静止誘導器における冷却構造、及び該冷却構造を有する静止誘導器
【課題】円板状巻線で構成された静止誘導器において、従来に比べて冷却能力を向上可能な静止誘導器における冷却構造、及び該冷却構造を有する静止誘導器を提供する。
【解決手段】円板状巻線３１，３２の内周側と外周側とで円板状巻線間の距離を異ならせ、かつ絶縁板１０１を介在させて円板状巻線を積層して形成した巻線を備える静止誘導器の冷却構造であって、円板状巻線と絶縁板との間に挟まれて冷媒流路１８１，１８２を形成するダクトピース１０２−１，１０２−２で、単体では一定の厚さにてなり、種別間では異なる厚みを有する複数種類を備え、厚みの異なるダクトピースを径方向に配置して冷媒流路の高さを径方向で異ならせた。
【解決手段】円板状巻線３１，３２の内周側と外周側とで円板状巻線間の距離を異ならせ、かつ絶縁板１０１を介在させて円板状巻線を積層して形成した巻線を備える静止誘導器の冷却構造であって、円板状巻線と絶縁板との間に挟まれて冷媒流路１８１，１８２を形成するダクトピース１０２−１，１０２−２で、単体では一定の厚さにてなり、種別間では異なる厚みを有する複数種類を備え、厚みの異なるダクトピースを径方向に配置して冷媒流路の高さを径方向で異ならせた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円板状巻線で構成された変圧器、リアクトル等の静止誘導器における冷却構造、及びこの冷却構造を有する静止誘導器に関する。
【背景技術】
【０００２】
巻線と鉄心とを含む変圧器を備えた静止誘導器では、外箱内に変圧器を配置するとともに、例えば絶縁油等の冷媒にて変圧器の冷却が行われる。変圧器は、巻線と鉄心との構造の違いにより、外鉄形と内鉄形との２種類が存在し、外鉄形では巻線の外部を磁路が通るように、内鉄形では巻線の内部を磁路が通るように構成される。また、巻線の構造としては、多重筒状巻線と円板状巻線との形態がある。多重筒状巻線は、素線を円筒状に巻回して一つの導体層を形成し、この導体層の外周側に、それよりも大径の円筒状の導体層を配置し、以下順次、より大径の円筒状の導体層を同心円状に配置した構造を有する。一方、円板状巻線は、素線を同心状に巻回して一つの板状の導体層を形成し、この板状導体層と同一形状で形成した次の板状導体層を同軸上に重ねて配置し、以下同様に、同一形状の板状導体層を積層した構造を有する。
【０００３】
例えば特許文献１には、多重筒状巻線を有する静止誘導器について記載されている。この静止誘導器では、多重筒状巻線を構成する円筒状の導体層と導体層との間に、つまり隣接する２つの円筒状導体層において、内側の導体層の外周と、外側の導体層の内周との間に、冷却用の冷媒を流す冷媒流路が設けられている。このように多重筒状巻線を有する構造では、冷媒流路は、円筒状であるそれぞれの導体層の軸方向に沿って延在し、冷媒は、この軸方向に、つまり巻回される素線が延在する方向に対して直交する方向に流れることになる。
【０００４】
さらに、それぞれの円筒状の導体層について、上記軸方向における多重筒状巻線の端部の内、導体層間に生じる電位差が小さい部分では、導体層間の隙間を小さくし、一方、電位差が大きい部分では隙間を大きくして、各導体層が配置されている。即ち、冷媒が流れる方向に沿って冷媒流路の断面積が変化する構造を有して多重筒状巻線は形成されている。このような冷媒流路を構成するため、棒状のダクトピースを、導体層間において上記軸方向に沿って延在させ、かつ上記軸方向に沿ってダクトピースの厚みを段階的に変化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９３３３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、図１２に概略形状を示した、円板状巻線を有する外鉄形変圧器は、一例として以下のような構成を備えている。
即ち、上述したように構成される円板状巻線の、円板状巻線３−１、３−２にて巻線３が形成され、巻線３の外側に鉄心６が配置されている。ここで、円板状巻線３−１は１次巻線であり、円板状巻線３−２は２次巻線であり、円板状巻線３−１、３−２は、それぞれ複数枚の円板状巻線を有し、これらが積層方向９１に沿って積層されて巻線３を形成している。尚、用途によっては、３次巻線も採用される場合もあり、更に、図１２では縦方向に図示されている巻線３を９０°回転させて配設した横置き型も存在する。
【０００７】
巻線３について、対向する２枚の円板状巻線３１，３２を図１３に示す。通常、円板状巻線の内周側４もしくは外周側５で、隣接する円板状巻線同士が接続されている。以下では、内周側４で接続されている場合に関して記述する。
【０００８】
図１３において点線で示した領域Ｉにおける円板状巻線３１，３２間の断面構造を図１４に示す。それぞれの円板状巻線３１，３２は、上述したように、素線１５が内周側４から外周側５へ径方向９２において同心状に巻回されて形成されている。尚、径方向９２とは、素線１５が同心状に巻回されていく方向で、内周側４及び外周側５への向きに相当する。
また、円板状巻線間の電気的絶縁性能の観点において、本例では円板状巻線３１，３２を内周側４で接続しているので、内周側４では円板状巻線３１，３２間の電位差は小さい。よって、積層方向９１における円板状巻線間の隙間（以下、「円板状巻線間距離」と記す）を内周側４では相対的に小さくして良く、一方、外周側５では円板状巻線３１，３２間の電位差が大きいため、円板状巻線間距離４１を相対的に大きくする必要がある。よって、円板状巻線３１と円板状巻線３２とは、図示するように、内周側４と外周側５とで、円板状巻線間距離４１を異ならせて配置されている。
【０００９】
また、内周側４及び外周側５の両方における円板状巻線の角部は、放電の起点となりやすいため、巻線端部用絶縁材７にて巻線端部は覆われている。更に、電位が零である鉄心６や当該変圧器の筐体と、巻線端部との間には、絶縁板１６を挿入することで、電気的絶縁性を強化している。更に、電位差の小さい内周側４では、円板状巻線３１，３２における各巻線端部用絶縁材７に、絶縁材にてなる巻線端部スペーサ１０がそれぞれ配設されている。この巻線端部スペーサ１０は、以下で説明する冷媒流路を確保するための部材となる。
【００１０】
図１５は、図１４に点線で示した領域ＩＩの拡大図である。円板状巻線３１と円板状巻線３２との電気的絶縁性を確保するために、円板状巻線３１、３２における各対向面３１ａ，３２ａの全面に対向して、絶縁板１、１がそれぞれ挿入される。ここで各絶縁板１、１は、円板状巻線３１の対向面３１ａに対して隙間を設けて、円板状巻線３２の対向面３２ａに対して隙間を設けて、配置される。このような隙間は、冷却用の例えば絶縁油である冷媒を通過させる冷媒流路１８になる。このような冷媒流路１８を確保するため、絶縁材にてなるダクトピース２が絶縁板１、１と円板状巻線３１、３２（詳しくは対向面３１ａ，３２ａ）との間に挟まれて、径方向９２において、不連続に配設される。ここでダクトピース２は、全て同じ厚みにてなる。
【００１１】
このように、円板状巻線３１，３２を用いて巻線３を形成する場合、図１４及び図１５から明らかなように、冷媒流路１８は、素線１５の延在方向９３（図１４及び図１５では、紙面に垂直な方向）に沿って形成され、冷媒は、素線１５の延在方向９３に沿って流れることになる。この点、冷媒が、素線の延在方向に対して直交方向に流れる、上述の多重筒状巻線の場合における構造とは相違する。
【００１２】
また、この例では、内周側４と外周側５とでは、円板状巻線間距離４１が異なる。この構造を実現するために、絶縁材にてなる巻線間距離調整用部材１７と、テーパーを設けた絶縁材にてなるテーパースペーサ９とが、各絶縁板１、１の間で、ダクトピース２とは反対側に配設されている。ここで、円板状巻線３１，３２において、内周側４と外周側５とで円板状巻線間距離４１を緩やかに変化させて、円板状巻線３１，３２に大きな段差が発生しないようにするために、各絶縁板１，１、及び巻線間距離調整用部材１７の内周側４には、テーパーを設けて徐々にそれらの肉厚を薄くしている。
【００１３】
