7585070 複数相トランスおよび３相トランス

(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】2024-11-08

(45)【発行日】2024-11-18

(54)【発明の名称】複数相トランスおよび３相トランス

(51)【国際特許分類】

   H01F 30/12 20060101AFI20241111BHJP

   H01F 27/28 20060101ALI20241111BHJP

【ＦＩ】

H01F30/12 C

H01F30/12 A

H01F27/28 K

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021016418

(22)【出願日】2021-02-04

(65)【公開番号】P2022119356

(43)【公開日】2022-08-17

【審査請求日】2023-10-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】繁内 宏治

(72)【発明者】

【氏名】石垣 将紀

(72)【発明者】

【氏名】岡村 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】杉山 義信

(72)【発明者】

【氏名】田内 豊

【審査官】小林 大介

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２０６０６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】実開平０１－１２０３１７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０２３０７７６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ２７／２８

Ｈ０１Ｆ ３０／１２

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの複数相トランス用巻線構造を含む複数相トランスであって、
各前記複数相トランス用巻線構造は、複数の巻線を含み、
前記複数の巻線のうちの１つである上位巻線におけるループが、
前記複数の巻線のうちの他の１つである下位巻線における正巻きループおよび逆巻きループから発生する磁束を囲み、
各前記複数相トランス用巻線構造は、
前記下位巻線における正巻きループを貫く第１コアと、前記下位巻線における逆巻きループを貫く第２コアと、を備え、
前記下位巻線を貫く前記第１コアおよび前記第２コアは、前記上位巻線における同一のループを貫き、
前記第１コアおよび前記第２コアは、それぞれの一端が、共通のコアに結合されており、
２つの前記複数相トランス用巻線構造のうち一方の前記第１コアの先端および前記第２コアの先端が、他方の前記第１コアの先端および前記第２コアの先端にそれぞれ対向し、ギャップが形成されていることを特徴とする複数相トランス。

【請求項2】

請求項１に記載の複数相トランスであって、
前記上位巻線における正巻きループおよび逆巻きループのうちいずれか一方が、前記第１コアおよび前記第２コアに貫かれ、前記下位巻線における正巻きループおよび逆巻きループから発生する磁束を囲むことを特徴とする複数相トランス。

【請求項3】

請求項２に記載の複数トランスであって、
各前記複数相トランス用巻線構造は、
前記共通のコアに一端が結合された第３コアと、
前記上位巻線および前記下位巻線とは別の、前記第３コアに設けられた巻線と、
を含み、
２つの前記複数相トランス用巻線構造のうち一方の前記第３コアの先端が、他方の前記第３コアの先端に対向し、ギャップが形成されていることを特徴とする複数相トランス。

【請求項4】

２つの３相トランス用巻線構造を含む３相トランスであって、
各前記３相トランス用巻線構造は、
Ａ相巻線、Ｂ相巻線およびＣ相巻線を含み、
前記Ａ相巻線、前記Ｂ相巻線および前記Ｃ相巻線のそれぞれは、正巻きループおよび逆巻きループを含み、
前記Ｃ相巻線の正巻きループは、前記Ａ相巻線の正巻きループおよび逆巻きループが発生する磁束を囲み、
前記Ｃ相巻線の逆巻きループは、前記Ｂ相巻線の正巻きループおよび逆巻きループが発生する磁束を囲み、
各前記３相トランス用巻線構造は、
前記Ａ相巻線の正巻きループおよび逆巻きループをそれぞれ貫く第１コアおよび第２コアと、
前記Ｂ相巻線の正巻きループおよび逆巻きループをそれぞれ貫く第３コアおよび第４コアと、を備え、
前記Ａ相巻線を貫く前記第１コアおよび前記第２コアは、前記Ｃ相巻線の正巻きループを貫き、
前記Ｂ相巻線を貫く前記第３コアおよび前記第４コアは、前記Ｃ相巻線の逆巻きループを貫き、
前記第１コアから前記第４コアは、それぞれの一端が、共通のコアに結合されており、
２つの前記３相トランス用巻線構造のうち一方の前記第１コアから前記第４コアの先端が、他方の前記第１コアから前記第４コアの先端にそれぞれ対向し、ギャップが形成されていることを特徴とする３相トランス。

【請求項5】

請求項４に記載の３相トランスであって、
各前記３相トランス用巻線構造は、
前記共通のコアに一端が結合された第５コアと、
前記第５コアに貫かれたＸ相巻線と、を備え、
２つの前記３相トランス用巻線構造のうち一方の前記第５コアの先端が、他方の前記第５コアの先端に対向し、ギャップが形成されていることを特徴とする３相トランス。

【請求項6】

請求項４に記載の３相トランスであって、
各前記共通のコアは板状に形成されており、
前記共通のコアの板面上に四角形を画定する４つの頂点の位置から、前記第１コアから前記第４コアが突出していることを特徴とする３相トランス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数相トランス用巻線構造、複数相トランス、３相トランス用巻線構造および３相トランスに関し、特に、トランスに用いられる複数相の巻線の構造に関する。

【背景技術】

【0002】

電池の出力電力を利用する技術、あるいは、電池を充電する技術につき広く研究が行われている。例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動自動車には、駆動用のモータジェネレータに電力を供給するための電池が搭載されている。電気自動車やプラグイン機能付きのハイブリッド自動車では、外部の装置から供給される電力によって電池が充電される。

【0003】

このような外部充電型の電動自動車では、外部から供給された電力を調整して電池に出力する電力変換装置が用いられる。電力変換装置には、複数のスイッチング回路に加えて複数のスイッチング回路を結合するトランスを用いることで、各スイッチング回路の入出力電圧を整合させるものがある。また、トランスを用いることで、ユーザが操作する部位を電池から絶縁する設計が行われることもある。さらに、自動車分野に限らず、トランスの１次巻線が設けられた装置と、トランスの２次巻線が設けられた装置とを個別に構成し、１次巻線側の装置と２次巻線側の装置とを着脱自在としたものも検討されている。

【0004】

電力変換装置には、伝送電力を大きくするため、複数相の交流電力を伝送するものがある。複数相の交流電力を伝送する場合、複数相の１次巻線と複数相の２次巻線とを結合させた複数相トランスが用いられる。以下の特許文献１には、複数相トランス（多相変圧器）が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１９－１４９５１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

複数相トランスでは、異なる相の巻線同士が磁気的に結合することがある。このような相間結合がある場合、相間結合がない場合と比較して巻線に流れる電流が変化し、巻線やスイッチング回路で発生する電力損失が増加してしまうことがある。

【0007】

本発明の目的は、複数相トランスに用いられる複数の巻線について、異なる相の巻線同士の結合を小さくすることである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、２つの複数相トランス用巻線構造を含む複数相トランスであって、各前記複数相トランス用巻線構造は、複数の巻線を含み、前記複数の巻線のうちの１つである上位巻線におけるループが、前記複数の巻線のうちの他の１つである下位巻線における正巻きループおよび逆巻きループから発生する磁束を囲み、各前記複数相トランス用巻線構造は、前記下位巻線における正巻きループを貫く第１コアと、前記下位巻線における逆巻きループを貫く第２コアと、を備え、前記下位巻線を貫く前記第１コアおよび前記第２コアは、前記上位巻線における同一のループを貫き、前記第１コアおよび前記第２コアは、それぞれの一端が、共通のコアに結合されており、２つの前記複数相トランス用巻線構造のうち一方の前記第１コアの先端および前記第２コアの先端が、他方の前記第１コアの先端および前記第２コアの先端にそれぞれ対向し、ギャップが形成されていることを特徴とする。

【0009】

望ましくは、前記上位巻線における正巻きループおよび逆巻きループのうちいずれか一方が、前記第１コアおよび前記第２コアに貫かれ、前記下位巻線における正巻きループおよび逆巻きループから発生する磁束を囲む。

