(57)【要約】【課題】高出力化及び小型化に対応でき、冷却効率に優れたトランスを提供する。【解決手段】一次側導体としての一次側巻線２と、二次側導体３とを有し、二次側導体３の端部に、冷却媒体を流すための冷却路４ａが設けられている冷却ジャケット４が連結されており、冷却ジャケット４に連結されている二次側導体３が直接冷却される、トランス１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側導体と、二次側導体とを有するトランスであって、前記二次側導体の端部に、冷却媒体を流すための流路が設けられている冷却ジャケットが連結されており、該冷却ジャケットに連結されている二次側導体が直接冷却されることを特徴とする、トランス。
【請求項２】
前記二次側導体が複数設けられており、複数の二次側導体の前記冷却ジャケットに連結される部分が板状の形状を有し、冷却ジャケットは、二次側導体の前記板状部分を挟み込む二次側導体挟持部を有し、二次側導体挟持部に、前記二次側導体の板状部分が面接触されて連結されている、請求項１に記載のトランス。
【請求項３】
前記一次側導体か一次側巻線であり、前記複数枚の二次側導体間に一次側巻線が挿入されるように一次側巻線及び複数枚の二次側導体が配置されており、前記冷却ジャケットにより冷却された二次側導体を介して、一次側巻線が間接的に冷却される、請求項２に記載のトランス。
【請求項４】
前記冷却ジャケットに連結されている前記二次側導体の前記端部が、二次側導体の端子を兼ねている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のトランス。
【請求項５】
前記冷却ジャケットとして、前記二次側導体の一方端部に連結された第１の冷却ジャケットと、前記二次側導体の他方端部に連結された第２の冷却ジャケットとを有し、第１，第２の冷却ジャケットの前記冷却用流路が冷却媒体接続チューブにより連結されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のトランス。
【請求項６】
前記トランスの温度を検出するための温度センサーがさらに備えられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のトランス。
【請求項７】
前記冷却媒体が、冷却水である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のトランス。
【請求項８】
前記冷却媒体が絶縁油である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のトランス。
【請求項９】
電源と、電源に接続されたインバーターと、高周波誘導加熱コイルと、前記インバーターと高周波誘導加熱コイルとの間に接続されている高周波トランスとを備え、
前記高周波トランスが請求項１〜８のいずれか１項に記載のトランスからなり、該トランスの一次側導体が前記インバーターに、前記二次側導体が前記高周波誘導加熱コイルに接続されていることを特徴とする、高周波誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランス、特に高周波誘導加熱装置などの高周波回路装置に用いられるトランスに関し、より詳細には、冷却水などの冷却媒体により冷却する構造が備えられたトランス及び該トランスを用いた高周波誘導加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、変圧器として、様々なトランスが提案されている。例えば、下記の特許文献１に記載の高周波誘導加熱装置では、電源回路と、高周波誘導加熱コイルを含む共振回路との間に高周波用トランスを接続した回路構成が示されている。ここでは、電源回路は、高用電源から与えられる交流を直流に整流する整流回路と、整流回路から与えられる直流を高周波化する電圧型インバーター回路とを有する。この電圧型インバーター回路が、上記高周波トランスの一次側導体に接続されており、高周波トランスの二次側導体に、高周波誘導加熱コイルとコンデンサとからなるＬＣ共振回路が接続されている高周波誘導加熱装置では、小型化及び高出力化が強く求められている。
【０００３】