図１６は、図１４において、二点鎖線で示した部分における、円板状巻線３２の対向面３２ａに配置されているダクトピース２、巻線端部スペーサ１０、巻線端部用絶縁材７を、矢印Ａ方向に見た図であり、これらの位置関係を示す概略図である。図示するように、ダクトピース２は、平面形状が平行四辺形であり、径方向９２に規定の間隔にて、かつ素線１５の延在方向９３に規定の間隔にて、配置されている。よって、冷媒は、冷却効率向上のため、点線１９で示すように、冷媒流路１８においてダクトピース２が配設されていない箇所を素線１５の大略、延在方向９３にジグザグに流れる。
【００１４】
一方、静止誘導器では、落雷等で急に送電が停止した場合等の短絡時に、急激な力が各円板状巻線、即ち巻線３に加わる。このような外力が加わった際に、巻線３は、ダクトピース２、絶縁板１、巻線端部用絶縁材７等の絶縁物や鉄心６を介して、静止誘導器の筐体で支持される。円板状巻線、つまり巻線３は、図１４にも示すように、素線１５の集合体であり、外力で極度な変形を引き起こさないために、素線１５の延在方向に一定間隔で、素線１５を支持する必要がある。図１６の概略図においては、素線最大支持間隔８がその支持間隔に相当する。
【００１５】
上述したように、円板状巻線では、多重筒状巻線の場合と異なり、冷媒の流れる方向が素線１５の延在方向と同一である。従って、素線最大支持間隔８を維持しつつ、冷媒流路１８の形成が可能な構造にするため、ダクトピース２は、図１６に示すように径方向９２において細かく分割した小さな部材で形成されている。例えば上記特許文献１に開示されるような長尺棒状のダクトピースを用いた場合には、冷媒の流れが遮られてしまうという問題が生じる。
【００１６】
また、特許文献１に開示されるように、ダクトピース自体にテーパーを形成して流路高さを変更しようとした場合には、円板状巻線の内周側４と外周側５との位置間で、個々のダクトピース自体がテーパーを有し、かつそれぞれのダクトピースの厚みが異なるようなダクトピースが必要となる。よって、部品の種類が増し、費用対効果が得られないという問題がある。
【００１７】
また、特許文献１の図１に示すように、素線間に大きな段差が発生することを前提にした場合、特許文献１にも記載されているように、段差部で素線に巻かれている絶縁紙にダメージを与えて、絶縁耐力を低下させる原因となるため、好ましくない。
【００１８】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、円板状巻線で構成された静止誘導器において、従来に比べて冷却能力を向上可能な静止誘導器における冷却構造、及び該冷却構造を有する静止誘導器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様である、静止誘導器における冷却構造は、巻線を備えた静止誘導器における冷却構造であって、上記巻線は、素線を同心状に径方向に巻回して形成されたそれぞれの円板状巻線に絶縁部材を対向させ挟んで各円板状巻線を積層し、かつ巻線の内周側と外周側とで円板状巻線間の距離を異ならせて形成され、上記円板状巻線と上記絶縁部材との間には上記素線の延在方向へ冷媒を流す冷媒流路を有する、静止誘導器における冷却構造である。この冷却構造は、上記円板状巻線と上記絶縁部材との間に挟まれて配置され上記冷媒流路の高さを規定するダクトピースであって、単体では一定の厚さにてなり、種別間では異なる厚みにてなる複数種類のダクトピースを備え、上記円板状巻線間の内周側と外周側とにおける円板状巻線間距離の大小に対応して厚みの異なるダクトピースを上記径方向において不連続にて配置して、異なる種類の冷媒流路高さを上記径方向に形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様における静止誘導器の冷却構造によれば、同種類では同じ厚みを有し異種間では異なる厚みにてなる複数種類のダクトピースを備え、異なる厚みのダクトピースを巻線の径方向に配置した。よって、巻線における冷媒流路の高さを径方向で異ならせることができ、従来に比べて冷媒流路が拡大でき、巻線の冷却性能を向上させることができる。また、ダクトピース自体にテーパーを設ける構成と比較すると、ダクトピースの種類の増加を大幅に抑制することができ、製造コストの上昇を抑制することが可能となる。更に、設計上、巻線に局所的に大きな段差を発生させることがなくなり、絶縁性能の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における冷却構造を形成する円板状巻線間の構造を示す断面図であり、図７に示す領域Ｉの断面図である。
【図２】図１に示す領域ＩＩＩの拡大図である。
【図３】図１に示すＢ視における図である。
【図４】図３に対応した図であり、長方形のダクトピース設置用スペーサを用いた場合における不具合を説明するための図である。
【図５】図１に示す絶縁板及びダクトピース設置用スペーサの平面図であり、両者の位置関係を説明するための図である。
【図６】図１に示す円板状巻線の構造を有する巻線を備えた外鉄形変圧器の概略斜視図である。
【図７】図６に示す巻線を形成する、対向する２枚の円板状巻線の概略斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態２における冷却構造を形成する円板状巻線間の構造を示す断面図であり、図７に示す領域Ｉに相当する領域の断面図である。
【図９】図８に示す領域ＩＶの拡大図である。
【図１０】図８に示す第１絶縁板及び第２絶縁板の平面図であり、両者の位置関係を説明するための図である。
【図１１】図８に示す第１絶縁板の外周端部の形状を説明するための図である。
【図１２】外鉄形変圧器の概略斜視図である。
【図１３】図１２に示す巻線を形成する、対向する２枚の円板状巻線の概略斜視図である。
【図１４】図１３に示す領域Ｉにおける断面図である。
【図１５】図１４に示す涼気ＩＩの拡大図である。
【図１６】図１４に示すＡ視における図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態である静止誘導器における冷却構造、及びこの冷却構造を有する静止誘導器について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００２３】
本実施形態における静止誘導器の冷却構造について、図１２から図１４を参照して既に説明した円板状巻線を有する外鉄形変圧器を例に採り、以下に説明を行う。また、上記冷却構造を有する静止誘導器は、例えば絶縁油等の冷媒が入った外箱内に、上記冷却構造を有する外鉄形変圧器を配置して、冷媒によってこれらの変圧器の冷却が可能な構造を有するものである。
尚、図１２及び図１３に対応して、図６には、本実施形態における冷却構造を有する外鉄形変圧器１００を示し、図７には外鉄形変圧器１００に備わる巻線１０３を示す。また、円板状巻線の基本的構成については、図１２から図１４を参照して上述した内容を参照するものとし、その内容と同一又は同様の構成部分については以下の説明でも同じ符号を使用して詳しい説明は省略する。
【００２４】
実施の形態１．
本実施形態における冷却構造の特徴の一つは、ダクトピース単体では均一の厚みにてなるが、種別間では異なる厚みを有する複数種類のダクトピースを備えた点である。即ち、図１４に示した構造を有する巻線３では、冷媒流路１８を形成するダクトピース２の全ては、同じ厚みにてなり、冷媒流路１８の高さは、図示するように巻線３の内周側４及び外周側５において同じである。これに対し本実施形態では、異なる厚みの複数種類のダクトピースを備え、相対的に厚いダクトピースを配置した部分は、相対的に大きな流路断面を得ることができ、静止誘導器における冷却性能の向上を図ることができる。
本実施形態におけるこのような冷却構造について、具体的に以下に説明する。
【００２５】
図１４及び図１５を参照して説明したように円板状巻線３１、３２を形成し、これらを積層して、本実施形態の冷却構造を有する巻線１０３が形成される。図１は、図１４に対応した図であり、外鉄形変圧器１００における巻線１０３の図７に示す領域Ｉにおける円板状巻線３１，３２間の断面構造を示す。また、図２は、図１に点線で囲んだ領域ＩＩＩの拡大図である。本実施形態においても、巻線１０３の内周側４が接続されて、内周側４で円板状巻線３１，３２間の電位差が小さくなる場合を例に採る。内周側４では電位差が小さいため、円板状巻線３１，３２間の電気的絶縁距離を小さくでき、内周側４における円板状巻線間距離４１は、外周側５の円板状巻線間距離４１に比べて小さい。よって、コスト低減を図ることが可能である。