【0010】

望ましくは、各前記複数相トランス用巻線構造は、前記共通のコアに一端が結合された第３コアと、前記上位巻線および前記下位巻線とは別の、前記第３コアに設けられた巻線と、を含み、２つの前記複数相トランス用巻線構造のうち一方の前記第３コアの先端が、他方の前記第３コアの先端に対向し、ギャップが形成されていることを特徴とする。

【0011】

また、本発明の関連技術は、複数の巻線を含む複数相トランス用巻線構造であって、前記複数の巻線のうちの１つである上位巻線が起磁力を発生する上位磁路上に、前記複数の巻線のうちの他の１つである下位巻線による下位磁路であって、往路および復路が並列に配置された下位磁路が取り込まれており、前記下位巻線に含まれる正巻きループおよび逆巻きループが、それぞれ、前記往路および前記復路に起磁力を発生する。

【0012】

また、本発明は、２つの３相トランス用巻線構造を含む３相トランスであって、各前記３相トランス用巻線構造は、Ａ相巻線、Ｂ相巻線およびＣ相巻線を含み、前記Ａ相巻線、前記Ｂ相巻線および前記Ｃ相巻線のそれぞれは、正巻きループおよび逆巻きループを含み、前記Ｃ相巻線の正巻きループは、前記Ａ相巻線の正巻きループおよび逆巻きループが発生する磁束を囲み、前記Ｃ相巻線の逆巻きループは、前記Ｂ相巻線の正巻きループおよび逆巻きループが発生する磁束を囲み、各前記３相トランス用巻線構造は、前記Ａ相巻線の正巻きループおよび逆巻きループをそれぞれ貫く第１コアおよび第２コアと、前記Ｂ相巻線の正巻きループおよび逆巻きループをそれぞれ貫く第３コアおよび第４コアと、を備え、前記Ａ相巻線を貫く前記第１コアおよび前記第２コアは、前記Ｃ相巻線の正巻きループを貫き、前記Ｂ相巻線を貫く前記第３コアおよび前記第４コアは、前記Ｃ相巻線の逆巻きループを貫き、前記第１コアから前記第４コアは、それぞれの一端が、共通のコアに結合されており、２つの前記３相トランス用巻線構造のうち一方の前記第１コアから前記第４コアの先端が、他方の前記第１コアから前記第４コアの先端にそれぞれ対向し、ギャップが形成されていることを特徴とする。

【0013】

望ましくは、各前記３相トランス用巻線構造は、前記共通のコアに一端が結合された第５コアと、前記第５コアに貫かれたＸ相巻線と、を備え、２つの前記３相トランス用巻線構造のうち一方の前記第５コアの先端が、他方の前記第５コアの先端に対向し、ギャップが形成されている。望ましくは、各前記共通のコアは板状に形成されており、前記共通のコアの板面上に四角形を画定する４つの頂点の位置から、前記第１コアから前記第４コアが突出している。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、複数相トランスに用いられる複数の巻線について、異なる相の巻線同士の結合を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態に係る３相トランスの構造を模式的に示す図である。

【図2】第１実施形態に係る３相トランスの磁気回路を示す図である。

【図3】磁気回路を１つの起磁力源および１つの磁気抵抗器に変換する過程を示す図である。

【図4】第２実施形態に係る４相トランスの構造を模式的に示す図である。

【図5】第２実施形態に係る４相トランスの磁気回路を示す図である。

【図6】第３実施形態に係る５相トランスの構造を模式的に示す図である。

【図7】第３実施形態に係る５相トランスの磁気回路を示す図である。

【図8】第４実施形態に係る変形型３相トランスの構造を模式的に示す図である。

【図9】第４実施形態に係る変形型３相トランスの磁気回路を示す図である。

【図10】変形型３相トランスの他の例についての磁気回路を示す図である。

【図11】変形実施形態に係る３相トランスの構造を模式的に示す図である。

【図12】電力変換システムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

各図を参照して本発明の各実施形態について説明する。複数の図面に示されている同一の事項については同一の符号を付してその説明を省略する。また、本明細書における「上」、「下」、「左」、「右」、「縦」、「横」等の用語は図面における方向を示す。これらの用語は、構成を説明するための便宜上のものであり、各構成要素を配置する際の姿勢を限定するものではない。

【0017】

図１には、本発明の第１実施形態に係る３相トランス１００の構造が模式的に示されている。３相トランス１００は、１次側および２次側のトランス用巻線構造として、１次巻線構造１－１および２次巻線構造１－２を備えている。１次巻線構造１－１は、１次コア１０－１、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖおよび１次Ｗ相巻線１４ｗを備えている。１次コア１０－１は、横方向コア１２０、第１縦方向コア１２１～第４縦方向コア１２４を備えている。横方向コア１２０および第１縦方向コア１２１～第４縦方向コア１２４は角柱状、円柱状等の柱状に形成されている。

【0018】

横方向コア１２０は横方向に延びている。第１縦方向コア１２１は、横方向コア１２０の左端から上方向に延びている。第２縦方向コア１２２は、第１縦方向コア１２１の右側に、第１縦方向コア１２１との間に所定の間隔を隔てて、横方向コア１２０から上方向に延びている。第３縦方向コア１２３は、第２縦方向コア１２２の右側に、第２縦方向コア１２２との間に所定の間隔を隔てて、横方向コア１２０から上方向に延びている。第４縦方向コア１２４は、第３縦方向コア１２３の右側に、第３縦方向コア１２３との間に所定の間隔を隔てて、横方向コア１２０の右端から上方向に延びている。本明細書に記載される各実施形態では、特に断らない場合には、複数の縦方向コアは等間隔に配置される。

【0019】

２次巻線構造１－２は、１次巻線構造１－１と同様の構成を有し、２次コア１０－２、２次Ｕ相巻線１６ｕ、２次Ｖ相巻線１６ｖおよび２次Ｗ相巻線１６ｗを備えている。ただし、図１に示される例では、２次巻線構造１－２における各巻線の巻き方向は、１次コア１０－１および１０－２を同一の姿勢にし、基準端から導線を辿って見たときは、１次巻線構造１－１に対して逆方向である。２次巻線構造１－２は、２次コア１０－２の第１縦方向コア１２１～第４縦方向コア１２４の先端面が、それぞれ、１次コア１０－１の第１縦方向コア１２１～第４縦方向コア１２４の先端面に、所定のギャップ長を隔てて対向するように配置されている。１次コア１０－１における第ｉ縦方向コアと２次コア１０－２における第ｉ縦方向コアとの間には、第ｉギャップＧｉが形成されている。ただし、ｉは、１～４の整数である。各実施形態では、特に断らない場合には、各ギャップのギャップ長は同一である。

【0020】

なお、１次巻線構造１－１および２次巻線構造１－２は、コアの姿勢を同一として見た場合の巻線の巻き方向を除き同様の構成を有しているため、本明細書では１次巻線構造１－１の動作について主に説明し、２次巻線構造１－２の動作についての説明を簡略化または省略する。

【0021】

１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖおよび１次Ｗ相巻線１４ｗは、３相トランス用巻線としての３相１次巻線を構成する。２次Ｕ相巻線１６ｕ、２次Ｖ相巻線１６ｖおよび２次Ｗ相巻線１６ｗは、３相トランス用巻線としての３相２次巻線を構成する。１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖおよび１次Ｗ相巻線１４ｗのそれぞれの両端のうち、基準端とされる側には黒点が付されている。同様に、２次Ｕ相巻線１６ｕ、２次Ｖ相巻線１６ｖおよび２次Ｗ相巻線１６ｗのそれぞれの両端のうち、基準端とされる側にも黒点が付されている。１次Ｕ相巻線１４ｕの基準端から流入する電流が増加したときには、２次Ｕ相巻線１６ｕの基準端を正とする誘導起電力が２次Ｕ相巻線１６ｕに発生する。Ｖ相およびＷ相についても同様である。

