JP2018133628A

JP2018133628A - 変圧器

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Publication number: JP2018133628A
Application number: JP2017024442A
Authority: JP
Inventors: 弘的場; Hiroshi Matoba
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2037-02-13
Also published as: JP6792477B2

Abstract

【課題】電力線通信の信号が変圧器において大幅に減衰するという問題があった。
【解決手段】変圧器は、鉄心と、鉄心に巻回された一次側巻線と、鉄心に巻回された、板状の二次側巻線３ａと、二次側巻線３ａの端部３ａ−１において、二次側巻線３ａとの間で電力線通信の信号をバイパスするためのコンデンサ６を形成する導電性の板状部材５とを備える。板状部材５が一次側巻線の一端に接続されている場合には、そのコンデンサ６により、一次側の電力線と二次側の電力線との間で電力線通信の信号がバイパスされることになり、変圧器における電力線通信の信号の減衰の程度を少なくすることができる。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、電力線通信信号のバイパス用のコンデンサを有する変圧器に関する。

従来、電力線を通信回線として利用する電力線通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）が行われている（例えば、非特許文献１参照）。そのような電力線通信により、通信のための回線を別途、配設することなく、機器間で通信を行うことができるというメリットがある。

「電力線搬送通信」、［ｏｎｌｉｎｅ］、２０１６年、［２０１６年１２月８日検索］、インターネット（ＵＲＬ：https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%8A%9B%E7%B7%9A%E6%90%AC%E9%80%81%E9%80%9A%E4%BF%A1）

しかしながら、上記非特許文献１にも記載されているとおり、家庭内等で用いられている単相三線の電力線では、Ｌ１相に接続された機器と、Ｌ２相に接続された機器との間での電力線通信の信号の減衰が大きく、電力線通信を行うことが困難であるという問題が知られている。そのような問題は、電力線通信信号が変圧器の巻線を通過する際に大幅に減衰することに起因している。そのように、通常、電力線通信信号は、変圧器を通過する際に大幅に減衰するという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、電力線通信信号を通過させることができる変圧器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による変圧器は、電力線通信の信号をバイパスするためのコンデンサを有する変圧器であって、鉄心と、鉄心に巻回された一次側巻線と、鉄心に巻回された、板状の二次側巻線と、二次側巻線の端部において、二次側巻線との間でコンデンサを形成する導電性の板状部材と、を備えたものである。
このような構成により、コンデンサを介して電力線通信信号をバイパスすることができるようになる。したがって、例えば、単相三線の電力線において、Ｌ１相とＬ２相との間で電力線通信を行うことができるようになる。また、二次側巻線の端部を用いてコンデンサを形成することにより、コンデンサのために必要なスペースを少なくすることができる。その結果、変圧器を大型化することなく、電力線通信信号のバイパス用コンデンサを配置することができる。

また、本発明による変圧器では、コンデンサによって、一次側巻線の一端と、二次側巻線の一端との間で電力線通信の信号がバイパスされてもよい。
このような構成により、変圧器の一次側と二次側との間で電力線通信信号をバイパスすることができるようになる。

また、本発明による変圧器では、コンデンサによって、二次側巻線の一端と他端との間で電力線通信の信号がバイパスされてもよい。
このような構成により、変圧器の二次側の一端と他端との間で電力線通信信号をバイパスすることができるようになる。その結果、例えば、単相三線の電力線において、Ｌ１相とＬ２相との間で電力線通信を行うことができるようになる。

また、本発明による変圧器では、一次側巻線は、二次側巻線の外側に同心配置されており、板状部材は、一次側巻線と二次側巻線との間に存在してもよい。
このような構成により、従来の変圧器に存在するスペースを有効利用して、電力線通信信号のバイパス用のコンデンサを設置することができるようになる。

