JPH0726826Y2 - 共振回路用漏洩変圧器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は主として冷陰極放電管の点灯用に使用される１
石式インバータ等における共振回路用漏洩変圧器に関す
るものである。

１石式インバータは第１図に示すように、本考案の対象
とする漏洩変圧器ＴとトランジスタＱを主成分として具
備する。変圧器Ｔは間隙を有する鉄心Ｆに巻装された一
次，二次，三次各巻線W₁，W₂，W₃を具備し、一次巻線W₁
と並列に共振用コンデンサＣが接続される。この共振回
路と直列にトランジスタＱが接続され、この直列回路に
電源電圧Ｅが印加される。三次巻線W₃は帰還回路に用い
られ、抵抗R₂を直列に経てトランジスタＱのベースとエ
ミツタ間に接続される。トランジスタＱに起動用抵抗R₁
が接続され、またダンパーダイオードＤが並列接続され
る。二次巻線W₂は例えば冷陰極放電管へ接続される。な
お三次巻線W₃は実際には一次巻線W₁に近接して設置され
る。

この１石式インバータは部品点数が少なく、また共振回
路Ｃ−W₁による共振型駆動となつているためトランジス
タＱのスイツチング損失及びスイツチングによる妨害雑
音成分が少ないことを特長としているので、小容量イン
バータにはしばしば用いられている。処でトランジスタ
ＱをコンデンサＣと巻線W₁との正常な共振状態で動作さ
せるためにはトランジスタＱのオン期間中巻線W₁に蓄え
られたエネルギーでトランジスタＱのオフ期間中に巻線
W₁とコンデンサＣの共振による巻線W₁の電圧波高値を電
源電圧以上にする必要がある。ここで上記巻線W₁に蓄え
られるエネルギーが不足すると上記巻線W₁の電圧波高値
は電源電圧以下となり、正常な作動が阻害され、従つて
トランジスタＱオン時のスイツチング損失は増加し、イ
ンバータの効率を悪化させる。それ故、正常な共振状態
を確保するため必要なエネルギーは変圧器Ｔの一次側イ
ンダクタンスを適切な値に限定することにより得られ
る。

先ず第５図に示す従来の共振回路用漏洩変圧器について
説明するに、11と12は互に向き合つた２個のＥ字形鉄心
であり、その間の間隙４には電気絶縁物が挿置される
か、又は空隙のまま残される。鉄心11,12の各中央脚に
夫々一次巻線６及び二次巻線７が巻装される。鉄心11と
12は主磁路用磁心を構成し、その両中央脚は主脚であ
り、その両端間を上下において連結する部分は帰路脚で
ある。一次巻線６と間隙４との間において主脚と帰路脚
との間に磁気分路を形成するための磁気分路用磁心３が
主脚から突設され、その先端に磁気分路用間隙５が形成
される。間隙５にも電気絶縁物が置かれ、又は空隙のま
までもよい。

この変圧器において出力電流を調整するためには間隙５
の長さを変化させるのであるが、一次巻線６の巻装され
た鉄心11が磁気分路用鉄心３を有しており、これを二次
巻線７の巻装された鉄心12に間隙４を介して臨ませてあ
るため、主磁路の間隙４が磁気分路用磁心３を境にして
二次巻線７の側にある。それ故に、間隙５の長さが変化
すると、一次側インダクタンス即ち一次側から見た無負
荷時のインダクタンスが大幅に変化する結果を生ずるの
で、第１図において共振回路W₁−Ｃの正常な共振状態を
保つことが困難になる。

第６図に示す従来の共振回路用漏洩変圧器において、13
は横に長い棒状磁心であり、その上下両側にコ字形磁心
14,15が上下左右の間隙４′を隔てて当接される。磁心1
3に一次及び二次各巻線6,7が巻装され、その間に磁気分
路用磁心３が磁心13から上下の磁心14,15へ向けて突設
され、その各先端と磁心14,15との間に間隙５が形成さ
れる。磁心13は主磁路用磁心の主脚であり、磁心14,15
は帰路脚である。間隙４′,5は電気絶縁物として示され
るが、単なる空隙であつてもよい。この変圧器において
も主磁路用間隙４′が磁気分路用磁心３を境にして一次
巻線側と二次巻線側の両方にあることの故に、上記第５
図の場合と略同じような欠点がある。