【0022】

１次Ｕ相巻線１４ｕを構成する導線は、第２縦方向コア１２２の周りを右回りに周回した後、第１縦方向コア１２１の周りを左周りに周回している。１次Ｖ相巻線１４ｖを構成する導線は、第４縦方向コア１２４の周りを右回りに周回した後、第３縦方向コア１２３の周りを左周りに周回している。１次Ｗ相巻線１４ｗを構成する導線は、第３縦方向コア１２３および第４縦方向コア１２４の周りを右周りに周回した後、第２縦方向コア１２２および第１縦方向コア１２１の周りを左周りに周回している。

【0023】

このように、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖおよび１次Ｗ相巻線１４ｗのそれぞれを構成する導線は、８の字状に縦方向コアの周りを周回する。各導線は、８の字を描く２つのループのうちの一方のループを１回または複数回に亘って周回した後に、他方のループを１回または複数回に亘って周回してよい。また、各導線は、１つの８の字を１回描いた後に、次の８の字を１回描くという巻き過程が、複数回に亘って繰り返されるように縦方向コアの周りを周回してもよい。後述される他の実施形態において、８の字状に周回する導線によって構成される巻線についても同様である。

【0024】

１次Ｕ相巻線１４ｕに電流が流れることによって、１次コア１０－１の第１縦方向コア１２１、第１ギャップＧ１、２次コア１０－２の第１縦方向コア１２１、２次コア１０－２の横方向コア１２０、２次コア１０－２の第２縦方向コア１２２、第２ギャップＧ２、１次コア１０－１の第２縦方向コア１２２、および１次コア１０－１の横方向コア１２０を通る磁束Φｕが発生し、この磁束Φｕによって２次Ｕ相巻線１６ｕに誘導起電力が発生する。

【0025】

１次Ｖ相巻線１４ｖに電流が流れることによって、１次コア１０－１の第３縦方向コア１２３、第３ギャップＧ３、２次コア１０－２の第３縦方向コア１２３、２次コア１０－２の横方向コア１２０、２次コア１０－２の第４縦方向コア１２４、第４ギャップＧ４、１次コア１０－１の第４縦方向コア１２４、および１次コア１０－１の横方向コア１２０を通る磁束Φｖが発生し、この磁束Φｖによって２次Ｖ相巻線１６ｖに誘導起電力が発生する。

【0026】

１次Ｗ相巻線１４ｗに電流が流れることによって、１次コア１０－１の第１縦方向コア１２１、第１ギャップＧ１、２次コア１０－２の第１縦方向コア１２１、２次コア１０－２の横方向コア１２０、２次コア１０－２の第４縦方向コア１２４、第４ギャップＧ４、１次コア１０－１の第４縦方向コア１２４、および１次コア１０－１の横方向コア１２０を通る磁束Φｗ１が発生する。さらに、１次コア１０－１の第２縦方向コア１２２、第２ギャップＧ２、２次コア１０－２の第２縦方向コア１２２、２次コア１０－２の横方向コア１２０、２次コア１０－２の第３縦方向コア１２３、第３ギャップＧ３、１次コア１０－１の第３縦方向コア１２３、および１次コア１０－１の横方向コア１２０を通る磁束Φｗ２が発生する。これらの磁束Φｗ１およびΦｗ２によって２次Ｗ相巻線１６ｗに誘導起電力が発生する。

【0027】

このような構成によれば、１つの巻線において８の字を描く２つのループのうち一方から発せられる磁束は、他の巻線において８の字を描く２つのループのいずれもくぐらない（いずれにも鎖交しない）か、あるいは、他の巻線の８の字を描く２つのループに鎖交する。８の字を描く２つのループのうち一方のループから発せられる磁束が、他の巻線の８の字を描く２つのループに鎖交する場合、当該他の巻線の２つのループには逆極性の誘導起電力が発生する。そのため、当該他の巻線の端子間に発生する誘導起電力が抑制される。

【0028】

すなわち、１次Ｕ相巻線１４ｕから発生した磁束Φｕは、１次Ｖ相巻線１４ｖおよび１次Ｗ相巻線１４ｗの端子間に誘導起電力を発生しないか、この端子間に発生する誘導起電力は微小である。また、１次Ｖ相巻線１４ｖから発生した磁束Φｖは、１次Ｗ相巻線１４ｗおよび１次Ｕ相巻線１４ｕの端子間に誘導起電力を発生しないか、この端子間に発生する誘導起電力は微小である。さらに、１次Ｗ相巻線１４ｗから発生した磁束Φｗ１およびΦｗ２は、１次Ｕ相巻線１４ｕおよび１次Ｖ相巻線１４ｖの端子間に誘導起電力を発生しないか、この端子間に発生する誘導起電力は微小である。したがって、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖおよび１次Ｗ相巻線１４ｗにおける相互の結合が抑制される。

【0029】

図２には、３相トランス１００の磁気回路２００が示されている。磁気回路２００は、Ｕ相磁路φｕ、Ｖ相磁路φｖおよびＷ相磁路φｗから構成されている。Ｕ相磁路φｕ、Ｖ相磁路φｖおよびＷ相磁路φｗのそれぞれは、並列接続された往路および復路から構成されている。復路は、往路における磁束が上方向に向かっているときに、磁束が下方向に向かい、往路における磁束が下方向に向かっているときに、磁束が上方向に向かう経路である。図２においては、ある時刻において磁束が上向きである経路を往路としている。ただし、往路および復路に対して定義された方向は、経路を辿って構造を説明するための便宜上のものである。Ｖ相およびＷ相についても同様に往路および復路が定義される。

【0030】

Ｕ相磁路φｕの往路および復路のそれぞれでは、１次Ｕ相巻線１４ｕによる起磁力源５２ｕおよび磁気抵抗器５０ｕが直列接続されており、Ｖ相磁路φｖの往路および復路のそれぞれでは、１次Ｖ相巻線１４ｖによる起磁力源５２ｖおよび磁気抵抗器５０ｖが直列接続されている。また、Ｗ相磁路φｗの往路では、Ｕ相磁路φｕにおける往路および復路を並列接続したものと起磁力源５２ｗとが直列接続されている。Ｗ相磁路φｗの復路では、Ｖ相磁路φｖにおける往路および復路を並列接続したものと起磁力源５２ｗとが直列接続されている。

【0031】

なお、各磁路の往路における起磁力源の極性の基準端は上端であり、各磁路の復路における起磁力源の極性の基準端は下端である。すなわち、往路における起磁力源に上端を正とする起磁力が発生しているときに、復路における起磁力源には下端を正とする起磁力が発生する。また、往路における起磁力源に上端を負とする起磁力が発生しているときに、復路における起磁力源には下端を負とする起磁力が発生する。

【0032】

Ｕ相磁路φｕの往路および復路における起磁力源５２ｕが発生する起磁力は、Ｎｕ／２・Ｉｕである。Ｎｕは１次Ｕ相巻線１４ｕの総巻き数を示し、Ｉｕは１次Ｕ相巻線１４ｕに流れる電流を示す。Ｖ相磁路φｖの往路および復路における起磁力源５２ｖが発生する起磁力は、Ｎｖ／２・Ｉｖである。Ｎｖは１次Ｖ相巻線１４ｖの総巻き数を示し、Ｉｕは１次Ｖ相巻線１４ｖに流れる電流を示す。Ｗ相磁路φｗの往路および復路における起磁力源５２ｗが発生する起磁力は、Ｎｗ／２・Ｉｗである。Ｎｗは１次Ｗ相巻線１４ｗの総巻き数を示し、Ｉｗは１次Ｗ相巻線１４ｗに流れる電流を示す。本実施形態では、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖおよび１次Ｗ相巻線１４ｗのそれぞれは８の字を描き、Ｎｕ、ＮｖおよびＮｗは、各巻線が８の字を描く回数の２倍となる。Ｕ相磁路φｕおよびＶ相磁路φｖのそれぞれの往路および復路における磁気抵抗器５０ｕ，５０ｖおよび５０ｗの磁気抵抗はＲｃである。以下に説明する他の実施形態における素子定数についても同様の規則性に従う符号が用いられる。

