JP2022150081A

JP2022150081A - leakage transformer

Info

Publication number: JP2022150081A
Application number: JP2021052509A
Authority: JP
Inventors: 祥宏木下; Sachihiro Kinoshita
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-10-07
Anticipated expiration: 2041-03-26
Also published as: JP2025160377A; JP7806392B2

Abstract

To provide a leakage transformer capable of suppressing a change in leakage inductance value due to variation in the position of a magnetic plate with a simple configuration.SOLUTION: In a leakage transformer including an assembly having a central leg portion and side leg portions, a plurality of windings which are passed through the central leg portion of the assembly and superposed therein, and a magnetic member which is interposed by the windings between the central leg portion and the side leg portions of the assembly, the central leg portion of the assembly has a cylindrical shape, and the side leg portion having an inner surface recessed in an arc shape on a side facing the central leg portion. The magnetic member is an arc plate-shaped core, and is arranged such that the inner arc length Li is shorter than the outer arc length Lo, and the inner arc faces the central leg portion side of the assembly. The relation of the distance G1 between the magnetic member and the central leg portion and the distance G2 between the magnetic member and the side leg portion is set to G1≥G2.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、例えば、共振型コンバータに使用されるリーケージトランスに関する。 The present invention relates to leakage transformers used, for example, in resonant converters.

近年急速に普及するＥＶ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）、ＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）等の電気自動車には電気モータや充電器等の機器が設けられ、それらに用いられる電源装置には高電圧・大電流に耐えるトランスやチョークコイル等のインダクタンス部品やそれを用いた電子部品が要求される。 Electric vehicles such as EVs (Electric Vehicles) and PHEVs (Plug-in Hybrid Electric Vehicles), which have rapidly spread in recent years, are equipped with devices such as electric motors and chargers. Inductance parts such as transformers and choke coils that can withstand current and electronic parts using them are required.

電源装置の一例として双方向絶縁形コンバータがある。図７に示す回路構成図のコンバータはＤＡＢ（ＤｕａｌＡｃｔｉｖｅＢｒｉｄｇｅ）方式と言われるもので、直流／交流変換手段２２１は平滑キャパシタと４個のＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラートランジスタ）などのスイッチＳ１～Ｓ４からなるブリッジ部で構成される。交流／直流変換手段２６１は４個のスイッチＳ５～Ｓ８からなるブリッジ部と平滑キャパシタで構成される。直流／交流変換手段２２１と交流／直流変換手段２６１のブリッジ部との間にはインダクタ２３０、２３１とトランス２５１が配置されている。なおインダクタ２３０、２３１は高周波トランスの漏れインダクタンスで代用可能であり、トランスの入力側巻線と出力側巻線間の結合度を下げて漏れインダクタンスを大きくし、コンバータとして必要なインダクタンス値を得るように構成したリーケージトランスを採用する場合がある。インダクタ２３０をリーケージトランスの一次側の漏れインダクタンスとし、インダクタ２３１をリーケージトランスの二次側の漏れインダクタンスとする。 An example of a power supply is a bi-directional isolated converter. The converter in the circuit configuration diagram shown in FIG. 7 is of a DAB (Dual Active Bridge) system, and the DC/AC conversion means 221 includes a smoothing capacitor and four IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). It is composed of a bridge section composed of switches S1 to S4 such as. The AC/DC conversion means 261 is composed of a bridge portion composed of four switches S5 to S8 and a smoothing capacitor. Inductors 230 and 231 and a transformer 251 are arranged between the DC/AC conversion means 221 and the bridge portion of the AC/DC conversion means 261 . The inductors 230 and 231 can be replaced by the leakage inductance of a high frequency transformer. In some cases, a leakage transformer configured to Let the inductor 230 be the leakage inductance on the primary side of the leakage transformer, and let the inductor 231 be the leakage inductance on the secondary side of the leakage transformer.

図８は特許文献１に記載されたトランスの断面図であり、リーケージトランスの構成例を示す。このトランスは、中足１１４ａと２つの外足１１４ｂを含む一対のＥ型のフェライトコア１１４を、中足１１４ａの先端同士および外足１１４ｂの先端同士を当接するように組み合わせて構成され、前記中足１１４ａには間隔をもって１次コイル１１０と２次コイル１１２が対向して配置されている。そして、１次コイル１１０および２次コイル１１２を配置するボビン１１１、１１３の対向面間に、フェライトからなる磁性板１１５が介装されている。磁性板１１５は、フェライトコア１１４の中足１４ａの外周縁と、外足１４ｂと外周縁との間のそれぞれに隙間が形成されるように、ボビン１１１、１１３に形成された凹部内に収納される。 FIG. 8 is a cross-sectional view of the transformer described in Patent Document 1, showing an example configuration of the leakage transformer. This transformer is configured by combining a pair of E-shaped ferrite cores 114 including a middle leg 114a and two outer legs 114b so that the tips of the middle legs 114a and the tips of the outer legs 114b are in contact with each other. A primary coil 110 and a secondary coil 112 are arranged facing each other on the leg 114a with a gap therebetween. A magnetic plate 115 made of ferrite is interposed between the facing surfaces of the bobbins 111 and 113 on which the primary coil 110 and the secondary coil 112 are arranged. The magnetic plate 115 is accommodated in recesses formed in the bobbins 111 and 113 so that gaps are formed between the outer peripheral edge of the middle leg 14a of the ferrite core 114 and the outer peripheral edge of the outer leg 14b. be.

