とした新方式のトランス装置に関する
。

【０００２】

【背景の技術】変圧器（トランス）は、一般に交流電圧
を高圧から低圧へ，又は低圧から高圧へ変圧する場合，
或いは直流的に一次と二次とを絶縁しようとする場合な
どに用いられる電気機器として、従来より各方面にて多
用されている。かかる変圧器は、磁性材料や絶縁材料の
進歩発達に伴って種々の改良が成されている。そして、
従来技術におけるこの種の変圧器の改良は、主に損失を
少なくする所謂特性改善を主眼としたものが多い。

【０００３】一方、昨今にあっては、コンピユータをは
じめとする電子機器の小型化に相伴って、変圧器に対す
る過酷なまでの小型化の要請が各方面から出されている
。特に、集積回路技術の進歩によって電気信号を取り扱
う電子回路部分は極度の小型化が実現されているにもか
かわらず、その電子回路に電力を供給する電源部は、ト
ランスやチョークコイル等のため、その小型化が遅れて
いる。例えば、大規模な信号を扱うデジタル計算機にお
いては、その全体積の約半分が電源部である。

【０００４】電源部を小型化するための一方法として、
従来より、動作周波数の高周波化が挙げられる。そして
、この動作周波数の高周波化に伴って、近時においては
、例えば積層形のマイクロ磁心を用いた平板状トランス
などが提案され、その実用化が進められている。同時に
、他方では、高周波特性の優れたアモルファス磁性材料
を用いた変圧器の研究開発も各方面で進められている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例において、動作周波数を高周波化するという発想は
、理論的には変圧器の小型化に結びつくが、その実現に
さいしては、磁束の主磁路を成す磁性材料の高周波特性
によって動作周波数の上限が制限され、損失増をきたす
という不都合が生じる。そして、かかる不都合を改善す
るため、例えば高周波特性の比較的良好な磁性材料であ
るフェライトを使用しても、ＭＨＺ　帯以上の動作では
、透磁率が小さくなって変換効率が著しく低下し、さら
に、材料のうず電流やヒステリシス損失が増加して磁性
材料を用いる利点が損なわれる、という不都合があった
。

【０００６】

【発明の目的】本発明の目的は、かかる従来例の有する
不都合を改善し、とくに電圧変換効率が比較的良好で配
線上の無駄を少なくし且つ小型化を可能としたトランス
装置を提供することを、その目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、一次コイル
用線材と二次コイル用線材とを相互に絶縁状態を維持し
つつ縄状に撚り合わすと共にその一部又は全部を適当に
曲折してその全体を環状とする環状トランス本体を形成
し、この環状トランス本体の一部を成す一次コイル用線
材の両端部に入力端子を設けると共に、当該環状トラン
ス本体に於ける二次コイル用線材の所定箇所に一又は二
以上の出力端子を設ける、等の構成を採っている。これ
によって前述した目的を達成しようとするものである。

【０００８】

【作用】入力端子Ｐ１　，Ｐ２　に所定周波数の交流電
源を印加すると、環状トランス本体３に於ける一次コイ
ル用線材１には、図２及び図３に示すように電流ｉ１　
が流れ、その周囲に磁束Φの交番磁界Ｈが形成される。 一方、一次コイル用線材１に沿って配設されている二次
コイル用線材２には、ファラディの法則によって磁束Φ
の大きさに対応した二次誘導電圧ｅ２　が生じる。この
場合、一次コイル用線材１と二次コイル用線材２とはツ
イスト状に巻かれていることから、一次コイル・二次コ
イル間は磁束による結合が高められており、二次誘導電
圧ｅ２　の誘導効率は高い。二次コイル用線材２の有す
る出力端子Ｓ１　，Ｓ２　に適当な負荷を接続しておく
ことにより、その負荷の大小及びその性質に応じた電流
ｉ２　が二次コイル用線材２に流れる。実験では、損失
のない理想のトランスにおける巻数比「１対１」の時の
変圧比定数ＫＯ　を１００〔％〕とすると、高周波領域
で、ＫＯ　＝７０〜８０〔％〕という実用化の可能性充
分とみられる結果を得ることができた。また、主要部が
全体的に環状となっているため、出力端子を任意の箇所
に同一条件で設定し得ること、及び環状の形を装備箇所
に合わせて任意の形状に設定し得るという性質を備えて
いる。

【０００９】

【第１実施例】以下、本発明の第１実施例を図１乃至図
３に基づいて説明する。この図１乃至図２において、符
号１は一次コイル用線材を示し、符号２は二次コイル用
線材を示し、符号３は環状トランス本体を示す。一次コ
イル用線材と二次コイル用線材は、相互に絶縁状態を維
持しつつ縄状に撚り合わされてツイスト線材３１　が形
成されている。そして、このツイスト線材３１　の一部
又は全部が適当に曲折されてその全体を環状とする環状
トランス本体３が形成されている。この環状トランス本
体３の一部を成す一次コイル用線材１の両端部に、入力
端子Ｐ１　，Ｐ２　が設けられている。

