(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心に巻回されてなる内側巻線と、この内側巻線の外周側に対向するようにして巻回されてなる外側巻線とにより構成され、外側巻線のリードが外側巻線の外径側に引き出されてなる変圧器において、前記外側巻線が、並列に積層された複数の素線導体の各積層位置が長さ方向に行くに従って順次変わるように転位してなるとともに外周に絶縁紐がターン間に隙間をあけるようにして巻回されてなり，かつ，前記素線導体が直接冷媒に触れるように形成されてなる転位導体でもって構成され、前記内側巻線と前記外側巻線との間が絶縁筒よりなる冷媒ガイドでもって仕切られ、前記冷媒ガイドの内側に冷媒が強制的に送り込まれてなることを特徴とする変圧器。
【請求項２】
請求項１に記載の変圧器において、前記冷媒ガイドに冷却穴を貫通させて、冷媒ガイドの内側に強制的に送り込まれた冷媒が前記冷却穴を介して内側巻線側から外側巻線側に送られるようにしてなることを特徴とする変圧器。
【請求項３】
請求項１に記載の変圧器において、前記内側巻線にはその内径側にも絶縁筒よりなる冷却ガイドが設けられ、前記内側巻線を冷却する冷媒はジグザグフローにしてなることを特徴とする変圧器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の変圧器において、前記外側巻線のリードが、外側巻線の巻回軸方向における途中の位置から外側巻線の外径側に引き出されてなることを特徴とする変圧器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、巻線に冷媒を強制的に送ることによって冷却される変圧器に関し、特に、製作工数が少なくて済む変圧器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業用変圧器および発電所用変圧器のような低圧巻線を有する変圧器では、大電流のため巻線導体として転位導体を用いる。なお、一般に、工業用変圧器では外側巻線が低圧大電流巻線となり、また、発電所用変圧器では内側巻線が低圧大電流巻線となる。図６は、従来の変圧器，特に、低圧大電流巻線を備えた工業用変圧器の構成を示す要部片側断面図である。工業用変圧器における低圧電流巻線は、巻線の途中からリードが引き出されるため、最も外側に配置される。図６において、鉄心７に巻回されてなる内側巻線９と、この内側巻線９の外周側に巻回されてなる外側巻線１０とからなる変圧器の構成が示されており、工業用変圧器における低圧電流巻線となる外側巻線１０の外周側には絶縁筒よりなる冷媒ガイド１１が設けられ、外側巻線１０から複数本のリード１２が冷媒ガイド１１を貫通して引き出されている。下部にはコイル受け８が設けられ、このコイル受け８には冷媒の流通穴１３を貫通させてある。複数本のリード１２同士は冷媒ガイド１１の外側で互いに接続されているが、その接続状況の図示は省略されている。
【０００３】
図６において、コイル受け８の下部から流通穴１３を介して例えば絶縁油からなる冷媒が矢印Ａのように強制的に送られ、その冷媒は鉄心７と内側巻線９との間、内側巻線９と外側巻線１０との間、外側巻線１０と冷媒ガイド１１との間へ矢印Ｂのようにそれぞれ分流し上方へ流れて行く。この冷媒の流れによって内側巻線９と外側巻線１０とが冷却されるようになっている。
【０００４】
