WO2020170499A1 - 絶縁変圧器 - Google Patents

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猛 近藤
圭一 小太刀
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Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/10—Single-phase transformers

Definitions

  • the present invention relates to insulation and miniaturization of an insulation transformer (hereinafter referred to as SST (solid state transformer)) using a semiconductor.
  • SST solid state transformer
  • Patent Document 1 discloses the technology of a power supply device in which unitized SSTs are connected in series to increase the voltage.
  • Patent Document 1 discloses a flexible response to a wide range of voltages according to a high-voltage system and a motor, and a reduction in switching loss of a power device used in a power circuit such as a DC/DC converter or an inverter in response to a high frequency due to SST application.
  • the challenge is to make the cooling structure smaller.
  • it is necessary to boost to the system voltage, and it is also an issue to reduce the size and weight of the large current path before the boosting.
  • Patent Document 1 there is no problem about downsizing and weight saving of SST itself.
  • the voltage is increased by connecting the SSTs in series, the potential difference between the input and output of the SST becomes large, which is an obstacle to the realization of high voltage and large capacity of the entire device.
  • the insulation system of the SST generally insulates the input coil and the output coil with resin, and also insulates the input coil and the output coil from the iron core. If this insulation becomes large, the magnetic coupling between the input and the output will deteriorate and the leakage flux will increase.
  • the present invention has been devised in view of the above conventional problems, and one aspect thereof is a primary coil, a first winding portion around which the primary coil is wound, and both ends of the first winding portion.
  • a first side magnetic core having a U-shaped cross section, a secondary side coil, and a second winding around which the secondary side coil is wound.
  • a secondary side magnetic core having a U-shaped section and third and fourth standing sections standing from both ends of the second winding section and having a substantially U-shaped cross section. The first upright portion of the magnetic core and the third upright portion of the secondary magnetic core, and the second upright portion of the primary magnetic core and the fourth upright portion of the secondary magnetic core, respectively.
  • An insulation transformer arranged so as to face each other, wherein the primary side is inserted into a gap between the first standing portion of the primary side magnetic core and the third standing portion of the secondary side magnetic core, and A first insulating member that withstands a voltage difference on the secondary side; a primary side inserted in a gap between the second standing portion of the primary magnetic core and the fourth standing portion of the secondary magnetic core; And a second insulating member that withstands a voltage difference on the secondary side.
  • the primary side coil and the secondary side coil are respectively covered with an insulating material.
  • the first insulating member is provided between an end of the first standing portion of the primary magnetic core and an end of the third standing portion of the secondary magnetic core.
  • a second extending portion extending along a side surface of the third upright portion of the magnetic core, the second insulating member and an end portion of the second upright portion of the primary side magnetic core.
  • a second base portion provided between the secondary magnetic core and an end of the fourth upright portion, and extending from a peripheral edge of the second base portion along a side surface of the second upright portion of the primary magnetic core.
  • a third extending portion provided, and a fourth extending portion extending from a peripheral edge of the second base portion along a side surface of the fourth standing portion of the secondary magnetic core.
  • the primary side magnetic core and the secondary side magnetic core are covered with an insulating material.
  • the first insulating member is 0°, 90°, 180° with respect to the first standing portion of the primary side magnetic core and the third standing portion of the secondary side magnetic core.
  • the second insulating member is provided at an angle other than 270° and 360°, and the second insulating member is 0° with respect to the second standing portion of the primary side magnetic core and the fourth standing portion of the secondary side magnetic core. , 90°, 180°, 270°, 360°.
  • two primary side common mode coils connected to the primary side coil and wound around the first winding portion of the primary side magnetic core are connected to the secondary side coil, and Two secondary side common mode coils wound around the second winding portion of the secondary side magnetic core.
  • the first insulating member and the second insulating member are made of ceramics.
  • the insulation transformer in the insulation transformer, it is possible to reduce the size and weight while satisfying the insulation performance.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an insulation transformer in Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of an insulation transformer in Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the configuration of an insulation transformer in Embodiment 3.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of the configuration of the insulation transformer according to the third embodiment.
  • 6 is a schematic diagram showing the configuration of an insulation transformer in Embodiment 4.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of an insulation transformer in Embodiment 5.
  • Embodiments 1 to 5 of the insulation transformer according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6.
  • FIG. 1 shows a configuration example of an insulation transformer (SST) according to the first embodiment.
  • the insulation transformer 1 according to the first embodiment is a high frequency two-winding transformer.
  • an insulation transformer 1 includes a primary side magnetic core 2, a secondary side magnetic core 3, first and second insulating members (for example, ceramics, hereinafter referred to as first and second ceramics) 4, A primary coil 5 and a secondary coil 6 are provided.
  • the primary-side magnetic core 2 has a first winding portion 2a around which the primary-side coil 5 is wound, and first and second standing portions 2b and 2c that are erected at right angles from both ends of the first winding portion 2a. However, it is formed in a substantially U shape.
  • the secondary side magnetic core 3 also has a second winding part 3a around which the secondary side coil 6 is wound, and third and fourth winding parts 3a standing upright from both ends of the second winding part 3a. It has standing parts 3b and 3c, and is formed in a substantially U-shape.
