特許 7432074 中周波変圧器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-07

(45)【発行日】2024-02-16

(54)【発明の名称】中周波変圧器

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/28 20060101AFI20240208BHJP

   H01F 27/30 20060101ALI20240208BHJP

   H01F 27/06 20060101ALI20240208BHJP

   H01F 30/10 20060101ALI20240208BHJP

【ＦＩ】

H01F27/28 128

H01F27/30 130

H01F27/06

H01F30/10 T

H01F30/10 F

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021516631

(86)(22)【出願日】2019-09-19

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-11

(86)【国際出願番号】 EP2019075231

(87)【国際公開番号】W WO2020064514

(87)【国際公開日】2020-04-02

【審査請求日】2022-08-31

(31)【優先権主張番号】18196561.7

(32)【優先日】2018-09-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】523380173

【氏名又は名称】ヒタチ・エナジー・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＨＩＴＡＣＨＩ ＥＮＥＲＧＹ ＬＴＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ドロフェニック，ウーベ

(72)【発明者】

【氏名】グラディンガー，トーマス

(72)【発明者】

【氏名】ブンシュ，ベルンハルト

【審査官】秋山 直人

(56)【参考文献】

【文献】特許第６２７８１５３（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１８－１０１７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－１６２７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１８１１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０２０７５８０６（ＥＰ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２４８８０８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０４４５９５７５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ２７／２８

Ｈ０１Ｆ ２７／３０

Ｈ０１Ｆ ２７／０６

Ｈ０１Ｆ ３０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

変圧器（１００）、特に中周波変圧器であって、
変圧器コア（１１０）を備え、前記変圧器コア（１１０）は、第１の長手方向軸（１１）を有する第１のコアレッグ（１１１）と、第２の長手方向軸（１２）を有する第２のコアレッグ（１１２）とを有し、前記変圧器（１００）はさらに、
前記第１のコアレッグ（１１１）の周囲に配置された第１の低電圧（ＬＶ）巻線（１２１）を備え、前記第１のＬＶ巻線（１２１）は、第１の長さ（Ｌ１）に沿って前記第１の長手方向軸（１１）の方向に延在しており、前記変圧器（１００）はさらに、
前記第１のＬＶ巻線（１２１）の周囲に配置された第１の高電圧（ＨＶ）巻線（１３１）を備え、前記第１のＨＶ巻線（１３１）は、第２の長さ（Ｌ２）に沿って前記第１の長手方向軸（１１）の方向に延在しており、前記第２の長さ（Ｌ２）は、前記第１の長さ（Ｌ１）よりも短く、前記変圧器（１００）はさらに、
前記第２のコアレッグ（１１２）の周囲に配置された第２の低電圧（ＬＶ）巻線（１２２）を備え、前記第２のＬＶ巻線（１２２）は、第３の長さ（Ｌ３）に沿って前記第２の長手方向軸（１２）の方向に延在しており、前記変圧器（１００）はさらに、
前記第２のＬＶ巻線（１２２）の周囲に配置された第２の高電圧（ＨＶ）巻線（１３２）を備え、前記第２のＨＶ巻線（１３２）は、第４の長さ（Ｌ４）に沿って前記第２の長手方向軸（１２）の方向に延在しており、前記第４の長さ（Ｌ４）は、前記第３の長さ（Ｌ３）よりも短く、
前記第１のＨＶ巻線（１３１）は、第１のＨＶコネクタ（１３３）および第２のＨＶコネクタ（１３４）を備え、前記第１のＨＶコネクタ（１３３）および前記第２のＨＶコネクタ（１３４）の各々は、前記第１の長手方向軸（１１）から離れて実質的に垂直に延在しており、
前記第２のＨＶ巻線（１３２）は、第３のＨＶコネクタ（１３５）および第４のＨＶコネクタ（１３６）を備え、前記第３のＨＶコネクタ（１３５）および前記第４のＨＶコネクタ（１３６）の各々は、前記第２の長手方向軸（１２）から離れて実質的に垂直に延在しており、前記第２のＨＶコネクタ（１３４）および前記第４のＨＶコネクタ（１３６）は、互いに接続されて、前記変圧器の同一の端部に配置されており、
前記変圧器（１００）はさらに、
間に前記第１のＨＶコネクタ（１３３）の端部が配置される２つの板要素を有する第１の磁場グレーダ（１５１）と、間に前記第３のＨＶコネクタ（１３５）の端部が配置される２つの板要素を有する第２の磁場グレーダ（１５２）と、間に前記第２のＨＶコネクタ（１３４）の端部および前記第４のＨＶコネクタ（１３６）の端部が配置される２つの板要素を有する第３の磁場グレーダ（１５３）とを備える、変圧器（１００）。

【請求項2】

前記第１のＨＶ巻線（１３１）の前記第２のＨＶコネクタ（１３４）は、前記第２のＨＶ巻線（１３２）の前記第４のＨＶコネクタ（１３６）に接続されている、請求項１に記載の変圧器（１００）。

