JP5319630B2 - 複合型変圧器 - Google Patents

Description

本発明は、複合型変圧器であり、特に、磁気エネルギーの損失が少なく、かつ、小型化された複合型変圧器を備えた電力変換回路に関する。

従来、ＤＣ／ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ／Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）コンバータなどの電力変換回路の技術分野において、様々な発明が提案されている。
たとえば、下記特許文献１には、巻線から生じる磁束の磁束方向が互いに打ち消すように複数の巻線が配列された磁気相殺型の変圧器（以下、単に「トランス」ともいう。）を用いたＤＣ／ＤＣコンバータが開示されている。
また、下記特許文献２には、上記する磁気相殺変圧器を改良したものとして、トランス用の巻線と昇降圧用インダクタに用いられる巻線とを共用化して、トランスとインダクタとが構造的に一体化した複合型変圧器が開示されている。

特開２００５−２１４０５８号公報 特開２００９−２８４６４７号公報

しかしながら、従来技術である複合型変圧器によれば、トランスコアの一部である中央磁脚部（特許文献２の図３及び図４の「中央磁脚部６１」を参照。）に対し、二つの巻線が互いに交互に重なるように巻き回すように構成されていた。
よって、二つの巻線が巻き回しされる中央磁脚部において、トランスコアの飽和磁束密度を超える磁束の過密化を招き、磁気エネルギーの損失が生じていた。

また、従来技術である複合型変圧器によれば、インダクタ用コイルとトランス用コイルとを共用しているため、インダクタ用コイルとトランス用コイルとを別個に設けた場合に比べ小型化が図れているものの、複合型変圧器は小型化されればされるほど好ましく、更なる複合型変圧器の小型化が望まれる。

そこで、本発明は、前記する背景に鑑みて創案された発明であって、磁気エネルギーの損失を低減させ、かつ、更なる小型化を図ることができる複合型変圧器を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本願発明に係る複合型変圧器は、巻線の軸線方向に延出して二つの巻線が巻き回しされるトランス用磁脚部を有するトランスコアと、前記前記二つの巻線の一つが巻き回しされるインダクタ用磁脚部を有し、前記トランスコアに隣り合うように配置されるとともに前記トランス用磁脚部が延出する延出方向に配列される二つのインダクタコアと、前記二つの巻線と、を備え、前記二つの巻線の一方又は両方が通電することにより、前記トランス用磁脚部と前記インダクタ用磁脚部に磁束を生じ、単一のトランスと複数のインダクタとが構成される複合型変圧器であって、前記トランスコアは、前記トランス用磁脚部と、前記トランス用磁脚部と平行な方向に延び、前記トランス用磁脚部に巻き回しされる前記二つの巻線の外周面側に配置されるトランス用外磁脚部と、前記トランス用磁脚部と前記トランス用外磁脚部との両端同士を接続する一対のトランス用基部と、を備え、前記インダクタコアは、前記インダクタ用磁脚部と、前記インダクタ用磁脚部と平行な方向に延び、前記トランス用磁脚部に巻き回しされる巻線の外周面側に配置されるインダクタ用外磁脚部と、前記インダクタ用磁脚部と前記インダクタ用外磁脚部との両端同士を接続する一対のインダクタ用基部と、を備え、前記二つの巻線は、前記トランス用磁脚部で生じる磁束の磁束方向が、前記トランスコアにより構成される磁束の閉磁路において、互いに打ち消すように巻き回しされていることを特徴とする。

前記する本願発明の複合型変圧器によれば、二つの巻線の一方に電流を流して励磁させた場合、トランス用磁脚部に磁束が生じ、この磁束が閉磁路であるトランスコアを周回する。
そして、トランスコアを周回する磁束は、トランス用磁脚部に巻き回しされる二つの巻線の他方を電磁誘導する。
ここで、二つの巻線は、トランスコアにより構成される磁束の閉磁路において、互いに打ち消すように巻き回しされている。そのため、トランスコアを周回する磁束は、二つの巻線の他方の電圧を昇圧させる電磁誘導となる。よって、二つの巻線の一方に電流を流せば、トランスコアを介して、二つの巻線の他方の電圧が昇圧される。
また、二つの巻線の一方に電流を流して励磁させた場合、インダクタ用磁脚部にも磁束が生じ、その磁束が閉磁路であるインダクタコアを周回する。よって、二つの巻線のそれぞれに電流を流せば、磁束がインダクタコアを周回し、磁気エネルギーを蓄積される。
そして、複合型変圧器のトランス用磁脚部は、軸線方向に延出しているため、二つの巻線が巻き回しされたとしても磁束が過密しない。そのため、本願発明の複合型変圧器によれば、トランス用磁脚部の飽和磁束密度を超える磁束がトランス用磁脚部に生じてしまい、磁気エネルギーが損失するという事態を回避できる。
さらに、本願発明の複合型変圧器では、二つの巻線から生ずる磁束が閉磁路トランスコアにおいて互いに打ち消すように巻き回しされているため、トランスコアの残留磁化が低減される。よって、本願発明の複合型変圧器によれば、残留磁化による磁気エネルギーの損失を低減させることができる。