  • the primary coil 5 is wound around the first winding portion 2a of the primary magnetic core 2, and the secondary coil 6 is wound around the second winding portion 3a of the secondary magnetic core 3.
  • the first standing portion 2b of the primary side magnetic core 2 and the third standing portion 3b of the secondary side magnetic core 3, the second standing portion 2c of the primary side magnetic core 2 and the fourth standing portion 3c of the secondary side magnetic core 3 are
  • the primary magnetic core 2 and the secondary magnetic core 3 are arranged so as to face each other, and are formed in a substantially square shape.
  • the main magnetic flux is formed in a substantially square shape.
  • the first ceramic 4 is inserted into the gap 7 between the first standing portion 2b of the primary magnetic core 2 and the third standing portion 3b of the secondary magnetic core 3. Further, the second ceramic 4 is inserted in the gap portion 7 between the second standing portion 2c of the primary side magnetic core 2 and the fourth standing portion 3c of the secondary side magnetic core 3. The first and second ceramics 4 withstand the voltage difference between the primary side and the secondary side.
  • the first and second ceramics 4 are arranged so as to be orthogonal to the main magnetic flux.
  • the material of the first and second ceramics 4 is, for example, silicon nitride Si3N4, aluminum nitride AlN, or the like.
  • silicon nitride (Si3N4) has an insulating performance exceeding 10 kV/mm at a thickness of about 0.25 mm.
  • the thin first and second ceramics 4 having high withstand voltage are inserted into the gap portion 7 of the normal two-winding transformer, and the primary side coil 5 and the secondary side coil 6 are provided, and the primary side and the secondary side coil 6 are connected.
  • the main insulation is provided between the magnetic core 2 and the secondary magnetic core 3.
  • the conventional SST has the gap 7 for the purpose of reducing the magnetic saturation of the magnetic core. Further, in the conventional SST, an insulating material (thickness of about several tens of millimeters) such as a thick molding material for ensuring insulation between the primary coil 5 and the secondary coil 6 is provided.
  • the primary coil 5 and the secondary coil 5 are Insulation was performed between the side coils 6.
  • the primary coil 5 and the secondary coil 6 can be made compact and highly insulated.
  • the insulation distance on the low voltage side was the same as on the high voltage side.
  • the primary side coil 5 has the minimum insulation required for the primary side circuit voltage.
  • the secondary coil 6 may be the minimum degree of insulation required for the secondary circuit voltage, allowing close proximity between each coil and the magnetic core. As a result, it is possible to reduce the size and weight while satisfying the insulation performance of the insulation transformer 1. Further, since the insulation distance can be shortened, the leakage magnetic flux of each coil of the primary coil 5 and the secondary coil 6 can be reduced, and the magnetic coupling can be improved.
  • FIG. 2 shows a configuration example of the insulation transformer (SST) according to the second embodiment.
  • the insulation transformer 1 according to the second embodiment is one in which the conductor group of the primary side coil 5 and the conductor group of the secondary side coil 6 are covered with insulating materials 8 and 9, respectively, to provide reinforced insulation.
  • the insulating materials 8 and 9 for example, a known molding material can be used.
  • the second embodiment has a configuration in which insulation between the primary coil 5 and the secondary coil 6 is more necessary than in the first embodiment.
  • the main insulation between the primary coil 5 and the secondary coil 6 is the first and second ceramics 4 provided in the gap portion 7 as in the first embodiment. If the insulation performance cannot be satisfied only by the main insulation of the first and second ceramics 4, in order to strengthen the insulation between the primary side coil 5 and the secondary side coil 6, each coil is molded with an insulating material 8 or 9. doing.
  • the same operational effect as the first embodiment can be obtained. Further, by reinforced insulation between the primary coil 5 and the secondary coil 6, between the primary coil 5 and the secondary coil 6 even if the insulation performance cannot be satisfied only by the main insulation of the first and second ceramics 4. The insulation can be strengthened. Further, since the main insulation is provided by the first and second ceramics 4, the reinforced insulation of the primary coil 5 and the secondary coil 6 is minimal, and the SST alone can be made smaller and lighter. Becomes
  • FIG. 3 shows an example of the configuration of the insulation transformer (SST) according to the third embodiment.
  • the insulation transformer 1 according to the third embodiment has a minimum creeping distance for insulation between the primary coil 5 and the secondary coil 6 by minimizing the size of the insulation system. is there.
  • the insulation transformer 1 shown in FIG. 3 is the same as that of the first embodiment except for the shapes of the first and second ceramics 4.
  • the first ceramic 4 is provided between the end of the first upright portion 2b of the primary magnetic core 2 and the end of the third upright portion 3b of the secondary magnetic core 3.
  • a second extending portion 4c extending along.
  • the second ceramic 4 includes a second base 4d provided between an end of the second standing portion 2c of the primary magnetic core 2 and an end of the fourth standing portion 3c of the secondary magnetic core 3, A third extending portion 4e extending from the peripheral edge of the second base portion 4d along the side surface of the second upright portion 2c, and extending from the peripheral edge of the second base portion 4d along the side surface of the fourth upright portion 3c. And the extended fourth extending portion 4f.