【００２６】
また、図１４に示した巻線３と同様に、本実施形態に関する巻線１０３においても、巻線端部には巻線端部用絶縁材７及び絶縁板１６を設け、内周側４には、巻線端部スペーサ１０を配設している。また、内周側４及び外周側５における円板状巻線間距離４１の調整は、図１４に示す構造と同様に、テーパースペーサ９で調整し、円板状巻線間の距離４１を連続的に変えることができる。
【００２７】
巻線３の場合と同様に、巻線１０３においても、円板状巻線３１と円板状巻線３２との電気的絶縁性を確保するために、円板状巻線３１、３２における各対向面３１ａ，３２ａに対向して、絶縁板１０１がそれぞれ挿入される。絶縁板１０１は、円板状巻線３１、３２に対応した形状、つまり円板状巻線３１、３２と相似形状で、図５に示すような形状の電気的絶縁材からなる板材である。尚、本実施の形態１では、絶縁板１０１は一種類からなり、巻線１０３の外周側５からほぼ内周側４までにわたり延在する。
【００２８】
さらに、図１４に示す構造と同様に、絶縁板１０１、１０１と、円板状巻線３１、３２との間には、ダクトピースを挟んで冷媒流路が形成されるが、本実施形態では上述のように複数種類のダクトピースを備えている。このダクトピースは、具体的に以下で説明するが、厚みが相対的に薄い薄厚ダクトピースと、この薄厚ダクトピースよりも大きい厚みにてなる一又は複数種類の厚型ダクトピースとを備える。
【００２９】
具体的には、本実施形態では、図１及び図２に示すように、絶縁材にてなり、２種類の異なる厚みのダクトピース１０２−１、１０２−２を備える。ここで、ダクトピース１０２−１、及びダクトピース１０２−２の各単体における厚みは、一定であり、テーパーは設けていない。本実施形態では、円板状巻線間距離４１を内周側４で小さく、外周側５で大きく設定しているため、内周側４には、相対的に厚みを薄くした薄厚ダクトピース１０２−１を配置し、外周側５には、薄厚ダクトピース１０２−１よりも大きい厚みを有する厚型ダクトピース１０２−２を配置する。
【００３０】
より詳しく説明する。円板状巻線間距離４１が相対的に大きい、本実施形態では外周側５の領域１０３ｂでは、各絶縁板１０１、１０１は、円板状巻線３１の対向面３１ａに対して冷媒流路１８２となる隙間を設けて、及び、円板状巻線３２の対向面３２ａに対して冷媒流路１８２となる隙間を設けて、それぞれ配置される。絶縁板１０１、１０１と、円板状巻線３１、３２との間にそれぞれ冷媒流路１８２を確保するため、厚型ダクトピース１０２−２が絶縁板１０１、１０１と円板状巻線３１、３２（詳しくは対向面３１ａ，３２ａ）との間に挟まれて、径方向９２において、不連続に配設される。尚、それぞれの厚型ダクトピース１０２−２は、同一の厚みにてなることから、絶縁板１０１、１０１と円板状巻線３１、３２とは、それぞれ平行に位置し、冷媒流路１８２の高さは、径方向９２において一定である。また、本実施形態では、厚型ダクトピース１０２−２は、絶縁板１０１に接着されている。
尚、厚型ダクトピース１０２−２の厚さ及び冷媒流路１８２の高さとは、板状の円板状巻線３１，３２の厚み方向に沿ったそれぞれの寸法に対応する。
【００３１】
このような構成により、円板状巻線間距離４１を大きくした、本実施形態では外周側５において、積層方向９１における冷媒流路１８２の高さを、図１４に示す構造に比べて拡大することができ、より冷却効率を向上させることができる。
【００３２】
一方、円板状巻線間距離４１が小さい、本実施形態では内周側４の領域１０３ａに対応した、絶縁板１０１における内周側には、ダクトピース設置用スペーサ１１１が配置される。ダクトピース設置用スペーサ１１１は、図５に示すように、円板状巻線３１、３２と相似形状の絶縁材からなる板状の部材であり、図１及び図２に示すように、くさび状でテーパーが付された部材である。即ち、上述のように内周側４には薄厚ダクトピース１０２−１を配置することから、図２に示すように絶縁板１０１、１０１と、薄厚ダクトピース１０２−１との間には隙間が生じる。ダクトピース設置用スペーサ１１１は、この隙間に対応する部材である。尚、ダクトピース設置用スペーサ１１１、１１１と、円板状巻線３１，３２との間で薄厚ダクトピース１０２−１にて形成される隙間が冷媒流路１８１となる。薄厚ダクトピース１０２−１にて高さが規定されるため、冷媒流路１８１の高さは、冷媒流路１８２に比べて小さい。また、それぞれの薄厚ダクトピース１０２−１は、同一の厚みにてなり、ダクトピース設置用スペーサ１１１にはテーパーを付けていることから、冷媒流路１８１の高さは、径方向９２において一定である。
尚、薄厚ダクトピース１０２−１の厚さ及び冷媒流路１８１の高さとは、厚型ダクトピース１０２−２の厚さ及び冷媒流路１８２の高さと同様に、板状の円板状巻線３１，３２の厚み方向に沿ったそれぞれの寸法に対応する。
【００３３】
本実施形態では、薄厚ダクトピース１０２−１は、ダクトピース設置用スペーサ１１１に接着しておき、このダクトピース付きのダクトピース設置用スペーサ１１１を絶縁板１０１に接着して、円板状巻線３１，３２間の距離を調整している。また、このようなダクトピース付きのダクトピース設置用スペーサ１１１は、本実施形態では、テーパーを予め設けたダクトピース設置用スペーサ１１１の上に、自動貼り機で薄厚ダクトピース１０２−１を接着、切断することで作製する。
【００３４】
薄厚ダクトピース１０２−１においても、厚型ダクトピース１０２−２と同様に、テーパーをつけていないため、ダクトピースの部品点数の増加を抑制することが可能であり、製造コストの抑制が可能となる。
【００３５】
図３は、図１６に対応する図であり、図１において二点鎖線で示した部分における、円板状巻線３２の対向面３２ａに配置されているダクトピース１０２−１，１０２−２、巻線端部スペーサ１０、巻線端部用絶縁材７を、矢印Ｂ方向に見た図であり、これらの位置関係を示す概略図である。図示するように、ダクトピース１０２−１，１０２−２は、平行四辺形であり、径方向９２に規定の間隔にて、かつ素線１５の延在方向９３に規定の間隔にて、配置されている。さらに、ダクトピース設置用スペーサ１１１についても、径方向９２に沿う辺１１１ａ、及び径方向９２における端辺１１１ｂの少なくとも一方は、薄厚ダクトピース１０２−２における対応の辺と平行になるような形状にしている。これは、図４に示すように、ダクトピース設置用スペーサ１１１を長方形にした場合には、厚型ダクトピース１０２−２、巻線端部用絶縁材７、巻線端部スペーサ１０と干渉する箇所が発生するためである。
【００３６】
尚、本実施形態では、説明の簡略化のために、冷媒流路１８０は、冷媒流路１８１と冷媒流路１８２との２段階の流路高さ構成で説明しているが、費用対効果の許容する範囲で、多段化が可能である。尚、この多段化に対応して、複数種類のダクトピース設置用スペーサ１１１が設けられることになる。
【００３７】
また、外周側５の巻線が接続されている場合、外周側５における円板状巻線間距離４１が小さくなり、内周側４における円板状巻線間距離４１が大きくなる。この場合、薄厚ダクトピース１０２−１、及びダクトピース設置用スペーサ１１１は、外周側５において、絶縁材１０１，１０１と、円板状巻線３１，３２との間に設置される。
【００３８】
上述したように本実施形態の冷却構造によれば、従来に比べて静止誘導器における冷却能力を向上させることができ、これにより、さらにまた以下の効果を得ることが可能となる。即ち、冷却能力の向上により、一枚の円板状巻線当たりの熱流束を増やすことができ、変圧器サイズの縮小を図ることが可能となる。変圧器のサイズが小さくなることで、重量及び材料費の低減ができ、さらに運搬費用の低減も可能となる。また、冷却用のファンやポンプを減らすこともでき、省エネにもつながる。
