(57)【要約】  変圧器（５１）は、互いに間隔を隔てて並ぶ複数の脚部（３１，３２）を有する第１の鉄心（６１）と、前記複数の脚部（３１，３２）にそれぞれ巻回され、共通の単相交流電力を受ける複数の高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）と、前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）に対応して設けられ、対応の前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）と磁気結合され、前記複数の脚部（３１，３２）にそれぞれ巻回された複数の低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）とを備え、前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）および対応の前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）により複数のコイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）が構成され、さらに、隣り合う前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）間に設けられた第２の鉄心（１５）を備える。
2010092676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔を隔てて並ぶ複数の脚部（３１，３２）を有する第１の鉄心（６１）と、
前記複数の脚部（３１，３２）にそれぞれ巻回され、共通の単相交流電力を受ける複数の高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）と、
前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）に対応して設けられ、対応の前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）と磁気結合され、前記複数の脚部（３１，３２）にそれぞれ巻回された複数の低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）とを備え、
前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）および対応の前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）により複数のコイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）が構成され、
さらに、
隣り合う前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）間に設けられた第２の鉄心（１５）を備える変圧器。
【請求項２】
前記第１の鉄心（６１）および前記第２の鉄心（１５）は互いに分離して設けられている請求の範囲第１項に記載の変圧器。
【請求項３】
前記第１の鉄心（６１）および前記第２の鉄心（１５）は一体化されている請求の範囲第１項に記載の変圧器。
【請求項４】
前記鉄心は、少なくとも３つの開口部（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）を有し、
前記複数の脚部（３１，３２）は、前記開口部（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）間にそれぞれ設けられ、
各前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）および前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）は、前記脚部（３１，３２）の両隣の各前記開口部（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）を通して前記脚部（３１，３２）に巻回され、前記脚部（３１，３２）の延伸方向に積層されている請求の範囲第１項に記載の変圧器。
【請求項５】
各前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）は別個の負荷に結合される請求の範囲第１項に記載の変圧器。
【請求項６】
前記脚部（３１，３２）の並び方向における前記第２の鉄心（１５）の長さの最小値は、前記第２の鉄心（１５）と隣り合う前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）の巻数と、前記第２の鉄心（１５）と隣り合う前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）を通して流れる電流と、前記第２の鉄心（１５）と隣り合う前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）および前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）のサイズと、前記第２の鉄心（１５）の飽和磁束密度とに基づいて定められている請求の範囲第１項に記載の変圧器。
【請求項７】
複数の脚部（３１，３２）を有する第１の鉄心（６１）と、
高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）と、
低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）とを備え、
前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）および前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）は複数のコイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）に分割され、
前記複数のコイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）および前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）が前記複数の脚部（３１，３２）にそれぞれ巻回され、
各前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）は共通の単相交流電力を受け、
各前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）および前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）は互いに磁気結合されており、
さらに、
隣り合う前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）間に設けられた第２の鉄心（１５）を備える変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器に関し、特に、高さ低減を図る変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、新幹線などの鉄道車両はより速く、かつできるだけ輸送量を多くする要求がある。そのため、車両本体および付属機器の小型化および軽量化が必要となるが、その一方で、付属機器の中で特に質量の大きい車載変圧器は大容量化している。【０００３】
近年では、バリアフリーの観点から低床化車両の要求が高まっているため、交流電車等の車両の床下に搭載される車載変圧器のような床下機器に対しては、小型化および軽量化の要求だけでは無く、車両を低床化するために、高さを低減する要求が強い。【０００４】
たとえば、特開平９−１３４８２３号公報（特許文献１）には、以下のような内鉄形車載変圧器が開示されている。すなわち、冷却方式を送油風冷式としたものにおいて、鉄心の脚部の外周に低圧巻線を、低圧巻線の外周に高圧巻線をそれぞれ巻回するとともに、その各巻回間に冷却油道を形成することによって中身を構成する。この中身を、上記冷却油道がタンクの底面と平行になるようにタンク内に配置している。そして、鉄心が脚部を２個有し、その各脚部に低圧および高圧の各巻線を分割して巻回している。すなわち、巻線を２分割しているため、各巻線の容量は１／２となる。これに伴い、巻線導体のサイズを小さくすることで１つの巻線の径方向サイズが小さくなる。したがって、変圧器全体としての高さを低減することができ、小形化を図ることができる。
