(57)【要約】【課題】コンパクトで小型化が可能な電力分配ユニットを提供すること。【解決手段】一次コイル１１から供給される電力Ｐ１を二次コイル１２及び三次コイル１３を含む複数のコイルに接続された負荷に分配する電力分配ユニット１であって、複数枚の板状フェライト３をコアとして、一次コイル１１は全数の板状フェライト３に巻回され、二次コイル１２及び三次コイル１３は、二次コイル１２及び三次コイル１３のターン数に対応して板状フェライト３の枚数とターン数との積が所望値となるようにそれぞれ巻回され、一次コイル１１のコア断面積は、二次コイル１２及び三次コイル１３の各コア断面積の和である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次コイルから供給される電力を二次コイル及び三次コイルを含む複数のコイルに接続された負荷に分配する電力分配ユニットであって、
複数枚の板状フェライトをコアとして、前記一次コイルは全数の前記板状フェライトに巻回され、前記複数のコイルは、該複数のコイルのターン数に対応して前記板状フェライトの枚数と前記ターン数との積が所望値となるようにそれぞれ巻回され、前記一次コイルのコア断面積は前記複数のコイルの各コア断面積の和であることを特徴とする電力分配ユニット。
【請求項２】
前記複数のコイルに対する出力電力の分配は、各コイルがそれぞれ巻回する前記板状フェライトのコア断面積比と各ターン数との積によって調整することを特徴とする請求項１に記載の電力分配ユニット。
【請求項３】
前記一次コイルの巻数は１ターンであることを特徴とする請求項１または２に記載の電力分配ユニット。
【請求項４】
前記板状フェライトは口字形であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電力分配ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次コイルから供給される電力を二次コイル及び三次コイルを含む複数のコイルに接続された負荷に分配する電力分配ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、変圧器の原理を用い、薄板の珪素鋼板を積層したものやフェライト材をコアにして、一次コイル、二次コイル、三次コイルなどの複数のコイルを巻回し、一次コイルに供給される電力を、二次コイル、三次コイルなどに接続した負荷に分配する電力分配ユニットがある。ここで、コアは、薄板の珪素鋼板が積み重ねられて、コイルが巻回される。このコアは、珪素鋼板の厚み方向の空隙をなくすため、珪素鋼板に穴をあけ、ボルトを通し、厚板の端板で押し込んで固定されている。この電力分配ユニットは、数ｋＷ以上で用いられる。なお、フェライト材をコアにする場合、フェライトの飽和磁束密度から、棒状とＥ字形が組み合わされた小塊のものが使われ、２４Ｖ負荷などに対する制御用電源として数十Ｗ以下で用いられている。
【０００３】
なお、特許文献１には、１次巻線から入力される高周波電力を、２次巻線を介して系統に出力し、３次巻線を介して加熱手段に出力する電力変換装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１１８８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一次コイルから供給される電力を二次コイル及び三次コイルを含む複数のコイルに接続された負荷に分配する一般的な電力分配ユニットは、図４に示すように、コアに巻回される一次コイル１１１、二次コイル１１２、三次コイル１１３の巻数を調整して電力分配を行っていた。
【０００６】
図４では、口字形の１つのコア１０２に一次コイル１１１、二次コイル１１２、三次コイル１１３が巻かれており、一次コイル１１１の巻数Ｎ１，電流Ｉ１、二次コイル１１２の巻数Ｎ２，電流Ｉ２、三次コイル１１３の巻数Ｎ３，電流Ｉ３の関係は次式（１）、及び、一次コイル１１１の電力Ｐ１、二次コイル１１２の電力Ｐ２、三次コイル１１３の電力Ｐ３の関係は次式（２）のようになる。なお、巻数Ｎ１〜Ｎ３は、整数でなくてはならない。
Ｎ１×Ｉ１＝Ｎ２×Ｉ２＋Ｎ３×Ｉ３                            …（１）
Ｐ１＝Ｐ２＋Ｐ３                                              …（２）
【０００７】
ここで、二次コイル１１２及び三次コイル１１３に接続される負荷抵抗がほぼ同一で、二次コイル１１２側に一次コイル１１１側の電力Ｐ１の８０％を分配し、三次コイル１１３側に一次コイル１１１側の電力の２０％を分配する場合を考えると、巻数Ｎ１は８ターン、巻数Ｎ２は７ターン、巻数Ｎ３は４ターンとなる。
【０００８】
ここで、コアの飽和磁束密度を考慮して、巻数Ｎ１を最小の１ターンとする場合に比べ、この電力分配ユニット１０１では、８ターンに対応した８倍のコア断面積が必要となり、コアが大きくなってしまい、電力分配ユニットが大型化する。
