(57)【要約】【課題】  層間の巻数が異なった場合或いは各導線部の断面形状が台形などの非平行面になる場合であっても容易に適用できるようにし、汎用性及び発展性を高めるとともに、縦型コイル装置の内側から外側まで十分な熱伝導経路を確保する。【解決手段】  同軸上に配した二層以上の縦型コイル部２ａ，２ｂを有する縦型コイル装置１の放熱構造Ｍを構成するに際して、熱伝導性及び電気絶縁性を有するとともに、軸方向Ｆｓにおける各縦型コイル部２ａ，２ｂの各導線部２ａｗ…，２ｂｗ…に面接触する一又は二以上の固体熱伝導体３…を、各縦型コイル部２ａ，２ｂの層間に介在させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸上に配した二層以上の縦型コイル部を有する縦型コイル装置の放熱構造において、熱伝導性及び電気絶縁性を有するとともに、軸方向における各縦型コイル部の各導線部に面接触する一又は二以上の固体熱伝導体を、各縦型コイル部の層間に介在させてなることを特徴とする縦型コイル装置の放熱構造。
【請求項２】
前記固体熱伝導体はセラミックスにより一体成形することを特徴とする請求項１記載の縦型コイル装置の放熱構造。
【請求項３】
前記縦型コイル部には、少なくともトランスの一次巻線及び二次巻線を含むことを特徴とする請求項１記載の縦型コイル装置の放熱構造。
【請求項４】
前記縦型コイル部における最外層の外周面には、当該外周面に面接触する放熱フィン部を当接させることを特徴とする請求項１又は３記載の縦型コイル装置の放熱構造。
【請求項５】
前記固体熱伝導体の内部に空間を設け、この空間に熱媒体を収容することによりヒートパイプを構成することを特徴とする請求項１記載の縦型コイル装置の放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランス等に用いる同軸上に配した二層以上の縦型コイル装置の放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、縦型コイル装置の放熱構造としては、既に、本出願人らが提案した特開２００２−８３７２１号公報で開示される縦形コイルの放熱構造が知られている。
【０００３】
同公報で開示される縦形コイルの放熱構造は、角形導線を巻回した縦形コイルに付設する放熱構造を構成するに際し、角形導線に、望ましくは、角形導線の絶縁被覆部の一部を除去して導体部を露出させ、露出した導体部に、熱伝導性及び絶縁性を有する放熱部材の一側を当接させるとともに、放熱部材の他側を縦形コイルの外方に突出させるようにしたものであり、これにより、強制冷却式を用いることなく十分な放熱能力を確保することができる。
【特許文献１】特開２００２−８３７２１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した従来における縦型コイル装置（縦形コイル）の放熱構造は、単一（一層）の縦型コイルには容易に適用できるものの、同軸上に配した二層以上の縦型コイル部を有するトランス等の場合には適用が容易でない。即ち、放熱部材を縦型コイル部の径方向に貫通させる場合、層間の巻数が異なったり或いは角形導線の断面形状が台形などの非平行面になるときは適用が容易でなく、結局、従来の放熱構造は、汎用性及び発展性に欠けるとともに、内側から外側まで十分な熱伝導経路を確保しにくいという解決すべき課題が存在した。
【０００５】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した縦型コイル装置の放熱構造の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するため、同軸上に配した二層以上の縦型コイル部２ａ，２ｂを有する縦型コイル装置１の放熱構造Ｍを構成するに際して、熱伝導性及び電気絶縁性を有するとともに、軸方向Ｆｓにおける各縦型コイル部２ａ，２ｂの各導線部２ａｗ…，２ｂｗ…に面接触する一又は二以上の固体熱伝導体３…を、各縦型コイル部２ａ，２ｂの層間に介在させてなることを特徴とする。
