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JP7082267B2 - Transformers and DC-DC converters - Google Patents
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JP7082267B2 - Transformers and DC-DC converters - Google Patents

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Description

本発明は、トランス及びDC-DCコンバータに関する。 The present invention relates to transformers and DC-DC converters.

絶縁型のDC/DCコンバータにおいて、トランスの漏れインダクタンスをコンバータのエネルギーの蓄積素子として利用する場合がある。これにより、回路全体の小型化が期待できる。 In an isolated DC / DC converter, the leakage inductance of the transformer may be used as an energy storage element of the converter. This can be expected to reduce the size of the entire circuit.

トランスの漏れインダクタンスを調整するためには、トランスのコアの構造の工夫(特許文献1)や巻線の巻き方の工夫(特許文献2)など、様々な方法がある。 In order to adjust the leakage inductance of the transformer, there are various methods such as devising the structure of the core of the transformer (Patent Document 1) and devising the winding method of the winding (Patent Document 2).

特開2008-85004号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-85004 特開2013-74144号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-74144

特許文献1に示すようにコアに磁気ギャップを設けて漏れインダクタンスを調整する場合、所望の漏れインダクタンスを実現するため磁気ギャップを大きくとると、コアが大きくなり、装置の大型化を招くことになる。 When adjusting the leakage inductance by providing a magnetic gap in the core as shown in Patent Document 1, if the magnetic gap is made large in order to realize the desired leakage inductance, the core becomes large, which leads to an increase in size of the device. ..

同様に、特許文献2に示すように、一次コイルと二次コイルを軸方向に並べて配置するとトランスが軸方向に大きくなり、装置の大型化を招くことになる。 Similarly, as shown in Patent Document 2, if the primary coil and the secondary coil are arranged side by side in the axial direction, the transformer becomes large in the axial direction, which leads to an increase in size of the device.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、漏れインダクタンスを所定の値に設定すると共に、小型化を可能とする技術の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a technique capable of setting a leakage inductance to a predetermined value and reducing the size.

上記課題を解決するため、本発明のトランスは、一次コイル及び二次コイルが、同軸上に設けられたトランスであって、前記一次コイル及び前記二次コイルが、前記軸と平行な方向又は前記軸と垂直な方向のうち一方の方向に、前記一次コイルを成す巻線又は該巻線のブロックと前記二次コイルを成す巻線又は該巻線のブロックとが隣接するようにして配置され、前記一次コイルを成す巻線同士及び前記二次コイルを成す巻線同士が、前記軸と平行な方向又は前記軸と垂直な方向のうち他方の方向において、非磁性の絶縁体である絶縁バリアによって隔離されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the transformer of the present invention is a transformer in which the primary coil and the secondary coil are coaxially provided, and the primary coil and the secondary coil are in a direction parallel to the axis or the said. In one of the directions perpendicular to the axis, the winding or block of the winding forming the primary coil is arranged so as to be adjacent to the winding forming the secondary coil or the block of the winding. The windings forming the primary coil and the windings forming the secondary coil are formed by an insulating barrier which is a non-magnetic insulator in the direction parallel to the axis or the direction perpendicular to the axis in the other direction. It is characterized by being isolated.

ここで、巻線のブロック、とは一巻き分の巻線ではなく、所定回数巻かれた巻線の単位をいう。このような構成において、絶縁バリアで隔離される巻線間において漏れインダクタンスを発生させるため、該巻線間の距離を調整することで漏れインダクタンスを所定の値に設定でき、チョークとして機能する構成を別途設ける必要が無い。このため、漏れインダクタンスを所望の値に設定しつつ、トランスを小型化する事ができる。 Here, the winding block is not a winding for one winding, but a unit of winding wound a predetermined number of times. In such a configuration, since leakage inductance is generated between the windings isolated by the insulating barrier, the leakage inductance can be set to a predetermined value by adjusting the distance between the windings, and the configuration functions as a choke. There is no need to install it separately. Therefore, the transformer can be miniaturized while setting the leakage inductance to a desired value.

また、一次コイルを成す巻線同士、二次コイルを成す巻線同士が隔離されるため、一次コイルと二次コイルの結合度を低下させずに、近接効果による抵抗の増加を低減させることができる。これにより、損失及び発熱を抑制することができ、効率を高めることができる。 In addition, since the windings forming the primary coil and the windings forming the secondary coil are separated from each other, it is possible to reduce the increase in resistance due to the proximity effect without reducing the degree of coupling between the primary coil and the secondary coil. can. As a result, loss and heat generation can be suppressed, and efficiency can be improved.

