知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ 株式会社東芝の特許一覧 ▶ 東芝電機サービス株式会社の特許一覧
(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】6490696
(24)【登録日】2019年3月8日
(45)【発行日】2019年3月27日
(54)【発明の名称】固体絶縁機器の放熱装置
(51)【国際特許分類】
H02B 1/56 20060101AFI20190318BHJP
【ＦＩ】
H02B1/56 B
【請求項の数】5
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2016-543789(P2016-543789)
(86)(22)【出願日】2015年2月23日
(86)【国際出願番号】JP2015000883
(87)【国際公開番号】WO2016027386
(87)【国際公開日】20160225
【審査請求日】2018年2月21日
(31)【優先権主張番号】特願2014-167697(P2014-167697)
(32)【優先日】2014年8月20日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【識別番号】598076591
【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001092
【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 純一
(72)【発明者】
【氏名】浅利 直紀
(72)【発明者】
【氏名】宮内 康寿
(72)【発明者】
【氏名】久保田 信孝
【審査官】
太田 義典
(56)【参考文献】
【文献】
特開平１０−３２１０９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
実開昭６０−５５２０７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】
特開２００３−３３３７１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−２７１９１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２０１１／０２４２５６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
米国特許第５７５３８７５（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０２Ｂ １／４６− ７／０８
Ｈ０１Ｈ ３３／６６２
Ｈ０２Ｂ １／００− １／３８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定面積を有する金属材料からなる放熱部材と、
前記放熱部材に固定されるとともに、固体絶縁機器の主回路に接続される接続導体と、
前記放熱部材と前記接続導体との周りに設けられた絶縁層と、
前記接続導体端を露出させた界面接続部と、
前記絶縁層の外周に設けられた接地層と、
を備えたことを特徴とする固体絶縁機器の放熱装置。
前記放熱部材に固定されるとともに、固体絶縁機器の主回路に接続される接続導体と、
前記放熱部材と前記接続導体との周りに設けられた絶縁層と、
前記接続導体端を露出させた界面接続部と、
前記絶縁層の外周に設けられた接地層と、
を備えたことを特徴とする固体絶縁機器の放熱装置。
【請求項2】
前記放熱部材は、複数枚の放熱板を所定間隔に並べたものであることを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁機器の放熱装置。
【請求項3】
前記放熱部材は、複数枚の放熱板を放射状に組み合わせたものであることを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁機器の放熱装置。
【請求項4】
前記放熱部材は、筒状であり、その底部に開口孔を設けたものであることを特徴とする請求項１に記載の固体絶縁機器の放熱装置。
【請求項5】
前記放熱部材、前記絶縁層のいずれか一方の表面に波形を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の固体絶縁機器の放熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、スイッチギヤを構成する電気部材を絶縁材料でモールドした固体絶縁機器の放熱装置に関する。【背景技術】
【0002】
従来、真空バルブや主回路導体のようなスイッチギヤを構成する電気部材をエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドした固体絶縁機器では、絶縁層の外周にリング状のヒートシンクを設け、温度上昇を抑制するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。【0003】
