JP2015050451A - 変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、変圧器を開示する。【解決手段】変圧器は、磁芯と、一次コイルと、少なくとも１つの二次コイルと、を具備する。磁芯は、軸方向及び径方向を有する。一次コイルは、磁芯の軸方向に沿って配列される複数の巻き取り領域と、巻き取り領域の間に接続される少なくとも１つの接続領域と、を備える。複数の巻き取り領域のそれぞれは、磁芯を取り囲み、磁芯の径方向に沿って配列される複数の一次側巻き取り層と、一次側巻き取り層に接続する複数の引き出し部と、を含む。磁芯の表面での前記一次側巻き取り層の垂直投影の位置は、磁芯の表面での前記引き出し部の垂直投影の位置の間に部分的に位置する。二次コイルは、一次コイルを取り囲む。【選択図】図１

Description

本発明は、磁性素子に関し、特に、変圧器に関する。

現在、移相変圧器の一次コイルの巻き取り方式としては、主に積層式巻き取り方法を採用する。積層式巻き取り方法において、導線は、磁芯の軸方向に沿って巻かれ、磁芯の周縁全体を巻き付けた後、更に径方向に沿って外へ次の層まで巻かれるため、見下ろした視角で、一次コイルは、複数の同心円状の構造を構成することができる。二次コイルの巻き取り方式としては、主に円板型巻き取り方法（ｐｉｅ ｗｉｎｄｉｎｇ）を採用する。円板型巻き取り方法において、導線は、まず、磁芯を軸として一周した後、径方向に沿って外へ巻かれるため、見下ろした視角で、二次コイルは、蚊取り線香状に類似するヘリックス構造を構成することができる。

二次コイルと一次コイルとの間の非結合磁束（即ち漏れ磁束）は、二次コイルに短絡インピーダンスとして利用されることのできる誘導性リアクタンス（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｒｅａｃｔａｎｃｅ）を生じることができる。変圧器は、中高圧インバータに適用される場合、一般的に、中高圧インバータがショートする時に、依然として一定のインピーダンスを提供して、電流の過負荷を避けることを可能にするために、高い短絡インピーダンスを持つ必要がある。従って、二次コイルの短絡インピーダンスを如何に向上させるかは、確かに関連分野における重要な課題の１つとなる。

これに鑑みて、本発明の目的は、二次コイルの短絡インピーダンスを向上させるための変圧器を提供することにある。

上記目的を達するために、本発明の一実施形態によると、変圧器は、磁芯と、一次コイルと、複数の二次コイルと、を具備する。磁芯は、軸方向及び径方向を有する。一次コイルは、磁芯の軸方向に沿って配列される複数の巻き取り領域と、巻き取り領域の間に接続される少なくとも１つの接続領域と、を備える。複数の巻き取り領域のそれぞれは、磁芯を取り囲み、磁芯の径方向に沿って配列される複数の一次側巻き取り層と、一次側巻き取り層に接続する複数の引き出し部と、を含む。磁芯の表面での前記一次側巻き取り層の垂直投影の位置は、磁芯の表面での前記引き出し部の垂直投影の位置の間に部分的に位置する。二次コイルは、一次コイルを取り囲み、磁芯の軸方向に沿って配列され、互いに絶縁されている。巻き取り領域の隣接する両者は、その間に第１隙間を定義し、二次コイルの隣接する両者は、その間に第２隙間を定義する。第１隙間の寸法又は巻き取り領域の数は、二次コイルの必要な短絡インピーダンスによって決められる。第２隙間の寸法又は二次コイルの数は、二次コイルの必要な短絡インピーダンスによって決められる。

本発明の１つ又は複数の実施形態において、変圧器は、前記一次側巻き取り層の間に設けられる複数の一次側ステーを更に具備する。前記一次側巻き取り層及び前記一次側ステーは、その間に一次側エアダクトを定義する。複数の一次側エアダクトのそれぞれは、磁芯の軸方向に平行な長さ方向を有する。

本発明の１つ又は複数の実施形態において、複数の一次側エアダクトのそれぞれは、磁芯の径方向に平行な方向に、二次コイルの必要な短絡インピーダンスによって決められる径方向寸法を有する。

本発明の１つ又は複数の実施形態において、変圧器は、複数の二次側ステーを更に具備する。複数の二次コイルのそれぞれは、磁芯の径方向に沿って配列される複数の二次側巻き取り層を備える。前記二次側ステーは、前記二次側巻き取り層の間に設けられる。前記二次側巻き取り層及び前記二次側ステーは、その間に、磁芯の軸方向に平行な長さ方向を有する二次側エアダクトを定義する。

本発明の１つ又は複数の実施形態において、複数の二次側エアダクトのそれぞれは、磁芯の径方向に平行な方向に、二次コイルの必要な短絡インピーダンスによって決められる径方向寸法を有する。