  • the creepage distance is outside the first to fourth extension parts 4b, 4c, 4e, 4f (opposite of the first and second base parts 4a, 4d). Side) and the creepage distance can be secured.
  • the first and second ceramics 4 of the insulation transformer 1 shown in FIG. 1 have a flat plate shape.
  • the first and second ceramics 4 shown in FIG. 1 project from the first to fourth standing portions 2b, 3b, 2c, 3c of the primary magnetic core 2 and the secondary magnetic core 3.
  • the device becomes large and the protruding portion is easily damaged.
  • the first and second ceramics 4 in the shape shown in FIG. 3, the creepage distance can be secured, and the device can be prevented from becoming large and damaged.
  • FIG. 4 shows another example of the insulation transformer 1 according to the third embodiment. Similar to FIG. 3, the other example shown in FIG. 4 also secures the creepage distance with respect to the insulation between the primary side coil 5 and the secondary side coil 6 by minimizing the size increase of the insulation system. In FIG. 4, the creepage distance is secured by covering the primary side magnetic core 2 and the secondary side magnetic core 3 with a magnetic core insulating material (general molding material) 10.
  • a magnetic core insulating material generally molding material
  • the creeping distance between the primary side coil 5 and the secondary side coil 6 is ensured with respect to the first exemplary embodiment while minimizing the size increase of the insulation transformer 1. It is a composition.
  • the creepage distance is secured by molding the shape of the first and second ceramics 4, or the primary side magnetic core 2 and the secondary side magnetic core 3 with the magnetic core insulating material 10. As a result, it is possible to further improve the insulation performance as compared with the first embodiment.
  • FIG. 5 shows a configuration example of the insulation transformer (SST) according to the fourth embodiment.
  • SST insulation transformer
  • FIG. 2 shows a configuration example of the insulation transformer (SST) according to the fourth embodiment.
  • the angle difference between the first upright portion 2b and the third upright portion 3b and the first ceramic 4 and between the second upright portion 2c and the fourth upright portion 3c and the second ceramic 4 is different. Is provided. That is, an angle is formed between the main magnetic flux and the first and second ceramics 4.
  • the angle between the first standing portion 2b and the third standing portion 3b and the first ceramic 4 is ⁇ 1, and the second standing portion 2c and the fourth standing portion 3c and the second ceramic 4 are formed.
  • the angle between them is ⁇ 2.
  • the first and second ceramics 4 have angles ⁇ 1 and ⁇ 2 with respect to the main magnetic flux, and the cross-sectional areas of the first to fourth standing portions 2b, 2c, 3b and 3c with respect to the main magnetic flux are set. It is an increase.
  • ⁇ 1 is 0°, 180°, and 360°
  • ⁇ 2 0°, 90°, 180°, 270°, and 360° are not included in the third embodiment.
  • the range of ⁇ 1 is 0° ⁇ 1 ⁇ 90°, 90° ⁇ 1 ⁇ 180°, 180° ⁇ 1 ⁇ 270°, 270° ⁇ 1 ⁇ 360°.
  • the range of ⁇ 2 is 0° ⁇ 2 ⁇ 90°, 90° ⁇ 2 ⁇ 180°, 180° ⁇ 2 ⁇ 270°, 270° ⁇ 2 ⁇ 360°.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are shown as the same angle, but they do not necessarily have to be the same angle.
  • the cross-sectional area of the primary side magnetic core 2 and the secondary side magnetic core 3 in contact with the first and second ceramics 4 is increased, and the magnetic resistance of the gap portion 7 is reduced and adjusted.
  • the magnetic resistance of the entire main magnetic flux can be reduced.
  • FIG. 6 shows a configuration example of the insulation transformer (SST) according to the fifth embodiment.
  • SST insulation transformer
  • a primary side common mode coil 11a is connected to one end of the primary side coil 5.
  • the primary side common mode 11b is connected to the other end of the primary side coil 5.
  • the primary side common mode coil 11a and the primary side common mode coil 11b are wound around the first winding portion 2a of the primary side magnetic core 2 in the same phase. That is, one of the primary side common mode coils 11 a and 1 b is wound in the same direction as the primary side coil 5, and the other is wound in the opposite direction to the primary side coil 5.
  • a secondary side common mode coil 12a is connected to one end of the secondary side coil 6.
  • the secondary side common mode 12b is connected to the other end of the secondary side coil 6.
  • the secondary side common mode coil 12a and the secondary side common mode coil 12b are wound around the second winding portion 3a of the secondary side magnetic core 2 in the same phase. That is, one of the secondary side common mode coils 12 a and 12 b is wound in the same direction as the secondary side coil 6, and the other is wound in the opposite direction to the secondary side coil 6.
  • FIG. 6 a configuration in which the primary side coil 5 and the secondary side coil 6 are arranged inside and the primary side common mode coils 11a and 11b and the secondary side common mode coils 12a and 12b are arranged outside will be described.