【特許文献１】特開平９−１３４８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、たとえば、上記のように分割して巻回されている低圧巻線が異なるモータに接続されている構成において、１つのモータが故障すると、故障したモータに対応する低圧巻線および高圧巻線を通して電流が流れなくなる。そうすると、これらの低圧巻線および高圧巻線に磁束が発生しなくなり、故障していないモータに対応する各巻線のリアクタンスが低下する場合がある。【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の車載変圧器では、このような問題点を解決するための構成は開示されていない。【０００７】
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、変圧器の高さを低減するとともにリアクタンスの低下を防ぐことが可能な変圧器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のある局面に係わる変圧器は、互いに間隔を隔てて並ぶ複数の脚部を有する第１の鉄心と、複数の脚部にそれぞれ巻回され、共通の単相交流電力を受ける複数の高圧側コイルと、高圧側コイルに対応して設けられ、対応の高圧側コイルと磁気結合され、複数の脚部にそれぞれ巻回された複数の低圧側コイルとを備え、高圧側コイルおよび対応の低圧側コイルにより複数のコイルグループが構成され、さらに、隣り合うコイルグループ間に設けられた第２の鉄心を備える。【０００９】
好ましくは、第１の鉄心および第２の鉄心は互いに分離して設けられている。
好ましくは、第１の鉄心および第２の鉄心は一体化されている。【００１０】
好ましくは、鉄心は、少なくとも３つの開口部を有し、複数の脚部は、開口部間にそれぞれ設けられ、各コイルグループにおける低圧側コイルおよび高圧側コイルは、脚部の両隣の各開口部を通して脚部に巻回され、脚部の延伸方向に積層されている。【００１１】
好ましくは、各コイルグループにおける低圧側コイルは別個の負荷に結合される。
好ましくは、脚部の並び方向における第２の鉄心の長さの最小値は、第２の鉄心と隣り合うコイルグループにおける低圧側コイルの巻数と、第２の鉄心と隣り合うコイルグループにおける低圧側コイルを通して流れる電流と、第２の鉄心と隣り合うコイルグループにおける低圧側コイルおよび高圧側コイルのサイズと、第２の鉄心の飽和磁束密度とに基づいて定められている。【００１２】
またこの発明の別の局面に係わる変圧器は、複数の脚部を有する第１の鉄心と、高圧側コイルと、低圧側コイルとを備え、低圧側コイルおよび高圧側コイルは複数のコイルグループに分割され、複数のコイルグループにおける低圧側コイルおよび高圧側コイルが複数の脚部にそれぞれ巻回され、各コイルグループにおける高圧側コイルは共通の単相交流電力を受け、各コイルグループにおける低圧側コイルおよび高圧側コイルは互いに磁気結合されており、さらに、隣り合うコイルグループ間に設けられた第２の鉄心を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、変圧器の高さを低減するとともにリアクタンスの低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る交流電車の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る変圧器の構成を示す斜視図である。
【図３】図２における変圧器のＩＩＩ−ＩＩＩ断面およびこの変圧器において発生する電流および磁束を示す図である。
【図４】（ａ）は、変圧器において発生する電流を示す変圧器の窓部の断面図である。（ｂ）は、変圧器において鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフ図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る交流電車の構成を示す回路図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る変圧器の構成を示す斜視図である。
【図７】図６における変圧器のＶＩＩ−ＶＩＩ断面およびこの変圧器において発生する電流および磁束を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る変圧器における漏れ磁束を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る変圧器における片側運転時の主磁束を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る変圧器が副鉄心を備えないと仮定した構成における片側運転時の漏れ磁束を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る変圧器における片側運転時の漏れ磁束を示す図である。
【図１２】（ａ）は、変圧器において発生する電流を示す変圧器の窓部の断面図である。（ｂ）は、変圧器において鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフ図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る変圧器の構成を示す斜視図である。
【図１４】図１３における変圧器のＸＩＶ−ＸＩＶ断面およびこの変圧器において発生する電流および磁束を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る変圧器の構成を示す図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態に係る変圧器の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態に係る交流電車の構成を示す回路図である。
【図１８】本発明の第６の実施の形態に係る交流電車の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００１５】
１，１１，１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，４１Ａ，４１Ｂ  高圧側コイル、２，１２，２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ  低圧側コイル、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ  コンバータ、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ  インバータ、１５，１６，１７  副鉄心、３１，３２，３３，３４  脚部、５０，５１，５３，５４，５５，５６  変圧器、６０  鉄心、６１，６２，６３  主鉄心、９１  架線、９２  パンタグラフ、１００，１０１，１０５，１０６  変圧装置、２００，２０１，２０５，２０６  交流電車、ＭＡ，ＭＢ，ＭＣ，ＭＤ  モータ、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５  窓部、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４  コイルグループ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。【００１７】
＜第１の実施の形態＞
まず、変圧器における各コイルが分割されていない構成について説明し、その後、変圧器における各コイルが分割されている構成について説明する。【００１８】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る交流電車の構成を示す回路図である。
図１を参照して、交流電車２００は、パンタグラフ９２と、変圧装置１００と、モータＭＡ，ＭＢとを備える。変圧装置１００は、変圧器５０と、コンバータ５Ａ，５Ｂと、インバータ６Ａ，６Ｂとを含む。変圧器５０は、高圧側コイル１，１１と、低圧側コイル２，１２とを含む。【００１９】
パンタグラフ９２は、架線９１に接続されている。高圧側コイル１は、パンタグラフ９２に接続された第１端と、接地電圧が供給される接地ノードに接続された第２端とを有する。高圧側コイル１１は、パンタグラフ９２に接続された第１端と、接地電圧が供給される接地ノードに接続された第２端とを有する。【００２０】
低圧側コイル２は、高圧側コイル１と磁気結合されており、コンバータ５Ａの第１入力端子に接続された第１端と、コンバータ５Ａの第２入力端子に接続された第２端とを有する。低圧側コイル１２は、高圧側コイル１１と磁気結合されており、コンバータ５Ｂの第１入力端子に接続された第１端と、コンバータ５Ｂの第２入力端子に接続された第２端とを有する。【００２１】
