JPH0612739B2 - １回巻の１次および２次巻線を有する偏平変成器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電磁型変成器に関するものであり、特にフェラ
イト材料厚板で形成される偏平変成器に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来の変成器は２個あるいはそれ以上のコイルが巻回さ
れた種々な形状の磁気鉄芯を具備している。一方のコイ
ルは入力コイルとして使用され、１次巻線と呼ばれ、他
方のコイルは出力コイルとして使用され、２次巻線と呼
ばれる。実際の適用において所望されるような多重入力
および出力巻線の任意の組合わせが存在する。巻線が同
じ磁気鉄芯の回りに巻かれるので、その形がどうであっ
ても、巻線の断面の有効面積はほぼ同じである。それ
故、１次および２次巻線によって行われる電圧変換はそ
れらの巻数比に依存する。

多数の問題が高周波数電力用の場合において発生する。
典型的に、１次または２次巻線の高い巻数は高い抵抗損
失を生じる。これらの損失は通常低電力低周波数用にお
いて許容されるけれども、より高い周波数用で巻線中の
導電の物理的形態は質的に異なり、表皮効果および近接
効果は総ワイヤ断面の有効な使用を不可能にする。従っ
て抵抗損失は高い周波数で著しくなる。

更に、変成器の各巻線における多数の巻数のため、薄い
形状の、偏平な電力変成器を製造することは困難であ
る。偏平な電力変成器の製造は多重出力コイルが変成器
に必要とされるときには特に困難である。

従来技術では強磁性材料の多重厚板が変成器のための鉄
芯構造として使用されるような多数の設計を開発されて
いる。それらは例えば、米国特許第4,206,434号明細書
（ＨＡＳＥ、“Regulating Transformer with Magnetic
Shunt”、1980年）；米国特許第1,910,172号明細書
（ＫＯＵＹＯＵＭＪＩＡＮ、“電気制御装置”、1933
年）；米国特許第2,598,617号明細書（ＳＴＩＭＬＥ
Ｒ、“交流電流変成器”、1952年）；および米国特許第
1,793,312号明細書（ＤＯＷＬＩＮＧ、“電気変換装
置”、1931年）に記載されている。

［発明の解決しようとする課題］ ＫＯＵＹＯＵＭＪＩＡＮおよびＨＡＳＥのような多数の
従来技術の装置がそれらが厚いことよりそれらの幅を広
くし高さを高くするアスペクト比を有するけれども、そ
れらは実際は薄いまたは偏平な変成器ではない。更に、
これらの装置の各々によって実行された電気変換機能は
まだ１次および２次コイルの巻数比に依存し、上述され
た高周波数における種々の欠点を有する。

それ故、変成器を非常に薄く、偏平な構造にして従来技
術の変成器の欠点を有することなく高い周波数用に使用
されることのできる電気変成器が必要とされる。

［課題解決のための手段］ 本発明は、１回巻の１次および二字巻線を有する偏平な
形状の変成器を提供するものであり、本発明の変成器
は、第１の距離を隔てて位置された第１の１対の貫通ス
ロットと、この第１の距離と異なる第２の距離を隔てて
位置された第２の１対の貫通スロットとを有している１
以上の強磁性体偏平板と、第１の１対の貫通スロットを
通って第１のループを形成し、第１の距離にほぼ等しい
直線状部分を含んでいる第１の導電性リボンと、第２の
１対の貫通スロットを通って第２のループを形成し、第
２の距離にほぼ等しい直線状部分を含んでいる第２の導
電性リボンとを具備し、第１および第２の導電性リボン
によって形成された第１および第２のループが強磁性体
偏平板により磁気的に結合され、これらループ間の電圧
比が第１および第２の距離の比率にほぼ等しいことを特
徴とする。