【0033】

図３（ａ）および（ｂ）には、テブナンの定理によって、Ｕ相磁路φｕの磁気回路を１つの起磁力源および１つの磁気抵抗器５０ｕｅに変換する過程が示されている。図３（ａ）に示された回路は変換前の回路であり、図３（ｂ）に示された回路は変換後の回路である。変換後の回路では、起磁力源の起磁力が０となるため、起磁力源は示されていない。このように、Ｕ相磁路φｕの往路および復路は、起磁力源を有さない磁路で表される。同様の原理によって、Ｖ相磁路φｖおよびＷ相磁路φｗの往路および復路もまた、起磁力源を有さない磁路で表される。したがって、Ｕ相磁路φｕ、Ｖ相磁路φｖおよびＷ相磁路φｗは、相互に磁束を与えることはなく、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖおよび１次Ｗ相巻線１４ｗにおける相互の結合が抑制される。

【0034】

図４には、本発明の第２実施形態に係る４相トランス１０２の構造が模式的に示されている。４相トランス１０２は、１次巻線構造２－１および２次巻線構造２－２を備えている。１次巻線構造２－１は、１次コア１８－１、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖ、１次Ｗ相巻線１４ｗおよび１次Ｘ相巻線１４ｘを備えている。１次コア１８－１は、横方向コア１２０、第１縦方向コア１２１～第５縦方向コア１２５を備えている。２次巻線構造２－２は、２次コア１８－２、２次Ｕ相巻線１６ｕ、２次Ｖ相巻線１６ｖ、２次Ｗ相巻線１６ｗおよび２次Ｘ相巻線１６ｘを備えている。２次コア１８－２は、横方向コア１２０、第１縦方向コア１２１～第５縦方向コア１２５を備えている。

【0035】

４相トランス１０２は、図１に示される３相トランス１００に対し、１次コア１８－１および２次コア１８－２のそれぞれの横方向コア１２０を右方向に延長し、１次コア１８－１および２次コア１８－２のそれぞれの右端に、第５縦方向コア１２５を追加すると共に、１次Ｘ相巻線１４ｘおよび２次Ｘ相巻線１６ｘを追加したものである。１次コア１８－１の第５縦方向コア１２５は、第４縦方向コア１２４との間に所定の間隔を隔てて、１次コア１８－１の横方向コア１２０の右端から上方向に延びている。２次コア１８－２の第５縦方向コア１２５は、第４縦方向コア１２４との間に所定の間隔を隔てて、２次コア１８－２の横方向コア１２０の右端から下方向に延びている。

【0036】

１次コア１８－１の第５縦方向コア１２５の先端面は、２次コア１８－２の第５縦方向コア１２５の先端面に、所定のギャップ長を隔てて対向している。１次コア１８－１における第５縦方向コア１２５と２次コア１８－２における第５縦方向コア１２５との間には、第５ギャップＧ５が形成されている。

【0037】

１次Ｘ相巻線１４ｘを構成する導線は、１次コア１８－１の第５縦方向コア１２５を右周りに周回している。２次Ｘ相巻線１６ｘを構成する導線は、２次コア１８－２の第５縦方向コア１２５を右周りに周回している。

【0038】

１次Ｘ相巻線１４ｘに電流が流れることによって、２次コア１８－２の第５縦方向コア１２５、第５ギャップＧ５、および１次コア１８－１の第５縦方向コア１２５を通る磁束Φｘが発生し、この磁束Φｘによって２次Ｘ相巻線１６ｘに誘導起電力が発生する。

【0039】

このような構成によれば、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖおよび１次Ｗ相巻線１４ｗについては、１つの巻線において８の字を描く２つのループのうち一方から発せられた磁束は、他の巻線の８の字を描く２つのループのいずれにも鎖交しないか、あるいは、他の巻線において８の字を描く２つのループに鎖交する。８の字を描く２つのループのうち一方のループから発せられる磁束が、他の巻線の８の字を描く２つのループに鎖交する場合、当該他の巻線の２つのループには逆極性の誘導起電力が発生する。そのため、当該他の巻線の端子間に発生する誘導起電力が抑制される。そして、１次Ｘ相巻線１４ｘから発せられた磁束は、他の巻線の８の字を描く２つのループに鎖交する。当該他の巻線の２つのループには逆極性の誘導起電力が発生するため、当該他の巻線の端子間に発生する誘導起電力が抑制される。

【0040】

したがって、１つの巻線から発生した磁束は、他の巻線の端子間に誘導起電力を発生しないか、この端子間に発生する誘導起電力は微小である。これによって、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖ、１次Ｗ相巻線１４ｗおよび１次Ｘ相巻線１４ｘにおける相互の結合が抑制される。

【0041】

図５には、４相トランス１０２の磁気回路２０２が示されている。磁気回路２０２は、図２に示されている磁気回路２００を、Ｘ相磁路φｘの復路に取り込んだものである。Ｘ相磁路φｘの往路では、１次Ｘ相巻線１４ｘによる起磁力源５２ｘおよび磁気抵抗器５０ｘが直列接続されている。また、Ｗ相磁路φｗの往路と復路とを並列接続したものが、Ｘ相磁路φｘの復路を構成している。

【0042】

テブナンの定理によれば、Ｘ相磁路φｘの往路から左側を見た回路の起磁力は０である。したがって、Ｕ相磁路φｕ、Ｖ相磁路φｖおよびＷ相磁路φｗは、Ｘ相磁路φｘに磁束を与えない。また、上記のように、Ｕ相磁路φｕ、Ｖ相磁路φｖおよびＷ相磁路φｗは相互に磁束を与えない。さらに、Ｘ相磁路φｘにおける起磁力源５２ｘは、Ｕ相磁路φｕに含まれる２つの磁気抵抗器５０ｕに、上下同一方向の逆起磁力（磁束）を与える。したがって、Ｕ相磁路φｕを１周に亘って見たときに、起磁力源５２ｘによって生じる磁束は０である。同様に、Ｖ相磁路φｖおよびＷ相磁路φｗのそれぞれを１周に亘って見たときに、起磁力源５２ｘによって生じる磁束は０である。すなわち、Ｕ相磁路φｕ、Ｖ相磁路φｖ、Ｗ相磁路φｗおよびＸ相磁路φｘのそれぞれは、他の磁路に磁束を生じさせない。これによって、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖ、１次Ｗ相巻線１４ｗおよび１次Ｘ相巻線１４ｘにおける相互の結合が抑制される。

【0043】

図６には、本発明の第３実施形態に係る５相トランス１０４の構造が模式的に示されている。５相トランス１０４は、１次巻線構造３－１および２次巻線構造３－２を備えている。１次巻線構造３－１は、１次コア２０－１、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖ、１次Ｗ相巻線１４ｗ、１次Ｘ相巻線１４ｘおよび１次Ｙ相巻線１４ｙを備えている。１次コア２０－１は、横方向コア１２０、第１縦方向コア１２１～第６縦方向コア１２６を備えている。

【0044】

２次巻線構造３－２は、１次巻線構造３－１と同様の構成を有している。ただし、図６に示される例では、１次コア２０－１および２０－２を同一の姿勢にし、基準端から導線を辿って見たときは、２次巻線構造３－２における各巻線の巻き方向は１次巻線構造３－１に対して逆方向である。２次巻線構造３－２は、２次コア２０－２、２次Ｕ相巻線１６ｕ、２次Ｖ相巻線１６ｖ、２次Ｗ相巻線１６ｗ、２次Ｘ相巻線１６ｘおよび２次Ｙ相巻線１６ｙを備えている。２次コア２０－２は、横方向コア１２０、第１縦方向コア１２１～第６縦方向コア１２６コアを備えている。

【0045】

５相トランス１０４は、図１に示される３相トランス１００に対し、１次コア１０－１および２次コア１０－２のそれぞれの横方向コア１２０を右方向に延長して、横方向コア１２０を延長した箇所に、第５縦方向コア１２５および第６縦方向コア１２６を追加すると共に、１次Ｘ相巻線１４ｘ、１次Ｙ相巻線１４ｙ、２次Ｘ相巻線１６ｘおよび２次Ｙ相巻線１６ｙを追加したものである。

