JP2013131589A - トランス用巻線部、トランス、および電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単なコイル構成で結合度の高いトランス用巻線部、この巻線部を備えたトランス、およびこのトランスを備えた電力変換装置を得る。
【解決手段】トランス１は、薄板状の平角線を螺旋状に２ターン巻くことにより形成された一次側コイル５と、扁平な金属板材からなる１層１ターンの二次側コイル６とを積層して形成される単位積層体２を複数個積層した巻線部３と、巻線部３が装着される磁性体のコア部４とを備えている。単位積層体２の一次側コイル５と二次側コイル６は、二次側コイル６の半ターン分を、一次側コイル５の１ターン目と２ターン目の間に挟み込むように一次側コイル５の平角線に沿って配置して積層されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、絶縁機能を実現させる際に用いるトランス用巻線部、この巻線部を備えたトランス、およびこのトランスを備えて直流電力を所望の直流電力に変換する電力変換装置に関するものである。

従来のトランスは、１ターンの偏平な板状コイル部及びこの板状コイル部の両端に形成した接続部からなる単位コイル板を複数重ねるとともに、各単位コイル板の接続部を相互に順次連鎖的に接続してコイルＣａ、Ｃｂを構成し、コイルＣａ、Ｃｂを積層してトランスを構成することで、トランスの小型化・薄型化を図っている。そして、コイルＣａにおける各単位コイル板の間の隙間に他のコイルＣｂを介在させて構成し、トランスＴの一次側と二次側の結合度を増大させている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−３３５１５８号公報

上記従来のトランスでは、コイルＣａの各単位コイル板でコイルＣｂを挟むことで、巻線構造をいわゆるサンドイッチ構造とし、一次側と二次側の結合度を増大させている。しかし、コイルＣａの各単位コイル板同士の間隔を保持するために各単位コイル板間にセパレータを介在させて固定ネジおよびナットにより結合しているため、部品点数が多いという問題があった。また、コイルＣａの各単位コイル板同士の電気的接続など、コイルの接続が煩雑であるという問題もあった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、簡単なコイル構成で結合度の高いトランスを得ることを目的とする。

この発明に係るトランス用巻線部は、巻数が１ターン以上の第一コイルと巻数が１ターンの第二コイルとを積層してなり、上記第二コイルの少なくとも一部が、上記第一コイルの始端と終端との積層方向の間に挟まれるよう上記第一コイルの巻線に沿って配置された単位積層体を備えている。

この発明に係るトランスは、巻数が１ターン以上の第一コイルと巻数が１ターンの第二コイルとを積層してなり、上記第二コイルの少なくとも一部が、上記第一コイルの始端と終端との積層方向の間に挟まれるよう上記第一コイルの巻線に沿って配置された単位積層体を備えた巻線部と、上記巻線部が装着される磁性体のコア部とを備えている。

この発明に係る電力変換装置は、トランスと、上記トランスの一次側コイルに直列接続されるスイッチング素子と、上記トランスの二次側コイルに接続される整流回路と、上記整流回路の出力を平滑する平滑回路とを備え、上記スイッチング素子のオン／オフ制御により入力される直流電力を所望の電圧の直流電力に変換して出力する電力変換装置であって、上記トランスの一次側コイルまたは二次側コイルのいずれか一方を第一コイルとし、他方を第二コイルとして、上記トランスは、巻数が１ターン以上の上記第一コイルと巻数が１ターンの上記第二コイルとを積層してなり、上記第二コイルの少なくとも一部が、上記第一コイルの始端と終端との積層方向の間に挟まれるよう上記第一コイルの巻線に沿って配置された単位積層体を備えた巻線部と、上記巻線部が装着される磁性体のコア部とを備えている。

この発明に係るトランス用巻線部は、巻数が１ターン以上の第一コイルと巻数が１ターンの第二コイルとを積層してなり、上記第二コイルの少なくとも一部が、上記第一コイルの始端と終端との積層方向の間に挟まれるよう上記第一コイルの巻線に沿って配置された単位積層体を備えている。このため、部品点数の少ない簡単な構成で第一コイルと第二コイルとの結合度が高いトランス用巻線部を得ることができる。

この発明に係るトランスは、巻数が１ターン以上の第一コイルと巻数が１ターンの第二コイルとを積層してなり、上記第二コイルの少なくとも一部が、上記第一コイルの始端と終端との積層方向の間に挟まれるよう上記第一コイルの巻線に沿って配置された単位積層体を備えた巻線部と、上記巻線部が装着される磁性体のコア部とを備えている。このため、部品点数の少ない簡単な構成で第一コイルと第二コイルとの結合度が高いトランスを得ることができる。

