(57)【要約】【課題】本発明は、従来より製造が容易となる構造の多相変圧器およびこれを複数直列に接続した変圧システムを提供する。【解決手段】本発明にかかる３相変圧器Ｔｒａは、３個のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗと、これらコイル１ｕ、１ｖ、１ｗにおける軸方向の両端にそれぞれ配置される一対の磁性部材２１、２２とを備え、これらコイル１ｕ、１ｖ、１ｗのそれぞれは、第１および第２サブコイル１１ｕ、１２ｕ；１１ｖ、１２ｖ；１１ｗ、１２ｗを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイルと、
前記複数のコイルにおける軸方向の両端にそれぞれ配置される一対の磁性部材とを備え、
前記複数のコイルのそれぞれは、複数のサブコイルを備えること
を特徴とする多相変圧器。
【請求項２】
前記磁性部材は、軟磁性粉末を形成したものであること
を特徴とする請求項１に記載の多相変圧器。
【請求項３】
前記磁性部材は、帯状の軟磁性部材を、該軟磁性部材の幅方向が前記複数のコイルにおける軸方向に沿うように、巻回することによって構成されること
を特徴とする請求項１に記載の多相変圧器。
【請求項４】
前記巻き回された軟磁性部材間には、絶縁層をさらに備えること
を特徴とする請求項３に記載の多相変圧器。
【請求項５】
前記複数のサブコイルのそれぞれは、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が当該コイルの軸方向に沿うように、巻回することによって構成されること
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の多相変圧器。
【請求項６】
前記導体部材は、前記軸方向と直交する一方側面に配置された軟磁性体部材をさらに備えていること
を特徴とする請求項５に記載の多相変圧器。
【請求項７】
前記軸方向と直交する方向における前記軟磁性体部材の厚さは、当該多相変圧器に給電される交流電力の周波数における表皮厚み以下であること
を特徴とする請求項６に記載の多相変圧器。
【請求項８】
前記導体部材は、前記軟磁性体部材が被覆形成されていること
を特徴とする請求項６また請求項７に記載の多相変圧器。
【請求項９】
前記導体部材は、前記軟磁性体部材が圧着形成されていること
を特徴とする請求項６また請求項７に記載の多相変圧器。
【請求項１０】
前記複数のサブコイルは、当該コイルの軸方向に積層されていること
を特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の多相変圧器。
【請求項１１】
前記複数のサブコイルは、当該コイルの径方向に積層されていること
を特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の多相変圧器。
【請求項１２】
前記複数のサブコイルは、絶縁材を挟んで重ね合わせた帯状の複数の導体部材を巻回することによって構成されること
を特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の多相変圧器。
【請求項１３】
前記複数の導体部材は、１以上の整数であって互いに異なる数をｍ、ｎとする場合に、（ｍ＋ｎ）個であり、
前記ｍ個の導体部材は、前記ｍが２以上の場合には直列に接続され、
前記ｎ個の導体部材は、前記ｎが２以上の場合には直列に接続されていること
を特徴とする請求項１２に記載の多相変圧器。
【請求項１４】
前記ｍ個の導体部材の厚さ：前記ｎ個の導体部材の厚さ＝ｎ：ｍであること
を特徴とする請求項１３に記載の多相変圧器。
【請求項１５】
前記複数のコイルは、当該複数のコイルの各軸方向が互いに平行となるように同一平面上に並設されていること
を特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の多相変圧器。
【請求項１６】
前記複数のコイルと前記磁性部材との間に生じる間隙に充填される熱伝達部材をさらに備えること
を特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の多相変圧器。
【請求項１７】
前記導体部材の厚さは、当該多相変圧器に給電される交流電力における周波数に対する表皮厚みの１／３以下であること
を特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の多相変圧器。
【請求項１８】
直列に接続された複数の変圧器を備える変圧システムであって、
前記複数の変圧器のうちの少なくとも１つは、請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載の多相変圧器であること
を特徴とする変圧システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の相の電力に用いられる多相変圧器に関する。そして、本発明は、この変圧器を複数直列に接続した変圧システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器は、変成器あるいはトランスとも呼ばれ、１次コイルに流れる電気エネルギーを電磁誘導によって２次コイルへ伝達する部品であり、電気製品や電子製品だけでなく、電力系統等にも幅広く利用されている。この変圧器は、一般に、１次コイルと、２次コイルと、コアとを備え、前記１次コイルおよび２次コイルのそれぞれは、前記コアに例えば絶縁被覆を有する断面丸形や角形の軟銅線を巻回することによって構成され、前記コアは、例えば複数の薄い電磁鋼板、例えばケイ素鋼板等を積層することによって構成され、１次コイルと２次コイルとを相互インダクタンスで結合する磁気回路として機能するものである。なお、変圧器には、複数の変圧比に対応するために複数の２次コイルを備えたものや、所定の目的のための３次コイルを備えたもの等も知られている。
【０００３】
このような変圧器は、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示の変圧器は、帯状の電磁鋼板を巻回し、この電磁鋼板を幅方向に対して切断し、この切断箇所から２個の巻き線を挿入し、そして、この切断箇所における切断端同士を突き合わせて接合して閉じて前記巻き線を固定するというものである。この特許文献１に開示の変圧器では、前記巻回した電磁鋼板がコアに相当し、前記巻き線がコイルに相当している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５０５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来の変圧器は、外部への磁束漏洩を無くして１次コイルから２次コイルへの効率的な磁気結合を行う磁気回路を形成すべく、コアが例えば○形状や□形状等の環状構造を有している。このため、この環状構造のままのコアに巻き線を巻き付けて１次コイルおよび２次コイルを作る場合では、環状構造であるが故に巻き線の巻き付け作業が繁雑となり、生産性の向上に限界が生じてしまう。一方、巻き付け作業を容易とするために、コアを複数の部材に分けて巻き付け作業を行った後に複数の部材を繋ぎ合わせて環状構造のコアにする場合や前記特許文献１のように巻回した電磁鋼板（コア）を幅方向に切断して巻き線を挿入後に切断端同士を接合して閉じる場合では、磁気損失が少なくなるように繋ぎ合わせる必要が生じる。特に、前記特許文献１では、切断端が巻回方向に５０゜〜７０゜の角度を持って傾斜するように端部を処理しなければならず、手間がかかってしまう。
【０００６】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、従来より製造が容易となる構造の多相変圧器およびこれを複数直列に接続した変圧システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる多相変圧器は、複数のコイルと、前記複数のコイルにおける軸方向の両端にそれぞれ配置される一対の磁性部材とを備え、前記複数のコイルのそれぞれは、複数のサブコイルを備えることを特徴とする。
【０００８】
このような構成の多相変圧器では、複数のコイルを一対の磁性部材で挟み込む構造であるので、前記複数のコイルのうちの１つのコイルによって生成された磁束は、一方端部に配置される磁性部材、残余のコイルおよび他方端部に配置される磁性部材を介して前記１つのコイルに環流する。したがって、このような構成の多相変圧器では、各コイルによって生成される磁束線は、上下端部において相殺される。よって、このような構成の多相変圧器は、コイルの側面を外囲するように配置されるコアが不要となるので、背景技術のように環状のコアに巻き線を巻き付けることによって１次コイルや２次コイル等として機能する前記サブコイルを作る必要がない。このため、このような構成の多相変圧器は、従来より容易に製造することができる。