しかしながら、高周波用トランスにおいて、高出力化を果たすには、トランス自体を大型にする必要があった。また、トランスを絶縁油を満たした容器内に収納し、トランスを直接絶縁油により冷却する構造も用いられている。しかしながら、トランスを絶縁油を満たした容器に収納するため、やはり大型にならざるを得なかった。
【０００４】
そこで、下記の特許文献２には、少なくとも二次側導体が導電性材料からなるパイプにより形成されており、このパイプ内に冷却水が通水可能とされている水冷トランスが開示されている。
【０００５】
特許文献２に記載の水冷トランスでは、トランスの二次側導体が、導電性材料からなるパイプからなり、このパイプに直接冷却水が通水されて冷却が果たされる。従って、トランスの二次側導体を直接冷却することができるので、冷却効率が高められる。よって、トランスの高出力化及び小型化を図ることができるとされている。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載の水冷トランスでは、二次側導体を上記のように導電性材料からなるパイプにより形成するため、二次側導体自体の寸法、特に横断面形状が大きくならざるを得なかった。従って、トランス自体を十分に小さくすることは困難であった。
【０００７】
加えて、トランス自体の温度が低下しすぎると、コイルの芯材としての鉄芯などにおける損失が大きくなり、結果として、トランスの効率が低下するおそれもあった。
【特許文献１】特開平３−２１６９８９号公報
【特許文献２】特開２０００−１２３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、例えば高周波誘導加熱装置などの高周波用途に好適に用いることができ、小型化及び高出力化を進めることが可能なトランス、並びに該トランスを用いた高周波誘導加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るトランスは、一次側導体と、二次側導体とを有するトランスであって、前記二次側導体の端部に、冷却媒体を流すための流路が設けられている冷却ジャケットが連結されており、該冷却ジャケットに連結されている二次側導体が直接冷却されることを特徴とする。
【００１０】
本発明のトランスにおいては、好ましくは、前記二次側導体が複数設けられており、複数の二次側導体の前記冷却ジャケットに連結される部分が板状の形状を有し、冷却ジャケットは、二次側導体の前記板状部分を挟み込む二次側導体挟持部を有し、二次側導体挟持部に対して、前記二次側導体の板状部分が面接触されて連結されている。この場合には、二次側導体の板状部分が冷却ジャケットの二次側導体挟持部に面接触的に接触されるようにして挟持されている。従って、冷却ジャケットにより二次側導体が効率良く冷却される。
【００１１】
本発明に係るトランスでは、好ましくは、前記一次側導体か一次側巻線であり、前記複数枚の二次側導体間に一次側巻線が挿入されるように一次側巻線及び複数枚の二次側導体が配置されており、前記冷却ジャケットにより冷却された二次側導体を介して、一次側巻線が間接的に冷却される。この場合には、二次側導体が冷却されると、複数枚の二次側導体間に一次側巻線が配置されているので、一次側の巻線も効果的に冷却される。
【００１２】
本発明のトランスにおいては、好ましくは、上記冷却ジャケットに連結されている前記二次側導体の端部は端子を兼ねている。この場合には、冷却ジャケットを、金属のような熱伝導性に優れているだけではなく、導電性に優れた材料で構成することにより、冷却ジャケットに、二次側導体の電気的接続機能をも与えることができる。従って、例えば複数の二次側導体が冷却ジャケットに連結されている場合、冷却ジャケットを、外部と電気的に接続するだけで、複数の二次側導体の端子を外部と電気的に接続することができる。
【００１３】
もっとも、本発明においては、二次側導体の冷却ジャケットに連結されている端部は、必ずしも端子を兼ねておらずともよい。
【００１４】
