(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023128092
(43)【公開日】2023-09-14
(54)【発明の名称】変圧器
(51)【国際特許分類】
H01F 30/10 20060101AFI20230907BHJP
H01F 27/24 20060101ALI20230907BHJP
H01F 27/29 20060101ALI20230907BHJP
H01F 27/28 20060101ALI20230907BHJP
H01F 27/32 20060101ALI20230907BHJP
【ＦＩ】
H01F30/10 A
H01F30/10 F
H01F30/10 H
H01F30/10 S
H01F27/24 M
H01F27/29 S
H01F27/28 176
H01F27/32 130
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022032191
(22)【出願日】2022-03-02
(71)【出願人】
【識別番号】522083215
【氏名又は名称】株式会社ＦＩＨサーモエンジニアリング
(74)【代理人】
【識別番号】110003317
【氏名又は名称】弁理士法人山口・竹本知的財産事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100075166
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 巖
(74)【代理人】
【識別番号】100133167
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100169627
【弁理士】
【氏名又は名称】竹本 美奈
(72)【発明者】
【氏名】藤田 満
【テーマコード（参考）】
5E043
5E044
【Ｆターム（参考）】
5E043AB05
5E043DA01
5E043DB02
5E043EB01
5E043EB02
5E043EB05
5E044CA08
5E044CB06
(57)【要約】
【課題】ＩＨ電源と負荷との間に接続する高周波変圧器を提案する。
【解決手段】複数のフェライト材を平行四辺形の四辺をなすように組み合わせて形成された鉄心層片を積層してなる角筒状鉄心２０と、角筒状鉄心２０の１つの側壁２１を囲繞する一次コイル７０及び二次コイル８０とを含む変圧器である。二次コイル８０が一次コイル７０の内側と外側に分配して配置され、一次コイル７０に電源が接続され、二次コイル８０に負荷が接続される。一次コイル７０及び二次コイル８０は複数本の巻線からなり、巻線端子が端子台６０，６１に接続される。端子台６０，６１に巻線端子を接続するかしないかを選択して通電する一次コイル７０及び二次コイル８０のターン数を変えることができる。
【選択図】図６
【解決手段】複数のフェライト材を平行四辺形の四辺をなすように組み合わせて形成された鉄心層片を積層してなる角筒状鉄心２０と、角筒状鉄心２０の１つの側壁２１を囲繞する一次コイル７０及び二次コイル８０とを含む変圧器である。二次コイル８０が一次コイル７０の内側と外側に分配して配置され、一次コイル７０に電源が接続され、二次コイル８０に負荷が接続される。一次コイル７０及び二次コイル８０は複数本の巻線からなり、巻線端子が端子台６０，６１に接続される。端子台６０，６１に巻線端子を接続するかしないかを選択して通電する一次コイル７０及び二次コイル８０のターン数を変えることができる。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のフェライト材を平行四辺形の四辺をなすように組み合わせて形成された鉄心層片を積層してなる角筒状鉄心と、該角筒状鉄心の１つの側壁を囲繞する一次コイル及び二次コイルとを含む、変圧器であって、
前記二次コイルが前記一次コイルの内側と外側に分配して配置され、
前記一次コイルに電源が接続され、前記二次コイルに負荷が接続される、変圧器。
前記二次コイルが前記一次コイルの内側と外側に分配して配置され、
前記一次コイルに電源が接続され、前記二次コイルに負荷が接続される、変圧器。
【請求項2】
前記フェライト材が板状であって、該フェライト材の側面どうしを当接させて前記鉄心層片を形成してある、請求項１に記載の変圧器。
【請求項3】
積層されて隣接する前記鉄心層片における前記フェライト材どうしの当接部位が互いに重なり合わない、請求項２に記載の変圧器。
【請求項4】
積層される２枚の前記鉄心層片の間に、当該鉄心層片をなす前記フェライト材を担持する担持板が介在している、請求項２に記載の変圧器。
【請求項5】
前記担持板は、内周縁が前記鉄心層片の内周縁よりも内方へはみ出し、該はみ出した内周側部位に切欠を複数有する、請求項４に記載の変圧器。
【請求項6】
前記一次コイル及び前記二次コイルがそれぞれ複数本の巻線から構成され、
前記一次コイルの前記巻線は、電源を接続する一次側端子台に接続され、
前記二次コイルの前記巻線は、負荷を接続する二次側端子台に接続され、
前記一次側端子台及び前記二次側端子台における前記巻線の接続形態を変更することにより、通電ターン数を切り替えられる、請求項１～５のいずれか１項に記載の変圧器。
前記一次コイルの前記巻線は、電源を接続する一次側端子台に接続され、
前記二次コイルの前記巻線は、負荷を接続する二次側端子台に接続され、
前記一次側端子台及び前記二次側端子台における前記巻線の接続形態を変更することにより、通電ターン数を切り替えられる、請求項１～５のいずれか１項に記載の変圧器。