特開２０１３－１７２１３５号公報JP 2013-172135 A

これまで磁性板１１５の位置のばらつきについて特に着目されていなかったが、後述する構成のトランスにおいて、本発明者は磁性板の位置によって漏れインダクタンス値が大きく変化する場合があることを知見した。 Until now, no particular attention has been paid to variations in the position of the magnetic plate 115, but the present inventors have found that the leakage inductance value may change greatly depending on the position of the magnetic plate in a transformer configured as described later.

複数の部材で形成されるトランスは、通常、組み立てが容易なように組み合わせる部材間でクリアランスが生じるように構成されているため、フェライトコア１１４の中足１１４ａと外足１１４ｂとの間に配置される磁性板１１５の位置にばらつきが生じる。それによりトランスごとに漏れインダクタンス値が異なる場合があった。 A transformer formed of a plurality of members is usually configured so that a clearance is generated between the members to be assembled so as to facilitate assembly. Variation occurs in the position of the magnetic plate 115 . As a result, the leakage inductance value may differ from transformer to transformer.

ＤＡＢ方式のコンバータでは、前記インダクタ２３０、２３１への印加電圧を介して電流Ｉ_Ｌを制御しているので、そのインダクタンス値が小さくなった場合は電流増加で銅損が増加し、さらに、ソフトスイッチが出来ずスイッチング時の損失が増加する場合がある。また、インダクタンス値が大きくなった場合は電流が小さくなり伝達電力が減少する事が懸念される。つまり、インダクタ２３０、２３１に変えてトランスの漏洩インダクタンスを利用する場合に、トランスの漏れインダクタンス値がコンバータの動作に影響を与える場合がある。 In the DAB type converter, the current IL is controlled via the voltage applied to the inductors 230 and _231. Therefore, when the inductance value becomes small, the current increases and the copper loss increases. loss during switching may increase. Also, when the inductance value increases, there is concern that the current will decrease and the transmitted power will decrease. That is, when using the leakage inductance of the transformer instead of the inductors 230 and 231, the leakage inductance value of the transformer may affect the operation of the converter.

磁性板１１５の位置のばらつきは、構成部材間のクリアランスを小さくし、各構成部材の製造上で生じる寸法のばらつきを小さくすることで抑えることが出来るものの、組み合わせが難しく組み立て工数が上がったり、各構成部材の高精度化によるコストの増加を価格へ転嫁されたりして、トランスの高価格化を招く場合がある。 Variation in the position of the magnetic plate 115 can be suppressed by reducing the clearance between the constituent members and by reducing the dimensional variation that occurs during the manufacture of each constituent member. In some cases, the increase in cost due to the higher precision of the members is passed on to the price, leading to an increase in the price of the transformer.

そこで本発明は、簡単な構成で、磁性板の位置のばらつきによる漏れインダクタンス値の変化を抑制することが可能なリーケージトランスを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a leakage transformer capable of suppressing changes in leakage inductance due to variations in the positions of magnetic plates with a simple configuration.

本発明は、中央脚部と側脚部を有する組立体と、前記組立体の中央脚部に通し重ねられた複数の巻線と、前記組立体の中央脚部と側脚部との間に、前記巻線に挟まれた磁性部材を備えるリーケージトランスであって、前記組立体の中央脚部が円柱状であり、側脚部は前記中央脚部と対向する側に円弧状に窪む内側面を有し、前記磁性部材は円弧板状コアで、内側の円弧の長さＬｉが外側の円弧の長さＬｏよりも短く、前記組立体の中央脚部側に内側の円弧が向かうように配置され、前記磁性部材と前記中央脚部との間隔Ｇ１と、前記磁性部材と前記側脚部との間隔Ｇ２との関係が、Ｇ１≧Ｇ２である、リーケージトランスである。 The present invention comprises an assembly having a central leg and side legs, a plurality of windings passing through and overlapping the central leg of the assembly, and between the central leg and the side legs of the assembly. A leakage transformer comprising a magnetic member sandwiched between said windings, wherein said central leg of said assembly is columnar, and said side legs are recessed in an arc shape on the side facing said central leg. The magnetic member has a side surface, and the magnetic member is an arc plate-shaped core, the inner arc length Li is shorter than the outer arc length Lo, and the inner arc is directed toward the central leg side of the assembly. The leakage transformer is arranged such that a relationship between a gap G1 between the magnetic member and the central leg and a gap G2 between the magnetic member and the side leg satisfies G1≧G2.