【０００９】
また、他の一態様では、上述の多相変圧器において、前記磁性部材は、軟磁性粉末を形成したものであることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、磁性部材が軟磁性体粉末で形成されるので、このような構成の変圧器は、容易に磁性部材を形成することができ、その鉄損も低減することができる。
【００１１】
また、他の一態様では、上述の多相変圧器において、前記磁性部材は、帯状の軟磁性部材を、該軟磁性部材の幅方向が前記複数のコイルにおける軸方向に沿うように、巻回することによって構成されることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、帯状の軟磁性部材を巻回することによって磁性部材を作ることができるので、このような構成の多相変圧器は、容易に製造することができ、さらに、小型なものはもちろん、大型化も可能である。
【００１３】
また、他の一態様では、上述の多相変圧器において、前記巻き回された軟磁性部材間には、絶縁層をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、径方向の電気抵抗が高くなるので、このような構成の多相変圧器は、磁性部材における渦電流損を低減することができる。
【００１５】
また、他の一態様では、これら上述の多相変圧器において、前記複数のサブコイルのそれぞれは、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が当該コイルの軸方向に沿うように、巻回することによって構成されることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、サブコイルが導体部材の幅方向を、当該複数のサブコイルから成る当該コイルの軸方向に沿わせて帯状の長尺な導体部材を巻回することによって構成されるので、磁性部材が、前記複数のコイルの軸方向を法線方向とする２平面で前記複数のコイルを挟み込む構造である場合には、サブコイルの導体部材を磁束線の方向に略沿わせるように配置することが可能となる。このため、このような構成の多相変圧器は、コイル（サブコイル）における渦電流損を低減することができる。
【００１７】
また、他の一態様では、上述の多相変圧器において、前記導体部材は、前記軸方向と直交する一方側面に配置された軟磁性体部材をさらに備えていることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、軸方向と直交する導体部材の一方側面に軟磁性体部材が配置されているので、複数のサブコイル部分の透磁率がより高くなり、インダクタンスをより大きくすることができ、損失を抑制することができる。このため、インダクタンスのより大きい、低損失な多相変圧器が提供される。
【００１９】
また、他の一態様では、上述の多相変圧器において、前記軸方向と直交する方向における前記軟磁性体部材の厚さは、当該多相変圧器に給電される交流電力の周波数における表皮厚み以下であることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、渦電流損の発生を低減することができる。
【００２１】
また、他の一態様では、これら上述の多相変圧器において、前記導体部材は、前記軟磁性体部材が被覆形成されていることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、軟磁性体部材が被覆している導体部材を巻き回すことによって、軸方向と直交する導体部材の一方側面に軟磁性体部材が配置されている多相変圧器をより簡易に製造することができる。
【００２３】
また、他の一態様では、これら上述の多相変圧器において、前記導体部材は、前記軟磁性体部材が圧着形成されていることを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、軟磁性体部材が圧着している導体部材を巻き回すことによって、軸方向と直交する導体部材の一方側面に軟磁性体部材が配置されている多相変圧器をより簡易に製造することができる。
【００２５】
また、他の一態様では、これら上述の多相変圧器において、前記複数のサブコイルは、当該コイルの軸方向に積層されていることを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、複数のサブコイルを軸方向に積層した多相変圧器を提供することができる。
【００２７】
また、他の一態様では、これら上述の多相変圧器において、前記複数のサブコイルは、当該コイルの径方向に積層されていることを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、複数のサブコイルを径方向に積層した多相変圧器を提供することができる。
【００２９】
また、他の一態様では、これら上述の多相変圧器において、前記複数のサブコイルは、絶縁材を挟んで重ね合わせた帯状の複数の導体部材を巻回することによって構成されることを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、絶縁材を挟んで重ね合わせた帯状の複数の導体部材を巻回するので、１回の巻回工程で複数のサブコイルを構成することができるから、このような構成の多相変圧器は、その製造が容易となる。
【００３１】
また、他の一態様では、上述の多相変圧器において、前記複数の導体部材は、１以上の整数であって互いに異なる数をｍ、ｎとする場合に、（ｍ＋ｎ）個であり、前記ｍ個の導体部材は、前記ｍが２以上の場合には直列に接続され、前記ｎ個の導体部材は、前記ｎが２以上の場合には直列に接続されていることを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、複数のサブコイルは、ｍ：ｎの２個のコイルから成るので、このような構成の多相変圧器は、２個のサブコイル間の電圧比をｍ：ｎとすることができ、このようなｍ：ｎの電圧比の多相変圧器が提供される。
【００３３】
また、他の一態様では、上述の多相変圧器において、前記ｍ個の導体部材の厚さ：前記ｎ個の導体部材の厚さ＝ｎ：ｍであることを特徴とする。
【００３４】
この構成によれば、（ｍ枚）×（前記ｍ個の導体部材の厚さ）＝（ｎ枚）×（前記ｎ個の導体部材の厚さ）であるので、各サブコイルの厚さを等しくすることができ、このような各サブコイルの厚さの等しい多相変圧器が提供される。
【００３５】
また、他の一態様では、これら上述の多相変圧器において、前記複数のコイルは、当該複数のコイルの各軸方向が互いに平行となるように同一平面上に並設されていることを特徴とする。
【００３６】
この構成によれば、複数のコイルを同一平面上に並設した多相変圧器を提供することができる。
【００３７】
また、他の一態様では、これら上述の多相変圧器において、前記複数のコイルと前記磁性部材との間に生じる間隙に充填される熱伝達部材をさらに備えることを特徴とする。
【００３８】
この構成によれば、前記間隙に熱伝達部材が充填されているので、このような構成の多相変圧器は、各コイルで生じる熱を、熱伝達部材を介して磁性部材に伝導することができ、放熱性を改善することができる。
【００３９】
また、他の一態様では、これら上述の多相変圧器において、前記導体部材の厚さは、当該多相変圧器に給電される交流電力における周波数に対する表皮厚みの１／３以下であることを特徴とする。
【００４０】
この構成によれば、導体部材の厚さが交流電力の周波数に対する表皮厚みの３分の１以下であるので、このような構成の多相変圧器は、渦電流損を低減することができる。なお、表皮厚みδは、交流電力の角周波数をωとし、導体部材の透磁率をμとし、導体部材の電気伝導率をρとする場合に、一般に、δ＝（２／ωμρ）１／２である。
【００４１】
そして、本発明の他の一態様にかかる変圧システムは、直列に接続された複数の変圧器を備える変圧システムであって、前記複数の変圧器のうちの少なくとも１つは、これら上述のいずれか１つの多相変圧器であることを特徴とする。
【００４２】
この構成によれば、上述の多相変圧器を備えた変圧システムが提供される。そして、この構成によれば、多段の変圧器によって構成されるので、各変圧器によって順次に変圧することができ、１個の変圧器にかかる電圧が低減され、変圧器１個当たりの負荷が軽減される。
【発明の効果】
【００４３】
本発明にかかる多相変圧器は、従来より容易に製造することができる。また、本発明によれば、このような多相変圧器を含む変圧システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１実施形態における３相変圧器の構成を示す図である。
【図２】第１実施形態の３相変圧器における、図１（Ａ）にＩＩ線で示す切断線での断面図である。
【図３】磁歪効果を説明するための図である。
【図４】第２実施形態の３相変圧器における一部断面図である。
【図５】第３実施形態における３相変圧器の構成を示す斜視図である。