また、前記一次コイル及び前記二次コイルは、前記軸と平行な方向に前記一次コイルを成す巻線又は該巻線のブロックと前記二次コイルを成す巻線又は該巻線のブロックとが隣接するようにして配置され、前記絶縁バリアは、前記軸と垂直な方向に前記一次コイルを成す巻線同士及び前記二次コイルを成す巻線同士を隔離するように設けられていてもよい。これにより、バリアの厚みを調整することで、前記一次コイルの巻線同士の距離及び前記二次コイルの巻線同士の距離をコアからの距離に応じた任意のものに設定することができる。 Further, in the primary coil and the secondary coil, a winding forming the primary coil or a block of the winding and a winding forming the secondary coil or a block of the winding are adjacent to each other in a direction parallel to the axis. The insulating barrier may be provided so as to separate the windings forming the primary coil and the windings forming the secondary coil in a direction perpendicular to the axis. Thereby, by adjusting the thickness of the barrier, the distance between the windings of the primary coil and the distance between the windings of the secondary coil can be set to any one according to the distance from the core.

上記課題を解決するため、本発明のDC-DCコンバータは、前記トランスを備える。 In order to solve the above problems, the DC-DC converter of the present invention includes the transformer.

本発明によれば、漏れインダクタンスを所定の値に設定すると共に、小型化を可能とする技術を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a technique capable of setting the leakage inductance to a predetermined value and reducing the size.

図1は、実施例1に係るトランスを用いた双方向DC-DCコンバータの回路構成図である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a bidirectional DC-DC converter using a transformer according to the first embodiment. 図2は、実施例1に係るトランスの外観斜視図である。FIG. 2 is an external perspective view of the transformer according to the first embodiment. 図3は、実施例1に係るトランスの分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the transformer according to the first embodiment. 図4は、図2に示されたA-A線における断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 図5は、チョークコイルをトランスと別体に備えた従来の構成と実施例1のトランスとを比較した例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example comparing a conventional configuration in which a choke coil is provided separately from the transformer and the transformer of the first embodiment. 図6は、実施例1に係るトランスの変形例の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a modified example of the transformer according to the first embodiment. 図7は、実施例2に係るトランスの外観斜視図である。FIG. 7 is an external perspective view of the transformer according to the second embodiment. 図8は、実施例2に係るトランスの分解斜視図である。FIG. 8 is an exploded perspective view of the transformer according to the second embodiment. 図9は、図7に示されたA-A線における断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG.

<実施例1>
以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係るトランスを用いた双方向DC-DCコンバータ1の回路構成図である。図1において、双方向DC-DCコンバータ1は、トランス30を挟んで図中左側の一次変換回路部10と、図中右側の二次変換回路部20からなる。なお、本実施例では、一次変換回路部10を高圧側回路、二次変換回路部20を低圧側回路としている。
<Example 1>
Hereinafter, specific embodiments to which the present technique is applied will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a bidirectional DC-DC converter 1 using a transformer according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the bidirectional DC-DC converter 1 includes a primary conversion circuit unit 10 on the left side in the figure and a secondary conversion circuit unit 20 on the right side in the figure with the transformer 30 interposed therebetween. In this embodiment, the primary conversion circuit unit 10 is a high voltage side circuit, and the secondary conversion circuit unit 20 is a low voltage side circuit.

一次変換回路部10の入出力端である正極11と負極12の間には、平滑コンデンサC1や、スイッチング素子S1のソースとスイッチング素子S3のドレインとを接続して成る第1のスイッチングアーム、スイッチング素子S2のソースとスイッチング素子S4のドレインとを接続して成る第2のスイッチングアームが並列に接続されている。 Between the positive electrode 11 and the negative electrode 12 which are the input / output ends of the primary conversion circuit unit 10, a smoothing capacitor C1 and a first switching arm formed by connecting the source of the switching element S1 and the drain of the switching element S3, switching. A second switching arm formed by connecting the source of the element S2 and the drain of the switching element S4 is connected in parallel.

また、スイッチング素子S1のソースとスイッチング素子S3のドレインとの接続点と、スイッチング素子S4のドレインとスイッチング素子S2のソースとの接続点との間に、トランス30の一次コイル31が接続されている。 Further, the primary coil 31 of the transformer 30 is connected between the connection point between the source of the switching element S1 and the drain of the switching element S3 and the connection point between the drain of the switching element S4 and the source of the switching element S2. ..

二次変換回路部20の入出力端である正極21と負極22の間には、平滑コンデンサC2が接続されている。また、正極21と負極22の間には、スイッチング素子S5のソースとスイッチング素子S7のドレインとを接続して成る第1のスイッチングアーム、スイッチング素子S6のソースとスイッチング素子S8のドレインとを接続して成る第2のス
イッチングアームが並列に接続されている。
A smoothing capacitor C2 is connected between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 which are the input / output ends of the secondary conversion circuit unit 20. Further, between the positive electrode 21 and the negative electrode 22, a first switching arm formed by connecting the source of the switching element S5 and the drain of the switching element S7, and the source of the switching element S6 and the drain of the switching element S8 are connected. A second switching arm is connected in parallel.

