(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心と、同心円状に巻回される一次巻線及び二次巻線を有するコイルと、該コイルの内周部に配置されて変圧器中身を保持する第１の構造部材と、前記コイルの外周部に配置されて変圧器中身を保持する第２の構造部材とを具備する変圧器において、
前記一次巻線は、コイル外周に巻回された丸線又は角線、あるいはその材質が銅又はその合金からなるシート状電線からなり、前記二次巻線は、コイル内周に巻回され、その材質が銅又はその合金からなるシート状電線からなり、かつ、前記一次巻線がシート状電線であるときは、その幅寸法又は高さ寸法が該一次巻線と比較して大きく、前記第１の構造部材は鋼材であり、前記第２の構造部材はその材質が非磁性材のステンレスであることを特徴とする変圧器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄心に同心円状に巻かれた一次巻線と二次巻線を有するコイルの少なくとも一方の巻線にシート状電線を使用し、かつ、変圧器の中身を保持するための構造部材を有する変圧器に関するもので、巻線に流れる電流により発生する漏れ磁束の集中する部位の構造部材のみを非磁性部材とする事で、低コストで効果的に漂遊損を低減できるようにした変圧器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コイルを固定するための金具等の構造部材は、低コストで製作するため鋼板にすることが一般的であった。この場合、シート状電線を用いた巻線側の相対する位置に取付けられた構造部材に漏れ磁束が集中し、漂遊損増加の要因となっていた。
【０００３】
これまで、特に小中容量の変圧器の場合、漏れ磁束による渦電流損等の漂遊損は抵抗損に比べ小さく、また、局部加熱に至る事も少なく、特に対策を行っていなかった。
【０００４】
また、変圧器の一部を電気抵抗の小さい金属にして渦電流損を低減することが提案されていたが、構造部材として、磁性構造部材及び非磁性構造部材を使用し、そして、これらを使分けて配置することは行われていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、上記漂遊損の発生を低コストで効果的に低減し、この問題を解決し、低損失、高効率化な変圧器を低コスト、小形、軽量に製作できる構造の変圧器を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鉄心と、同心円状に巻回される一次巻線及び二次巻線を有するコイルと、該コイルの内周部に配置されて変圧器中身を保持する第１の構造部材と、前記コイルの外周部に配置されて変圧器中身を保持する第２の構造部材とを具備する変圧器において、
前記一次巻線は、コイル外周に巻回された丸線又は角線、あるいはその材質が銅又はその合金からなるシート状電線からなり、前記二次巻線は、コイル内周に巻回され、その材質が銅又はその合金からなるシート状電線からなり、かつ、前記一次巻線がシート状電線であるときは、その幅寸法又は高さ寸法が該一次巻線と比較して大きく、前記第１の構造部材は鋼材であり、前記第２の構造部材はその材質が非磁性材のステンレスであることを特徴とする変圧器である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。
本発明の変圧器の実施例について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、実施例のアモルファス鉄心変圧器における鉄心コイル組立体の斜視説明図である。図２は、実施例のアモルファス変圧器の鉄心、コイル、金具の配置の上面断面説明図である。図３は、実施例のアモルファス変圧器における漏れ磁束分布の説明図である。
【０００８】
実施例を説明する。本実施例の変圧器は、図１及び図２に示す鉄心コイル組立体、即ち、鉄心１と、同心円状に巻回され、かつ、内周の巻線にシート状電線を使用する一次巻線２１及び二次巻線２２を有するコイル２と、コイル２の内側もしくは外側に配置されて変圧器中身を保持する構造部材３と、を具備している。図１は鉄心コイル組立体の斜視説明図であり、そして、図２は、図１のＡ断面における上面説明図である。実施例１の変圧器は、鉄心１にアモルファス磁性材を使用した三相五脚鉄心変圧器であり、コイル内周部にはコイルボビン２３が、コイルの外側にはコイル押え金具Ａ３１、コイル押え金具Ｂ３２が、それぞれ構造部材として配置される。
【０００９】