【００１０】また、この環状トランス本体３に於ける二
次コイル用線材２の所定箇所に、二以上の出力端子「Ｓ
１　，Ｓ２　」「ＳＯ１」「ＳＯ２」が設けられている
。符号４は入力端子Ｐ１　，Ｐ２　部分の，又符号５は
出力端子Ｓ１　，Ｓ２　部分の連結部材を示す。ここで
、この図１に示す実施例では、一次コイル用線材１と二
次コイル用線材２は、いずれも同一長さのコイル用線材
が使用されている。即ち、この図１に示す実施例では、
巻数比「１：１」（ここでは、巻数比＝一次コイル用線
材１に対する二次コイル用線材２の長さの比）を基本と
したトランスとなっている。

【００１１】次に、上記実施例の動作について説明する
。図１の入力端子Ｐ１　，Ｐ２　に所定周波数の交流電
源を印加すると、トランス本体３に於ける一次コイル用
線材１には、図２及び図３に示すように電流ｉ１　が流
れ、その周囲に磁束Φの交番磁界Ｈが形成される。一方
、一次コイル用線材１に沿って配設されている二次コイ
ル用線材２には、ファラディの法則によって磁束Φの大
きさに対応した二次誘導電圧ｅ２　が生じる。このため
、二次コイル用線材２の有する出力端子Ｓ１　，Ｓ２　
に適当な負荷を接続しておくことにより、その負荷の大
小及びその性質に応じた電流ｉ２　が二次コイル用線材
２に流れることとなる。

【００１２】ここで、図１における環状トランス本体３
部分の実用化に向けての実験結果の例を図４に示す。こ
の実験では、図５に示すトランス本体（ここでは、「ツ
イストコイル部」という）の二次側（出力端子Ｓ１　，
Ｓ２）に１０〔ＫΩ〕の純抵抗負荷を接続し、入力端子
Ｐ１　，Ｐ２　には一次電圧ｖ１　を印加し、その周波
数ｆを１〔Ｋ　　〕から１〔Ｍ　　〕まで変化させてそ
の変圧比「（ｖ２　／ｖ１　）×１００〔％〕」を測定
した。この場合、二次を開放して無負荷とした場合も同
時に測定したが、この図４とほぼ同一の結果を得ること
ができた。この結果、図５に示す各ツイストコイル部の
内、タイプＡ，Ｂ，Ｃ相互間では顕著な周波数特性の違
いを得た。 また、タイプＡ，Ｂ，Ｃ相互間では殆ど同一の周波数特
性となるという結果を得た。同時に変圧比定数Ｋ０　は
、低周波領域では零に近づくことが、高周波領域ではＫ
０　＝７０〜８０〔％〕という実用化の可能性充分とみ
られる結果を得ることができた。

【００１３】この図４に示す実験結果において、顕著な
周波数特性の違いが得られた図５のタイプＡ，Ｂ，Ｃに
ついて分析すると、コイルの直径が大きい程、周波数ｆ
に対する変圧比定数Ｋ０　の立ち上がりが早いことが明
らかとなった。

【００１４】このように、図１乃至図３に示す第１実施
例においては、コイルの直径が小さい場合、明らかに一
次・二次間の結合が高められ、同時に動作周波数を高く
設定することにより充分実用化し得ることが明らかとな
った。また、コイルの直径を大きく設定した場合には、
比較的低周波から動作させることができるという利点を
得ることができた。さらに、この第１実施例においては
、全体が環状に形成されていることから、使用に際して
は、電子機器本体内の必要としている箇所を順次経たの
ち元の位置に戻るように装備することが可能となり、従
って、従来型の変圧器の装備を省くことができるばかり
でなく電子機器本体内の空間部を有効に利用して無駄な
く装備することができ、これがため、これを使用すると
電子機器本体の著しい小型化を図ることができるという
利点が得られる。

【００１５】

【第２実施例】図６乃至図７に第２実施例を示す。この
図６乃至図７に示す第２実施例は、一次コイル用線材１
に対し２倍の長さの二次コイル用線材２を使用した場合
を示す。この場合は、一次コイル用線材１に二次コイル
用線材２を二回重ねてツイスト（二巡回）することによ
り環状トランス本体３が構成されている。この場合の環
状トランス本体３の一部を図７に示す。この場合、二回
重ね部分の二次コイル用線材は、その往路と復路の電流
方向が一致するようにツイストされ連結されている。そ
の他の構成は前述した第１実施例と同一となっている。 このようにしても前述した第１実施例と同一の作用効果
を有するほか、出力端子Ｓ１　，Ｓ２　の二次電圧を入
力端子Ｐ１　，Ｐ２　に印加される一次電圧の「２Ｋ０
　」倍に設定することが出来る。