スイッチング素子S5のソースとスイッチング素子S7のドレインとの接続点と、スイッチング素子S8のドレインとスイッチング素子S6のソースとの接続点との間に、トランス30の二次コイル32が接続されている。 The secondary coil 32 of the transformer 30 is connected between the connection point between the source of the switching element S5 and the drain of the switching element S7 and the connection point between the drain of the switching element S8 and the source of the switching element S6.

本実施例では、スイッチング素子S1~S8としてN型のMOSFETを用いたが、本発明のスイッチング素子の種類は、これに限られるものではない。このスイッチング素子の種類は、例えば、P型のMOSFET、IGBT、その他トランジスタを採用してもよい。 In this embodiment, N-type MOSFETs are used as the switching elements S1 to S8, but the type of the switching element of the present invention is not limited to this. As the type of the switching element, for example, a P-type MOSFET, an IGBT, or another transistor may be adopted.

スイッチング素子S1~S8のドレイン-ソース間には、ソース側からドレイン側へ電流を流すように、還流ダイオードD1~D8がそれぞれ接続されている。ここで、還流ダイオードD1~D8としてスイッチング素子S1~S8の寄生ダイオード(ボディダイオード)を利用することもできる。スイッチング素子S1~S8は、不図示の制御装置によってスイッチング制御される。 Reflux diodes D1 to D8 are connected between the drain and the source of the switching elements S1 to S8 so as to allow a current to flow from the source side to the drain side. Here, the parasitic diodes (body diodes) of the switching elements S1 to S8 can also be used as the freewheeling diodes D1 to D8. The switching elements S1 to S8 are switched and controlled by a control device (not shown).

図1においてトランス30内に示したコイル310及び320は、それぞれ、一次コイル31、二次コイル32の漏れインダクタンスの作用を等価回路として示した仮想のものである。本実施例のトランス30は、この漏れインダクタンスを所定の値に設定することで、チョークコイルのように、エネルギー蓄積要素として機能する。 The coils 310 and 320 shown in the transformer 30 in FIG. 1 are virtual ones showing the action of the leakage inductance of the primary coil 31 and the secondary coil 32 as equivalent circuits, respectively. By setting this leakage inductance to a predetermined value, the transformer 30 of this embodiment functions as an energy storage element like a choke coil.

図2は、本実施例に係るトランス30の外観斜視図、図3は、トランス30の分解斜視図、図4は、図2に示されたA-A線における断面図である。トランス30は、一次コイル31と、二次コイル32と、コア33とを備えている。なお、図2~図4は、トランス30を模式的に示しており、図2~図4における一次コイル31や二次コイル32、コア33の形状が、実際のトランスにおける各部の形状と必ずしも一致するものではない。 2 is an external perspective view of the transformer 30 according to the present embodiment, FIG. 3 is an exploded perspective view of the transformer 30, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. The transformer 30 includes a primary coil 31, a secondary coil 32, and a core 33. Note that FIGS. 2 to 4 schematically show the transformer 30, and the shapes of the primary coil 31, the secondary coil 32, and the core 33 in FIGS. 2 to 4 do not necessarily match the shapes of the respective parts in the actual transformer. It's not something to do.

コア33は、断面がE字状の第一コア部33Aと、断面がI字状の第二コア部33Bとを有するE―I型である。第一コア部33Aは、中央脚331と、その両側を囲む側脚332と、中央脚331及び左右の側脚332とを連結する板状部333とを有している。換言すると、左右の側脚332と板状部333がコの字状に接続され、コの字の内側となる板状部333の内壁面の中央に中央脚331が接合されている。中央脚331は、板状部333と接合した底面が円形であり、板状部333の内壁面から所定の高さを有した円柱形である。この中央脚331に一次コイルと二次コイルとが同軸に巻設される。 The core 33 is an EI type having a first core portion 33A having an E-shaped cross section and a second core portion 33B having an I-shaped cross section. The first core portion 33A has a central leg 331, side legs 332 surrounding both sides thereof, and a plate-shaped portion 333 connecting the central leg 331 and the left and right side legs 332. In other words, the left and right side legs 332 and the plate-shaped portion 333 are connected in a U-shape, and the central leg 331 is joined to the center of the inner wall surface of the plate-shaped portion 333 which is the inside of the U-shape. The central leg 331 has a circular bottom surface joined to the plate-shaped portion 333, and has a cylindrical shape having a predetermined height from the inner wall surface of the plate-shaped portion 333. A primary coil and a secondary coil are coaxially wound around the central leg 331.

