(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、
低電圧側の一次巻線と高電圧側の二次巻線とを前記コアの中央磁脚に沿って配置するボビンと、
前記コアの中央磁脚と前記ボビンの二次巻線に対応する面との間にエアギャップを設けるように、前記ボビンの一次巻線側端部で前記ボビンを支持するボビン支持部と、
を備えたことを特徴とする変圧器。
【請求項２】
請求項１に記載の変圧器において、
前記ボビン支持部は、前記コアの中央磁脚の基部と前記ボビンの中央孔に嵌合する
ことを特徴とする変圧器。
【請求項３】
請求項２に記載の変圧器において、
前記ボビン支持部は、孔の周方向に設けられた複数の突起により前記コアの中央磁脚の基部に嵌合する
ことを特徴とする変圧器。
【請求項４】
請求項１に記載の変圧器において、
前記ボビン支持部は、前記コアの外側磁脚の内面基部と前記ボビンの一次巻線側フランジ外周に嵌合する
ことを特徴とする変圧器。
【請求項５】
請求項４に記載の変圧器において、
前記ボビン支持部は、外周の周方向に設けられた複数の突起により前記コアの外側磁脚の内面基部に嵌合する
ことを特徴とする変圧器。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の変圧器において、
前記ボビン支持部は、前記コアの底部磁脚と前記ボビンとの距離を規定する
ことを特徴とする変圧器。
【請求項７】
請求項１に記載の変圧器において、
前記ボビンの前記二次巻線が回巻される部分の中央孔の直径は、前記一次巻線が回巻される部分の中央孔の直径より大きい
ことを特徴とする変圧器。
【請求項８】
請求項７に記載の変圧器において、
前記ボビンの前記二次巻線が回巻される部分と、前記一次巻線が回巻される部分とは、分割されている
ことを特徴とする変圧器。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の変圧器において、
前記コアの中央磁脚は、重力方向に配置され、
前記一次巻線が重力方向の下方に、前記二次巻線が重力方向の上方に配置される
ことを特徴とする変圧器。
【請求項１０】
請求項１に記載の変圧器において、
さらに、前記コアの二次巻線側外側磁脚の内面基部と前記ボビンの二次巻線側フランジ外周に嵌合する二次巻線側のボビン支持部を備える
ことを特徴とする変圧器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の変圧器において、
前記ボビンの一次巻線側端部のボビン支持部と、前記二次巻線側のボビン支持部とにより、前記コアの底部磁脚と前記ボビンとの距離を規定する
ことを特徴とする変圧器。
【請求項１２】
コアと、
前記コアの中央磁脚に沿って高電圧側の二次巻線が回巻される第二ボビンと、
前記第二ボビンに積層嵌合するボビン支持部と、
前記ボビン支持部に積層嵌合し、前記コアの中央磁脚に沿って低電圧側の一次巻線が回巻される第一ボビンと、を備え、
前記ボビン支持部は、前記コアの中央磁脚と前記第二ボビンの二次巻線に対応する面との間にエアギャップを設けるように、前記ボビン支持部の孔の周方向に設けられた複数の突起により前記コアの中央磁脚に嵌合する 
ことを特徴とする変圧器。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の変圧器と一次側回路と二次側回路を有する電力変換部を複数備え、
複数の前記電力変換部の入力を多並列接続し、出力を多直列接続する
ことを特徴とする電力変換器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電力変換器において、
出力電位が最大の電力変換部の出力を短絡または開放するバイパススイッチと、
前記出力電位が最大の電力変換部の一次側回路の電流を監視して変圧器の絶縁破壊の有無を検出し、絶縁破壊を検出した際に、前記バイパススイッチを短絡状態にするとともに、前記バイパススイッチ接続された電力変換部以外の電力変換部の一次側回路を制御して電力変換部の出力電圧を増加する制御部と、
