CN104937680B - 逆变器装置、变压器及变压器的制造方法 - Google Patents

逆变器装置、变压器及变压器的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供能降低高频噪音的逆变器装置。逆变器装置包括对从逆变器电路输出的交流电的电压进行转换并输出的变压器(104)。对从逆变器电路输出的交流功率的电压进行转换并输出的第一～第三线圈部(111～113)分别包括卷绕在第一～第三核部(117～119)周围的内侧线圈(122)和外侧线圈(123)。第一～第三核部(117～119)分别为具有Z方向的轴的柱状，并排列设置在X方向上。相邻的线圈部(111)和(112)、(112)和(113)之间设有非磁性体的按压构件(114、115)，按压构件(114、115)分别对相邻的线圈部(111)和(112)、(112)和(113)进行按压。

Description

逆变器装置、变压器及变压器的制造方法
技术领域
本发明涉及逆变器装置、变压器及变压器的制造方法。
背景技术
在搭载逆变器装置的电车中，乘客有时会因逆变器装置所具备的变压器发出的噪音而感到不快。为了降低变压器的噪音，提出了对因铁芯的磁致伸缩运动而产生的振动进行抑制的技术(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平5-175053号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
由于铁芯的振动引起的噪音主要为低频，因此即使利用专利文献1记载的技术抑制铁芯的振动，也几乎无法降低高频噪音。由于通常会使人感到刺耳的是1kHz～10kHz程度的高频噪音，因此降低高频噪音尤为重要。
本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种能降低高频噪音的逆变器装置、变压器及变压器的制造方法。
解决技术问题所采用的技术手段
为了达到上述目的，本发明所涉及的逆变器装置用于铁路车辆，包括：
逆变器电路，该逆变器电路将直流电转换为交流电并输出该交流电；以及
变压器，该变压器对从逆变器电路输出的交流电的电压进行转换，并将该转换后的电压的交流电输出，
变压器包括：
具有多个核部的铁芯，该多个核部分别为具有第一方向的轴的柱状，且在与第一方向垂直的第二方向上排列设置；
多个线圈部，该多个线圈部分别包括卷绕在各核部周围的内侧线圈以及卷绕在该内侧线圈周围的外侧线圈，对从逆变器电路输出的交流电的电压进行转换，并对该转换后的电压的交流电进行输出；以及
非磁性体的按压构件，该按压构件设置为压入于所有相邻的线圈部之间，具有能以因高次谐波电流而在相邻的线圈部各自的内侧线圈和外侧线圈上产生的力的最大值以上的力将相邻的线圈部分别向卷绕有各个相邻的线圈部的核部按压的厚度；以及
夹持部，该夹持部设置为从第二方向的外侧夹持位于两端的线圈部，并以因高次谐波电流而在位于两端的线圈部所包含的内侧线圈及外侧线圈上分别产生的力的最大值以上的力将位于两端的线圈部向卷绕有各线圈部的核部按压，
铁芯通过将设置有矩形孔的矩形薄平板层叠而形成，
夹持部包括：
平板状的第一抵接构件，该第一抵接构件具有与位于两端的线圈部的其中一方的外侧面相抵接的抵接部、以及从该抵接部向所述第一方向及其相反方向这两个方向延伸设置的延伸部；
平板状的第二抵接构件，该第二抵接构件具有与位于两端的线圈部的另一方的外侧面相抵接的抵接部、以及从该抵接部向第一方向及其相反方向这两个方向延伸设置并与第一抵接构件的延伸部相对配置的延伸部；
安装构件，该安装构件以比位于两端的线圈部的外侧面之间的距离要短的长度设置在第一抵接构件及第二抵接构件的相对的各延伸部之间；以及
螺栓和螺母，该螺栓和螺母使安装构件的两端部分别与位于附近的延伸部紧固，
螺栓和螺母以预定的紧固力进行紧固，由此，位于两端的线圈部各自的外侧面被平板状的第一抵接构件和平板状的第二抵接构件以最大值以上的力向该各线圈部所卷绕的核部按压。
发明效果
根据本发明，由按压构件对相邻的线圈部进行按压。由此，能抑制因流过该线圈部的高次谐波电流引起的高频振动。因此能降低高频噪音。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的逆变器装置的电路结构的图。
图2A是表示从逆变器电路输出的交流电的电压波形的一个示例的图。
图2B是表示从逆变器电路输出的交流电的电流波形的一个示例的图。