本発明に係るトランスでは、好ましくは、前記冷却ジャケットとして、前記二次側導体の一方端部に連結された第１の冷却ジャケットと、前記二次側導体の他方端部に連結された第２の冷却ジャケットとを有し、第１，第２の冷却ジャケットの前記冷却用流路が冷却媒体接続チューブにより連結されている。この場合には、冷却媒体接続チューブにより第１，第２の冷却ジャケットが接続されているので、一方の冷却ジャケット側から冷却媒体を供給するだけで、二次側導体の一方端部及び他方端部に接続された第１，第２の冷却ジャケットにより速やかに冷却媒体を供給することができる。また、第１，第２の冷却ジャケットが冷却媒体接続チューブにより連結されている構造であるため、二次側導体の一端及び他端の双方を冷却する大型の冷却ジャケットを用いた場合に比べて、小型化を図ることができる。
【００１５】
本発明においては、好ましくは、上記トランスの温度を検出するための温度センサーが備えられており、その場合には、温度センサーによりトランスの温度を検出し、トランスの温度に応じて冷却媒体の流量を調整することができる。従って、トランスをより理想的な温度で動作させることができる。
【００１６】
本発明においては、上記冷却媒体としては、冷却作用を果たし得る様々な液体などを用いることができるが、好ましくは、冷却水が用いられる。冷却水の場合には、安価であり、かつ効果的にトランスを冷却することができる。
【００１７】
また、冷却媒体は、冷却水以外の材料であってもよく、本発明では、絶縁油が用いられてもよい。絶縁油を用いた場合には、電気的な短絡を防止しつつ、トランスを効果的に冷却することができる。
【００１８】
本発明に係る高周波誘導加熱装置は、電源と、電源に接続されたインバーターと、高周波誘導加熱コイルと、前記インバーターと高周波誘導加熱コイルとの間に接続されている高周波トランスとを備え、前記高周波トランスが本発明に従って構成されたトランスからなり、該トランスの一次側導体が前記インバーターに、前記二次側導体が前記高周波誘導加熱コイルに接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るトランスでは、二次側導体の端部に、冷却媒体を流すための流路が設けられている冷却ジャケットが連結されているので、冷却ジャケットに冷却媒体を流すことにより、二次側導体を直接冷却することが可能となる。従って、冷却効率を高めることができる。
【００２０】
しかも、二次側導体自体には、冷却媒体を流す必要はないため、二次側導体の横断面形状を大きくする必要はない。すなわち、特許文献２に記載のトランスでは、二次側導体が、冷却水が通域されるチューブ状の形状とされていたため、小型化が妨げられていたのに対し、本発明のトランスでは、二次側導体の横断面形状を小さくすることができ、それによってトランスの小型化を進めることが可能となる。よって、冷却効率に優れており、従って高出力化に容易に対応でき、しかも小型化を図り得るトランスを提供することが可能となる。
【００２１】
本発明に係る高周波誘導加熱は、本発明のトランスを高周波トランスとして備えるため、高周波誘導加熱装置の小型化及び高出力化を果たすことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２３】
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るトランスの正面図及び平面図であり、図２（ａ），（ｂ）は、上記トランスの左側面図及び右側面図である。
【００２４】
本実施形態のトランス１は、一次側導体としての一次側巻線２と、複数枚の二次側導体３とを有する。図３（ａ），（ｂ）は、一次側巻線２を示す平面図及び正面図である。図３（ａ），（ｂ）に示すように、一次側導体としての一次側巻線２は、複数の金属からなる板状部材を複数のターン部分を有する巻回部２ａを有するように巻回することにより構成されている。なお、巻回部２ａでは、板状の金属板の主面が対向するように、板状の金属板が巻回されている。
【００２５】
他方、図４（ａ），（ｂ）は、１枚の二次側導体３を示す平面図及び正面図である。二次側導体３は、金属からなり、略Ｕ字状の形状を有する。二次側導体３の一方端部３ａ及び他方端部３ｂも板状の形状を有する。なお、本実施形態では、端部３ａ，３ｂが板状の形状とされており、残りの部分も板状の形状とされているが、この一方端部３ａ及び他方端部３ｂ以外の部分は必ずしも板状の形状とされておらずともよい。もっとも、好ましくは、本実施形態において、一方端部３ａ及び他方端部３ｂ以外の部分も板状の形状とされていることが望ましく、それによって、小型化を進めることができる。
【００２６】