本発明の１つ又は複数の実施形態において、磁芯の表面での二次コイルの垂直投影の位置は、少なくとも、磁芯の表面での隣接する巻き取り領域の垂直投影の位置の間に部分的に位置する。

本発明の１つ又は複数の実施形態において、磁芯は、対向する２つの板体を有する。磁芯の軸方向は、この２つの板体に跨っている。板体に最も近い第１隙間の寸法は、他の第１隙間の寸法より小さい。

本発明の１つ又は複数の実施形態において、変圧器は、ケース及び少なくとも１つの風防板を更に具備する。ケースは、磁芯、一次コイル及び二次コイルを収納し、少なくとも１つの内表面を有する。風防板は、ケースの内表面と二次コイルとの間に位置し、磁芯の径方向に平行な少なくとも１つの主表面を有する。

本発明の１つ又は複数の実施形態において、風防板の数は複数である。前記風防板は、磁芯の軸方向に沿って配列される。

本発明の１つ又は複数の実施形態において、磁芯の表面での風防板の垂直投影の位置は、少なくとも、磁芯の表面での前記二次コイルの垂直投影の位置の間に部分的に位置する。

本発明の１つ又は複数の実施形態において、第２隙間の少なくとも１つは、風防板に位置合わせ、且つこの第２隙間の寸法は、他の第２隙間の寸法より大きい。

本発明の１つ又は複数の実施形態において、少なくとも１つの二次コイルは、一本の帯状導体によって巻かれたものであり、前記帯状導体は、前記磁芯の軸方向に沿った方向に幅ｗを有し、且つ前記磁芯の径方向に沿った方向に厚さｔを有し、前記幅ｗと前記厚さｔの比は、１０≦ｗ／ｔを満たす。

本発明の１つ又は複数の実施形態において、巻き取り領域の数は、偶数であるが、第１隙間の数は、奇数である。

上記実施形態において、一次コイルの複数の巻き取り領域の間隔又は数、及び複数の二次コイルの間隔又は数を調整することで、二次コイルと一次コイルとの間の漏れ磁束空間を大きくして、短絡インピーダンスを更に向上させることができる。

上記は、ただ本発明が解決しようとする課題、課題を解決するための手段、生じた効果等を述べるためのものであり、本発明の具体的な細部は、下文の実施形態及び関連図面において詳しく紹介される。

下記図面の説明は、本発明の前記又は他の目的、特徴、メリット、実施例をより分かりやすくするためのものである。

本発明の一実施形態による変圧器を示す断面図である。 ケースの蓋及び磁芯の板体が取り外された図１に示した変圧器を示す平面図である。 図１に示した変圧器を示す回路図である。 本発明の別の実施形態による変圧器を示す断面図である。

以下、図面で本発明の複数の実施形態を開示し、明らかに説明するために、数多くの実務上の細部を下記叙述で合わせて説明する。しかしながら、当業者が理解すべきなのは、本発明の別の実施例において、これらの実務上の細部が、必要ではないため、本発明を制限するものではない。また、図面を簡略化するために、ある従来慣用の構造及び素子は、図面において簡単で模式的に示される。

図１は、本発明の一実施形態による変圧器を示す断面図である。図２は、ケース１００の上蓋１１０及び磁芯２００の板体２２０が取り外された図１に示した変圧器を示す平面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態において、変圧器は、ケース１００と、磁芯２００と、一次コイル３００と、複数の二次コイル４００と、２つの絶縁筒８１０、８２０と、を具備してよい。ケース１００は、少なくとも磁芯２００、一次コイル３００及び二次コイル４００を収納する。磁芯２００は、互いに垂直な軸方向Ａ及び径方向Ｄを有する。一次コイル３００は、絶縁筒８１０と８２０との間に位置し、複数の巻き取り領域３１０と、少なくとも１つの接続領域３２０と、を備える。複数の巻き取り領域３１０は、磁芯２００の軸方向Ａに沿って配列される。接続領域３２０は、隣接する２つの巻き取り領域３１０の間に接続される。複数の巻き取り領域３１０のそれぞれは、複数の一次側巻き取り層３１１、３１３、３１５及び複数の引き出し部３１２、３１４を含む。一次側巻き取り層３１１、３１３、３１５は、磁芯２００を取り囲み、磁芯２００の径方向Ｄに沿って配列される。引き出し部３１２は、一次側巻き取り層３１１、３１３に接続する。引き出し部３１４は、一次側巻き取り層３１３、３１５に接続する。二次コイル４００は、一次コイル３００を取り囲む。複数の二次コイル４００は、磁芯２００の軸方向Ａに沿って配列される。

