JP2006237420A - 変圧器及び電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
変圧器は大型化せざるを得ず、また大型化に伴い、一次二次巻線間の結合が悪化するため、エネルギー変換効率も悪化することが課題であった。そこで、本発明は、従来に比して放電耐力の高い高電圧変圧器を提供することを目的とする。
【解決手段】
前記目的を達成するために、内周ボビンと、前記外周ボビンと同軸上に配置される外周ボビンと、前記内周ボビン及び外周ボビンを覆う外装ケースと、前記内周ボビンと前記外周ボビンとの間に挿入される位置保持スペーサと、を備え、前記位置保持スペーサが前記外周ボビン及び内周ボビンを支持することにより、前記外周ボビンが内周ボビン及び外装ケースに対し非接触となっている変圧器を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば高圧パルストランスの構造に関する。

図５は従来例にかかる高電圧変圧器の絶縁構造である。この従来の高電圧変圧器においては、通常、コアとの距離が近い内周側の巻線を一次入力側巻線に、外周側の巻線を高電圧出力巻線として、各巻線間の距離は充填絶縁材料に応じた絶縁耐圧を超えぬよう確保される。また、各巻線ボビン間の距離確保ならびに位置保持のためには内周ボビンのつばにより外周ボビンを支える方法が一般的である。

前記背景技術に係る高電圧変圧器を用いることで以下の課題が生じる。

内周ボビンのつばが外周ボビンの内周に接触しているため、放電が外周ボビン貫通後に内周ボビンつばの沿面を進展する可能性がある。変圧器内部における放電は変圧器の寿命並びに信頼性を著しく損なうため、それを妨げるべく十分な絶縁距離を確保する必要があった。しかし、これにより変圧器は大型化せざるを得ず、また大型化に伴い、一次二次巻線間の結合が悪化するため、エネルギー変換効率も悪化することが課題であった。

そこで、本発明は、従来に比して放電耐力の高い高電圧変圧器を提供することを目的とする。

前記目的は、特許請求の範囲記載の発明により達成される。

本発明によれば、従来に比して放電耐力の高い小型の高電圧変圧器を提供することができる。

発明を実施する５つの形態を以下に述べていく。

図１は本発明の第１の実施形態に係る高電圧変圧器の絶縁構造を示した図である。また、図２は本発明の第１の実施形態に係るボビンの組立図である。

図１上で上側が高圧巻線低圧側、下側が高圧側であり、以降低圧側、高圧側と呼称する。

内周ボビン１に一次入力巻線２を、外周ボビン３に高電圧出力巻線４をそれぞれ巻線し、図２に示す如く、内周ボビン１−外周ボビン３間に位置保持用スペーサ５を挿入して、各々を固定したボビン群を形成し、そのボビン群を内周ボビン１にて外装ケース６に嵌合し、絶縁材料７を充填する。

内周ボビン１の巻線部の径は使用するコア径により決定され、外周ボビン３の巻線部の径は内周ボビン１の巻線部の外径と使用電圧・充填絶縁材料から決まる貫通絶縁耐電圧距離から決定される。

スペーサ５の低圧側には１個以上の位置決め用リブ８が設けられ、内周ボビン１のもっとも低圧側のつばには上記リブ８に対応した位置決め用切欠き９が形成され、そこにリブ８を挿入することで内周ボビン１−スペーサ５間の円周方向の位置決めを行う。

内周ボビン１の高圧側のつばには一個以上のスペーサ５との嵌合用リブ１０が設けられ、スペーサ５の内周には上記嵌合用リブ１０に対応したリブ１１が設けられ、これらにより内周ボビン１とスペーサ５を嵌合・固定し、かつ内周ボビン１−スペーサ５間のボビン挿入方向の位置決めを行う。

外周ボビン３にも同様に低圧側つばに一個以上の位置決め用リブ１２が設けられ、スペーサ５にもそれに対応した位置決め用切欠き１３が形成され、スペーサ５−外周ボビン３間の位置決めを行う。

スペーサ５高圧側のつばは、図１拡大図の放電進展経路に示す如く、放電が外周ボビン３を貫通後、このつばの沿面を進展して一次巻線２に到達しない位置に設ける。このつばにも嵌合・固定用のリブ１４が設けられ、それと対応した外周ボビン３のリブ１５と嵌合することで、外周ボビン３−スペーサ５を固定する。

このように外周ボビン３はスペーサ５を介して内周ボビン１に対して固定されるため、外周ボビン３は内周ボビン１に対し非接触となる。

また拡大図に示す如く、外周ボビン３はボビン群を外装ケース６に嵌合する際、外装ケース６に接触せぬよう設計される。

これらにより、高圧巻線ボビンは外装ケース並びに一次入力巻線ボビンに対して非接触であり、高圧巻線高圧側から部品表面に沿って進展する沿面放電の距離が伸びることにより、外周ボビン３の径を一次巻線２−高圧巻線４間の貫通耐電圧により決定される径に抑えることができる。こうすることで、従来の変圧器よりも沿面放電耐力を高めることができ、変圧器の小型化に寄与し得る。

