JPS61264710A - 変圧器 - Google Patents

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】 本発明は磁界の変化を媒介にして変圧する変圧器の構成
に関する。

従来の変圧器は高透磁率の磁心に１次コイルと２次コイ
ルを巻き付けて、コイルの内部を通る磁界の変化で変圧
を行つている。このような変圧器の問題点として、熱の
発生する磁芯の囲りをコイルが巻き付けられているので
効率的な熱放散が困難であり、大電力用の変圧器では冷
却装置の考慮が大きな問題となる。またオーデイオ用等
の変圧器では信号を１次側から２次側に歪みなく伝達す
る為に、低周波用変圧器では磁芯の断面積を大きくして
コイルの巻き数も多くする必要があり、必然的に大きく
重くなる。

また高周波用変圧器においては、巻線間容量、層間容量
、１次側と２次側間の容量等が高域におけるインピーダ
ンスのあばれとなつて現われる。いずれにしても一定の
電力に対して変圧器を小型、軽量にするのは限界に達し
ていると考えられる。また変圧器の作成工程では、磁芯
に巻き線を巻き付けてコイルを作る加工があるが、性能
良く巻き付ける為には、いまだに手作業で行つているの
で非常に高価となる。さらにコイルにローレンツカが働
いてうなりを生じたり、機械的振動にも弱い欠点がある
。

本発明は上記問題点を解決、あるいは改良する事を目的
とする。

すなわち従来コイル状の１次巻き線のコイルの内部に発
生する磁束の変化によつて、２次の巻き線に電圧を誘起
する原理で変圧しているのを、本発明では、電線の外囲
りに円周状に発生する磁束変化によつて、該電線に同心
円状に被覆した別の電線に電圧を誘起するという、異つ
た原理で、小型、軽量化を可能にした。

本発明を図面に基づいて説明すると、第１図において本
発明の構成Ｉを示す。すなわち導体層である１次線１の
囲りに絶縁物２を被覆する。その上に他の導体層である
２次線３を被覆する。さらにその上に絶縁物４を被覆し
、その上に高透磁率を有する磁性材５を被覆する。第１
図に本発明の変圧器の縦断面図を示し、第２図に平面図
を示すように、１次線１と絶縁物２と２次線３と絶縁物
４と磁性材５が同心円状に積層している。１次線１と２
次線３には銅線やアルミ線等を使い、絶縁物２と絶縁物
４には、一般には絶縁用紙や絶縁用布やプラスチツクや
エナメル等を用い、耐熱を必要とする時は、テフロンや
ポリイミドあるいはアルミナ等を用いる。磁性材５には
、高透磁率を有する軟磁性材料であるケイ素鋼板や鉄・
ニツケル合金やフエライト等を用いる。これらの材料は
従来の変圧器に用いられているものをそのまま流用でき
る。

次に第３図で示す構成ＩＩは構成Ｉで示す絶縁物４を省
略したもので、磁性材５がフエライトのように高抵抗体
であれば、２次線３と磁性材５の間を絶縁しなくても構
成Ｉとほとんど同じ結果になる。そして第４図で示す構
成ＩＩＩは、２次線３を磁性材５で兼用したもので、性
能は落ちるが、作成が簡単になる。ところで第２図で示
すように本発明の変圧器の横断面は同心円になつている
が、これが四角形や惰円等の同心円状の多層体としても
原理は同じである。

次に第５図に本発明の変圧器の使用方法を示す。１次線
１の一端１ａと他端Ｉｂにリード線７とリード線８を付
けて交流電界６を加えると１次線１内には交流電流が流
れる。すると第６図の矢印１３で示すように磁性材５の
中を円周方向に交流磁界が発生する。とりもなおさずこ
の交流磁界は２次線３の周囲を回るようになつて２次線
３の一端３ａと他端３ｂの間に電圧が誘起される。この
誘起電圧の大きさは、従来の変圧器が１次巻線と２次巻
線の巻数比で決まるのに対して、本発明の変圧器では磁
性材５がカバーする長さに比例する。そして端３ａにリ
ード線９を付け、端３ｂにリード線１０を付け、端子１
１と端子１２に負荷を接続すると従来の変圧器と同じ計
算に従つて電力を供給できる。この使用方法は構成ＩＩ
及び構成ＩＩＩにおいても同様であるが、構成ＩＩＩに
おいては、磁性材５が、２次線３の役割を兼ねる。

