JP6557979B2 - 変流器 - Google Patents

Description

本発明は、変流器に関する。より詳細には、磁性体コアに二次巻線が巻かれた変流器に関する。

従来、磁性体を材料とする磁性体コアに二次巻線が巻かれた変流器が知られている。磁性体コアとしては、環状の形状、つまり円環状や多角環状など無端状の形状を有するものがある。このような無端状の形状を有する磁性体コアには、二次巻線を巻きつけることは容易ではない。そこで特許文献１では、磁性体コアの材料として変形しやすい材料を用いて、次のようにして変流器を得ている。すなわち、まず、図７に示すように無端状の形状を有する磁性体コア１１の一箇所を切断線１３に沿って切断する。次いで、一方の切断端部と他方の切断端部とが離間するように、切断した磁性体コア１１（以下、「切断した磁性体コア」を「切断材料」と称する）を変形させる。次いで、予め巻かれた二次巻線１２を切断材料のいずれかの切断端部から切断材料に挿入する。次いで、切断材料を元の形状に変形させる。その後、切断材料の一方の切断端部と他方の切断端部とを溶接して無端状の磁性体コア１１とし、磁性体コア１１に二次巻線１２が巻かれた変流器１０を得る。

このように特許文献１では、切断材料の切断端部から予め巻かれた二次巻線を挿入しているので、無端状のものに二次巻線に巻きつけることに比べて、磁性体コアに二次巻線が巻かれた変流器をより簡単に得ることができる。

米国特許第６３３５６７３号明細書

上記特許文献１において、切断材料の一方の切断端部と他方の切断端部とを溶接しているのは、切断材料が変形しやすい材料故に、切断材料の一方の切断端部と他方の切断端部との間の空隙幅を所望の値に維持することができず、これによって変流器の性能にばらつきが生じるからである。

しかしながら、切断材料の一方の切断端部と他方の切断端部とを溶接するにあたっては、溶接しようとする箇所の周辺部を大きく露出させておく必要がある。このため、二次巻線を切断材料の全長にわたって設けることが困難となり、より大きな変流比の変流器を構成することも難しくなる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、変流比をより大きく設定することのできる変流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に、本発明に係る変流器は、磁性体コアに二次巻線が巻かれた変流器において、前記磁性体コアは、複数の円弧形状の磁性体片と、各磁性体片の端面に設けた連結部材とを備え、前記連結部材を互いに連結することによって環状に形成され、連結により隣接する連結部材のうち一方の連結部材は、他方の連結部材に向かって突出する係合片を有し、他方の連結部材は、前記係合片と係合する係合凹部を有し、前記係合片は、前記磁性体片における前記端面の内周縁および外周縁から前記磁性体片の周方向に突出し、前記係合凹部は、前記磁性体片における前記端面の内周縁および外周縁から前記磁性体片の周面に沿って形成された切欠き部であり、前記係合片が前記係合凹部に対してスナップフィット式に係合することを特徴とする。

また本発明は、上記の変流器において、前記磁性体片を保持するケースおよびカバーを備え、前記ケースは前記磁性体片の内周面、外周面、周方向両端面、および軸方向の一方の側面を覆う態様で形成され、軸方向の他方が開口し、前記カバーは、前記ケースにおける軸方向の他方の側面を覆い、前記磁性体片の端面に対向する前記ケースの角部分が前記連結部材を形成することを特徴とする。

本発明によれば、磁性体片の端面に設けた連結部材で複数の磁性体片が環状に連結された磁性体コアが得られる。このため、複数の磁性体片それぞれについて、各磁性体片の略全長にわたって二次巻線が巻かれた磁性体片を作製し、これら複数の磁性体片を連結することで、磁性体コアに二次巻線がより多く巻かれた変流器を得ることができる。これによって、変流比をより大きく設定することができる。