图3是一个实施方式的变压器的外观立体图。
图4是一个实施方式的变压器的XY平面的剖视图。
图5是一个实施方式的铁芯的外观立体图。
图6是将第一线圈部放大表示的立体图。
图7是用于说明在第一线圈部的外侧产生的力的图。
图8是用于说明在第一线圈部的内侧线圈和外侧线圈上分别产生的力的图。
图9是表示将第一～第三线圈部设置于铁芯的状态的立体图。
图10是表示设置了第一及第二按压构件的状态的立体图。
图11是表示在铁芯上设置了安装构件的状态的立体图。
图12是一个变形例的第一按压构件的XY平面的剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。所有附图中相同要素标有相同标号。
本发明的一个实施方式的逆变器100是将输入的直流电转换为所期望电压的三相交流电来输出的装置。逆变器装置100例如是搭载在电车中的辅助电源装置(StaticInverter：静态逆变器)，将集电器102从架空线101获取到的例如1500V的直流电作为输入，并将该直流电转换为所期望电压的三相交流电，并输出到作为负载的三相交流电动机。逆变器装置100的电路结构如图1所示，包括逆变器电路103、变压器104、以及交流滤波器105。
逆变器电路103是将所输入的直流电转换为交流电来输出的电路，具有六组开关元件106及二极管元件107、以及与它们并联连接的滤波电容器108。成组的开关元件106与二极管元件107并联连接。串联连接两组开关元件106及二极管元件107。该串联连接的每两组开关元件106及二极管元件107并联连接成三列。串联连接的开关元件106与二极管元件107的组之间连接有向变压器104输出的布线。开关元件106及二极管元件107例如由硅形成。
例如由导电弓等构成的集电器102从架空线101获取到的直流电经由直流滤波电抗器109输入到逆变器电路103。由于经过直流滤波电抗器109，因此能抑制从架空线101获取到的直流电所包含的高次谐波电流流入逆变器电路103。
输入到逆变器电路103的直流电的高频分量被滤波电容器108降低，然后流入到开关元件106及二极管元件107的各组。另外，开关元件106及二极管元件107的各组在未图示的控制部的控制下进行导通/截止动作。通过该动作，从并联连接了三列的开关元件106及二极管元件107的各列经由向变压器104输出的布线输出与三相交流的各相相对应的交流电。
这里，图2A及图2B示出从逆变器电路103输出的交流电中的一个电压波形及电流波形各自的一个示例。
从逆变器电路103输出的交流电流I(t)如式(1)所示，是在作为基波的正弦波分量If(t)上叠加了高次谐波分量Ih(t)后得到的波形。由于开关元件106的导通/截止动作，从逆变器电流103输出的交流电流I(t)如图2B所示那样含有高次谐波电流。
I(t)＝If(t)+Ih(t)···式(1)
变压器104将从逆变器电路103输出的交流电转换为规定电压的交流电并输出。本实施方式的变压器104是对从逆变器电路103输出的三相交流的电压进行转换并输出规定电压的三相交流的三相变压器。
交流滤波器105由与对经变压器104转换后的电压的交流电的各相进行输出的三个布线分别相连的三个电容器构成。交流滤波器105对从变压器104输出的高次谐波电流进行旁路，输出平滑的交流电流，并对输出的交流电压进行整形，使其变为平滑的正弦波。
参照附图说明本实施方式的变压器104的物理结构。
图3示出变压器104的外观立体图，图4示出从Z正方向(上方)观察XY面的截面得到的图。如该图所示，变压器104包括铁芯110、第一线圈部111、第二线圈部112、第三线圈部113、第一按压构件114、第二按压构件115、以及夹持部116。
铁芯110是设置有第一～第三线圈部111～113的铁制构件，如图5的立体图所示，通过将设置有两个矩形孔的矩形薄平板层叠而形成，包括第一核部117、第二核部118、第三核部119、上连结部120、以及下连结部121。
第一～第三核部117～119分别呈在Z方向上具有相同长度的棱柱状，且以相同间隔排列设置在X方向上。
上连结部120及下连结部121分别是将第一～第三核构件117～119的上端和下端连结的部分。
第一线圈部111卷绕在第一核部117上，对从逆变器电路103输出的三相交流的其中一相的电压进行转换，并对转换后的电压的交流电进行输出。第一线圈部111如图7的放大立体图所示，包括内侧线圈122、外侧线圈123、内侧间隔物124、以及外侧间隔物125。