次に本発明の作成方法を示す。１次線１には従来通りエ
ナメルを塗布するのがもつとも便利であるが、プラスチ
ツクを巻き付けたり、プラスチツクのパイプを被ぶせて
絶縁物２としても良い。２次線３はアルミや銅のパイプ
を絶縁物２の上から被せたり、メツキやＣＶＤやプラズ
マＣＶＤやＰＶＤ等のコーテイング方法で作成する事が
できる。絶縁物４の作成も絶縁物２と同様である。最後
に磁性材５はパイプ状にして被せたり、メツキやＣＶＤ
やプラズマＣＶＤ、あるいはＰＶＤ等のコーテイング方
法を用いたり、磁性粉を混入した接着材を塗布しても良
い。こうしてできた本発明の変圧器は、多層の棒あるい
は線であるが、電力の変換効率を上げる為には長い方が
良い。このように線が長い時は、第７図で示すようにコ
イル状に巻いても良い。この場合コイルを空芯にすれば
、コイル状にした事によるインダクタンスの増加は無視
できる。しかし高透磁率磁性材であるフエライト等は固
いので、第７図で示すようには曲げる事ができない。こ
のような場合第８図で示すごとく磁性材の数珠玉１４を
磁性材５として被せれば、曲げ加工ができる。

次に実験結果を示す、１次線１に直径０．２ｍｍの銅線
を用い、その上にポリエステルエナメルを厚み５０ミク
ロンになるように塗布して絶縁材２とする。その上にア
ルミを厚み１ミクロン蒸着して２次線３とする。その上
にポリエステルエナメルの絶縁材４を厚み５０ミクロン
塗布した上、表Ｉで示すフエライト及びケイ素鋼のパイ
プを被せて構成Ｉの変圧器を作つた。このフエライトと
ケイ素鋼のパイプは外径、内径、長さを変化させて８種
類のサンプルとした。ところでこの実験に使用したフエ
ライトの透磁率は９００　でケイ素鋼の透磁率は１００
００である。

そして第５図に示す配線で交流電界６として±１Ｖのピ
ーク電圧となるサイン波を使用し、端子１１と端子１２
をオシロスコープに接続して、２次線３に歪みなく誘起
されるサイン波のピーク値を測定して表Ｉに示した。

表１ この実験結果からわかる事は、磁性材５の厚みが０．３
ｍｍ位あれば内径、外径に関係なく２次線３の両端３ａ
と３ｂに誘起される電圧、すなわち変換効率は一定にな
り、磁性材５の透磁率に比例して変換効率が上がり、さ
らに磁性材５の長さに比例して変換効率が上がる事がわ
かる。

この事から本考案の変圧器を電源変圧器として用いれば
小型軽量にできる上、大電力変換する場合、熱は従来磁
芯から発生して内部に畜積されて高温になつてしまうが
、本発明の変圧器では第１図で示すごとく磁性材５は１
次線１及び２次線３のもつとも外周にあるので熱の放散
が容易になつて、高温にならないという効果も得られる
。またエレクトロニクスの低周波用変圧器においては、
従来磁芯の断面積を大きくして、巻き線の巻き数を多く
する必要があり、大きく重くなる欠点があつたが、本発
明の変圧器では、長さは長くしていく必要があるが、磁
性材５の厚さを厚くする必要がないので、従来の変圧器
に比べてはるかに小型軽量にできる。さらに従来の変圧
器につきものであつた浮遊静電容量が本発明の変圧器で
は、線をコイル状に緻密に巻かないのでほとんど無視で
きるほど小さい。したがつてパルス変圧器や中間周波変
圧器や高周波コイル等のように浮遊容量によつて大きな
影響を受ける変圧器に、本発明の変圧器を使うと好結果
が得られる。さらに本発明の変圧器では磁芯に巻き線を
巻き付けるというもつとも複雑な作成工程がないので、
自動化が容易になり、安価なコストで作成できる効果も
でてくる。また従来１次巻き線や２次巻き線と磁芯との
間でローレンツカが働きうなりを生じるが、本発明の変
圧器では１次線１、絶縁物２、２次線３、絶縁物４、磁
性材５を完全に接着して作れるのでうなりを発生しない
し、機械的振動にも強くなる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、構成Ｉの変圧器の縦断面図、第２図はその平
面図、第３図は構成ＩＩの変圧器の縦断面図、第４図は
構成ＩＩＩの変圧器の縦断面図、第５図は構成Ｉの変圧
器の使用方法を示す縦断面図、第６図は構成Ｉの変圧器
の動作原理を示す平面図、第７図は本変圧器の一実施態
様を示す斜視図、第８図は本変圧器の他の実施態様を示
す斜視図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］導体層と絶縁層と高透磁率層を同心円状に多層化
   して線状とした変圧器。 ［２］導体層である１次線（１）の表面を絶縁物（２）
   で被覆して、その上に他の導体層である２次線（３）を
   被覆し、その上に絶縁物（４）を被覆し、さらにその上
   に高透磁率の磁性材（５）を被覆し、多層化して線とし
   た特許請求の範囲第１項記載の変圧器。 ［３］導体層である１次線（１）の表面を絶縁物（２）
   で被覆して、その上に他の導体層である２次線（３）を
   被覆し、そらにその上に高透磁率の磁性材（５）を被覆
   し、多層化して線とした特許請求の範囲第１項記載の変
   圧器。 ［４］導体層である１次線（１）の表面を絶縁物（２）
   で被覆して、さらにその上に高透磁率の磁性材（５）を
   被覆し、多層化して線とした特許請求の範囲第１項記載
   の変圧器。