図８は、図６の内側巻線９および外側巻線１０に使用されている転位導体の構成を示す断面図である。転位導体５が絶縁皮膜３で覆われた複数の素線導体１が複数段に並列に束ねられたものからなり、外周側が絶縁紙４でもって全面的に覆われている。素線導体１は図８のように左右方向に積層されてなる２つの積層導体群１Ａ，１Ｂからなり、素線導体１が長さ方向に行くに従ってその配置が順次変わるようになっている。すなわち、素線導体１が所定のピッチでもって積層導体群１Ａから１Ｂへ渡るようになっている。転位導体５が複数の素線導体１でもって構成されているのは、導体を細分化して表皮効果による導体表面への電流集中を避けるためである。また、素線導体１を転位させるのは、各素線導体１に流れる電流が同一になるようにするためである。素線導体１を覆う絶縁皮膜３は、エナメル絶縁層と、その外側に塗布された熱融着性の絶縁樹脂層とで形成されてある。熱融着性の絶縁樹脂層は、転位導体５が変圧器の巻線として巻回された後に加熱処理され、素線導体１同士を互いに融着させるためのものである。それによって、転位導体５の曲げ強度を強くすることができ、変圧器巻線の短絡時に発生する電磁機械力に充分耐えるようになっている。
【０００５】
図７は、従来の異なる変圧器の構成を示す要部片側断面図である。変圧器が鉄心７に巻回されてなる内側巻線１６と、この内側巻線１６の外周側に巻回されてなる外側巻線１７とで構成されている。下部にはコイル受け８が設けられ、このコイル受け８には冷媒の流通穴１４，１５を貫通させてある。内側巻線１６および外側巻線１７の内径側，外径側にはそれぞれ絶縁筒よりなる冷媒ガイド１８Ａ，１８Ｂが設けられている。また、冷媒ガイド１８Ａと１８Ｂとの間には絶縁性の折流板２０、２１が軸方向に行くにしたがって交互に設けられている。なお、図７の内側巻線１６および外側巻線１７には、いずれも図８で示された転位導体５が使用されている。
【０００６】
図７において、コイル受け８の下部から流通穴１４，１５を介して例えば絶縁油からなる冷媒が矢印Ａのように強制的に送られ、流通穴１４を通過した冷媒は冷媒ガイド１８Ａ，１８Ｂにガイドされて内側巻線１６を冷却した後上方へ流れて行く。一方、流通穴１５を通過した冷媒は冷媒ガイド１８Ａ，１８Ｂにガイドされて外側巻線１７を冷却した後上方へ流れて行く。その際、折流板２０，２１が冷媒の流れを垂直方向から水平方向へと強制的に変えている。すなわち、折流板２１は冷媒ガイド１８Ａに突設され、矢印Ｃのように冷媒の流れを垂直方向から半径方向外方へ変え、折流板２０は冷媒ガイド１８Ｂに突設され、矢印Ｄのように冷媒の流れを垂直方向から半径方向内方へ変える。絶縁性の折流板２０、２１を軸方向に行くにしたがって交互に設けることによって、冷媒の流れがジグザグになる。なお、冷媒をジグザグフローにすることによって、巻線の冷却特性を向上させることができることは公知の技術である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の変圧器は、製作工数が多いという問題があった。
すなわち、図６の変圧器の場合は、冷媒ガイド１１のリード１２が貫通する部分において冷媒が漏れないように処置する作業に多くの工数がかかっていた。冷媒が冷媒ガイド１１から外部へ漏れると、外側巻線１０の冷却特性が低下するのでリード１２の貫通部分に隙間が生じないようにしっかりと目張りをする必要があり、その目張りに手間がかかっていた。そのために、変圧器の製作コストが高くなっていた。
【０００８】
また、図７の変圧器の場合は、冷媒をジグザグフローにするための折流板２０，２１と冷媒ガイド１８Ｂ，１８Ａとの間で冷媒が漏れないように処置する作業に多くの工数がかかっていた。冷媒が折流板２０，２１の隙間から漏れると、巻線の冷却特性が低下するのでそのような隙間が生じないようにしっかりと目張りをする必要があり、その目張りに手間がかかっていた。そのために、変圧器の製作コストが高くなっていた。
【０００９】
