CN209168896U - 三相变压器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种三相平衡、漏磁通少且效率高的三相变压器。实施例所涉及的三相变压器具有：以彼此相向的方式配置的第一板状铁芯和第二板状铁芯；多个柱状铁芯，所述多个柱状铁芯以与第一板状铁芯或者第二板状铁芯连接的方式配置在第一板状铁芯与第二板状铁芯之间，且配置在以距多个柱状铁芯的中心轴的距离相等的轴为中心呈旋转对称的位置，多个柱状铁芯的个数是3的倍数；以及线圈，其包括分别卷绕于多个柱状铁芯的多个初级线圈和多个次级线圈，多个初级线圈和多个次级线圈的个数为3的倍数。

Description

三相变压器
技术领域
本实用新型涉及一种三相变压器。
背景技术
目前为止，报告有一种多个卷线配置在直线上而成的静止感应电器(例如日本特开2016-048741号公报。下面，称作“专利文献1”。)。专利文献1所记载的静止感应电器具有N相N腿的主磁路(其中，N为3以上)和卷绕于各主腿的主卷线，并且设置有控制磁通产生单元，该控制磁通产生单元在N个主腿的交点部位在与N相的主磁通均大致正交的方向上产生大小可变的控制磁通，利用该产生单元对控制磁通的大小进行控制，由此使N相电抗可变。专利文献1所记载的静止感应电器是使电抗可变的静止感应电器，但是存在如下问题：三相铁芯的形状为非对称形状，无法在构造上使三个相的磁路的长度相同，磁通密度等各种值不完全均等。可以认为由于三相不平衡，因此产生通常的发热以外的发热、漏磁通，可以认为耦合系数为约0.3左右。一般的变压器也呈同样的铁芯构造，漏磁通也成为噪声的来源。例如，在大型的变压器中，不仅利用罩进行包围，还利用护板等进行包围以使得基本上不能靠近，从而禁止人进入。并且，当前为了地球环境而强烈要求提高变压器的效率，因此要求减少不必要的漏磁通。
另外，还报告有一种三相的线圈配置在圆周上而成的电力变换器(例如，国际公开第2012/157053号。下面，称作“专利文献2”。)。专利文献2所记载的电力变换器具备：相向的两个磁轭铁芯；三个磁腿铁芯，在所述三个磁腿铁芯卷绕有线圈，且设置有间隙调整单元；以及三个零相用磁腿铁芯，在所述三个零相用磁腿铁芯未卷绕线圈，其中，利用三个磁腿铁芯和三个零相用磁腿铁芯将相向的两个磁轭铁芯彼此连接，三个磁腿铁芯以磁轭铁芯的同心轴为基准，以具有规定的角度的方式配置在圆周上，三个零相用磁腿铁芯以磁轭铁芯的同心轴为基准配置在圆周上且三个磁腿铁芯之间。另外，存在三个零相用磁腿铁芯，磁通流向零相用磁腿铁芯，流向其它相的磁通减少，因此互感降低。因此，对于互感的利用而言，并非适当的构造。在一般的变压器中也是利用与互感相应的磁通的形式，因此不是适当的构造。
另外，在专利文献2所记载的电力变换器中，铁芯具备将薄板卷成卷筒(roll)状而成的构造，磁通易呈卷筒状地流动。因此，在铁芯中，磁通的流动路径不是最短的，互感和自感容易变小。另外，在制造上，存在不适于孔、攻丝的加工之类的制造上及组装上的问题。因此，例如存在难以使用电感调整机构(螺钉(日语：ねじ)等)的问题。并且，存在难以防止从线圈产生的磁通泄漏至外部的问题。即，非常期望变压器的磁阻小、无磁通泄漏，从而针对铁芯也进行了各种研究，如取向性电磁钢板的使用、铁芯的组装方法等。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种三相平衡、漏磁通少且效率高的三相变压器。
本实用新型的第一方面提供一种三相变压器，具有：以彼此相向的方式配置的第一板状铁芯和第二板状铁芯；多个柱状铁芯，所述多个柱状铁芯以与第一板状铁芯或者第二板状铁芯连接的方式配置在第一板状铁芯与第二板状铁芯之间，且配置在以距所述多个柱状铁芯的中心轴的距离相等的轴为旋转轴呈旋转对称的位置，多个柱状铁芯的个数是3的倍数；以及线圈，其包括分别卷绕于多个柱状铁芯的多个初级线圈和多个次级线圈，多个初级线圈和多个次级线圈的个数为3的倍数。
本实用新型的第二方面提供一种三相变压器，具有：以彼此相向的方式配置的第一板状铁芯和第二板状铁芯；多个柱状铁芯，所述多个柱状铁芯以与所述第一板状铁芯或者所述第二板状铁芯连接的方式配置在所述第一板状铁芯与所述第二板状铁芯之间，且配置在以距所述多个柱状铁芯的中心轴的距离相等的轴为旋转轴呈旋转对称的位置，所述多个柱状铁芯的个数是3的倍数；以及线圈，其包括分别卷绕于所述多个柱状铁芯的多个初级线圈和多个次级线圈A，所述多个初级线圈和多个次级线圈A的个数是3的倍数，所述多个柱状铁芯中的各个柱状铁芯构成为能够分离为卷绕有所述初级线圈的第一柱状铁芯部分和卷绕有所述次级线圈A的第二柱状铁芯部分，所述第二板状铁芯具有多个第三柱状铁芯部分和分别卷绕于所述多个第三柱状铁芯部分的多个次级线圈B，所述多个次级线圈B的匝数与所述多个次级线圈A的匝数不同，所述第一板状铁芯或者所述第二板状铁芯构成为能够以所述旋转轴为中心旋转，且构成为能够选择性地变更所述多个初级线圈与所述多个次级线圈A的组合以及所述多个初级线圈与所述多个次级线圈B的组合。
本实用新型的第三方面提供根据前述第一方面所述的三相变压器，所述多个初级线圈和所述多个次级线圈配置于比所述第一板状铁芯和所述第二板状铁芯的端部靠内侧的位置。
