(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】2023-10-17
(45)【発行日】2023-10-25
(54)【発明の名称】モールド変圧器用高圧コイル及びモールド変圧器
(51)【国際特許分類】
H01F 27/28 20060101AFI20231018BHJP
H01F 30/10 20060101ALI20231018BHJP
H01F 27/04 20060101ALI20231018BHJP
H01F 41/12 20060101ALI20231018BHJP
【FI】
H01F27/28 156
H01F30/10 G
H01F27/04 Z
H01F41/12 A
(21)【出願番号】P 2019170444
(22)【出願日】2019-09-19
【審査請求日】2022-07-08
(73)【特許権者】
【識別番号】513296958
【氏名又は名称】東芝産業機器システム株式会社
(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】110000567
【氏名又は名称】弁理士法人サトー
(72)【発明者】
【氏名】逵村 祐介
【審査官】後藤 嘉宏
(56)【参考文献】
【文献】特開昭61-063008(JP,A)
【文献】実開昭55-063123(JP,U)
【文献】特開2009-147196(JP,A)
【文献】特開2002-075744(JP,A)
【文献】特開平05-275249(JP,A)
【文献】特表2009-517873(JP,A)
【文献】特開昭56-066021(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01F 27/28
H01F 30/10
H01F 27/04
H01F 41/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
導体を巻回して
角筒状に構成されるコイル本体と、
このコイル本体を絶縁樹脂でモールドしてなるモールド樹脂層とを備え、
前記モールドにより前後左右の側壁部を有して角筒状をなすモールド変圧器用高圧コイルにおいて、
前記モールド樹脂層のうち上部又は下部の端面部には、該コイル本体から
外側方へ導出される内部リード線が埋め込まれていると共に、前記内部リード線が存在しない部分
であって前記上部の端面部及び前記下部の端面部の両方に、前記絶縁樹脂の厚みを小さくしてなる凹部が設けられて
おり、
前記凹部は、前記上部の端面部として前記左右の側壁部の上端部の辺部を切欠いた形態で設けられ、前記下部の端面部として当該左右の側壁部の下端部の辺部を切欠いた形態で設けられているモールド変圧器用高圧コイル。
【請求項2】
上部継鉄部と下部継鉄部との間に複数本の脚部を有する鉄心と、
前記鉄心の脚部に装着された低圧コイルと、
前記低圧コイルの外周側に配置された請求項1記載のモールド変圧器用高圧コイルとを備え、
前記高圧コイルの前記モールド樹脂層の凹部は、
前記左右の側壁部の上端部の辺部における前記上部継鉄
部に対向する部分
よりも前後に広い範囲に
わたって設けられ
るとともに、当該左右の側壁部の下端部の辺部における前記下部継鉄部に対向する部分よりも前後に広い範囲にわたって設けられているモールド変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、モールド変圧器用高圧コイル及びモールド変圧器に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば高電圧受配電設備用の三相のモールド変圧器は、上部継鉄部と下部継鉄部との間に3本の脚部を有した鉄心に、前記各脚部にモールドコイルを装着して構成されている(例えば特許文献1参照)。モールドコイルは、内周側に低圧コイル、外周側に高圧コイルが配置され、それらはコイル本体の外面全体を絶縁樹脂によりモールドして構成される。この場合、モールドコイルの上面部と上部継鉄部との間、及び、モールドコイルの下面部と下部継鉄部との間には、夫々通風用の気道を確保するため、所定寸法以上の高さの空間が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上記のような変圧器の高圧コイルにあっては、例えばコイルの前面側に端子が設けられ、コイル本体の上面或いは下面から引き出されたリード線が、モールド樹脂層内を通ってその端子に接続される。このとき、リード線は、コイルの上面部或いは下面部に設けられる比較的厚いモールド樹脂層内に埋め込まれた形態とされる。この内部リード線の配置により、高圧コイルの上面部又は下面部のモールド樹脂層の厚みが大きくなっていた。
【0005】