また、本願発明に係る複合型変圧器は、前記巻線が外部電気回路に接続する両極の接続端子が同一方向に引き出すように形成されており、前記二つの巻線のそれぞれは、前記両極の接続端子が同一方向を向くように配置されていることが好ましい。

前記する構成によれば、二つの巻線の接続端子が、複合型変圧器のある一方側にまとめて引き出されることとなる。よって、二つの巻線の接続端子と外部電気回路との接続作業が容易となり、巻線の接続端子と外部電気回路との接続作業の効率を向上させることができる。

また、本願発明に係る複合型変圧器は、前記トランスコアと前記インダクタコアとの間に介在する磁気絶縁シートをさらに備えることが好ましい。

前記する構成によれば、トランスコアとインダクタコアとのそれぞれに生じる磁界の影響を受けることを防止できる。

以上、本発明によれば、磁気エネルギーの損失の低減化させ、かつ、小型化された複合型変圧器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る複合型変圧器の外観を示す外観図である。図１（ａ）は、前方側であって左上部側から見た斜視図であり、図１（ｂ）は、複合型変圧器の一部を切り取り、後方側であって右上部側から見た一部断面斜視図である。 図１に示す複合型変圧器の構成を分解した場合における分解斜視図である。 実施形態の複合型変圧器において、上部側に配置されるトランスコア部材とインダクタコア部材を外した場合の平面図である。 図１に示す複合型変圧器をＡ−Ａ線で切った場合における複合型変圧器の断面を示す断面図である。 図１に示す複合型変圧器をＢ−Ｂ線で切った場合における複合型変圧器の断面を示す断面図である。 実施例１において用いられた比較例の外観を示す外観図である。 巻線の巻数を変化させた場合における実施例１と比較例１〜３との体積及び磁気エネルギーの損失量を測定した測定結果を示す図である。

以下において、本発明の実施形態に係る複合型変圧器について、図面を適宜参照しながら説明する。なお、実施形態の複合型変圧器の説明において、技術的に同一要素であるものについては同一の符号を付している。

（複合型変圧器１）
実施形態にかかる複合型変圧器１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、二つの巻線１０を備えており、トランスとインダクタとが一体に構成された二相複合型変圧器である。なお、本実施形態の複合型変圧器１においては、巻線１０を二つ用いているが、説明の便宜上、二つの巻線１０を区別して説明する場合において、二つの巻線１０のうち上側に配置される巻線１０を第１の巻線１１とし、下側に配置される巻線１０を第２の巻線１２と称して説明する。

複合型変圧器１は、図１に示すように、二つの巻線１０を備えるほかに、その二つの巻線１０を支持するトランスコア２０と、上下方向に配置される二つのインダクタコア３０、３０と、トランスコア２０とインダクタコア３０との間に配置される磁気絶縁シート４０とを備えて構成されている。

（巻線１０）
巻線１０は、外部電気回路に接続して、外部電気回路から流れる電流を磁気エネルギーに変換するための部材である。
本実施形態の複合型変圧器１においては、巻線１０を二つ備えており、二つの巻線１０を構成する第１の巻線１１と第２の巻線１２とは、図２に示すように、第１の巻線１１と第２の巻線１２とは、銅線などの線材を同心円状に巻き回してなる円筒形状のコイルであり、線材の両端部分がコイルから引き出されてなる接続端子１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂを備えている。
但し、図２に示すように、第１の巻線１１の円筒形状のコイルは、接続端子１１ａに対して接続端子１１ｂが右回り（上方側から見て時計回り）となるように巻き回すことにより形成され、第２の巻線１２の円筒形状のコイルは、接続端子１２ａに対して接続端子１２ｂが左回り（上方側から見て反時計回り）となるように巻き回すことにより形成されている。
また、第１の巻線１１における接続端子１１ａ、１１ｂの両端は、同一方向に引き出されるように形成されている。同様に、第２の巻線１２の接続端子１２ａ、１２ｂにおいても、両端が同一方向に引き出されるように形成されている。
また、第１の巻線１１の巻回数と第２の巻線１２の巻回数は、同じ巻回数となるように巻き回されているが、その巻回数については、本発明において特に限定されない。
そして、第１の巻線１１と第２の巻線１２とは、図１（ｂ）に示すように、上下方向に並べて配置されているとともに、第１の巻線１１と第２の巻線１２におけるコイル内部に後記する磁脚部３６が挿通され、第１の巻線１１と第２の巻線１２とがトランスコア２０内部で軸線方向に支持されている。
以上、巻線１０の形状等について説明したが、コイル内部に挿通される磁脚部３６に対する第１の巻線１１と第２の巻線１２との巻き回し方向については、トランスコア２０とインダクタコア３０の構成を説明した後に説明する。
その他、以下において、巻線１０を形成する際、線材を巻き回しする中心軸方向を、単に、「巻線の軸線方向」或いは「上下方向」として説明する。また、巻線の軸線に対する直交する方向であって、複合型変圧器１から巻線１０の接続端子１１ａ、１１ｂが引き出されている方向を「前後方向」とし、上下方向と前後方向の両方向に対して直交する方向を「左右方向」として、説明する。