架線９１から供給される単相交流電圧は、パンタグラフ９２を介して高圧側コイル１および１１に供給される。【００２２】
高圧側コイル１および１１に供給される交流電圧により、低圧側コイル２および１２にそれぞれ交流電圧が誘起される。【００２３】
コンバータ５Ａは、低圧側コイル２に誘起された交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ５Ｂは、低圧側コイル１２に誘起された交流電圧を直流電圧に変換する。【００２４】
インバータ６Ａは、コンバータ５Ａから受けた直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータＭＡへ出力する。インバータ６Ｂは、コンバータ５Ｂから受けた直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータＭＢへ出力する。【００２５】
モータＭＡは、インバータ６Ａから受けた三相交流電圧に基づいて駆動される。モータＭＢは、インバータ６Ｂから受けた三相交流電圧に基づいて駆動される。【００２６】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧器の構成を示す斜視図である。
図２を参照して、変圧器５０は、たとえば外鉄型（Shell-Type）の変圧器である。変圧器５０は、さらに、鉄心６０を含む。鉄心６０は、互いに対向する第１側面および第２側面と、第１側面から第２側面へ貫通する窓部Ｗ１およびＷ２とを有する。【００２７】
高圧側コイル１，１１ならびに低圧側コイル２，１２は、窓部Ｗ１およびＷ２を通るように巻回されている。【００２８】
高圧側コイル１，１１および低圧側コイル２，１２の各々は、たとえば積層された円盤状の複数の円盤巻線を含む。隣り合う層の円盤巻線は、電気的に接続されている。高圧側コイル１，１１および低圧側コイル２，１２における各円盤巻線は、略楕円状に巻回された矩形状の導電線路によって形成されている。【００２９】
高圧側コイル１は、低圧側コイル２と低圧側コイル１２との間であって低圧側コイル２に対向する位置に設けられ、低圧側コイル２と磁気結合されている。【００３０】
高圧側コイル１１は、高圧側コイル１と並列に接続され、低圧側コイル２と低圧側コイル１２との間であって低圧側コイル１２に対向する位置に設けられ、低圧側コイル１２と磁気結合されている。【００３１】
図３は、図２における変圧器のＩＩＩ−ＩＩＩ断面およびこの変圧器において発生する電流および磁束を示す図である。【００３２】
まず、架線９１からパンタグラフ９２へ交流電圧が供給される。架線９１から供給される交流電圧は、パンタグラフ９２を介して高圧側コイル１および１１に印加される。そうすると、高圧側コイル１および１１にそれぞれ交流電流ＩＨが流れる。【００３３】
交流電流ＩＨにより、鉄心６０内に主磁束ＦＨが発生する。そうすると、主磁束ＦＨにより、低圧側コイル２の巻数と高圧側コイル１の巻数との比に応じた交流電流ＩＬおよび交流電圧が低圧側コイル２に発生する。また、主磁束ＦＨにより、低圧側コイル１２の巻数と高圧側コイル１１の巻数との比に応じた交流電流ＩＬおよび交流電圧が低圧側コイル１２に発生する。【００３４】
ここで、低圧側コイル２および１２の巻数はそれぞれ高圧側コイル１および１１の巻数より小さいことから、高圧側コイル１および１１に印加される交流電圧が降圧された交流電圧が低圧側コイル２および１２にそれぞれ誘起される。【００３５】
低圧側コイル２に誘起された交流電圧は、コンバータ５Ａに供給される。また、低圧側コイル１２に誘起された交流電圧は、コンバータ５Ｂに供給される。【００３６】
図４（ａ）は、変圧器において発生する電流を示す変圧器の窓部の断面図である。図４（ｂ）は、変圧器において鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフ図である。図４（ｂ）において、縦軸が漏れ磁束Ｆの大きさを示している。【００３７】
変圧器５０は、別個の高圧側コイル１および１１を含む。そして、変圧器５０では、低圧側コイル２および１２が高圧側コイル１および１１の両側に配置されている。このような構成により、低圧側コイル２および１２が磁気的に疎結合な状態にすることができる。【００３８】
すなわち、図４（ｂ）に示すように低圧側コイル２および１２にそれぞれ発生する漏れ磁束同士が重なっていないことから、低圧側コイル２および１２の磁気的干渉を低減することができるため、変圧器５０の出力を安定させることができる。【００３９】
ところで、変圧器５０では、コイルの電力容量および巻線数が増えると、積み重ねる円盤巻線の枚数が増えるため、変圧器の高さすなわち円盤巻線の積層方向における変圧器のサイズが大きくなってしまう。また変圧器の高さを低減するためにコイルの導電線路を細くすることも考えられるが、コイルにおける電力損失が増大してしまう。【００４０】
そこで、以下に説明する変圧器５１では、コイルを分割することにより、上記の問題点を解決する。なお、変圧器５１の構成および動作は、以下で説明する内容以外は変圧器５０と同様である。【００４１】
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る交流電車の構成を示す回路図である。
図５を参照して、交流電車２０１は、パンタグラフ９２と、変圧装置１０１と、モータＭＡ，ＭＢとを備える。変圧装置１０１は、変圧器５１と、コンバータ５Ａ，５Ｂと、インバータ６Ａ，６Ｂとを含む。変圧器５１は、コイルグループＧ１，Ｇ２を含む。コイルグループＧ１は、高圧側コイル１Ａ，１Ｂと、低圧側コイル２Ａ，２Ｂとを含む。コイルグループＧ２は、高圧側コイル１１Ａ，１１Ｂと、低圧側コイル１２Ａ，１２Ｂとを含む。【００４２】
変圧器５１では、変圧器５０における各コイルをコイルグループＧ１，Ｇ２に分割している。すなわち、高圧側コイル１Ａ，１Ｂは高圧側コイル１を分割したものであり、低圧側コイル２Ａ，２Ｂは低圧側コイル２を分割したものであり、高圧側コイル１１Ａ，１１Ｂは高圧側コイル１１を分割したものであり、低圧側コイル１２Ａ，１２Ｂは低圧側コイル１２を分割したものである。【００４３】
パンタグラフ９２は、架線９１に接続されている。高圧側コイル１Ａは、パンタグラフ９２に接続された第１端と、第２端とを有する。高圧側コイル１Ｂは、高圧側コイル１Ａの第２端に接続された第１端と、接地電圧が供給される接地ノードに接続された第２端とを有する。高圧側コイル１１Ａは、パンタグラフ９２に接続された第１端と、第２端とを有する。高圧側コイル１１Ｂは、高圧側コイル１１Ａの第２端に接続された第１端と、接地電圧が供給される接地ノードに接続された第２端とを有する。【００４４】
低圧側コイルは、高圧側コイルに対応して設けられ、対応の高圧側コイルと磁気結合されている。すなわち、低圧側コイル２Ａは、高圧側コイル１Ａと磁気結合されており、コンバータ５Ａの第１入力端子に接続された第１端と、第２端とを有する。低圧側コイル２Ｂは、高圧側コイル１Ｂと磁気結合されており、低圧側コイル２Ａの第２端に接続された第１端と、コンバータ５Ａの第２入力端子に接続された第２端とを有する。低圧側コイル１２Ａは、高圧側コイル１１Ａと磁気結合されており、コンバータ５Ｂの第１入力端子に接続された第１端と、第２端とを有する。低圧側コイル１２Ｂは、高圧側コイル１１Ｂと磁気結合されており、低圧側コイル１２Ａの第２端に接続された第１端と、コンバータ５Ｂの第２入力端子に接続された第２端とを有する。【００４５】
架線９１から供給される単相交流電圧は、パンタグラフ９２を介して高圧側コイル１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂに供給される。【００４６】
高圧側コイル１Ａおよび１１Ａに供給される交流電圧により、低圧側コイル２Ａおよび１２Ａにそれぞれ交流電圧が誘起される。高圧側コイル１Ｂおよび１１Ｂに供給される交流電圧により、低圧側コイル２Ｂおよび１２Ｂにそれぞれ交流電圧が誘起される。【００４７】
コンバータ５Ａは、低圧側コイル２Ａおよび２Ｂに誘起された交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ５Ｂは、低圧側コイル１２Ａおよび１２Ｂに誘起された交流電圧を直流電圧に変換する。【００４８】
インバータ６Ａは、コンバータ５Ａから受けた直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータＭＡへ出力する。インバータ６Ｂは、コンバータ５Ｂから受けた直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータＭＢへ出力する。【００４９】