  • the primary side common mode coils 11a and 11b are arranged inside, the primary side coil 5 is arranged at both ends thereof, the secondary side common mode coils 12a and 12b are arranged inside, and the secondary side coil is arranged at both ends thereof. 6 may be arranged.
  • both of the primary side common mode coils 11a and 11b are arranged on either one side or the other side of the primary side coil 5, and either one side or the other side of the secondary side coil 6 is arranged.
  • Both of the secondary side common mode coils 12a and 12b may be arranged on one side.
  • the noise includes normal mode noise (differential noise) and common mode noise, but the fifth embodiment removes common mode noise due to high frequency and stray capacitance.
  • the primary side common mode coils 11a and 11b and the secondary side common mode coils 12a and 12b when a common mode current flows through each coil, magnetic fluxes strengthen each other and impedance becomes relatively large, and normal mode current is When flowing, the magnetic fluxes cancel each other and the impedance becomes relatively small.
  • the common mode of the high frequency component through the insulating transformer 1 (for example, passing through the first and second ceramics 4).
  • the current can be reduced.
  • the common mode noise caused by the primary-secondary insulation transformer 1 can be reduced without an external circuit.
  • the fifth embodiment can be applied to the second to fourth embodiments.

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Abstract

一次側磁心２は、一次側コイル５が巻かれる第１巻回部２ａと、第１巻回部２ａの両端から立設した第１，第２立設部２ｂ，２ｃと、を有し、断面略コ字状に形成される。二次側磁心３は、二次側コイル６が巻かれる第２巻回部３ａと、第２巻回部３ａの両端から立設した第３，第４立設部３ｂ，３ｃと、を有し、断面略コ字状に形成される。一次側磁心２の第１立設部２ｂと二次側磁心３の第３立設部３ｂ、および、一次側磁心２の第２立設部２ｃと二次側磁心３の第４立設部３ｃがそれぞれ互いに向かい合うように配置される。一次側磁心２の第１立設部２ｂと二次側磁心３の第３立設部３ｂの間のギャップ部７に第１絶縁部材４が挿入される。一次側磁心２の第２立設部２ｃと二次側磁心３の第４立設部３ｃの間のギャップ部７に第２絶縁部材４に挿入される。これにより、絶縁変圧器において、絶縁性能を満足しつつ、小型化，軽量化を図る。

Description

絶縁変圧器
　本発明は、半導体を利用した絶縁変圧器（以下、ＳＳＴ（ソリッドステートトランス）と称する）の絶縁および小型化に関する。
　特許文献１には、ユニット化したＳＳＴを直列接続して高電圧化した電源装置の技術が開示されている。特許文献１は、高圧の系統やモータに合わせた広範囲な電圧への柔軟な対応とＳＳＴ適用よる高周波化に対して、ＤＣ／ＤＣコンバータやインバータといった電力回路に使用されるパワーデバイスのスイッチング損失低減や冷却構造の小型化を課題としている。また、系統電圧への昇圧が必要であり、昇圧前段における大電流経路の小型・軽量化も課題としている。