【請求項3】

前記第１のＨＶ巻線（１３１）の前記第１のＨＶコネクタ（１３３）および前記第２のＨＶ巻線（１３２）の前記第３のＨＶコネクタ（１３５）は、前記変圧器（１００）のＨＶ接続を提供する、請求項１または請求項２に記載の変圧器（１００）。

【請求項4】

前記第１のＨＶコネクタ（１３３）は、前記第１のＨＶ巻線（１３１）の第１の端部（１３１Ａ）に設けられ、前記第２のＨＶコネクタ（１３４）は、前記第１のＨＶ巻線（１３１）の前記第１の端部（１３１Ａ）とは反対側の前記第１のＨＶ巻線（１３１）の第２の端部（１３１Ｂ）に設けられ、前記第３のＨＶコネクタ（１３５）は、前記第２のＨＶ巻線（１３２）の第１の端部（１３２Ａ）に設けられ、前記第４のＨＶコネクタ（１３６）は、前記第２のＨＶ巻線（１３２）の前記第１の端部（１３２Ａ）とは反対側の前記第２のＨＶ巻線（１３２）の第２の端部（１３２Ｂ）に設けられる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の変圧器（１００）。

【請求項5】

前記第１のＨＶコネクタ（１３３）は、前記第１の長手方向軸（１１）から離れて実質的に垂直にＤ１≧０．３×Ｌ２の第１の距離Ｄ１にわたって延在する第１のＨＶ接続部分（１３３Ｃ）を備え、前記第２のＨＶコネクタ（１３４）は、前記第１の長手方向軸（１１）から離れて実質的に垂直にＤ２≧０．３×Ｌ２の第２の距離Ｄ２にわたって延在する第２のＨＶ接続部分（１３４Ｃ）を備え、前記第３のＨＶコネクタ（１３５）は、前記第２の長手方向軸（１２）から離れて実質的に垂直にＤ３≧０．３×Ｌ４の第３の距離Ｄ３にわたって延在する第３のＨＶ接続部分（１３５Ｃ）を備え、前記第４のＨＶコネクタ（１３６）は、前記第２の長手方向軸（１２）から離れて実質的に垂直にＤ４≧０．３×Ｌ４の第４の距離Ｄ４にわたって延在する第４のＨＶ接続部分（１３５Ｃ）を備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の変圧器（１００）。

【請求項6】

前記第１の距離Ｄ１は、前記第３の距離Ｄ３と実質的に等しく、前記第２の距離Ｄ２は、前記第４の距離Ｄ４と実質的に等しい、請求項５に記載の変圧器（１００）。

【請求項7】

前記第１の距離Ｄ１、前記第２の距離Ｄ２、前記第３の距離Ｄ３および前記第４の距離Ｄ４は全て実質的に等しい、請求項６に記載の変圧器（１００）。

【請求項8】

前記第１のＬＶ巻線（１２１）は、第１のＬＶコネクタ（１２３）および第２のＬＶコネクタ（１２４）を備え、前記第１のＬＶコネクタ（１２３）および前記第２のＬＶコネクタ（１２４）の各々は、実質的に前記第１の長手方向軸（１１）の方向に延在しており、前記第２のＬＶ巻線（１２２）は、第３のＬＶコネクタ（１２５）および第４のＬＶコネクタ（１２６）を備え、前記第３のＬＶコネクタ（１２５）および前記第４のＬＶコネクタ（１２６）の各々は、実質的に前記第２の長手方向軸（１２）の方向に延在している、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の変圧器（１００）。

【請求項9】

前記第１のＬＶコネクタ（１２３）は、前記第１のＬＶ巻線（１２１）の第１の端部（１２１Ａ）から離れて延在しており、前記第２のＬＶコネクタ（１２４）は、前記第１のＬＶ巻線（１２１）の第２の端部（１２１Ｂ）から離れて延在しており、前記第３のＬＶコネクタ（１２５）は、前記第２のＬＶ巻線（１２２）の第１の端部（１２２Ａ）から離れて延在しており、前記第４のＬＶコネクタ（１２６）は、前記第２のＬＶ巻線（１２２）の第２の端部（１２２Ｂ）から離れて延在している、請求項８に記載の変圧器（１００）。

【請求項10】

前記第１のＬＶ巻線（１２１）の前記第１のＬＶコネクタ（１２３）は、第１の電線路（１４１）を介して前記第２のＬＶ巻線（１２２）の前記第４のＬＶコネクタ（１２６）に接続され、前記第１のＬＶ巻線（１２１）の前記第２のＬＶコネクタ（１２４）は、第２の電線路（１４２）を介して前記第２のＬＶ巻線（１２２）の前記第３のＬＶコネクタ（１２５）に接続されている、請求項８または請求項９に記載の変圧器（１００）。

