JPH04328811A

JPH04328811A - トランス装置

Info

Publication number: JPH04328811A
Application number: JP3125236A
Authority: JP
Inventors: Yoshiko Saitou; 斎藤　兆古
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1991-04-26
Publication date: 1992-11-17
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JP2520057B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トランス装置に係り、
特に小型化を可能とした新方式のトランス装置に関する
。

【０００２】

【背景の技術】変圧器（トランス）は、一般に交流電圧
を高圧から低圧へ，又は低圧から高圧へ変圧する場合，
或いは直流的に一次と二次とを絶縁しようとする場合な
どに用いられる電気機器として、従来より各方面にて多
用されている。かかる変圧器は、磁性材料や絶縁材料の
進歩発達に伴って種々の改良が成されている。そして、
従来技術におけるこの種の変圧器の改良は、主に損失を
少なくする所謂特性改善を主眼としたものが多い。

【０００３】一方、昨今にあっては、コンピユーをはじ
めとする電子機器の小型化に相伴って、変圧器に対する
過酷なまでの小型化の要請が各方面から出されている。特に、集積回路技術の進歩によって電気信号を取り扱う
電子回路部分は極度の小型化が実現されているにもかか
わらず、その電子回路に電力を供給する電源部は、トラ
ンスやチョークコイル等のため、その小型化が遅れてい
る。例えば、大規模な信号を扱うデジタル計算機におい
ては、その全容積の約半分が電源部である。

【０００４】電源部を小型化するための一方法として、
従来より、動作周波数の高周波化が挙げられる。そして
、この動作周波数の高周波化に伴って、近時においては
、例えば積層形のマイクロ磁心を用いた平板状トランス
などが提案され、その実用化が進められている。同時に
、他方では、高周波特性の優れたアモルファス磁性材料
を用いた変圧器の研究開発も各方面で進められている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例において、動作周波数を高周波化するという発想は
、理論的には変圧器の小型化に結びつくが、その実現に
際しては、磁束の主磁路を成す磁性材料の高周波特性に
よって動作周波数の上限が制限され、損失増をきたすと
いう不都合が生じる。そして、かかる不都合を改善する
ため、例えば高周波特性の比較的良好な磁性材料である
フェライトを使用しても、ＭＨＺ　帯以上の動作では、
透磁率が小さくなって変換効率が著しく低下し、さらに
、材料のうず電流やヒステリシス損失が増加して磁性材
料を用いる利点が損なわれる、という不都合があった。

【０００６】

【発明の目的】本発明の目的は、かかる従来例の有する
不都合を改善し、とくに電圧変換効率が比較的良好で小
型化が可能な新しい方式のトランス装置を提供すること
を、その目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、一次コイル
用線材と二次コイル用線材とを相互に絶縁状態を維持し
つつ縄状に撚り合わすことによってトランス本体を形成
し、このトランス本体に於ける一次コイル用線材の両端
部に入力端子を設け，二次コイル用線材の両端部に出力
端子を設ける、等の構成を採っている。これによって前
述した目的を達成しようとするものである。

【０００８】

【作用】入力端子Ｐ１　，Ｐ２　′に所定周波数の交流
電源を印加すると、トランス本体３に於ける一次コイル
用線材１には、図２及び図３に示すように電流ｉ１　が
流れ、その周囲に磁束Φの交番磁界Ｈが形成される。一
方、一次コイル用線材１に沿って配設されている二次コ
イル用線材２には、ファラディの法則によって磁束Φの
大きさに対応した二次誘導電圧ｅ２が生じる。この場合
、一次コイル用線材１と二次コイル用線材２とは縄状に
撚り合わされていることから一次コイル用線材１と二次
コイル用線材２間の磁束による係合が高められており、
従って二次誘導電圧ｅ２　は比較的高レベルの値が得ら
れている。二次コイル用線材２の有する出力端子Ｓ１　
′，Ｓ２　に適当な負荷を接続すると、その負荷の大小
及びその性質に応じた電流ｉ２　が二次コイル用線材２
に流れる。実験では、損失のない理想のトランスにおけ
る巻数比「１対１」の時の変圧比定数ＫＯ　を１００〔
％〕とすると、高周波領域でＫＯ　＝８０〔％〕前後と
いう実用化の可能性充分とみられる結果を得ることがで
きた。

