特開 2024-152197 変圧器及び電力変換装置

(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】P2024152197

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】変圧器及び電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/36 20060101AFI20241018BHJP

   H01F 30/10 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

H01F27/36 157

H01F30/10 C

H01F30/10 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023066245

(22)【出願日】2023-04-14

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】古川 公久

(72)【発明者】

【氏名】馬淵 雄一

【テーマコード（参考）】

5E058

【Ｆターム（参考）】

5E058CC13

5E058CC15

(57)【要約】

【課題】数ｋＨｚ以上の高周波で駆動しても混触防止材上で渦電流が発生することを抑制できる変圧器を提供する。
【解決手段】１次巻線と、前記１次巻線の周囲に配置された２次巻線と、前記１次巻線と前記２次巻線との間に設けられた接地された導体である混触防止板とを変圧器に備える。前記混触防止板において前記１次巻線に対向する第1対向面と、前記混触防止板において前記２次巻線に対向する第２対向面との少なくとも一方には磁性体層が設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１次巻線と、
前記１次巻線の周囲に配置された２次巻線と、
前記１次巻線と前記２次巻線との間に設けられた接地された導体である混触防止板とを備え、
前記混触防止板において前記１次巻線に対向する第1対向面と、前記混触防止板において前記２次巻線に対向する第２対向面との少なくとも一方には磁性体層が設けられていることを特徴とする変圧器。

【請求項2】

請求項１に記載の変圧器であって、
前記１次巻線と前記２次巻線とが巻回される鉄心をさらに備え、
前記１次巻線と前記２次巻線とは、前記鉄心の軸方向における同じ位置に巻回され、
前記混触防止板は、筒状に形成されていることを特徴とする変圧器。

【請求項3】

請求項１に記載の変圧器であって、
前記１次巻線と前記２次巻線とが巻回される鉄心をさらに備え、
前記１次巻線と前記２次巻線とは、前記鉄心の軸方向における異なる位置に隣接して巻回され、
前記混触防止板は、板状に形成されていることを特徴とする変圧器。

【請求項4】

請求項１に記載の変圧器であって、
前記１次巻線と前記２次巻線とが巻回される鉄心をさらに備え、
前記１次巻線と前記２次巻線とは、前記鉄心の軸方向における異なる位置に隣接して巻回され、
前記１次巻線と前記２次巻線とのうち一方の巻線は、当該一方の巻線が他方の巻線の径方向外側に位置するように巻回された重畳部を有し、
前記混触防止板は、前記１次巻線の軸方向における端面と前記２次巻線の軸方向における端面の間に配置された板部と、前記他方の巻線の外周に配置された筒部とを備えることを特徴とする変圧器。

【請求項5】

請求項１に記載の変圧器であって、
前記１次巻線の電位が前記２次巻線の電位に比べて高いことを特徴とする変圧器。

【請求項6】

請求項１に記載の変圧器であって、
前記磁性体層が、シート状若しくはリング状の磁性材料、または磁性塗料によって形成されていることを特徴とする変圧器。

【請求項7】

請求項１に記載の変圧器であって、
前記磁性体層が、前記第1対向面と前記第２対向面の全面に設けられていることを特徴とする変圧器。

【請求項8】

請求項１に記載の変圧器を備える電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変圧器及び電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電力変換装置は変圧器を内蔵している。変圧器には、１次巻線と、１次巻線の周囲に配置された２次巻線と、１次巻線と２次巻線との間に設けられた接地された導体である混触防止材とを備えるものがある（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－３０７９３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、様々な分野で電動化が加速している。特に、移動体(自動車、航空機、建設機械、船舶等)の電動化や再生可能エネルギーの導入における電動化の進展が著しく、電力変換装置が搭載される機器が急速に増加している。特にこれらの機器では電力変換装置の設置スペースに限界があることが少なくなく、電力変換装置の小型化が求められている。電力変換装置の小型化にはその構成の一部である変圧器の小型化が有効である。これを実現する変圧器として、Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ（半導体変圧器（以下、ＳＳＴと称する））が提案されている。ＳＳＴは、数ｋＨｚ以上の高周波で駆動される高周波変圧器を内蔵している。高周波変圧器は、従来の商用変圧器（日本では５０Ｈｚ又は６０Ｈｚで駆動される変圧器）に比較し、大幅な小型化・軽量化が可能である。