【請求項11】

前記第１のＨＶ巻線（１３１）の周囲、ならびに、前記第１のＬＶ巻線（１２１）の周囲、ならびに、少なくとも部分的に前記第１のＨＶコネクタ（１３３）および前記第２のＨＶコネクタ（１３４）の周囲に設けられた絶縁材料からなる第１のキャスティング（１６１）と、前記第２のＨＶ巻線（１３２）の周囲、ならびに、少なくとも部分的に前記第３のＨＶコネクタ（１３５）および前記第４のＨＶコネクタ（１３６）の周囲に設けられた絶縁材料からなる第２のキャスティング（１６２）とをさらに備える、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の変圧器（１００）。

【請求項12】

前記第１のＨＶ巻線（１３１）の周囲、ならびに、前記第１のＬＶ巻線（１２１）の周囲、ならびに、少なくとも部分的に前記第１のＨＶコネクタ（１３３）および前記第２のＨＶコネクタ（１３４）の周囲に設けられた絶縁材料からなる第１のキャスティング（１６１）と、前記第２のＨＶ巻線（１３２）の周囲、ならびに、少なくとも部分的に前記第３のＨＶコネクタ（１３５）および前記第４のＨＶコネクタ（１３６）の周囲に設けられた絶縁材料からなる第２のキャスティング（１６２）とをさらに備え、
前記第１のキャスティング（１６１）は、前記第１のＨＶ接続部分（１３３Ｃ）を取り囲む第１の延長部（１６１Ａ）と、前記第２のＨＶ接続部分（１３４Ｃ）を取り囲む第２の延長部（１６１Ｂ）とを備え、前記第２のキャスティング（１６２）は、前記第３のＨＶ接続部分（１３５Ｃ）を取り囲む第３の延長部（１６２Ａ）と、前記第４のＨＶ接続部分（１３６Ｃ）を取り囲む第４の延長部（１６２Ｂ）とを備える、請求項５に記載の変圧器（１００）。

【請求項13】

前記第１の磁場グレーダ（１５１）および前記第２の磁場グレーダ（１５２）の下方に配置され、支持ロッド（１５５）によって前記第１の磁場グレーダ（１５１）および前記第２の磁場グレーダ（１５２）に接続された板要素を有する第４の磁場グレーダ（１５４）をさらに備える、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の変圧器（１００）。

【請求項14】

前記第１の磁場グレーダ（１５１）と前記第３の磁場グレーダ（１５３）との間に支持ロッド（１５５）が設けられ、前記第２の磁場グレーダ（１５２）と前記第３の磁場グレーダ（１５３）との間に支持ロッド（１５５）が設けられている、請求項１３に記載の変圧器（１００）。

【請求項15】

前記変圧器は、中周波変圧器、特に乾式鋳造中周波変圧器である、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の変圧器（１００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

技術分野
本開示の実施形態は、変圧器、特に中周波変圧器（ＭＦＴ）、より特定的に乾式鋳造ＭＦＴに関する。

【背景技術】

【0002】

背景
中周波変圧器（ＭＦＴ）は、さまざまなパワーエレクトロニクスシステムにおける重要な構成要素である。鉄道車両における例は、補助コンバータ、および、かさばる低周波輸送変圧器に取って代わるソリッドステート変圧器である。たとえば再生可能エネルギ源、ＥＶ充電インフラストラクチャ、データセンタ、または船に乗っているパワーグリッドのグリッド統合のために、ＳＳＴのさらなる適用が検討されている。ＳＳＴが将来ますます重要な役割を果たすようになることが期待されている。

【0003】

電気絶縁は、ＭＦＴにおける重要な課題である。なぜなら、一方では動作電圧が高い（１０ｋＶ～１００ｋＶ、特に５０ｋＶ～１００ｋＶの範囲内）可能性があり、他方では従来の低周波配電および電力変圧器と比較して個々のＭＦＴの電力がやや低い（数百ｋＶＡの範囲内）からである。

【0004】

上記のＭＦＴの電力および電圧範囲では、コンパクトで単純な低コストの中周波変圧器（ＭＦＴ）を設計するための主な課題は、効率的な冷却、近接効果による巻線損失の低減、および高電圧巻線のブッシングの位置である。

【0005】

したがって、従来技術の問題のうちの少なくともいくつかを克服するか、または、従来の変圧器のマイナスの影響を少なくとも減少させることができる変圧器、特に乾式鋳造中周波変圧器が引き続き必要とされている。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

