JPWO2008084757A1 - リアクトル共有形変圧器 - Google Patents

Abstract

変圧器の構造を変えずにリアクトル機能を容易に追加することができるようにするため、外鉄形鉄心２に入力側コイル１ｂ及び出力側コイル１ａ、１ｃを巻回して、入力側コイル１ｂに電圧が印加されることによって生じる磁束が、出力側コイル１ａ，１ｃに電圧を誘起させるように変圧器を構成し、更に巻き方向が逆であり、かつ巻数が同じである２枚で一対を構成するリアクトル用コイル３ａ，３ｂを外鉄形鉄心２に巻回させることにより、全体としてリアクトル共有形変圧器を形成する。

Description

この発明は、例えば車両の床下に搭載される車両用変圧器にリアクトル機能が追加されたリアクトル共有形変圧器に関するものである。

従来変圧器にリアクトル機能を追加する場合、一般に鉄心を一部共有したり、あるいは別個に製作したリアクトルを変圧器に組み込むようなことが行われている。又変圧器と別に製作したリアクトルをタンクと一体的に構成したものもあった。

更に従来の分路リアクトル共有形変圧器として、変圧器の継鉄の一部に設けられたバイパス鉄心と、継鉄の一部とバイパス鉄心で囲まれた空間内に設けられたギャップ鉄心およびリアクトルコイルとからなり、バイパス鉄心がリアクトルの継鉄を形成しているとともに、変圧器のコイルと分路リアクトルのコイルの巻方向を、継鉄の一部中の変圧器磁束とリアクトル磁束が互いに打ち消す方向になっているようなものもあった（特許文献１参照）。

特公平０６−８２５８２号公報

従来のリアクトル共有形変圧器は以上のように構成されているので、リアクトルが変圧器とは別構造となってしまい、部品点数が増加し、タンクの形状が複雑になってしまうという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、変圧器の構造を変えずにリアクトル機能を追加することのできるリアクトル共有形変圧器を提供することを目的とする。

この発明に係るリアクトル共有形変圧器は、鉄心と、鉄心に巻回された変圧器側のコイルである入力側コイル及び出力側コイルと、鉄心に巻回され、互いに巻数が同じである２枚又は２群で一対を構成するリアクトル用コイルとを備え、リアクトル用コイルによって発生する磁束が互いに相殺し合うようにリアクトル用コイルを互いに接続して構成したものである。

この発明に係るリアクトル共有形変圧器によれば、鉄心と、鉄心に巻回された変圧器側のコイルである入力側コイル及び出力側コイルと、鉄心に巻回され、互いに巻数が同じである２枚又は２群で一対を構成するリアクトル用コイルとを備え、リアクトル用コイルによって発生する磁束が互いに相殺し合うようにリアクトル用コイルを互いに接続して構成したので、変圧器自体の構成を変えることなく、リアクトル機能を容易に追加することができるようになる。

又変圧器の鉄心構造自体を変更することなく、更には従来のようなバイパス鉄心が必要でなくなるので、装置全体の小型化及び軽量化を図ることができるようになる。更に従来のように、変圧器と別構造のリアクトルをタンクに組み込むための作業をなくすことができるので、組み立て作業上のコストダウンを図ることができるようになる。

外鉄形変圧器の一般形態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１によるリアクトル共有形変圧器を示す断面図である。 別の形態によるリアクトル共有形変圧器を示す断面図である。 この発明の実施の形態２によるリアクトル共有形変圧器を示す断面図である。

実施の形態１．
図１はいわゆる一般的な外鉄形変圧器を示す斜視図であり、図１において、変圧器のコイル１は鉄心２に巻回されるとともに、鉄心２はコイル１の外側に位置するように設けられている。

図２はこの発明の実施の形態１によるリアクトル共有形変圧器を示す断面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面に相当する断面図である。尚図１においては、コイル１は１個しか示されていないが、実際には図２に示されるように、鉄心２には複数のコイル１ａ、１ｂ、１ｃ、３ａ、３ｂが巻回されている。

図２において、コイル１ａ、１ｂ、１ｃは変圧器を構成するコイルであり、入力側コイル１ｂと、出力側コイル１ａ，１ｃは鉄心２に巻回されるとともに、入力側コイル１ｂに電圧が印加されることによって生じる磁束により、出力側コイル１ａ，１ｃに電圧が発生する。コイル３ａ、３ｂはリアクトルを構成するコイルである。