本考案は上記の欠点を改善し、共振回路用漏洩変圧器の
一次側インダクタンスの変動をなくし、共振回路での正
常な共振状態を確保することを目的とするものである。

そのため、本考案は、一次巻線と二次巻線とを軸方向に
並べて巻装した主磁路用磁心と、前記両巻線の間で磁気
分路を形成する磁気分路用磁心とを備え、前記一次巻線
を用いて共振回路を構成する共振回路用漏洩変圧器にお
いて、前記主磁路用磁心を別体に形成された２つの磁心
を互いに間隙を介して臨ませて構成するとともに、これ
らの磁心のうちの少なくとも一方には主脚と帰路脚とを
一体に形成し、さらに当該磁心の主脚には、少なくとも
二次巻線と前記帰路脚に向かって磁気分路を形成する前
記磁気分路用磁心とを設けて、前記間隙を前記磁気分路
用磁心より前記一次巻線側に位置させ、当該一次巻線と
並列に共振用コンデンサを接続することを特徴とする。
先ず本考案の１実施例を示す第２図において、Ｅ字形磁
心11,12（本考案の主磁路用磁心に該当する）、磁気分
路用磁心３及び一次，二次各巻線6,7の構成は上記の第
５図示と略同じであるが、重要な相違は第２図において
主磁路用間隙４の位置が磁気分路用磁心３を境にして一
次巻線６の側にある点である。すなわち、この実施例
は、二次巻線７を巻装した磁心12に磁気分路用磁心３が
設けられ、これを一次巻線６の巻装された磁心11に間隙
４を介して臨ませたものである。この構成によつて一次
側インダクタンスの値は出力電流を調整するため磁気分
路の間隙５の長さを変化させてもそれにより殆んど変化
せず、従つて第１図において正常な共振状態を逸するこ
とがない。

本考案の他の実施例を示す第３図において、横に長いＥ
字形磁心16の開放端面に主磁路用間隙４を隔てて棒状磁
心17が付着され、これらの磁心16,17により主磁路が構
成される。磁心16の中央脚（本考案の主脚に該当する）
に一次巻線６と二次巻線７が巻装され、これら両巻線の
間に磁気分路用磁心３が上記中央脚から突設される。磁
心３の先端とＥ字形磁心16の上下帰路脚との間に間隙が
空隙５′の形で形成されるが、この空隙は電気絶縁物等
であつてもよい。この実施例でも主磁路用間隙４の位置
が磁気分路用磁心３を境にして一次巻線６の側にあるこ
とによつて第２図示の場合と同様な作用効果がある。次
に第４図に示す更に他の実施例は第３図と比較して、コ
字形磁心18がＥ字形磁心16の下側帰路脚を取去り、それ
に応じて棒状磁心19を磁心17より短くし、磁気分路用磁
心３も下側の分をなくしただけのものであり、これらの
コ字形磁心18と棒状磁心19により主磁路が構成されるか
ら、その作用効果は第３図のものと殆んど同じである。

上記各変圧器の一次側インダクタンスを知るために、先
ずこれらすべての変圧器に共通な一般的構成について一
次巻線６の電圧V₁と電流I₁及び二次巻線７の電圧V₂と電
流I₂の相互間の関係を調べて見る。ここで簡単のため一
応一次巻線６の巻数及び二次巻線７の巻数は何れも１と
して計算するが、その計算結果に対して実際に前者巻数
がN₁、後者巻数がN₂であるとすれば、実際についてはV₁
をN₁倍、I₁を1/N₁倍、V₂をN₂倍、I₂を1/N₂倍、また一次
側インピーダンスをN₁ ²倍、二次側インピーダンスをN₂ ²
倍すればよい。

先ず一次電流I₁と二次電流I₂が同時に流れた場合の磁束
分布を調べると、主磁路磁心の磁気分路より一次巻線側
の磁気抵抗をR₁、磁気分路より二次巻線側の磁気抵抗を
R₂、磁気分路の磁気抵抗をR₃とすれば、一次巻線の中心
磁路を通る磁束Ф_１及び二次巻線の中心磁路を通る磁束
Ф_２は次のようになる。

ここでＳ＝R₁R₂＋R₂R₃＋R₃R₁ （３） 電圧V₁，V₂は夫々磁束Ф_１，Ф_２に比例するので、この
比例常数を省略すれば、上記のФ_１，Ф_２は夫々V₁，V₂
に置換えてよい。

他方変圧器の等価回路を考えてその一次漏洩インピーダ
ンスをZ₁、二次漏洩インピーダンスをZ₂、励磁インピー
ダンスをZ₀とすれば、次の関係が成立する。

V₁＝I₁Z₁＋I₀Z₀ （４） V₂＝I₀Z₀−I₂Z₂ （５） I₁＝I₀＋I₂ （６） 上記の式（１）に式（６）を代入してI₂を消去し、式
（２）に式（６）を代入してI₁を消去し、式（１），
（２）でФ_１，Ф_２を夫々V₁，V₂に変えて後式（１）を
式（４）と、式（２）を式（５）と夫々比較すれば、次
の結果が得られる。