本实用新型的第四方面提供根据前述第一方面所述的三相变压器，该三相变压器还具有罩，所述罩设置于所述第一板状铁芯和所述第二板状铁芯的外周部，用于包围所述多个柱状铁芯、所述多个初级线圈以及所述多个次级线圈。
本实用新型的第五方面提供根据前述第二方面所述的三相变压器，该三相变压器还具有罩，所述罩设置于所述第一板状铁芯和所述第二板状铁芯的外周部，用于包围多个所述第一柱状铁芯部分、多个所述第二柱状铁芯部分、所述多个第三柱状铁芯部分、所述多个初级线圈、所述多个次级线圈A以及所述多个次级线圈B。
本实用新型的第六方面提供根据前述第四方面或第五方面所述的三相变压器，所述罩是磁性体或者导体。
本实用新型的第七方面提供根据前述第四方面或第五方面所述的三相变压器，所述第一板状铁芯、所述第二板状铁芯、所述多个柱状铁芯以及所述罩中的至少一方由卷绕铁芯构成。
本实用新型的第八方面提供根据前述第一方面至第五方面中的任一方面所述的三相变压器，该三相变压器还具有固定辅助用的棒状体，所述棒状体以距所述多个柱状铁芯的中心轴的距离相等的轴为中心轴。
本实用新型的第九方面提供根据前述第八方面所述的三相变压器，所述棒状体是磁性体或者导体。
本实用新型的第十方面提供根据前述第八方面所述的三相变压器，所述第一板状铁芯、所述第二板状铁芯、所述多个柱状铁芯以及所述棒状体中的至少一方由卷绕铁芯构成。
本实用新型的第十一方面提供根据前述第十方面所述的三相变压器，在所述卷绕铁芯的中心部配置有棒状的中心部铁芯。
本实用新型的第十二方面提供根据前述第一方面所述的三相变压器，在所述第一板状铁芯和第二板状铁芯中的至少一方与所述多个柱状铁芯中的至少一个柱状铁芯之间设置有间隙，所述三相变压器设置有用于调整所述间隙的长度的间隙调整机构。
本实用新型的第十三方面提供根据前述第四方面或第五方面所述的三相变压器，在被所述第一板状铁芯、所述第二板状铁芯以及所述罩围住的部分填充有绝缘油或者磁流体。
本实用新型的第十四方面提供根据前述第四方面或第五方面所述的三相变压器，所述多个柱状铁芯具备空芯构造和开口部，绝缘油或者磁流体经由所述空芯构造和所述开口部循环到被所述第一板状铁芯、所述第二板状铁芯以及所述罩围住的部分。
附图说明
通过下面的与附图相关的实施方式的说明，本实用新型的目的、特征以及优点变得进一步明确。在该附图中，
图1是实施例1所涉及的三相变压器的立体图，
图2是实施例1所涉及的三相变压器的俯视图，
图3是表示实施例1所涉及的三相变压器的第一板状铁芯中的磁分析结果的图，
图4是实施例1所涉及的三相变压器的铁芯线圈的磁通线图，
图5是实施例2所涉及的三相变压器的立体图，
图6是实施例2所涉及的三相变压器的第二板状铁芯以及设置于第二板状铁芯的柱状铁芯和线圈的立体图，
图7是使实施例2所涉及的三相变压器中的第一板状铁芯旋转后的立体图，
图8A是使实施例2所涉及的三相变压器中的初级线圈与次级线圈A组合的情况下的三相变压器的等效电路，
图8B是使实施例2所涉及的三相变压器中的初级线圈与次级线圈B组合的情况下的三相变压器的等效电路，
图9是实施例3所涉及的三相变压器的立体图，
图10A是构成实施例3所涉及的三相变压器的罩的基材的立体图，
图10B是实施例3所涉及的三相变压器的罩的立体图，
图11是实施例4所涉及的三相变压器的截面图，
图12是实施例5所涉及的三相变压器的立体图，
图13是实施例5所涉及的三相变压器的侧视图，
图14是构成实施例5的变形例所涉及的三相变压器的第一板状铁芯的立体图，
图15是实施例5的变形例所涉及的三相变压器的立体图，是表示电感大的状态的图，
图16是实施例5的变形例所涉及的三相变压器的立体图，是表示电感小的状态的图，
图17是实施例7所涉及的三相变压器的立体图，
图18是实施例7的变形例所涉及的三相变压器的立体图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本实用新型所涉及的三相变压器。但是，要留意的是，本实用新型的技术范围不限定于这些实施方式，包括权利要求书所记载的实用新型及其等同物。
首先，说明实施例1所涉及的三相变压器。图1示出实施例1所涉及的三相变压器的立体图。实施例1所涉及的三相变压器101具有第一板状铁芯1和第二板状铁芯2、多个柱状铁芯(31、32、33)以及包括多个初级线圈(41a、42a、43a)和多个次级线圈(41b、42b、43b)的线圈。能够将初级线圈41a和次级线圈41b作为U相用线圈、将初级线圈42a和次级线圈42b作为V相用线圈、将初级线圈43a和次级线圈43b作为W相用线圈来构成三相变压器。
第一板状铁芯1与第二板状铁芯2是以彼此相向的方式配置的铁芯。在图1所示的例子中，将第一板状铁芯1和第二板状铁芯2的形状设为圆盘状，但不限于这样的例子，也可以是椭圆盘状、多边形状。优选第一板状铁芯1和第二板状铁芯2由磁性体形成。在第一板状铁芯1和第二板状铁芯2设置有供后述的间隙调整机构用的螺孔(1a、1b、1c、2a(未图示)、2b、2c)。
多个柱状铁芯(31、32、33)以至少与第一板状铁芯1和第二板状铁芯2中的一方连接的方式配置在第一板状铁芯1与第二板状铁芯2之间，多个柱状铁芯的个数是3的倍数。多个柱状铁芯(31、32、33)配置在以距多个柱状铁芯的中心轴(31y、32y、33y)的距离相等的轴为中心呈旋转对称的位置。