本発明のリーケージトランスでは、前記磁性部材の外側の円弧長さＬｏを前記組立体の側脚部の内側面側の円弧長さＬｍ以下とするのが好ましい。 In the leakage transformer of the present invention, it is preferable that the outer arc length Lo of the magnetic member is less than or equal to the inner arc length Lm of the side leg portion of the assembly.

また本発明のリーケージトランスでは、前記組立体が一対のＥ型コアで構成されるのが好ましい。 Further, in the leakage transformer of the present invention, it is preferable that the assembly is composed of a pair of E-shaped cores.

また本発明のリーケージトランスでは、前記巻線が巻かれるボビンを有し、前記ボビンに前記磁性部材の位置を決める円弧状の窪み部を有するのが好ましい。 Moreover, it is preferable that the leakage transformer of the present invention has a bobbin on which the winding is wound, and that the bobbin has an arcuate recess for determining the position of the magnetic member.

本発明によれば、簡単な構成で磁性板の位置のばらつきによる漏れインダクタンス値の変化を抑制することが可能なリーケージトランスを提供することが出来る。 According to the present invention, it is possible to provide a leakage transformer capable of suppressing changes in leakage inductance due to positional variations of magnetic plates with a simple configuration.

本発明の一実施形態のリーケージトランスの斜視図である。1 is a perspective view of a leakage transformer of one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態のリーケージトランスの断面図である。1 is a cross-sectional view of a leakage transformer according to one embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態のリーケージトランスを構成部材に分解して示した斜視図である。1 is a perspective view showing a leakage transformer disassembled into constituent members according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態のリーケージトランスに使用する磁性部材の形状を説明する為の平面図である。FIG. 3 is a plan view for explaining the shape of a magnetic member used in the leakage transformer of one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態のリーケージトランスに使用する組立体の側脚部の形状を説明する為の平面図である。FIG. 4 is a plan view for explaining the shape of the side leg portion of the assembly used in the leakage transformer of one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態のリーケージトランスで組立体の中央脚部と側脚部との間に配置される磁性部材の位置を説明する為の平面図である。FIG. 4 is a plan view for explaining the positions of magnetic members arranged between the central leg and the side leg of the assembly in the leakage transformer of the embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態のリーケージトランスが使用されるＤＡＢ方式のコンバータの等価回路である。1 is an equivalent circuit of a DAB converter using a leakage transformer according to an embodiment of the present invention; 従来のリーケージトランスの一例を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an example of a conventional leakage transformer; FIG.

本発明のリーケージトランスの実施形態について説明するが、本発明は、以下に説明する形態に限定されない。図１は本発明の一実施形態のリーケージトランスの斜視図であり、図２はその中央部におけるｘｙ断面の断面図であり、図３はリーケージトランスを構成部材に分解して示した斜視図である。なお各図においてはリーケージトランスに設けられる巻線の引き出し線を省略している。図示を要しない他の構成も同様に適宜省略して示している。 Embodiments of the leakage transformer of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the forms described below. FIG. 1 is a perspective view of a leakage transformer according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of an xy cross section at the center thereof, and FIG. 3 is a perspective view showing the leakage transformer disassembled into constituent members. be. It should be noted that, in each figure, lead wires of the windings provided in the leakage transformer are omitted. Other configurations that do not require illustration are similarly omitted as appropriate.

図１から図３に示したリーケージトランスは、スイッチング周波数が８０ｋＨｚ以上３００ｋＨｚ以下のコンバータに用いられ、前記ＤＡＢ方式や、ＬＬＣ方式、位相シフトフルブリッジ方式のコンバータにも適用可能であり、引き出し線を除く寸法で、縦４５ｍｍ、横５２ｍｍの面内に配置可能で、高さ４０ｍｍ以下のリーケージトランスとして好適な構成例である。 The leakage transformers shown in FIGS. 1 to 3 are used in converters with a switching frequency of 80 kHz or more and 300 kHz or less, and can also be applied to converters of the DAB method, LLC method, and phase shift full bridge method. This is a configuration example suitable for a leakage transformer with a height of 40 mm or less, which can be arranged in a plane of 45 mm in length and 52 mm in width.

リーケージトランス１は、中央脚部と側脚部を有する組立体と、前記組立体の中央脚部に通し重ねられた複数の巻線と、前記組立体の中央脚部と側脚部との間に、前記巻線に挟まれた磁性部材を備え、前記巻線はボビンに巻かれている。 A leakage transformer 1 includes an assembly having a central leg and side legs, a plurality of windings passing through the central leg of the assembly and superimposed, and windings between the central leg and the side legs of the assembly. and a magnetic member sandwiched between said windings, said windings being wound on a bobbin.