【請求項7】
前記角筒状鉄心と前記一次コイルと前記二次コイルとの間を仕切って非接触を保つ複数の仕切板を含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の変圧器。
【請求項8】
前記仕切板は、前記角筒状鉄心から両端がはみ出る長さをもつ、請求項７に記載の変圧器。
【請求項9】
前記仕切板には、冷却風を通す通風孔が１つ以上形成される、請求項７又は８に記載の変圧器。
【請求項10】
前記一次コイル及び前記二次コイルにおいて、表面を絶縁処理した細導線を複数本撚って束ねた線材が巻線として使用されている、請求項１～９のいずれか１項に記載の変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
ここに開示するのは、変圧器、特に、高周波変圧器に関する技術である。
【背景技術】
【0002】
誘導加熱、電気ヒータ加熱、ガス燃焼などによる熱で材料を加熱処理することが工業分野で広く行われている。これに関し、温暖化対策に係るＣＯ２削減、作業環境の安全対策、加熱効率の向上を早急に実現していく必要がある。中でも誘導加熱（ＩＨ）は、非接触で被加熱体（ワーク）に誘導電流を発生し、その損失でワーク自体を発熱させることから、高効率で広い領域又は局部の加熱や均一加熱を実現できる、優れた加熱技術である。ただし、ワークの大きさ、抵抗率、厚みなどに応じて個別に運転周波数、負荷コイルとワークとの距離、負荷コイルのターン数（巻数）を変える必要があり、個別の負荷コイル、高価な電源、そして負荷コイルの冷却が要るといった問題がある。最近では、調理用にいわゆるＩＨコンロが使用され、火を使わない、片付けが楽である、などの利点から家庭にも普及している。この装置には安価な汎用ＩＨ電源が用いられている。一方、工業用途では、工場のラインで部品乾燥を間欠に行う工程や部品の予熱工程などに活用され、その汎用ＩＨ電源には数ｋＷ～数十ｋＷのものがラインナップされている。
【0003】
図１は、インダクタンスＬを横軸に、コイル感度Ｑ（Ｑ＝２πｆＬ／Ｒ、ｆ：周波数、Ｒ：抵抗）を縦軸にしたＬＱマップであり、安価でコンパクトなＩＨ電源に対する良好な負荷定数範囲を示してある。ＩＨ電源からみた負荷定数がこの負荷定数範囲に入っていないと、電源のリミッタが作動してフルパワーでの運転はできない。負荷コイルの設計者は、解析や試作により、当該負荷定数範囲に入る負荷コイルを設計する必要がある。ワークが小さい場合は負荷コイルの巻きスペースが限定されるため負荷定数が小さく、汎用ＩＨ電源を適用できない場合もある。ワークが大きい場合は負荷定数が大きくなり同様である。これの解決策として、ＩＨ電源と負荷コイルとの間に高周波変圧器を接続し、電源からみたインピーダンスを変える方策がある。
【0004】
このような高周波変圧器は、薄板の珪素鋼板を積層し端板で押さえた鉄心にコイルを巻いた構造をもち、１本の巻線の途中に複数のタップ端子を設け、金属バーによる接続の切り替えで、電流が流れるコイルのターン数を変えるようにしてあるものが、一般的である。この構造の高周波変圧器の場合、珪素鋼板を押さえる端板でうず電流が発生し、発熱が生じる。さらに、タップ端子が高電圧になるため、ここの電界を緩和する絶縁設計が必要で、構造が複雑となる。また、コイルをパイプで構成した場合、表皮効果によりパイプの内側表面に電流が集中し、励磁抵抗が大きくなる。パイプとするのは、コイル及び端板の冷却のためにパイプ中に冷却水や冷却風を流すためなどであり、端板に冷却用のパイプを溶接する場合もある。
【0005】
鉄心にフェライト材を用いた高周波変圧器も提案されている（例えば特許文献１）。フェライト材は、磁性酸化鉄粉の焼結材であるからうず電流が発生せず、高透磁率であり、磁気シールドや通信でのセンサなどの部品として板状、棒状の汎用品（厚み５ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ６０ｍｍなど）が市販されている。ただし、１４００℃以上の焼成のためフェライトが割れやすいので、大面積のものは市販されていない。フェライト材は珪素鋼板に比べて飽和磁束密度が小さいが、数十ｋＷの容量の変圧器であれば問題とならない。
【0006】
通常、ＩＨコンロで使われている蚊取線香形の負荷コイルにはリッツ線が使用される。リッツ線は、エナメル被覆で絶縁した細銅線を複数撚って束にした線材である。それぞれの細銅線に一様に電流が流れるので低抵抗の巻線材である。表面積が大きいので細銅線からの熱放出に優れており、ＩＨコンロの場合、コンロ内のファンから風を送り負荷コイルを冷却する。リッツ線は柔らかいが、弾力性があるから、負荷コイルを支持する構造が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０１９－０６８０３３号公報
【発明の概要】
【0008】
上記背景技術に鑑みると、ＩＨの電源と負荷コイルとの間に設ける高周波変圧器について、フェライト材を鉄心に使用した変圧器が有用であり、この場合、板状（又は棒状）のフェライト材を組み合わせて鉄心を構成することが有利である。さらに、ＩＨ電源からみたインピーダンスが大きくなって図１のＬＱマップから外れることのないように、変圧器において、一次コイルと二次コイルとの磁気結合を良好にして励磁インダクタンスを小さくし、そして、より低抵抗の線材をコイルに用いて励磁抵抗を小さくすることが有利である。
【0009】
