WO2025057537A1 - 変圧器およびdcdcコンバータ - Google Patents
変圧器およびdcdcコンバータ Download PDFInfo
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Definitions
- the present disclosure relates to a transformer having a primary winding and a secondary winding, and a DC-DC converter equipped with the transformer.
- transformers having a primary winding and a secondary winding are known.
- leakage inductance is obtained by generating magnetic fluxes with different magnitudes at specific locations in the core.
- This disclosure provides a transformer etc. that can increase leakage inductance.
- a transformer includes a core having a first base, a second base opposed to the first base, and four or more legs provided between the first base and the second base, and a primary winding group and a secondary winding group wound around the core, the four or more legs being spaced apart in a second direction intersecting a first direction in which the first base and the second base face each other, the primary winding group including four or more primary coils, the secondary winding group including two or more secondary coils, and the four
- the above primary coils are wound in correspondence with the four or more legs and connected in series, and the winding directions of the two primary coils wound in correspondence with two adjacent legs in the second direction are opposite to each other, the primary coil and the secondary coil are wound around two or more of the four or more legs, and another primary coil different from the primary coil is wound around two or more of the four or more legs that are different from the two or more legs.
- a DC-DC converter includes the above-described transformer and a resonant capacitor connected in series to the transformer.
- a DC-DC converter includes the above-mentioned transformer, an external inductor connected in series to the transformer, and a resonant capacitor connected in series to the external inductor.
- the transformer disclosed herein can increase leakage inductance.
- FIG. 1 is a circuit diagram showing an LLC converter of a comparative example.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a gain characteristic of the LLC converter of the comparative example.
- FIG. 2 is a diagram showing an example of a combination of cores constituting a transformer.
- 1 is a circuit diagram showing an LLC converter according to an embodiment of the present invention. 1 is an external view of a transformer according to an embodiment;
- FIG. 2 is a diagram showing a core of a transformer according to an embodiment.
- FIG. 1 is a schematic diagram of a transformer according to an embodiment.
- FIG. 2 is a diagram showing magnetic flux generated in a transformer.
- FIG. 1 is a diagram showing an example of a gain characteristic of an LLC converter using a transformer.
- FIG. 2 is a schematic diagram of a transformer according to a first modified example of an embodiment.
- FIG. 11 is a schematic diagram of a transformer according to a second modified example of the embodiment.
- FIG. 11 is a schematic diagram of a transformer according to a third modified example of the embodiment.
- FIG. 13 is a schematic diagram illustrating an example of a transformer according to a fourth modified example of the embodiment.
- FIG. 13 is a schematic diagram showing another example of a transformer according to the fourth modified example of the embodiment.
- FIG. 13 is a diagram showing a core of a transformer according to a fifth modified example of an embodiment.
- FIG. 13 is a schematic diagram illustrating an example of a transformer according to a sixth modified example of the embodiment.
- FIG. 13 is a schematic diagram showing another example of a transformer according to the sixth modified example of the embodiment.
- FIG. 13 is a schematic diagram illustrating an example of a transformer according to a seventh modified example of the embodiment.
- FIG. 13 is a schematic diagram showing another example of a transformer according to the seventh modified example of the embodiment.
- FIG. 13 is a schematic diagram of a transformer according to a modified example 8 of the embodiment.
- FIG. 13 is a schematic diagram of a transformer according to a ninth modified example of the embodiment.
- FIG. 2 is a diagram showing magnetic flux generated around a winding when a current flows.
- FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the length of the legs of the core and copper loss.
- FIG. 23 is a schematic diagram showing an example of a transformer according to a tenth modification of the embodiment.
- FIG. 23 is a schematic diagram showing another example of a transformer according to the tenth modification of the embodiment.
- FIG. 23 is a schematic diagram showing another example of a transformer according to the tenth modification of the embodiment.
- FIG. 23 is a schematic diagram of a transformer according to a modified example 11 of an embodiment.
- FIG. 23 is a schematic diagram showing an example of a transformer according to a twelfth modification of an embodiment.
- FIG. 23 is a schematic diagram showing another example of a transformer according to the twelfth embodiment of the present invention.
- FIG. 23 is a schematic diagram of a transformer according to a thirteenth modification of an embodiment.
- FIG. 23 is a schematic diagram of a transformer according to a fourteenth modification of an embodiment.
- 1 is a circuit diagram showing another example of an LLC converter according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 1 (Background to this disclosure) The background to the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
- FIG. 1
- FIG. 1 shows a circuit diagram of an example LLC converter 105 as a comparative example.
- Figure 1 shows a transformer and a switch circuit.
- the figure also shows an example of the input voltage Vin, the output voltage Vout, and the turns ratio N.
- the circuit also shows the magnetizing inductance Lm, leakage inductance Lr, and capacitance Cr of the resonant capacitor of the transformer, which are shown as an equivalent circuit.
- FIG. 2 shows an example of the gain characteristics of the LLC converter 105 of the comparative example.
- the ratio m can be reduced by increasing the leakage inductance Lr, for example. Therefore, in order to perform wide-range operation in the LLC converter 105, it is considered necessary to increase the leakage inductance Lr of the transformer to a certain extent.
- a large leakage inductance Lr can be obtained by using multiple transformers, but using multiple transformers has the problem that the total area of the transformers becomes large.
- Figure 3 shows an example of a combination of cores that make up a transformer.
- the primary winding is indicated by a solid arrow
- the secondary winding is indicated by a dashed arrow.
- Figure 3(a) shows a transformer made up of two sets of cores, combining a concave-convex E-core with three legs and a flat I-core. As shown in the figure, if two sets of cores were simply used, the overall area of the transformer would be large.
- Figure 3(b) shows a transformer in which adjacent legs of two sets of cores are joined together to form an integrated unit.
- the integrated legs are used as the central legs, and the primary winding is wound so that the magnetic flux is cancelled out at the central legs.
- the area of the transformer is reduced by the amount of integration, but the overall area remains large.
- Figure 3(c) shows an example of the transformer shown in Figure 3(b) with the center leg removed. Since the center leg is the leg where magnetic flux is cancelled, there is no substantial loss of functionality even if it is removed. By removing the center leg as shown in Figure 3(c), it is believed that it is possible to realize a compact transformer with the same functionality as the transformer shown in Figure 3(a).
- this disclosure proposes a transformer etc. that is small yet can achieve large leakage inductance.
- each figure is a schematic diagram and is not necessarily an exact illustration. Therefore, the scale and the like do not necessarily match in each figure. Furthermore, in each figure, the same reference numerals are used for substantially the same configuration, and duplicate explanations are omitted or simplified.
- each figure shows the x1, x2, and x3 axes, which represent three mutually perpendicular directions, and these axes and the axial directions along these axes are used for explanation purposes as necessary. Note that each axis is added for explanation purposes only, and does not limit the direction or posture in which the transformer is used.
- the LLC converter including a transformer according to an embodiment will be described.
- the LLC converter is an example of a DCDC converter.
- FIG. 4 shows a circuit diagram of an LLC converter 5 according to an embodiment of the present invention.
- the LLC converter 5 includes a primary circuit 6, a transformer 1, and a secondary circuit 7.
- the LLC converter 5 also includes a resonant capacitor C11.
- the resonant capacitor C11 is provided on the path connecting the primary circuit 6 and the transformer 1.
- the primary circuit 6 is composed of a pair of primary ports p11 and p12, a bypass capacitor, and a full bridge circuit having four switch elements s11, s12, s13, and s14.
- switch element s11 is connected to one primary port p11, and the other end is connected to one end of switch element s12.
- the other end of switch element s12 is connected to the other primary port p12.
- One end of switch element s13 is connected to one primary port p11, and the other end is connected to one end of switch element s14.
- the other end of switch element s14 is connected to the other primary port p12.
- the secondary circuit 7 is composed of a pair of secondary ports p21 and p22, four switch elements s21, s22, s23 and s24, and four bypass capacitors.
- Transformer 1 is provided between primary circuit 6 and secondary circuit 7.
- Transformer 1 is a composite transformer including primary winding group 31 and secondary winding group 32.
- the primary winding group 31 is composed of two primary windings 31a and 31b connected in series. One end of the primary winding 31a is wired and connected to a node between switch elements s11 and s12 via a resonant capacitor C11. The other end of the primary winding 31a is wired and connected to one end of the other primary winding 31b. The other end of the other primary winding 31b is wired and connected to a node between switch elements s13 and s14.
- the secondary winding group 32 is composed of two secondary windings 32a and 32b connected in parallel.
- the two secondary windings 32a and 32b are arranged in one-to-one correspondence with the two primary windings 31a and 31b described above.
- One end of one of the two secondary windings, the secondary winding 32a, is wired to the other secondary port p22 via a switch element s21.
- the other end of one of the secondary windings 32a is wired to the other secondary port p22 via a switch element s22.
- One of the secondary windings 32a has a center tap, and the center tap is wired to one of the secondary ports p21.
- One end of the other of the two secondary windings, the secondary winding 32b, is wired to the other secondary port p22 via a switch element s23.
- the other end of the other secondary winding 32b is wired to the other secondary port p22 via a switch element s24.
- the other secondary winding 32b has a center tap, and the center tap is wired to one of the secondary ports p21.
- the circuit shown in Figure 4 also shows the excitation inductances Lma, Lmb, leakage inductances Lra, Lrb, and capacitance Cr of resonant capacitor C11 of transformer 1, which are shown as an equivalent circuit.
- the excitation inductance Lma is the excitation inductance of one primary winding 31a and one secondary winding 32a
- the leakage inductance Lra is the leakage inductance of one primary winding 31a and one secondary winding 32a
- the excitation inductance Lmb is the excitation inductance of the other primary winding 31b and the other secondary winding 32b
- the leakage inductance Lrb is the leakage inductance of the other primary winding 31b and the other secondary winding 32b.
- FIG. 5 is an external view of the transformer 1.
- FIG. 5(a) shows a perspective view of the transformer 1
- FIG. 5(b) shows a view of the transformer 1 shown in FIG. 5(a) with the first base portion 11 of the first core 10a removed.
- the transformer 1 includes a core 10, a primary winding group 31, and a secondary winding group 32.
- the core 10 has a first core 10a and a second core 10b.
- the first core 10a is composed of a first base 11 and four legs 21, 22, 23, and 24.
- the first core 10a is formed by integrally molding the first base 11 and the four legs 21 to 24.
- the second core 10b is composed of a second base 12.
- the first base 11 is plate-shaped.
- the second base 12 is plate-shaped and is disposed opposite the first base 11.
- the first base 11 and the second base 12 are rectangular and at least partially overlap each other.
- first direction x1 the direction in which the first base 11 and the second base 12 face each other
- second direction x2 the direction in which the multiple legs 21 to 24 are arranged side by side
- third direction x3 the direction perpendicular to both the first direction x1 and the second direction x2
- legs 21 and 24 are located on the outermost sides in the second direction x2.
- Legs 21 and 24 have a rectangular cross section perpendicular to the first direction x1.
- Legs 21 and 24 are arranged so that the short sides of the rectangle are parallel to an axis along the second direction x2.
- the first core 10a has a symmetrical shape with respect to a center line located halfway between the outermost legs 21 and 24.
- the legs 22 and 23 are located inward in the second direction x2 relative to the legs 21, 24 provided on both outer sides.
- the legs 22 and 23 have an elliptical cross section perpendicular to the first direction x1.
- the legs 22 and 23 are arranged so that the width of the elliptical shape is parallel to an axis along the second direction x2.
- the cross section of the legs 22 and 23 may be circular, elliptical, polygonal or oval.
- all the legs 21 to 24 are connected to the first base 11 , but this is not limiting. All the legs 21 to 24 may be connected to the second base 12 instead of the first base 11. Also, some of the four legs 21 to 24 may be connected to the first base 11, and the remaining legs may be connected to the second base 12. Also, the legs 21 to 24 do not necessarily have to be directly connected to the first base 11 or the second base 12. For example, the legs 21 to 24 may be connected to the first base 11 and the second base 12 via a non-magnetic material portion that does not contain a magnetic material. Also, if the legs 21 to 24 are held by another support member, a gap may be provided between the legs 21 to 24 and the first base 11, or between the legs 21 to 24 and the second base 12.
- the four legs 21 to 24 may be divided into two in the first direction x1.
- one of the divided portions may be connected to the first base 11, and the other portion may be connected to the second base 12.
- the legs protrude from both the first base 11 and the second base 12 so as to face each other.
- a gap may be provided in the opposing area of the two opposing legs.
- FIG. 7 is a schematic diagram of the transformer 1.
- the primary winding group 31 is shown with narrow hatching
- the secondary winding group 32 is shown with wide hatching.
- the primary winding group 31 and the secondary winding group 32 are provided, for example, inside or on the surface of a printed circuit board 70 (see FIG. 5).
- the printed circuit board 70 has four through holes.
- the legs 21 to 24 of the core 10 are inserted into the four through holes of the printed circuit board 70.
- the actual printed circuit board 70 is larger than the size shown in FIG. 5, and the above-mentioned primary side circuit 6 and secondary side circuit 7, etc. are mounted on it.
- the primary winding group 31 and the secondary winding group 32 may be formed by winding wire with an insulating coating around the legs, rather than being formed on the printed circuit board 70.
- the base material of the printed circuit board 70 may be omitted from illustration, and only the primary winding group 31 and the secondary winding group 32 of the printed circuit board 70 may be illustrated.
- the primary winding group 31 includes four or more primary coils.
- the primary winding group 31 has four primary coils 41, 42, 43, and 44.
- Primary coils 41, 44 are wound around two of the four legs, legs 21, 24, respectively.
- Primary coils 42, 43 different from the primary coils 41, 44 are wound around the other two legs, legs 22, 23, respectively.
- primary coils 41, 42, 43, 44 are wound around legs 21, 22, 23, 24 in one-to-one correspondence.
- the primary winding group 31 is composed of two primary windings 31a, 31b.
- Each of the two primary windings 31a, 31b is composed of a primary coil and another primary coil connected in series.
- one primary winding 31a is composed of a primary coil 41 and another primary coil 42 connected in series to the primary coil 41.
- the other primary winding 31b is composed of a primary coil 44 and another primary coil 43 connected in series to the primary coil 44. Since the primary windings 31a and 31b are connected in series, these four primary coils 41 to 44 are connected in series.
- connection relationship of the primary coils 41 to 44 is not limited to the above.
- the primary coil 41 and the other primary coil 43 may be connected in series, and the primary coil 44 and the other primary coil 42 may be connected in series.
- the primary coil 41 and the primary coil 44 may be connected in series, and the other primary coil 42 and the other primary coil 43 may be connected in series.
- the four primary coils 41 to 44 may be connected in series in any order.
- the number of turns of each of the primary coils 41 to 44 wound around each of the legs 21 to 24 is the same.
- the winding directions of the two primary coils wound around two adjacent legs in the second direction x2 are opposite to each other.
- the primary coil 41 wound around the leg 21 is clockwise
- the other primary coil 42 wound around the leg 22 is counterclockwise
- the other primary coil 43 wound around the leg 23 is clockwise
- the primary coil 44 wound around the leg 24 is counterclockwise.
- the primary coils 41 to 44 are wound in alternating opposite directions in the order in which they are lined up in the second direction x2. Note that the above clockwise and counterclockwise relationship may be reversed.
- the secondary winding group 32 includes two or more secondary coils.
- the secondary winding group 32 has four secondary coils 51, 52, 53, and 54.
- the secondary winding group 32 is composed of two secondary windings 32a, 32b.
- Each of the two secondary windings 32a, 32b is composed of two secondary coils connected in parallel.
- one secondary winding 32a is composed of two secondary coils 51, 52 connected in parallel
- the other secondary winding 32b is composed of two secondary coils 53, 54 connected in parallel. Since the secondary windings 32a and 32b are connected in parallel, these four secondary coils 51 to 54 are connected in parallel with each other.
- two legs 21 and 24 are wound with secondary coils in addition to the primary coils mentioned above.
- two secondary coils 51 and 52 are wound on leg 21, and two secondary coils 53 and 54 are wound on leg 24.
- no secondary coils are wound on the other two legs 22 and 23, and only the other primary coils 42 and 43 are wound on them. Note that in this example, the number of turns in the secondary coil is less than the number of turns in the primary coil.
- the secondary coils 51 to 54 in FIG. 7 have one turn or less, so there is no need to specify the winding direction in a specific direction. However, if the number of turns is one turn or more, the winding direction may be as shown below.
- the winding direction of the two secondary coils 51, 52 wound around the leg 21 may be the same.
- the winding direction of the two secondary coils 53, 54 wound around the leg 24 may be the same.
- the winding direction of the secondary coils 51, 52 wound around the leg 21 and the secondary coils 53, 54 wound around the leg 24 may be opposite.
- the winding direction of the secondary coils 51, 52 wound around the leg 21 and the primary coil 41 may be the same.
- the winding direction of the secondary coils 53, 54 wound around the leg 24 and the primary coil 44 may be the same.
- Figure 8 shows the magnetic flux generated in transformer 1.
- the magnetic flux generated in the core 10 when a current flows through the primary winding group 31 is indicated by arrows, which represent the magnetic flux in the positive half cycle of the AC voltage waveform. Note that the arrows point in the opposite direction in the negative half cycle.
- Magnetic flux ⁇ a1 is magnetic flux generated in core 10 by primary coil 41 and other primary coil 42. Magnetic flux ⁇ a1 is formed in a loop-shaped first magnetic circuit mc1 including leg 21, part of second base 12, leg 22, and part of first base 11. Primary winding group 31 is wound around two legs 21, 22 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 21, 22 are generated in directions that reinforce each other. Magnetic flux ⁇ a1 generated by primary winding group 31 is linked to one secondary winding 32a (i.e., secondary coils 51, 52) at leg 21, and is not linked to secondary winding group 32 at leg 22.
- secondary winding 32a i.e., secondary coils 51, 52
- the magnetic flux ⁇ b is magnetic flux generated in the core 10 by the other primary coil 42 and the other primary coil 43.
- the magnetic flux ⁇ b is formed in a loop-shaped second magnetic circuit mc2 that includes the leg 22, part of the first base 11, the leg 23, and part of the second base 12.
- the primary winding group 31 is wound around the two legs 22 and 23 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 22 and 23 are generated in directions that reinforce each other.
- the magnetic flux ⁇ b generated by the primary winding group 31 does not interlink with the secondary winding group 32 in each of the legs 22 and 23.
- Magnetic flux ⁇ a2 is magnetic flux generated in core 10 by the other primary coil 43 and primary coil 44.
- Magnetic flux ⁇ a2 is formed in a loop-shaped third magnetic circuit mc3 including leg 23, part of second base 12, leg 24, and part of first base 11.
- Primary winding group 31 is wound around two legs 23 and 24 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 23 and 24 are generated in directions that reinforce each other.
- Magnetic flux ⁇ a2 generated by primary winding group 31 does not interlink with secondary winding group 32 at leg 23, but interlinks with the other secondary winding 32b (i.e., secondary coils 53 and 54) at leg 24.
- the transformer 1 of this embodiment when a current flows through the primary winding group 31, a magnetic flux is generated in each of the four legs 21 to 24.
- the primary winding group 31 is wound around the four legs 21 to 24 so that the magnetic fluxes generated in two legs adjacent in the second direction x2 are generated in directions that reinforce each other.
- a current flows through the primary winding group 31 in a direction that reinforces the magnetic fluxes of the two legs adjacent in the second direction x2.
- the magnetic flux ⁇ a1 generated by the primary winding group 31 is configured to interlink with the secondary winding 32a wound around the leg 21. This allows magnetic fluxes of different magnitudes to be generated in the first magnetic circuit mc1 including the legs 21 and 22 and the second magnetic circuit mc2 including the legs 22 and 23.
- the magnetic flux ⁇ a2 generated by the primary winding group 31 is configured to interlink with the secondary winding 32b wound around the leg 24. This allows magnetic fluxes of different magnitudes to be generated in the second magnetic circuit mc2 including the legs 22 and 23 and the third magnetic circuit mc3 including the legs 23 and 24. With this transformer 1, magnetic fluxes of different magnitudes can be generated in multiple regions, so leakage inductance can be increased.
- Figure 9 shows an example of the gain characteristics of an LLC converter 5 using a transformer 1.
- the horizontal axis indicates normalized frequency, and the vertical axis indicates the transfer function, which is the gain.
- N is the turn ratio between the primary winding group 31 and the secondary winding group 32, and R is the load resistance.
- the gain range can be adjusted by adjusting the Q value.
- the smaller the Q value the greater the change in gain can be.
- the current on the secondary side is large, but in this embodiment, the secondary windings 32a, 32b on the secondary side are connected in parallel.
- the current value and Q value per phase can be reduced.
- the Q value can be reduced, making it possible to achieve a wide range of gain.
- the current value per phase can be reduced, making it possible to reduce conduction losses.
- a transformer 1A according to a first modification of the embodiment will be described.
- the first modification an example will be described in which secondary coils 51 to 54 are provided on inner legs 22 and 23 instead of on outermost legs 21 and 24.
- FIG. 10 is a schematic diagram of a transformer 1A according to the first modified embodiment.
- the transformer 1A includes a core 10, a primary winding group 31, and a secondary winding group 32.
- the core 10 has the same configuration as in the embodiment.
- the primary winding group 31 shown in FIG. 10 includes four or more primary coils.
- the primary winding group 31 has four primary coils 41, 42, 43, and 44.
- Primary coils 42, 43 are wound around two of the four legs, legs 22, 23, respectively.
- Primary coils 41, 44 different from the primary coils 42, 43 are wound around the other two of the four legs, legs 21, 24, which are different from the two legs 22, 23, respectively.
- the primary coils 41, 42, 43, 44 are wound around the legs 21, 22, 23, 24 in a one-to-one correspondence.
- the primary winding group 31 is composed of two primary windings 31a, 31b.
- Each of the two primary windings 31a, 31b is composed of a primary coil and another primary coil connected in series.
- the primary winding 31a is composed of a primary coil 42 and another primary coil 41 connected in series to the primary coil 42.
- the other primary winding 31b is composed of a primary coil 43 and another primary coil 44 connected in series to the primary coil 43. Since the primary windings 31a and 31b are connected in series, these four primary coils 41 to 44 are connected in series.
- the number of turns of each of the primary coils 41 to 44 wound around each of the legs 21 to 24 is the same.
- the winding directions of the two primary coils wound around two adjacent legs in the second direction x2 are opposite to each other.
- the other primary coil 41 wound around leg 21 is clockwise
- the primary coil 42 wound around leg 22 is counterclockwise
- the primary coil 43 wound around leg 23 is clockwise
- the other primary coil 44 wound around leg 24 is counterclockwise.
- the primary coils 41 to 44 are wound in alternating opposite directions in the order in which they are lined up in the second direction x2. Note that the above clockwise and counterclockwise relationship may be reversed.
- the secondary winding group 32 shown in FIG. 10 includes two or more secondary coils.