【図６】第３実施形態の３相変圧器における一部断面図である。
【図７】第３実施形態の３相変圧器におけるダブルパンケーキ構造のコイルの製造方法を説明するための図である。
【図８】第４実施形態における３相変圧器の構成を示す図である。
【図９】第４実施形態の３相変圧器におけるコイルの結線状態を説明するための図である。
【図１０】第５実施形態における単相変成器の構成を示す図である。
【図１１】変形形態におけるコイル部分の構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。
【００４６】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における３相変圧器の構成を示す図である。図１（Ａ）は、その斜視図であり、図１（Ｂ）は、その上面図である。図２は、第１実施形態の３相変圧器における、図１（Ａ）にＩ−Ｉ線で示す切断線での断面図である。
【００４７】
図１において、第１実施形態の３相変圧器Ｔｒａは、複数のコイル１と、各コイル１によって生成される磁束を略集中的に通すための磁性部材２とを備えて構成される。
【００４８】
複数のコイル１は、第１実施形態の３相変圧器ＴｒａがＵ相、Ｖ相およびＷ相を持つ３相交流電力の用途に用いられることから、Ｕ相に使用されるＵ相コイル１ｕ、Ｖ相に使用されるＶ相コイル１ｖおよびＷ相に使用されるＷ相コイル１ｗの３個のコイルを備えて構成されている。これらＵ相、Ｖ相およびＷ相は、位相が１２０度ずつずれており、例えば、Ｕ相の位相を基準とすると、Ｖ相の位相は、Ｕ相の位相に対し１２０度進んでおり、そして、Ｗ相の位相は、Ｕ相の位相に対し１２０度遅れている。
【００４９】
これら３個のコイル１（１ｕ、１ｖ、１ｗ）のそれぞれは、複数のサブコイルを備えている。この複数のサブコイルは、任意の個数、例えば、３相変圧器Ｔｒａの使用によって適宜に設計される個数でよいが、図１および図２に示す例では、この複数のサブコイルは、２個の第１および第２サブコイル１１、１２から構成されている。すなわち、Ｕ相コイル１ｕは、第１Ｕ相サブコイル１１ｕと第２Ｕ相サブコイル１２ｕとを備える。Ｖ相コイル１ｖは、第１Ｖ相サブコイル１１ｖと第２Ｖ相サブコイル１２ｖとを備える。Ｗ相コイル１ｗは、第１Ｗ相サブコイル１１ｗと第２Ｗ相サブコイル１２ｗとを備える。第１サブコイル１１（１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ）は、例えば、１次コイル（または２次コイル）となり、第２サブコイル１２（１２ｕ、１２ｖ、１２ｗ）は、２次コイル（または１次コイル）となる。なお、複数のサブコイルが３個以上である場合に、２次コイルが複数とされてもよく、また、帰還コイル等の所定の目的（所定の用途）のための、１次および２次コイルの他の第３のコイルとされてもよい。
【００５０】
なお、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００５１】
第１および第２サブコイル１１、１２のそれぞれは、例えば断面○形状や□形状等の絶縁被覆した導電性線材を巻回することによって構成してもよいが、本実施形態では、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が当該コイル１の軸方向に沿うように、巻回することによって構成される。より具体的には、第１および第２サブコイル１１、１２のそれぞれは、片面を絶縁被覆した帯状の導体部材を渦巻き状に所定回数だけ巻き回していわゆるシングルパンケーキ巻きで形成される。あるいは、第１および第２サブコイル１１、１２のそれぞれは、帯状の導体部材に比較的薄い絶縁シートを挟み込んで渦巻き状に所定回数だけ巻き回していわゆるシングルパンケーキ巻きで形成される。このような帯状の長尺な導体部材は、シート形状、リボン形状あるいはテープ形状であり、幅（幅方向の長さ）Ｗに対する厚さ（厚み方向の長さ）ｔが１未満である（０＜ｔ／Ｗ＜１）。
【００５２】
そして、第１および第２サブコイル１１、１２は、図１および図２に示すように、当該コイル１の軸方向に絶縁材４を挟んで積層されている。
【００５３】
磁性部材２は、複数のコイル１における軸方向の両端部分のそれぞれを覆うように各両端にそれぞれ配置される一対の部材２１、２２で構成される。すなわち、本実施形態の３相変圧器Ｔｒａは、複数のコイル１をその軸方向で一対の磁性部材２１、２２で挟み込む構造である。磁性部材２（２１、２２）は、例えば仕様等に応じた所定の磁気特性（透磁率）を有しており、帯状の軟磁性部材を、該軟磁性部材の幅方向が複数のコイル１における軸方向に沿うように、巻回することによって構成される。より具体的には、一対の磁性部材２１、２２のそれぞれは、片面を絶縁被覆した帯状（テープ状、リボン状）の軟磁性部材を渦巻き状に巻き回していわゆるシングルパンケーキ巻きで形成される。あるいは、一対の磁性部材２１、２２のそれぞれは、帯状の軟磁性部材に比較的薄い絶縁シートを挟み込んで渦巻き状に巻き回していわゆるシングルパンケーキ巻きで形成される。この帯状の軟磁性部材は、例えば、純鉄系または低シリコン添加の柔軟な磁性体を、帯状に圧延し、その後に、軟磁性とするために、これを焼鈍処理することによって得られる。前記絶縁被覆や前記絶縁シートには、例えば、ポリイミド樹脂等の樹脂が用いられる。
【００５４】
そして、本実施形態の３相変圧器Ｔｒａでは、軸方向に積層された第１および第２Ｕ相サブコイル１１ｕ、１２ｕを備えて成る輪郭円柱状のＵ相コイル１ｕと、軸方向に積層された第１および第２Ｖ相サブコイル１１ｖ、１２ｖを備えて成る輪郭円柱状のＶ相コイル１ｕと、軸方向に積層された第１および第２Ｗ相サブコイル１１ｗ、１２ｗを備えて成る輪郭円柱状のＷ相コイル１ｗとは、各中心点（軸芯）が正三角形の各頂点に一致するようにそれぞれ配置され、各軸方向が互いに平行となるように、そして、その一方端が同一平面となるように、並設されている。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各コイル１ｕ、１ｖ、１ｗにおける各芯部には、第１および第２サブコイル１１ｕ、１２ｕ；１１ｖ、１２ｖ；１１ｗ、１２ｗを挿通するように、所定の磁気特性を有する中実円柱形状のポールピース３ｕ、３ｖ、３ｗがそれぞれ配置されている。これらポールピース３ｕ、３ｖ、３ｗは、磁気飽和した場合でも低ヒステリシス損の材料で形成されることが好ましい。このようなポールピース３ｕ、３ｖ、３ｗは、比較的低いヒステリシス損の合金粉を熱可塑性の樹脂で固化することによって形成される。そして、一方の磁性部材２１は、上述のように並設された３個のＵ相、Ｖ相およびＷ相コイル１ｕ、１ｖ、１ｗにおける軸方向の一方端部におけるこれら３個のＵ相、Ｖ相およびＷ相コイル１ｕ、１ｖ、１ｗによって形成される一方面を略覆うべく、面取りされた略正三角形形状の横断面となるように、帯状の軟磁性部材が巻き回されて形成され、前記一方端部の前記一方面を略覆うようにその部分に配置されている。同様に、他方の磁性部材２２は、上述のように並設された３個のＵ相、Ｖ相およびＷ相コイル１ｕ、１ｖ、１ｗにおける軸方向の他方端部におけるこれら３個のＵ相、Ｖ相およびＷ相コイル１ｕ、１ｖ、１ｗによって形成される他方面を略覆うべく、面取りされた略正三角形形状の横断面となるように、帯状の軟磁性部材が巻き回されて形成され、前記他方端部の前記他方面を略覆うようにその部分に配置されている。
【００５５】
このような構成の３相変圧器Ｔｒａでは、複数のコイル１を一対の磁性部材２で挟み込む構造であるので、Ｕ相では、Ｕ相コイル１ｕにおける１次コイル（例えば第１サブコイル１１ｕ）に交流電力が供給されると、前記１次コイルによって磁場が形成され、前記１次コイルによって生成された磁場の磁束は、前記１次コイルから、一方の磁性部材２１を通り、他のＶ相コイル１ｖおよびＷ相コイル１ｗをそれぞれ介して他方の磁性部材２２を通り、そして、前記１次コイルに環流する。このため、Ｕ相コイル１ｕの２次コイル（例えば第２サブコイル１２ｕ）は、磁性部材２によって前記１次コイルと磁気結合し、電磁誘導によって前記１次コイルの交流電力が伝達され、所定の電圧が誘起される。同様に、Ｖ相では、Ｖ相コイル１ｖにおける１次コイル（例えば第１サブコイル１１ｖ）に交流電力が供給されると、前記１次コイルによって磁場が形成され、前記１次コイルによって生成された磁場の磁束は、前記１次コイルから、一方の磁性部材２１を通り、他のＷ相コイル１ｗおよびＵ相コイル１ｕをそれぞれ介して他方の磁性部材２２を通り、そして、前記１次コイルに環流する。このため、Ｖ相コイル１ｖの２次コイル（例えば第２サブコイル１２ｖ）は、磁性部材２によって前記１次コイルと磁気結合し、電磁誘導によって前記１次コイルの交流電力が伝達され、所定の電圧が誘起される。そして、同様に、Ｗ相では、Ｗ相コイル１ｗにおける１次コイル（例えば第１サブコイル１１ｗ）に交流電力が供給されると、前記１次コイルによって磁場が形成され、前記１次コイルによって生成された磁場の磁束は、前記１次コイルから、一方の磁性部材２１を通り、他のＵ相コイル１ｕおよびＶ相コイル１ｖをそれぞれ介して他方の磁性部材２２を通り、そして、前記１次コイルに環流する。このため、Ｗ相コイル１ｗの２次コイル（例えば第２サブコイル１２ｗ）は、磁性部材２によって前記１次コイルと磁気結合し、電磁誘導によって前記１次コイルの交流電力が伝達され、所定の電圧が誘起される。一対の磁性部材２１、２２は、コイル１で生成された磁束を当該コイル１に環流させ、１次コイルと２次コイルとを相互インダクタンスで結合する磁気回路の一部として機能している。
