JP2007035804A

JP2007035804A - 電力変換トランス

Info

Publication number: JP2007035804A
Application number: JP2005215129A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Koshin; 博昭小新; Tomohito Kajiyama; 智史梶山; Akira Yoshitake; 晃吉武
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】電力変換トランスにおいて、導電体薄板を用いたコイルの引出部を、別部材を用いることなく、電流容量を確保すると共にコイルの電磁特性を損なうことなく形成する。
【解決手段】電力変換トランスＴＦは、片面又は両面が絶縁された帯状に長い導電体薄板１０を巻回して成る第１のコイル１と、第１のコイル１に電磁結合する第２のコイル２と、これらのコイル１，２に共通のコア４と、を備えてコイル１，２間で電力の伝達を行う。第１のコイル１の引出部１１は、導電体薄板１０の巻き始め及び巻き終わり部分に導電体薄板１０の幅を複数に分割するように切れ込みを入れ、分割された導電体薄板部分を長手方向に対して所定の角度を有する方向に折り畳み、かつ、折り畳み後の分割された導電体薄板部分が重なるようにしてが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、比較的大電流を扱う電力変換トランスに関し、特に太陽光発電システムや小型燃料電池発電システム向け直流交流変換インバータに用いられる電力変換用トランスに関する。

従来から住宅用の小型の太陽電池発電システムや小型の燃料電池発電システムにおいて、例えば、定格が１〜５ｋＷ程度のインバータ装置が用いられている。図６は、このようなインバータ装置の概略回路構成例を示す。この回路は、これらの発電システムで発電された電力を、例えば、直流４０Ｖの入力電圧Ｖｉｎとして入力し、電力変換トランスＴＦにより昇圧して、例えば、周波数が５０／６０Ｈｚ、出力電圧Ｖｏｕｔが２００Ｖの交流電力に電力変換する。入力段の種類や構成仕様がこのような電池のように比較的低電圧の入力電圧を発生するものの場合、一般に、電力変換のためにトランス（電力変換トランス）が用いられる。

このようなトランスにおける低電圧の大電流が流れる１次コイルは、コイル製作作業の容易性、材料入手の容易性、コイル特性面の要求などから、帯状の薄銅板をコアやボビンにロール状に巻回して製造されることが多い。図７（ａ）は、このような従来の電力変換トランスＴＦを示す。この電力変換トランスＴＦは、片面又は両面が絶縁された帯状に長い、例えば薄銅板からなる導電体薄板を巻回して成る第１のコイル１と、第１のコイルに電磁結合する第２のコイル２と、これらのコイルに共通のコア４と、を備え、これらのコイル間で電力の伝達を行う。第２のコイル２は、ボビン３に線材を巻回して形成され、第１のコイル１は、絶縁した板材（導電体薄板）を第２のコイル２の上に一周させて形成されている。

各コイル１，２にはコイルの引出部１１，２１が形成されている。引出部１１は、導電体薄板を巻回して形成した第１のコイルの巻き始め、巻き終わり部分に形成されるものであり、電流容量に見合った断面積を備えると共に、コイル内での短絡や他の導体との短絡の可能性を減らすため幅を狭くする必要がある。図７（ｂ）は、従来行われている引出部１１の形成方法を示す。この引出部１１は、必要な断面積を有した別部材からなる導線を導電体薄板１０に、ハンダ１２により電気接続し固定して形成されている。ハンダ１２に替えて溶接等により電気接続と固定を行うこともある。

上述の第１のコイル１のように帯状の導体を巻いて形成したコイルの引出部の形成に関連して、絶縁被覆した厚さ０．０６ｍｍ、幅１．２ｍｍの帯状銅箔をロール状に巻回して円環状に形成したコイルから、巻き始め部分と巻き終わり部分の帯状銅箔を折り曲げ、もとの幅のままで引き出すことにより引出部を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−２８８２１０号公報

しかしながら、上述した図７（ａ）（ｂ）に示されるような従来の電力変換トランスＴＦにおいては、導電体薄板１０を用いたコイル１の引出部１１の形成に導電体薄板１０とは別部材の部品を用いるので、トランス製造に必要な部品点数が増えるという問題がある。また、図７（ｂ）に示したように、引出部１１の形成にハンダ１２を用いると、ハンダ１２が引出部１１形成領域以外の導電体薄板１０の表面に流れたり付着したりすることにより導電体薄板１０の柔軟性が失われる可能性があり、柔軟性が失われる結果、巻線間の隙間の発生とこれに伴う漏れインダクタンスの増加等の電気特性面での悪化が引き起こされる可能性がある。また、導電体薄板の絶縁を行う絶縁フィルムなどが、ハンダや溶接などによる巻き始め部分や巻き終わり部分の引出部形成に際し、熱により損傷して絶縁不良を引き起こす可能性がある。なお、絶縁フィルムを高耐熱性のものにするとコストアップにつながる。

また、上述した特許文献１に示されるようなコイルは、厚さが薄く幅も狭くて電流容量が小さい銅箔を用いるものであり、大電流を流すため、厚みや幅が一桁以上も大きくなるような導電体薄板を用いる場合にそのまま適用できるものではない。