二次コイル４００と一次コイル３００との間の非結合磁束（即ち漏れ磁束）は、二次コイル４００に短絡インピーダンスとして利用されることのできる誘導性リアクタンスを生じることができる。変圧器は、中高圧インバータに適用される場合、一般的に、中高圧インバータがショートする時に、依然として一定のインピーダンスを提供して、電流の過負荷を避けることを可能にするために、高い短絡インピーダンスを持つ必要がある。

これに鑑みて、本発明は、以下のような短絡インピーダンスを向上させる技術方案を更に提案する。具体的には、本発明の一実施形態としては、巻き取り領域３１０の間隔又は数及び二次コイル４００の間隔又は数によって、二次コイル４００と一次コイル３００との間の漏れ磁束空間を大きくして、短絡インピーダンスを更に向上させることができる。より具体的には、巻き取り領域３１０の隣接する両者は、その間に第１隙間３３０を定義し、二次コイル４００の隣接する両者は、その間に第２隙間４４０を定義する。第１隙間３３０の寸法又は巻き取り領域３１０の数は、二次コイル４００の必要な短絡インピーダンスによって決められる。第２隙間４４０の寸法又は二次コイル４００の数も、二次コイル４００の必要な短絡インピーダンスによって決められる。つまり、短絡インピーダンスが不十分となる場合、第１隙間３３０の寸法、巻き取り領域３１０の数、第２隙間４４０の寸法又は二次コイル４００の数を変化させることで、短絡インピーダンスを向上させる機能を実現し、必要な短絡インピーダンスを得ることができる。

例としては、三相電圧の出力に対応するために、二次コイル４００の数は３つであってよい。一次コイル３００と二次コイル４００との間の漏れ磁束空間を大きくするために、一次コイル３００の巻き取り領域３１０は、二次コイル４００と交差して設けられることができ、この巻き取り領域３１０の数が２つ又は４つであってよい。巻き取り領域３１０の数が少ないほど、第１隙間３３０の寸法が大きくなるため、一次コイル３００と二次コイル４００との間の漏れ磁束空間が大きくなり、短絡インピーダンスを向上させることができる。これから分かるように、巻き取り領域３１０の数と第１隙間３３０の寸法は、お互いに関係があり、且つ何れも短絡インピーダンスに影響を与えることができる。同じように、二次コイル４００の数及び第２隙間４４０の寸法も、何れも短絡インピーダンスに影響を与えることができることが判明した。

上記実施形態において、一次コイル３００は、複数の巻き取り領域３１０及び接続領域３２０に領域分けされ、前記巻き取り領域３１０及び接続領域３２０は、同一の導線によって巻かれたものであるため、直列回路と見なされることができる。従って、複数の巻き取り領域３１０のそれぞれの電圧は、何れも一次コイル３００の総電圧より小さいため、複数の巻き取り領域３１０のそれぞれにおいて、隣接する一次側巻き取り層の間（例えば、一次側巻き取り層３１１と３１３との間、又は一次側巻き取り層３１３と３１５との間）の電圧（以下、層間電圧という）は、必ず従来の領域分けしていない一次コイルの層間電圧より低い。このように、巻線の半径を大きくする必要がなくても、層間電圧が高すぎ、それによって電場強度が大きくなりすぎることによる部分的な放電という安全問題を克服できる。

具体的には、図３を参照する。本図は、図１に示した変圧器を示す回路図である。図３に示すように、３つの巻き取り領域３１０と２つの接続領域３２０と共に一次コイル３００として直列接続される。一次コイル３００の最大電圧は、ノードＸとノードＹとの間の電位差であり、即ち、一次コイル３００の最大電圧は、Ｖ_ＸＹであってよい。接続領域３２０に位置する導線の長さが巻き取り領域３１０に位置する導線の長さよりはるかに小さいと仮定すると、接続領域３２０による電圧降下は、巻き取り領域３１０による電圧降下よりはるかに低いため、複数の巻き取り領域３１０のそれぞれの最大電圧は、約Ｖ_ＸＹ／３に等しい。この場合、複数の巻き取り領域３１０のそれぞれの最大層間電圧（ノードＹとノードＺとの間の電位差を例にする）は、複数の巻き取り領域３１０のそれぞれの最大電圧の約２／３倍であるため、約２Ｖ_ＸＹ／９となる。一次コイル３００が領域分けされなく、且つ三層巻線構造としても巻かれると、最大層間電圧は、２Ｖ_ＸＹ／３となり、領域分け設計での最大層間電圧の約３倍となる。比較すると、上記領域分け設計は、確かに一次コイル３００の層間電圧を低下させることができ、層間電場強度が大きすぎることによる部分的な放電という安全問題を避けることができることが明らかに判明した。

