特許 7164907 モジュール化された変圧器の二次側大電流構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-25

(45)【発行日】2022-11-02

(54)【発明の名称】モジュール化された変圧器の二次側大電流構造

(51)【国際特許分類】

   H01F 30/10 20060101AFI20221026BHJP

   H01F 27/255 20060101ALI20221026BHJP

   H01F 27/25 20060101ALI20221026BHJP

   H01F 27/28 20060101ALI20221026BHJP

   H01F 27/30 20060101ALI20221026BHJP

【ＦＩ】

H01F30/10 C

H01F30/10 A

H01F27/255

H01F27/25

H01F30/10 R

H01F30/10 M

H01F27/28 K

H01F27/30 160

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022003396

(22)【出願日】2022-01-12

【審査請求日】2022-01-12

(73)【特許権者】

【識別番号】508166534

【氏名又は名称】林訓毅

(74)【代理人】

【識別番号】100143720

【弁理士】

【氏名又は名称】米田 耕一郎

(72)【発明者】

【氏名】林訓毅

【審査官】森岡 俊行

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５５－１６６９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１７１１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表昭６３－５０２５４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ３０／１０

Ｈ０１Ｆ ２７／２５５

Ｈ０１Ｆ ２７／２５

Ｈ０１Ｆ ２７／２８

Ｈ０１Ｆ ２７／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

環状コア、第１のモジュール、第２のモジュール、第３のモジュール、第４のモジュール及び一次側電源線を備えた、モジュール化された変圧器の二次側大電流構造であって、
環状コアは、第１のモジュール内に配置され、第２のモジュール、第３のモジュール及び第４のモジュールを順次積層して４層の導電金属を形成して誘起電圧を発生させ、当該モジュールは、外側に向かって入れ子式で組み合わされ、多層の導電金属を積層して高電圧又は大電流を発生させ、各層の導電金属は、銅材モジュールであり、最外層に位置する第４のモジュールの内方に設けられた環状コアを覆う一次側電源線であり、それは一次側電源銅線の巻線であり、二次側銅材モジュール及び一次側電源線に電圧及び電流の変化を発生させ、各モジュールの積層は、外層モジュールの外環直径が内層モジュールの外環直径より大きく、各モジュールの積層は、外層モジュールの内環直径が内層モジュールの内環直径より小さい、積層構造に形成されることを特徴とする、モジュール化された変圧器の二次側大電流構造。

【請求項2】

直列接続するときは、第１のモジュールの一側が、出力端と接続され、他側の回路出力端が、第２のモジュールの一側の回路出力端と電気的に接続され、第２のモジュールの他側の回路出力端が、第３のモジュールの一側の回路出力端と電気的に接続され、第３のモジュールの他側の回路出力端が、第４のモジュールの出力端と電気的に接続され、各導電金属の内層の一端が、外層の何れかの一端と直列接続され、４層の導電金属の回路出力端の前端部及び末端部が直列接続され、各層が接続されるに伴って電圧が次第に高まり、二次側モジュール化された高電圧・低電流の変圧器が構成されることを特徴とする請求項１に記載のモジュール化された変圧器の二次側大電流構造。

【請求項3】

並列接続するときは、第１のモジュールの出力端が、第２のモジュール、第３のモジュール及び第４のモジュールの回路出力端と接続され、第１のモジュール、第２のモジュール及び第３のモジュールの回路出力端と、第４のモジュールの出力端とが並列接続され、各層が接続されるに伴って電流が次第に増え、二次側モジュール化された大電流・低電圧の変圧器が構成されることを特徴とする請求項１に記載のモジュール化された変圧器の二次側大電流構造。

【請求項4】

環状コアは、ダストコア、ナノ結晶、アモルファスシリコン及び珪素鋼板からなる群から選ばれる一種以上を含む材料からなることを特徴とする請求項１に記載のモジュール化された変圧器の二次側大電流構造。

