JP5010672B2 - 変圧器および変圧システム - Google Patents

Description

本発明は、変圧器に関し、特に、帯状の導体部材を巻回した複数のコイルを線材で磁気結合する構造の変圧器に関する。そして、本発明は、この変圧器を複数直列に接続した変圧システムに関する。

変圧器は、変成器あるいはトランスとも呼ばれ、１次コイルに流れる電気エネルギーを電磁誘導によって２次コイルへ伝達する部品であり、電気製品や電子製品だけでなく、電力系統等にも幅広く利用されている。この変圧器は、一般に、１次コイルと、２次コイルと、コアとを備え、前記１次コイルおよび２次コイルのそれぞれは、前記コアに例えば絶縁被覆を有する断面丸形や角形の軟銅線を巻回することによって構成され、前記コアは、例えば複数の薄いケイ素鋼板を積層することによって構成され、１次コイルと２次コイルとを相互インダクタンスで結合する磁気回路として機能する。

このように従来の一般的な変圧器では、いわゆる渦電流損（鉄損）を低減するために複数の薄いケイ素鋼板を積層することによってコアが構成されているので、コアの組立に工数を要し、生産性の向上に限界があった。そこで、特許文献１では、電磁鋼帯の代わりに、電磁鋼帯と同様にケイ素等を浸珪添加処理された方向性ケイ素鋼板および鋼帯と同様の磁気特性を付与された線材を、鉄芯（コア）の形成に使用した小型電源トランスを提案している。前記線材は、電磁鋼帯のもとの鋼材を圧延と引き抜き加工により線材に成型し、ケイ素等の浸珪添加処理および焼鈍処理等を繰り返すことで圧延引き抜き方向に良好な磁気特性を有した方向性電磁鋼線である。そして、この特許文献１では、ドーナツ状の丸輪形状の巻いてその一対両側を押し潰して直線部分を形成した前記電磁鋼線の鉄心に、前記一対両側の直線部分のそれぞれに２分割した巻線ボビンを使用してコイルを巻くことによって、前記小型電源トランスが構成されている。

特開２００８−０７２０７０号公報

ところで、このような従来の変圧器は、コイルが絶縁被覆を有する断面丸形や角形の軟銅線を巻回することによって構成されるため、占有率が低く、またコイル形状を保持するためにコイルボビン（巻線ボビン）が必要となる。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、占有率を高くすることができ、コイルボビンの不要な変圧器およびこれを複数直列に接続した変圧システムを提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる変圧器は、複数のコイルと、前記複数のコイルを磁気結合するための磁気結合部材と、磁性体材料から成り、前記複数のコイルにおける最内径内に配置されるとともに前記磁気結合部材と磁気結合する中心部コア部材とを備え、前記複数のコイルは、絶縁材を挟んで重ね合わせた帯状の複数の導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイルの軸方向に沿うように巻回することによって構成され、前記磁気結合部材は、磁性体材料から成る線材であって、前記複数のコイルの外側に配置されていることを特徴とする。そして、このような構成の変圧器において、好ましくは、前記複数のコイルは、前記磁気結合部材に内包されていることである。また好ましくは、前記複数のコイルは、その外周が該全周に亘って前記磁気結合部材で覆われていることである。また好ましくは、前記磁気結合部材の線材は、前記中心部コア部材と線接触していることである。

この構成によれば、複数のコイルが帯状の導体部材によって構成されるので、占有率を高くすることができ、また、コイル形状が安定的であるので、コイルボビンが不要である。そして、磁気結合部材が線材であって、複数のコイルの外側に配置されているので、線材を巻き回すことによって磁気結合部材を形成することができるから、より高い生産性を得ることが可能となる。そして、この構成によれば、中心部コア部材を備えるので、この中心部コア部材を複数のコイルの巻き芯とするとともに、前記磁気結合部材の線材の巻き芯とすることによって、高い生産性を得ることが可能となる。

そして、複数のコイルが磁気結合部材に内包されている場合では、磁気結合部材が複数のコイルに外囲してその内に包み込むように配置されるから、磁気結合部材にコイルを巻き回す必要がないので、製造がより容易となって、さらにより高い生産性を得ることが可能となる。