多个初级线圈(41a、42a、43a)和多个次级线圈(41b、42b、43b)分别卷绕于多个柱状铁芯(31、32、33)，多个初级线圈(41a、42a、43a)和多个次级线圈(41b、42b、43b)的个数是3的倍数。当将初级线圈的电压设为V1、将匝数设为N1、将次级线圈的电压设为V2、将匝数设为N2时，通过下面的式子求出变比α。
α＝V1/V2＝k×N1/N2
其中，k为初级线圈与次级线圈的耦合系数，理想情况下为1。
在图1所示的例子中，将柱状铁芯的个数设为三个，但不限于这样的例子。例如，也可以是，将六个柱状铁芯配置为呈线对称，将六个柱状铁芯以串联或者并联的方式连接成一个变压器，还可以是，直接设置六根布线来设为两个变压器。另外，在单相变压器的情况下，也可以将柱状铁芯的个数设为两个。优选的是，多个初级线圈(41a、42a、43a)和多个次级线圈(41b、42b、43b)配置在比相向配置的第一板状铁芯1和第二板状铁芯2的端部靠内侧的位置。
在图1所示的例子中，将多个柱状铁芯(31、32、33)的形状设为圆柱状，但也可以设为楕圆柱状或者多棱柱状。
图2示出实施例1所涉及的三相变压器的俯视图。图2示出从第一板状铁芯1侧观察图1所示的三相变压器得到的俯视图。多个柱状铁芯(31、32、33)配置在以距多个柱状铁芯(31、32、33)的中心轴(31y、32y、33y)的距离相等的轴为旋转轴C1呈旋转对称的位置。如图2所示，在柱状铁芯为三个的情况下，柱状铁芯(31、32、33)以相对于旋转轴C1呈旋转对称的方式配置在各自的中心轴(31y、32y、33y)依次相差120度的位置。通过设为这样的结构，能够消除三相中的失衡状态。即，在使负载电流流至三相变压器的情况下，理想情况下初级线圈的磁通与次级线圈的磁通相互抵消，但当三相变压器不具有对称形状时，会发生失衡、磁通泄漏。通过如本实施例那样将三相变压器设为对称形状，不再发生失衡，漏磁通也减少，效率提高。
另外，也可以是，旋转轴C1与第一板状铁芯1或者第二板状铁芯2的中心轴一致。
图3示出实施例1所涉及的三相变压器的第一板状铁芯中的三相交流的某个相位的磁分析结果。该相位是最大电流流过卷绕于柱状铁芯31的初级线圈41a且与最大电流方向相反、大小为最大电流的一半的电流流过柱状铁芯32及33的相位。因此，磁通从柱状铁芯31朝向柱状铁芯32及33。柱状铁芯31的附近的磁通密度高，随着远离柱状铁芯31而磁通密度变低。广泛利用第一板状铁芯整体而无浪费，磁饱和得到缓和，电感不易降低。由于在柱状铁芯(31、32、33)中产生通常的三相磁通，因此某一柱状铁芯的磁通也通过其它的柱状铁芯，不仅利用了自感，还积极地利用了互感。因而，通过下式来计算电感。
电感＝自感+互感
其结果，能够有效地利用互感的磁通。
另外，如图3所示，通过设为磁通也通过第一板状铁芯1的中心部的结构，从柱状铁芯31到达第一板状铁芯1的磁通呈直线状流向其它的柱状铁芯(32、33)，磁通的流动的效率高，也带来互感的提高。
图4示出柱状铁芯线圈的磁通线图。图4示出从卷绕有初级线圈41a的柱状铁芯31产生的磁通线61。根据图4可知，在初级线圈(41a、42a、43a)的上部配置第一板状铁芯1，来针对所有线圈均拾取通常从线圈上部泄漏的磁通，由此不仅自感提高，也带来互感的提高。另外，关于设置有次级线圈(41b、42b、43b)的第二板状铁芯2也是一样的。并且，能够利用后述的罩来阻断磁通泄漏。
另外，基于图3的磁分析结果，根据柱状铁芯(31、32、33)的周围的磁通、柱状铁芯之间的膨胀方式的磁通流动可知，即使柱状铁芯为两个单相，也能够借助第一板状铁芯1来增加互感。
并且，根据图3可知，如果将后述的使用于间隙调整机构的螺孔(1a、1b、1c)、攻丝孔等设置于对磁通无影响的位置，则不会使电感减小。
另外，根据图3可知，关于第一板状铁芯1和第二板状铁芯2，通过沿柱状铁芯(31、32、33)的轴向层叠电磁钢板，能够设为与使用卷绕铁芯的情况相比磁通容易流动的结构。
对于第一板状铁芯1及第二板状铁芯2与柱状铁芯(31、32、33)的结合方法，在本实用新型的构造中考虑下面的方法。
(1)在第一板状铁芯1或者第二板状铁芯2设置凹部且将柱状铁芯插入该凹部的嵌合；
(2)在柱状铁芯设置螺孔且在第一板状铁芯1或第二板状铁芯2设置贯通孔的螺纹固定；以及
(3)在第一板状铁芯1或第二板状铁芯2以及柱状铁芯设置孔且将销压入该孔的方法等。
例如，也可以是，在第一板状铁芯1和第二板状铁芯2预先设置用于使柱状铁芯(31、32、33)嵌合的孔，使柱状铁芯(31、32、33)嵌合到该孔。但是，也可以鉴于不同用途下的变压器的大小而利用其它的方法进行结合。例如，也可以利用螺钉来固定第一板状铁芯1和第二板状铁芯2。
在以上的说明中，对未在第一板状铁芯1和第二板状铁芯2设置孔的结构进行了说明，但也可以设为在第一板状铁芯1和第二板状铁芯2中的至少一方的中心部设置有孔的结构。
