(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側巻線およびこの内側巻線の外周側にこれを包囲するように配置された外側巻線と、この内側巻線および外側巻線に鎖交する鉄心と、前記外側巻線のみに鎖交する鉄心と、これらの鉄心の両方または少なくとも１つに設けられ鉄心の磁気抵抗を制御する手段とから構成することを特徴とする多巻線変圧器。
【請求項２】
請求項１記載の多巻線変圧器において、鉄心の磁気抵抗制御手段は、可動鉄片を、鉄心内に挿脱する構成としたことを特徴とする多巻線変圧器。
【請求項３】
請求項１記載の多巻線変圧器において、鉄心の磁気抵抗制御手段は、円筒の一部で構成して磁路とした可動鉄片を、円筒の中心軸の周りに回転させる構成としたことを特徴とする多巻線変圧器。
【請求項４】
請求項１記載の多巻線変圧器において、内側巻線と鎖交しない鉄心に補助巻線を持ち、その補助巻線と内側巻線の出力電圧を測定する手段および外側巻線の入力電圧を測定する手段を有することを特徴とする多巻線変圧器。
【請求項５】
請求項４記載の多巻線変圧器において、内側巻線および補助巻線の基準巻回数当たりの電圧をベクトル和する機能と、ベクトル和した電圧と外側巻線の入力電圧を比較する機能とを有することを特徴とした多巻線変圧器。
【請求項６】
２つの内側巻線と、この２つの内側巻線のそれぞれ一方に鎖交する２つの鉄心と、この２つの鉄心が鎖交する外側巻線とから構成され、前記２つの内側巻線の一方に交流電源を接続するとともに他方に可変交流電源を接続することにより、外側巻線の出力電圧を前記一方の内側巻線の電圧とは独立に制御することを特徴とする多巻線変圧器。
【請求項７】
２つの内側巻線と、この２つの内側巻線のそれぞれ一方に鎖交する２つの鉄心と、この２つの鉄心が鎖交する外側巻線とから構成され、前記外側巻線に交流電源を接続し、前記２つの内側巻線の一方の巻線端子間につないだ回路の抵抗値を調整することにより他方の内側巻線の出力電圧を制御することを特徴とする多巻線変圧器。
【請求項８】
請求項７記載の多巻線変圧器において、巻線端子間につないだ回路の抵抗値を調整する内側巻線と鉄心の組を複数有することを特徴とする多巻線変圧器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内側巻線およびこの内側巻線の外周側にこれを包囲するように配置された外側巻線を備えた多巻線変圧器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁誘導を用いた交流用多巻線変圧器の出力電圧は、入力電圧が変動すると同じ割合で変動する。また、変圧器のインピーダンスにより、出力の電流に応じて変圧器の出力電圧も変動する。電圧変動が負荷機器の動作電圧範囲より大きく変動することの無いよう、負荷時タップ切り換え器が用いられる。
【０００３】
従来の変圧器の負荷時タップ切り換え器は、タップ切り換え時に２つのタップ端子を短絡する状態が存在することから、リアクトルや抵抗などの限流素子が必要とされ構造が複雑となっていた。また、切り換え時に端子間にアークが発生するため、端子構造や端子材料に、より耐アーク性を向上する必要があった。また、このアークの発生は、電源側・負荷側に伝搬するノイズを発生し、機器の誤動作につながる可能性があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の負荷時タップ切り換え器を使用する変圧器は、構造が複雑で、また端子材料も耐アーク性の高いかつ接触信頼性の高い材料を使用する必要があり、高価かつ接点の交換などの保守作業を要するものであり、また発生ノイズによる機器の誤動作の原因となる可能性があるものであった。