また、他の一態様では、上述の変圧器において、前記磁気結合部材の線材は、その長尺方向が、前記複数のコイルのうちの所定のコイルに交流電力を給電した場合に前記所定のコイルに形成される磁束の方向に略沿って配置されていることを特徴とする。

磁気結合部材の線材は、交流電力が給電されたコイルによって形成される磁束と交差する回数が多くなるほどその磁気抵抗が大きくなり、この結果、その磁気結合機能を損なうことになる。このため、磁気結合部材の線材は、その長尺方向が前記磁束の方向に可能な限り沿っていることが好ましい。このような構成では、磁気結合部材の線材は、その長尺方向が前記磁束の方向に略沿って配置されているので、前記磁束と交差する回数が低減され、磁気抵抗が低減される。前記略沿うとは、磁気結合部材の線材における長尺方向が前記磁束の方向に実質的に沿っていることであり、磁気結合部材の線材における長尺方向と前記磁束の方向とが成す角θが−１０゜≦θ≦＋１０゜である場合を言い、好ましくは、−７゜≦θ≦＋７゜であり、より好ましくは−５゜≦θ≦＋５゜である。

また、他の一態様では、これら上述の変圧器において、前記複数のコイルは、ダブルパンケーキ構造であることを特徴とする。

この構成によれば、複数のコイルがいわゆるダブルパンケーキ構造であるので、複数のコイルにおける各両端部を１箇所に揃えることができ、複数のコイルのそれぞれと電極端子との接続が容易となる。この結果、より高い生産性を得ることができる。

また、他の一態様では、これら上述の変圧器において、前記磁気結合部材の線材は、当該変圧器に給電される交流電力における周波数に対する表皮厚みの１／３以下の線径であることを特徴とする。

この構成によれば、線材の線径が交流電力の周波数に対する表皮厚みの３分の１以下であるので、このような構成の変成器は、渦電流損を低減することができる。なお、表皮厚みδは、交流電力の角周波数をωとし、線材の透磁率をμとし、線材の電気伝導率をρとする場合に、一般に、δ＝（２／ωμρ）^１／２である。

そして、本発明の他の一態様にかかる変圧システムは、直列に接続された複数の変圧器を備える変圧システムであって、前記複数の変圧器のうちの少なくとも１つは、これら上述のいずれか１つの変圧器であることを特徴とする。

この構成によれば、上述の変圧器を備えた変圧システムが提供される。そして、この構成によれば、多段の変圧器によって構成されるので、各変圧器によって順次に変圧することができ、１個の変圧器にかかる電圧が低減され、変圧器１個当たりの負荷が軽減される。

本発明にかかる変圧器は、占有率を高くすることができ、コイルボビンが不要であって、そして、より高い生産性を得ることができる。また、本発明によれば、このような変圧器を含む変圧システムが提供される。

第１実施形態における変圧器の構成を示す図である。 第１実施形態における変圧器の製造方法における、中心部コア部材の準備工程を説明するための図である。 第１実施形態における変圧器の製造方法における、複数のコイルの形成工程を説明するための図である。 第１実施形態における変圧器の製造方法における、線材による磁気結合部材の形成工程を説明するための図である。 図４に示す磁気結合部材の形成工程における線材の巻き方を説明するための図である。 磁気結合部材の線材の長尺方向と磁束の方向との関係を説明するための図である。 第１実施形態の変圧器における中心部コア部材の変形形態を示す図である。 第２実施形態における変圧器の構成を示す図である。 ダブルパンケーキ構造の複数のコイルを備える変形形態における変圧器の構成を示す図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における変圧器の構成を示す図である。図１（Ａ）は、上面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すＡＡ線における縦断面図である。図２ないし図５は、第１実施形態における変圧器の製造方法を説明するための図である。図２は、中心部コア部材の準備工程を示し、図３は、複数のコイルの形成工程を示し、図４は、線材による磁気結合部材の形成工程を示す。図２ないし図４の各図において、その（Ａ）は、縦断面図であり、その（Ｂ）は、上面図（底面図）である。そして、図５は、磁気結合部材の形成工程における線材の巻き方を説明するための図である。また、図６は、磁気結合部材の線材の長尺方向と磁束の方向との関係を説明するための図である。

