(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心と、
前記鉄心に巻回された１次側巻線と、
前記１次側巻線と並んで前記鉄心に巻回された２次側巻線と、
前記２次側巻線と並んで前記鉄心に巻回され、前記２次側巻線と直列に接続可能な２次側補助巻線とを備え、
前記２次側補助巻線は、前記２次側巻線と同じ向きに前記鉄心に巻回された第１補助巻線、および、前記２次側巻線と逆向きに前記鉄心に巻回され、前記第１補助巻線と直列に接続された第２補助巻線からなる、少なくとも１つの補助巻線ユニットを含み、
前記２次側補助巻線に含まれる前記第２補助巻線の巻数の総数は、前記２次側補助巻線に含まれる前記第１補助巻線の巻数の総数と前記２次側巻線の巻数との和であり、
前記２次側巻線および前記２次側補助巻線の各々と負荷との電気的接続を切り替えることにより、前記２次側巻線の両端に前記負荷が接続された状態、前記２次側補助巻線の両端に前記負荷が接続された状態、および、互いに直列に接続された前記２次側巻線および前記２次側補助巻線に前記負荷が接続された状態の、各々を選択可能に構成されている、車両用変圧器。
【請求項２】
前記２次側補助巻線の一部は、前記１次側巻線と前記２次側巻線との間に配置されている、請求項１に記載の車両用変圧器。
【請求項３】
前記２次側巻線は、前記１次側巻線と前記２次側補助巻線との間に配置されている、請求項１に記載の車両用変圧器。
【請求項４】
前記２次側巻線の両端に前記負荷が接続された状態、および、前記２次側補助巻線の両端に前記負荷が接続された状態の、各々において、前記負荷は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ、該コンバータにより変換された直流電圧を３相交流電圧に変換するインバータ、および、該インバータにより変換された３相交流電圧により駆動するモータからなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【請求項５】
互いに直列に接続された前記２次側巻線および前記２次側補助巻線に前記負荷が接続された状態において、前記負荷は、直流電圧を３相交流電圧に変換するインバータ、および、該インバータにより変換された３相交流電圧により駆動するモータからなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用変圧器を備える、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車両用変圧器およびそれを備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用変圧器の構成を開示した先行文献として、国際公開第２００９／１１００６１号(特許文献１)がある。特許文献１に記載された車両用変圧器は、第１の高圧側コイルと、第１の低圧側コイルと、第２の低圧側コイルと、第１のスイッチとを備える。第１の低圧側コイルおよび第２の低圧側コイルは、第１のスイッチを介して電圧が供給された場合に第１の低圧側コイルを通して流れる電流によって発生する磁束と第２の低圧側コイルを通して流れる電流によって発生する磁束とが打ち消し合うように設けられている。車両用変圧器は、交流区間では交流区間用装置である変圧器として動作し、かつ直流区間では直流区間用装置であるリアクトルとして動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００９／１１００６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車両用変圧器において、漏れインダクタンスは損失の大きさおよび他のコイルへの干渉度合いに影響する重要なファクタである。漏れインダクタンス値は変圧器のコイルの構成によって定まり、変圧器の製造後に変更することができない。【０００５】