鉄心２は、主鉄心２ａと、この主鉄心２ａの両側に平行に配置された鉄心脚２ｂと、これら主鉄心２ａおよび鉄心脚２ｂを結合する継鉄２ｃとを備えている。主鉄心２ａには、鉄心２により囲まれた空間Ｂの内部で入力側コイル１ｂが巻かれている。

主鉄心２ａにはまた、鉄心２により囲まれた空間Ｂの内部で２つの出力側コイル１ａ、１ｃも巻かれており、出力側コイル１ａ、１ｃは入力側コイル１ｂの両側でこれを軸方向に挟むように配置されている。

リアクトル用コイル３ａ、３ｂは互いに巻き方向が逆である点以外は同一形状のコイルであり、このような巻き方向を逆にした２枚で一対を構成するコイル３ａ、３ｂを変圧器の同一の鉄心２に巻回させることにより、リアクトル共有形変圧器を構成するものである。

又リアクトル用コイル３ａ、３ｂは変圧器側の出力側コイル１ａ、１ｃ及び入力側コイル１ｂとは巻数が異なる同一形状のコイルが使用されている。

次に上記のように構成されたリアクトル共有形変圧器の動作について説明する。リアクトル共有形変圧器は車両の床下に搭載されており、電力はトロリー線からパンタグラフにより得られ遮断器を介して車両搭載用変圧器の鉄心２に巻かれた入力側コイル１ｂに供給される。

トロリー線からパンタグラフと遮断器を介して受電された電圧が、車両搭載用変圧器の入力側コイル１ｂに入力され、変圧されて車両搭載用変圧器の出力側コイル１ａ、１ｃに出力される。

この出力側コイル１ａ、１ｃの出力はＰＷＭコンバータに供給され、ここで単相交流が直流に変換される。更にこの変換された直流はインバータに給電され、ここで直流が三相交流に変換される。この三相交流は、三相電動機を駆動してその車両の車輪を駆動するようになっている。ここでリアクトル用コイル３ａ、３ｂは上記ＰＷＭコンバータとインバータの間に設置されることにより、平滑リアクトルとして作用する。

リアクトル共有形変圧器を構成する各コイル１ａ、１ｂ、１ｃ、３ａ、３ｂに電流を流すことにより、鉄心２には、変圧器コイル１ａ、１ｂ、１ｃによって発生する実線によって示されるような磁束Ｏ、リアクトル用コイル３ａによって発生する点線によって示されるような磁束ｐ、及びリアクトル用コイル３ｂによって発生する一点鎖線によって示されるような磁束ｑがそれぞれ発生する。

ここでリアクトル用コイル３ａ、３ｂは巻数が同じであり、かつ巻方向が逆である同一形状のコイルであるから、磁束ｐ、ｑは大きさが同じであり、かつ方向が逆の磁束となる。

従って磁束ｐ、ｑはお互い相殺し合うので、鉄心２には磁束Ｏのみが残り、鉄心２は磁束Ｏのみを通す大きさのもので済むことになり、従来の変圧器とリアクトルとを別々に構成した装置と比べると、装置全体の大きさの小型化を図ることができるようになる。

以上のようにリアクトル用コイル３ａ、３ｂを変圧器コイル１ａ、１ｂ、１ｃと同一形状に構成するので、変圧器自体の構成を変えることなく、リアクトル機能を容易に追加することができるようになる。

又変圧器の鉄心構造自体を変更することなく、更には従来のようなバイパス鉄心が必要でなくなるので、装置全体の小型化及び軽量化を図ることができるようになる。又従来のように、変圧器と別構造のリアクトルをタンクに組み込むための作業をなくすことができるので、組み立て作業上のコストダウンを図ることができるようになる。

尚図２において、更に別のリアクトル用コイルをコイル３ａ、３ｂに対し並列になるように増加させることにより、リアクトル値を容易に増加させることができるようになる。この場合においては、２枚で一対となるコイルを並列に追加させることとなるので、コイル数自体は４，６，８・・・・と偶数枚ずつ増加していくことになる。