（トランスコア２０）
トランスコア２０は、図１（ｂ）に示すように、巻き回しされる二つの巻線１０を磁気結合させる磁性部材であり、二つの巻線１０が巻き回されるトランス用磁脚部２３と、トランス用磁脚部２３と平行に延びるトランス用外磁脚部２４と、トランス用磁脚部２３とトランス用外磁脚部２４との両端に接続する一対のトランス用基部２１ａ、２１ａとを備えて構成される。

トランス用磁脚部２３は、図１（ｂ）に示すように、巻線１０が巻き回される部分であり、巻線１０の軸線方向に延びるように形成されている。
トランス用磁脚部２３は、図３に示すように、上下方向から視て略半円となるように形成されているとともに、その半円における径が巻線１０の内径における半径と等しくなるように形成されている。
また、本実施形態において、トランス用磁脚部２３に巻き回しされる巻線１０の数は、図１（ｂ）に示すように、上下方向に並べて配置される第１の巻線１１と第２の巻線１２との二つである。よって、トランス用磁脚部２３は、二つの巻線１０の軸線方向における長さと等しくなるように軸線方向に延出しており、二つの巻線１０を軸線方向に並べて巻き回し可能に形成されている。

トランス用外磁脚部２４は、図１（ｂ）に示すように、巻線１０の外周面側であって、トランス用磁脚部２３と平行となるように上下方向に延びるように形成されている。
また、トランス用外磁脚部２４は、図３に示すように、上下方向から視て円弧状となるように形成されている。そして、トランス用外磁脚部２４における円弧の中心は、図３に示すように、トランス用磁脚部２３における半円の中心と同心となるように形成されているとともに、トランス用外磁脚部２４における円弧の内周面側である内径が巻線１０の外径と等しくなるように形成されている。

一対のトランス用基部２１ａ、２１ａは、図１（ｂ）に示すように、トランス用磁脚部２３の外周面側からトランス用外磁脚部２４の内周面側に向かって延出し、トランス用磁脚部２３の両端とトランス用外磁脚部２４の両端とを接続する半円板の部分である。
これによれば、一対のトランス用基部２１ａ、２１ａが、巻線１０の軸線方向に平行に延びるトランス用磁脚部２３とトランス用外磁脚部２４との両端をするため、図１に示すように、一部が巻線１０の内部を通過した環状のトランスコア２０を構成することができる。
したがって、巻線１０の内部に位置するトランス用磁脚部２３に生じた磁束は、図１（ｂ）に示すように、トランスコア２０内を磁気経路として周回し、トランスコア２０は、磁束の閉磁路ＢＴ（請求の範囲に記載されるトランスコアの「閉磁路」に相当。）として機能することとなる。
そのほか、一対のトランス用基部２１ａ、２１ａのそれぞれは、トランス用磁脚部２３の両端に接続しているため、トランス用磁脚部２３に巻き回しされている巻線１０を支持することができる。

以上、トランスコア２０の構成について説明したが、このようなトランスコア２０は、図２に示すように、一対のトランスコア部材２１、２１を組み合わせることにより構成することができる。以下、トランスコア部材２１について説明する。

トランスコア部材２１は、図２に示すように、半円板のトランス用基部２１ａと、トランス用基部２１ａの平面部分に形成された半円柱のトランス用磁脚構成部２１ｂと、トランス用基部２１ａの平面部分に形成された円弧状のトランス用外磁脚構成部２１ｃとから構成されており、かつ、これらの構成が一体的に形成されている。
なお、トランスコア部材２１におけるトランス用基部２１ａは、トランスコア２０の構成である一対のトランス用基部２１ａと同一構成であり、詳細な説明は省略する。

トランス用磁脚構成部２１ｂは、図２及び図３に示すように、トランス用磁脚部２３の構成要素であり、トランス用基部２１ａの半円板の中心と同心となるように、トランス用基部２１ａの平面部分から、断面視半円状で延出している。また、トランス用磁脚構成部２１ｂにおける上下方向の長さは、トランス用磁脚部２３の上下方向の長さの半分の長さとなるように形成されている。

トランス用外磁脚構成部２１ｃは、図２及び図３に示すように、トランス用外磁脚部２４の構成要素であり、トランス用外磁脚構成部２１ｃにおける上下方向の長さは、トランス用外磁脚部２４の上下方向の長さの半分の長さとなるように形成されている。

そして、図２に示すように、トランス用磁脚構成部２１ｂ、トランス用外磁脚構成部２１ｃが形成された面が対向するように一対のトランスコア部材２１、２１を配置するとともに、トランスコア部材２１、２１におけるトランス用磁脚構成部２１ｂの端面同士と、トランス用外磁脚構成部２１ｃの端面同士を接合することにより、上下方向に対称的なトランスコア２０が形成される。
また、トランス用磁脚構成部２１ｂ、２１ｂにより半円柱のトランス用磁脚部２３が構成され、トランス用外磁脚構成部２１ｃ、２１ｃにより円弧状のトランス用外磁脚部２４が構成されることとなる。