そして、左右の側脚332と板状部333が成すコの字の開口部分にI字状の第二コア部33Bが組み付けられることで、閉じた磁気回路が構成される。なお、コア33の材質は、特に限定されるものではないが、本実施例では、高周波帯域のコアロスを抑えるため、フェライトを用いている。 Then, the I-shaped second core portion 33B is assembled to the U-shaped opening portion formed by the left and right side legs 332 and the plate-shaped portion 333 to form a closed magnetic circuit. The material of the core 33 is not particularly limited, but in this embodiment, ferrite is used in order to suppress the core loss in the high frequency band.

一次コイル31及び二次コイル32は、銅又は銅合金を絶縁被覆した導線を巻回した断面円形の巻線である。一次コイル31及び二次コイル32の材質や形態は、これに限らず、平角線や撚線であってもよい。 The primary coil 31 and the secondary coil 32 are windings having a circular cross section around which a conducting wire is insulated and coated with copper or a copper alloy. The material and form of the primary coil 31 and the secondary coil 32 are not limited to this, and may be a flat wire or a stranded wire.

本実施例におけるトランスは、板状部333の内壁と第二コア部33Bの内壁との間の領域の、中央脚331の中心軸に平行な方向の幅(以下、巻幅ともいう)WAの全幅にわたって、一次コイル31と二次コイル32が隣接して配置される。より具体的には、中央脚331の外周における巻幅WAの半分に一次コイル31が巻設され、もう半分に二次コイル32が巻設される構成となっている。 The transformer in the present embodiment has a width (hereinafter, also referred to as winding width) WA of the region between the inner wall of the plate-shaped portion 333 and the inner wall of the second core portion 33B in the direction parallel to the central axis of the central leg 331. The primary coil 31 and the secondary coil 32 are arranged adjacent to each other over the entire width. More specifically, the primary coil 31 is wound around half of the winding width WA on the outer circumference of the central leg 331, and the secondary coil 32 is wound around the other half.

そして、図4に示す様に、一次コイル31を成す巻線311の一層目311Aと二層目311Bとが、第1の絶縁バリア351によって隔離され、さらに、一次コイル31を成す巻線311の二層目311Bと三層目311Cとが、第2の絶縁バリア352によって隔離されている。二次コイル32についても同様に、巻線321の一層目321Aと二層目321Bの間を第1の絶縁バリア351によって、二層目321Bと三層目321Cの間を第2の絶縁バリア352によって、それぞれ隔離される構成となっている。なお、巻線311の一層目311A、同二層目311B等が「巻線のブロック」に該当する。 Then, as shown in FIG. 4, the first layer 311A and the second layer 311B of the winding 311 forming the primary coil 31 are separated by the first insulating barrier 351 and further, the winding 311 forming the primary coil 31 is separated. The second layer 311B and the third layer 311C are separated by a second insulating barrier 352. Similarly, for the secondary coil 32, the first insulating barrier 351 is used between the first layer 321A and the second layer 321B of the winding 321 and the second insulating barrier 352 is used between the second layer 321B and the third layer 321C. It is configured to be isolated from each other. The first layer 311A, the second layer 311B, and the like of the winding 311 correspond to the "winding block".

そして、一次コイル31の巻線311の一端である一層目311Aの端部を外部に引き出して引出線31A(図3)とし、巻線311の他端である三層目311Cの端部を外部に引き出して引出線31Bとする構成となっている。二次コイル32についても同様に、巻線321の一端である一層目321Aの端部を外部に引き出して引出線32Aとし、三層目321Cの端部を外部に引き出して引出線32Bとする構成となっている。 Then, the end of the first layer 311A, which is one end of the winding 311 of the primary coil 31, is pulled out to the outside to form a leader wire 31A (FIG. 3), and the end of the third layer 311C, which is the other end of the winding 311, is outside. It is configured to be pulled out to form a leader line 31B. Similarly, for the secondary coil 32, the end portion of the first layer 321A, which is one end of the winding 321 is pulled out to the outside to form a leader wire 32A, and the end portion of the third layer 321C is pulled out to the outside to form a leader wire 32B. It has become.

