(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心に巻回される一次コイルと、
前記鉄心に巻回される二次コイルと、
前記一次コイルと前記二次コイルとの間に設けられ、前記鉄心に発生する磁束の一部を内部に誘導する磁性体であって、内部に誘導する前記磁束の方向に間隔をあけて設けられる複数のバイパスコアと、
前記複数のバイパスコアの間に設けられる非磁性体と、
を備え、
前記一次コイルは前記二次コイルの外側において前記鉄心に巻回され、
前記複数のバイパスコアは、前記二次コイルの外側に位置する前記一次コイルと前記二次コイルとの間に、前記間隔をあけて設けられ、
前記複数のバイパスコアの前記間隔の合計値は、漏れインダクタンスの目標値に応じて定められ、
前記複数のバイパスコアの前記間隔の最大値は、前記バイパスコアと前記一次コイルおよび前記二次コイルのそれぞれとの間隔の最小値に１未満の正の係数を乗算した値以下であり、
前記鉄心は、正対する２つの端部、および両端が前記端部のそれぞれと連続する複数の脚部を備え、
前記二次コイルは前記脚部に巻回され、
前記一次コイルは前記二次コイルの外側において該脚部に巻回され、
前記複数のバイパスコアは、前記一次コイルと前記二次コイルとの間の内、前記複数の脚部の配置方向の中央に最も近い位置に、前記間隔をあけて設けられる、
漏洩変圧器。
【請求項２】
鉄心に巻回される一次コイルと、
前記鉄心に巻回される二次コイルと、
前記一次コイルと前記二次コイルとの間に設けられ、前記鉄心に発生する磁束の一部を内部に誘導する磁性体であって、内部に誘導する前記磁束の方向に間隔をあけて設けられる複数のバイパスコアと、
前記複数のバイパスコアの間に設けられる非磁性体と、
を備え、
前記複数のバイパスコアの前記間隔の合計値は、漏れインダクタンスの目標値に応じて定められ、
前記複数のバイパスコアの前記間隔の最大値は、前記バイパスコアと前記一次コイルおよび前記二次コイルのそれぞれとの間隔の最小値に１未満の正の係数を乗算した値以下であり、
前記鉄心は、正対する２つの端部、および両端が前記端部のそれぞれと連続する複数の脚部を備え、
前記二次コイルは前記脚部に巻回され、
前記一次コイルは前記二次コイルの外側において該脚部に巻回され、
前記複数のバイパスコアは、前記一次コイルと前記二次コイルとの間の内、前記複数の脚部の配置方向の中央に最も近い位置に、前記間隔をあけて設けられ、
前記一次コイルと前記二次コイルとの間の内、前記複数の脚部の配置方向の中央に最も近い位置以外の位置に設けられた非磁性体であるスペーサをさらに備える、
漏洩変圧器。
【請求項３】
前記一次コイルの中心軸に直交する方向における前記一次コイルの厚みおよび前記二次コイルの中心軸に直交する方向における前記二次コイルの厚みはそれぞれ、前記一次コイルに流れる電流の周波数における表皮深さの２倍以下である、
請求項１または２に記載の漏洩変圧器。
【請求項４】
前記漏洩変圧器の一次側に接続される電子回路が、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドを用いたワイドバンドギャップ半導体によって形成されるスイッチング素子を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の漏洩変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、漏洩変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
漏洩変圧器においては、鉄心に巻かれた一次コイルと二次コイルとの間に磁性体であるバイパスコアが挿入されており、バイパスコアが漏れ磁束の磁路である。【０００３】
特許文献１に開示される変圧器は、バイパスコアを分割して、その間に任意量に設定された間隔をもつギャップを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平０４−０１２０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示される変圧器においては、漏れ磁束の飽和を調整するようにギャップの間隔が設定される。ギャップの間隔が設定された場合に、変圧器の一次側に接続される、例えばインバータ装置の動作周波数が上昇すると、磁束の一部が漏れる。一次コイルおよび二次コイルのいずれにも漏れ磁束が鎖交して渦電流が発生することがある。渦電流の発生によって、一次コイルおよび二次コイルの局部加熱が生じるという課題がある。