【0005】

しかし、混触防止材（電位移行防止板、遮蔽板などとも呼ばれる。）を備える変圧器を数ｋＨｚ以上の高周波で駆動すると、混触防止材上に高周波磁束によって大量の渦電流が発生し、それが変圧器の発熱や電力損失の原因となることが発明者らによって知見された。

【0006】

本発明の目的は、数ｋＨｚ以上の高周波で駆動しても混触防止材上で渦電流が発生することを抑制できる変圧器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明は、１次巻線と、前記１次巻線の周囲に配置された２次巻線と、前記１次巻線と前記２次巻線との間に設けられた接地された導体である混触防止板とを変圧器に備える。前記混触防止板において前記１次巻線に対向する第１対向面と、前記混触防止板において前記２次巻線に対向する第２対向面との少なくとも一方には磁性体層が設けられている。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、高周波磁束による渦電流が混触防止板に発生することを抑制でき、発熱や損失を抑制できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る変圧器のＸＹ面による断面模式図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る変圧器の１次巻線と２次巻線の巻き方を模式的に示す断面図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る変圧器における磁束の向きを模式的に示す断面図である。

【図4】図３における混触防止板の上端部に位置する領域IVの拡大図である。

【図5】磁性体層の無い混触防止板を備える変圧器の断面において図３の領域IVと同じ部分の磁束の向きを示した拡大図である。

【図6】本発明の第２実施形態に係る変圧器の構成と当該変圧器における磁束の向きを模式的に示す断面図である。

【図7】本発明の第３実施形態に係る変圧器の構成と当該変圧器における磁束の向きを模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を用いて、本発明の第１実施形態～第３実施形態に係る変圧器の構成及び動作について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。また、断面図の各々は、互いに直交するＸＹＺ軸により方向を特定し、＋Ｘを「右」、－Ｘを「左」、＋Ｙを「上」、－Ｙを「下」、＋Ｚを「前」、－Ｚを「後」と規定する。

【0011】

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る変圧器１０のＸＹ面による断面模式図である。図１に示すように、変圧器１０は、１次巻線１１と、１次巻線１１の周囲に配置された２次巻線１２と、１次巻線１１と２次巻線１２との間に設けられた混触防止板１３とを備える。

【0012】

１次巻線１１と２次巻線１２は、例えば、銅線で、少なくとも１層以上の巻線層を有する。１次巻線１１は高電圧側に接続され、２次巻線１２は低電圧側に接続される。そのため、１次巻線１１は、２次巻線１２に対して相対的に高い電位であり、２次巻線１２は、１次巻線１１に対して相対的に低い電位である。

【0013】

また、１次巻線１１は樹脂材１１ａにより被覆することが好ましく、２次巻線１２はシート状の絶縁材１９により挟まれていることが好ましい。これにより、１次巻線１１と２次巻線１２とは絶縁性が確保されている。

【0014】

混触防止板１３は、接地された導体であり、例えば銅やアルミニウムで形成される。混触防止板１３は、例えば２次巻線１２を外側から覆う筒状（円筒や角筒）に形成されており、１次巻線１１に対向する第１対向面（外側面）１３ａと、２次巻線１２に対向する第２対向面（内側面）１３ｂとを備えている。この第１対向面１３ａと第２対向面１３ｂとの少なくとも一方には磁性体層１４が設けられている。

【0015】

本実施形態の磁性体層１４は、第１対向面１３ａと第２対向面１３ｂの両方に設けられており、さらに第１対向面１３ａと第２対向面１３ｂの全面に設けられている。磁性体層１４は第１対向面１３ａ又は第２対向面１３ｂの一部に設けても良い。