【０００９】

【第１実施例】以下、本発明の第１実施例を図１乃至図
３に基づいて説明する。この図１乃至図２において、符
号１は一次コイル用線材を示し、符号２は二次コイル用
線材を示す。この一次コイル用線材１と二次コイル用線
材２とは、長さが同一で図２に示す如く縄状に捩じられ
た（ツイストされた）構成となっている。即ち、本実施
例にあっては、同一長さの一次コイル用線材１と二次コ
イル用線材２とが、相互に絶縁状態を維持しつつ縄状に
撚り合わされ（ツイストされ）ることによってトランス
本体３が形成されている。このトランス本体３に於ける
一次コイル用線材１の両端部に、入力端子Ｐ１　，Ｐ２
　が設けられている。また、二次コイル用線材２の両端
部に、出力端子Ｓ１　，Ｓ２　が設けられている。

【００１０】入力端子Ｐ１　，Ｐ２　と出力端子Ｓ１　
，Ｓ２　は、トランス本体３の一方の端部（図１の左端
部）に往路端子として入力端子Ｐ１　と出力端子Ｓ１　
が配設され、トランス本体３の他方の端部（図１の右端
部）に復路端子として入力端子Ｐ１　と出力端子Ｓ１　
が配設されている。そして、一次側の復路端子Ｐ２　は
、中継ケーブル４を介してトランス本体３の一方の端部
（図１の左端部）にＰ２　′として配設されている。ま
た、二次側の往路端子Ｓ１　は、中継ケーブル５を介し
てトランス本体３の他方の端部（図１の右端部）にＳ１
　′として配設されている。これにより、トランス本体
３の一方の端部（図１の左端部）に入力端子Ｐ１　，Ｐ
２　′が、またトランス本体３の他方の端部（図１の右
端部）に出力端子Ｓ１　′，Ｓ２　がそれぞれ設定され
た状態となっている。

【００１１】次に、上記実施例の動作について説明する
。図１の入力端子Ｐ１　，Ｐ２　′に所定周波数の交流
電源を印加すると、トランス本体３に於ける一次コイル
用線材１には、図２及び図３に示すように電流ｉ１が流
れ、その周囲に磁束Φの交番磁界Ｈが形成される。一方
、一次コイル用線材１に沿って配設されている二次コイ
ル用線材２には、ファラディの法則によって磁束Φの大
きさに対応した二次誘導電圧ｅ２　が生じる。このため
、二次コイル用線材２の有する出力端子Ｓ１　′，Ｓ２
　に適当な負荷を接続しておくことにより、その負荷の
大小及びその性質に応じた電流ｉ２　が二次コイル用線
材２に流れることとなる。

【００１２】ここで、図１におけるトランス本体３部分
の実用化に向けての実験結果の一例を図４に示す。この
実験では、図５に示すトランス本体３に於ける二次側（
出力端子Ｓ１　，Ｓ２　）に１０〔ＫΩ〕の純抵抗負荷
を接続し、入力端子Ｐ１　，Ｐ２　には一次電圧ｖ１　
を印加し、その周波数ｆを１〔Ｋ　　〕から１〔Ｍ　　
〕まで変化させてその変圧比「（Ｖ２　／Ｖ１　）×１
００〔％〕」を測定した。この場合、二次を開放して無
負荷とした場合も同時に測定したが、この図４とほぼ同
一の結果を得ることができた。この結果、図５に示す各
ツイストコイルの内、タイプＡ，Ｂ，Ｃ相互間では顕著
な周波数特性の違いを得た。また、タイプＡ，Ｂ，Ｃ相
互間では殆ど同一の周波数特性となるという結果を得た
。同時に変圧比定数Ｋ０　（但し、Ｋ０　はコイル線材
の直径と電源周波数によって定まる変圧比定数：以下同
じ）は、低周波領域では零に近づくことが、高周波領域
では、Ｋ０　＝７０〜８０〔％〕という実用化の可能性
充分とみられる結果を得ることができた。