図示したリーケージトランス１は、組立体を構成する一対のＥ型コア１０ａ、１０ｂと、漏れインダクタンスを形成する為の磁性部材２０ａ、２０ｂと、筒状胴部を含む第１ボビン３０ａ及び第２ボビン３０ｂ（以下、まとめてボビンと説明する場合がある）と、ボビン３０ａ、３０ｂの鍔部に挟まれた領域３４ａ、３４ｂに巻装された導線で形成された第１巻線４０ａ及び第２巻線４０ｂ（以下、あわせて巻線として説明する場合がある）とを有している。 The illustrated leakage transformer 1 includes a pair of E-shaped cores 10a and 10b constituting an assembly, magnetic members 20a and 20b for forming leakage inductance, and first and second bobbins 30a and 30a each including a cylindrical body. 30b (hereinafter sometimes collectively referred to as a bobbin) and regions 34a and 34b sandwiched between the collars of the bobbins 30a and 30b. and a wire 40b (hereinafter sometimes also referred to as a winding).

一対のＥ型コア１０ａ、１０ｂのそれぞれには、組立体の中央脚部と外脚部となる中央脚部１２ａ、１２ｂと側脚部１５ａ、１５ｂを有する。ボビン３０ａ、３０ｂの筒状胴部の内側には貫通孔３５ａ、３５ｂがあり、そこに一対のＥ型コア１０ａ、１０ｂの中央脚部１２ａ、１２ｂを挿入して相互に突き合わせて組立体とし、その外周に絶縁テープを巻いて一体化している。一対のＥ型コア１０ａ、１０ｂの中央脚部１２ａ、１２ｂ間にはインダクタンスの調整のためギャップを設けても良い。巻線４０ａ、４０ｂは、それらの間の結合度を低下させるように、ボビン３０ａ、３０ｂと磁性部材２０ａ、２０ｂによって分離して配置されている。漏れインダクタンスの大小は巻線４０ａ、４０ｂ間の結合度によって変わり、結合係数は０．９７０以上０．９９５以下となるように構成するのが好ましい。 Each of the pair of E-shaped cores 10a, 10b has central legs 12a, 12b and side legs 15a, 15b, which are the central and outer legs of the assembly. The bobbins 30a and 30b have through holes 35a and 35b on the inside of their cylindrical bodies, into which the central legs 12a and 12b of the pair of E-shaped cores 10a and 10b are inserted and butted against each other to form an assembly, Insulating tape is wrapped around the outer circumference to integrate them. A gap may be provided between the central legs 12a and 12b of the pair of E-shaped cores 10a and 10b for adjusting the inductance. The windings 40a, 40b are separated by the bobbins 30a, 30b and the magnetic members 20a, 20b so as to reduce the coupling between them. The magnitude of the leakage inductance varies depending on the degree of coupling between the windings 40a and 40b, and the coupling coefficient is preferably 0.970 or more and 0.995 or less.

磁性部材２０ａ、２０ｂはＥ型コア１０ａ、１０ｂで構成される閉磁路において、磁束をバイパスする副磁路を構成する。それにより巻線４０ａ、４０ｂ間の結合度が低下し、漏れインダクタンスを大きくすることが出来る。磁性部材２０ａ、２０ｂは、図３に示すような所定の厚みの円弧板状のコアである。図４の平面図に示すように、内側の円弧長さＬｉが外側の円弧長さＬｏよりも短く、Ｅ型コアの中央脚部１２ａ、１２ｂ側に内側が向かうように配置される。内側の円弧と外側の円弧は中心が同じであるのが好ましい。磁性部材２０ａ、２０ｂの幅Ｄは、内側の円弧半径Ｒ３と外側の円弧半径Ｒ４との差で表される。磁性部材２０ａ、２０ｂの厚みは、Ｅ型コア１０ａ、１０ｂの構成や巻線４０ａ、４０ｂが占める空間で限定されるが、その制限のなかで変更可能であり、それにより漏れインダクタンスの値を変えることが出来る。 The magnetic members 20a and 20b form a secondary magnetic path that bypasses the magnetic flux in the closed magnetic path formed by the E-shaped cores 10a and 10b. As a result, the degree of coupling between the windings 40a and 40b is lowered, and the leakage inductance can be increased. The magnetic members 20a and 20b are arc plate-shaped cores having a predetermined thickness as shown in FIG. As shown in the plan view of FIG. 4, the inner arc length Li is shorter than the outer arc length Lo, and the E-shaped core is arranged so that the inner side faces toward the central legs 12a and 12b. The inner and outer arcs are preferably concentric. The width D of the magnetic members 20a and 20b is represented by the difference between the inner arc radius R3 and the outer arc radius R4. The thickness of the magnetic members 20a, 20b is limited by the configuration of the E-shaped cores 10a, 10b and the space occupied by the windings 40a, 40b, but can be changed within these limitations, thereby changing the value of the leakage inductance. can do

またＥ型コア１０ａ、１０ｂの中央脚部１２ａ、１２ｂが円柱状であり、側脚部１５ａ、１５ｂは図３や図５に示すように、前記中央脚部１２ａ、１２ｂと対向する側が円弧状に窪む内側面となっている。その内周面のほぼ全体が円弧状となるようにするのが好ましい。 The center legs 12a and 12b of the E-shaped cores 10a and 10b are columnar, and the side legs 15a and 15b are arcuate on the side facing the center legs 12a and 12b as shown in FIGS. The inner surface is recessed into the Preferably, substantially the entire inner peripheral surface is arcuate.