【0016】

磁性体層１４は、例えば、シート状若しくはリング状の磁性材料、または磁性塗料で形成されており、より具体的には、磁性シートやフェライトリングや磁性塗布膜で形成できる。磁性体層１４は、１次巻線１１や２次巻線１２に交流電流が流れたときに磁性体層１４内に発生する磁束の向き（磁場の流れ）を磁性体層１４と略平行になるように整流する。これにより、磁束が第１対向面１３ａ側から混触防止板１３を介して第２対向面１３ｂ側（またはその逆方向）に貫通することが抑制される（磁束の詳細については図４等を用いて後述する）。

【0017】

また、変圧器１０は、１次巻線１１と２次巻線１２と混触防止板１３とが巻かれる鉄心、例えばＵ字状の強磁性材料（例えば、フェライト）である第１コア１５と第２コア１６とを備えることが好ましい。

【0018】

第１コア１５と第２コア１６の各々には、１つの基部１５ａ，１６ａと、基部１５ａ，１６ａの両端から一方に突出する２つの脚部１５ｂ，１６ｂとが設けられている。また、第１コア１５と第２コア１６とは、同じ断面形状で同じ断面積であることが好ましい。

【0019】

第１コア１５と第２コア１６とは閉磁路を形成するように、２つの脚部１５ｂ，１６ｂの先端を対向させて配置することが好ましい。本実施形態では、第１コア１５がＵ字状に配置された第２コア１６の上側に逆Ｕ字状に配置されている。

【0020】

第１コア１５と第２コア１６の対向する２つの脚部１５ｂ，１６ｂは、所定の間隔を空けて配置されており、２つの脚部１５ｂ，１６ｂの間にはエアギャップである第１ギャップ１７及び第２ギャップ１８が形成されていることが好ましい。また、第１ギャップ１７と第２ギャップ１８とには絶縁部材（ガラスエポキシ樹脂板等）を設けてもよい。

【0021】

また、２つの脚部１５ｂ，１６ｂの各々には、１次巻線１１と２次巻線１２とが、２つの脚部１５ｂ，１６ｂの各々の軸方向における同じ位置に巻回され、混触防止板１３は、筒状に形成されていることが好ましい。また、１次巻線１１と２次巻線１２と混触防止板１３とは絶縁材１９により絶縁され、１次巻線１１と２次巻線１２と混触防止板１３は上下方向から支持材２０，２１によって支持することが好ましい。

【0022】

絶縁材１９は、例えば、樹脂シートや絶縁紙（ノーメックス）である。絶縁材１９は、隣り合う第１コア１５と２次巻線１２との間、隣り合う第２コア１６と２次巻線１２との間、隣り合う２次巻線１２と混触防止板１３との間、隣り合う混触防止板１３と１次巻線１１との間、隣り合う１次巻線１１と１次巻線１１との間に設けられている。これにより、隣り合う第１コア１５と２次巻線１２との間、隣り合う第２コア１６と２次巻線１２との間、隣り合う２次巻線１２と混触防止板１３との間、隣り合う混触防止板１３と１次巻線１１との間、隣り合う１次巻線１１と１次巻線１１との間の絶縁性（電気的な絶縁）が確保される。

【0023】

支持材２０，２１は、例えば、樹脂である。支持材２０，２１は、２つの脚部１５ｂ，１６ｂの各々に巻回された１次巻線１１と２次巻線１２と混触防止板１３の上端と下端とを嵌め込むための溝を備えている。支持材２０，２１の溝に嵌め込まれることによって１次巻線１１と２次巻線１２と混触防止板１３とは固定され、一体化される。

【0024】

支持材２０，２１は、１次巻線１１と２次巻線１２との間に間隙２７を形成するように１次巻線１１と２次巻線１２を支持することが好ましい。１次巻線１１と２次巻線１２との間に間隙２７を形成させることにより、間隙２７が電界緩和層となり部分放電を抑制することができる。また、間隙２７は風路として役割を果たし、１次巻線１１と２次巻線１２を冷却する。