本開示は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、複数の漏れインダクタンス値を選択可能な車両用変圧器、およびそれを備える車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に基づく車両用変圧器は、鉄心と、１次側巻線と、２次側巻線と、２次側補助巻線とを備える。１次側巻線は、鉄心に巻回されている。２次側巻線は、１次側巻線と並んで鉄心に巻回されている。２次側補助巻線は、２次側巻線と並んで鉄心に巻回され、２次側巻線と直列に接続可能である。２次側補助巻線は、少なくとも１つの補助巻線ユニットを含む。補助巻線ユニットは、第１補助巻線および第２補助巻線からなる。第１補助巻線は、２次側巻線と同じ向きに鉄心に巻回されている。第２補助巻線は、２次側巻線と逆向きに鉄心に巻回され、第１補助巻線と直列に接続されている。２次側補助巻線に含まれる第２補助巻線の巻数の総数は、２次側補助巻線に含まれる第１補助巻線の巻数の総数と２次側巻線の巻数との和である。車両用変圧器は、２次側巻線および２次側補助巻線の各々と負荷との電気的接続を切り替えることにより、２次側巻線の両端に負荷が接続された状態、２次側補助巻線の両端に負荷が接続された状態、および、互いに直列に接続された２次側巻線および２次側補助巻線に負荷が接続された状態の、各々を選択可能に構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、車両用変圧器において、複数の漏れインダクタンス値を選択することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る車両用変圧器を搭載した鉄道車両の構成を示す回路図である。
【図２】実施の形態１に係る車両用変圧器の外観を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１に係る車両用変圧器における２次側巻線の両端に負荷が接続された状態を示す回路図である。
【図４】(Ａ)２次側巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態１に係る車両用変圧器に発生する電流および磁束を示す、鉄心の一方の窓部を見た断面図である。(Ｂ)２次側巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態１に係る車両用変圧器の鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフである。
【図５】実施の形態１に係る車両用変圧器における互いに直列に接続された２次側巻線および２次側補助巻線に負荷が接続された状態を示す回路図である。
【図６】(Ａ)互いに直列に接続された２次側巻線および２次側補助巻線に負荷が接続された状態で実施の形態１に係る車両用変圧器に発生する電流および磁束を示す、鉄心の一方の窓部を見た断面図である。(Ｂ)互いに直列に接続された２次側巻線および２次側補助巻線に負荷が接続された状態で実施の形態１に係る車両用変圧器の鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフである。
【図７】実施の形態１に係る車両用変圧器における２次側補助巻線の両端に負荷が接続された状態を示す回路図である。
【図８】(Ａ)２次側補助巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態１に係る車両用変圧器に発生する電流および磁束を示す、鉄心の一方の窓部を見た断面図である。(Ｂ)２次側補助巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態１に係る車両用変圧器の鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフである。
【図９】実施の形態２に係る車両用変圧器の外観を示す斜視図である。
【図１０】(Ａ)２次側巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態２に係る車両用変圧器に発生する電流および磁束を示す、鉄心の一方の窓部を見た断面図である。(Ｂ)２次側巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態２に係る車両用変圧器の鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフである。
【図１１】(Ａ)互いに直列に接続された２次側巻線および２次側補助巻線に負荷が接続された状態で実施の形態２に係る車両用変圧器に発生する電流および磁束を示す、鉄心の一方の窓部を見た断面図である。(Ｂ)互いに直列に接続された２次側巻線および２次側補助巻線に負荷が接続された状態で実施の形態２に係る車両用変圧器の鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフである。