磁性部材２０ａ、２０ｂは、図６に示すようにＥ型コアの中央脚部側に円弧状の内側が向かうように配置される。その外側の円弧長さＬｏはＥ型コアの側脚部の内側面側の円弧長さＬｍ以下とするのが好ましい。磁性部材２０ａ、２０ｂを配置するのに、ボビン３０ａ、３０ｂの少なくとも一方に、磁性部材２０ａ、２０ｂを収めて位置を決める窪み部３２ａ、３２ｂを設けるのが好ましい。窪み部３２ａ、３２ｂは磁性部材２０ａ、２０ｂに倣った円弧状であるのが好ましく、相似形状であるがより好ましい。 As shown in FIG. 6, the magnetic members 20a and 20b are arranged so that the inner side of the arc faces toward the central leg side of the E-shaped core. The arc length Lo of the outer side is preferably set to be equal to or less than the arc length Lm of the inner side surface of the side leg portion of the E-shaped core. Preferably, at least one of the bobbins 30a, 30b is provided with recesses 32a, 32b for receiving and positioning the magnetic members 20a, 20b for positioning the magnetic members 20a, 20b. The depressions 32a and 32b preferably have an arc shape that follows the magnetic members 20a and 20b, and more preferably have similar shapes.

本発明者の検討によれば、リーケージトランスの磁性部材２０ａ、２０ｂを、その内側の円弧側と中央脚部１２ａ、１２ｂの外周との間隔Ｇ１と、外側の円弧側と側脚部１５ａ、１５ｂの円弧側との間隔Ｇ２との関係においてＧ１≧Ｇ２を満足するように配置することで、漏れインダクタンスの変化を抑えることが出来ることが判明した。このような知見に基づけば、磁性部材２０ａ、２０ｂのばらつきがあっても、リーケージトランスの漏れインダクタンスのばらつきが抑えられて、コンバータ動作への影響を低減し、安定した動作とすることが出来る。間隔Ｇ１と間隔Ｇ２との関係においてＧ１>Ｇ２を満足するように配置するが更に好ましい。 According to the study of the present inventors, the magnetic members 20a and 20b of the leakage transformer are separated by a distance G1 between the inner arc side and the outer periphery of the central leg portions 12a and 12b and the outer arc side and the side leg portions 15a and 15b. It has been found that the variation of the leakage inductance can be suppressed by arranging so as to satisfy G1≧G2 in relation to the distance G2 from the arc side. Based on such knowledge, even if there are variations in the magnetic members 20a and 20b, variations in the leakage inductance of the leakage transformer can be suppressed, the influence on the converter operation can be reduced, and stable operation can be achieved. It is more preferable to arrange the distance G1 and the distance G2 so as to satisfy G1>G2.

Ｅ型コア１０ａ、１０ｂの側脚部１５ａ、１５ｂの内周面の円弧の中心は、中央脚部１２ａ、１２ｂの中心と同じであり、その円弧半径Ｒ２と、中央脚部１２ａ、１２ｂの半径Ｒ１との差Ｗに対して、前記磁性部材２０ａ、２０ｂの幅Ｄが、０．４≦Ｄ／Ｗ≦０．７であるのが好ましい。 The center of the arc of the inner peripheral surface of the side legs 15a, 15b of the E-shaped cores 10a, 10b is the same as the center of the central legs 12a, 12b, and the arc radius R2 is the same as the radius of the central legs 12a, 12b. The width D of the magnetic members 20a and 20b is preferably 0.4≦D/W≦0.7 with respect to the difference W from R1.

Ｅ型コア１０ａ、１０ｂや磁性部材２０ａ、２０ｂの円弧板状のコアに使用する磁性材料として、２５℃、１００ｋＨｚでの初透磁率μｉが２５００以上のＭｎ系フェライトが好ましい。飽和磁束密度Ｂｓが大きいほどコアの小型化が可能であり、飽和磁束密度Ｂｓが２８０ｍＴ以上であるのが好ましい。より好ましくは３５０ｍT以上である。また、初透磁率μｉが大きいほど巻線の巻き数を減らすことが出来るのでリーケージトランスの小型することが出来て好ましい。更にＭｎ系フェライトは、周波数１００ｋＨｚ、励磁磁束密度２５０ｍＴ、温度２３℃から１３０℃における磁心損失が９２０ｋＷ／ｍ^３以下であることが好ましい。温度２３℃から１３０℃における磁心損失を９２０ｋＷ／ｍ^３以下とすることで、１００℃に超えるような環境温度で、最大の負荷条件でコンバータを駆動し続けた場合でも、使用されるリーケージトランスが熱暴走するのを抑制することが出来る。 As the magnetic material used for the E-shaped cores 10a and 10b and the arc-shaped cores of the magnetic members 20a and 20b, Mn-based ferrite having an initial magnetic permeability μi of 2500 or more at 25° C. and 100 kHz is preferable. The larger the saturation magnetic flux density Bs, the smaller the core can be, and the saturation magnetic flux density Bs is preferably 280 mT or more. More preferably, it is 350 mT or more. Also, the larger the initial magnetic permeability μi, the smaller the number of winding turns, which is preferable because the leakage transformer can be made smaller. Furthermore, the Mn-based ferrite preferably has a core loss of 920 kW/m ³ or less at a frequency of 100 kHz, an excitation magnetic flux density of 250 mT, and a temperature of 23°C to 130°C. By keeping the magnetic core loss at 920 kW/m3 or less at temperatures between 23°C and 130°C ^, even if the converter continues to be driven under maximum load conditions at an ambient temperature exceeding 100°C, the leakage transformer used will Thermal runaway can be suppressed.