モータＭＡは、インバータ６Ａから受けた三相交流電圧に基づいて駆動される。モータＭＢは、インバータ６Ｂから受けた三相交流電圧に基づいて駆動される。【００５０】
図６は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧器の構成を示す斜視図である。
図６を参照して、変圧器５１は、たとえば外鉄型（Shell-Type）の変圧器である。変圧器５１は、さらに、主鉄心６１と、副鉄心１５とを含む。主鉄心６１は、互いに対向する第１側面および第２側面と、第１側面から第２側面へ貫通する窓部Ｗ１〜Ｗ３を有する。また、主鉄心６１は、互いに間隔を隔てて並ぶ脚部３１，３２を有する。脚部３１は、窓部Ｗ１およびＷ２間に設けられている。脚部３２は、窓部Ｗ２およびＷ３間に設けられている。【００５１】
高圧側コイル１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂおよび低圧側コイル２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂの各々は、たとえば積層された円盤状の複数の円盤巻線を含む。隣り合う層の円盤巻線は、電気的に接続されている。高圧側コイル１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂおよび低圧側コイル２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂにおける各円盤巻線は、略楕円状に巻回された矩形状の導電線路によって形成されている。【００５２】
高圧側コイル１Ａは、低圧側コイル２Ａと低圧側コイル２Ｂとの間であって低圧側コイル２Ａに対向する位置に設けられ、低圧側コイル２Ａと磁気結合されている。【００５３】
高圧側コイル１Ｂは、高圧側コイル１Ａと並列に接続され、低圧側コイル２Ａと低圧側コイル２Ｂとの間であって低圧側コイル２Ｂに対向する位置に設けられ、低圧側コイル２Ｂと磁気結合されている。【００５４】
高圧側コイル１１Ａは、低圧側コイル１２Ａと低圧側コイル１２Ｂとの間であって低圧側コイル１２Ａに対向する位置に設けられ、低圧側コイル１２Ａと磁気結合されている。【００５５】
高圧側コイル１１Ｂは、高圧側コイル１１Ａと並列に接続され、低圧側コイル１２Ａと低圧側コイル１２Ｂとの間であって低圧側コイル１２Ｂに対向する位置に設けられ、低圧側コイル１２Ｂと磁気結合されている。【００５６】
各コイルグループにおける高圧側コイルおよび低圧側コイルは、脚部の両隣の各窓部を通してこの脚部に巻回され、この脚部の延伸方向に積層されている。すなわち、高圧側コイル１Ａおよび１Ｂならびに低圧側コイル２Ａおよび２Ｂは、窓部Ｗ１，Ｗ２間の脚部３１に貫通されるように窓部Ｗ１，Ｗ２を通して巻回され、脚部３１の貫通方向に積層されている。高圧側コイル１１Ａおよび１１Ｂならびに低圧側コイル１２Ａおよび１２Ｂは、窓部Ｗ２，Ｗ３間の脚部３２に貫通されるように窓部Ｗ２，Ｗ３を通して巻回され、脚部３２の貫通方向に積層されている。【００５７】
副鉄心１５は、コイルグループＧ１およびＧ２間に設けられている。主鉄心６１および副鉄心１５は、互いに分離して設けられている。【００５８】
このように、副鉄心１５を独立した構造体とし、主鉄心６１と副鉄心１５との間にギャップを設けることにより、副鉄心１５を容易に製造することができる。また、副鉄心１５をギャップ分軽量化することができる。【００５９】
図７は、図６における変圧器のＶＩＩ−ＶＩＩ断面およびこの変圧器において発生する電流および磁束を示す図である。【００６０】
まず、架線９１からパンタグラフ９２へ単相交流電圧が供給される。架線９１から供給される交流電圧は、パンタグラフ９２を介して高圧側コイル１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂに印加される。すなわち、各コイルグループにおける高圧側コイルは共通の単相交流電力を受ける。そうすると、高圧側コイル１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂを通して交流電流ＩＨが流れる。【００６１】
高圧側コイル１Ａ，１Ｂを通して流れる交流電流ＩＨにより、主鉄心６１内に主磁束ＦＨ１が発生する。そうすると、主磁束ＦＨ１により、低圧側コイル２Ａの巻数と高圧側コイル１Ａの巻数との比に応じた交流電流ＩＬ１および交流電圧が低圧側コイル２Ａに発生する。また、主磁束ＦＨ１により、低圧側コイル２Ｂの巻数と高圧側コイル１Ｂの巻数との比に応じた交流電流ＩＬ１および交流電圧が低圧側コイル２Ｂに発生する。【００６２】
ここで、低圧側コイル２Ａおよび２Ｂの巻数はそれぞれ高圧側コイル１Ａおよび１Ｂの巻数より小さいことから、高圧側コイル１Ａおよび１Ｂに印加される交流電圧が降圧された交流電圧が低圧側コイル２Ａおよび２Ｂにそれぞれ誘起される。【００６３】
同様に、高圧側コイル１１Ａ，１１Ｂを通して流れる交流電流ＩＨにより、主磁束ＦＨ１１が発生する。そうすると、主磁束ＦＨ１１により、低圧側コイル１２Ａの巻数と高圧側コイル１１Ａの巻数との比に応じた交流電流ＩＬ１１および交流電圧が低圧側コイル１２Ａに発生する。また、主磁束ＦＨ１１により、低圧側コイル１２Ｂの巻数と高圧側コイル１１Ｂの巻数との比に応じた交流電流ＩＬ１１および交流電圧が低圧側コイル１２Ｂに発生する。【００６４】
ここで、低圧側コイル１２Ａおよび１２Ｂの巻数はそれぞれ高圧側コイル１１Ａおよび１１Ｂの巻数より小さいことから、高圧側コイル１１Ａおよび１１Ｂに印加される交流電圧が降圧された交流電圧が低圧側コイル１２Ａおよび１２Ｂにそれぞれ誘起される。【００６５】
低圧側コイル２Ａおよび２Ｂに誘起された交流電圧は、コンバータ５Ａに供給される。また、低圧側コイル１２Ａおよび１２Ｂに誘起された交流電圧は、コンバータ５Ｂに供給される。【００６６】
コンバータ５Ａは、低圧側コイル２Ａおよび２Ｂから供給された交流電圧を直流電圧に変換し、インバータ６Ａへ出力する。また、コンバータ５Ｂは、低圧側コイル１２Ａおよび１２Ｂから供給された交流電圧を直流電圧に変換し、インバータ６Ｂへ出力する。【００６７】
インバータ６Ａは、コンバータ５Ａから受けた直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータＭＡへ出力する。また、インバータ６Ｂは、コンバータ５Ｂから受けた直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータＭＢへ出力する。【００６８】
モータＭＡは、インバータ６Ａから受けた三相交流電圧に基づいて回転する。また、モータＭＢは、インバータ６Ｂから受けた三相交流電圧に基づいて回転する。【００６９】
このように、変圧器５１では、低圧側コイルおよび高圧側コイルを複数のコイルグループに分割し、コイルグループごとに脚部を設ける。そして、複数のコイルグループにおける低圧側コイルおよび高圧側コイルを複数の脚部にそれぞれ巻回する。このような構成により、変圧器の高さすなわち脚部の延伸方向における変圧器の長さを低減することができる。また、コイルの導体線路の断面積を大きくする必要がなくなり、コイルにおける電力損失の増大を防ぐことができる。【００７０】
すなわち、変圧器５１では、変圧器５０における低圧側コイル２，１２および高圧側コイル１，１１を２つのコイルグループに分割しているため、各コイルグループの電力容量は１／２となる。ここで、供給電圧は一定であり、電力容量＝電圧×電流より、各コイルグループの電力容量が１／２になると各コイルを通して流れる電流が１／２になる。これにより、各コイルにおいて積み重ねる円盤巻線の枚数を減らすことができるため、変圧器の高さを低減することができる。あるいは、円盤巻線の枚数を減らす代わりに、高圧側コイル１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂおよび低圧側コイル２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂの導体線路の断面積を小さくすることにより、各コイルグループの高さが低くなり、変圧器全体の高さを低減することができる。【００７１】
次に、変圧器におけるリアクタンス低下の問題およびその解決手段について説明する。  図８は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧器における漏れ磁束を示す図である。【００７２】