その他、トランスコア２０に用いられる磁性材料として、飽和磁束密度［Ｔ］が高く、かつ、鉄損［Ｗ／ｋｇ］が小さいものが望ましい。ただし、二つの巻線１０によりトランスコア２０内に生じる磁束については後記するが、互いに打ち消す磁束方向であるため、残留磁束が低減される。よって、トランスコア２０の材料としては、飽和磁束密度［Ｔ］が高いことより、鉄損［Ｗ／ｋｇ］が小さいことが優先され、例えば、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、ナノ結晶合金、Ｆｅ系アモルファス、Ｃｏ系アモルファスなどが挙げられる。

（インダクタコア３０）
インダクタコア３０は、巻き回しされる巻線１０から生じる磁気エネルギーを蓄積するための磁性部材である。
インダクタコア３０は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、軸線巻線１０が巻き回されるインダクタ用磁脚部３７と、インダクタ用磁脚部３７と平行に延びるインダクタ用側方磁脚部３８、３８とインダクタ用前方磁脚部３９と、インダクタ用磁脚部３７とインダクタ用側方磁脚部３８、３８とインダクタ用前方磁脚部３９との両端とを接続する一対のインダクタ用基部３４ａ、３４ａとを備えて構成される。
なお、インダクタコア３０において、インダクタ用側方磁脚部３８、３８とインダクタ用前方磁脚部３９とは、巻線１０が巻き回しされない磁脚であり、特許請求の範囲に記載される「インダクタ用外磁脚部」に相当する構成である。

インダクタ用磁脚部３７は、図１（ｂ）に示すように、巻線１０が巻き回される部分であり、巻線１０内部で巻線１０の軸線方向に延びるように形成されている。
インダクタ用磁脚部３７は、図３に示すように、上下方向から視て略半円となるように軸線方向に延びており、その半円の径が、巻線１０の内径における半径と等しくなるように形成されている。また、インダクタ用磁脚部２３は、巻線１０の軸線方向における長さと等しくなるように上下方向に延出している。

インダクタ用側方磁脚部３８、３８とインダクタ用前方磁脚部３９とは、図１（ａ）に示すように、巻線１０の外周面側であって、インダクタ用磁脚部３７と平行となるように上下方向に延びるように形成されている。
インダクタ用側方磁脚部３８、３８は、図３に示すように、巻線１０から直線上に引き出されている接続端子１１ａ、１１ｂに沿って直線上となるように形成されている。一方で、インダクタ用前方磁脚部３９は、巻線１０から直線上に引き出されている接続端子１１ａ、１１ｂの間に位置するように形成されている。

一対のインダクタ用基部３４ａ、３４ａは、図１（ｂ）に示すように、インダクタ用磁脚部３７の外周面側からインダクタ用側方磁脚部３８、３８とインダクタ用前方磁脚部３９との内周面側に向かって延出しており、インダクタ用磁脚部３７の両端と、インダクタ用側方磁脚部３８、３８とインダクタ用前方磁脚部３９との両端に接続している。
これによれば、図１に示すように、インダクタコア３０は、一部が巻線１０の内部を通過した状態で環状を形成している。
よって、巻線１０の内部に位置するインダクタ用磁脚部３７に生じた磁束は、図１（ｂ）に示すように、インダクタコア３０内を磁気回路として周回するため、インダクタコア３０は、磁束の閉磁路ＢＬとして機能することとなる。
なお、インダクタコア３０における閉磁路ＢＬにおいて、インダクタ用磁脚部３７以外に、一対のインダクタ用基部３４ａ、３４ａとの両者を結ぶ磁気回路は、図４及び図５に示すように、インダクタ用側方磁脚部３８、３８とインダクタ用前方磁脚部３９とがある。よって、インダクタ用側方磁脚部３８、３８又はインダクタ用前方磁脚部３９を通過する経路それぞれが、インダクタコア３０の閉磁路ＢＬに相当する。

また、本実施形態の複合型変圧器１は、二つのインダクタコア３０、３０を備えるが、その二つのインダクタコア３０は、トランス用磁脚部２３が延出する上下方向に配列されている。
そして、上下方向に配列される二つのインダクタコア３０、３０は、インダクタ用磁脚部３７がトランスコア２０のトランス用磁脚部２３に対して、隣り合うように配置される。これによれば、図１（ｂ）に示すように、インダクタコア３０のインダクタ用磁脚部３７とトランスコア２０のトランス用磁脚部２３と後記する磁気絶縁シート４０とから構成される円柱形の磁脚部３６が形成される。

そのほか、本実施形態は、二つのインダクタコア３０、３０を備えており、その二つのインダクタコア３０、３０は、図１に示すように、上下方向に配列されている。以下において、インダクタコア３０の構成について説明するが、説明の必要に応じて、上側に配置されるインダクタコア３０を上部インダクタコア３１と称し、下部に配置されるインダクタコア３０を下部インダクタコア３２と称して説明する。

以上、インダクタコア３０の構成について説明したが、このようなインダクタコア３０は、図２に示すように、一対のインダクタコア部材３４、３４を組み合わせることにより構成することができる。以下、インダクタコア部材３４について説明する。