【００１６】一方、一次コイル用線材１に対し二次コイ
ル用線材２をｎ回重ねてツイストすることにより環状ト
ランス本体３を構成すると、出力端子Ｓ１　，Ｓ２　に
出力される二次電圧を、入力端子Ｐ１　，Ｐ２　に印加
される一次電圧の「ｎＫ０　」倍に設定することが出来
る。ここで、出力端子Ｓ１　，Ｓ２　と入力端子Ｐ１　
，Ｐ２　とを逆にして使用すると、二次電圧は一次電圧
の「Ｋ０　・１／ｎ」となる。二次コイル用線材２につ
いては、同一長さのものを連結使用し或いは一本のもの
を使用して二回重ね又はｎ回重ねとしてもよい。また、
二次コイル用線材２の長さについては、一次コイル用線
材１の整数倍に限定されず、例えば、一次コイル用線材
１の長さの１．６倍のものを使用してもよい。

【００１７】

【第３実施例】図８に第３実施例を示す。この図８に示
す第３実施例は、前述した環状トランス本体３を構成す
る二次コイル用線材２を複数（本実施例では三つ）に分
割すると共に、その分割した各二次コイル用線材２１，
２２，２３　ごとに独立した出力端子「Ｓ０１」「Ｓ０
２」「Ｓ０３」を設けた点に特徴を有している。その他
の構成は前述した第１実施例と同一となっている。この
ようにしても前述した第１実施例と同一の作用効果を有
するほか、使用箇所に応じて出力端子Ｓ０１，Ｓ０２，
Ｓ０３を自由に（負荷に近接して）設定することができ
、多目的用として好適なものとなっている。

【００１８】

【第４実施例】図９に第４実施例を示す。この図９に示
す第４実施例は、前述した第１実施例に於けるツイスト
線材（ツイストトランス）３１　を中空のトロイダル状
に巻くことにより環状重トランス本体（ツイストコイル
トランス）３３を形成し、使用した点に特徴を有してい
る。図中、Ｙは瞬時に生じる交番磁束を示す。その他の
構成は前述した第１実施例と同一となっている。図１０
に、ツイスト線材３１　を中空のトロイダル状に巻いた
場合の単位長さ当たりの実験結果（曲線Ａ）を示す。ま
た、比較の意味で、ツイスト線材３１だけの場合（曲線
ａ），ツイスト線材３１　を中空のトロイダル状に巻く
と共にその中空の内部に砂鉄を入れた場合（曲線ｂ），
鉄心を挿入した場合（曲線ｃ），珪素鋼板を挿入した場
合（曲線ｄ）の各々について、同図表内にその実験結果
を開示する。この結果、高い周波数領域では、何れの場
合も比較的高い変圧比定数を得ることができ、また低い
周波数領域では、形成される磁路部分に透磁率の大きい
部材を配設することによって７０〜９０％前後の高い変
圧比定数を得ることができた。