なおこれらのインピーダンスZ₁，Z₀，Z₂中の各抵抗分は
極めて小さいから、これらのインピーダンスはリアクタ
ンスと見なしてよく、またこれらのリアクタンスに周波
数はすべて共通であるから、これらをインダクタンスと
見なしてもよく、従つてインピーダンスZ₁，Z₀，Z₂は各
々インダクタンスと読み替えてもよい。そこで前記の一
次側インダクタンスは（Z₁＋Z₀）となる。

上記の結果を先ず従来の第５図示変圧器に適用するに、
同図においてR₁はR₂，R₃に比べて極めて小さいのでこれ
を仮に０とすれば となる。そこで出力電流を調整するために間隙５の長
さ、従つてR₃を変えると、Z₁が変化するので、一次側イ
ンダクタンスも一緒に変化することになり、従つて上記
の欠点を生ずる。

次に第６図示の変圧器については、R₁とR₂は略等しく、
また出力電流調整のためR₃を変えるとすれば（R₃／R₁）
＝ｘを変えることになるので、 となり、一次側インダクタンス（Z₁＋Z₀）はR₃の変化と
共に変化し、従つてこの場合も上記の欠点を生ずる。な
お一次入力電圧に対する励磁電圧の比を表わすZ₀／（Z₁
＋Z₀）が可成り大きく変化することも重要な欠点であ
る。

然るに本考案を実施する第２図示変圧器においては、R₂
はR₁，R₃に比べて極めて小さいのでこれを仮に０とすれ
ば、 となる。そこで出力電流調整のためR₃を変化させても、
二次漏洩インダクタンスZ₂が変化するだけで、一次側イ
ンダクタンス（Z₁＋Z₀）は不変であり、従つて上記した
従来の変圧器の欠点はなくなる。また第３図及び第４図
に示す各変圧器においてもR₂のR₁，R₃に対する関係は第
２図におけると同じであるから、同様の作用効果が得ら
れる。

第７図は間隙５の長さＧと一次側インダクタンスＬとの
関係を示す曲線図であり、曲線Ａは第５図又は第６図に
示す従来の変圧器の特性を表わし、直線Ｂは第２図乃至
第４図に示す本考案による変圧器の特性を表わす。これ
によれば本考案の効果は明かである。

第１図に示すインバータの作動周波数は例えば５〜100K
Hzである。また本考案による変圧器の主磁路及び磁気分
路を構成する磁心はけい素鋼板、フエライト、アモルフ
アス合金の何れかであることが望ましい。更に第１図示
インバータの出力により点灯せしめられる冷陰極放電管
は例えばネオン又はアルゴンガスを主成分して含有する
ものである。

以上のように、本考案は、一次巻線を用いて共振回路を
構成する共振回路用漏洩変圧器において、別体に形成さ
れた２つの磁心を互いに間隙を介して臨ませて主磁路用
磁心を構成するとともに、その間隙を磁気分路用磁心よ
り一次巻線側に位置させ、当該一次巻線と並列に共振用
コンデンサを接続するものである。

したがって、本考案によれば、出力電流を調整するため
磁気分路の間隙を変化させても一次側インダクタンスが
ほとんど変化しない。

そのため、この共振回路用変圧器を用いた共振回路が共
振状態から逸脱することがなく、安定的に正常な共振状
態を確保することができる。特にこの変圧器をインバー
タに使用するとき正常な共振状態を確保し、またそれに
より駆動部のスイツチング損失が少ない高性能のインバ
ータが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の適用対象の１例としてのインバータの
結線図、第２図乃至第４図は本考案による３種の変圧器
の構成図、第５図及び第６図は従来の同種変圧器の２例
を示す構成図、第７図はこの種変圧器の特性を示す曲線
図である。 T:共振回路用漏洩変圧器 11〜19:主磁路用磁心 3:磁気分路用磁心、4:主磁路の間隙 5:磁気分路の間隙、6:一次巻線 7:二次巻線

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】一次巻線と二次巻線とを軸方向に並べて巻
   装した主磁路用磁心と、前記両巻線の間で磁気分路を形
   成する磁気分路用磁心とを備え、前記一次巻線を用いて
   共振回路を構成する共振回路用漏洩変圧器において、 前記主磁路用磁心を別体に形成された２つの磁心を互い
   に間隙を介して臨ませて構成するとともに、これらの磁
   心のうちの少なくとも一方には主脚と帰路脚とを一体に
   形成し、さらに当該磁心の主脚には、少なくとも二次巻
   線と前記帰路脚に向かって磁気分路を形成する前記磁気
   分路用磁心とを設けて、前記間隙を前記磁気分路用磁心
   より前記一次巻線側に位置させ、当該一次巻線と並列に
   共振用コンデンサを接続することを特徴とする共振回路
   用漏洩変圧器。