【００５６】
したがって、このような各コイル１ｕ、１ｖ、１ｗによって生成される各磁束線は、上下端部において相殺される。よって、このような構成の多相変圧器Ｔｒａは、コイル１ｕ、１ｖ、１ｗの側面を外囲するように配置されるコアが不要となるので、背景技術のように環状のコアに巻き線を巻き付けることによって１次コイルや２次コイル等として機能する前記サブコイル１１ｕ、１２ｕ；１１ｖ、１２ｖ；１１ｗ、１２ｗを作る必要がない。このため、このような構成の多相変圧器Ｔｒａは、従来より容易に製造することができる。
【００５７】
また、磁性部材２が、各相のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗの各軸方向を法線方向とする２平面で各相のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗを挟み込む構造であって、第１および第２サブコイル１１、１２が、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイル１の軸方向に沿うように巻回することによってそれぞれ構成されているので、一対の磁性部材２１、２２間の空間では、第１および第２サブコイル１１、１２の各導体部材は、その磁束線に略沿っている。したがって、第１および第２サブコイル１１、１２の各導体部材では、その渦電流損が低減される。
【００５８】
そして、このような３相変圧器Ｔｒａは、例えば、次の各工程によって製造することができる。
【００５９】
コイル１ｕ、１ｖ、１ｗを形成するべく、所定の厚さを有するとともに少なくとも片面が絶縁被覆された帯状の導体部材がサブコイルの個数、図１および図２に示す例では６個用意される。そして、これら絶縁被覆された６個の導体部材が、それぞれ、中心（軸芯）から所定の距離だけ離間した位置から所定の回数だけ巻き回され、これらのうちの２個が１組で軸方向に絶縁材４を介して積層され、これらの軸芯部にポールピース３ｕ、３ｖ、３ｗがそれぞれ挿通され、配置される。あるいは、これら絶縁被覆された６個の導体部材が、２個１組で、絶縁材４を備えたポールピース３ｕ、３ｖ、３ｗにそれぞれ所定の回数だけ巻き回される。これによって、第１および第２サブコイル１１ｕ、１２ｖ；１１ｖ、１２ｖ；１１ｗ、１２ｗを軸方向に積層した輪郭円柱状のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗが形成される。
【００６０】
一方、一対の磁性部材２１、２２を形成するべく、所定の厚さを有するとともに少なくとも片面が絶縁被覆された帯状の軟磁性部材が２個用意される。これら絶縁被覆された２個の軟磁性部材が、それぞれ、中心（軸芯）から所定の距離だけ離間した位置から、その横断面が面取りされた正三角形形状となるように、所定の回数だけ巻き回される。これによって一対の磁性部材２１、２２のそれぞれが形成される。
【００６１】
続いて、Ｕ相コイル１ｕ、Ｖ相コイル１ｕおよびＷ相コイル１ｗは、各中心点（軸芯）が正三角形の各頂点に一致するように配置され、各軸方向が互いに平行となるように並設される。
【００６２】
続いて、これら並設されたＵ相コイル１ｕ、Ｖ相コイル１ｕおよびＷ相コイル１ｗにおける軸方向の一方端部に一方の磁性部材２１が例えばエポキシ系等の高分子接着剤によって接着固定され、これら並設されたＵ相コイル１ｕ、Ｖ相コイル１ｕおよびＷ相コイル１ｗにおける軸方向の他方端部に他方の磁性部材２２が同様に接着固定される。こうして３相変圧器Ｔｒａが製造される。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態における３相変圧器Ｔｒａは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３個のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗを一対の磁性部材２１、２２で挟み込む構造であるので、各コイル１ｕ、１ｖ、１ｗによって生成される各磁束線が上下端部において相殺するからコイル１ｕ、１ｖ、１ｗの側面を外囲するように配置されるコアが不要となるので、背景技術のように環状のコアに巻き線を巻き付けることによって１次コイルや２次コイル等として機能する前記サブコイル１１ｕ、１２ｕ；１１ｖ、１２ｖ；１１ｗ、１２ｗを作る必要がない。このため、このような構成の多相変圧器Ｔｒａは、従来より容易に製造することができる。
【００６４】
また、本実施形態における３相変圧器Ｔｒａでは、帯状の軟磁性部材を巻回することによって磁性部材２（２１、２２）を作ることができるので、本実施形態における３相変圧器Ｔｒａは、容易に製造することができる。さらに、後述するように、例えば軟磁性粉末を、圧力成型、或いは加熱や接着剤等を用いて成型して形成される磁性部材２は、一括プレスで製作することができ、低コスト化にメリットがある一方で、プレス設備が大型化してしまうため、大きな磁性部材２には、適していない。これに対し、本実施形態の磁性部材２は、上述のように帯状の軟磁性部材を巻き回して形成されるため、小径なものは言うに及ばず、大径化した場合でも容易に製作することができ、低コスト化も可能である。
【００６５】
また、本実施形態における３相変圧器Ｔｒａでは、前記巻回された軟磁性部材間が絶縁材によって絶縁されているので、径方向の電気抵抗が高くなり、この結果、磁性部材２における渦電流を効果的に抑制することができる。さらに、渦電流損を低減するために、軟磁性部材の厚みをいわゆる表皮厚みδ以下とされてもよい。
【００６６】
また、本実施形態における３相変圧器Ｔｒａでは、磁性部材２（２１、２２）に生じる磁歪効果も抑制することができる。図３は、磁歪効果を説明するための図である。図３（Ａ）は、磁場の無い無磁場下の場合を示し、図３（Ｂ）は、磁場の有る有磁場下の場合を示す。すなわち、磁場の無い無磁場下における磁性材料では、図３（Ａ）に示すように、電子のスピンによる微小磁石におけるＮＳ極の方向が不揃いな状態（様々な方向を向いたランダムな状態）であるが、磁場が印加された有磁場下における磁性材料では、図３（Ｂ）に示すように、前記微小磁石におけるＮＳ極の方向が揃うため、磁性材料全体において、所定の一方向に膨張するとともに所定の他方向で収縮する歪み（磁歪）が生じる。本実施形態における３相変圧器Ｔｒａでは、磁歪効果によって帯状の軟磁性部材における長手方向に伸縮が生じるが、帯状の軟磁性部材が巻き回されているので、前記伸縮が周方向の巻き弛緩および緊縛として吸収され、前記伸縮が生じても径方向の伸縮は、１／π（πは円周率）〜１／３に縮小されるため、前記磁歪効果が抑制される。
【００６７】
また、本実施形態における３相変圧器Ｔｒａでは、サブコイル１１ｕ、１２ｕ；１１ｖ、１２ｖ；１１ｗ、１２ｗが導体部材の幅方向を、当該複数のサブコイル１１ｕ、１２ｕ；１１ｖ、１２ｖ；１１ｗ、１２ｗから成る当該コイル１ｕ、１ｖ、１ｗの軸方向に沿わせて帯状の長尺な導体部材を巻回することによって構成されているとともに、磁性部材２が、これら複数のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗの軸方向を法線方向とする２平面でこれら複数のコイル１ｕ、１ｖ、１ｗを挟み込む構造であるので、サブコイル１１ｕ、１２ｕ；１１ｖ、１２ｖ；１１ｗ、１２ｗの導体部材を磁束線の方向に略沿わせるように配置することが可能となる。このため、本実施形態における３相変圧器Ｔｒａは、コイル１（サブコイル１１、１２）における渦電流損を低減することができる。
【００６８】
そして、本実施形態における３相変圧器Ｔｒａでは、複数のサブコイル１１、１２を軸方向に積層した３相変圧器Ｔｒａが提供される。
【００６９】
次ぎに、別の実施形態について説明する。
【００７０】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態の３相変圧器における一部断面図である。第１実施形態における３相変圧器Ｔｒａは、複数のサブコイルが当該コイルの軸方向に積層されたが、第２実施形態における３相変圧器Ｔｒｂは、図４に示すように、当該コイルの径方向に積層されて構成される。なお、図４には、図１に対する図２と同様に、或る１つのコイル、例えばｕ相のコイル６ｕの軸芯から外周までの範囲が示されている。また、第２実施形態における３相変圧器Ｔｒｂの上面図は、図１に示す第１実施形態における３相変圧器Ｔｒａの上面図と同様であるので、省略する。
