(57)【要約】【課題】生産性の向上を図るとともに小型軽量化が図られるコイルカップリングの構造及びそのカップリングコイルの構造を用いた変圧器を提供する。【解決手段】カップリングコイルの構造は、導線を巻回して形成された複数の一次コイルと、複数の一次コイルと相互誘導を生じるように設けられた複数の二次コイルと、を備え、複数の一次コイルのうち、一の一次コイルの途中部分に他の一次コイルを交叉接続したものにおいて、複数の二次コイルのうち一の一次コイルと相互誘導する二次コイルを、一次コイルの軸方向の寸法以上の幅を有する一つの導体によってカップリングコイルに構成したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導線を巻回して形成された複数の一次コイルと、
前記複数の一次コイルと相互誘導を生じるように設けられた複数の二次コイルと、を備え、
前記複数の一次コイルのうち、一の一次コイルの途中部分に他の一次コイルを交叉接続したものにおいて、
前記複数の二次コイルのうち前記一の一次コイルと相互誘導する二次コイルを、前記一次コイルの軸方向の寸法以上の幅を有する一つの導体によってカップリングコイルに構成したカップリングコイルの構造。
【請求項２】
前記一次コイルは、複数のコイルを当該コイルの軸方向へ並べて構成され、
前記二次コイルは、前記一次コイルの軸方向の寸法以上の幅を有するシート状の導体を巻回して構成されている請求項１に記載のカップリングコイルの構造。
【請求項３】
前記二次コイルは、前記導体の巻始め及び巻終わりの両端部それぞれに口出し線を有している請求項１又は２に記載のカップリングコイルの構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のカップリングコイルの構造を備える変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、カップリングコイルの構造及び変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばスコット結線変圧器等においては、以下の理由からカップリングコイルが採用されている。すなわち、例えば図５に示すスコット結線変圧器１０は、鉄心１１と、主座一次コイル１２と、Ｔ座一次コイル１３と、主座二次コイル１４と、Ｔ座二次コイル１５と、を備えている。各コイル１２、１３、１４、１５は、それぞれ導線を鉄心１１に巻回して構成されている。Ｔ座一次コイル１３の一方の端部は、主座一次コイル１２の途中部分である中点Ｎにおいて交叉接続されている。Ｔ座一次コイル１３の端子Ｖ及び主座一次コイル１２の端子Ｕ、Ｗには、図示しない三相電源が接続される。
【０００３】
二次コイル１４、１５のうち、主座二次コイル１４の端子１ｕ、１ｖには、第一単相負荷９１が接続される。また、Ｔ座二次コイル１５の端子２ｕ、２ｖには、第二単相負荷９２が接続される。主座二次コイル１４の出力電圧と、Ｔ座二次コイル１５の出力電圧とは、互いに９０°の位相差を有している。この場合、主座一次コイル１２と主座二次コイル１４との間、及びＴ座一次コイル１３とＴ座二次コイル１５との間において相互誘導が生じる。
【０００４】
図６は、図５のスコット結線変圧器１０において、主座二次コイル１４の端子１ｕ、１ｖにのみ第一単相負荷９１を接続し、Ｔ座二次コイル１５の端子２ｕ、２ｖには第二単相負荷９２を接続していない状態における変圧器１０の電流の様子を示している。主座一次コイル１２に流れる電流ｉ１ｍと、主座二次コイル１４に流れる電流ｉ２ｍとは、互いのアンペアターンを打ち消すように流れる。この場合、主座一次コイル１２及び主座二次コイル１４における短絡インピーダンスは、両コイル１２、１４間の漏れインピーダンスとなる。
【０００５】
これに対し、図７は、図５のスコット結線変圧器１０において、Ｔ座二次コイル１５の端子２ｕ、２ｖにのみ第二単相負荷９２を接続し、主座二次コイル１４の端子１ｕ、１ｖには第一単相負荷９１を接続していない状態における変圧器１０の電流の様子を示している。Ｔ座一次コイル１３に流れる電流ｉ１ｔは、Ｔ座二次コイル１５に流れる電流ｉ２ｔのアンペアターンを打ち消すように流れた後、中点Ｎにおいて電流ｉ１ｔ１と電流ｉ１ｔ２とに分岐して主座一次コイル１２を流れる。
【０００６】