【０００５】
本発明は、リアクトルや抵抗素子を必要としない、また電圧切り換え時にノイズの発生がない信頼性の高い電圧制御可能な多巻線変圧器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、請求項１に記載のように、多巻線変圧器を、内側巻線およびこの内側巻線の外周側にこれを包囲するように配置された外側巻線と、前記内側巻線および外側巻線に鎖交する鉄心と、前記外側巻線のみに鎖交する鉄心とから構成する。このように構成した変圧器の２つの鉄心の両方または少なくとも一方の磁気抵抗を制御する。鉄心の磁気抵抗は、請求項２に記載のように、可動鉄片を鉄心内に挿脱すること、または、請求項３に記載のように、可動鉄片を円筒の一部で構成して磁路とし、円筒の中心軸の周りに回転させることにより達成される。
【０００７】
本発明の多巻線変圧器は、請求項４に記載のように、内側巻線と鎖交しない鉄心に補助巻線を持ち、その補助巻線と内側巻線の両方の出力電圧を測定し、外側巻線の入力電圧を測定し、請求項５に記載のように、内側巻線および補助巻線の基準巻回数当たりの電圧をベクトル和し、ベクトル和した電圧と外側巻線の入力電圧を比較し、変圧器の内部異常を検出する。
【０００８】
また、請求項６に記載のように、２つの内側巻線と、この２つの内側巻線のそれぞれ一方に鎖交する２つの鉄心と、前記２つの鉄心に鎖交する外側巻線から多巻線変圧器を構成し、内側巻線の一方に交流電源を接続するとともに他方に可変交流電源を接続することにより、外側巻線の出力電圧をもう一方の内側巻線の電圧とは独立に制御する。
【０００９】
また、請求項７に記載のように、２つの内側巻線と、この２つの内側巻線のそれぞれ一方に鎖交する２つの鉄心と、前記２つの鉄心に鎖交する外側巻線から多巻線変圧器を構成し、外側巻線に交流電源を接続し、内側巻線の一方の巻線端子間につないだ回路の抵抗値を調整する事によりもう一方の内側巻線の出力電圧を制御する。また、抵抗可変の内側巻線と鉄心の組を複数有し、電圧調整幅に応じて制御する内側巻線の数を変える。
【００１０】
請求項１に記載の多巻線変圧器において、外側巻線に交流電圧を印加すると鉄心には磁束が発生する。内側巻線に鎖交する鉄心と、内側巻線に鎖交しないもう一方の鉄心それぞれの磁気回路の磁気抵抗をＲ1 、Ｒ2 とし、磁束をΦ1 、Φ2 とすると、
Ｒ1 ×Φ1 ＝Ｒ2 ×Φ2                     式（１）
となる。また外側巻線に印加した電圧が一定値であれば、
Φ1 ＋Φ2 ＝一定値                        式（２）
となる。内側巻線に発生する電圧はΦ1 に比例するため、Ｒ1 、Ｒ2 のどちら一方またはＲ1 ／Ｒ2 の値が変化するように両方同時に変化することでΦ1 が変化できるため、結果として内側巻線に発生する電圧を変化することが可能となる。
【００１１】
鉄心の磁気抵抗は、磁束が通る鉄心の断面積に反比例するため、可動鉄片を鉄心のギャップ内に入れることで磁路断面積を増やし逆に引き抜くことで磁路断面積を低減し、それぞれ鉄心の磁気抵抗を低減したり増加させることが可能となり、請求項１の多巻線変圧器の内側巻線の電圧出力を変化することが可能となる。同様に、円筒の一部で構成した可動鉄片を鉄心のギャップ内におき、円筒の中心軸の周りに回転させることで鉄心の磁気抵抗を低減したり増加させることが可能となり、請求項１の多巻線変圧器の内側巻線の電圧出力を変化することが可能となる。
【００１２】