【００７１】
このような第２実施形態における３相変圧器Ｔｒｂは、複数のコイル６と、各コイル６によって生成される磁束を略集中的に通すための磁性部材２とを備えて構成される。この第２実施形態における変圧器Ｔｒｂの磁性部材２は、第１実施形態における変圧器Ｔｒａの磁性部材２と同様であるので、その説明を省略する。
【００７２】
そして、複数のコイル６は、第１実施形態と同様に、第２実施形態の３相変圧器ＴｒｂがＵ相、Ｖ相およびＷ相を持つ３相交流電力の用途に用いられることから、Ｕ相に使用されるＵ相コイル６ｕ、Ｖ相に使用されるＶ相コイル６ｖおよびＷ相に使用されるＷ相コイル６ｗの３個のコイルを備えて構成されている。
【００７３】
これら３個のコイル６（６ｕ、６ｖ、６ｗ）のそれぞれは、複数のサブコイルを備えている。これら複数のサブコイルのそれぞれは、帯状の長尺な導体部材を絶縁材（図略）を挟んで所定回数だけ巻回することによって構成されて成る。複数のサブコイルは、任意の個数、例えば、変圧器Ｔｒｂの使用によって適宜に設計される個数でよいが、図４に示す例では、複数のサブコイルは、外側および内側の２個の外コイル６１および内コイル６２から構成されて成る。外コイル６１と内コイル６２とは、絶縁材を介して径方向に積層される。
【００７４】
このような構成の第２実施形態における変圧器Ｔｒｂも第１実施形態にかかる変圧器Ｔｒａと同様の作用効果を奏し、第２実施形態にかかる変圧器Ｔｒｂは、従来より容易に製造することができる。そして、第２実施形態によれば、複数のコイル６を径方向に積層した変圧器Ｔｒｂが提供される。
【００７５】
次ぎに、別の実施形態について説明する。
【００７６】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態における３相変圧器の構成を示す斜視図である。図６は、第３実施形態の３相変圧器における一部断面図である。
【００７７】
第１実施形態における３相変圧器Ｔｒａは、複数のサブコイルが当該コイルの軸方向に積層されたが、第３実施形態における３相変圧器Ｔｒｃは、図５および図６に示すように、複数のサブコイルが、絶縁材を挟んで重ね合わせた帯状の複数の導体部材を巻回することによって構成される。なお、図６には、図１に対する図２と同様に、或る１つのコイル、例えばｕ相のコイル７ｕの軸芯から外周までの範囲が示されている。
【００７８】
このような第３実施形態における３相変圧器Ｔｒｃは、複数のコイル７と、各コイル７によって生成される磁束を略集中的に通すための磁性部材２（２１、２２）とを備えて構成される。この第３実施形態における変圧器Ｔｒｃの磁性部材２は、第１実施形態における変圧器Ｔｒａの磁性部材２と同様であるので、その説明を省略する。
【００７９】
そして、複数のコイル７は、第１実施形態と同様に、第３実施形態の３相変圧器ＴｒｃがＵ相、Ｖ相およびＷ相を持つ３相交流電力の用途に用いられることから、Ｕ相に使用されるＵ相コイル７ｕ、Ｖ相に使用されるＶ相コイル７ｖおよびＷ相に使用されるＷ相コイル７ｗの３個のコイルを備えて構成されている。
【００８０】
これら３個のコイル７（７ｕ、７ｖ、７ｗ）のそれぞれは、複数のサブコイルを備えている。この複数のサブコイルは、任意の個数、例えば、３相変圧器Ｔｒｃの仕様によって適宜に設計される個数でよいが、図５および図６に示す例では、この複数のサブコイルは、４個の第１ないし第４サブコイル７１〜７４から構成されている。これら複数のサブコイル７１〜７４は、図５および図６に示すように、絶縁材を挟んで重ね合わせた帯状の複数（本実施形態では４つ）の長尺な導体部材を所定回数だけ巻回することによって構成されて成る。そして、複数のサブコイル７１〜７４は、シングルパンケーキ構造であってもよいが、本実施形態では、図５および図６に示すように、ダブルパンケーキ構造で構成されている。
【００８１】
第１ないし第４サブコイル７１、７２、７３、７４の各両端部Ｔｍａ１、Ｔｍａ２；Ｔｍｂ１、Ｔｍｂ２；Ｔｍｃ１、Ｔｍｃ２；Ｔｍｄ１、Ｔｍｄ２は、接続端子として機能する。そして、第２サブコイル７２、第３サブコイル７３および第４サブコイル７４で１個のコイルを形成すべく、第２サブコイル７２の他方端部Ｔｍｂ２と第３サブコイルの一方端部Ｔｍｃ１とが電気的に接続されるとともに、第３サブコイル７３の一方端部Ｔｍｃ２と第４サブコイルの一方端部Ｔｍｄ１とが電気的に接続されている。このため、図５および図６に示す例の３相変圧器Ｔｒｃでは、第１サブコイル７１は、その両端部Ｔｍａ１、Ｔｍａ２を接続端子とする１次コイル（または２次コイル）となり、第２ないし第４サブコイル７２、７３、７４は、第２サブコイル１２の一方端部Ｔｍｂ１および第４サブコイル７４の他方端部Ｔｍｄ２を接続端子とする２次コイル（または１次コイル）となっている。
【００８２】
このように複数のサブコイル７１〜７４は、１以上の整数であって互いに異なる数をｍ、ｎとする場合に、絶縁材を挟んで重ね合わせた帯状の（ｍ＋ｎ）個の導体部材を巻回することによって構成され、前記ｍ個の導体部材は、前記ｍが２以上の場合には直列に接続され、前記ｎ個の導体部材は、前記ｎが２以上である場合には直列に接続されているものである。このように構成することによって、複数のサブコイル７１〜７４がｍ：ｎの２個のサブコイルから成るので、３相変圧器Ｔｒｃは、２個のサブコイル間の電圧比をｍ：ｎとすることができる。
【００８３】
なお、このような構成のサブコイル７１〜７４において、前記ｍ個の導体部材の厚さ：前記ｎ個の導体部材の厚さ＝ｎ：ｍであることが好ましい。このように構成することによって、（ｍ枚）×（前記ｍ個の導体部材の厚さ）＝（ｎ枚）×（前記ｎ個の導体部材の厚さ）であるので、各サブコイル（前記１次コイルおよび前記２次コイル）７１〜７４の厚さを等しくすることができ、このような各サブコイル７１〜７４の厚さの等しい変圧器Ｔｒａが提供される。
【００８４】
このようなダブルパンケーキ構造のサブコイル７１〜７４は、例えば、次の各工程によって製造することができる。
【００８５】
図７は、第３実施形態の３相変圧器におけるダブルパンケーキ構造のコイルの製造方法を説明するための図である。まず、所定の厚さを有するとともに少なくとも片面を絶縁被覆した帯状の導体部材がサブコイルの個数だけ用意される。以下では、図５および図６に示す例の３相変圧器Ｔｒｃにおける３個のコイル７（７ｕ、７ｖ、７ｗ）のいずれか１つを製造する場合について説明する。この場合、サブコイル７１〜７４を製造するべく、導体部材が４個用意される。もちろん、各工程は、任意の個数の導体部材であっても同様に実施することができる。続いて、これら絶縁被覆された４個の導体部材が絶縁材によって電気的に絶縁されるように順次に重ね合わせられ（順次に積層され）、図７（Ａ）に示すように、この重ね合わされた４個の導体部材（重ね合わせ導体部材ＳＢ）がその両端からそれぞれ巻回され、その中間部分が例えば塑性成形によって帯状の重ね合わせ導体部材ＳＢを含む平面内において長尺方向と直交する方向（幅方向）に所定角度だけ曲げられる。続いて、図７（Ｂ）に示すように、この曲げた部分が中心巻枠ＣＦの外周面に当接され、この重ね合わせ導体部材ＳＢが、この当接点を起点に、所定の巻き数となるように、中心巻枠ＣＦの外周面に巻き付けられ、中心巻枠ＣＦを巻枠としてＤＰ巻き（ダブルパンケーキ巻き）される。続いて、重ね合わせ導体部材ＳＢが中心巻枠ＣＦに巻き付け終わると、図７（Ｃ）に示すように、中心巻枠ＣＦが抜き取られて、第１ないし第４サブコイル７１〜７４から構成されて成る第Ｕ相コイル７ｕが形成される。そして、重ね合わせ導体部材ＳＢの巻き残しが第１ないし第４サブコイル７１、７２、７３、７４の各接続端子Ｔｍａ１、Ｔｍａ２；Ｔｍｂ１、Ｔｍｂ２；Ｔｍａｃ、Ｔｍｃ２；Ｔｍｄ１、Ｔｍｄ２となる。そして、第２ないし第４サブコイル７２、７３、７４で１個のコイルを形成すべく、これら各接続端子Ｔｍｂ１、Ｔｍｂ２；Ｔｍａｃ、Ｔｍｃ２；Ｔｍｄ１、Ｔｍｄ２が上述のように結線される。このような手順によって、ダブルパンケーキ構造の複数のサブコイル７１〜７４が作製される。
【００８６】
このような構成の第３実施形態における変圧器Ｔｒｃも第１実施形態にかかる変圧器Ｔｒａと同様の作用効果を奏し、特に、第３実施形態にかかる変圧器Ｔｒｃは、１回の巻回工程で複数のサブコイル７１〜７４を構成することができるから、従来よりさらに容易に製造することができる。
【００８７】
次に、別の実施形態について説明する。
【００８８】
（第４実施形態）
図８は、第４実施形態における３相変圧器の構成を示す図である。図９は、第４実施形態の３相変圧器におけるコイルの結線状態を説明するための図である。
【００８９】
第１実施形態における３相変圧器Ｔｒａは、複数のサブコイルが当該コイルの軸方向に積層されたが、第４実施形態における３相変圧器Ｔｒｄは、図８に示すように、複数のコイル８（８ｕ−１、８ｕ−２；８ｖ−１、８ｖ−２；８ｗ−１、８ｗ−２）が、当該複数のコイル８の各軸方向が互いに平行となるように同一平面上に並設されている。なお、図８には、一方の磁性部材２１を取り除いた状態での第４実施形態における３相変圧器Ｔｒｄの上面図が示されている。