内侧线圈122由卷绕在第一核部117周围的绕组形成，是输出例如转换后电压的交流电的次级线圈。外侧线圈123由卷绕在内侧线圈周围的绕组形成，例如输入从逆变器电路103输出的三相交流的其中一相的交流电。形成内侧线圈122及外侧线圈123的绕组的材料例如是铜。
内侧间隔物124是棱柱状的细长构件，比内侧线圈122的Z方向的长度要长。内侧间隔物124的长度方向朝向Z方向，并且在第一核部117与内侧线圈122之间隔开间隔设置有多个。由此，形成了在Z方向上贯通第一核部117与内侧线圈122之间的间隙。由于变压器104工作过程中，空气在间隙中流通，因此能将内侧线圈122所产生的热量释放。
外侧间隔物125是棱柱状的细长构件，比外侧线圈123的Z方向的长度要长。外侧间隔物125的长边方向朝向Z方向，并且在内侧线圈122与外侧线圈123之间隔开规定间隔设置有多个。由此，形成了在Z方向上贯通内侧线圈122与外侧线圈123之间的间隙。由于变压器104工作过程中，空气在间隙中流通，因此能将内侧线圈122和外侧线圈123所产生的热量释放。
第二线圈部112与第三线圈部113分别与第一线圈部111同样，包括设置在第二核部118和第三核部119周围的内侧线圈122、外侧线圈123、内侧间隔物124、以及外侧间隔物125。第一～第三线圈部111～113各自对从逆变器电路103输出的三相交流的互不相同的一相的电压进行转换，并对转换后电压的交流电进行输出。由此，能将三相交流作为输入，并输出进行了电压转换的三相交流。
第一按压构件114如图3及图4所示，是设置在相邻的第一线圈部111与第二线圈部112之间的平板状的构件，由不锈钢、陶瓷等具有强度的非磁性体材料制作而成。由于是非磁性体，因此能抑制伴随磁场变化而产生的发热。
第一按压构件114具有相互平行的两个主面126、127，且一个主面126与第一线圈部111相抵接，另一个主面127与第二线圈部112相抵接。此时，决定第一按压构件114的厚度，以将第一线圈部111向第一核部117按压，将第二线圈部112向第二核部118按压。因此，第一按压构件114的材料优选为具有能对第一及第二线圈部111、112进行按压的强度的材料。
这里，以第一线圈部111为例，参照附图说明由第一～第三线圈部111～113产生高频噪音的原理。
如图7所示，将在外侧线圈123与内侧线圈122之间的空间内产生的漏磁通的磁通密度设为Ba，将流过外侧线圈123的电流设为I1，将沿负方向流过内侧线圈122的电流设为I2。这里，将磁通的正方向设为Z正方向，流过外侧线圈123的电流I1的正方向设为Y正方向，流过内侧线圈122的电流I2的正方向设为Y负方向。
磁通密度Ba由式(2)表示。
[数学式1]
···式(2)
E(t)表示从逆变器电路103输出的交流电压中的漏磁通量。S表示从Z方向观察时、设置在外侧线圈123与内侧线圈122之间的空间的截面积。
从逆变器电路103输出的交流电压E(t)是图2A所示那样的矩形，含有大量的高次谐波分量。然而，由于磁通密度Ba如式(2)所示那样是将交流电压E(t)积分得到的值，因此交流电压E(t)所包含的高次谐波分量几乎不会表现在磁通密度Ba的波形中。即，磁通密度Ba大致为作为基波的正弦波。磁通的一部分如图7所示，分别渗透到外侧线圈123与内侧线圈122中。
从逆变器电路103输出的交流电流I(t)如上所述，包含高次谐波分量Ih(t)。流过外侧线圈123或内侧线圈122的交流电流I1(t)、I2(t)的高次谐波分量Ih1(t)、Ih2(t)虽然被外侧线圈123或内侧线圈122的电抗分量所降低，但仍有剩余。因此，流过外侧线圈123或内侧线圈122的交流电流I1(t)、I2(t)如式(3)、式(4)所示，是在作为基波的正弦波分量If1(t)、If2(t)中叠加了高次谐波电流分量Ih1(t)、Ih2(t)后的波形。
I1(t)＝If1(t)+Ih1(t)···式(3)
I2(t)＝If2(t)+Ih2(t)···式(4)
在外侧线圈123的绕组上产生的单位长度的电磁力F1如式(5)所示，由在直角坐标系中分别用矢量表示的流过外侧线圈123的交流电流I1(t)和磁通密度Ba的外积来表示。
[数学式2]
···式(5)
外侧线圈123上产生的电磁力F1大致产生在XY平面内。例如，若假设外侧线圈123上沿Y正方向流过电流I1(t)，且在Z正方向上有磁通密度Ba的磁场，则电磁力F1如从Z正方向观察外侧线圈123得到的剖视图即图8所示那样，对外侧线圈123施加向外扩张方向的力。