概要
上記に鑑みて、独立請求項に係る変圧器が提供される。さらなる局面、利点および特徴は、従属請求項、明細書および添付の図面から明らかである。

【0007】

特に、本開示に従って、変圧器が提供され、上記変圧器は、変圧器コアを含み、上記変圧器コアは、第１の長手方向軸を有する第１のコアレッグと、第２の長手方向軸を有する第２のコアレッグとを有する。上記変圧器はさらに、上記第１のコアレッグの周囲に配置された第１の低電圧（ＬＶ）巻線を含む。上記第１のＬＶ巻線は、第１の長さＬ１に沿って上記第１の長手方向軸の方向に延在している。上記変圧器はさらに、上記第１のＬＶ巻線の周囲に配置された第１の高電圧（ＨＶ）巻線を含む。上記第１のＨＶ巻線は、第２の長さＬ２に沿って上記第１の長手方向軸の方向に延在している。上記第２の長さＬ２は、上記第１の長さＬ１よりも短い。上記変圧器はさらに、上記第２のコアレッグの周囲に配置された第２のＬＶ巻線を含む。上記第２のＬＶ巻線は、第３の長さＬ３に沿って上記第２の長手方向軸の方向に延在している。上記変圧器はさらに、上記第２のＬＶ巻線の周囲に配置された第２のＨＶ巻線を含む。上記第２のＨＶ巻線は、第４の長さＬ４に沿って上記第２の長手方向軸の方向に延在している。上記第４の長さＬ４は、上記第３の長さＬ３よりも短い。上記第１のＨＶ巻線は、第１のＨＶコネクタおよび第２のＨＶコネクタを備え、上記第１のＨＶコネクタおよび上記第２のＨＶコネクタの各々は、上記第１の長手方向軸から離れて実質的に垂直に延在している。上記第２のＨＶ巻線は、第３のＨＶコネクタおよび第４のＨＶコネクタを備え、上記第３のＨＶコネクタおよび上記第４のＨＶコネクタの各々は、上記第２の長手方向軸から離れて実質的に垂直に延在している。

【0008】

したがって、有利なことに、本開示の変圧器は、特にコンパクトさ、近接効果による巻線損失の低減、変圧器設計の単純さ、頑強さ、高電圧巻線のコネクタの位置、およびコストの点で先行技術よりも向上している。よりよく理解するために、「近接効果」に関して以下に記載する。交流を搬送する導体では、しっかりと巻き付けられたワイヤコイル内などの１つまたは複数の他の隣接する導体を電流が流れている場合、第１の導体内での電流の分配は、より小さな領域に限定されることになる。結果として生じる電流の密集を近接効果と呼ぶ。この密集は、回路の実効抵抗を増加させ、周波数とともに増加する。

【0009】

より具体的には、本明細書に記載されている変圧器は、コンパクトで単純な低コストの変圧器、特に中周波変圧器を設計することの以下の主な課題に対処する。

【0010】

第１の課題は、絶縁要件および機械的安定性のために一般的には鋳造しなければならない巻線の効率的な冷却を提供することである。

【0011】

第２の課題は、絶縁要件のために一般的に大きな距離が必要である巻線の交互配置が困難であることである。この点について、交互配置でない巻線は一般に高周波巻線損失を増加させるということに注意されたい。

【0012】

第３の課題は、高電圧巻線のブッシング、すなわちコネクタの位置である。一般に、接地されたコアおよび当該コアの端縁ならびに低電圧巻線との大きな距離が必要である。

【0013】

第１の点は、数百ｋＷの範囲内の頑強で信頼性のある変圧器、特に乾式ＭＦＴを構築することに非常に関係がある。

【0014】

第２の点は、（５０Ｈｚ配電変圧器と比較して）ＭＦＴでは特に重要である。なぜなら、近接効果による巻線損失は、動作周波数とともに大幅に増加するからである。将来的に、この問題は、高速スイッチングワイドバンドギャップ半導体の導入によりますます重要になるであろう。

【0015】

ブッシングに関する第３の点は、ＭＦＴが非常にコンパクトでなければならない（これは、一般にＭＦＴ設計の目標である）場合には実現することがますます困難である。なぜなら、ブッシングは、変圧器設計を左右し始めることになるからである。

【0016】

本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上に簡潔にまとめられている本開示のより特定的な説明が実施形態を参照することによりなされ得る。添付の図面は、本開示の実施形態に関連しており、以下に記載されている。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本明細書に記載されている実施形態に係る変圧器の概略図である。

【図2】本明細書に記載されているさらなる実施形態に係る絶縁体を含む変圧器の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

実施形態の詳細な説明
ここで、さまざまな実施形態を詳細に参照し、これらの実施形態の１つまたは複数の例は各図面に示されている。各例は、説明の目的で提供されており、限定することを意図したものではない。たとえば、一実施形態の一部として示されまたは記載されている特徴は、その他の実施形態で使用して、またはその他の実施形態と併用して、さらに別の実施形態を生み出すことができる。本開示は、このような変形例および変更例を包含するよう意図されている。

【0019】

図面の以下の説明において、同一の参照番号は同一または類似の構成要素を指す。概して、個々の実施形態についての相違点のみを説明する。別段の定めがない限り、一実施形態における部分または局面の説明は、別の実施形態における対応する部分または局面にも当てはめることができる。