を備えたことを特徴とする電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器および当該変圧器を使った電力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、系統連系等に用いられる変圧器として、ソリッドステートトランス（以下、ＳＳＴという）の適用が検討されている。このＳＳＴは、数ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波で駆動される高周波トランスであり、このＳＳＴと、高周波トランスを駆動するコンバータと、コンバータの出力電圧を電源とし系統の周波数と同じ数十Ｈｚの交流電圧に変換するインバータから構成することで、従来の変圧器を代替するものである。
ＳＳＴの構成によれば、変圧器にコンバータやインバータなどの電力変換器を追加することになるが、変圧器を数ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波で駆動することにより、従来の変圧器と比較して大幅な小型・軽量化を実現できる。【０００３】
ところで、系統連系に用いられる変圧器の二次巻線はグランドに対して高電圧が重畳される。一般に、冷却や構造の観点から変圧器の磁性体コア（以下、コア）はグランドもしくは低圧側と同電位となるように実装される。そのため、高電圧が重畳される二次巻線と、グランドまたは低電圧の電位となるコアとの間の絶縁耐圧を確保する必要がある。【０００４】
この絶縁耐圧を確保する方法として、巻線が実装されるボビンとコアとの間にエアギャップを設け、ボビンの材料特性や、ボビンの厚み、エアギャップの距離によって決まる静電容量の比を調整することで局所的な電界集中を緩和する方法がある。
しかし、ボビンとコア間のエアギャップに偏りが生じた場合、すなわちボビンとコア間のエアギャップが局所的に小さくなった場合には、巻線とコア間の一部に電界集中が発生し絶縁性能が低下する問題がある。【０００５】
特許文献１には、巻線が実装されたボビンと、ボビンの中心孔部に備えられた磁性体コアとの間に空間を設け、この空間に絶縁材を挿入した構造が開示されている。特許文献１の開示技術によれば、ボビンと磁性体コア間のエアギャップを均等化することが可能となる。また、また、ボビンにクラックなどが生じた場合においても絶縁材により、巻線と磁性体コア間での絶縁破壊を防止することが可能となる。これにより、巻線と磁性体コアとの間の絶縁耐圧を確保しながら変圧器の小型化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−０３３８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、巻線が実装されたボビンの中心孔部とコアとの間に絶縁材を挿入しており、絶縁材には経年劣化などによるボイドの発生が懸念される。絶縁材にボイドが発生した場合では、ボイドに電界集中が発生することが原因で変圧器の絶縁性能が低下する問題がある。また、絶縁材を使用するため変圧器のコスト増加となる。【０００８】
本発明の目的は、経年劣化が少なく、安定した絶縁性能をもつ変圧器および電力変換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明の変圧器は、コアと、低電圧側の一次巻線と高電圧側の二次巻線とを前記コアの中央磁脚に沿って配置するボビンと、前記コアの中央磁脚と前記ボビンの二次巻線に対応する面との間にエアギャップを設けるように、前記ボビンの一次巻線側端部で前記ボビンを支持するボビン支持部と、を備えるようにした。【００１０】
また、本発明の電力変換器は、本発明の変圧器と一次側回路と二次側回路を有する電力変換部を複数備え、複数の前記電力変換部の入力を多並列接続し、出力を多直列接続するようにした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の変圧器あるいは当該変圧器を使った電力変換器によれば、ボビンとコア間のエアギャップを均等化でき、絶縁性の経年変化がないため、絶縁性能の高信頼化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の変圧器の中央磁脚方向の断面図である。