【0025】

図２は、本実施形態に係る変圧器１０の１次巻線１１と２次巻線１２の巻き方の一例を模式的に示す断面図である。

【0026】

図２に示すように、Ｙ方向において対向する２組の脚部１５ｂ，１６ｂの一方（本実施形態では－Ｘ側の脚部１５ｂ，１６ｂ）に巻回された１次巻線１１の一端である端部１１ｂは第１端子２２に接続されている。また、当該２組の脚部１５ｂ，１６ｂの一方に巻回された１次巻線１１の他端である端部１１ｃは、当該２組の脚部１５ｂ，１６ｂの他方（本実施形態では＋Ｘ側の脚部１５ｂ，１６ｂ）に巻回された１次巻線１１の一端である端部１１ｄに接続されている。そして、当該２組の脚部１５ｂ，１６ｂの他方に巻回された１次巻線１１の他端である端部１１ｅは第２端子２３に接続されている。即ち、１次巻線１１は第１コア１５と第２コア１６の２つの脚部１５ｂ，１６ｂに直列に巻回されている。

【0027】

また、当該２組の脚部１５ｂ，１６ｂの一方（本実施形態では－Ｘ側の脚部１５ｂ，１６ｂ）に巻回された２次巻線１２の一端である端部１２ａは第３端子２４に接続されている。当該２組の脚部１５ｂ，１６ｂの一方に巻回された２次巻線１２の他端である端部１２ｂは、当該２組の脚部１５ｂ，１６ｂの他方に巻回された２次巻線１２の一端である端部１２ｃに接続されている。そして、当該２組の脚部１５ｂ，１６ｂの他方に巻回された２次巻線１２の他端である端部１２ｄは第４端子２５に接続されている。即ち、２次巻線１２は第１コア１５と第２コア１６の２つの脚部１５ｂ，１６ｂに直列に巻回されている。

【0028】

１次巻線１１は、１次巻線１１を通電させたときに第１コア１５と第２コア１６を循環する磁束が流れるように、２つの脚部１５ｂ，１６ｂとで相互に逆向きに巻回されている。そのため、第１端子２２と第２端子２３の間に交流電圧を印加したとき、１次巻線１１に流れる交流電流により、図２の矢印のいずれか一方に循環する磁束が交互に形成される。

【0029】

また、２次巻線１２は、１次巻線１１に対する巻回方向は任意であるものの、１次巻線１１と同様に２次巻線１２を通電させたときに第１コア１５と第２コア１６を循環する磁束が流れるように、２つの脚部１５ｂ，１６ｂとで相互に逆向きに巻回されている。

【0030】

これらの構成により、第１端子２２と第２端子２３の間に交流電圧Ｖ１が印加されると１次巻線１１に交流電流が流れて、第１コア１５と第２コア１６とを循環して流れる磁束が時計回りと反時計回りに交互に発生する。第１コア１５と第２コア１６とを循環して流れる磁束によって２次巻線１２には誘導電流が発生し、第３端子２４と第４端子２５の間には交流電圧Ｖ２が発生する。

【0031】

第１端子２２と第２端子２３の間の交流電圧Ｖ１と第３端子２４と第４端子２５の間の交流電圧Ｖ２との比は、１次巻線１１の巻数ｎ１と２次巻線１２の巻数ｎ２との比と等しいので、第３端子２４と第４端子２５の間に印加される交流電圧Ｖ２は、１次巻線１１の巻数ｎ１と２次巻線１２の巻数ｎ２との比を変えることによって変更される。

【0032】

なお、本実施形態（以降の実施形態も含む）では、１次巻線１１の電位が２次巻線１２の電位より高い。そのため、本実施形態に係る変圧器１０では、１次巻線１１と２次巻線１２の間に混触防止板１３を設けることで、高圧側の１次巻線１１の電流が低圧側の２次巻線１２に流れて機器の破損等が発生することを防止することとした。

【0033】

［効果］
図３は本実施形態に係る変圧器１０における磁束の向きを模式的に示す断面図である。図中の矢印２６は、１次巻線１１に電流を流したときに発生する磁束の向き（磁場の流れ）を示している。