この発明に係る電力変換装置は、トランスと、上記トランスの一次側コイルに直列接続されるスイッチング素子と、上記トランスの二次側コイルに接続される整流回路と、上記整流回路の出力を平滑する平滑回路とを備え、上記スイッチング素子のオン／オフ制御により入力される直流電力を所望の電圧の直流電力に変換して出力する電力変換装置であって、上記トランスの一次側コイルまたは二次側コイルのいずれか一方を第一コイルとし、他方を第二コイルとして、上記トランスは、巻数が１ターン以上の上記第一コイルと巻数が１ターンの上記第二コイルとを積層してなり、上記第二コイルの少なくとも一部が、上記第一コイルの始端と終端との積層方向の間に挟まれるよう上記第一コイルの巻線に沿って配置された単位積層体を備えた巻線部と、上記巻線部が装着される磁性体のコア部とを備えている。このため、部品点数の少ない簡単な構成で第一コイルと第二コイルとの結合度が高いトランスを得ることができ、電力変換装置の高効率化を図ることができる。

この発明の実施の形態１におけるトランスの構成を説明するための分解斜視図である。 この発明の実施の形態１における単位積層体の構成を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における巻線部の単位積層体間の接続方法を説明するための図である。 この発明の実施の形態２におけるトランスの構成を説明するための分解斜視図である。 この発明の実施の形態３におけるトランスの構成を説明するための分解斜視図である。 この発明の実施の形態３における単位積層体の構成を説明するための図である。 この発明の実施の形態４におけるトランスの構成を説明するための分解斜視図である。 この発明の実施の形態５における車載電源装置の回路構成を示す図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１におけるトランスについて説明する。図１はこの発明の実施の形態１におけるトランスの構成を説明するための分解斜視図、図２はトランスの巻線部を形成する単位積層体の構成を説明するための図、図３は巻線部の単位積層体間の接続方法を説明するための図である。
図１に示すように、トランス１は、単位積層体２を複数個積層して形成される巻線部３と、巻線部３が装着される磁性体のコア部４とを備えている。

まず、単位積層体２の構成について詳述する。図２に示すように、単位積層体２は、第一コイルとしての一次側コイル５と、第二コイルとしての二次側コイル６とからなる。
一次側コイル５は、薄板状の巻線を螺旋状に２ターン略円形に巻くことにより形成されている。ここでは、薄板状の巻線として、銅やアルミなどの導体からなる断面が略長方形状の線材を絶縁被覆した平角線を用いている。そして、一次側コイル５の始端部分と終端部分は一次側コイル５の円形部分より外方に延び接続部５１、５２を形成している。
二次側コイル６は、例えば銅板などの扁平な板状の金属板材を所望の形状に打ち抜く等により加工して形成した平板巻線からなり、平板巻線は絶縁被覆がなされている。二次側コイル６は１層１ターンで構成され、その平面形状は一次側コイル５の平面形状とほぼ同様となるように形成されている。そして、一次側コイル５と同様、二次側コイル６の両端部分は二次側コイル６の円形部分より外方に延び接続部６１、６２を形成している。
単位積層体２はこのような一次側コイル５と二次側コイル６とが同心状に積層されることにより形成され、図２に示すように、二次側コイル６の半ターン分を、一次側コイル５の１ターン目と２ターン目の間に挟み込むように一次側コイル５の平角線に沿って配置して積層する。

巻線部３は、単位積層体２を複数個、ここでは２個積層することにより構成される。単位積層体２は向きを揃えて積層され、各単位積層体２の一次側コイル５の接続部５１、５２が同じ向きになるように、二次側コイル６の接続部６１、６２が同じ向きになるように重ねられている。各単位積層体２の一次側コイル５同士は直列接続、二次側コイル６同士は並列接続され、巻線部３全体としての総一次側コイルと総二次側コイルの巻数比は４：１となる。また、二次側コイル６同士は並列接続されているため、総二次側コイルの断面積は実質的に二次側コイル６の断面積の二倍となる。
なお、本実施の形態１では巻線部３は２個の単位積層体２により構成されているが、巻線部３を構成する単位積層体２の個数はこれに限られるものではない。当然ながら３個以上の複数個の単位積層体２を重ねて巻線部としてもよく、また、１個の単位積層体２を巻線部としてもよい。