本発明は、上記課題を解消するものであって、導電体薄板を用いたコイルの引出部を、別部材を用いることなく、電流容量を確保すると共にコイルの電磁特性を損なうことなく形成して備えた電力変換トランスを提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、片面又は両面が絶縁された帯状に長い導電体薄板を巻回して成る第１のコイルと、前記第１のコイルに電磁結合する第２のコイルと、これらのコイルに共通のコアと、を備えて前記コイル間で電力の伝達を行わせる電力変換トランスにおいて、前記導電体薄板の巻き始め及び巻き終わり部分に前記導電体薄板の幅を複数に分割するように切れ込みを入れ、分割された導電体薄板部分を長手方向に対して所定の角度を有する方向に折り畳み、かつ、折り畳み後の分割された導電体薄板部分が重なるようにして前記第１のコイルの引出部を形成したものである。

本発明によれば、コイル形成材である導電体薄板そのものを用いて引出部を形成するので、引出部用の別部材を準備する必要がなく、電力変換トランス形成に必要な部品点数の増加を抑えてコストダウンできる。また、引出部の形成にハンダやロウ材などの付加物を導電体薄板に対して用いないので、導電体薄板の柔軟性を引出部の根本近くまで損うことがなく、積層された導電体薄板間の隙間の発生を抑えることができる。従って、隙間発生による漏れインダクタンスの増加などの特性劣化を抑制できる。また、引出部作成時に熱を加えることが無いので、絶縁のためのフィルムやシートを損傷することがなく、高価な耐熱性の絶縁材を使用する必要がなく、コストダウンできる。

以下、本発明の一実施形態に係る電力変換トランスＴＦについて、図面を参照して説明する。図１（ａ）は電力変換トランスＴＦを示し、図１（ｂ）は導電体薄板１０を用いた第１のコイル１の引出部を示し、図２（ａ）〜（ｃ）は引出部の形成手順を示す。電力変換トランスＴＦは、図１（ａ）に示すように、片面又は両面が絶縁された帯状に長い、例えば薄銅板からなる導電体薄板１０を巻回して成る第１のコイル１と、第１のコイルに電磁結合する第２のコイル２と、これらのコイルに共通のコア４と、を備え、これらのコイル間で電力の伝達を行う。第２のコイル２は、ボビン３に線材を巻回して形成され、第１のコイル１は、絶縁した導電体薄板１０を第２のコイル２の上に一周させて形成されている。各コイル１，２にはコイルの引出部１１，２１が形成されている。第１のコイル１の引出部１１は、図１（ｂ）に示すように、導電体薄板１０を巻回して形成した第１のコイルの巻き始め、巻き終わり部分に、導電体薄板１０そのものを用いて形成される。

引出部１１の形成手順を説明する。導電体薄板１０を巻回してなる第１のコイル１の巻き始め、巻き終わり部分は、図２（ａ）に示すように、導電体薄板１０の幅を、例えば３つに分割するように矢印ｘで示すような切れ込みを入れて、短冊片１１ａ〜１１ｃとされる。そして、図２（ｂ）に示すように、最外の短冊片１１ａから順番に、点線で示した折り線ｐに沿って折り畳まれて、最終的に、図２（ｃ）に示すように、短冊片１１ａ〜１１ｃを重ねた状態とされ、これらの短冊片１１ａ〜１１ｃの全体で第１のコイル１の引出部１１が形成される。

上述の各短冊片１１ａ〜１１ｃを折り曲げる折り線ｐは、各短冊片１１ａ〜１１ｃについて同等に設けられており、折り曲げる角度φは、導電体薄板１０の長手方向に対して略４５゜である。従って、短冊片１１ａ〜１１ｃを重ねて形成した引出部１１は、導電体薄板１０の長手方向に対して略直角方向に形成される（図中の角度θが略９０゜）。引出部１１は、このようにして形成された後、所定の任意の方向に屈曲して配線及び電気接続される。

上述の引出部１１は、もとの導電体薄板１０において電流が流れる断面積と等しい断面積を有しており、引出部１１は必要十分な電流容量を有することになる。また、引出部１１は、短冊片１１ａ〜１１ｃを重ねることにより板形状から形状変換されて幅が狭くなり、より短い周長でその断面積を形成する。従って、引出部１１の表面積が引出部１１を形成するもとの導電体薄板１０の表面積より小さくなり、引出部１１の表面の絶縁が容易となって他の導体との短絡の可能性を減らすことができる。また、引出部１１は、コイル形成材である導電体薄板１０そのものを用いて形成するので、引出部用の別部材を準備する必要がなく、部品点数の増加を抑える効果により、電力変換トランスＴＦをコストダウンできる。