このような構成とするには、例えば、まず第1の導線をコア33の中央脚331の外周に、第一コア部33Aの板状部333の内壁と接する位置から巻き始めて、巻幅WAの半分に達するまで一層分巻き付ける。次に、第2の導線を第二コア部33Bの内壁と接する位置から巻初めて、巻幅WAの半分に達するまで(即ち、第1の導線の一層目の巻き終わりまで)、一層分巻付ける。そして、巻付けられた第1の導線及び第2の導線の一層目の外周に非磁性の絶縁体(例えば絶縁紙など)により第1の絶縁バリア351を形成する。その後、第1の絶縁バリア351の外側に、第1の導線及び第2の導線を一層目と同じように巻付けて二層目を形成し、その外周に第1の絶縁バリア351と同様にして第2の絶縁バリア352を形成する。更に、第2の絶縁バリア352の外側に、第1の導線及び第2の導線を巻付けて、三層目を形成する。こうして、第1の導線からなる巻線が一次コイル31の巻線311となり、第2の導線からなる巻線が二次コイル32の巻線321となる。 In order to make such a configuration, for example, the first conductor is first wound around the outer periphery of the central leg 331 of the core 33 from the position where it is in contact with the inner wall of the plate-shaped portion 333 of the first core portion 33A, and the winding width WA is set. Wrap one layer until it reaches half. Next, the second conductor is wound from the position where it contacts the inner wall of the second core portion 33B, and is wound one layer until the winding width WA reaches half (that is, until the end of the first layer of the first conductor). .. Then, a first insulating barrier 351 is formed by a non-magnetic insulator (for example, insulating paper) on the outer periphery of the first and second layers of the wound first conducting wire. After that, the first conductor and the second conductor are wound around the outside of the first insulating barrier 351 in the same manner as the first to form the second layer, and the outer periphery thereof is formed in the same manner as the first insulating barrier 351. The second insulating barrier 352 is formed. Further, the first conductor and the second conductor are wound around the outside of the second insulating barrier 352 to form the third layer. In this way, the winding made of the first conductor becomes the winding 311 of the primary coil 31, and the winding made of the second conductor becomes the winding 321 of the secondary coil 32.

なお、本実施例では各層の第1の導線を巻幅WAの半分まで巻付けるようにしたが(即ち、一次コイル31と二次コイル32が巻幅WAの半分ずつを占める構成であるが)、必ずしもこのようにする必要は無く、第1の導線の巻き終わりの位置と第2の導線の巻き終わりの位置が隣接するようになっていればよい。即ち、第1の導線の巻付けを巻幅WAの半分未満の位置までとしてもよいし、逆に半分を超える位置までとしてもよい。 In this embodiment, the first conductor of each layer is wound up to half of the winding width WA (that is, the primary coil 31 and the secondary coil 32 occupy half of the winding width WA). It is not always necessary to do this, and it is sufficient that the position of the end of winding of the first conductor and the position of the end of winding of the second conductor are adjacent to each other. That is, the winding of the first conductor may be up to a position less than half of the winding width WA, or conversely, may be up to a position more than half.

上記のように、一次コイル31と二次コイル32の巻線の各層が隣接して配置されることにより、一次コイル31と二次コイル32の結合度を高くしている。また、一次コイル31の巻線311同士、及び、二次コイル32の巻線321同士が絶縁バリア351、352で隔離されているため、近接効果が低減され、これによる効率の低下を抑えることができる。 As described above, the layers of the windings of the primary coil 31 and the secondary coil 32 are arranged adjacent to each other, thereby increasing the degree of coupling between the primary coil 31 and the secondary coil 32. Further, since the windings 311 of the primary coil 31 and the windings 321 of the secondary coil 32 are separated from each other by the insulating barriers 351 and 352, the proximity effect is reduced and the decrease in efficiency due to this can be suppressed. can.

そして、一次コイル31の巻線311同士、及び、二次コイル32の巻線321同士を絶縁バリア351、352で任意の距離に隔離することで、漏れインダクタンスを所要の値に設定でき、あたかもチョークコイルを備えたように機能させることができる。即ち、漏れインダクタンスの調整を、トランスのコアの大きさ変更などで行うのではなく、絶縁バリアを用いて、一次コイルの巻線同士、二次コイルの巻線同士の距離を調整することによって行う事ができる。また、このように、巻線の線間距離によって漏れインダクタンスを調整するため、コイルの巻数比は自由に設定することができる。 Then, by separating the windings 311 of the primary coil 31 and the windings 321 of the secondary coil 32 at arbitrary distances by the insulating barriers 351 and 352, the leakage inductance can be set to a required value, as if it were a choke. It can function as if it had a coil. That is, the leakage inductance is not adjusted by changing the size of the transformer core, but by adjusting the distance between the windings of the primary coil and the windings of the secondary coil using an insulating barrier. I can do things. Further, in this way, since the leakage inductance is adjusted by the line-to-line distance of the winding, the coil turns ratio can be freely set.