図１において、この第１実施形態の変圧器Ｔｒａは、複数のコイル１と、前記複数のコイル１を磁気結合するための磁気結合部材２とを備えて構成されている。

複数のコイル１は、絶縁材（図略）を挟んで重ね合わせた帯状の複数の長尺な導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイル１の軸方向に沿うように巻回することによって構成されて成る。このような帯状の長尺な導体部材は、シート形状、リボン形状あるいはテープ形状であり、幅（幅方向の長さ）Ｗに対する厚さ（厚み方向の長さ）ｔが１未満である（０＜ｔ／Ｗ＜１）。

複数のコイル１は、任意の個数、例えば、変圧器Ｔｒａの使用によって適宜に設計される個数でよい。例えば、複数のコイル１は、絶縁材を挟んで重ね合わせた２個の帯状の導体部材から構成されて成り、２個のコイルのうちの一方が１次コイルとされ、その他方が２次コイルとされる。あるいは、複数のコイル１は、絶縁材を挟んで重ね合わせた３個の帯状の導体部材で構成されて成る。この３個の帯状の導体部材のそれぞれで構成される第１ないし第３コイル１の各両端部は、接続端子として磁気結合部材２の外部へ引き出され、前記第２コイルと前記第３コイルとで１個のコイルを形成すべく、前記第２コイルの他方端部と前記第３コイルの一方端部とが電気的に接続される。このため、このような第１ないし第３コイルで構成されて成るコイル１では、前記第１コイルは、その両端部を接続端子とする１次コイル（または２次コイル）とされ、前記第２および第３コイルは、前記第２コイルの一方端部および前記第３コイルの他方端部を接続端子とする２次コイル（または１次コイル）とされる。なお、複数のコイル１が３個以上である場合に、２次コイルが複数とされてもよく、また帰還コイル等の１次および２次コイルの他の第３のコイルとされてもよい。

磁気結合部材２は、複数のコイル１を磁気結合するための部材であって、磁性体材料から成る線材であり、複数のコイル１の外側に配置される。このような構成では、磁気結合部材２の内部空間へ磁束が漏れ、磁気結合部材２の内側に配置される複数のコイル１は、この磁束によって磁気結合することができる。磁性体材料は、例えば、純鉄および鉄基合金（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）等であり、圧延加工や引き抜き加工等によって線材に加工される。

より具体的には、図１に示す例では、磁気結合部材２は、複数のコイル１を内包する構造である。このような構造は、例えば、複数のコイル１を内に包み込むように、磁気結合部材２の線材を糸や毛糸の鞠（毬）のように巻き回すことによって形成される。この第１実施形態の変圧器Ｔｒａは、複数のコイル１全体が一体として磁気結合部材２の線材で囲まれており、いわゆるポット型となっている。

そして、磁気結合部材２は、任意の所定の断面形状であってよいが、複数のコイル１の各導体部材における渦電流損を低減するために、複数のコイル１における軸を含む断面形状は、図１に示すように、略矩形であることが好ましい。このような矩形状の磁気結合部材２における内部空間では、磁束の方向が軸方向に略沿って形成されるので、複数のコイル１の導体部材は、この内部空間の磁束の方向に略沿うように配置されることになり、このような構成の変成器Ｔｒａは、複数のコイル１における導体部材の渦電流損を低減することができる。

そして、第１実施形態の変圧器Ｔｒａは、図１に示すように、磁性体材料から成り、複数のコイル１における最内径内に配置されるとともに磁気結合部材２の線材と磁気的に結合する中心部コア部材３をさらに備えている。この中心部コア部材３は、その両端面（上面および底面）が磁気結合部材２の外部に臨む長さ（高さ）の中実円柱形状であり、その軸方向の両端部における周面に断面半円形状の凹部ＤＰが該周面を１周するように形成されている。

このような中心部コア部材３は、例えば仕様等に応じた所定の磁気特性（透磁率）を有しており、上述のような所望の形状の成形容易性の観点から、軟磁性体粉末を形成したものであることが好ましい。このような構成の変圧器Ｔｒａは、容易に中心部コア部材３を形成することができ、その鉄損も低減することができる。さらに、この中心部コア部材３は、軟磁性体粉末と非磁性体粉末との混合物を成形したものであることがより好ましい。軟磁性体粉末と非磁性体粉末との混合率比を比較的容易に調整することができ、前記混合比率を適宜に調整することによって、中心部コア部材３における前記所定の磁気特性を容易に実現することが可能となる。