【図２】実施例１のボビン支持部の変形例を示す断面図である。
【図３】実施例１の変圧器の中央磁脚方向の分解構成図である。
【図４】実施例１の変圧器の中央磁脚方向の平面図である。
【図５】実施例１の変圧器を適用した電力変換器の回路構成の一例を示す図である。
【図６】実施例２の変圧器の中央磁脚方向の断面図である。
【図７】実施例２の変圧器の中央磁脚方向の分解構成図である。
【図８】実施例３の変圧器５の中央磁脚方向の断面図である。
【図９】実施例３のボビン支持部の変形例を示す断面図である。
【図１０】実施例３の変圧器の中央磁脚方向の分解構成図である。
【図１１】実施例４の変圧器の中央磁脚方向の断面図である。
【図１２】実施例４の変圧器の中央磁脚方向の分解構成図である
【図１３】電力変換器の回路構成の他例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態の変圧器および電力変換器について、詳細に説明する。
実施形態の変圧器は、磁性体コア（以下、コアと記す）が接地または低電圧側と同電位となるように実装され、低電圧側の一次巻線と高電圧側の二次巻線とが中央磁脚に沿って配置される変圧器において、高電圧側の二次巻線とコアとの間のエアギャップが設けられるように、一次巻線と二次巻線とが回巻されるボビンの一次巻線側の端部にボビン支持部を設ける構造とする。
これにより、高電圧側の二次巻線とコアとの間の絶縁耐圧のばらつきや、絶縁耐圧の経年変化を低減して、変圧器の高信頼化を行う。
【００１４】
また、実施形態の変圧器の一次巻線を多並列接続し、二次巻線を多直列接続する構成の電力変換装置においては、複数の変圧器の二次巻線側では高電圧が重畳されるため、最も出力電圧が高い変圧器において、二次巻線とコアとの間で絶縁破壊が生じる可能性がある。このような電力変換器に実施形態の変圧器を適用することにより、絶縁耐圧のばらつきや経年変化を低減できるので、絶縁破壊が発生する変圧器が特定され、設備の維持管理が容易になる。
【００１５】
以下に、ボビン支持構造を詳細に説明する。
《実施例１》
実施例１の変圧器５の中央磁脚方向の断面図を図１に示す。
図１では、紙面の上下方向（Ｚ軸方向）を重力方向とし、紙面の左右方向（Ｘ軸方向）と紙面の鉛直方向（図示していないＹ軸方向）を重力方向に垂直な水平面とする。
【００１６】
実施例１の変圧器５は、コアＴ１ａとコアＴ１ｂに、ボビン５１を介して、単線またはリッツ線から成る一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２とが回巻された構造となっている。一次巻線Ｎ１には低電圧側の一次側回路４（図５参照）が接続され、二次巻線Ｎ２には二次側回路６（図５参照）が接続されて、一次側回路４から二次側回路６に電力を伝達する。
【００１７】
コアＴ１ａとコアＴ１ｂは、ＰＱコアやＥ型やＵＵコアなどを用いて構成され、２つの開口部を有している。図１のコアＴ１ａとコアＴ１ｂの中央磁脚には、コアギャップが図示されているが、コアの特性を示すＡＬ値を調整してコアのインダクタンスを決めるコアギャップであり、本発明とは直接関係はない。
【００１８】
ボビン５１は、軸方向に一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２をそれぞれ分割して実装する領域を有したセクション巻構成としている。
巻線カバー５４は、二次巻線Ｎ２を覆うように構成され、二次巻線Ｎ２とコアＴ１ａ、Ｔ１ｂの外側磁脚との間の絶縁距離を確保している。
【００１９】
ボビン支持部５２は、コアＴ１ｂの中央磁脚の基部において、一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２とが回巻されたボビン５１の中央孔に嵌合するとともに、ボビン支持部５２の孔がコアＴ１ｂの中央磁脚が嵌合して、ボビン５１とコアＴ１ａの中央磁脚とが一定のエアギャップｇａｐを確保するように支持している。
また、ボビン支持部５２は、ボビン５１とコアＴ１ｂの底部磁脚との距離と、ボビン５１とコアＴ１ａの底部磁脚との距離とを規定する。
