(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向に重なるように素線を多重に巻いてそれぞれ構成された複数のコイル巻線を有し、各上記コイル巻線を軸方向に積層して構成され、上記軸方向を水平にして配置されたコイル本体、及び
上記径方向に重なる上記素線間に配置され、上記コイル巻線の上部及び下部において上記素線間に隙間を生じさせるスペーサ
を備え、
各上記コイル巻線間には、上記コイル巻線に沿って冷媒が流れる第１の冷媒流路が設けられ、
上記素線間に生じた上記隙間には、上記第１の冷媒流路に連通され、上記コイル巻線を横切ってこのコイル巻線の両側の上記第１の冷媒流路の間で冷媒を通す第２の冷媒流路が形成されていることを特徴とする静止誘導器。
【請求項２】
上記複数のコイル巻線の内周端部は、
互いに接触している各上記内周端部と、間隔をもって保持されている各上記内周端部とが、交互に設けられており、
上記スペーサは、上記コイル巻線の外周端部近傍の所定の位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の静止誘導器。
【請求項３】
上記スペーサは、上記径方向について上記コイル巻線の互いに異なる複数の位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の静止誘導器。
【請求項４】
互いに隣り合う上記コイル巻線の外周端部間には、上記第１の冷媒流路と上記コイル本体外との間を連通する所定の隙間が生じていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の静止誘導器。
【請求項５】
上記スペーサの厚さ寸法が４ｍｍ以上とされ、
上記スペーサによって上記素線間に生じた上記隙間に対する上記第２の冷媒流路の開口率は４０％以上、５０％以下とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の静止誘導器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コイルを有し、冷媒によりコイルを冷却する静止誘導器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の筒状導体巻回層を同心状に多重に配置した多重筒状巻線を冷却するために、導体冷却用の冷媒流路としての隙間を各筒状導体巻回層間に設けた多重筒状巻線が知られている。各筒状導体巻回層間の隙間の大きさは、冷媒の流量を確保して冷却能力を維持するために、各筒状導体巻回層間の全範囲にわたって、所定の大きさ以上に広く設定されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平１−１３３７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の多重筒状巻線では、各筒状導体巻回層間の隙間を全範囲にわたって広く設定しなければならず、多重筒状巻線全体の寸法が大きくなってしまう。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、冷媒による冷却能力の低下を抑制することができるとともに、小形化を図ることができる静止誘導器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る静止誘導器は、径方向に重なるように素線を多重に巻いてそれぞれ構成された複数のコイル巻線を有し、各コイル巻線を軸方向に積層して構成されたコイル本体、及び径方向に重なる上記素線間に配置され、素線間に隙間を生じさせるスペーサを備え、各コイル巻線間には、冷媒が流れる第１の冷媒流路が設けられ、素線間に生じた隙間には、第１の冷媒流路に連通され、コイル巻線を横切って冷媒を通す第２の冷媒流路が形成されている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る静止誘導器では、冷媒が流れる第１の冷媒流路が各コイル巻線間に設けられ、コイル巻線の素線間にスペーサが配置されて隙間が生じており、素線間に生じた隙間には、コイル巻線を横切って冷媒を通す第２の冷媒流路が第１の冷媒流路に連通されて形成されているので、第１の冷媒流路内とコイル本体外との間で第２の冷媒流路を通して冷媒を流すことができる。