【０００９】
さらに、一次コイル１１１、二次コイル１１２、三次コイル１１３の各コア断面積は同一であり、コアの飽和磁束密度を考慮して、巻数Ｎ１を最小の１ターンとする場合、二次コイル１１２、三次コイル１１３側の電力Ｐ２，Ｐ３は一次コイル１１１の電力よりも小さく、巻数Ｎ２，Ｎ３は、整数であるため、最小の１ターン未満にすることができない。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コンパクトで小型化が可能な電力分配ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電力分配ユニットは、一次コイルから供給される電力を二次コイル及び三次コイルを含む複数のコイルに接続された負荷に分配する電力分配ユニットであって、複数枚の板状フェライトをコアとして、前記一次コイルは全数の前記板状フェライトに巻回され、前記複数のコイルは、該複数のコイルのターン数に対応して前記板状フェライトの枚数と前記ターン数との積が所望値となるようにそれぞれ巻回され、前記一次コイルのコア断面積は前記複数のコイルの各コア断面積の和であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる電力分配ユニットは、上記の発明において、前記複数のコイルに対する出力電力の分配は、各コイルがそれぞれ巻回する前記板状フェライトのコア断面積比と各ターン数との積によって調整することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる電力分配ユニットは、上記の発明において、前記一次コイルの巻数は１ターンであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる電力分配ユニットは、上記の発明において、前記板状フェライトは口字形であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、コアとして複数枚の板状フェライトを用い、一次コイルは全数の前記板状フェライトに巻回され、二次コイル及び三次コイルを含む複数のコイルは、該複数のコイルのターン数に対応して前記板状フェライトの枚数と前記ターン数との積が所望値になるようにそれぞれ巻回され、前記一次コイルのコア断面積は前記複数のコイルの各コア断面積の和となり、二次コイル及び三次コイルを含む複数のコイルのコア断面積比と各ターン数との積を調整して一次コイルの電力分配を調整できるので、二次コイル及び三次コイルを含む複数のコイルの巻数に影響されずに一次コイルのコア断面積を設定でき、コアがコンパクトで小型となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態である電力分配ユニットの構成を示す正面図である。
【図２】図２は、図１に示した電力分配ユニットの平面図である。
【図３】図３は、図１に示した電力分配ユニットにおける各コイルのコア断面積と磁束との関係を示す説明図である。
【図４】図４は、従来の電力分配ユニットの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態である電力分配ユニット１の構成を示す正面図である。また、図２は、図１に示した電力分配ユニット１の平面図である。さらに、図３は、図１に示した電力分配ユニット１における各コイルのコア断面積と磁束との関係を示す説明図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、電力分配ユニット１は、複数の口字形の板状フェライト３が積層されたコア２を有する。図１及び図２では、８つの板状フェライト３を用いている。板状フェライト３は、比透磁率が３２００程度の強磁性体である。したがって、板状フェライト３間で、ほとんど磁束が漏れない。なお、コア２は、上部側に形成された７つの板状フェライト３と下部側に形成された１つの板状フェライト３とからなる。７つの板状フェライト３と１つの板状フェライト３との間の隙間５には、プラスチックなどの非磁性体がスペーサとして設けられる。
【００２０】
一次コイル１１は、電力供給側のコイルであり、数ｋＷ程度の電力Ｐ１が供給される。一次コイル１１は、８つの全ての板状フェライト３に巻回される。一次コイル１１の巻数は最小の１ターンである。二次コイル１２は、電力出力側のコイルであり、電力Ｐ２を出力する。三次コイル１３は、電力出力側のコイルであり、電力Ｐ３を出力する。電力Ｐ２を電力Ｐ１の８０％、電力Ｐ３を電力Ｐ１の２０％で電力分配する場合、二次コイル１２は、７つの板状フェライト３に１ターンで巻回され、三次コイル１３は、１つの板状フェライト３に４ターンで巻回される。
【００２１】
二次コイル１２及び三次コイル１３は、二次コイル１２、三次コイル１３の出力電力に対応して分割された数であって、異なる別の板状フェライト３に巻回される。これにより、二次コイル１２と三次コイル１３との磁気干渉は生じない。