図１は、本発明の実施の形態である変流器の斜視図である。 図２は、図１の変流器において二次巻線が巻かれていない変流器の分解斜視図である。 図３は、図１の変流器において二次巻線が巻かれていない変流器の要部拡大斜視図である。 図４は、図１の変流器において磁性体片の連結状態を説明するための模式図である。 図５は、磁性体片を連結する前の状態を示した変流器の斜視図である。 図６は、本発明の別の実施の形態である変流器におけるケースの斜視図である。 図７は、従来の変流器の模式図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る変流器の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態である変流器を示したものである。この変流器１は、円環状の磁性体コア２と、磁性体コア２の周囲に巻かれるように配設した二次巻線３とを備えて構成してある。磁性体コア２は、二つの半円環状を成す磁性体片４（図２参照）を連結部材５（図２参照）によって連結することにより円環状に構成したものである。

図２に示すように、磁性体片４は、複数の磁性体４ａを積層することによって構成してある。それぞれの磁性体４ａは、鉄等の磁性材料によって成形したもので、半円環状の板状に形成されている。

連結部材５は、磁性体片４の端面を覆う大きさの板状部材であり、磁性体片４を収納するケース６の一部分として構成してある。すなわち、ケース６は、磁性体片４の周方向両側端面、内周面、外周面及び底面を覆う態様で形成されており、周方向両側端面を覆うケース６の端面部６ａ，６ａがそれぞれ、連結部材５となっている。ケース６は、端面部６ａ，６ａに加えて、内周面、外周面及び底面をそれぞれ覆う内側面部６ｂ、外側面部６ｃ及び底面部６ｄを有する。端面部６ａ，６ａ、内側面部６ｂ、外側面部６ｃ及び底面部６ｄとで囲まれる領域は磁性体片４の外形形状と略一致し、その領域は磁性体片４の収納空間を形成する。ケース６の天面部は開口しており、磁性体片４はこの開口からケース６に収納される。

ケース６の天面部には、カバー７が設けられている。このカバー７は、円環状の磁性体コア２の中心を軸とすると、ケース６に収納した磁性体片４が軸方向の位置ずれを防止するものである。カバー７は、天面部の開口を覆うように半円環状の形状を有している。このようなカバー７は、ケース６の天面部に接着剤で固定される。

連結部材５は、図３及び図４に示すように、係合片８と係合凹部９とを有する。係合片８は、板状部材からなり、ケース６の端面部６ａの内環側に一体に形成されている。係合片８は、連結により隣接するケース６の端面部６ａに向かって突出しており、突出先端は外環側に向かって屈曲している。係合凹部９は、係合片８よりも底面側の位置に、ケース６の端面部６ａの内環側に形成されている。係合凹部９は、端面部６ａが直方体形状に切り欠かれた切欠き部である。この切欠き部には、直方体形状に窪んだ凹部が形成されている。

ケース６の端面部６ａの外環側にも、係合片８及び係合凹部９が形成されている。この外環側の係合片８の突出先端は内環側に向かって屈曲している。係合凹部９は、係合片８よりも上面側の位置に形成されている。図３に示す連結部材５と隣接する連結部材には、図３の連結部材５の係合片８及び係合凹部９それぞれに対応する位置に、係合凹部９及び係合片８が形成されている。

次に本実施の形態の変流器１の組み立て手順について説明する。まず、磁性体片４、ケース６及びカバー７を準備する。次いで、ケース６の中に磁性体片４を収納して、ケース６の天面部にカバー７を被せてカバー７を固定する。次いで、磁性体片４の周囲にケース６及びカバー７の上から巻線機によって二次巻線３を巻きつける。こうして二次巻線が巻かれた磁性体片４を得る。同じ手順で二次巻線が巻かれた磁性体片４を作製する。次いで、二次巻線３が巻かれた磁性体片４，４を、図５に示すように互いの端面が対向するように配置する。次いで、磁性体片４，４の端面同士を突き合わせる。そうすると、一方の磁性体片４に設けた連結部材５の係合片８が他方の磁性体片４に設けた連結部材５の係合凹部９に差し込まれる。係合凹部９に差し込まれた係合片８は、先端の屈曲した部分が係合凹部９の凹部に引っ掛かる。これによって、係合片８が係合凹部９と係合して、磁性体片４，４が連結部材５によって連結され、図１に示すような変流器１を得る。