【０００７】
この場合、発明の好適な態様により、固体熱伝導体３…はセラミックスＣにより一体成形することができる。また、縦型コイル装置１には、少なくともトランス１ｔの一次巻線２ａｆ及び二次巻線２ｂｓを含ませることができる。一方、縦型コイル部２ａ，２ｂにおける最外層（２ｂ）の外周面２ｂｍには、当該外周面２ｂｍに面接触する放熱フィン部４を当接させることができる。他方、固体熱伝導体３…の内部に空間３ｒ…を設け、この空間３ｒ…に熱媒体Ｈを収容することによりヒートパイプ５を構成することもできる。
【発明の効果】
【０００８】
このような構成を有する本発明に係る縦型コイル装置１の放熱構造Ｍによれば、次のような顕著な効果を奏する。
【０００９】
（１）  熱伝導性及び電気絶縁性を有するとともに、軸方向Ｆｓにおける各縦型コイル部２ａ…の各導線部２ａｗ…に面接触する固体熱伝導体３…を、各縦型コイル部２ａ…の層間に介在させるため、層間の巻数が異なった場合或いは各導線部２ａｗ…の断面形状が台形などの非平行面になる場合であっても容易に適用することができ、汎用性及び発展性に優れるとともに、縦型コイル装置１の内側から外側まで十分かつ良好な熱伝導経路を確保することができる。即ち、層間を熱的に結合することにより内部温度の均一化を図り、併せて外部に効率的に熱を導くことができる。
【００１０】
（２）  好適な態様により、固体熱伝導体３…をセラミックスＣにより一体成形するようにすれば、熱伝導性及び電気絶縁性を満足する好適な固体熱伝導体３…を得ることができる。
【００１１】
（３）  好適な態様により、縦型コイル装置１に、少なくともトランス１ｔの一次巻線２ａｆ及び二次巻線２ｂｓを含ませれば、同軸上に配した二層以上の縦型コイル部２ａ…を用いたトランス１ｔの好適な放熱構造Ｍを実現できる。
【００１２】
（４）  好適な態様により、縦型コイル部２ａ…における最外層（２ｂ）の外周面２ｂｍに、当該外周面２ｂｍに面接触する放熱フィン部４を当接させれば、固体熱伝導体３…を介して伝達された熱を効率的に大気に放出できる。
【００１３】
（５）  好適な態様により、固体熱伝導体３…の内部に空間３ｒ…を設け、この空間３ｒ…に熱媒体Ｈ…を収容することによりヒートパイプ５…を構成すれば、更なる放熱効率の向上に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
まず、本実施形態に係るトランス１ｔ（縦型コイル装置１）の放熱構造Ｍの構成について、図１〜図６を参照して説明する。
【００１６】
トランス１ｔは、Ｏ形の鉄心１１を有する。鉄心１１は、珪素鋼板を積層した積層鉄心を例示するが、鉄心１１の種類は特に限定されない。そして、鉄心１１には、図２に示すように、一対のコイルユニット１２ｘ，１２ｙを装填する。コイルユニット１２ｘと１２ｙは同一ユニットを使用できる。一方のコイルユニット１２ｘは、鉄心１１が挿通する絶縁素材により成形したコイルボビン１３と、このコイルボビン１３の外周面に装填（巻回）した一次巻線２ａｆ及びこの一次巻線２ａｆの外側に配した二次巻線２ｂｓを備え、一次巻線２ａｆと二次巻線２ｂｓは、それぞれ同軸上に配した二層の縦型コイル部２ａ，２ｂを構成する。
【００１７】
一次巻線２ａｆと二次巻線２ｂｓは、角形導線Ｗを巻回して円筒状に製作する。一次巻線２ａｆ（二次巻線２ｂｓも同じ）を製作するに際しては、まず、銅材により形成した角形導線Ｗを用意する。この角形導線Ｗの断面を図５に仮想線で示す。この角形導線Ｗの厚さｔは長手方向に一定である。この角形導線Ｗを用いて一次巻線２ａｆを製作する。この場合、製作に際しては、特許第２８４７６４０号のコイルの製造方法を利用することができる。即ち、図５に示すように、角形導線Ｗを一対の円錐形（テーパ形）の圧延ローラ２１，２２（巻線機）により圧延する。これにより、図１に示す円形の縦型コイル部２ａ、即ち、一次巻線２ａｆを容易に製作できる。なお、このような製作工程は完全自動化できる。また、製作した一次巻線２ａｆにおける導線部２ａｗ…の周面には絶縁材を塗布するなどによる絶縁処理を施す。一次巻線２ａｆについて説明したが、二次巻線２ｂｓも同様に製作できる。二次巻線２ｂｓの場合、一次巻線２ａｆに用いた角形導線Ｗよりも断面が大きい角形導線Ｗを使用し、かつ一次巻線２ａｆよりも径を大きくする。