図８を参照して、変圧器５１では、高圧側コイルを通して流れる交流電流ＩＨによって発生する主磁束ＦＨ１およびＦＨ１１に加えて、主鉄心６１を通して流れない漏れ磁束ＦＫＨ１およびＦＫＨ１１が発生する。また、低圧側コイルを通して流れる交流電流ＩＬ１およびＩＬ１１によって、主鉄心６１を通して流れない漏れ磁束ＦＫＬ１およびＦＫＬ１１が発生する。【００７３】
図９は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧器における片側運転時の主磁束を示す図である。【００７４】
変圧器５１では、たとえばモータＭＢが故障した場合でも、コイルグループＧ１を用いてモータＭＡを単独で運転することが可能である。このような片側運転時では、高圧側コイル１１Ａ，１１Ｂおよび低圧側コイル１２Ａ，１２Ｂが機能しない、すなわち高圧側コイル１１Ａ，１１Ｂおよび低圧側コイル１２Ａ，１２Ｂを通して電流が流れないため、主磁束ＦＨ１１は発生しない。【００７５】
図１０は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧器が副鉄心を備えないと仮定した構成における片側運転時の漏れ磁束を示す図である。【００７６】
図１０を参照して、たとえばモータＭＢが故障し、高圧側コイル１１Ａ，１１Ｂおよび低圧側コイル１２Ａ，１２Ｂを通して電流が流れなくなると、漏れ磁束ＦＫＨ１１およびＦＫＬ１１が発生しなくなる。【００７７】
ここで、図１０に示す変圧器は、副鉄心１５を備えないことから、漏れ磁束ＦＫＨ１およびＦＫＬ１が窓部Ｗ２内で広がり、磁路長が長くなる。このため、図８に示す状態と比べて窓部Ｗ２における起磁力が１／２になる、すなわち窓部Ｗ２における漏れ磁束の大きさが１／２になることから、低圧側コイル２Ａ，２Ｂおよび高圧側コイル１Ａ，１Ｂのリアクタンスが低下してしまう。【００７８】
ここで、アンペールの法則より、磁場の強さは磁路長に反比例する。磁場が弱くなるということは、磁束密度が小さくなり、コイルの自己インダクタンスが小さくなるということである。また、リアクタンスは漏れ磁場による漏れインダクタンスの影響を大きく受ける。したがって、磁路長が長くなることにより磁場が弱くなってコイルの自己インダクタンスが低下する。そうすると、漏れインダクタンスが低下することにより、リアクタンスが低下することになる。【００７９】
なお、図８に示す通常運転時では、漏れ磁束ＦＫＨ１およびＦＫＨ１１が合成され、また、漏れ磁束ＦＫＬ１およびＦＫＬ１１が合成され、窓部Ｗ２における起磁力が図１０に示す状態と比べて２倍になる。このため、漏れ磁束ＦＫＨ１およびＦＫＨ１１ならびに漏れ磁束ＦＫＬ１およびＦＫＬ１１の磁路長が図１０に示す状態と同じ長さになっても高圧側コイル１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂおよび低圧側コイル２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂのリアクタンスは低下しない。【００８０】
図１１は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧器における片側運転時の漏れ磁束を示す図である。【００８１】
図１１を参照して、たとえばモータＭＢが故障し、高圧側コイル１１Ａ，１１Ｂおよび低圧側コイル１２Ａ，１２Ｂを通して電流が流れなくなると、漏れ磁束ＦＫＨ１１およびＦＫＬ１１が発生しなくなる。【００８２】
このため、窓部Ｗ２における起磁力は図８に示す状態と比べて１／２になる。しかしながら、変圧器５１では、漏れ磁束ＦＫＨ１およびＦＫＬ１は、副鉄心１５を通して流れる。これにより、漏れ磁束ＦＫＨ１およびＦＫＬ１は窓部Ｗ２内で広がらないことから、図１０に示す状態と比べて漏れ磁束ＦＫＨ１およびＦＫＬ１の磁路長を１／２にすることができる。したがって、低圧側コイル２Ａ，２Ｂおよび高圧側コイル１Ａ，１Ｂのリアクタンスは図８に示す状態と同じになる。したがって、変圧器５１では、片側運転時であっても、低圧側コイル２Ａ，２Ｂおよび高圧側コイル１Ａ，１Ｂのリアクタンスが低下することを防ぐことができ、安定したリアクタンスを得ることができる。【００８３】
ここで、三相変圧器では、たとえば、主磁束を通すために各相のコイル間に鉄心（相間鉄心）が設けられる。これに対して、本発明の第１の実施の形態に係る変圧器は、単相変圧器である。単相変圧器では、三相変圧器のような相間鉄心は通常不要である。しかしながら、本発明の第１の実施の形態に係る変圧器では、主鉄心に加えて副鉄心を設け、たとえば一方のモータが故障し、他方のモータだけを運転する場合において磁路長が長くなることを防ぎ、リアクタンス低下を防いでいる。【００８４】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る変圧器における副鉄心の幅の計算方法を説明する。【００８５】
副鉄心１５の幅が小さすぎると磁気飽和が生じてしまい、鉄心として機能しなくなってしまう。その一方で、副鉄心１５の幅が大きすぎると変圧器が大型化してしまう。このため、副鉄心１５の幅は、漏れ磁束で飽和しない最小値に設定することが好ましい。【００８６】
本発明の第１の実施の形態に係る変圧器では、副鉄心１５の幅すなわち脚部の並び方向における副鉄心１５の長さの最小値は、副鉄心１５と隣り合うコイルグループにおける低圧側コイルの巻数と、副鉄心１５と隣り合うコイルグループにおける低圧側コイルを通して流れる電流と、副鉄心１５と隣り合うコイルグループにおける低圧側コイルおよび高圧側コイルのサイズと、副鉄心１５の飽和磁束密度とに基づいて定められている。【００８７】
図１２（ａ）は、変圧器において発生する電流を示す変圧器の窓部の断面図である。図１２（ｂ）は、変圧器において鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフ図である。図１２（ｂ）において、縦軸が漏れ磁束密度ＦＫを示している。【００８８】
図１２（ａ）および（ｂ）を参照して、副鉄心の幅の計算例は、以下のようになる。
まず、低圧側コイル２Ａ，１２Ａの巻数Ｍを１５０とし、低圧側コイル２Ａ，１２Ａを通して流れる電流Ｉを５００Ａ（アンペア）とし、窓部Ｗ１の幅Ｗを０．３ｍとし、低圧側コイル２Ａ，１２Ａの高さＨＬを５０ｍｍとし、低圧側コイル２Ａおよび高圧側コイル１Ａ間の距離ならびに低圧側コイル１２Ａおよび高圧側コイル１１Ａ間の距離Ｄを１５ｍｍとし、高圧側コイル１Ａ，１１Ａの高さＨＨを１００ｍｍとする。【００８９】
なお、コイルの巻数およびコイルを通して流れる電流は反比例の関係を有している。低圧側コイルの巻数および電流が上記のような数値である場合、たとえば、高圧側コイル１Ａ，１１Ａの巻数Ｍは５００であり、高圧側コイル１Ａ，１１Ａを通して流れる電流Ｉは１５０Ａ（アンペア）である。このため、低圧側コイルの巻数および電流値を以下の式（１）に用いれば、高圧側コイル１Ａ，１１Ａについての磁束密度も得られることになる。【００９０】
真空の透磁率をμとすると、片側運転時すなわちモータＭＡ，ＭＢの一方だけを運転している場合の漏れ磁束密度ＢＤＬは、以下の式（１）で表わされる。【００９１】
ＢＤＬ＝μ×√２×Ｍ×Ｉ／Ｗ・・・（１）
μ＝４×π×１０-7
であり、上記各数値を式（１）に代入すると、
ＢＤＬ＝４×π×１０-7×√２×１５０×５００／０．３＝０．４４４（Ｔ）
となる。【００９２】
副鉄心へ入っていく磁束ＢＳは、低圧側コイル２Ａおよび高圧側コイル１Ａにより発生する磁束であり、図１２（ｂ）のグラフの左側の台形の面積に相当する。なお、副鉄心へ入っていく磁束が最も強くなるのは、低圧側コイル２Ａおよび高圧側コイル１Ａにより発生する磁束が副鉄心において合成される箇所である。副鉄心へ入っていく磁束ＢＳは、以下の式で表わされる。【００９３】
ＢＳ＝０．４４４×（１５＋（５０＋１５＋１００））／２＝３９．９６（Ｔ・ｍｍ）
そして、副鉄心の飽和磁束密度（磁性体に外部磁界を加えていったときに磁化がほとんど増加しなくなったときの、磁性体の磁束密度）をＢＳＤとすると、副鉄心の幅の最小値ＷＳは、以下の式で表わされる。【００９４】
ＷＳ＝ＢＳ／ＢＳＤ
ここで、ＢＳＤ＝１．５（Ｔ）とすると、副鉄心の幅ＷＳは、
ＷＳ＝３９．９６／１．５＝２６．６４（ｍｍ）となる。【００９５】
すなわち、副鉄心の幅を２６．６４（ｍｍ）以上のできるだけ小さい値に設定することにより、片側運転時におけるコイルのリアクタンスの低下を防ぎ、かつ変圧器の小型化を図ることができる。【００９６】
なお、飽和磁束密度は、副鉄心の材質によって決まる値である。上式のＢＳＤとしては、たとえば飽和磁束密度に対してある程度マージンを持たせた小さい値が設定される。【００９７】