また、このような変圧器に関し、種々の負荷コイルに対応できるように、一次コイル（電源側）と二次コイル（負荷側）の通電巻数を容易に変えられるようにすることが有利である。このときに、一次コイル及び二次コイルの電流が流れない部分に電圧がかからないようにして、端子の絶縁設計を不要とできればなお良い。一次コイルと二次コイルの各ターン間の電圧は小さいが、コイル端間の電圧は大きいため、一次コイル、二次コイル、及びフェライト材のそれぞれが互いに接触しないようにする支持構造が有利である。
【0010】
高周波変圧器を介在させてインピーダンスの小さい負荷を駆動する場合、その高周波変圧器の二次コイルの巻数は、一次コイルの巻数より少なくする。この場合に、二次コイルには、一次電流を一次コイル－二次コイルの巻数比倍した電流が流れるため、二次コイルの発熱が大きくなる。したがって、二次コイルを冷却した方が良い。また、フェライト材もヒステリシス損失で発熱するため、冷却するのが好ましい。
【0011】
以上の課題のいずれか一つ以上を解決する手段を本発明により提案する。
まず、板状のフェライト材の側面どうしを当接させて平行四辺形の四辺をなすように組み合わせることにより１枚の四辺形鉄心層片を形成し、この鉄心層片を複数枚積層することで、角筒状鉄心を形成する。このように鉄心を形成するにあたり、２枚の鉄心層片を積層して一組とする。一組の鉄心層片は、一方の鉄心層片にあるフェライト材どうしの当接部位に対し、他方の鉄心層片にあるフェライト材どうしの当接部位が重ならないように組み合わせることができる。このようにして積層する２枚の鉄心層片の向き合っている面を互いに接着すると、一組の鉄心層片の完成である。この鉄心層片の組を積層していって、隣接した層片のフェライト材どうしの当接部位が互いに重なり合っていない形態の角筒状鉄心がつくられる。当接部位が重ならず且つ板状のフェライト材の広い面で各層片を接着できるので、層片どうしの層間接着力が大きくなる。
まず、板状のフェライト材の側面どうしを当接させて平行四辺形の四辺をなすように組み合わせることにより１枚の四辺形鉄心層片を形成し、この鉄心層片を複数枚積層することで、角筒状鉄心を形成する。このように鉄心を形成するにあたり、２枚の鉄心層片を積層して一組とする。一組の鉄心層片は、一方の鉄心層片にあるフェライト材どうしの当接部位に対し、他方の鉄心層片にあるフェライト材どうしの当接部位が重ならないように組み合わせることができる。このようにして積層する２枚の鉄心層片の向き合っている面を互いに接着すると、一組の鉄心層片の完成である。この鉄心層片の組を積層していって、隣接した層片のフェライト材どうしの当接部位が互いに重なり合っていない形態の角筒状鉄心がつくられる。当接部位が重ならず且つ板状のフェライト材の広い面で各層片を接着できるので、層片どうしの層間接着力が大きくなる。
【0012】
鉄心層片の別の組み方として、積層する２枚の鉄心層片の間に、当該鉄心層片をなすフェライト材を担持する担持板を介在させる組み方とすることもできる。この組み方において、平行四辺形の四辺をなすように組み合わせたフェライト材は、その広い面を担持板に接着するなどして担持されるので、層間接着力が強い。層間に担持板を介在させた２枚の鉄心層片を一組として、該鉄心層片の組を多数積層することで角筒状鉄心を形成する。
【0013】
この担持板を用いた組み方の場合、担持板は、内周縁が鉄心層片の内周縁よりも内方へはみ出し、該はみ出した内周側部位に切欠を複数有する形態とすることができる。この切欠は、後述の仕切板の側縁を保持するべく使用可能である。
【0014】
四辺形鉄心層片を積層して形成した角筒状鉄心は、その両端面に支持板を当てて該支持板で挟持し固定する。この支持板にはボルトを通し、ナットで支持板を締め込んで鉄心を挟持させる。ボルトは角筒状鉄心の上下左右の移動を制限して位置が変わらないように拘束するべく複数設けることができる。角筒状鉄心の１つの側壁（四辺形の一辺）を囲繞するように一次コイルと二次コイルとを配線し且つ二次コイルは一次コイルを挟んで内側と外側に配線する。一次コイルと二次コイルとの磁気結合に優れ、励磁インダクタンスを小さくすることができる。
【0015】
一次コイル及び二次コイルは、鉄心側壁の幅方向に分布し、一次コイルを挟んで内側と外側に分配される二次コイルがターン間に間隔をあけて配置される。幅方向に間隔をあける二次コイルは、幅方向で左右対称となるように且つ内側と外側とでほぼ同じ場所にあるように配置する。一次コイル端からの漏れ磁束を抑えて、さらに励磁インダクタンスを小さくできる。
【0016】
一次コイル、二次コイルとも、複数本の巻線から構成する。一次コイルをなす巻線の各端子は一次側端子台に接続し、二次コイルをなす巻線の各端子は二次側端子台に接続する。複数本の巻線及び端子台を用いたその接続構造により、端子台において巻線の接続形態を変更するだけで所望のターン数に通電することができ、一次コイル及び二次コイルのターン数切り替えが容易であると共に、コイル端部を固定することができる。通電しない巻線は電気的に開放の状態であるから電圧がかからない。
【0017】
角筒状鉄心を固定する支持板には、角筒状鉄心の開口に相応する第１の窓と、第１の窓から離間した第２の窓とを設け、これら第１及び第２の窓を通して複数の仕切板を設置する。この仕切板により、角筒状鉄心と一次コイルと二次コイルとの間を仕切って両コイルの巻線を巻回することにより、角筒状鉄心、一次コイル、二次コイルの非接触を保つ。仕切板は、その両端が、角筒状鉄心（及びこれを挟持した支持板）からはみ出る長さとし、一次コイルの巻線の湾曲部分、二次コイルの巻線の湾曲部分、そして鉄心が互いに接触しないように構成する。仕切板により、優れたコイル支持構造が得られる。仕切板には、通風孔を１つ以上形成して冷却風の通りを良くし、一次コイル、二次コイル、及び角筒状鉄心の効果的冷却を実現する。