【図１２】(Ａ)２次側補助巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態２に係る車両用変圧器に発生する電流および磁束を示す、鉄心の一方の窓部を見た断面図である。(Ｂ)２次側補助巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態２に係る車両用変圧器の鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、各実施の形態に係る車両用変圧器およびそれを備える車両について図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る車両用変圧器を搭載した鉄道車両の構成を示す回路図である。図２は、実施の形態１に係る車両用変圧器の外観を示す斜視図である。
【００１１】
図１および図２に示すように、電動車両である鉄道車両１０００は、パンタグラフ２と、車両用変圧器１００と、コンバータ７と、インバータ８と、モータ９と、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５とを備える。車両用変圧器１００は、１次側巻線３と、２次側巻線４と、２次側補助巻線５と、鉄心１０とを含む。鉄道車両１０００は、架線１から単相交流電圧が供給される交流区間、および、架線１から直流電圧が供給される直流区間の、両方を走行可能に構成されている。
【００１２】
パンタグラフ２は、架線１に接続されている。１次側巻線３は、１次側巻線３の一端側に設けられた第１端子６ａと、１次側巻線３の他端側に設けられ、接地電圧が供給される接地ノードに接続される第２端子６ｈとを有する。１次側巻線３は、鉄心１０に巻回されている。鉄心１０は、２つの窓部を有している。
【００１３】
２次側巻線４は、１次側巻線３と磁気結合される。具体的には、２次側巻線４は、１次側巻線３と並んで鉄心１０に巻回されている。２次側巻線４は、２次側巻線４の一端側に設けられた第１端子６ｂと、２次側巻線４の他端側に設けられた第２端子６ｃとを有する。
【００１４】
２次側補助巻線５は、第１補助巻線５Ｓおよび第２補助巻線５Ｔからなる少なくとも１つの補助巻線ユニット５Ｕを含む。本実施の形態においては、２次側補助巻線５は、１つの補助巻線ユニット５Ｕを含んでいる。第１補助巻線５Ｓは、２次側巻線４と同じ向きに鉄心１０に巻回されている。第２補助巻線５Ｔは、２次側巻線４と逆向きに鉄心１０に巻回されている。第２補助巻線５Ｔは、第１補助巻線５Ｓと直列に接続されている。
【００１５】
２次側補助巻線５に含まれる第２補助巻線５Ｔの巻数の総数は、２次側補助巻線５に含まれる第１補助巻線５Ｓの巻数の総数と２次側巻線４の巻数との和である。本実施の形態においては、２次側巻線４の巻数がＮ１、および、第１補助巻線５Ｓの巻数がＮ２とすると、第２補助巻線５Ｔの巻数は(Ｎ１＋Ｎ２)である。
【００１６】
仮に、２次側補助巻線５が２つの補助巻線ユニット５Ｕを含んでいる場合、２次側巻線４の巻数がＮ１、および、２つの第１補助巻線５Ｓの巻数の総数がＮ２とすると、２つの第２補助巻線５Ｔの巻数の総数は(Ｎ１＋Ｎ２)である。
【００１７】
２次側補助巻線５は、１次側巻線３と磁気結合される。具体的には、２次側補助巻線５は、１次側巻線３と並んで鉄心１０に巻回されている。２次側補助巻線５は、２次側巻線４と並んで鉄心１０に巻回されている。２次側補助巻線５は、２次側巻線４と直列に接続可能に構成されている。
【００１８】
本実施の形態においては、２次側補助巻線５の一部は、１次側巻線３と２次側巻線４との間に配置されている。具体的には、第１補助巻線５Ｓは、１次側巻線３と２次側巻線４との間に配置されている。第２補助巻線５Ｔは、１次側巻線３に対して第１補助巻線５Ｓとは反対側に配置されている。
【００１９】
２次側補助巻線５は、２次側補助巻線５の一端側に設けられた第１端子６ｄと、２次側補助巻線５の他端側に設けられた第２端子６ｅとを有する。２次側補助巻線５の第１端子６ｄは、２次側巻線４の第２端子６ｃと電気的に接続されている。なお、２次側補助巻線５の第１端子６ｄと、２次側巻線４の第２端子６ｃとが、１つの共有端子で構成されていてもよい。