この軟磁性体粉末は、強磁性の金属粉末であり、より具体的には、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）およびアモルファス粉末、さらには、表面にリン酸系化成皮膜などの電気絶縁皮膜が形成された鉄粉等が挙げられる。これら軟磁性体粉末は、公知の手段、例えば、アトマイズ法等によって微粒子化する方法や、酸化鉄等を微粉砕した後にこれを還元する方法等によって製造することができる。また、一般に、透磁率が同一である場合に飽和磁束密度が大きいので、軟磁性粉末は、例えば上記純鉄粉、鉄基合金粉末およびアモルファス粉末等の金属系材料であることが特に好ましい。

このような軟磁性体粉末に基づく中心部コア部材３は、例えば、圧粉形成等の公知の常套手段によって形成することができる。

なお、小型化の観点から、中心部コア部材３は、磁気結合部材２の線材の透磁率よりも高い透磁率である材料から形成されることが好ましい。

このような変圧器Ｔｒａは、例えば、次の各工程によって製造することができる。まず、図２に示すように、両端部の各周面に前記凹部ＤＰ（ＤＰ−１、ＤＰ−２）を有する中実円柱形状の中心部コア部材３が用意される。また、所定の厚さｔを有するとともに絶縁被覆された帯状の導体部材がコイルの個数だけ用意され、これら絶縁被覆された複数の導体部材が順次に重ね合わせられる。以下では、図１に示す例の変圧器Ｔｒａを製造すべく、導体部材が２個として説明する。もちろん、各工程は、任意の個数の導体部材であっても同様に実施することができる。このような帯状の導体部材は、例えば、カプトンテープで絶縁した厚さｔ０．２ｍｍであって幅１９ｍｍである銅テープを一例として挙げることができる。

続いて、この重ね合わせた２個の導体部材（重ね合わせ導体部材）の一方端が、導体部材（重ね合わせ導体部材）の幅方向を中心部コア部材３の軸方向に合わせて、中心部コア部材３における前記両凹部ＤＰ−１、ＤＰ−２に挟まれた周面に取り付けて巻き始められ、図３に示すように、中心部コア部材３に所定の回数だけ巻き回される。これによって、中心部コア部材３に巻き回され、各導体部材の幅方向がコイル１の軸方向に沿うように巻回した２個のコイル１が形成される。なお、重ね合わせ導体部材の前記一方端には、それぞれの導体部材から図略の接続用の導体線がそれぞれ引き出される。

続いて、図４に示すように、磁気結合部材２の線材ＷＬが、複数のコイル１を包み込むように、糸や毛糸の鞠（毬）のように巻き回される。より具体的には、例えば、図５に示すように、一方面（上面）において、磁気結合部材２の線材ＷＬが複数のコイル１の最外周における所定の第１位置から径方向に略沿って中心部へ延長され（１）、その中心部付近では、中心部コア部材３の凹部ＤＰ−１に引っかけられて所定の角度、例えば、約９０゜曲げられ、中心部から径方向に略沿って前記最外周における所定の第２位置へ延長され（２）、複数のコイル１の最外周面を沿い、他方面（下面）へ延長される。そして、他方面（下面）において、前記一方面（上面）と同様に、磁気結合部材２の線材ＷＬが複数のコイル１の最外周における所定の第２位置（前記一方面の所定の第２位置に対応する前記他方面における位置）から径方向に略沿って中心部へ延長され（２）、その中心部付近では、中心部コア部材３の凹部ＤＰ−２に引っかけられて所定の角度、例えば、約９０゜曲げられ、中心部から径方向に略沿って前記最外周における所定の第３位置へ延長され（３）、複数のコイル１の最外周面を沿い、一方面（上面）へ延長される。以下同様に、一方面と他方面とで磁気結合部材２の線材ＷＬが複数のコイル１における最外周をその全周に亘るように巻き回される。好ましくは、磁気結合部材２の線材ＷＬによって複数のコイル１が外部から見えなくなるまで、磁気結合部材２の線材ＷＬが巻き回される。この線材Ｗｌは、重なってもよい。また、磁気結合部材２の線材ＷＬは、より確実に中心部コア部材３と磁気的に結合するように、中心部コア部材３と点で接触（点接触）するのではなく、所定の長さに亘って線分で接触（線接触）していることが好ましい。線接触する前記線分の長さが長いほど、磁気結合部材２の線材ＷＬと中心部コア部材３との磁気結合は、強くなる。なお、重ね合わせ導体部材の他方端には、それぞれの導体部材から図略の接続用の導体線がそれぞれ引き出され、さらに磁気結合部材２の外部へ引き出される。