　特許文献１では、ＳＳＴ自体の小型化、軽量化については問題としていない。しかし、ＳＳＴを直列接続することによる高電圧化ではＳＳＴの入力と出力の間の電位差が大きくなり、装置全体の高電圧化、大容量化を実現する障害となる。また、ＳＳＴの絶縁システムは、一般的に入力コイルと出力コイルの間を樹脂によって絶縁するとともに、入力コイルおよび出力コイルと鉄心の間も絶縁している。この絶縁が大型化すれば、入力と出力の磁気結合も悪くなり、漏れ磁束が増加する。
　以上示したようなことから、絶縁変圧器において、絶縁性能を満足しつつ、小型化，軽量化を図ることが課題となる。
特開２０１６－２２０４８２号公報
　本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、一次側コイルと、前記一次側コイルが巻かれる第１巻回部と、前記第１巻回部の両端から立設した第１，第２立設部と、を有し、断面略コ字状に形成された一次側磁心と、二次側コイルと、前記二次側コイルが巻かれる第２巻回部と、前記第２巻回部の両端から立設した第３，第４立設部と、を有し、断面略コ字状に形成された二次側磁心と、を備え、前記一次側磁心の前記第１立設部と前記二次側磁心の前記第３立設部、および、前記一次側磁心の前記第２立設部と前記二次側磁心の前記第４立設部がそれぞれ互いに向かい合うように配置された絶縁変圧器であって、前記一次側磁心の前記第１立設部と前記二次側磁心の前記第３立設部の間のギャップ部に挿入された一次側と二次側の電圧差に耐える第１絶縁部材と、前記一次側磁心の前記第２立設部と前記二次側磁心の前記第４立設部の間のギャップ部に挿入された一次側と二次側の電圧差に耐える第２絶縁部材と、を備えたことを特徴とする。
　また、その一態様として、前記一次側コイル、および、前記二次側コイルをそれぞれ絶縁材で覆うことを特徴とする。
　また、その一態様として、前記第１絶縁部材は、前記一次側磁心の前記第１立設部の端部と前記二次側磁心の前記第３立設部の端部との間に設けられる第１基部と、前記第１基部の周縁から前記一次側磁心の前記第１立設部の側面に沿って延設された第１延設部と、前記第１基部の周縁から前記二次側磁心の前記第３立設部の側面に沿って延設された第２延設部と、を有し、前記第２絶縁部材は、前記一次側磁心の前記第２立設部の端部と前記二次側磁心の前記第４立設部の端部との間に設けられる第２基部と、前記第２基部の周縁から前記一次側磁心の前記第２立設部の側面に沿って延設された第３延設部と、前記第２基部の周縁から前記二次側磁心の前記第４立設部の側面に沿って延設された第４延設部と、を有することを特徴とする。
　また、他の態様として、前記一次側磁心および前記二次側磁心を絶縁材で覆うことを特徴とする。
　また、その一態様として、前記第１絶縁部材は、前記一次側磁心の前記第１立設部と前記二次側磁心の前記第３立設部に対して、０°、９０°、１８０°、２７０°、３６０°以外の角度で設けられ、前記第２絶縁部材は、前記一次側磁心の前記第２立設部と前記二次側磁心の前記第４立設部に対して、０°、９０°、１８０°、２７０°、３６０°以外の角度で設けられたことを特徴とする。
　また、その一態様として、前記一次側コイルと接続され、前記一次側磁心の前記第１巻回部に巻かれた２つの一次側コモンモードコイルと、前記二次側コイルと接続され、前記二次側磁心の前記第２巻回部に巻かれた２つの二次側コモンモードコイルと、を備えたことを特徴とする。
　また、その一態様として、前記第１絶縁部材および前記第２絶縁部材は、セラミックから成ることを特徴とする。
　本発明によれば、絶縁変圧器において、絶縁性能を満足しつつ、小型化，軽量化を図ることが可能となる。
実施形態１における絶縁変圧器の構成を示す概略図。 実施形態２における絶縁変圧器の構成を示す概略図。 実施形態３における絶縁変圧器の構成の一例を示す概略図。 実施形態３における絶縁変圧器の構成の他例を示す概略図。 実施形態４における絶縁変圧器の構成を示す概略図。 実施形態５における絶縁変圧器の構成を示す概略図。
　以下、本願発明における絶縁変圧器の実施形態１～５を図１～図６に基づいて詳述する。
　［実施形態１］
　図１に本実施形態１における絶縁変圧器（ＳＳＴ）の構成例を示す。図１に示すように、本実施形態１における絶縁変圧器１は高周波の２巻線変圧器である。図１に示すように、絶縁変圧器１は、一次側磁心２と、二次側磁心３と、第１，第２絶縁部材（例えばセラミック、以下第１，第２セラミックと称する）４と、一次側コイル５と、二次側コイル６と、を備える。
　一次側磁心２は、一次側コイル５が巻かれる第１巻回部２ａと、第１巻回部２ａの両端から直角に立設した第１，第２立設部２ｂ，２ｃと、を有し、略コ字状に形成される。二次側磁心３も、一次側磁心２と同様に、二次側コイル６が巻かれる第２巻回部３ａと、第２巻回部３ａの両端から直角に立設した第３，第４立設部３ｂ，３ｃと、を有し、略コ字状に形成される。
　一次側磁心２の第１巻回部２ａには一次側コイル５が巻かれ、二次側磁心３の第２巻回部３ａには二次側コイル６が巻かれる。
　一次側磁心２の第１立設部２ｂと二次側磁心３の第３立設部３ｂ，一次側磁心２の第２立設部２ｃと二次側磁心３の第４立設部３ｃは互いに向かい合うように配置され、一次側磁心２と二次側磁心３とで略ロ字状に形成される。この一次側磁心２，二次側磁心３に沿って、主磁束が略ロ字状に形成される。