【0046】

１次コア２０－１における第５縦方向コア１２５は、第４縦方向コア１２４の右側に、第４縦方向コア１２４との間に所定の間隔を隔てて、横方向コア１２０から上方向に延びている。第６縦方向コア１２６は、第５縦方向コア１２５の右側に、第５縦方向コア１２５との間に所定の間隔を隔てて、横方向コア１２０の右端から上方向に延びている。

【0047】

２次コア２０－２における第５縦方向コア１２５は、第４縦方向コア１２４の右側に、第４縦方向コア１２４との間に所定の間隔を隔てて、横方向コア１２０から下方向に延びている。第６縦方向コア１２６は、第５縦方向コア１２５の右側に、第５縦方向コア１２５との間に所定の間隔を隔てて、横方向コア１２０の右端から下方向に延びている。

【0048】

２次コア２０－２の第５縦方向コア１２５および第６縦方向コア１２６の先端面は、それぞれ、１次コア２０－１の第５縦方向コア１２５および第６縦方向コア１２６の先端面に、所定のギャップ長を隔てて対向する。１次コア２０－１における第５縦方向コア１２５と２次コア２０－２における第５縦方向コア１２５との間には、第５ギャップＧ５が形成され、１次コア２０－１における第６縦方向コア１２６と２次コア２０－２における第６縦方向コア１２６との間には、第６ギャップＧ６が形成されている。

【0049】

１次Ｘ相巻線１４ｘを構成する導線は、第６縦方向コア１２６の周りを右回りに周回した後、第５縦方向コア１２５の周りを左周りに周回している。１次Ｙ相巻線１４ｙを構成する導線は、第５縦方向コア１２５および第６縦方向コア１２６の周りを右周りに周回している。

【0050】

２次Ｘ相巻線１６ｘを構成する導線は、第６縦方向コア１２６の周りを右回りに周回した後、第５縦方向コア１２５の周りを左周りに周回している。２次Ｙ相巻線１６ｙを構成する導線は、第５縦方向コア１２５および第６縦方向コア１２６の周りを右周りに周回している。

【0051】

１次Ｘ相巻線１４ｘに電流が流れることによって、１次コア２０－１の第５縦方向コア１２５、第５ギャップＧ５、２次コア２０－２の第５縦方向コア１２５、２次コア２０－２の横方向コア１２０、２次コア２０－２の第６縦方向コア１２６、第６ギャップＧ６、１次コア２０－１の第６縦方向コア１２６、および１次コア２０－１の横方向コア１２０を通る磁束Φｘが発生し、この磁束Φｘによって２次Ｘ相巻線１６ｘに誘導起電力が発生する。

【0052】

１次Ｙ相巻線１４ｙに電流が流れることによって、２次コア２０－２の第５縦方向コア１２５および第６縦方向コア１２６、第５ギャップＧ５および第６ギャップＧ６、ならびに１次コア２０－１の第５縦方向コア１２５および第６縦方向コア１２６を通る磁束Φｙが発生し、この磁束Φｙによって２次Ｙ相巻線１６ｙに誘導起電力が発生する。

【0053】

このような構成によれば、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖ、１次Ｗ相巻線１４ｗおよび１次Ｘ相巻線１４ｘについては、１つの巻線において８の字を描く２つのループのうち一方から発せられた磁束は、他の巻線の８の字を描く２つのループのいずれにも鎖交しないか、あるいは、他の巻線において８の字を描く２つのループに鎖交する。８の字を描く２つのループのうち一方のループから発せられる磁束が、他の巻線の８の字を描く２つのループに鎖交する場合、当該他の巻線の２つのループには逆極性の誘導起電力が発生する。そのため、当該他の巻線の端子間に発生する誘導起電力が抑制される。そして、１次Ｙ相巻線１４ｙから発せられた磁束は、他の巻線の８の字を描く２つのループに鎖交する。当該他の巻線の２つのループには逆極性の誘導起電力が発生するため、当該他の巻線の端子間に発生する誘導起電力が抑制される。

【0054】

したがって、１つの巻線から発生した磁束は、他の巻線の端子間に誘導起電力を発生しないか、この端子間に発生する誘導起電力は微小である。これによって、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖ、１次Ｗ相巻線１４ｗ、１次Ｘ相巻線１４ｘおよび２次Ｙ相巻線１６ｙにおける相互の結合が抑制される。

【0055】

図７には、５相トランス１０４の磁気回路２０４が示されている。磁気回路２０４は、図２に示されている磁気回路２００をＹ相磁路φｙの復路に取り込み、Ｘ相磁路φｘをＹ相磁路φｙの往路に取り込んだものである。Ｙ相磁路φｙでは、Ｗ相磁路φｗの往路と復路とを並列接続したものが復路を構成している。また、Ｘ相磁路φｘの往路と復路とを並列接続したものと、起磁力源５２ｙとを直列接続したものが往路を構成している。

【0056】

テブナンの定理によれば、Ｕ相磁路φｕ、Ｖ相磁路φｖ、Ｗ相磁路φｗおよびＸ相磁路φｘは、起磁力源を有さず１つの磁気抵抗器を有する回路に変換される。したがって、Ｕ相磁路φｕ、Ｖ相磁路φｖ、Ｗ相磁路φｗおよびＸ相磁路φｘは、いずれも他の磁路に磁束を生じさせない。そして、Ｙ相磁路φｙにおける起磁力源５２ｙは、Ｕ相磁路φｕ、Ｖ相磁路φｖ、Ｗ相磁路φｗおよびＸ相磁路φｘのそれぞれに含まれる２つの磁気抵抗器に、上下同一方向の逆起磁力を与える。したがって、Ｕ相磁路φｕ、Ｖ相磁路φｖ、Ｗ相磁路φｗおよびＸ相磁路φｘのそれぞれを１周に亘って見たときに、起磁力源５２ｙによって生じる磁束は０である。すなわち、Ｕ相磁路φｕ、Ｖ相磁路φｖ、Ｗ相磁路φｗ、
Ｘ相磁路φｘおよびＹ相磁路φｙのそれぞれは、他の磁路に磁束を生じさせない。これによって、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖ、１次Ｗ相巻線１４ｗ、１次Ｘ相巻線１４ｘおよび１次Ｙ相巻線１４ｙにおける相互の結合が抑制される。

【0057】

図８には、本発明の第４実施形態に係る変形型３相トランス１０６の構造が模式的に示されている。変形型３相トランス１０６は、１次巻線構造４－１および２次巻線構造４－２を備えている。１次巻線構造４－１は、１次コア１０－１、１次Ｕ相巻線３０ｕ、１次Ｖ相巻線３０ｖおよび１次Ｗ相巻線３０ｗを備えている。２次巻線構造４－２は、２次コア１０－２、２次Ｕ相巻線３２ｕ、２次Ｖ相巻線３２ｖおよび２次Ｗ相巻線３２ｗを備えている。１次コア１０－１および２次コア１０－２は、それぞれ、図１に示された３相トランス１００に用いられる１次コア１０－１および２次コア１０－２と同様の構造を有している。

【0058】

１次Ｕ相巻線３０ｕを構成する導線は、第１縦方向コア１２１の周りを左回りに１回に亘り周回した後、第２縦方向コア１２２の周りを右周りに１回に亘って周回している。１次Ｖ相巻線３０ｖを構成する導線は、第２縦方向コア１２２および第１縦方向コア１２１の周りを左回りに１回に亘って周回した後、第３縦方向コア１２３の周りを右周りに２回に亘って周回している。１次Ｗ相巻線３０ｗを構成する導線は、第３縦方向コア１２３、第２縦方向コア１２２および第１縦方向コア１２１の周りを左周りに１回に亘って周回した後、第４縦方向コア１２４の周りを右周りに３回に亘って周回している。１次Ｕ相巻線３０ｕ、１次Ｖ相巻線３０ｖおよび１次Ｗ相巻線３０ｗの巻き数は、これらの巻線の巻き数の比率を保ちながら２以上の整数倍されてもよい。