インダクタコア部材３４は、図２に示すように、平面部分を有するように板状に形成されたインダクタ用基部３４ａと、インダクタ用基部３４ａの平面部分に形成されたインダクタ用磁脚構成部３４ｂと側部インダクタ用磁脚構成部３４ｃ、３４ｃと前方インダクタ用磁脚構成部３４ｄとから構成されており、かつ、これらの構成が一体的に形成されている。
なお、インダクタコア部材３４におけるインダクタ用基部３４ａは、インダクタコア３０の構成である一対のインダクタ用基部３４ａと同一構成であり、詳細な説明は省略する。

インダクタ用磁脚構成部３４ｂは、インダクタ用磁脚部３７を構成要素であって、図２に示すように、インダクタ用基部３４ａの平面部分であって、後側の端辺から、上下方向から視て半円状に延出する半円柱部分である。
また、インダクタ用磁脚構成部３４ｂにおける上下方向の長さは、インダクタ用磁脚部３７の上下方向の長さの半分の長さとなるように形成されている。

側部インダクタ用磁脚構成部３４ｃ、３４ｃは、インダクタ用側方磁脚部３８、３８の構成要素であり、インダクタ用基部３４ａにおける平面部分であって、左右側の端辺側から、上下方向から視て矩形状で延出するように形成されている。
前方インダクタ用磁脚構成部３４ｄは、インダクタ用前方磁脚部３９の構成要素であって、インダクタ用基部３４ａにおける平面部分であって、前側の端辺側から、上下方向から視て矩形状で延出するように形成されている。

そして、二つのインダクタコア部材３４、３４の組み合わせは、図２に示すように、二つのインダクタコア部材３４、３４におけるインダクタ用磁脚構成部３４ｂを後方側に、側部インダクタ用磁脚構成部３４ｃ、３４ｃを左右方向側に、前方インダクタ用磁脚構成部３４ｄを前方側に位置するように対向させる。
そして、二つのインダクタコア部材３４、３４におけるインダクタ用磁脚構成部３４ｂの端面同士、側部インダクタ用磁脚構成部３４ｃ、３４ｃの端面同士、前方インダクタ用磁脚構成部３４ｄの端面同士とを接合することにより、インダクタコア３０が構成させる。
インダクタコア３０は、インダクタ用基部３４ａ、３４ａとの間であって、後方側中央部に半円柱状のインダクタ用磁脚部３７が形成され、左右側にインダクタ用側方磁脚部３８、３８が形成され、前方側にインダクタ用前方磁脚部３９が形成される。

また、インダクタコア３０に用いられる材料として、飽和磁束密度［Ｔ］が高く、かつ、鉄損［Ｗ／ｋｇ］が小さいものが望ましい。
ただし、インダクタコア内に生じる磁束は、漏れ磁束が主となる。よって、トランスコアの材料としては、鉄損［Ｗ／ｋｇ］が高いことより、飽和磁束密度［Ｔ］が小さいことが優先され、例えば、ダストパーマロイ、圧粉鉄心、圧粉珪素鋼、珪素鋼板などが挙げられる。

（磁気絶縁シート４０）
磁気絶縁シート４０は、トランスコア２０とインダクタコア３０とに生じる磁界をそれぞれ分離するための透磁率が低いシート部材である。
磁気絶縁シート４０は、図２に示すように、トランスコア２０とインダクタコア３０との間に配置される第１磁気絶縁シート部４１と第２磁気絶縁シート部４２と、インダクタコア３０同士の間に配置される第３磁気絶縁シート部４３とから構成される。
また、第１磁気絶縁シート部４１〜第３磁気絶縁シート部４３は、シート状であって薄く形成されており、配置される箇所の対応する大きさに形成されている。
また、第１磁気絶縁シート部４１と第２磁気絶縁シート部４２にあっては、トランスコア２０とインダクタコア３０との間に配置されるため、トランスコア２０とインダクタコア３０の両方に介在する巻線１０を通過可能とするための切り欠きが形成されている。

つぎに、磁脚部３６に対する巻線１０の巻き回しについて説明する。
二つの巻線１０である第１の巻線１１と第２の巻線１２は、磁脚部３６に対して、第１の巻線１１の接続端子１１ａ、１１ｂと第２の巻線１２の接続端子１２ａ、１２ｂとが、複合型変圧器１の前後方向における前側に向くように巻き回しされている。これによれば、複合型変圧器１に対して、第１の巻線１１と第２の巻線１２の引き出し方向を同一となる。