本発明による変圧器によれば、電力線通信信号をコンデンサによってバイパスすることができ、また、そのコンデンサを省スペースに配置することができるようになる。

本発明の実施の形態による変圧器の外観図同実施の形態による変圧器の巻線を示す図同実施の形態による変圧器の二次側巻線の斜視図同実施の形態による変圧器の二次側巻線の正面図同実施の形態による変圧器の二次側巻線の平面図同実施の形態による変圧器の二次側巻線の他の一例の斜視図同実施の形態による変圧器の二次側巻線の他の一例の正面図同実施の形態による変圧器の二次側巻線の他の一例の正面図同実施の形態による変圧器の回路構成の一例を示す回路図同実施の形態による変圧器の回路構成の一例を示す回路図同実施の形態による変圧器の回路構成の一例を示す回路図同実施の形態による変圧器の二次側巻線の他の一例の正面図同実施の形態による変圧器の二次側巻線の他の一例の平面図同実施の形態による変圧器の二次側巻線の他の一例の正面図同実施の形態による変圧器の他の一例の外観図

以下、本発明による変圧器について、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素は同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。本実施の形態による変圧器は、二次側の巻線が板状であり、その巻線の一端と板状部材との間で電力線通信信号をバイパスするためのコンデンサが形成されるものである。

図１は、本実施の形態による変圧器１の外観図であり、図２は、変圧器１の巻線を示す図であり、図３Ａは、一方の二次側巻線の斜視図であり、図３Ｂは、その二次側巻線の正面図であり、図３Ｃは、その二次側巻線の平面図である。

変圧器１は、一次側巻線２ａ，２ｂと、二次側巻線３ａ，３ｂと、鉄心４と、板状部材５とを備える。変圧器１は、例えば、配電用の変圧器であってもよい。配電用の変圧器は、例えば、６ｋＶ程度の高圧を、１００Ｖや２００Ｖなどの低圧に変圧する柱上変圧器等であってもよい。なお、変圧器１は、例えば、樹脂モールドで固められたモールド変圧器であってもよく、絶縁油を冷却媒体として使用する油入変圧器であってもよく、その他の変圧器であってもよい。

一次側巻線２ａ，２ｂ、二次側巻線３ａ，３ｂは、それぞれ鉄心４に巻回されている。図１，図２で示されるように、巻線Ａにおいて、一次側巻線２ａは、二次側巻線３ａの外側に同心配置されており、また、巻線Ｂにおいても、一次側巻線２ｂは、二次側巻線３ｂの外側に同心配置されている。二次側巻線３ａ，３ｂは、例えば、図３Ａ等で示されるように、板状の導電材料によって構成されている。その導電材料の幅（短手方向の長さ）は問わないが、電力線通信信号をバイパスするのに十分な容量のコンデンサを形成できる程度の幅を有していることが好適である。

板状部材５は、一方の二次側巻線３ａの端部３ａ−１において、二次側巻線３ａとの間でコンデンサ６を形成する。そのコンデンサ６は、電力線通信の信号をバイパスするために用いられる。また、板状部材５と、端部３ａ−１との間でコンデンサ６が形成されるとは、板状部材５と、端部３ａ−１とをそれぞれ電極とするコンデンサ６が形成されることである。図３Ａ〜図３Ｃで示されるコンデンサ６は、二次側巻線３ａの最外郭の巻線と、板状部材５との間に形成されている。板状部材５は、端部３ａ−１との距離が一定となるように固定されていることが好適である。また、板状部材５は、通常、平面状の部材であるが、そうでなくてもよい。例えば、板状部材５は、湾曲形状等であってもよい。また、板状部材５は、端部３ａ−１と同様の形状を有しており、また、端部３ａ−１に平行に固定されることが好適である。例えば、図３Ａ〜図３Ｃで示されるように、端部３ａ−１が平板状である場合には、板状部材５は、その平板状の端部３ａ−１に平行に設けられる平板であってもよい。また、端部３ａ−１が湾曲形状である場合には、板状部材５は、その湾曲形状の端部３ａ−１に平行に設けられる湾曲形状の部材であってもよい。板状部材５は、導電性を有するものとする。板状部材５の導電材料は、二次側巻線３ａの導電材料と同じであってもよい。板状部材５と、端部３ａ−１との間には、例えば、両者の間隔を一定に保つためのスペーサ等が存在してもよい。また、板状部材５は、例えば、二次側巻線３ａが巻回される枠体（図示せず）や、一次側巻線２ａが巻回される枠体（図示せず）、巻線のケース等に固定されることによって、二次側巻線３ａの端部３ａ−１との距離が一定に保たれてもよい。図３Ａ〜図３Ｃで示される板状部材５は、二次側巻線３ａの外周側に設けられている。なお、端部にコンデンサが形成されない二次側巻線３ｂは、板状部材５が端部に存在しない以外は、二次側巻線３ａと同様の板状の巻線であってもよい。