另外，在以上的说明中，对未在多个柱状铁芯(31、32、33)形成间隙的结构进行了说明，但也可以设为如下结构：在多个柱状铁芯(31、32、33)中的至少一个柱状铁芯设置第一间隙，利用基于空气的间隙产生电感。空气的相对磁导率为1，与铁芯的相对磁导率相差大，由此有时积极地加以利用以得到固定的电感。在此，“第一间隙”是指在将柱状铁芯分离成多个柱状铁芯部分时在相向的柱状铁芯部分间形成的间隙。第一间隙能够设置为使多个柱状铁芯部分隔着与多个柱状铁芯(31、32、33)的长边方向正交的面相向。另外，优选的是，第一间隙设置在多个柱状铁芯(31、32、33)各自的被卷绕初级线圈(41a、42a、43a)的区域与被卷绕次级线圈(41b、42b、43b)的区域之间。另外，根据磁路的长度、磁导率、截面积求出磁阻，柱状铁芯的磁导率为空气的磁导率的1000倍左右。因此，在带间隙的铁芯型变压器与无间隙的铁芯型变压器中，对于前者而言，形成间隙的空气层成为主要的磁阻，能够忽略铁芯部的磁阻。与此相对，对于后者而言，铁芯部的磁阻成为主体。这样，虽然只是在间隙设置空气层，但磁通的流动方式的物理特性由于磁导率的差异而大不相同，由此用途不同。另外，铁芯饱和时的电流也大不相同，根据有无间隙，作为变压器的用途不同。
在变压器中，当稍有磁通不抵消的状况时，不仅产生变比的影响，还产生电磁波、效率等各方面的影响，因此，与三相交流电流相同，要求当将三个磁通相加时也始终为0。根据实施例1所涉及的三相变压器，通过柱状铁芯的配置以及第一板状铁芯1和第二板状铁芯2的形状，能够使三相的磁阻相等且小，在三相的磁通同时共同通过的第一板状铁芯1和第二板状铁芯2中，磁通合计为0。另外，在励磁电流流过初级线圈时，磁通流过柱状铁芯，能够减少漏磁通，在三相的磁通同时共同通过的第一板状铁芯1和第二板状铁芯2中，磁通合计为0。
接下来，说明实施例2所涉及的三相变压器。图5示出实施例2所涉及的三相变压器的立体图。图6示出实施例2所涉及的三相变压器的第二板状铁芯以及设置于第二板状铁芯的柱状铁芯和线圈的立体图。实施例2所涉及的三相变压器102与实施例1所涉及的三相变压器101的不同之处在于：多个柱状铁芯各自构成为能够分离为卷绕有初级线圈(41a、42a、43a)的第一柱状铁芯部分(31a、32a、33a)和卷绕有次级线圈A(41c、42c、43c)的第二柱状铁芯部分(31b、32b、33b)，第二板状铁芯2具有多个第三柱状铁芯部分(34、35、36)和分别卷绕于所述多个第三柱状铁芯部分的多个次级线圈B(44、45、46)，所述多个次级线圈B的匝数与次级线圈A不同，第一板状铁芯1或者第二板状铁芯2构成为能够以旋转轴为中心旋转，且构成为能够选择性地变更初级线圈(41a、42a、43a)与次级线圈A(41c、42c、43c)的组合以及初级线圈(41a、42a、43a)与次级线圈B(44、45、46)的组合。实施例2所涉及的三相变压器102中的其它结构与实施例1所涉及的三相变压器101中的结构相同，因此省略详细的说明。
如图5所示，卷绕有多个初级线圈(41a、42a、43a)的多个第一柱状铁芯部分(31a、32a、33a)构成为能够与卷绕有多个次级线圈A(41c、42c、43c)的多个第二柱状铁芯部分(31b、32b、33b)分离。多个第一柱状铁芯部分(31a、32a、33a)固定于第一板状铁芯1。另一方面，如图6所示，多个第二柱状铁芯部分(31b、32b、33b)和卷绕有多个次级线圈B(44、45、46)的多个第三柱状铁芯部分(34、35、36)固定于第二板状铁芯2。
多个第一柱状铁芯部分(31a、32a、33a)配置在以距多个第一柱状铁芯部分的中心轴的距离相等的轴为中心呈旋转对称的位置。在图5和图7所示的例子中，多个第一柱状铁芯部分(31a、32a、33a)以相对于旋转轴呈旋转对称的方式配置在各自的中心轴依次相差120度的位置。
同样，多个第二柱状铁芯部分(31b、32b、33b)配置在以距多个第二柱状铁芯部分的中心轴的距离相等的轴为中心呈旋转对称的位置。在图5～图7所示的例子中，多个第二柱状铁芯部分(31b、32b、33b)以相对于旋转轴呈旋转对称的方式配置在各自的中心轴依次相差120度的位置。此处，如图5所示，在使第一板状铁芯1配置于规定的位置时，多个第一柱状铁芯部分(31a、32a、33a)被配置为与多个第二柱状铁芯部分(31b、32b、33b)重合。
并且，多个第三柱状铁芯部分(34、35、36)配置在以距多个第三柱状铁芯部分的中心轴的距离相等的轴为中心呈旋转对称的位置。在图5～图7所示的例子中，多个第三柱状铁芯部分(34、35、36)以相对于旋转轴呈旋转对称的方式配置于各自的中心轴依次相差120度的位置。在此，优选的是，在如图7所示那样使第一板状铁芯1旋转来配置到其它的规定位置时，多个第一柱状铁芯部分(31a、32a、33a)被配置为与多个第三柱状铁芯部分(34、35、36)重合。例如，多个第三柱状铁芯部分(34、35、36)配置于使多个第二柱状铁芯部分(31b、32b、33b)旋转60度后的位置。
多个第一柱状铁芯部分(31a、32a、33a)构成为能够与多个第二柱状铁芯部分(31b、32b、33b)分离，因此能够使第一板状铁芯1相对于第二板状铁芯2旋转。另外，能够利用螺钉等借助螺孔(1a、1b、1c)将第一板状铁芯1固定于罩52。能够在使第一板状铁芯1旋转后的新的位置利用螺钉等将第一板状铁芯1固定于罩52。