これにより、第１の冷媒流路内に冷媒を流すために各コイル巻線の外周端部間の隙間を広く設定しておく必要がなくなり、冷媒による冷却能力の低下を抑制しながら、各コイル巻線を互いに近づけることができる。従って、冷媒による冷却能力の低下を抑制することができるとともに、静止誘導器全体の小形化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による外鉄形変圧器を示す一部破断斜視図である。
【図２】図１の多層コイルを示す斜視図である。
【図３】図２のIII-III面に沿った断面図である。
【図４】図２のIV-IV面に沿った断面図である。
【図５】図２のコイル巻線の上部を示す正面図である。
【図６】図５の各スペーサによって生じた隙間と各スペーサとを分離して示す正面図であり、
【図７】図２の各スペーサの厚さ寸法と冷媒の圧力損失との関係を示すグラフである。
【図８】この発明の実施の形態２による外鉄形変圧器のコイル本体の下部を示す要部断面図である。
【図９】この発明の実施の形態３による外鉄形変圧器のコイル本体の下部を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による外鉄形変圧器を示す一部破断斜視図である。図において、静止誘導器である外鉄形変圧器１は、タンク（容器）２と、タンク２内に収容された鉄心３と、タンク２内に収容され、鉄心３に設けられた多層コイル４とを有している。
【００１０】
タンク２内には、冷媒としての油が溜められている。タンク２内の油には、鉄心３及び多層コイル４の全体が浸っている。油は、例えば温度差による対流やポンプの動力等により、多層コイル４を通るように下方から上方へ流れてタンク２内を循環するようになっている。多層コイル４は、油が多層コイル４を通ることにより冷却される。
【００１１】
図２は、図１の多層コイル４を示す斜視図である。また、図３は図２のIII-III面に沿った断面図、図４は図２のIV-IV面に沿った断面図である。多層コイル４は、複数のコイル巻線５を含み各コイル巻線５を積層して構成されたコイル本体６と、各コイル巻線５間に配置された複数の仕切り体７（図３及び図４）と、各コイル巻線５に設けられた複数のスペーサ８とを有している。この例では、コイル本体６の軸方向が水平にされて配置されている。
【００１２】
各コイル巻線５は、コイル本体６の軸方向（図２のｙ方向）に並べて積層されている。また、各コイル巻線５は、図３及び図４に示すように、コイル本体６の径方向（即ち、コイル本体６の軸方向に垂直な方向）に重なるように素線９を多重に巻いてそれぞれ構成されている。これにより、各コイル巻線５は、扁平の環状巻線とされている。互いに隣り合うコイル巻線５同士は、図３及び図４に示すように、コイル巻線５の径方向外側端部（外周端部）５ａ及び径方向内側端部（内周端部）５ｂのいずれかで電気的に接続されている。
【００１３】
各仕切り体７は、絶縁体とされている。また、各仕切り体７は、図３及び図４に示すように、コイル本体６の軸方向（図２のｙ方向）に対して垂直に配置された環状板（プレスボード）１０と、環状板１０の表面及び裏面のそれぞれに間隔を置いて取り付けられ、コイル巻線５と環状板１０との間の間隔を保持する複数のカルタ（図示せず）とを有している。
【００１４】
各コイル巻線５間には、仕切り体７が各コイル巻線５間に配置されることにより、冷媒としての油が流れる層間冷媒流路（第１の冷媒流路）１１が形成されている。
【００１５】
各仕切り体７は、コイル本体６の径方向へ交互にずらして配置されている。これにより、各仕切り体７は、各コイル巻線５の外周端部５ａ間を仕切る位置と、各コイル巻線５の内周端部５ｂ間を仕切る位置とに、コイル巻線５間ごとに交互に配置されている。各コイル巻線５の外周端部５ａ間を仕切る仕切り体７の両側に位置するコイル巻線５の内周端部５ｂ同士は、互いに接触している。また、各コイル巻線５の内周端部５ｂ間を仕切る仕切り体７の両側に位置するコイル巻線５の外周端部５ａ同士は、互いに接触している。即ち、各コイル巻線５は、外周端部５ａと内周端部５ｂとで交互に接触しながら積層されている。