　一次側磁心２の第１立設部２ｂと二次側磁心３の第３立設部３ｂの間のギャップ部７には第１セラミック４が挿入される。また、一次側磁心２の第２立設部２ｃと二次側磁心３の第４立設部３ｃの間のギャップ部７には第２セラミック４が挿入される。前記第１，第２セラミック４は一次側と二次側の電圧差に耐えるものとする。
　本実施形態１において、この第１，第２セラミック４は主磁束に直交するように配置している。第１，第２セラミック４の材質は、例えば、窒化ケイ素Ｓｉ３Ｎ４や窒化アルミニウムＡｌＮ等である。例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）は０．２５ｍｍ程度の厚みで１０ｋＶ／ｍｍを上回る絶縁性能を有している。
　本実施形態１は、通常の２巻線変圧器のギャップ部７に高耐圧の薄い第１，第２セラミック４を挿入し、一次側コイル５と二次側コイル６の間、および、一次側磁心２と二次側磁心３の間を主絶縁するものである。
　従来のＳＳＴは、磁心の磁気飽和を低減する目的でギャップ部７を設けている。また、従来のＳＳＴは、一次側コイル５と二次側コイル６の間の絶縁を確保するための分厚いモールド材等の絶縁材（数十ｍｍ程度の厚み）を設けていた。
　これに対し、本実施形態１は、ギャップ部７に非常に薄い（０．２５～０．５ｍｍ程度）高耐圧の第１，第２セラミック４を挿入することにより、一次側コイル５と二次側コイル６の間の絶縁を行った。これにより、一次側コイル５と二次側コイル６を小型で高絶縁化できる。
　一次側と二次側の電位差が大きい場合、従来は、低圧側も高圧側と同様の絶縁距離が必要であった。しかし、第１，第２セラミック４において、一次側コイル５と二次側コイル６の間を高絶縁化することにより、一次側コイル５は一次側の回路電圧に必要な最低限度の絶縁、二次側コイル６は二次側の回路電圧に必要な最低限度の絶縁でよく、各々のコイルと磁心の間を接近できる。その結果、絶縁変圧器１の絶縁性能を満足させつつ、小型化，軽量化させることが可能となる。また、絶縁距離を短くできるため、一次側コイル５と二次側コイル６の各コイルの漏れ磁束を低減でき、磁気結合を改善できる。
　［実施形態２］
　図２に本実施形態２における絶縁変圧器（ＳＳＴ）の構成例を示す。以下、実施形態１（図１）との相違点を説明する。図２に示すように、本実施形態２における絶縁変圧器１は、一次側コイル５の導体群と二次側コイル６の導体群を各々絶縁材８，９で覆い、強化絶縁を施したものである。絶縁材８，９は、例えば、公知のモールド材を使用することができる。
　本実施形態２は、実施形態１に対して、より一次側コイル５と二次側コイル６間の絶縁が必要な場合の構成である。一次側コイル５と二次側コイル６の間の主絶縁は実施形態１と同様に、ギャップ部７に設けられた第１，第２セラミック４である。この第１，第２セラミック４の主絶縁だけでは絶縁性能を満足できない場合、一次側コイル５と二次側コイル６間の絶縁を強化するために、各々のコイルを絶縁材８，９でモールドしている。
　以上示したように、本実施形態２によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。また、一次側コイル５と二次側コイル６を強化絶縁することにより、第１，第２セラミック４の主絶縁だけでは絶縁性能を満足できない場合でも一次側コイル５と二次側コイル６間の絶縁を強化することができる。また、第１，第２セラミック４により、主絶縁を施しているため、一次側コイル５と二次側コイル６の強化絶縁は最低限で良く、ＳＳＴ単体で小型化・軽量化することが可能となる。
　［実施形態３］
　図３に本実施形態３における絶縁変圧器（ＳＳＴ）の構成の一例を示す。以下、実施形態１（図１）との相違点を説明する。図３に示すように、本実施形態３における絶縁変圧器１は、一次側コイル５と二次側コイル６間の絶縁に関して、絶縁システムの大型化を最小限にして沿面距離を確保したものである。図３に示す絶縁変圧器１は第１，第２セラミック４の形状以外は実施形態１と同様である。
　図３に示すように、第１セラミック４は、一次側磁心２の第１立設部２ｂの端部と二次側磁心３の第３立設部３ｂの端部との間に設けられる第１基部４ａと、第１基部４ａの周縁から第１立設部２ｂの側面に沿って延設された第１延設部４ｂと、第１基部４ａの周縁から第３立設部３ｂの側面に沿って延設された第２延設部４ｃと、を有する。また、第２セラミック４は、一次側磁心２の第２立設部２ｃの端部と二次側磁心３の第４立設部３ｃの端部との間に設けられる第２基部４ｄと、第２基部４ｄの周縁から第２立設部２ｃの側面に沿って延設された第３延設部４ｅと、第２基部４ｄの周縁から第４立設部３ｃの側面に沿って延設された第４延設部４ｆと、を有する。
　第１，第２セラミック４を上記のような形状とすることにより、沿面距離は第１～第４延設部４ｂ，４ｃ，４ｅ，４ｆの外側（第１，第２基部４ａ，４ｄの反対側）に沿った距離となり、沿面距離が確保できる。
　図１に示す絶縁変圧器１の第１，第２セラミック４は、平板状の形状をしている。図１に示す第１，第２セラミック４では、沿面距離を確保するために、一次側磁心２，二次側磁心３の第１～第４立設部２ｂ，３ｂ，２ｃ，３ｃから突出しており、装置が大型化すると共に、突出した部分が破損しやすい。それに対し、第１，第２セラミック４を図３の形状とすることにより、沿面距離を確保できると共に、装置の大型化や破損を抑制することが可能となる。