【００９０】
このような第４実施形態における３相変圧器Ｔｒｄは、複数のコイル８と、各コイル８によって生成される磁束を略集中的に通すための磁性部材２とを備えて構成される。この第４実施形態における変圧器Ｔｒｄの磁性部材２は、第１実施形態のように略正三角形形状の横断面ではなくドーナツ形状の横断面である点を除き、第１実施形態における変圧器Ｔｒａの磁性部材２（２１、２２）と同様であるので、その説明を省略する。
【００９１】
そして、複数のコイル８は、第１実施形態と同様に、第４実施形態の３相変圧器ＴｒｄがＵ相、Ｖ相およびＷ相を持つ３相交流電力の用途に用いられることから、Ｕ相に使用されるＵ相コイル８ｕ、Ｖ相に使用されるＶ相コイル８ｖおよびＷ相に使用されるＷ相コイル８ｗを備えて構成されており、さらに、本実施形態では、これらＵ相コイル８ｕ、Ｖ相コイル８ｖおよびＷ相コイル８ｗのそれぞれは、複数であって、この複数のＵ相コイル８ｕ、複数のＶ相コイル８ｖおよび複数のＷ相コイル８ｗが、各コイル８の各軸方向が互いに平行となるように、そして、その一方端が同一平面となるように、環状に順次に並べられて並設されている。図８に示す例では、各相のコイル８ｕ、８ｖ、８ｗのそれぞれは、２個の第１および第２コイルを備えて構成されている。すなわち、Ｕ相コイル８ｕは、第１Ｕ相コイル８ｕ−１と第２Ｕ相コイル８ｕ−２とを備える。Ｖ相コイル８ｖは、第１Ｖ相コイル８ｖ−１と第２Ｖ相コイル８ｖ−２とを備える。Ｗ相コイル８ｗは、第１Ｗ相コイル８ｗ−１と第２Ｗ相コイル８ｗ−２とを備える。
【００９２】
これら各相の第１および第２コイル８ｕ−１、８ｕ−２；８ｖ−１、８ｖ−２；８ｗ−１、８ｗ−２；のそれぞれは、第１ないし第３実施形態の３相変圧器Ｔｒａ〜Ｔｒｃにおけるコイル１、６、７のいずれの構造であってもよいが、図８に示す例では、第３実施形態の３相変圧器Ｔｒｃにおけるコイル７の構造が採用されている。すなわち、第４実施形態の３相変圧器Ｔｒｄにおける各コイル８ｕ−１、８ｕ−２；８ｖ−１、８ｖ−２；８ｗ−１、８ｗ−２；のそれぞれは、複数のサブコイルを備えている。この複数のサブコイルは、任意の個数、例えば、３相変圧器Ｔｒｄの仕様によって適宜に設計される個数でよいが、図８および図９に示す例では、この複数のサブコイルは、３個の第１ないし第３サブコイル８１〜８３から構成されている。これら複数のサブコイル８１〜８３は、絶縁材（
図略）を挟んで重ね合わせた帯状の複数（本実施形態では３つ）の長尺な導体部材を所定回数だけ巻回することによって構成されて成る。そして、本実施形態では、各コイル８ｕ−１、８ｕ−２；８ｖ−１、８ｖ−２；８ｗ−１、８ｗ−２；のそれぞれは、シングルパンケーキ構造で構成されている。
【００９３】
図９に示すように、第１ないし第３サブコイル８１、８２、８３の各両端部Ｔｍ１１、Ｔｍ１２；Ｔｍ２１、Ｔｍ２２；Ｔｍ３１、Ｔｍ３２は、接続端子として機能する。そして、第２サブコイル８２および第３サブコイル８３で１個のコイルを形成すべく、第２サブコイル８２の他方端部Ｔｍ２２と第３サブコイル８３の一方端部Ｔｍ３１とが電気的に接続されている。このため、図８および図９に示す例の３相変圧器Ｔｒｄでは、第１サブコイル８１は、その両端部Ｔｍ１１、Ｔｍ１２を接続端子とする１次コイル（または２次コイル）となり、第２および第３サブコイル８２、８３は、第２サブコイル８２の一方端部Ｔｍ２１および第３サブコイル８３の他方端部Ｔｍ３２を接続端子とする２次コイル（または１次コイル）となっている。
【００９４】
このような構成の第４実施形態における変圧器Ｔｒｄも第１実施形態にかかる変圧器Ｔｒａと同様の作用効果を奏し、第４実施形態にかかる変圧器Ｔｒｄは、従来より容易に製造することができる。そして、第４実施形態によれば、複数のコイル８ｕ、８ｖ、８ｗを並設した３相変圧器を提供することができる。
【００９５】
次に、別の実施形態について説明する。
【００９６】
（第５実施形態）
図１０は、第５実施形態における単相変成器の構成を示す図である。図１０（Ａ）は、その上面図であり、図１０（Ｂ）は、その斜視図である。第１ないし第４実施形では、多相変成器Ｔｒａ〜Ｔｒｄであったが、第５実施形態における変成器は、第１ないし第４実施形態における多相変成器Ｔｒａ〜Ｔｒｄと同様の考え方に基づく単相変成器である。
【００９７】
このような第５実施形態における単相変成器Ｔｒｅは、１次コイル９１および２次コイル９２を備える複数のコイル９と、１次コイル９１および２次コイル９２によって生成される磁束を略集中的に通すための磁性部材２（２１、２２）とを備えて構成される。
【００９８】
１次コイル９１は、例えば断面○形状や□形状等の絶縁被覆した導電性線材を巻回することによって構成してもよいが、本実施形態では、第１ないし第４実施形態における第１および第２サブコイルと同様に、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が当該１次コイル９１の軸方向に沿うように、巻回することによって構成される。より具体的には、１次コイル９１は、片面を絶縁被覆した帯状の導体部材を渦巻き状に所定回数だけ巻き回していわゆるシングルパンケーキ巻きで形成される。あるいは、１次コイル９１は、帯状の導体部材に比較的薄い絶縁シートを挟み込んで渦巻き状に所定回数だけ巻き回していわゆるシングルパンケーキ巻きで形成される。２次コイル９２も１次コイル９１と同様である。
【００９９】
磁性部材２は、第１ないし第４実施形態における磁性部材２と同様に、複数のコイル９（９１、９２）における軸方向の両端部分のそれぞれを覆うように各両端にそれぞれ配置される一対の部材２１、２２で構成される。すなわち、本実施形態の単相変圧器Ｔｒｅは、複数のコイル９（９１、９２）をその軸方向で一対の磁性部材２１、２２で挟み込む構造である。磁性部材２（２１、２２）は、例えば仕様等に応じた所定の磁気特性（透磁率）を有しており、帯状の軟磁性部材を、該軟磁性部材の幅方向が複数のコイル９（９１、９２）における軸方向に沿うように、巻回することによって構成される。より具体的には、一対の磁性部材２１、２２のそれぞれは、片面を絶縁被覆した帯状の軟磁性部材を渦巻き状に巻き回していわゆるシングルパンケーキ巻きで形成される。あるいは、一対の磁性部材２１、２２のそれぞれは、帯状の軟磁性部材に比較的薄い絶縁シートを挟み込んで渦巻き状に巻き回していわゆるシングルパンケーキ巻きで形成される。
【０１００】
そして、これら１次コイル９１および２次コイル９２は、各コイル９（９１、９２）の各軸方向が互いに平行となるように、そして、その一方端が同一平面となるように、さらに、所定の間隔を空けて隣接するように、並設されている。これに応じて磁性部材２は、本実施形態では、その横断面が平行部分を有する長円形状（⊂形状と⊃形状とをその端部を繋げた形状）となっている。
【０１０１】
このような構成の単相変圧器Ｔｒｅでは、１次コイル９１および２次コイル９２を一対の磁性部材２（２１、２２）で挟み込む構造であるので、１次コイル９１に交流電力が供給されると、１次コイル９１によって磁場が形成され、１次コイル９１によって生成された磁場の磁束は、１次コイル９１から、一方の磁性部材２１を通り、２次コイル９２を介して他方の磁性部材２２を通り、そして、１次コイル９１に環流する。このため、２次コイル９２は、一対の磁性部材２１、２２によって１次コイル９１と磁気結合し、電磁誘導によって１次コイル９１の交流電力が伝達され、所定の電圧が誘起される。一対の磁性部材２１、２２は、１次コイル９１で生成された磁束を当該コイル９１に環流させ、１次コイル９１と２次コイル９２とを相互インダクタンスで結合する磁気回路の一部として機能している。このような構成の単相変圧器Ｔｒｅは、コイル９（９１、９２）の側面を外囲するように配置されるコアが不要となるので、背景技術のように環状のコアに巻き線を巻き付けることによって１次コイルや２次コイルを作る必要がない。このため、このような構成の単相変圧器Ｔｒｅは、従来より容易に製造することができる。
【０１０２】
また、磁性部材２が、各コイル９１、９２の各軸方向を法線方向とする２平面で各コイル９１、９２を挟み込む構造であって、１次コイル９１および２次コイル９２が、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイル９１、９２の軸方向に沿うように巻回することによってそれぞれ構成されているので、一対の磁性部材２１、２２間の空間では、１次コイル９１および２次コイル９２の各導体部材は、その磁束線に略沿っている。したがって、１次コイル９１および２次コイル９２の各導体部材では、その渦電流損が低減される。
【０１０３】