この場合、Ｔ座側の短絡インピーダンスは、Ｔ座一次コイル１３とＴ座二次コイル１５との漏れインピーダンス、及びＵ側主座一次コイル１２１とＷ側主座一次コイル１２２との間の漏れインピーダンスを合計したものとなる。このため、Ｔ座側の短絡インピーダンスを低減するためには、Ｕ側主座一次コイル１２１とＷ側主座一次コイル１２２との間の漏れインピーダンスを低減する必要がある。
【０００７】
このような構成では、図８及び図９に示すように、主座二次コイル１４にカップリングコイルの構造を採用することで、Ｕ側主座一次コイル１２１とＷ側主座一次コイル１２２との間の漏れインピーダンスを低減することができる。カップリングコイルとは、離れた位置にある複数の巻線間の磁気的結合を向上させる機能を有する構造をいう。
【０００８】
カップリングコイルの構造は、例えば次のように構成される。すなわち、主座二次コイル１４を、中間部分においてＵ側主座二次コイル１４１とＷ側主座二次コイル１４２との二つに分割する。Ｕ側主座二次コイル１４１とＷ側主座二次コイル１４２とは、並列に接続される。Ｕ側主座二次コイル１４１は、Ｕ側主座一次コイル１２１と対向し、Ｗ側主座二次コイル１４２は、Ｗ側主座一次コイル１２２と対向している。
【０００９】
この構成において、図８に示すように、Ｔ座二次コイル１５の端子２ｕ、２ｖに第二単相負荷９２が接続されて、Ｔ座一次コイル１３を流れた電流ｉ１ｔは、Ｕ側主座一次コイル１２１とＷ側主座一次コイル１２２とに分流する。すると、主座二次コイル１４には、主座一次コイル１２と主座二次コイル１４との相互誘導により起電力が生じる。これにより、Ｕ側主座二次コイル１４１には、Ｕ側主座一次コイル１２１に流れる電流ｉ１ｔ１のアンペアターンを打ち消すように電流ｉ２ｔ１が流れる。同様に、Ｗ側主座二次コイル１４２には、Ｗ側主座一次コイル１２２に流れる電流ｉ１ｔ２のアンペアターンを内蹴るように電流ｉ２ｔ２が流れる。
【００１０】
そして、この電流ｉ２ｔ１、ｉ２ｔ２は、Ｕ側主座二次コイル１４１とＷ側主座二次コイル１４２との間を環流する。これにより、Ｔ座一次コイル１３に流れる電流ｉ１ｔがＵ側主座一次コイル１２１とＷ側主座一次コイル１２２とに分流することによるアンペアターンが打ち消される。その結果、Ｕ側主座一次コイル１２１とＷ側主座一次コイル１２２との相互間の磁気的結合が向上し、Ｕ側主座一次コイル１２１及びＷ側主座一次コイル１２２間の漏れインピーダンスを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平８−３３５５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、図８及び図９に示す従来のカップリングコイルの構造においては、次のような問題がある。第一に、本来、１個のコイルで構成される主座二次コイル１４を、複数、例えば２個のコイル１４１、１４２に分けて並列接続しなければならない。そのため、２個のコイル１４１、１４２を形成するための手間や時間が増大し、生産性が低下する。第二に、主座二次コイル１４は、Ｕ側主座二次コイル１４１とＷ側主座二次コイル１４２とに分割して構成されるため、主座二次コイル１４を単体で構成する場合に比べて全体として導線の巻数が増大する。すると、主座二次コイル１４の全断面積に対する占積率が低下して主座二次コイル１４が大型化し、その結果、機器全体の大型化と重量の増大を招くことになる。
【００１３】
そこで、生産性の向上を図るとともに小型軽量化が図られるコイルカップリングの構造及びそのカップリングコイルの構造を用いた変圧器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本実施形態のカップリングコイルの構造は、導線を巻回して形成された複数の一次コイルと、前記複数の一次コイルと相互誘導を生じるように設けられた複数の二次コイルと、を備え、前記複数の一次コイルのうち、一の一次コイルの途中部分に他の一次コイルを交叉接続したものにおいて、前記複数の二次コイルのうち前記一の一次コイルと相互誘導する二次コイルを、前記一次コイルの軸方向の寸法以上の幅を有する一つの導体によってカップリングコイルに構成したものである。
【００１５】
本実施形態の変圧器は、上記カップリングコイルで構成した二次コイルを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態によるカップリングコイルの構造を用いたスコット結線変圧器の構成を示す図
【図２】図１における主座一次コイル及び主座二次コイル周辺の構成を示す図
