トランスは、回路の2つの部分間で電力を伝送するために使用される装置で、電流と電圧を変化させながら絶縁を作ります。トランスはほとんどの電気システムに不可欠な部品である。特に電力変圧器は、高い送電効率が求められる場合に使用されます。特定の用途に応じて、全負荷容量で連続または不連続に運転することができます。
商用電気機器に使用される小型変圧器には、2つの異なるコア形状があります。EI形または角形とトロイダル形である。トロイダル型（リング型、ドーナツ型コア）トランスは、円筒形のコアに銅線を巻き付けた電気部品です。以前は、EI型コアの方が人気がありました。しかし、トロイダルトランスは、そのユニークな形状と利点から、低電力を必要とする用途で非常に主流になりつつあります。
トロイダルトランスの構造
コア： 一般的な変圧器のコアは、ケイ素鋼板を積層したものです。トロイダルトランスのコアは、巻いたケイ素鋼板でできています。その役割は低電圧電源を形作る中心の交互磁束によって二次コイルの電位を誘導する一次コイルの交流流れの行為の下で頻度交互磁束を、形作ることです。コアは、電気エネルギー、磁気エネルギー、電気エネルギーの変換を完了するための本体です。
巻線： 一般に絶縁平銅線または丸銅線を巻線ダイスに巻いたもの。一次と二次（高電圧と低電圧）の2つのグループがある。一次巻線の役割は、電気エネルギーで二次巻線を埋めるために、別の部分で、励起プロセスを完了するために変圧器の元の側を導入することです。二次巻線は、磁気エネルギーを電気エネルギーに変換し、外部に伝送します。巻線は通常、一定の回路接続方法に従って接続される。
本体絶縁： 一次絶縁、二次絶縁、ターン間絶縁、コア絶縁、シェル間絶縁が含まれる。使用される材料は、厚紙、エポキシ樹脂、各種絶縁材料、変圧器オイルなどである。トランスオイルは絶縁効果が高いだけでなく、トランスの放熱を助け、コアとコイルを冷却することができます。
トロイダル変圧器のコアは、高品質の冷間圧延ケイ素鋼板（板厚は一般的に0.35mm以下）で作られており、継ぎ目なく圧延されているため、従来の積層シートのコアよりもコア性能が優れています。トロイダル変圧器の巻線はコアに均等に巻かれており、巻線によって発生する磁力線の方向がコアの磁気回路とほぼ正確に一致するため、積層タイプに比べて励磁エネルギーとコア損失を25％低減できます。
動作原理
変圧器は電磁誘導に依存している。物理学者マイケル・ファラデーは1831年、電流の強さが磁石の運動速度とコイルの巻き数に比例することを発見し、電磁誘導を発見した。
変圧器はこの比例関係を利用している。トロイダルトランスの動作原理は変圧器と同じで、どちらも電気-磁気変換と磁気-電気変換の原理を利用して動作します。下図にトランスの動作原理を示す回路を示します。変圧器の一次巻線L1（巻数はN1）の両端に交流電圧U1を送ると、交流電流I1がL1を流れ、L1は直ちに磁界を発生し、磁界の磁気誘導線は良導電性のコアに沿って二次巻線L2（巻数はN2）に結合し、L2は直ちに誘導電位を発生し、この時L2は電源に相当する。L2は閉回路として負荷Rに接続されているため、L2には交流電流I2が出力され、負荷Rを流れる。
磁界は二次巻線を通過する際に出力電圧を生成する。生成される電圧の量は、一次巻線に比べて二次巻線のコイル数に依存します。比率が2:1の場合は半分になり、1:2の場合は2倍になります。
トロイダルトランスの利点
1.高効率
トロイダルトランスのユニークな形状は、短いコイルの使用に適しており、その結果、損失レベルが低くなり、システム効率が高くなります。トロイダルトランスは他の電源トランスよりも効率が高いため、動作中の発熱が少なく、動作温度が低くなります。その結果、冷却装置の必要性が減少します。
コアには空隙がなく、ラミネート率は95%以上と高く、コアの透磁率は1.5～1.8T（ラミネートコアは1.2～1.4Tしかとれない）、電気効率は95%以上と高く、無負荷電流はラミネートタイプの10%しかない。