【００２０】
スイッチＳＷ１は、パンタグラフ２に接続された端子６ｐと、１次側巻線３の第１端子６ａおよび２次側巻線４の第１端子６ｂのいずれか一方とを選択的に接続する。スイッチＳＷ２は、コンバータ７の第１入力端子６ｑと、２次側巻線４の第１端子６ｂおよび２次側補助巻線５の第１端子６ｄのいずれか一方とを選択的に接続する。スイッチＳＷ３は、コンバータ７の第２入力端子６ｒと、２次側巻線４の第２端子６ｃおよび２次側補助巻線５の第２端子６ｅのいずれか一方とを選択的に接続する。スイッチＳＷ４は、インバータ８の第１入力端子６ｓと、２次側補助巻線５の第２端子６ｅおよびコンバータ７の第１出力端子６ｆのいずれか一方とを選択的に接続する。スイッチＳＷ５は、インバータ８の第２入力端子６ｔと、コンバータ７の第２出力端子６ｇおよび１次側巻線３の第２端子６ｈのいずれか一方とを選択的に接続する。
【００２１】
車両用変圧器１００は、２次側巻線４および２次側補助巻線５の各々と負荷との電気的接続をスイッチＳＷ１〜ＳＷ５によって切り替えることにより、２次側巻線４の両端に負荷が接続された状態、２次側補助巻線５の両端に負荷が接続された状態、および、互いに直列に接続された２次側巻線４および２次側補助巻線５に負荷が接続された状態の、各々を選択可能に構成されている。
【００２２】
図３は、実施の形態１に係る車両用変圧器における２次側巻線の両端に負荷が接続された状態を示す回路図である。この状態においては、鉄道車両１０００が架線１から単相交流電圧を供給されており、車両用変圧器１００は変圧器として機能する。
【００２３】
具体的には、図３に示すように、スイッチＳＷ１によってパンタグラフ２に接続された端子６ｐと１次側巻線３の第１端子６ａとが電気的に接続され、スイッチＳＷ２によってコンバータ７の第１入力端子６ｑと２次側巻線４の第１端子６ｂとが電気的に接続され、スイッチＳＷ３によってコンバータ７の第２入力端子６ｒと２次側巻線４の第２端子６ｃとが電気的に接続され、スイッチＳＷ４によってインバータ８の第１入力端子６ｓとコンバータ７の第１出力端子６ｆとが電気的に接続され、スイッチＳＷ５によってインバータ８の第２入力端子６ｔとコンバータ７の第２出力端子６ｇとが電気的に接続される。
【００２４】
これにより、車両用変圧器１００は、２次側巻線４の両端に負荷が接続された状態となる。具体的には、２次側巻線４の第１端子６ｂと第２端子６ｃとの間に負荷が接続された状態となる。このときの負荷は、単相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ７、コンバータ７により変換された直流電圧を３相交流電圧に変換するインバータ８、および、インバータ８により変換された３相交流電圧により駆動するモータ９からなる。
【００２５】
図４(Ａ)は、２次側巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態１に係る車両用変圧器に発生する電流および磁束を示す、鉄心の一方の窓部を見た断面図である。図４(Ｂ)は、２次側巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態１に係る車両用変圧器の鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフである。図４(Ｂ)においては、縦軸に起磁力Ｆの大きさ示し、横軸は図４(Ａ)に示す鉄心上の位置に対応している。
【００２６】
図４(Ａ)に示すように、１次側巻線３に電流３ａが流れることにより、漏れ磁束３ｂが発生する。２次側巻線４に電流４ａが流れることにより、漏れ磁束４ｂが発生する。その結果、図４(Ｂ)に示すような起磁力Ｆが鉄心１０内に発生することにより、漏れインダクタンス値がＬ１であるリアクタンスを得ることができる。
【００２７】
図５は、実施の形態１に係る車両用変圧器における互いに直列に接続された２次側巻線および２次側補助巻線に負荷が接続された状態を示す回路図である。この状態においては、鉄道車両１０００が架線１から直流電圧を供給されており、車両用変圧器１００はリアクトルとして機能する。
【００２８】
具体的には、図５に示すように、スイッチＳＷ１によってパンタグラフ２に接続された端子６ｐと２次側巻線４の第１端子６ｂとが電気的に接続され、スイッチＳＷ４によってインバータ８の第１入力端子６ｓと２次側補助巻線５の第２端子６ｅとが電気的に接続され、スイッチＳＷ５によってインバータ８の第２入力端子６ｔと、接地電圧が供給される接地ノードに接続された１次側巻線３の第２端子６ｈとが電気的に接続される。