【００３９】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、円板状巻線３１，３２の対向面３１ａ，３２ａのほぼ全面にわたり延在する一種類の絶縁板１０１，１０１に対して、ダクトピース設置用スペーサ１１１，１１１を取り付ける形態を示した。これに対して本実施の形態２に関する巻線１０３−１では、図１０に示すように、主に円板状巻線間距離４１が大きい方の領域１０３ｂに対応して配置される第１絶縁板１２１と、主に円板状巻線間距離４１が小さい方の領域１０３ａに対応して配置される第２絶縁板１２２との２種類の絶縁板を用いる。本実施の形態２は、この点で実施の形態１と相違し、変圧器におけるその他の構成は、実施の形態１における構成と同じであり、本実施の形態２においても、実施の形態１の場合と同様に、複数種類の厚みを有するダクトピースを備える。よって、実施の形態２における静止誘導器の冷却構造においても、実施の形態１の冷却構造が奏する上述の効果を奏することができる。また、実施の形態１にて説明した変形例は、本実施の形態２における冷却構造にも適用可能である。
以下では、主に上述の相違点について説明する。
【００４０】
図８は、図１に対応する図であり、図７に示す領域Ｉに相当する領域における、実施の形態２に関する巻線１０３−１の断面を示している。図９は、図８に示す領域ＩＶの拡大図である。
上述のように本実施形態における巻線１０３−１では、第１絶縁板１２１と第２絶縁板１２２との２種類の絶縁板を有する。第１絶縁板１２１は、外周側５の電位差の大きい側に対応して配置され、相対的に厚みが小さい電気的絶縁性の板状部材であり、図１０に示すように、巻線１０３−１の形状に相似した形状である。第２絶縁板１２２は、内周側４の電位差の小さい側に配置され、第１絶縁板１２１の最大厚み１２１ｂ（図９）よりも大きい厚み１２２ｂの一又は複数種類の厚みを有する電気的絶縁性の板状部材であり、図１０に示すように、巻線１０３−１の形状に相似した形状である。また、図８に示すように、第１絶縁板１２１及び第２絶縁板１２２は、円板状巻線３１，３２の径方向９２における長さのほぼ半分ずつに相当する長さをそれぞれ有し、第１絶縁板１２１の内周部分と、第２絶縁板１２２の外周部分とを重ね、この重なり領域１２３にて両者を接着して一体的な絶縁板を形成している。尚、相対的に薄い第１絶縁板１２１は、重なり領域１２３付近にテーパーを設けることで、重なり領域１２３の巻線間距離を調整している。
【００４１】
また、第１絶縁板１２１側に位置する第２絶縁板１２２の外周端部１２２ａは、図１１に示すように、厚型ダクトピース１０２−２の配置に対応してジグザグ状に、例えばレーザー加工機にて加工される。このように加工することで、外周端部１２２ａが厚型ダクトピース１０２−２に干渉するのを防止することができる。
【００４２】
また、第１絶縁板１２１に対応して、上述の厚型ダクトピース１０２−２が配置される。つまり、第１絶縁板１２１、１２１と、円板状巻線３１、３２（詳しくは対向面３１ａ，３２ａ）との間に厚型ダクトピース１０２−２が挟まれ、冷媒流路１８２が形成される。また、第２絶縁板１２２に対応して、上述の薄厚ダクトピース１０２−１が配置される。つまり、第２絶縁板１２２、１２２と、円板状巻線３１、３２（詳しくは対向面３１ａ，３２ａ）との間に薄厚ダクトピース１０２−１が挟まれ、冷媒流路１８１が形成される。
【００４３】
このように、第１絶縁板１２１及び第２絶縁板１２２と、厚型ダクトピース１０２−２及び薄厚ダクトピース１０２−１とを組み合わせ、第１絶縁板１２１の厚み＋厚型ダクトピース１０２−２の厚み ＝ 第２絶縁板１２２の厚み＋薄厚ダクトピース１０２−１の厚み、とすることで、円板状巻線３１、３２に接触するダクトピース１０２−１、１０２−２のあたり面を平坦にしている。
【００４４】
以上のような構成を有する本実施形態２における静止誘導器の冷却構造では、実施の形態１と同じく、流路拡大による冷却能力増強が可能であり、また、巻線部に急激な段差を発生させずに、巻線間距離の調整が可能になる。
更に、第１絶縁板１２１及び第２絶縁板１２２を接着することで、１枚の絶縁板として取り扱うことが可能になり、絶縁耐力の維持が可能になる。更に、このように接着にて１枚として形成された絶縁板に対して、薄厚ダクトピース１０２−１及び厚型ダクトピース１０２−２のほとんどを、例えばダクトピース自動貼り機にて、接着することが可能になる。
【００４５】
尚、実施の形態１でも説明したように、冷媒流路１８０は多段化が可能である。この多段化に対応して、複数種類の第２絶縁板１２２が設けられることになる。
【符号の説明】
【００４６】
６ 鉄心、１５ 素線、３１，３２ 円板状巻線、
１００ 静止誘導器、１０１ 絶縁板、１０２ ダクトピース、
１０２−１ 薄厚ダクトピース、１０２−２ 厚型ダクトピース、１０３ 巻線、
１１１ ダクトピース設置用スペーサ、１２１ 第１絶縁板、１２２ 第２絶縁板、
１８０ 冷媒流路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円板状巻線で構成された変圧器、リアクトル等の静止誘導器における冷却構造、及びこの冷却構造を有する静止誘導器に関する。
【背景技術】
【０００２】
巻線と鉄心とを含む変圧器を備えた静止誘導器では、外箱内に変圧器を配置するとともに、例えば絶縁油等の冷媒にて変圧器の冷却が行われる。変圧器は、巻線と鉄心との構造の違いにより、外鉄形と内鉄形との２種類が存在し、外鉄形では巻線の外部を磁路が通るように、内鉄形では巻線の内部を磁路が通るように構成される。また、巻線の構造としては、多重筒状巻線と円板状巻線との形態がある。多重筒状巻線は、素線を円筒状に巻回して一つの導体層を形成し、この導体層の外周側に、それよりも大径の円筒状の導体層を配置し、以下順次、より大径の円筒状の導体層を同心円状に配置した構造を有する。一方、円板状巻線は、素線を同心状に巻回して一つの板状の導体層を形成し、この板状導体層と同一形状で形成した次の板状導体層を同軸上に重ねて配置し、以下同様に、同一形状の板状導体層を積層した構造を有する。
【０００３】
例えば特許文献１には、多重筒状巻線を有する静止誘導器について記載されている。この静止誘導器では、多重筒状巻線を構成する円筒状の導体層と導体層との間に、つまり隣接する２つの円筒状導体層において、内側の導体層の外周と、外側の導体層の内周との間に、冷却用の冷媒を流す冷媒流路が設けられている。このように多重筒状巻線を有する構造では、冷媒流路は、円筒状であるそれぞれの導体層の軸方向に沿って延在し、冷媒は、この軸方向に、つまり巻回される素線が延在する方向に対して直交する方向に流れることになる。
【０００４】
さらに、それぞれの円筒状の導体層について、上記軸方向における多重筒状巻線の端部の内、導体層間に生じる電位差が小さい部分では、導体層間の隙間を小さくし、一方、電位差が大きい部分では隙間を大きくして、各導体層が配置されている。即ち、冷媒が流れる方向に沿って冷媒流路の断面積が変化する構造を有して多重筒状巻線は形成されている。このような冷媒流路を構成するため、棒状のダクトピースを、導体層間において上記軸方向に沿って延在させ、かつ上記軸方向に沿ってダクトピースの厚みを段階的に変化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９３３３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、図１２に概略形状を示した、円板状巻線を有する外鉄形変圧器は、一例として以下のような構成を備えている。
即ち、上述したように構成される円板状巻線の、円板状巻線３−１、３−２にて巻線３が形成され、巻線３の外側に鉄心６が配置されている。ここで、円板状巻線３−１は１次巻線であり、円板状巻線３−２は２次巻線であり、円板状巻線３−１、３−２は、それぞれ複数枚の円板状巻線を有し、これらが積層方向９１に沿って積層されて巻線３を形成している。尚、用途によっては、３次巻線も採用される場合もあり、更に、図１２では縦方向に図示されている巻線３を９０°回転させて配設した横置き型も存在する。
【０００７】
巻線３について、対向する２枚の円板状巻線３１，３２を図１３に示す。通常、円板状巻線の内周側４もしくは外周側５で、隣接する円板状巻線同士が接続されている。以下では、内周側４で接続されている場合に関して記述する。