【0020】

図１を例示的に参照して、本開示に係る変圧器１００について説明する。本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、変圧器１００は、変圧器コア１１０を含み、変圧器コア１１０は、第１の長手方向軸１１を有する第１のコアレッグ１１１と、第２の長手方向軸１２を有する第２のコアレッグ１１２とを有する。特に、第２の長手方向軸１２は、通常、第１の長手方向軸１１と実質的に平行である。本開示では、「実質的に平行」という表現は、厳密な平行からの偏差角ＤがＤ≦±１０°、特にＤ≦±５°、より特定的にＤ≦±２°の範囲内で平行であるものとして理解することができる。

【0021】

また、図１に例示的に示されているように、変圧器１００は、第１のコアレッグ１１１の周囲に配置された第１の低電圧（ＬＶ）巻線１２１を含む。第１のＬＶ巻線１２１は、第１の長さＬ１に沿って第１の長手方向軸１１の方向に延在している。さらに、変圧器１００は、第１のＬＶ巻線１２１の周囲に配置された第１の高電圧（ＨＶ）巻線１３１を含む。第１のＨＶ巻線１３１は、第２の長さＬ２に沿って第１の長手方向軸１１の方向に延在している。第２の長さＬ２は、第１の長さＬ１よりも短い。特に、図１に例示的に示されているように、第１のＬＶ巻線１２１の両端は、第１のＨＶ巻線１３１の端部を越えて延在している。

【0022】

さらに、図１に例示的に示されているように、変圧器１００は、第２のコアレッグ１１２の周囲に配置された第２のＬＶ巻線１２２を含む。第２のＬＶ巻線１２２は、第３の長さＬ３に沿って第２の長手方向軸１２の方向に延在している。また、変圧器１００は、第２のＬＶ巻線１２２の周囲に配置された第２のＨＶ巻線１３２を含む。第２のＨＶ巻線１３２は、第４の長さＬ４に沿って第２の長手方向軸１２の方向に延在している。第４の長さＬ４は、第３の長さＬ３よりも短い。特に、図１に例示的に示されているように、第２のＬＶ巻線１２２の両端は、第２のＨＶ巻線１３２の端部を越えて延在している。

【0023】

さらに、図１に例示的に示されているように、第１のＨＶ巻線１３１は、第１のＨＶコネクタ１３３および第２のＨＶコネクタ１３４を備える。第１のＨＶコネクタ１３３および第２のＨＶコネクタ１３４の各々は、第１の長手方向軸１１から離れて実質的に垂直に延在している。第２のＨＶ巻線１３２は、第３のＨＶコネクタ１３５および第４のＨＶコネクタ１３６を備える。第３のＨＶコネクタ１３５および第４のＨＶコネクタ１３６の各々は、第２の長手方向軸１２から離れて実質的に垂直に延在している。

【0024】

本開示では、「実質的に垂直」という表現は、厳密な垂直からの偏差角ＤがＤ≦±１０°、特にＤ≦±５°、より特定的にＤ≦±２°の範囲内で垂直であるものとして理解することができる。

【0025】

特に、本明細書に記載されている変圧器１００は、中周波変圧器であってもよい。特に、変圧器１００は、乾式鋳造中周波変圧器であってもよい。

【0026】

したがって、有利なことに、本開示の変圧器は、特にコンパクトさ、近接効果による巻線損失の低減、変圧器設計の単純さ、頑強さ、高電圧巻線のコネクタの位置、およびコストの点で先行技術よりも向上している。

【0027】

なお、従来技術のコア型およびシェル型変圧器は、ＨＶ巻線およびＬＶ巻線の交互配置を提供せず、その結果、近接効果による損失が高くなる可能性がある。したがって、コア型およびシェル型変圧器のＨＶ巻線では、１つの目標は、接地されたコアおよびＬＶ巻線に対する絶縁距離を最小にすることである。交互配置でない従来技術の巻線スキームの中には、たとえばＬＶ巻線とＨＶ巻線との間の対流冷却による巻線の効率的な冷却およびＨＶ巻線との比較的単純な接続（ブッシング）を可能にするものもある。

【0028】

巻線の分割および再配置（交互配置された巻線とも称される）によって、巻線窓内の漂遊磁場を減少させることができ、近接効果による巻線における高周波損失を大幅に減少させることができる、ということが分かった。しかし、交互配置が適用されると、ＨＶ巻線の冷却が非常に困難になり、コネクタ（ブッシング）をＨＶ巻線に取り付けることが非常に困難になる。なぜなら、コネクタ（ブッシング）は、ＬＶ巻線および／またはコアならびに関連付けられた幾何学上の端縁に非常に近いからである。