【0034】

１次巻線１１に電流を流した場合、混触防止板１３の中央部の周囲では、Ｙ方向、例えば、図３に示すように、主に＋Ｙ方向（上向き）の磁束が形成されるが、混触防止板１３の上端部と下端部の周囲ではＸ成分を含む斜め向きの磁束が形成される。

【0035】

図３は図４における混触防止板１３の上端部に位置する領域IVの拡大図である。図４には、図３に示した混触防止板１３の外の磁束の向きだけでなく、混触防止板１３内及び磁性体層１４内の磁束の向きも示されている。

【0036】

本実施形態の混触防止板１３の上端部の周囲では、磁場の流れに＋Ｘ成分が付与されて図４の紙面における右上に向かう磁束２６が形成される。そして、この右上に向かう斜めの磁束２６が混触防止板１３の磁性体層１４内に入ると、磁性体によってＸ成分が除去されて＋Ｙ方向（上向き）に整流される。

【0037】

つまり、斜めの磁束が第１対向面１３ａ側の磁性体層１４から入ってきても磁性体層１４で上向きに整流されるため、渦電流の発生原因となる混触防止板１３を斜めに貫く磁場はほとんど生じない。

【0038】

これにより本実施形態に係る変圧器１０を数ｋＨｚ以上の高周波で駆動させても、混触防止板１３上に高周波磁束によって渦電流が発生することを抑制できるので、変圧器１０の発熱や電力損失を抑制できる。

【0039】

参考のため、磁性体層１４が無い場合の磁束の流れについて説明する。図５は磁性体層１４の無い混触防止板１１３（比較例に係る混触防止板１１３と称する）を備える変圧器の断面において図３の領域IVと同じ部分の磁束の向きを示した拡大図である。

【0040】

図５に示すように、１次巻線１１に電流を流すことによって発生する斜めの磁束２６は、整流されることなく混触防止板１１３内を斜めに貫いて流れるため、混触防止板１１３に渦電流が発生し易い。特に、この混触防止板１１３を備える変圧器を数ｋＨｚ以上の高周波で駆動すると、混触防止板１１３上には高周波磁束によって渦電流が大量に発生し、それが変圧器の発熱や電力損失の原因となり得る。

【0041】

ところで本実施形態の変圧器１０は上記の渦電流抑制効果に加えて下記の効果を発揮できる。すなわち、本実施形態の変圧器１０は、１次巻線１１と２次巻線１２とが巻回される鉄心（第１コア１５と第２コア１６）をさらに備え、１次巻線１１と２次巻線１２とは、鉄心（第１コア１５の２つの脚部１５ｂと第２コア１６の２つの脚部１６ｂ）の軸方向における同じ位置に巻回され、混触防止板１３は、筒状に形成されていることが好ましい。これにより、１次巻線１１と２次巻線１２の磁気結合を高めることができるため、変圧器１０の大きさを小さくすることができる。

【0042】

また、本実施形態の変圧器１０では、磁性体層１４が、シート状若しくはリング状の磁性材料、または磁性塗料によって形成されていることが好ましい。磁性体層１４が、シート状若しくはリング状の磁性材料によって形成されている場合、コストを抑制できる。また、磁性体層１４が磁性塗料によって形成されている場合、磁性体層１４を容易に加工することができる。

【0043】

また、本実施形態の変圧器１０では、磁性体層１４が、第1対向面１３ａと第２対向面１３ｂの全面に設けられていることが好ましい。これにより、混触防止板１３に渦電流が発生することをさらに抑制できる。

【0044】

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る変圧器２１０の構成と変圧器２１０における磁束の向きを模式的に示す断面図である。本実施形態による変圧器２１０が、第１実施形態に係る変圧器１０と異なる点は、１次巻線２１１と２次巻線２１２と混触防止板２１３の形態である。

【0045】

即ち、本実施形態に係る変圧器２１０において、１次巻線２１１と２次巻線２１２とは、鉄心（２つの脚部１５ｂ，１６ｂの各々）の軸方向における異なる位置に隣接して巻回され、混触防止板２１３は、板状に形成されている。