通过使第一板状铁芯1以旋转轴为中心旋转，能够选择性地变更初级线圈(41a、42a、43a)与次级线圈A(41c、42c、43c)的组合以及初级线圈(41a、42a、43a)与次级线圈B(44、45、46)的组合，能够使变比发生变化。在图5所示的例子中，初级线圈(41a、42a、43a)与次级线圈A(41c、42c、43c)组合。此时，处于初级线圈的铁芯与次级线圈A的铁芯接触的状态。当将初级线圈的电压设为V1、将匝数设为N1、将次级线圈A的电压设为V2、将匝数设为N2时，通过下面的式子求出变比α。
α＝V1/V2＝k×N1/N2
其中，k为初级线圈与次级线圈A的耦合系数，理想情况下为1。
图7示出使实施例2所涉及的三相变压器中的第一板状铁芯1逆时针旋转60度后的立体图。在图7所示的例子中，初级线圈(41a、42a、43a)与次级线圈B(44、45、46)组合。当将初级线圈的电压设为V1、将匝数设为N1、将次级线圈B的电压设为V3、将匝数设为N3(≠N2)时，通过下面的式子求出变比β。
β＝V1/V3＝k′×N1/N3
其中，k′为初级线圈与次级线圈B的耦合系数，理想情况下为1。
当耦合系数k与k′大致相等时，由于次级线圈A的匝数N2与次级线圈B的匝数N3不同，因此变比α与β为不同的值。因而，通过将与初级线圈组合的线圈在次级线圈A与次级线圈B之间切换，能够将变比切换为α或者β。
此外，在初级线圈与次级线圈A组合且铁芯相接触的状态时，次级线圈B的两个端子被释放。处于次级线圈B的铁芯与任一铁芯均不接触的状态。图8A和图8B示出实施例2所涉及的三相变压器的等效电路。图8A是初级线圈与次级线圈A组合的情况下的三相变压器的等效电路，图8B是初级线圈与次级线圈B组合的情况下的三相变压器的等效电路。在图8A和图8B中设k＝k′＝1。根据铁芯的接触、非接触，能够形成作为磁路发挥功能的铁芯和不作为磁路发挥功能的铁芯，成为以机械方式切换变压器的形式。
此外，在图5和图7所示的例子中，示出在第一板状铁芯1和第二板状铁芯2的外周部设置有罩52的例子，但即使是不设置罩的结构也能够使变比发生变化。在不设置罩52的情况下，也可以利用螺钉等将第一板状铁芯1与第二板状铁芯2直接固定。
在上述的说明中，对通过使具备三个柱状铁芯的第一板状铁芯1旋转来使变比发生变化的结构进行了说明，但也可以在第一板状铁芯1配置六个或者六个以上的柱状铁芯。例如，在第一板状铁芯1设置卷绕有多个初级线圈B的多个第一柱状铁芯部分B(未图示)，将多个初级线圈B与多个次级线圈A或者多个次级线圈B组合，由此能够将变比改变为另外的两个值(γ，δ)，合计能够改变为四个值。并且，通过将与各线圈连接的布线的连接方式设为串联或者并联，既能够设为一个变压器，也能够设为两个以上的变压器。另外，例如，各国的电源电压不同，伴随连接变压器的电气设备或者电气机械的移动，需要使变比发生变化。通过将变比设为可变，不再需要新准备变比不同的其它的变压器，也能够去除不必要的变压器。
接下来，说明实施例3所涉及的三相变压器。图9示出实施例3所涉及的三相变压器的立体图。实施例3所涉及的三相变压器103与实施例1所涉及的三相变压器101的不同之处在于，还具有包围多个柱状铁芯(31、32、33)、多个初级线圈(41a、42a、43a)及多个次级线圈(41b、42b、43b)的罩5，该罩5设置于第一板状铁芯1和第二板状铁芯2的外周部。实施例3所涉及的三相变压器103中的其它的结构与实施例1所涉及的三相变压器101中的结构相同，因此省略详细的说明。
关于变压器，在柱状铁芯设置有间隙的情况下，在间隙部分沿柱状铁芯的轴向产生大的吸引力。另外，认为即使是无间隙的变压器，由于铁芯的磁致伸缩而产生的声音也成为噪声。关于磁致伸缩，由于铁芯中的磁通的变化而在铁芯产生应力、变形，从而产生噪声。因此，优选设置罩5以在构造上抵抗该吸引力。罩5的材料可以是铁、铝以及树脂中的任一方。或者，罩也可以是磁性体或者导体。
图10A示出构成实施例3所涉及的三相变压器的罩的基材的立体图。优选的是，基材50使用强磁性体板。作为强磁性体板，例如能够使用电磁钢板。另外，优选对基材50的表面实施绝缘处理。另外，也可以是，第一板状铁芯1、第二板状铁芯2、多个柱状铁芯(31、32、33)以及罩5中的至少一方由卷绕铁芯构成。
图10B示出实施例3所涉及的三相变压器的罩的立体图。通过将图10A所示那样的长方形的基材50沿第一板状铁芯1和第二板状铁芯2的外周部进行卷绕，能够形成图10B所示那样的圆筒形状的罩5。在直径小的变压器的情况下，能够将基材50绕筒状的构件进行卷绕来形成圆筒形状的罩5。另外，关于罩，除能够使用电磁钢板外，也能够使用碳钢等。在圆筒的情况下，容易利用车床进行加工，因此也具有能够廉价且高精度地进行加工、制造的优点。另外，在圆筒的情况下，在以下方面是优选的：在相同的外周长度下圆筒内的体积最大，能够最大限度地配置柱状铁芯、线圈等，能够减少所使用的构件的量，在产品的生命周期方面合理。
优选的是，第一板状铁芯1和第二板状铁芯2的外周部的形状也是圆或者椭圆。与罩5相同，通过将第一板状铁芯1和第二板状铁芯2也设为圆或者椭圆等简单的形状，能够高精度地进行加工、制造。因此，通过将被高精度地加工的柱状铁芯(31、32、33)、第一板状铁芯1、第二板状铁芯2及罩5组合，柱状铁芯之间的间隙的管理变得容易，也容易将间隙的尺寸保持固定，因此，能够减小由作用于间隙的吸引力引起的间隙长度的变动。即使是无间隙的变压器，由于对层叠钢板进行层叠、组装，也存在小的间隙、空气层，从而成为磁阻，利用能够高精度地进行加工的构造，能够减小磁阻。但是，罩5不限于圆筒，即使第一板状铁芯1和第二板状铁芯2的形状是圆或椭圆形状以外的形状，也能够发挥该功能。