なお、コンデンサ６によって信号がバイパスされる電力線通信の方式は問わないが、例えば、１ＭＨｚ以上の周波数を利用する電力線通信であってもよく、２ＭＨｚから３０ＭＨｚの帯域を利用する電力線通信（いわゆる、高速ＰＬＣ）であってもよく、その他の周波数を利用する電力線通信であってもよい。

コンデンサ６は、電力線通信の信号を通過させることはできるが、５０Ｈｚや６０Ｈｚなどの商用電源周波数の電力を通過させないものであることが好適である。コンデンサ６のインピーダンスは、周波数に反比例するため、商用電源周波数程度の低周波数では高インピーダンスとなり、電力線通信の周波数程度の高周波数では低インピーダンスとなる。また、変圧器１が配電用である場合には、高電圧がかかることもあるため、コンデンサ６は、高耐圧であることが好適である。なお、板状部材５と、二次側巻線３ａの端部３ａ−１との間に誘電体が挿入されてもよい。コンデンサ６の容量を大きくするためである。その誘電体は、例えば、セラミックや紙、樹脂、絶縁油等であってもよい。例えば、変圧器１が、モールド変圧器や油入変圧器である場合には、モールド樹脂や絶縁油が、板状部材５と端部３ａ−１との間に挿入されてもよい。そのため、板状部材５と端部３ａ−１との間にモールド樹脂や絶縁油が流入可能なように変圧器１が構成されてもよい。具体的には、一次側巻線２ａや二次側巻線３ａが巻回される枠体等において、コンデンサ６の近傍の位置にモールド樹脂や絶縁油が進入可能な孔や隙間等を設けるようにしてもよい。そのようにすることで、コンデンサ６の電極間に誘電体を挿入する作業が不要となる。また、一次側巻線２ａや二次側巻線３ａが巻回される枠体等の一部が板状部材５と端部３ａ−１との間に挿入されてもよい。その枠体等は、例えば、樹脂製であってもよい。
一次側巻線の影響を減らすために、板状部材５と一次側巻線２ａとの間に静電シールド（例えば接地された金属板状部材を挟む）を設けてもよい。

図２で示されるように、二次側巻線３ａの外周側には一次側巻線２ａが存在するため、板状部材５は、一次側巻線２ａと二次側巻線３ａとの間に存在することになる。通常、同心配置されている一次側巻線２ａと二次側巻線３ａとの間には、多少の間隙が存在している。したがって、上記の場合には、その間隙に板状部材５が存在することになり、既存のスペースを有効利用して板状部材５を配置することができるようになる。なお、板状部材５が一次側巻線２ａと二次側巻線３ａとの間に存在する場合に、板状部材５は、一次側巻線２ａよりも二次側巻線３ａに近い位置に配置されることが好適である。すなわち、板状部材５は、一次側巻線２ａの内周面よりも、二次側巻線３ａの外周面に近い位置に配置されることが好適である。板状部材５と二次側巻線３ａの端部３ａ−１との間でコンデンサ６が形成されるようにするためである。