また、例えば低圧側の位置決めリブと高圧側の嵌合用リブとの距離が長いほどボビンの傾きは小さくなるから、スペーサの高圧側つばが低圧側に接近しすぎて、ボビンの傾きが無視できない場合や、スペーサのつば高さが高すぎて、その強度に問題がある場合などは、図３に示す如くスペーサを複数とし、その高圧側つば位置を各々ずらすことで、図1に示す例よりも更に沿面距離を伸ばすことが可能である。これにより、従来の変圧器よりも沿面放電耐力を高めることができ、変圧器の小型化に寄与し得る。

また、内周ボビン１・外周ボビン３及びスペーサ５のつばには位置決め用途以外にも、可能な限り広範囲に多数の切欠きを設け、絶縁充填材の浸透性と気泡の除去性を向上させている。

図４は本発明の第２の実施形態にかかる絶縁構造図と外周ボビン２０の嵌合機構の拡大図である。これは図1における外周ボビン３低圧側の位置決め用リブ１２とスペーサ５，１６の位置決め用切欠９，１３及びスペーサ５，１６低圧側つばを無くしたことを特徴とする。

この外周ボビン２０内周には、スペーサ１６に設けられた複数の嵌合用リブ１８を、そのそれぞれに対応した外周ボビン２０の嵌合用リブ２１に導くためのガイドレール２２をそれぞれ設けて、スペーサ１６と外周ボビン２０の円周方向の位置決めをする。

ガイドレール２２終端には嵌合用リブ２１と位置決め用衝立（ついたて）２３が設けられ、スペーサ１６の嵌合用リブ１８が設けられているつばがこの衝立２３に当たることにより、外周ボビン２０がそれ以上挿入されることを妨げ、ボビン挿入方向に対する外周ボビン２０の位置決めを行う。

これにより外周ボビン２０とスペーサ１６の接触は、外周ボビン２０の内周側に限られるため、外周ボビン２０から内周ボビン１に至る沿面距離は低圧側・高圧側を問わず、大きくすることができ、一次二次間の絶縁を要する変圧器に於いても、変圧器形状の小型化に寄与することが出来る。また、変圧器形状が小型化することにより、低圧巻線と高圧巻線間の結合が改善されるため、結果として変圧器のエネルギー変換効率も改善される。

図６は本発明の第３の実施形態にかかる内周ボビン外形図及び外周ボビンとの組立図である。

この内周ボビン３６には一次入力巻線２（部品の番号は図１に準ずる）が巻線され、高電圧出力巻線４が巻線された外周ボビン３に挿入嵌合して、ボビン群を形成し、ボビン群を内周ボビン３６にて外装ケース６に嵌合し、絶縁材料７を充填する。

内周ボビン３６にはボビン外周方向に向かって伸びる嵌合用リブ保持腕３５が設けられ、その最外周部には外周ボビンとの嵌合用リブ３４が設けられ、それに対応した外周ボビン３内周に設けられた嵌合用リブ１５と嵌合して固定される。

本実施例において放電は高電圧出力巻線４から、外周ボビン３を貫通後に嵌合用リブ３４の付近を通過、リブ保持腕３５の沿面を進展して、一次入力巻線２に至るが、リブ保持腕３５を湾曲させていることにより、沿面放電距離を大きくすることが可能であり、それにより沿面放電耐力を高くすることができ、変圧器の小型化に寄与し得る。

図７は本実施例にかかる内周ボビン外形図及び外周ボビンとの組立図である。

複数のつばに嵌合用リブ３４を有したリブ保持腕３５を設けることで、リブ保持腕のたわみによるボビン嵌合時の傾きを小さく抑えることができる。各つばに設けられた嵌合用リブは、ボビン中心軸に対する円周上の位置がそれぞれ異なる様に配置される。

次に本発明に係る変圧器を用いた電源装置について述べる。
この電源装置は、本発明に係る変圧器と、変圧器の低圧巻線を駆動するための電圧を供給する電源装置と、その電圧をスイッチングする任意の数のスイッチング素子と、そのスイッチング素子の開閉を制御する回路とを有する。
電源装置の一般的な変圧器駆動回路を以下に示す。

図８は変圧器の駆動回路として一般的なフルブリッジ構成のインバータ回路である。

図９は変圧器の駆動回路として一般的なハーフブリッジ構成のインバータ回路である。

図１０は変圧器の駆動回路として一般的なフライバック構成のインバータ回路である。

本発明に係る変圧器を電源装置に適用することで、従来と同程度の出力電圧・出力電力を、より小型の変圧器で得ることができ、且つエネルギー変換をより高効率で行うことができるため、変圧器並びに変圧器以外の電源装置を小型化することが可能となる。