以上のように、本発明の実施の形態に係る変圧器では、互いに間隔を隔てて並ぶ複数の脚部を有する主鉄心６１と、複数の脚部にそれぞれ巻回され、共通の単相交流電力を受ける高圧側コイル１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂと、高圧側コイルに対応して設けられ、対応の高圧側コイルと磁気結合され、複数の脚部にそれぞれ巻回された複数の低圧側コイル２Ａ，１２Ａ，２Ｂ，１２Ｂとを備え、高圧側コイルおよび対応の低圧側コイルによりコイルグループＧ１，Ｇ２が構成される。そして、隣り合う複数のコイルグループ間に設けられた副鉄心１５を備える。このような構成により、変圧器の高さを低減し、かつ漏れ磁束の磁路長が大きくなることによるリアクタンスの低下を防ぐことができる。【００９８】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。【００９９】
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る変圧器と比べて副鉄心の構造を変更した変圧器に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る変圧器と同様である。【０１００】
図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る変圧器の構成を示す斜視図である。図１４は、図１３における変圧器のＸＩＶ−ＸＩＶ断面およびこの変圧器において発生する電流および磁束を示す図である。【０１０１】
図１３および図１４を参照して、変圧器５２は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧器と比べて、副鉄心１５の代わりに副鉄心１４を備える。副鉄心１４は、コイルグループＧ１およびＧ２間に設けられ、主鉄心６１に接続された両端部を有する。すなわち、副鉄心１４は主鉄心６１と一体化されている。【０１０２】
このように、主鉄心と副鉄心とを一体化することにより、主鉄心および副鉄心間のギャップがなくなる。これにより、片側運転時の漏れ磁束の磁路長が大きくなることをさらに防ぐことができ、リアクタンスの低下をさらに防ぐことができる。【０１０３】
なお、副鉄心１４は、主鉄心６１に接続された両端部を有する構成であるとしたが、これに限定するものではなく、副鉄心の一端が主鉄心に接続され、他端が開放されている構成であってもよい。【０１０４】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る変圧器と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。【０１０５】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。【０１０６】
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る変圧器と比べてコイルの分割数を増やした変圧器に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る変圧器と同様である。【０１０７】
図１５は、本発明の第３の実施の形態に係る変圧器の構成を示す図である。
図１５を参照して、変圧器５３は、コイルグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３を含む。コイルグループＧ１は、高圧側コイル１Ａ，１Ｂと、低圧側コイル２Ａ，２Ｂとを含む。コイルグループＧ２は、高圧側コイル１１Ａ，１１Ｂと、低圧側コイル１２Ａ，１２Ｂとを含む。コイルグループＧ３は、高圧側コイル４１Ａ，４１Ｂと、低圧側コイル４２Ａ，４２Ｂとを含む。【０１０８】
変圧器５３は、たとえば外鉄型（Shell-Type）の変圧器である。変圧器５３は、さらに、主鉄心６２と、副鉄心１５，１６とを含む。主鉄心６２は、互いに対向する第１側面および第２側面と、第１側面から第２側面へ貫通する窓部Ｗ１〜Ｗ４を有する。また、主鉄心６２は、脚部３１，３２，３３を有する。脚部３１は、窓部Ｗ１およびＷ２間に設けられている。脚部３２は、窓部Ｗ２およびＷ３間に設けられている。脚部３３は、窓部Ｗ３およびＷ４間に設けられている。【０１０９】
高圧側コイル４１Ａ，４１Ｂおよび低圧側コイル４２Ａ，４２Ｂの各々は、たとえば積層された円盤状の複数の円盤巻線を含む。隣り合う層の円盤巻線は、電気的に接続されている。高圧側コイル４１Ａ，４１Ｂおよび低圧側コイル４２Ａ，４２Ｂにおける各円盤巻線は、略楕円状に巻回された矩形状の導電線路によって形成されている。【０１１０】
高圧側コイル４１Ａは、低圧側コイル４２Ａと低圧側コイル４２Ｂとの間であって低圧側コイル４２Ａに対向する位置に設けられ、低圧側コイル４２Ａと磁気結合されている。【０１１１】
高圧側コイル４１Ｂは、高圧側コイル４１Ａと並列に接続され、低圧側コイル４２Ａと低圧側コイル４２Ｂとの間であって低圧側コイル４２Ｂに対向する位置に設けられ、低圧側コイル４２Ｂと磁気結合されている。【０１１２】
高圧側コイル４１Ａおよび４１Ｂ、低圧側コイル４２Ａおよび４２Ｂは、窓部Ｗ３，Ｗ４間の脚部３３に貫通されるように窓部Ｗ３，Ｗ４を通して巻回され、脚部３３の貫通方向に積層されている。【０１１３】
副鉄心１５および１６は、隣り合う複数のコイルグループ間に設けられている。すなわち、副鉄心１５は、コイルグループＧ１およびＧ２間に設けられている。副鉄心１６は、コイルグループＧ２およびＧ３間に設けられている。【０１１４】
このように、本発明の第３の実施の形態に係る変圧器では、低圧側コイルおよび高圧側コイルを３つのコイルグループに分割しているため、各コイルグループの電力容量は１／３となる。ここで、電力容量＝電圧×電流より、供給電圧は一定であるため各コイルを通して流れる電流が１／３になる。これにより、本発明の第１の実施の形態に係る変圧器と比べて、さらに、各コイルグループの高さを低くし、変圧器全体の高さを低減することができる。【０１１５】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る変圧器と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。【０１１６】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。【０１１７】
＜第４の実施の形態＞
本実施の形態は、第３の実施の形態に係る変圧器と比べてコイルの分割数を増やした変圧器に関する。以下で説明する内容以外は第３の実施の形態に係る変圧器と同様である。【０１１８】
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る変圧器の構成を示す図である。
図１６を参照して、変圧器５４は、コイルグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４を含む。コイルグループＧ１は、高圧側コイル１Ａ，１Ｂと、低圧側コイル２Ａ，２Ｂとを含む。コイルグループＧ２は、高圧側コイル１１Ａ，１１Ｂと、低圧側コイル１２Ａ，１２Ｂとを含む。コイルグループＧ３は、高圧側コイル４１Ａ，４１Ｂと、低圧側コイル４２Ａ，４２Ｂとを含む。コイルグループＧ４は、高圧側コイル４３Ａ，４３Ｂと、低圧側コイル４４Ａ，４４Ｂとを含む。【０１１９】
変圧器５４は、たとえば外鉄型（Shell-Type）の変圧器である。変圧器５４は、さらに、主鉄心６３と、副鉄心１５，１６，１７とを含む。主鉄心６３は、互いに対向する第１側面および第２側面と、第１側面から第２側面へ貫通する窓部Ｗ１〜Ｗ５を有する。また、主鉄心６３は、脚部３１，３２，３３，３４を有する。脚部３４は、窓部Ｗ４およびＷ５間に設けられている。【０１２０】
高圧側コイル４３Ａ，４３Ｂおよび低圧側コイル４４Ａ，４４Ｂの各々は、たとえば積層された円盤状の複数の円盤巻線を含む。隣り合う層の円盤巻線は、電気的に接続されている。高圧側コイル４３Ａ，４３Ｂおよび低圧側コイル４４Ａ，４４Ｂにおける各円盤巻線は、略楕円状に巻回された矩形状の導電線路によって形成されている。【０１２１】
高圧側コイル４３Ａは、低圧側コイル４４Ａと低圧側コイル４４Ｂとの間であって低圧側コイル４４Ａに対向する位置に設けられ、低圧側コイル４４Ａと磁気結合されている。【０１２２】
高圧側コイル４３Ｂは、高圧側コイル４３Ａと並列に接続され、低圧側コイル４４Ａと低圧側コイル４４Ｂとの間であって低圧側コイル４４Ｂに対向する位置に設けられ、低圧側コイル４４Ｂと磁気結合されている。【０１２３】
高圧側コイル４３Ａおよび４３Ｂ、低圧側コイル４４Ａおよび４４Ｂは、窓部Ｗ４，Ｗ５間の脚部３４に貫通されるように窓部Ｗ４，Ｗ５を通して巻回され、脚部３４の貫通方向に積層されている。また、副鉄心１７は、コイルグループＧ３およびＧ４間に設けられている。【０１２４】