【００２９】
これにより、車両用変圧器１００は、互いに直列に接続された２次側巻線４および２次側補助巻線５に負荷が接続された状態となる。具体的には、２次側巻線４および２次側補助巻線５に、直流電圧を３相交流電圧に変換するインバータ８、および、インバータ８により変換された３相交流電圧により駆動するモータ９からなる、負荷が接続された状態となる。
【００３０】
図６(Ａ)は、互いに直列に接続された２次側巻線および２次側補助巻線に負荷が接続された状態で実施の形態１に係る車両用変圧器に発生する電流および磁束を示す、鉄心の一方の窓部を見た断面図である。図６(Ｂ)は、互いに直列に接続された２次側巻線および２次側補助巻線に負荷が接続された状態で実施の形態１に係る車両用変圧器の鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフである。図６(Ｂ)においては、縦軸に起磁力Ｆの大きさ示し、横軸は図６(Ａ)に示す鉄心上の位置に対応している。
【００３１】
２次側巻線４および２次側補助巻線５の各々に直流電流が流れているときには、インダクタンスは発生しない。しかしながら、２次側巻線４および２次側補助巻線５の各々を流れる直流電流に脈流成分すなわち交流成分が含まれている場合は、漏れ磁束が鉄心内に発生することにより、インダクタンスを得ることができる。具体的には、図６(Ａ)に示すように、２次側巻線４に電流４ａが流れることにより、漏れ磁束４ｂが発生する。第１補助巻線５Ｓに電流５Ｓａが流れることにより、漏れ磁束５Ｓｂが発生する。第２補助巻線５Ｔに電流５Ｔａが流れることにより、漏れ磁束５Ｔｂが発生する。その結果、図６(Ｂ)に示すような起磁力Ｆが鉄心１０内に発生することにより、インダクタンスを得ることができ、２次側巻線４および２次側補助巻線５の各々を流れる直流電流に含まれる交流成分を減衰させることができる。
【００３２】
図７は、実施の形態１に係る車両用変圧器における２次側補助巻線の両端に負荷が接続された状態を示す回路図である。この状態においては、鉄道車両１０００が架線１から単相交流電圧を供給されており、車両用変圧器１００は変圧器として機能する。
【００３３】
具体的には、図７に示すように、スイッチＳＷ１によってパンタグラフ２に接続された端子６ｐと１次側巻線３の第１端子６ａとが電気的に接続され、スイッチＳＷ２によってコンバータ７の第１入力端子６ｑと２次側補助巻線５の第１端子６ｄとが電気的に接続され、スイッチＳＷ３によってコンバータ７の第２入力端子６ｒと２次側補助巻線５の第２端子６ｅとが電気的に接続され、スイッチＳＷ４によってインバータ８の第１入力端子６ｓとコンバータ７の第１出力端子６ｆとが電気的に接続され、スイッチＳＷ５によってインバータ８の第２入力端子６ｔとコンバータ７の第２出力端子６ｇとが電気的に接続される。
【００３４】
これにより、車両用変圧器１００は、２次側補助巻線５の両端に負荷が接続された状態となる。具体的には、２次側補助巻線５の第１端子６ｄと第２端子６ｅとの間に負荷が接続された状態となる。このときの負荷は、単相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ７、コンバータ７により変換された直流電圧を３相交流電圧に変換するインバータ８、および、インバータ８により変換された３相交流電圧により駆動するモータ９からなる。
【００３５】
図８(Ａ)は、２次側補助巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態１に係る車両用変圧器に発生する電流および磁束を示す、鉄心の一方の窓部を見た断面図である。図８(Ｂ)は、２次側補助巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態１に係る車両用変圧器の鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフである。図８(Ｂ)においては、縦軸に起磁力Ｆの大きさ示し、横軸は図８(Ａ)に示す鉄心上の位置に対応している。
【００３６】