本発明の第１の実施例に係る高圧変圧器の絶縁構造図 本発明の第１の実施例に係るボビンの組立図 本発明の第１の実施例に係る高圧変圧器の絶縁構造図 本発明の第２の実施例にかかる絶縁構造図及び外周ボビン嵌合機構の詳細図 従来例に係る高電圧変圧器の構造図 本発明の第3の実施例にかかる内周ボビン外形図及び組立図 本発明の第3の実施例にかかる内周ボビン外形図及び組立図 本発明の第4の実施例にかかるFull Bridge方式による 変圧器駆動回路例 本発明の第4の実施例にかかるHalf Bridge方式による 変圧器駆動回路例 本発明の第4の実施例にかかるFly-Back方式による 変圧器駆動回路例 本発明の第２の実施例に係るボビンの組立図

符号の説明

１ 内周ボビン
２ 一次入力巻線
３ 外周ボビン
４ 高圧電出力巻線
５ 位置保持用スペーサ
６ 外装ケース
７ 絶縁充填材料
８ スペーサ位置決め用リブ
９ スペーサ位置決め用切欠
１０ 内周ボビン−スペーサ嵌合用リブ
１１ 内周ボビン−スペーサ嵌合用リブ
１２ 外周ボビン位置決め用リブ
１３ 外周ボビン位置決め用切欠
１４ 外周ボビン−スペーサ嵌合用リブ
１５ 外周ボビン−スペーサ嵌合用リブ
１６ 位置保持用スペーサ
１７ スペーサ位置決め用リブ
１８ スペーサ−スペーサ嵌合用リブ
１９ スペーサ−スペーサ嵌合用リブ
２０ 外周ボビン
２１ 外周ボビン−スペーサ嵌合用リブ
２２ 外周ボビン位置決め用ガイドレール
２３ 外周ボビン位置決め用衝立
２４ 内周ボビン−外周ボビン嵌合用リブ
２５ 内周ボビン−外周ボビン嵌合用リブ
３４ 外周ボビン嵌合用内周ボビン側リブ
３５ 嵌合用リブ保持腕
３６ 内周ボビン
３７ スイッチング素子
３８ スイッチング素子
３９ スイッチング素子
４０ スイッチング素子
４１ 本発明に係る変圧器
４２ 入力電源
４３ スイッチング素子制御・駆動回路
４４ 高電圧出力

Claims (7)

1. 内周ボビンと、
   前記外周ボビンと同軸上に配置される外周ボビンと、
   前記内周ボビン及び外周ボビンを覆う外装ケースと、
   前記内周ボビンと前記外周ボビンとの間に挿入される位置保持スペーサと、
   を備え、
   前記位置保持スペーサが前記外周ボビン及び内周ボビンを支持することにより、前記外周ボビンが内周ボビン及び外装ケースに対し非接触となっていることを特徴とする変圧器。
2. 高圧巻線をボビンに巻きつけた高圧巻線ボビンと、
   前記ボビンと同軸上に配置される別ボビンに低圧巻線を巻きつけた低圧巻線ボビンと、
   前記高圧巻線ボビン及び低圧巻線ボビンを覆う外装ケースと、
   前記高圧巻線ボビンと前記低圧巻線ボビンとの間に挿入される位置保持スペーサと、
   を備え、
   前記位置保持スペーサが前記高圧巻線ボビン及び低圧巻線ボビンを支持することにより、前記高圧巻線ボビンが低圧巻線ボビン及び外装ケースに対し非接触となっていることを特徴とする変圧器。
3. 高圧巻線をボビンに巻きつけた高圧巻線ボビンと、
   前記ボビンと同軸上に配置される別ボビンに低圧巻線を巻きつけた低圧巻線ボビンと、
   前記高圧巻線ボビン及び低圧巻線ボビンを覆う外装ケースと、
   前記高圧巻線ボビンと前記低圧巻線ボビンとの間に挿入される位置保持スペーサと、
   を備え、
   前記位置保持スペーサは前記高圧巻線ボビンと前記高圧巻線ボビン内周でのみ接触することを特徴とする変圧器。
4. 高圧巻線が巻きつけられた外周ボビンと、
   前記外周ボビンと嵌合させるための嵌合リブと、前記嵌合リブを保持するためのリブ保持腕を有し、前記外周ボビンと同軸上に配置され、低圧巻線が巻きつけられた内周ボビンと、
   を備え、
   前記リブ保持腕を湾曲させることで、前記低圧巻線と外周ボビン内面との沿面距離を伸ばしたことを特徴とする変圧器。
5. 請求項１乃至４いずれか１項記載の変圧器において、
   前記低圧巻線ボビンと前記高圧巻線ボビン間の沿面放電耐圧を向上させたことを特徴とする変圧器。
6. 請求項１乃至５いずれか１項記載の変圧器と、
   前記変圧器の低圧巻線を駆動するための電圧を供給する電源装置と、
   前記電源装置からの供給電圧をスイッチングする任意の数のスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子の開閉を制御する回路と、
   を備えたことを特徴とする電源装置
7. 請求項６記載の電源装置であって、
   前記変圧器を小型化したことを特徴とする電源装置。

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