【0046】

図６に示した例では、１次巻線２１１は、第１コア１５の脚部１５ｂに間隙２２７を介して巻回されており、樹脂材１１ａにより被覆され、支持材２２０，２２１によって上下方向から支持されている。また、２次巻線２１２は、第２コア１６の脚部１６ｂに絶縁材２１９を介して巻回されている。１次巻線２１１は２次巻線２１２の上方に配置されている。また、間隙２２７の大きさは、例えば２次巻線２１２の径方向における厚みと同じ程度にできる。

【0047】

さらに、板状の混触防止板２１３は、コア１５，１６の脚部１５ｂ，１６ｂに対して略直交して第１巻線２１１と第２巻線２１２とを遮るように、第１巻線２１１の下端と第２巻線２１２の上端の間に配置されている。混触防止板２１３は、１次巻線２１１の鉄心（２つの脚部１５ｂ，１６ｂ）の軸方向における下端面２１１ｆに対向し、２次巻線２１２の鉄心（２つの脚部１５ｂ，１６ｂ）の軸方向における上端面２１２ｅに対向している。

【0048】

［効果］
このように１次巻線２１１と２次巻線２１２と混触防止板２１３とが配置された変圧器２１０では、１次巻線２１１に交流電流が流れ、２次巻線２１２に誘起電流が流れることにより発生する磁束２２６が、例えば、図６に示すように２次巻線２１２から１次巻線２１１に向かって混触防止板２１３を貫通する方向に流れる。

【0049】

しかしながら、混触防止板２１３は、１次巻線２１１に対向する第１対向面２１３ａと、２次巻線２１２に対向する第２対向面２１３ｂとの少なくとも一方に磁性体層２１４を備えている。本実施形態の磁性体層２１４は、第１対向面２１３ａと第２対向面２１３ｂの両方に設けられており、さらに第１対向面２１３ａと第２対向面２１３ｂの全面に設けられている。これにより、磁束２２６は混触防止板２１３の磁性体層２１４によってＹ成分が除去されてＸ方向（横方向）に整流される。つまり、２次巻線２１２から１次巻線２１１に向かって混触防止板２１３を貫通する方向に磁束２２６が流れていても磁性体層１４で横向きに整流されるため、渦電流の発生原因となる混触防止板２１３を貫く磁場はほとんど生じず、混触防止板２１３に渦電流がほとんど発生しない。すなわち、本実施形態においても、混触防止板２１３上に高周波磁束によって渦電流が発生することを抑制できるので、変圧器２１０の発熱や電力損失を抑制できる。

【0050】

また、本実施形態に係る変圧器２１０は、１次巻線２１１と２次巻線２１２とが、鉄心（２つの脚部１５ｂ，１６ｂの各々）の軸方向における異なる位置に隣接して巻回されている。そのため、１次巻線２１１と２次巻線２１２とが、鉄心（２つの脚部１５ｂ，１６ｂの各々）の軸方向における同じ位置に巻回されている第１実施形態に係る変圧器１０よりも漏れ磁束を小さくし漏れインダクタンスを小さくすることができる。

【0051】

（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係る変圧器３１０の構成と変圧器３１０における磁束の向きを模式的に示す断面図である。本実施形態による変圧器３１０が、第２実施形態に係る変圧器２１０と異なる点は、１次巻線３１１（内側１次巻線３１１ｉと外側１次巻線３１１ｏ）と混触防止板３１３である。

【0052】

即ち、本実施形態に係る変圧器３１０において、内側１次巻線３１１ｉと２次巻線３１２とが、鉄心（２つの脚部１５ｂ，１６ｂの各々）の軸方向における異なる位置に隣接して巻回されている。さらに、１次巻線３１１と２次巻線３１２とのうち一方の巻線（外側１次巻線３１１ｏ）は、当該一方の巻線（外側１次巻線３１１ｏ）が他方の巻線（２次巻線３１２）の径方向外側に位置するように巻回された重畳部３１１ｓを有している。混触防止板３１３は、内側１次巻線３１１ｉの軸方向における下端面３１１ｆと２次巻線３１２の軸方向における端面３１２ｅの間に配置された板部３１３ｕと、当該他方の巻線（２次巻線３１２）の外周３１２ｆに配置された筒部３１３ｓとを備えている。