- the secondary winding group 32 has four secondary coils 51, 52, 53, and 54.
- the secondary winding group 32 is composed of two secondary windings 32a, 32b.
- Each of the two secondary windings 32a, 32b is composed of two secondary coils connected in parallel.
- one secondary winding 32a is composed of two secondary coils 51, 52 connected in parallel
- the other secondary winding 32b is composed of two secondary coils 53, 54 connected in parallel. Since the secondary windings 32a and 32b are connected in parallel, these four secondary coils 51 to 54 are connected in parallel with each other.
- two legs 22, 23 are wound with secondary coils in addition to the primary coils mentioned above.
- two secondary coils 51, 52 are wound on leg 22, and two secondary coils 53, 54 are wound on leg 23.
- no secondary coils are wound on the other two legs 21, 24, and only the other primary coils 41, 44 are wound. Note that in this example, the number of turns of the secondary coil is less than the number of turns of the primary coil.
- the secondary coils 51 to 54 in FIG. 10 have one turn or less, so there is no need to specify the winding direction in a specific direction. However, if the number of turns is one turn or more, the winding direction may be as shown below.
- the winding direction of the two secondary coils 51, 52 wound around the leg 22 may be the same.
- the winding direction of the two secondary coils 53, 54 wound around the leg 23 may be the same.
- the winding direction of the secondary coils 51, 52 wound around the leg 22 and the secondary coils 53, 54 wound around the leg 23 may be opposite.
- the winding direction of the secondary coils 51, 52 wound around the leg 22 and the primary coil 42 may be the same.
- the winding direction of the secondary coils 53, 54 wound around the leg 23 and the primary coil 43 may be the same.
- Figure 10 also shows the magnetic flux generated in transformer 1A.
- Magnetic flux ⁇ a1 is magnetic flux generated in core 10 by the other primary coil 41 and primary coil 42.
- Magnetic flux ⁇ a1 is formed in a loop-shaped first magnetic circuit mc1 including leg 21, part of second base 12, leg 22, and part of first base 11.
- Primary winding group 31 is wound around two legs 21 and 22 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 21 and 22 are generated in directions that reinforce each other.
- Magnetic flux ⁇ a1 generated by primary winding group 31 does not interlink with secondary winding group 32 at leg 21, but interlinks with one of secondary windings 32a (i.e., secondary coils 51 and 52) at leg 22.
- Magnetic flux ⁇ a is magnetic flux generated in core 10 by primary coil 42 and primary coil 43.
- Magnetic flux ⁇ a is formed in a loop-shaped second magnetic circuit mc2 including leg 22, part of first base 11, leg 23, and part of second base 12.
- Primary winding group 31 is wound around two legs 22 and 23 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 22 and 23 are generated in directions that reinforce each other.
- Magnetic flux ⁇ a generated by primary winding group 31 interlinks with one secondary winding 32a at leg 22, and interlinks with the other secondary winding 32b at leg 23. That is, magnetic flux ⁇ a interlinks with secondary winding group 32 almost evenly at both legs 22 and 23.
- the magnetic flux ⁇ a2 is a magnetic flux generated in the core 10 by the primary coil 43 and the other primary coil 44.
- the magnetic flux ⁇ a2 is formed in a loop-shaped third magnetic circuit mc3 including the leg 23, part of the second base 12, the leg 24, and part of the first base 11.
- the primary winding group 31 is wound around the two legs 23 and 24 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 23 and 24 are generated in directions that reinforce each other.
- the magnetic flux ⁇ a2 generated by the primary winding group 31 is linked to the other secondary winding 32b (i.e., the secondary coils 53 and 54) at the leg 23, and is not linked to the secondary winding group 32 at the leg 24.
- the transformer 1A of the first modification when a current flows through the primary winding group 31, a magnetic flux is generated in each of the four legs 21 to 24.
- the primary winding group 31 is wound around the four legs 21 to 24 so that the magnetic fluxes generated in two legs adjacent to each other in the second direction x2 are generated in directions that reinforce each other.
- a current flows through the primary winding group 31 in a direction that reinforces the magnetic fluxes of the two legs adjacent to each other in the second direction x2.
- the magnetic flux ⁇ a1 generated by the primary winding group 31 is configured to interlink with the secondary winding 32a wound around the leg 22. This allows magnetic fluxes of different magnitudes to be generated in the first magnetic circuit mc1 including the legs 21 and 22 and the second magnetic circuit mc2 including the legs 22 and 23.
- the magnetic flux ⁇ a2 generated by the primary winding group 31 is configured to interlink with the secondary winding 32b wound around the leg 23. This allows magnetic fluxes of different magnitudes to be generated in the second magnetic circuit mc2 including the legs 22 and 23 and the third magnetic circuit mc3 including the legs 23 and 24. With this transformer 1A, magnetic fluxes of different magnitudes can be generated in multiple regions, so the leakage inductance can be increased.
- FIG. 11 is a schematic diagram of a transformer 1B according to a second variation of the embodiment.
- the transformer 1B includes a core 10, a primary winding group 31, and a secondary winding group 32.
- the core 10 has a first core 10a and a second core 10b.
- the first core 10a is composed of a first base 11 and six legs 21, 22, 23, 24, 25, and 26.
- the second core 10b is composed of a second base 12.
- the core 10 has a first base 11, a second base 12, and six legs 21 to 26. The six legs 21 to 26 are connected to the first base 11.
- Each of the legs 21 to 26 has a columnar shape with its axial direction being the first direction x1.
- Each of the legs 21 to 26 is provided between the first base 11 and the second base 12, and is in contact with the second base 12 in the first direction x1 or faces the second base 12 across a gap.
- Each of the legs 21 to 26 is spaced apart in the second direction x2.
- the legs 21 to 26 are arranged side by side in order along the second direction x2 that is perpendicular to the first direction x1.
- Legs 21 and 26 are located on the outermost sides in the second direction x2.
- the first core 10a has a shape that is symmetrical with respect to a center line located halfway between the outermost legs 21 and 26.
- Legs 22 to 25 are located on the inner side of the legs 21, 26 located on both outer sides in the second direction x2.
- the primary winding group 31 shown in FIG. 11 has six primary coils 41, 42, 43, 44, 45 and 46.
- Primary coils 41, 46 are wound around two of the six legs, legs 21, 26, respectively.
- Primary coils 42, 43, 44, 45 different from primary coils 41, 46 are wound around the other four legs, legs 22, 23, 24, 25, respectively.
- primary coils 41, 42, 43, 44, 45, 46 are wound around legs 21, 22, 23, 24, 25, 26 in one-to-one correspondence.
- the primary winding group 31 is composed of two primary windings 31a and 31b.
- Each of the two primary windings 31a and 31b is composed of a primary coil and another primary coil connected in series.
- the primary winding 31a is composed of a primary coil 41, another primary coil 42 connected to the primary coil 41, and another primary coil 43 connected to the other primary coil 42.
- the other primary winding 31b is composed of a primary coil 46, another primary coil 45 connected to the primary coil 46, and another primary coil 44 connected to the other primary coil 45. Since the primary windings 31a and 31b are connected in series, these six primary coils 41 to 46 are connected in series.
- the number of turns of each of the primary coils 41 to 46 wound around each of the legs 21 to 26 is the same.
- the winding directions of the two primary coils wound around two adjacent legs in the second direction x2 are opposite to each other.
- the primary coil 41 wound around leg 21 is wound clockwise
- the other primary coil 42 wound around leg 22 is wound counterclockwise
- the other primary coil 43 wound around leg 23 is wound clockwise
- the other primary coil 44 wound around leg 24 is wound counterclockwise
- the other primary coil 45 wound around leg 25 is clockwise
- the primary coil 46 wound around leg 26 is wound counterclockwise.
- the primary coils 41 to 46 are wound in alternating opposite directions in the order in which they are lined up in the second direction x2.
- the secondary winding group 32 shown in FIG. 11 includes two or more secondary coils.
- the secondary winding group 32 has two secondary coils 51 and 53.
- the secondary winding group 32 is composed of two secondary windings 32a and 32b.
- the secondary winding 32a corresponds to the secondary coil 51
- the secondary winding 32b corresponds to the secondary coil 53.
- the secondary windings 32a and 32b, i.e., the secondary coils 51 and 53, are connected in parallel with each other.
- two legs 21 and 26 are wound with secondary coils in addition to the primary coils mentioned above.
- secondary coil 51 is wound around leg 21, and secondary coil 53 is wound around leg 26.
- no secondary coils are wound around the other four legs 22 to 25, and only the other primary coils 42 to 45 are wound around them.
- Figure 11 also shows the magnetic flux generated in transformer 1B.
- Magnetic flux ⁇ a1 is magnetic flux generated in core 10 by primary coil 41 and other primary coil 42. Magnetic flux ⁇ a1 is formed in a loop-shaped first magnetic circuit mc1 including leg 21, part of second base 12, leg 22, and part of first base 11. Primary winding group 31 is wound around two legs 21, 22 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 21, 22 are generated in directions that reinforce each other. Magnetic flux ⁇ a1 generated by primary winding group 31 interlinks with one secondary winding 32a (i.e., secondary coil 51) at leg 21, and does not interlink with secondary winding group 32 at leg 22.
- secondary winding 32a i.e., secondary coil 51
- Magnetic flux ⁇ b1 is magnetic flux generated in core 10 by other primary coil 42 and other primary coil 43.
- Magnetic flux ⁇ b1 is formed in a loop-shaped second magnetic circuit mc2 including leg 22, part of first base 11, leg 23, and part of second base 12.
- Primary winding group 31 is wound around two legs 22, 23 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 22, 23 are generated in directions that reinforce each other.
- Magnetic flux ⁇ b1 generated by primary winding group 31 does not interlink with secondary winding group 32 in each of legs 22, 23.
- Magnetic flux ⁇ b2 is magnetic flux generated in core 10 by other primary coil 43 and other primary coil 44.
- Magnetic flux ⁇ b2 is formed in a loop-shaped third magnetic circuit mc3 including leg 23, part of second base 12, leg 24, and part of first base 11.
- Primary winding group 31 is wound around two legs 23 and 24 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 23 and 24 are generated in directions that reinforce each other.
- Magnetic flux ⁇ b2 generated by primary winding group 31 does not interlink with secondary winding group 32 in each of legs 23 and 24.
- Magnetic flux ⁇ b3 is magnetic flux generated in core 10 by other primary coil 44 and other primary coil 45.
- Magnetic flux ⁇ b3 is formed in a loop-shaped fourth magnetic circuit mc4 that includes leg 24, part of first base 11, leg 25, and part of second base 12.
- Primary winding group 31 is wound around two legs 24, 25 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 24, 25 are generated in directions that reinforce each other.
- Magnetic flux ⁇ b3 controlled by primary winding group 31 does not interlink with secondary winding group 32 in each of legs 24, 25.
- Magnetic flux ⁇ a2 is magnetic flux generated in core 10 by the other primary coil 45 and primary coil 46.
- Magnetic flux ⁇ a2 is formed in a loop-shaped fifth magnetic circuit mc5 including leg 25, part of second base 12, leg 26, and part of first base 11.
- Primary winding group 31 is wound around two legs 25, 26 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 25, 26 are generated in directions that reinforce each other.
- Magnetic flux ⁇ a2 generated by primary winding group 31 does not interlink with secondary winding group 32 at leg 25, but interlinks with the other secondary winding 32b (i.e., secondary coil 53) at leg 26.
- transformer 1B of variant 2 when current flows through primary winding group 31, magnetic flux is generated in each of six legs 21 to 26.
- Primary winding group 31 is wound around six legs 21 to 26 so that the magnetic fluxes generated in two legs adjacent in the second direction x2 are generated in directions that reinforce each other.
- the magnetic flux ⁇ a1 generated by the primary winding group 31 is configured to interlink with the secondary winding 32a wound around the leg 21. This allows magnetic fluxes of different magnitudes to be generated in the first magnetic circuit mc1 including the legs 21 and 22 and the second magnetic circuit mc2 including the legs 22 and 23.
- the magnetic flux ⁇ a2 generated by the primary winding group 31 is configured to interlink with the secondary winding 32b wound around the leg 26. This allows magnetic fluxes of different magnitudes to be generated in the fourth magnetic circuit mc4 including the legs 24 and 25 and the fifth magnetic circuit mc5 including the legs 25 and 26. With this transformer 1B, magnetic fluxes of different magnitudes can be generated in multiple regions, so the leakage inductance can be increased.
- FIG. 12 is a schematic diagram of a transformer 1C according to a third variation of the embodiment.
- the transformer 1C includes a core 10, a primary winding group 31, and a secondary winding group 32.
- the core 10 has a first core 10a and a second core 10b.
- the first core 10a is composed of a first base 11 and seven legs 21, 22, 23, 24, 25, 26, and 27.
- the second core 10b is composed of a second base 12.
- the core 10 has a first base 11, a second base 12, and seven legs 21 to 27. The seven legs 21 to 27 are connected to the first base 11.
- Each of the legs 21 to 27 has a columnar shape with its axial direction being the first direction x1.
- Each of the legs 21 to 27 is provided between the first base 11 and the second base 12, and is in contact with the second base 12 in the first direction x1 or faces the second base 12 across a gap.
- Each of the legs 21 to 27 is spaced apart in the second direction x2.
- the legs 21 to 27 are arranged side by side in order along the second direction x2 that is perpendicular to the first direction x1.
- Legs 21 and 27 are located on the outermost sides in the second direction x2.
- Leg 24 is located at the center of the multiple legs 21 to 27 in the second direction x2.
- the first core 10a has a shape that is symmetrical with respect to a center line located halfway between the outermost legs 21 and 27.
- Legs 22, 23, 25, and 26 are located on the inner side of legs 21 and 27 on both sides in the second direction x2.
- Legs 22 and 23 are located between legs 21 and 24, and legs 25 and 26 are located between legs 24 and 27.
- the primary winding group 31 shown in FIG. 12 has seven primary coils 41, 42, 43, 44, 45, 46 and 47.
- the primary winding group 31 is composed of multiple primary windings.
- Each of the multiple primary windings is composed of a primary coil and another primary coil that are connected in series.
- the multiple primary windings are connected in series, and the seven primary coils 41 to 47 are connected in series.
- the number of turns of each of the primary coils 41 to 47 wound around each of the legs 21 to 27 is the same.
- the winding directions of the two primary coils wound around two adjacent legs in the second direction x2 are opposite to each other.
- the primary coil 41 wound around leg 21 is wound clockwise
- the other primary coil 42 wound around leg 22 is wound counterclockwise
- the other primary coil 43 wound around leg 23 is wound clockwise
- the primary coil 44 wound around leg 24 is wound counterclockwise
- the other primary coil 45 wound around leg 25 is wound clockwise
- the other primary coil 46 wound around leg 26 is wound counterclockwise
- the primary coil 47 wound around leg 27 is wound clockwise.
- the primary coils 41 to 47 are wound in alternate opposite directions in the order in which they are lined up in the second direction x2.
- the secondary winding group 32 shown in FIG. 12 has multiple secondary coils 51, 53, and 55.
- the secondary winding group 32 is composed of a plurality of secondary windings.
- the plurality of secondary windings is composed of a plurality of secondary coils 51, 53, and 55.
- the plurality of secondary windings, i.e., the plurality of secondary coils 51, 53, and 55, are connected in parallel with each other.
- восем ⁇ legs 21 to 27 are wound with secondary coils in addition to the primary coils mentioned above.
- secondary coil 51 is wound around leg 21
- secondary coil 55 is wound around leg 24
- secondary coil 53 is wound around leg 27.
- no secondary coils are wound around the other four legs 22, 23, 25, and 26, and only the other primary coils 42, 43, 45, and 46 are wound around them.
- Figure 12 also shows the magnetic flux generated in transformer 1C.
- Magnetic flux ⁇ b1 is magnetic flux generated in core 10 by other primary coil 42 and other primary coil 43.
- Magnetic flux ⁇ b1 is formed in a loop-shaped second magnetic circuit mc2 that includes leg 22, part of second base 12, leg 23, and part of first base 11.
- Primary winding group 31 is wound around two legs 22, 23 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 22, 23 are generated in directions that reinforce each other.
- Magnetic flux ⁇ b1 generated by primary winding group 31 does not interlink with secondary winding group 32 in each of legs 22, 23.
- Magnetic flux ⁇ a2 is magnetic flux generated in core 10 by the other primary coil 43 and primary coil 44.
- Magnetic flux ⁇ a2 is formed in a loop-shaped third magnetic circuit mc3 including leg 23, part of first base 11, leg 24, and part of second base 12.
- Primary winding group 31 is wound around two legs 23 and 24 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 23 and 24 are generated in directions that reinforce each other.
- Magnetic flux ⁇ a2 generated by primary winding group 31 does not link with secondary winding group 32 at leg 23, but links with secondary winding group 32 (secondary coil 55 in this case) at leg 24.
- Magnetic flux ⁇ a3 is magnetic flux generated in core 10 by primary coil 44 and other primary coils 45.
- Magnetic flux ⁇ a3 is formed in a loop-shaped fourth magnetic circuit mc4 including leg 24, part of second base 12, leg 25, and part of first base 11.
- Primary winding group 31 is wound around two legs 24, 25 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 24, 25 are generated in directions that reinforce each other.
- Magnetic flux ⁇ a3 generated by primary winding group 31 is linked to secondary winding group 32 (secondary coil 55 in this case) at leg 24, but is not linked to secondary winding group 32 at leg 24.
- Magnetic flux ⁇ b2 is magnetic flux generated in core 10 by other primary coil 45 and other primary coil 46.
- Magnetic flux ⁇ b2 is formed in a loop-shaped fifth magnetic circuit mc5 including leg 25, part of first base 11, leg 26, and part of second base 12.
- Primary winding group 31 is wound around two legs 25, 26 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 25, 26 are generated in directions that reinforce each other.
- Magnetic flux ⁇ b2 generated by primary winding group 31 does not interlink with secondary winding group 32 in each of legs 25, 26.
- Magnetic flux ⁇ a4 is magnetic flux generated in core 10 by the other primary coil 46 and primary coil 47.
- Magnetic flux ⁇ a4 is formed in a loop-shaped sixth magnetic circuit mc6 that includes leg 26, part of second base 12, leg 27, and part of first base 11.
- Primary winding group 31 is wound around two legs 26, 27 so that the magnetic fluxes generated in the two legs 26, 27 are generated in directions that reinforce each other.
- Magnetic flux ⁇ a4 generated by primary winding group 31 does not interlink with secondary winding group 32 at leg 26, but interlinks with secondary winding group 32 (secondary coil 53 in this case) at leg 27.
- the transformer 1C of the third modification when a current flows through the primary winding group 31, a magnetic flux is generated in each of the seven legs 21 to 27.
- the primary winding group 31 is wound around the seven legs 21 to 27 so that the magnetic fluxes generated in two legs adjacent to each other in the second direction x2 are generated in directions that reinforce each other.
- a current flows through the primary winding group 31 in a direction that reinforces the magnetic fluxes of two legs adjacent to each other in the second direction x2.
- the magnetic flux ⁇ a1 generated by the primary winding group 31 is configured to be interlinked with the secondary winding group 32 wound around the leg 21. This allows magnetic fluxes of different magnitudes to be generated in the first magnetic circuit mc1 including the legs 21 and 22 and the second magnetic circuit mc2 including the legs 22 and 23.
- the magnetic flux ⁇ a2 generated by the primary winding group 31 is configured to be interlinked with the secondary winding group 32 wound around the leg 24. This allows magnetic fluxes of different magnitudes to be generated in the second magnetic circuit mc2 including the legs 22 and 23 and the third magnetic circuit mc3 including the legs 23 and 24.
- the magnetic flux ⁇ a3 generated by the primary winding group 31 is configured to be interlinked with the secondary winding group 32 wound around the leg 24. This allows magnetic fluxes of different magnitudes to be generated in the fourth magnetic circuit mc4 including legs 24 and 25 and the fifth magnetic circuit mc5 including legs 25 and 26. Also, in transformer 1C, magnetic flux ⁇ a4 generated by primary winding group 31 is configured to interlink with secondary winding group 32 wound around leg 27. This allows magnetic fluxes of different magnitudes to be generated in the fifth magnetic circuit mc5 including legs 25 and 26 and the sixth magnetic circuit mc6 including legs 26 and 27. With this transformer 1C, magnetic fluxes of different magnitudes can be generated in multiple regions, thereby increasing leakage inductance.
- the transformer 1D of variant 4 includes a core 10, a primary winding group 31, and a secondary winding group 32.
- FIG. 13A is a schematic diagram showing an example of a transformer 1D according to a fourth variation of the embodiment.
- the core 10 has a first core 10a and a second core 10b.
- the first core 10a is composed of a first base 11 and four legs 21, 22, 23, and 24.
- the four legs 21 to 24 are arranged side by side along the second direction x2.
- Each of the legs 21 to 24 is provided between the first base 11 and the second base 12, and is in contact with the second base 12 in the first direction x1 or faces the second base 12 across a gap g.
- the saturation magnetic flux density in the core 10 can be reduced by providing a gap g between the legs 21-24 of the core 10 and the second base 12.
- the transformer 1D has four legs 21-24, but this is not limited thereto, and the number of legs may be four or more.
- the distance Ia in the first direction x1 between the legs 21, 24 located on the outermost side in the second direction x2 and the second base 12 is narrower than the distance Ib in the first direction x1 between the legs 22, 23 located on the inner side than the outermost side and the second base 12.
- FIG. 13B is a schematic diagram showing another example of a transformer 1D according to modification 4.
- the gap Ia is wider than the gap Ib.
- a gap is provided between the four legs 21-24 and the second base 12, but this is not limited thereto, and a gap may be provided between the four legs 21-24 and the first base 11. Note that the gap between the legs and the base may be zero, and the legs and the base may be in contact with each other.
- the distance Ia in the first direction x1 between the leg 21, 24 located outermost in the second direction x2 among the four legs 21 to 24 and the first base 11 or the second base 12, and the distance Ib in the first direction x1 between the leg 22, 23 located inside the outermost and the first base 11 or the second base 12 are different from each other. In this way, by making the distance Ia and the distance Ib different, it is possible to obtain a leakage inductance of the desired magnitude.
- the transformer 1E of variant 5 includes a core 10, a primary winding group 31, and a secondary winding group 32.
- FIG. 14 is a diagram showing the core 10 of a transformer 1E according to a fifth variation of the embodiment.
- the core 10 has a first core 10a and a second core 10b.
- the first core 10a is composed of a first base 11 and four legs 21, 22, 23, and 24.
- the four legs 21 to 24 are arranged in a line along the second direction x2.
- the number of legs may be four or more.
- the cross-sectional area of the legs 21, 24 located on the outermost side in the second direction x2 among the four legs 21 to 24 is different from the cross-sectional area of the legs 22, 23 located on the inner side than the outermost side, and the cross-sectional area of the first base 11.