また、絶縁層の外側に板状に突出した樹脂フィンを設け、放熱特性を向上させるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。【0004】
これらにより、電気部材の温度上昇を抑制することができ、大容量化を図ることができるものの、上記のヒートシンクや樹脂フィンは絶縁層を介しての間接的な放熱であり、放熱効率の向上には限界があった。【0005】
このため、温度上昇する電気部材の主回路に直接、接続することができ、放熱効率を向上させることができる放熱専用の機能を持ったものが望まれていた。【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１１−２０００４３号公報
【特許文献2】特開２０１２−１１９１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明が解決しようとする課題は、絶縁材料でモールドされた固体絶縁機器の主回路に直接、接続することができ、放熱効率を向上させることのできる固体絶縁機器の放熱装置を提供することにある。【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、実施形態の固体絶縁機器の放熱装置は、所定面積を有する金属材料からなる放熱部材と、前記放熱部材に固定されるとともに、固体絶縁機器の主回路に接続される接続導体と、前記放熱部材と前記接続導体との周りに設けられた絶縁層と、前記接続導体端を露出させた界面接続部と、前記絶縁層の外周に設けられた接地層と、を備える。【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1A】固体絶縁機器の構成を示す正面断面図。
【図1B】固体絶縁機器に接続される実施例１に係る放熱装置の構成を示す正面断図。
【図2A】実施例２に係る放熱装置の構成を示す上面断面図。
【図3A】実施例３に係る放熱装置の構成を示す上面断面図。
【図4A】実施例４に係る放熱装置の構成を示す上面断面図。
【図5】実施例５に係る放熱装置の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。【0011】
実施例１先ず、実施例１に係る固体絶縁機器と放熱装置を図１Ａ乃至図１Ｃを参照して説明する。図１Ａは固体絶縁機器の構成を示す正面断面図、図１Ｂは固体絶縁機器に接続される実施例１に係る放熱装置の構成を示す正面断図、図１Ｃは図１ＢのＡ−Ａ矢視断面図である。
【0012】
図１Ａに示すように、固体絶縁機器１４は、真空バルブのような電気部材をモールドしたものである。【0013】
この固体絶縁機器１４には、主回路に接続された主回路導体７が設けられ、その外周に絶縁層４と同様材料の絶縁層８が設けられている。【0014】
この図１Ａにおいて、主回路導体７は、分岐部７ａ，７ｂ，７ｃに分岐しており、分岐部７ａの端には凹部が設けられている。この凹部には接続導体３が接続されるようになっている。【0015】
分岐部７ｂ，７ｃの端部は、突出した円錐状の界面接続部となっており、それぞれ電気機器が接続される。【0016】
また、分岐部７ａの端には絶縁層８は、窪んだ円錐状の界面接続部９となっており、可撓性材料を介して界面接続部５が密着されるようになっている。【0017】
界面接続部９を除く絶縁層８の外周には、接地層６と同様材料の接地層１０が設けられている。界面接続部５、９の突出、窪みの形状は、逆でもよい。【0018】
図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、放熱装置１５は、図１Ａに示した固体絶縁機器１４の主回路に接続される電気銅、アルミなどの金属材料からなる金属部１ａと、金属部１ａをエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドした絶縁部１ｂとを有する。【0019】
金属部１ａは、所定面積を有する板状の放熱板２と、放熱板２の一方の端面に固定された円柱状の接続導体３とで構成されている。【0020】
放熱板２の横幅、縦幅などは、図示しない固体絶縁機器１４の外形形状よりも小さくしている。【0021】
板厚は、自立する程度の機械的強度を有するものとし、必要に応じ、周縁部に電界緩和リングを設けるものとする。【0022】
絶縁部１ｂには、放熱板２と接続導体３の一部とを一体でモールドした絶縁層４が設けられている。【0023】
換言すると、放熱板２は全体が絶縁層４で覆われている。接続導体３の反放熱板側は、突出した円錐状の界面接続部５となっており、接続導体３の端が露出している。【0024】
界面接続部５を除く絶縁層４の外周には、導電性塗料を塗布した接地層６が設けられている。絶縁層４は、固体絶縁機器１４に課せられる絶縁耐力に耐え得る所定の絶縁厚さを有している。【0025】
エポキシ樹脂は、一般的なものでもよいが、充填剤にシリカとともに熱伝達率のよいマグネシアを充填してもよい。マグネシア：シリカ＝５０〜８５：５０〜１５の範囲とする。【0026】