【0018】
一次コイル及び二次コイルの巻線には、表面を絶縁処理した細導線を複数本撚って束ねた線材、例えば上述のリッツ線を使用する。コイルの湾曲部分を容易に形成できるうえ、コイルを流れる電流が各細導線を通って均一に流れるから、コイル抵抗を小さくすることができる。その結果、コイルの発熱を低減し、励磁インピーダンスを小さくすることができ、ＬＱマップの負荷定数範囲（図１参照）に入れやすい。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】横軸がインダクタンスＬで縦軸がコイル感度ＱのＬＱマップ。
【図2】角筒状鉄心を形成する鉄心層片を示す図。
【図3】仕切板を配置した角筒状鉄心を示す図。
【図4】小仕切板と大仕切板の詳細を示す図。
【図5】一次コイル及び二次コイルを取り外した状態で変圧器全体を示す図。
【図6】角筒状鉄心、仕切板、一次コイル、二次コイル、一次側端子台、及び二次側端子台を、組み付けた状態で示す図。
【図7】一次コイルの巻線配置と二次コイルの巻線配置を説明する図。
【図8】端子台によるターン数の切り替え（９ターン～７ターン）を説明する図。
【図9】端子台によるターン数の切り替え（６ターン～４ターン）を説明する図。
【図10】角筒状鉄心を形成する鉄心層片の組み方の別の例を示す図。
【図11】角筒状鉄心を形成する鉄心層片の組み方の別の例を示す図。
【図12】角筒状鉄心を形成する鉄心層片の組み方の別の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明を実施する形態に関し、具体的な実施例を例示して説明する。
【0021】
図２に、フェライト材を組み合わせた鉄心層片を複数枚用いて形成する角筒状鉄心を示す。
板状のフェライト材Ｆを８枚、その側面どうしを互いに当接させて平行四辺形の四辺をなすように組み合わせることで、１枚の四辺形の鉄心層片１０が形成される。１つの鉄心層片１０に対し、同様にフェライト材Ｆを組み合わせて四辺形に形成した別の鉄心層片１０を裏返した状態で積層し、２枚の鉄心層片１０の向き合っている面１１を互いに接着すると、この２枚からなる一組の鉄心層片１０は、片方の鉄心層片１０にあるフェライト材Ｆどうしの当接部位１２に対し、他方の鉄心層片１０にあるフェライト材Ｆどうしの当接部位１２が重ならないように組み合わせられている。このように組み合わせてあれば、両方の鉄心層片１０においてフェライト材Ｆは、側面どうしを（接着等せずに）当接させただけの状態で、ばらけることなく組み上がった形状を維持する。フェライト材Ｆの側面どうしを接着剤等により接着することも可能ではあるが、当接面の間に接着剤等が介在していると磁束密度に影響するので、当接させる側面には何も介在させず当接するだけとし、積層する一組の鉄心層片１０の向き合った面１１（フェライト材の板の上面と下面の広い面）で接着する。
板状のフェライト材Ｆを８枚、その側面どうしを互いに当接させて平行四辺形の四辺をなすように組み合わせることで、１枚の四辺形の鉄心層片１０が形成される。１つの鉄心層片１０に対し、同様にフェライト材Ｆを組み合わせて四辺形に形成した別の鉄心層片１０を裏返した状態で積層し、２枚の鉄心層片１０の向き合っている面１１を互いに接着すると、この２枚からなる一組の鉄心層片１０は、片方の鉄心層片１０にあるフェライト材Ｆどうしの当接部位１２に対し、他方の鉄心層片１０にあるフェライト材Ｆどうしの当接部位１２が重ならないように組み合わせられている。このように組み合わせてあれば、両方の鉄心層片１０においてフェライト材Ｆは、側面どうしを（接着等せずに）当接させただけの状態で、ばらけることなく組み上がった形状を維持する。フェライト材Ｆの側面どうしを接着剤等により接着することも可能ではあるが、当接面の間に接着剤等が介在していると磁束密度に影響するので、当接させる側面には何も介在させず当接するだけとし、積層する一組の鉄心層片１０の向き合った面１１（フェライト材の板の上面と下面の広い面）で接着する。
【0022】
この鉄心層片１０の組を多数積層していくと、隣接した層片１０のフェライト材Ｆどうしの当接部位１２が互いに重なり合っていない形態の角筒状鉄心２０（図３）が形成される。当接部位１２が重ならず且つ板状のフェライト材Ｆの広い面で各鉄心層片１０を接着できるので、分離し難く且つ層間接着力の大きい角筒状鉄心２０を得られる。
【0023】
図２の鉄心層片１０を、一例として３０枚積層し角筒形態に形成した角筒状鉄心２０が図３に示されている。この角筒状鉄心２０の中を通して大中小の４枚の仕切板３０，３１，３２が配置され、これら仕切板３０，３１，３２は非磁性、絶縁性で（例えばプラスチック製）、一次コイルと二次コイルを仕切って配線するために利用される。小仕切板３０、中仕切板３１、２枚の大仕切板３２は、角筒状鉄心２０の軸方向に沿った長さが、小仕切板３０が最も短く、大仕切板３２が最も長く、そして中仕切板３１がその中間の長さとなるように、形成される。ただしいずれの仕切板３０，３１，３２も、角筒状鉄心２０の端から外へはみ出す長さをもつ。仕切板３０，３１，３２がはみ出していることにより、一次コイル及び二次コイルの湾曲部分が角筒状鉄心２０に接触しないようにできる。また、仕切板３０，３１，３２の長さの違いにより、内側の二次コイル、一次コイル、外側の二次コイルが互いに接触しないようにそれぞれの巻線を巻回することができる（図５、図６参照）。仕切板３０，３１，３２により、優れたコイルの支持構造が提供される。
【0024】