【００１６】
各スペーサ８は、図２に示すように、コイル本体６の径方向に重なる素線９間に互いに間隔を置いて配置されている。これにより、各スペーサ８を挟む素線９間には、隙間が生じている。各スペーサ８を挟む素線９間に生じた隙間の最大寸法ｄｓは、スペーサ８の厚さ寸法と同じになっている。素線９間に生じた隙間には、コイル巻線５に対して交差する方向へコイル巻線５を横切って油（冷媒）を通す巻線冷媒流路（第２の冷媒流路）１２がスペーサ８を避けて形成されている。この例では、各スペーサ８によって素線９間に生じた隙間のうちスペーサ８を除く空間が巻線冷媒流路１２とされている。巻線冷媒流路１２は、コイル巻線５を貫通して、コイル巻線５の一方の面から他方の面へ油を通すようになっている。また、巻線冷媒流路１２は、層間冷媒流路１１に連通されている。従って、巻線冷媒流路１２は、コイル巻線５の両側に設けられた２つの層間冷媒流路１１のうち、一方の層間冷媒流路１１から他方の層間冷媒流路１１へ油を通すようになっている。
【００１７】
各スペーサ８は、コイル巻線５の外周端部５ａ近傍の所定の位置に設けられている。従って、巻線冷媒流路１２も、コイル巻線５の外周端部５ａ近傍に設けられている。この例では、各コイル巻線５の上部及び下部の所定の位置に各スペーサ８が設けられ、各コイル巻線５の上部及び下部に巻線冷媒流路１２が形成されている。
【００１８】
次に、素線９間に生じた隙間と各スペーサ８との関係について説明する。図５は、図２のコイル巻線５の上部を示す正面図である。また、図６は、図５の各スペーサ８によって生じた隙間と各スペーサ８とを分離して示す正面図であり、図６（ａ）は各スペーサ８を示す図、図６（ｂ）は各スペーサ８によって生じた隙間を示す図である。
【００１９】
素線９間に生じた隙間全体の断面積に占める巻線冷媒流路１２の断面積の割合を、素線９間の隙間に対する巻線冷媒流路１２の開口率α［％］とすると、開口率αは、以下の式（１）で表される。
【００２０】
α＝{１−（Ｓ１／Ｓ０）}×１００…（１）
【００２１】
ただし、Ｓ０は、図６（ｂ）に示すように、各スペーサ８を挟む素線９間の隙間全体の断面積である。また、Ｓ１は、図６（ａ）に示すように、共通の隙間内に配置された各スペーサ８の合計断面積である。
【００２２】
従って、例えば、隙間全体の断面積Ｓ０が１で、各スペーサ８の合計断面積Ｓ１が０．４である場合、開口率αは６０［％］となる。
【００２３】
ここで、各スペーサ８の厚さ寸法［ｍｍ］と冷媒の圧力損失［Ｐａ］との関係を、開口率αを変えながら計算により求めた。計算は、油入変圧器に冷媒として一般的に用いられる鉱油（密度０．９［ｇ／ｃｍ３］、動粘度８．５７［ｍｍ２／ｓ］）が流速０．１［ｍ／ｓ］で流れたと仮定して行った。なお、一般的には、油の流速が０．０５［ｍ／ｓ］以上になると、コイル巻線５の外周端部に位置する冷媒流路の間隔の影響が冷媒の圧力損失に顕著に現れる。
【００２４】
図７は、図２の各スペーサ８の厚さ寸法［ｍｍ］と冷媒の圧力損失［Ｐａ］との関係を示すグラフである。なお、図７では、開口率αが２０％、４０％、９０％及び１００％のそれぞれの場合のスペーサ８の厚さ寸法と冷媒の圧力損失との関係を示している。
【００２５】
図７から、開口率αを４０［％］以上で、かつ、各スペーサ８の厚さ寸法（即ち、各スペーサ８を挟む素線９間の距離）を４［ｍｍ］以上であるときに、冷媒の圧力損失が５００［Ｐａ］以下に抑えられていることが分かる。従って、冷却能力の低下を効果的に抑制するためには、開口率αが４０［％］以上で、各スペーサ８の厚さ寸法が４［ｍｍ］以上であることが望ましい。
【００２６】
また、開口率αを９０［％］以上とし、各スペーサ８の厚さ寸法を２［ｍｍ］以上とすれば、冷媒の圧力損失の増大を抑制しながら、多層コイル４の小形化をさらに図ることができるが、開口率αを高くしすぎると素線９間の隙間をスペーサ８によって保持することが難しくなることから、開口率αは５０［％］以下とするほうがよい。
【００２７】