- the cross-sectional area of the legs 22 or 23 is larger than the cross-sectional area of the legs 21 or 24, and smaller than the cross-sectional area of the first base 11.
- the cross-sectional area is the cross-sectional area of the core 10, and is the area of a plane perpendicular to the magnetic flux that forms the magnetic path.
- the cross-sectional area of the leg is the area when the leg is cut along a plane perpendicular to the first direction x1.
- the cross-sectional area of the base is the area when the base is cut along a plane perpendicular to the second direction x2.
- the cross-sectional areas of the legs 21-24 and the first base 11 are different, but this is not limited to the example.
- the cross-sectional area of the second base 12 may be different.
- the relationship in the size of the cross-sectional areas of the legs 21-24, the first base 11, and the second base 12 may be reversed from that described above.
- At least one of the cross-sectional areas of the legs 21 and 24, the cross-sectional area of the legs 22 and 23, the cross-sectional area of the first base 11 on a surface perpendicular to the second direction x2, and the cross-sectional area of the second base 12 on a surface perpendicular to the second direction x2 is different.
- a desired leakage inductance can be obtained.
- FIG. 15A is a schematic diagram showing an example of a transformer 1F according to a sixth variation of the embodiment.
- the transformer 1F of the sixth modified example shown in FIG. 15A includes a core 10, a primary winding group 31, and a secondary winding group 32.
- the core 10 and the secondary winding group 32 have the same configuration as in the embodiment.
- the primary winding group 31 includes four or more primary coils.
- the primary winding group 31 has four primary coils 41, 42, 43, and 44. Note that the number of primary coils and legs may be four or more.
- Primary coils 41, 44 are wound around two of the four legs, legs 21, 24, respectively.
- Primary coils 42, 43 are wound around the other two legs, legs 22, 23, respectively.
- primary coils 41, 42, 43, 44 are wound around legs 21, 22, 23, 24 in one-to-one correspondence.
- the primary winding group 31 is composed of two primary windings 31a, 31b.
- One primary winding 31a is composed of a primary coil 41 and another primary coil 42 connected to the primary coil 41.
- the other primary winding 31b is composed of a primary coil 44 and another primary coil 43 connected to the primary coil 44.
- the primary windings 31a and 31b are connected in series, so these four primary coils 41 to 44 are connected in series.
- the winding directions of the two primary coils wound in correspondence with the two legs adjacent in the second direction x2 are opposite to each other.
- the primary coils 41 to 44 are wound in alternating opposite directions in the order in which they are lined up in the second direction x2.
- the number of turns of the primary coil 41 in leg 21 is less than the number of turns of the other primary coil 42 in leg 22. Also, the number of turns of the primary coil 44 in leg 24 is less than the number of turns of the other primary coil 43 in leg 23. This makes it possible to reduce the magnetic flux that is generated by the primary winding group 31 and that interlinks with the secondary winding group 32 in each of legs 21 and 24, and to increase the leakage inductance compared to the embodiment.
- FIG. 15B is a schematic diagram showing another example of a transformer 1F according to the sixth modification of the embodiment.
- the transformer 1F of the sixth modification shown in FIG. 15B includes a core 10, a primary winding group 31, and a secondary winding group 32.
- the core 10 and the secondary winding group 32 have the same configuration as in the first modification.
- the primary winding group 31 includes four or more primary coils.
- the primary winding group 31 has four primary coils 41, 42, 43, and 44. Note that the number of primary coils and legs may be four or more.
- Primary coils 42, 43 are wound around two of the four legs, legs 22, 23, respectively.
- Primary coils 41, 44 are wound around the other two legs, legs 21, 24, respectively. In other words, primary coils 41, 42, 43, 44 are wound around legs 21, 22, 23, 24 in one-to-one correspondence.
- the primary winding group 31 is composed of two primary windings 31a, 31b.
- One primary winding 31a is composed of a primary coil 42 and another primary coil 41 connected to the primary coil 42.
- the other primary winding 31b is composed of a primary coil 43 and another primary coil 44 connected to the primary coil 43.
- the primary windings 31a and 31b are connected in series, so these four primary coils 41 to 44 are connected in series.
- the winding directions of the two primary coils wound in correspondence with the two legs adjacent in the second direction x2 are opposite to each other.
- the primary coils 41 to 44 are wound in alternating opposite directions in the order in which they are lined up in the second direction x2.
- the number of turns of the primary coil 42 in leg 22 is less than the number of turns of the other primary coils 41 in leg 21. Also, the number of turns of the primary coil 43 in leg 23 is less than the number of turns of the other primary coils 44 in leg 24. This makes it possible to reduce the magnetic flux that is generated by the primary winding group 31 and that interlinks with the secondary winding group 32 in each of legs 22 and 23, and to increase the leakage inductance compared to variant 1.
- the number of turns of the primary coil in the leg on which the primary coil and secondary coil are wound is different from the number of turns of the primary coil in the leg on which the other primary coil is wound. This allows the magnitude of the magnetic flux generated by the primary winding group 31 that interlinks with the secondary winding group 32 to be changed by the number of turns of the winding, and the desired leakage inductance can be obtained.
- FIG. 16A is a schematic diagram showing an example of a transformer 1G according to a seventh modification of the embodiment.
- the transformer 1G of the seventh modified example shown in FIG. 16A includes a core 10, a primary winding group 31, and a secondary winding group 32.
- the core 10 and the secondary winding group 32 have the same configuration as in the embodiment.
- the primary winding group 31 includes four or more primary coils.
- the primary winding group 31 has four primary coils 41, 42, 43, and 44. Note that the number of primary coils and legs may be four or more.
- Two of the four legs, legs 21 and 24, are wound with primary coils 41 and 44, respectively.
- the other two legs, legs 22 and 23, are wound with only the other primary coils 42 and 43, respectively.
- the primary coils 41, 42, 43, and 44 are wound in one-to-one correspondence with the legs 21, 22, 23, and 24.
- the primary winding group 31 is composed of two primary windings 31a, 31b.
- One primary winding 31a is composed of a primary coil 41 and another primary coil 42 connected to the primary coil 41.
- the other primary winding 31b is composed of a primary coil 44 and another primary coil 43 connected to the primary coil 44.
- the primary windings 31a and 31b are connected in series, so these four primary coils 41 to 44 are connected in series.
- the winding directions of the two primary coils wound in correspondence with the two legs adjacent in the second direction x2 are opposite to each other.
- the primary coils 41 to 44 are wound in alternating opposite directions in the order in which they are lined up in the second direction x2.
- the number of turns of the primary coil 41 in leg 21 is greater than the number of turns of the other primary coil 42 in leg 22.
- the number of turns of the primary coil 44 in leg 24 is greater than the number of turns of the other primary coil 43 in leg 23. This makes it possible to increase the magnetic flux that is generated by the primary winding group 31 and that interlinks with the secondary winding group 32 in each of legs 21 and 24, thereby making it possible to reduce leakage inductance compared to the embodiment.
- FIG. 16B is a schematic diagram showing another example of a transformer 1G according to the seventh modification of the embodiment.
- the transformer 1G of the seventh modification shown in FIG. 16B includes a core 10, a primary winding group 31, and a secondary winding group 32.
- the core 10 and the secondary winding group 32 have the same configuration as in the first modification.
- the primary winding group 31 includes four or more primary coils.
- the primary winding group 31 has four primary coils 41, 42, 43, and 44. Note that the number of primary coils and legs may be four or more.
- Two of the four legs, legs 22 and 23, are wound with primary coils 42 and 43, respectively.
- the other two legs, legs 21 and 24, are wound with only the other primary coils 41 and 44, respectively.
- the primary coils 41, 42, 43 and 44 are wound in one-to-one correspondence with the legs 21, 22, 23 and 24.
- the primary winding group 31 is composed of two primary windings 31a, 31b.
- One primary winding 31a is composed of a primary coil 42 and another primary coil 41 connected to the primary coil 42.
- the other primary winding 31b is composed of a primary coil 43 and another primary coil 44 connected to the primary coil 43.
- the primary windings 31a and 31b are connected in series, so these four primary coils 41 to 44 are connected in series.
- the winding directions of the two primary coils wound in correspondence with the two legs adjacent in the second direction x2 are opposite to each other.
- the primary coils 41 to 44 are wound in alternating opposite directions in the order in which they are lined up in the second direction x2.
- the number of turns of the primary coil 42 in leg 22 is greater than the number of turns of the other primary coils 41 in leg 21. Also, the number of turns of the primary coil 43 in leg 23 is greater than the number of turns of the other primary coils 44 in leg 24. This makes it possible to increase the magnetic flux that is generated by the primary winding group 31 and that interlinks with the secondary winding group 32 in each of legs 22 and 23, thereby making it possible to reduce leakage inductance compared to the first modification.
- the number of turns of the primary coil in the leg on which the primary coil and secondary coil are wound is greater than the number of turns of the primary coil in the leg on which the other primary coil is wound. This allows adjustment to reduce leakage inductance.
- FIG. 17 is a schematic diagram of a transformer 1H according to the eighth modified embodiment of the present invention.
- the transformer 1H includes a core 10, a primary winding group 31, and a secondary winding group 32.
- the core 10 has a first core 10a and a second core 10b.
- the first core 10a is composed of a first base 11 and four legs 21, 22, 23, and 24.
- the four legs 21 to 24 are arranged side by side along the second direction x2.
- Each of the legs 21 to 24 is provided between the first base 11 and the second base 12, and is in contact with the second base 12 in the first direction x1. In other words, each of the legs 21 to 24 is sandwiched between the first base 11 and the second base 12.
- the configuration of the primary winding group 31 and the secondary winding group 32 of the eighth modification is the same as that of the seventh modification shown in FIG. 16A.
- the number of turns of the other primary coils 42, 43 on the legs 22, 23 on which the other primary coils are wound is less than the number of turns of the primary coils 41, 44 on the legs 21, 24 on which the primary and secondary coils are wound.
- the magnetic permeability of the legs 21 and 24 located on the outermost sides in the second direction x2 among the four legs 21 to 24 is lower than the magnetic permeability of the legs 22 and 23 located on the inner sides.
- legs 22 and 23 are formed from an Mn-Zn ferrite material with an initial magnetic permeability of approximately 2000
- legs 21, 24, first base 11 and second base 12 are formed from an Ni-Zn ferrite material with an initial magnetic permeability of approximately 300.
- legs 22 and 23 may be formed from a Ni-Zn ferrite material with an initial magnetic permeability of about 300, and legs 21 and 24, first base 11 and second base 12 may be formed from a metal composite material with an initial magnetic permeability of about 30.
- legs 22 and 23 may be formed from a Mn-Zn ferrite material, and legs 21 and 24, first base 11 and second base 12 may be formed from a metal composite material.
- the magnetic permeability of the outermost legs 21, 24 is lower than that of the innermost legs 22, 23, but this is not limited thereto, and the magnetic permeability of the outermost legs 21, 24 may be higher than that of the innermost legs 22, 23.
- the leg located on the outermost side in the second direction x2 and the leg located on the inner side of the outermost side are made of materials with different magnetic permeabilities. In this way, by making the magnetic permeability of each leg different, it is possible to change the magnetic resistance of each leg. This makes it possible to obtain a leakage inductance of the desired magnitude.
- FIG. 18 is a schematic diagram of a transformer 1i according to a ninth variation of the embodiment.
- the transformer 1i includes a core 10, a primary winding group 31, and a secondary winding group 32.
- the basic configurations of the core 10, the primary winding group 31, and the secondary winding group 32 are the same as those in the embodiment.
- the distance between the gap g and the winding is changed by changing the length of the legs 22, 23 while maintaining the number of turns of the other primary coils 42, 43.
- shortening the length of the legs 22, 23 shortens the distance between the gap g and the ends of the other primary coils 42, 43 (the lower ends in the figure).
- increasing the length of the legs 22, 23 increases the distance between the gap g and the ends of the other primary coils 42, 43.
- Figure 19 shows the magnetic flux that is generated around the winding when current is passed through it.
- the magnitude of the magnetic flux density is represented by shades of black and white, with the whiter the color, the higher the magnetic flux density.
- Figure 19(a) shows an example where the leg length is 5 mm and the leg length is short. When the leg length is short, the distance between the gap g and the winding is short, and the winding is more susceptible to the effects of magnetic fields.
- Figure 19(b) shows an example where the leg length is 8 mm and the leg length is longer than (a). When the leg length is long, the distance between the gap g and the winding is farther, and the winding is less susceptible to the effects of magnetic fields.
- Figure 20 shows the relationship between the length of the legs of the core 10 and copper loss.
- the horizontal axis of the figure shows the length of the legs, and the vertical axis shows the copper loss of the winding.
- the copper loss of the winding shown here is mainly eddy current loss of the winding caused by leakage flux of the core 10.
- copper loss is reduced by increasing the length of the legs. Therefore, in order to reduce copper loss, it is desirable to increase the length of the legs and move the winding away from the gap g. Therefore, the winding is placed in a region that overlaps with the legs in the first direction x1 but does not overlap with the gap g. In other words, the winding is placed in a position that does not overlap with the gap g when viewed from a third direction x3 that is perpendicular to both the first direction x1 and the second direction x2.
- a gap g is provided between the legs 21-24 and the first base 11 or between the legs 21-24 and the second base 12.
- the primary coils 41-44 and the secondary coils 51-54 are positioned so as not to overlap with the gap g when viewed from the third direction x3. This makes it possible to reduce eddy current loss in the primary coils 41-44 and the secondary coils 51-54 caused by leakage flux from the core 10.
- FIG. 21A is a schematic diagram showing an example of a transformer 1J according to the tenth modification of the embodiment.
- FIG. 21B is a schematic diagram showing another example of a transformer 1J according to the tenth modification of the embodiment.
- FIG. 21C is a schematic diagram showing another example of a transformer 1J according to the tenth modification of the embodiment.
- the transformer 1J shown in Figures 21A to 21C includes a core 10, a primary winding group 31, and a secondary winding group 32.
- the core 10 has a first core 10a and a second core 10b.
- the first core 10a is composed of a first base 11 and four legs 21, 22, 23 and 24.
- the second core 10b is composed of a second base 12.
- the core 10 has a first base 11, a second base 12 and four legs 21 to 24.
- the four legs 21 to 24 are connected to the first base 11.
- the primary winding group 31 and the secondary winding group 32 are formed inside and on the surface of the printed circuit board 70.
- the printed circuit board 70 is formed by stacking multiple sheet layers. Each of the multiple sheet layers has a conductor pattern 80 formed thereon, and the conductor patterns 80 are connected between layers by via conductors (not shown).
- the primary winding group 31 and the secondary winding group 32 are formed by the conductor patterns 80 and via conductors, etc., provided on the printed circuit board 70.
- the printed circuit board 70 has four through holes.
- the legs 21 to 24 of the core 10 are inserted into the four through holes of the printed circuit board 70.
- the conductor pattern 80 surrounds the legs, and each coil is essentially wound around each leg.
- the primary winding group 31 has four primary coils 41, 42, 43, and 44.
- the secondary winding group 32 has four secondary coils 51, 52, 53, and 54.
- the primary coils 41 to 44 in this example are formed by two layers of conductor patterns 80 including a spiral planar coil.
- the secondary coils 51 to 54 are coils with a wiring width wider than that of the embodiment, and are formed by one layer of conductor patterns 80.
- the distance between two adjacent legs of the four legs 21 to 24 is narrower than in the embodiment.
- the primary coil 41 and secondary coils 51, 52 overlap the other primary coil 42 between the two legs 21, 22.
- the other primary coil 42 and the other primary coil 43 overlap between the two legs 22, 23.
- the other primary coil 43 overlaps the primary coil 44 and secondary coils 53, 54 between the two legs 23, 24.
- the distance between the two legs 22, 23 is narrower than the distance between the two legs 21, 22 and the distance between the two legs 23, 24.
- this transformer 1J is viewed from the first direction x1, the other primary coil 42 and the other primary coil 43 overlap between the two legs 22, 23.
- transformer 1J of variant 10 the two primary coils wound to correspond to two adjacent legs in the second direction x2 overlap between the two legs when viewed from the first direction x1.
- the area of transformer 1J (area in the x2-x3 plane) can be reduced, making it possible to miniaturize the transformer.
- a transformer 1K according to an eleventh modification of the embodiment will be described.
- a secondary coil is provided on both outer sides of the primary coil, and a bus bar is connected to the secondary coil.
- FIG. 22 is a schematic diagram of a transformer 1K according to an eleventh embodiment of the present invention.
- the transformer 1K shown in FIG. 22 includes a core 10, a primary winding group 31, and a secondary winding group 32.
- the configurations of the core 10, the primary winding group 31, and the secondary winding group 32 are the same as those of the modified example 10 shown in FIG. 21A.
- the secondary coils 51 and 52 of the transformer 1K are arranged on both outsides of the primary coil 41 in the first direction x1.
- the secondary coils 53 and 54 are arranged on both outsides of the primary coil 44 in the first direction x1.
- the transformer 1K also has four bus bars 60 connected to each of the secondary coils 51 to 54.
- the bus bars 60 are formed from copper plates and have a U-shape when viewed from the first direction x1.
- the thickness of the bus bars 60 is, for example, 5 to 15 times the thickness of each of the secondary coils 51 to 54.
- Two of the four bus bars 60 are arranged on both outer sides of the secondary coils 51, 53 in the first direction x1.
- the other two bus bars 60 are arranged on both outer sides of the secondary coils 53, 54 in the first direction x1.
- the two secondary coils are arranged on both outsides of the primary coil in the first direction x1. Therefore, the secondary coil, through which a large current flows and which is prone to heat generation, is arranged on the outside, which improves the heat dissipation properties of the transformer 1K.
- a bus bar 60 is connected to each of the secondary coils 51 to 54. This makes it possible to reduce the wiring resistance of the wiring connected to the secondary coils 51 to 54.
- FIG. 23A is a schematic diagram showing an example of a transformer 1L according to a modification of the embodiment 12.
- FIG. 23B is a schematic diagram showing another example of a transformer 1L according to a modification of the embodiment 12.
- the transformer 1L shown in Figures 23A and 23B includes a core 10, a primary winding group 31, and a secondary winding group 32.
- the core 10 and the secondary winding group 32 are the same as those of the modified example 10 shown in Figure 21A.
- the primary winding group 31 and the secondary winding group 32 are formed by a conductor pattern 80 and the like provided on the printed circuit board 70.
- each shield layer 85 is formed by a single layer of conductor pattern.
- the shield layer 85 is a floating electrode for the purpose of electrostatic shielding.
- the shield layer 85 may be connected to earth.
- the transformer 1L shown in FIG. 23A has four shield layers 85.
- the first shield layer 85 is provided between the secondary coil 51 and the primary coil 41.
- the second shield layer 85 is provided between the secondary coil 52 and the primary coil 41, and is arranged so as to overlap between the secondary coil 52 and the other primary coils 42.
- the third shield layer 85 is provided between the secondary coil 53 and the primary coil 44, and is arranged so as to overlap between the secondary coil 53 and the other primary coils 43.
- the fourth shield layer 85 is provided between the secondary coil 54 and the primary coil 44.
- the transformer 1L shown in FIG. 23B has three shield layers 85.
- the shield layers 85 are provided parallel to the first base 11 over the entire area except for the legs 21 to 24.
- the first shield layer 85 is provided between the secondary coils 51 and 53 and the primary coil 41 and the other primary coils 43.
- the second shield layer 85 is provided between the primary coil 41 and the other primary coils 43 and the other primary coils 42 and 44.
- the third shield layer 85 is provided between the other primary coils 42 and 44 and the secondary coils 52 and 54.
- the transformer 1L of variant 12 has multiple conductor patterns 80 and multiple shield layers 85.
- the multiple shield layers 85 are provided between the multiple conductor patterns 80.
- the shield layer 85 does not need to be provided in multiple locations, but only needs to be provided in at least one location between the two conductor patterns 80.
- a transformer 1M according to a thirteenth modification of the embodiment will be described below.
- the thirteenth modification a specific example in which the primary coils 41 to 44 are formed by spiral planar coils will be described.
- FIG. 24 is a schematic diagram of a transformer 1M according to a thirteenth embodiment of the present invention.
- FIG. 25 is a diagram showing the conductor pattern 80 and via conductors 82a to 82f of the transformer 1M.
- transformer 1M shown in Figure 24 is the same as variant 10 shown in Figure 21A.
- Each of the primary coils 41 to 44 shown in FIG. 25 is formed from a spiral planar coil.
- the arrows on the conductor pattern 80 shown in the figure indicate the direction of current flowing through the primary coils 41 to 44, and indicate the direction of current in the positive half cycle of the AC voltage waveform.
- the winding directions of the primary coils 41 to 44 are alternately reversed in the order in which they are lined up in the second direction x2.
- Each of the secondary coils 51 to 54 is formed from a U-shaped planar coil.
- the coil of the transformer 1M shown in FIG. 24 is formed from multiple sheet layers.
- the coil is formed by stacking six sheet layers 71, 72, 73, 74, 75, and 76 in order in the direction from the first base 11 to the second base 12.
- the first sheet layer 71 which is the top layer, is formed with a 3/4-turn secondary coil 51 and a 3/4-turn secondary coil 53.
- the second sheet layer 72 is formed with a 3.5-turn primary coil 41 and a 3-turn primary coil 43.
- the third sheet layer 73 is formed with a 2.5-turn primary coil 41 and a 3-turn primary coil 43 connected in series.
- the primary coils 41 and 43 are connected because, for example, if adjacent primary coils 41 and 42 are connected in the same sheet layer, the two coils cannot be stacked vertically between the legs 21 and 22, and the length of the transformer in the second direction x2 becomes longer.
- the fourth sheet layer 74 is formed with a 3-turn primary coil 42 and a 2.5-turn primary coil 44.
- the fifth sheet layer 75 is formed with a 3-turn primary coil 42 and a 3.5-turn primary coil 44.
- the sixth sheet layer 76 which is the bottom sheet layer, has a 3/4 turn secondary coil 52 and a 3/4 turn secondary coil 54 formed on it.
- the outer peripheral end of the primary coil 42 of the sheet layer 74 serves as the signal input/output point p1 of the primary coils 41 to 44.
- the inner peripheral end of the primary coil 42 of the sheet layer 74 is connected to the inner peripheral end of the primary coil 42 of the sheet layer 75 via the via conductor 82a.
- the outer peripheral end of the primary coil 42 of the sheet layer 75 is connected to the outer peripheral end of the primary coil 41 of the sheet layer 72 via the via conductor 82b.
- the inner peripheral end of the primary coil 41 of the sheet layer 72 is connected to the inner peripheral end of the primary coil 41 of the sheet layer 73 via the via conductor 82c.
- the primary coil 41 and the primary coil 43 of the sheet layer 73 are connected in series, and the inner peripheral end of the primary coil 43 is connected to the inner peripheral end of the primary coil 43 of the sheet layer 72 via the via conductor 82d.