【００２０】
ボビン５１、ボビン支持部５２は、例えば、ポリエチレンフタレートやポリブチレンフタレート（ＰＢＴ樹脂）などの絶縁材で構成される。図１の変圧器５では、ボビン５１とボビン支持部５２を分割した構成としているが、一体成型してもよい。
また、ボビン支持部５２を、二次巻線Ｎ２とコアＴ１ａの中央磁脚との間のエアギャップｇａｐを確保するスペーサと、ボビン５１とコアＴ１ｂの底部磁脚との距離を規定するベースとに分割して成形し、接着するようにしてもよい。
【００２１】
図２は、実施例１のボビン支持部５２の変形例を示す断面図である。
図２では、ボビン支持部５２が、コアＴ１ｂの外側磁脚の基部内面において嵌合するとともに、ボビン５１の一次巻線Ｎ１側のフランジ外周に嵌合して、ボビン５１とコアＴ１ａの中央磁脚とが一定のエアギャップｇａｐを確保するように支持している。
また、ボビン支持部５２は、ボビン５１とコアＴ１ｂの底部磁脚と、ボビン５１とコアＴ１aの底部磁脚との距離を規定する。
【００２２】
図３は、図１に示した変圧器５の中央磁脚方向の分解構成図である。
コアＴ１ｂの中央磁脚にボビン支持部５２が嵌合し、このボビン支持部５２に一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２とが回巻されたボビン５１が嵌合する積層構造となっている。
コアＴ１ａは、コアＴ１ｂに重架される。
【００２３】
また、図１や図３に示した変圧器５では、一次巻線Ｎ１を重力方向の下側、二次巻線Ｎ２を上側に実装した構成としているが、二次巻線Ｎ２を重力方向の下側、一次巻線Ｎ１を上側に実装した構成としてもよい。
この際、二次巻線Ｎ２を重力方向の下側に、一次巻線Ｎ１を上側に回巻したボビン５１を配置し、ボビン支持部５２により、コアＴ１ａに懸架する構造にするとなおよい。
【００２４】
図４は、コアＴ１ａとコアＴ１ｂの接合面から、コアＴ１ｂの中央磁脚方向を視た平面図である。
ボビン支持部５２には、中央磁脚に当接する突起が、孔の周方向に４つ設けられている。突起の数は、この数に限るものではないが、突起は、絶縁耐圧低下の要因となるため、出来うる限り少ないほうがよい。
【００２５】
実施例１の変圧器５では、２つの巻線を上下に分割して実装し、巻線が実装されるボビンの端部とコアの底部磁脚との間にボビン支持部を備えた構成とすることにより、高電圧が重畳される巻線とスペーサとの空間及び沿面距離を確保することが可能となる。
さらに、ボビンの中心孔部とコアの中央磁脚の中心軸のずれを低減できるため、ボビンの中心孔部の壁面とコアの中央磁脚との間のエアギャップを均一に保つことが可能となる。
これにより、変圧器の絶縁性能の向上と、絶縁性能のバラつき低減による信頼性の向上が期待できる。
【００２６】
また、ボビン支持部を設けることにより、コアの底部磁脚とボビン間のエアギャップを確保することができ、ボビンの下側に実装された巻線とコア間の空間および沿面距離を確保することができる。これにより、ボビンの下側に実装された巻線とコア間の絶縁性能を確保することができる。
【００２７】
上記の変圧器５では、ボビン支持部５２によりボビン５１を低電圧巻線側で支持することにより、高電圧側巻線とコアの中央磁脚のエアギャップを形成するようにしているが、この際のエアギャップは、空気により形成されるだけでなく、ＳＦ６ガス(六フッ化硫黄ガス)等の絶縁ガスであってもよい。
【００２８】
図５は、実施例１の変圧器５を適用した電力変換器の回路構成の一例を示す図である。
図５の電力変換器は、一次側回路４と変圧器５と二次側回路６から成る電力変換部２を多並列・多直列接続することで高圧・大電力用途へ適用することを可能としている。より詳細には、複数の電力変換部２の一次側が多並列接続され、二次側が多直列続された構成となっている。
【００２９】
低電圧側の一次側回路４は、電源１に多並列接続し、数ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波で駆動さる高周波トランスである変圧器５を駆動するインバータである。高電圧側の二次側回路６は、コンバータとインバータとから構成され、変圧器５の出力を系統の交流周波数に変換する。二次側回路６は、多直列接続され、例えば、６ｋｖ配電系統３に給電する。