【０００６】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、漏洩変圧器における局部加熱を抑制することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の漏洩変圧器は、鉄心に巻回される一次コイルおよび二次コイル、複数のバイパスコア、ならびに複数のバイパスコアの間に設けられる非磁性体を備える。複数のバイパスコアは、一次コイルと二次コイルとの間に設けられ、鉄心に発生する磁束の一部を内部に誘導する磁性体である。複数のバイパスコアは、内部に誘導する磁束の方向に間隔をあけて設けられる。複数のバイパスコアの間隔の合計値は、漏れインダクタンスの目標値に応じて定められる。複数のバイパスコアの間隔の最大値は、バイパスコアと一次コイルおよび二次コイルのそれぞれとの間隔の最小値に１未満の正の係数を乗算した値以下である。一次コイルは二次コイルの外側において鉄心に巻回される。複数のバイパスコアは、二次コイルの外側に位置する一次コイルと二次コイルとの間に間隔をあけて設けられる。鉄心は、正対する２つの端部、および両端が端部のそれぞれと連続する複数の脚部を備える。二次コイルは脚部に巻回される。一次コイルは二次コイルの外側において該脚部に巻回される。複数のバイパスコアは、一次コイルと二次コイルとの間の内、複数の脚部の配置方向の中央に最も近い位置に、間隔をあけて設けられる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、一次コイルと二次コイルとの間に設けられる複数のバイパスコアの間隔の最大値を、バイパスコアと一次コイルおよび二次コイルのそれぞれとの間隔の最小値に１未満の係数を乗算した値以下とすることで、漏洩変圧器における局部加熱を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る漏洩変圧器の斜視図である。
【図２】実施の形態に係る漏洩変圧器の鉄心の斜視図である。
【図３】実施の形態に係る漏洩変圧器の断面図である。
【図４】実施の形態に係る漏洩変圧器の部分断面図である。
【図５】実施の形態に係る漏洩変圧器を有する電力変換装置の構成例を示す図である。
【図６】実施の形態に係る漏洩変圧器の等価回路を示す図である。
【図７】実施の形態に係る漏洩変圧器の入力電流の例を示す図である。
【図８】実施の形態に係る漏洩変圧器の入力電圧の例を示す図である。
【図９】実施の形態に係る電力変換装置の出力電圧の例を示す図である。
【図１０】実施の形態に係る漏洩変圧器の磁気ヒステリシス曲線の例を示す図である。
【図１１】実施の形態に係る漏洩変圧器の磁気ヒステリシス曲線の異なる例を示す図である。
【図１２】バイパスコアにギャップが設けられた漏洩変圧器の部分断面図である。
【図１３】バイパスコアのギャップにおけるフリンジング磁束の例を示す図である。
【図１４】実施の形態に係る漏洩変圧器のバイパスコアを通る磁束の例を示す図である。
【図１５】実施の形態に係る漏洩変圧器の断面図である。
【図１６】実施の形態に係る漏洩変圧器の断面図である。
【図１７】実施の形態に係る漏洩変圧器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係る漏洩変圧器の斜視図である。図２は、実施の形態に係る漏洩変圧器の鉄心の斜視図である。図１および図２の例では、漏洩変圧器１は三相変圧器である。漏洩変圧器１は、鉄心１０、ならびに鉄心１０に巻回される一次コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび二次コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃを備える。例えば一次コイル１１ａおよび二次コイル１２ａにＵ相電流が流れ、一次コイル１１ｂおよび二次コイル１２ｂにＶ相電流が流れ、一次コイル１１ｃおよび二次コイル１２ｃにＷ相電流が流れる。
【００１２】
図２の例では、鉄心１０は、正対する２つの端部１０１と、両端が端部１０１のそれぞれと連続する複数の脚部１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを有する。図１および図２の例では、二次コイル１２ａは脚部１０２ａに巻回され、一次コイル１１ａは二次コイル１２ａの外側において脚部１０２ａに巻回される。一次コイル１１ａの中心軸と二次コイル１２ａの中心軸とは一致する。同様に、二次コイル１２ｂは脚部１０２ｂに巻回され、一次コイル１１ｂは二次コイル１２ｂの外側において脚部１０２ｂに巻回される。一次コイル１１ｂの中心軸と二次コイル１２ｂの中心軸とは一致する。同様に、二次コイル１２ｃは脚部１０２ｃに巻回され、一次コイル１１ｃは二次コイル１２ｃの外側において脚部１０２ｃに巻回される。一次コイル１１ｃの中心軸と二次コイル１２ｃの中心軸とは一致する。鉄心１０と、一次コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび二次コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、クランパ１３によって固定される。