これによって、複数のコイル１を内に包み込むように、磁気結合部材２の線材ＷＬを糸や毛糸の鞠（毬）のように巻き回したいわゆるポット型の変圧器Ｔｒａが作製される。そして、このように作製された変圧器Ｔｒａにおいて、２個のコイル１の一方は、１次コイルとされ、その他方は、２次コイルとされる。

このような構成の変圧器Ｔｒａでは、１次コイルに交流電力が供給されると、１次コイルによって磁場が形成され、その磁場の磁束は、磁気結合部材２を通り、そして、磁気結合部材２の内部空間に漏れ出す。この磁気結合部材２の内部空間に漏れ出した磁束は、複数のコイル１を通る。このため、２次コイルは、磁気結合部材２によって１次コイルと磁気結合し、電磁誘導によって１次コイルの交流電力が伝達され、所定の電圧が誘起される。この１次コイルによる磁場における磁束は、上述のように磁気結合部材２から漏れてもよく、磁束が磁気結合部材２から漏れていても２次コイルが磁気結合部材２内に内包されているので、２次コイルは、磁気結合部材２によって１次コイルと磁気結合することができる。なお、前記磁場の方向は、１次コイルに流れる電流の方向に応じて決まる。

ここで、上述のように１次コイルに交流電力が給電されると、この１次コイルによって形成される磁場の磁束Ｂは、図６に矢符で示すように、コイル１の軸方向では、この軸方向に沿い、そして、コイル１の径方向ではこの径方向に沿う。磁気結合部材２の線材ＷＬは、交流電力が給電された１次コイルによって形成される磁束と交差する回数が多くなるほどその磁気抵抗が大きくなり、この結果、その磁気結合機能を損なうことになる。このため、磁気結合部材２の線材ＷＬは、その長尺方向が前記磁束Ｂの方向に可能な限り沿っていることが好ましい。磁気結合部材２の線材ＷＬを上述のように巻き回す場合では、複数のコイル１の径（外径）の大きさ、中心部コア部材３の径（外径、図１に示す例では前記凹部ＤＰ部分の外径）の大きさおよび線材ＷＬの線径の大きさに基づいて、磁気結合部材２の線材ＷＬの長尺方向が前記磁束Ｂの方向に可能な限り沿うように、中心部コア部材３で線材ＷＬを曲げる前記所定の角度を設定することが好ましい。もちろん、このような場合でも線材ＷＬは、上述したように中心部コア部材３と線接触していることが好ましい。このように第１実施形態の変圧器Ｔｒａでは、上述のように巻き回すことによって、磁気結合部材２の線材ＷＬは、その長尺方向が、複数のコイル１のうちの所定のコイルに交流電力を給電した場合に前記所定のコイルに形成される磁束の方向に略沿って配置される。このため、本実施形態の変圧器Ｔｒａでは、磁気結合部材２の線材ＷＬは、前記磁束Ｂと交差する回数が低減され、磁気抵抗が低減される。前記略沿うとは、磁気結合部材２の線材ＷＬにおける長尺方向が前記磁束Ｂの方向に実質的に沿っていることであり、磁気結合部材２の線材ＷＬにおける長尺方向と前記磁束Ｂの方向とが成す角θが−１０゜≦θ≦＋１０゜である場合を言い、好ましくは、−７゜≦θ≦＋７゜であり、より好ましくは−５゜≦θ≦＋５゜である。

以上説明したように、本実施形態の変圧器Ｔｒａは、複数のコイル１が帯状の導体部材によって構成されるので、占有率を高くすることができ、また、コイル形状が安定的であるので、コイルボビンが不要である。そして、磁気結合部材２が線材であって、複数のコイル１の外側に配置されているので、線材を巻き回すことによって磁気結合部材２を形成することができるので、本実施形態の変圧器Ｔｒａは、より高い生産性を得ることが可能となる。