また、第１の巻線１１と第２の巻線１２は、磁脚部３６を構成するトランス用磁脚部２３の閉磁路ＢＴ内において、第１の巻線１１から生じる磁束Ｂ１Ｔの磁束方向と第２の巻線１２から生じる磁束Ｂ２Ｔの磁束方向とがそれぞれが、互いに打ち消すように巻き回しされている。
例えば、第１の巻線の接続端子１１ａと第２の巻線の接続端子１２ａとの端子側が正極と接続し、第１の巻線の接続端子１１ｂと第２の巻線の接続端子１２ｂとの端子側が負極と接続するものとする。
この場合において、第１の巻線１１は、磁脚部３６に対し、上方から見て右回りとなるように巻き回しされ、第２の巻線１２は、磁脚部３６に対し、上方から見て左回りとなるように巻き回しされる。
そのため、第１の巻線１１から生じる磁束Ｂ１Ｔの磁束方向は、図４に示すように、トランスコア２０のトランス用磁脚部２３において下方方向となり、トランス用外磁脚部２４を上方方向に周回する方向となる。一方で、第２の巻線１２から生じる磁束Ｂ２Ｔの磁束方向は、図４に示すように、トランスコア２０のトランス用磁脚部２３において上方方向になり、トランス用外磁脚部２４を下方方向に周回する方向となる。これによれば、第１の巻線から生じる磁束Ｂ１Ｔの磁束方向と第２の巻線から生じる磁束Ｂ２Ｔの磁束方向が互いに打ち消すように構成することができる。

なお、以下において、第１の巻線１１に電流が流れた場合、図４に示すように、第１の巻線１１に巻き回しされる磁脚部３６に磁束Ｂ１が発生するが、第１の巻線１１から生じる磁束Ｂ１であって、トランスコア２０内に生じる磁束を磁束Ｂ１Ｔと称し、インダクタコア３０内に生じる磁束を磁束Ｂ１Ｌと称する。
また、第２の巻線１２から生じる磁束Ｂ２であって、トランスコア２０内に生じる磁束を磁束Ｂ２Ｔと称し、インダクタコア３０内に生じる磁束を磁束Ｂ２Ｌと称して、説明する。

つぎに、複合型変圧器１の使用方法について説明する。
第１の巻線１１の接続端子１１ａから接続端子１１ｂ側に向かって電流が流れた場合、図４に示すように、第１の巻線１１が巻き回しされる磁脚部３６に磁束Ｂ１（Ｂ１Ｔ、Ｂ１Ｌ）が発生する。

ここで、磁脚部３６を構成するトランス用磁脚部２３において、磁束Ｂ１Ｔの磁束方向は下方方向であり、下部側のトランス用基部２１ａを通過し、トランス用外磁脚部２４に向かう。そして、トランス用外磁脚部２４における磁束Ｂ１Ｔの磁束方向は、上方方向であり、上部側のトランス用基部２１ａを通過して、トランス用磁脚部２３に戻り、トランスコア２０を周回することとなる。

その際に、磁束Ｂ１Ｔは、第１の巻線１１の下部側にある第２の巻線１２内部を周回するため、第２の巻線１２を電磁誘導する。
よって、第２の巻線１２が昇圧されて電流が流れる。また、その電流は、正極と接続する第２の巻線１２の接続端子１２ｂから、負極と接続する第２の巻線１２の接続端子１２ａに向かって流れる電流であり、トランスとして機能することが可能となる。

次に、第１の巻線１１が巻き回しされる上部インダクタコア３１に発生する磁束Ｂ１Ｌについて説明する。
上部インダクタコア３１の閉磁路ＢＬにおいて、第１の巻線１１が巻き回しされるインダクタ用磁脚部３７に、磁束方向が下方方向である磁束Ｂ１Ｌが生じる。そして、磁束Ｂ１Ｌは、インダクタ用磁脚部３７から下部側のインダクタ用基部３４ａに向かう。

ここで、インダクタ用基部３４ａには、図４及び図５に示すように、インダクタ用前方磁脚部３９とインダクタ用側方磁脚部３８とが接続しているため、そのインダクタ用前方磁脚部３９とインダクタ用側方磁脚部３８との両方に磁束Ｂ１Ｌが向かうこととなる。
よって、インダクタ用前方磁脚部３９とインダクタ用側方磁脚部３８とには、上方方向に向かう磁束Ｂ１Ｌが生じる。

そして、インダクタ用前方磁脚部３９とインダクタ用側方磁脚部３８とに生じた磁束Ｂ１Ｌは、上部側のインダクタ用基部３４ａを通過して、インダクタ用磁脚部３７に向かい、上部インダクタコア３１の閉磁経路ＢＬを周回することとなる。
これにより、上部インダクタコア３１に生じる磁界は第１の巻線１１に電流が流れている限り、磁気エネルギーとして、上部インダクタコア３１に蓄積することとなり、インダクタとして機能することとなる。

次に、第２の巻線１２に電流を流した場合を説明する。第２の巻線１２の接続端子１２ｂから接続端子１２ａ側に向かって電流が流した場合に、図４に示すように、第２の巻線１２が巻き回しされる磁脚部３６に磁束Ｂ２（Ｂ２Ｔ、Ｂ２Ｌ）が発生する。

ここで、磁脚部３６を構成するトランス用磁脚部２３において、磁束Ｂ２Ｔの磁束方向は上方方向であり、上部側のトランス用基部２１ａに向かう。
そして、磁束Ｂ２Ｔは、上部側のトランス用基部２１ａを通過して、トランス用外磁脚部２４に向かうが、トランス用外磁脚部２４における磁束Ｂ２Ｔの磁束方向は下方方向である。
よって、磁束Ｂ２Ｔは、下部側のトランス用基部２１ａを通過して、トランス用磁脚部２３に戻るような磁束方向となり、トランスコア２０を周回する磁界が発生する。