また、図７の変圧器では、内側巻線１６および外側巻線１７のいずれもジグザグフローの冷媒流通構造となっているが、ジグザグフローの冷媒流通構造では流路の抵抗が大きいため、冷媒の流速を確保するために必要となるポンプなどの補機の台数が多くなり、これにより補機エネルギー、すなわち、補機の運転で消費されるエネルギーが大きいという問題もあった。なお、例えば、油冷却の６００ＭＶＡクラスの変圧器では、従来、高圧巻線の分および低圧巻線の分としてそれぞれ１相当たり２台ずつのポンプが必要となっていた。
この発明の目的は、変圧器の製作工数を従来より減らすことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明によれば、鉄心に巻回されてなる内側巻線と、この内側巻線の外周側に対向するようにして巻回されてなる外側巻線とにより構成され、外側巻線のリードが外側巻線の外径側に引き出されてなる変圧器において、前記外側巻線が、並列に積層された複数の素線導体の各積層位置が長さ方向に行くに従って順次変わるように転位してなるとともに外周に絶縁紐がターン間に隙間をあけるようにして巻回されてなり，かつ，前記素線導体が直接冷媒に触れるように形成されてなる転位導体でもって構成され、前記内側巻線と前記外側巻線との間が絶縁筒よりなる冷媒ガイドでもって仕切られ、前記冷媒ガイドの内側に冷媒が強制的に送り込まれてなるようにするとよい。それによって、外側巻線が、素線導体が絶縁紙で覆われた転位導体に代えて素線導体が直接冷媒に触れる裸の転位導体でもって構成されるので外側巻線の冷却特性が向上する。そのために、外側巻線へ冷媒を強制的に送らなくても外側巻線が自然冷却されるようになる。したがって、外側巻線の外周側の冷媒ガイドを省くことができ、従来行われていた冷媒ガイドのリード貫通部の目張り作業がなくなり製作工数が少なくなる。
【００１１】
また、かかる構成において、前記冷媒ガイドに冷却穴を貫通させて、冷媒ガイドの内側に強制的に送り込まれた冷媒が前記冷却穴を介して内側巻線側から外側巻線側に送られるようにしてもよい。それによって、外側巻線へも冷媒を強制的に送ることができる。しかも、冷却穴の数や開口面積を予め調整しておくことによって、外側巻線へ流す冷媒の流量を所定の値に設定することができる。そのために、外側巻線の冷却特性が向上し、外側巻線の導体の電流密度を高めることができる。
【００１２】
また、かかる構成において、前記内側巻線にはその内径側にも絶縁筒よりなる冷却ガイドが設けられ、前記内側巻線を冷却する冷媒はジグザグフローにしてなるようにしてもよい。それによって、内側巻線の冷媒流通構造がジグザグフローになるので、その冷却特特性が向上する。また、ジグザグフローの冷媒流通構造は、ダイレクトフローの冷媒流通構造のように巻線の半径方向の層間に軸方向の冷媒流路を形成するための巻き込みダクト部材を介在させる必要がなく、巻線の半径方向の寸法を縮小化することができる。
また、かかる構成において、前記外側巻線のリードが、外側巻線の巻回軸方向における途中の位置から外側巻線の外径側に引き出されてなるものとする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を実施例に基づいて説明する。図１は、この発明の実施例にかかる変圧器の構成を示す要部片側断面図である。変圧器が、鉄心７に巻回される内側巻線９と、この内側巻線９の外周側に巻回される外側巻線２５とで構成されている。内側巻線９と外側巻線２５との間が絶縁筒よりなる冷媒ガイド２２でもって仕切られ、コイル受け８の流通穴１３は例えば絶縁油からなる冷媒が冷媒ガイド２２の内側だけに送り込まれるように明けられている。また、内側巻線９には図８で示された転位導体、すなわち、素線導体１の束が絶縁紙でもって覆われた転位導体５（以下、絶縁被覆された転位導体と称する）が使用され、外側巻線２５には図９で示された転位導体２が使用されている。
【００１６】