【００２２】
また、図３に示すように、一次コイル１１のコア断面積Ｓ１は、二次コイル１２のコア断面積Ｓ２と三次コイル１３のコア断面積Ｓ３との和となる。すなわち、一次コイル１１のコア断面を通る磁束Φは、二次コイル１２及び三次コイル１３のそれぞれのコア断面を通る磁束に分離される。
【００２３】
ここで、二次コイル１２及び三次コイル１３に対する電力分配は、二次コイル１２及び三次コイル１３がそれぞれ巻回する板状フェライト３のコア断面積比とターン数との積によって調整することができる。そこで、上述したように、電力Ｐ２を電力Ｐ１の８０％、電力Ｐ３を電力Ｐ１の２０％で電力分配する場合における、板状フェライト３の枚数と、二次コイル１２及び三次コイル１３の巻数との関係について説明する。
【００２４】
まず、板状フェライト３の厚みは同じであり、総枚数Ｍ１（＝８枚）とする。また、一次コイル１１の巻数Ｎ１は最小の１ターンとする。そして、電力分配比に応じて、二次コイルの枚数Ｍ２は、図４に示した電力分配ユニット１０１の巻数Ｎ１〜Ｎ３の関係を用いて、
Ｍ２＝Ｎ２／Ｎ１×Ｍ１
であり、枚数Ｍ２は、７枚となる。そして、二次コイル１２の巻数を最小の１ターンに設定する。これにより、二次コイル１２のコア断面積は、一次コイル１１のコア断面積の７／８となる。
【００２５】
三次コイル１３の枚数Ｍ３は、二次コイル１２の枚数Ｍ２と同様にして、
Ｍ３＝Ｎ３／Ｎ１×Ｍ１
であり、枚数Ｍ３は、４枚となる。しかし、板状フェライト３の枚数Ｍ１〜Ｍ３は、
Ｍ１＝Ｍ２＋Ｍ３
の関係を満たす必要がある。この関係を満たさないと、二次コイル１２と三次コイル１３との間で干渉が生じる。このため、三次コイル１３の巻数ＮＮ３を、残された現実の三次コイル１３の枚数（Ｍ１−Ｍ２）に対する、算出された枚数Ｍ３の比とする。すなわち、
ＮＮ３＝Ｍ３／（Ｍ１−Ｍ２）
とする。これにより、巻数ＮＮ３は、４ターンとなる。
【００２６】
この結果、図４に示した電力分配ユニット１０１の巻数Ｎ１＝８ターン、巻数Ｎ２＝７ターン、巻数Ｎ３＝４ターンの構成に対応する電力分配ユニット１の構成は、８枚の板状フェライト３を用い、一次コイル１１は、８枚の板状フェライト３に１ターン巻き、二次コイル１２は、７枚の板状フェライト３に１ターン巻き、三次コイル１３は、１枚の板状フェライト３に４ターン巻くことになる。
【００２７】
ここで、一次コイル１１が供給する電力Ｐ１に比して二次コイル１２の電力Ｐ２は小さいが、一次コイル１１が１ターンであっても、コア断面積Ｓ２はコア断面積Ｓ１に比して小さくできるので、二次コイル１２を１ターンとすることができる。すなわち、二次コイル１２、三次コイル１３の巻数を考慮せず、一次コイル１１の巻数を常に最小にすることができる。この結果、二次コイル１２、三次コイル１３の巻数に応じた一次コイル１１の巻数増大による飽和磁束密度の増大に伴って、一次コイル１１のコア断面積Ｓ１が増大することがない。このため、コア２を最小化することができ、結果的に電力分配ユニット１をコンパクトに小型化することができる。
【００２８】
なお、上述した実施の形態では、電力分配側のコイルが二次コイル１２と三次コイル１３であったが、さらに四次以上のコイルを設けてもよい。
【００２９】
また、上述したコア２は、口字状の板状フェライト３を用いていたが、口字状に限らず、例えば、ドーナツ形状の板状フェライト、板に穴やスリットを施した板状フェライトを用いてもよい。
【００３０】
さらに、上述した電力分配ユニット１は、電力Ｐ１が数ｋＷを想定して説明している。この場合、一次コイル１１、二次コイル１２、三次コイル１３は、細いエナメル線を複数本撚り合わせたリッツ線であることが好ましい。リッツ線を用いると、高周波特有の表皮効果および近接効果による交流抵抗の増大を抑制し、コイルの温度上昇を抑えることができるからである。
【００３１】
また、上述した上部の７つの板状フェライト３は、１つの小塊で形成してもよい。なお、板状フェライト３の厚みは、飽和磁束密度から決定する。
【００３２】
さらに、上述した電力分配ユニット１の一次コイル１１にインバータ装置を接続し、二次コイル１２側に過熱蒸気発生装置を接続し、三次コイル１３側に再加熱装置を接続することで、１つのインバータ装置で過熱蒸気発生装置や再加熱装置などの複数の負荷を同時運転するシステムに適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１，１０１  電力分配ユニット
２，１０２  コア
３  板状フェライト
５  隙間
１１，１１１  一次コイル
１２，１１２  二次コイル
１３，１１３  三次コイル
Ｍ１〜Ｍ３  枚数
Ｎ１〜Ｎ３，ＮＮ３  巻数
Ｐ１〜Ｐ３  電力
Ｓ１〜Ｓ３  コア断面積
Φ  磁束
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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