板状部材５は、導電材料の線路によって、電力線通信信号をバイパスしたい先に接続される。例えば、板状部材５は、線路によって二次側巻線３ａ，３ｂの他端に接続されてもよい。その場合には、コンデンサ６によって、二次側巻線３ａ，３ｂの一端と他端との間で電力線通信の信号がバイパスされることになる。なお、二次側巻線３ａ，３ｂの一端と他端とは、二次側の電力線に接続されている端であり、例えば、Ｌ１相に対応する一端と、Ｌ２相に対応する一端とであってもよい。図４Ａは、そのような接続構成の変圧器１を示す回路図である。図４Ａにおいて、一次側巻線２ａ，２ｂは直列に接続されており、また、二次側巻線３ａ，３ｂも直列に接続されている。また、一次側巻線２ａの一端２ａ−１は、線路Ｐ１に接続されており、他端２ａ−２は、一次側巻線２ｂの一端２ｂ−１に接続されている。一次側巻線２ｂの一端２ｂ−２は、線路Ｐ２に接続されている。また、二次側巻線３ａの一端３ａ−１は、線路Ｌ１に接続されており、他端３ａ−２は、二次側巻線３ｂの一端３ｂ−１に接続されている。二次側巻線３ｂの一端３ｂ−２は、線路Ｌ２に接続されている。一次側巻線２ａ，２ｂ及び二次側巻線３ａ，３ｂと、線路Ｐ１，Ｐ２，Ｌ１，Ｌ２との接続関係は、図４Ｂ，図４Ｃの回路図においても同様であるとする。なお、各線路Ｐ１，Ｐ２，Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ独立して、巻線の端子に接続された導電材料の線路であってもよく、または、巻線を構成する巻線導体が延びたものであってもよい。変圧器１が単相三線式である場合に、端子３ａ−２，３ｂ−１は、例えば、中性線に接続されてもよい。また、その中性線は、例えば、接地線として用いられてもよい。図４Ａのように接続された場合には、線路Ｌ１側に接続された機器と、線路Ｌ２側に接続された機器との間で、コンデンサ６を介して電力線通信の信号を送受信することができるようになる。したがって、単相三線の電力線において、異なる相間で電力線通信を行うことができるようになる。

また、例えば、板状部材５は、導電材料の線路によって一次側巻線２ａ，２ｂの一端に接続されてもよい。その場合には、コンデンサ６によって、一次側巻線２ａ，２ｂの一端と、二次側巻線３ａ，３ｂの一端との間で電力線通信の信号がバイパスされることになる。なお、一次側巻線２ａ，２ｂの一端とは、一次側の電力線に接続されている一端である。通常、一次側巻線２ａ，２ｂには、２個の端部があるが、板状部材５は、どちら側に接続されてもよい。図４Ｂ，図４Ｃは、そのような接続構成の変圧器１を示す回路図である。コンデンサ６に接続された線路が線路Ｐ１に接続された回路図が図４Ｂで示されており、コンデンサ６に接続された線路が線路Ｐ２に接続された回路図が図４Ｃで示されている。変圧器１が図４Ｂで示されるものであり、また、線路Ｐ１に接続された他の変圧器においても、線路Ｐ１と線路Ｌ１との間に変圧器をバイパスするコンデンサが存在する場合には、変圧器１の線路Ｌ１に接続された機器と、他の変圧器の線路Ｌ１に接続された機器との間で、電力線通信を行うことができるようになる。変圧器１が図４Ｃで示されるものである場合も同様である。