通过利用铁、铝等来形成罩5，能够使磁通、电磁波不向外部泄漏。通过利用铁等磁性体来形成罩5，罩5也成为磁通的路径，能够不向外部漏出磁通。即，通过使用铁等磁导率高的材料来制作罩5，能够形成来自柱状铁芯的磁通通过第一板状铁芯1、罩5、第二板状铁芯2的路径。并且，通过利用铁、铝等来形成罩5，能够减少涡流，能够提高磁通的易通过性。
通过利用铝等磁导率低但电阻率小的材料来形成罩5，能够阻断电磁波。一般而言，利用IGBT元件等开关元件来生成三相交流电流，有时方波的电磁波在EMC测试等中成为问题。另外，通过利用树脂等来形成罩5，能够防止液体、异物等的侵入。
在此，考虑由于某些原因而直流的磁通叠加于三相交流的情况。在现有技术中，报告有如下例子：设置零相用磁腿铁芯以应对直流的磁通，使其叠加于零相即不叠加于三相交流。另一方面，如图3的磁分析结果所示，在本实施例中，磁通不到达外周部的罩5。然而，也可以认为在利用磁性体来形成罩5且直流的磁通流至罩5的情况下，与漏磁通同样地，失衡的磁通流至罩。在这样的情况下，也能够利用由磁性体形成的罩来吸收失衡的磁通，避免负面影响。
此外，也可以如图5和图7所示那样在实施例2所涉及的三相变压器设置罩52。即，也可以是，还具有包围多个第一柱状铁芯部分(31a、32a、33a)、多个第二柱状铁芯部分(31b、32b、33b)、多个第三柱状铁芯部分(34、35、36)、多个初级线圈(41a、42a、43a)、多个次级线圈A(41c、42c、43c)以及多个次级线圈B(44、45、46)的罩52，该罩52设置于第一板状铁芯1和第二板状铁芯2的外周部。另外，也可以是，第一板状铁芯1、第二板状铁芯2、多个第一柱状铁芯部分(31a、32a、33a)、多个第二柱状铁芯部分(31b、32b、33b)、多个第三柱状铁芯部分(34、35、36)以及罩52中的至少一方由卷绕铁芯构成。优选的是，罩52是磁性体或者导体。通过设置罩52，能够防止电磁波从初级线圈、次级线圈A以及次级线圈B泄漏。
接下来，说明实施例4所涉及的三相变压器。图11示出实施例4所涉及的三相变压器的截面图。图11示出在图9中的卷绕有多个初级线圈(41a、42a、43a)的多个柱状铁芯(31、32、33)中的任意位置处沿与第一板状铁芯1水平的面进行切断得到的截面图。实施例4所涉及的三相变压器104与实施例1所涉及的三相变压器101的不同之处在于：还具有棒状体6，该棒状体6配置为以距多个柱状铁芯(31、32、33)的中心轴(31y、32y、33y)的距离相等的轴(旋转轴C1)为中心轴。实施例4所涉及的三相变压器104中的其它结构与实施例1所涉及的三相变压器101中的结构相同，因此省略详细的说明。
优选的是，根据卷绕有多个初级线圈(41a、42a、43a)的多个柱状铁芯(31、32、33)的配置以及第一板状铁芯1和第二板状铁芯2的形状，将棒状体6配置为以距多个柱状铁芯(31、32、33)的中心轴(31y、32y、33y)的距离相等的轴(旋转轴C1)为中心轴。优选的是，棒状体6是磁性体或者导体。
另外，在变压器的情况下，在多个柱状铁芯(31、32、33)设置有间隙时，作用于间隙间的吸引力大，通过支承第一板状铁芯1和第二板状铁芯2的中心，能够有效地抑制第一板状铁芯1和第二板状铁芯2的弯曲。另外，由于吸引力仅向使隔着间隙相向的柱状铁芯相吸引的方向发挥作用，因此也能够从载荷的方向上有效地抑制弯曲(乃至间隙的变动)。
在图11所示的例子中，示出在三相变压器104设置有罩5和棒状体6的结构，但也可以不设置罩5而设置棒状体6。在该情况下，也可以利用螺钉等将第一板状铁芯1与第二板状铁芯2直接固定。
并且，也可以是，在图5所示的三相变压器中设置以距多个第一柱状铁芯部分(31a、32a、33a)的中心轴的距离相等的轴为中心轴的固定辅助用的棒状体(未图示)。优选的是，棒状体是磁性体或者导体。通过设置棒状体，能够提高在使第一板状铁芯1相对于第二板状铁芯2旋转时的稳定性。
在上述的实施例所涉及的三相变压器中，也可以是，第一板状铁芯1、第二板状铁芯2、多个柱状铁芯(31、32、33)以及棒状体6中的至少一方由卷绕铁芯构成。并且，也可以是，在卷绕铁芯的中心部配置有棒状的中心部铁芯。通过使用卷绕铁芯，能够减小励磁电流、铁损。
在图5所示的三相变压器中，优选的是，第一板状铁芯1、第二板状铁芯2、多个第一柱状铁芯部分(31a、32a、33a)和多个第二柱状铁芯部分(31b、32b、33b)、以及棒状体(未图示)中的至少一方由卷绕铁芯构成。并且，也可以是，在卷绕铁芯的中心部配置有棒状的中心部铁芯。通过使用卷绕铁芯，能够减小励磁电流、铁损。
接下来，说明实施例5所涉及的三相变压器。图12示出实施例5所涉及的三相变压器的立体图。图13示出实施例5所涉及的三相变压器的侧视图。实施例5所涉及的三相变压器105与实施例1所涉及的三相变压器101的不同之处在于：在第一板状铁芯1和第二板状铁芯2中的至少一方与多个柱状铁芯(310、320、330)中的至少一个柱状铁芯之间设置有第二间隙，设置有用于调整第二间隙的长度d的间隙调整机构(71、72、73)。实施例5所涉及的三相变压器105中的其它的结构与实施例1所涉及的三相变压器101中的结构相同，因此省略详细的说明。
