トロイダルトランスの原理と特徴を解説！小型化とノイズ対策

電子機器の高性能化が進む現代において、電源トランスの役割はますます重要になっています。特に、トロイダルトランスはその独特な形状と優れた特性から、オーディオ機器や医療機器、通信機器など、高い品質と信頼性が求められる分野で広く採用されています。

本記事では、トロイダルトランスの基本的な原理から、その特徴、そして適切な選定方法について、解説していきます。

トロイダルトランスの動作原理

トロイダルトランスの「トロイダル」とは、ドーナツ状のリングを意味します。その名の通り、ドーナツ状のコア（鉄心）に一次巻線と二次巻線が巻かれた構造をしています。
基本的な動作原理は、一般的なEIコアトランスなどと同じ電磁誘導の法則に基づいています。

原理①：一次巻線への電力供給

トロイダルトランスの動作原理として、まず入力側である一次巻線に交流電圧を加えます。すると、電流が流れることでコアの内部に磁束が発生します。

原理②：磁束の伝達

次に一次巻線に交流電流が流れると、電磁誘導によってコア内に磁束が発生します。トロイダルコアは継ぎ目のないドーナツ形状で閉じた磁気回路を形成するため、発生した磁束は外部にほとんど漏れることなくコア内部を効率的に循環します。その結果、一次巻線で発生した磁束エネルギーが低損失で二次巻線へと伝達され、高効率な電力変換が実現されます。

原理③：二次巻線での電磁誘導

トロイダルコア内部を循環する磁束が出力側である二次巻線を貫くことで、電磁誘導の法則に従って二次巻線に新たな電圧（誘導起電力）が発生します。この一連のプロセスを通じて、一次側から二次側へと電力が伝達されます。

原理④：電圧の変換

次に、電圧の変換が行われます。一次巻線と二次巻線の巻き数比によって、電圧の昇圧または降圧が行われます。

トロイダルトランスの特徴

トロイダルトランスは、その構造から多くの優れた特徴を持っています。

特徴①：漏れ磁束が少ない

トロイダルトランスは継ぎ目がないため、磁束がコア内部に閉じ込められるので、外部への磁束の漏れが非常に少ないのが最大の特徴です。漏れ磁束は、周辺の電子回路に対してノイズ（電磁妨害）を引き起こす原因となりますが、トロイダルトランスはこれを大幅に抑制できます。そのため、従来必要だったシールド板やノイズフィルタといった部品を削減、または簡素化できる場合があります。これにより、トータルでのコストダウンと開発期間の短縮が期待できます。　

トランス単体で見た場合、コストは上がる方向にあります。ただし、昨今ではトロイダルトランスにおいても半自動巻きが可能となった事により、コストは抑えられてきています。

特徴②：小型・軽量化が可能

トロイダルトランスは磁気効率が非常に高いため、同じ電力容量のEIコアトランスと比較して、体積と重量を小型・軽量化することが可能です。そのため、機器全体の小型化、軽量化に繋がります。また、小型化、軽量化により機器内部のレイアウトの自由度が高まります。発熱も比較的少ないと言われていますが、小型化の追求により発熱が大きくなった場合、形状的な部分で放熱設計が限られるので注意が必要です。

特徴③：高効率

トロイダルトランスでは漏れ磁束が少なく、コアの性能を最大限に引き出せるため、エネルギー変換効率が非常に高いです。無負荷時の損失も少なく、省エネルギーに貢献します。

トロイダルトランスの選定方法のポイント

トロイダルトランスを選定する際には、以下の点を考慮することが重要です。

ポイント①：入力・出力電圧

トロイダルトランスを選定する際は、使用する回路に必要な一次電圧と二次電圧を正確に確認する必要があります。誤った電圧仕様を選定すると、機器の動作不良や故障の原因となるため注意が必要です。

ポイント②：定格容量（VA）

トロイダルトランスの選定のポイントとして、使用機器が必要とする電力容量を把握し、余裕を持った容量を選びます。容量が不足すると過負荷による温度上昇や寿命（熱による絶縁劣化）の低下を招きます。

ポイント③：サイズ・重量

トロイダルトランスは一般的なトランスに比べて小型化や軽量化が可能であり、サイズ面・重量面の両方でメリットが見込めます。

ポイント④：安全規格

トロイダルトランスを選定する上では、使用する国や地域の安全規格（PSE、UL、CEなど）に対応しているかを確認することが重要です。

まとめ

いかがでしたでしょうか。電源開発・設計ソリューションを運営するペック株式会社では、トロイダルトランスをはじめ、数多くのトランス・コイルの提案・製造実績がございます。

当社の強みは、お客様のニーズに合わせた半カスタム対応です。特に、独自の熱設計構造により、放熱性を大幅に向上させ、機器全体のさらなる小型化、軽量化を実現します。お客様と密にお打ち合わせを行い、最適な仕様をご提案させていただきます。

トロイダルトランスをはじめ、トランス・コイルの設計・製造にお困りの方は、ぜひお気軽にお問い合わせください。

＞＞お問い合わせはこちら