【００１３】この図４に示す実験結果において、顕著な
周波数特性の違いが得られた図５のタイプＡ，Ｂ，Ｃに
ついて分析すると、コイルの直径が大きい程、周波数ｆ
に対する変圧比Ｋ０　の立ち上がりが早いことが明らか
となった。

【００１４】このように、図１乃至図３に示す第１実施
例においては、コイルの直径が小さい場合、明らかに一
次・二次間の結合が高められ、同時に動作周波数を高く
設定することにより充分実用化し得ることが明らかとな
った。また、コイルの直径を大きく設定した場合には、
比較的低周波から動作可能であることが判明した。更に
、この第１実施例においては、全体がロープ状に形成さ
れていることから、使用に際しては、通常の電源ケーブ
ルと同等に取り扱うことが可能となり、しかも電子機器
本体内の変圧器を省くことができ、従ってこれを使用す
ると電子機器本体の著しい小型化を図ることができると
いう利点が得られる。

【００１５】

【第２実施例】図６乃至図７に第２実施例を示す。この
図６乃至図７に示す第２実施例は、同一長さの一次コイ
ル用線材１を三本用いた場合を示す。符号４１　，４２
　，４３　は中継ケーブルを示す。その他の構成は前述
した第１実施例と同一となっている。このようにしても
前述した第１実施例と同様の作用効果を有するほか、二
次電圧を一次電圧の「Ｋ０　・１／３」倍に設定するこ
とができる。一方、ここで、一次コイル用線材１をｎ本
とすると、二次電圧を一次電圧の「Ｋ０　・１／ｎ」倍
に設定することができる。

【００１６】

【第３実施例】図８乃至図９に第３実施例を示す。この
図８乃至図９に示す第３実施例は、前述した第２実施例
とは逆に同一長さの二次コイル用線材２を三本用いた場
合を示す。符号５１　，５２　，５３　は中継ケーブル
を示す。その他の構成は前述した第１実施例と同一とな
っている。このようにしても前述した第１実施例と同様
の作用効果を有するほか、二次電圧を一次電圧の「３Ｋ
０　」倍に設定することができる。一方、ここで、二次
コイル用線材２をｎ本とすると、二次電圧を一次電圧の
「ｎＫ０　」倍に設定することができる。

【００１７】

【第４実施例】図１０に第４実施例を示す。この図１０
に示す第４実施例は、長さの異なった二次コイル用線材
２を三本用いた場合を示す。符号６１　，６２　，６３
　は中継ケーブルを示す。その他の構成は前述した第１
実施例と同一となっている。このようにしても前述した
第１実施例と同様の作用効果を有するほか、二次電圧を
一次電圧の「（二次コイル用線材の全長／一次コイル用
線材の全長）・Ｋ０　」倍に設定することができる。従
って、二次コイル用線材の全長を任意に設定することに
より二次電圧を任意の値に設定することが可能となって
いる。

【００１８】

【第５実施例】図１１に第５実施例を示す。この図１１
に示す第５実施例では、トランス本体３に於ける二次コ
イル用線材２の任意の箇所に、複数の出力端子Ｓ０１，
Ｓ０２，　Ｓ０３，Ｓ０４，Ｓ０５　　が設けられてい
る。その他の構成は前述した第１実施例と同一となって
いる。このようにしても前述した第１実施例と同様の作
用効果を有するほか、使用目的に応じて所定レベルの二
次電圧をトランス本体３上の任意の箇所から引き出すこ
とができるという利点がある。