能够将设置于第一板状铁芯1的螺钉用作间隙调整机构(71、72、73)。螺钉的前端面与罩5抵接，在第一板状铁芯1也设置有螺孔。通过使作为间隙调整机构(71、72、73)的螺钉旋转，能够使第一板状铁芯1上下运动。能够在第一板状铁芯1与多个柱状铁芯(310、320、330)的前端之间形成第二间隙d，能够利用螺钉来调整第二间隙d的大小。在此，“第二间隙”是指形成在第一板状铁芯1或第二板状铁芯2与多个柱状铁芯(310、320、330)的前端之间的间隙。通过调整第二间隙d的大小，能够进行电感的大小的调整。通过这样，能够利用一个变压器形成不同大小的电感。
如上所述，仅利用作为间隙调整机构(71、72、73)的螺钉就能够固定第一板状铁芯1。然而，也可以是，在罩5上切出螺纹牙，在第一板状铁芯1也设置切出有螺纹牙的孔，利用第一固定螺钉(81、82、83)将第一板状铁芯1与罩5固定，使结合加强，以抵抗作用于第二间隙d的磁吸引力。另一方面，也可以是，利用第二固定螺钉(91、92、93)将第二板状铁芯2与罩5固定，使结合加强。
作为间隙调整机构，也可以代替螺钉，而在第一板状铁芯1与罩5之间夹设隔离件等构件，并利用固定螺钉形成间隙。
在图12和图13所示的例子中，示出了设置有罩5的例子。然而，在不设置罩5的情况下，通过将作为间隙调整机构(71、72、73)的螺钉和固定螺钉(81、82、83)通至第二板状铁芯2，也能够与上述同样地调整间隙。
图14示出构成实施例5的变形例所涉及的三相变压器的第一板状铁芯10的立体图。作为间隙调整机构，代替螺钉而在第一板状铁芯10的与柱状铁芯(未图示)相向的面设置图14所示那样的突出部(11、12、13)。突出部(11、12、13)沿距第一板状铁芯10的旋转的中心C2的距离为r的位置设置，形成为径向上的长度在顺时针的方向上变短。另外，在第一板状铁芯10设置有多个螺孔14，以调整周向上的位置。通过使第一板状铁芯10旋转来有意地改变柱状铁芯与第一板状铁芯10的突出部(11、12、13)的接触面积，由此能够调整电感的大小。
图15是实施例5的变形例所涉及的三相变压器1051的立体图，示出电感大的状态。突出部(11、12、13)在径向上的长度最大的位置处与多个柱状铁芯(310、320、330)相接触。此时，电感最大。
图16示出实施例5的变形例所涉及的三相变压器1051的立体图，示出电感小的状态。突出部(11、12、13)在径向上的长度最小的位置处与多个柱状铁芯(310、320、330)相接触。此时，电感最小。
在图15和图16所示的结构中，在将由第一板状铁芯10、罩5以及第二板状铁芯2包围的三相变压器1051的内部设为密闭构造的情况下，也可以利用构件将缝隙堵住。通过设为密闭构造，能够应对磁通泄漏、电磁波、粉尘等等。
接下来，说明实施例6所涉及的三相变压器。实施例6所涉及的三相变压器与实施例3所涉及的三相变压器103的不同之处在于，在被第一板状铁芯1、第二板状铁芯2以及罩5包围的部分填充有绝缘油或者磁流体。实施例6所涉及的三相变压器中的其它结构与实施例3所涉及的三相变压器103中的结构相同，因此省略详细的说明。
如图9所示，在被第一板状铁芯1、第二板状铁芯2以及罩5包围的部分填充绝缘油或者磁流体。例如，在将罩5设置于第二板状铁芯2后，填充绝缘油或者磁流体，将第一板状铁芯1设置于罩5。在磁流体的情况下，也具有磁流体被在罩5中从线圈等产生的磁场搅拌的效果。发热源是多个初级线圈(41a、42a、43a)、多个次级线圈(41b、42b、43b)以及卷绕有多个初级线圈和次级线圈的多个柱状铁芯(31、32、33)，绝缘油或者磁流体产生对流，通过热传导来与外部进行热交换，从而能够将多个初级线圈、次级线圈以及多个柱状铁芯冷却。
接下来，说明实施例7所涉及的三相变压器。图17示出实施例7所涉及的三相变压器106的立体图。实施例7所涉及的三相变压器106与实施例3所涉及的三相变压器103的不同之处在于：多个柱状铁芯(311、321、331)具备空芯构造和开口部311a，使绝缘油或者磁流体经由该空芯构造和开口部311a循环到被第一板状铁芯1、第二板状铁芯2以及罩5包围的部分。实施例7所涉及的三相变压器106中的其它结构与实施例3所涉及的三相变压器103中的结构相同，因此省略详细的说明。
多个柱状铁芯(311、321、331)贯通第一板状铁芯1和第二板状铁芯2，空芯构造通至第一板状铁芯1和第二板状铁芯2的外部。因而，能够使绝缘油或者磁流体经由空芯构造从第一板状铁芯1侧流入，且从第二板状铁芯2侧排出。
另外，也可以向多个柱状铁芯(311、321、331)的空芯构造流入冷却水、冷却油。通过设为这样的结构，能够提高三相变压器106的冷却性能。
并且，也可以是，多个柱状铁芯(311、321、331)具备空芯构造和开口部311a，使绝缘油或者磁流体经由该空芯构造和开口部311a循环到被第一板状铁芯1、第二板状铁芯2以及罩5包围的部分。另外，也可以是，将循环中被加热的绝缘油或者磁流体排出到三相变压器的外部进行冷却后使其返回，以高效地进行多个初级线圈(41a、42a、43a)、多个次级线圈(41b、42b、43b)以及卷绕有多个初级线圈和次级线圈的多个柱状铁芯(31、32、33)的冷却。