なお、上述の第１ないし第５実施形態では、磁性部材２は、帯状の軟磁性部材を巻回したものであったが、磁性部材２は、所望の形状の成形容易性の観点から、軟磁性体粉末を形成したものであってもよい。このような構成の多相変圧器Ｔｒ（Ｔｒａ、Ｔｒｂ、Ｔｒｃ、Ｔｒｄ）および単相変圧器Ｔｒｅは、容易に磁性部材２を形成することができ、その鉄損も低減することができる。さらにまた、磁性部材２は、軟磁性粉末と非磁性粉末との混合物を成形したものであってもよい。軟磁性粉末と非磁性粉末との混合率比を比較的容易に調整することができ、前記混合比率を適宜に調整することによって、磁性部材２における前記所定の磁気特性をそれぞれ所望の磁気特性に容易に実現することが可能となる。
【０１０４】
この軟磁性粉末は、強磁性の金属粉末であり、より具体的には、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）およびアモルファス粉末、さらには、表面にリン酸系化成皮膜などの電気絶縁皮膜が形成された鉄粉等が挙げられる。これら軟磁性粉末は、公知の手段、例えば、アトマイズ法等によって微粒子化する方法や、酸化鉄等を微粉砕した後にこれを還元する方法等によって製造することができる。また、一般に、透磁率が同一である場合に飽和磁束密度が大きいので、軟磁性粉末は、例えば上記純鉄粉、鉄基合金粉末およびアモルファス粉末等の金属系材料であることが特に好ましい。このような軟磁性粉末に基づく磁性部材２は、例えば、圧粉形成等の公知の常套手段によって形成することができる。
【０１０５】
また、上述の第１ないし第５実施形態において、複数のコイル１、６、７、８、９と磁性部材２との間に生じる間隙には、熱伝達部材がさらに充填されてもよい。このような構成の多相変圧器Ｔｒ（Ｔｒａ、Ｔｒｂ、Ｔｒｃ、Ｔｒｄ）および単相変圧器Ｔｒｅでは、前記間隙に熱伝達部材が充填されているので、各コイル１、６、７、８、９で生じる熱は、前記熱伝達部材を介して磁性部材２に伝導することができる。このため、このような構成の多相変圧器Ｔｒ（Ｔｒａ、Ｔｒｂ、Ｔｒｃ、Ｔｒｄ）および単相変圧器Ｔｒｅは、その放熱性を改善することができる。前記熱伝導部材は、例えば、比較的熱伝導性のよい高分子部材（比較的高伝導率の高分子部材）を挙げることができる。この高分子部材は、例えば、接着性に優れたエポキシ系の樹脂等である。このような高分子部材によって各コイル１、６、７、８が磁性部材２に略固定され、このような多相変圧器Ｔｒ（Ｔｒａ、Ｔｒｂ、Ｔｒｃ、Ｔｒｄ）および単相変圧器Ｔｒｅは、磁歪による振動を低減することも可能となる。また例えば、前記熱伝導部材は、ＢＮセラミック（チッ化ボロンセラミック）等の絶縁材であってもよく、コンパウンドで充填されてもよい。このような熱伝導部材によって、絶縁性も改善することができる。
【０１０６】
また、上述の第１ないし第５実施形態において、各コイル１、６、７、８、９の前記導体部材の厚さは、当該多相変圧器Ｔｒ（Ｔｒａ、Ｔｒｂ、Ｔｒｃ、Ｔｒｄ）および単相変圧器Ｔｒｅに給電される交流電力における周波数に対する表皮厚みの１／３以下であってもよい。このような構成の多相変圧器Ｔｒ（Ｔｒａ、Ｔｒｂ、Ｔｒｃ、Ｔｒｄ）および単相変圧器Ｔｒｅは、渦電流損を低減することができる。一般に、コイルに流れる電流は、表皮厚みδまでの範囲でしか流れず、導体断面全体に一様に電流が流れない。したがって、導体部材の厚みｔを表皮厚みδ以下に設定することで渦電流損が減少できる。表皮厚みδは、交流電力の角周波数をωとし、導体部材の透磁率をμとし、導体部材の電気伝導率をρとする場合に、一般に、δ＝（２／ωμρ）１／２である。
【０１０７】
また、上述の第１ないし第４実施形態では、多相変圧器Ｔｒ（Ｔｒａ、Ｔｒｂ、Ｔｒｃ、Ｔｒｄ）は、３相交流電力に対応するべく、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３個のコイル１、６、７、８を備える３相変圧器Ｔｒを例に挙げたが、これに限定されるものではなく、他の相数の変圧器Ｔｒであってもよい。多相変圧器Ｔｒ（Ｔｒａ、Ｔｒｂ、Ｔｒｃ、Ｔｒｄ）は、例えば、２個の相に対応する２相変圧器Ｔｒであってもよい。
【０１０８】
そして、これら上述の多相変圧器Ｔｒ（Ｔｒａ、Ｔｒｂ、Ｔｒｃ、Ｔｒｄ）および単相変圧器Ｔｒｅのうちの少なくとも１を含む、直列に接続された複数の変圧器を備える変圧システムが構成されてもよい。このような構成の変圧システムでは、多段の変圧器によって構成されるので、各変圧器によって順次に変圧することができるから、１個の変圧器にかかる電圧が低減され、絶縁破壊に効果的であり、また、変圧器１個当たりの負荷が軽減される。
【０１０９】
そして、上述の第１ないし第５実施形態およびその変形形態において、第１および第２サブコイル１１、１２；６１、６２；７１、７２；８１、８２と１次コイル９１、２次コイル９２とにおける導体部材は、複数のコイル１、６、７、８、９の軸方向と直交する一方側面に配置された軟磁性体部材をさらに備えてもよい。このように構成することによって、軸方向と直交する導体部材の一方側面に軟磁性体部材が配置されるので、複数のコイル１、６、７、８、９部分における透磁率がより高くなり、インダクタンスをより大きくすることができ、損失を抑制することができる。このため、このような構成の複数のコイル１、６、７、８、９を用いることによって、インダクタンスがより大きく、低損失の変圧器が提供される。
【０１１０】
図１１は、変形形態におけるコイル部分の構成を説明するための図である。図１１には、このような構成の第１および第２サブコイル１１、１２；６１、６２；７１、７２；８１、８２と１次コイル９１、２次コイル９２における一部分のコイルＣｏが示されている。
【０１１１】
より具体的には、これら上述の複数のコイル１、６、７、８、９において、その変形形態では、コイルＣｏは、図１１に示すように、帯状の長尺な所定材料の導体部材Ｃｎと、軸方向と直交する導体部材Ｃｎの一方側面に配置される、所定材料の軟磁性体部材Ｍａと、軸方向と直交する導体部材Ｃｎの一方側面に軟磁性体部材Ｍａを介して配置される、所定材料の絶縁材Ｉｎとを備え、これら導体部材Ｃｎ、軟磁性体部材Ｍａおよび絶縁材Ｉｎは、順次に積層されるように、共に巻き回されている。すなわち、これら導体部材Ｃｎ、軟磁性体部材Ｍａおよび絶縁材Ｉｎは、順次に重ね合わせて束ねられて渦巻き状に共巻きされている。
【０１１２】
第１実施形態では、このような導体部材Ｃｎ、軟磁性体部材Ｍａおよび絶縁材Ｉｎを順次に積層されるように共に巻き回した２個のコイルを、軸方向に積層することによって、第１実施形態の第１および第２サブコイル１１、１２における変形形態の各コイルが構成される。第２実施形態では、このような導体部材Ｃｎ、軟磁性体部材Ｍａおよび絶縁材Ｉｎを順次に積層されるように共に巻き回した２個のコイルを、径方向に積層することによって、第２実施形態の第１および第２サブコイル６１、６２における変形形態の各コイルが構成される。そして、第３実施形態では、このような導体部材Ｃｎ、軟磁性体部材Ｍａおよび絶縁材Ｉｎを順次に積層した４組の部材を、さらに順次に積層して巻き回すことによって、第３実施形態の第１および第２サブコイル７１、７２における変形形態の各コイルが構成される。第４実施形態における第１および第２サブコイル８１、８２、ならびに、第５実施形態における１次コイル９１および２次コイル９２も同様である。
【０１１３】
例えば、帯状の長尺な銅のテープに、同様な帯状の長尺な鉄のテープおよび同様な帯状の長尺な絶縁材のテープを重ねることによって、軟磁性体部材Ｍａは、導体部材Ｃｎの一方側面に配置されてよい。また例えば、軟磁性体部材Ｍａは、導体部材Ｃｎに例えばメッキ（電解メッキ等）や蒸着等によって被覆形成されることによって、導体部材Ｃｎの一方側面に配置されてもよい。例えば、銅のテープに鉄がメッキされる。また例えば、軟磁性体部材Ｍａは、熱圧着等によって圧着形成されることによって、導体部材Ｃｎの一方側面に配置されてもよい。例えば、銅のテープと鉄のテーブとを重ね合わせ、加熱しながら荷重を加えることによって、銅と鉄とを圧着したテープが形成される。これら例において、前記銅は、導体部材Ｃｎの一例であり、前記鉄は、軟磁性体部材Ｍａの一例である。これら一方側面に鉄の層（薄膜）を形成した銅テープでは、銅の導電率が鉄の導電率よりも約一桁程度大きいので、電流は、主に銅部分に流れる。なお、上述では、軟磁性体部材Ｍａは、導体部材Ｃｎの一方側面に直接的に配置されたが、絶縁材を介して導体部材Ｃｎの一方側面に間接的に配置されてもよい。
【０１１４】
軟磁性体部材Ｍａの厚さ（前記軸方向と直交する方向における軟磁性体部材Ｍａの厚さ）は、コイルＣｏに給電される交流電力の周波数における表皮厚みδ以下であることが好ましい。このように構成することによって、渦電流損の発生を低減することができる。
【０１１５】
また、導体部材Ｃｎの幅（軸方向の長さ）と軟磁性体部材Ｍａの幅（軸方向の長さ）とは、同一であってもよく（一致してもよく）、また異なってもよい。好ましくは、軟磁性体部材Ｍａの両端部を磁気結合部材２（２１、２２）に当接させるべく、軟磁性体部材Ｍａの幅は、導体部材Ｃｎの幅よりも長い。
【０１１６】