【０００８】
図１３において点線で示した領域Ｉにおける円板状巻線３１，３２間の断面構造を図１４に示す。それぞれの円板状巻線３１，３２は、上述したように、素線１５が内周側４から外周側５へ径方向９２において同心状に巻回されて形成されている。尚、径方向９２とは、素線１５が同心状に巻回されていく方向で、内周側４及び外周側５への向きに相当する。
また、円板状巻線間の電気的絶縁性能の観点において、本例では円板状巻線３１，３２を内周側４で接続しているので、内周側４では円板状巻線３１，３２間の電位差は小さい。よって、積層方向９１における円板状巻線間の隙間（以下、「円板状巻線間距離」と記す）を内周側４では相対的に小さくして良く、一方、外周側５では円板状巻線３１，３２間の電位差が大きいため、円板状巻線間距離４１を相対的に大きくする必要がある。よって、円板状巻線３１と円板状巻線３２とは、図示するように、内周側４と外周側５とで、円板状巻線間距離４１を異ならせて配置されている。
【０００９】
また、内周側４及び外周側５の両方における円板状巻線の角部は、放電の起点となりやすいため、巻線端部用絶縁材７にて巻線端部は覆われている。更に、電位が零である鉄心６や当該変圧器の筐体と、巻線端部との間には、絶縁板１６を挿入することで、電気的絶縁性を強化している。更に、電位差の小さい内周側４では、円板状巻線３１，３２における各巻線端部用絶縁材７に、絶縁材にてなる巻線端部スペーサ１０がそれぞれ配設されている。この巻線端部スペーサ１０は、以下で説明する冷媒流路を確保するための部材となる。
【００１０】
図１５は、図１４に点線で示した領域ＩＩの拡大図である。円板状巻線３１と円板状巻線３２との電気的絶縁性を確保するために、円板状巻線３１、３２における各対向面３１ａ，３２ａの全面に対向して、絶縁板１、１がそれぞれ挿入される。ここで各絶縁板１、１は、円板状巻線３１の対向面３１ａに対して隙間を設けて、円板状巻線３２の対向面３２ａに対して隙間を設けて、配置される。このような隙間は、冷却用の例えば絶縁油である冷媒を通過させる冷媒流路１８になる。このような冷媒流路１８を確保するため、絶縁材にてなるダクトピース２が絶縁板１、１と円板状巻線３１、３２（詳しくは対向面３１ａ，３２ａ）との間に挟まれて、径方向９２において、不連続に配設される。ここでダクトピース２は、全て同じ厚みにてなる。
【００１１】
このように、円板状巻線３１，３２を用いて巻線３を形成する場合、図１４及び図１５から明らかなように、冷媒流路１８は、素線１５の延在方向９３（図１４及び図１５では、紙面に垂直な方向）に沿って形成され、冷媒は、素線１５の延在方向９３に沿って流れることになる。この点、冷媒が、素線の延在方向に対して直交方向に流れる、上述の多重筒状巻線の場合における構造とは相違する。
【００１２】
また、この例では、内周側４と外周側５とでは、円板状巻線間距離４１が異なる。この構造を実現するために、絶縁材にてなる巻線間距離調整用部材１７と、テーパーを設けた絶縁材にてなるテーパースペーサ９とが、各絶縁板１、１の間で、ダクトピース２とは反対側に配設されている。ここで、円板状巻線３１，３２において、内周側４と外周側５とで円板状巻線間距離４１を緩やかに変化させて、円板状巻線３１，３２に大きな段差が発生しないようにするために、各絶縁板１，１、及び巻線間距離調整用部材１７の内周側４には、テーパーを設けて徐々にそれらの肉厚を薄くしている。
【００１３】
図１６は、図１４において、二点鎖線で示した部分における、円板状巻線３２の対向面３２ａに配置されているダクトピース２、巻線端部スペーサ１０、巻線端部用絶縁材７を、矢印Ａ方向に見た図であり、これらの位置関係を示す概略図である。図示するように、ダクトピース２は、平面形状が平行四辺形であり、径方向９２に規定の間隔にて、かつ素線１５の延在方向９３に規定の間隔にて、配置されている。よって、冷媒は、冷却効率向上のため、点線１９で示すように、冷媒流路１８においてダクトピース２が配設されていない箇所を素線１５の大略、延在方向９３にジグザグに流れる。
【００１４】
一方、静止誘導器では、落雷等で急に送電が停止した場合等の短絡時に、急激な力が各円板状巻線、即ち巻線３に加わる。このような外力が加わった際に、巻線３は、ダクトピース２、絶縁板１、巻線端部用絶縁材７等の絶縁物や鉄心６を介して、静止誘導器の筐体で支持される。円板状巻線、つまり巻線３は、図１４にも示すように、素線１５の集合体であり、外力で極度な変形を引き起こさないために、素線１５の延在方向に一定間隔で、素線１５を支持する必要がある。図１６の概略図においては、素線最大支持間隔８がその支持間隔に相当する。
【００１５】
上述したように、円板状巻線では、多重筒状巻線の場合と異なり、冷媒の流れる方向が素線１５の延在方向と同一である。従って、素線最大支持間隔８を維持しつつ、冷媒流路１８の形成が可能な構造にするため、ダクトピース２は、図１６に示すように径方向９２において細かく分割した小さな部材で形成されている。例えば上記特許文献１に開示されるような長尺棒状のダクトピースを用いた場合には、冷媒の流れが遮られてしまうという問題が生じる。
【００１６】
また、特許文献１に開示されるように、ダクトピース自体にテーパーを形成して流路高さを変更しようとした場合には、円板状巻線の内周側４と外周側５との位置間で、個々のダクトピース自体がテーパーを有し、かつそれぞれのダクトピースの厚みが異なるようなダクトピースが必要となる。よって、部品の種類が増し、費用対効果が得られないという問題がある。
【００１７】
また、特許文献１の図１に示すように、素線間に大きな段差が発生することを前提にした場合、特許文献１にも記載されているように、段差部で素線に巻かれている絶縁紙にダメージを与えて、絶縁耐力を低下させる原因となるため、好ましくない。
【００１８】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、円板状巻線で構成された静止誘導器において、従来に比べて冷却能力を向上可能な静止誘導器における冷却構造、及び該冷却構造を有する静止誘導器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様である、静止誘導器における冷却構造は、巻線を備えた静止誘導器における冷却構造であって、上記巻線は、素線を同心状に径方向に巻回して形成されたそれぞれの円板状巻線に絶縁部材を対向させ挟んで各円板状巻線を積層し、かつ巻線の内周側と外周側とで円板状巻線間の距離を異ならせて形成され、上記円板状巻線と上記絶縁部材との間には上記素線の延在方向へ冷媒を流す冷媒流路を有する、静止誘導器における冷却構造である。この冷却構造は、上記円板状巻線と上記絶縁部材との間に挟まれて配置され上記冷媒流路の高さを規定するダクトピースであって、単体では一定の厚さにてなり、種別間では異なる厚みにてなる複数種類のダクトピースを備え、上記円板状巻線間の内周側と外周側とにおける円板状巻線間距離の大小に対応して厚みの異なるダクトピースを上記径方向において不連続にて配置して、異なる種類の冷媒流路高さを上記径方向に形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様における静止誘導器の冷却構造によれば、同種類では同じ厚みを有し異種間では異なる厚みにてなる複数種類のダクトピースを備え、異なる厚みのダクトピースを巻線の径方向に配置した。よって、巻線における冷媒流路の高さを径方向で異ならせることができ、従来に比べて冷媒流路が拡大でき、巻線の冷却性能を向上させることができる。また、ダクトピース自体にテーパーを設ける構成と比較すると、ダクトピースの種類の増加を大幅に抑制することができ、製造コストの上昇を抑制することが可能となる。更に、設計上、巻線に局所的に大きな段差を発生させることがなくなり、絶縁性能の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１における冷却構造を形成する円板状巻線間の構造を示す断面図であり、図７に示す領域Ｉの断面図である。
【図２】図１に示す領域ＩＩＩの拡大図である。
【図３】図１に示すＢ視における図である。