上記一次コイル３００の領域分け設計は、層間電圧を低下させることができるため、一次側巻き取り層３１１と３１３との間の間隔及び一次側巻き取り層３１３と３１５との間の間隔（以下、層間間隔という）の何れも小さくでき、空間を節約することができる。しかし、層間間隔が小さくなる場合、二次コイル４００と一次コイル３００との間の漏れ磁束空間が少なくなるため、短絡インピーダンスを低下させてしまう。しかしながら、前文に説明するように、層間間隔が小さくなっても、巻き取り領域３１０の間隔又は数及び二次コイル４００の間隔又は数を調整することで、短絡インピーダンスを向上させて、層間間隔の縮小により損失した短絡インピーダンスを補償することができる。

一部の実施形態において、図１に示すように、磁芯２００の表面２０２での一次側巻き取り層３１１、３１３、３１５の垂直投影の位置は、磁芯２００の表面２０２での引き出し部３１２、３１４の垂直投影の位置の間に部分的に位置する。つまり、引き出し部３１２は、一次側巻き取り層３１１、３１３の下端に接続するが、引き出し部３１４は、一次側巻き取り層３１３、３１５の上端に接続する。

一部の実施形態において、図２に示すように、一次側巻き取り層３１１、３１３、３１５は、見下ろした視角で見ると、同心環状を呈し、且つ一次側巻き取り層３１１は、磁芯２００を取り囲み、一次側巻き取り層３１３は、一次側巻き取り層３１１を取り囲み、一次側巻き取り層３１５は、一次側巻き取り層３１３を取り囲む。一部の実施形態において、変圧器は、一次側巻き取り層３１１、３１３、３１５を引き離して、放熱に寄与する複数の一次側ステー５１０、５２０を更に具備する。

具体的には、図２に示すように、複数の一次側ステー５１０は、一次側巻き取り層３１１と３１３との間に設けられて、一次側巻き取り層３１１と３１３を互いに引き離せる。更には、磁芯２００は、磁芯２００の軸方向Ａ（図１を参照する）を軸として取り囲まれた円周に平行な円周方向Ｒを有する。前記一次側ステー５１０は、磁芯２００の円周方向Ｒに沿って一次側巻き取り層３１１と３１３との間に配列され、且つ互いに仕切られている。隣接する２つの一次側ステー５１０及び一次側巻き取り層３１１、３１３は、その間に一次側エアダクト７０１を定義する。一次側巻き取り層３１１、３１３は、磁芯２００の径方向Ｄ（図１を参照する）に沿って配列されるため、両者の間に位置する一次側エアダクト７０１の長さ方向は、磁芯２００の軸方向Ａ（図１を参照する）と平行であってよい。

同様に、複数の一次側ステー５２０は、一次側巻き取り層３１３と３１５との間に設けられて、一次側巻き取り層３１３と３１５を互いに引き離せる。更には、前記一次側ステー５２０は、磁芯２００の円周方向Ｒに沿って一次側巻き取り層３１３と３１５との間に配列され、且つ互いに仕切られている。隣接する２つの一次側ステー５２０及び一次側巻き取り層３１３、３１５は、その間に一次側エアダクト７０２を定義する。一次側巻き取り層３１３、３１５は、磁芯２００の径方向Ｄ（図１を参照する）に沿って配列されるため、両者の間に位置する一次側エアダクト７０２の長さ方向は、磁芯２００の軸方向Ａ（図１を参照する）と平行であってよい。

変圧器の採用した放熱ファン（不図示）から吹き出された気流が通常、磁芯２００の軸方向Ａに沿って流れ、また、一次側エアダクト７０１及び一次側エアダクト７０２の長さ方向の何れも磁芯２００の軸方向Ａ（図１を参照する）と平行であるため、気流が通ることに有利で、放熱に寄与することができる。理解すべきなのは、本文で述べられる素子の「長さ方向」は、前記素子の最長辺に平行な方向を表す。

一部の実施形態において、本発明は、一次側エアダクト７０１及び一次側エアダクト７０２によって漏れ磁束空間を調整して、短絡インピーダンスを調整することもできる。具体的には、図２に示すように、一次側エアダクト７０１及び一次側エアダクト７０２は、磁芯２００の径方向Ｄ（図１を参照する）に平行な方向に、二次コイル４００の必要な短絡インピーダンスによって決められる径方向寸法を有する。つまり、短絡インピーダンスが不十分となる場合、一次側エアダクト７０１及び一次側エアダクト７０２の径方向寸法を大きくすることで、漏れ磁束空間を大きくし、短絡インピーダンスを向上させる機能を実現することができる。