なお、図４Ａ〜図４Ｃの回路図では、線路Ｌ１と、他の線路とがコンデンサ６で接続される場合について説明したが、線路Ｌ２と、他の線路とがコンデンサ６で接続されるようにしてもよいことは言うまでもない。その場合には、例えば、二次側巻線３ｂの端部３ｂ−２と、板状部材５とによって、コンデンサ６が形成されてもよい。また、変圧器１は、バイパス用の複数のコンデンサ６を有してもよい。例えば、変圧器１は、線路Ｐ１と線路Ｌ１とを接続するコンデンサ６と、線路Ｐ２と線路Ｌ２とを接続するコンデンサ６とを有してもよい。その場合には、二次側巻線３ａの端部３ａ−１と板状部材５との間でコンデンサ６が形成され、二次側巻線３ｂの端部３ｂ−２と他の板状部材５との間で他のコンデンサ６が形成されることになる。また、例えば、変圧器１は、線路Ｐ１と線路Ｌ１とを接続するコンデンサ６と、線路Ｐ２と線路Ｌ２とを接続するコンデンサ６と、線路Ｌ１と線路Ｌ２とを接続するコンデンサ６とを有してもよい。その場合には、二次側巻線３ａの端部３ａ−１または二次側巻線３ｂの端部３ｂ−２において、２個のコンデンサ６が形成される必要がある。したがって、例えば、図３Ｄで示されるように、二次側巻線３ａの端部３ａ−１において、板状部材５ａとの間でコンデンサ６ａが形成され、板状部材５ｂとの間でコンデンサ６ｂが形成されるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、図３Ａ〜図３Ｄで示されるように、巻回軸方向に単層である二次側巻線３ａ、すなわち、各ターンが巻回軸方向にトラバースしていない二次側巻線３ａについて説明したが、そうでなくてもよい。図５Ａ，図５Ｂで示されるように、巻回軸方向に多層となっている二次側巻線３ａ、すなわち、巻回軸方向にトラバースしているターンを有する二次側巻線３ａを用いるようにしてもよい。なお、巻回軸方向は、例えば、図３Ｂや図５Ａにおける紙面に垂直な方向である。図５Ａは、二次側巻線３ａの正面図であり、図５Ｂは、二次側巻線３ａの平面図である。図５Ａ，図５Ｂで示される二次側巻線３ａは、平角線を巻回したものであってもよい。図５Ａ，図５Ｂで示される二次側巻線３ａにおいても、端部３ａ−１と板状部材５との間にコンデンサ６が形成されている。なお、図５Ｂから明らかなように、板状部材５の近傍には、二次側巻線３ａの端部３ａ−１のみでなく、端部３ａ−１から離れた二次側巻線３ａの箇所も存在することになる。したがって、板状部材５を大きくした場合には、板状部材５と、端部３ａ−１以外の二次側巻線３ａの箇所との間でもコンデンサが形成されることになり、電力線通信のノイズが大きくなる可能性がある。そのため、板状部材５の近傍に、端部３ａ−１以外の二次側巻線３ａの箇所が存在しないように板状部材５が配置されることが好適である。例えば、図５Ｃで示されるように、二次側巻線３ａにおいて、端部３ａ−１を、二次側巻線３ａの巻回している箇所から離間した位置に設け、その端部３ａ−１と板状部材５との間にコンデンサ６を形成するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、図３Ａ等で示されるように、二次側巻線３ａの外周側の端部３ａ−１の位置にコンデンサが形成される場合について説明したが、そうでなくてもよい。二次側巻線３ａの内周側の端部３ａ−２の位置にコンデンサが形成されるようにしてもよい。その場合には、端部３ａ−２と板状部材５とによってコンデンサが形成されることになる。

また、本実施の形態では、二次側巻線３ａ，３ｂがすべて板状の巻線である場合について説明したが、そうでなくてもよい。変圧器１は、板状の二次側巻線に加えて、板状でない二次側巻線をさらに備えていてもよい。例えば、二次側巻線３ｂは、板状のものでなくてもよい。その場合には、変圧器１は、板状の二次側巻線３ａと、板状でない二次側巻線３ｂとを備えたものとなる。なお、その場合であっても、板状の二次側巻線と板状部材との間に、電力線通信信号のバイパス用のコンデンサが形成されるものとする。