以上述べたように、本実施例のDC-DCコンバータ1によれば、トランス30の漏れインダクタンスを所定の値に設定することにより、チョークコイルを備えた構成と同様の
効果が得られる。このため、チョークコイルを別途備える必要がなく、チョークコイルを実際に備えた従来の構成と比べて、サイズや重量、損失を抑えることができる。また、このように効率が向上することで、トランスから発生する熱が抑制され、これによって放熱のための構成、処理を削減することができる。
As described above, according to the DC-DC converter 1 of the present embodiment, by setting the leakage inductance of the transformer 30 to a predetermined value, the same effect as that of the configuration including the choke coil can be obtained. Therefore, it is not necessary to separately provide a choke coil, and the size, weight, and loss can be suppressed as compared with the conventional configuration in which the choke coil is actually provided. Further, by improving the efficiency in this way, the heat generated from the transformer is suppressed, and thereby the configuration and processing for heat dissipation can be reduced.

図5は、チョークコイルをトランスと別体に備えた従来の構成と本実施例のトランスとを比較した例を示す表である。図5において実験例は、容量を6kWとした図2~図4の構成のトランス30を示し、比較例は容量を6kWとし、チョークコイルをトランスと別体に備えた従来の構成のものを示している。なお、図5の体積比率、重さ比率、損失比率はいずれも比較例を100%とした場合の実験例の値を示している。 FIG. 5 is a table showing an example comparing a conventional configuration in which a choke coil is provided separately from the transformer and the transformer of the present embodiment. In FIG. 5, an experimental example shows a transformer 30 having a capacity of 6 kW and a configuration of FIGS. 2 to 4, and a comparative example shows a conventional configuration in which a capacity is 6 kW and a choke coil is provided separately from the transformer. ing. The volume ratio, weight ratio, and loss ratio in FIG. 5 show the values of the experimental example when the comparative example is 100%.

図5に示すように、実験例は比較例と比べて、体積比率が82.7%、重さ比率が88.3%、損失比率が35.8%と、何れも低減しており、本実施例に係るDC-DCコンバータ1が、サイズ、重量、効率のいずれにおいても、従来の構成のものより優れていることが分かる。 As shown in FIG. 5, the experimental example has a volume ratio of 82.7%, a weight ratio of 88.3%, and a loss ratio of 35.8%, all of which are reduced as compared with the comparative example. It can be seen that the DC-DC converter 1 according to the embodiment is superior to the conventional configuration in all of size, weight, and efficiency.

<変形例>
上記実施例1では、一次コイル31と二次コイル32が隣接して配置されており、一次コイル31の巻線311の一層目311Aと、二次コイル32の巻線311の一層目321Aとが隣接する、という構造となっていた。即ち、一次コイル31を成す巻線のブロックと二次コイル32を成す巻線のブロックとが隣接する構成であったが、これに限らず、例えば次に示す様な構成となっていてもよい。
<Modification example>
In the first embodiment, the primary coil 31 and the secondary coil 32 are arranged adjacent to each other, and the first layer 311A of the winding 311 of the primary coil 31 and the first layer 321A of the winding 311 of the secondary coil 32 are arranged. The structure was that they were adjacent to each other. That is, the block of the winding forming the primary coil 31 and the block of the winding forming the secondary coil 32 are adjacent to each other, but the configuration is not limited to this, and the configuration may be as shown below, for example. ..

図6はトランス30の他の構成例の断面図を表している。図6に示すように、本変形例に係るトランス30は、一次コイル31を成す巻線311と、二次コイル32を成す巻線321とが、中央脚331の中心軸に平行な方向に互い違いに配置される構成となっている。即ち、一次コイル31を成す巻線311と、二次コイル32を成す巻線321とが一巻き毎に隣接するように配置されるのであってもよい。このような構成とすることによって、一次コイル31と二次コイル32の結合度をより高くすることができる。 FIG. 6 shows a cross-sectional view of another configuration example of the transformer 30. As shown in FIG. 6, in the transformer 30 according to this modification, the winding 311 forming the primary coil 31 and the winding 321 forming the secondary coil 32 are staggered in the direction parallel to the central axis of the central leg 331. It is configured to be placed in. That is, the winding 311 forming the primary coil 31 and the winding 321 forming the secondary coil 32 may be arranged so as to be adjacent to each other for each winding. With such a configuration, the degree of coupling between the primary coil 31 and the secondary coil 32 can be further increased.

<実施例2>
続けて、本発明の第2の実施例について説明する。なお、本実施例は実施例1と比べてトランス30におけるコイルの巻線及び絶縁バリアの配置が異なっており、双方向DC-DCコンバータ1の回路構成、コア33の形状等については実施例1と同様であるため、そのような部分については実施例1と同一の符号を用いて詳細な説明を省略する。
<Example 2>
Subsequently, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the coil winding and the insulation barrier arrangement in the transformer 30 are different from those in the first embodiment, and the circuit configuration of the bidirectional DC-DC converter 1, the shape of the core 33, and the like are described in the first embodiment. Since it is the same as that of the above, detailed description of such a portion will be omitted by using the same reference numerals as those in the first embodiment.