また、本実施形態の変圧器Ｔｒａでは、磁気結合部材２が複数のコイル１に外囲してその内に包み込むように配置されるので、磁気結合部材２にコイル１を巻き回す必要がないので、製造がより容易となって、本実施形態の変圧器Ｔｒａは、さらにより高い生産性を得ることが可能となる。

また、本実施形態の変圧器Ｔｒａでは、磁気結合部材２に磁歪振動が発生することが考えられるが、磁気結合部材２が線材ＷＬによって形成され、線材ＷＬが変圧器Ｔｒａ全体として様々な方向に向いて巻き回されているので、磁気結合部材２全体として前記磁歪振動を緩和することが可能となる。

また、本実施形態の変圧器Ｔｒａでは、中心部コア部材３を備えるので、この中心部コア部材３を複数のコイル１の巻き芯とするとともに、磁気結合部材２の線材ＷＬの巻き芯とすることによって、高い生産性を得ることが可能となる。

また、本実施形態の変圧器Ｔｒａでは、複数のコイル１は、絶縁材を挟んで重ね合わせた帯状の複数の導体部材を巻回することによって構成されるので、１回の巻回工程で複数のコイル１を構成することができるから、このような構成の変成器Ｔｒａは、その製造が容易となる。

なお、上述の変圧器Ｔｒａにおいて、中心部コア部材３は、上述の両端部の周面に凹部ＤＰを有する円柱形状だけでなく、様々な形状を取り得る。図７は、第１実施形態の変圧器における中心部コア部材の変形形態を示す図である。図７（Ａ）は、その第１変形形態の構成を示し、図７（Ｂ）は、その第２変形形態の構成を示し、図７（Ｃ）は、その第３変形形態の構成を示し、図７（Ｄ）は、その第４変形形態の構成を示す。

第１変形形態の中心部コア部材３１は、図７（Ａ）に示すように、中実の円柱部材３１１と、この円柱部材３１１の両端部にそれぞれ形成されたフランジ部材３１２とを備えて構成され、前記フランジ部材３１２は、それぞれ、所定の厚さを有し、その最外周面に断面半円形状の凹部が該周面を１周するように形成されている。このような構成の中心部コア部材３１では、磁気結合部材２の線材ＷＬは、前記フランジ部材３１２の各凹部に引っかけて巻き回される。

また、第２変形形態の中心部コア部材３２は、図７（Ｂ）に示すように、中実の円柱部材３２１と、この円柱部材３２１の両端面に形成された、円柱部材３２１の径よりも小さい第１円板部材３２２とを備えて構成される。前記第１円板部材３２２は、任意の個数でよく、図７（Ｂ）に示す例では、２個である。これら２個の第１円板部材３２２−１、３２２−２は、互いに異なる径であって積層されており、その径は、積層方向（軸方向）の外側（円柱部材３２１の端面から離れる方向）へ向かうほど順次に小さくなっている。なお、前記第１円板部材３２２は、円柱部材３２１と一体に形成されてもよい。このような構成の中心部コア部材３２では、磁気結合部材２の線材ＷＬは、第１円板部材３２２に引っかけて巻き回される。

また、第３変形形態の中心部コア部材３３は、図７（Ｃ）に示すように、中実の円柱部材３３１と、この円柱部材３３１の両端面に形成された、円柱部材３３１の径よりも大きい第２円板部材３３２とを備えて構成される。前記第２円板部材３３２は、任意の個数でよく、図７（Ｃ）に示す例では、２個である。これら２個の第２円板部材３３２−１、３３２−２は、互いに異なる径であって積層されており、その径は、積層方向（軸方向）の外側（円柱部材３３１の端面から離れる方向）へ向かうほど順次に大きくなっている。なお、前記第２円板部材３３２は、円柱部材３３１と一体に形成されてもよい。このような構成の中心部コア部材３３では、磁気結合部材２の線材ＷＬは、前記第２円板部材３３２に引っかけて巻き回される。

このような構造の中心部コア部材３１〜３３では、フランジ部材３１２や第１円板部材３２２や第２円板部材３３２を備えるので、磁気結合部材２の線材ＷＬが引っかけられる中心部コア部材３１〜３３の径を変えることができるので、前記線材ＷＬの長尺方向を前記磁束の方向に略沿わせるための設計が容易となる。