【００３０】
一般的に、冷却や構造の観点から変圧器５の磁性体コア（以下、コア）はグランドまたは低電圧側と同電位となるように実装される。このため、図５の回路構成では、二次側の電位が高い電力変換部２ほど、変圧器５の二次巻線Ｎ２とコアの間の電位差が大きくなり、絶縁耐圧を確保する必要がる。なお、コアを絶縁材などで支持することにより、一次巻線と二次巻線の中間電位となるように実装した場合においても本発明を用いることで、巻線とコア間の安定した絶縁耐圧を確保することができることは明白である。
【００３１】
実施例１の変圧器５では、ボビン支持部５２によりエアギャップを確保しているので、絶縁耐圧の経年劣化がなく、安定した絶縁耐圧を確保することができる。
【００３２】
《実施例２》
次に、図６と図７により、ボビン支持構造の他の実施例を説明する。
実施例２の変圧器５は、一次巻線Ｎ１や二次巻線Ｎ２が回巻されるボビンを分割構成とする例である。
【００３３】
図６は、実施例２の変圧器５の中央磁脚方向の断面図である。
図６では、紙面の上下方向（Ｚ軸方向）を重力方向とし、紙面の左右方向（Ｘ軸方向）と紙面の鉛直方向（図示していないＹ軸方向）を重力方向に垂直な水平面とする。
【００３４】
実施例２の変圧器５は、ボビン５１ｂに回巻された一次巻線Ｎ１が低電圧側の一次側回路４（図５参照）が接続され、ボビン５１ａに回巻された二次巻線Ｎ２が二次側回路６（図５参照）に接続されて、一次側回路４から二次側回路６に電力を伝達する。
また、実施例２の変圧器５は、実施例１の変圧器５と同様に、コアＴ１ａ、コアＴ１ｂ、巻線カバー５４、ボビン支持部５２から構成される。
【００３５】
一次巻線Ｎ１が回巻されたボビン５１ｂはボビン支持部５２に嵌合し、二次巻線Ｎ２が回巻されたボビン５１ａはボビン５１ｂに嵌合して、ボビン５１ａとボビン５１ｂとボビン支持部５２が固定されている。
そして、ボビン支持部５２の孔がコアＴ１ｂの中央磁脚の基部に嵌合して、ボビン５１ａとコアＴ１ａの中央磁脚とが一定のエアギャップｇａｐを確保するように支持している。詳細には、ボビン支持部５２は、実施例１と同様に、ボビン支持部５２の突起がコアＴ１ｂの中央磁脚の基部に当接している。
【００３６】
ボビン５１ａの中心孔は、ボビン５１ｂの中心孔より直径を大きくして、二次巻線Ｎ２とコアＴ１ａの中央磁脚とのエアギャップｇａｐを拡大している。
これにより、高電圧が重畳される二次巻線Ｎ２が実装されるボビン５１ａと、コアＴ１ａの中心磁脚との間の電界集中を緩和することができるため変圧器５の絶縁性能を向上させることが可能となる。
【００３７】
ボビン支持部５２は、中心側と外周側に突起を設け、断面をＵ型とする。これにより、ボビン５１ｂとコアＴ１ｂの底部磁脚との間のエアギャップと、ボビン５１ａとコアＴ１ａの底部磁脚との間のエアギャップとを確保しながらボビン５１ａとボビン５１ｂの安定性を向上させることが可能となる。
【００３８】
図７は、図６に示した変圧器５の中央磁脚方向の分解構成図である。
コアＴ１ｂの中央磁脚にボビン支持部５２が嵌合し、このボビン支持部５２に一次巻線Ｎ１が回巻されたボビン５１ｂが嵌合し、ボビン５１ｂに二次巻線Ｎ２が回巻されたボビン５１ａが嵌合する積層構造となっている。
コアＴ１ａは、コアＴ１ｂに重架される。
【００３９】
図６と図７に示した変圧器５では、一次巻線Ｎ１を重力方向の下側、二次巻線Ｎ２を上側に実装した構成としているが、二次巻線Ｎ２を重力方向の下側、一次巻線Ｎ１を上側に実装した構成としてもよい。
この場合には、ボビン支持部５２により、コアＴ１ａに懸架する構造にする
【００４０】
実施例２の変圧器５では、一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２が実装されるボビンをそれぞれ分割して形成した構成とすることで、一次巻線Ｎ１とコアＴ１ｂの中央磁脚とのエアギャップと、二次巻線Ｎ２とコアＴ１ａの中央磁脚とのエアギャップを変えることができるので、実施例２の変圧器５を多直列接続した際に、変圧器５の二次巻線Ｎ２とコア間の電位差に応じて、エアギャップを調整することができる。