コア部４は一対のコア片４１からなる。コア片４１は磁性体であり、その断面形状は略Ｅ形状である。詳細には、平板部４２と、平板部４２の中央から突出する略円筒状の主脚部４３と、主脚部４３の両側に配置され平板部４２の端部から突出する側脚部４４とからなる。各コア片４１の主脚部４３を巻線部３の中心部分に積層方向上下側から挿入し、主脚部４３および側脚部４４の端面同士を突き合わせることでコア部４に巻線部３が装着される。なお、コア部４の構成はこれに限られるものではなく、用途等に合わせて適切な構成とすればよい。例えばコア片の一方を断面略Ｉ形状、他方を断面略Ｅ形状としてこれらを組み合わせてコア部を構成してもよい。また、本実施の形態１では巻線部３の巻線を略円形に巻いているため、コア片の主脚部を円筒状としたが、例えば巻線部の一次側コイル、二次側コイルを略四角形状や楕円状に巻いてもよく、その場合、コア片の主脚部を巻線部の巻形状に合わせて、略角柱状や楕円筒状にすればよい。

ここで、巻線部３を構成する単位積層体２が２個以上の場合は、各単位積層体２の一次側コイル５同士、二次側コイル６同士を電気的に接続する必要があるが、この具体的な接続方法の例を図３を用いて詳述する。
図３は、巻線部３を構成する単位積層体２が３個の場合とする。説明の便宜のため、積層方向上側に配置される単位積層体２の各構成要素について符号の後ろにＸをつけ、積層方向中央に配置される単位積層体２の各構成要素について符号の後ろにＹをつけ、積層方向下側に配置される単位積層体２の各構成要素について符号の後ろにＺをつけて各単位積層体２を区別する。

一次側コイル５Ｘ、５Ｙ、５Ｚは直列接続される。すなわち、上側の一次側コイル５Ｘの接続部５１Ｘと中央の一次側コイル５Ｙの接続部５２Ｙとを接続し、中央の一次側コイル５Ｙの接続部５１Ｙと下側の一次側コイル５Ｚの接続部５２Ｚとを接続する。具体的には、接続部５１Ｘと接続部５２Ｙとの接続であれば、予め各接続部５１Ｘと５２Ｙの形状を、接続部５１Ｘの端部を接続部５２Ｙ側に、接続部５２Ｙの端部を接続部５１Ｘ側に広げた幅広形状に形成しておく。そして、各接続部５１Ｘ、５２Ｙの幅広形状に形成された部分の互いに重なり合う箇所を超音波接続や半田接続することにより接続部５１Ｘと接続部５２Ｙとの接続を行うことができる。なお、電気的接続の具体的な方法はこれに限られるものではなく、各一次側コイル５Ｘ、５Ｙ、５Ｚが直列接続できればどのような方法であっても良い。
このように、それぞれ２ターンずつ巻かれた３個の一次側コイル５Ｘ、５Ｙ、５Ｚを直列接続することで、巻線部３全体としては６ターンの総一次側コイルを形成する。

二次側コイル６Ｘ、６Ｙ、６Ｚは並列接続される。すなわち、上側の二次側コイル６Ｘの接続部６１Ｘと中央の二次側コイル６Ｙの接続部６１Ｙと下側の二次側コイル６Ｚの接続部６１Ｚとが接続され、上側の二次側コイル６Ｘの接続部６２Ｘと中央の二次側コイル６Ｙの接続部６２Ｙと下側の二次側コイル６Ｚの接続部６２Ｚとが接続される。具体的には、接続部６１Ｘと接続部６１Ｙと接続部６１Ｚとの接続であれば、各接続部６１Ｘ、６１Ｙ、６１Ｚを重ねてその端部をスペーサ等で固定することにより行うことができる。なお、電気的接続の具体的な方法はこれに限られるものではなく、各二次側コイル６Ｘ、６Ｙ、６Ｚが並列接続できればどのような方法であっても良い。
このように、それぞれ１ターンの二次側コイル６Ｘ、６Ｙ、６Ｚを並列接続することで、巻線部３全体としては１ターンの総二次側コイルを形成し、その断面積は実質的に各二次側コイル６Ｘ、６Ｙ、６Ｚの断面積を合わせたものとなる。

以上のように、本実施の形態１では、単位積層体２の二次側コイル６の半ターン分を、一次側コイル５の１ターン目と２ターン目の間に挟み込むように一次側コイル５の平角線に沿って配置して積層し単位積層体２を構成するため、一つの一次側コイル５、すなわち一次側コイル５を２つの部分に分けることなくいわゆる巻線のサンドイッチ構造を実現することができる。従って、一次側コイル５と二次側コイル６との結合度が高いトランス１を得ることができ、トランスの低損失化を防止して変換効率を向上させることができる。そして、サンドイッチ構造を実現するために一次側コイル５を２つの部分に分けていないため、単位積層体２内において、一次側コイル５同士の機械的な固定のための固定部材や電気的接続のための部材が不要であり、さらに一次側コイル５自体も一つでよいため、部品点数が少ない。また、単位積層体２は、一次側コイル５に二次側コイル６を挟み込むだけであり非常に簡単な構成である。