図８(Ａ)に示すように、１次側巻線３に電流３ａが流れることにより、漏れ磁束３ｂが発生する。第１補助巻線５Ｓに電流５Ｓａが流れることにより、漏れ磁束５Ｓｂが発生する。第２補助巻線５Ｔに電流５Ｔａが流れることにより、漏れ磁束５Ｔｂが発生する。その結果、図８(Ｂ)に示すような起磁力Ｆが鉄心１０内に発生することにより、漏れインダクタンス値がＬ２であるリアクタンスを得ることができる。
【００３７】
なお、第１補助巻線５Ｓは、２次側巻線４と同じ向きに鉄心１０に巻回されており、第２補助巻線５Ｔは、２次側巻線４と逆向きに鉄心１０に巻回されており、２次側巻線４の巻数がＮ１、および、第１補助巻線５Ｓの巻数がＮ２とすると、第２補助巻線５Ｔの巻数は(Ｎ１＋Ｎ２)である。
【００３８】
これにより、鉄心１０内に発生した主磁束によって誘起された第１補助巻線５Ｓを流れる電流５Ｓａは、鉄心１０内に発生した主磁束によって誘起された第２補助巻線５Ｔを流れる電流５Ｔａとは逆向きに流れるため、２次側補助巻線５内において打ち消される。その結果、鉄心１０内に発生した主磁束によって２次側補助巻線５に誘起される電圧は、第２補助巻線５Ｔの巻数(Ｎ１＋Ｎ２)から第１補助巻線５Ｓの巻数Ｎ２を減じた巻数Ｎ１と、１次側巻線３の巻数との比に応じた電圧となる。すなわち、図７に示す回路における２次側補助巻線５の変圧比は、図３に示す回路における２次側巻線４の変圧比と同一となる。
【００３９】
上記のように、本実施の形態に係る車両用変圧器１００においては、複数の漏れインダクタンス値を選択可能であり、変圧比を維持しつつ漏れインダクタンス値の異なるリアクタンスを得ることができる。また、２次側補助巻線５が含む補助巻線ユニット５Ｕの数が多くなるにしたがって、選択可能な漏れインダクタンス値の数を増やすことができる。さらに、本実施の形態に係る車両用変圧器１００においては、車両用変圧器１００が２次側巻線４と直列に接続される２次側補助巻線５を有することにより、リアクトル装置を車両用変圧器１００とは別に単体で配置する必要がないため小型化を図ることができる。
【００４０】
本実施の形態に係る車両用変圧器１００においては、２次側補助巻線５の一部は、１次側巻線３と２次側巻線４との間に配置されている。これにより、図４(Ａ)に示すように１次側巻線３と２次側巻線４との間隔を広げることができるため、図４(Ｂ)に示すように漏れインダクタンス値を大きく確保することができる。
【００４１】
実施の形態２．
以下、実施の形態２に係る車両用変圧器について図面を参照して説明する。実施の形態２に係る車両用変圧器は、巻線の配置のみ、実施の形態１に係る車両用変圧器１００と異なるため、実施の形態１に係る車両用変圧器１００と同様である構成については説明を繰り返さない。
【００４２】
図９は、実施の形態２に係る車両用変圧器の外観を示す斜視図である。図９に示すように、実施の形態２に係る車両用変圧器２００においては、２次側巻線４は、１次側巻線３と２次側補助巻線５との間に配置されている。具体的には、２次側巻線４は、１次側巻線３と第１補助巻線５Ｓとの間に配置されている。第２補助巻線５Ｔは、第１補助巻線５Ｓに対して２次側巻線４とは反対側に配置されている。
【００４３】
図１０(Ａ)は、２次側巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態２に係る車両用変圧器に発生する電流および磁束を示す、鉄心の一方の窓部を見た断面図である。図１０(Ｂ)は、２次側巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態２に係る車両用変圧器の鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフである。図１０(Ｂ)においては、縦軸に起磁力Ｆの大きさ示し、横軸は図１０(Ａ)に示す鉄心上の位置に対応している。
【００４４】
図１０(Ａ)に示すように、１次側巻線３に電流３ａが流れることにより、漏れ磁束３ｂが発生する。２次側巻線４に電流４ａが流れることにより、漏れ磁束４ｂが発生する。その結果、図１０(Ｂ)に示すような起磁力Ｆが鉄心１０内に発生することにより、漏れインダクタンス値がＬ３であるリアクタンスを得ることができる。
【００４５】