【図４】図３に対応した図であり、長方形のダクトピース設置用スペーサを用いた場合における不具合を説明するための図である。
【図５】図１に示す絶縁板及びダクトピース設置用スペーサの平面図であり、両者の位置関係を説明するための図である。
【図６】図１に示す円板状巻線の構造を有する巻線を備えた外鉄形変圧器の概略斜視図である。
【図７】図６に示す巻線を形成する、対向する２枚の円板状巻線の概略斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態２における冷却構造を形成する円板状巻線間の構造を示す断面図であり、図７に示す領域Ｉに相当する領域の断面図である。
【図９】図８に示す領域ＩＶの拡大図である。
【図１０】図８に示す第１絶縁板及び第２絶縁板の平面図であり、両者の位置関係を説明するための図である。
【図１１】図８に示す第１絶縁板の外周端部の形状を説明するための図である。
【図１２】外鉄形変圧器の概略斜視図である。
【図１３】図１２に示す巻線を形成する、対向する２枚の円板状巻線の概略斜視図である。
【図１４】図１３に示す領域Ｉにおける断面図である。
【図１５】図１４に示す涼気ＩＩの拡大図である。
【図１６】図１４に示すＡ視における図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態である静止誘導器における冷却構造、及びこの冷却構造を有する静止誘導器について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００２３】
本実施形態における静止誘導器の冷却構造について、図１２から図１４を参照して既に説明した円板状巻線を有する外鉄形変圧器を例に採り、以下に説明を行う。また、上記冷却構造を有する静止誘導器は、例えば絶縁油等の冷媒が入った外箱内に、上記冷却構造を有する外鉄形変圧器を配置して、冷媒によってこれらの変圧器の冷却が可能な構造を有するものである。
尚、図１２及び図１３に対応して、図６には、本実施形態における冷却構造を有する外鉄形変圧器１００を示し、図７には外鉄形変圧器１００に備わる巻線１０３を示す。また、円板状巻線の基本的構成については、図１２から図１４を参照して上述した内容を参照するものとし、その内容と同一又は同様の構成部分については以下の説明でも同じ符号を使用して詳しい説明は省略する。
【００２４】
実施の形態１．
本実施形態における冷却構造の特徴の一つは、ダクトピース単体では均一の厚みにてなるが、種別間では異なる厚みを有する複数種類のダクトピースを備えた点である。即ち、図１４に示した構造を有する巻線３では、冷媒流路１８を形成するダクトピース２の全ては、同じ厚みにてなり、冷媒流路１８の高さは、図示するように巻線３の内周側４及び外周側５において同じである。これに対し本実施形態では、異なる厚みの複数種類のダクトピースを備え、相対的に厚いダクトピースを配置した部分は、相対的に大きな流路断面を得ることができ、静止誘導器における冷却性能の向上を図ることができる。
本実施形態におけるこのような冷却構造について、具体的に以下に説明する。
【００２５】
図１４及び図１５を参照して説明したように円板状巻線３１、３２を形成し、これらを積層して、本実施形態の冷却構造を有する巻線１０３が形成される。図１は、図１４に対応した図であり、外鉄形変圧器１００における巻線１０３の図７に示す領域Ｉにおける円板状巻線３１，３２間の断面構造を示す。また、図２は、図１に点線で囲んだ領域ＩＩＩの拡大図である。本実施形態においても、巻線１０３の内周側４が接続されて、内周側４で円板状巻線３１，３２間の電位差が小さくなる場合を例に採る。内周側４では電位差が小さいため、円板状巻線３１，３２間の電気的絶縁距離を小さくでき、内周側４における円板状巻線間距離４１は、外周側５の円板状巻線間距離４１に比べて小さい。よって、コスト低減を図ることが可能である。
【００２６】
また、図１４に示した巻線３と同様に、本実施形態に関する巻線１０３においても、巻線端部には巻線端部用絶縁材７及び絶縁板１６を設け、内周側４には、巻線端部スペーサ１０を配設している。また、内周側４及び外周側５における円板状巻線間距離４１の調整は、図１４に示す構造と同様に、テーパースペーサ９で調整し、円板状巻線間の距離４１を連続的に変えることができる。
【００２７】
巻線３の場合と同様に、巻線１０３においても、円板状巻線３１と円板状巻線３２との電気的絶縁性を確保するために、円板状巻線３１、３２における各対向面３１ａ，３２ａに対向して、絶縁板１０１がそれぞれ挿入される。絶縁板１０１は、円板状巻線３１、３２に対応した形状、つまり円板状巻線３１、３２と相似形状で、図５に示すような形状の電気的絶縁材からなる板材である。尚、本実施の形態１では、絶縁板１０１は一種類からなり、巻線１０３の外周側５からほぼ内周側４までにわたり延在する。
【００２８】
さらに、図１４に示す構造と同様に、絶縁板１０１、１０１と、円板状巻線３１、３２との間には、ダクトピースを挟んで冷媒流路が形成されるが、本実施形態では上述のように複数種類のダクトピースを備えている。このダクトピースは、具体的に以下で説明するが、厚みが相対的に薄い薄厚ダクトピースと、この薄厚ダクトピースよりも大きい厚みにてなる一又は複数種類の厚型ダクトピースとを備える。
【００２９】
具体的には、本実施形態では、図１及び図２に示すように、絶縁材にてなり、２種類の異なる厚みのダクトピース１０２−１、１０２−２を備える。ここで、ダクトピース１０２−１、及びダクトピース１０２−２の各単体における厚みは、一定であり、テーパーは設けていない。本実施形態では、円板状巻線間距離４１を内周側４で小さく、外周側５で大きく設定しているため、内周側４には、相対的に厚みを薄くした薄厚ダクトピース１０２−１を配置し、外周側５には、薄厚ダクトピース１０２−１よりも大きい厚みを有する厚型ダクトピース１０２−２を配置する。
【００３０】
より詳しく説明する。円板状巻線間距離４１が相対的に大きい、本実施形態では外周側５の領域１０３ｂでは、各絶縁板１０１、１０１は、円板状巻線３１の対向面３１ａに対して冷媒流路１８２となる隙間を設けて、及び、円板状巻線３２の対向面３２ａに対して冷媒流路１８２となる隙間を設けて、それぞれ配置される。絶縁板１０１、１０１と、円板状巻線３１、３２との間にそれぞれ冷媒流路１８２を確保するため、厚型ダクトピース１０２−２が絶縁板１０１、１０１と円板状巻線３１、３２（詳しくは対向面３１ａ，３２ａ）との間に挟まれて、径方向９２において、不連続に配設される。尚、それぞれの厚型ダクトピース１０２−２は、同一の厚みにてなることから、絶縁板１０１、１０１と円板状巻線３１、３２とは、それぞれ平行に位置し、冷媒流路１８２の高さは、径方向９２において一定である。また、本実施形態では、厚型ダクトピース１０２−２は、絶縁板１０１に接着されている。
尚、厚型ダクトピース１０２−２の厚さ及び冷媒流路１８２の高さとは、板状の円板状巻線３１，３２の厚み方向に沿ったそれぞれの寸法に対応する。
【００３１】
このような構成により、円板状巻線間距離４１を大きくした、本実施形態では外周側５において、積層方向９１における冷媒流路１８２の高さを、図１４に示す構造に比べて拡大することができ、より冷却効率を向上させることができる。
【００３２】
一方、円板状巻線間距離４１が小さい、本実施形態では内周側４の領域１０３ａに対応した、絶縁板１０１における内周側には、ダクトピース設置用スペーサ１１１が配置される。ダクトピース設置用スペーサ１１１は、図５に示すように、円板状巻線３１、３２と相似形状の絶縁材からなる板状の部材であり、図１及び図２に示すように、くさび状でテーパーが付された部材である。即ち、上述のように内周側４には薄厚ダクトピース１０２−１を配置することから、図２に示すように絶縁板１０１、１０１と、薄厚ダクトピース１０２−１との間には隙間が生じる。ダクトピース設置用スペーサ１１１は、この隙間に対応する部材である。尚、ダクトピース設置用スペーサ１１１、１１１と、円板状巻線３１，３２との間で薄厚ダクトピース１０２−１にて形成される隙間が冷媒流路１８１となる。薄厚ダクトピース１０２−１にて高さが規定されるため、冷媒流路１８１の高さは、冷媒流路１８２に比べて小さい。また、それぞれの薄厚ダクトピース１０２−１は、同一の厚みにてなり、ダクトピース設置用スペーサ１１１にはテーパーを付けていることから、冷媒流路１８１の高さは、径方向９２において一定である。