その際に、磁束Ｂ２Ｔは、第２の巻線１２の上部側にある第１の巻線１１内部を周回するため、第１の巻線１１を電磁誘導する。
よって、第１の巻線１１が昇圧されて電流が流れるが、その電流は、正極と接続する第１の巻線１１の接続端子１１ａから、負極と接続する第１の巻線１１の接続端子１１ｂに向かって流れる電流であり、トランスとして機能する。

次に、第２の巻線１２が巻き回しされる下部インダクタコア３２に発生する磁束Ｂ２Ｌについて説明する。
下部インダクタコア３２において、第２の巻線１２が巻き回しされるインダクタ用磁脚部３７に、磁束方向が上部方向である磁束Ｂ２Ｌが生じる。そして、磁束Ｂ２Ｌは、インダクタ用磁脚部３７から上部側のインダクタ用基部３４ａに向かう。

ここで、インダクタ用基部３４ａには、図４及び図５に示すように、インダクタ用前方磁脚部３９とインダクタ用側方磁脚部３８とが接続しているため、そのインダクタ用前方磁脚部３９とインダクタ用側方磁脚部３８との両方に磁束Ｂ２Ｌが向かうこととなる。
よって、インダクタ用前方磁脚部３９とインダクタ用側方磁脚部３８とには、下方方向に向かう磁束Ｂ２Ｌが生じる。

そして、インダクタ用前方磁脚部３９とインダクタ用側方磁脚部３８とに生じた磁束Ｂ２Ｌは、下部側のインダクタ用基部３４ａを通過して、インダクタ用磁脚部３７に向かい、下部インダクタコア３２を周回することとなる。
これにより、下部インダクタコア３２に生じる磁界は第２の巻線１２に電流が流れている限り、磁気エネルギーとして、下部インダクタコア３２に蓄積することとなり、インダクタとして機能することとなる。

以上、実施形態における複合型変圧器１について説明したが、複合型変圧器１によれば、小型化を図ることができるとともに、トランスコア２０内に発生する、第１の巻線１１から生じる磁束Ｂ１Ｔの向きと、第２の巻線１２から生じる磁束Ｂ２Ｔの向きとが対向する。よって、トランスコア２０内の残留磁束を低減することができ、トランスコア２０における磁気飽和を防止させることが可能となる。

また、複合型変圧器１によれば、二つの巻線１０に対応するように、トランス用磁脚部２３が長く形成されているため、トランス用磁脚部２３に生じる磁束の飽和を防止できる。よって、巻線１０から生じた磁束Ｂ１Ｔ、Ｂ２Ｔがトランスコア２０の飽和磁束密度を超えてしまい、磁気エネルギーが損失するということを回避できる。特に、残留磁束（特に直流磁束）を低減することができる。

さらに、複合型変圧器１によれば、二つの巻線１０が、トランス用外磁脚部２４と、インダクタ用側方磁脚部３８と、インダクタ用前方磁脚部３９に覆われている。よって、巻線１０が他の磁界の影響を受ける可能性を低減させることが可能となる。

また、複合型変圧器１によれば、第１の巻線１１の接続端子１１ａ、１１ｂと、第２の巻線１２の接続端子１２ａ、１２ｂとが、同一方向に引き出されており、複合型変圧器１のある前後方向における前側にまとめてられている。
よって、複合型変圧器１に接続される接続する配線を複合型変圧器１の一方側にまとめることができ、複合型変圧器１を用いたＤＣ／ＤＣコンバータの小型化を図ることが可能となる。

また、複合型変圧器１によれば、トランスコア２０が２つのトランスコア部材２１により構成されるため、トランスコア部材２１の部品、つまり、一種類の部品を製造すれば、トランスコア２０を製造することができ、製造する部品点数の増加を抑止することができる。また、同様に、インダクタコア３０についても、２つのインダクタコア部材３４により構成されるため、製造する部品点数の増加を抑止することができる。

以上、実施形態における複合型変圧器１について説明したが、本発明の複合型変圧器１は、実施形態で説明したものに限るものではない。例えば、実施形態における複合型変圧器１は、二つの巻線１０に対して、接続端子１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂとが引き出されている前方側に二つのインダクタコア３０が配置され、後方側にトランスコア２０が配置されていたが、前方側にトランスコア２０が配置し、後方側に二つのインダクタコア３０配置してもよい。但し、この場合においては、トランスコア２０に、二つの巻線１０の接続端子１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂを引き出すための孔部を形成する必要がある。