一部の実施形態において、図１に示すように、複数の二次コイル４００のそれぞれは、磁芯２００の径方向Ｄに沿って配列される複数の二次側巻き取り層４１０、４２０、４３０を備える。また、図２に示すように、二次側巻き取り層４１０、４２０、４３０は、見下ろした視角で見ると、内から外へ巻かれる（又は、逆に、外から内へ巻かれると見なされてよい）螺旋構造となる。具体的には、二次コイル４００は、一本の導線によって巻かれることができる。この導線は、一周して二次側巻き取り層４１０を形成した後、径方向Ｄに沿って二次側巻き取り層４１０の外まで巻かれて、二次側巻き取り層４２０を形成することができる。この導線は、更に一周した後、また径方向Ｄに沿って二次側巻き取り層４２０の外まで巻かれて、二次側巻き取り層４３０を形成することができる。一部の実施形態において、最内側の二次側巻き取り層４１０は、一次側巻き取り層３１５との両者が電気的に互いに影響を与えないようにするために、絶縁筒８２０を隔て一次側巻き取り層３１５を取り囲む。

従来の変圧器の二次コイルは、ただ層と層が直接に重ね合わせた構造であり、層と層の間に軸方向エアダクトがなく、放熱に寄与しないため、本発明の別の実施形態は、二次コイル４００の放熱に寄与する技術方案を提案する。この実施形態において、図１に示すように、変圧器は、二次側巻き取り層４１０、４２０、４３０を引き離して、放熱に寄与する複数の二次側ステー５３０、５４０を更に具備する。

具体的には、図２に示すように、複数の二次側ステー５３０は、二次側巻き取り層４１０と４２０との間に設けられて、二次側巻き取り層４１０と４２０を互いに引き離せる。更には、前記二次側ステー５３０は、磁芯２００の円周方向Ｒに沿って二次側巻き取り層４１０と４２０との間に配列される。前記二次側ステー５３０同士は互いに仕切られている。隣接する２つの二次側ステー５３０及び二次側巻き取り層４１０、４２０は、その間に二次側エアダクト７０３を定義する。二次側巻き取り層４１０、４２０は、磁芯２００の径方向Ｄ（図１を参照する）に沿って配列されるため、両者の間に位置する二次側エアダクト７０３の長さ方向は、磁芯２００の軸方向Ａ（図１を参照する）と平行であってよい。

同様に、図２に示すように、複数の二次側ステー５４０は、二次側巻き取り層４２０と４３０との間に設けられて、二次側巻き取り層４２０と４３０を互いに引き離せる。更には、前記二次側ステー５４０は、磁芯２００の円周方向Ｒに沿って二次側巻き取り層４２０と４３０との間に配列される。前記二次側ステー５４０同士が互いに仕切られている。隣接する２つの二次側ステー５４０及び二次側巻き取り層４２０、４３０は、その間に二次側エアダクト７０４を定義する。二次側巻き取り層４２０、４３０は、磁芯２００の径方向Ｄ（図１を参照する）に沿って配列されるため、両者の間に位置する二次側エアダクト７０４の長さ方向は、磁芯２００の軸方向Ａ（図１を参照する）と平行であってよい。

変圧器の放熱ファンから吹き出された気流が通常、磁芯２００の軸方向Ａに沿って流れ、また、二次側エアダクト７０３及び二次側エアダクト７０４の長さ方向の何れも磁芯２００の軸方向Ａ（図１を参照する）と平行であるため、気流が通ることに有利で、放熱に寄与することができる。一部の実施形態において、一次側エアダクト７０１、７０２及び二次側エアダクト７０３、７０４の長さ方向の何れも磁芯２００の軸方向Ａと平行であるため、変圧器の全体の放熱効果を大いに向上させることができる。

一部の実施形態において、本発明は、二次側エアダクト７０３及び二次側エアダクト７０４によって漏れ磁束空間を調整して、短絡インピーダンスを調整することもできる。具体的には、図２に示すように、二次側エアダクト７０３及び二次側エアダクト７０４は、磁芯２００の径方向に平行な方向に、二次コイル４００の必要な短絡インピーダンスによって決められる径方向寸法を有する。つまり、短絡インピーダンスが不十分となる場合、二次側エアダクト７０３及び二次側エアダクト７０４の径方向寸法を大きくすることで、漏れ磁束空間を大きくして、短絡インピーダンスを向上させる機能を実現することができる。

一部の実施形態において、図１に示すように、二次コイル４００は、一本の帯状導体によって巻かれたものである。この帯状導体は、磁芯２００の軸方向Ａに沿った方向に幅ｗを有し、且つ磁芯２００の径方向Ｄに沿った方向に厚さｔを有し、幅ｗと厚さｔの比は、１０≦ｗ／ｔを満たす。この帯状導体の幅ｗが広いため、軸方向Ａでの寸法が大きく、二次コイル４００が、長さ方向が軸方向Ａに平行な二次側エアダクト７０３、７０４（図２を参照する）を形成することに寄与することができる。