また、上記一方端部３ａ及び他方端部３ｂは、本実施形態では、二次側導体の端子をも兼ねている。そして、この一方端部３ａ，３ｂに、それぞれ、貫通孔３ｃ，３ｄが形成されている。
【００２７】
また、図１（ａ）及び（ｂ）に示されているように、複数枚の二次側導体３は、互いの主面が対向するようにて積層されている。そして、各二次側導体３は、第１，第２の冷却ジャケット４，５に連結されている。図５（ａ）〜（ｃ）は、第１の冷却ジャケット４の平面図、正面図及び右側面図である。
【００２８】
第１の冷却ジャケット４は、熱伝導性に優れた金属からなり、略直方体状の形状を有する。そして、冷却ジャケット４内には、上下方向に延びる冷却路４ａが形成されている。この冷却路４ａに、後述する冷却媒体が通域される。
【００２９】
他方、冷却ジャケット４は、二次側導体３を挟持する二次側導体挟持部４ｂを有する。二次側導体挟持部４ｂは、水平方向に延び、かつ図５（ｂ）に示すように、複数の高さ位置に設けられている。各二次側導体挟持部４ｂは、冷却ジャケット４の右側面に向かって開いており、この二次側挟持部４ｂに、二次側導体３の一方端部３ａ近傍の板状部分が挟持され、それによって二次側導体３が冷却ジャケット４に面接触的に連結されている。
【００３０】
なお、図１（ｂ）に示されているように、上記第１の冷却ジャケット４に加えて、第２の冷却ジャケット５が設けられている。第２の冷却ジャケット５は、二次側導体３の他方端部３ｂに連結されている。第２の冷却ジャケット５は、第１の冷却ジャケット４と同様の構造を有する。
【００３１】
なお、本実施形態では、二次側導体３の一方端部３ａ及び他方端部３ｂは、二次側導体３を電気的に接続する端子をも兼ねている。したがって、冷却ジャケット４，５においては金属から成るため、冷却ジャケット４，５により、複数の二次側導体３の端子が相互に電気的に接続されている。よって、外部と電気的に接続する際に、冷却ジャケット４または冷却ジャケット５を利用して、容易に電気的接続を果たすことができる。
【００３２】
もっとも、二次側導体３を面接触的に挟持して効率よく冷却し得る限り、二次側導体３の板状部分は、電気的接続を果たす端子とは異なる部分とされていてもよい。その場合には、冷却ジャケット４，５は、導電性を有しない材料で構成されていてもよい。
【００３３】
また、図５（ａ）及び（ｂ）で示すように、二次側導体挟持部４ｂが設けられている部分においては、上下方向に延びるように、貫通孔４ｃが形成されている。
【００３４】
図５（ｂ）に示されているように、冷却路４ａが上下方向に延ばされており、冷却路４ａは、上方及び下方において開口している。
【００３５】
他方、図１（ａ），（ｂ）に示すように、第１，第２の冷却ジャケット４，５は、冷却媒体接続チューブ６により連結されている。すなわち、第１，第２の冷却ジャケット４，５の冷却路の上方開口に、冷却媒体接続チューブ６の端部が液密的に接続されている。
【００３６】
また、第１の冷却ジャケット４の冷却路４ａの下方開口から冷却水などの冷却媒体が通域され、該冷却媒体は、接続チューブ６を介して第２の冷却ジャケット５の冷却路内にも至り、第２の冷却ジャケット５の冷却路の下方開口部から取り出される。
【００３７】
図６は、本実施形態のトランス１の上記各構成要素を分解して示す模式的分解図である。トランス１では、複数の二次側導体３間に一次側導体２の巻回部２ａが挿入されるように、すなわち図６の矢印で示すように、二次側導体３間に一次側導体２の巻回部２ａのターン部分が位置するように組み立てられる。従って、トランス１では、隣り合う二次側導体３間に、一次側巻線２の巻回部２ａのターン部分が挟まれていることになる。
【００３８】
トランス１では、鉄などからなる芯材を構成するコア８ａ，８ｂが、上記一次側導体２及び二次側導体３が間挿し合っている部分の上下に配置され、かつベース部材９及び天板１０が、上下に積層され、ボルト１１及びナット１２によりこれらが一体化されている。
【００３９】
なお、１３ａ，１３ｂはワッシャーである。
【００４０】
なお、上記二次側導体３は、冷却ジャケット４に、図６に示すボルト１４及びナット１５により連結され、一体化されている。すなわち、前述したように、冷却ジャケット４の