【請求項5】

第４のモジュールには、さらに大きなモジュールリングが嵌設され、
モジュールリングの外環直径は、内層の第４のモジュールの外環より大きく、
モジュールリングの内環の直径は、第４のモジュールの内環より小さく、銅材モジュールの数を増やして、変圧器の電圧又は電流を使用者が所望するものにすることを特徴とする請求項１に記載のモジュール化された変圧器の二次側大電流構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モジュール化された変圧器の二次側大電流構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の直流の変圧器構造は、主にＳＣＲ又はＩＧＢＴシリコン制御整流素子（silicon-controlled rectifier）により制御し、大電流の直流電源（例えば、出力１Ｖ～５００Ｖ、１Ａ～５００００Ａ）か、高周波交換式（スイッチング式ＤＣ）直流整流器に用いる。その用途は主に、表面処理（即ち電解めっき）又は陽極処理に利用することにある（例えば、携帯電話のカバー、ＰＣＢ回路基板電解めっき、ＩＣリードフレーム電解めっき、連続電解めっき、ねじ電解めっき、電解、充電器、電着塗装、直流電車、電気自動車の充電装置など）。

【0003】

ＳＣＲ又はＩＧＢＴシリコン制御整流素子の変圧器は、主に珪素鋼板材料により変圧器のコアを製作し、導電金属材料を組み合わせて一次側用銅線巻線方式及び二次側用銅線巻線方式を利用するとともに、大電流・低電圧のニーズを満たしていた。ＳＣＲシリコン制御の変圧器は、鉄損及び銅損が高くて効率が低く、消費エネルギー及び消費電力が大きかった。従来の変圧器は、体積が非常に大きい上、大電流・低電圧で整流するときに高温が発生するため、冷却装置が必要であった。しかしファンにより強制的に冷却した場合、大きな騒音が発生することがある上、油冷方式又は水冷方式により冷却する場合、汚染が発生して整流効率が下がることがあった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

そこで、本発明者は、上記課題を解決するための鋭意検討を重ねた結果、かかる知見に基づいて、本発明に想到するに至った。
本発明の主な課題は、多層の導電金属を直列接続するか並列接続することにより、電圧又は電流を増やすことが可能であるとともに、モジュール化することにより小型化して効率を高めることができる、モジュール化された変圧器の二次側大電流構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、環状コア、第１のモジュール、第２のモジュール、第３のモジュール、第４のモジュール及び一次側電源線を備えた、モジュール化された変圧器の二次側大電流構造であって、環状コアは、第１のモジュール内に配置され、第２のモジュール、第３のモジュール及び第４のモジュールを順次積層して４層の導電金属を形成して誘起電圧を発生させ、当該モジュールは、外側に向かって入れ子式で組み合わされ、多層の導電金属を積層して高電圧又は大電流を発生させ、各層の導電金属は、銅材モジュールであり、最外層に位置する第４のモジュールの内方に設けられた環状コアを覆う一次側電源線であり、それは一次側電源銅線の巻線であり、二次側銅材モジュール及び一次側電源線に電圧及び電流の変化を発生させ、各モジュールの積層は、外層モジュールの外環直径が内層モジュールの外環直径より大きく、各モジュールの積層は、外層モジュールの内環直径が内層モジュールの内環直径より小さい、積層構造に形成されることを特徴とする、モジュール化された変圧器の二次側大電流構造を提供する。

【0006】

直列接続するときは、第１のモジュールの一側が、出力端と接続され、他側の回路出力端が、第２のモジュールの一側の回路出力端と電気的に接続され、第２のモジュールの他側の回路出力端が、第３のモジュールの一側の回路出力端と電気的に接続され、第３のモジュールの他側の回路出力端が、第４のモジュールの出力端と電気的に接続され、各導電金属の内層の一端が、外層の何れかの一端と直列接続され、４層の導電金属の回路出力端の前端部及び末端部が直列接続され、各層が接続されるに伴って電圧が次第に高まり、二次側モジュール化された高電圧・低電流の変圧器が構成されることが好ましい。