また、本実施の形態１では、一次側コイル５を薄板状の平角線、二次側コイル６を薄板状の平板巻線により形成し、各コイル５、６の平面形状を同じ形状としているため、一次側コイル５、二次側コイル６を重ねやすく、また、一次側コイル５と二次側コイル６との間に隙間等が生じないため、より結合度を向上させることができる。また、一次側コイル５、二次側コイル６は薄板状の巻線で形成されているため、例えば一次側コイル、二次側コイルの線材として丸銅線等を使う場合に比べて占積率が向上し、トランス性能の向上や、トランス全体の薄型化を図ることができる。

また、本実施の形態１では、巻線部３を複数個の単位積層体２を積層して構成し、巻線部３内の一次側コイル５同士を直列接続し、二次側コイル６同士を並列接続するため、巻線部３全体としての総一次側コイルと総二次側コイルとの巻数比を容易に大きくすることができるとともに、総二次側コイルの断面積を実質的に大きくすることができる。
ここで、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両の分野では、電圧差の大きい高圧バッテリと低圧バッテリの間に挿入される電力変換装置の部品としてトランスが使用されるが、このようなトランスは、入出力降圧比が大きく二次側大電流に対応可能であることを要する。トランスの入出力降圧比が大きいということは、トランスの一次側コイルと二次側コイルの巻数の比である巻数比を大きくする必要がある。また、二次側大電流に対応するため、二次側コイルの巻線の断面積は大きくする必要がある。
上記の通り、本実施の形態１のトランス１は、巻線部３全体として総一次側コイルと総二次側コイルとの巻数比を容易に大きくでき、かつ二次側コイルの断面積を実質的に大きくすることができるため、入出力降圧比が大きくかつ二次側大電流に対応することができ、電動車両の分野において好適である。
なお、一次側コイルと二次側コイルとの巻数比が固定であれば、二次側コイルに大きな電流が流れた場合一次側コイルにも大きな電流が流れるため、一次側コイルの断面積もある程度確保する必要がある。本実施の形態１のトランス１は、一次側コイルを平角線としており、例えば丸銅線等を使う場合に比べて占積率が高いため、一次側コイルの断面積も確保しやすい。
なお、当然のことながら、本実施の形態１のトランス１の利用分野は電動車両の分野にとどまるものではなく、様々な分野において適用することができる。

なお、本実施の形態１では、単位積層体２の二次側コイル６の半ターン分を、一次側コイル５の１ターン目と２ターン目の間に挟み込む構成としたが、必ずしもこれに限られるものではなく、少なくとも二次側コイル６の一部が一次側コイル５の間に挟まれるように配置すればよい。
例えば、図１の単位積層体２の状態から、二次側コイル６を一次側コイル５の巻線に沿って図中右回りに１８０度回転させた状態、すなわち、一次側コイル５の接続部５１、５２と二次側コイル６の接続部６１、６２とがほぼ重なる位置となるようにして、一次側コイル５の１ターン目と２ターン目との間に二次側コイル６の全ターン分が挟み込まれるように積層してもよい。このような構成とすれば二次側コイル６全体が一次側コイル５に挟まれるため、結合度も高くなり好ましい。この場合、単位積層体内の一次側コイル５の接続部５１、５２と、二次側コイル６の接続部６１、６２の位置が重なるため、巻線部３内の一次側コイル５同士、二次側コイル６同士の接続は両者が接触等しないよう適宜工夫するとよい。

