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新構造オープン形トランスを用いたスイッチング電源の開発

Research Project

Project/Area Number 17J01977
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Power engineering/Power conversion/Electric machinery
Research InstitutionShinshu University

Principal Investigator

山本 達也  信州大学, 総合工学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
KeywordsDC-DCコンバータ / 銅損 / 高周波トランス / オープン形トランス / 平面トランス / 磁束経路制御 / 磁性塗布線
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的はスイッチング電源の駆動周波数の高周波化による小型化と、数MHz 以上の周波数での銅損低減に適したトランスの開発による高効率化を両立させることである。本研究において提案していたオープン形トランスは平成29年度の報告のとおり、共振現象により伝送効率が減少する問題があった。また、オープン形トランスで用いるコイルは体積が大きく電力密度が低下する。そこで、本年度は「平面トランスの小型化による電力密度の改善」と、「小型平面トランスの銅損低減のためのコア構造の検討」を行った。
「平面トランスの小型化による電力密度の改善」について、回路の電力密度の向上を目的としてトランスの小型化を検討した。本年度に試作したトランスのコアの体積は0.65 ccであり、前年度の1/4程度に小型化した。また、出力電力50 W時の電力密度は4.4 W/ccとなった。目標達成には至らなかったが、回路の小型化により目標値5 W/ccを達成できる。
「小型平面トランスの銅損低減のためのコア構造の検討」について、小形平面トランスの銅損低減技術として巻線に近接するコアの一部に空隙を設けることで、銅線に鎖交する磁束を低減し、銅損を低減する磁束経路制御技術を検討した。解析にて銅損が低減する空隙の寸法を決定しトランスを試作したところ、抵抗は4.7%低減した。これは磁束経路制御による銅損の抑制に起因している。試作したトランスをコンバータに実装して効率の測定を行ったところ、1.7%低下した。磁束経路制御技術の適用により銅損は低減したが、励磁電流が増加したことが効率低下の要因と考えられる。
本研究ではオープン形トランスによる銅損低減の目標を達成できなかったが、オープン形構造を実装する回路、磁束経路制御を適用するトランスの構造の課題を明確にした。これらの課題を解決することで、更なるトランスの銅損低減が可能であると考えられる。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Loss Reduction of LLC Resonant Converter using Magnetocoated Wire2019

    • Author(s)
      Yamamoto Tatsuya、Konno Yasuyuki、Sugimura Kanako、Sato Toshiro、Bu Yinggang、Mizuno Tsutomu
    • Journal Title

      IEEJ Journal of Industry Applications

      Volume: 8 Issue: 1 Pages: 51-56

    • DOI

      10.1541/ieejjia.8.51

    • NAID

      130007542477

    • ISSN
      2187-1094, 2187-1108
    • Year and Date
      2019-01-01
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Loss Reduction of Transformer for LLC Resonant Converter Using a Magnetoplated Wire2018

    • Author(s)
      Tatsuya Yamamoto, Yinggang Bu, Tsutomu Mizuno, Yutaka Yamaguchi, Tomoyoshi Kano
    • Journal Title

      IEEJ Journal of Industry Applications

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 43-48

    • DOI

      10.1541/ieejjia.7.43

    • NAID

      130006301760

    • ISSN
      2187-1094, 2187-1108
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Copper Loss Reduction of Planar Transformer Using Magnetic Cap and Plate2018

    • Author(s)
      Tatsuya Yamamoto, Yasuyuki Konno, Yinggang Bu, and Tsutomu Mizuno
    • Organizer
      IEEE International Magnetics Conference 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] LLC Resonant Converter Using Magnetocoated Wire and Iron -Based Metal Composite Core2017

    • Author(s)
      Tatsuya Yamamoto
    • Organizer
      IEEE International Magnetics Conference 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 磁性キャップ構造を適用したプレーナートランスの銅損低減効果の検討2017

    • Author(s)
      山本達也
    • Organizer
      電気学会 マグネティックス/リニアドライブ合同研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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