各巻線４０ａ、４０ｂには銅やアルミニウム、その合金といった導電性材料からなる導体に絶縁被覆を備える被覆線が用いられる。一般的には銅線にポリウレタンで絶縁被覆したエナメル線が用いられるが、強化絶縁などの絶縁要求がある場合や、高い試験電圧に対応する必要がある場合は、絶縁被膜を複数層形成して絶縁性を向上させた強化絶縁電線である二層絶縁電線あるいは三層絶縁電線を用いるのが好ましい。特には高周波でスイッチングする場合、巻線にはリッツ線、撚り線又はパラレル線を使用するのが好ましい。 Each of the windings 40a and 40b uses a coated wire having an insulating coating on a conductor made of a conductive material such as copper, aluminum, or an alloy thereof. Generally, enameled copper wires coated with polyurethane for insulation are used. However, in cases where insulation such as reinforced insulation is required, or when it is necessary to support high test voltages, multiple layers of insulation coating are formed. It is preferable to use a double-layer insulated wire or a triple-layer insulated wire, which is a reinforced insulated wire with improved insulation. Litz wires, twisted wires or parallel wires are preferably used for the windings, especially when switching at high frequencies.

ボビン３０ａ、３０ｂは絶縁樹脂で形成され、絶縁性、機械強度、耐薬品性、耐熱性、耐湿性及び成形性を有する樹脂であれば良く、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ＰＰＳ（ＰｏｌｙＰｈｅｎｙｌｅｎｅＳｕｌｆｉｄｅ：ポリフェニレンサルファイド）樹脂、液晶ポリマー、ＰＥＴ（ＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＢＴ（ＰｏｌｙＢｕｔｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ポリブチレンテレフタレート）樹脂、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅｂｕｔａｄｉｅｎｅｓｔｙｒｅｎｅ：アクリロニトリルブタジエンスチレン）樹脂等が好ましく、それらを射出成形法等の公知の方法で成形したものを用いることができる。 The bobbins 30a and 30b are made of an insulating resin, and any resin having insulating properties, mechanical strength, chemical resistance, heat resistance, moisture resistance, and moldability may be used. Polyphenylene sulfide) resin, liquid crystal polymer, PET (Polyethylene Terephthalate) resin, PBT (Polybutylene Terephthalate) resin, ABS (Acrylonitrile butadiene styrene) resin, etc. A material molded by a known method such as the above can be used.

以下の構成で、図１から図３に記載したリーケージトランスを作製した。このリーケージトランスは、縦４５ｍｍ、横５２ｍｍの面内に配置可能で、高さ４０ｍｍ以下であって、エアギャップを０ｍｍとした状態で、第１巻線による入力側インダクタンスが１．３ｍＨであり、第２巻線による出力側インダクタンスが０．９ｍＨであり、漏洩インダクタンスＬｅが一次側で２８μＨであり、二次側で１９．４μＨとなるように構成され、スイッチング周波数が１００ｋＨｚで、ＤＣ入力電圧が３７０～４３０ＶのＤＡＢ方式のインバータに使用するものである。 A leakage transformer shown in FIGS. 1 to 3 was produced with the following configuration. This leakage transformer can be arranged in a plane of 45 mm long and 52 mm wide, is 40 mm or less in height, and has an input side inductance of 1.3 mH due to the first winding with an air gap of 0 mm, The output side inductance by the second winding is 0.9 mH, the leakage inductance Le is 28 μH on the primary side and 19.4 μH on the secondary side, the switching frequency is 100 kHz, and the DC input voltage is It is used for 370-430V DAB inverters.

Ｅ型コア１０ａ、１０ｂと磁性部材２０ａ、２０ｂに使用するフェライトとして、１００℃での飽和磁束密Ｂｓが４１０ｍＴであり、２５℃、１００ｋＨｚでの初透磁率μｉが２９００以上であるＭｎ系フェライトを用いた。また、このＭｎ系フェライトは、周波数１００ｋＨｚ、励磁磁束密度２００ｍＴ、温度２３℃から１３０℃における磁心損失が４２０ｋＷ／ｍ^３以下である。 As the ferrite used for the E-shaped cores 10a and 10b and the magnetic members 20a and 20b, Mn-based ferrite having a saturation magnetic flux density Bs of 410 mT at 100° C. and an initial magnetic permeability μi of 2900 or more at 25° C. and 100 kHz is used. Using. Further, this Mn-based ferrite has a core loss of 420 kW/m ³ or less at a frequency of 100 kHz, an excitation magnetic flux density of 200 mT, and a temperature of 23° C. to 130° C.