このように構成されることにより、固体絶縁機器１４を流れる電流は、例えば、一方の電気機器から、分岐部７ｃ、分岐部７ｂを介して他方の電気機器に至る（図１中、実線矢印Ｂ）。【0027】
一方、主回路で発生した熱は、分岐部７ａ、接続導体３を介して放熱板２から放出される（図１中、破線矢印Ｃ）。【0028】
固体絶縁機器１４側の界面接続部９に放熱装置側の界面接続部５を接続することにより、固体絶縁機器１４の主回路に直接、放熱板（放熱部材）２を接続することができるので、放熱効率を向上させることができる。【0029】
即ち、熱伝導率のよい金属材料よりなる放熱部材を固体絶縁機器１４の主回路に接続しているので、固体絶縁機器１４の温度上昇を大幅に抑制することができる。【0030】
なお、絶縁層４にマグネシアを充填すると、更に放熱効率を向上させることができる。【0031】
また、放熱板２を固体絶縁機器１４の横幅、縦幅よりも小さくしているので、放熱装置によってスイッチギヤの例えば盤幅を広げる必要がなく、小型化に逆行するものとはならない。【0032】
なお、固体絶縁機器１４を小容量で使用する場合には、放熱装置を取外し、固体絶縁機器１４側の界面接続部９に図示しない絶縁栓を取付けるものとする。【0033】
これによって、固体絶縁機器１４の通電条件に合わせて放熱装置を用いることができ、固体絶縁機器１４の適用拡大を図ることができる。【0034】
上記実施例１の放熱装置１５によれば、固体絶縁機器１４側に設けた界面接続部９に放熱装置側に設けた界面接続部５を接続することによって、固体絶縁機器１４の主回路に直接、放熱板（放熱部材）２を接続することができるので、モールドした電気部材の温度上昇を大幅に抑制することができる。【0035】
この放熱装置１５は、放熱専用の機能を持ったものであり、着脱自在であるので、固体絶縁機器１４の適用範囲の拡大を図ることができる。【0037】
なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、放熱板を複数枚としたことである。【0038】
図２において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。【0040】
放熱板２ａ、２ｂ、２ｃ間は、空気の流通を妨げないように数ｍｍの所定間隔を持ち平行配置となっている。【0041】
なお、図示のように両端の放熱板２ａ、２ｃの端面を外側に曲折させると、空気の流通を促進させることができる。【0042】
上記実施例２の放熱装置１５によれば、実施例１による効果のほかに、放熱面積が拡大され、固体絶縁機器１４の温度上昇を更に抑制することができる。【0044】
なお、この実施例３が実施例１と異なる点は、放熱板を十字状としたことである。【0047】
上記実施例３の放熱装置１５によれば、実施例２と同様の効果を得ることができる。【0049】
なお、この実施例４が実施例１と異なる点は、放熱板を筒状にしたことである。【0052】
反接続導体側は、開放した開口部となっている。筒状の放熱板２の底部には、空気を流通させるための複数の開口孔１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを設けている。【0053】
上記実施例４の放熱装置１５によれば、実施例３と同様の効果を得ることができる。【0055】
なお、この実施例５が実施例４と異なる点は、放熱板と絶縁層に波形を設けたことである。【0056】
図５において、実施例４と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。【0057】
図５に示すように、放熱板（放熱部材）２ｅの内外周面には、凸凹状の波形１２ａを設け、表面積を増大させている。【0058】
絶縁層４の内外周面にも、波形１２ｂを設けており、これに伴って接地層６も波形１２ｃとなっている。【0059】
放熱板２ｅの波形１２ａと、絶縁層４の波形１２ｂは、いずれか一方に設けるものとする。両方に設ける場合には、互いの山部と谷部を合わせると、電界的に好ましい。【0060】
上記実施例５の放熱装置１５によれば、実施例４と同様の効果を得ることができる。【0061】
以上述べたような実施例の放熱装置１５によれば、電気部材をモールドした固体絶縁機器１４の主回路から直接、熱を引っ張ることができるので、温度上昇を大幅に抑制することができる。【0062】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。【符号の説明】
【0063】
１ａ 金属部；２ｂ 絶縁部；２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ 放熱板；３ 接続導体；４、８ 絶縁層；５、９ 界面接続部；６、１０ 接地層；７ 主回路導体；７ａ、７ｂ、７ｃ 分岐部；１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 開口孔；１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 波形；１４ 固体絶縁機器；１５ 放熱装置。