また、本実施の形態１では一次側コイル５のターン数は２ターンとしたが、このターン数は１ターン以上であればよく、トランスの仕様等により適宜設定されるものである。
仮に、一次側コイルのターン数が１ターンの場合、一次側コイルの始端と終端との積層方向の間に二次側コイルの一部が挟まれるように配置すれば、単に一次側コイルと二次側コイルを積層する場合に比べて結合度向上の効果が得られる。ここで、一次側コイルの始端と終端とは、例えば図１の一次側コイル５の場合、接続部５１、５２の根元部分（一次側コイル５の円形部分の両端）を指し、一次側コイルの始端と終端との積層方向の間に二次側コイルの一部が挟まれるとは、一次側コイル５の始端が含まれる面と終端が含まれる面との積層方向の間に二次側コイルの少なくとも一部が挟まれているこという。好ましくは、一次側コイルの半ターンを二次側コイルの上側に、一次側コイルの残りの半ターンを二次側コイルの下側となるようにして、一次側コイルと二次側コイルとを積層するとよい。
また、仮に一次側コイルのターン数が３ターンであれば、一次側コイルの１ターン目と２ターン目との間に二次側コイルの半ターンを挟み、一次側コイルの２ターン目と３ターン目との間に二次側コイルの残りの半ターンを挟むように積層するとよい。二次側コイルの全体が一次側コイルに挟まれるため結合度が高く、また一次側コイルの接続部と二次側コイルの接続部との位置が１８０度ずれるため、巻線部内の一次側コイル同士、二次側コイル同士の接続が容易である。当然、二次側コイルの配置位置はこれに限られず、少なくとも、二次側コイルの一部が一次側コイルの始端と終端との積層方向の間に挟まれるように配置することで、トランスの結合度を向上させることができる。

また、本実施の形態１では、一次側コイルを平角線、二次側コイルを平板巻線により形成したが、各コイルを形成する巻線の種類は必ずしもこれに限られることはない。例えば、一次側コイルを平板巻線、二次側コイルを平角線により形成する場合や、一次側コイル、二次側コイル共に平角線により形成する場合や、一次側コイル、二次側コイル共に平板巻線で形成する場合等も考えられる。また、各コイルを形成する巻線として例えば断面が略円形の丸線を使用してもよく、巻線の形状がどのようなものであっても、一次側コイルの始端と終端との積層方向の間に二次側コイルの一部が挟まれるように配置すれば、単に一次側コイルと二次側コイルを重ねる場合よりも結合度を向上させることができる。

また、本実施の形態１では、単位積層体２を構成する二次側コイル６は１層１ターンの一枚の平板巻線であったが、このような形状の二次側コイル６を複数枚重ねて並列接続したものを二次側コイルとして使用しても良く、単位積層体２を構成する二次側コイルの実質的な導体断面積を大きくすることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。図４は、この発明の実施の形態２におけるトランスの構成を説明するための分解斜視図である。本実施の形態２のトランス１Ａは、上記実施の形態１のトランス１と巻線部の構成が一部異なっている。上記実施の形態１では巻線部３は２個の単位積層体２を積層して形成されていたが、本実施の形態２の巻線部３Ａは単位積層体２と、第三コイルとしての一枚の二次側コイル６とが交互に積層されて形成されている。それ以外の構成については上記実施の形態１と同様であり、同一符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、トランス１Ａの巻線部３Ａは、単位積層体２、一枚の二次側コイル６、単位積層体２が順に積層され形成されている。図中上側の単位積層体２と図中下側の単位積層体２の一次側コイル５同士は直列接続され、図中上側の単位積層体２と図中下側の単位積層体２との２つの二次側コイル６と、上側と下側の単位積層体２の間に挟まれている一枚の二次側コイル６との合わせて３つの二次側コイル６は並列接続されている。従って、巻線部３Ａ全体としての総一次側コイルと総二次側コイルとの巻数比は４：１となり、総二次側コイルの断面積は二次側コイル６の断面積の三倍となる。

以上のように、本実施の形態２では、巻線部３Ａを単位積層体２と一枚の二次側コイル６とを交互に積層して形成しているため、巻線部３Ａ全体としての総二次側コイルの導体断面積を大きくすることができる。従って、本実施の形態２のトランス１Ａは、上記実施の形態１の効果に加え、巻線部３Ａの総二次側コイルの抵抗低減によりさらなる二次側大電流に対応することができるという効果を有する。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３について説明する。図５はこの発明の実施の形態３におけるトランスの構成を説明するための分解斜視図、図６はトランスの巻線部を形成する単位積層体の構成を説明するための図である。本実施の形態３のトランス１Ｂは、上記実施の形態１のトランス１と一次側コイルの構成が異なっている。それ以外の構成については上記実施の形態１と同様であり、同一符号を付して説明を省略する。