【００１８】
一方、一次巻線２ａｆ（縦型コイル部２ａ）と二次巻線２ｂｓ（縦型コイル部２ｂ）の間には、軸方向Ｆｓにおける各巻線２ａｆ，２ｂｓの導線部２ａｗ…，２ｂｗ…に接触する四本の固体熱伝導体３…を、各巻線２ａｆと２ｂｓの層間に介在させる。固体熱伝導体３は、熱伝導性及び電気絶縁性を有する素材、望ましくは、アルミナ系のセラミックスＣにより一体成形する。固体熱伝導体３は、導線部２ａｗ…と２ｂｗ…の双方に接触することにより、内側に位置する導線部２ａｗ…から発生した熱を外側に位置する導線部２ｂｗ…まで速やかに伝達するとともに、一次巻線２ａｆと二次巻線２ｂｓ間を電気的に絶縁する機能を有する。したがって、熱伝導性及び電気絶縁性を有する素材とは、これらの機能を確保できる素材を選定する。このように、固体熱伝導体３をセラミックスＣにより一体成形すれば、熱伝導性及び電気絶縁性を満足する好適な固体熱伝導体３を得ることができる。
【００１９】
固体熱伝導体３は、図６に示すように、断面形状が偏平直方体となるように一体成形した棒状の角材を用いる。この場合、固体熱伝導体３の厚さＤは、１４〔ｋＶ〕当たり１〔ｍｍ〕程度に選定することができる。例示のディメンションは、厚さＤが３〜５〔ｍｍ〕程度、横幅Ｌが２０〜３０〔ｍｍ〕程度を想定している。そして、各固体熱伝導体３…は、図１に示すように、周方向に四等分した位置に配するとともに、図３に示すように、導線部２ａｗ…の外周部に、固体熱伝導体３が面接触するスライス部２ａｗｓを形成し、他方、導線部２ｂｗ…の内周部には、固体熱伝導体３が面接触する凹部２ｂｗｃを形成する。なお、各固体熱伝導体３…間に生じる隙間には、エポキシ樹脂等を充填する。
【００２０】
さらに、最外層となる二次巻線２ｂｓの外周面２ｂｍには、当該外周面２ｂｍに面接触する放熱フィン部４を当接させる。放熱フィン部４は、アルミニウム等の熱伝導性の良好な素材により形成する。放熱フィン部４は、多数のフィン４ｆ…を有する。また、放熱フィン部４を外周面２ｂｍに装着する際には、絶縁紙等の絶縁シートを、放熱フィン部４と外周面２ｂｍ間に介装する。これにより、図１及び図２に示すような放熱構造Ｍを得ることができる。
【００２１】
次に、本実施形態に係るトランス１ｔの放熱構造Ｍの機能について、図１〜図６を参照して説明する。
【００２２】
トランス１ｔは、高圧側の一次巻線２ａｆと低圧側の二次巻線２ｂｓを有するため、一次巻線２ａｆに高電圧を入力させることにより、二次巻線２ｂｓから変圧された低電圧を出力させることができる。
【００２３】
一方、一次巻線２ａｆと二次巻線２ｂｓ間、即ち、縦型コイル部２ａと２ｂの層間には、軸方向Ｆｓにおける各縦型コイル部２ａ及び２ｂの各導線部２ａｗ…及び２ｂｗ…に面接触し、かつ熱伝導性及び電気絶縁性を有する四本の固体熱伝導体３…を介在させたため、内側に位置する一次巻線２ａｆの導線部２ａｗ…から発生した熱は、各固体熱伝導体３…を介して外側に位置する二次巻線２ｂｓの導線部２ｂｗ…まで速やかに伝達される。
【００２４】
また、最外層となる二次巻線２ｂｓの外周面２ｂｍには、外周面２ｂｍに面接触し、かつ熱伝導性の良好な素材により形成した放熱フィン部４が当接するため、二次巻線２ｂｓから発生した熱及び固体熱伝導体３…を介して伝達された一次巻線２ａｆから発生した熱の双方が放熱フィン部４を通して効率的に大気に放出される。
【００２５】