図９は、図１の外側巻線２５に使用されている転位導体の構成を示す要部斜視図である。転位導体２が薄い絶縁皮膜で覆われた複数の素線導体１が複数段に並列に束ねられたものからなり、外周側に絶縁紐６がターン間に隙間をあけるようにして巻回されている。素線導体１を覆う絶縁皮膜は図８で説明された転位導体５の絶縁皮膜３と同じであり、エナメル絶縁層と、その外側に塗布された熱融着性の絶縁樹脂層とで形成されている。素線導体１が長さ方向に行くに従ってその配置が転位部２Ａで順次変わるようになっている。絶縁紐６としては、例えば熱収縮性のテープ、釣り糸状のポリエステル材が複数本より合わされたポリエステル紐など、引っ張り強度が高く、かつ耐熱性が優れたものが用いられている。転位導体２は、図８の転位導体５とは異なり、薄い絶縁皮膜で覆われた素線導体１が周囲の冷却と直接触れるようにほぼ裸になっており（以下、裸の転位導体と称する）、転位導体５と比べてその冷却特性が極めて優れている。
【００１７】
図１に戻り、外側巻線２５が裸の転位導体２でもって構成されたので外側巻線２５の冷却特性がよくなる。そのために、外側巻線２５へ冷媒を強制的に送らなくても外側巻線２５が自然冷却されるようになる。すなわち、絶縁被覆された転位導体５よりなる内側巻線９だけに冷媒を強制的に送るようにすればよい。したがって、従来必要であった外側巻線２５の外周側の冷媒ガイドを省くことができ、冷媒ガイドのリード１２の貫通部の目張り作業がなくなり従来より製作工数が少なくなる。
【００１８】
なお、この発明は必ずしも図１の実施例だけには限られず、内側巻線９と外側巻線２５との両方を裸の転位導体２でもって構成してもよい。
図２は、この発明の異なる実施例にかかる変圧器の構成を示す要部片側断面図である。冷媒ガイド２２に複数の冷却穴２３が貫通している。図２のその他は、図１の構成と同じである。冷媒ガイド２２に複数の冷却穴２３が貫通していることによって、外側巻線２５へも例えば絶縁油からなる冷媒を強制的に送ることができ、外側巻線２５の冷却特性がよくなり、外側巻線２５の裸の転位導体２の電流密度を高めることができる。しかも、冷却穴２３の数や開口面積を予め調整しておくことによって、外側巻線２５へ流す冷媒の流量を所定の値に設定することができる。したがって、外側巻線２５を縮小することができ、変圧器全体の体格も小さくなり安価な機器となる。
【００１９】
なお、この発明の場合も必ずしも図２の実施例だけには限られず、内側巻線９と外側巻線２５との両方を裸の転位導体２でもって構成してもよい。
図３は、この発明の参考例にかかる変圧器の構成を示す要部片側断面図である。変圧器が、裸の転位導体２よりなる内側巻線２４と、絶縁被覆された転位導体５よりなる外側巻線１０とで構成されている。内側巻線２４と外側巻線１０との間が複数の冷却穴２６が明いた絶縁筒よりなる冷媒ガイド２２でもって仕切られ、コイル受け８の流通穴１３は例えば絶縁油からなる冷媒が冷媒ガイド２２の内側だけに送り込まれるように明けられている。それによって、内側巻線２４と外側巻線１０との両方に冷媒を強制的に送ることができる。そのために、外側巻線１０の外周側の冷媒ガイドを省くことができ、従来行われていた冷媒ガイドのリード１２の貫通部の目張り作業がなくなり製作工数が少なくなる。しかも、内側巻線２４を構成する転位導体の裸化によって内側巻線２４の冷却特性が向上し、内側巻線２４の裸の転位導体の電流密度を高めることができる。しかも、冷却穴２６の数や開口面積を予め調整しておくことによって、内側巻線２４と外側巻線１０へ流す冷媒の流量を所定の値に設定することができる。したがって、内側巻線２４が縮小化され、変圧器全体の体格も小さくなり安価な機器となる。内側巻線２４の冷却特性がよいので冷却穴２６は、図２の冷却穴２３よりかなり大きくしても構わない。
【００２０】