第１ないし第５実施形態において、そのインダクタンスをより大きくしようとすると、複数のコイル１、６、７、８、９の巻き数（ターン数）を大きくする必要があり、より多くの導体部材が必要となるとともに装置が大型化してしまう。しかしながら、本変形形態の前記構成を採用することによって、導体部材の増大および装置の大型化を抑制することができる。例えば、銅テープでコイルを形成する場合には、比較的安価な純鉄系材を用いるだけで、そのインダクタンスを大きくすることができる。そして、複数のコイル１、６、７、８、９の部分に、本変形形態では、軟磁性体部材Ｍａを設けるので、磁束線は、複数のコイル１、６、７、８、９の部分にも分散する。このため、磁束密度が低下するので、純鉄系材に固有なヒステリシス損の増大が効果的に抑制され、低損失化を図ることができる。このため、インダクタンスが大きく、低損失の変圧器が提供される。
【０１１７】
なお、この変形形態において、磁気結合部材をその芯部に備える有芯コイルとする場合には、前記磁気結合部材は、軟磁性体部材を備えるコイル部分の平均透磁率と等価な透磁率であることが好ましい。このような透磁率を持つ磁気結合部材は、例えば、上述の軟磁性体粉末で圧粉形成される。このような前記磁気結合部材をその芯部に備えることによって、有芯コイルとする場合でも、磁束線の複数のコイル１、６、７、８、９の部分への分散を維持することができ、純鉄系材に固有なヒステリシス損の増大に対する抑制効果も維持することができる。
【０１１８】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【符号の説明】
【０１１９】
Ｔｒａ、Ｔｒｂ、Ｔｒｃ、Ｔｒｄ  ３相変圧器
Ｃｏ  コイル
１、６、７、８、９  コイル
２（２１、２２）  磁性部材
【図１】
2012049487.tif 000003
【図２】
2012049487.tif 000004
【図３】
2012049487.tif 000005
【図４】
2012049487.tif 000006
【図５】
2012049487.tif 000007
【図６】
2012049487.tif 000008
【図７】
2012049487.tif 000009
【図８】
2012049487.tif 000010
【図９】
2012049487.tif 000011
【図１０】
2012049487.tif 000012
【図１１】
2012049487.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月26日(2011.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイルと、
前記複数のコイルにおける軸方向の両端にそれぞれ配置される一対の磁性部材とを備え、
前記複数のコイルのそれぞれは、複数のサブコイルを備え、
前記複数のサブコイルのそれぞれは、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が当該コイルの軸方向に沿うように、巻回することによって構成され、
前記導体部材は、前記軸方向と直交する一方側面に配置された軟磁性体部材をさらに備えていること
を特徴とする多相変圧器。
【請求項２】
前記磁性部材は、軟磁性粉末を形成したものであること
を特徴とする請求項１に記載の多相変圧器。
【請求項３】
前記磁性部材は、帯状の軟磁性部材を、該軟磁性部材の幅方向が前記複数のコイルにおける軸方向に沿うように、巻回することによって構成されること
を特徴とする請求項１に記載の多相変圧器。
【請求項４】
前記巻き回された軟磁性部材間には、絶縁層をさらに備えること
を特徴とする請求項３に記載の多相変圧器。
【請求項５】
前記軸方向と直交する方向における前記軟磁性体部材の厚さは、当該多相変圧器に給電される交流電力の周波数における表皮厚み以下であること
を特徴とする請求項１に記載の多相変圧器。
【請求項６】
前記導体部材は、前記軟磁性体部材が被覆形成されていること
を特徴とする請求項１また請求項５に記載の多相変圧器。
【請求項７】
前記導体部材は、前記軟磁性体部材が圧着形成されていること
を特徴とする請求項１また請求項５に記載の多相変圧器。
【請求項８】
前記複数のサブコイルは、当該コイルの軸方向に積層されていること
を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の多相変圧器。
【請求項９】
前記複数のサブコイルは、当該コイルの径方向に積層されていること
を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の多相変圧器。
【請求項１０】
前記複数のサブコイルは、絶縁材を挟んで重ね合わせた帯状の複数の導体部材を巻回することによって構成されること
を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の多相変圧器。
【請求項１１】
前記複数の導体部材は、１以上の整数であって互いに異なる数をｍ、ｎとする場合に、（ｍ＋ｎ）個であり、
前記ｍ個の導体部材は、前記ｍが２以上の場合には直列に接続され、
前記ｎ個の導体部材は、前記ｎが２以上の場合には直列に接続されていること
を特徴とする請求項１０に記載の多相変圧器。
【請求項１２】
前記ｍ個の導体部材の厚さ：前記ｎ個の導体部材の厚さ＝ｎ：ｍであること
を特徴とする請求項１１に記載の多相変圧器。
【請求項１３】
前記複数のコイルは、当該複数のコイルの各軸方向が互いに平行となるように同一平面上に並設されていること
を特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の多相変圧器。
【請求項１４】
前記複数のコイルと前記磁性部材との間に生じる間隙に充填される熱伝達部材をさらに備えること
を特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の多相変圧器。
【請求項１５】
前記導体部材の厚さは、当該多相変圧器に給電される交流電力における周波数に対する表皮厚みの１／３以下であること
を特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の多相変圧器。
【請求項１６】
直列に接続された複数の変圧器を備える変圧システムであって、
前記複数の変圧器のうちの少なくとも１つは、請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の多相変圧器であること
を特徴とする変圧システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる多相変圧器は、複数のコイルと、前記複数のコイルにおける軸方向の両端にそれぞれ配置される一対の磁性部材とを備え、前記複数のコイルのそれぞれは、複数のサブコイルを備え、前記複数のサブコイルのそれぞれは、帯状の導体部材を、該導体部材の幅方向が当該コイルの軸方向に沿うように、巻回することによって構成され、前記導体部材は、前記軸方向と直交する一方側面に配置された軟磁性体部材をさらに備えていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
このような構成の多相変圧器では、サブコイルが導体部材の幅方向を、当該複数のサブコイルから成る当該コイルの軸方向に沿わせて帯状の長尺な導体部材を巻回することによって構成されるので、磁性部材が、前記複数のコイルの軸方向を法線方向とする２平面で前記複数のコイルを挟み込む構造である場合には、サブコイルの導体部材を磁束線の方向に略沿わせるように配置することが可能となる。このため、このような構成の多相変圧器は、コイル（サブコイル）における渦電流損を低減することができる。また、このような構成の多相変圧器では、軸方向と直交する導体部材の一方側面に軟磁性体部材が配置されているので、複数のサブコイル部分の透磁率がより高くなり、インダクタンスをより大きくすることができ、損失を抑制することができる。このため、インダクタンスのより大きい、低損失な多相変圧器が提供される。そして、このような構成の多相変圧器では、複数のコイルを一対の磁性部材で挟み込む構造であるので、前記複数のコイルのうちの１つのコイルによって生成された磁束は、一方端部に配置される磁性部材、残余のコイルおよび他方端部に配置される磁性部材を介して前記１つのコイルに環流する。したがって、このような構成の多相変圧器では、各コイルによって生成される磁束線は、上下端部において相殺される。よって、このような構成の多相変圧器は、コイルの側面を外囲するように配置されるコアが不要となるので、背景技術のように環状のコアに巻き線を巻き付けることによって１次コイルや２次コイル等として機能する前記サブコイルを作る必要がない。このため、このような構成の多相変圧器は、従来より容易に製造することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】