このように従来のモールド変圧器の高圧コイルにあっては、上面部或いは下面部におけるモールド樹脂層の厚みが比較的大きなものとなり、樹脂材料の使用量の増加を招くと共に、高さ方向の大形化を招いていた。また、これに伴い、鉄心の脚部の高さ含む変圧器全体としての高さ方向の大形化、高重量化を招いていた。
そこで、全体の小形化を図ることができるモールド変圧器用高圧コイル及びモールド変圧器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態に係るモールド変圧器用高圧コイルは、導体を巻回して角筒状に構成されるコイル本体と、このコイル本体を絶縁樹脂でモールドしてなるモールド樹脂層とを備え、前記モールドにより前後左右の側壁部を有して角筒状をなし、前記モールド樹脂層の上部又は下部の端面部には、該コイル本体から外側方へ導出される内部リード線が埋め込まれていると共に、前記内部リード線が存在しない部分であって前記上部の端面部及び前記下部の端面部の両方に、前記絶縁樹脂の厚みを小さくしてなる凹部が設けられており、前記凹部は、前記上部の端面部として前記左右の側壁部の上端部の辺部を切欠いた形態で設けられ、前記下部の端面部として当該左右の側壁部の下端部の辺部を切欠いた形態で設けられている。
【0007】
施形態に係るモールド変圧器は、上部継鉄部と下部継鉄部との間に複数本の脚部を有する鉄心と、前記鉄心の脚部に装着された低圧コイルと、前記低圧コイルの外周側に配置された上記モールド変圧器用高圧コイルとを備え、前記高圧コイルの凹部は、前記左右の側壁部の上端部の辺部における前記上部継鉄部に対向する部分よりも前後に広い範囲にわたって設けられるとともに、当該左右の側壁部の下端部の辺部における前記下部継鉄部に対向する部分よりも前後に広い範囲にわたって設けられている。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】第1の実施形態を示すもので、モールド変圧器の全体構成を概略的に示す正面図
【
図3】モールド変圧器の上部クランプを取外した状態の概略的な上面図
【
図6】第2の実施形態を示すもので、要部の拡大縦断側面図
【
図7】第3の実施形態を示すもので、要部の拡大縦断側面図
【
図8】第4の実施形態を示すもので、要部の拡大縦断側面図
【
図9】第5の実施形態を示すもので、モールド変圧器の構成を概略的に示す正面図
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、空冷式の三相用のモールド変圧器に適用したいくつかの実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、複数の実施形態間で共通する部分については、同一の符号を付して、新たな図示や繰り返しの説明を省略する。また、以下の説明で方向を言う場合には、便宜上、
図1、
図9の状態を正面図として説明する。
【0010】
(1)第1の実施形態
図1から
図5を参照して、第1の実施形態について述べる。
図1~
図3は、本実施形態に係る例えば三相用のモールド変圧器1(以下、単に「変圧器1」という)の全体構成を概略的に示している。この変圧器1は、鉄心2に、U、V、W相の3個のモールドコイル3(以下、単に「コイル3」という)を装着して構成され、上部クランプ4と下部クランプ5との間で挟まれるようにして保持される。変圧器1は、下部クランプ5の下面側に設けられた台座6を介して、設備の床上に設置される。前記鉄心2は、例えば巻鉄心或いは積層鉄心からなり、
図1で左右方向に延びる上部継鉄部2aと下部継鉄部2bとの間に、上下方向に延びてそれらに連結される複数本この場合3本の脚部2cを備えて構成されている。
【0011】
前記各コイル3は、全体として角部に丸みを帯びた四角形の筒状をなし、前記鉄心2の各脚部2cに夫々装着されている。このとき、
図3に示すように、各コイル3は、内周側に低圧コイル7を有すると共に、外周側に本実施形態に係る高圧コイル8を有して構成されている。この高圧コイル8の詳細については後述する。また、それら低圧コイル7と高圧コイル8との間即ちメインギャップには、軸方向両端即ち図で上下両端で開口し上下方向全体に延びて冷却風の気道となるダクト9が設けられている。尚、図示はしないが、低圧コイル7及び高圧コイル8の夫々の巻層間の適宜の位置にも、冷却風の通路となるダクトが設けられている。コイル3は、円筒状であっても良い。
【0012】
前記鉄心2の上部継鉄部2a部分には、上部クランプ4が設けられる。この上部クランプ4は、例えば鋼材からなり、
