今回より３回にわたり弊社技術ブランド”GEO MACK”製品の小型軽量電源トランス GMKトランスについて、連載をさせて頂きます。

はじめに

近年、地球温暖化の影響と云われ頻発する水害や、地震などの自然災害によって系統電源喪失や電力需給の逼迫機会が増加している。　各家庭においても脱炭素化社会や電力の供給安定性および経済性、環境適合性を求めて、太陽光発電システム（以下、PVシステム）や燃料電池機器の普及、および各種電動車もそのシェアーを伸ばしており、平常時は各家電機器や、エアコン、エコキュート等のヒートポンプ機器で省電力消費を、余剰電力は系統電源に売電し、災害時には家庭や自動車内で電源を確保できるようEVやPHEV等の大型電池を搭載する電動車が拡大しつつある。　またこれに伴い比較的価格がこなれて来た蓄電器を備えるPVシステム用「蓄電型パワーコンディショナー」も普及しつつある。

このパワーコンディショナー（以下、パワコン）の蓄電システムは、ＰＶで発電した日照時4kw~７kw程度の電力を系統電源に売電する機能に加えて、双方向のDC/DCコンバータを介して蓄電池と充放電を行う。　また電力の一部をDC/AC インバータで商用交流電源として利用する回路においては、一般的な小型、軽量で高効率を謳う「スイッチング式電源方式」に限らず、簡素で安全、且つ長寿命で故障しない、また保全性に富む、歴史と技術改良を積み重ねて来た「電源トランス方式」が用いられている。

ねらい

PVシステム用蓄電型パワコン用電源トランスに求められる要件は、安全性や長寿命に加えて、省エネ化への低損失化と待機電力を抑えた低無負荷損失特性を持ち、セットの設置場所が屋内で生活動線に負担の少ない高所や狭所設置型が多いことから、小型薄型で軽量化と、且つ低騒音性が要求される。

開発ねらいは、コイルとコア共に高密度化構造を追求して空間部を無くし、必要最小限の絶縁構造物構成で材料を削減しながら熱伝導性を向上させ高放熱性とし、効率よく小型薄型化を図ること。

今回特に低騒音性については蓄電池と充放電するコンバータの原理から、制御の精度範囲内における０~0.3V程度の微弱なオフセット電圧により、不平衡な交流磁束となり電源トランスに加わるので、コア材の電磁鋼板の磁歪による唸り振動音がより増大する、蓄電回路特有の課題に対処する必要がある。

GMKトランスの技術

これら厳しい要件を満足する小型、薄型で軽量且つ、低損失であり、必須である圧倒的に唸り振動音を低減した、「GMKトランス」【写真1】を開発したので、以下に紹介する。

これら課題を解決する手段として、既存の電源トランスにおいては小型薄型で軽量、低損失化へと素性が良く、簡素なコア構造のギャップレスコア磁気回路構成で、原理的に唸り振動音が少ない構造の電源トランスとして、外鉄型電源トランスに類する「WBトランス」や「NCWトランス」（以下、NCWトランス【写真2】）がある。　欠点として樹脂ボビンを使うコイル構造が熱絶縁と空間部を存し、高密度、高占積率化の点で小型軽量化への課題を残すが、今回開発したGMKトランスの技術は唸り振動音を低減抑制する点において、この基礎技術に従う。