尚、薄厚ダクトピース１０２−１の厚さ及び冷媒流路１８１の高さとは、厚型ダクトピース１０２−２の厚さ及び冷媒流路１８２の高さと同様に、板状の円板状巻線３１，３２の厚み方向に沿ったそれぞれの寸法に対応する。
【００３３】
本実施形態では、薄厚ダクトピース１０２−１は、ダクトピース設置用スペーサ１１１に接着しておき、このダクトピース付きのダクトピース設置用スペーサ１１１を絶縁板１０１に接着して、円板状巻線３１，３２間の距離を調整している。また、このようなダクトピース付きのダクトピース設置用スペーサ１１１は、本実施形態では、テーパーを予め設けたダクトピース設置用スペーサ１１１の上に、自動貼り機で薄厚ダクトピース１０２−１を接着、切断することで作製する。
【００３４】
薄厚ダクトピース１０２−１においても、厚型ダクトピース１０２−２と同様に、テーパーをつけていないため、ダクトピースの部品点数の増加を抑制することが可能であり、製造コストの抑制が可能となる。
【００３５】
図３は、図１６に対応する図であり、図１において二点鎖線で示した部分における、円板状巻線３２の対向面３２ａに配置されているダクトピース１０２−１，１０２−２、巻線端部スペーサ１０、巻線端部用絶縁材７を、矢印Ｂ方向に見た図であり、これらの位置関係を示す概略図である。図示するように、ダクトピース１０２−１，１０２−２は、平行四辺形であり、径方向９２に規定の間隔にて、かつ素線１５の延在方向９３に規定の間隔にて、配置されている。さらに、ダクトピース設置用スペーサ１１１についても、径方向９２に沿う辺１１１ａ、及び径方向９２における端辺１１１ｂの少なくとも一方は、薄厚ダクトピース１０２−２における対応の辺と平行になるような形状にしている。これは、図４に示すように、ダクトピース設置用スペーサ１１１を長方形にした場合には、厚型ダクトピース１０２−２、巻線端部用絶縁材７、巻線端部スペーサ１０と干渉する箇所が発生するためである。
【００３６】
尚、本実施形態では、説明の簡略化のために、冷媒流路１８０は、冷媒流路１８１と冷媒流路１８２との２段階の流路高さ構成で説明しているが、費用対効果の許容する範囲で、多段化が可能である。尚、この多段化に対応して、複数種類のダクトピース設置用スペーサ１１１が設けられることになる。
【００３７】
また、外周側５の巻線が接続されている場合、外周側５における円板状巻線間距離４１が小さくなり、内周側４における円板状巻線間距離４１が大きくなる。この場合、薄厚ダクトピース１０２−１、及びダクトピース設置用スペーサ１１１は、外周側５において、絶縁材１０１，１０１と、円板状巻線３１，３２との間に設置される。
【００３８】
上述したように本実施形態の冷却構造によれば、従来に比べて静止誘導器における冷却能力を向上させることができ、これにより、さらにまた以下の効果を得ることが可能となる。即ち、冷却能力の向上により、一枚の円板状巻線当たりの熱流束を増やすことができ、変圧器サイズの縮小を図ることが可能となる。変圧器のサイズが小さくなることで、重量及び材料費の低減ができ、さらに運搬費用の低減も可能となる。また、冷却用のファンやポンプを減らすこともでき、省エネにもつながる。
【００３９】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、円板状巻線３１，３２の対向面３１ａ，３２ａのほぼ全面にわたり延在する一種類の絶縁板１０１，１０１に対して、ダクトピース設置用スペーサ１１１，１１１を取り付ける形態を示した。これに対して本実施の形態２に関する巻線１０３−１では、図１０に示すように、主に円板状巻線間距離４１が大きい方の領域１０３ｂに対応して配置される第１絶縁板１２１と、主に円板状巻線間距離４１が小さい方の領域１０３ａに対応して配置される第２絶縁板１２２との２種類の絶縁板を用いる。本実施の形態２は、この点で実施の形態１と相違し、変圧器におけるその他の構成は、実施の形態１における構成と同じであり、本実施の形態２においても、実施の形態１の場合と同様に、複数種類の厚みを有するダクトピースを備える。よって、実施の形態２における静止誘導器の冷却構造においても、実施の形態１の冷却構造が奏する上述の効果を奏することができる。また、実施の形態１にて説明した変形例は、本実施の形態２における冷却構造にも適用可能である。
以下では、主に上述の相違点について説明する。
【００４０】
図８は、図１に対応する図であり、図７に示す領域Ｉに相当する領域における、実施の形態２に関する巻線１０３−１の断面を示している。図９は、図８に示す領域ＩＶの拡大図である。
上述のように本実施形態における巻線１０３−１では、第１絶縁板１２１と第２絶縁板１２２との２種類の絶縁板を有する。第１絶縁板１２１は、外周側５の電位差の大きい側に対応して配置され、相対的に厚みが小さい電気的絶縁性の板状部材であり、図１０に示すように、巻線１０３−１の形状に相似した形状である。第２絶縁板１２２は、内周側４の電位差の小さい側に配置され、第１絶縁板１２１の最大厚み１２１ｂ（図９）よりも大きい厚み１２２ｂの一又は複数種類の厚みを有する電気的絶縁性の板状部材であり、図１０に示すように、巻線１０３−１の形状に相似した形状である。また、図８に示すように、第１絶縁板１２１及び第２絶縁板１２２は、円板状巻線３１，３２の径方向９２における長さのほぼ半分ずつに相当する長さをそれぞれ有し、第１絶縁板１２１の内周部分と、第２絶縁板１２２の外周部分とを重ね、この重なり領域１２３にて両者を接着して一体的な絶縁板を形成している。尚、相対的に薄い第１絶縁板１２１は、重なり領域１２３付近にテーパーを設けることで、重なり領域１２３の巻線間距離を調整している。
【００４１】
また、第１絶縁板１２１側に位置する第２絶縁板１２２の外周端部１２２ａは、図１１に示すように、厚型ダクトピース１０２−２の配置に対応してジグザグ状に、例えばレーザー加工機にて加工される。このように加工することで、外周端部１２２ａが厚型ダクトピース１０２−２に干渉するのを防止することができる。
【００４２】
また、第１絶縁板１２１に対応して、上述の厚型ダクトピース１０２−２が配置される。つまり、第１絶縁板１２１、１２１と、円板状巻線３１、３２（詳しくは対向面３１ａ，３２ａ）との間に厚型ダクトピース１０２−２が挟まれ、冷媒流路１８２が形成される。また、第２絶縁板１２２に対応して、上述の薄厚ダクトピース１０２−１が配置される。つまり、第２絶縁板１２２、１２２と、円板状巻線３１、３２（詳しくは対向面３１ａ，３２ａ）との間に薄厚ダクトピース１０２−１が挟まれ、冷媒流路１８１が形成される。
【００４３】
このように、第１絶縁板１２１及び第２絶縁板１２２と、厚型ダクトピース１０２−２及び薄厚ダクトピース１０２−１とを組み合わせ、第１絶縁板１２１の厚み＋厚型ダクトピース１０２−２の厚み ＝ 第２絶縁板１２２の厚み＋薄厚ダクトピース１０２−１の厚み、とすることで、円板状巻線３１、３２に接触するダクトピース１０２−１、１０２−２のあたり面を平坦にしている。
【００４４】
以上のような構成を有する本実施形態２における静止誘導器の冷却構造では、実施の形態１と同じく、流路拡大による冷却能力増強が可能であり、また、巻線部に急激な段差を発生させずに、巻線間距離の調整が可能になる。
更に、第１絶縁板１２１及び第２絶縁板１２２を接着することで、１枚の絶縁板として取り扱うことが可能になり、絶縁耐力の維持が可能になる。更に、このように接着にて１枚として形成された絶縁板に対して、薄厚ダクトピース１０２−１及び厚型ダクトピース１０２−２のほとんどを、例えばダクトピース自動貼り機にて、接着することが可能になる。
【００４５】
尚、実施の形態１でも説明したように、冷媒流路１８０は多段化が可能である。この多段化に対応して、複数種類の第２絶縁板１２２が設けられることになる。
【符号の説明】
【００４６】
６ 鉄心、１５ 素線、３１，３２ 円板状巻線、
１００ 静止誘導器、１０１ 絶縁板、１０２ ダクトピース、
１０２−１ 薄厚ダクトピース、１０２−２ 厚型ダクトピース、１０３ 巻線、