図7は本実施例に係るトランスの外観斜視図であり、図8は本実施例に係るトランスの分解斜視図であり、図9は、図7に示されたA-A線における断面図である。実施例1では、トランス30はコアの中央脚331と平行な方向に一次コイル31と二次コイル32が隣接して配置され、巻線の各層を隔てるように絶縁バリアが配置される構成となっていたが、本実施例では、これと異なり、以下のように構成される。 7 is an external perspective view of the transformer according to the present embodiment, FIG. 8 is an exploded perspective view of the transformer according to the present embodiment, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. be. In the first embodiment, the transformer 30 has a configuration in which the primary coil 31 and the secondary coil 32 are arranged adjacent to each other in a direction parallel to the central leg 331 of the core, and an insulating barrier is arranged so as to separate each layer of the winding. However, in this embodiment, unlike this, the configuration is as follows.

図8及び図9に示す様に、本実施例に係るトランス30は、一次コイル37の外周に二次コイル38が配置されるように巻設され、各絶縁バリアは中央脚331の中心軸に平行な方向において、一次コイル37の巻線371同士、及び二次コイル38の巻線381同士を隔離する構成となっている。 As shown in FIGS. 8 and 9, the transformer 30 according to the present embodiment is wound so that the secondary coil 38 is arranged on the outer periphery of the primary coil 37, and each insulating barrier is placed on the central axis of the central leg 331. In the parallel direction, the windings 371 of the primary coil 37 and the windings 381 of the secondary coil 38 are separated from each other.

このような構成とするには、例えば、まず中央脚331上に絶縁材料(例えばエポキシ樹脂)で形成された、絶縁バリアを三つ等間隔に配置する。ここで、各絶縁バリアは、例えば外径がコア33の左右の側脚332の間の距離よりもやや小さい値であるドーナツ形
状の板部材であり、コイルの巻線となる導線1本分のスリットを備えている。
In order to make such a configuration, for example, first, three insulating barriers made of an insulating material (for example, epoxy resin) are arranged on the central leg 331 at equal intervals. Here, each insulating barrier is, for example, a donut-shaped plate member whose outer diameter is slightly smaller than the distance between the left and right side legs 332 of the core 33, and is equivalent to one conducting wire to be a coil winding. It has a slit.

そして、第1の導線をコア33の中央脚331の外周に、第一コア部33Aの板状部333の内壁と接する位置から巻回して三層分積層巻きにする。続けて絶縁バリアに設けられたスリットから第1の絶縁バリア355と第2の絶縁バリア356の間に前記導線を通し、そこで該導線を三層分巻回して積層巻きに巻設する。さらに続けて第2の絶縁バリア356と第3の絶縁バリア357の間に前記導線を通し、以降同様にして巻幅WAの全てに亘って導線を巻設して、一次コイル37を形成する。その後、第2の導線を、一次コイル37の外周に対して、一次コイル37と同様の手順で巻設し、二次コイル38を形成するとよい。 Then, the first conductor is wound around the outer periphery of the central leg 331 of the core 33 from a position in contact with the inner wall of the plate-shaped portion 333 of the first core portion 33A to form a three-layer laminated winding. Subsequently, the conductor is passed between the first insulation barrier 355 and the second insulation barrier 356 from a slit provided in the insulation barrier, and the conductor is wound in three layers and wound in a laminated winding. Further, the conducting wire is subsequently passed between the second insulating barrier 356 and the third insulating barrier 357, and thereafter, the conducting wire is wound over the entire winding width WA in the same manner to form the primary coil 37. After that, the second conducting wire may be wound around the outer circumference of the primary coil 37 in the same procedure as that of the primary coil 37 to form the secondary coil 38.

<その他>
上記で例示したトランス及びDC-DCコンバータ等は、上記各例での説明に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で、適宜その構成や動作及び動作方法等を変更することができる。
<Others>
The transformer, DC-DC converter, etc. exemplified above are not limited to the description in each of the above examples, and their configurations, operations, operation methods, etc. may be appropriately changed within the scope of the technical idea of the present invention. Can be done.

例えば、上記各例では、トランスにおける絶縁バリアは、一次コイルを成す巻線同士及び二次コイルを成す巻線同士を、一巻き毎、或いは一層毎に隔離する構成となっていたが、これに限らず、複数の巻線の纏まりの単位で巻線を隔離するのであってもよい。また、隔離される巻線の本数が、絶縁バリアによって区切られる領域毎に異なる構成となっていてもよい。さらに、絶縁バリアの幅(即ち、隔離する距離)についても、全て同一である必要はなく、それぞれの絶縁バリアが異なる幅となっていてもよい。 For example, in each of the above examples, the insulating barrier in the transformer is configured to isolate the windings forming the primary coil and the windings forming the secondary coil one turn or one layer. Not limited to this, the windings may be separated by a unit of a plurality of windings. Further, the number of windings to be isolated may be different for each region separated by the insulating barrier. Further, the widths of the insulating barriers (that is, the isolation distances) do not have to be the same, and the respective insulating barriers may have different widths.