- the outer peripheral end of the primary coil 43 of the sheet layer 72 is connected to the outer peripheral end of the primary coil 44 of the sheet layer 75 through a via conductor 82e.
- the inner peripheral end of the primary coil 44 of the sheet layer 75 is connected to the inner peripheral end of the primary coil 44 of the sheet layer 74 through a via conductor 82f.
- the outer peripheral end of the primary coil 44 of the sheet layer 74 serves as the signal input/output point p2.
- the transformer 1M of the modified example 13 has via conductors 82a to 82f that connect multiple conductor patterns 80 for forming the primary coils 41 to 44.
- the via conductor 82c that connects the two conductor patterns 80 in the primary coil 41 is disposed between both ends E, E of the conductor pattern 80 for forming the secondary coils 51 and 52 when viewed from the first direction x1.
- the via conductor 82f that connects the two conductor patterns 80 in the primary coil 44 is disposed between both ends E, E of the conductor pattern 80 for forming the secondary coils 53 and 54 when viewed from the first direction x1.
- the area between both ends E, E refers to the area between one end E and the other end E of the conductor pattern 80 that forms the secondary coil when the one end E and the other end E are connected by the shortest distance.
- the other via conductors 82a, 82b, 82d, and 82e are disposed at positions that do not overlap with the secondary coils 51 to 54 when viewed from the first direction x1.
- FIG. 26 is a schematic diagram of a transformer 1N according to a fourteenth variation of the embodiment.
- FIG. 27 is a diagram showing the conductor pattern 80 and via conductors 82a to 82f of the transformer 1N.
- the cross section of transformer 1N shown in Figure 26 is an example of variant 1 shown in Figure 21B, in which the primary coil has two turns.
- Each of the primary coils 41 to 44 shown in FIG. 27 is formed from a spiral planar coil.
- the arrows on the conductor pattern 80 shown in the figure indicate the direction of current flowing through the primary coils 41 to 44, and indicate the direction of current in the positive half cycle of the AC voltage waveform.
- the winding directions of the primary coils 41 to 44 are alternately reversed in the order in which they are lined up in the second direction x2.
- Each of the secondary coils 51 to 54 is formed from a U-shaped planar coil.
- the coil of transformer 1N shown in FIG. 26 is formed from multiple sheet layers.
- the coil is formed by stacking six sheet layers 71, 72, 73, 74, 75, and 76 in order in the direction from the first base 11 to the second base 12.
- the first sheet layer 71 which is the top layer, has a 3/4 turn secondary coil 51 and a 3/4 turn secondary coil 53 formed.
- the second sheet layer 72 has a 2.5 turn primary coil 42 and a 2.5 turn primary coil 43 formed.
- the third sheet layer 73 has a 3.5 turn primary coil 42 and a 3.5 turn primary coil 43 formed.
- the fourth sheet layer 74 has a 3.5 turn primary coil 41 and a 3.5 turn primary coil 44 formed.
- the fifth sheet layer 75 has a 2.5 turn primary coil 41 and a 2.5 turn primary coil 44 formed.
- the sixth sheet layer 76 which is the bottom sheet layer, has a 3/4 turn secondary coil 52 and a 3/4 turn secondary coil 54 formed.
- the outer peripheral end of the primary coil 42 of the sheet layer 72 serves as the signal input/output point p1 for the primary coils 41 to 44.
- the inner peripheral end of the primary coil 42 of the sheet layer 72 is connected to the inner peripheral end of the primary coil 42 of the sheet layer 73 via the via conductor 82a.
- the outer peripheral end of the primary coil 42 of the sheet layer 73 is connected to the outer peripheral end of the primary coil 41 of the sheet layer 74 via the via conductor 82b.
- the inner peripheral end of the primary coil 41 of the sheet layer 74 is connected to the inner peripheral end of the primary coil 41 of the sheet layer 75 via the via conductor 82c.
- the primary coil 41 and the primary coil 44 of the sheet layer 75 are connected in series, and the inner peripheral end of the primary coil 44 is connected to the inner peripheral end of the primary coil 44 of the sheet layer 74 via the via conductor 82d.
- the outer peripheral end of the primary coil 44 of the sheet layer 74 is connected to the outer peripheral end of the primary coil 43 of the sheet layer 73 through a via conductor 82e.
- the inner peripheral end of the primary coil 43 of the sheet layer 73 is connected to the inner peripheral end of the primary coil 43 of the sheet layer 72 through a via conductor 82f.
- the outer peripheral end of the primary coil 43 of the sheet layer 72 serves as the signal input/output point p2.
- Transformer 1N of variant 14 has via conductors 82a-82f that connect multiple conductor patterns 80 for forming primary coils 41-44.
- Via conductor 82a that connects two conductor patterns 80 in primary coil 42 is arranged between both ends E, E of conductor pattern 80 for forming secondary coils 51, 52 when viewed from first direction x1.
- via conductor 82f that connects two conductor patterns 80 in primary coil 43 is arranged between both ends E, E of conductor pattern 80 for forming secondary coils 53, 54 when viewed from first direction x1.
- Between both ends E, E is the region between one end E and the other end E of conductor pattern 80 that forms the secondary coil when connecting them at the shortest distance.
- the other via conductors 82b, 82c, 82d, 82e are arranged at positions that do not overlap with secondary coils 51-54 when viewed from first direction x1.
- FIG. 28 shows a circuit diagram of another example of an LLC converter 5A according to an embodiment of the present invention.
- the LLC converter 5A includes a primary circuit 6, a transformer 1, and a secondary circuit 7.
- the LLC converter 5A also includes a resonant capacitor C11 and an external inductor Lex.
- the external inductor Lex is provided on a path connecting the primary circuit 6 and the transformer 1.
- the external inductor Lex is connected in series to the transformer 1 and to the primary circuit 6 via the resonant capacitor C11.
- the LLC converter 5A includes the above-mentioned transformer 1, an external inductor Lex connected in series to the transformer 1, and a resonant capacitor C11 connected in series to the external inductor Lex.
- This configuration enables soft switching operation of the LLC converter 5A. This allows the LLC converter 5A to operate with high efficiency and low noise.
- the transformer used in the LLC converter 5A is not limited to transformer 1, and the same applies to transformers 1A to 1N.
- the transformer of Example 1 includes a core 10 having a first base 11, a second base 12 provided opposite the first base 11, and four or more legs (e.g., 21 to 24) provided between the first base 11 and the second base 12, and a primary winding group 31 and a secondary winding group 32 wound around the core 10.
- the four or more legs are spaced apart in a second direction x2 that intersects with a first direction x1 in which the first base 11 and the second base 12 face each other.
- the primary winding group 31 includes four or more primary coils (e.g., 41 to 44), and the secondary winding group 32 includes two or more secondary coils (e.g., 51 to 54).
- the four or more primary coils are wound in correspondence with the four or more legs and connected in series.
- the winding directions of the two primary coils wound in correspondence with two legs adjacent to each other in the second direction x2 are opposite to each other.
- a primary coil and a secondary coil are wound around two or more of the four or more legs, and another primary coil different from the two or more legs is wound around two or more of the four or more legs.
- the primary coil 41 and secondary coils 51, 52 are wound around leg 21, and the primary coil 44 and secondary coils 53, 54 are wound around leg 24.
- the other primary coil 42 is wound around leg 22, and only the other primary coil 43 is wound around leg 23.
- the primary coil 42 and secondary coils 51, 52 are wound around leg 22, and the primary coil 43 and secondary coils 53, 54 are wound around leg 23.
- the other primary coil 41 is wound around leg 21, and only the other primary coil 44 is wound around leg 24.
- the magnetic flux generated by the primary winding group 31 can be linked to the secondary coil wound around two or more legs without being linked to the secondary coil in the other two or more legs. This allows magnetic fluxes of different magnitudes to be generated in multiple regions, and the leakage inductance of the transformer can be increased.
- the transformer of Example 2 is the transformer described in Example 1, and two or more secondary coils wound corresponding to two or more legs may be connected in parallel with each other.
- the transformer of Example 3 is the transformer described in Example 1 or 2, in which magnetic flux is generated in each of the four or more legs when a current flows through the primary winding group 31.
- the primary winding group 31 may be wound around the four or more legs such that the magnetic fluxes generated in two legs adjacent to each other in the second direction x2 are generated in directions that reinforce each other.
- the transformer of Example 4 is a transformer according to any one of Examples 1 to 3, in which the primary winding group 31 is composed of two primary windings 31a, 31b.
- the secondary winding group 32 is composed of two secondary windings 32a, 32b that correspond one-to-one to the two primary windings 31a, 31b.
- Each of the two primary windings 31a, 31b is composed of a primary coil and another primary coil connected in series.
- Each of the two secondary windings 32a, 32b may be composed of two secondary coils connected in parallel.
- the transformer of Example 5 is a transformer described in any one of Examples 1 to 4, and the core 10 may have a first core 10a including a first base 11 and four or more legs, and a second core 10b including a second base 12.
- the core 10 By having the core 10 include four or more legs in this way, the magnetic flux generated by the primary winding group 31 can be linked to the secondary coil wound around two or more legs with a simple structure. This allows magnetic fluxes of different magnitudes to be generated in multiple regions, and the leakage inductance of the transformer can be increased.
- the transformer of Example 6 is the transformer described in any one of Examples 1 to 5, in which the four or more legs are arranged side by side along the second direction x2.
- the distance Ia in the first direction x1 between the leg located outermost in the second direction x2 among the four or more legs and the first base 11 or the second base 12, and the distance Ib in the first direction x1 between the leg located more inward than the outermost leg and the first base 11 or the second base 12 may be different from each other.
- the transformer of Example 7 is the transformer of any one of Examples 1 to 6, in which the four or more legs are arranged side by side along the second direction x2. At least one of the cross-sectional areas of the legs located on the outermost side in the second direction x2, the cross-sectional area of the legs located on the inner side of the outermost side, the cross-sectional area of the first base 11 on a surface perpendicular to the second direction x2, and the cross-sectional area of the second base 12 on a surface perpendicular to the second direction x2 may be different.
- the transformer of Example 8 is a transformer described in any one of Examples 1 to 7, in which the number of turns of the primary coil in the leg on which the primary coil and secondary coil are wound may be different from the number of turns of the primary coil in the leg on which the other primary coil is wound.
- the transformer of Example 9 is a transformer described in any one of Examples 1 to 8, and the number of turns of the primary coil in the leg on which the other primary coil is wound may be less than the number of turns of the primary coil in the leg on which the primary coil and secondary coil are wound.
- the transformer of Example 10 is the transformer described in any one of Examples 1 to 9, in which the four or more legs are arranged side by side along the second direction x2. Of the four or more legs, the leg located on the outermost side in the second direction x2 and the leg located on the inner side of the outermost side may be made of materials having different magnetic permeabilities.
- the transformer of Example 11 is the transformer described in any one of Examples 1 to 10, in which a gap g is provided between the leg and the first base 11 or between the leg and the second base 12.
- Each of the four or more primary coils and the two or more secondary coils may be arranged in a position that does not overlap with the gap g when viewed from a third direction x3 that is perpendicular to both the first direction x1 and the second direction x2.