【0029】

図１を例示的に参照して、本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、第１のＨＶ巻線１３１の第２のＨＶコネクタ１３４は、第２のＨＶ巻線１３２の第４のＨＶコネクタ１３６に接続されている。したがって、第２のＨＶコネクタ１３４および第４のＨＶコネクタ１３６は、第１のＨＶ巻線１３１および第２のＨＶ巻線１３２の直列接続を提供するように電気的に接続されている。一般に、第１のＨＶ巻線１３１の第１のＨＶコネクタ１３３および第２のＨＶ巻線１３２の第３のＨＶコネクタ１３５は、変圧器のＨＶ接続を提供する。たとえば、第１のＨＶコネクタ１３３は、ＨＶ_ｉｎコネクタであってもよく、第３のＨＶコネクタ１３５は、ＨＶ_ｏｕｔコネクタであってもよい。

【0030】

図１に例示的に示されているように、本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、第１のＨＶコネクタ１３３は、第１のＨＶ巻線１３１の第１の端部１３１Ａに設けられ、第２のＨＶコネクタ１３４は、第１のＨＶ巻線１３１の第２の端部１３１Ｂに設けられている。第１のＨＶ巻線１３１の第２の端部１３１Ｂは、第１のＨＶ巻線１３１の第１の端部１３１Ａとは反対側にある。

【0031】

さらに、図１に例示的に示されているように、一般に、第３のＨＶコネクタ１３５は、第２のＨＶ巻線１３２の第１の端部１３２Ａに設けられ、第４のＨＶコネクタ１３６は、第２のＨＶ巻線１３２の第２の端部１３２Ｂに設けられている。第２のＨＶ巻線１３２の第２の端部１３２Ｂは、第２のＨＶ巻線１３２の第１の端部１３２Ａとは反対側に設けられている。

【0032】

図１に例示的に示されているように、本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、第１のＨＶコネクタ１３３は、第１のＨＶ接続部分１３３Ｃを含む。一般に、第１のＨＶ接続部分１３３Ｃは、第１の長手方向軸１１から離れて実質的に垂直に、Ｄ１≧０．３×Ｌ２、特にＤ１≧０．５×Ｌ２の第１の距離Ｄ１にわたって延在している。一般に、第２のＨＶコネクタ１３４は、第２のＨＶ接続部分１３４Ｃを含む。一般に、第２のＨＶ接続部分１３４Ｃは、第１の長手方向軸１１から離れて実質的に垂直に、Ｄ２≧０．３×Ｌ２、特にＤ２≧０．５×Ｌ２の第２の距離Ｄ２にわたって延在している。

【0033】

さらに、図１に例示的に示されているように、第３のＨＶコネクタ１３５は、第３のＨＶ接続部分１３５Ｃを含む。一般に、第３のＨＶ接続部分１３５Ｃは、第２の長手方向軸１２から離れて実質的に垂直に、Ｄ３≧０．３×Ｌ４、特にＤ３≧０．５×Ｌ４の第３の距離Ｄ３にわたって延在している。一般に、第４のＨＶコネクタ１３６は、第２の長手方向軸１２から離れて実質的に垂直に、Ｄ４≧０．３×Ｌ４、特にＤ４≧０．５×Ｌ４の第４の距離Ｄ４にわたって延在している第４のＨＶ接続部分１３５Ｃを含む。

【0034】

本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、第１の距離Ｄ１は、第３の距離Ｄ３と実質的に等しくてもよい。さらに、第２の距離Ｄ２は、第４の距離Ｄ４と実質的に等しくてもよい。一例によれば、第１の距離Ｄ１、第２の距離Ｄ２、第３の距離Ｄ３および第４の距離Ｄ４は全て、実質的に等しい。本開示では、「実質的に等しい」という表現は、許容誤差ＴがＴ≦１０％、特にＴ≦５％、より特定的にＴ≦２％の範囲内で等しいものとして理解することができる。

【0035】

図１に例示的に示されているように、本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、第１のＬＶ巻線１２１は、第１のＬＶコネクタ１２３および第２のＬＶコネクタ１２４を備える。第１のＬＶコネクタ１２３および第２のＬＶコネクタ１２４の各々は、実質的に第１の長手方向軸１１の方向に延在している。さらに、一般に、第２のＬＶ巻線１２２は、第３のＬＶコネクタ１２５および第４のＬＶコネクタ１２６を備える。第３のＬＶコネクタ１２５および第４のＬＶコネクタ１２６の各々は、実質的に第２の長手方向軸１２の方向に延在している。本開示では、「実質的に…方向に」という表現は、上記方向からの偏差角ＤがＤ≦±１０°、特にＤ≦±５°、より特定的にＤ≦±２°の範囲内で上記方向に向けられているものとして理解することができる。

【0036】

特に、図１に例示的に示されているように、第１のＬＶコネクタ１２３は、第１のＬＶ巻線１２１の第１の端部１２１Ａから離れて延在しており、第２のＬＶコネクタ１２４は、第１のＬＶ巻線１２１の第２の端部１２１Ｂから離れて延在している。さらに、一般に、第３のＬＶコネクタ１２５は、第２のＬＶ巻線１２２の第１の端部１２２Ａから離れて延在しており、第４のＬＶコネクタ１２６は、第２のＬＶ巻線１２２の第２の端部１２２Ｂから離れて延在している。