請求項１の多巻線変圧器において、内側巻線に鎖交しないもう一方の鉄心にはΦ2 磁束が通っているため、この鉄心に補助巻線を施すと巻線端子間に磁束Φ2 に応じた電圧出力を得ることできる。この電圧出力の規格巻回数（例えば１巻回数）あたりの電圧と内側巻線の規格巻回数の電圧出力のベクトル和は式（２）の右辺に比例し、変圧器巻線が正常な状態であればこの値は外側巻線の規格巻回数辺りの電圧と一致するため、変圧器の内部異常を検出できる。
【００１３】
２つの内側巻線と、この２つの内側巻線のそれぞれ一方に鎖交する２つの鉄心と、前記２つの鉄心が鎖交する外側巻線とから構成される多巻線変圧器の内側巻線に交流電源電圧を印加したとき、それぞれ鎖交する鉄心に作る磁束をそれぞれΦａ、Φｂとすれば、外側巻線に誘導される電圧はΦａ、Φｂの和に比例するため、内側巻線のどちらか一方に印加される電源電圧を可変すれば、外側巻線に誘導される電圧を可変制御できる。
【００１４】
また、２つの内側巻線と、この２つの内側巻線のそれぞれ一方に鎖交する２つの鉄心と、前記２つの鉄心が鎖交する外側巻線とから構成される多巻線変圧器の外側巻線に交流電源電圧を印加したとき、鎖交する鉄心に作る磁束をそれぞれΦ1 、Φ2 とすると、前述と同様に、磁束は式（１）を満たす。このとき内側巻線の一方を直接、あるいは抵抗を介して短絡すると、巻線端子間の電圧は抵抗値によって変化する。従って例えば直接短絡すると短絡した巻線の端子間電圧は０となる。従って当該内側巻線の鎖交する鉄心の磁束は０となり、外側巻線の作る磁束はすべてもう一方の鉄心を通ることになるためもう一方の鉄心に鎖交する内側巻線の誘導電圧を高くすることが可能となる。出力電圧を誘起する内側巻線の他にこの抵抗短絡用の内側巻線と鉄心を複数持つことにより、電圧制御の幅を広くすることも可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
（第１の実施例〜請求項１および２）
図１は、本発明の第１の実施例を示す多巻線変圧器の部分斜視図である。多巻線変圧器は、内側巻線３ａおよびこの内側巻線３ａの外周側にこれを包囲するように配置された外側巻線２と、この内側巻線３ａおよび外側巻線２に鎖交する矩形枠状の鉄心１ａと、内側巻線３ａとは鎖交ぜず外側巻線２のみにする鎖交する矩形枠状の鉄心１ｂとからなる。この変圧器の部分断面図を図２に示す。すなわち、図１および図２から明らかなように、鉄心１ａの左側の鉄心脚には、内側巻線３ａおよび外側巻線２が巻装され、鉄心１ｂの左側の鉄心脚には、外側巻線２のみが巻装されている。
【００１６】
外側巻線２に交流電源電圧を印加すると、鉄心１ａ、１ｂには磁束が発生する。鉄心１ａ、１ｂのそれぞれの磁気回路の磁気抵抗をＲ1 、Ｒ2 、磁束をΦ1 、Φ2 とすると、鉄心１ａ、１ｂの磁束Φ1 、Φ2 は式（１）および式（２）を満足するように変化し、また、内側巻線３ａに発生する電圧はΦ1 に比例するため、磁気抵抗Ｒ1 、Ｒ2 のどちらか一方またはＲ1 ／Ｒ2 の値が変化するように両方同時に変化させることで磁束Φ1 が変化し、結果として内側巻線３ａに発生する電圧を変化できる。図３は、その磁気抵抗Ｒ1 を変化させるための概念図で、磁気抵抗制御手段たる可動鉄心５を鉄心１ａの右側の鉄心脚４の内部（ギャップ内）に出し入れすることで、磁路断面積を調整することができ、もって、目的を達成することができる。
【００１７】
（第２の実施例〜請求項３に対応）
図４は、本発明の第２の実施例を示す概念図で、磁気抵抗制御手段たる可動鉄心５を円筒の一部で構成して鉄心１ａの右側の鉄心脚４の磁路となし、この可動鉄心５を円筒の中心軸６の周りに回転させることで磁束Φ1 が通る断面積を調整し、鉄心１ａの磁気抵抗を変化することにより、請求項３の多巻線変圧器を実現するものである。
【００１８】
（第３の実施例〜請求項４、５に対応）