- the transformer of Example 12 is a transformer described in any one of Examples 1 to 11, and the two primary coils wound corresponding to two adjacent legs in the second direction x2 may overlap between the two legs when viewed from the first direction x1.
- the transformer of Example 13 is a transformer described in any one of Examples 1 to 12, and the primary winding group 31 and the secondary winding group 32 may be formed by a conductor pattern 80 provided on a printed circuit board 70.
- the transformer of Example 14 is the transformer described in Example 13, and the printed circuit board 70 is formed by stacking multiple sheet layers.
- the multiple sheet layers have multiple conductor patterns 80 and one or more shielding layers 85.
- the one or more shielding layers 85 may be provided between the multiple conductor patterns 80.
- the transformer of Example 15 is the transformer of Example 13 or 14, and has via conductors 82a to 82f that connect multiple conductor patterns 80 to form the primary coil.
- the via conductor (e.g., 82f) for forming the primary coil of the leg on which the primary coil and secondary coil are wound may be disposed between both ends E, E of the conductor pattern that forms the secondary coil when viewed from the first direction x1.
- the transformer of Example 16 is the transformer described in Examples 1 to 15, in which two secondary coils are wound on each of the two or more legs.
- the two secondary coils may be arranged on both outsides of the primary coil in the first direction x1.
- the transformer of Example 17 may be the transformer described in Example 16, with a bus bar 60 connected to the secondary coil.
- the DC-DC converter of Example 18 includes a transformer as described in any one of Examples 1 to 17 and a resonant capacitor C11 connected in series to the transformer.
- the gain of the DCDC converter can be made to have a wide range.
- the DC-DC converter of Example 19 includes a transformer as described in any one of Examples 1 to 17, an external inductor Lex connected in series to the transformer, and a resonant capacitor C11 connected in series to the external inductor Lex.
- This configuration enables soft switching operation of the DCDC converter. This allows the DCDC converter to operate with high efficiency and low noise.
- the first base 11 and the second base 12 are rectangular and the multiple legs are arranged in sequence along the linear second direction x2, but this is not limited to the example.
- the second direction x2 may be a curved direction.
- the first base 11 and the second base 12 are curved along the second direction x2, and the multiple legs are arranged in sequence along the curved second direction x2.
- the transformer disclosed herein is useful as a transformer for use as a power source for on-board auxiliary equipment.
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Abstract
変圧器の漏れインダクタンスを大きくする。変圧器(1)は、第1基部(11)と第2基部(12)と脚部(21)~(24)とを有するコア(10)、コア(10)に巻かれる1次巻線群(31)および2次巻線群(32)、を備える。脚部(21)~(24)は、第1基部(11)と第2基部(12)とが対向する第1方向(x1)と交差する第2方向(x2)において間隔を空けて配置される。1次巻線群(31)は1次コイル(41)~(44)を含み、2次巻線群(32)は2次コイル(51)~(54)を含む。1次コイル(41)~(44)は、脚部(21)~(24)に対応して巻かれ、直列接続される。第2方向(x2)に隣り合う2つの脚部に対応する2つの1次コイルの巻き方向は、互いに逆である。脚部(21)~(24)のうち2つの脚部の各々に1次コイルおよび2次コイルが巻かれ、他の2つの脚部の各々に他の1次コイルが巻かれる。
Description
本開示は、1次巻線および2次巻線を有する変圧器、および、変圧器を備えるDCDCコンバータに関する。
従来、1次巻線および2次巻線を有する変圧器が知られている。特許文献1の変圧器では、コアの所定の箇所にて大きさに差のある磁束を発生させることで、漏れインダクタンス(リーケージインダクタンス)を得ている。
しかしながら特許文献1に記載された変圧器では、大きさに差のある磁束をコアの所定の箇所でしか発生させることができないので、大きな漏れインダクタンスを得ることが困難である。
本開示は、漏れインダクタンスを大きくすることができる変圧器等を提供する。
本開示の一態様に係る変圧器は、第1基部、前記第1基部に対向して設けられる第2基部、および、前記第1基部と前記第2基部との間に設けられる4以上の脚部を有するコアと、前記コアに巻かれる1次巻線群および2次巻線群と、を備え、前記4以上の脚部は、前記第1基部と前記第2基部とが対向する第1方向と交差する第2方向において間隔を空けて配置され、前記1次巻線群は、4以上の1次コイルを含み、前記2次巻線群は、2以上の2次コイルを含み、前記4以上の1次コイルは、前記4以上の脚部に対応して巻かれ、直列接続されており、前記第2方向に隣り合う2つの前記脚部に対応して巻かれた2つの前記1次コイルのそれぞれの巻き方向は、互いに逆の巻き方向であり、前記4以上の脚部のうち2以上の脚部のそれぞれには、前記1次コイルおよび前記2次コイルが巻かれ、前記4以上の脚部のうち、前記2以上の脚部とは異なる他の2以上の脚部のそれぞれには、前記1次コイルとは異なる他の1次コイルが巻かれている。
本開示の一態様に係るDCDCコンバータは、上記の変圧器と、前記変圧器に直列接続された共振コンデンサと、を備える。
本開示の一態様に係るDCDCコンバータは、上記の変圧器と、前記変圧器に直列接続された外付けインダクタと、前記外付けインダクタに直列接続された共振コンデンサと、を備える。
本開示の変圧器等によれば、漏れインダクタンスを大きくすることができる。
(本開示に至る経緯)
本開示に至る経緯について、図1~図3を参照しながら説明する。
本開示に至る経緯について、図1~図3を参照しながら説明する。
図1は、比較例のLLCコンバータ105の一例を示す回路である。
図1には、変圧器(トランス)およびスイッチ回路等が示されている。また同図には、入力電圧Vin、出力電圧Voutおよび巻数比Nの一例も示されている。また、この回路には、等価回路として示される変圧器の励磁インダクタンスLm、漏れインダクタンスLr、および、共振コンデンサのキャパシタンスCrも示されている。
図2は、比較例のLLCコンバータ105のゲイン特性の一例を示す図である。
同図の横軸には正規化周波数が示され、縦軸にはLLCコンバータ105のゲインである伝達関数が示されている。同図におけるmは、励磁インダクタンスLmと漏れインダクタンスLrとの比であり、m=Lm/Lr・・・(式1)によって算出される。
車載補機用電源では、入力電圧や出力電圧に応じたワイドレンジ動作が求められる。そのため、例えば、巻数比Nの大きい変圧器を使用して降圧比を大きくし、動作周波数を変えることでゲイン(入出力電圧比)の調整が行われる。
図2に示すように、上記の比mを小さくするほど、周波数の変化に対するゲインの変化をワイドレンジ化することができる。前述した(式1)に基づくと、例えば漏れインダクタンスLrを大きくすることで、比mを小さくすることができる。よって、LLCコンバータ105においてワイドレンジ動作を行うためには、変圧器の漏れインダクタンスLrを、ある程度大きくする必要があると考えられる。
例えば、複数の変圧器を用いることで大きな漏れインダクタンスLrを得ることもできるが、複数の変圧器を用いると変圧器の全体の面積が大きくなるという問題がある。
図3は、変圧器を構成するコアの組み合わせ例を示す図である。図3には、1次巻線が実線の矢印で示され、2次巻線が一点鎖線の矢印で示されている。
図3の(a)には、3つの脚部を有する凹凸状のE型コアと、板状のI型コアとを組み合わせた2組のコアによって構成される変圧器が示されている。同図に示すように、2組のコアをそのまま用いただけでは、変圧器の全体の面積が大きくなる。
図3の(b)には、2組のコアの隣り合う脚部をくっつけて一体化した変圧器が示されている。この例では、一体化した脚部を中央脚とし、中央脚にて磁束が打ち消されるように1次巻線が巻かれている。同図に示すように、一体化した分、変圧器の面積は小さくなるが、全体の面積は依然として大きい。
図3の(c)には、図3の(b)に示す変圧器から中央脚を取り除いた例が示されている。中央脚は磁束が打ち消される脚であるので、取り除いても実質的な機能低下は無い。図3の(c)に示すように中央脚を無くすことで、図3の(a)に示す変圧器と同じ機能を有する小型の変圧器を実現できると考えられる。
これらの考えに基づき、本開示は、小型でありながら大きな漏れインダクタンスを得ることができる変圧器等を提案する。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺などは必ずしも一致していない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。
また、各図には、互いに直交する3方向を意味するx1軸、x2軸およびx3軸を示し、必要に応じてこれらの軸および当該軸に沿う軸方向を説明のために用いる。なお、各軸は、説明のために付されたものであり、変圧器が使用される方向および姿勢を限定するものではない。
(実施の形態)
[LLCコンバータの構成]
実施の形態に係る変圧器を備えるLLCコンバータについて説明する。なおLLCコンバータは、DCDCコンバータの一例である。
[LLCコンバータの構成]
実施の形態に係る変圧器を備えるLLCコンバータについて説明する。なおLLCコンバータは、DCDCコンバータの一例である。
図4は、実施の形態のLLCコンバータ5を示す回路である。
LLCコンバータ5は、1次側回路6と、変圧器1と、2次側回路7と、を備えている。また、LLCコンバータ5は、共振コンデンサC11を備えている。共振コンデンサC11は、1次側回路6と変圧器1とを結ぶ経路上に設けられている。
1次側回路6は、一対の1次ポートp11およびp12と、バイパスコンデンサと、4つのスイッチ素子s11、s12、s13およびs14を有するフルブリッジ回路と、によって構成されている。
スイッチ素子s11の一端は一方の1次ポートp11に接続され、他端はスイッチ素子s12の一端に接続されている。スイッチ素子s12の他端は他方の1次ポートp12に接続されている。スイッチ素子s13の一端は一方の1次ポートp11に接続され、他端はスイッチ素子s14の一端に接続されている。スイッチ素子s14の他端は他方の1次ポートp12に接続されている。
2次側回路7は、一対の2次ポートp21およびp22と、4つのスイッチ素子s21、s22、s23およびs24と、4つのバイパスコンデンサと、によって構成されている。
変圧器1は、1次側回路6と2次側回路7との間に設けられている。変圧器1は、1次巻線群31と2次巻線群32とを備える複合トランスである。
1次巻線群31は、直列接続された2つの1次巻線31aおよび31bによって構成されている。2つの1次巻線のうちの一方の1次巻線31aの一端は、共振コンデンサC11を介して、スイッチ素子s11とs12との間のノードに配線接続されている。一方の1次巻線31aの他端は、他方の1次巻線31bの一端に配線接続されている。他方の1次巻線31bの他端は、スイッチ素子s13とs14との間のノードに配線接続されている。
2次巻線群32は、並列接続された2つの2次巻線32aおよび32bによって構成されている。2つの2次巻線32a、32bは、前述した2つの1次巻線31a、31bに一対一の対応で配置されている。
2つの2次巻線のうちの一方の2次巻線32aの一端は、スイッチ素子s21を介して他方の2次ポートp22に配線接続されている。一方の2次巻線32aの他端は、スイッチ素子s22を介して他方の2次ポートp22に配線接続されている。一方の2次巻線32aはセンタータップを有し、当該センタータップは一方の2次ポートp21に配線接続されている。
2つの2次巻線のうちの他方の2次巻線32bの一端は、スイッチ素子s23を介して他方の2次ポートp22に配線接続されている。他方の2次巻線32bの他端は、スイッチ素子s24を介して他方の2次ポートp22に配線接続されている。他方の2次巻線32bはセンタータップを有し、当該センタータップは一方の2次ポートp21に配線接続されている。
また、図4に示す回路には、等価回路として示される変圧器1の励磁インダクタンスLma、Lmb、漏れインダクタンスLra、Lrbおよび共振コンデンサC11のキャパシタンスCrも示されている。
励磁インダクタンスLmaは、一方の1次巻線31aおよび一方の2次巻線32aの励磁インダクタンスであり、漏れインダクタンスLraは、一方の1次巻線31aおよび一方の2次巻線32aの漏れインダクタンスである。励磁インダクタンスLmbは、他方の1次巻線31bおよび他方の2次巻線32bの励磁インダクタンスであり、漏れインダクタンスLrbは、他方の1次巻線31bおよび他方の2次巻線32bの漏れインダクタンスである。
[変圧器の構成]
上記のLLCコンバータ5が備える変圧器1の具体的な構成について説明する。
上記のLLCコンバータ5が備える変圧器1の具体的な構成について説明する。
図5は、変圧器1の外観図である。図5の(a)には、変圧器1の斜視図が示され、(b)には、(a)に示す変圧器1の第1コア10aの第1基部11を取り除いた図が示されている。
変圧器1は、コア10と、1次巻線群31と、2次巻線群32と、を備えている。
図6は、変圧器1のコア10を示す図である。同図には、コア10を2つに分解した状態が示されている。
図6に示すように、コア10は、第1コア10aおよび第2コア10bを有している。第1コア10aは、第1基部11、ならびに、4つの脚部21、22、23および24によって構成されている。第1コア10aは、第1基部11ならびに4つの脚部21~24が一体成形されることで形成される。第2コア10bは、第2基部12によって構成されている。
つまりコア10は、第1基部11と、第2基部12と、4つの脚部21~24と、を有している。4つの脚部21~24は、第1基部11に接続されている。第1基部11、第2基部12および4つの脚部21~24のそれぞれは、例えばMn-Zn系フェライトなどの磁性体によって形成されている。
第1基部11は、板状である。第2基部12は、板状であり、第1基部11に対向して設けられている。第1基部11と第2基部12とが対向する方向である第1方向x1からコア10を見た場合、第1基部11および第2基部12は、長方形状であり、少なくとも一部が重なっている。
各脚部21~24は、第1方向x1を軸方向とする柱状の形状を有している。各脚部21~24は、第1基部11と第2基部12との間に設けられており、第1方向x1において第2基部12と接触している、または、ギャップ(間隙)を介して対向している。各脚部21~24は、第1方向x1と交差する第2方向x2において間隔を空けて配置されている。脚部21~24は、直線状に進む方向である第2方向x2に沿って順に並んで配置されている。本実施の形態では、第1方向x1および第2方向x2は、互いに直交している。
以降において、第1基部11と第2基部12とが対向する方向を第1方向x1と呼び、複数の脚部21~24が並んで配列されている方向を第2方向x2と呼ぶ。また、第1方向x1および第2方向x2の両方に垂直な方向を第3方向x3と呼ぶ場合がある。
複数の脚部21~24のうちの脚部21および24は、第2方向x2において最も外側に位置している。脚部21および24は、第1方向x1に垂直な面の断面が長方形状である。脚部21および24は、長方形状の短辺が第2方向x2に沿う軸に対して平行となるように配置されている。第1コア10aは、最外の脚部21および24の中間に位置する中心線を基準として左右対称の形状をしている。
脚部22および23は、第2方向x2において、両外側に設けられた脚部21、24よりも内側に位置している。脚部22および23は、第1方向x1に垂直な面の断面が長円形状である。脚部22および23は、長円形状の幅が第2方向x2に沿う軸に対して平行となるように配置されている。脚部22および23の断面は、円形、楕円形、多角形またはオーバル形状であってもよい。
なお上記では、全ての脚部21~24が第1基部11に接続されている例を示したがそれに限られない。全ての脚部21~24が、第1基部11でなく第2基部12に接続されていてもよい。また、4つの脚部21~24の一部の脚部が第1基部11に接続され、残りの脚部が第2基部12に接続されてもよい。また、脚部21~24は、必ずしも第1基部11または第2基部12に直接的に接続されていなくてもよい。例えば脚部21~24は、磁性材料を有しない非磁性材料部位を介して、第1基部11および第2基部12に接続されてもよい。また、脚部21~24が、他の支持部材によって保持されている場合、脚部21~24と第1基部11との間、または、脚部21~24と第2基部12との間にギャップが設けられてもよい。
また、4つの脚部21~24は、第1方向x1において2つに分割されていてもよい。例えば、各脚部21~24を第1方向x1において2分割する場合、分割する一方の部位が第1基部11に接続され、他方の部位が第2基部12に接続されてもよい。この場合、脚部は、第1基部11および第2基部12の両方から互いに向き合うように突出することとなる。向き合った2つの脚部の対向領域には、ギャップが設けられてもよい。
図7は、変圧器1の模式図である。図7では、1次巻線群31が幅狭ハッチングで示され、2次巻線群32が幅広ハッチングで示されている。
1次巻線群31および2次巻線群32は、例えば、プリント回路基板70(図5参照)の内部または表面に設けられる。プリント回路基板70は、4つの貫通穴を有している。コア10の脚部21~24は、それぞれ、プリント回路基板70の4つの貫通穴に挿入される。脚部21~24が4つの貫通穴に挿入されることで、1次巻線群31および2次巻線群32が各脚部に巻かれた状態となる。実際のプリント回路基板70は、図5に示された大きさよりも大きく、前述した1次側回路6および2次側回路7などが実装される。
なお、1次巻線群31および2次巻線群32は、プリント回路基板70に形成されるのでなく、絶縁皮膜を有するワイヤが脚部に巻回されることで形成されてもよい。以降の模式図では、図7と同様に、プリント回路基板70の基材の図示を省略し、プリント回路基板70の1次巻線群31および2次巻線群32のみを図示する場合がある。
1次巻線群31は、4以上の1次コイルを含む。この例における1次巻線群31は、4つの1次コイル41、42、43および44を有している。
4つの脚部のうち2つの脚部21、24には、それぞれ、1次コイル41、44が巻かれている。4つの脚部のうち、2つの脚部21、24とは異なる他の2つの脚部22、23には、それぞれ、1次コイル41、44とは異なる他の1次コイル42、43が巻かれている。つまり1次コイル41、42、43、44は、脚部21、22、23、24に一対一の対応で巻かれている。
前述したように、1次巻線群31は、2つの1次巻線31a、31bによって構成されている。2つの1次巻線31a、31bのそれぞれは、直列接続された1次コイルおよび他の1次コイルによって構成されている。具体的には、一方の1次巻線31aは、1次コイル41と、1次コイル41に直列接続された他の1次コイル42と、によって構成されている。他方の1次巻線31bは、1次コイル44と、1次コイル44に直列接続された他の1次コイル43と、によって構成されている。1次巻線31aおよび31bは直列接続されているので、これら4つの1次コイル41~44は直列接続されている。
なお、1次コイル41~44の接続関係は上記に限られず、例えば、1次コイル41と他の1次コイル43とが直列接続され、1次コイル44と他の1次コイル42とが直列接続されてもよい。1次コイル41と1次コイル44とが直列接続され、他の1次コイル42と他の1次コイル43とが直列接続されてもよい。4つの1次コイル41~44は、順不同に直列接続されていればよい。
各脚部21~24に巻かれた各1次コイル41~44の巻数は、同じである。また、第2方向x2に隣り合う2つの脚部に対応して巻かれた2つの1次コイルのそれぞれの巻き方向は、互いに逆の巻き方向である。
例えば、第1基部11から第2基部12を向く方向(第1方向x1の矢印の反対方向)で変圧器1を見た場合、脚部21に巻かれた1次コイル41は時計回りであり、脚部22に巻かれた他の1次コイル42は反時計回りであり、脚部23に巻かれた他の1次コイル43は時計回りであり、脚部24に巻かれた1次コイル44は反時計回りである。このように、1次コイル41~44は、第2方向x2に並んでいる順に、巻き方向が交互に逆巻きとなっている。なお、上記の時計回りおよび反時計回りの関係は逆であってもよい。
2次巻線群32は、2以上の2次コイルを含む。この例における2次巻線群32は、4つの2次コイル51、52、53および54を有している。
前述したように、2次巻線群32は、2つの2次巻線32a、32bによって構成されている。2つの2次巻線32a、32bのそれぞれは、並列接続された2つの2次コイルによって構成されている。具体的には、一方の2次巻線32aは、並列接続された2つの2次コイル51、52によって構成され、他方の2次巻線32bは、並列接続された2つの2次コイル53、54によって構成されている。2次巻線32aおよび32bは並列接続されているので、これら4つの2次コイル51~54は互いに並列接続されている。
4つの脚部21~24のうちの2つの脚部21、24には、前述した1次コイルに加え、2次コイルも巻かれている。例えば、脚部21には、2つの2次コイル51、52が巻かれ、脚部24には、2つの2次コイル53、54が巻かれている。それに対し、他の2つの脚部22、23には、2次コイルが巻かれておらず、他の1次コイル42、43のみが巻かれている。なおこの例では、2次コイルの巻数は、1次コイルの巻数よりも少ない。
図7における2次コイル51~54は、巻数が1ターン以下であるので巻き方向を所定の方向に特定する必要はないが、巻数が1ターン以上である場合、以下に示す巻き方向であってもよい。例えば、脚部21に巻かれた2つの2次コイル51、52の巻き方向は同じであってもよい。脚部24に巻かれた2つの2次コイル53、54の巻き方向は同じであってもよい。脚部21に巻かれた2次コイル51、52と脚部24に巻かれた2次コイル53、54との巻き方向は逆であってもよい。また、脚部21に巻かれた2次コイル51、52および1次コイル41の巻き方向は同じであってもよい。脚部24に巻かれた2次コイル53、54および1次コイル44の巻き方向は同じであってもよい。
図8は、変圧器1に発生する磁束を示す図である。
同図には、1次巻線群31に電流が流された場合にコア10に発生する磁束であって、交流電圧波形のプラス側の半周期における磁束が矢印で示されている。なお、マイナス側の半周期では、矢印の方向が逆となる。
磁束φa1は、1次コイル41および他の1次コイル42によってコア10に発生する磁束である。磁束φa1は、脚部21、第2基部12の一部、脚部22、第1基部11の一部を含むループ状の第1の磁気回路mc1に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部21、22にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部21、22に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φa1は、脚部21において一方の2次巻線32a(すなわち2次コイル51、52)と鎖交し、脚部22において2次巻線群32と鎖交しない。
磁束φbは、他の1次コイル42および他の1次コイル43によってコア10に発生する磁束である。磁束φbは、脚部22、第1基部11の一部、脚部23、第2基部12の一部を含むループ状の第2の磁気回路mc2に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部22、23にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部22、23に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φbは、脚部22、23のそれぞれにおいて2次巻線群32と鎖交しない。
磁束φa2は、他の1次コイル43および1次コイル44によってコア10に発生する磁束である。磁束φa2は、脚部23、第2基部12の一部、脚部24、第1基部11の一部を含むループ状の第3の磁気回路mc3に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部23、24にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部23、24に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φa2は、脚部23において2次巻線群32と鎖交せず、脚部24において他方の2次巻線32b(すなわち2次コイル53、54)と鎖交する。
本実施の形態の変圧器1では、1次巻線群31に電流が流された場合、4つの脚部21~24のそれぞれに磁束が発生する。1次巻線群31は、第2方向x2に隣り合う2つの脚部にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、4つの脚部21~24に巻かれている。すなわち、変圧器1では、第2方向x2に隣り合う2つの脚部の磁束を強め合う向きに1次巻線群31に電流が流れる。
また、本実施の形態の変圧器1では、1次巻線群31によって発生した磁束φa1が脚部21に巻かれた2次巻線32aに鎖交するように構成されている。これにより、脚部21および22を含む第1の磁気回路mc1と脚部22および23を含む第2の磁気回路mc2とで、大きさが異なる磁束を生成することができる。また、変圧器1では、1次巻線群31によって発生した磁束φa2が脚部24に巻かれた2次巻線32bに鎖交するように構成されている。これにより、脚部22および23を含む第2の磁気回路mc2と脚部23および24を含む第3の磁気回路mc3とで、大きさが異なる磁束を生成することができる。この変圧器1によれば、大きさの異なる磁束を複数の領域で生成することができるので、漏れインダクタンスを大きくすることができる。