2.低い動作温度
鉄損が1.1W/kgを達成できるため、鉄損が非常に小さい場合、コアの温度上昇が低く、コアの低温での巻線の放熱が良いため、変圧器の温度上昇が低い。
3.よりコンパクトなサイズ、軽量
トロイダルトランスのすべての巻線は、コア全体に対称に分布しているため、ワイヤーの長さが非常に短くなります。磁束は粒状コアの圧延方向と同じ方向を向いているため、大幅な体積・重量の削減と高い磁束密度が可能になります。
小型・軽量化により、トロイダルトランスは小型電気製品に最適です。また、STEPPERONLINEではお客様のスペースに合わせたトランスの設計も可能です。
4.低浮遊磁界・低EMIエミッション
トロイダルトランスのコアにはエアギャップがなく、巻線はリング状のコアに均等に巻かれているため、漏洩磁界や電磁放射が小さくなります。コアを覆う一次巻線と二次巻線は、発生する磁界に対するシールドとして機能し、動作中のトランスから近くの敏感な電子機器を保護します。トロイダルトランスは、低レベルのアンプや医療機器など、追加のシールドなしで高感度の電子機器に使用できます。
トロイダルトランスは、環境や人体への影響をまったく無視できるため、健康的な電源となります。
5.振動ノイズが小さい
トロイダルトランスの構造は、可聴ノイズの抑制に役立っています。コアはしっかりと巻かれ、スポット溶接され、アニールされ、エポキシ樹脂でコーティングされるか、マイラーテープで絶縁されます。コアの均一な巻線は空隙を残さないため、振動するルーズシートがなく、結果的に磁歪によるハムノイズが少なくなります。
6.寸法的柔軟性
トロイダルトランスは、従来のラミネートトランスに比べ、寸法の自由度が高い。トロイダルトランスのコアの長さ、幅、高さの比率を簡単に変えることができ、必要な寸法を満たす形状を設計することができます。
7.取り付けが容易
トロイダルトランスは取り付けが簡単です。ほとんどの場合、金属製のセンタリングワッシャー1枚と取り付けネジまたはボルトを使用するだけで、素早く簡単に取り付けることができます。
その他の一般的な取り付け方法には、以下のようなものがあります：
- 真鍮インサート付き樹脂センター・ポッティングまたはスルーホール
- プレッシャーレス・マウンティング・プレート
- プラスチックまたは金属ハウジングへの完全封止
- PCB取り付け（スルーホール）
- DINレール取付け
8.省エネルギー
トロイダルコアは鉄損が非常に低く、1.7テスラ、50Hzで通常1.1W/kgです。この低い鉄損は、非常に低い着磁電流をもたらし、スタンバイ時のエネルギー消費を低く抑えます。無負荷損失が低いため、スタンバイ時のエネルギー節約につながります。
トロイダルトランスの用途
トロイダルトランスは、電圧を降圧/昇圧するツールとして電子機器によく使用されます。また、浮遊電圧源から電子機器を絶縁するためにも使用されます。さまざまなトランスが存在するため、さまざまなアプリケーションを実現することができます。様々なトロイダルトランスの現在の用途を簡単に説明すると、以下のようになります：
ステッピングモーター 業界：主に単相、多相のステッピングドライバーとACサーボモーターに使用される。
機械産業 ：主に制御工作機械、CNC機械などの産業に偏っている。
オーディオ/ビジュアル機器 ：主にオーディオシステム、オーディオアンプなどに使用されます。
医療 業界：医療検査機器に使用され、安全絶縁の役割を果たす。
計測器 産業：各種検査機器に使用される。
再生可能エネルギー 産業：ソーラーインバータに使用され、通常は昇圧の役割を果たす。
霧化加湿 産業：主に農業用温室や野菜栽培基地などの空気湿度を調整するために使用される。
電気制御 ：例えば、電流トランスや電圧トランスに使用されます。高精度、高安定性のトランスは、トロイダルトランスプロセスで作ることができます。
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