Ｅ型コア１０ａ、１０ｂの外形寸法は、Ｘ方向が５０ｍｍ、Ｙ方向が１７．５ｍｍ、Ｚ方向が３２ｍｍである。また中央脚部１２ａ、１２ｂの半径Ｒ１を１０ｍｍとし、側脚部１５ａ、１５ｂの内周面の円弧半径Ｒ２を２２ｍｍとして、円弧半径Ｒ２と半径Ｒ１との差Ｗは１２ｍｍとした。組み合わせたＥ型コア１０ａ、１０ｂの実効断面積Ａｅは３３６．２ｍｍ^２であり、実効磁路長ｌｅが８５．４６ｍｍである。 The external dimensions of the E-shaped cores 10a and 10b are 50 mm in the X direction, 17.5 mm in the Y direction, and 32 mm in the Z direction. The radius R1 of the central legs 12a and 12b is 10 mm, the arc radius R2 of the inner peripheral surfaces of the side legs 15a and 15b is 22 mm, and the difference W between the arc radius R2 and the radius R1 is 12 mm. The combined E-shaped cores 10a and 10b have an effective cross-sectional area Ae of 336.2 mm ² and an effective magnetic path length le of 85.46 mm.

磁性部材２０ａ、２０ｂは円弧半径１６ｍｍをその中央Ｒｍとし、前記中央Ｒｍを基準に同じ中心位置で内側の円弧半径Ｒ３と外側の円弧半径Ｒ４を異ならせて、幅Ｄを６．４ｍｍ、厚み寸法を３．５ｍｍとするが、特性比較用として幅Ｄを４．４ｍｍ、５．４ｍｍの寸法とし、またそれぞれ厚み寸法を４．５ｍｍ、５．５ｍｍ、６．５ｍｍ、７．５ｍｍとしたものも作成した。図４に示すように、磁性部材２０ａ、２０ｂの円弧長さは、円弧半径を決める中心位置から所定の寸法Ｅで離れた位置を中心とした中心角θで決まり、寸法Ｅは１６．５ｍｍ、中心角θは５０度とした。 The magnetic members 20a and 20b have an arc radius of 16 mm as the center Rm, and with the center Rm as a reference, the inner arc radius R3 and the outer arc radius R4 are different at the same center position, the width D is 6.4 mm, and the thickness dimension is is 3.5 mm, but width D is 4.4 mm and 5.4 mm for characteristic comparison, and thickness is 4.5 mm, 5.5 mm, 6.5 mm and 7.5 mm, respectively. Created. As shown in FIG. 4, the arc length of the magnetic members 20a and 20b is determined by a central angle θ centered at a position separated by a predetermined dimension E from the central position that determines the arc radius. The central angle θ was set to 50 degrees.

フェノール樹脂製のボビン３０ａ、３０ｂに、線径φ０．０５の線材を１４００本束ねた３層絶縁電線を１２ターン巻回して第１巻線４０ａとし、０．０５の線材を１４００本束ねた３層絶縁電線を１０ターン巻回して第２巻線４０ｂとした。対向する第１巻線４０ａと第２巻線４０ｂとの間隔は９．７ｍｍとした。 1400 wire rods with a wire diameter of φ0.05 are wound around phenolic resin bobbins 30a and 30b for 12 turns to form a first winding 40a. The layer insulated wire was wound 10 turns to form the second winding 40b. The interval between the first winding 40a and the second winding 40b facing each other was 9.7 mm.

ボビン３０ａ、３０ｂに磁性部材２０ａ、２０ｂを接着固定し、ボビン３０ａ、３０ｂの筒状胴部３５ａ、３５ｂに、Ｅ型コア１０ａ、１０ｂの中央脚部１２ａ、１２ｂを挿入して相互に突き合わせるように組み合わせて、外周に絶縁テープを巻いて一体化した。磁性部材２０ａ、２０ｂの位置を、その内側の円弧側と中央脚部１２ａ、１２ｂの外周との間隔Ｇ１と、外側の円弧側と側脚部１５ａ、１５ｂの円弧側との間隔Ｇ２との関係において、条件１（Ｇ１＜Ｇ２）、条件２（Ｇ１＝Ｇ２）、条件３（Ｇ１＞Ｇ２）としたリーケージトランス１を作成した。表１に各条件での各部の寸法を纏めて示す。 The magnetic members 20a and 20b are adhesively fixed to the bobbins 30a and 30b, and the center leg portions 12a and 12b of the E-shaped cores 10a and 10b are inserted into the cylindrical body portions 35a and 35b of the bobbins 30a and 30b and are butted against each other. Insulating tape was wrapped around the outer periphery of the components to integrate them. The position of the magnetic members 20a and 20b is determined by the relationship between the distance G1 between the inner arc side and the outer periphery of the central leg portions 12a and 12b and the distance G2 between the outer arc side and the arc side of the side legs 15a and 15b. , a leakage transformer 1 was produced under condition 1 (G1<G2), condition 2 (G1=G2), and condition 3 (G1>G2). Table 1 summarizes the dimensions of each part under each condition.