二次側導体挟持部４ｂが設けられている部分を上下方向に貫くように貫通孔４ｃが設けられている。ボルト１４は、貫通孔４ｃと、二次側導体３の端部３ａ，１４の、貫通孔３ｃに挿通されている。そして、ボルト１４とナットとナット１５により締着することにより、二次側導体挟持部４ｂにおいて、冷却ジャケット４に、二次側導体３の一方端部３ａ近傍が強固に挟持され、固定される。冷却ジャケット５側においても、図示しないボルトにより、二次側導体３の端部３ｂが二次側導体挟持部４ｂに強固に挟持され、かつ連結されている。
【００４１】
なお、図５において、冷却媒体接続チューブ６は、その一部が略図的に示されている。また、冷却ジャケット４の下方に設けられているコネクタ１６は、冷却媒体を冷却ジャケット４の冷却路４ａの下方に供給するために、冷却路４ａに連結される。また、上記コネクタ１６は、図示しない冷却媒体供給源に接続されている。
【００４２】
本実施形態のトランス１では、冷却ジャケット４に、冷却媒体が供給され、冷却媒体は冷却ジャケット４の冷却路４ａから、冷却媒体接続チューブ６を経由して、第２の冷却ジャケット５の冷却路に至り、第２の冷却路から排出される。従って、冷却媒体により、第１，第２の冷却ジャケット４，５が冷却される。そして、上記複数枚の二次側導体３では、一方端部３ａ及び他方端部３ｂが少なくとも板状部分とされており、この板状部分が、上記冷却ジャケット４，５の二次側導体挟持部４ｂに面接触的に接触するようにして強固に連結されている。従って、冷却ジャケット４と二次側導体３との接触部分の面積が十分大きくされているので、冷却ジャケット４，５を冷却すると、伝熱作用により、二次側導体３も速やかに冷却されることになる。
【００４３】
加えて、二次側導体３の端部３ａ，３ｂと反対側部分においては、複数の二次側導体３間に、一次側巻線２の巻回部が挿入されているので、一次側巻線２もまた二次側導体３が冷却されると間接的に冷却される。すなわち、図７に示すようにトランス１では、冷却媒体としての冷却水が複数の二次側導体３側に供給され、二次側導体が冷却されるとともに、上記のように二次側導体３の先端間に巻回部が挿入されている一次側巻線２もまた冷却されることになる。従って、トランス１は、冷却媒体により、効果的に冷却される。しかも、トランス１では、絶縁油にトランス１を浸漬する大がかりな容器を必要としない。また、二次側導体自体に冷却媒体を通域するように大きな二次側導体を形成する必要がない。従って、トランス１の小型化を図ることができ、高出力化に容易に対応することができる。
【００４４】
なお、上記実施形態では、第１，第２の冷却ジャケット４，５が、冷却媒体接続チューブ６により接続されていたが、第１，第２の冷却ジャケット４，５間を電気的に絶縁し得る限り、第１，第２の冷却ジャケットを一体化した構造としてもよい。もっとも、本実施形態のように、二次側導体３の一方端部３ａ及び他方端部３ｂ側に第１，第２の冷却ジャケット４，５を個別に設けることにより、冷却ジャケット自体の寸法を小さくすることができ、より一層の小型化を図ることができ、望ましい。
【００４５】
また、上記一次側巻線２の巻回部２ａの各ターン部分は、必ずしも、複数枚の二次側導体３間に位置するように配置される必要はない。しかしながら、上記実施形態のように、複数枚の二次側導体３間に一次側巻線２の巻回部２ａのターン部が挿入されるように、一次側巻線２及び二次側導体３を配置することが望ましく、それによって、上記のように一次側巻線２も効果的に冷却することができる。
【００４６】
また、好ましくは、上記トランスの温度を検出する温度センサーを設けてもよい。このような温度センサーとしては、適宜の温度センサーを用いることができ、より好ましくは、熱電対以外の温度センサーが用いられる。熱電対以外の温度センサーとしては、例えば、バイメタル、サーモスタットまたは非接触式温度計などが挙げられる。
【００４７】
上記トランスの温度を検出するに際しては、トランスを構成する部分の中でもトランスの芯材の温度がトランスの変換効率に影響を大きく及ぼすため、芯材の温度を測定することが好ましい。
【００４８】
より好ましくは、上記温度センサーと、制御装置と、上記冷却媒体の流路を調整する流量調整装置とを接続し、制御装置に上記変換効率が良好な芯材の温度範囲を予め記憶させておき、温度センサーから検出された芯材の温度が上記温度範囲外である場合に、制御装置により流量調整装置を制御し、冷却媒体の流量を調整して、芯材の温度を上記温度範囲内にあるように制御することが望ましい。このような流量調整装置としては、電磁弁を用いたものや、流量を変化させる装置など適宜の装置を用いることができる。このような制御により、トランスを理想的な温度で動作させることができる。