また、中心部コア部材３３では、第２円板部材３３２の径が積層方向の外側へ向かうほど順次に大きくなっているので、内側の第２円板部材３３２（例えば第２円板部材３３２−１）に引っかけられた線材ＷＬを外側の第２円板部材３３２（上記例では第２円板部材３３２−２）でおさえること（保持すること）ができるので、磁気結合部材２の形状を安定的に維持することが可能となる。

また、第４変形形態の中心部コア部材３４は、図７（Ｄ）に示すように、その両端面（上面および底面）が磁気結合部材２の外部に臨まない長さ（高さ）の中実円柱形状である。例えば、中心部コア部材３４の高さは、複数のコイル１の幅方向の長さに略等しい。

このような構造の中心部コア部材３４では、中心部コア部材３４の両端面上にも磁気結合部材２が配置される。磁気結合部材２の線材ＷＬが密に巻き回される場合では、磁気結合部材２は、完全に複数のコイル１を内包することができる。

次に、別の実施形態について説明する。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態における変圧器の構成を示す図である。図８（Ａ）は、上面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示すＡＡ線における縦断面図である。第１実施形態における変圧器Ｔｒａでは、複数のコイル１は、磁気結合部材２によって包み込まれたが、第２実施形態における変圧器Ｔｒｂは、図８に示すように、複数のコイル１１は、その巻き回す方向と直交する断面における外周がその全周に亘って磁気結合部材２１で覆われているものである。

複数のコイル１１は、第１実施形態の変圧器Ｔｒａにおける複数のコイル１と同様に、絶縁材（図略）を挟んで重ね合わせた帯状の複数の長尺な導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイル１の軸方向に沿うように巻回することによって構成されて成る。

磁気結合部材２１は、第１実施形態の磁気結合部材２と同様に、複数のコイル１１を磁気結合するための部材であって、磁性体材料から成る線材であり、複数のコイル１１の外側に配置される。

そして、第２実施形態の変圧器Ｔｒｂにおける磁気結合部材２１は、複数のコイル１１の巻回方向と直交する断面における外周をその全周に亘って例えば前記巻回方向へ螺旋状に巻き回すことによって形成される。図８に示す例では、図８（Ａ）に示すように、複数のコイル１１は、軸方向から見た平面視にて矩形状の環状で巻回されており、磁気結合部材２１は、前記矩形の各辺に巻き付けられた４個の第１ないし第４磁気結合部材２１−１〜２１−４で構成されて成る。

このような構成の第２実施形態の変圧器Ｔｒｂも、複数のコイル１が帯状の導体部材によって構成されるので、占有率を高くすることができ、また、コイル形状が安定的であるので、コイルボビンが不要である。

なお、これら上述の変圧器Ｔｒにおいて、前記複数のコイル１、１１は、図９に示すように、重ね合わせた帯状の複数の導体部材を上部コイル１２−１および下部コイル１２−２の２層に巻き上げたいわゆるダブルパンケーキ構造（フラットワイズ巻線構造）のコイル１２であってもよい。このように複数のコイル１、１１をいわゆるダブルパンケーキ構造のコイル１２とすることによって、このような構成の変圧器Ｔｒｃは、複数のコイル１２における各両端部を１箇所に揃えることができ、複数のコイル１２のそれぞれと電極端子との接続が容易となる。この結果、より高い生産性を得ることができる。なお、図９は、第１実施形態における変圧器Ｔｒａのコイル１をダブルパンケーキ構造のコイル１２とした場合の変圧器Ｔｒｃを示している。

また、これら上述の変圧器Ｔｒ（Ｔｒａ、Ｔｒｂ、Ｔｒｃ）において、前記磁気結合部材２の線材ＷＬは、当該変圧器Ｔｒに給電される交流電力における周波数に対する表皮厚みの１／３以下の線径であることが好ましい。このような構成では、線材ＷＬの線径が交流電力の周波数に対する表皮厚みの３分の１以下であるので、このような構成の変成器Ｔｒは、渦電流損を低減することができる。なお、表皮厚みδは、交流電力の角周波数をωとし、線材の透磁率をμとし、線材の電気伝導率をρとする場合に、一般に、δ＝（２／ωμρ）^１／２である。