１実施例において、各板は偏平なフェライト板である。
別の実施例においては各厚板はアモルファス金属板であ
る。

示される実施例において、各板は高熱伝導性を有する絶
縁層によって絶縁分離され、熱は容易に複数の板の外へ
放散される。

第１および第２の導電リボンは１回巻ループを形成し、
そのため変成器の厚さは偏平厚板の厚さによって実質的
に定められる。

更に別の実施例において、第２の対の貫通スロットは３
個の貫通スロットから成り、その左側の貫通スロットお
よび中央の貫通スロットが第１の１対の貫通スロットを
構成し、中央の貫通スロットおよび右側の貫通スロット
は第２の１対の貫通スロットを構成する。第１の導電リ
ボンは左側および右側の貫通スロットを通って配置さ
れ、第１のループを形成する。第２の導電リボンは左側
および中央の貫通スロットを経て配列され、第２のルー
プを形成する。第３の導電リボンが設けられて中央およ
び右側の貫通スロットを通って配置され、対応する第３
の導電ループを形成する。第３の導電ループは第２の導
電ループと同様に第１の導電リボンの導電ループの磁気
回路中にある。

変成器は更に２個の左、中央および右貫通スロットを経
て選択的に配列された複数の導電リボンを具備し、対応
する複数のループを形成する。第３のループは第１およ
び第２の導電リボンによって形成される第１および第２
のループと対称関係で磁気回路中にある。

本発明はまた複数の貫通スロットを有する複数の積層さ
れた偏平板を具備する平坦で偏平な高周波、低電力損失
の変成器を提供する。各板中の複数の貫通スロットは複
数の偏平板の互いのものの同じ対応する複数の貫通スロ
ットと整列させる。偏平板は磁束回路を提供するための
強磁性材料から構成される。複数の偏平なシート状の導
体は複数の貫通スロットの選択されたものを通って配置
される。各導体は複数の偏平板の少なくとも一部を囲む
ループの少なくとも一部分を構成する。導体の各ループ
は互いに磁束回路において結合される。２以上のループ
のそれぞれのループの囲む断面積は等しくない。

結果的に、薄い、偏平な形状の変成器が提供され、表皮
効果および近接効果のため高周波数における複数の導体
を通る導電損失を低下させることができ、複数の偏平板
中の渦電流損失を最小にすることができる。

偏平板の各々はフェライト材料から構成され、各板は動
作周波数の厚さでわずかな表皮の深さより少なくされる
と、複数の板中の渦電流損失は最小にされる。

１実施例において、２以上の複数の偏平シート状の導体
は断面積の実質的に等しいループを形成し、複数の偏平
なシート状の導体の第３のものは異なる断面積の対応す
るループを形成する。導体の第３のものは２個のシート
状の導体のループと磁束回路において結合され、そのた
め第３の導体によって２個の導体へ変換される電力は実
質的に２個の導体のループ間で等しく変換される。

複数の偏平なシート状の導体の各対の対応するループは
１回巻の導体によって形成される。

本発明およびその様々な実施例は以下の図面を参照して
よりよく視覚化されるが、ここでは同様の素子は同様の
符号によって参照される。

［実施例］ 偏平な形状の高周波数用電力変成器は積層配列で形成さ
れた複数の絶縁フェライト板から成る。１実施例におい
て、２組の１対の貫通スロットは絶縁板の積層配列を貫
通して形成される。１回巻の金属リボン導体は対応する
第１および第２のループを形成するように各対の貫通ス
ロットを通され、それは積層体を通って互いに磁束回路
で結合される。１対の貫通スロットの間の距離が他方の
対の貫通スロットの間の距離と異なり、そのためリボン
によって形成される２つのループは互いに等しくない断
面を有する。それ故、リボン上の電圧比はリボンループ
の各断面積の比に等しい。別の実施例において、第３の
リボンが追加して設けられ、それは第２のリボンに等し
い断面ループ面積を有し、対称的な１回巻の出力コイル
を提供する。

