変圧器で遠距離に2つの巻線を使用しない理由は何ですか

トランスの設計において、一次巻線と二次巻線が物理的に大きく離れている構造は通常推奨されません。以下に、巻線を広く分けることを避ける主な理由を示します。

1. 磁気結合効率の低下

磁気結合：トランスは電磁誘導の原理に基づいて動作し、一次巻線に流れる交流により生じる交変磁場が二次巻線に電圧を誘起します。一次巻線と二次巻線の間の距離が大きいと、磁場の強度が大幅に弱まり、磁気結合効率が低下します。

漏れ磁束：巻線が広く離れると、漏れ磁束が多くなります。これは、二次巻線に効果的に結合しない磁場の部分であり、周囲の環境に散逸することで、トランスの効率が低下します。

2. 寄生容量の増加

寄生容量：巻線間の距離が増えると、巻線間の寄生容量も増加します。寄生容量は高周波帯域で不要な電流経路を作り出し、エネルギー損失や干渉を引き起こします。

周波数特性：寄生容量はトランスの周波数特性に影響を与え、特に高周波アプリケーションでは、寄生容量の増加により信号の減衰や歪みが発生します。

3. 製造難易度とコストの増加

製造難易度：巻線が広く離れていると、より複雑な製造工程が必要になり、生産の難易度とコストが上昇します。

材料使用量：巻線が広く離れていると、絶縁材料や支持構造物の使用量が増え、材料コストと重量が増大します。

4. サイズと重量の増加

サイズと重量：巻線が広く離れていると、トランス全体のサイズと重量が増加し、小型化や軽量化には適さなくなります。

設置スペース：大きなサイズと重量はトランスの設置スペースを制限し、特にコンパクトな装置では問題となります。

5. 熱管理の問題

熱管理：巻線が広く離れると、熱分布が不均一になり、熱管理が難しくなります。局所的な過熱はトランスの性能と寿命に影響を与えます。

冷却：密接に配置された巻線は、ヒートシンクや他の冷却機構を使用して効果的に冷却しやすいです。

6. 電磁干渉

電磁干渉（EMI）：巻線が広く離れると、強い電磁干渉（EMI）が発生し、近くの電子機器の正常な動作に影響を与える可能性があります。

シールド：EMIを低減するためには追加のシールド措置が必要となり、これによりコストと複雑さが増加します。

まとめ

トランスの設計において、巻線を広く分けることを避けることは、磁気結合効率の向上、漏れ磁束と寄生容量の減少、製造難易度とコストの低減、サイズと重量の最小化、熱管理の改善、および電磁干渉の削減に重要です。これらの要因は、トランスの効率性、信頼性、およびコスト効果を確保します。