【図３】図１における主座二次コイルの構成を示す斜視図
【図４】図３の主座二次コイルを展開して示す図
【図５】従来のスコット結線変圧器の構成を示す図
【図６】図５のスコット結線変圧器の主座二次コイルに第一単相負荷を接続した状態を示す図
【図７】図５のスコット結線変圧器のＴ座二次コイルに第二単相負荷を接続した状態を示す図
【図８】スコット結線変圧器において従来のカップリングコイルの構造を採用したものを示す図
【図９】図８における主座一次コイル及び主座二次コイル周辺の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態によるカップリングコイルの構造を、図５に示すスコット結線変圧器１０に適用したものを示している。図１及び図２に示すスコット結線変圧器２０は、図５に示すスコット結線変圧器１０と同様に、鉄心１１、主座一次コイル１２、Ｔ座一次コイル１３、及びＴ座二次コイル１５を備えている。また、図１及び図２に示すスコット結線変圧器２０は、図５に示す主座二次コイル１４に換えて、カップリングコイルである主座二次コイル３０を備えている。なお、図１及び図２に示すスコット結線変圧器２０は、主座二次コイル３０以外の構成については、図５に示すスコット結線変圧器１０と同様である。
【００１８】
すなわち、Ｔ座一次コイル１３及びＴ座二次コイル１５は、導線を鉄心１１に巻回して同心円状に構成されている。また、スコット結線変圧器２０は、複数の一次コイル１２、１３のうち、一の一次コイルである主座一次コイル１２の途中部分、つまりＵ側主座一次コイル１２１とＷ側主座一次コイル１２２との中点Ｎに、他の一次コイルであるＴ座一次コイル１３をＴ字状に交叉接続して構成されている。Ｕ側主座一次コイル１２１とＷ側主座一次コイル１２２は、導線を鉄心１１に巻回して構成されている。Ｕ側主座一次コイル１２１とＷ側主座一次コイル１２２とは、コイルの軸方向へ向かって並べて配置されている。
【００１９】
主座二次コイル３０は、主座一次コイル１２と対向して設けられ、主座一次コイル１２間において相互誘導を生じる。主座二次コイル３０は、Ｕ側主座一次コイル１２１及びＷ側主座一次コイル１２２で構成された主座一次コイル１２と同心円状に配置されている。主座二次コイル３０は、図３及び図４にも示すように、導電性を有する１枚のシート状の導体、例えばアルミや銅など金属製の１枚の薄板３１を鉄心１１に巻き付けて構成されている。
【００２０】
図２に示すように、主座二次コイル３０の軸方向の寸法Ｈつまり主座二次コイル３０の幅Ｈは、主座一次コイル１２の軸方向の寸法Ｌ、すなわちＵ側主座一次コイル１２１の軸方向の寸法Ｌ１と、Ｗ側主座一次コイル１２２の軸方向の寸法Ｌ２との合計以上に設定されている。本実施形態では、主座二次コイル３０の幅Ｈは、主座一次コイル１２の軸方向の寸法Ｌに略等しい。図３及び図４に示すように、主座二次コイル３０は、その両端部に、口出し線３２、３３を有している。口出し線３２、３３は、例えばアルミや銅など金属製の棒であって、薄板３１に溶接等により接続されている。口出し線３２、３３の端部は、端子１ｕ、１ｖとして機能し、第一単相負荷９１が接続される。
【００２１】
次に、図１に示すように、Ｔ座二次コイル１５の端子２ｕ、２ｖにのみ第二単相負荷９２を接続し、主座二次コイル３０の端子１ｕ、１ｖには第一単相負荷９１を接続していない状態におけるスコット結線変圧器２０の電流の様子について説明する。この場合、Ｔ座一次コイル１３を流れる電流ｉ１ｔは、Ｕ側主座一次コイル１２１を流れる電流ｉ１ｔ１とＷ側主座一次コイル１２２を流れる電流ｉ１ｔ２とに分流する。すると、図２に示すように、主座二次コイル３０のＵ側主座一次コイル１２１と対向する部分には、Ｕ側主座一次コイル１２１を流れる電流ｉ１ｔ１のアンペアターンを打ち消す方向へ向かう電流ｉ２ｔ１が流れる。また、主座二次コイル３０のＷ側主座一次コイル１２２と対向する部分には、Ｗ座主座一次コイル１２２を流れる電流ｉ１ｔ２のアンペアターンを打ち消す方向へ向かう電流ｉ２ｔ２が流れる。
【００２２】
この主座二次コイル３０を流れる電流ｉ２ｔ１、ｉ２ｔ２は、図４に示すように、主座二次コイル３０中を環流し、Ｕ側主座一次コイル１２１を流れる電流ｉ１ｔ１及びＷ側主座一次コイル１２２を流れる電流ｉ１ｔ２のアンペアターンを打ち消す。これにより、主座一次コイル１２について、Ｕ側主座一次コイル１２１とＷ側主座一次コイル１２２との間の磁気的結合を向上させ、これら主座一次コイル１２１、１２２間の漏れインピーダンスを低減することが出来る。