通常，高次谐波电流分量Ih1(t)、Ih2(t)比基波分量If1(t)、If2(t)要小，通常为20％以下。因此，若参照式(5)，则电磁力F1所包含的分量中、基波(例如60Hz分量)产生的力If1×Ba是比高次谐波产生的力Ih1×Ba大的值。然而，通常在低频音的情况下，人不太会感到刺耳，而在1kHz～10kHz程度的高频音的情况下，即使是很小的音量，人也会敏感地感到刺耳。例如在基波电流If1为60Hz的情况下，因其振动的外侧线圈123所产生的声音为低频，因此作为噪音而言，问题不大。与此相对，由于因1kHz～10kHz程度的高次谐波电流Ih1而振动的外侧线圈123所产生的声音为高频，因此是降低的必要性较高的噪音。
应降低的高频噪音源于因1kHz～10kHz左右的高次谐波电流Ih1而在外侧线圈123上产生的力Fh1(＝Ih1×Ba)。因此，通过以Fh1以上大小的力按压外侧线圈123，从而能抑制高次谐波电流Ih1引起的外侧线圈123的振动，从而能降低高频噪音。另外，该力Fh1的大小在例如在100kVA级的变压器104中采用铜线作为绕组、高次谐波电流Ih1约为10[A]、且磁通密度Ba为1～2[Wb/m2]的情况下为数10kg左右。
在内侧线圈122的绕组上产生的单位长度的电磁力F2如式(6)所示，由在直角坐标系中分别用矢量表示的流过内侧线圈122的交流电流I2(t)和磁通密度Ba的外积来表示。
[数学式3]
···式(6)
内侧线圈122上产生的电磁力F2大致产生在XY平面内。例如，若假设内侧线圈122上沿Y负方向流过电流I2(t)，且在Z正方向上具有磁通密度Ba的磁场，则电磁力F2如从Z正方向观察内侧线圈122得到的剖视图即图8所示那样，对内侧线圈122施加向内部收缩方向的力。
观察式(6)可知，对于内侧线圈122，也与对于外侧线圈123的考察同样，应降低的高频噪音源于因1kHz～10kHz程度的高次谐波电流Ih2而在内侧线圈122上产生的力Fh2(＝Ih2×Ba)。因此，通过以Fh2以上大小的力按压内侧线圈122，从而能抑制高次谐波电流Ih2引起的内侧线圈122的振动，从而能降低高频噪音。
由这种高频噪音的产生原理可知，通过以由于高次谐波电流而在第一线圈部111上产生力Fh1、Fh2的最大值以上的力F按压第一线圈部111，从而能抑制因高次谐波电流引起的第一线圈部111的振动。对于第二线圈部112也同样，通过用力F按压第二线圈部112，从而能抑制因高次谐波电流引起的第二线圈部112的振动。因此，第一按压构件114的厚度决定为能以力F对第一及第二线圈部111、112进行按压即可。由此，能降低因高次谐波电流所引起的第一及第二线圈部111、112振动而产生的高频噪音。
此外，为了使第一按压构件114本身难以振动，因此优选第一按压构件114较重。因此，优选第一按压构件114由具有强度且较重的非磁性体、即不锈钢制作而成。
第二按压构件115如图3及图4所示，是设置在相邻的第二线圈部112与第三线圈部113之间的平板状的构件。第二按压构件115与第一按压构件114同样，由不锈钢、陶瓷等具有强度的非磁性体材料制作而成，优选由较重的不锈钢制作而成。
第二按压构件115具有相互平行的两个主面128、129，且一个主面128与第二线圈部112相抵接，另一个主面129与第三线圈部113相抵接。此时，决定第二按压构件115的厚度，以将第二线圈部112向第二核部118按压，将第三线圈部113向第三核部119按压。更详细而言，与第一按压构件114同样，决定第二按压构件115的厚度使得能以因高次谐波电流而在第二及第三线圈部112、113的内侧线圈及外侧线圈上产生的力的最大值以上的力F按压第二及第三线圈部112、113即可。
夹持部116是从X方向的外侧对排列在X方向上的第一～第三线圈部111～113中位于两端的第一及第三线圈部111、113进行夹持、并分别以F以上大小的力将该第一及第三线圈部111、113向第一及第三核部117、119按压的构件。夹持部116包括第一抵接构件130、第二抵接构件131、安装构件132、以及紧固件133。
第一抵接构件130具有与第一线圈部111的外侧面相抵接的抵接部134、以及从该抵接部134起沿上下方向(Z正方向和Z负方向)延伸的延伸部135。该延伸部135上设有供例如作为紧固件133的螺栓的轴贯通的孔。
第二抵接构件131具有与第二线圈部112的外侧面相抵接的抵接部136、以及从该抵接部136起沿上下方向延伸的延伸部137。该延伸部137上设有供例如作为紧固件133的螺栓的轴贯通的孔。第一抵接构件130的延伸部135与第二抵接构件131的延伸部137设置成在X方向上彼此相对。