【００４１】
《実施例３》
実施例１や実施例２の変圧器５では、コアＴ１ａとコアＴ１ｂの中央磁脚が重力方向に配置される構成について説明したが、つぎに、変圧器５のコアＴ１ａとコアＴ１ｂの中央磁脚が重力方向に直角に方向、つまり、水平方向に配置される場合の、ボビン支持構造を説明する。
【００４２】
図８は、実施例３の変圧器５の中央磁脚方向の断面図である。
図８では、紙面の上下方向（Ｙ軸方向）と左右方向（Ｘ軸方向）を重力方向に垂直な方向とし、紙面の鉛直方向（図示していないＺ軸方向）を重力方向とする。
【００４３】
実施例１や実施例２では、コアＴ１ａとコアＴ１ｂの中央磁脚が重力方向に配置される構成となっているため、ボビン支持部５２をコアＴ１ａまたはコアＴ１ｂの一方に設けて、ボビンと巻線の重量により、ボビンとコアの底部磁脚との距離を規定するようにしていた。
実施例３では、コアＴ１ａとコアＴ１ｂのそれぞれにボビン支持部（５２ａ、５２ｂ）を設けて、ボビンとコアの底部磁脚との距離を規定する。
【００４４】
図８に示す実施例３の変圧器５は、コアＴ１ａとコアＴ１ｂに、ボビン５１を介して、一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２とが回巻された構造となっている。一次巻線Ｎ１には低電圧側の一次側回路４が接続され、二次巻線Ｎ２には二次側回路６が接続されて、一次側回路４から二次側回路６に電力を伝達する。
【００４５】
ボビン５１は、中央磁脚方向に一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２をそれぞれ分割して実装する領域を有したセクション巻構成としている。
巻線カバー５４は、二次巻線Ｎ２を覆うように構成され、二次巻線Ｎ２とコアＴ１ａの外側磁脚との間の絶縁距離を確保している。
【００４６】
ボビン支持部５２ｂには、一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２とが回巻されたボビン５１が嵌合している。
そして、ボビン支持部５２ｂの孔がコアＴ１ｂの中央磁脚の基部に嵌合して、ボビン５１とコアＴ１ａの中央磁脚とが一定のエアギャップｇａｐを確保するように支持している。詳細には、ボビン支持部５２ｂは、実施例２と同様に、ボビン支持部５２ｂの突起がコアＴ１ｂの中央磁脚の基部に当接している。
【００４７】
ボビン支持部５２ｂは、中心側と外周側に突起を設け、断面をＵ型とする。これにより、ボビン５１とコアＴ１ｂの底部磁脚との間のエアギャップを確保しながらボビン５１の安定性を向上させることが可能となる。
また、ボビン支持部５２ｂの外周部の突起は、コアＴ１ｂの外側磁脚の内面に嵌合している。
【００４８】
実施例３の変圧器５では、さらに、ボビン支持部５２ａが、ボビン５１の二次巻線Ｎ２側のフランジ外周に設けられ、ボビン５１とコアＴ１ａの底部磁脚との距離を規定している。
これにより、コアＴ１ａとコアＴ１ｂとの間で、ボビン５１の位置が固定される。
また、ボビン支持部５２ａをボビン５１の二次巻線Ｎ２側のフランジ外周に設けているので、ボビン支持部５２ａが、コアＴ１ａの中央磁脚と二次巻線Ｎ２との間の絶縁耐圧低下の要因とならない。
【００４９】
図９は、実施例３のボビン支持部５２ｂの変形例を示す断面図である。
図９のボビン支持部５２ｂは、コアＴ１ｂの中央磁脚の基部において、一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２とが回巻されたボビン５１の中央孔に嵌合するとともに、ボビン支持部５２ｂの孔がコアＴ１ｂの中央磁脚が嵌合して、ボビン５１とコアＴ１ａの中央磁脚とが一定のエアギャップｇａｐを確保するように支持している。
また、ボビン支持部５２ｂは、ボビン５１とコアＴ１ｂの底部磁脚との距離を規定する。
【００５０】
図１０は、図８に示した変圧器５の中央磁脚方向の分解構成図である。
コアＴ１ｂの中央磁脚にボビン支持部５２ｂが嵌合し、このボビン支持部５２ｂに一次巻線Ｎ１と二次巻線Ｎ２とが回巻されたボビン５１が嵌合し、ボビン５１にボビン支持部５２ａを嵌合する積層構造となっている。