また、引出部１１の形成に際し、ハンダやロウ材などの付加物を導電体薄板１０に対して用いないので、導電体薄板１０の柔軟性を損うことがない。図１（ａ）に示した第１のコイル１は、一回巻のものを示しているが、これに限らず、多数回巻いて多層構造としたコイル１を形成することもできる。この場合においても、コイル１に対して上述の構造の引出部１１を形成することができる。多層構造のコイル１の場合、ハンダやロウ材などを用いることなく引出部１１を形成すると導電体薄板１０の柔軟性を損なわないので、積層された導電体薄板１０間の隙間の発生を抑えることができる。

また、第１のコイル１の導電体薄板１０を絶縁する方法として、片面又は両面に絶縁剤を塗布して導電体薄板１０を絶縁する他に、巻回に際して絶縁のためのフィルムやシートを間に挟んで導電体薄板１０絶縁することもできる。上述の形成方法による引出部１１の場合、引出部作成時に熱を加えることが無いので、絶縁剤や絶縁用のフィルムやシートを損傷することがなく、高価な耐熱性の絶縁材を使用する必要がなくコストダウンできる。

次に、引出部１１の変形例を説明する。図３（ａ）に示す引出部１１は、図３（ｂ）に示すように、導電体薄板１０の端部に矢印ｘで示すような切れ込みを入れると共に、矢印ｙで示すように、短冊片１１ａ〜１１ｃの端部を切り落として階段状として形成される。各短冊片１１ａ〜１１ｃの長さを予め所定長に切断しておくことにより、重ね合わされた引出部１１の端部を揃えることができる。

図４（ａ）に示す引出部１１は、電流を分散して流すことができる。この引出部１１は、図４（ｂ）に示すように、導電体薄板１０の端部を、例えば４つの短冊片１１ａ〜１１ｄに分断して、短冊片１１ａ，１１ｂを図の下方へ、また、短冊片１１ｃ、１１ｄを図の上方にそれぞれ折り畳んで形成される。

図５（ａ）に示す引出部１１は、切れ込みを入れない点が、上述の何れの引出部１１とも異なっている。この引出部１１は、図５（ｂ）に示すように、導電体薄板１０の巻き始めや巻き終わり部分の全体を、角度φが略４５゜の折り線ｐに沿って折り畳み、図５（ｃ）に示すように、導電体薄板１０の端部をもとの方向に対して略直角方向に持っていく（図中の角度θが略９０゜）。さらに、この端部を折り線ｑに沿って折り畳むことにより、図５（ｂ）（ａ）に示すように、導電体薄板１０のもとの幅の半分の幅の引出部１１が形成される。引出部１１の幅は、折り線ｑの位置と折り畳み回数によって変えることができる。このようにして形成された引出部１１は、上述した引出部１１と同様に、必要十分な電流容量を有すると共に、何らの別部材を用いることなく、導電体薄板１０から形成される。

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、引出部１１の幅は、もとの導電体薄板１０の幅や、電力変換トランスＴＦにおける引出部１１の配置や用い方によって変更でき、その変更は、切れ込みの形成位置や形成箇所数を調整することによって行われる。また、電力変換トランスＴＦにおけるコイル１，２の積層順序は、電力変換トランスＴＦの仕様に基づいて、何れを上層にしてもよい。なお、導電体薄板１０を用いると共に上述の引出部１１を備えたコイルは、電力変換トランスＴＦに限らずに、フィルタ用リアクトルやチョークコイル等として用いることができる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る電力変換トランスの分解斜視図、（ｂ）は同電力変換トランスの導電体薄板を用いたコイルの引出部の斜視図。（ａ）（ｂ）は同上電力変換トランスの導電体薄板を用いたコイルの引出部の形成手順を説明する平面図、（ｃ）は形成された引出部の平面図。（ａ）は本発明の電力変換トランスに用いられる導電体薄板を用いたコイルの引出部の他の例の平面図、（ｂ）は同引出部の形成手順を示す平面図。（ａ）は本発明の電力変換トランスに用いられる導電体薄板を用いたコイルの引出部のさらに他の例の平面図、（ｂ）は同引出部の形成手順を示す平面図。（ａ）は本発明の電力変換トランスに用いられる導電体薄板を用いたコイルの引出部のさらに他の例の平面図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）は同引出部の形成手順を示す平面図。従来及び本発明の電力変換トランスが適用されるインバータ装置の概略回路構成図。（ａ）は従来の電力変換トランスの分解斜視図、（ｂ）は同電力変換トランスの導電体薄板を用いたコイルの引出部の斜視図。

符号の説明

１第１のコイル
２第２のコイル
４コア
１０導電体薄板
１１引出部
ＴＦ電力変換トランス

Claims

片面又は両面が絶縁された帯状に長い導電体薄板を巻回して成る第１のコイルと、前記第１のコイルに電磁結合する第２のコイルと、これらのコイルに共通のコアと、を備えて前記コイル間で電力の伝達を行わせる電力変換トランスにおいて、
前記導電体薄板の巻き始め及び巻き終わり部分に前記導電体薄板の幅を複数に分割するように切れ込みを入れ、分割された導電体薄板部分を長手方向に対して所定の角度を有する方向に折り畳み、かつ、折り畳み後の分割された導電体薄板部分が重なるようにして前記第１のコイルの引出部を形成したことを特徴とする電力変換トランス。