第一抵接构件130及第二抵接构件131与第一按压构件114同样，由不锈钢、陶瓷等具有强度的非磁性体材料制作而成，优选由较重的不锈钢制作而成。
安装构件132为框状构件，分别设置在变压器104的上方和下方。安装构件132内部收纳有铁芯110的上连结部120或下连结部121。安装构件132在X方向上具有比第一～第三线圈部111～113的长度要短的长度，且设置在第一及第二抵接构件130、131的延伸部135、137之间。安装构件132的与延伸部135、137相对的端部上设有供作为紧固件133的螺栓的轴贯通的孔。
紧固件133例如由螺栓和螺母构成。紧固件133分别对各安装构件132的X方向的端部、和位于该端部附近的第一及第二抵接构件130、131的延伸部135、137进行紧固。详细而言，紧固件133通过以规定的紧固力使例如插入到安装构件132的X正方向的端部与第一抵接构件130的延伸部135的孔中的螺栓与螺母螺合来进行紧固。同样，紧固件133通过以规定的紧固力使插入到各安装构件132的X负方向的端部与第二抵接构件131的延伸部137的孔中的螺栓与螺母螺合来进行紧固。
紧固件133的紧固力优选为能以一定以上的力F将第一及第三线圈部111、113分别向第一及第三核部117、119按压的大小。该一定以上的力F是因高次谐波电流在第一及第三线圈部111、113的内侧线圈和外侧线圈上产生的力的最大值以上的力F。由此，能抑制因高次谐波电流引起的第一及第三线圈部111、113的振动，并能抑制高频噪音。
本实施方式中，安装构件132的X方向的长度如上所述，比第一～第三线圈部111～113的X方向的长度要短。因此，在紧固件133由螺栓和螺母构成的情况下，通过适当设定其紧固力，从而能调整第一抵接构件130及第二抵接构件131按压第一及第三线圈部111、113的力F。
以上，对本实施方式所涉及的变压器104的结构进行了说明。
这里，若参照式(5)，则通过减小第一及第二线圈部111、112的电流密度或磁通密度Ba，从而也能减小第一及第二线圈部111、112上产生的电磁力，因此能抑制其振动。然而，若因此增大铁芯的尺寸，则变压器的尺寸和重量或变大。此外，若使用不容易产生振动的材料，则价格高昂。
在本实施方式的逆变器装置100或变压器104中，能利用第一按压构件114来抑制第一及第二线圈部111、112的振动。第一按压构件114不会导致变压器104的尺寸产生太大变化。第一按压构件114引起的变压器104的重量增加与变压器104的重量相比较小。此外，由于如上述那样采用不锈钢等作为材料即可，因此能廉价地制造第一按压构件114。因此，利用第一按压构件114，能在不大幅增加变压器104的尺寸、重量和成本的情况下，降低由第一及第二线圈部111、112产生的高频噪音。
同样，利用第二按压构件115，能在不大幅增加变压器104的尺寸、重量和成本的情况下，降低由第二及第三线圈部112、113产生的高频噪音。
因此，通过在各线圈部111～113之间均设置按压构件114、115，从而能在不大幅增加变压器104的尺寸、重量和成本的情况下，降低由所有第一～第三线圈111～113产生的高频噪音。
能利用夹持部116抑制第一及第三线圈部111、113的振动。因夹持部116引起的变压器104的尺寸和重量的增加微乎其微。此外，由于采用不锈钢等作为材料即可，因此能廉价地制造夹持部116。因此，利用夹持部116，能在不大幅增加变压器104的尺寸、重量和成本的情况下，降低由第一及第三线圈部111、113产生的高频噪音。
通过设置第一及第二按压构件114、115和夹持部116，从而能在不大幅增加变压器104的尺寸、重量和成本的情况下，从两端分别按压第一～第三线圈部111～113。因此，能显著降低由所有第一～第三线圈部111～113发出的高频噪音。例如，虽然也利用了紧固件133的紧固力，但通过设置第一及第二按压构件114、115和夹持部116，从而能将第一～第三线圈部111～113的振动能量降低到1/2左右，并使噪音降低3dB以上。
特别是在搭载于电车中的逆变器装置100中，由于有高电压的电力流过，因此高次谐波电流会导致第一～第三线圈部111～113上分别产生的电磁力变大。因此，高频噪音也趋向于增大。
此外，在搭载逆变器装置100的电车的情况下，逆变器装置100通常为了向车厢内的电灯、空调等供电，会在电车运行期间始终工作。由于来自变压器104的高频噪音在逆变器装置100工作过程中产生，因此无论电车是在行驶还是停止过程中，都会始终被乘客听到。尤其是高频噪音会使人感到刺耳，因此降低逆变器装置100的变压器104持续发出的高频噪音能提高车内舒适性，因此极为重要。