図2に示すように、上面部と前後の側面部とを有する側方から見て下向きのコ字状に構成され、上部継鉄部2aに被さるように設けられる。このとき、上部クランプ4の前後の側面部は、上部継鉄部2aの前後両側に隙間を存して配置される。更に、上部クランプ4には、両側面部の下端縁部から外側つまり前後方向に水平に延出する板状のリブ4a、4aが、左右方向全体に渡って前後方向に比較的幅広に設けられている。これらリブ4aの下面と前記各コイル3の上面との間に、複数個のコイル支え部材10が設けられている。これらのコイル支え部材10は、絶縁材料から小片状例えば矩形板状に構成されている。
【0013】
これに対し、前記鉄心2の下部継鉄部2b部分には、下部クランプ5が設けられる。この下部クランプ5は、例えば鋼材からなり、
図2に示すように、下面部と前後の側面部とを有する側方から見て上向きのコ字状に構成され、下部継鉄部2bを受けるように保持する。このとき、下部クランプ5の前後の側面部は、下部継鉄部2bの前後両側に隙間を存して配置される。そして、下部クランプ5には、両側面部の上端縁部から外側つまり前後方向に水平に延出する板状のリブ5a、5aが、左右方向全体に渡って前後方向に比較的幅広に設けられている。
【0014】
これらリブ5aの上面と前記各コイル3の下面との間に、複数個のコイル支え部材10が設けられている。リブ5a、5aは、それらコイル支え部材10を介して、コイル3の下面部を広い面積で受け支持するようになる。このとき、
図1に示すように、コイル3の上面部と上部継鉄部2a及び上部クランプ4との間には、通風用の気道を確保するための所定高さ寸法の空間Sが設けられる。コイル3の下面部と下部継鉄部2b及び下部クランプ5との間にも同様の空間Sが設けられる。尚、図示は省略するが、上部クランプ4と下部クランプ5との間は、左右両端部において複数本のスタッドにより連結されている。また、前記台座6は、前後方向に長い箱状の鋼材から構成され、下部クランプ5の左右2カ所の下面側に連結されている。
【0015】
さて、前記高圧コイル8について、
図4、
図5も参照して述べる。この高圧コイル8は、
図2に示すように、導体を巻回して角筒状に構成されるコイル本体11と、このコイル本体11を、エポキシ樹脂等の絶縁樹脂でモールドして構成されるモールド樹脂層12とを備え、前壁部、後壁部、左右の側壁部を一体に有した角筒状に構成されている。
図1、
図4にも示すように、モールド樹脂層12の前壁部の上下部には、前方にやや凸となる凸部が設けられており、それら凸部の前面部に、上部に位置して一次端子13が設けられ、下部に位置してタップ端子14が設けられている。
【0016】
このとき、
図2に示すように、高圧コイル8の前壁部には、上端部に位置して、前記コイル本体11と一次端子13とを接続する上部内部リード線15が、モールド樹脂層12内に埋め込まれた形態で設けられている。この上部内部リード線15は、コイル本体11の上面側に上方に導出された後前方に延びて一次端子13に接続されている。また、高圧コイル8の前壁部には、下端部に位置して、前記コイル本体11とタップ端子14とを接続する下部内部リード線16が、モールド樹脂層12内に埋め込まれた形態で設けられている。この下部内部リード線16は、やはりコイル本体11の下面側に引出された後前方に延びてタップ端子14に接続されている。
【0017】
そして、
図4、
図5にも示すように、高圧コイル8のモールド樹脂層12のうち、前記内部リード線15、16が存在しない部分に、前記絶縁樹脂の厚みを小さくしてなる凹部12a、12bが設けられている。具体的には、
図3等にも示すように、前記凹部12aは、高圧コイル8の左右の側壁部の上端部の辺部を切欠いた形態で設けられ、前後両端が傾斜面とされそれらの間に水平な平坦面を有している。この凹部12aは、前記上部継鉄部2aの下面に対向する部分を含んだ範囲、即ち上部継鉄部2aよりも前後に広い範囲に設けられている。また、
図2、
図4に示すように、前記凹部12bは、高圧コイル8の左右の側壁部の下端部に、前記凹部12aと対称的に、前記下部継鉄部2bの上面に対向する部分を含んだ範囲、即ち下部継鉄部2bよりも前後に広い範囲に設けられている。
【0018】
この場合、高圧コイル8の左右の側壁部の上下両端部のモールド樹脂層12は、前記凹部12a、12bを設けた分だけ層の厚みが薄くなるが、十分な絶縁性が確保できるような厚みが維持されている。また、本実施形態では、3つのコイル3は同等の構成とされている。即ち、
図3に示すように、左側のコイル3の高圧コイル8の左の側壁部、右側のコイル3の高圧コイル8の右の側壁部といった、上部継鉄部2a及び下部継鉄部2bと対向していない部分についても、凹部12a、12bが設けられている。尚、図示及び詳しい説明は省略するが、前記低圧コイル7についても、コイル本体を絶縁樹脂でモールドして構成されている。
【0019】