仕切板３０，３１，３２のそれぞれには、通風孔３３が複数形成されており、この通風孔３３があることにより冷却風の通りが良くなり、冷却効果が向上する。また、最も外側の大仕切板３２と最も内側の小仕切板３０は、それぞれ角筒状鉄心２０の側壁から離して配置してあり、この空隙が冷却風の通り道となるようにしてある。
【0025】
図４に、小仕切板３０と大仕切板３２（２枚のうちの１枚）について、詳細構造の例を示している。通風孔３３を複数形成した両仕切板３０，３２の表面（桟部分）に、間隔をあけて巻線を配置し、その間隔を維持するためのスペーサ３４が多数装着されている。スペーサ３４は、角筒状鉄心２０の軸方向に１列に並べて装着され、この列が４列設けられている。これらスペーサ３４の列の間に二次コイルの巻線が配置され、スペーサ３４により横への移動が拘束される。本例の場合、残りの中仕切板３１と大仕切板３２（他の１枚）にはスペーサを取り付けない（図７参照）。
【0026】
図５は、上記のとおり仕切板３０，３１，３２を備えた角筒状鉄心２０を使用して高周波変圧器を組み立てる例を示す（一次コイル及び二次コイルを巻いた状態は図６参照）。角筒状鉄心２０は、その軸方向の両端面にそれぞれ支持板４０を当てて挟持され固定される。端面に固定する（接着してもよい）支持板４０には、複数のボルト４１を通し、ボルト４１にナット４２を螺合し、このナット４２で支持板４０を締め込んで角筒状鉄心２０に押し付け、挟持させる。ボルト４１は、一例として、角筒状鉄心２０の上側、下側にそれぞれ２本ずつと、左側と右側にそれぞれ１本ずつの合計６本設けられる。この上下左右に設けたボルト４１によって角筒状鉄心２０の上下左右の移動が制限され、位置が変わらないように拘束される。支持板４０には、角筒状鉄心２０の開口に相応する第１の窓４３が形成されており、この第１の窓４３を通して仕切板３０，３１，３２の両端がはみ出し、一次コイル及び二次コイルが第１の窓４３を通し配線される。
【0027】
支持板４０にはさらに、第１の窓４３から離間して第２の窓４４が形成されている。第２の窓４４は、角筒状鉄心２０の１つの側壁（四辺形の一辺）２１を挟んで第１の窓４３の反対側に形成される。側壁２１は、角筒状鉄心２０において小仕切板３０に対向した側壁である（図３参照）。第２の窓４４を通してもう一組の大中小の仕切板３０，３１，３２が設置される。第２の窓４４を通し設置される仕切板３０，３１，３２は、側壁２１を対称軸として、角筒状鉄心２０の中に設置された仕切板３０，３１，３２を鏡に映した配列で設置される。これら仕切板３０，３１，３２も第２の窓４４を通して両端がはみ出し、一次コイル及び二次コイルが第２の窓４４を通し配線される。第１の窓４３、第２の窓４４、二組の仕切板３０，３１，３２を利用して、角筒状鉄心２０の１つの側壁２１を囲繞する一次コイル及び二次コイルが互いに非接触で配線される。
【0028】
角筒状鉄心２０を挟持する支持板４０は、底板５０に固定され屹立する。底板５０は、角筒状鉄心２０の軸方向へ延伸しており、ハウジングの端面を構成する端面板５１が支持板４０から離して底板５０に固定され屹立している。支持板４０を締め込むためのボルト４１の両端部が端面板５１を貫通するまで延長されており、このボルト４１の端部にナット４２を螺合して端面板５１を支持するために利用する。変圧器要部を覆うハウジングを構成する、断面コの字形の筐体５２が、端面板５１を端面として被せられる。端面板５１の適所には一次コイル及び二次コイルの巻線を通す巻線通過窓５３が形成されている。また、筐体５２には、空気を吸入する吸気ファン５４と、空気を排出する排気ファン５５とが設けられ、これら吸気ファン５４及び排気ファン５５を利用して筐体内に冷却風を流すように構成されている。この空冷方式では、上述のように仕切板３０，３１，３２に通風孔３３が設けられていることからコイルの冷却効果が高く、実験では５０℃に維持することができている。この温度はエナメル線の耐熱温度に対し十分に低い。なお、支持板４０、底板５０、端面板５１、筐体５２は、仕切板３０，３１，３２と同じく例えばプラスチック製の非磁性、絶縁性のものとする。
【0029】
底板５０の両端には、一次側端子台６０と二次側端子台６１とが設置される。一次側端子台６０がＩＨ電源（図示略）につながり、二次側端子台６１が負荷コイルにつながる。一次コイル７０の巻線端子は一次側端子台６０に接続され、二次コイル８０の巻線端子は二次側端子台６１に接続される。これら一次コイル及び二次コイルを巻いた状態について図６に示している。
【0030】
一次コイル７０及び二次コイル８０の両方とも複数本の巻線から構成される。一次コイル７０をなす巻線の各巻線端子は一次側端子台６０に接続され、二次コイル８０をなす巻線の各巻線端子は二次側端子台６１に接続される。一次コイル７０及び二次コイル８０は、角筒状鉄心２０の側壁２１を囲繞して配線されている。二次コイル８０は、一次コイル７０よりも側壁２１に近い内側と、一次コイル７０よりも側壁２１から遠い外側とに分配して配線され、つまり、一次コイル７０を挟んで内側と外側とに分配して配置されている。このコイル配置は、一次コイル７０と二次コイル８０との磁気結合に優れ、励磁インダクタンスを小さくすることができる。また、一次コイル７０を二次コイル８０で挟んであることにより、二次コイル８０の巻線が短絡の場合に側壁２１の磁束が少なくなり、励磁インダクタンスが小さくなる。
【0031】
これら一次コイル７０と二次コイル８０との間は仕切板３０，３１，３２によって仕切られ、互いに非接触に保たれている。上述した仕切板３０，３１，３２の長さの違いにより、一次コイル７０及び二次コイル８０の湾曲部分は、角筒状鉄心２０の軸方向において互いに位置がずらされており、いずれも接触することがない。また、仕切板３０，３１，３２の両端が角筒状鉄心２０の端面から突出していることにより、角筒状鉄心２０と一次コイル７０及び二次コイル８０の湾曲部分との接触も防止されている。