【0059】

１次Ｕ相巻線３０ｕに電流が流れることによって、２次コア１０－２の第１縦方向コア１２１、第１ギャップＧ１、１次コア１０－１の第１縦方向コア１２１、１次コア１０－１の横方向コア１２０、１次コア１０－１の第２縦方向コア１２２、第２ギャップＧ２、２次コア１０－２の第２縦方向コア１２２、および２次コア１０－２の横方向コア１２０を通る磁束Φｕが発生し、この磁束Φｕによって２次Ｕ相巻線３２ｕに誘導起電力が発生する。

【0060】

１次Ｖ相巻線３０ｖに電流が流れることによって、２次コア１０－２の第１縦方向コア１２１、第１ギャップＧ１、２次コア１０－２の第１縦方向コア１２１、１次コア１０－１の横方向コア１２０、１次コア１０－１の第３縦方向コア１２３、第３ギャップＧ３、２次コア１０－２の第３縦方向コア１２３、および２次コア１０－２の横方向コア１２０を通る磁束Φｖ１が発生する。また、２次コア１０－２の第２縦方向コア１２２、第２ギャップＧ２、１次コア１０－１の第２縦方向コア１２２、１次コア１０－１の横方向コア１２０、１次コア１０－１の第３縦方向コア１２３、第３ギャップＧ３、２次コア１０－２の第３縦方向コア１２３、および２次コア１０－２の横方向コア１２０を通る磁束Φｖ２が発生する。これらの磁束Φｖ１およびΦｖ２によって２次Ｖ相巻線３２ｖに誘導起電力が発生する。

【0061】

１次Ｗ相巻線３０ｗに電流が流れることによって、２次コア１０－２の第１縦方向コア１２１、第１ギャップＧ１、１次コア１０－１の第１縦方向コア１２１、１次コア１０－１の横方向コア１２０、１次コア１０－１の第４縦方向コア１２４、第４ギャップＧ４、２次コア１０－２の第４縦方向コア１２４、および２次コア１０－２の横方向コア１２０を通る磁束Φｗ１が発生する。また、２次コア１０－２の第２縦方向コア１２２、第２ギャップＧ２、１次コア１０－１の第２縦方向コア１２２、１次コア１０－１の横方向コア１２０、１次コア１０－１の第４縦方向コア１２４、第４ギャップＧ４、２次コア１０－２の第４縦方向コア１２４、および２次コア１０－２の横方向コア１２０を通る磁束Φｗ２が発生する。さらに、２次コア１０－２の第３縦方向コア１２３、第３ギャップＧ３、１次コア１０－１の第３縦方向コア１２３、１次コア１０－１の横方向コア１２０、１次コア１０－１の第４縦方向コア１２４、第４ギャップＧ４、２次コア１０－２の第４縦方向コア１２４、および２次コア１０－２の横方向コア１２０を通る磁束Φｗ３が発生する。これらの磁束Φｗ１～Φｗ３によって２次Ｗ相巻線３２ｗに誘導起電力が発生する。

【0062】

本実施形態においては、１次Ｖ相巻線３０ｖおよび１次Ｗ相巻線３０ｗについては、８の字を描く２つのループのうちの一方の巻き数と他方の巻き数が異なり、一方のループが囲む縦方向コアの本数と、他方のループが囲む縦方向コアの本数とが異なる。すなわち、８の字を描く２つのループのうちの一方の起磁力と他方の起磁力とが異なり、一方のループが囲む縦方向コアの磁気抵抗と、他方のループが囲む縦方向コアの磁気抵抗とが異なる。そこで、図９に示される磁気回路２０６によって動作を説明する。

【0063】

磁気回路２０６は、Ｕ相磁路φｕ、Ｖ相磁路φｖおよびＷ相磁路φｗから構成されている。Ｕ相磁路φｕ、Ｖ相磁路φｖおよびＷ相磁路φｗのそれぞれは、並列接続された往路および復路を備えている。Ｕ相磁路φｕの往路および復路のそれぞれにおいては、１次Ｕ相巻線３０ｕによる起磁力源５２ｕおよび磁気抵抗器５０ｕが直列接続されている。Ｖ相磁路φｖの往路では、Ｕ相磁路φｕにおける往路および復路を並列接続したものと起磁力源５２ｖとが直列接続されている。Ｖ相磁路φｖの復路では、１次Ｖ相巻線３０ｖによる起磁力源５２ｖおよび磁気抵抗器５０ｖが直列接続されている。また、Ｗ相磁路φｗの往路では、Ｖ相磁路φｖにおける往路および復路を並列接続したものと起磁力源５２ｗとが直列接続されている。Ｗ相磁路φｗの復路では、１次Ｗ相巻線３０ｗによる起磁力源５２ｗおよび磁気抵抗器５０ｗが直列接続されている。

【0064】

１次Ｕ相巻線３０ｕについては、８の字を描く２つのループの巻き数が同一であるため、往路および復路における起磁力は等しい。１次Ｖ相巻線３０ｖについては、８の字を描く２つのループのうちの復路側の一方の巻き数は、往路側の他方の巻き数の２倍である。したがって、復路側の起磁力は往路側の起磁力の２倍である。１次Ｗ相巻線３０ｗについては、８の字を描く２つのループのうちの復路側の一方の巻き数は、往路側の他方の巻き数の３倍である。したがって、復路側の起磁力は往路側の起磁力の３倍である。

【0065】

各相の磁路をテブナンの定理に従って、１つの起磁力源および１つの磁気抵抗器に変換すると、Ｕ相磁路φｕ、Ｖ相磁路φｖおよびＷ相磁路φｗのそれぞれは、いずれも他の磁路に磁束を生じさせないことが明らかとなる。したがって、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖおよび１次Ｗ相巻線１４ｗにおける相互の結合が抑制される。

【0066】

図８に示される変形型３相トランス１０６については、１次Ｖ相巻線３０ｖおよび１次Ｗ相巻線３０ｗについて、８の字を描く２つのループのそれぞれの巻き数を同一とし、ギャップまたは縦方向コアの構造を変更してもよい。図１０にはこの場合の磁気回路２０８が示されている。１次Ｕ相巻線３０ｕ、１次Ｖ相巻線３０ｖおよび１次Ｗ相巻線３０ｗのいずれについても、８の字を描く２つのループのそれぞれの巻き数が同一であるため、往路および復路の起磁力は等しい。

【0067】

Ｕ相磁路φｕの往路および復路の磁気抵抗は、Ｗ相磁路φｗの復路の磁気抵抗の４倍であり、Ｖ相磁路φｖの復路の磁気抵抗は、Ｗ相磁路φｗの復路の磁気抵抗の２倍である。磁気抵抗をＫ倍する場合には、例えば、縦方向コアの断面積を１／Ｋ倍すればよい。また、磁気抵抗がＫ倍になるように、ギャップ長を変更してもよい。一般に、磁気抵抗はギャップ長が大きくなる程、大きくなる。

【0068】

上記では、各縦方向コアおよび横方向コアの断面の形状および大きさが等しく、縦方向コアの配置間隔が等しい実施形態について説明した。各縦方向コアおよび横方向コアの断面の形状や大きさ、縦方向コアの配置間隔等は、トランスに要求される性能に応じて異ならせてもよい。

【0069】

図１１には、変形実施形態に係る３相トランス１０８の構造が模式的に示されている。３相トランス１０８は、第１実施形態に係る３相トランス１００の１次コア１０－１および２次コア１０－２を変形したものである。３相トランス１０８は、１次巻線構造５－１および２次巻線構造５－２を備えている。１次巻線構造５－１は、１次コア４０－１、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖおよび１次Ｗ相巻線１４ｗを備えており、２次巻線構造５－２は、２次コア４０－２、２次Ｕ相巻線１６ｕ、２次Ｖ相巻線１６ｖおよび２次Ｗ相巻線１６ｗを備えている。１次コア４０－１は、矩形の板状コア６００と、板状コア６００の四隅から手前側に突出した第１四角柱コア６０１～第４四角柱コア６０４から構成されている。板状コア６００は、第１実施形態における横方向コア１２０に対応し、第１四角柱コア６０１～第４四角柱コア６０４は、第１実施形態における第１縦方向コア１２１～第４縦方向コア１２４に対応している。