【００１９】ここで、上記各実施例においては、環状ト
ランス本体３及び環状重トランス本体３３として特に円
環状のものについて説明したが、この環状トランス本体
３及び環状重トランス本体３３の形状については必ずし
も円環状のものに限定するものではなく、例えば、三角
形状その他の多角形状であっても、或いは適当に変形さ
れた環状のものであってもよい。更に、この環状トラン
ス本体３及び環状重トランス本体３３については、その
周囲及び撚り合わせの隙間に微細磁性部材を充填しても
よい。或いは、環状トランス本体３又は環状重トランス
本体３３を適当に密封すると共に内部に磁性流体を封入
するように構成してもよい（磁性流体は流動させてもよ
い）。このようにすると、電圧変換効率を更に向上させ
ることができ、また、使用周波数の低周波化が可能とな
る。更に、環状トランス本体３及び環状重トランス本体
３３については、その全体を予め二個以上に分割して制
作し、しかるのち、各コイル線材を連結することによっ
て環状トランス本体３及び環状重トランス本体３３を完
成させてもよい。また、この環状トランス本体３及び環
状重トランス本体３３は、その実施に際しては、例えば
電子機器のケース内の角部等に沿って配設されるものを
はじめ、特定の部屋の角部に沿って配設されるもの等が
あり、その有用性は大なるものがある。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、一次コ
イル用線材と二次コイル用線材とを相互に絶縁状態を維
持しつつ縄状に（ツイスト状に）撚り合わすと共にその
一部又は全部を適当に曲折してその全体を環状とする環
状トランス本体等を形成し、この環状トランス本体等に
於ける一次コイル用線材の両端部に入力端子を設けると
共に、当該環状トランス本体に於ける二次コイル用線材
の所定箇所に一又は二以上の出力端子を設ける、等の構
成を採っていることから、電圧変換の主要部が一次コイ
ル用線材と二次コイル用線材のみからなる環状トランス
本体で構成されることとなり、これがため、トランス本
体部分を著しく小型化することができ、しかも一次コイ
ル用線材と二次コイル用線材とを相互に絶縁状態を維持
しつつ縄状（ツイスト状）に撚り合わす構成としたこと
から、電圧変換効率を良好に維持することが可能となり
、特に高周波領域にあっては高周波動作によるコイル断
面上の表皮効果を利用して内部漏れインダクタンスの減
少による一次コイル・二次コイル間の結合の増加が図ら
れており、上述したように全体的に環状に形成したこと
から、使用に際しては、例えば電子機器相互間もしくは
電子機器本体内の必要としている箇所を順次経たのち元
の位置に戻るように装備することが可能となり、従来型
の変圧器の装備を省くことができるばかりでなく電子機
器相互間もしくは電子機器本体内の空間部を有効に利用
して無駄なく装備することができ、これがため、電子機
器相互間もしくは電子機器内の角部に沿ってループ状に
配設し装備することも可能となり、従って、これを使用
すると中継ケーブル等の連結ケーブルの長さを極端に短
くすることができ、電子機器全体を著しく小型化するこ
とができるという従来にない優れたトランス装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す配線図

【図２】図１
内における環状トランス本体の一部を示す説明図

【図３】図１内における環状トランス本体の一部の動作
を示す説明図

【図４】図１内における環状トランス本体の実験結果の
一例を示す線図

【図５】図４の実験に使用した環状トランス本体の種類
を示す図表

【図６】第２実施例を示す配線図

【図７】図６内における環状トランス本体の一部を示す
説明図

【図８】第３実施例を示す配線図

【図９】第４実施例を示す配線図

【図１０】図９内における環状トランス本体の実験結果
の一例を示す線図

【符号の説明】

１　　　　一次コイル用線材 ２　　　　二次コイル用線材 ３　　　　環状トランス本体 ３１　　　ツイスト線材 ３３　　環状重トランス本体 Ｐ１　，Ｐ２　　　入力端子

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一次コイル用線材と二次コイル用線材
   とを相互に絶縁状態を維持しつつ縄状に撚り合わすこと
   によりツイスト線材を形成すると共に、このツイスト線
   材の一部又は全部を適当に曲折してその全体を環状とす
   る環状トランス本体を設け、この環状トランス本体に於
   ける一次コイル用線材の両端部に入力端子を設けると共
   に、当該環状トランス本体に於ける二次コイル用線材の
   所定箇所に一又は二以上の出力端子を設けたことを特徴
   とするトランス装置。
2. 【請求項２】　　前記環状トランス本体を構成する一次
   コイル用線材と二次コイル用線材の長さを、同一長さと
   したことを特徴とする請求項１記載のトランス装置。
3. 【請求項３】　　前記環状トランス本体を構成する一次
   コイル用線材と二次コイル用線材の長さを、異なった長
   さとしたことを特徴とする請求項１記載のトランス装置
   。
4. 【請求項４】　　前記環状トランス本体を構成する一次
   コイル用線材を複数の線材により構成すると共に、この
   各一次コイル用線材の各々をその往路と復路の電流方向
   が一致するように連結したことを特徴とする請求項１，
   ２又は３記載のトランス装置。
5. 【請求項５】　　前記環状トランス本体を構成する二次
   コイル用線材を複数の線材により構成すると共に、この
   各二次コイル用線材の各々をその往路と復路の電流方向
   が一致するように連結したことを特徴とする請求項１，
   ２，３又は４記載のトランス装置。
6. 【請求項６】　　前記環状トランス本体を構成する二次
   コイル用線材を複数に分割すると共に、その分割した各
   二次コイル用線材ごとに独立した出力端子を設けたこと
   を特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載のトラン
   ス装置。
7. 【請求項７】　　一次コイル用線材と二次コイル用線材
   とを相互に絶縁状態を維持しつつ縄状に撚り合わすこと
   によりツイスト線材を形成すると共に、このツイスト線
   材を用いて中空でトロイダル状に巻かれた環状重トラン
   ス本体を形成し、この環状重トランス本体に於ける一次
   コイル用線材の両端部に入力端子を設けると共に、当該
   環状重トランス本体に於ける二次コイル用線材の所定箇
   所に一又は二以上の出力端子を設けたことを特徴とする
   トランス装置。