図9は、変圧器1を用いたLLCコンバータ5のゲイン特性の一例を示す図である。
同図の横軸には正規化周波数が示され、縦軸にはゲインである伝達関数が示されている。同図におけるQは、インピーダンスZrと1次換算等価抵抗Racとの比であり、Q=Zr/Rac・・・(式2)によって算出される。なお、インピーダンスZrは、漏れインダクタンスLrと共振コンデンサC11のキャパシタンスCrとの比であり、Zr=√(Lr/Cr)によって算出される。Racは、LLCコンバータを等価回路で表したときの1次換算等価抵抗であり、Rac=8N2R/π2によって算出される。Nは1次巻線群31と2次巻線群32との巻数比であり、Rは負荷抵抗である。
図9に示すように、変圧器1を用いたLLCコンバータ5では、Q値を調整することで、ゲインのレンジを調整することが可能である。例えば、Q値を小さくするほど、ゲインの変化を大きくすることができる。
車載補機用電源(12V)では2次側の電流が大電流となるが、本実施の形態では2次側の2次巻線32a、32bを並列接続している。例えば比較例では、2次側の2次巻線が1つであり1相あたりの電流値が大きくQ値も大きくなるが、実施の形態のLLCコンバータ5では、2次側の2次巻線が2つあるので、1相あたりの電流値およびQ値を小さくすることができる。このように実施の形態のLLCコンバータ5では、Q値を下げることができるので、ゲインのワイドレンジ化が可能となる。また、LLCコンバータ5では、1相あたりの電流値を小さくすることができるので、導通損失を低減することが可能である。
[変形例1]
実施の形態の変形例1に係る変圧器1Aについて説明する。変形例1では、2次コイル51~54が最も外側の脚部21、24でなく、内側の脚部22、23に設けられている例について説明する。
実施の形態の変形例1に係る変圧器1Aについて説明する。変形例1では、2次コイル51~54が最も外側の脚部21、24でなく、内側の脚部22、23に設けられている例について説明する。
図10は、実施の形態の変形例1に係る変圧器1Aの模式図である。
図10に示すように、変圧器1Aは、コア10と、1次巻線群31と、2次巻線群32と、を備える。コア10は、実施の形態と同様の構成を有している。
図10に示す1次巻線群31は、4以上の1次コイルを含む。1次巻線群31は、4つの1次コイル41、42、43および44を有している。
4つの脚部のうち2つの脚部22、23には、それぞれ、1次コイル42、43が巻かれている。4つの脚部のうち、2つの脚部22、23とは異なる他の2つの脚部21、24には、それぞれ、1次コイル42、43とは異なる他の1次コイル41、44が巻かれている。つまり1次コイル41、42、43、44は、脚部21、22、23、24に一対一の対応で巻かれている。
1次巻線群31は、2つの1次巻線31a、31bによって構成されている。2つの1次巻線31a、31bのそれぞれは、直列接続された1次コイルおよび他の1次コイルによって構成されている。具体的には、一方の1次巻線31aは、1次コイル42と、1次コイル42に直列接続された他の1次コイル41と、によって構成されている。他方の1次巻線31bは、1次コイル43と、1次コイル43に直列接続された他の1次コイル44と、によって構成されている。1次巻線31aおよび31bは直列接続されているので、これら4つの1次コイル41~44は直列接続されている。
各脚部21~24に巻かれた各1次コイル41~44の巻数は、同じである。また、第2方向x2に隣り合う2つの脚部に対応して巻かれた2つの1次コイルのそれぞれの巻き方向は、互いに逆の巻き方向である。
例えば、第1基部11から第2基部12を向く方向(第1方向x1の矢印の反対方向)で変圧器1Aを見た場合、脚部21に巻かれた他の1次コイル41は時計回りであり、脚部22に巻かれた1次コイル42は反時計回りであり、脚部23に巻かれた1次コイル43は時計回りであり、脚部24に巻かれた他の1次コイル44は反時計回りである。このように、1次コイル41~44は、第2方向x2に並んでいる順に、巻き方向が交互に逆巻きとなっている。なお、上記の時計回りおよび反時計回りの関係は逆であってもよい。
図10に示す2次巻線群32は、2以上の2次コイルを含む。2次巻線群32は、4つの2次コイル51、52、53および54を有している。
2次巻線群32は、2つの2次巻線32a、32bによって構成されている。2つの2次巻線32a、32bのそれぞれは、並列接続された2つの2次コイルによって構成されている。具体的には、一方の2次巻線32aは、並列接続された2つの2次コイル51、52によって構成され、他方の2次巻線32bは、並列接続された2つの2次コイル53、54によって構成されている。2次巻線32aおよび32bは並列接続されているので、これら4つの2次コイル51~54は互いに並列接続されている。
4つの脚部21~24のうちの2つの脚部22、23には、前述した1次コイルに加え、2次コイルも巻かれている。例えば、脚部22には、2つの2次コイル51、52が巻かれ、脚部23には、2つの2次コイル53、54が巻かれている。それに対し、他の2つの脚部21、24には、2次コイルが巻かれておらず、他の1次コイル41、44のみが巻かれている。なおこの例では、2次コイルの巻数は、1次コイルの巻数よりも少ない。
図10における2次コイル51~54は、巻数が1ターン以下であるので巻き方向を所定の方向に特定する必要はないが、巻数が1ターン以上である場合、以下に示す巻き方向であってもよい。例えば、脚部22に巻かれた2つの2次コイル51、52の巻き方向は同じであってもよい。脚部23に巻かれた2つの2次コイル53、54の巻き方向は同じであってもよい。脚部22に巻かれた2次コイル51、52と脚部23に巻かれた2次コイル53、54との巻き方向は逆であってもよい。また、脚部22に巻かれた2次コイル51、52および1次コイル42の巻き方向は同じであってもよい。脚部23に巻かれた2次コイル53、54および1次コイル43の巻き方向は同じであってもよい。
図10には、変圧器1Aに発生する磁束も示されている。
磁束φa1は、他の1次コイル41および1次コイル42によってコア10に発生する磁束である。磁束φa1は、脚部21、第2基部12の一部、脚部22、第1基部11の一部を含むループ状の第1の磁気回路mc1に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部21、22にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部21、22に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φa1は、脚部21において2次巻線群32と鎖交せず、脚部22において一方の2次巻線32a(すなわち2次コイル51、52)と鎖交する。
磁束φaは、1次コイル42および1次コイル43によってコア10に発生する磁束である。磁束φaは、脚部22、第1基部11の一部、脚部23、第2基部12の一部を含むループ状の第2の磁気回路mc2に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部22、23にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部22、23に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φaは、脚部22において一方の2次巻線32aと鎖交し、脚部23において他方の2次巻線32bと鎖交する。すなわち、磁束φaは、脚部22、23の両方においてほぼ均等に2次巻線群32と鎖交する。
磁束φa2は、1次コイル43および他の1次コイル44によってコア10に発生する磁束である。磁束φa2は、脚部23、第2基部12の一部、脚部24、第1基部11の一部を含むループ状の第3の磁気回路mc3に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部23、24にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部23、24に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φa2は、脚部23において他方の2次巻線32b(すなわち2次コイル53、54)と鎖交し、脚部24において2次巻線群32と鎖交しない。
変形例1の変圧器1Aでは、1次巻線群31に電流が流された場合、4つの脚部21~24のそれぞれに磁束が発生する。1次巻線群31は、第2方向x2に隣り合う2つの脚部にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、4つの脚部21~24に巻かれている。すなわち、変圧器1Aでは、第2方向x2に隣り合う2つの脚部の磁束を強め合う向きに1次巻線群31に電流が流れる。
また、変形例1の変圧器1Aでは、1次巻線群31によって発生した磁束φa1が脚部22に巻かれた2次巻線32aに鎖交するように構成されている。これにより、脚部21および22を含む第1の磁気回路mc1と脚部22および23を含む第2の磁気回路mc2とで、大きさが異なる磁束を生成することができる。また、変圧器1Aでは、1次巻線群31によって発生した磁束φa2が脚部23に巻かれた2次巻線32bに鎖交するように構成されている。これにより、脚部22および23を含む第2の磁気回路mc2と脚部23および24を含む第3の磁気回路mc3とで、大きさが異なる磁束を生成することができる。この変圧器1Aによれば、大きさの異なる磁束を複数の領域で生成することができるので、漏れインダクタンスを大きくすることができる。
[変形例2]
実施の形態の変形例2に係る変圧器1Bについて説明する。変形例2では、コア10が6つの脚部を有している例について説明する。
実施の形態の変形例2に係る変圧器1Bについて説明する。変形例2では、コア10が6つの脚部を有している例について説明する。
図11は、実施の形態の変形例2に係る変圧器1Bの模式図である。
図11に示すように、変圧器1Bは、コア10と、1次巻線群31と、2次巻線群32と、を備える。
コア10は、第1コア10aおよび第2コア10bを有している。第1コア10aは、第1基部11、ならびに、6つの脚部21、22、23、24、25および26によって構成されている。第2コア10bは、第2基部12によって構成されている。つまりコア10は、第1基部11と、第2基部12と、6つの脚部21~26と、を有している。6つの脚部21~26は、第1基部11に接続されている。
各脚部21~26は、第1方向x1を軸方向とする柱状の形状を有している。各脚部21~26は、第1基部11と第2基部12との間に設けられており、第1方向x1において第2基部12と接触している、または、ギャップを介して対向している。各脚部21~26は、第2方向x2において間隔を空けて配置されている。本変形例における脚部21~26は、第1方向x1に直交する第2方向x2に沿って順に並んで配置されている。
脚部21および26は、第2方向x2において最も外側に位置している。第1コア10aは、最外の脚部21および26の中間に位置する中心線を基準として左右対称の形状をしている。脚部22~25は、第2方向x2において、両外側に設けられた脚部21、26よりも内側に位置している。
図11に示す1次巻線群31は、6つの1次コイル41、42、43、44、45および46を有している。
6つの脚部のうち2つの脚部21、26には、それぞれ、1次コイル41、46が巻かれている。6つの脚部のうち、2つの脚部21、26とは異なる他の4つの脚部22、23、24、25には、それぞれ、1次コイル41、46とは異なる他の1次コイル42、43、44、45が巻かれている。つまり1次コイル41、42、43、44、45、46は、脚部21、22、23、24、25、26に一対一の対応で巻かれている。
1次巻線群31は、2つの1次巻線31a、31bによって構成されている。2つの1次巻線31a、31bのそれぞれは、直列接続された1次コイルおよび他の1次コイルによって構成されている。具体的には、一方の1次巻線31aは、1次コイル41と、1次コイル41に接続された他の1次コイル42と、他の1次コイル42に接続された他の1次コイル43と、によって構成されている。他方の1次巻線31bは、1次コイル46と、1次コイル46に接続された他の1次コイル45と、他の1次コイル45に接続された他の1次コイル44と、によって構成されている。1次巻線31aおよび31bは直列接続されているので、これら6つの1次コイル41~46は直列接続されている。
各脚部21~26に巻かれた各1次コイル41~46の巻数は、同じである。また、第2方向x2に隣り合う2つの脚部に対応して巻かれた2つの1次コイルのそれぞれの巻き方向は、互いに逆の巻き方向である。
例えば、第1基部11から第2基部12を向く方向で変圧器1Bを見た場合、脚部21に巻かれた1次コイル41は時計回りであり、脚部22に巻かれた他の1次コイル42は反時計回りであり、脚部23に巻かれた他の1次コイル43は時計回りであり、脚部24に巻かれた他の1次コイル44は反時計回りであり、脚部25に巻かれた他の1次コイル45は時計回りであり、脚部26に巻かれた1次コイル46は反時計回りである。このように、1次コイル41~46は、第2方向x2に並んでいる順に、巻き方向が交互に逆巻きとなっている。
図11に示す2次巻線群32は、2以上の2次コイルを含む。この例における2次巻線群32は、2つの2次コイル51および53を有している。
2次巻線群32は、2つの2次巻線32a、32bによって構成されている。この例における2次巻線32aは2次コイル51に該当し、2次巻線32bは2次コイル53に該当する。2次巻線32a、32bすなわち2次コイル51、53は、互いに並列接続されている。
6つの脚部21~26のうちの2つの脚部21、26には、前述した1次コイルに加え、2次コイルも巻かれている。例えば、脚部21には、2次コイル51が巻かれ、脚部26には、2次コイル53が巻かれている。それに対し、他の4つの脚部22~25には、2次コイルが巻かれておらず、他の1次コイル42~45のみが巻かれている。
図11には、変圧器1Bに発生する磁束も示されている。
磁束φa1は、1次コイル41および他の1次コイル42によってコア10に発生する磁束である。磁束φa1は、脚部21、第2基部12の一部、脚部22、第1基部11の一部を含むループ状の第1の磁気回路mc1に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部21、22にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部21、22に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φa1は、脚部21において一方の2次巻線32a(すなわち2次コイル51)と鎖交し、脚部22において2次巻線群32と鎖交しなし。
磁束φb1は、他の1次コイル42および他の1次コイル43によってコア10に発生する磁束である。磁束φb1は、脚部22、第1基部11の一部、脚部23、第2基部12の一部を含むループ状の第2の磁気回路mc2に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部22、23にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部22、23に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φb1は、脚部22、23のそれぞれにおいて、2次巻線群32と鎖交しない。
磁束φb2は、他の1次コイル43および他の1次コイル44によってコア10に発生する磁束である。磁束φb2は、脚部23、第2基部12の一部、脚部24、第1基部11の一部を含むループ状の第3の磁気回路mc3に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部23、24にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部23、24に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φb2は、脚部23、24のそれぞれにおいて、2次巻線群32と鎖交しない。
磁束φb3は、他の1次コイル44および他の1次コイル45によってコア10に発生する磁束である。磁束φb3は、脚部24、第1基部11の一部、脚部25、第2基部12の一部を含むループ状の第4の磁気回路mc4に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部24、25にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部24、25に巻かれている。1次巻線群31によっては制した磁束φb3は、脚部24、25のそれぞれにおいて2次巻線群32と鎖交しない。
磁束φa2は、他の1次コイル45および1次コイル46によってコア10に発生する磁束である。磁束φa2は、脚部25、第2基部12の一部、脚部26、第1基部11の一部を含むループ状の第5の磁気回路mc5に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部25、26にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部25、26に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φa2は、脚部25において2次巻線群32と鎖交せず、脚部26において他方の2次巻線32b(すなわち2次コイル53)と鎖交する。
変形例2の変圧器1Bでは、1次巻線群31に電流が流された場合、6つの脚部21~26のそれぞれに磁束が発生する。1次巻線群31は、第2方向x2に隣り合う2つの脚部にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、6つの脚部21~26に巻かれている。すなわち、変圧器1Bでは、第2方向x2に隣り合う2つの脚部の磁束を強め合う向きに1次巻線群31に電流が流れる。
また、変形例2の変圧器1Bでは、1次巻線群31によって発生した磁束φa1が脚部21に巻かれた2次巻線32aに鎖交するように構成されている。これにより、脚部21および22を含む第1の磁気回路mc1と脚部22および23を含む第2の磁気回路mc2とで、大きさが異なる磁束を生成することができる。また、変圧器1Bでは、1次巻線群31によって発生した磁束φa2が脚部26に巻かれた2次巻線32bに鎖交するように構成されている。これにより、脚部24および25を含む第4の磁気回路mc4と脚部25および26を含む第5の磁気回路mc5とで大きさが異なる磁束を生成することができる。この変圧器1Bによれば、大きさの異なる磁束を複数の領域で生成することができるので、漏れインダクタンスを大きくすることができる。
[変形例3]
実施の形態の変形例3に係る変圧器1Cについて説明する。変形例3では、コア10が7つの脚部を有している例について説明する。
実施の形態の変形例3に係る変圧器1Cについて説明する。変形例3では、コア10が7つの脚部を有している例について説明する。
図12は、実施の形態の変形例3に係る変圧器1Cの模式図である。
図12に示すように、変圧器1Cは、コア10と、1次巻線群31と、2次巻線群32と、を備える。
コア10は、第1コア10aおよび第2コア10bを有している。第1コア10aは、第1基部11、ならびに、7つの脚部21、22、23、24、25、26および27によって構成されている。第2コア10bは、第2基部12によって構成されている。つまりコア10は、第1基部11と、第2基部12と、7つの脚部21~27と、を有している。7つの脚部21~27は、第1基部11に接続されている。
各脚部21~27は、第1方向x1を軸方向とする柱状の形状を有している。各脚部21~27は、第1基部11と第2基部12との間に設けられており、第1方向x1において第2基部12と接触している、または、ギャップを介して対向している。各脚部21~27は、第2方向x2において間隔を空けて配置されている。本変形例における脚部21~27は、第1方向x1に直交する第2方向x2に沿って順に並んで配置されている。
脚部21および27は、第2方向x2において最も外側に位置している。脚部24は、第2方向x2において複数の脚部21~27の中央に位置している。第1コア10aは、最外の脚部21および27の中間に位置する中心線を基準として左右対称の形状をしている。脚部22、23、25、26は、第2方向x2において、両外側に設けられた脚部21、27よりも内側に位置している。脚部22、23は、脚部21と脚部24との間に配置され、脚部25、26は、脚部24と脚部27との間に配置されている。
図12に示す1次巻線群31は、7つの1次コイル41、42、43、44、45、46および47を有している。
7つの脚部のうち3つの脚部21、24、27には、それぞれ、1次コイル41、44、47が巻かれている。7つの脚部のうち、3つの脚部21、24、27とは異なる他の4つの脚部22、23、25、26には、それぞれ、1次コイル41、44、47とは異なる他の1次コイル42、43、45、46が巻かれている。つまり1次コイル41、42、43、44、45、46、47は、脚部21、22、23、24、25、26、27に一対一の対応で巻かれている。
1次巻線群31は、複数の1次巻線によって構成されている。複数の1次巻線のそれぞれは、直列接続された1次コイルおよび他の1次コイルによって構成されている。複数の1次巻線は直列接続されており、7つの1次コイル41~47は直列接続されている。
各脚部21~27に巻かれた各1次コイル41~47の巻数は、同じである。また、第2方向x2に隣り合う2つの脚部に対応して巻かれた2つの1次コイルのそれぞれの巻き方向は、互いに逆の巻き方向である。
例えば、第1基部11から第2基部12を向く方向で変圧器1Cを見た場合、脚部21に巻かれた1次コイル41は時計回りであり、脚部22に巻かれた他の1次コイル42は反時計回りであり、脚部23に巻かれた他の1次コイル43は時計回りであり、脚部24に巻かれた1次コイル44は反時計回りであり、脚部25に巻かれた他の1次コイル45は時計回りであり、脚部26に巻かれた他の1次コイル46は反時計回りであり、脚部27に巻かれた1次コイル47は時計回りである。このように、1次コイル41~47は、第2方向x2に並んでいる順に、巻き方向が交互に逆巻きとなっている。
図12に示す2次巻線群32は、複数の2次コイル51、53、55を有している。
2次巻線群32は、複数の2次巻線によって構成されている。複数の2次巻線は、複数の2次コイル51、53、55によって構成されている。複数の2次巻線すなわち複数の2次コイル51、53、55は、互いに並列接続されている。
7つの脚部21~27のうちの3つの脚部21、24、27には、前述した1次コイルに加え、2次コイルも巻かれている。例えば、脚部21には2次コイル51が巻かれ、脚部24には2次コイル55が巻かれ、脚部27には2次コイル53が巻かれている。それに対し、他の4つの脚部22、23、25、26には、2次コイルが巻かれておらず、他の1次コイル42、43、45、46のみが巻かれている。
図12には、変圧器1Cに発生する磁束も示されている。
磁束φa1は、1次コイル41および他の1次コイル42によってコア10に発生する磁束である。磁束φa1は、脚部21、第1基部11の一部、脚部22、第2基部12の一部を含むループ状の第1の磁気回路mc1に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部21、22にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部21、22に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φa1は、脚部21において2次巻線群32(この場合、2次コイル51)と鎖交し、脚部22において2次巻線群32と鎖交しない。
磁束φb1は、他の1次コイル42および他の1次コイル43によってコア10に発生する磁束である。磁束φb1は、脚部22、第2基部12の一部、脚部23、第1基部11の一部を含むループ状の第2の磁気回路mc2に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部22、23にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部22、23に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φb1は、脚部22、23のそれぞれにおいて、2次巻線群32と鎖交しない。
磁束φa2は、他の1次コイル43および1次コイル44によってコア10に発生する磁束である。磁束φa2は、脚部23、第1基部11の一部、脚部24、第2基部12の一部を含むループ状の第3の磁気回路mc3に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部23、24にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部23、24に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φa2は、脚部23において2次巻線群32に鎖交せず、脚部24において2次巻線群32(この場合、2次コイル55)と鎖交する。
磁束φa3は、1次コイル44および他の1次コイル45によってコア10に発生する磁束である。磁束φa3は、脚部24、第2基部12の一部、脚部25、第1基部11の一部を含むループ状の第4の磁気回路mc4に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部24、25にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部24、25に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φa3は、脚部24において2次巻線群32(この場合、2次コイル55)と鎖交し、脚部24において2次巻線群32に鎖交しない。
磁束φb2は、他の1次コイル45および他の1次コイル46によってコア10に発生する磁束である。磁束φb2は、脚部25、第1基部11の一部、脚部26、第2基部12の一部を含むループ状の第5の磁気回路mc5に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部25、26にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部25、26に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φb2は、脚部25、26のそれぞれにおいて、2次巻線群32と鎖交しない。
磁束φa4は、他の1次コイル46および1次コイル47によってコア10に発生する磁束である。磁束φa4は、脚部26、第2基部12の一部、脚部27、第1基部11の一部を含むループ状の第6の磁気回路mc6に形成される。1次巻線群31は、2つの脚部26、27にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、2つの脚部26、27に巻かれている。1次巻線群31によって発生した磁束φa4は、脚部26において2次巻線群32と鎖交せず、脚部27において2次巻線群32(この場合2次コイル53)と鎖交する。
変形例3の変圧器1Cでは、1次巻線群31に電流が流された場合、7つの脚部21~27のそれぞれに磁束が発生する。1次巻線群31は、第2方向x2に隣り合う2つの脚部にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、7つの脚部21~27に巻かれている。すなわち、変圧器1Cでは、第2方向x2に隣り合う2つの脚部の磁束を強め合う向きに1次巻線群31に電流が流れる。
また、変形例3の変圧器1Cでは、1次巻線群31によって発生した磁束φa1が脚部21に巻かれた2次巻線群32に鎖交するように構成されている。これにより、脚部21および22を含む第1の磁気回路mc1と脚部22および23を含む第2の磁気回路mc2とで、大きさが異なる磁束を生成することができる。また、変圧器1Cでは、1次巻線群31によって発生した磁束φa2が脚部24に巻かれた2次巻線群32に鎖交するように構成されている。これにより、脚部22および23を含む第2の磁気回路mc2と脚部23および24を含む第3の磁気回路mc3とで、大きさが異なる磁束を生成することができる。また、変圧器1Cでは、1次巻線群31によって発生した磁束φa3が脚部24に巻かれた2次巻線群32に鎖交するように構成されている。これにより、脚部24および25を含む第4の磁気回路mc4と脚部25および26を含む第5の磁気回路mc5とで、大きさが異なる磁束を生成することができる。また、変圧器1Cでは、1次巻線群31によって発生した磁束φa4が脚部27に巻かれた2次巻線群32に鎖交するように構成されている。これにより、脚部25および26を含む第5の磁気回路mc5と脚部26および27を含む第6の磁気回路mc6とで、大きさが異なる磁束を生成することができる。この変圧器1Cによれば、大きさの異なる磁束を複数の領域で生成することができるので、漏れインダクタンスを大きくすることができる。
[変形例4]
実施の形態の変形例4に係る変圧器1Dについて説明する。変形例4では、コア10の脚部と基部との間のギャップが、それぞれの脚部に応じて異なる例について説明する。