【0070】

１次Ｕ相巻線１４ｕが描く８の字における２つのループのうちの一方は第１四角柱コア６０１の周りを周回し、他方は第２四角柱コア６０２の周りを周回する。１次Ｖ相巻線１４ｖが描く８の字における２つのループのうちの一方は第３四角柱コア６０３の周りを周回し、他方は第４四角柱コア６０４の周りを周回する。１次Ｗ相巻線１４ｗが描く８の字における２つのループのうちの一方は第１四角柱コア６０１および第２四角柱コア６０２の周りを周回し、他方は第３四角柱コア６０３および第４四角柱コア６０４の周りを周回する。

【0071】

２次コア４０－２の構造は、１次コア４０－１の構造に対して鏡像の関係にある。すなわち、１次コア４０－１および２次コア４０－２は、その間にある平面に関して対称な構造を有している。２次コア４０－２は、矩形の板状コア６００と、板状コア６００の四隅から奥側に突出した第１四角柱コア６０１～第４四角柱コア６０４から構成されている。板状コア６００は、第１実施形態における横方向コア１２０に対応し、第１四角柱コア６０１～第４四角柱コア６０４は、第１実施形態における第１縦方向コア１２１～第４縦方向コア１２４に対応している。２次コア４０－２における第１四角柱コア６０１～第４四角柱コア６０４の先端面は、それぞれ、１次コア４０－１における第１四角柱コア６０１～第４四角柱コア６０４の先端面に、所定のギャップ長を隔てて対向する。

【0072】

３相トランス１０８の動作は、図１に示す３相トランス１００の動作と同様である。なお、図１１に示される１次コア４０－１および２次コア４０－２を用いて、図８の変形型３相トランス１０６と同様のトランスを構成してもよい。

【0073】

このように、各実施形態に係るトランスは、複数の１次巻線（複数相１次巻線）と、複数の２次巻線（複数相２次巻線）とが磁気的に結合した複数相トランスである。複数の１次巻線および複数の２次巻線には、周回方向が逆である正巻きループおよび逆巻きループによって８の字を描く巻線が含まれている。ここで、「正巻きループ」および「逆巻ループ」の用語は、一方のループの巻き方向が他方の巻き方向に対して逆方向であることを意味し、相対的に巻き方向が逆である２つのループを意味する。「正巻きループ」および「逆巻ループ」の用語は、必ずしも、何らかの巻き方向を基準とした絶対的な巻き方向を意味するものではない。

【0074】

各実施形態に係るトランスでは、複数の１次巻線のうちの１つである上位巻線におけるループは、複数の１次巻線のうちの他の１つである下位巻線における正巻きループおよび逆巻きループから発生する磁束を囲んでいる。

【0075】

例えば、図１の３相トランス１００、図４の４相トランス１０２および図６の５相トランス１０４では、１次Ｗ相巻線１４ｗは、１次Ｕ相巻線１４ｕおよび１次Ｖ相巻線１４ｖに対する上位巻線である。また、１次Ｕ相巻線１４ｕおよび１次Ｖ相巻線１４ｖは、１次Ｗ相巻線１４ｗに対する下位巻線である。

【0076】

図４の４相トランス１０２では、１次Ｘ相巻線１４ｘは他の巻線に対する上位巻線であり、他の巻線は１次Ｘ相巻線１４ｘに対する下位巻線である。図６に示される５相トランス１０４では、１次Ｙ相巻線１４ｙは他の巻線に対する上位巻線であり、他の巻線は１次Ｙ相巻線１４ｙに対する下位巻線である。

【0077】

図８に示される３相トランスでは、１次Ｖ相巻線１４ｖは、１次Ｕ相巻線１４ｕに対する上位巻線である。また、１次Ｗ相巻線１４ｗは、１次Ｕ相巻線１４ｕおよび１次Ｖ相巻線１４ｖに対する上位巻線である。そして、１次Ｕ相巻線１４ｕおよび１次Ｖ相巻線１４ｖは、１次Ｗ相巻線１４ｗに対する下位巻線であり、１次Ｕ相巻線１４ｕは、１次Ｖ相巻線１４ｖに対する下位巻線である。

【0078】

また、各実施形態に係るトランスは、下位巻線における正巻きループを貫く第１コア（縦方向コア）と、下位巻線における逆巻きループを貫く第２コア（別の縦方向コア）とを備えている。下位巻線を貫く第１コアおよび第２コアは、上位巻線における同一のループを貫いている。

【0079】

例えば、図１に示される３相トランス１００では、１次Ｕ相巻線１４ｕの正巻きループおよび逆巻きループをそれぞれ貫く第１縦方向コア１２１および第２縦方向コア１２２（第１コアおよび第２コア）と、１次Ｖ相巻線１４ｖの正巻きループおよび逆巻きループをそれぞれ貫く第３縦方向コア１２３および第４縦方向コア１２４（第３コアおよび第４コア）と、を備えている。１次Ｕ相巻線１４ｕを貫く第１縦方向コア１２１および第２縦方向コア１２２が１次Ｗ相巻線１４ｗの正巻きループを貫き、１次Ｖ相巻線１４ｖを貫く第３縦方向コア１２３および第４縦方向コア１２４が１次Ｗ相巻線１４ｗの逆巻きループを貫いている。

【0080】

１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖおよび１次Ｗ相巻線１４ｗのうちの１つをＡ相巻線、他の１つをＢ相巻線、そして、残りの１つをＣ相巻線とした場合、３相トランスを構成する３相トランス用巻線構造は、次のような構成を有してよい。すなわち、Ａ相巻線、Ｂ相巻線およびＣ相巻線のそれぞれは、正巻きループおよび逆巻きループを含む。Ｃ相巻線の正巻きループは、Ａ相巻線の正巻きループおよび逆巻きループが発生する磁束を囲み、Ｃ相巻線の逆巻きループは、Ｂ相巻線の正巻きループおよび逆巻きループが発生する磁束を囲む。

【0081】

３相トランス用巻線構造は、Ａ相巻線の正巻きループおよび逆巻きループをそれぞれ貫く第１コアおよび第２コアと、Ｂ相巻線の正巻きループおよび逆巻きループをそれぞれ貫く第３コアおよび第４コアとを備える。Ａ相巻線を貫く第１コアおよび第２コアはＣ相巻線の正巻きループを貫き、Ｂ相巻線を貫く第３コアおよび第４コアはＣ相巻線の逆巻きループを貫く。

【0082】

磁気回路の観点から、各実施形態に係るトランスでは、上位巻線が起磁力を発生する上位磁路上に、往路および復路が並列に配置された下位磁路が取り込まれている。例えば、図２に示される磁気回路２００、図５に示される磁気回路２０２および図７に示される磁気回路２０４では、Ｗ相磁路φｗは、Ｕ相磁路φｕおよびＶ相磁路φｖに対する上位磁路であり、Ｕ相磁路φｕおよびＶ相磁路φｖは、Ｗ相磁路φｗに対する下位磁路である。Ｗ相磁路φｗの往路上および復路上には、それぞれ、Ｕ相磁路φｕとＶ相磁路φｖが取り込まれている。１次Ｕ相巻線１４ｕの正巻きループおよび逆巻きループは、それぞれ、Ｕ相磁路φｕの往路および復路に逆向きの起磁力を発生する。また、１次Ｖ相巻線１４ｖの正巻きループおよび逆巻きループは、それぞれ、Ｖ相磁路φｖの往路および復路に逆向きの起磁力を発生し、１次Ｗ相巻線１４ｗの正巻きループおよび逆巻きループは、それぞれ、Ｗ相磁路φｗの往路および復路に逆向きの起磁力を発生する。