このように、本発明の第４の実施の形態に係る変圧器では、低圧側コイルおよび高圧側コイルを４つのコイルグループに分割しているため、各コイルグループの電力容量は１／４となる。ここで、電力容量＝電圧×電流より、供給電圧は一定であるため各コイルを通して流れる電流が１／４になる。これにより、本発明の第３の実施の形態に係る変圧器と比べて、さらに、各コイルグループの高さを低くし、変圧器全体の高さを低減することができる。【０１２５】
その他の構成および動作は第３の実施の形態に係る変圧器と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。【０１２６】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。【０１２７】
＜第５の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る変圧器と比べてコイルグループの構成を変更した変圧器に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る変圧器と同様である。【０１２８】
図１７は、本発明の第５の実施の形態に係る交流電車の構成を示す回路図である。
図１７を参照して、交流電車２０５は、パンタグラフ９２と、変圧装置１０５と、モータＭＡ，ＭＢ，ＭＣ，ＭＤとを備える。変圧装置１０５は、変圧器５５と、コンバータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄと、インバータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄとを含む。変圧器５５は、コイルグループＧ１，Ｇ２を含む。コイルグループＧ１は、高圧側コイル１Ａ，１Ｂと、低圧側コイル２Ａ，２Ｂとを含む。コイルグループＧ２は、高圧側コイル１１Ａ，１１Ｂと、低圧側コイル１２Ａ，１２Ｂとを含む。【０１２９】
変圧装置１０５では、低圧側コイル２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂが別個の負荷に結合されている。すなわち、低圧側コイル２Ａは、高圧側コイル１Ａと磁気結合されており、コンバータ５Ａの第１入力端子に接続された第１端と、コンバータ５Ａの第２入力端子に接続された第２端とを有する。低圧側コイル２Ｂは、高圧側コイル１Ｂと磁気結合されており、コンバータ５Ｃの第１入力端子に接続された第１端と、コンバータ５Ｃの第２入力端子に接続された第２端とを有する。低圧側コイル１２Ａは、高圧側コイル１１Ａと磁気結合されており、コンバータ５Ｂの第１入力端子に接続された第１端と、コンバータ５Ｂの第２入力端子に接続された第２端とを有する。低圧側コイル１２Ｂは、高圧側コイル１１Ｂと磁気結合されており、コンバータ５Ｄの第１入力端子に接続された第１端と、コンバータ５Ｄの第２入力端子に接続された第２端とを有する。【０１３０】
架線９１から供給される単相交流電圧は、パンタグラフ９２を介して高圧側コイル１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂに供給される。【０１３１】
高圧側コイル１Ａおよび１１Ａに供給される交流電圧により、低圧側コイル２Ａおよび１２Ａにそれぞれ交流電圧が誘起される。高圧側コイル１Ｂおよび１１Ｂに供給される交流電圧により、低圧側コイル２Ｂおよび１２Ｂにそれぞれ交流電圧が誘起される。【０１３２】
コンバータ５Ａは、低圧側コイル２Ａに誘起された交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ５Ｂは、低圧側コイル１２Ａに誘起された交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ５Ｃは、低圧側コイル２Ｂに誘起された交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ５Ｄは、低圧側コイル１２Ｂに誘起された交流電圧を直流電圧に変換する。【０１３３】
インバータ６Ａは、コンバータ５Ａから受けた直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータＭＡへ出力する。インバータ６Ｂは、コンバータ５Ｂから受けた直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータＭＢへ出力する。インバータ６Ｃは、コンバータ５Ｃから受けた直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータＭＣへ出力する。インバータ６Ｄは、コンバータ５Ｄから受けた直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータＭＤへ出力する。【０１３４】
モータＭＡは、インバータ６Ａから受けた三相交流電圧に基づいて駆動される。モータＭＢは、インバータ６Ｂから受けた三相交流電圧に基づいて駆動される。モータＭＣは、インバータ６Ｃから受けた三相交流電圧に基づいて駆動される。モータＭＤは、インバータ６Ｄから受けた三相交流電圧に基づいて駆動される。【０１３５】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る変圧器と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。【０１３６】
したがって、本発明の第５の実施の形態に係る変圧器では、本発明の第１の実施の形態に係る変圧器と同様に、変圧器の高さを低減するとともにリアクタンスの低下を防ぐことができる。【０１３７】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。【０１３８】
＜第６の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る変圧器と比べてコイルグループの構成を変更した変圧器に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る変圧器と同様である。【０１３９】
図１８は、本発明の第６の実施の形態に係る交流電車の構成を示す回路図である。
図１８を参照して、交流電車２０６は、パンタグラフ９２と、変圧装置１０６と、モータＭＡ，ＭＢ，ＭＣ，ＭＤとを備える。変圧装置１０６は、変圧器５６と、コンバータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄと、インバータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄとを含む。変圧器５６は、コイルグループＧ１，Ｇ２を含む。コイルグループＧ１は、高圧側コイル１Ａ，１Ｂと、低圧側コイル２Ａ，２Ｂとを含む。コイルグループＧ２は、高圧側コイル１１Ａ，１１Ｂと、低圧側コイル１２Ａ，１２Ｂとを含む。【０１４０】
変圧装置１０６では、高圧側コイル１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂは互いに並列に接続され、低圧側コイル２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂが別個の負荷に結合されている。すなわち、高圧側コイル１Ａは、パンタグラフ９２に接続された第１端と、接地電圧が供給される接地ノードに接続された第２端とを有する。高圧側コイル１Ｂは、パンタグラフ９２に接続された第１端と、接地電圧が供給される接地ノードに接続された第２端とを有する。高圧側コイル１１Ａは、パンタグラフ９２に接続された第１端と、接地電圧が供給される接地ノードに接続された第２端とを有する。高圧側コイル１１Ｂは、パンタグラフ９２に接続された第１端と、接地電圧が供給される接地ノードに接続された第２端とを有する。【０１４１】
低圧側コイル２Ａは、高圧側コイル１Ａと磁気結合されており、コンバータ５Ａの第１入力端子に接続された第１端と、コンバータ５Ａの第２入力端子に接続された第２端とを有する。低圧側コイル２Ｂは、高圧側コイル１Ｂと磁気結合されており、コンバータ５Ｃの第１入力端子に接続された第１端と、コンバータ５Ｃの第２入力端子に接続された第２端とを有する。低圧側コイル１２Ａは、高圧側コイル１１Ａと磁気結合されており、コンバータ５Ｂの第１入力端子に接続された第１端と、コンバータ５Ｂの第２入力端子に接続された第２端とを有する。低圧側コイル１２Ｂは、高圧側コイル１１Ｂと磁気結合されており、コンバータ５Ｄの第１入力端子に接続された第１端と、コンバータ５Ｄの第２入力端子に接続された第２端とを有する。【０１４２】
