革新的および一般的な巻線構造による10kV高電圧高周波トランスフォーマー
1.10kVクラスの高電圧高周波トランス用の革新的な巻線構造
1.1 分割された部分的にポッティングされた通風構造
2つのU字型フェライトコアを組み合わせて磁気コアユニットを形成し、さらには直列/直列並列コアモジュールに組み立てることができます。一次巻線と二次巻線はそれぞれコアの左と右の直線部に取り付けられ、コアの接合面が境界層として機能します。同じタイプの巻線は同じ側にグループ化されます。高周波損失を減らすためにリッツワイヤーが巻線材料として好まれます。
高電圧巻線（または一次巻線）のみがエポキシ樹脂で完全にポッティングされます。一次巻線とコア/二次巻線の間にPTFEシートを挿入して信頼性のある絶縁を確保します。二次巻線の表面は絶縁紙またはテープで巻かれます。
巻線間および左右の脚の二次巻線間の通風チャネルと磁気コア間のギャップを維持することで、この設計は放熱を大幅に改善しながら重量とコストを削減し、耐電圧を維持することができます。これにより、≥10kVの絶縁アプリケーションに適しています。
1.2 モジュラー設計と接地リッツワイヤーによる電界シールド
高電圧と低電圧の巻線モジュールは個別にポッティングされ、その後コアユニットに組み立てられます。モジュール間には空気ギャップが設けられており、組立と冷却を容易にし、故障時に個々のモジュールを交換できるためメンテナンス性が向上します。
高電圧巻線の内外両側に接地リッツワイヤーを使用した電界シールド層を導入します。これにより、高周波電界は主に高誘電強度のエポキシポッティング領域内に閉じ込められ、部分放電（PD）リスクを大幅に削減することができます。電界抑制のために過度な巻線間隔を必要とすることはありません。
リッツワイヤーシールド層は単点接地で開放回路にでき、電界成形を行うことができます。同時に渦電流損失を避けることができます。巻線とコア間の通風チャネルが維持され、半通風冷却と小型化を同時に達成できます。
1.3 分割巻線と電界成形
絶縁ボビンに同軸スリーブと分割リブが追加され、一次巻線と二次巻線を「セグメントグループ」で交互に配置することができます。これにより、層間電圧勾配と等価雑散容量が大幅に減少し、伝導EMIが抑制され、電圧分布の一様性が向上します。
セグメント数nと層数は解析式または経験式（例えば、n = −15.38·lg k₁ − 18.77、ここでk₁は一次/二次自己容量比と相互容量比の最小値）によって決定され、体積、リークインダクタンス、雑散容量の最適なバランスを達成します。これは高電力、高電圧、高周波動作に理想的です。
1.4 複合巻線と一体型水冷
コアは2つの巻線ゾーンに分けられます。複合巻線アプローチを使用します：最初の複合巻線（例えば一次巻線）は内層から外層に巻かれ、端子が予約されます。その後、第二ゾーンでは、第二の複合巻線（例えば二次巻線）が逆方向に予約された端子を使用して巻かれます。これにより層間ギャップが拡大し、残留電荷が減少し、高電圧の信頼性と寿命が向上します。
外側コアウォールにリリーフスロットを加工して非接触水冷チャネルを統合し、組立時の機械的損傷のリスクなしに熱性能を向上させます。複合絶縁はPI/PTFEラミネートをステップ状に配置して十分なクリープ距離と高品質のポッティング充填を確保します。
1.5 新しい巻線技術と損失制御パス
PDQB（パワーディファレンシャルクアドラチャーブリッジ）巻線技術が導入されます：最適化された巻線トポロジーとレイアウトを通じて、皮膚効果と近接効果、そして高周波損失が大幅に抑制されます。報告されたケースでは、結合効率>99.5%、10kVの絶縁能力、制御可能なリークインダクタンス、低分散容量を達成し、カスタマイズされた30～400kW、4～50kHzの高電圧高周波アプリケーションに適しています。
2.10kVクラスの高電圧高周波トランスの一般的な巻線構造
2.1 基本的な巻線構成と適用シナリオ
多層円筒形：成熟した製造プロセス；層間絶縁と冷却チャネルの挿入が容易；中高電圧連続巻線に適しています。