【0083】

また、図５に示される磁気回路２０２では、Ｘ相磁路φｘはＷ相磁路φｗに対する上位磁路であり、Ｗ相磁路φｗはＸ相磁路φｘに対する下位磁路である。図７に示される磁気回路２０４では、Ｙ相磁路φｙはＷ相磁路φｗおよびＸ相磁路φｘに対する上位磁路であり、Ｗ相磁路φｗおよびＸ相磁路φｘはＹ相磁路φｙに対する下位磁路である。

【0084】

図９および図１０に示される磁気回路２０６および２０８では、Ｖ相磁路φｖはＵ相磁路φｕに対する上位磁路であり、Ｗ相磁路φｗはＶ相磁路φｖに対する上位磁路である。そして、Ｖ相磁路φｖはＷ相磁路φｗに対する下位磁路であり、Ｕ相磁路φｕはＶ相磁路φｖに対する上位磁路である。

【0085】

図１２には、第１実施形態に係る３相トランス１００が用いられた電力変換システム１１０の構成が示されている。電力変換システム１１０は、ＡＣ／ＤＣ変換回路８０、１次側スイッチング回路６２－１、３相トランス１００、および２次側スイッチング回路６２－２を備えている。ＡＣ／ＤＣ変換回路８０は、３相交流電源７８から出力された３相交流電圧を直流電圧に変換し、１次側スイッチング回路６２－１に出力する。

【0086】

１次側スイッチング回路６２－１は、上コンデンサ７０、下コンデンサ７２、Ｕ相スイッチングアームα、Ｖ相スイッチングアームβ、およびＷ相スイッチングアームγを備えている。各スイッチングアームは、直列に接続された上スイッチング素子７４および下スイッチング素子７６を備えている。上コンデンサ７０および下コンデンサ７２は直列接続され、コンデンサアームＣＡを構成している。上コンデンサ７０と下コンデンサ７２の接続点は正極端子となり、下コンデンサ７２の下端は負極端子となっている。ＡＣ／ＤＣ変換回路８０は、正極端子および負極端子に直流電圧を印加する。

【0087】

コンデンサアームＣＡ、Ｕ相スイッチングアームα、Ｖ相スイッチングアームβおよびＷ相スイッチングアームγは、並列に接続されている。Ｕ相スイッチングアームαにおける上スイッチング素子７４と下スイッチング素子７６との接続端には、１次Ｕ相巻線１４ｕの一端が接続されている。Ｖ相スイッチングアームβにおける上スイッチング素子７４と下スイッチング素子７６との接続端には、１次Ｖ相巻線１４ｖの一端が接続されている。Ｗ相スイッチングアームγにおける上スイッチング素子７４と下スイッチング素子７６との接続端には、１次Ｗ相巻線１４ｗの一端が接続されている。

【0088】

１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖおよび１次Ｗ相巻線１４ｗのそれぞれの他端は共通に接続されている。上コンデンサ７０と下コンデンサ７２の接続点には、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖおよび１次Ｗ相巻線１４ｗの共通接続点が接続されている。

【0089】

２次Ｕ相巻線１６ｕ、２次Ｖ相巻線１６ｖ、２次Ｗ相巻線１６ｗおよび２次側スイッチング回路６２－２は、それぞれ、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖ、１次Ｗ相巻線１４ｗおよび１次側スイッチング回路６２－１と同様の構成を有している。２次側スイッチング回路６２－２の正極端子と負極端子との間には、二次電池８２が接続されている。

【0090】

１次側スイッチング回路６２－１および２次側スイッチング回路６２－２の各スイッチングアームの上スイッチング素子７４および下スイッチング素子７６は、交互にオンオフを繰り返す。すなわち、上スイッチング素子７４がオフからオンに切り換わると共に、下スイッチング素子７６がオンからオフに切り換わり、上スイッチング素子７４がオンからオフに切り換わると共に、下スイッチング素子７６がオフからオンに切り換わる。

【0091】

１次側スイッチング回路６２－１および２次側スイッチング回路６２－２のそれぞれにおいて、Ｕ相スイッチングアームα、Ｖ相スイッチングアームβおよびＷ相スイッチングアームγのスイッチングの位相は、例えば、相互に１２０°異なるものとする。

【0092】

このような動作によって、１次側スイッチング回路６２－１から、３相トランス１００を介して２次側スイッチング回路６２－２に電力が伝送される。２次側スイッチング回路６２－２は、２次Ｕ相巻線１６ｕ、２次Ｖ相巻線１６ｖおよび２次Ｗ相巻線１６ｗのそれぞれに現れる電圧に基づいて、二次電池８２に直流電圧を印加する。１次側スイッチング回路６２－１の各スイッチングアームをスイッチングする位相と、２次側スイッチング回路６２－２の各スイッチングアームをスイッチングする位相との差異を調整することで、３相交流電源７８から二次電池８２に向かって伝送される電力、あるいは、二次電池８２から３相交流電源７８に，向かって伝送される電力が調整される。

【0093】

３相トランス１００では、１次Ｕ相巻線１４ｕ、１次Ｖ相巻線１４ｖおよび１次Ｗ相巻線１４ｗにおける相互の結合が抑制されている。また、２次Ｕ相巻線１６ｕ、２次Ｖ相巻線１６ｖおよび２次Ｗ相巻線１６ｗにおける相互の結合が抑制されている。これによって、相間の結合によって巻線に流れる電流が理想的な値から変化する現象が抑制され、各巻線、１次側スイッチング回路６２－１および２次側スイッチング回路６２－２で発生する電力損失が低減される。

【0094】

ここでは、３相トランス１００が用いられた電力変換システム１１０が示された。３相トランス１００に代えて、図８に示される変形型３相トランス１０６、図１０の磁気回路１０８を実現する３相トランス、または図１１に示される３相トランス１０８が用いられてもよい。また、ＡＣ／ＤＣ変換回路８０は、単相交流電力を直流電力に変換し、直流電力を単相交流電力に変換するものであってもよい。

【0095】

電力変換システム１１０は、電動自動車に搭載され、外部の充電装置によって二次電池を充電する自動車用電力変換システムとして用いられてよい。

【符号の説明】

【0096】

１－１，２－１，３－１，４－１，５－１ １次巻線構造、１－２，２－２，３－２，４－２，５－２ ２次巻線構造、１０－１，１８－１，２０－１，４０－１ １次コア、１０－２，１８－２，２０－２，４０－２ ２次コア、１２０ 横方向コア、１２１～１２６ 第１縦方向コア～第６縦方向コア、１４ｕ，３０ｕ １次Ｕ相巻線、１４ｖ，３０ｖ １次Ｖ相巻線、１４ｗ，３０ｗ １次Ｗ相巻線、１４ｘ １次Ｘ相巻線、１４ｙ １次Ｙ相巻線、１６ｕ，３２ｕ ２次Ｕ相巻線、１６ｖ，３２ｖ ２次Ｖ相巻線、１６ｗ，３２ｗ ２次Ｗ相巻線、１６ｘ ２次Ｘ相巻線、１６ｙ ２次Ｙ相巻線、５０ｕ，５０ｖ，５０ｗ，５０ｘ，５０ｙ，５０ｕｅ 磁気抵抗器、５２ｕ，５２ｖ，５２ｗ，５２ｘ，５２ｙ 起磁力源、６００ 板状コア、６０１～６０４ 第１四角柱コア～第４四角柱コア、６２－１ １次側スイッチング回路、６２－２ ２次側スイッチング回路、７０ 上コンデンサ、７２ 下コンデンサ、７４ 上スイッチング素子、７６ 下スイッチング素子、７８ ３相交流電源、８０ ＡＣ／ＤＣ変換回路、８２ 二次電池、１００，１０８ ３相トランス、１０２ ４相トランス、１０４ ５相トランス、１０６ 変形型３相トランス、１１０ 電力変換システム、２００，２０２，２０４，２０６，２０８ 磁気回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】