【0053】

詳細には、本実施形態に係る変圧器３１０の１次巻線３１１は、内側１次巻線３１１ｉと外側１次巻線３１１ｏとを備える。内側１次巻線３１１ｉは、第１コア１５の脚部１５ｂにエアギャップ３１１ｅを介して巻回され、樹脂材３１１ａにより被覆され支持材３２０，３２１によって上下方向から支持される。また、外側１次巻線３１１ｏは、内側１次巻線３１１ｉの下側部分における外周側と２次巻線２１２の上側部分における外周側とに巻回され、樹脂材３１１ａにより被覆され支持材３２２によって横方向から支持される。

【0054】

また、混触防止板３１３は、内側１次巻線３１１ｉの下端面３１１ｆと２次巻線２１２の上面２１２ｅとの間に配置された上側混触防止材（板部）３１３uと、２次巻線２１２の外側に巻回された外側混触防止材（筒部）３１３ｓとを備える。

【0055】

［効果］
このように１次巻線３１１と２次巻線３１２と混触防止板３１３とが配置された変圧器３１０では、１次巻線３１１に交流電流が流れ、２次巻線３１２に誘起電流が流れることにより発生する磁束３２６が、例えば、図７に示すように内側１次巻線３１１ｉの下端面３１１ｆにおいて第１コア１５の脚部１５ｂに向かい混触防止板３１３に対して傾いて流れ、混触防止板３１３に渦電流が発生し易い。

【0056】

しかしながら、混触防止板３１３は、１次巻線３１１に対向する第１対向面３１３ａと、２次巻線３１２に対向する第２対向面３１３ｂとの少なくとも一方には磁性体層３１４を備えている。本実施形態の磁性体層３１４は、第１対向面３１３ａと第２対向面３１３ｂの両方に設けられており、さらに第１対向面３１３ａと第２対向面３１３ｂの全面に設けられている。これにより、磁束３２６は混触防止板３１３の磁性体層３１４によって磁性体層３１４に沿うように整流されるため、渦電流の発生原因となる混触防止板２１３を貫く磁場はほとんど生じず、混触防止板２１３に渦電流がほとんど発生しない。すなわち、本実施形態においても、混触防止板３１３上に高周波磁束によって渦電流が発生することを抑制できるので、変圧器３１０の発熱や電力損失を抑制できる。

【0057】

また、本実施形態に係る変圧器３１０は、内側１次巻線３１１ｉと外側１次巻線３１１ｏとが重畳しない部分が形成されるので、内側１次巻線と外側１次巻線とが重なった１次巻線２１１を備える第２実施形態に係る変圧器２１０よりも漏れ磁束を小さくでき、漏れインダクタンスを第１実施形態と第３実施形態との中間特性として設計することができる。

【0058】

さらに、本実施形態に係る変圧器３１０は、１次巻線３１１と２次巻線３１２の軸方向の長さが第２実施形態より短くすることができるので、鉄心（２つの脚部１５ｂ，１６ｂの各々）の軸方向における長さ（磁路長）を過度に大きくすることなく、漏れインダクタンスの設計と絶縁性の確保の両立を図ることができる。

【0059】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0060】

１０，２１０，３１０…変圧器、１１，２１１，３１１…１次巻線、１２，２１２，３１２…２次巻線、１３，２１３，３１３…混触防止板、１３ａ，２１３ａ，３１３ａ…第１対向面、１３ｂ，２１３ｂ，３１３ｂ…第２対向面、１４，２１４，３１４…磁性体層、１５…第１コア、１５ｂ…脚部、１６…第２コア、１６ｂ…脚部、２６，２２６，３２６…磁束

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】