【0037】

図１を例示的に参照して、本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、第１のＬＶ巻線１２１の第１のＬＶコネクタ１２３は、第１の電線路１４１を介して第２のＬＶ巻線１２２の第４のＬＶコネクタ１２６に接続されている。また、第１のＬＶ巻線１２１の第２のＬＶコネクタ１２４は、第２の電線路１４２を介して第２のＬＶ巻線１２２の第３のＬＶコネクタ１２５に接続されている。したがって、第１のＬＶ巻線１２１および第２のＬＶ巻線１２２は、並列に接続されている。

【0038】

図２を例示的に参照して、本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、変圧器１００は、第１のＨＶ巻線１３１の周囲に設けられた、絶縁材料、特に絶縁性樹脂からなる第１のキャスティング１６１を含む。さらに、第１のキャスティング１６１は、少なくとも部分的に第１のＨＶコネクタ１３３および第２のＨＶコネクタ１３４の周囲に設けられている。特に、図２と組み合わせた図１から、第１のキャスティング１６１が第１のＨＶ接続部分１３３Ｃを取り囲む第１の延長部１６１Ａと第２のＨＶ接続部分１３４Ｃを取り囲む第２の延長部１６１Ｂとを含んでいてもよいということが理解されるべきである。

【0039】

また、図２に例示的に示されているように、一般に、変圧器１００は、第２のＨＶ巻線１３２の周囲、ならびに、少なくとも部分的に第３のＨＶコネクタ１３５および第４のＨＶコネクタ１３６の周囲に設けられた、絶縁材料、特に絶縁性樹脂からなる第２のキャスティング１６２を含む。特に、図２と組み合わせた図１から、第２のキャスティング１６２が第３のＨＶ接続部分１３５Ｃを取り囲む第３の延長部１６２Ａと第４のＨＶ接続部分１３６Ｃを取り囲む第４の延長部１６２Ｂとを含んでいてもよいということが理解されるべきである。

【0040】

図２を例示的に参照して、本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態によれば、変圧器１００は、間に第１のＨＶコネクタ１３３の端部が配置される２つの板要素を有する第１の磁場グレーダ１５１を含む。さらに、変圧器１００は、間に第３のＨＶコネクタ１３５の端部が配置される２つの板要素を有する第２の磁場グレーダ１５２を含む。また、変圧器１００は、間に第２のＨＶコネクタ１３４の端部および第４のＨＶコネクタ１３６の端部が配置される２つの板要素を有する第３の磁場グレーダ１５３を含む。

【0041】

さらに、図２に例示的に示されているように、変圧器は、第１の磁場グレーダ１５１および第２の磁場グレーダ１５２の下方に配置された板要素を有する第４の磁場グレーダ１５４を含み得る。

【0042】

特に、図２に例示的に示されているように、第１の磁場グレーダ１５１と第３の磁場グレーダ１５３および／または第４の磁場グレーダ１５４との間に１つまたは複数の支持ロッド１５５を設けることができる。また、第２の磁場グレーダ１５２と第３の磁場グレーダ１５３および／または第４の磁場グレーダ１５４との間に１つまたは複数の支持ロッド１５５を設けることができる。

【0043】

本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせることができる特定の例によれば、変圧器１００は、高電圧絶縁体を有して１０ｋＨｚで２４０ｋＶＡであるように設計されたＭＦＴ（ＤＣ５０ｋＶ、ＡＣｒｍｓ６９ｋＶ、雷インパルスＬＩ１５０ｋＶ）である。変圧器コアの高さは、５０ｃｍであってもよく、第１のＨＶ巻線１３１および第２のＨＶ巻線１３２の各々の外径は、２１ｃｍであってもよい。このような変圧器仕様の１つの用途は、たとえば太陽光発電ソーラー要素のグリッド接続（ユーティリティスケール）である。

【0044】

上記に鑑みて、従来技術と比較して、本開示の変圧器の実施形態は、有利なことに、よりコンパクトで、頑強で、費用対効果の高い変圧器を提供する、ということが理解されるべきである。特に、図２を参照して例示的に説明したように、有利なことに、単相コア型乾式中周波変圧器のブッシング（すなわち、コネクタ）を含む、絶縁システムを有する変圧器が提供され、ＬＶ巻線およびＨＶ巻線の各々は、２つの巻線に分割されて各々２つのコイルを形成する。各コイルは、内側ＬＶ巻線と外側ＨＶ巻線とを有し、鋳造される。コアとの必要な絶縁距離を保証するために、ＨＶ巻線はＬＶ巻線よりも高さが低い。