【0032】
仕切板３０，３１，３２から出て端面板５１の巻線通過窓５３を通り一次側端子台６０及び二次側端子台６１へ至る一次コイル７０及び二次コイル８０の部分は蛇行するので、絶縁カバー（図示略）によってさらに覆っておいてもよい。
【0033】
一次コイル７０及び二次コイル８０をなす巻線には、表面を絶縁処理した細導線、具体的にはエナメル被覆した細銅線、を複数本撚って束ねたリッツ線を使用する。一例として直径７．７ｍｍのリッツ線を使用すると、２０ｋＷ出力が可能で、その柔軟性により湾曲部分を容易に形成できるうえ、電流が各細銅線を通って均一に流れるから、コイル抵抗を小さくすることができ、励磁インピーダンスを小さくすることができる。また、その表面積の大きさ故に熱放出が良好で空冷に向いている。
【0034】
一次コイル７０及び二次コイル８０は、図７の巻線配置図に示すように、角筒状鉄心２０の側壁２１の幅方向に巻線が分布する。図７は、角筒状鉄心２０の断面で見た図である。一次コイル７０は、中仕切板３１と大仕切板３２との間を通して横一列に巻線１～巻線７まで配置される。なお、図中の「＋」と「－」は極性である。両端の巻線１と巻線７のターン数がそれぞれ２ターン（２回巻き）で、巻線１と巻線７に挟まれた間の巻線２～巻線６のターン数がそれぞれ１ターン（１回巻き）である。この横一列の一次コイル７０を挟んで内側と外側に分配して二次コイル８０の巻線１～巻線７が配置される。内側は小仕切板３０と中仕切板３１との間を通して配置され、外側は２枚の大仕切板３２の間を通して配置される。内外に分配される二次コイル８０の巻線１～巻線７は、図示のとおりターン間に間隔をあけて配置される。この間隔は、例えば図４のスペーサ３４により維持される。二次コイル８０をなす巻線１～巻線７のうち、両端の巻線１と巻線７は、一次コイル７０の巻線１と巻線７と同様にターン数が２ターン（１本の巻線を内側と外側に１ターンずつ巻く）である。巻線２～巻線６はターン数がそれぞれ１ターンである。巻線１の１ターン、巻線２、巻線３、巻線４、及び巻線７の１ターンが内側配置、巻線１の１ターン、巻線５、巻線６、及び巻線７の１ターンが外側配置となる。二次コイル８０の巻線１～巻線７は、図示のように、幅方向において左右対称となるようにして且つ内側と外側とでほぼ同じ場所にあるように配置される。一次コイル７０からの漏れ磁束を抑えて励磁インダクタンスをより小さくできる。
【0035】
一次コイル７０の巻線１～巻線７は一次側端子台６０に接続され、二次コイル８０の巻線１～巻線７は二次側端子台６１に接続される。端子台６０，６１を用いて電気接続を構成することにより、これら端子台６０，６１において巻線１～巻線７の巻線端子を接続するかしないかに従って、所望のターン数に通電することが簡単にでき、ターン数切り替えが容易である。また、巻線端子を外して通電しない巻線は電気的に開放の状態になって電圧がかからない。以下、このターン数切り替えについて図８と図９を参照して説明する。
【0036】
図８及び図９には、１つの端子台（６０又は６１）の接続端子を示してある。図中の「＋」と「－」は極性を表す。上段に８つの接続端子、下段に８つの接続端子を備え、それぞれ隣接する「＋」と「－」を一組として使用できる。図中、☆印の接続端子には、一次側端子台６０であればＩＨ電源からのリード線が接続され、二次側端子台６１であれば負荷コイルへのリード線が接続される。
【0037】
図８に示す９ターンの例を参照すると、巻線１～巻線７の全ての巻線端子が接続されており、巻線１～巻線７の全てに通電されて９ターンコイルが実現される。すなわち、全巻線通電すると、巻線１の２ターン＋巻線２～６の各１ターン（合計５ターン）＋巻線７の２ターンで、９ターンコイルとなる。
【0038】
図８に示す８ターンの例を参照すると、左右対称の通電を意図して、幅方向真ん中に位置する巻線４の巻線端子（＋）を外して非通電とし、この巻線端子を外した接続端子に電源／負荷のリード線を接続する。この接続切替により、巻線１の２ターン＋巻線２，３，５，６の各１ターン（合計４ターン）＋巻線７の２ターンで、８ターンコイルとなる。
【0039】
図８に示す７ターンの例を参照すると、巻線５の巻線端子（＋）を外し、この巻線端子を外した接続端子に電源／負荷のリード線を接続すると、巻線５と巻線４が非通電となる。この接続切替により、巻線１の２ターン＋巻線２，３，６の各１ターン（合計３ターン）＋巻線７の２ターンで、７ターンコイルとなる。
【0040】
図９に示す６ターンの例を参照すると、巻線３の巻線端子（＋）を外し、この巻線端子を外した接続端子に電源／負荷のリード線を接続すると、巻線３，４，５が非通電となる。この接続切替により、巻線１の２ターン＋巻線２，６の各１ターン（合計２ターン）＋巻線７の２ターンで、６ターンコイルとなる。
【0041】
図９に示す５ターンの例を参照すると、巻線６の巻線端子（＋）を外し、この巻線端子を外した接続端子に電源／負荷のリード線を接続すると、巻線３，４，５，６が非通電となる。この接続切替により、巻線１の２ターン＋巻線２の１ターン＋巻線７の２ターンで、５ターンコイルとなる。
【0042】
図９に示す４ターンの例を参照すると、巻線２の巻線端子（＋）を外し、この巻線端子を外した接続端子に電源／負荷のリード線を接続すると、巻線２，３，４，５，６が非通電となる。この接続切替により、巻線１の２ターン＋巻線７の２ターンで、４ターンコイルとなる。
【0043】