【0007】

並列接続するときは、第１のモジュールの出力端が、第２のモジュール、第３のモジュール及び第４のモジュールの回路出力端と接続され、第１のモジュール、第２のモジュール及び第３のモジュールの回路出力端と、第４のモジュールの出力端とが並列接続され、各層が接続されるに伴って電流が次第に増え、二次側モジュール化された大電流・低電圧の変圧器が構成されることが好ましい。

【0008】

環状コアは、ダストコア、ナノ結晶、アモルファスシリコン及び珪素鋼板からなる群から選ばれる一種以上を含む材料からなることが好ましい。

【0009】

第４のモジュールには、さらに大きなモジュールリングが嵌設され、モジュールリングの外環直径は、内層の第４のモジュールの外環より大きく、モジュールリングの内環の直径は、第４のモジュールの内環より小さく、銅材モジュールの数を増やして、変圧器の電圧又は電流を使用者が所望するものにすることが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係るモジュール化された変圧器の二次側大電流構造は、モジュール化された導電金属を積層することにより、変圧器を小型化して効率を高めるとともに、変圧器の重量及び構築コストを減らして効果が高く、特に施工をスピーディーかつ容易に行うことができ、コストが確実に減るため、従来の変圧器よりも優れている。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係るモジュール化された変圧器の二次側大電流構造を示す斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るモジュール化された変圧器の二次側大電流構造を示す分解斜視図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るモジュール化された変圧器の二次側大電流構造の直列接続された回路を示す説明図である。

【図4】本発明の一実施形態に係るモジュール化された変圧器の二次側大電流構造のモジュールリングを嵌設させる状態を示す説明図である。

【図5】本発明の一実施形態に係るモジュール化された変圧器の二次側大電流構造の並列接続された回路を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明は、モジュール化された変圧器の二次側大電流構造に関し、特に、多層の銅材モジュールを直列接続するか並列接続することによりモジュールの数を増やしてメーカが所望する電圧又は電流のニーズを満たし、モジュール化することにより小型化して効率を高めるとともに構築コストを減らす。

【0013】

まず、図１を参照する。図１に示すように、本発明の一実施形態に係るモジュール化された変圧器の二次側大電流構造は、少なくとも環状コア１０、第１のモジュール１１、第２のモジュール１２、第３のモジュール１３、第４のモジュール１４及び一次側電源線２から構成されてなり、環状コア１０を第１のモジュール１１内に配置し、第２のモジュール１２、第３のモジュール１３及び第４のモジュール１４を順次積層して４層の導電金属を形成する。即ち、銅材モジュールにより誘起電圧を発生させ、当該モジュールは、外側に向かって入れ子式で組み合わされ、多層の導電金属を積層して高電圧又は大電流を発生させ、一次側電源線２のＲ端及びＳ端の電源と接続する。

【0014】

モジュール化された４層の導電金属の運用に関しては、図１及び図２に示すように、第１層の導電金属が第１のモジュール１１であり、第２層の導電金属が第２のモジュール１２であり、第３層の導電金属が第３のモジュール１３であり、第４層の導電金属が第４のモジュール１４である。各層の導電金属は銅材モジュールである。環状コア１０は、ダストコア、ナノ結晶、アモルファスシリコン、珪素鋼板などの材料からなり、最外層に位置する第４のモジュール１４の内方に設けられた環状コア１０を覆う一次側電源線２であり、それは一次側電源銅線の巻線であり、二次側銅材モジュール及び一次側電源線２に二次側電圧及び電流の変化を発生させる。各モジュールの積層は、外層モジュールの外環直径が内層モジュールの外環直径より大きく、各モジュールの積層は、外層モジュールの内環直径が内層モジュールの内環直径より小さい、積層構造に形成される。