一部の実施形態において、図１に示すように、変圧器は、少なくとも１つの主表面９０２を有する少なくとも１つの風防板９００を更に具備する。ケース１００は、少なくとも１つの内表面１０２を有する。風防板９００の主表面９０２は、ケース１００の内表面１０２と二次コイル４００との間に位置し、且つ磁芯２００の径方向Ｄと平行である。このように、風防板９００は、放熱ファンから吹き出された気流が二次コイル４００の外で軸方向Ａに沿って流れないようにすることができ、大部分の気流が一次側エアダクト７０１、７０２及び二次側エアダクト７０３、７０４（図２を参照する）へ流れさせるよう強制することができる。

具体的には、図２に示すように、風防板９００は、主表面９０２に設置される開口９０４を有する。磁芯２００、一次コイル３００及び二次コイル４００は、何れも開口９０４に露出する。このように、主表面９０２は、放熱ファンから吹き出された大部分の気流が開口９０４へ流れさせるよう強制して、磁芯２００、一次コイル３００及び二次コイル４００に対する放熱効果を向上させることができる。

一部の実施形態において、図１に示すように、風防板９００の数は、複数である。前記風防板９００は、磁芯２００の軸方向Ａに沿って配列される。つまり、前記風防板９００は、軸方向Ａに沿ってケース１００の内表面１０２に配列されることができる。このように、更に放熱ファンから吹き出された気流が二次コイル４００の外で流れないようにすることができる。一部の実施形態において、前記風防板９００の開口９０４が位置合わせられ、気流が通ることに寄与する。

一部の実施形態において、図１に示すように、前記風防板９００と前記二次コイル４００は位置がずれてしまう。このように、一部の気流が隣接する二次コイル４００の間の第２隙間４４０から径方向Ｄに沿って外へ流れないようにすることができる。具体的には、磁芯２００の表面２０２での風防板９００の垂直投影の位置は、少なくとも、磁芯２００の表面２０２での二次コイル４００の垂直投影の位置の間に部分的に位置する。

一部の実施形態において、第２隙間４４０の寸法が大きいほど、この第２隙間４４０から径方向Ｄに沿って外へ流れる気流が多くなる。従って、一部の実施形態において、いずれかの第２隙間４４０の寸法が他の第２隙間４４０の寸法より大きい場合、風防板９００は、この第２隙間４４０に位置合わせることができる。つまり、風防板９００は、寸法の大きい第２隙間４４０に対応して設けられて、横漏れした気流を阻止することに寄与する。

一部の実施形態において、図１に示すように、軸方向Ａに沿って配列される複数の二次コイル４００は互いに絶縁されている。つまり、前記二次コイル４００は、互いに電気的に導通されるものではない。複数の二次コイル４００のそれぞれは、位相角の異なる電圧を出力して、移相変圧器の機能の実現に用いられることができる。

一部の実施形態において、図１に示すように、一次コイル３００は、一本の導線によって巻かれたものである。複数の巻き取り領域３１０のそれぞれは、積層式巻き取り方法によって巻かれることができ、即ち、複数の一次側巻き取り層（３１１、３１３、３１５を含む）のそれぞれは、何れも複数の軸方向Ａに沿って配列される巻線を包含する。例としては、巻き取りを行う時に、導線は、磁芯２００を軸として一周して、先に巻線Ｃ１を巻き取ることができ、次に、磁芯２００の軸方向Ａに沿って下へ移動し、更に磁芯２００を軸として、巻線Ｃ２を巻き取ることができる。巻線Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５は、同じ方式で巻き取られることができる。巻線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５は、共に一次側巻き取り層３１１を構成できる。導線は、巻線Ｃ５を巻き取った後、径方向Ｄに沿って外へ一次側ステー５１０の外まで巻かれて、一次側ステー５１０に跨っている引き出し部３１２を形成することができ、次に、上へ巻き上げられて、複数の巻線を有する一次側巻き取り層３１３を形成することができる。上へ所定の水平位置まで巻かれる場合、更に外へ一次側ステー５２０の外まで巻かれて、一次側ステー５２０に跨っている引き出し部３１４を形成することができ、次に、導線は、下へ巻かれて、複数の巻線を有する一次側巻き取り層３１５を形成することができる。下へ所定の水平位置まで巻かれる場合、導線は、下へ一次側ステー５１０の内まで引き入れられることができ、この一次側ステー５２０の外から一次側ステー５１０の内まで引き入れられる一部の導線は、即ち接続領域３２０となる。次に、一次側ステー５１０の内まで引き入れられる導線は、続けて上記の巻き取り領域３１０の巻き取り方法を繰り返して、別の巻き取り領域３１０を形成することができる。つまり、一次コイル３００の接続領域３２０は、巻き取り領域３１０における磁芯２００から最も離れた一次側巻き取り層３１５、及び別の巻き取り領域３１０における磁芯２００に最も近い一次側巻き取り層３１１に接続することができる。