上記したように、本実施の形態の変流器１が備える磁性体コア２は、二つの半円環状を成す磁性体片４を連結部材５によって連結することにより構成される。このため、磁性体片４の連結前に各磁性体片４の略全長にわたって二次巻線３を巻きつけ、次いでこの磁性体片４を連結することで、磁性体コア２の連結部近傍にも二次巻線３を巻きつけることができる。これによって、磁性体コア２の略全周にわたって二次巻線３がトロイダル形状に巻かれた変流器１を得ることができる。

上記したような変流器１を組み立てるにあたっては従来技術のように溶接を要せずに環状の磁性体コア２を作製することができる。また、二次巻線３が巻かれた磁性体片４を作製するにあたり、ソレノイド形状のコイルの巻き方と同様の巻き方で二次巻線３を磁性体片４に巻きつけるため、環状のものに二次巻線を巻きつけることに比べて、巻線機の構造をより簡易なものにできる。小型の変流器１を作製する場合でも巻線機を用いて磁性体片４に二次巻線３を巻きつけることができる。したがって、低コスト、短時間で変流器１の生産が可能となり、生産性を向上させることができる。

また、本実施の形態の変流器１においては、磁性体片４の端面を覆う態様で形成した磁性体片４を保持するケース６を備えており、磁性体片４の端面に対向するケース６の部分が連結部材５を形成している。磁性体片４がケース６で保持されているので、磁性体片４を連結して作製される磁性体コアの形状はより安定化したものとなる。また、磁性体片４の外形形状と略一致する領域を磁性体片４の収納空間として有したケース６を使用することで、磁性体片４の位置ずれが生じにくくなり、磁性体片４を連結して作製される磁性体コアの形状はより一層安定化したものとなる。

また、本実施の形態の変流器１においては、連結部材５の構成部材であるケース６の端面部６ａは、略一定の厚みを有して板状に形成されており、その内側面及び外側面は平坦な面に加工されている。このため、図４に示すように、磁性体片４の端面とケース６の端面部６ａの内側面とが面接触すると共に、連結により隣接するケース６の端面部６ａの外側面同士が面接触して、磁性体片４，４が連結される。これによって、より安定した連結状態が実現される。

連結部材５の材料として、磁性体片４をなす磁性体よりも透磁率が小さい材料を選択することで、連結部材５は空隙形成部材として構成することができる。空隙形成部材は、磁性体コア２の磁路中の空隙として形成される。この空隙は、変流器の機能が失われないように磁性体コア２の磁気飽和を緩和するものである。連結部材５によって面接触で磁性体片４，４が連結されて磁性体コアが作製されるものにあっては、図４に示すように、空隙の幅Ｌは実質的にはケース６の端面部６ａの厚みによって規定され、ケース６の端面部６ａの厚み以外の要因による空隙の幅Ｌのばらつきは軽減したものになる。したがって、空隙の幅Ｌを設定するにあたっては、その幅Ｌの半分の長さなるようにケース６の端面部６ａの厚みを設定することで、空隙の幅Ｌをより正確に実現できる。しかも、面接触で磁性体片４，４が連結されるので、空隙の幅Ｌをより高精度に保つことができる。

また、本実施の形態の変流器１においては、連結により隣接する連結部材５，５のうち一方の連結部材５は他方の連結部材５に向かって突出する係合片８を有しており、他方の連結部材５は係合片８と係合する係合凹部９を有している。係合片８の突出先端の屈曲した部分が係合凹部９の凹部に引っ掛かって係合片８が係合凹部９に係止されるので、より強固な連結状態が実現される。