実施の形態の変形例4に係る変圧器1Dについて説明する。変形例4では、コア10の脚部と基部との間のギャップが、それぞれの脚部に応じて異なる例について説明する。
変形例4の変圧器1Dは、コア10と、1次巻線群31と、2次巻線群32と、を備える。
図13Aは、実施の形態の変形例4に係る変圧器1Dの一例を示す模式図である。
図13Aに示すようにコア10は、第1コア10aおよび第2コア10bを有している。第1コア10aは、第1基部11、ならびに、4つの脚部21、22、23および24によって構成されている。4つの脚部21~24は、第2方向x2に沿って並んで配置されている。各脚部21~24は、第1基部11と第2基部12との間に設けられており、第1方向x1において第2基部12と接触している、または、ギャップgを介して対向している。
例えば、コア10の脚部21~24と第2基部12と間にギャップgとなる間隔を設けることで、コア10における飽和磁束密度を緩和させることができる。上記では、変圧器1Dが4つの脚部21~24を有する例を示したがそれに限られず、脚部は4つ以上であってもよい。
また、図13Aに示す例では、第2方向x2において最も外側に位置する脚部21、24と第2基部12との第1方向x1の間隔Iaが、最も外側よりも内側に位置する脚部22、23と第2基部12との第1方向x1の間隔Ibよりも狭くなっている。
図13Bは、変形例4に係る変圧器1Dの他の一例を示す模式図である。図13Bでは、間隔Iaが間隔Ibよりも広くなっている。
上記では4つの脚部21~24と第2基部12との間に間隔が設けられている例を示したが、それに限られず、4つの脚部21~24と第1基部11との間に間隔が設けられていてもよい。なお、脚部と基部との間隔が0であり、脚部と基部とが互いに接触していてもよい。
変形例4では、4つの脚部21~24のうち第2方向x2において最も外側に位置する脚部21、24と第1基部11または第2基部12との第1方向x1の間隔Ia、および、最も外側よりも内側に位置する脚部22、23と第1基部11または第2基部12との第1方向x1の間隔Ibが、互いに異なっている。このように、間隔Iaと間隔Ibとを異ならせることで、所望の大きさの漏れインダクタンスを得ることができる。
[変形例5]
実施の形態の変形例5に係る変圧器1Eについて説明する。変形例5では、コア10の脚部および基部の断面積が異なる例について説明する。
実施の形態の変形例5に係る変圧器1Eについて説明する。変形例5では、コア10の脚部および基部の断面積が異なる例について説明する。
変形例5の変圧器1Eは、コア10と、1次巻線群31と、2次巻線群32と、を備える。
図14は、実施の形態の変形例5に係る変圧器1Eのコア10を示す図である。
図14に示すようにコア10は、第1コア10aおよび第2コア10bを有している。第1コア10aは、第1基部11、ならびに、4つの脚部21、22、23および24によって構成されている。4つの脚部21~24は、第2方向x2に沿って並んで配置されている。なお、脚部の数は4以上であってもよい。
図14では、4つの脚部21~24のうち第2方向x2において最も外側に位置する脚部21、24の断面積と、最も外側よりも内側に位置する脚部22、23の断面積と、第1基部11の断面積とが、異なっている。図14に示す例では、脚部22または23の断面積が、脚部21または24の断面積よりも大きくなっており、かつ、第1基部11の断面積よりも小さくなっている。
なお、断面積は、コア10の断面積であって、磁気経路を形成する磁束に垂直な面の面積である。例えば、脚部の断面積は、脚部を第1方向x1に垂直な面で切断した場合の面積である。基部の断面積は、基部を第2方向x2に垂直な面で切断した場合の面積である。
上記では、脚部21~24および第1基部11の断面積が異なる例を示したがそれに限られない。例えば断面積を異ならせるのは、第2基部12であってもよい。脚部21~24、第1基部11および第2基部12の断面積の大小関係は、上記とは逆であってもよい。
つまり、変形例5の変圧器1Eでは、脚部21、24の断面積、脚部22、23の断面積、第1基部11の第2方向x2に垂直な面の断面積、および、第2基部12の第2方向x2に垂直な面の断面積のうち、少なくとも1つが異なっている。このように、コア10の断面積を部分的に異ならせることで、所望の漏れインダクタンスを得ることができる。
[変形例6]
実施の形態の変形例6に係る変圧器1Fについて説明する。変形例6では、1次コイルの巻数と他の1次コイルの巻数とが異なる例について説明する。
実施の形態の変形例6に係る変圧器1Fについて説明する。変形例6では、1次コイルの巻数と他の1次コイルの巻数とが異なる例について説明する。
図15Aは、実施の形態の変形例6に係る変圧器1Fの一例を示す模式図である。
図15Aに示す変形例6の変圧器1Fは、コア10と、1次巻線群31と、2次巻線群32と、を備える。コア10および2次巻線群32は、実施の形態と同じ構成を有している。
1次巻線群31は、4以上の1次コイルを含む。この例における1次巻線群31は、4つの1次コイル41、42、43および44を有している。なお、1次コイルおよび脚部のそれぞれの数は4以上であってもよい。
4つの脚部のうち2つの脚部21、24には、それぞれ、1次コイル41、44が巻かれている。他の2つの脚部22、23には、それぞれ、他の1次コイル42、43が巻かれている。つまり1次コイル41、42、43、44は、脚部21、22、23、24に一対一の対応で巻かれている。
1次巻線群31は、2つの1次巻線31a、31bによって構成されている。一方の1次巻線31aは、1次コイル41と、1次コイル41に接続された他の1次コイル42と、によって構成されている。他方の1次巻線31bは、1次コイル44と、1次コイル44に接続された他の1次コイル43と、によって構成されている。1次巻線31aおよび31bは直列接続されているので、これら4つの1次コイル41~44は直列接続されている。
第2方向x2に隣り合う2つの脚部に対応して巻かれた2つの1次コイルのそれぞれの巻き方向は、互いに逆の巻き方向である。つまり、1次コイル41~44は、第2方向x2に並んでいる順に、巻き方向が交互に逆巻きとなっている。
図15Aに示す変形例6では、脚部21における1次コイル41の巻数が、脚部22における他の1次コイル42の巻数よりも少なくなっている。また、脚部24における1次コイル44の巻数が、脚部23における他の1次コイル43の巻数よりも少なくなっている。これによれば、1次巻線群31によって発生する磁束のうち脚部21および脚部24のそれぞれにて2次巻線群32と鎖交する磁束を減らすことができ、実施の形態に比べて、漏れインダクタンスを大きくすることができる。
図15Bは、実施の形態の変形例6に係る変圧器1Fの他の一例を示す模式図である。
図15Bに示す変形例6の変圧器1Fは、コア10と、1次巻線群31と、2次巻線群32と、を備える。コア10および2次巻線群32は、変形例1と同じ構成を有している。
1次巻線群31は、4以上の1次コイルを含む。この例における1次巻線群31は、4つの1次コイル41、42、43および44を有している。なお、1次コイルおよび脚部のそれぞれの数は4以上であってもよい。
4つの脚部のうち2つの脚部22、23には、それぞれ、1次コイル42、43が巻かれている。他の2つの脚部21、24には、それぞれ、他の1次コイル41、44が巻かれている。つまり1次コイル41、42、43、44は、脚部21、22、23、24に一対一の対応で巻かれている。
1次巻線群31は、2つの1次巻線31a、31bによって構成されている。一方の1次巻線31aは、1次コイル42と、1次コイル42に接続された他の1次コイル41と、によって構成されている。他方の1次巻線31bは、1次コイル43と、1次コイル43に接続された他の1次コイル44と、によって構成されている。1次巻線31aおよび31bは直列接続されているので、これら4つの1次コイル41~44は直列接続されている。
第2方向x2に隣り合う2つの脚部に対応して巻かれた2つの1次コイルのそれぞれの巻き方向は、互いに逆の巻き方向である。つまり、1次コイル41~44は、第2方向x2に並んでいる順に、巻き方向が交互に逆巻きとなっている。
図15Bに示す変形例6では、脚部22における1次コイル42の巻数が、脚部21における他の1次コイル41の巻数よりも少なくなっている。また、脚部23における1次コイル43の巻数が、脚部24における他の1次コイル44の巻数よりも少なくなっている。これによれば、1次巻線群31によって発生する磁束のうち脚部22および脚部23のそれぞれにて2次巻線群32と鎖交する磁束を減らすことができ、変形例1に比べて、漏れインダクタンスを大きくすることができる。
変形例6の変圧器1Fでは、1次コイルおよび2次コイルが巻かれた脚部における1次コイルの巻数と、他の1次コイルが巻かれた脚部における1次コイルの巻数とが、互いに異なっている。これによれば、1次巻線群31によって発生する磁束のうち2次巻線群32に鎖交する磁束の大きさを巻線の巻数で変えることができ、所望の漏れインダクタンスを得ることができる。
[変形例7]
実施の形態の変形例7に係る変圧器1Gについて説明する。変形例7では、1次コイルの巻数が他の1次コイルの巻数よりも多い例について説明する。
実施の形態の変形例7に係る変圧器1Gについて説明する。変形例7では、1次コイルの巻数が他の1次コイルの巻数よりも多い例について説明する。
図16Aは、実施の形態の変形例7に係る変圧器1Gの一例を示す模式図である。
図16Aに示す変形例7の変圧器1Gは、コア10と、1次巻線群31と、2次巻線群32と、を備える。コア10および2次巻線群32は、実施の形態と同じ構成を有している。
1次巻線群31は、4以上の1次コイルを含む。この例における1次巻線群31は、4つの1次コイル41、42、43および44を有している。なお、1次コイルおよび脚部のそれぞれの数は4以上であってもよい。
4つの脚部のうち2つの脚部21、24には、それぞれ、1次コイル41、44が巻かれている。他の2つの脚部22、23には、それぞれ、他の1次コイル42、43のみが巻かれている。つまり1次コイル41、42、43、44は、脚部21、22、23、24に一対一の対応で巻かれている。
1次巻線群31は、2つの1次巻線31a、31bによって構成されている。一方の1次巻線31aは、1次コイル41と、1次コイル41に接続された他の1次コイル42と、によって構成されている。他方の1次巻線31bは、1次コイル44と、1次コイル44に接続された他の1次コイル43と、によって構成されている。1次巻線31aおよび31bは直列接続されているので、これら4つの1次コイル41~44は直列接続されている。
第2方向x2に隣り合う2つの脚部に対応して巻かれた2つの1次コイルのそれぞれの巻き方向は、互いに逆の巻き方向である。つまり、1次コイル41~44は、第2方向x2に並んでいる順に、巻き方向が交互に逆巻きとなっている。
図16Aに示す変形例7では、脚部21における1次コイル41の巻数が、脚部22における他の1次コイル42の巻数よりも多くなっている。また、脚部24における1次コイル44の巻数が、脚部23における他の1次コイル43の巻数よりも多くなっている。これによれば、1次巻線群31によって発生する磁束のうち脚部21および脚部24のそれぞれにて2次巻線群32と鎖交する磁束を増やすことができ、実施の形態に比べて、漏れインダクタンスを小さくすることができる。
図16Bは、実施の形態の変形例7に係る変圧器1Gの他の一例を示す模式図である。
図16Bに示す変形例7の変圧器1Gは、コア10と、1次巻線群31と、2次巻線群32と、を備える。コア10および2次巻線群32は、変形例1と同じ構成を有している。
1次巻線群31は、4以上の1次コイルを含む。この例における1次巻線群31は、4つの1次コイル41、42、43および44を有している。なお、1次コイルおよび脚部のそれぞれの数は4以上であってもよい。
4つの脚部のうち2つの脚部22、23には、それぞれ、1次コイル42、43が巻かれている。他の2つの脚部21、24には、それぞれ、他の1次コイル41、44のみが巻かれている。つまり1次コイル41、42、43、44は、脚部21、22、23、24に一対一の対応で巻かれている。
1次巻線群31は、2つの1次巻線31a、31bによって構成されている。一方の1次巻線31aは、1次コイル42と、1次コイル42に接続された他の1次コイル41と、によって構成されている。他方の1次巻線31bは、1次コイル43と、1次コイル43に接続された他の1次コイル44と、によって構成されている。1次巻線31aおよび31bは直列接続されているので、これら4つの1次コイル41~44は直列接続されている。
第2方向x2に隣り合う2つの脚部に対応して巻かれた2つの1次コイルのそれぞれの巻き方向は、互いに逆の巻き方向である。つまり、1次コイル41~44は、第2方向x2に並んでいる順に、巻き方向が交互に逆巻きとなっている。
図16Bに示す変形例7では、脚部22における1次コイル42の巻数が、脚部21における他の1次コイル41の巻数よりも多くなっている。また、脚部23における1次コイル43の巻数が、脚部24における他の1次コイル44の巻数よりも多くなっている。これによれば、1次巻線群31によって発生する磁束のうち脚部22および脚部23のそれぞれにて2次巻線群32と鎖交する磁束を増やすことができ、変形例1に比べて、漏れインダクタンスを小さくすることができる。
変形例7の変圧器1Gでは、1次コイルおよび2次コイルが巻かれた脚部における1次コイルの巻数が、他の1次コイルが巻かれた脚部における1次コイルの巻数よりも多くなっている。これによれば、漏れインダクタンスを小さくするように調整することができる。
[変形例8]
実施の形態の変形例8に係る変圧器1Hについて説明する。変形例8では、コア10の脚部の材質が、それぞれの脚部によって異なる例について説明する。
実施の形態の変形例8に係る変圧器1Hについて説明する。変形例8では、コア10の脚部の材質が、それぞれの脚部によって異なる例について説明する。
図17は、実施の形態の変形例8に係る変圧器1Hの模式図である。
図17に示すように、変圧器1Hは、コア10と、1次巻線群31と、2次巻線群32と、を備える。
コア10は、第1コア10aおよび第2コア10bを有している。第1コア10aは、第1基部11、ならびに、4つの脚部21、22、23および24によって構成されている。4つの脚部21~24は、第2方向x2に沿って並んで配置されている。各脚部21~24は、第1基部11と第2基部12との間に設けられており、第1方向x1において第2基部12と接触している。つまり各脚部21~24は、第1基部11および第2基部12によって挟み込まれている。
変形例8の1次巻線群31および2次巻線群32の構成は、図16Aに示す変形例7と同様である。本変形例でも、他の1次コイルが巻かれた脚部22、23における他の1次コイル42、43の巻数が、1次コイルおよび2次コイルが巻かれた脚部21、24における1次コイル41、44の巻数よりも少なくなっている。
変形例8では、4つの脚部21~24のうち第2方向x2において最も外側に位置する脚部21、24の透磁率が、内側に位置する脚部22、23の透磁率よりも低くなっている。
例えば、脚部22、23は、初透磁率が約2000であるMn-Zn系フェライト材料によって形成され、脚部21、24、第1基部11および第2基部12は、初透磁率が約300であるNi-Zn系フェライト材料によって形成されている。
なお上記に限られず、脚部22、23は、初透磁率が約300であるNi-Zn系フェライト材料によって形成され、脚部21、24、第1基部11および第2基部12は、初透磁率が約30であるメタルコンポジット系材料によって形成されてもよい。また、脚部22、23は、Mn-Zn系フェライト材料によって形成され、脚部21、24、第1基部11および第2基部12は、メタルコンポジット系材料によって形成されてもよい。
また上記では、最も外側に位置する脚部21、24の透磁率が、内側に位置する脚部22、23の透磁率よりも低くなっているが、それに限られず、最も外側に位置する脚部21、24の透磁率が、内側に位置する脚部22、23の透磁率よりも高くなっていてもよい。
変形例8の変圧器1Hでは、第2方向x2において最も外側に位置する脚部と最も外側よりも内側に位置する脚部とは、透磁率が異なる材料によって形成されている。このように、各脚部の透磁率を異ならせることで、各脚部の磁気抵抗を変えることができる。これにより、所望の大きさの漏れインダクタンスを得ることができる。
[変形例9]
実施の形態の変形例9に係る変圧器1iについて説明する。変形例9では、コア10の脚部の長さを変えることで、第2基部12と巻線との距離を変えた例について説明する。
実施の形態の変形例9に係る変圧器1iについて説明する。変形例9では、コア10の脚部の長さを変えることで、第2基部12と巻線との距離を変えた例について説明する。
図18は、実施の形態の変形例9に係る変圧器1iの模式図である。
図18に示すように、変圧器1iは、コア10と、1次巻線群31と、2次巻線群32と、を備える。コア10、1次巻線群31および2次巻線群32の基本的な構成は、実施の形態と同じである。
同図を参照し、他の1次コイル42、43の巻数を維持したまま脚部22、23の長さを変えることで、ギャップgと巻線との距離を変える例について説明する。例えば、脚部22、23の長さを短くすると、ギャップgと他の1次コイル42、43の端部(同図において下端)との距離が近くなる。逆に、脚部22、23の長さを長くすると、ギャップgと他の1次コイル42、43の端部との距離が遠くなる。
図19は、電流を流したときに巻線の周囲に発生する磁束を示す図である。同図では、磁束密度の大きさが白黒の濃淡で表され、白色ほど磁束密度の高い状態にあることが示されている。
図19の(a)には、脚部の長さを5mmとし、脚部の長さを短くした例が示されている。脚部の長さが短いと、ギャップgと巻線との距離が近くなり、巻線が磁界による影響を受けやすくなる。一方、図19の(b)には、脚部の長さを8mmとし、(a)よりも脚部の長さを長くした例が示されている。脚部の長さが長いと、ギャップgと巻線との距離が遠ざかり、巻線が磁界による影響を受けにくくなる。
図20は、コア10の脚部の長さと銅損との関係を示す図である。
同図の横軸には、脚部の長さが示され、縦軸には、巻線の銅損が示されている。ここで示す巻線の銅損は、主にコア10の漏れ磁束を起因とする巻線の渦電流損失である。同図に示すように、脚部の長さを長くすることで銅損が低減される。したがって、銅損を小さくするには、脚部の長さを長くして巻線をギャップgから遠ざけることが望ましい。そのため巻線は、第1方向x1において脚部と重なる領域であって、ギャップgとは重ならない領域に配置される。言い換えると、巻線は、第1方向x1および第2方向x2の両方に直交する第3方向x3から見た場合に、ギャップgと重ならない位置に配置される。
変形例9の変圧器1iでは、脚部21~24と第1基部11または脚部21~24と第2基部12との間に、ギャップgが設けられる。そして、1次コイル41~44および2次コイル51~54のそれぞれは、第3方向x3から見た場合にギャップgとは重ならない位置に配置される。これによれば、コア10の漏れ磁束を起因とする1次コイル41~44および2次コイル51~54の渦電流損失を低減することができる。
[変形例10]
実施の形態の変形例10に係る変圧器1Jについて説明する。変形例10では、第1方向x1から見た場合に、隣り合うコイル同士の一部が重なっている例について説明する。
実施の形態の変形例10に係る変圧器1Jについて説明する。変形例10では、第1方向x1から見た場合に、隣り合うコイル同士の一部が重なっている例について説明する。
図21Aは、実施の形態の変形例10に係る変圧器1Jの一例を示す模式図である。図21Bは、実施の形態の変形例10に係る変圧器1Jの他の一例を示す模式図である。図21Cは、実施の形態の変形例10に係る変圧器1Jの他の一例を示す模式図である。
図21A~図21Cに示す、変圧器1Jは、コア10と、1次巻線群31と、2次巻線群32と、を備える。
コア10は、第1コア10aおよび第2コア10bを有している。第1コア10aは、第1基部11、ならびに、4つの脚部21、22、23および24によって構成されている。第2コア10bは、第2基部12によって構成されている。つまりコア10は、第1基部11と、第2基部12と、4つの脚部21~24と、を有している。4つの脚部21~24は、第1基部11に接続されている。
1次巻線群31および2次巻線群32は、プリント回路基板70の内部および表面に形成されている。プリント回路基板70は、複数のシート層が積層されることで形成されている。複数のシート層のそれぞれには、導体パターン80が形成され、導体パターン80は、ビア導体(図示省略)によって層間接続されている。1次巻線群31および2次巻線群32は、プリント回路基板70に設けられた導体パターン80およびビア導体等によって形成されている。
プリント回路基板70は、4つの貫通穴を有している。コア10の脚部21~24は、それぞれ、プリント回路基板70の4つの貫通穴に挿入される。脚部21~24が4つの貫通穴に挿入されることで、導体パターン80が脚部を取り囲むこととなり、実質的に各コイルが各脚部に巻かれた状態となる。
1次巻線群31は、4つの1次コイル41、42、43および44を有している。2次巻線群32は、4つの2次コイル51、52、53および54を有している。この例の1次コイル41~44は、渦巻き状の平面コイルを含む2層の導体パターン80によって形成される。2次コイル51~54は、実施の形態の配線幅よりも広い配線幅のコイルであり、1層の導体パターン80によって形成される。
図21Aの変圧器1Jでは、4つの脚部21~24のうちの隣り合う2つの脚部の距離が、実施の形態よりも狭くなっている。この変圧器1Jを第1方向x1から見た場合、1次コイル41および2次コイル51、52と、他の1次コイル42とは、2つの脚部21、22の間にて重なっている。また、他の1次コイル42と他の1次コイル43とは、2つの脚部22、23の間にて重なっている。また、他の1次コイル43と、1次コイル44および2次コイル53、54とは、2つの脚部23、24の間にて重なっている。
図21Bの変圧器1Jでは、2つの脚部21、22の距離および2つの脚部23、24の距離が、2つの脚部22、23の距離よりも狭くなっている。この変圧器1Jを第1方向x1から見た場合、1次コイル41および2次コイル51、53と、他の1次コイル42とは、2つの脚部21、22の間にて重なっている。また、他の1次コイル43と、1次コイル44および2次コイル53、54とは、2つの脚部23、24の間にて重なっている。
図21Cの変圧器1Jでは、2つの脚部22、23の距離が、2つの脚部21、22の距離および2つの脚部23、24の距離よりも狭くなっている。この変圧器1Jを第1方向x1から見た場合、他の1次コイル42と他の1次コイル43とは、2つの脚部22、23の間にて重なっている。
変形例10の変圧器1Jでは、第2方向x2に隣り合う2つの脚部に対応して巻かれた2つの1次コイルが、第1方向x1から見た場合に、2つの脚部の間にて重なっている。このように隣り合うコイル同士の一部を重ねることで、変圧器1Jの面積(x2-x3平面における面積)を小さくし、小型化することができる。
なお、コイル同士を重ねる箇所は、複数箇所に設けられている必要はなく、隣り合うコイル同士の少なくとも1箇所が重なっていればよい。
[変形例11]
実施の形態の変形例11に係る変圧器1Kについて説明する。変形例11では、2次コイルが1次コイルの両外側に設けられ、2次コイルにバスバーが接続されている例について説明する。
実施の形態の変形例11に係る変圧器1Kについて説明する。変形例11では、2次コイルが1次コイルの両外側に設けられ、2次コイルにバスバーが接続されている例について説明する。
図22は、実施の形態の変形例11に係る変圧器1Kの模式図である。
図22に示す、変圧器1Kは、コア10と、1次巻線群31と、2次巻線群32と、を備える。コア10、1次巻線群31、2次巻線群32の構成は、図21Aに示す変形例10と同様である。
変圧器1Kの2次コイル51、52は、第1方向x1において1次コイル41の両外側に配置されている。また、2次コイル53、54は、第1方向x1において1次コイル44の両外側に配置されている。
また、変圧器1Kは、各2次コイル51~54に接続される4つのバスバー60を有している。バスバー60は、銅板によって形成され、第1方向x1から見てU字状の形状を有している。バスバー60の厚みは、例えば、各2次コイル51~54の厚みの5倍以上15倍以下である。4つのバスバー60のうちの2つのバスバー60は、第1方向x1において2次コイル51、53の両外側に配置されている。他の2つのバスバー60は、第1方向x1において2次コイル53、54の両外側に配置されている。
変形例11の変圧器1Kでは、2つの2次コイルが、第1方向x1において1次コイルの両外側に配置されている。そのため、大電流が流れて発熱のしやすい2次コイルが外側に配置されることとなり、変圧器1Kの放熱性を高めることができる。
また、変形例11の変圧器1Kでは、各2次コイル51~54にバスバー60が接続されている。これにより、2次コイル51~54に接続される配線の配線抵抗を小さくすることができる。
[変形例12]
実施の形態の変形例12に係る変圧器1Lについて説明する。変形例12では、プリント回路基板70にシールド層85が設けられている例について説明する。
実施の形態の変形例12に係る変圧器1Lについて説明する。変形例12では、プリント回路基板70にシールド層85が設けられている例について説明する。
図23Aは、実施の形態の変形例12に係る変圧器1Lの一例を示す模式図である。図23Bは、実施の形態の変形例12に係る変圧器1Lの他の一例を示す模式図である。
図23Aおよび図23Bに示す、変圧器1Lは、コア10と、1次巻線群31と、2次巻線群32と、を備える。コア10および2次巻線群32は、図21Aに示す変形例10と同様である。
1次巻線群31および2次巻線群32は、プリント回路基板70に設けられた導体パターン80等によって形成されている。
変形例12では、プリント回路基板70内に複数のシールド層85が設けられている。各シールド層85は1層の導体パターンによって形成されている。シールド層85は、静電遮蔽を目的とした浮き電極である。シールド層85は、アース接続されてもよい。
図23Aに示す変圧器1Lは、4つのシールド層85を有している。1つ目のシールド層85は、2次コイル51と1次コイル41との間に設けられている。2つ目のシールド層85は、2次コイル52と1次コイル41との間に設けられ、かつ、2次コイル52と他の1次コイル42との間にもかかるように配置されている。3つ目のシールド層85は、2次コイル53と1次コイル44との間に設けられ、かつ、2次コイル53と他の1次コイル43との間にもかかるように配置されている。4つ目のシールド層85は、2次コイル54と1次コイル44との間に設けられている。
図23Bに示す変圧器1Lは、3つのシールド層85を有している。シールド層85は、脚部21~24を除く全領域にわたって第1基部11と平行に設けられている。1つ目のシールド層85は、2次コイル51および53と、1次コイル41および他の1次コイル43との間に設けられている。また、2つ目のシールド層85は、1次コイル41および他の1次コイル43と、他の1次コイル42および1次コイル44との間に設けられている。また、3つ目のシールド層85は、他の1次コイル42および1次コイル44と、2次コイル52および54との間に設けられている。
変形例12の変圧器1Lは、複数の導体パターン80および複数のシールド層85を有している。複数のシールド層85は、複数の導体パターン80の間に設けられている。このように導体パターン80の間にシールド層85を設けることで、例えば変圧器1Lを高周波で動作させた場合に、電磁界ノイズが外へ漏洩することを抑制できる。
なお、シールド層85は、複数箇所に設けられている必要はなく、2つの導体パターン80の間の少なくとも1箇所に設けられていればよい。
[変形例13]
実施の形態の変形例13に係る変圧器1Mについて説明する。変形例13では、1次コイル41~44が渦巻き状の平面コイルによって形成されている具体例について説明する。
実施の形態の変形例13に係る変圧器1Mについて説明する。変形例13では、1次コイル41~44が渦巻き状の平面コイルによって形成されている具体例について説明する。
図24は、実施の形態の変形例13に係る変圧器1Mの模式図である。図25は、変圧器1Mの導体パターン80およびビア導体82a~82fを示す図である。
図24に示す変圧器1Mの断面は、図21Aに示す変形例10と同様である。
図25に示す1次コイル41~44のそれぞれは、渦巻き状の平面コイルによって形成されている。同図に示す導体パターン80上の矢印は、1次コイル41~44に流れる電流の向きであって、交流電圧波形のプラス側の半周期における電流の向きが示されている。1次コイル41~44は、電流の流れる向きでコイルの巻き方向を見た場合、第2方向x2に並んでいる順に巻き方向が交互に逆巻きとなっている。2次コイル51~54のそれぞれは、U字状の平面コイルによって形成されている。
図24に示す変圧器1Mのコイルは複数のシート層によって形成されている。この例のコイルでは、第1基部11から第2基部12へ向かう方向において、順に6つのシート層71、72、73、74、75および76が積層されることで形成されている。