【0045】

図１に例示的に示されているように、巻線窓内の巻線の配列（ＬＶ－ＨＶ）_{ＣＯＩＬ＿ＬＥＦＴ}－（ＨＶ－ＬＶ）_{ＣＯＩＬ＿ＲＩＧＨＴ}は、巻線窓内の漂遊磁場を減少させるだけでなく、近接効果、および、通常はＭＦＴにおける損失を左右する関連する高周波巻線損失を大幅に減少させる。

【0046】

各コイルのＬＶ巻線とＨＶ巻線との間の絶縁は、最小距離を規定して、たとえば空気よりもはるかに高い電場に耐える絶縁材料を用いて鋳造を行うことによって実現される。鋳造は、部分放電を防止して、高い機械的強度および頑強さを提供する。提案されている設計では、最外鋳造絶縁層厚み（ＨＶから外側面）は、ＨＶ巻線とＬＶ巻線および／または接地との間の必要な絶縁よりもはるかに小さくてもよく、ＨＶ巻線の対流空気冷却を大幅に向上させることができる。

【0047】

さらに、本明細書に記載されている他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、本明細書に記載されている低電圧巻線および本明細書に記載されているそれぞれの高電圧巻線は、特にそれらの間に空隙を設けることなく一緒に鋳造されるということが理解されるべきである。したがって、一般に、本明細書に記載されている低電圧巻線および本明細書に記載されているそれぞれの高電圧巻線は、一般に、本明細書に記載されている絶縁材料からなるそれぞれのキャスティング内（すなわち、第１のキャスティング１６１および／または第２のキャスティング１６２内）で一緒に鋳造される。したがって、有利なことに、非常に省スペースの変圧器設計を提供することができる。

【0048】

図１を参照して例示的に説明したように、２つのＨＶ巻線の各々に対して、２つのコネクタ（ブッシング）がコア－巻線の平面の垂直方向に設置されている。それらのコネクタのうちの２つは、２つのＨＶ巻線を直列接続するように電気的に接続されている。２つの他のコネクタは、ＭＦＴのＨＶ接続を提供する。提案されている構成は、ＬＶ巻線およびコアならびに関連付けられた幾何学上の端縁からのＨＶコネクタ（ブッシング）の最大距離を保証する。これにより、低コストで非常にコンパクトな変圧器設計が可能になる。ＬＶ巻線コネクタは、コアとの近さに関して重要ではなく、並列接続されることができる。

【0049】

上記は実施形態に向けられているが、基本的な範囲から逸脱することなく他のおよびさらなる実施形態が考案されてもよく、当該範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

【符号の説明】

【0050】

１００ 変圧器、１１０ 変圧器コア、１１１ 第１のコアレッグ、１１ 第１の長手方向軸、１１２ 第２のコアレッグ、１２ 第２の長手方向軸、１２１ 第１の低電圧巻線、１２１Ａ 第１の低電圧巻線の第１の端部、１２１Ｂ 第１の低電圧巻線の第２の端部、１２２ 第２の低電圧巻線、１２２Ａ 第２の低電圧巻線の第１の端部、１２２Ｂ 第２の低電圧巻線の第２の端部、１２３ 第１のＬＶコネクタ、１２３Ｃ 第１のＬＶ接続部分、１２４ 第２のＬＶコネクタ、１２４Ｃ 第２のＬＶ接続部分、１２５ 第３のＬＶコネクタ、１２５Ｃ 第３のＬＶ接続部分、１２６ 第４のＬＶコネクタ、１２６Ｃ 第４のＬＶ接続部分、１３１ 第１のＨＶ巻線、１３１Ａ 第１のＨＶ巻線の第１の端部、１３１Ｂ 第１のＨＶ巻線の第２の端部、１３２ 第２のＨＶ巻線、１３２Ａ 第２のＨＶ巻線の第１の端部、１３２Ｂ 第２のＨＶ巻線の第２の端部、１３３ 第１のＨＶコネクタ、１３３Ｃ 第１のＨＶ接続部分、１３４ 第２のＨＶコネクタ、１３４Ｃ 第２のＨＶ接続部分、１３５ 第３のＨＶコネクタ、１３５Ｃ 第３のＨＶ接続部分、１３６ 第４のＨＶコネクタ、１３６Ｃ 第４のＨＶ接続部分、１４１ 第１の電線路、１４２ 第２の電線路、１５１ 第１の磁場グレーダ、１５２ 第２の磁場グレーダ、１５３ 第３の磁場グレーダ、１５４ 第４の磁場グレーダ、１５５ 支持ロッド、１６１ 第１のキャスティング、１６１Ａ 第１の延長部、１６１Ｂ 第２の延長部、１６２ 第２のキャスティング、１６２Ａ 第３の延長部、１６２Ｂ 第４の延長部、Ｌ１ 第１の長さ、Ｌ２ 第２の長さ、Ｌ３ 第３の長さ、Ｌ４ 第４の長さ、Ｄ１ 第１の距離、Ｄ２ 第２の距離、Ｄ３ 第３の距離、Ｄ４ 第４の距離。

【図1】

【図2】