【００１９】

【第６実施例】図１２に第６実施例を示す。この図１２
に示す第６実施例では、トランス本体３に於ける二次コ
イル用線材２の一方の端部に出力電圧の異なる複数の出
力端子Ｓ０１，Ｓ０２，　Ｓ０３，Ｓ０４が設けられて
いる。そして、これらの各出力端子Ｓ０１，Ｓ０２，　
Ｓ０３，Ｓ０４は、その内の一方の端子を共通の基準端
子とすると共に他方の端子を二次コイル用線材２上の任
意の箇所から引き出した点に特徴を有している。符号６
１　，６２　，６３　，６４　は中継ケーブルを示す。その他の構成は前述した第１実施例と同一となっている
。このようにしても前述した第１実施例と同様の作用効
果を有するほか、使用目的に応じて所定レベルの異なっ
た二次電圧をトランス本体３の一方の端部から引き出す
ことができるという利点がある。

【００２０】

【第７実施例】図１３に第７実施例を示す。この図１３
に示す第７実施例は、トランス本体３に於ける二次コイ
ル用線材２を長さの異なった複数本の線材で構成すると
共に、この複数本の各線材毎に独立した出力端子Ｓ０１
，Ｓ０２，　Ｓ０３を備えた点に特徴を有している。こ
れらの出力端子Ｓ０１，Ｓ０２，　Ｓ０３は、いずれも
トランス本体３の他方の端部（図１３の右端部）に配設
されている。符号６１　，６２　，６３　は中継ケーブ
ルを示す。その他の構成は前述した第６実施例と同一と
なっている。このようにしても前述した第６実施例と同
様の作用効果を有する。

【００２１】

【第８実施例】図１４に第８実施例を示す。この図１４
に示す第８実施例では、前述した第１実施例における二
次コイル用線材２の中継ケーブル５を、二次コイル用線
材２と同一の線材で形成すると共に、これがトランス本
体３の周囲に巻装されながら同図左端部の出力端子Ｓ１
　′，Ｓ２　に向けて配設された点に特徴を有している
。その他の構成は前述した第１実施例と同一となってい
る。その他の構成は前述した第１実施例と同一となって
いる。このようにしても前述した第１実施例と同様の作
用効果を有するほか、特に、出力端子Ｓ１　′，Ｓ２　
の出力電圧を有効に高く設定することができるという利
点がある。

【００２２】

【第９実施例】図１５に第９実施例を示す。この図１５
に示す第９実施例では、前述した第１実施例における二
次コイル用線材２の中継ケーブル５を二次コイル用線材
２と同一の線材で形成すると共に、これがトランス本体
３の周囲に巻装されながら同図右端部の出力端子Ｓ１　
′，Ｓ２　に向けて配設されている。また、第１実施例
における一次コイル用線材１の中継ケーブル４を一次コ
イル用線材１と同一の線材で形成すると共に、これがト
ランス本体３の周囲に巻装されながら同図左端部の入力
端子Ｐ１　，Ｐ２　′に向けて配設されている。その他
の構成は前述した第１実施例と同一となっている。この
ようにしても前述した第１実施例と同様の作用効果を有
するほか、特に、トランス本体３における一次コイル用
線材１と二次コイル用線材２の長さを調整し出力端子Ｓ
１　′，Ｓ２　の出力電圧を任意の大きさに設定するこ
とができるという利点がある。

【００２３】

【第１０実施例】図１６に第１０実施例を示す。この図
１６に示す第９実施例では、前述した第１実施例におけ
るトランス本体３を比較的長い縄状に形成すると共に，
このトランス本体３を更にソレノイド状（コイルばね状
）に巻き回することにより重トランス本体３３を形成し
使用した点に特徴を有している。図中、Ｙは瞬時に生じ
る交番磁束を示す。その他の構成は前述した第１実施例
と同一となっている。図１７に、この場合の実験結果（
曲線Ａ）を示す。また、比較の意味で、第１実施例の場
合（曲線ａ），および同一条件のもとに形成された複数
の重トランス本体３３につき、内側空間に砂鉄を入れた
場合（曲線ｂ），或いは内側空間に鉄心を挿入した場合
（曲線ｃ），又内側空間に珪素鋼板を挿入した場合（曲
線ｄ）の各々について、同図表内にその実験結果を開示
する。この結果、高い周波数領域では、何れの場合も比
較的高い変圧比定数を得ることができ、また低い周波数
領域では、形成される磁路部分に透磁率の大きい部材を
配設することにより７０〜９０％前後の高い変圧比定数
を得ることができた。