在以往的变压器、尤其是干式变压器中，对高次谐波引起的线圈振动进行抑制的仅仅是绕组的张力，因此若使逆变器工作，则会发出高频的大噪音。若采用本实施方式的逆变器装置，即使在流过高电压电力的情况下，也能利用按压构件114、115及夹持部116来抑制各线圈部111～113的振动。因此，能降低使乘客感到刺耳的高频噪音，从而能显著提高车厢内的舒适性。
下面，对制造本实施方式的变压器104的方法的一个示例进行说明。
准备铁芯110(参照图5)。以规定的间隔分别与第一～第三核部117～119相抵接地配置内侧间隔物124。将绕组直接卷绕在内侧间隔物124周围。由此形成了第一～第三线圈部111～113的内侧线圈122。
以规定间隔分别与内侧线圈122相抵接地配置外侧间隔物125。将绕组直接卷绕在外侧间隔物125周围。由此形成了第一～第三线圈部111～113的外侧线圈123。如图9的立体图所示，设置第一～第三线圈部111～113。
将第一按压构件114压入到第一及第二线圈部111、112之间，并将第二按压构件115压入到第二及第三线圈部112、113之间。这里的压入是指例如利用锤子等向插入方向施加力的同时进行插入。由此，如图10的立体图所示，安装第一及第二按压构件114、115。
安装构件132如图11的立体图所示，分别配置在铁芯110的上部和下部。详细而言，安装构件132配置成其内部的大致中央位置分别收纳上连结部120和下连结部121。
第一抵接构件130和第二抵接构件131配置成使延伸部135、137与安装构件132的X方向的两端部相对，且各自的孔在X方向上对齐。向各孔中插入螺栓，利用螺母并以规定的力拧紧，从而使第一抵接构件130及第二抵接构件131分别与安装构件132紧固。由此安装夹持部116，从而制造出本实施方式的变压器104(参照图3)。
由此，在本实施方式的变压器104中，用于抑制高频噪音的工序是安装第一及第二按压构件114、115的工序以及安装夹持部116的工序。在这些工序中，如上所述，只需要比较简单的作业。因此，若采用本实施方式，则能容易地制造高频噪音得到抑制的变压器104。
以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但是本发明并不仅限于一个实施方式。
例如，本发明的逆变器装置100不限于搭载于电车，可以搭载在任意的设备、装置等中。变压器104不限于应用在逆变器装置100中，也可以搭载在任意的设备、装置等中。变压器104不限于三相变压器，也可以是单相变压器等。第一及第二按压构件114、115或夹持部116也可以与实施方式的变压器104同样，应用在具备在一个方向上排列的线圈的电抗器中。
例如，第一～第三核部117～119分别为柱状即可，从Z方向观察到的截面形状可以是圆形等。也可以在安装构件132的与延伸部135、157相对的端部设置内螺纹部来代替用于插入螺栓的孔。该情况下，由该内螺纹部和螺栓构成紧固件133。
本发明还包括以下变形例，还包括与实施方式及各变形例均等的技术范围。
(变形例1)
构成逆变器电路103的开关元件106或二极管元件107例如可以是由碳化硅、氮化镓类材料、金刚石等宽带隙半导体形成的宽带隙半导体元件。该情况下，与由硅形成的开关元件106及二极管元件107构成的逆变器电路103相比更小型化。此外，由于功率损耗较低，因此能提高开关元件106或二极管元件107的效率，进而能提高逆变器电路103的效率。
通过采用宽带隙半导体元件，从而能高速地进行导通/截止动作。因此，从逆变器电路103输出的电流所包含的高次谐波电流较大，因而高次谐波电流引起的高频噪音可能会变大。若采用实施方式中说明的变压器104，则即使采用宽带隙半导体元件也能抑制高频噪音。因此，能降低高频噪音，并能提供小型且高效率的逆变器装置100。
(变形例2)
形成内侧线圈122及外侧线圈123的绕组的材料不限于铜，例如也可以是铝。通过采用铝线，从而与采用铜线等相比，能实现线圈部111(112、113)的轻量化和低成本化。若线圈部111(112、113)变轻，则容易因高次谐波电流而振动，高频噪音可能会变大。本发明能利用按压构件114(115)和夹持部116来抑制线圈部111(112、113)的振动，因此能抑制高频噪音变大。因此，能降低变压器104的高频噪音，并实现其轻量化和低成本化。
(变形例3)