架線９１から供給される単相交流電圧は、パンタグラフ９２を介して高圧側コイル１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂに供給される。【０１４３】
高圧側コイル１Ａおよび１１Ａに供給される交流電圧により、低圧側コイル２Ａおよび１２Ａにそれぞれ交流電圧が誘起される。高圧側コイル１Ｂおよび１１Ｂに供給される交流電圧により、低圧側コイル２Ｂおよび１２Ｂにそれぞれ交流電圧が誘起される。【０１４４】
コンバータ５Ａは、低圧側コイル２Ａに誘起された交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ５Ｂは、低圧側コイル１２Ａに誘起された交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ５Ｃは、低圧側コイル２Ｂに誘起された交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ５Ｄは、低圧側コイル１２Ｂに誘起された交流電圧を直流電圧に変換する。【０１４５】
インバータ６Ａは、コンバータ５Ａから受けた直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータＭＡへ出力する。インバータ６Ｂは、コンバータ５Ｂから受けた直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータＭＢへ出力する。インバータ６Ｃは、コンバータ５Ｃから受けた直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータＭＣへ出力する。インバータ６Ｄは、コンバータ５Ｄから受けた直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータＭＤへ出力する。【０１４６】
モータＭＡは、インバータ６Ａから受けた三相交流電圧に基づいて駆動される。モータＭＢは、インバータ６Ｂから受けた三相交流電圧に基づいて駆動される。モータＭＣは、インバータ６Ｃから受けた三相交流電圧に基づいて駆動される。モータＭＤは、インバータ６Ｄから受けた三相交流電圧に基づいて駆動される。【０１４７】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る変圧器と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。【０１４８】
したがって、本発明の第６の実施の形態に係る変圧器では、本発明の第１の実施の形態に係る変圧器と同様に、変圧器の高さを低減するとともにリアクタンスの低下を防ぐことができる。【０１４９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年3月15日(2010.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔を隔てて並ぶ複数の脚部（３１，３２）を有する第１の鉄心（６１）と、
前記複数の脚部（３１，３２）にそれぞれ巻回され、共通の単相交流電力を受ける複数の高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）と、
前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）に対応して設けられ、対応の前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）と磁気結合され、前記複数の脚部（３１，３２）にそれぞれ巻回された複数の低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）とを備え、
前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）および対応の前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）により複数のコイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）が構成され、
さらに、
隣り合う前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）間に設けられた第２の鉄心（１５）を備え、
各前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）は別個の負荷に結合される変圧器。
【請求項２】
前記第１の鉄心（６１）および前記第２の鉄心（１５）は互いに分離して設けられている請求項１に記載の変圧器。
【請求項３】
前記第１の鉄心（６１）および前記第２の鉄心（１５）は一体化されている請求項１に記載の変圧器。
【請求項４】
前記鉄心は、少なくとも３つの開口部（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）を有し、
前記複数の脚部（３１，３２）は、前記開口部（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）間にそれぞれ設けられ、
各前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）および前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）は、前記脚部（３１，３２）の両隣の各前記開口部（Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）を通して前記脚部（３１，３２）に巻回され、前記脚部（３１，３２）の延伸方向に積層されている請求項１に記載の変圧器。
【請求項５】
前記脚部（３１，３２）の並び方向における前記第２の鉄心（１５）の長さの最小値は、前記第２の鉄心（１５）と隣り合う前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）の巻数と、前記第２の鉄心（１５）と隣り合う前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）を通して流れる電流と、前記第２の鉄心（１５）と隣り合う前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）および前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）のサイズと、前記第２の鉄心（１５）の飽和磁束密度とに基づいて定められている請求項１に記載の変圧器。
【請求項６】
複数の脚部（３１，３２）を有する第１の鉄心（６１）と、
高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）と、
低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）とを備え、
前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）および前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）は複数のコイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）に分割され、
前記複数のコイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）および前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）が前記複数の脚部（３１，３２）にそれぞれ巻回され、
各前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）は共通の単相交流電力を受け、
各前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）における前記低圧側コイル（２Ａ，２Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ）および前記高圧側コイル（１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ）は互いに磁気結合されており、
さらに、
隣り合う前記コイルグループ（Ｇ１，Ｇ２）間に設けられた第２の鉄心（１５）を備える変圧器。
【国際調査報告】
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