多セグメント層状：絶縁紙リングで分離された複数の軸方向セグメント；効果的に層間電圧勾配と電界集中を減少させます；HV巻線で部分放電を軽減するためによく使用されます。
連続（ディスク型）：軸方向に積み重ねられた複数のディスクセクションで構成されています；優れた機械強度と熱性能を提供します；高容量/高電圧アプリケーションに適しています。
二重ディスク：グループごとに2つのディスク、直列/並列接続；高電流または特殊用途のHV巻線に理想的です。
らせん型：単一/二重/四重らせん；シンプルな構造；高電流LV巻線または負荷下でのタップ変更巻線に適しています；ターン数が制限されます。
アルミ箔円筒巻：層ごとにアルミ箔を使用して1回転ずつ巻く；高い空間利用率と自動化に適している；小中規模の高圧巻線に適している。
これらは電力変圧器における標準的な高圧巻線構造であり、10 kVクラスの高圧高周波変圧器に適用または改良され、絶縁性と熱性能を向上させるために使用されることが多い。
2.2 高圧高周波用途の典型的な巻線配置とプロセス
同心円筒（層状）配置：内部に高圧巻線、外部に低圧巻線（またはその逆）；多層設計で層間絶縁により高電位差を分散；分割配置を用いて電界分布と部分放電性能を最適化する場合もある。
分割と交互配置：高圧巻線を複数のコイルに分割し、交互または分割された形で配置することで、層間電圧勾配と寄生容量を減らし、伝導EMIを抑制し、電圧均一性を改善する。
ファラデーおよび静電気シールド：一次側と二次側の間に銅箔または導電層を配置し、一点接地することで共通モード容量と結合ノイズを減少させる；シールドは巻線幅に合わせて設置し、絶縁を貫通する可能性のある鋭角部を避ける必要がある。
導体と電流密度の最適化：リッツ線、ストランド導体、または銅箔が高電圧/大電流二次側に好まれ、皮効果/近接効果を抑制し、交流抵抗（Rac）と銅損失を減らす；電流密度（J）と温度上昇は窓枠と安全規制の範囲内で制御される。
絶縁と爬行距離設計：バリア、端マージン、スリーブ端子、層間/巻線間の組み合わされた絶縁を使用；爬行距離とクリアランスは汚染度と電圧クラスに基づいて設計される；真空浸漬/ポッティングが絶縁強度と熱伝導率を向上させるために適用されることがある。
これらの配置とプロセスの考慮事項は、絶縁レベル、寄生パラメータ、出力評価のバランスを取ることが不可欠であり、実践的なエンジニアリングにおいて信頼性のある10 kVの絶縁を達成するための鍵となる。
2.3 高圧二次側出力の実装方法（巻線構造に強く依存）
電圧倍増整流：整流側での多段電圧倍増により、巻線段階毎の電圧ストレスと寄生容量が大幅に減少し、絶縁設計が容易になる。ただし、負荷の瞬時変動やショート回路に敏感で、サージ電流が発生しやすい。実際には通常2段までしか使用されず、電流制限と保護戦略が必要となる。
直列/並列結合：二次側を複数のコイルパックに分割し、内部または整流後に直列/並列に接続して所望の電圧/出力を達成する。すべてのパックが同じ磁気回路を共有することで、モジュラー設計と電圧バランスが可能となり、高出力出力に理想的である。
これらの方法は、巻線の分割、シールディング、絶縁窓との統合設計を通じて、電圧ストレス、効率、EMI、熱性能のバランスを取る必要がある。
2.4 構造選択ガイドライン（速いエンジニアリング参照）
電界の一様性と部分放電制御の優先：分割または連続（ディスク型）の高圧巻線を選択し、ファラデーシールド、エンドマージン、バリアを組み合わせることを推奨する；必要に応じて真空浸漬/ポッティングを行う。
高電流と低銅損の優先：二次側にリッツ線または銅箔を使用し、内部で交互またはサンドウィッチ巻きを行って漏洩インダクタンスとRacを最小限に抑える；外部シールドと絶縁を補強する。
組立と保守性の優先：直列/並列接続によるモジュラー二次コイルパックを採用することで、電圧バランス、テスト、故障隔離が容易になる；整流側の電圧倍増整流（≤2段）または直列/並列結合を選択し、出力と瞬時要件に基づいて決定する。