図６は、本発明の別の実施の形態である変流器におけるコアユニットの斜視図である。なお、図６において、図１〜図５に示した実施の形態と共通する部分には同一符号を付し、それらの説明を省略する。

図６に示した実施の形態では、連結部材５が有する係合片及び係合凹部の形状、配置が上述した実施の形態のものと異なっている。本実施の形態では、ケース６の一方の端面部６ａには、円柱状に突出した係合片１８がその端面上の４箇所に一体に設けてあり、ケース６の他方の端面部６ａには、係合凹部１９がその端面上の４箇所に設けてある。係合片１８は、その外形形状が円柱状の形状を有しており、係合凹部１９は、係合片１８の外形形状と合致する形状の穴部を有する。

図６に示したコアユニットと連結されるもう一つのコアユニットにおけるケース６においても、図６に示したケース６の一方の端面部６ａに設けた係合片１８と対応する位置に係合凹部１９が設けてあり、図６に示したケース６の他方の端面部６ａに設けた係合凹部１９に対応する位置に係合片１８が設けてある。

この実施の形態においては、係合片１８が係合凹部１９に差し込まれて係合片１８が係合凹部１９に篏合するので、より強固な連結状態が実現される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、この実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。例えば、上記した実施の形態では、二つの半円環状の磁性体片が連結部材で連結されて円環状の磁性体コアが形成されているが、磁性体コアの形状としては円環状に限らず、多角環状のものであってよい。これに伴い、磁性体コアが多角環状に形成されるように、磁性体片の形状を半円環状以外の形状とすることができる。磁性体片の数も二つに限らず三つ以上であってよい。連結部材が空隙形成部材として構成される場合、磁性体片の数の増加に伴って連結部材の数が増加し、その結果、磁路中の空隙の数も増加するが、このように空隙の数が増加しても空隙形成部材の厚みを調整するなどして空隙の幅の合計が一致するように設計することで、同等な性能を有する変流器を得ることができる。

上記の実施の形態では、磁性体片に巻線機を用いて二次巻線を巻きつけているが、予め巻かれた空芯巻きの二次巻線を準備しこの空芯巻きの二次巻線の内側に磁性体片を挿入することで、二次巻線が巻かれた磁性体片を作製することもできる。連結部材が有する係合片及び係合凹部の形状及び配置についても上記した実施の形態に限らず、各種の設計変更が可能である。

１ 変流器
２ 磁性体コア
３ 二次巻線
４ 磁性体片
５ 連結部材
８，１８ 係合片
９，１９ 係合凹部
６ ケース
６ａ 端面部

Claims (2)

1. 磁性体コアに二次巻線が巻かれた変流器において、
   前記磁性体コアは、複数の円弧形状の磁性体片と、各磁性体片の端面に設けた連結部材とを備え、前記連結部材を互いに連結することによって環状に形成され、
   連結により隣接する連結部材のうち一方の連結部材は、他方の連結部材に向かって突出する係合片を有し、他方の連結部材は、前記係合片と係合する係合凹部を有し、
   前記係合片は、前記磁性体片における前記端面の内周縁および外周縁から前記磁性体片の周方向に突出し、
   前記係合凹部は、前記磁性体片における前記端面の内周縁および外周縁から前記磁性体片の周面に沿って形成された切欠き部であり、
   前記係合片が前記係合凹部に対してスナップフィット式に係合することを特徴とする変流器。
2. 前記磁性体片を保持するケースおよびカバーを備え、
   前記ケースは前記磁性体片の内周面、外周面、周方向両端面、および軸方向の一方の側面を覆う態様で形成され、軸方向の他方が開口し、
   前記カバーは、前記ケースにおける軸方向の他方の側面を覆い、
   前記磁性体片の端面に対向する前記ケースの角部分が前記連結部材を形成することを特徴とする請求項１に記載の変流器。

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