また、一次コイルと二次コイルの巻線の巻数は同じである必要は無く、また巻線を構成する導線の太さも同じである必要はない。これらは条件に応じて任意に設定可能である。 Further, the number of turns of the windings of the primary coil and the secondary coil does not have to be the same, and the thickness of the conducting wire constituting the winding does not have to be the same. These can be arbitrarily set according to the conditions.

また、上記各例では、一次変換回路部側を高圧、二次変換回路部側を低圧とした例を示したが、これに限らず、一次変換回路部側を低圧、二次変換回路部側を高圧としてもよい。即ち、一次変換回路部の入出力端における直流電力を昇圧して二次変換回路部における入出力端から出力させ、また、二次変換回路部の入出力端における直流電力を降圧して一次変換回路部における入出力端から出力させる構成としてもよい。 Further, in each of the above examples, an example in which the primary conversion circuit section side is set to high voltage and the secondary conversion circuit section side is set to low voltage is shown, but the present invention is not limited to this, and the primary conversion circuit section side is low voltage and the secondary conversion circuit section side is low voltage. May be high pressure. That is, the DC power at the input / output end of the primary conversion circuit section is boosted and output from the input / output end of the secondary conversion circuit section, and the DC power at the input / output end of the secondary conversion circuit section is stepped down for primary conversion. It may be configured to output from the input / output end in the circuit unit.

また、上記の各例では、双方向のDC-DCコンバータの例を示したが、これに限らず、本発明のDC-DCコンバータは、一方向に電圧を変換する構成であってもよい。また、上記の各例のDC-DCコンバータは、フルブリッジ方式としたが、これに限らず、ハーフブリッジ方式や、プッシュプル方式などであってもよい。 Further, in each of the above examples, an example of a bidirectional DC-DC converter is shown, but the present invention is not limited to this, and the DC-DC converter of the present invention may be configured to convert a voltage in one direction. Further, the DC-DC converter of each of the above examples is a full bridge system, but the present invention is not limited to this, and a half bridge system, a push-pull system, or the like may be used.

また、本発明のトランスは、DC-DCコンバータに限らず、電源回路や、インバータ、溶接機の安定器など他の機器に利用することができる。 Further, the transformer of the present invention can be used not only for a DC-DC converter but also for other devices such as a power supply circuit, an inverter, and a ballast of a welding machine.

1・・・ DC-DCコンバータ
30・・・ トランス
31、37・・・ 一次コイル
32、38・・・ 二次コイル
33・・・ コア
33A・・・ 第一コア部
33B・・・ 第二コア部
310・・・ コイル
351、352、355、356、357・・・絶縁バリア
1 ... DC-DC converter 30 ... Transformer 31, 37 ... Primary coil 32, 38 ... Secondary coil 33 ... Core 33A ... First core part 33B ... Second core Part 310 ... Coil 351, 352, 355, 356, 357 ... Insulation barrier

Claims (3)

一次コイル及び二次コイルが、同軸上に設けられたトランスであって、
前記一次コイル及び前記二次コイルが、前記軸と平行な方向に、前記一次コイルを成す巻線又は該巻線のブロックと前記二次コイルを成す巻線又は該巻線のブロックとが隣接するようにして配置され、
前記一次コイルを成す巻線同士及び前記二次コイルを成す巻線同士が、前記軸と垂直な方向において、非磁性の絶縁体である絶縁バリアによって隔離されている
ことを特徴とする、トランス。
The primary coil and the secondary coil are transformers provided coaxially, and the primary coil and the secondary coil are coaxially provided transformers.
In a direction parallel to the axis of the primary coil and the secondary coil, the winding or the block of the winding forming the primary coil and the winding forming the secondary coil or the block of the winding are adjacent to each other. Arranged so that
The windings forming the primary coil and the windings forming the secondary coil are separated from each other by an insulating barrier which is a non-magnetic insulator in a direction perpendicular to the axis. To do, transformer.
前記一次コイルを成す巻線と前記二次コイルを成す巻線とが、前記軸と平行な方向に、一巻き毎に隣接するように互い違いに配置されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のトランス。
The windings forming the primary coil and the windings forming the secondary coil are alternately arranged so as to be adjacent to each other in a direction parallel to the axis.
The transformer according to claim 1.
請求項1又は2に記載のトランスを備えるDC-DCコンバータ。 A DC-DC converter comprising the transformer according to claim 1 or 2.
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