本発明の第３の実施例では、図１ないし図３を参照するに、鉄心１ａは、図３（若しくは図４）と同様の構成の磁気抵抗制御手段を有するものとする。内側巻線３ａに鎖交しないもう一方の鉄心１ｂにはΦ2 の磁束が通っているため、この鉄心１ｂに補助巻線（図示せず）を施すと、磁束Φ2 に応じた電圧出力を補助巻線の巻線端子間に得ることができる。そして、補助巻線の電圧出力の規格巻回数（例えば１巻回数）あたりの電圧と内側巻線３ａの規格巻回数の電圧出力のベクトル和を行うと、変圧器巻線が正常な状態であればこの値は外側巻線２の規格巻回数辺りの入力電圧と一致するため、変圧器の内部異常を検出できる。
【００１９】
図５は本発明の第４ないし第６の実施例を示す多巻線変圧器の部分斜視図である。変圧器は、内側巻線３ａ、３ｂと、これらの内側巻線３ａ、３ｂのそれぞれに鎖交する鉄心１ａ、１ｂと、鉄心１ａ、１ｂの両方に鎖交する外側巻線２とからなる。この変圧器の部分断面図を図６に示す。
【００２０】
（第４の実施例〜請求項６に対応）
本発明の第４の実施例では、図５および図６を参照するに、鉄心１ａは、図３（若しくは図４）のような磁気抵抗制御手段は有しないものとする。この実施例においては、内側巻線３ａ、３ｂが電源側とし、外側巻線２が負荷側とする。図５の変圧器の内側巻線３ａ、３ｂに電源電圧電圧を印加したとき、それぞれ鎖交する鉄心１ａ、１ｂに作る磁束をそれぞれΦａ、Φｂとすれば、外側巻線２に誘導される出力電圧は磁束ΦａとΦｂの和に比例するため、内側巻線３ａ、３ｂに印加される電源電圧のどちらか一方を可変すれば、外側巻線２に誘導される出力電圧を可変制御できる。
【００２１】
（第５の実施例〜請求項７に対応）
本発明の第５の実施例では、図５および図６を参照するに、鉄心１ａは、図３（若しくは図４）のような磁気抵抗制御手段は有しないものとする。この実施例においては、外側巻線２が電源側とし、内側巻線３ａ、３ｂが負荷側とする。図５の変圧器の内側巻線３ｂの出力端子を直接、あるいは抵抗を介して短絡すると、内側巻線３ｂの出力電圧は抵抗値によって変化する。内側巻線３ｂを例えば直接短絡すると、短絡した内側巻線３ｂの端子間電圧は０となり、従って内側巻線３ｂの鎖交する鉄心１ｂの磁束Φ2 は０となる。一方、外側巻線２の作る総磁束量は変化しないため、外側巻線２の作る磁束はすべて鉄心１ａを通ることになる。そのため鉄心１ａに鎖交する内側巻線３ａの誘導電圧を高くすることが可能となる。
【００２２】
（第６の実施例〜請求項８に対応）
第５の実施例において、出力巻線となる内側巻線３ａの他に抵抗短絡用の内側巻線３ｂと鉄心１ｂの組を複数持つことにより、電圧調整幅に応じて制御する内側巻線３ｂの数を変えることで電圧制御の幅を広くすることが可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、リアクトルや抵抗素子を必要としない、また電圧切り換え時にノイズの発生がない信頼性の高い電圧調整可能な多巻線変圧器を提供することが可能であり、その上、変圧器の内部異常を検出する手段を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例を示す部分斜視図
【図２】  本発明の第１の実施例の部分断面図
【図３】  本発明の第１の実施例の概念図
【図４】  本発明の第２の実施例を示す概念図
【図５】  本発明の第４の実施例を示す図１相当図
【図６】  本発明の第４の実施例を示す図２相当図
【符号の説明】
１ａ、１ｂ：鉄心、２：外側巻線、３ａ、３ｂ：内側巻線、４：鉄心脚、５：可動鉄心、６：中心軸
【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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