图17示出在一个柱状铁芯311设置开口部311a的例子，但也可以在一个柱状铁芯设置多个开口部，还可以在多个柱状铁芯设置一个或者多个开口部。
图18示出实施例7的变形例所涉及的三相变压器的立体图。在多个第一柱状铁芯部分(310a、320a、330a)、多个第二柱状铁芯部分(310b、320b、330b)以及多个第三柱状铁芯部分(340、350，360)分别设置空芯构造，使绝缘油或者磁流体经由该空芯构造循环到被第一板状铁芯1、第二板状铁芯2以及罩5包围的部分。
另外，图17还示出卷绕于多个柱状铁芯(311、321、331)的线圈的布线100。优选的是，用于将布线100取出到三相变压器106的外部的连接部51设置于对磁通无影响的位置。在设为密闭构造的情况下，通过对连接部51使用连接器、橡胶密封件、粘接件等，能够保持气密性。只要是对磁通即电感无影响的位置即可，可以将连接部51设置于任意的场所。
根据实施例所涉及的三相变压器，能够得到三相平衡、漏磁通少且效率高的三相变压器。

Claims (14)

1.一种三相变压器，其特征在于，具有：
以彼此相向的方式配置的第一板状铁芯和第二板状铁芯；
多个柱状铁芯，所述多个柱状铁芯以与所述第一板状铁芯或者所述第二板状铁芯连接的方式配置在所述第一板状铁芯与所述第二板状铁芯之间，且配置在以距所述多个柱状铁芯的中心轴的距离相等的轴为旋转轴呈旋转对称的位置，所述多个柱状铁芯的个数是3的倍数；以及
线圈，其包括分别卷绕于所述多个柱状铁芯的多个初级线圈和多个次级线圈，所述多个初级线圈和多个次级线圈的个数为3的倍数。
2.一种三相变压器，其特征在于，具有：
以彼此相向的方式配置的第一板状铁芯和第二板状铁芯；
多个柱状铁芯，所述多个柱状铁芯以与所述第一板状铁芯或者所述第二板状铁芯连接的方式配置在所述第一板状铁芯与所述第二板状铁芯之间，且配置在以距所述多个柱状铁芯的中心轴的距离相等的轴为旋转轴呈旋转对称的位置，所述多个柱状铁芯的个数是3的倍数；以及
线圈，其包括分别卷绕于所述多个柱状铁芯的多个初级线圈和多个次级线圈A，所述多个初级线圈和多个次级线圈A的个数是3的倍数，
所述多个柱状铁芯中的各个柱状铁芯构成为能够分离为卷绕有所述初级线圈的第一柱状铁芯部分和卷绕有所述次级线圈A的第二柱状铁芯部分，
所述第二板状铁芯具有多个第三柱状铁芯部分和分别卷绕于所述多个第三柱状铁芯部分的多个次级线圈B，所述多个次级线圈B的匝数与所述多个次级线圈A的匝数不同，
所述第一板状铁芯或者所述第二板状铁芯构成为能够以所述旋转轴为中心旋转，且构成为能够选择性地变更所述多个初级线圈与所述多个次级线圈A的组合以及所述多个初级线圈与所述多个次级线圈B的组合。
3.根据权利要求1所述的三相变压器，其特征在于，
所述多个初级线圈和所述多个次级线圈配置于比所述第一板状铁芯和所述第二板状铁芯的端部靠内侧的位置。
4.根据权利要求1所述的三相变压器，其特征在于，
还具有罩，所述罩设置于所述第一板状铁芯和所述第二板状铁芯的外周部，用于包围所述多个柱状铁芯、所述多个初级线圈以及所述多个次级线圈。
5.根据权利要求2所述的三相变压器，其特征在于，
还具有罩，所述罩设置于所述第一板状铁芯和所述第二板状铁芯的外周部，用于包围多个所述第一柱状铁芯部分、多个所述第二柱状铁芯部分、所述多个第三柱状铁芯部分、所述多个初级线圈、所述多个次级线圈A以及所述多个次级线圈B。
6.根据权利要求4或5所述的三相变压器，其特征在于，
所述罩是磁性体或者导体。
7.根据权利要求4或5所述的三相变压器，其特征在于，
所述第一板状铁芯、所述第二板状铁芯、所述多个柱状铁芯以及所述罩中的至少一方由卷绕铁芯构成。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的三相变压器，其特征在于，
还具有固定辅助用的棒状体，所述棒状体以距所述多个柱状铁芯的中心轴的距离相等的轴为中心轴。
9.根据权利要求8所述的三相变压器，其特征在于，
所述棒状体是磁性体或者导体。
10.根据权利要求8所述的三相变压器，其特征在于，
所述第一板状铁芯、所述第二板状铁芯、所述多个柱状铁芯以及所述棒状体中的至少一方由卷绕铁芯构成。
11.根据权利要求10所述的三相变压器，其特征在于，
在所述卷绕铁芯的中心部配置有棒状的中心部铁芯。
12.根据权利要求1所述的三相变压器，其特征在于，
在所述第一板状铁芯和第二板状铁芯中的至少一方与所述多个柱状铁芯中的至少一个柱状铁芯之间设置有间隙，
所述三相变压器设置有用于调整所述间隙的长度的间隙调整机构。
13.根据权利要求4或5所述的三相变压器，其特征在于，
在被所述第一板状铁芯、所述第二板状铁芯以及所述罩围住的部分填充有绝缘油或者磁流体。
14.根据权利要求4或5所述的三相变压器，其特征在于，
所述多个柱状铁芯具备空芯构造和开口部，绝缘油或者磁流体经由所述空芯构造和所述开口部循环到被所述第一板状铁芯、所述第二板状铁芯以及所述罩围住的部分。
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