タンク２内を循環する油の一部は、図２〜図４に示すように、各コイル巻線５の下部に形成された巻線冷媒流路１２を通って層間冷媒流路１１内に流入する（矢印Ａ）。層間冷媒流路１１内に流入した油は、コイル巻線５の周方向に沿って上方へ層間冷媒流路１１内を流れた後（矢印Ｂ）、各コイル巻線５の上部に形成された巻線冷媒流路１２を通ってコイル本体６外へ流出する（矢印Ｃ）。
【００２８】
このような外鉄形変圧器１では、油（冷媒）が流れる層間冷媒流路１１が各コイル巻線５間に設けられ、コイル巻線５の素線９間にスペーサ８が配置されて隙間が生じており、素線９間に生じた隙間には、コイル巻線５を横切って冷媒を通す巻線冷媒流路１２が層間冷媒流路１１に連通されて形成されているので、層間冷媒流路１１内とコイル本体６外との間で巻線冷媒流路１２を通して冷媒を流すことができる。これにより、層間冷媒流路１１内に冷媒を流すために各コイル巻線５の外周端部５ａ間の隙間を広く設定しておく必要がなくなり、冷媒による冷却能力の低下を抑制しながら、各コイル巻線５を互いに近づけることができ、多層コイル４の小形化を図ることができる。従って、冷媒による冷却能力の低下を抑制することができるとともに、外鉄形変圧器１全体の小形化を図ることができる。
【００２９】
また、スペーサ８は、コイル巻線５の外周端部５ａ近傍の所定の位置に設けられているので、層間冷媒流路１１の冷媒をコイル本体６の全体にわたって流れやすくすることができ、冷却能力の向上を図ることができる。
【００３０】
また、スペーサ８の厚さ寸法が４［ｍｍ］以上とされ、スペーサ８によって生じた素線９間の隙間に対する巻線冷媒流路１２の開口率αが４０［％］以上とされることにより、冷媒の圧力損失の増大を抑制することができ、コイル本体６内の冷媒をさらに流れやすくすることができる。従って、冷却能力の向上をさらに図ることができる。
【００３１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、スペーサ８によって生じる隙間の数がコイル本体６の径方向について１つのみとされているが、コイル本体６の径方向について互いに異なる複数の位置にスペーサ８を配置することにより、コイル本体６の径方向についての隙間の数を複数としてもよい。
【００３２】
即ち、図８は、この発明の実施の形態２による外鉄形変圧器のコイル本体の下部を示す要部断面図である。図において、コイル本体６の下部では、コイル本体６の径方向についてコイル巻線５の互いに異なる所定の位置（この例では、２つの位置）にスペーサ８がそれぞれ配置されている。各スペーサ８は、コイル巻線５の径方向に重なる素線９間に配置されている。また、各スペーサ８は、コイル巻線５の外周端部５ａ近傍に配置され、かつコイル巻線５の径方向について互いに離して配置されている。これにより、コイル巻線５の下部には、各スペーサ８によって素線９間に生じた複数層（この例では、２層）の隙間がコイル本体６の径方向（コイル巻線５の径方向）について互いに離して設けられている。
【００３３】
コイル巻線５の上部にも、コイル巻線５の下部と同様に、コイル本体６の径方向について互いに異なる所定の位置（この例では、２つの位置）にスペーサ８がそれぞれ配置されている。従って、コイル巻線５の上部にも、各スペーサ８によって素線９間に生じた複数層（この例では、２層）の隙間がコイル本体６の径方向（コイル巻線５の径方向）について互いに離して設けられている。
【００３４】
各スペーサ８によって素線９間に生じた各隙間には、コイル巻線５を横切って冷媒を通す実施の形態１と同様の巻線冷媒流路１２が層間冷媒流路１１に連通されてそれぞれ形成されている。コイル巻線５の上部における一層目の隙間と二層目の隙間との距離、コイル巻線５の下部における一層目の隙間と二層目の隙間との距離、及び各隙間を生じさせるスペーサ８の大きさは、冷媒による冷却効果を勘案して設定される。なお、他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３５】