コアＴ１ａは、コアＴ１ｂに重架される。
【００５１】
図１０に示したように、実施例３の変圧器５も積層構造となっている。このため、コアＴ１ｂの中央磁脚を重力方向に設置して、組み立て後に変圧器５を横倒すると、組み立てを容易に行うことができる。
【００５２】
このように、本実施例３では、一次巻線と二次巻線が実装されたボビンの両端部にボビン支持部をそれぞれ備え、ボビン支持部の中心孔部と外周面にスペーサを有した構成とすることにより、ボビンの安定性を向上することができる。
また、ボビン中心孔部とコアの中央磁脚の軸ずれを低減することができるため、ボビン中心孔部の壁面とコアの中央磁脚間のエアギャップの均等化が可能となり、巻線とコア間の絶縁性能の高信頼化を図ることができる。
【００５３】
実施例３では、変圧器５の中央磁脚が水平方向に設置される場合の、ボビン支持構造を説明したが、中央磁脚が重力方向になるように変圧器５を設置する場合に適用してもよい。
【００５４】
《実施例４》
次に、図１１と図１２により、ボビン支持構造と他の実施例を説明する。
実施例２でボビンを分割構成する場合について説明したが、ボビンを分割構成とすることにより、二次巻線Ｎ２とコアＴ１ａの中央磁脚とのエアギャップｇａｐを拡大することができる。これによりボビン支持部５２による絶縁耐圧の低下が少なくなるので、ボビン支持部５２の設置位置を変えることができる。
実施例４では、ボビン支持部５２をボビン中央部に設ける場合について説明する。
【００５５】
図１１は、実施例４の変圧器５の中央磁脚方向の断面図である。
図１１では、紙面の上下方向（Ｚ軸方向）を重力方向とし、紙面の左右方向（Ｘ軸方向）と紙面の鉛直方向（図示していないＹ軸方向）を重力方向に垂直な水平面とする。
【００５６】
実施例４の変圧器５は、ボビン５１ｂに回巻された一次巻線Ｎ１が低電圧側の一次側回路４（図５参照）が接続され、ボビン５１ａに回巻された二次巻線Ｎ２が二次側回路６（図５参照）に接続されて、一次側回路４から二次側回路６に電力を伝達する。
また、実施例４の変圧器５は、コアＴ１ａ、コアＴ１ｂ、巻線カバー（５４ａ、５４ｂ）、ボビン支持部５２から構成される。
【００５７】
一次巻線Ｎ１が回巻されたボビン５１ｂの底部には、中心部と外周部に突起が設けられ、ボビン５１ｂとコアＴ１ｂの底部磁脚との間の距離と、ボビン５１ａとコアＴ１ａの底部磁脚との間の距離を確保している。そして、中心部と外周部に突起を設けることにより、ボビン５１ｂの設置安定性を向上している。
【００５８】
ボビン５１ｂには、円板状のボビン支持部５２が積層嵌合する。
このボビン支持部５２にボビン５１ａが嵌合して、ボビン５１ａとボビン５１ｂが固定されている。
このとき、ボビン支持部５２の中心孔に設けられた突起が、コアＴ１ｂの中央磁脚に当接して、ボビン５１ａとコアＴ１ａの中央磁脚とが一定のエアギャップｇａｐを確保するように設置される。
【００５９】
ボビン５１ａの中心孔は、ボビン５１ｂの中心孔より直径を大きくして、二次巻線Ｎ２とコアＴ１ａの中央磁脚とのエアギャップｇａｐを拡大している。
これにより、高電圧が重畳される二次巻線Ｎ２が実装されるボビン５１ａと、コアＴ１ａの中心磁脚との間の電界集中を緩和することができるため変圧器５の絶縁性能を向上させることが可能となる。
【００６０】
巻線カバー５４ａは、二次巻線Ｎ２を覆うように構成され、二次巻線Ｎ２とコアＴ１ａの外側磁脚との間の絶縁距離を確保している。
巻線カバー５４ｂは、一次巻線Ｎ１を覆うように構成され、一次巻線Ｎ１とコアＴ１ｂの外側磁脚との間の絶縁距離を確保している。
【００６１】
図１２は、図１１に示した変圧器５の中央磁脚方向の分解構成図である。
コアＴ１ｂの中央磁脚に一次巻線Ｎ１が回巻されたボビン５１ｂが挿入される。
そして、ボビン５１ｂに円板状のボビン支持部５２が積層嵌合するとともに、ボビン支持部５２の中心孔に設けられた突起が、コアＴ１ｂの中央磁脚に当接して、ボビン５１ｂが設置位置に固定される。
【００６２】
さらに、ボビン支持部５２に二次巻線Ｎ２が回巻されたボビン５１ａが嵌合し、ボビン５１ａとボビン支持部５２とボビン５１ｂが固定される。
コアＴ１ａは、コアＴ１ｂに重架される。