以上のように、本実施の形態による変圧器１によれば、コンデンサ６を備えたことにより、変圧器１に接続された電力線を介して伝送される電力線通信信号が、巻線をバイパスするようにできる。その結果、電力線通信信号が変圧器１を通過できるようになる。例えば、単相三線式の変圧器１のＬ１相とＬ２相とをコンデンサ６で接続した場合には、その変圧器の二次側において、異なる相間での電力線通信が可能となる。また、変圧器１の一次側と二次側とをコンデンサ６によって接続した場合には、一次側の電力線を介した電力線通信が可能となる。また、そのコンデンサ６を、二次側巻線３ａの端部３ａ−１と、板状部材５との間に形成することにより、変圧器１を全体として、小型化することができる。コンデンサの２個の電極のうち、一方の電極として二次側巻線３ａの端部３ａ−１を用いることができるからである。通常、変圧器は、できるだけ小型になるように設計されているため、バイパス用のコンデンサを配置するスペースを確保することは困難であるが、上記のようにコンデンサ６を構成することにより、限られたスペースでもコンデンサ６を追加することができるようになる。また、そのコンデンサ６を形成する板状部材５を、内側の二次側巻線３ａと、外側の一次側巻線２ｂとの間に配置することにより、変圧器１のスペースを有効利用することができ、できるだけ現状の変圧器のサイズを維持した上で、バイパス用のコンデンサ６を追加することができるようになる。通常、一次側巻線２ａと二次側巻線３ａとの間には、多少のスペースが存在するからである。

なお、板状部材５の形状や大きさは、上記説明のものに限定されないことは言うまでもない。例えば、二次側巻線３ａの端部３ａ−１には、図３Ｅや図３Ｆで示されるように、二次側巻線３ａの長さ方向に沿って、より面積の広い板状部材５が設けられてもよい。このようにすることで、コンデンサ６の容量をより大きくすることができる。

また、上記実施の形態では、単相三線の変圧器１について主に説明したが、その他の配電方式の変圧器においても、二次側巻線の端部と、板状部材との間に形成されたコンデンサを用いて、電力線通信信号が、変圧器をバイパスできるようにしてもよい。

また、上記実施の形態による変圧器１の構成は一例であり、他の構成の変圧器においても、上記変圧器１と同様に、板状の二次側巻線の端部と、板状部材との間で、電力線通信信号のバイパス用のコンデンサを形成できることは言うまでもない。例えば、上記実施の形態では、内鉄形の変圧器１について説明したが、図６で示される外鉄形の変圧器１ａにおいても、同様にして、二次側巻線３ｃの端部において、板状の二次側巻線３ｃとの間にコンデンサを形成する板状部材を設けるようにしてもよい。図６の外鉄形の変圧器１ａは、鉄心４ａ，４ｂと、鉄心４ａ，４ｂに巻回された一次側巻線２ｃと、鉄心４ａ，４ｂに巻回された二次側巻線３ｃと、図示しない板状部材とを備えたものである。二次側巻線３ｃは、上記の二次側巻線３ａと同様のものであってもよい。また、二次側巻線３ａの巻数が、図３Ａ等で示されるものに限定されないことは言うまでもない。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

以上より、本発明による変圧器によれば、電力線通信信号をバイパスするコンデンサを省スペースで形成できるという効果が得られ、例えば、配電用の変圧器等として有用である。

１、１ａ変圧器
２ａ、２ｂ、２ｃ一次側巻線
３ａ、３ｂ、３ｃ二次側巻線
４、４ａ、４ｂ鉄心
５、５ａ、５ｂ板状部材
６、６ａ、６ｂコンデンサ

Claims

電力線通信の信号をバイパスするためのコンデンサを有する変圧器であって、
鉄心と、
前記鉄心に巻回された一次側巻線と、
前記鉄心に巻回された、板状の二次側巻線と、
前記二次側巻線の端部において、前記二次側巻線との間で前記コンデンサを形成する導電性の板状部材と、を備えた変圧器。
前記コンデンサによって、前記一次側巻線の一端と、前記二次側巻線の一端との間で電力線通信の信号がバイパスされる、請求項１記載の変圧器。
前記コンデンサによって、前記二次側巻線の一端と他端との間で電力線通信の信号がバイパスされる、請求項１記載の変圧器。
前記一次側巻線は、前記二次側巻線の外側に同心配置されており、
前記板状部材は、前記一次側巻線と前記二次側巻線との間に存在する、請求項１から請求項３のいずれか記載の変圧器。