以上のように、一次側端子台６０及び二次側端子台６１による端子の接続切替で、簡単に一次コイル７０及び二次コイル８０のターン数を自在に変えることができる。インバータからみた所望の負荷定数を得ることができ、上記の例で、ＩＨ電源からの負荷インピーダンスは、励磁インピーダンスを除くと負荷（一次コイルの通電ターン数）／（二次コイルの通電ターン数）の２乗倍であるから０．２０～５．０６倍の値となる。広い範囲でＩＨ電源からの負荷インピーダンスを変えることができ、ＬＱマップの負荷定数範囲に入れることができる。
【0044】
図１０～図１２に、角筒状鉄心２０を形成する鉄心層片１０について、上記実施例とは違う実施例をそれぞれ示し、説明する。これら実施例では、一組の鉄心層片１０の組み方、つまり、積層の仕方やフェライト材Ｆの組み合わせ方が異なっている。
【0045】
図１０Ａ（斜視図）及び図１０Ｂ（平面図）に示す実施例では、上記図２の実施例同様に、板状のフェライト材Ｆを８枚、その側面どうしを互いに当接させて平行四辺形の四辺をなすように組み合わせることで、１枚の四辺形の鉄心層片１０が形成されている。そして、同様にフェライト材Ｆを組み合わせて四辺形に形成した別の鉄心層片１０を裏返した状態とし、これら２枚の鉄心層片１０の向き合っている面１１の間に、非磁性、絶縁性の例えばプラスチック製とした担持板９０を入れてサンドイッチし接着する。フェライト材Ｆの広い面１１を担持板９０に接着して担持させるので、接着力が大きく分離しにくい。このように担持板９０を間に介在させた２枚の鉄心層片１０を一組とし、この鉄心層片１０の組を多数積層していくことで、角筒状鉄心２０を形成する。１つの組の鉄心層片１０とこれに隣接する別の組の鉄心層片１０とは、向き合ったフェライト材Ｆどうしを当接させて（又は接着して）重ねられる。
【0046】
担持板９０は、例えば厚さ１ｍｍほどとし、その外周縁が、平行四辺形に組んだフェライト材Ｆの外周縁と一致する寸法に形成する。一方で内周縁は、平行四辺形に組んだフェライト材Ｆの内周縁よりも内側へはみ出すようにする。つまり、外周縁と内周縁との間の担持板９０の幅は、フェライト材Ｆの幅（接着面１１の幅）よりも広くとる。そして、内方へはみ出した内周側部位に、上述の仕切板３０，３１，３２の側縁を挿入して保持するための切欠９１が形成される。切欠９１は仕切板３０，３１，３２の枚数分形成され、この切欠９１を設けることにより、仕切板３０，３１，３２の位置決め、固定を容易にできる。
【0047】
図１１Ａ（斜視図）及び図１１Ｂ（平面図）に示す実施例は、図２や図１０に示す実施例（例えば２０ｋＷ程度）の角筒状鉄心２０に比べて低出力（例えば５ｋＷ程度）に向いている角筒状鉄心２０を形成するための、鉄心層片１０の組み方の例である。この実施例において、板状のフェライト材Ｆは、四辺形の２つの長辺をなすように縦列にして２枚ずつ、四辺形の２つの短辺をなすように１枚ずつ、計６枚使用される。このように６枚のフェライト材Ｆが互いに側面を当接させて組み合わされて、１枚の四辺形の鉄心層片１０が形成されている。同様にフェライト材Ｆを組み合わせた別の鉄心層片１０を用意し、これら２枚の鉄心層片１０の向き合っている面１１の間に、非磁性、絶縁性の例えばプラスチック製とした担持板９０を入れてサンドイッチし接着する。フェライト材Ｆの広い面１１を担持板９０に接着して担持させるので、接着力が大きく分離しにくい。このように担持板９０を間に介在させた２枚の鉄心層片１０を一組とし、この鉄心層片１０の組を多数積層していくことで、角筒状鉄心２０を形成する。１つの組の鉄心層片１０とこれに隣接する別の組の鉄心層片１０とは、向き合ったフェライト材Ｆどうしを当接させて（又は接着して）重ねられる。
【0048】
この実施例の担持板９０は、図１０の実施例同様に例えば厚さ１ｍｍほどとし、その外周縁が、平行四辺形に組んだフェライト材Ｆの外周縁と一致する寸法に形成する。一方で内周縁は、平行四辺形に組んだフェライト材Ｆの内周縁よりも内側へはみ出すようにする。つまり、外周縁と内周縁との間の担持板９０の幅は、フェライト材Ｆの幅（接着面１１の幅）よりも広くとる。そして、この実施例でも、内方へはみ出した内周側部位に、上述の仕切板３０，３１，３２の側縁を挿入して保持するための切欠９１が、仕切板３０，３１，３２の枚数分形成され、仕切板３０，３１，３２の位置決め、固定の役割を担う。
【0049】
図１２Ａ（斜視図）及び図１２Ｂ（平面図）に示す実施例は、図２や図１０に示す実施例（例えば２０ｋＷ程度）の角筒状鉄心２０に比べて高出力（例えば５０ｋＷ程度）に向いている角筒状鉄心２０を形成するための、鉄心層片１０の組み方の例である。この実施例において、板状のフェライト材Ｆは、四辺形の２つの長辺をなすように縦列にして４枚ずつ、四辺形の２つの短辺をなすように縦列にして２枚ずつ、計１２枚使用される。このように１２枚のフェライト材Ｆが互いに側面を当接させて組み合わされて、１枚の四辺形の鉄心層片１０が形成されている。同様にフェライト材Ｆを組み合わせた別の鉄心層片１０を用意し、これら２枚の鉄心層片１０の向き合っている面１１の間に、非磁性、絶縁性の例えばプラスチック製とした担持板９０を入れてサンドイッチし接着する。フェライト材Ｆの広い面１１を担持板９０に接着して担持させるので、接着力が大きく分離しにくい。このように担持板９０を間に介在させた２枚の鉄心層片１０を一組とし、この鉄心層片１０の組を多数積層していくことで、角筒状鉄心２０を形成する。１つの組の鉄心層片１０とこれに隣接する別の組の鉄心層片１０とは、向き合ったフェライト材Ｆどうしを当接させて（又は接着して）重ねられる。
【0050】