なお、この発明も必ずしも図３の参考例だけには限られず、内側巻線２４と外側巻線１０との両方を裸の転位導体２でもって構成してもよい。それによって、内側巻線２４と外側巻線１０とがいずれも従来より縮小化され、変圧器全体の体格がさらに小さくなり安価な機器となる。
図４は、この発明の異なる参考例にかかる変圧器の構成を示す要部片側断面図である。変圧器が、裸の転位導体２よりなる内側巻線２７と、絶縁被覆された転位導体５よりなる外側巻線１７とで構成され、折流板２０，２１が、外側巻線１７側だけに配されている。コイル受け８には、流通穴２８，１５が明けられ、それぞれ内側巻線２７，外側巻線１７へ例えば絶縁油からなる冷媒を強制的に送り込んでいる。図４のその他は、図７の従来の構成と同じであり、従来と同じ部分は同一参照符号を付けることによって詳細な説明は省略する。
【００２１】
図４において、内側巻線２７は、裸の転位導体２よりなるので、敢えて冷媒をジグザグフローにしなくでも充分に内側巻線２７を冷却することができる。前述されたように冷媒をジグザグフローにするには、折流板２０，２１と冷媒ガイド１８Ａ，１８Ｂとの間で冷媒が漏れないように目張りをする作業が必要であり多くの工数がかかる。一方の巻線だけでも冷媒をジグザグフローにしなくても済ますことができれば、製作工数が低減され変圧器のコストダウンとなる。
【００２２】
また、図４の構成は、内側巻線２７と外側巻線１７との内、外側巻線１７の方のみをジグザグフローの冷媒流通構造とする構成であるから、流路の抵抗が大きいジグザグフローの冷媒流通構造の巻線が一方のみとなるので、冷媒の流速を確保するために必要なポンプなどの補機の台数を従来少なくすることができ、補機の運転で消費されるエネルギーを低減することができる。例えば、油冷却の６００ＭＶＡクラスの変圧器では、この図４の構成、すなわち、低圧巻線としての内側巻線２７と高圧巻線としての外側巻線１７との内、外側巻線１７の方のみをジグザグフローの油流構造としてなる構成とすることにより、巻線内における油の流速を確保するために必要となるポンプ台数が、高圧巻線の分として１相当たり２台、低圧巻線の分として１相当たり１台あればよくなり、従来の図６のような構成に比べて１相当たりポンプ１台分の補機エネルギーを節約することができ、３相ではポンプ３台分の補機エネルギーを節約することができるようになる。
【００２３】
なお、この発明は必ずしも図４の参考例だけには限られず、内側巻線２７を絶縁被覆された転位導体５より構成するとともに、外側巻線１７を裸の転位導体２より構成し、内側巻線２７の冷媒をジグザグフローにしてもよい。また、図４において、内側巻線２７と外側巻線１７との両方を裸の転位導体２でもって構成してもよい。
【００２４】
図５は、この発明のさらに異なる実施例にかかる変圧器の構成を示す要部片側断面図である。変圧器が、絶縁被覆された転位導体５よりなる内側巻線１６と、裸の転位導体２よりなる外側巻線２５とで構成されている。内側巻線１６の構成は、図７の従来の構成における内側巻線１６と同じであって、その内径側，外径側にそれぞれ絶縁筒よりなる冷媒ガイド１８Ａ，１８Ｂが設けられるとともに冷媒ガイド１８Ａと冷媒ガイド１８Ｂとの間には絶縁性の折流板２０、２１が軸方向に行くにしたがって交互に設けられてなる、ジグザグフローの冷媒流通構造となっており、コイル受け８に明けられた流通穴１４から内側巻線１６へ、例えば絶縁油からなる冷媒が強制的に送り込まれる構成となっている。一方、外側巻線２５の構成は、図１の実施例における外側巻線２５と同じであり、外側巻線２５は裸の転位導体２でもって構成されることにより冷却特性が良くなっているため、外側巻線２５へ冷媒を強制的に送らなくても外側巻線２５が自然冷却されるようになるので、絶縁被覆された転位導体５よりなる内側巻線１６だけに冷媒を強制的に送るようにすればよい。したがって、図５に示されるように、従来必要であった外側巻線２５の外周側の冷媒ガイド１１を省くことができ、従来行われていた外周側の冷媒ガイド１１におけるリード１２の貫通部の目張り作業が必要なくなり従来より製作工数が少なくなる。