【００１３】
図３は、実施の形態に係る漏洩変圧器の断面図である。図３は、図１のＡ−Ａ線における漏洩変圧器１の断面図、すなわち一次コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび二次コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの中心軸に直交する断面における漏洩変圧器１の断面図である。一次コイル１１ａと二次コイル１２ａとの間には、非磁性体であるスペーサ１４ａが設けられる。スペーサ１４ａを設けることで、スペーサ１４ａの間に空気の流路が形成される。一次コイル１１ａおよび二次コイル１２ａで生じた熱は、スペーサ１４ａによって形成される流路を通過する空気に伝達される。これにより、一次コイル１１ａおよび二次コイル１２ａの温度上昇が抑制される。同様に、一次コイル１１ｂと二次コイル１２ｂとの間には、スペーサ１４ｂが設けられ、一次コイル１１ｂおよび二次コイル１２ｂの温度上昇が抑制される。同様に、一次コイル１１ｃと二次コイル１２ｃとの間には、スペーサ１４ｃが設けられ、一次コイル１１ｃおよび二次コイル１２ｃの温度上昇が抑制される。
【００１４】
一次コイル１１ａと二次コイル１２ａとの間に、磁性体である複数のバイパスコア１５ａが設けられる。同様に、一次コイル１１ｂと二次コイル１２ｂとの間に、磁性体である複数のバイパスコア１５ｂが設けられ、一次コイル１１ｃと二次コイル１２ｃとの間に、磁性体である複数のバイパスコア１５ｃが設けられる。バイパスコア１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、鉄心１０に発生する磁束の一部を内部に誘導する。バイパスコア１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、複数の脚部１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの配置方向の中央に最も近い位置に設けられる。図２および図３に示すように鉄心１０が３つの脚部１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを有する場合に、バイパスコア１５ａは、一次コイル１１ａと二次コイル１２ａとの間の内、脚部１０２ｂの側に設けられる。図３の例では、バイパスコア１５ｂは、一次コイル１１ｂと二次コイル１２ｂとの間の内、脚部１０２ｃの側に設けられている。一次コイル１１ｂと二次コイル１２ｂは、該配置方向の中央に位置する脚部１０２ｂに巻回されているため、バイパスコア１５ｂは、一次コイル１１ｂと二次コイル１２ｂとの間の内、脚部１０２ａの側に設けられてもよい。バイパスコア１５ｃは、一次コイル１１ｃと二次コイル１２ｃとの間の内、脚部１０２ｂの側に設けられている。図３においては、絶縁部材の記載を省略したが、鉄心１０、一次コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ、二次コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、およびバイパスコア１５ａ，１５ｂ，１５ｃは互いに絶縁されている。
【００１５】
図４は、実施の形態に係る漏洩変圧器の部分断面図である。図４は、脚部１０２ｂに巻回される一次コイル１１ｂおよび二次コイル１２ｂを示す。図４の上段は、図３のＢ−Ｂ線における漏洩変圧器１の断面図の一部、すなわち一次コイル１１ｂおよび二次コイル１２ｂの中心軸を含む面における漏洩変圧器１の部分断面図である。図４の中段は、図３の断面図の一部である。図４の下段は、図４の中段の破線上での磁束密度の変化を示す図である。図４の下段の縦軸が磁束密度を示す。
【００１６】
図４の上段に示すように、漏洩変圧器１は、一次コイル１１ｂと二次コイル１２ｂとの間に設けられた複数のバイパスコア１５ｂを有する。図４の下段に示すように、複数のバイパスコア１５ｂの内部に磁束が誘導される。複数のバイパスコア１５ｂは、内部に誘導する磁束の方向に間隔をあけて設けられる。図４の例では、一次コイル１１ｂおよび二次コイル１２ｂの中心軸と平行な方向に間隔をあけて設けられる。複数のバイパスコア１５ｂの間に非磁性体が設けられる。図４の例では、複数のバイパスコア１５ｂの間に位置する非磁性体は空気である。図４の例に限られず、紙、樹脂、またはプラスチックなどの非磁性体を複数のバイパスコア１５ｂの間に設けてもよい。