図５、６に示すように、本実施の形態３の単位積層体２Ｂを構成する一次側コイル５Ｂは、同一形状の複数本の平角線、ここでは２本の平角線５０Ａと５０Ｂからなり、２本の平角線５０Ａ、５０Ｂを隣り合わせに並行に配置することで薄板状とした巻線体を螺旋状に２ターン略円形に巻くことにより形成されている。従って、内側に配置される平角線５０Ａの巻線外径Ｒ１と外側に配置される平角線５０Ｂの巻線外径Ｒ２とは、平角線５０Ｂの２幅分異なる。平角線５０Ａ、５０Ｂの両端部分はそれぞれ円形部分より外方に延び、平角線５０Ａは接続部５１Ａ、５２Ａを、平角線５０Ｂは接続部５１Ｂ、５２Ｂを形成している。なお、各平角線５０Ａ、５０Ｂは電気的には互いに並列接続されている。
平角線５０Ａ、５０Ｂからなる一次側コイル５Ｂの平面形状は、上記実施の形態１の一次側コイル５と同じであり、二次側コイル６の一部が一次側コイル５Ｂの１ターン目と２ターン目との間に挟み込まれて積層され、単位積層体２Ｂを構成している。巻線部３Ｂは単位積層体２Ｂを２個積層して構成され、各単位積層体２Ｂの一次側コイル５Ｂ同士の電気的接続は上記実施の形態１と同様直列接続であり、二次側コイル６同士の電気的接続も上記実施の形態１と同様並列接続である。従って、巻線部３Ｂ全体としての総一次側コイルと総二次側コイルの巻数比は４：１となり、総二次側コイルの断面積は実質的に二次側コイル６の断面積の二倍となる。

ここで、平角線の好ましい形状について説明する。
平角線等を形成する導体に高周波電流が流れる場合、高周波電流は導体の断面に均等に流れるのではなく、表面に近いほど密に流れるという表皮効果という現象が生じることが一般に知られている。従って、平角線に高周波電流が流れるとすると、同一断面積の平角線では、アスペクト比（平角線の線幅／厚み）が大きいものの方が効率よく電流を流すことができる。つまり、表皮効果を考慮すると平角線の形状はできるだけ薄い方が好ましい。
一方、平角線は、螺旋状に略円形に巻くことのできる製作限界がある。製作限界はアスペクト比で表すことができ、製作限界のアスペクト比以下となるように、平角線の断面形状を設定しなければならない。従って、表皮効果を考慮して平角線の形状を薄くしすぎると、製作限界のアスペクト比を超えてしまう。なお、製作限界のアスペクト比は、平角線によって異なるが、本実施の形態３で使用する平角線の製作限界アスペクト比を例えば１０とする。
本実施の形態３において、平角線５０Ａ、５０Ｂの断面形状を製作限界のアスペクト比であるアスペクト比１０に設定した場合、一次側コイル５Ｂは、アスペクト比１０の平角線５０Ａ、５０Ｂを並行配置しているため、平角線５０Ａ、５０Ｂを合わせた巻線体は見かけ上アスペクト比２０の薄型の巻線体となる。

以上のように、本実施の形態３では、単位積層体２Ｂを構成する一次側コイル５Ｂを、２本の平角線５０Ａ、５０Ｂを隣り合わせに並行に配置して形成した薄板状の巻線体により構成している。このため、各平角線５０Ａ、５０Ｂの製作限界アスペクト比を超えることなく巻線体全体としてはアスペクト比の大きい薄型の一次側コイル５Ｂを得ることができる。従って、本実施の形態３では、上記実施の形態１の効果に加え、一次側コイル５Ｂの表皮効果による影響を抑制して効率よく高周波電流を流すことができるため、一次側大電流に対応することができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態４は、上記実施の形態２の構成に上記実施の形態３の単位積層体２Ｂを適用したものである。以下実施の形態４の説明を実施の形態３との比較において説明する。
図７はこの発明の実施の形態４におけるトランスの構成を説明するための分解斜視図であり、上記実施の形態３のトランス１Ｂと巻線部の構成が一部異なっている。上記実施の形態３では巻線部３Ｂは２個の単位積層体２Ｂを積層して形成されていたが、本実施の形態４の巻線部３Ｃは単位積層体２Ｂと、第三コイルとしての一枚の二次側コイル６とが交互に積層されて形成されている。それ以外の構成については上記実施の形態３と同様であり、同一符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、トランス１Ｃの巻線部３Ｃは、単位積層体２Ｂ、一枚の二次側コイル６、単位積層体２Ｂが順に積層され形成されている。図中上側の単位積層体２Ｂと下側の単位積層体２Ｂの一次側コイル５Ｂ同士は直列接続され、上側および下側の単位積層体２Ｂの２つの二次側コイル６と、単位積層体２Ｂの間に挟まれている一枚の二次側コイル６との合わせて３つの二次側コイル６は並列接続されている。従って、巻線部３Ｃ全体としての総一次側コイルと総二次側コイルとの巻数比は４：１となり、総二次側コイルの断面積は二次側コイル６の断面積の三倍となる。