【００２４】ここで、上記各実施例において、トランス
本体３の周囲及び撚り合わせの隙間に微細磁性部材を充
填してもよい。或いは、トランス本体３又は重トランス
本体３３を適当に密封すると共に内部に磁性流体を封入
するように構成してもよい。このようにすると、電圧変
換効率を更に向上させることができ、更に使用周波数の
低周波化も有効になし得る、という利点がある。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、一次コ
イル用線材と二次コイル用線材とを相互に絶縁状態を維
持しつつ縄状（ツイスト状）に撚り合わすことによって
トランス本体を形成し、このトランス本体に於ける一次
コイル用線材の両端部に入力端子を設け，二次コイル用
線材の両端部に出力端子を設ける、等の構成を採ってい
ることから、電圧変換の主要部が一次コイル用線材と二
次コイル用線材から成るトランス本体で構成されること
となり、これがため、トランス本体部分を著しく小型化
することができ、しかも一次コイル用線材と二次コイル
用線材とを相互に絶縁状態を維持しつつ縄状（ツイスト
状）に撚り合わす構成としたことから、電圧変換効率を
良好に維持することが可能となり、特に高周波領域では
高周波動作によるコイル断面上の表皮効果を利用して内
部インダクタンスの減少により一次コイル・二次コイル
間の結合が高められ、上述したように全体的に縄状に形
成したことから例えば電子機器の内部の角部に沿って配
設し装備することも可能となり、従って、これを使用す
ると電子機器全体を著しく小型化することができるとい
う従来にない優れたトランス装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す配線図