この場合リアクトル用コイルを４枚設置した場合には、２枚で１群を構成することとなり、２群で１対を構成することにより全体で４枚のリアクトル用コイルが設けられることとなる。以下同様に３枚、４枚・・・・で１群を構成し、２群で１対を構成することにより全体で６枚、８枚・・・・のリアクトル用コイルが設けられることになる。

従って図２に示した構造を含めると、巻数が同じであり、かつ巻方向が逆である２枚又は２群で一対を構成するリアクトル用コイルを同一の鉄心に巻回させて構成することになるのである。又図２においては、主鉄心２ａにギャップが設けられていない場合について説明したが、図３に示すように、ギャップＧを設けるようにしても良い。

これにより鉄心が２つに完全に分割されているので、図2の構造に比べると磁束の流れが上下に完全に分割されることとなり、磁束の流れが途中で分流することなくシンプルになるため、無負荷損(core loss)の発生量が少なくなる。又図３に示すような構造を採用することにより、鉄心の幅が主鉄心２ａ、鉄心脚２ｂ及び継鉄２ｃにおいて全て同じとなるので、同一の幅に鉄心を切断すれば済むようになる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるリアクトル共有形変圧器を示す断面図であり、図において、変圧器側のコイル１ａ、１ｂ、１ｃとリアクトル側のコイル３ａ、３ｂとの間に変圧器側のコイル１ａ、１ｂ、１ｃがリアクトル側のコイル３ａ、３ｂの影響を受けないようにするためのセパレート鉄心４を設けたものである。即ち図４に示すように、リアクトル側のコイル３ａから漏れた磁束を変圧器側のコイル１ｃに通さないように、複数の鉄心を軸方向Ｘに積み上げるようにしてセパレート鉄心４を構成するものである。

このようにセパレート鉄心４を設けることにより、リアクトル側の漏洩磁束が変圧器側に影響を及ぼすことを阻止することができるとともに、変圧器側の漏洩磁束がリアクトル側に影響を及ぼすことを阻止することができる。

又図４に示すように、リアクトル用コイル３ａ、３ｂの間に当該リアクトル用コイル３ａ、３ｂのリアクタンスを変えるためのギャップ鉄心５を設けるようにしても良い。ギャップ鉄心５は同一形状の複数の鉄心を短冊型に構成してリアクトル用コイル３ａ、３ｂの間に漏れ磁束を蓄えることができるように、軸方向Ｘに対して垂直な方向に積み上げるようにして構成するものである。

このようにギャップ鉄心５を挿入することにより、リアクタンスを変えることができる。即ちギャップ鉄心５中に漏れ磁束が集中するようになるので、リアクタンスを大きくすることができるようになり、従ってギャップ鉄心５の形状、寸法などを変化させることにより、リアクトル用コイル３ａ、３ｂのリアクタンスを変えることができるようになる。

尚図に示す構成においては、２枚のリアクトル用コイル３ａ，３ｂの間にギャップ鉄心５を設けた場合について説明したが、リアクトル用コイルが４枚以上の２群で構成されるときは、２群のリアクトル用コイルの間にギャップ鉄心を設けることになる。又上記実施の形態１,２においては、外鉄形の変圧器について説明したが、内鉄形の変圧器において上記構成を採用するようにしても良い。更に上記説明においては、車両用として説明したが、他の用途に用いるようにしても良い。

この発明は車両用変圧器のみならず、リアクトル機能が追加されるリアクトル共有形変圧器全般において適用することができる。

Claims (3)

1. 鉄心と、上記鉄心に巻回された変圧器側のコイルである入力側コイル及び出力側コイルと、上記鉄心に巻回され、互いに巻数が同じである２枚又は２群で一対を構成するリアクトル用コイルとを備え、上記リアクトル用コイルによって発生する磁束が互いに相殺し合うように上記一対のリアクトル用コイルを互いに接続して構成したことを特徴とするリアクトル共有形変圧器。
2. 上記変圧器側のコイルと上記リアクトル用コイルとの間に、上記変圧器側のコイルが上記リアクトル用コイルによる漏れ磁束の影響を受けないようにするためのセパレート鉄心を設けたことを特徴とする請求項１記載のリアクトル共有形変圧器。
3. 上記２枚又は２群のリアクトル用コイルの間に上記リアクトル用コイルのリアクタンスを変えるためのギャップ鉄心を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のリアクトル共有形変圧器。

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