得られたリーケージトランス１について、Ａｇｉｌｅｎｔ製のＬＣＲメータ（４２８５A）を使用し、電圧１Ｖの試験条件で一次側、二次側のインダクタンスＬ、漏れインダクタンスＬｅを測定した。結果を表２及び表３に示す。 For the obtained leakage transformer 1, an LCR meter (4285A) manufactured by Agilent was used to measure the inductance L and leakage inductance Le on the primary and secondary sides under the test condition of a voltage of 1V. The results are shown in Tables 2 and 3.

得られたリーケージトランス１の一次側及び二次側のインダクタンスＬは、磁性部材２０ａ、２０ｂの条件１～３の位置や磁性部材の厚みではほとんど変化しなかった。一方、一次側及び二次側の漏れインダクタンスＬｅは、磁性部材の厚みが増えるに従い増加した。また磁性部材２０ａ、２０ｂの条件１～３の位置において、磁性部材２０ａ、２０ｂがＥ型コア１０ａ、１０ｂの中央脚部１２ａ、１２ｂに近接する条件１で、漏れインダクタンスＬｅが大きくなり、磁性部材２０ａ、２０ｂがＥ型コア１０ａ、１０ｂの中央脚部１２ａ、１２ｂと側脚部１５ａ、１５ｂの間の中央に配置された条件２、磁性部材２０ａ、２０ｂがＥ型コアの外脚部１５ａ、１５ｂに近接する条件３では、同じ程度の漏れインダクタンスＬｅとなった。この結果によれば、磁性部材２０ａ、２０ｂの位置を、その内側の円弧側と中央脚部１２ａ、１２ｂの外周との間隔Ｇ１と、外側の円弧側と側脚部１５ａ、１５ｂの円弧側との間隔Ｇ２との関係においてＧ１≧Ｇ２とすれば、漏れインダクタンＬｅの変化が少ないリーケージトランスが得られ、また磁性部材２０ａ、２０ｂの厚みにより漏れインダクタンＬｅを変えることが出来るリーケージトランスを提供することが出来る。 The primary-side and secondary-side inductances L of the obtained leakage transformer 1 hardly changed depending on the positions of the magnetic members 20a and 20b under conditions 1 to 3 and the thickness of the magnetic members. On the other hand, the leakage inductance Le on the primary and secondary sides increased as the thickness of the magnetic member increased. In addition, in the positions of the magnetic members 20a and 20b under conditions 1 to 3, under condition 1 where the magnetic members 20a and 20b are close to the central legs 12a and 12b of the E-shaped cores 10a and 10b, the leakage inductance Le increases and the magnetic members Condition 2 in which 20a and 20b are arranged in the center between the central leg portions 12a and 12b and the side leg portions 15a and 15b of the E-shaped cores 10a and 10b, the magnetic members 20a and 20b are arranged in the outer leg portions 15a of the E-shaped core, In condition 3 close to 15b, the same level of leakage inductance Le was obtained. According to this result, the positions of the magnetic members 20a and 20b are divided into the distance G1 between the inner arc side and the outer circumference of the central legs 12a and 12b, and the outer arc side and the arc side of the side legs 15a and 15b. If G1≧G2 in relation to the interval G2, a leakage transformer with little change in the leakage inductance Le can be obtained, and a leakage transformer can be provided in which the leakage inductance Le can be changed depending on the thickness of the magnetic members 20a and 20b. can do

１リーケージトランス
１０ａ、１０ｂＥ型コア
２０ａ、２０ｂ磁性部材
４０ａ第１巻線
４０ｂ第２巻線

1 leakage transformers 10a, 10b E-type cores 20a, 20b magnetic member 40a first winding 40b second winding

Claims

an assembly having a central leg and side legs; a plurality of windings passing through and overlapping the central leg of the assembly; and the windings between the central leg and the side legs of the assembly. A leakage transformer comprising a magnetic member sandwiched between
a central leg of the assembly having a cylindrical shape, and a side leg having an inner surface recessed in an arc on a side facing the central leg;
The magnetic member is an arc plate-shaped core, and is arranged such that the inner arc length Li is shorter than the outer arc length Lo, and the inner arc faces the central leg side of the assembly,
A leakage transformer, wherein a relationship between a gap G1 between the magnetic member and the central leg and a gap G2 between the magnetic member and the side leg satisfies G1≧G2.

A leakage transformer according to claim 1,
The leakage transformer, wherein the arc length Lo of the outer side of the magnetic member is equal to or less than the arc length Lm of the inner side surface of the side leg portion of the assembly.

The leakage transformer according to claim 1 or 2,
A leakage transformer, wherein the assembly is composed of a pair of E-shaped cores.

The leakage transformer according to any one of claims 1 to 3,
A leakage transformer comprising a bobbin on which the winding is wound, the bobbin having an arcuate recess for positioning the magnetic member.