【図２】図１
内におけるトランス本体の一部を示す説明図

【図３】図１内におけるトランス本体の一部の動作をし
めす説明図

【図４】図１内におけるトランス本体の実験結果の一例
を示す線図

【図５】図４の実験に使用したトランス本体の種類を示
す図表

【図６】第２実施例を示す配線図

【図７】図６内におけるトランス本体の一部を示す説明
図

【図８】第３実施例を示す配線図

【図９】図８内におけるトランス本体の一部を示す説明
図

【図１０】第４実施例を示す配線図

【図１１】第５実施例を示す配線図

【図１２】第６実施例を示す配線図

【図１３】第７実施例を示す配線図

【図１４】第８実施例を示す配線図

【図１５】第９実施例を示す配線図

【図１６】第１０実施例を示す配線図

【図１７】図１６内に於ける重トランス本体（単位長さ
当たり）の実験結果の一例を示す線図である。

【符号の説明】

１　　　　一次コイル用線材２　　　　二次コイル用線材３　　　　トランス本体４，４１　，４２　，４３　，５，５１　，５２　，５
３　，６１　，６２　，６３，６４　中継ケーブル３３　　重トランス本体Ｐ１　，Ｐ２　，Ｐ２　′ 入力端子Ｓ１　，Ｓ１　′，Ｓ２　，Ｓ１１，Ｓ１２，　Ｓ１３
，Ｓ１４出力端子Ｐ１　，Ｓ１　　　往路端子Ｐ２　，Ｓ２　　　往路端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　一次コイル用線材と二次コイル用線材
とを相互に絶縁状態を維持しつつ縄状に撚り合わすこと
によってトランス本体を形成し、このトランス本体に於
ける前記一次コイル用線材の両端部に入力端子を，二次
コイル用線材の両端部に出力端子をそれぞれ設けたこと
を特徴とするトランス装置。
【請求項２】　　前記トランス本体部分に於ける一次コ
イル用線材と二次コイル用線材の各長さを、相互に同一
の長さに設定したことを特徴とする請求項１記載のトラ
ンス装置。
【請求項３】　　前記トランス本体部分に於ける一次コ
イル用線材を、複数本の線材により構成すると共に、こ
の各一次コイル用線材の各々をその往路と復路の電流方
向が一致するように中継ケーブルを介して接続したこと
を特徴とする請求項１記載のトランス装置。
【請求項４】　　前記トランス本体部分に於ける二次コ
イル用線材を、複数本の線材により構成すると共に、こ
の各二次コイル用線材の各々をその往路と復路の電流方
向が一致するように中継ケーブルを介して接続したこと
を特徴とする請求項１記載のトランス装置。
【請求項５】　　前記トランス本体部分に於ける複数本
の二次コイル用線材として、同一長さのものが使用され
ていることを特徴とした請求項４記載のトランス装置。
【請求項６】　　前記トランス本体部分に於ける複数本
の二次コイル用線材として、長さの異なったものが使用
されていることを特徴とした請求項４記載のトランス装
置。
【請求項７】　　前記トランス本体部分に於ける二次コ
イル用線材には、その任意箇所に出力端子が設けられて
いることを特徴とした請求項１，２，３，４，５又は６
記載のトランス装置。
【請求項８】　　前記二次コイル用線材には、その二端
子から成る出力端子の内の一端子を基準としてその複数
箇所に出力端子が設けられていることを特徴とした請求
項１，２，３，４，５又は６記載のトランス装置。
【請求項９】　　前記トランス本体部分に於ける二次コ
イル用線材を、長さの異なる複数本の線材により構成す
ると共に、この各二次コイル用線材の両端部にそれぞれ
独立した出力端子を設けたことを特徴とする請求項１，
２，３，４，５又は６記載のトランス装置。
【請求項１０】　　一次コイル用線材と二次コイル用線
材とを相互に絶縁状態を維持しつつ縄状に撚り合わすこ
とによってトランス本体を形成し、このトランス本体の
一方の端部に一次側と二次側の各往路端子を設けると共
に前記トランス本体の他方の端部に一次側と二次側の各
復路端子を設け、前記一次側の復路端子を中継ケーブル
を介してトランス本体の一方の端部側に配設すると共に
、前記二次側の往路端子を中継ケーブルを介してトラン
ス本体の他方の端部側に配設したことを特徴とするトラ
ンス装置。
【請求項１１】　　一次コイル用線材と二次コイル用線
材とを相互に絶縁状態を維持しつつ縄状に撚り合わすこ
とによってトランス本体を形成し、このトランス本体の
一方の端部に一次側と二次側の各往路端子を設けると共
に前記トランス本体の他方の端部に一次側と二次側の各
復路端子を設け、前記二次側の往路端子を，二次側往路
線材を介して前記トランス本体の他方の端部側に配設す
ると共に、この二次側往路線材の一部または全部を前記
トランス本体の周囲に巻装したことを特徴とするトラン
ス装置。
【請求項１２】　　一次コイル用線材と二次コイル用線
材とを相互に絶縁状態を維持しつつ縄状に撚り合わすこ
とによってトランス本体を形成し、このトランス本体の
一方の端部に一次側と二次側の各往路端子を設けると共
に前記トランス本体の他方の端部に一次側と二次側の各
復路端子を設け、前記一次側の復路端子を，一次側復路
線材を介して前記トランス本体の一方の端部側に配設す
ると共に、この一次側復路線材の一部または全部を前記
トランス本体の周囲に巻装し、前記二次側の往路端子を
，二次側往路線材を介して前記トランス本体の他方の端
部側に配設すると共に、この二次側往路線材の一部また
は全部を前記トランス本体の周囲に巻装したことを特徴
とするトランス装置。
【請求項１３】　　一次コイル用線材と二次コイル用線
材とを相互に絶縁状態を維持しつつ縄状に撚り合わすこ
とによって比較的長い縄状のトランス本体を形成すると
共に，このトランス本体をソレノイド状もしくはコイル
ばね状に巻くことにより重トランス本体を形成し、この
重トランス本体に於ける前記一次コイル用線材の両端部
に入力端子を，二次コイル用線材の両端部に出力端子を
それぞれ設けたことを特徴とするトランス装置。