１１１ ダクトピース設置用スペーサ、１２１ 第１絶縁板、１２２ 第２絶縁板、
１８０ 冷媒流路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線を備えた静止誘導器における冷却構造であって、
上記巻線は、素線を同心状に径方向に巻回して形成されたそれぞれの円板状巻線に絶縁部材を対向させ挟んで各円板状巻線を積層し、かつ巻線の内周側と外周側とで円板状巻線間の距離を異ならせて形成され、上記円板状巻線と上記絶縁部材との間には上記素線の延在方向へ冷媒を流す冷媒流路を有し、
上記冷却構造は、
上記円板状巻線と上記絶縁部材との間に挟まれて配置され上記冷媒流路の高さを規定するダクトピースであって、単体では一定の厚さにてなり、種別間では異なる厚みにてなる複数種類のダクトピースを備え、
上記円板状巻線間の内周側と外周側とにおける円板状巻線間距離の大小に対応して厚みの異なるダクトピースを上記径方向において不連続にて配置して、異なる種類の冷媒流路高さを上記径方向に形成した、
ことを特徴とする静止誘導器の冷却構造。
【請求項２】
上記厚みの異なるダクトピースは、薄厚ダクトピースと、上記薄厚ダクトピースよりも大きい厚みの一又は複数種類の厚型ダクトピースとを有し、上記薄厚ダクトピースは、上記円板状巻線間距離が相対的に小さい領域に対応して配置され上記冷媒流路の高さを相対的に小さく設定し、上記厚型ダクトピースは、上記円板状巻線間距離が相対的に大きい領域に対応して配置され上記冷媒流路の高さを相対的に大きく設定する、請求項１記載の静止誘導器の冷却構造。
【請求項３】
上記絶縁部材は、絶縁板及びダクトピース設置用スペーサから形成され、上記絶縁板は、上記円板状巻線と相似形状で電気的絶縁材料にて形成される板材であり、上記円板状巻線間距離が相対的に大きい領域にて上記円板状巻線との間に上記厚型ダクトピースを挟んで配置され、上記ダクトピース設置用スペーサは、電気的絶縁材料にて形成され、上記円板状巻線間距離が相対的に小さい領域にて上記絶縁板と上記薄厚ダクトピースとの間に配置される、請求項２記載の静止誘導器の冷却構造。
【請求項４】
上記ダクトピース設置用スペーサにおいて、上記径方向に沿う辺、及び上記径方向における端部の辺の少なくとも一方は、上記薄厚ダクトピースにおける対応の辺と平行に形成される、請求項３記載の静止誘導器における冷却構造。
【請求項５】
上記薄厚ダクトピースは、上記ダクトピース設置用スペーサに予め取り付けられてダクトピース付スペーサとして一体的に形成され、このダクトピース付スペーサが上記絶縁板に取り付けられる、請求項３又は４記載の静止誘導器における冷却構造。
【請求項６】
上記絶縁部材は、第１絶縁板及び第２絶縁板から形成され、上記第１絶縁板は、上記円板状巻線と相似形状で第１板厚にてなり電気的絶縁材料にて形成される板材であり、上記円板状巻線間距離が相対的に大きい領域に対応して配置され、上記第２絶縁板は、上記円板状巻線と相似形状で上記第１板厚よりも大きい厚みの一又は複数種類の第２板厚にてなり電気的絶縁材料にて形成される板材であり、上記円板状巻線間距離が相対的に小さい領域に対応して配置され、上記第１絶縁板及び上記第２絶縁板は、互いに重なり合う重なり領域を有する、請求項２記載の静止誘導器の冷却構造。
【請求項７】
上記第１絶縁板は、上記円板状巻線との間に上記厚型ダクトピースを挟み、上記第２絶縁板は、上記円板状巻線との間に上記薄厚ダクトピースを挟む、請求項６記載の静止誘導器の冷却構造。
【請求項８】
素線を同心状に巻回して形成された円板状巻線を複数枚積層して構成される巻線と、
巻線の外周側に配置され巻線の外部に磁路を形成する鉄心と、を備えた静止誘導器において、
上記巻線を冷却する静止誘導器の冷却構造で、請求項１から７のいずれか１項に記載の冷却構造を備えたことを特徴とする静止誘導器。
【請求項１】
巻線を備えた静止誘導器における冷却構造であって、
上記巻線は、素線を同心状に径方向に巻回して形成されたそれぞれの円板状巻線に絶縁部材を対向させ挟んで各円板状巻線を積層し、かつ巻線の内周側と外周側とで円板状巻線間の距離を異ならせて形成され、上記円板状巻線と上記絶縁部材との間には上記素線の延在方向へ冷媒を流す冷媒流路を有し、
上記冷却構造は、
上記円板状巻線と上記絶縁部材との間に挟まれて配置され上記冷媒流路の高さを規定するダクトピースであって、単体では一定の厚さにてなり、種別間では異なる厚みにてなる複数種類のダクトピースを備え、
上記円板状巻線間の内周側と外周側とにおける円板状巻線間距離の大小に対応して厚みの異なるダクトピースを上記径方向において不連続にて配置して、異なる種類の冷媒流路高さを上記径方向に形成した、
ことを特徴とする静止誘導器の冷却構造。
【請求項２】
上記厚みの異なるダクトピースは、薄厚ダクトピースと、上記薄厚ダクトピースよりも大きい厚みの一又は複数種類の厚型ダクトピースとを有し、上記薄厚ダクトピースは、上記円板状巻線間距離が相対的に小さい領域に対応して配置され上記冷媒流路の高さを相対的に小さく設定し、上記厚型ダクトピースは、上記円板状巻線間距離が相対的に大きい領域に対応して配置され上記冷媒流路の高さを相対的に大きく設定する、請求項１記載の静止誘導器の冷却構造。
【請求項３】
上記絶縁部材は、絶縁板及びダクトピース設置用スペーサから形成され、上記絶縁板は、上記円板状巻線と相似形状で電気的絶縁材料にて形成される板材であり、上記円板状巻線間距離が相対的に大きい領域にて上記円板状巻線との間に上記厚型ダクトピースを挟んで配置され、上記ダクトピース設置用スペーサは、電気的絶縁材料にて形成され、上記円板状巻線間距離が相対的に小さい領域にて上記絶縁板と上記薄厚ダクトピースとの間に配置される、請求項２記載の静止誘導器の冷却構造。
【請求項４】
上記ダクトピース設置用スペーサにおいて、上記径方向に沿う辺、及び上記径方向における端部の辺の少なくとも一方は、上記薄厚ダクトピースにおける対応の辺と平行に形成される、請求項３記載の静止誘導器における冷却構造。
【請求項５】
上記薄厚ダクトピースは、上記ダクトピース設置用スペーサに予め取り付けられてダクトピース付スペーサとして一体的に形成され、このダクトピース付スペーサが上記絶縁板に取り付けられる、請求項３又は４記載の静止誘導器における冷却構造。
【請求項６】
上記絶縁部材は、第１絶縁板及び第２絶縁板から形成され、上記第１絶縁板は、上記円板状巻線と相似形状で第１板厚にてなり電気的絶縁材料にて形成される板材であり、上記円板状巻線間距離が相対的に大きい領域に対応して配置され、上記第２絶縁板は、上記円板状巻線と相似形状で上記第１板厚よりも大きい厚みの一又は複数種類の第２板厚にてなり電気的絶縁材料にて形成される板材であり、上記円板状巻線間距離が相対的に小さい領域に対応して配置され、上記第１絶縁板及び上記第２絶縁板は、互いに重なり合う重なり領域を有する、請求項２記載の静止誘導器の冷却構造。
【請求項７】
上記第１絶縁板は、上記円板状巻線との間に上記厚型ダクトピースを挟み、上記第２絶縁板は、上記円板状巻線との間に上記薄厚ダクトピースを挟む、請求項６記載の静止誘導器の冷却構造。
【請求項８】
素線を同心状に巻回して形成された円板状巻線を複数枚積層して構成される巻線と、
巻線の外周側に配置され巻線の外部に磁路を形成する鉄心と、を備えた静止誘導器において、
上記巻線を冷却する静止誘導器の冷却構造で、請求項１から７のいずれか１項に記載の冷却構造を備えたことを特徴とする静止誘導器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
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【図１６】
【公開番号】特開２０１２−６９６２１（Ｐ２０１２−６９６２１Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１１６６０（Ｐ２０１０−２１１６６０）
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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