この実施例の担持板９０も、図１０の実施例同様に例えば厚さ１ｍｍほどとし、その外周縁が、平行四辺形に組んだフェライト材Ｆの外周縁と一致する寸法に形成する。一方で内周縁は、平行四辺形に組んだフェライト材Ｆの内周縁よりも内側へはみ出すようにする。つまり、外周縁と内周縁との間の担持板９０の幅は、フェライト材Ｆの幅（接着面１１の幅）よりも広くとる。そして、この実施例でも、内方へはみ出した内周側部位に、上述の仕切板３０，３１，３２の側縁を挿入して保持するための切欠９１が、仕切板３０，３１，３２の枚数分形成され、仕切板３０，３１，３２の位置決め、固定の役割を担う。
【0051】
以上、本発明に関し、実施例を示し説明した。しかし、当該実施例以外にも、本発明に関し種々の実施の形態を想到し得るのはもちろんである。
【0052】
以上に説明した本発明を実施する形態をまとめると、次のとおりである。
（１）複数のフェライト材を平行四辺形の四辺をなすように組み合わせて形成された鉄心層片を積層してなる角筒状鉄心と、該角筒状鉄心の１つの側壁を囲繞する一次コイル及び二次コイルとを含む変圧器であって、
前記二次コイルが前記一次コイルの内側と外側に分配して配置され、
前記一次コイルに電源が接続され、前記二次コイルに負荷が接続される、変圧器。
（２）当該変圧器において、板状の前記フェライト材は、その側面どうしを当接させて前記鉄心層片を形成している。
（３）当該変圧器において、積層されて隣接する前記鉄心層片における前記フェライト材どうしの当接部位は互いに重なり合わない。
（４）当該変圧器において、積層される２枚の前記鉄心層片の間に、当該鉄心層片をなす前記フェライト材を担持する担持板が介在している。
（５）前記担持板は、内周縁が前記鉄心層片の内周縁よりも内方へはみ出し、該はみ出した内周側部位に切欠を複数有する。
（６）当該変圧器において、前記一次コイル及び前記二次コイルがそれぞれ複数本の巻線から構成してあり、前記一次コイルの前記巻線は、電源を接続する一次側端子台に接続され、前記二次コイルの前記巻線は、負荷を接続する二次側端子台に接続され、これら一次側端子台及び二次側端子台における前記巻線の接続形態を変更することにより、通電ターン数を切り替えられる。
（７）当該変圧器は、前記角筒状鉄心と前記一次コイルと前記二次コイルとの間を仕切って非接触を保つ複数の仕切板を含む。
（８）前記仕切板は、前記角筒状鉄心から両端がはみ出る長さをもつ。
（９）前記仕切板には、冷却風を通す通風孔が１つ以上形成される。
（１０）前記一次コイル及び前記二次コイルの前記巻線には、表面を絶縁処理した細導線を複数本撚って束ねた線材を使用する。
（１）複数のフェライト材を平行四辺形の四辺をなすように組み合わせて形成された鉄心層片を積層してなる角筒状鉄心と、該角筒状鉄心の１つの側壁を囲繞する一次コイル及び二次コイルとを含む変圧器であって、
前記二次コイルが前記一次コイルの内側と外側に分配して配置され、
前記一次コイルに電源が接続され、前記二次コイルに負荷が接続される、変圧器。
（２）当該変圧器において、板状の前記フェライト材は、その側面どうしを当接させて前記鉄心層片を形成している。
（３）当該変圧器において、積層されて隣接する前記鉄心層片における前記フェライト材どうしの当接部位は互いに重なり合わない。
（４）当該変圧器において、積層される２枚の前記鉄心層片の間に、当該鉄心層片をなす前記フェライト材を担持する担持板が介在している。
（５）前記担持板は、内周縁が前記鉄心層片の内周縁よりも内方へはみ出し、該はみ出した内周側部位に切欠を複数有する。
（６）当該変圧器において、前記一次コイル及び前記二次コイルがそれぞれ複数本の巻線から構成してあり、前記一次コイルの前記巻線は、電源を接続する一次側端子台に接続され、前記二次コイルの前記巻線は、負荷を接続する二次側端子台に接続され、これら一次側端子台及び二次側端子台における前記巻線の接続形態を変更することにより、通電ターン数を切り替えられる。
（７）当該変圧器は、前記角筒状鉄心と前記一次コイルと前記二次コイルとの間を仕切って非接触を保つ複数の仕切板を含む。
（８）前記仕切板は、前記角筒状鉄心から両端がはみ出る長さをもつ。
（９）前記仕切板には、冷却風を通す通風孔が１つ以上形成される。
（１０）前記一次コイル及び前記二次コイルの前記巻線には、表面を絶縁処理した細導線を複数本撚って束ねた線材を使用する。
【符号の説明】
【0053】
１０ 鉄心層片
１１ 向き合っている面（接着面）
１２ 当接部位（フェライト材の）
２０ 角筒状鉄心
２１ 側壁（コイルが巻かれる）
３０ 小仕切板
３１ 中仕切板
３２ 大仕切板
３３ 通風孔
３４ スペーサ
４０ 支持板
４１ ボルト
４２ ナット
４３ 第１の窓
４４ 第２の窓
５０ 底板
５１ 端面板
５２ 筐体
５３ 巻線通過窓
５４ 吸気ファン
５５ 排気ファン
６０ 一次側端子台
６１ 二次側端子台
７０ 一次コイル
８０ 二次コイル
９０ 担持板
９１ 切欠（仕切板保持用）
１１ 向き合っている面（接着面）
１２ 当接部位（フェライト材の）
２０ 角筒状鉄心
２１ 側壁（コイルが巻かれる）
３０ 小仕切板
３１ 中仕切板
３２ 大仕切板
３３ 通風孔
３４ スペーサ
４０ 支持板
４１ ボルト
４２ ナット
４３ 第１の窓
４４ 第２の窓
５０ 底板
５１ 端面板
５２ 筐体
５３ 巻線通過窓
５４ 吸気ファン
５５ 排気ファン
６０ 一次側端子台
６１ 二次側端子台
７０ 一次コイル
８０ 二次コイル
９０ 担持板
９１ 切欠（仕切板保持用）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