【００２３】
この構成によれば、主座二次コイル３０は、１枚の薄板３１を鉄心１１に巻き付けて構成している。そのため、主座二次コイル３０は、カップリングコイルを構成するために、従来構成の主座二次コイル１４１、１４２のように複数に分割して並列に接続する必要が無い。したがって、手間や時間を増大させること無くカップリングコイルを構成することができ、生産性の低下が防がれる。
【００２４】
また、主座二次コイル３０はシート状の薄板３１で構成されているため、多数の導線を巻回する必要がない。そのため、本実施形態による主座二次コイル３０は、多数の導線を巻回するものに比べて、コイルの断面に対する導体の割合を密にすることが出来る。つまり、本実施形態によれば、カップリングコイルの構造を採用したとしても、主座二次コイル３０の全断面積に対する導体の占積率の低下を回避することが出来き、主座二次コイル３０の大型化を避けることが出来る。
【００２５】
また、本実施形態の場合、主座二次コイル３０の幅Ｈは、主座一次コイル１２の軸方向の寸法Ｌと同程度に設定されている。これによれば、主座二次コイル３０は、主座一次コイル１２の全体に対向することができるため、主座二次コイル３０中を環流する電流ｉ２ｔ１、ｉ２ｔ２によって、Ｕ側主座一次コイル１２１を流れる電流ｉ１ｔ１及びＷ側主座一次コイル１２２を流れる電流ｉ１ｔ２のアンペアターンを打ち消すことが出来る。その結果、Ｕ側主座一次コイル１２１とＷ側主座一次コイル１２２との間の磁気的結合をさらに向上させ、これら主座一次コイル１２１、１２２間の漏れインピーダンスをより効率良く低減することが出来る。
【００２６】
主座二次コイル３０は、導体となる薄板３１の巻始め及び巻終わりとなる両端部それぞれに口出し線３２、３３を有している。これによれば、主座二次コイル３０の導体として薄板３１を用いた場合であっても、端子１ｕ、１ｖを容易に設けることが出来る。
【００２７】
なお、主座二次コイル３０は、多数本の導線を編み込んで布状とし、これにより全体として一つの導体を構成したものとしても良い。
また、上記実施形態によるカップリングコイルの構造の適用は、スコット結線変圧器に限られず、離れた位置にある複数のコイル間の磁気結合を向上させるカップリング巻線構造及びそれを用いた変圧器全般に適用することができる。
【００２８】
以上、実施形態のカップリングコイルの構造は、導線を巻回して形成された複数の一次コイルと、前記複数の一次コイルと相互誘導を生じるように設けられた複数の二次コイルと、を備え、前記複数の一次コイルのうち、一の一次コイルの途中部分に他の一次コイルを交叉接続したものにおいて、前記複数の二次コイルのうち前記一の一次コイルと相互誘導する二次コイルを、前記一次コイルの軸方向の寸法以上の幅を有する一つの導体によってカップリングコイルに構成した。
【００２９】
これによれば、一の一次コイルに対応する二次コイルは、当該一の一次コイルの軸方向の寸法以上の幅を有する一つの導体によってカップリングコイルに構成されている。そのため、一の一次コイルに対応する二次コイルは、カップリングコイルを構成するために、コイルを複数に分割して並列に接続する必要が無い。したがって、手間や時間を増大させること無くカップリングコイルを構成することができ、その結果、生産性の低下が防がれる。さらに、カップリングコイルに構成された二次コイルは、一つの導体によって構成されているため、多数の導線を巻回して二次コイルを構成する必要がない。そのため、導体の占積率の抑制が図られ、その結果、二次コイルの大型化が防がれる。
【００３０】
本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変更は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
図面中、１２は主座一次コイル（一次コイル、一の一次コイル）、１３はＴ座一次コイル（一次コイル、他の一次コイル）、１５はＴ座二次コイル（二次コイル）、２０はスコット結線変圧器（変圧器）、３０は主座二次コイル（二次コイル、カップリングコイル）、３１は薄板（シート状の導体）、３２、３３は口出し線を示す。
【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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