【００１７】
図５は、実施の形態に係る漏洩変圧器を有する電力変換装置の構成例を示す図である。電力変換装置２は、入力された直流電圧を三相交流電圧に変換して出力する。電力変換装置２は、フィルタコンデンサＣ１に印加される直流電圧を交流電圧に変換して漏洩変圧器１の一次側に出力するインバータ装置３、漏洩変圧器１、および漏洩変圧器１の二次側に接続される交流コンデンサ４を備える。インバータ装置３が有するスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６は、図示しない制御部によりオンオフが制御される。制御部は、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行って、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６を制御する。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６は、例えば、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドを用いたワイドバンドギャップ半導体によって形成される。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６のオンオフの動作によって、フィルタコンデンサＣ１に印加された直流電圧が三相交流電圧に変換される。図５の例では、漏洩変圧器１はデルタ・スター方式の三相変圧器である。電力変換装置２が電気鉄道車両に搭載される場合には、架線から、例えば１５００Ｖの直流電圧がパンタグラフおよび直流フィルタリアクトルを介して電力変換装置２に入力される。直流フィルタリアクトルを設けることで、高調波電流が電力変換装置２に入力されることを防ぐ。
【００１８】
図６は、実施の形態に係る漏洩変圧器の等価回路を示す図である。図６は、漏洩変圧器１の一相分、例えばＵ相の等価回路である。漏洩変圧器１の漏れインダクタンス１６と交流コンデンサ４とがＬＣフィルタを形成し、漏洩変圧器１の二次側の電圧の波形を整形して正弦波にする。
【００１９】
図７は、実施の形態に係る漏洩変圧器の入力電流の例を示す図である。図７は、図５に示す電力変換装置２における漏洩変圧器１の入力電流を示す。横軸が時間、縦軸が漏洩変圧器１の一相分、例えばＵ相の入力電流の値である。図７における点線が基本周波数の電流である。例えば動作周波数が５ｋＨｚであって、ＰＷＭ制御を行うインバータ装置３が一次側に接続される場合に、漏洩変圧器１の入力電流は、図７において実線で示すように、基本周波数の電流に加え、ＰＷＭ制御によって生じる高周波の電流を含む。図８は、実施の形態に係る漏洩変圧器の入力電圧の例を示す図である。横軸が時間、縦軸が漏洩変圧器１の一相分、例えばＵ相の入力電圧の値である。図８に示すように、漏洩変圧器１の入力電圧は矩形波である。図９は、実施の形態に係る電力変換装置の出力電圧の例を示す図である。横軸が時間、縦軸が漏洩変圧器１の一相分、例えばＵ相の出力電圧の値である。上述のように、漏れインダクタンス１６と交流コンデンサ４とが形成するＬＣフィルタによって、漏洩変圧器１の二次側の電圧が整形され、電力変換装置２の出力電圧は、図９に示すように正弦波となる。
【００２０】
図１０および図１１は、実施の形態に係る漏洩変圧器の磁気ヒステリシス曲線の例を示す図である。横軸が磁場、縦軸が磁束密度を示す。図１０は、スイッチング素子が正弦波駆動される電力変換回路が一次側に接続される場合における、漏洩変圧器１の磁気ヒステリシス曲線である。図１１は、ＰＷＭ制御を行うインバータ装置３が一次側に接続される場合における、漏洩変圧器１の磁気ヒステリシス曲線である。図１１に示す磁気ヒステリシス曲線は、ＰＷＭ制御により生じる高周波成分を含む。
【００２１】
一次コイル１１ａと二次コイル１２ａの間に、スペーサ１４ａによって形成される流路において、高周波成分の漏れ磁束が生じ、漏れ磁束の一部が一次コイル１１ａおよび二次コイル１２ａと鎖交する。一次コイル１１ａと鎖交する漏れ磁束の磁束密度をＢ、漏洩変圧器１の入力電流の周波数をｆ、一次コイル１１ａの中心軸に直交する方向の厚みをｔ、一次コイル１１ａの抵抗率をρとすると、一次コイル１１ａには、下記（１）式で示す、単位面積あたりの渦電流損Ｐｅが生じる。例えば、一次コイル１１ａが銅である場合、単位面積あたりの渦電流損Ｐｅは、下記（２）式で表される。磁束密度Ｂは、電磁界解析によって求めることが可能である。