次に、上記構成の高圧コイル8及びモールド変圧器1の作用・効果について述べる。本実施形態の高圧コイル8においては、モールド樹脂層12の端面部に凹部12a、12bを設けたので、それら凹部12a、12bの分だけ、使用樹脂を減らすことができ、その部分についての、高さ方向の寸法を小さくすることができる。このとき、凹部12a、12bは、モールド樹脂層12のうち、内部リード線15、16が存在しない部分に設けられているので、内部リード線15、16が存在する部分は、モールド樹脂層12の厚みを必要十分にとることができ、絶縁性を確保することができる。
【0020】
そして、上記した高圧コイル8を備えたモールド変圧器1においては、鉄心2の上部継鉄部2a及び下部継鉄部2bに対向する部分を含んだ範囲に位置して、高圧コイル8の凹部12a、12bが設けられている。これにより、鉄心2の脚部2cを、それら凹部12a、12bの深さに対応した分だけ短くしても、凹部12a、12bの底面と継鉄部2a、2bとの間に、気道の確保に必要な高さの空間Sを確保することができる。従って、冷却性能を維持したまま、鉄心2ひいては変圧器1全体を、脚部2cを短くした分だけ、高さ方向に小さくすることが可能となる。
【0021】
このように本実施形態の高圧コイル8及びモールド変圧器1によれば、冷却性能を確保しながらも、全体の小形化を図ることができる。これと共に、高圧コイル8のモールド樹脂層12の材料の削減や、それに伴う軽量化、コストダウンを図ることができる。また、鉄心2の脚部2cについての長さ寸法の低減や、それに伴う重さの軽量化やコストダウンを図ることができる。
【0022】
(2)第2~第4の実施形態
図6は、第2の実施形態に係るモールド変圧器21の要部構成を示すものであり、次の点が上記第1の実施形態と異なる。即ち、高圧コイル22は、コイル本体11を絶縁樹脂でモールドしてなるモールド樹脂層23を備え、モールド樹脂層23のうち側壁部の端部図で上端部には、凹部23aが形成されている。このとき、凹部23aは、絶縁性を確保できる範囲で、より深く形成されている。そして、鉄心24の上部継鉄部24aは、その一部が凹部23a内に掛かるような位置に配置されている。この第2の実施形態の構成によれば、上記第1の実施形態と同様の効果に加えて、鉄心24ひいてはモールド変圧器21全体の、高さ方向のより一層の小型化を図ることができる。
【0023】
図7は、第3の実施形態に係るモールド変圧器31の要部構成を示すものである。このモールド変圧器31においては、高圧コイル32は、コイル本体11を絶縁樹脂でモールドしてなるモールド樹脂層33を備え、モールド樹脂層33のうち側壁部の端部図で上端部には、凹部33aが形成されている。このとき、凹部33aは、内壁部が側面円弧状に湾曲した曲面状に構成されている。また、鉄心34は積層鉄心からなり、凹部33aは、その上部継鉄部34aよりも前後に広い範囲に設けられている。この第3の実施形態においても、上記第1の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【0024】
図8は、第4の実施形態に係るモールド変圧器41の要部構成を示すものである。このモールド変圧器41においては、高圧コイル42は、コイル本体11を絶縁樹脂でモールドしてなるモールド樹脂層43を備え、モールド樹脂層43のうち側壁部の端部図で上端部には、凹部43aが形成されている。このとき、凹部43aは、前後両端が傾斜面とされそれらの間に水平な平坦面を有し、比較的深く形成されている。また、鉄心44は積層鉄心からなり、鉄心44の上部継鉄部44aは、その一部が凹部43a内に掛かるような高さ位置に配置されている。凹部43aは、その上部継鉄部44aの形状に合せた範囲及び深さで設けられている。この第4の実施形態においても、上記第1、第2の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【0025】
(3)第5の実施形態、その他の実施形態
図9及び
図10は、第5の実施形態に係るモールド変圧器51を示すものである。この第5の実施形態が、上記第1の実施形態のモールド変圧器1と異なるところは、上部クランプ52及び下部クランプ53の構成にある。そのうち、まず、下部クランプ53について述べる。下部クランプ53は、例えば鋼材からなり、
図10に示すように、鉄心2の下部継鉄部2bを受ける下面部と、下部継鉄部2bの両側に隙間を存して位置する前後の側面部とを有する側方から見て上向きのコ字状に構成されている。
【0026】
更に、下部クランプ53には、両側面部の上端縁部から外側つまり前後方向に水平に延出する板状のリブ54、54が左右方向全体に渡って設けられている。これらリブ54、54は、前後方向に比較的大きい幅寸法、例えば高圧コイル8の前後の壁部を受ける位置に設けられている。リブ54、54は、コイル支え部材10を介して、コイル3の下面のうち前後方向の外側寄り部分を広い面積で受け支持するようになる。そして、下部クランプ53には、下部継鉄部2bの上面よりも下方に位置して、冷却風を流すための通気穴55、56が設けられている。