図１１(Ａ)は、互いに直列に接続された２次側巻線および２次側補助巻線に負荷が接続された状態で実施の形態２に係る車両用変圧器に発生する電流および磁束を示す、鉄心の一方の窓部を見た断面図である。図１１(Ｂ)は、互いに直列に接続された２次側巻線および２次側補助巻線に負荷が接続された状態で実施の形態２に係る車両用変圧器の鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフである。図１１(Ｂ)においては、縦軸に起磁力Ｆの大きさ示し、横軸は図１１(Ａ)に示す鉄心上の位置に対応している。
【００４６】
図１１(Ａ)に示すように、２次側巻線４に電流４ａが流れることにより、漏れ磁束４ｂが発生する。第１補助巻線５Ｓに電流５Ｓａが流れることにより、漏れ磁束５Ｓｂが発生する。第２補助巻線５Ｔに電流５Ｔａが流れることにより、漏れ磁束５Ｔｂが発生する。その結果、図１１(Ｂ)に示すような起磁力Ｆが鉄心１０内に発生することにより、インダクタンスを得ることができ、２次側巻線４および２次側補助巻線５の各々を流れる直流電流に含まれる交流成分を減衰させることができる。
【００４７】
図１２(Ａ)は、２次側補助巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態２に係る車両用変圧器に発生する電流および磁束を示す、鉄心の一方の窓部を見た断面図である。図１２(Ｂ)は、２次側補助巻線の両端に負荷が接続された状態で実施の形態２に係る車両用変圧器の鉄心内に発生する漏れ磁束を示すグラフである。図１２(Ｂ)においては、縦軸に起磁力Ｆの大きさ示し、横軸は図１２(Ａ)に示す鉄心上の位置に対応している。
【００４８】
図１２(Ａ)に示すように、１次側巻線３に電流３ａが流れることにより、漏れ磁束３ｂが発生する。第１補助巻線５Ｓに電流５Ｓａが流れることにより、漏れ磁束５Ｓｂが発生する。第２補助巻線５Ｔに電流５Ｔａが流れることにより、漏れ磁束５Ｔｂが発生する。その結果、図１２(Ｂ)に示すような起磁力Ｆが鉄心１０内に発生することにより、漏れインダクタンス値がＬ４であるリアクタンスを得ることができる。
【００４９】
本実施の形態に係る車両用変圧器２００においては、２次側巻線４は、１次側巻線３と２次側補助巻線５との間に配置されている。これにより、図１２(Ａ)に示すように１次側巻線３と２次側補助巻線５との間隔を広げることができるため、図１２(Ｂ)に示すように漏れインダクタンス値を大きく確保することができる。
【００５０】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本開示の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１  架線、２  パンタグラフ、３，４  次側巻線、３ａ，４ａ，５Ｓａ，５Ｔａ  電流、３ｂ，４ｂ，５Ｓｂ，５Ｔｂ  漏れ磁束、５  次側補助巻線、５Ｓ  第１補助巻線、５Ｔ  第２補助巻線、５Ｕ  補助巻線ユニット、６  ００、６ａ，６ｂ，６ｄ  第１端子、６ｃ，６ｅ，６ｈ  第２端子、６ｆ  第１出力端子、６ｇ  第２出力端子、６ｐ  端子、６ｑ，６ｓ  第１入力端子、６ｒ，６ｔ  第２入力端子、７  コンバータ、８  インバータ、９  モータ、１０  鉄心、１００，２００  車両用変圧器、１０００  鉄道車両、Ｆ  起磁力、Ｎ１，Ｎ２  巻数、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５  スイッチ。
【要約】
２次側補助巻線(５)は、２次側巻線(４)と並んで鉄心に巻回され、２次側巻線(４)と直列に接続可能である。第１補助巻線(５Ｓ)は、２次側巻線(４)と同じ向きに鉄心に巻回されている。第２補助巻線(５Ｔ)は、２次側巻線(４)と逆向きに鉄心に巻回され、第１補助巻線(５Ｓ)と直列に接続されている。２次側補助巻線(５)に含まれる第２補助巻線(５Ｔ)の巻数の総数は、２次側補助巻線(５)に含まれる第１補助巻線(５Ｓ)の巻数の総数と２次側巻線(４)の巻数との和である。車両用変圧器は、２次側巻線(４)および２次側補助巻線(５)の各々と負荷との電気的接続を切り替えることにより、２次側巻線(４)の両端に負荷が接続された状態、２次側補助巻線(５)の両端に負荷が接続された状態、および、互いに直列に接続された２次側巻線(４)および２次側補助巻線(５)に負荷が接続された状態の、各々を選択可能に構成されている。【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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