　図４に本実施形態３における絶縁変圧器１の他例を示す。図４に示す他例も図３と同様に、一次側コイル５と二次側コイル６間の絶縁に関して、絶縁システムの大型化を最小限にして沿面距離を確保したものである。図４では、一次側磁心２と二次側磁心３との周りを磁心絶縁材（一般のモールド材）１０で覆うことで沿面距離を確保する。
　図４に示すように、一次側磁心２と二次側磁心３を磁心絶縁材１０で覆うことにより、一次側磁心２と二次側磁心３の間の沿面距離は考慮する必要がなくなる。
　以上示したように、本実施形態３は、実施形態１に対して、一次側コイル５と二次側コイル６間の沿面距離の確保を絶縁変圧器１の大型化を最小限にして実施した構成である。第１，第２セラミック４の形状、または、一次側磁心２，二次側磁心３を磁心絶縁材１０でモールドすることで沿面距離を確保する。これにより、実施形態１に対して、より絶縁性能を向上させることが可能となる。
　なお、実施形態１に対して本実施形態３を適用した構成を説明したが、実施形態２に対して本実施形態３を適用することも可能である。
　［実施形態４］
　図５に本実施形態４における絶縁変圧器（ＳＳＴ）の構成例を示す。以下、実施形態２（図２）との相違点を説明する。本実施形態４は、第１立設部２ｂおよび第３立設部３ｂと第１セラミック４間、および、第２立設部２ｃおよび第４立設部３ｃと第２セラミック４間に角度差を設けたものである。すなわち、主磁束と第１，第２セラミック４間に角度をつける。
　図５に示すように、第１立設部２ｂおよび第３立設部３ｂと第１セラミック４間の角度をθ１とし、第２立設部２ｃおよび第４立設部３ｃと第２セラミック４間の角度をθ２とする。本実施形態４は、第１，第２セラミック４を主磁束に対してθ１、θ２の角度を持たせ、主磁束に対する第１～第４立設部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの断面積を増加させたものである。
　この際、θ１が９０°および２７０°のとき、第１セラミック４と第１立設部２ｂおよび第３立設部３ｂが直角になるため、θ１＝９０°、２７０°は本実施形態３に含まれないものとする。また、θ１が０°および１８０°および３６０°のとき、第１セラミック４と第１立設部２ｂおよび第３立設部３ｂが平行になるため、θ１＝０°、１８０°、３６０°は本実施形態３に含まれないものとする。θ２も同様に、θ２＝０°、９０°、１８０°、２７０°、３６０°は本実施形態３に含まないものとする。
　すなわち、θ１の範囲は、０°＜θ１＜９０°、９０°＜θ１＜１８０°、１８０°＜θ１＜２７０°、２７０°＜θ１＜３６０°とする。θ２の範囲も同様に、０°＜θ２＜９０°、９０°＜θ２＜１８０°、１８０°＜θ２＜２７０°、２７０°＜θ２＜３６０°とする。なお、図５では、θ１とθ２を同じ角度として示しているが、必ずしも同じ角度とする必要はない。
　以上示したように、本実施形態４によれば、第１，第２セラミック４に接する一次側磁心２，二次側磁心３の断面積を増加させ、ギャップ部７の磁気抵抗を低減、調整し、主磁束全体の磁気抵抗を低減できる。
　すなわち、上記のように、第１，第２セラミック４と第１～第４立設部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃに角度差を持たせると、第１～第４立設部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの断面の断面積が大きくなる。断面積が大きくなると、磁気抵抗Ｒｍ＝磁路長Ｌ／（透磁率μ×断面積Ａ）であるため、磁気抵抗Ｒｍが減少する。
　ギャップ部７の磁気抵抗が低減すると、インダクタンス＝巻線の巻数Ｎ＾２／（磁気抵抗Ｒｍ）に示すように、インダクタンスは磁気抵抗に反比例するため、ギャップ部７のインダクタンス（励磁インダクタンス成分）を大きくできる。また、励磁インダクタンスが大きくなれば、励磁電流が低減（励磁電流は無負荷なので、無負荷損失を低減）できる。このため、ギャップ部７付近の磁束密度が下がるため、鉄損を低減でき、鉄心の小型化を図ることが可能となる。
　なお、実施形態２に対して本実施形態４を適用した構成を説明したが、実施形態１，３に対して本実施形態４を適用することも可能である。
　［実施形態５］
　図６に本実施形態５における絶縁変圧器（ＳＳＴ）の構成例を示す。以下、実施形態１（図１）との相違点を説明する。図６に示すように、本実施形態５は、実施形態１に対して一次側コモンモードコイル１１ａ，１１ｂ、および、二次側コモンモードコイル１２ａ，１２ｂを付加したものである。
　一次側コイル５の一端には一次側コモンモードコイル１１ａが接続される。一次側コイル５の他端には一次側コモンモード１１ｂが接続される。一次側コモンモードコイル１１ａと一次側コモンモードコイル１１ｂは、同相で一次側磁心２の第１巻回部２ａに巻かれる。すなわち、一次側コモンモードコイル１１ａ，１ｂのうち一方は一次側コイル５と同じ向きで巻かれ、他方は一次側コイル５と逆向きで巻かれる。