本発明の第１の実施例は第１図において図式的な斜視図
で示されており、参照符号10で全体的に示される１以上
のフェライト板が偏平配列を形成するため上に重なるよ
うに平行に並べられている。参照符号12で示される各個
々の板は第１図に示されるような間隙を設けられること
によって、あるいは好ましくは絶縁材料の薄い中間層
（図示されていない）によって互いに絶縁されている。
絶縁材料は高熱伝導性を有し、各厚板12上の薄層または
被覆として形成され、この変成器からの熱伝達除去また
は熱放射を可能にする。適切な絶縁層は薄層形態のＢｅ
ＯおよびＡＩＮである。その代わりに、板12は互いに絶
縁されたアモルファス金属シートから構成されてもよ
い。

２組以上の対の貫通スロット14および16は各板12を通っ
て形成される。第１図に示された実施例において、１対
の貫通スロット14は各板12の上部に形成され、予め決め
られた距離18で分離されている。下方に示された１対の
貫通スロット16は板12の下部に形成され、予め決められ
た距離20で分離されている。距離18および20が等しくな
いことが本発明の特徴である。

いずれにしても、それぞれの一対の貫通スロット14およ
び16は積層体10を構成する板12の各々を貫通して同様に
形成される。示された実施例において、距離18は距離20
より大きく、実際には２倍の大きさである。第１の導電
リボン22は入力回路のコイルとして設けられ、第１図に
示される板12のそれぞれの左側の貫通スロット14を通っ
て導かれ、最後部の板12の後面を横切って（図示されて
いない）右側の貫通スロット14を経て前方への戻りのリ
ード線を形成する。従って、リボン22は板12の積層体10
の２つの貫通スロット14を通る単一ループを形成する。
同様に、第２の導電リボン24は左側の下部貫通スロット
16を通って同様に配置され、板12の積層体10を通り最後
部の厚板12の後面を横切り右側の貫通スロット16を通っ
て前部へ戻るリード線を形成する。リボン24は従って第
２の導電ループを形成し、それは板12の積層体10により
構成された磁気回路によって第１のリボン22によって形
成されたループと結合される。リボン22および24は一般
的に0.001乃至0.01インチの厚さの金属シート材料から
構成される。好ましい実施例において、リボン22および
24は銅のような金属から成る。第１図においては示され
ていないけれど、リボン22および24もまた絶縁被覆を備
え、板12の積層体10をよるリボン22および24のループを
横切る短路を防止する。

第２図は第１図に示されるフィライト板12の１つの平面
図である。第３図は第２図の曲がった１点鎖線３−３に
よって得られる断面図であり、各貫通スロット14および
16を通る断面図が示される。第１図は貫通スロット14お
よび16を通って配置されたリボンループの場合において
概略的に示すものであり、それはリボンの厚さよりかな
り幅が広く、距離20および18は各貫通スロットの各々の
対応する側部から測定される。特に、第２図において距
離18は貫通スロット14および16のそれぞれ左側から測定
され、それはリボン22および24は左側の貫通スロットか
ら積層体10内へ入り、また外へ導かれるので、製造中に
各貫通スロットの左側へ引かれるからである。明らか
に、この距離は、右側部から両方を導く場合、あるいは
左から入り、右から出る場合、またはその反対にリボン
22および24を導く場合など、その他の製造技術が用いら
れる場合にそれに応じて異なって定められることができ
る。

第１図に示される実施例においてリボン22および24によ
って形成される単一ループしか存在しないが、入力−出
力電圧比はそれにもかかわらず２対１である。これはリ
ボン22によって形成されるループによって板12の積層体
中に含まれる断面面積はリボン24のループによって形成
されるものの２倍の大きさであるためである。この驚く
べき結果、すなわち単一ループにかかわらず高電圧比が
得られる理由は、上部貫通スロット14間の距離18が下部
貫通スロット16間の距離20のほぼ２倍であるためであ
る。出力−入力電圧比は従って距離18と20の比率に依存
して２よりも大きい、あるいは２よりも小さい比率を得
るように変化させることができる。比率は無限に大きく
なるものではないけれども、５程度の大きさの入力−出
力電圧比が第１図の教示に従って構成される装置によっ
て実際に得られることが期待される。