実施例１の変圧器の巻線の配置における漏れ磁束について、図３を用いて説明する。内周巻線を一次巻線とし、かつ、丸線又は角線を使用し、一方、外周巻線を二次巻線とし、かつ、シート状巻線を使用した場合（構造１）における、漏れ磁束の流れを図３（ａ）に示す。巻線より発生した漏れ磁束は、シート状電線を使用した巻線を通過すると、渦電流を発生させる。この渦電流による磁束は、漏れ磁束とは反対の向きであるため、シート状電線を使用する巻線の、他の巻線とは反対側（コイル外側）には漏れ磁束の影響を受けないため、シールドの効果をすることとなる。一方、シート状電線を使用する巻線の、他の巻線側（コイル内側）には漏れ磁束が集中するようになる。本実施例の変圧器では、コイル内周に位置する構造部材は非磁性部材とし、コイル外周は磁性部材としている。非磁性部材は、非磁性体のような表皮厚の大きな材料を使用するので、渦電流が流れにくく、渦電流損の発生が低減できる。このため、コイル内周の構造部材は非磁性部材であるので漏れ磁束の影響を受けず、コイル外周は磁性部材であっても、渦電流の発生を低減することができる。
【００１０】
次に、内周巻線を二次巻線とし、かつ、シート状巻線を使用し、一方、外周巻線を一次巻線とし、かつ、丸線又は角線を使用した場合（構造２）における、漏れ磁束の流れを図３（ｂ）に示す。構造１と同様に、シート状電線を使用する巻線の、他の巻線とは反対側（コイル内側）には漏れ磁束の影響を受けないため、シールドの効果をすることとなり、一方、シート状電線を使用する巻線の、他の巻線側（コイル外側）には漏れ磁束が集中するようになる。したがって、構造２の変圧器では、コイル外周に位置する構造部材は非磁性部材とし、コイル内周は磁性部材とする。
【００１１】
上記構造１及び構造２の一次巻線では、丸線又は角線を使用したが、シート状電線を使用することも可能である。この場合、一次巻線の幅（高さ）寸法を二次巻線の幅（高さ）寸法より小さくしてやれば、漏れ磁束がコイル上端部で幅（高さ）寸法の大きい方のシート状電線のシールド効果により、シート状電線と相対する構造部材に漏れ磁束が集中するようになる性質を持つので、構造１及び構造２と同様の効果を得ることが出来る。なお、シート状巻線の材質は、アルミニウム又は銅あるいはそれらの合金とすることができ、非磁性材とする構造部材の材質としては、ステンレス、チタン等の金属、もしくは、木、プレスボード等の絶縁部材、ＦＲＰ等の樹脂が使用することができる。
【００１２】
実施例１の変圧器について、漂遊負荷損量を説明する。構造１、構造２（但しこの時の非磁性材料をステンレスにし、一次及び二次コイルの材質を銅にする。）のようにした時発生する漂遊負荷損を、従来構造（外周巻線に銅丸線で一次コイルを設け、内周巻線に銅シートで二次巻線を設け、構造部材を全て鋼材としたもの。）にて発生する漂遊負荷損を１００％と比較する。但し、このデータはコイルの巻数及び仕上がり寸法、タンク及び締め金具等寸法等は同一としている。実施例１の構造１では３５％、構造２では１５％の漂遊負荷損を削減していた。しかし、非磁性材料は加工が困難なうえ、鋼板に比べコストがかかり、強度も弱いという問題を有するものが多い。そのため、実用化するためには、この問題を有する素材の投入量及び加工工程を最小限にする必要がある。そこで、損失減少割合に対するコスト高で判断すると、本実施例の構造１は非常に効果的といえる。以上により、本実施例、特に構造１は、漂遊負荷損を最も効率よく低減し負荷損中の抵抗損を大きくしても負荷損は出来ることから、導線断面積を小さくし電流密度を上げることができ、変圧器のコンパクト化、軽量化、製造コスト低減を実現することが出来る。
【００１３】
なお、上記実施例ではアモルファス変圧器で説明したが、他の材料からなる鉄心を使用した変圧器においても、同様な作用効果を奏することができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、低コストで効果的に漂遊負荷損が低減でき、特に低損失変圧器においては、更なる変圧器の効率向上、小形化、軽量化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例のアモルファス鉄心変圧器における鉄心コイル組立体の斜視説明図。
【図２】  実施例のアモルファス変圧器の鉄心、コイル、金具の配置の上面断面説明図。
【図３】  実施例のアモルファス変圧器における漏れ磁束分布の説明図。
【符号の説明】
１  鉄心
２  コイル
２１  一次コイル
２２  二次コイル
２３  コイルボビン
３  構造部材
３１  コイル押え金具Ａ
３２  コイル押え金具Ｂ
４  漏れ磁束ベクトル
【図１】
0003758904.tif 000002
【図２】
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【図３】
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