紧固件133不限于螺栓和螺母，例如可以是将安装构件132的端部与第二抵接构件130、131的延伸部135、137进行夹持而固定的部件等。这样也能通过调整夹持力来调整第一抵接构件130和第二抵接构件131按压第一及第三线圈部111、113的力F。
(变形例4)
变压器104也可以不具备夹持部116。由此能简化变压器104的结构。该情况下，第一～第三线圈部111～113的振动被第一及第二按压构件114、115抑制。因此，能以简单的结构降低高频噪音。
(变形例5)
第一按压构件114的XY平面上的截面也可以如图12所示，具有与具有两个主面126、127的平板部238的端部相连，厚度逐渐变薄的斜面部239。另外，对于第二按压构件115也同样，也可以具有斜面部239。由此，第一按压构件114(第二按压构件115)的压入较为容易，并且能降低压入时第一及第二线圈部111、112(第二及第三线圈部112、113)损坏的风险。
工业上的实用性
本发明能用于铁路车辆、工业用机械的电源装置、电动车、太阳能发电装置的功率调节器等中搭载的逆变器装置及其制造。此外，也能用于搭载在逆变器装置中的变压器、发电站、变电站等所使用的变压器、杆上变压器等、以及它们的制造。
标号说明
100 逆变器装置
103 逆变器电路
104 变压器
106 开关元件
107 二极管元件
110 铁芯
111 第一线圈部
112 第二线圈部
113 第三线圈部
114 第一按压构件
115 第二按压构件
116 夹持部
117 第一核部
118 第二核部
119 第三核部
120 上连结部
121 下连结部
122 内侧线圈
123 外侧线圈
124 内侧间隔物
125 外侧间隔物
130 第一抵接构件
131 第二抵接构件
132 安装构件
133 紧固件
134、136 抵接部
135、137 延伸部

Claims (7)

1.一种逆变器装置，用于铁路车辆，包括：
逆变器电路，该逆变器电路将直流电转换为交流电并输出该交流电；以及
变压器，该变压器对从所述逆变器电路输出的所述交流电的电压进行转换，并将具有该转换后的电压的交流电输出，其特征在于，
所述变压器还包括：
具有多个核部的铁芯，该多个核部分别为具有第一方向的轴的柱状，且在与所述第一方向垂直的第二方向上排列设置；
多个线圈部，该多个线圈部分别包括卷绕在各所述核部周围的内侧线圈以及卷绕在该内侧线圈周围的外侧线圈，对从所述逆变器电路输出的所述交流电的电压进行转换，并对具有该转换后的电压的交流电进行输出；
非磁性体的按压构件，该按压构件设置为压入于所有相邻的所述线圈部之间，具有能以因高次谐波电流而在相邻的所述线圈部各自的所述内侧线圈和所述外侧线圈上产生的力的最大值以上的力将相邻的所述线圈部分别向卷绕有各个相邻的所述线圈部的所述核部按压的厚度；以及
夹持部，该夹持部设置为从所述第二方向的外侧夹持位于两端的所述线圈部，并以因高次谐波电流而在位于所述两端的线圈部所包含的内侧线圈及外侧线圈上分别产生的力的最大值以上的力将位于两端的所述线圈部向卷绕有各线圈部的所述核部按压，
所述铁芯通过将设置有矩形孔的矩形薄平板层叠而形成，
所述夹持部包括：
平板状的第一抵接构件，该第一抵接构件具有与位于所述两端的线圈部的其中一方的外侧面相抵接的抵接部、以及从该抵接部向所述第一方向及其相反方向这两个方向延伸设置的延伸部；
平板状的第二抵接构件，该第二抵接构件具有与位于所述两端的线圈部的另一方的外侧面相抵接的抵接部、以及从该抵接部向所述第一方向及其相反方向这两个方向延伸设置并与所述第一抵接构件的所述延伸部相对配置的延伸部；
安装构件，该安装构件以比位于所述两端的线圈部的所述外侧面之间的距离要短的长度设置在所述第一抵接构件及所述第二抵接构件的相对的各延伸部之间；以及
螺栓和螺母，该螺栓和螺母使所述安装构件的两端部分别与位于附近的所述延伸部紧固，
所述螺栓和螺母以预定的紧固力进行紧固，由此，位于所述两端的线圈部各自的所述外侧面被所述平板状的所述第一抵接构件和所述平板状的所述第二抵接构件以因高次谐波电流而在位于所述两端的线圈部所包含的内侧线圈及外侧线圈上分别产生的力的所述最大值以上的力向该各线圈部所卷绕的所述核部按压。
2.如权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，
所述按压构件由不锈钢制成。
3.如权利要求1或2所述的逆变器装置，其特征在于，
各所述线圈部还包括：
内侧间隔物，该内侧间隔物设置在所述核部与所述内侧线圈之间，以在所述核部与所述内侧线圈之间形成用于使空气沿所述核部的长度方向流通的间隙；以及