　二次側コイル６の一端には二次側コモンモードコイル１２ａが接続される。二次側コイル６の他端には二次側コモンモード１２ｂが接続される。二次側コモンモードコイル１２ａと二次側コモンモードコイル１２ｂは、同相で二次側磁心２の第２巻回部３ａに巻かれる。すなわち、二次側コモンモードコイル１２ａ，１２ｂのうち一方は二次側コイル６と同じ向きで巻かれ、他方は二次側コイル６と逆向きで巻かれる。
　なお、図６では、内側に一次側コイル５，二次側コイル６を配置し、外側に一次側コモンモードコイル１１ａ，１１ｂ，二次側コモンモードコイル１２ａ，１２ｂを配置した構成について説明しているが、一次側コモンモードコイル１１ａ，１１ｂを内側に配置し、その両端に一次側コイル５を配置し、二次側コモンモードコイル１２ａ，１２ｂを内側に配置し、その両端に二次側コイル６を配置しても良い。また、一次側コイル５の一端側または他端側のうち何れか一方に、一次側コモンモードコイル１１ａ，１１ｂの両方を配置し、二次側コイル６の一端側または他端側のうち何れか一方に二次側コモンモードコイル１２ａ，１２ｂの両方を配置しても良い。
　ノイズには、ノーマルモードノイズ（ディファレンシャルノイズ）とコモンモードノイズがあるが、本実施形態５は、高周波および浮遊容量に起因するコモンモードノイズを除去するものである。一次側コモンモードコイル１１ａ，１１ｂ、および、二次側コモンモードコイル１２ａ，１２ｂは、各コイルにコモンモード電流が流れる場合には磁束が互いに強め合いインピーダンスが相対的に大きくなり、ノーマルモード電流が流れる場合には磁束が互いに打ち消し合いインピーダンスが相対的に小さくなるように構成されている。
　一次側コモンモードコイル１１ａ，１１ｂ，二次側コモンモードコイル１２ａ，１２ｂを付加することによって、絶縁変圧器１を介した（例えば、第１，第２セラミック４を通過する）高周波成分のコモンモード電流を低減することができる。これにより一次、二次間の絶縁変圧器１に起因するコモンモードノイズを外部回路なしで低減できる。
　なお、実施形態１に対して実施形態５を適用した構成を説明したが、実施形態２～４に対して実施形態５を適用することも可能である。
　以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

Claims (7)

  1. 　一次側コイルと、
    　前記一次側コイルが巻かれる第１巻回部と、前記第１巻回部の両端から立設した第１，第２立設部と、を有し、断面略コ字状に形成された一次側磁心と、
    　二次側コイルと、
    　前記二次側コイルが巻かれる第２巻回部と、前記第２巻回部の両端から立設した第３，第４立設部と、を有し、断面略コ字状に形成された二次側磁心と、
    　を備え、前記一次側磁心の前記第１立設部と前記二次側磁心の前記第３立設部、および、前記一次側磁心の前記第２立設部と前記二次側磁心の前記第４立設部がそれぞれ互いに向かい合うように配置された絶縁変圧器であって、
    　前記一次側磁心の前記第１立設部と前記二次側磁心の前記第３立設部の間のギャップ部に挿入された一次側と二次側の電圧差に耐える第１絶縁部材と、
    　前記一次側磁心の前記第２立設部と前記二次側磁心の前記第４立設部の間のギャップ部に挿入された一次側と二次側の電圧差に耐える第２絶縁部材と、を備えた絶縁変圧器。
  2. 　前記一次側コイル、および、前記二次側コイルをそれぞれ絶縁材で覆う請求項１記載の絶縁変圧器。
  3. 　前記第１絶縁部材は、
    　前記一次側磁心の前記第１立設部の端部と前記二次側磁心の前記第３立設部の端部との間に設けられる第１基部と、
    　前記第１基部の周縁から前記一次側磁心の前記第１立設部の側面に沿って延設された第１延設部と、
    　前記第１基部の周縁から前記二次側磁心の前記第３立設部の側面に沿って延設された第２延設部と、を有し、
    　前記第２絶縁部材は、
    　前記一次側磁心の前記第２立設部の端部と前記二次側磁心の前記第４立設部の端部との間に設けられる第２基部と、
    　前記第２基部の周縁から前記一次側磁心の前記第２立設部の側面に沿って延設された第３延設部と、
    　前記第２基部の周縁から前記二次側磁心の前記第４立設部の側面に沿って延設された第４延設部と、を有する請求項１または２記載の絶縁変圧器。
  4. 　前記一次側磁心および前記二次側磁心を絶縁材で覆う請求項１または２に記載の絶縁変圧器。
  5. 　前記第１絶縁部材は、前記一次側磁心の前記第１立設部と前記二次側磁心の前記第３立設部に対して、０°、９０°、１８０°、２７０°、３６０°以外の角度で設けられ、
    　前記第２絶縁部材は、前記一次側磁心の前記第２立設部と前記二次側磁心の前記第４立設部に対して、０°、９０°、１８０°、２７０°、３６０°以外の角度で設けられた請求項１～４のうち何れかに記載の絶縁変圧器。
  6. 　前記一次側コイルと接続され、前記一次側磁心の前記第１巻回部に巻かれた２つの一次側コモンモードコイルと、
    　前記二次側コイルと接続され、前記二次側磁心の前記第２巻回部に巻かれた２つの二次側コモンモードコイルと、を備えた請求項１～５のうち何れかに記載の絶縁変圧器。
  7. 　前記第１絶縁部材および前記第２絶縁部材は、セラミックから成る請求項１～６のうち何れかに記載の絶縁変圧器。
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