本発明は更にリボン22および24の入力および出力が上述
の実施例においては使用された0.2インチの幅および0.0
03インチの厚さのリボンのような薄いシート導体から形
成されるという利点を有する。これは表皮効果および近
接効果を減少することによって導電損失を小さくし、そ
れ故より大きい電流搬送容量を生成する。例えば、0.00
3インチの厚さおよび0.2インチの幅のリボン導体と同じ
断面領域を有する従来の円形ワイヤは約300パーセント
の高い損失を有すると思われる。

更に、本発明は本質的に平坦または偏平な構造を許容す
る。通常のコアより実質的に薄い厚板12の積層体10の暑
さが薄いだけでなく、リボン導体22および24の追加は変
成器の全厚さを極めて僅か増加させるに過ぎない。しか
しながら、このように変成器が非常に薄くされているに
も拘らず入力−出力電圧比はあまり影響されない。事
実、１以上の厚板12を使用する0.05インチの薄い変成器
の電圧変換特性における影響はほとんどないことが予想
されれる。

また、各板12として積層フィライトを使用すると、フェ
ライト材料中の渦電流損失をさらに減少させることがで
きる。これらの渦電流損失は高周波で非常に著しく、50
0-1000kHzで50.80パーセントのエネルギ損失にのぼる。
他方、本発明に従って製造された装置は0.05インチの厚
さのフェライト板を使用すると渦電流損失における50パ
ーセント以上の減少が可能である。

いくつかの適用において、集中負荷へ導かれる全電力を
増加するために多数の同じ電気回路または負荷を並列に
接続する必要がある。１回巻変成器は第１図と関連して
説明されたように、もしこのような多重負荷装置が第４
図と関連して以下に説明するものと同じ型の変成器によ
って駆動されるなら、変成器の設計は負荷が電気回路の
各々によって等しく分割されることを確実にするという
重要な利点を与える。それ故、個々の回路の任意のもの
に存在する熱放散のような負荷および電気応力は減少さ
れ、製品の全信頼性は大きく向上する。

二重出力１回巻変成器の概略的な斜視図が示される第４
図を参照する。１回巻変成器は全体を参照符号30で示さ
れている。変成器30は一般的に第１図乃至第３図と関連
して上述されたものと同じ構成および配列の複数のフェ
ライト板32を含む。しかしながら、第４図の板32は複数
の貫通スロット34,36,38を含む。説明された実施例にお
いて、貫通スロット34,36,38は第４図において左側の貫
通スロット34および右側の貫通スロット38に加えて各板
32の中央を貫通して形成される貫通スロット36を含み、
これらの貫通スロット34,36,38は全て同じ形状である。
金属入力リボン40は板32の左側の貫通スロット34を通っ
て配置され、最後部の板32の後面を横切り、板32の右側
の貫通スロット38を経て前方へ戻るリード線を形成す
る。

一方、変成器30は２個の出力導体、すなわちリボン42お
よび44を含んでいる。出力リボン42は各板32の左側の貫
通スロット34を通って同様に配置され、最後部の板32の
後面を横切るが、板32の中の中央貫通スロット36を通っ
て前方へ戻され、第４図に示すように左側への戻りのリ
ード線を形成する。同様に、出力リボン44は各板32の右
側貫通スロット38を通って配置され、最後部の板32の後
面を横切り、それから中央貫通スロット36を通って前方
へ戻り、第４図に示されるように右への戻りのリードを
形成する。

変成器30は２個の対称的な１回巻出力ループを設けら
れ、それぞれリボン40によって形成される入力ループの
断面積のほぼ半分を有する。しかしながら、リボン42お
よび44によって形成される出力ループの対称性のため、
リボン42および44へ各々結合される第１および第２の負
荷へ導かれる電力は同様に対称的であり、等しい。

第４図の実施例が更に総数において奇数または偶数の出
力ループを含むように拡大されるということが理解され
なければならず、それはリボン42および44によって形成
されたループの上に１以上のループを形成することによ
って、またはリボン42および44によって第４図に示され
るループの上部にまたは同心的に互いに絶縁された付加
的なリボンを配置することによって貫通スロット34,36,
38を通って同じ方法で配置される。