よって、このような本実施形態に係る放熱構造Ｍによれば、各縦型コイル部２ａ…における各導線部２ａｗ…に面接触する固体熱伝導体３…を各縦型コイル部２ａ…層間に介在させたため、層間の巻数が異なる場合或いは各導線部２ａｗ…の断面形状が台形などの非平行面になる場合であっても容易に適用することができ、汎用性及び発展性に優れるとともに、縦型コイル装置１の内側から外側まで十分かつ良好な熱伝導経路を確保することができる。即ち、層間を熱的に結合することにより内部温度の均一化を図り、併せて外部に効率的に熱を導くことができる。しかも、同軸上に配した二層以上の縦型コイル部２ａ…を用いたトランス１ｔにおける好適な放熱構造Ｍを実現できる。
【００２６】
次に、本発明の変更実施形態に係る縦型コイル装置１の放熱構造Ｍについて、図７及び図８を参照して説明する。
【００２７】
図７は、固体熱伝導体３の形状を変更したものである。図６に示した断面形状が偏平直方体となる固体熱伝導体３の場合、それ自体の製作は容易となるものの、導線部２ａｗ…の外周部にスライス部２ａｗｓを形成するとともに、導線部２ｂｗ…の内周部に凹部２ｂｗｃを形成する必要がある。これに対して、図７に示す固体熱伝導体３は、断面を縦型コイル部２ａ（一次巻線２ａｆ）と縦型コイル部２ｂ（二次巻線２ｂｓ）間の隙間形状に沿った円弧状に成形する。したがって、図７に示す固体熱伝導体３を使用する際には、上述したスライス部２ａｗｓ及び凹部２ｂｗｃの形成は不要となる利点がある。
【００２８】
また、図８は、固体熱伝導体３の内部に空間３ｒ…を設け、この空間３ｒ…に熱媒体Ｈを収容することによりヒートパイプ５を構成したものである。これにより、本来の固体熱伝導体３の機能に加えてヒートパイプ５の機能を付加できるため、更なる放熱効率の向上に寄与できる利点がある。
【００２９】
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。
【００３０】
例えば、縦型コイル装置１としてトランス１ｔを例示するとともに、トランス１ｔは、一次巻線２ａｆと二次巻線２ｂｓを有する場合を示したが、三次以上の巻線を有する場合、即ち、二層以上の縦型コイル部２ａ…を有する場合であっても同様に実施できる。また、二層巻した単一コイルなど、トランス以外の縦型コイル装置１、即ち、同軸上に配した二層以上の縦型コイル部２ａ…を有する各種縦型コイル装置１にも同様に適用することができる。一方、固体熱伝導体３としてセラミックスＣにより成形する場合を例示したが、セラミックスＣの種類は特に限定されないとともに、熱伝導性及び電気絶縁性を有する以上、セラミックスＣ以外の素材であってもよい。さらに、四本の固体熱伝導体３…を間隔を空けて配する場合を例示したが、任意の数量により実施できるとともに、間隔を空けることなく全空間を埋める形式であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る縦型コイル装置の放熱構造を示す図２中Ａ−Ａ線側面断面図、
【図２】同縦型コイル装置の放熱構造を備えるトランスの一部を破断した内部構造を含む外観平面図、
【図３】同放熱構造の一部を抽出して示す側面断面図、
【図４】同放熱構造を備えるトランスの一部を抽出して示す正面断面図、
【図５】同放熱構造を備える縦型コイル装置の縦型コイル部の製作方法を説明するための説明図、
【図６】同放熱構造に用いる固体熱伝導体の斜視図、
【図７】変更実施形態に係る放熱構造の一部を抽出して示す側面断面図、
【図８】他の変更実施形態に係る放熱構造の一部を抽出して示す側面断面図、
【符号の説明】
【００３２】
１：縦型コイル装置，１ｔ：トランス，２ａ：縦型コイル部，２ｂ：縦型コイル部，２ａｗ：導線部，２ｂｗ：導線部，２ａｆ：一次巻線，２ｂｓ：二次巻線，２ｂｍ：最外層の外周面，３：固体熱伝導体，３ｒ：空間，４：放熱フィン部，５：ヒートパイプ，Ｍ：放熱構造，Ｆｓ：軸方向，Ｃ：セラミックス，Ｈ：熱媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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