一部の実施形態において、図１に示すように、磁芯２００は、中柱２１０と、板体２２０と、板体２３０と、を備える。板体２２０及び板体２３０は、それぞれ中柱２１０の対向する両端に接続する。一次コイル３００及び二次コイル４００は、何れも中柱２１０を取り囲み、且つ何れも板体２２０と板体２３０との間に位置する。中柱２１０、板体２２０及び板体２３０は、何れも例えば鉄のような透磁性材料により形成されるが、本発明は、これに限定されない。

本発明の別の実施形態は、短絡インピーダンスを更に向上させることができる技術方案を提供する。図４は、本発明の別の実施形態による変圧器を示す断面図である。図４に示すように、本実施形態は、主に、二次コイル４００ａと一次コイル３００ａの巻き取り領域３１０ａが位置がずれてしまうことで、図１と異なっている。具体的には、磁芯２００の表面２０２での１つの二次コイル４００ａの垂直投影の位置は、少なくとも、磁芯２００の表面２０２での隣接する２つの巻き取り領域３１０ａの垂直投影の位置の間に部分的に位置する。このように、二次コイル４００ａと一次コイル３００ａとの間の漏れ磁束を大きくして、短絡インピーダンスを向上させることができる。理解すべきなのは、本実施形態において、二次コイル４００ａと一次コイル３００ａの巻き取り領域３１０ａは、完全に位置がずれてしまい、即ち、磁芯２００の表面２０２での両者の垂直投影の位置が完全に別々になるが、他の実施形態において、二次コイル４００ａと一次コイル３００ａの巻き取り領域３１０ａは、一部のみ位置がずれてもよく、即ち、磁芯２００の表面２０２での両者の垂直投影の位置は、部分的に重ね合わせてよい。

一部の実施形態において、図４に示すように、磁芯２００は、中柱２１０の内に位置し、板体２２０及び板体２３０から等距離にある中心２０４を有する。磁芯２００の軸方向Ａは、板体２２０及び板体２３０に跨っている。板体２２０及び板体２３０に近い二次コイル４００ａによる漏れ磁束の磁気回路は、それぞれ透磁可能な板体２２０及び板体２３０を通すため、磁束漏れになりやすいが、中心２０４に近い二次コイル４００ａによる漏れ磁束の磁気回路は、磁芯２００の如何なる位置も通さないため、磁束漏れになる可能性が低い。従って、板体２２０及び板体２３０に近い二次コイル４００ａによる漏れ磁束は、中心２０４に近い二次コイル４００ａによる漏れ磁束より大きい。つまり、中心２０４に近い二次コイル４００ａの短絡インピーダンスが低いので、異なる二次コイル４００ａの短絡インピーダンスが不均一になってしまう。

従って、一部の実施形態において、本発明は、異なる第１隙間３３０ａの間の寸法差異によって、異なる二次コイル４００ａの短絡インピーダンスをより均一にすることができる。具体的には、図４に示すように、板体２２０、２３０に最も近い第１隙間３３０ａの寸法は、他の第１隙間３３０ａの寸法より小さくてよい。このように、板体２２０、２３０に近い二次コイル４００ａの短絡インピーダンスを低下させ、中心２０４に近い二次コイル４００ａの短絡インピーダンスを向上させて、変圧器における異なる位置での短絡インピーダンスをより均一にすることができる。

一部の実施形態において、板体２２０及び板体２３０に近い二次コイル４００ａを何れも磁芯２００の中心２０４へ移動させて、前記二次コイル４００ａが板体２２０及び板体２３０を通す漏れ磁束を少なくし、前記二次コイル４００ａの短絡インピーダンスを中心２０４に近い二次コイル４００ａの短絡インピーダンスに更に近づけ、変圧器における異なる位置での短絡インピーダンスをより均一にすることもできる。

一部の実施形態において、二次コイル４００ａの数は、奇数とすることが好ましい。具体的には、三相電圧の需要に応えるために、二次コイル４００ａの数は、３つであってよく、それぞれ三種の異なる位相の電圧を出力する。巻き取り領域３１０ａの数は、偶数（例えば２つ又は４つ）とすることが好ましく、第１隙間３３０ａの数は、奇数であってよく、奇数の二次コイル４００ａに対応して設けられる。