【００２２】
【数１】
0006584669.tif 000002
【００２３】
【数２】
0006584669.tif 000003
【００２４】
漏れ磁束は、表皮効果による表皮深さδまで一次コイル１１ａの内部に入る。一次コイル１１ａの絶対透磁率をμとすると、表皮深さδは、下記（３）式で表される。例えば、一次コイル１１ａが銅である場合、表皮深さδは、下記（４）式で表される。
【００２５】
【数３】
0006584669.tif 000004
【００２６】
【数４】
0006584669.tif 000005
【００２７】
高周波成分の漏れ磁束は、表皮深さδの位置に集中する。そこで、本実施の形態においては、一次コイル１１ａの中心軸に直交する方向の厚みｔを、２δ以下とする。二次コイル１２ａにおいても、一次コイル１１ａと同様に、単位面積あたりの渦電流損Ｐｅが生じる。また漏れ磁束は、表皮効果による表皮深さδまで二次コイル１２ａの内部に入る。そこで、二次コイル１２ａにおいても同様に、二次コイル１２ａの中心軸に直交する方向の厚みを、２δ以下とする。同様に、一次コイル１１ｂ，１１ｃおよび二次コイル１２ｂ，１２ｃの中心軸に直交する方向の厚みを２δ以下とする。
【００２８】
図１２は、バイパスコアにギャップが設けられた漏洩変圧器の部分断面図である。図の見方は図４の上段と同様である。漏洩変圧器５の鉄心５０は、図２に示す実施の形態に係る漏洩変圧器１の鉄心１０と同様の構成である。鉄心５０の脚部５０２に二次コイル５２が巻回される。一次コイル５１は、二次コイル５２の外側において脚部５０２に巻回される。一次コイル５１の中心軸と二次コイル５２の中心軸とは一致する。一次コイル５１と二次コイル５２との間には、非磁性体であるスペーサ５３が設けられる。スペーサ５３によって、空気の流路が形成される。また一次コイル５１と二次コイル５２との間に、磁性体である２つのバイパスコア５４が設けられる。バイパスコア５４は、鉄心５０に発生する磁束の一部を内部に誘導する。２つのバイパスコア５４の間にはギャップ５５が形成される。図１２の例では、ギャップ５５には非磁性体である空気が位置する。ギャップ５５の間隔方向の長さｇ、すなわち一次コイル５１および二次コイル５２の中心軸に平行な方向の長さは、漏れインダクタンスの目標値に応じて決定される。
【００２９】
漏れインダクタンスの磁気抵抗Ｒは、ギャップ５５における磁気抵抗Ｒｇに一致するとみなせる。一次コイル５１の巻数をｎ１、一次コイル５１および二次コイル５２の中心軸と直交する断面におけるバイパスコア５４の断面積をＡｇとすると、漏れインダクタンスの磁気抵抗は下記（５）式で表され、漏れインダクタンスＬは下記（６）式で表される。空気の透磁率は、真空の透磁率と同じであるとみなせるから、空気の透磁率として、真空の透磁率μ０を用いる。
【００３０】
【数５】
0006584669.tif 000006
【００３１】
【数６】
0006584669.tif 000007
【００３２】
一次コイル５１の巻数ｎ１、バイパスコア５４の断面積Ａｇは、漏洩変圧器５の設計に応じて決定される。そのため、所望の漏れインダクタンスＬを得るためには、ギャップ５５の間隔方向の長さｇを調節する必要がある。
【００３３】
図１３は、バイパスコアのギャップにおけるフリンジング磁束の例を示す図である。図１３の上段は、図１２の一部の拡大図における磁力線を示す図である。図１３の下段は、ギャップ５５における磁束密度の変化を示す図である。ギャップ５５の間隔方向の長さｇは、上述のように、漏れインダクタンスＬの目標値に応じて決定される。図１３の例では、ギャップ５５の間隔方向の長さｇは、バイパスコア５４と一次コイル５１および二次コイル５２のそれぞれとの間隔ｄより大きい。なお間隔ｄは、漏洩変圧器５の絶縁設計に応じて定められる。この場合、ギャップ５５を通る場合の磁気抵抗Ｒｇと、ギャップ５５より一次コイル５１または二次コイル５２に近い位置を通る場合の磁気抵抗Ｒａとは一致するとみなせる。そのため、図１３の上段に示すように磁束が広がって、一次コイル５１および二次コイル５２に鎖交してしまう。バイパスコア５４から漏れた磁束が一次コイル５１および二次コイル５２と鎖交することで、一次コイル５１および二次コイル５２において渦電流が発生し、局部加熱が生じることがある。
【００３４】