【0015】

続いて図２及び図３を参照する。図２及び図３に示すように、本発明は４層の導電金属間を直列接続して高電圧・低電流の効果を得る。即ち、第１のモジュール１１の内環１４１は、出力端Ｕと接続される。第１のモジュール１１の回路出力端Ｖ１は、第２のモジュール１２の回路出力端Ｕ２と電気的に接続される。第２のモジュール１２の回路出力端Ｖ２は、第３のモジュール１３の回路出力端Ｕ３と電気的に接続される。第３のモジュール１３の回路出力端Ｖ３は、第４のモジュール１４の回路出力端Ｕ４と電気的に接続される。第４のモジュール１４の外環１４０は、出力端Ｖと接続され、４層の導電金属の回路出力端Ｖ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｕ３，Ｖ３，Ｕ４の前端部及び末端部が銅片を利用して直列接続され、各モジュールを接続することにより電圧を高め、高電圧・低電流の変圧器１を製作する（図１を再び参照する）。また、モジュール化された導電金属を積層し、直列接続を延ばすことができるが、その実施方式は、図４に示すように変圧器１の外層の第４のモジュール１４に、さらに大きなモジュールリング１５を嵌設させる方式である。モジュールリング１５の直径は、内層の第４のモジュール１４より大きく、そのモジュールリング１５の内環１５１の直径は、第４のモジュール１４の内環１４１より小さく、その数を増やすことができるため、メーカが所望する電圧又は電流の要求を満たすことができ、変圧器１は、僅かにモジュールリング１５の体積分のみ増えるため、本発明は小体積で効率を高めることができる。

【0016】

また、本発明のモジュールには、並列接続方式を採用してもよい。例えば、図５に示すように、同様に第１のモジュール１１、第２のモジュール１２、第３のモジュール１３及び第４のモジュール１４を積層して嵌合し、出力端Ｕ及び出力端Ｖを並列接続し、出力端Ｕ、回路出力端Ｕ２、回路出力端Ｕ３及び回路出力端Ｕ４を並列接続するとともに、出力端Ｖ、回路出力端Ｖ１、回路出力端Ｖ２及び回路出力端Ｖ３を並列接続すると、高電流・低電圧が得られる。

【0017】

上述したことから分かるように、本発明に係るモジュール化された変圧器は、直列接続又は並列接続された回路の接続方式により複数組をモジュール化し、電圧又は電流を調整することができるため、産業上のニーズを満たすことができる上、全体的に小型化して性能を高め、最適な放熱システムを形成して構築コストを下げることができる。

【符号の説明】

【0018】

１ 変圧器
２ 一次側電源線
１０ 環状コア
１１ 第１のモジュール
１２ 第２のモジュール
１３ 第３のモジュール
１４ 第４のモジュール
１５ モジュールリング
１０１ 変圧器
１４０ 外環
１４１ 内環
１５０ 外環
１５１ 内環
Ｒ 電源端
Ｓ 電源端
Ｕ 出力端
Ｕ２ 回路出力端
Ｕ３ 回路出力端
Ｕ４ 回路出力端
Ｖ 出力端
Ｖ１ 回路出力端
Ｖ２ 回路出力端
Ｖ３ 回路出力端
Ｖ４ 回路出力端

【要約】

【課題】電圧又は電流を増やすことが可能であるとともに、モジュール化することにより小型化して効率を高めることができる、モジュール化された変圧器の二次側大電流構造を提供する。
【解決手段】モジュール化された変圧器の二次側大電流構造は、環状コア１０、第１のモジュール１１、第２のモジュール１２、第３のモジュール１３、第４のモジュール１４及び一次側電源線２を備える。環状コアは、第１のモジュール内に配置され、第２のモジュール、第３のモジュール及び第４のモジュールを順次積層して４層の導電金属を形成して誘起電圧を発生させる。モジュールは、外側に向かって入れ子式で組み合わされ、多層の導電金属を積層して高電圧又は大電流を発生させる。各層の導電金属は、銅材モジュールであり、最外層に位置する第４のモジュールの内方に設けられた環状コアを覆う一次側電源線である。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】