【００４９】
上記冷却媒体としては、好ましくは、安価であり、取扱いが容易な冷却水が用いられるが、冷却水以外の液体を用いてもよく、このような液体としては、絶縁油や不凍液などを挙げることができる。
【００５０】
絶縁油を用いた場合には、電気的絶縁性を有するため、絶縁油が漏洩したとしても所望でない短絡等を防止することができる。
【００５１】
なお、本発明のトランスは、様々な用途における変圧に用いられ、その用途は特に限定されないが、高周波誘導加熱装置のような高周波用途のトランスとして好適に用いられる。
【００５２】
図８は、本発明が適用される高周波誘導加熱装置の一例を示す回路図である。
【００５３】
この高周波誘導加熱装置２１は、商用電源２２に接続される整流回路２３と、整流回路２３の後段に接続されたインバーター２４とを有する。そして、インバーター２４の出力側が上記トランス１の一次側巻線２に電気的に接続されている。他方、複数枚の二次側導体３ａからなる二次側導体には、高周波誘導加熱コイル２５と、高周波誘導加熱コイル２５に直列に接続されたコンデンサ２６とからなる共振回路が接続されている。ここでは、商用電源２２から供給される交流が整流回路２３により整流され、電圧型のインバーター回路２４から、高周波化された電圧がトランス１に与えられる。そして、トランス１で変圧された電圧により、上記高周波誘導加熱回路２５及びコンデンサ２６からなるＬＣ共振回路が駆動され、それによって、高周波誘導加熱コイル２５を用いて、他の部材や装置等を加熱することができる。
【００５４】
このような高周波用途のトランスでは、高出力化及び小型化が強く求められているが、上記実施形態のトランス１は、このような用途に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るトランスの正面図及び平面図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るトランスの左側面図及び右側面図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態のトランスに用いられている一次側巻線の平面図及び正面図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態のトランスで用いられている１枚の二次側導体の平面図及び正面図。
【図５】（ａ）は、本発明の一実施形態のトランスで用いられている第１の冷却ジャケットの平面図、（ｂ）は第１の冷却ジャケットの正面図及び（ｃ）は第１の冷却ジャケットの右側面図。
【図６】本発明の一実施形態に係るトランスの模式的分解正面図。
【図７】本発明の一実施形態のトランスの回路構成を模式的に示す回路図。
【図８】本発明の一実施形態の高周波誘導加熱装置の回路図。
【符号の説明】
【００５６】
１…トランス
２…一次側巻線
３…二次側導体
３ａ…一端
３ｂ…他端
３ｃ，３ｄ…貫通孔
４…第１の冷却ジャケット
４ａ…冷却路
４ｂ…二次側導体挟持部
４ｃ…貫通孔
５…第２の冷却ジャケット
６…冷却媒体接続チューブ
８ａ，８ｂ…コア
９…ベース部材
１０…天板
１１…ボルト
１２…ナット
１３ａ，１３ｂ…ワッシャー
１４…ボルト
１５…ナット
１６…コネクタ
２１…高周波誘導加熱装置
２２…電源
２３…整流
２４…インバーター回路
２５…高周波誘導加熱コイル
２６…コンデンサ
【図１】
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【図２】
2008004774.tif 000004
【図３】
2008004774.tif 000005
【図４】
2008004774.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008004774.tif 000008
【図７】
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【図８】
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