図１２に示す漏洩変圧器５においては、ギャップ５５の間隔方向の長さｇが上記（６）式に基づいて、漏れインダクタンスの目標値に応じて定められる。一方、本発明の実施の形態に係る漏洩変圧器１においては、複数のバイパスコア１５ａの間隔の合計値が上記（６）式に基づいて、漏れインダクタンスの目標値に応じて定められる。漏洩変圧器１においては、複数のバイパスコア１５ａの間隔の最大値がバイパスコア１５ａと一次コイル１１ａおよび二次コイル１２ａのそれぞれとの間隔の最小値に１未満の正の係数ｍを乗算した値以下である。バイパスコア１５ａの間隔を、図１２に示す漏洩変圧器５の場合よりも狭めることで、磁束の広がりを抑制することが可能である。
【００３５】
図１４は、実施の形態に係る漏洩変圧器のバイパスコアを通る磁束の例を示す図である。図１４の上段は、図４の上段の一部を拡大した図であり、バイパスコア１５ｂを通る磁束の磁力線を示す図である。図１４の下段は、バイパスコア１５ｂの間隔であるギャップ１７ｂにおける磁束密度の変化を示す図である。実施の形態に係る漏洩変圧器１においては、ギャップ１７ｂの間隔方向の長さの合計値が上記（６）式のｇに相当する。すなわち、ギャップ１７ｂの間隔方向の長さの合計値が、漏れインダクタンスＬの目標値に応じて決定される。漏洩変圧器１のギャップ１７ｂの最大値は、バイパスコア１５ｂと一次コイル１１ｂおよび二次コイル１２ｂのそれぞれとの間隔ｄに１未満の正の係数ｍを乗算した値以下である。なお間隔ｄは、漏洩変圧器１の絶縁設計に応じて定められる。バイパスコア１５ｂと一次コイル１１ｂとの間隔、およびバイパスコア１５ｂと二次コイル１２ｂとの間隔が異なる場合は、漏洩変圧器１のギャップ１７ｂの最大値を、バイパスコア１５ｂと一次コイル１１ｂおよび二次コイル１２ｂのそれぞれとの間隔の最小値に１未満の正の係数ｍを乗算した値以下とする。
【００３６】
一次コイル１１ｂと二次コイル１２ｂとの間に、ｎ＋１個のバイパスコア１５ｂが等間隔に設けられる場合を例にして説明する。この場合、下記（７）式が成り立つように、バイパスコア１５ｂの個数ｎが決定される。下記（７）式において０＜ｍ＜１であり、例えば０．１である。
【００３７】
【数７】
0006584669.tif 000008
【００３８】
ギャップ１７ｂの長さｇ／ｎをバイパスコア１５ｂと一次コイル１１ｂおよび二次コイル１２ｂとの間隔ｄより十分に小さくすることで、ギャップ１７ｂを通る場合の磁気抵抗Ｒｇと、ギャップ１７ｂより一次コイル１１ｂまたは二次コイル１２ｂに近い位置を通る場合の磁気抵抗Ｒａとの差が、図１２に示す漏洩変圧器５の場合よりも大きくなる。その結果、バイパスコア１５ｂを通る磁束の広がりを抑制し、バイパスコア１５ｂから漏れた磁束が一次コイル１１ｂおよび二次コイル１２ｂと鎖交することを抑制することが可能である。その結果、一次コイル１１ｂおよび二次コイル１２ｂにおいて渦電流の発生を抑制することが可能である。バイパスコア１５ａ，１５ｃのそれぞれの間隔も同様に決定される。この構造により、一次コイル１１ａ，１１ｃおよび二次コイル１２ａ，１２ｃにおいても、過電流の発生を抑制することが可能である。
【００３９】
以上説明した通り、本発明の実施の形態に係る漏洩変圧器１においては、複数のバイパスコア１５ａの間隔の最大値は、バイパスコア１５ａと一次コイル１１ａおよび二次コイル１２ａのそれぞれとの間隔の最小値に１未満の正の係数ｍを乗算した値以下である。同様に、複数のバイパスコア１５ｂの間隔の最大値は、バイパスコア１５ｂと一次コイル１１ｂおよび二次コイル１２ｂのそれぞれとの間隔の最小値に１未満の正の係数ｍを乗算した値以下である。複数のバイパスコア１５ｃの間隔の最大値は、バイパスコア１５ｃと一次コイル１１ｃおよび二次コイル１２ｃのそれぞれとの間隔の最小値に１未満の正の係数ｍを乗算した値以下である。また一次コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび二次コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの中心軸に直交する方向の厚みｔは、表皮効果による表皮深さδの２倍以下である。上述の構成により、漏洩変圧器１における局部加熱を抑制することが可能である。
【００４０】
電力変換装置２を電気鉄道車両に搭載する際には、装置の大きさおよび設置箇所に制約がある。本発明の実施の形態に係る漏洩変圧器１によれば、バイパスコア１５ａ，１５ｂ，１５ｃと一次コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび二次コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃのそれぞれとの間隔ｄを広げなくとも、漏洩変圧器１における局部加熱を抑制することが可能である。すなわち、電気鉄道車両のように装置の大きさおよび設置箇所に制約がある場合であっても、本発明の実施の形態に係る漏洩変圧器１を有する電力変換装置２を用いることが可能である。