同図において最上層である1つ目のシート層71には、3/4ターンの2次コイル51および3/4ターンの2次コイル53が形成されている。2つ目のシート層72には、3.5ターンの1次コイル41および3ターンの1次コイル43が形成されている。3つ目のシート層73には、2.5ターンの1次コイル41および3ターンの1次コイル43が直列接続して形成されている。1次コイル41と43とを接続するのは、例えば同じシート層で隣り合う1次コイル41と42とを接続すると、脚部21と22との間で2つのコイルを上下に重ねることができず、変圧器の第2方向x2の長さが長くなるからである。4つ目のシート層74には、3ターンの1次コイル42および2.5ターンの1次コイル44が形成されている。5つ目のシート層75には、3ターンの1次コイル42および3.5ターンの1次コイル44が形成されている。最下シート層である6つ目のシート層76には、3/4ターンの2次コイル52および3/4ターンの2次コイル54が形成されている。
図25を参照して、1次コイル41~44の接続関係について説明する。1次コイル41~44は、例えば、シート層74の1次コイル42の外周端部が信号の入出力点p1となっている。シート層74の1次コイル42の内周端部は、ビア導体82aを介して、シート層75の1次コイル42の内周端部に接続されている。シート層75の1次コイル42の外周端部は、ビア導体82bを介して、シート層72の1次コイル41の外周端部に接続されている。シート層72の1次コイル41の内周端部は、ビア導体82cを介して、シート層73の1次コイル41の内周端部に接続されている。シート層73の1次コイル41と1次コイル43とは直列接続されており、1次コイル43の内周端部は、ビア導体82dを介して、シート層72の1次コイル43の内周端部に接続されている。シート層72の1次コイル43の外周端部は、ビア導体82eを介して、シート層75の1次コイル44の外周端部に接続されている。シート層75の1次コイル44の内周端部は、ビア導体82fを介して、シート層74の1次コイル44の内周端部に接続されている。そして、シート層74の1次コイル44の外周端部が信号の入出力点p2となっている。
変形例13の変圧器1Mでは、1次コイル41~44を形成するための複数の導体パターン80を接続するビア導体82a~82fを有している。1次コイル41において2つの導体パターン80を接続するビア導体82cは、第1方向x1から見た場合に、2次コイル51、52を形成するための導体パターン80の両端部E、Eの間に配置されている。また、1次コイル44において2つの導体パターン80を接続するビア導体82fは、第1方向x1から見た場合に、2次コイル53、54を形成するための導体パターン80の両端部E、Eの間に配置されている。両端部E、Eの間とは、2次コイルを形成する導体パターン80の一方の端部Eと他方の端部Eとを最短距離で結ぶときの一方の端部Eと他方の端部Eとの間の領域である。なお、他のビア導体82a、82b、82d、82eは、第1方向x1から見た場合に、2次コイル51~54とは重ならない位置に配置されている。
これによれば、1次巻線群31と2次巻線群32との絶縁距離を保つことができる。これにより、変圧器1Mを用いたLLCコンバータ5の動作を安定させることができる。
[変形例14]
実施の形態の変形例14に係る変圧器1Nについて説明する。変形例14でも、1次コイル41~44が渦巻き状の平面コイルによって形成されている具体例について説明する。
実施の形態の変形例14に係る変圧器1Nについて説明する。変形例14でも、1次コイル41~44が渦巻き状の平面コイルによって形成されている具体例について説明する。
図26は、実施の形態の変形例14に係る変圧器1Nの模式図である。図27は、変圧器1Nの導体パターン80およびビア導体82a~82fを示す図である。
図26に示す変圧器1Nの断面は、図21Bに示す変形例1において1次コイルを2ターンにした例である。
図27に示す1次コイル41~44のそれぞれは、渦巻き状の平面コイルによって形成されている。同図に示す導体パターン80上の矢印は、1次コイル41~44に流れる電流の向きであって、交流電圧波形のプラス側の半周期における電流の向きが示されている。1次コイル41~44は、電流の流れる向きでコイルの巻き方向を見た場合、第2方向x2に並んでいる順に巻き方向が交互に逆巻きとなっている。2次コイル51~54のそれぞれは、U字状の平面コイルによって形成されている。
図26に示す変圧器1Nのコイルは複数のシート層によって形成されている。この例のコイルでは、第1基部11から第2基部12へ向かう方向において、順に6つのシート層71、72、73、74、75および76が積層されることで形成されている。
同図において最上層である1つ目のシート層71には、3/4ターンの2次コイル51および3/4ターンの2次コイル53が形成されている。2つ目のシート層72には、2.5ターンの1次コイル42および2.5ターンの1次コイル43が形成されている。3つ目のシート層73には、3.5ターンの1次コイル42および3.5ターンの1次コイル43が形成されている。4つ目のシート層74には、3.5ターンの1次コイル41および3.5ターンの1次コイル44が形成されている。5つ目のシート層75には、2.5ターンの1次コイル41および2.5ターンの1次コイル44が形成されている。最下シート層である6つ目のシート層76には、3/4ターンの2次コイル52および3/4ターンの2次コイル54が形成されている。
図27を参照して、1次コイル41~44の接続関係について説明する。1次コイル41~44は、例えば、シート層72の1次コイル42の外周端部が信号の入出力点p1となっている。シート層72の1次コイル42の内周端部は、ビア導体82aを介して、シート層73の1次コイル42の内周端部に接続されている。シート層73の1次コイル42の外周端部は、ビア導体82bを介して、シート層74の1次コイル41の外周端部に接続されている。シート層74の1次コイル41の内周端部は、ビア導体82cを介して、シート層75の1次コイル41の内周端部に接続されている。シート層75の1次コイル41と1次コイル44とは直列接続されており、1次コイル44の内周端部は、ビア導体82dを介して、シート層74の1次コイル44の内周端部に接続されている。シート層74の1次コイル44の外周端部は、ビア導体82eを介して、シート層73の1次コイル43の外周端部に接続されている。シート層73の1次コイル43の内周端部は、ビア導体82fを介して、シート層72の1次コイル43の内周端部に接続されている。そして、シート層72の1次コイル43の外周端部が信号の入出力点p2となっている。
変形例14の変圧器1Nでは、1次コイル41~44を形成するための複数の導体パターン80を接続するビア導体82a~82fを有している。1次コイル42において2つの導体パターン80を接続するビア導体82aは、第1方向x1から見た場合に、2次コイル51、52を形成するための導体パターン80の両端部E、Eの間に配置されている。また、1次コイル43において2つの導体パターン80を接続するビア導体82fは、第1方向x1から見た場合に、2次コイル53、54を形成するための導体パターン80の両端部E、Eの間に配置されている。両端部E、Eの間とは、2次コイルを形成する導体パターン80の一方の端部Eと他方の端部Eとを最短距離で結ぶときの一方の端部Eと他方の端部Eとの間の領域である。なお、他のビア導体82b、82c、82d、82eは、第1方向x1から見た場合に、2次コイル51~54とは重ならない位置に配置されている。
これによれば、1次巻線群31と2次巻線群32との絶縁距離を保つことができる。これにより、変圧器1Nを用いたLLCコンバータ5の動作を安定させることができる。
(実施の形態の他の一例)
実施の形態の他の一例に係るLLCコンバータ5Aについて説明する。
実施の形態の他の一例に係るLLCコンバータ5Aについて説明する。
図28は、実施の形態のLLCコンバータ5Aの他の一例を示す回路である。
LLCコンバータ5Aは、1次側回路6と、変圧器1と、2次側回路7と、を備えている。また、LLCコンバータ5Aは、共振コンデンサC11を備え、さらに、外付けインダクタLexを備えている。外付けインダクタLexは、1次側回路6と、変圧器1とを結ぶ経路上に設けられている。外付けインダクタLexは、変圧器1に直列接続され、共振コンデンサC11を介して1次側回路6に接続されている。
このようにLLCコンバータ5Aは、上記の変圧器1と、変圧器1に直列接続された外付けインダクタLexと、外付けインダクタLexに直列接続された共振コンデンサC11と、を備えている。
この構成によれば、LLCコンバータ5Aのソフトスイッチング動作が可能となる。これにより、LLCコンバータ5Aを高効率および低ノイズで動作させることができる。なお、LLCコンバータ5Aに使用される変圧器は、変圧器1に限られず、変圧器1A~1Nであっても同様である。
(まとめ)
実施の形態に係る変圧器等について以下に例示する。
実施の形態に係る変圧器等について以下に例示する。
例1の変圧器は、第1基部11、第1基部11に対向して設けられる第2基部12、および、第1基部11と第2基部12との間に設けられる4以上の脚部(例えば21~24)を有するコア10と、コア10に巻かれる1次巻線群31および2次巻線群32と、を備える。4以上の脚部は、第1基部11と第2基部12とが対向する第1方向x1と交差する第2方向x2において間隔を空けて配置されている。1次巻線群31は、4以上の1次コイル(例えば41~44)を含み、2次巻線群32は、2以上の2次コイル(例えば51~54)を含む。4以上の1次コイルは、4以上の脚部に対応して巻かれ、直列接続されている。第2方向x2に隣り合う2つの脚部に対応して巻かれた2つの1次コイルのそれぞれの巻き方向は、互いに逆の巻き方向である。4以上の脚部のうち2以上の脚部のそれぞれには、1次コイルおよび2次コイルが巻かれ、4以上の脚部のうち、2以上の脚部とは異なる他の2以上の脚部のそれぞれには、1次コイルとは異なる他の1次コイルが巻かれている。
上記の一例では、2以上の脚部21、24のうち、脚部21には1次コイル41および2次コイル51、52が巻かれ、脚部24には1次コイル44および2次コイル53、54が巻かれる。他の2以上の脚部22、23のうち、脚部22には他の1次コイル42のみが巻かれ、脚部23には他の1次コイル43のみが巻かれる。
また他の一例では、2以上の脚部22、23のうち、脚部22には1次コイル42および2次コイル51、52が巻かれ、脚部23には1次コイル43および2次コイル53、54が巻かれる。他の2以上の脚部21、24のうち、脚部21には他の1次コイル41のみが巻かれ、脚部24には他の1次コイル44のみが巻かれる。
このように、2以上の脚部のそれぞれに1次コイルおよび2次コイルを巻き、他の2以上の脚部のそれぞれに他の1次コイルを巻くことで、1次巻線群31によって発生する磁束を、他の2以上の脚部では2次コイルに鎖交させず、2以上の脚部に巻かれた2次コイルに鎖交させることができる。これによれば、大きさの異なる磁束を複数の領域で生成することができ、変圧器の漏れインダクタンスを大きくすることができる。
例2の変圧器は、例1に記載の変圧器であって、2以上の脚部に対応して巻かれた2以上の2次コイルは、互いに並列接続されていてもよい。
これによれば、1次巻線群31によって発生する磁束を、並列接続された2以上の2次コイルに鎖交させることができる。これによれば、大きさの異なる磁束を複数の領域で生成することができ、変圧器の漏れインダクタンスを大きくすることができる。また、2次コイルを並列接続することで、2次巻線群32にて導通損失が生じることを抑制できる。
例3の変圧器は、例1または2に記載の変圧器であって、1次巻線群31に電流が流された場合に4以上の脚部のそれぞれに磁束が発生する。1次巻線群31は、第2方向x2に隣り合う2つの脚部にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、4以上の脚部に巻かれていてもよい。
このように、隣り合う2つの脚部にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように1次巻線群31を脚部に巻くことで、1次巻線群31によって発生する磁束を大きくすることができる。これにより、変圧器の漏れインダクタンスを大きくすることができる。
例4の変圧器は、例1~3のいずれかに記載の変圧器であって、1次巻線群31は、2つの1次巻線31a、31bによって構成されている。2次巻線群32は、2つの1次巻線31a、31bに一対一で対応する2つの2次巻線32a、32bによって構成されている。2つの1次巻線31a、31bのそれぞれは、直列接続された1次コイルおよび他の1次コイルによって構成されている。2つの2次巻線32a、32bのそれぞれは、並列接続された2つの2次コイルによって構成されていてもよい。
これによれば、1次巻線群31によって発生する磁束を、並列接続された2つの2次コイルに鎖交させることができる。そのため、大きさの異なる磁束を複数の領域で生成することができ、変圧器の漏れインダクタンスを大きくすることができる。また、2次コイルを並列接続することで、2次巻線群32にて導通損失が生じることを抑制できる。
例5の変圧器は、例1~4のいずれかに記載の変圧器であって、コア10は、第1基部11および4以上の脚部を含む第1コア10aと、第2基部12を含む第2コア10bと、を有していてもよい。
このようにコア10が4以上の脚部を含むことで、1次巻線群31によって発生する磁束を、2以上の脚部に巻かれた2次コイルに簡易な構造で鎖交させることができる。これによれば、大きさの異なる磁束を複数の領域で生成することができ、変圧器の漏れインダクタンスを大きくすることができる。
例6の変圧器は、例1~5のいずれかに記載の変圧器であって、4以上の脚部は、第2方向x2に沿って並んで配置されている。4以上の脚部のうち第2方向x2において最も外側に位置する脚部と第1基部11または第2基部12との第1方向x1の間隔Ia、および、最も外側よりも内側に位置する脚部と第1基部11または第2基部12との第1方向x1の間隔Ibは、互いに異なっていてもよい。
このように間隔Iaおよび間隔Ibを異ならせることで、所望の漏れインダクタンスを得ることができる。
例7の変圧器は、例1~6のいずれかに記載の変圧器であって、4以上の脚部は、第2方向x2に沿って並んで配置されている。4以上の脚部のうち第2方向x2において最も外側に位置する脚部の断面積、最も外側よりも内側に位置する脚部の断面積、第1基部11の第2方向x2に垂直な面の断面積、および、第2基部12の第2方向x2に垂直な面の断面積のうち、少なくとも1つが異なっていてもよい。
このようにコア10の断面積を異ならせることで、所望の漏れインダクタンスを得ることができる。
例8の変圧器は、例1~7のいずれかに記載の変圧器であって、1次コイルおよび2次コイルが巻かれた脚部における1次コイルの巻数と、他の1次コイルが巻かれた脚部における1次コイルの巻数とが、互いに異なっていてもよい。
このように1次コイルの巻数を異ならせることで、所望の漏れインダクタンスを得ることができる。
例9の変圧器は、例1~8のいずれかに記載の変圧器であって、他の1次コイルが巻かれた脚部における1次コイルの巻数は、1次コイルおよび2次コイルが巻かれた脚部における1次コイルの巻数よりも少なくてもよい。
これによれば、1次コイルの巻数によって漏れインダクタンスを調整することができる。
例10の変圧器は、例1~9のいずれかに記載の変圧器であって、4以上の脚部は、第2方向x2に沿って並んで配置されている。4以上の脚部のうち、第2方向x2において最も外側に位置する脚部と最も外側よりも内側に位置する脚部とは、透磁率が異なる材料によって形成されていてもよい。
このように脚部を構成する材料の透磁率を異ならせることで、所望の漏れインダクタンスを得ることができる。
例11の変圧器は、例1~10のいずれかに記載の変圧器であって、脚部と第1基部11との間または脚部と第2基部12との間には、ギャップgが設けられている。4以上の1次コイルおよび2以上の2次コイルのそれぞれは、第1方向x1および第2方向x2の両方に直交する第3方向x3から見た場合にギャップgとは重ならない位置に配置されていてもよい。
これによれば、1次コイルまたは2次コイルの渦電流損失を低減することができる。これにより、大きな漏れインダクタンスを得ることができる。
例12の変圧器は、例1~11のいずれかに記載の変圧器であって、第2方向x2に隣り合う2つの脚部に対応して巻かれた2つの1次コイルは、第1方向x1から見た場合に、2つの脚部の間にて重なっていてもよい。
これによれば、変圧器の面積を小さくし、小型化することができる。
例13の変圧器は、例1~12のいずれかに記載の変圧器であって、1次巻線群31および2次巻線群32は、プリント回路基板70に設けられた導体パターン80によって形成されていてもよい。
これによれば、変圧器を簡易な構造で形成することができる。
例14の変圧器は、例13に記載の変圧器であって、プリント回路基板70は、複数のシート層が積層されることで形成される。複数のシート層は、複数の導体パターン80および1以上のシールド層85を有する。1以上のシールド層85は、複数の導体パターン80の間に設けられていてもよい。
これによれば、例えば変圧器を高周波で動作させた場合に、電磁界ノイズが外へ漏洩することを抑制できる。
例15の変圧器は、例13または14に記載の変圧器であって、1次コイルを形成するための複数の導体パターン80を接続するビア導体82a~82fを有する。1次コイルおよび2次コイルが巻かれた脚部の1次コイルを形成するためのビア導体(例えば82f)は、第1方向x1から見た場合に、2次コイルを形成する導体パターンの両端部E、Eの間に配置されていてもよい。
これによれば、1次巻線群31と2次巻線群32との絶縁距離を保つことができる。これにより、変圧器を用いたLLCコンバータ5の動作を安定させることができる。
例16の変圧器は、例1~15に記載の変圧器であって、2以上の脚部のそれぞれには、2つの2次コイルが巻かれている。2つの2次コイルは、第1方向x1において1次コイルの両外側に配置されていてもよい。
これによれば、大電流が流れる2次コイルを放熱しやすい外側の位置に配置することができる。これにより、変圧器の放熱性を高めることができる。
例17の変圧器は、例16に記載の変圧器であって、2次コイルにバスバー60が接続されていてもよい。
このように変圧器にバスバー60を設けることで、2次コイルに接続される配線の配線抵抗を小さくすることができる。
例18のDCDCコンバータは、例1~17のいずれかに記載の変圧器と、当該変圧器に直列接続された共振コンデンサC11と、を備える。
上記のように漏れインダクタンスの大きな変圧器を用いることで、DCDCコンバータのゲインをワイドレンジ化することができる。
例19のDCDCコンバータは、例1~17のいずれかに記載の変圧器と、変圧器に直列接続された外付けインダクタLexと、外付けインダクタLexに直列接続された共振コンデンサC11と、を備える。
この構成によれば、DCDCコンバータのソフトスイッチング動作が可能となる。これにより、DCDCコンバータを高効率および低ノイズで動作させることができる。
(他の実施の形態等)
以上、本開示に係る変圧器について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
以上、本開示に係る変圧器について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
上記の実施の形態では、第1基部11および第2基部12が長方形状であり、複数の脚部が直線状の第2方向x2に沿って順に並んで配置されている例を示したが、それに限られない。例えば、第2方向x2は、曲線状に進む方向であってもよい。この場合、第1基部11および第2基部12が第2方向x2に沿って湾曲し、複数の脚部が曲線状の第2方向x2に沿って順に並んで配置される。
その他、上記の各実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
本開示に係る変圧器は、車載補機用電源に用いられる変圧器として有用である。
1、1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、1H、1i、1J、1K、1L、1
M、1N 変圧器
5 LLCコンバータ(DCDCコンバータ)
6 1次側回路
7 2次側回路
10 コア
10a 第1コア
10b 第2コア
11 第1基部
12 第2基部
21、22、23、24、25、26、27 脚部
31 1次巻線群
31a、31b 1次巻線
32 2次巻線群
32a、32b 2次巻線
41、42、43、44、45、46、47 1次コイル
51、52、53、54、55 2次コイル
60 バスバー
70 プリント回路基板
71、72、73、74、75、76 シート層
80 導体パターン
82a、82b、82c、82d、82e、82f ビア導体
85 シールド層
C11 共振コンデンサ
Cr キャパシタンス
E 端部
g ギャップ
Ia、Ib 間隔
Lex 外付けインダクタ
Lm、Lma、Lmb 励磁インダクタンス
Lr、Lra、Lrb 漏れインダクタンス
mc1、mc2、mc3、mc4、mc5、mc6 磁気回路
p1、p2 入出力点
p11、p12 1次ポート
p21、p22 2次ポート
s11、s12、s13、s14、s21、s22、s23、s24 スイッチ素子
x1 第1方向
x2 第2方向
x3 第3方向
φa、φa1、φa2、φa3、φa4、φb、φb1、φb2、φb3 磁束
M、1N 変圧器
5 LLCコンバータ(DCDCコンバータ)
6 1次側回路
7 2次側回路
10 コア
10a 第1コア
10b 第2コア
11 第1基部
12 第2基部
21、22、23、24、25、26、27 脚部
31 1次巻線群
31a、31b 1次巻線
32 2次巻線群
32a、32b 2次巻線
41、42、43、44、45、46、47 1次コイル
51、52、53、54、55 2次コイル
60 バスバー
70 プリント回路基板
71、72、73、74、75、76 シート層
80 導体パターン
82a、82b、82c、82d、82e、82f ビア導体
85 シールド層
C11 共振コンデンサ
Cr キャパシタンス
E 端部
g ギャップ
Ia、Ib 間隔
Lex 外付けインダクタ
Lm、Lma、Lmb 励磁インダクタンス
Lr、Lra、Lrb 漏れインダクタンス
mc1、mc2、mc3、mc4、mc5、mc6 磁気回路
p1、p2 入出力点
p11、p12 1次ポート
p21、p22 2次ポート
s11、s12、s13、s14、s21、s22、s23、s24 スイッチ素子
x1 第1方向
x2 第2方向
x3 第3方向
φa、φa1、φa2、φa3、φa4、φb、φb1、φb2、φb3 磁束
Claims (19)
- 第1基部、前記第1基部に対向して設けられる第2基部、および、前記第1基部と前記第2基部との間に設けられる4以上の脚部を有するコアと、
前記コアに巻かれる1次巻線群および2次巻線群と、
を備え、
前記4以上の脚部は、前記第1基部と前記第2基部とが対向する第1方向と交差する第2方向において間隔を空けて配置され、
前記1次巻線群は、4以上の1次コイルを含み、
前記2次巻線群は、2以上の2次コイルを含み、
前記4以上の1次コイルは、前記4以上の脚部に対応して巻かれ、直列接続されており、
前記第2方向に隣り合う2つの前記脚部に対応して巻かれた2つの前記1次コイルのそれぞれの巻き方向は、互いに逆の巻き方向であり、
前記4以上の脚部のうち2以上の脚部のそれぞれには、前記1次コイルおよび前記2次コイルが巻かれ、
前記4以上の脚部のうち、前記2以上の脚部とは異なる他の2以上の脚部のそれぞれには、前記1次コイルとは異なる他の1次コイルが巻かれている
変圧器。 - 前記2以上の脚部に対応して巻かれた2以上の前記2次コイルは、互いに並列接続されている
請求項1に記載の変圧器。 - 前記1次巻線群に電流が流された場合に前記4以上の脚部のそれぞれに磁束が発生し、
前記1次巻線群は、前記第2方向に隣り合う2つの前記脚部にて発生する磁束が互いに強め合う向きで発生するように、前記4以上の脚部に巻かれている
請求項1に記載の変圧器。 - 前記1次巻線群は、2つの1次巻線によって構成され、
前記2次巻線群は、前記2つの1次巻線に一対一で対応する2つの2次巻線によって構成され、
前記2つの1次巻線のそれぞれは、直列接続された前記1次コイルおよび前記他の1次コイルによって構成され、
前記2つの2次巻線のそれぞれは、並列接続された2つの前記2次コイルによって構成されている
請求項1に記載の変圧器。 - 前記コアは、前記第1基部および前記4以上の脚部を含む第1コアと、前記第2基部を含む第2コアと、を有する
請求項1~4のいずれかに記載の変圧器。 - 前記4以上の脚部は、前記第2方向に沿って並んで配置され、
前記4以上の脚部のうち前記第2方向において最も外側に位置する脚部と前記第1基部または第2基部との前記第1方向の間隔、および、前記最も外側よりも内側に位置する脚部と前記第1基部または第2基部との前記第1方向の間隔は、互いに異なる
請求項1~4のいずれかに記載の変圧器。 - 前記4以上の脚部は、前記第2方向に沿って並んで配置され、
前記4以上の脚部のうち前記第2方向において最も外側に位置する脚部の断面積、前記最も外側よりも内側に位置する脚部の断面積、前記第1基部の前記第2方向に垂直な面の断面積、および、前記第2基部の前記第2方向に垂直な面の断面積のうち、少なくとも1つが異なる
請求項1~4のいずれかに記載の変圧器。 - 前記1次コイルおよび前記2次コイルが巻かれた前記脚部における1次コイルの巻数と、前記他の1次コイルが巻かれた前記脚部における1次コイルの巻数とが、互いに異なる
請求項1~4のいずれかに記載の変圧器。 - 前記他の1次コイルが巻かれた前記脚部における1次コイルの巻数は、前記1次コイルおよび前記2次コイルが巻かれた前記脚部における1次コイルの巻数よりも少ない
請求項1~4のいずれかに記載の変圧器。 - 前記4以上の脚部は、前記第2方向に沿って並んで配置され、
前記4以上の脚部のうち、前記第2方向において最も外側に位置する脚部と前記最も外側よりも内側に位置する脚部とは、透磁率が異なる材料によって形成されている
請求項1~4のいずれかに記載の変圧器。 - 前記脚部と前記第1基部との間または前記脚部と前記第2基部との間には、ギャップが設けられ、
前記4以上の1次コイルおよび前記2以上の2次コイルのそれぞれは、前記第1方向および前記第2方向の両方に直交する第3方向から見た場合に前記ギャップとは重ならない位置に配置される
請求項1~4のいずれかに記載の変圧器。 - 前記第2方向に隣り合う2つの前記脚部に対応して巻かれた2つの前記1次コイルは、前記第1方向から見た場合に、2つの前記脚部の間にて重なっている
請求項1~4のいずれかに記載の変圧器。 - 前記1次巻線群および前記2次巻線群は、プリント回路基板に設けられた導体パターンによって形成されている
請求項1~4のいずれかに記載の変圧器。 - 前記プリント回路基板は、複数のシート層が積層されることで形成され、
前記複数のシート層は、複数の前記導体パターンおよび1以上のシールド層を有し、
前記1以上のシールド層は、複数の前記導体パターンの間に設けられている
請求項13に記載の変圧器。 - 前記1次コイルを形成するための複数の前記導体パターンを接続するビア導体を有し、
前記1次コイルおよび前記2次コイルが巻かれた前記脚部の1次コイルを形成するための前記ビア導体は、前記第1方向から見た場合に、前記2次コイルを形成する前記導体パターンの両端部の間に配置されている
請求項13に記載の変圧器。 - 前記2以上の脚部のそれぞれには、2つの前記2次コイルが巻かれ、
2つ前記2次コイルは、前記第1方向において前記1次コイルの両外側に配置されている
請求項1~4のいずれかに記載の変圧器。 - 前記2次コイルにバスバーが接続されている
請求項16に記載の変圧器。 - 請求項1~4のいずれかに記載の変圧器と、
前記変圧器に直列接続された共振コンデンサと、
を備えるDCDCコンバータ。 - 請求項1~4のいずれかに記載の変圧器と、
前記変圧器に直列接続された外付けインダクタと、
前記外付けインダクタに直列接続された共振コンデンサと、
を備えるDCDCコンバータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2023147166 | 2023-09-11 | ||
| JP2023-147166 | 2023-09-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2025057537A1 true WO2025057537A1 (ja) | 2025-03-20 |
Family
ID=95021978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2024/023983 Pending WO2025057537A1 (ja) | 2023-09-11 | 2024-07-02 | 変圧器およびdcdcコンバータ |
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| Country | Link |
|---|---|
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Citations (8)
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-
2024
- 2024-07-02 WO PCT/JP2024/023983 patent/WO2025057537A1/ja active Pending
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