以上のように、本実施の形態４では、巻線部３Ｃを単位積層体２Ｂと一枚の二次側コイル６とを交互に積層して形成しているため、巻線部３Ｃ全体としての総二次側コイルの導体断面積を大きくすることができる。従って、本実施の形態４のトランス１Ｃは、上記実施の形態３の効果に加え、巻線部３Ｃの総二次側コイルの抵抗低減によりさらなる二次側大電流に対応することができるという効果を有する。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５について説明する。図８はこの発明の実施の形態５における車載電源装置の回路構成を示す図である。車載電源装置７は、電動車両の走行モータ駆動用の高圧バッテリ８と、高圧バッテリ８からの入力電圧を降圧して出力電圧を生成し負荷９に電力を供給する電力変換装置１０とを備えている。
電力変換装置１０は、上記実施の形態１に記載の電圧変換用のトランス１と、トランス１の一次側コイル５０に直列接続されるスイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ１２（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と、トランス１の二次側コイル６０に接続される整流回路１３と、整流回路１３により整流された電圧を平滑する平滑回路１４と、ＭＯＳＦＥＴ１２のオン／オフを制御する制御回路１５とを備えている。そして、電力変換装置１０の直流入力端子１１Ａ、１１Ｂに高圧バッテリ８が接続され、直流出力端子１６Ａ、１６Ｂに負荷９が接続されている。電力変換装置１０は、制御回路１５によるＭＯＳＦＥＴ１２のオン／オフ制御により高圧バッテリ８からの入力直流電圧を高周波の矩形波状電圧にして、平滑回路１４から出力される出力直流電圧を調整している。

トランス１は上記実施の形態１で説明した通りで、巻線部３全体として４ターンの総一次側コイル（以下、一次側コイル５０とする。）と、１ターンの総二次側コイル（以下、二次側コイル６０とする。）と、このような巻線部３が装着されるコア部４から成る。整流回路１３は、第１の整流ダイオード１３Ａと第２の整流ダイオード１３Ｂの２つのダイオードで構成されている。平滑回路１４は、平滑インダクタ１４Ａと平滑コンデンサ１４Ｂで構成されている。

トランス１の一次側コイル５０の一端は正極側直流入力端子１１Ａに接続され、一次側コイル５０の他端はＭＯＳＦＥＴ１２のドレイン端子に接続され、さらにＭＯＳＦＥＴ１２のソース端子は負極側直流入力端子１１Ｂに接続されている。
トランス１の二次側コイル６０の一端は第１の整流ダイオード１３Ａのアノード端子に接続され、第１の整流ダイオード１３Ａのカソード端子は、第２の整流ダイオード１３Ｂのカソード端子および平滑インダクタ１４Ａの一端に接続される。平滑インダクタ１４Ａの他端は平滑コンデンサ１４Ｂの一端、および正極側直流出力端子１６Ａに接続される。トランス１の二次側コイル６０の他端は、第２の整流ダイオード１３Ｂのアノード端子、平滑コンデンサ１４Ｂの他端、および負極側直流出力端子１６Ｂに接続される。
制御回路１５の端子１５ＡはＭＯＳＦＥＴ１２のゲート端子に、制御回路１５の端子１５Ｂは正極側直流出力端子１６Ａに、制御回路１５の端子１５Ｃは負極側直流出力端子１６Ｂに接続されている。そして、制御回路１５は平滑コンデンサ１４Ｂの電圧である出力電圧に基づいてＭＯＳＦＥＴ１２のオン／オフ信号を生成し、端子１５ＡからＭＯＳＦＥＴ１２のゲート端子に出力する。

次に、車載電源装置７の動作について説明する。
高圧バッテリ８が直流入力端子１１Ａ、１１Ｂに接続されると、制御回路１５の制御によりＭＯＳＦＥＴ１２がオン／オフ動作をし、トランス１の一次側コイル５０の両端には矩形波電圧が印加される。その結果、トランス巻数比（トランス１の場合は４：１）で決まる電圧がトランス１の二次側コイル６０に誘起される。誘起された電圧は整流回路１３にて整流され、平滑回路１４にて平滑され、負荷９に電力が供給される。

以上のように、本実施の形態５では、電力変換装置１０は実施の形態１のトランス１を備えているため、上記実施の形態１の効果を有するとともに、電力変換装置１０の高効率化を図ることができる。