【００４１】
本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。図１５は、実施の形態に係る漏洩変圧器の断面図である。漏洩変圧器１は、単相変圧器であってもよい。図１５の例では、鉄心１０は、２つの脚部１０２を有し、脚部１０２のそれぞれに一次コイル１１および二次コイル１２が巻回される。一次コイル１１および二次コイル１２の間にはスペーサ１４およびバイパスコア１５が設けられる。バイパスコア１５は、一次コイル１１と二次コイル１２との間の内、他方の脚部１０２に最も近い位置に設けられる。バイパスコア１５は、上述の実施の形態と同様に、一次コイル１１および二次コイル１２の中心軸の方向に間隔をあけて設けられる。
【００４２】
図１６は、実施の形態に係る漏洩変圧器の断面図である。図１６の例では、図２に示す鉄心１０の脚部１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃの内、中央に位置する脚部１０２ｂに一次コイル１１および二次コイル１２が巻回される。二次コイル１２は、脚部１０２ｂが延びる方向に一次コイル１１と間隔をあけた位置において脚部１０２ｂに巻回される。バイパスコア１５は、隣接する脚部１０２ａと脚部１０２ｂとの間、かつ、一次コイル１１と二次コイル１２との間において、脚部１０２ａと脚部１０２ｂとの間隔方向に間隔をあけて設けられる。またバイパスコア１５は、隣接する脚部１０２ｂと脚部１０２ｃとの間、かつ、一次コイル１１と二次コイル１２との間において、脚部１０２ｂと脚部１０２ｃとの間隔方向に間隔をあけて設けられる。図１６においても、上述の実施の形態と同様に、バイパスコア１５の間隔の合計値が上記（６）式のｇに相当する。またバイパスコア１５のギャップ１７の最大値は、図１６に示す、バイパスコア１５と一次コイル１１および二次コイル１２のそれぞれとの間隔ｄに１未満の正の係数ｍを乗算した値以下である。漏洩変圧器１において、ｎ＋１個のバイパスコア１５が等間隔に並べられるとすると、ギャップ１７の長さｇ／ｎについて、上記（７）式が成り立つ。
【００４３】
図１７は、実施の形態に係る漏洩変圧器の断面図である。図１７の例では、図１５と同様の鉄心１０が用いられる。一次コイル１１は一方の脚部１０２に巻回され、二次コイル１２は他方の脚部１０２に巻回される。バイパスコア１５は、一次コイル１１と二次コイル１２との間において、端部１０１が対向する方向に間隔をあけて設けられる。図１７においても、上述の実施の形態と同様に、バイパスコア１５の間隔の合計値が上記（６）式のｇに相当する。またバイパスコア１５のギャップ１７の最大値は、図１７に示す、バイパスコア１５と一次コイル１１および二次コイル１２のそれぞれとの間隔ｄに１未満の正の係数ｍを乗算した値以下である。漏洩変圧器１において、ｎ＋１個のバイパスコア１５が等間隔に並べられるとすると、ギャップ１７の長さｇ／ｎについて、上記（７）式が成り立つ。
【００４４】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【符号の説明】
【００４５】
１，５  漏洩変圧器、２  電力変換装置、３  インバータ装置、４  交流コンデンサ、１０，５０  鉄心、１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，５１  一次コイル、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，５２  二次コイル、１３  クランパ、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，５３  スペーサ、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，５４  バイパスコア、１６  漏れインダクタンス、１７，１７ｂ，５５  ギャップ、１０１，５０１  端部、１０２，１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，５０２  脚部、Ｃ１  フィルタコンデンサ、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６  スイッチング素子。
【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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