【００６３】
実施例４の変圧器５では、一次巻線Ｎ１が実装されたボビン５１ｂと二次巻線Ｎ２が実装されたボビン５１ａを分割して形成した構成とし、分割したボビンの間にボビン支持部５２を配置した構成としている。これにより、ボビン中心孔部とコアの中央磁脚の中心軸のずれに対する安定性を向上することができるため、ボビン中心孔部の壁面とコアの中央磁脚との間のエアギャップの均一化を図ることが可能となり、絶縁性能の向上と高信頼化が期待できる。
【００６４】
なお、実施例４では、ボビン５１ｂと、ボビン支持部５２と、ボビン５１ａを分割して形成しているが、これらを一体成形した構成としてもよい。
【００６５】
次に、図１３により、実施形態の変圧器５を適用した電力変換器の回路構成の他例を説明する。
図１３の電力変換器は、一次側回路４と変圧器５とコンバータ６１とインバータ６２（図５の二次側回路）とから成る電力変換部２を多並列・多直接続することで高圧・大電力用途へ適用することを可能としている。より詳細には、複数の電力変換部２の一次側が多並列接続され、二次側が多直列続された構成となっている。
さらに、電力変換器は、バイパススイッチ７と制御部８を備え、変圧器５で絶縁破壊が発生した電力変換部２を切り離して、残りの電力変換部２による縮退運転を行うようにした。
【００６６】
低電圧側の一次側回路４は、電源１に多並列接続し、数ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波で駆動さる高周波トランスである変圧器５を駆動するインバータである。変圧器５の出力は、コンバータ６１に入力され、インバータ６２により系統の交流周波数に変換する。
電力変換部２は多直列接続されて、例えば、６ｋｖ配電系統３に給電する。
【００６７】
バイパススイッチ７は、インバータ６２の出力を短絡または開放するスイッチである。電力変換部２は多直列続されているので、通常状態では、バイパススイッチ７は、開放状態となっている。変圧器５で絶縁破壊が発生すると、制御部８によりバイパススイッチ７を短絡状態にして、当該変圧器５を含む電力変換部２を多直列接続から切り離す。
【００６８】
制御部８は、一次側回路４の動作電流を監視して、変圧器５で発生した絶縁破壊を検出する。制御部８は、変圧器５の絶縁破壊を検出すると、バイパススイッチ７を短絡状態にして、当該変圧器５を含む電力変換部２を多直列接続から切り離す。
この際、制御部８は、絶縁破壊を検出した電力変換部２以外の電力変換部２の一次側回路４のインバータ駆動条件を制御して、多直列接続から切り離した電力変換部２の出力電圧が補填されるようにインバータ６２の出力電圧を大きくする。
【００６９】
上記のようにして、制御部８により電力変換器の縮退運転を行うことにより、変圧器５で絶縁破壊が発生する前と同じ出力電圧で、電力変換器の運転を継続できる。
【００７０】
図１３の電力変換部２を多直・多並列接続した電力変換器では、最も電位が高い電力変換部２の変圧器５で絶縁破壊が発生する可能性が高いが、実施形態の変圧器５を適用することにより、変圧器５の絶縁性能の経年劣化が少なくなるので、バイパススイッチ７を設ける電力変換部２を限定することができ、コスト低減を図ることができる。
【００７１】
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明で分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
【符号の説明】
【００７２】
５  変圧器
Ｔ１ａ  コア
Ｔ１ｂ  コア
Ｎ１  一次巻線
Ｎ２  二次巻線
５１  ボビン
５２  ボビン支持部
５４  巻き線カバー
【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】
0006530566.tif 000007
【図７】
0006530566.tif 000008
【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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