また、これら上述の変圧器Ｔｒにおいて、中心部コア部材３は、当該変圧器Ｔｒに給電される交流電力における周波数に対する表皮厚み以上の肉厚を持つ中空の円筒コア部材であってもよい。このような中空の円筒コア部材では、その中空部分に冷却用の例えば空気や油等の媒体を流すことによって変圧器Ｔｒを冷却することができる。

また、これら上述の変圧器Ｔｒにおいて、中心部コア部材３は、その周方向に沿って複数に分割された複数の分割コア部材であってもよい。このような構成によっても本実施形態の変圧器Ｔｒを構成することも可能である。

また、これら上述の変圧器Ｔｒにおいて、前記磁気結合部材２の線材ＷＬは、１本でもよいが、複数に分割されていてもよい。このような複数の線材ＷＬによって前記磁気結合部材２を形成する場合には、線材ＷＬ（ＷＬ１）を１本で上述のように巻き回し、その巻き回しの途中で他の１本の線材ＷＬ（ＷＬ２）に変えて上述のように巻き回す第１方法や、複数本の線材ＷＬ（ＷＬ３）で上述のように巻き回す第２方法によって前記磁気結合部材２を形成することができる。前記第２方法では、複数本の線材ＷＬ３を平行に揃えて樹脂で固めたり、緩くよったりしたものを用いることが可能である。

本実施形態の変圧器Ｔｒでは、磁気結合部材２の線材ＷＬは、その長尺方向が複数のコイル１のうちの所定のコイルに交流電力を給電した場合に前記所定のコイルに形成される磁束の方向に略沿って配置されるが、前記線材ＷＬの長尺方向が前記磁束の方向に完全に揃っていない場合には、前記線材ＷＬに前記磁束によって誘導起電力が生じるが、このように複数の線材ＷＬによって前記磁気結合部材２を構成した場合では、前記線材ＷＬに生じる前記誘導起電力による前記線材ＷＬの両端部における電位差が比較的小さくすることができる。

そして、これら上述の変圧器Ｔｒのうちの少なくとも１を含む、直列に接続された複数の変圧器を備える変圧システムが構成されてもよい。このような構成の変圧システムでは、多段の変圧器によって構成されるので、各変圧器によって順次に変圧することができるから、１個の変圧器にかかる電圧が低減され、絶縁破壊に効果的であり、また、変圧器１個当たりの負荷が軽減される。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｔｒａ〜Ｔｒｃ 変圧器
ＷＬ 線材
１、１１、１２ コイル
２、２１ 磁気結合部材
３、３１〜３４ 中心部コア部材

Claims (7)

1. 複数のコイルと、
   前記複数のコイルを磁気結合するための磁気結合部材と、
   磁性体材料から成り、前記複数のコイルにおける最内径内に配置されるとともに前記磁気結合部材と磁気結合する中心部コア部材とを備え、
   前記複数のコイルは、絶縁材を挟んで重ね合わせた帯状の複数の導体部材を、該導体部材の幅方向が該コイルの軸方向に沿うように巻回することによって構成され、
   前記磁気結合部材は、磁性体材料から成る線材であって、前記複数のコイルの外側に配置されていること
   を特徴とする変圧器。
2. 前記磁気結合部材の線材は、その長尺方向が、前記複数のコイルのうちの所定のコイルに交流電力を給電した場合に前記所定のコイルに形成される磁束の方向に略沿って配置されていること
   を特徴とする請求項１に記載の変圧器。
3. 前記複数のコイルは、前記磁気結合部材に内包されていること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の変圧器。
4. 前記複数のコイルは、ダブルパンケーキ構造であること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の変圧器。
5. 前記磁気結合部材の線材は、当該変圧器に給電される交流電力における周波数に対する表皮厚みの１／３以下の線径であること
   を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の変圧器。
6. 前記磁気結合部材の線材は、前記中心部コア部材と線接触していること
   を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の変圧器。
7. 直列に接続された複数の変圧器を備える変圧システムであって、
   前記複数の変圧器のうちの少なくとも１つは、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の変圧器であること
   を特徴とする変圧システム。
   

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