なお、本実施の形態５では、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ１２を採用したがスイッチング素子はこれに限られるものではない。例えばスイッチング素子として、バイポーラトランジスタ、絶縁型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ)、シリコンカーバイトトランジスタ、シリコンカーバイトＭＯＳＦＥＴ等を用いてもよく、同様の効果が得られる。
また、本実施の形態５では、上記実施の形態１のトランス１をフォワード型コンバータ回路を用いた電力変換装置１０に適用しているが、これに限られるものではない。トランス１は例えばフライバック型コンバータ回路等種々のコンバータ回路に適用することができ、同様の効果が得られる。
また、本実施の形態５では、トランス１の二次側の回路構成として、全波整流回路構成を採用したが、これに限られるものではない。例えばダイオードブリッジ整流などの回路構成を採用してもよく、同様の効果が得られる。また、二次側の整流回路としてダイオード素子を用いたダイオード整流を採用したが、これに限られるものではない。例えばスイッチング素子を用いた同期整流を採用してもよく、同様の効果が得られる。
また、本実施の形態５では、上記実施の形態１のトランス１を電力変換装置１０に適用した場合について説明したが、上記実施の形態２〜上記実施の形態４におけるトランスを適用してもよい。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１，１Ａ〜１Ｃ トランス、２，２Ｂ 単位積層体、３，３Ａ〜３Ｃ 巻線部、
４ コア部、５，５Ｂ 第一コイルとしての一次側コイル、
６ 第二コイルとしての二次側コイル、１０ 電力変換装置、
１２ スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ、１３ 整流回路、１４ 平滑回路、
１５ 制御回路。

Claims (11)

1. 巻数が１ターン以上の第一コイルと巻数が１ターンの第二コイルとを積層してなり、上記第二コイルの少なくとも一部が、上記第一コイルの始端と終端との積層方向の間に挟まれるよう上記第一コイルの巻線に沿って配置された単位積層体を備えたトランス用巻線部。
2. 上記第一コイルと上記第二コイルとの重なる面の形状が略同形状であることを特徴とする請求項１に記載のトランス用巻線部。
3. 上記第一コイル、上記第二コイルは、薄板状の巻線により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトランス用巻線部。
4. 上記第一コイル、上記第二コイルのいずれか一方または双方は、断面が略長方形状の平角線により形成されていることを特徴とする請求項３に記載のトランス用巻線部。
5. 上記第一コイル、上記第二コイルのいずれか一方または双方は、扁平な板材からなる平板巻線により形成されることを特徴とする請求項３に記載のトランス用巻線部。
6. 上記第一コイルは断面が略長方形状の平角線により形成され、上記第二コイルは扁平な板材からなる平板巻線により形成されることを特徴とする請求項３に記載のトランス用巻線部。
7. 上記第一コイルは、上記平角線を複数本並行配置し並列接続して形成した薄板状の巻線体により形成されていることを特徴とする請求項４または請求項６に記載のトランス用巻線部。
8. 上記単位積層体が複数個積層され、上記各単位積層体の第一コイル同士が直列接続され、上記各単位積層体の第二コイル同士が並列接続されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のトランス用巻線部。
9. 上記単位積層体と、上記第二コイルと同じ構成の第三コイルとを備えて、上記単位積層体と上記第三コイルとを積層し、上記単位積層体の第二コイルと上記第三コイルとが並列接続されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のトランス用巻線部。
10. 巻数が１ターン以上の第一コイルと巻数が１ターンの第二コイルとを積層してなり、上記第二コイルの少なくとも一部が、上記第一コイルの始端と終端との積層方向の間に挟まれるよう上記第一コイルの巻線に沿って配置された単位積層体を備えた巻線部と、
    上記巻線部が装着される磁性体のコア部とを備えたことを特徴とするトランス。
11. トランスと、上記トランスの一次側コイルに直列接続されるスイッチング素子と、上記トランスの二次側コイルに接続される整流回路と、上記整流回路の出力を平滑する平滑回路とを備え、上記スイッチング素子のオン／オフ制御により入力される直流電力を所望の電圧の直流電力に変換して出力する電力変換装置であって、
    上記トランスの一次側コイルまたは二次側コイルのいずれか一方を第一コイルとし、他方を第二コイルとして、
    上記トランスは、巻数が１ターン以上の上記第一コイルと巻数が１ターンの上記第二コイルとを積層してなり、上記第二コイルの少なくとも一部が、上記第一コイルの始端と終端との積層方向の間に挟まれるよう上記第一コイルの巻線に沿って配置された単位積層体を備えた巻線部と、上記巻線部が装着される磁性体のコア部とを備えたことを特徴とする電力変換装置。

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