【００２５】
また、内側巻線１６はその冷媒流通構造がジグザグフローであるため、その冷却特性が良くなっているとともに、ダイレクトフローの冷媒流通構造のように巻線の半径方向の層間に軸方向の冷媒流路を形成するための巻き込みダクト部材を介在させる必要がなく、内側巻線１６の幅方向、すなわち、半径方向寸法をコンパクト化することができる。
【００２６】
なお、上述の図１，２，５の実施例における外側巻線２５、図３の参考例における外側巻線１０、図４の参考例における内側巻線２７，外側巻線１７、および図５の実施例における内側巻線１６の巻線構造としては、例えば、円板巻線、ヘリカル巻線などを適用することができる。
図４において、内側巻線２７は、裸の転位導体２よりなるので、敢えて冷媒をジグザグフローにしなくでも充分に内側巻線２７を冷却することができる。前述されたように冷媒をジグザグフローにするには、折流板２０，２１と冷媒ガイド１８Ａ，１８Ｂとの間で冷媒が漏れないように目張りをする作業が必要であり多くの工数がかかる。一方の巻線だけでも冷媒をジグザグフローにしなくても済ますことができれば、製作工数が低減され変圧器のコストダウンとなる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明は前述のように、外側巻線が、並列に積層された複数の素線導体の各積層位置が長さ方向に行くに従って順次変わるように転位してなるとともに外周に絶縁紐がターン間に隙間をあけるようにして巻回されてなる転位導体でもって構成され、内側巻線と外側巻線との間が絶縁筒よりなる冷媒ガイドでもって仕切られ、冷媒ガイドの内側に冷媒が強制的に送り込まれてなるようにすることによって、製作工数が従来より少なくなり、変圧器を安価にすることができる。
【００２８】
また、かかる構成において、前記冷媒ガイドに冷却穴を貫通させてなるようにすることによって、外側巻線を縮小化することができ、変圧器をさらに安価にすることができる。
また、かかる構成において、前記内側巻線にはその内径側にも絶縁筒よりなる冷却ガイドが設けられ、前記内側巻線を冷却する冷媒はジグザグフローにしてなるようにすることによって、内側巻線の冷却特特性が向上するとともに、内側巻線を縮小化することができ、変圧器をさらに安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例にかかる変圧器の構成を示す要部片側断面図
【図２】この発明の異なる実施例にかかる変圧器の構成を示す要部片側断面図
【図３】  この発明の参考例にかかる変圧器の構成を示す要部片側断面図
【図４】  この発明の異なる参考例にかかる変圧器の構成を示す要部片側断面図
【図５】この発明のさらに異なる実施例にかかる変圧器の構成を示す要部片側断面図
【図６】従来の変圧器の構成を示す要部片側断面図
【図７】従来の異なる変圧器の構成を示す要部片側断面図
【図８】図６の内側巻線および外側巻線に使用されている転位導体の構成を示す断面図
【図９】図１の外側巻線に使用されている転位導体の構成を示す要部斜視図
【符号の説明】
１：素線導体、２，５：転位導体，２Ａ：転位部、３：絶縁皮膜、４：絶縁紙、６：絶縁紐、７：鉄心、８：コイル受け、９，１６，２４，２７：内側巻線、１０，１７，２５：外側巻線、１１，１８Ａ，１８Ｂ，２２：冷媒ガイド、１２：リード、１３，１４，１５，２８：流通穴、２０，２１：折流板、２３，２６：冷却穴
【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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