多くの代替作方法および修正が本発明の技術的範囲から
外れることなく当業者によって成されることができる。
それ故、説明された実施例は説明を明確にするための単
なる零時であり、特許請求の範囲に記載される本発明を
限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の斜視図である。 第２図は第１図の実施例で使用されるフェライトコアの
平面図である。 第３図は第２図のフェライト板の線３−３に沿った断面
図である。 第４図は第２図の実施例の斜視図である。 12……強磁性体板、14,16……貫通スロット、22,24……
リボン、30……変成器、32……強磁性体板、34,38……
貫通スロット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイル・フランシス・リジェルマン アメリカ合衆国、アリゾナ州 85747，タ クソン、イースト・アービングトン・ロー ド 11200

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の距離を隔てて位置された第１の１対
   の貫通スロットと、前記第１の距離と異なる第２の距離
   を隔てて位置された第２の１対の貫通スロットとを有し
   ている１以上の強磁性体偏平板と、 前記第１の１対の貫通スロットを通って第１のループを
   形成し、前記第１の距離にほぼ等しい直線状部分を含ん
   でいる第１の導電性リボンと、 前記第２の１対の貫通スロットを通って第２のループを
   形成し、前記第２の距離にほぼ等しい直線状部分を含ん
   でいる第２の導電性リボンとを具備し、 前記第１および第２の導電性リボンによって形成された
   第１および第２のループが前記強磁性体偏平板により磁
   気的に結合され、これらループ間の電圧比が前記第１お
   よび第２の距離の比率にほぼ等しいことを特徴とする１
   回巻の１次および２次巻線を有する偏平変成器。
2. 【請求項２】磁束回路を構成する強磁性体からなる複数
   の偏平板であって、それぞれ複数の貫通スロットを有
   し、各板の貫通スロットが他の強磁性体偏平板の対応す
   る貫通スロットと整列されている並列に配置された複数
   の強磁性体偏平板と、 それぞれ前記複数の貫通スロットの選択された貫通スロ
   ットを通ってループを形成するように配置されている複
   数の偏平シート状導体とを具備し、 各偏平シート状導体が複数の強磁性体偏平板の少なくと
   も一部を囲むループの少なくとも一部を形成しており、
   各ループが強磁性体偏平板により構成された磁気回路に
   よって磁気的に結合され、 ２つのループが囲む強磁性体偏平板の断面面積が異なっ
   ていることを特徴とする１回巻の１次および２次巻線を
   有する偏平変成器。
3. 【請求項３】第１の１対の貫通スロットと、第２の１対
   の貫通スロットとを有する複数のフェライト板であっ
   て、整列されて積層されるときに各貫通スロットが整列
   されるように各板の貫通スロットが同様に形成されてい
   る複数の平坦で薄い偏平なフェライト板と、 前記複数のフェライト板間にそれぞれ配置され、前記フ
   ェライト板と同じ形状で、前記第１および第２の１対の
   貫通スロットに対応した貫通スロットを有している高熱
   伝導性を有する複数の絶縁層とを備え、これら複数のフ
   ェライト板と複数の絶縁層とは交互に配置されて積層体
   を構成しており、 さらに、この積層体のフェライト板および絶縁層の前記
   第１の１対の貫通スロットを通って配置され、前記フェ
   ライト板と絶縁層との積層体の一部を囲むループの少な
   くとも一部を形成する第１の偏平な金属リボン導体と、 積層体のフェライト板および絶縁層の前記第２の１対の
   貫通スロットを通って配置され、前記フェライト板と絶
   縁層との積層体の一部を囲むループの少なくとも一部を
   形成する第２の偏平な金属リボン導体とを具備し、 前記第２のループが囲む積層体の断面積は前記第１のル
   ープが囲む積層体の断面積と異なっており、 前記偏平な金属リボン導体の第１と第２のループが積層
   された強磁性体偏平板により構成された磁気回路によっ
   て磁気的に結合されていることを特徴とする１回巻の１
   次および２次巻線を有する偏平変成器。