外侧间隔物，该外侧间隔物设置在所述内侧线圈与所述外侧线圈之间，以在所述内侧线圈与所述外侧线圈之间形成用于使空气沿所述核部的长度方向流通的间隙。
4.如权利要求1或2所述的逆变器装置，其特征在于，
所述逆变器电路包含由宽带隙半导体形成的元件。
5.如权利要求4所述的逆变器装置，其特征在于，
所述宽带隙半导体为碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。
6.一种变压器，其特征在于，包括：
具有多个核部的铁芯，该多个核部分别为具有第一方向的轴的柱状，且在与所述第一方向垂直的第二方向上排列设置；
多个线圈部，该多个线圈部分别包括卷绕在各个所述核部周围的内侧线圈以及卷绕在该内侧线圈周围的外侧线圈；以及
非磁性体的按压构件，该按压构件设置为压入于所有相邻的所述线圈部之间，具有能以因高次谐波电流而在相邻的所述线圈部各自的所述内侧线圈和所述外侧线圈上产生的力的最大值以上的力将相邻的所述线圈部分别向卷绕有各个相邻的所述线圈部的所述核部按压的厚度；以及
夹持部，该夹持部设置为从所述第二方向的外侧夹持位于两端的所述线圈部，并以因高次谐波电流而在位于所述两端的线圈部所包含的内侧线圈及外侧线圈上分别产生的力的最大值以上的力将位于两端的所述线圈部向卷绕有各线圈部的所述核部按压，
所述铁芯通过将设置有矩形孔的矩形薄平板层叠而形成，
所述夹持部包括：
平板状的第一抵接构件，该第一抵接构件具有与位于所述两端的线圈部的其中一方的外侧面相抵接的抵接部、以及从该抵接部向所述第一方向及其相反方向这两个方向延伸设置的延伸部；
平板状的第二抵接构件，该第二抵接构件具有与位于所述两端的线圈部的另一方的外侧面相抵接的抵接部、以及从该抵接部向所述第一方向及其相反方向这两个方向延伸设置并与所述第一抵接构件的所述延伸部相对配置的延伸部；
安装构件，该安装构件以比位于所述两端的线圈部的所述外侧面之间的距离要短的长度设置在所述第一抵接构件及所述第二抵接构件的相对的各延伸部之间；以及
螺栓和螺母，该螺栓和螺母使所述安装构件的两端部分别与位于附近的所述延伸部紧固，
所述螺栓和螺母以预定的紧固力进行紧固，由此，位于所述两端的线圈部各自的所述外侧面被所述平板状的所述第一抵接构件和所述平板状的所述第二抵接构件以因高次谐波电流而在位于所述两端的线圈部所包含的内侧线圈及外侧线圈上分别产生的力的所述最大值以上的力向该各线圈部所卷绕的所述核部按压。
7.一种变压器的制造方法，该变压器用于铁路车辆，其特征在于，
准备铁芯，该铁芯具有多个核部，该多个核部分别为具有第一方向的轴的柱状，且排列设置在与所述第一方向垂直的第二方向上，该铁芯通过将设置有矩形孔的矩形薄平板层叠形成，
形成多个线圈部，该多个线圈部分别包括卷绕在各所述核部周围的内侧线圈、以及卷绕在该内侧线圈周围的外侧线圈，
在所有相邻的所述线圈部之间依次压入非磁性体的按压构件，该按压构件具有能以因高次谐波电流而在相邻的所述线圈部各自的所述内侧线圈和所述外侧线圈上产生的力的最大值以上的力将相邻的所述线圈部分别向卷绕有各个相邻的所述线圈部的所述核部按压的厚度，
设置夹持部，该夹持部从所述第二方向的外侧夹持位于两端的所述线圈部，并以因高次谐波电流而在位于所述两端的线圈部所包含的内侧线圈及外侧线圈上分别产生的力的最大值以上的力将位于两端的所述线圈部向卷绕有各个线圈部的所述核部按压，
在设置所述夹持部时，
配置平板状的第一抵接构件，该第一抵接构件具有与位于所述两端的线圈部的其中一方的外侧面相抵接的抵接部、以及从该抵接部向所述第一方向及其相反方向这两个方向延伸设置的延伸部；
配置平板状的第二抵接构件，该第二抵接构件具有与位于所述两端的线圈部的另一方的外侧面相抵接的抵接部、以及从该抵接部向所述第一方向及其相反方向这两个方向延伸设置的延伸部，并使该延伸部与所述第一抵接构件的所述延伸部相对；
设置安装构件，该安装构件的长度比位于所述两端的线圈部的所述外侧面之间的距离要短，且设置在所述第一抵接构件及所述第二抵接构件的相对的各延伸部之间；
以预定的紧固力对使所述安装构件的两端部分别与位于附近的所述延伸部紧固的螺栓和螺母进行紧固，由此，位于所述两端的线圈部各自的所述外侧面被所述平板状的所述第一抵接构件和所述平板状的所述第二抵接构件以因高次谐波电流而在位于所述两端的线圈部所包含的内侧线圈及外侧线圈上分别产生的力的所述最大值以上的力向该各个线圈部所卷绕的所述核部按压。
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