このような外鉄形変圧器では、スペーサ８が、コイル本体６の径方向についてコイル巻線５の互いに異なる複数の位置にそれぞれ配置されているので、コイル巻線５に複数層の隙間を生じさせることができ、各層の隙間に巻線冷媒流路１２を形成することができる。これにより、巻線冷媒流路１２を通して冷媒をさらに流しやすくすることができ、冷却能力をさらに向上させることができる。従って、例えば、多層コイル４への通電量の増加により発熱量が多くなった場合や、冷媒の循環にポンプの動力を用いない場合等であっても、多層コイル４に対する冷却能力をより確実に確保することができる。また、各層の隙間に形成された巻線冷媒流路１２の一部に冷媒中の異物（例えば、経年劣化によって生じた仕切り体７の破片等）が詰まったとしても、残りの層の隙間に形成された巻線冷媒流路１２を通して冷媒を流すことができるので、冷却能力の低下を抑制することができ、冷却性能の信頼性の向上を図ることができる。
【００３６】
なお、上記の例では、コイル本体６の径方向についてコイル巻線５の互いに異なる２つの位置にスペーサ８が配置されているが、コイル本体６の径方向についてコイル巻線５の互いに異なる３つ以上の位置にスペーサ８を配置してもよい。
【００３７】
実施の形態３．
また、実施の形態１では、各コイル巻線５が外周端部５ａと内周端部５ｂとで交互に接触しながら積層されているが、各コイル巻線５の外周端部５ａ同士を接触させずに、各コイル巻線５の外周端部５ａ間に所定の隙間を設けてもよい。
【００３８】
即ち、図９は、この発明の実施の形態３による外鉄形変圧器のコイル本体の下部を示す要部断面図である。コイル本体６の下部において、各コイル巻線５の内周端部５ｂ間を仕切る仕切り体７の両側に位置するコイル巻線５（即ち、互いに隣り合うコイル巻線５）の外周端部５ａ間には、所定の隙間３１が生じている。層間冷媒流路１１内とコイル本体６外とは、所定の隙間３１を介して連通されている。所定の隙間３１を形成する外周端部５ａ間の距離は、層間冷媒流路１１を流れる冷媒のすべてを流すために広く設定された従来の隙間の距離よりも狭く設定されている。即ち、所定の隙間３１の幅寸法は、層間冷媒流路１１を流れる冷媒の一部のみが流れる程度の狭い寸法になっている。
【００３９】
コイル本体６の上部においても、各コイル巻線５の内周端部５ｂ間を仕切る仕切り体７の両側に位置するコイル巻線５の外周端部５ａ間に、コイル本体６の下部と同様の所定の隙間が生じている。
【００４０】
なお、各コイル巻線５の外周端部５ａ間を仕切る仕切り体７の両側に位置するコイル巻線５の内周端部５ｂ同士は、互いに接触している。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００４１】
このような外鉄形変圧器では、互いに隣り合うコイル巻線５の外周端部５ａ間に所定の隙間３１が生じているので、層間冷媒流路１１を流れる冷媒を巻線冷媒流路１２及び所定の隙間３１のそれぞれに分けて流すことができる。これにより、冷却能力を維持可能な冷媒の流量を確保したまま、コイル巻線５の外周端部５ａ間の距離を従来よりも狭くすることができる。従って、多層コイル４の小形化を図ることができ、外鉄形変圧器全体の小形化を図ることができる。
【００４２】
なお、上記の例では、互いに隣り合うコイル巻線５の外周端部５ａ間に所定の隙間３１を設ける構成が実施の形態１の構成に適用されているが、互いに隣り合うコイル巻線５の外周端部５ａ間に所定の隙間３１を設ける構成を実施の形態２の構成に適用してもよい。
【００４３】
また、各上記実施の形態では、各スペーサ８がコイル巻線５の外周端部５ａ近傍の所定の位置に設けられているが、コイル巻線５の外周端部５ａと内周端部５ｂとの間に位置する中間部の所定の位置に各スペーサ８を設けてもよい。
【００４４】
また、各上記実施の形態では、静止誘導器としての外鉄形変圧器にこの発明が適用されているが、静止誘導器としての内鉄形変圧器にこの発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１  外鉄形変圧器（静止誘導器）、５  コイル巻線、６  コイル本体、８  スペーサ、９  素線、１１  層間冷媒流路（第１の冷媒流路）、１２  巻線冷媒流路（第２の冷媒流路）。
【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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【図９】
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