本発明では実施形態を前述の通り開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と領域から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１００ ケース
１０２ 内表面
１１０ 上蓋
２００ 磁芯
２０２ 表面
２０４ 中心
２１０ 中柱
２２０、２３０ 板体
３００、３００ａ 一次コイル
３１０、３１０ａ 巻き取り領域
３１１、３１３、３１５ 一次側巻き取り層
３１２、３１４ 引き出し部
３２０ 接続領域
３３０、３３０ａ 第１隙間
４００、４００ａ 二次コイル
４１０、４２０、４３０ 二次側巻き取り層
４４０ 第２隙間
５１０、５２０ 一次側ステー
５３０、５４０ 二次側ステー
７０１、７０２ 一次側エアダクト
７０３、７０４ 二次側エアダクト
８１０、８２０ 絶縁筒
９００ 風防板
９０２ 主表面
９０４ 開口
Ａ 軸方向
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５ 巻線
Ｄ 径方向
Ｒ 円周方向
ｔ 厚さ
Ｗ 幅
Ｘ、Ｙ、Ｚ ノード

Claims (10)

1. 軸方向及び径方向を有する磁芯と、
   前記磁芯の前記軸方向に沿って配列される複数の巻き取り領域と、前記巻き取り領域の間に接続される少なくとも１つの接続領域と、を備える一次コイルと、
   前記一次コイルを取り囲み、前記磁芯の前記軸方向に沿って配列され、且つ互いに絶縁されている複数の二次コイルと、を具備する変圧器であって、
   複数の前記巻き取り領域のそれぞれは、前記磁芯を取り囲み、前記磁芯の前記径方向に沿って配列される複数の一次側巻き取り層と、前記一次側巻き取り層に接続する複数の引き出し部と、を含み、前記磁芯の表面での前記一次側巻き取り層の垂直投影の位置は、前記磁芯の表面での前記引き出し部の垂直投影の位置の間に部分的に位置し、前記巻き取り領域の隣接する両者は、その間に第１隙間を定義し、前記二次コイルの隣接する両者は、その間に第２隙間を定義し、前記第１隙間の寸法又は前記巻き取り領域の数は、前記二次コイルの必要な短絡インピーダンスによって決められ、前記第２隙間の寸法又は前記二次コイルの数は、前記二次コイルの必要な短絡インピーダンスによって決められることを特徴とする変圧器。
2. 前記一次側巻き取り層の間に設けられる複数の一次側ステーを更に具備する変圧器であって、
   前記一次側巻き取り層及び前記一次側ステーは、その間に一次側エアダクトを定義し、複数の前記一次側エアダクトのそれぞれは、前記磁芯の前記軸方向に平行な長さ方向を有し、前記磁芯の前記径方向に平行な方向に、前記二次コイルの必要な短絡インピーダンスによって決められる径方向寸法を有することを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
3. 複数の二次側ステーを更に具備する変圧器であって、
   複数の前記二次コイルのそれぞれは、前記磁芯の前記径方向に沿って配列される複数の二次側巻き取り層を備え、前記複数の二次側ステーは前記二次側巻き取り層の間に設けられ、前記二次側巻き取り層及び前記二次側ステーは、その間に、前記磁芯の前記軸方向に平行な長さ方向を有する二次側エアダクトを定義し、複数の前記二次側エアダクトのそれぞれは、前記磁芯の前記径方向に平行な方向に、前記二次コイルの必要な短絡インピーダンスによって決められる径方向寸法を有することを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
4. 前記磁芯の表面での前記二次コイルの垂直投影の位置は、少なくとも、前記磁芯の表面での隣接する前記巻き取り領域の垂直投影の位置の間に部分的に位置することを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
5. 前記磁芯は、対向する２つの板体を有し、前記磁芯の前記軸方向は、前記板体に跨り、前記板体に最も近い前記第１隙間の寸法は、他の前記第１隙間の寸法より小さいことを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
6. 前記磁芯、前記一次コイル及び前記二次コイルを収納し、少なくとも１つの内表面を有するケースと、
   前記ケースの前記内表面と前記二次コイルとの間に位置して前記磁芯の前記径方向に平行な少なくとも１つの主表面を有し、数が複数であり、前記磁芯の前記軸方向に沿って配列される少なくとも１つの風防板と、
   を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
7. 前記磁芯の表面での前記風防板の垂直投影の位置は、少なくとも、前記磁芯の表面での前記二次コイルの垂直投影の位置の間に部分的に位置することを特徴とする請求項６に記載の変圧器。
8. 前記第２隙間の少なくとも１つは、前記風防板に位置合わせ、寸法が他の前記第２隙間の寸法より大きいことを特徴とする請求項６に記載の変圧器。
9. 少なくとも１つの前記二次コイルは、一本の帯状導体によって巻かれたものであり、前記帯状導体は、前記磁芯の軸方向に沿った方向に幅ｗを有し、前記磁芯の径方向に沿った方向に厚さｔを有し、前記幅ｗと前記厚さｔの比は、１０≦ｗ／ｔを満たすことを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
10. 前記巻き取り領域の数は偶数であるが、前記第１隙間の数は奇数であることを特徴とする請求項１に記載の変圧器。

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