【0027】
本実施形態では、下部クランプ53には、下面部に下面通気穴55が設けられていると共に、側面部に側面通気穴56が設けられている。前記下面通気穴55は、円形穴からなり、下部クランプ53の下面部のうち前後の辺部に沿った部分、つまり下部クランプ53の側面部と下部継鉄部2bの前後両側との間の隙間に対応した部分に、図で左右方向に多数個が並んで設けられている。前記側面通気穴56は、
図9に示すように、縦長のスリット状の穴からなり、下部クランプ53の前後の側面部に、図で左右方向に多数本が並んで設けられている。これら下面通気孔55及び側面通気穴56は、
図9で左右方向のうち、鉄心2即ち下部継鉄部2bが設けられている長さの範囲に設けられている。
【0028】
一方、上部クランプ52は、例えば鋼材からなり、
図10に示すように、上面部と前後の側面部とを有する側方から見て下向きのコ字状に構成され、上部継鉄部2aに被さるように設けられる。上部クランプ52の前後の側面部は、上部継鉄部2aの前後両側に隙間を存して配置され、両側面部の下端縁部から外側つまり前後方向に水平に延出する板状のリブ57、57が、左右方向全体に渡って前後方向に比較的幅広に設けられている。これらリブ57の下面と前記各コイル3の高圧コイル8の前後の壁部の上面との間に、複数個のコイル支え部材10が設けられている。
【0029】
そして、本実施形態では、上部クランプ52の前後の側面部には、鉄心2の上部継鉄部2aの側方に冷却風を流すための縦長のスリット状の上部側面通気穴58が、左右方向に多数本が並んで設けられている。
図10に示すように、上部クランプ52の上面部にも、冷却風を流すための円形穴からなる上面通気穴59が設けられている。この上面通気穴59は、上部クランプ52の上面部のうち前後の辺部に沿った部分、つまり上部クランプ52の側面部と上部継鉄部2aの前後両側との間の隙間に対応した部分に、図で左右方向に多数個が並んで設けられている。これら上部側面通気穴58及び上面通気穴59は、
図9の左右方向のうち、鉄心2即ち上部継鉄部2aが設けられている長さの範囲に設けられている。
【0030】
上記構成によれば、
図10に矢印A及び矢印Bで示すように、下部クランプ53に設けられた通気穴55、56から空気を吸い込んで、冷却風として下部継鉄部2aの側部の下部クランプ52の側面部との間を通し、コイル3の下面や鉄心2の脚部2c同士間の窓部に冷却風を導くことができる。そして本実施形態では、コイル3のダクト内や鉄心2の脚部2cの外面部分等を上方に向けて流れた冷却風は、矢印C及び矢印Dで示すように、上部継鉄部2aの側方を通って、上部クランプ52の上面通気穴59及び上部側面通気穴58から排出されるようになる。
【0031】
このように、第5の実施形態のモールド変圧器51によれば、上記第1の実施形態と同様に、冷却性能を確保しながらも、全体の小形化を図ることができる。これに加え、下部クランプ53及び上部クランプ52に、リブ54及びリブ57を夫々設けてコイル3を支持するようにしたので、コイル3を安定して支持することができ、耐震性に優れたものとすることができる。そして、下部クランプ53及び上部クランプ52に、通気穴55、56、58、59を設けたことにより、冷却風の流れがより良好となり、冷却効果をより一層高めることができる。
【0032】
尚、上記した実施形態では、高圧コイルのモールド樹脂層の上下両方の端面部に、内部リード線を設けると共に、凹部を設ける構成としたが、モールド樹脂層の上下端面部のいずれか一方に内部リード線及び凹部を設ける構成であっても良い。凹部の形状についても、中央に向けて両側から下降する傾斜面状や、円弧面状、段付き形状等、更に様々な変形例が考えられる。上記第5の実施形態のように下部クランプ又は上部クランプに通気穴を設ける場合、通気穴の形状としても様々な形状を採用することができ、また、複数の形状が混在している形態で設けるようにしても良い。通気穴を設ける位置についても、様々な変更が可能である。
【0033】
その他、モールド変圧器としては、三相の変圧器に限らず、単相の変圧器であっても良い。以上説明した実施形態は、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】
【0034】
図面中、1、21、31、41、51はモールド変圧器、2、24、34、44は鉄心、2a、24a、34a、44aは上部継鉄部、2bは下部継鉄部、2cは脚部、3はコイル、4、52は上部クランプ、5、53は下部クランプ、7は低圧コイル、8、22、32、42は高圧コイル、111はコイル本体、12、23、33、43はモールド樹脂層、12a、12b、23a、33a、43aは凹部、15、16は内部リード線、55、56、58、59は通気穴を示す。