（実施例）
次に、実施形態における複合型変圧器の実施例について説明する。
本実施例においては、実施形態における複合型変圧器をＤＣ／ＤＣコンバータに設けるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータにおけるスイッチング素子をＯＮ、ＯＦＦさせて、印加電圧の昇圧を行った。
また、本実施例の実験においては、実施例の複合型変圧器が備える巻線の巻き数を変更させて、その巻数の場合における複合型変圧器の体積を計算した。
併せて、実施例の複合型変圧器の巻数を変更した複合型変圧器毎に、所定電圧を印加するとともに所定電流量を流した場合における磁気部品における損失である銅損と鉄損（Ｗ）を計算した。なお、印加電圧等の計算条件は、下記の（表１）に示す通りである。

また、実施例の複合型変圧器において、トランスコアの原材料としてフェライトを使用し、インダクタコアの原材料として、ダストパーマロイを使用した。
なお、実施例の複合型変圧器の測定結果の比較対象として、比較例１〜比較例３を用意した。比較例１は、図６（ａ）に示す従来型のインダクタ（コアの原材料は、ダストパーマロイ）を用意し、比較例２は、図６（ｂ）に示すルーズカップルドインダクタ（コアの原材料はフェライト）を用意し、比較例３は、図６（ｃ）に示すＬ型チョッパ（コアの原材料は、ダストパーマロイ）と磁気相殺型トランス（コアの原材料はフェライト）との組み合わせた場合である。

なお、実施例１と比較例１〜３における巻線は共通ものを使用した。以下、測定結果を図７に示す。なお、図７におけるグラフにおいて、縦軸は体積を示し、下から上に向かうほど体積が大きくなることを示し、横軸は磁気部品の銅損と鉄損を示し、左側から右側に向かうほど損失が大きいことを示す。よって、図１２におけるグラフにおいて、左下に位置するプロットほど、小型であり、かつ、損失が小さいことを示すものである。

また、全体的に、比較例１〜３の測定結果を示すプロットに比べて、実施例１の結果を示すプロットが、図７のグラフの左下の方に位置する結果となり、実施例における複合型変圧器によれば、従来の複合型変圧器に比べ、小型化と磁気エネルギー損失の低減化が図れていることを示した。

１ 複合型変圧器
１０（１１、１２） 巻線（第１の巻線、第２の巻線）
１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ 接続端子
２０ トランスコア
２１ トランスコア部材
２１ａ トランスコア用基部
２１ｂ トランス用磁脚構成部
２１ｃ トランス用外磁脚構成部
２３ トランス用磁脚部
２４ トランス用外磁脚部
３０（３１、３２） インダクタコア（上部インダクタコア、下部インダクタコア）
３４ インダクタコア部材
３４ａ インダクタ用基部
３４ｂ インダクタ用磁脚構成部
３４ｃ 側部インダクタ用磁脚構成部
３４ｄ 前方インダクタ用磁脚構成部
３６ 磁脚部
３７ インダクタ用磁脚部
３８ インダクタ用側方磁脚部
３９ インダクタ用前方磁脚部
４０ 磁気絶縁シート
４１ 第１磁気絶縁シート部
４２ 第２磁気絶縁シート部
４３ 第３磁気絶縁シート部
Ｂ１、Ｂ２（Ｂ１Ｔ、Ｂ２Ｔ、Ｂ１Ｌ、Ｂ２Ｌ） 磁束
ＢＴ、ＢＬ 閉磁路

Claims (3)

1. 巻線の軸線方向に延出して二つの巻線が巻き回しされるトランス用磁脚部を有するトランスコアと、
   前記二つの巻線の一つが巻き回しされるインダクタ用磁脚部を有し、前記トランスコアに隣り合うように配置されるとともに前記トランス用磁脚部が延出する延出方向に配列される二つのインダクタコアと、
   前記二つの巻線と、を備え、
   前記二つの巻線の一方又は両方が通電することにより、前記トランス用磁脚部と前記インダクタ用磁脚部に磁束を生じ、単一のトランスと複数のインダクタとが構成される複合型変圧器であって、
   前記トランスコアは、
   前記トランス用磁脚部と、
   前記トランス用磁脚部と平行な方向に延び、前記トランス用磁脚部に巻き回しされる前記二つの巻線の外周面側に配置されるトランス用外磁脚部と、
   前記トランス用磁脚部と前記トランス用外磁脚部との両端同士を接続する一対のトランス用基部と、を備え、
   前記インダクタコアは、
   前記インダクタ用磁脚部と、
   前記インダクタ用磁脚部と平行な方向に延び、前記トランス用磁脚部に巻き回しされる巻線の外周面側に配置されるインダクタ用外磁脚部と、
   前記インダクタ用磁脚部と前記インダクタ用外磁脚部との両端同士を接続する一対のインダクタ用基部と、を備え、
   前記二つの巻線は、
   前記トランス用磁脚部で生じる磁束の磁束方向が、前記トランスコアにより構成される磁束の閉磁路において、互いに打ち消すように巻き回しされていることを特徴とする複合型変圧器。
2. 前記巻線は、外部電気回路に接続する両極の接続端子が同一方向に引き出すように形成されており、
   前記二つの巻線のそれぞれは、前記両極の接続端子が同一方向を向くように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の複合型変圧器。
3. 前記トランスコアと前記インダクタコアとの間に介在する磁気絶縁シートをさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合型変圧器。

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