(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平角導体を円筒状に巻いた巻線、或いは条又は箔を巻いた巻線、或いは平角導体と条又は箔とを用いた巻線と、鉄心とを備え、巻線の上下両端部と鉄心継鉄部分との間に、棒状絶縁物を多数平行に配置し構成した冷却ダクトを用いる変圧器において、
前記冷却ダクトの短辺にかかるように前記棒状絶縁物に直線的に切欠部を設け、隣合う切欠部をずらし、油の流路としたことを特徴とする変圧器。
【請求項２】
請求項１記載の変圧器において、
上記鉄心は、巻鉄心構造であることを特徴とする変圧器。
【請求項３】
請求項２記載の変圧器において、
上記鉄心は、アモルファス材から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】
本発明は、変圧器であり、特に、巻線構造として平角導体等からなる巻線を用いた変圧器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
巻線に円筒状或いは条又は箔を巻いた変圧器は比較的小容量が主流である。この手の変圧器は円板巻線等に比べ製造コスト及び時間的な利点が大きいため、特に、近年、大容量器への適用が検討されている。しかし、その冷却構造は油の自然循環とタンク面や放熱器表面からの放射や空気対流によってのみの行われる方式である。このため、大容量器での発熱をいかに効率良く冷却するかが重要な課題となっており、冷却ダクトを用いることが提案されている（特開昭５５−６１０１０号公報、特開平８−３７１１２号公報）。
【０００３】
この手の変圧器として巻鉄心構造を有し、冷却媒体として油を用いた３相器の場合の例を図６及び図７に示す。巻線１´は、鉄心２´に低圧及び高圧巻線を同軸に巻いた円筒巻線からなる。巻線１´内に数箇所、Ｚ軸と平行に棒状絶縁物による冷却ダクトが設けられている。巻鉄心２´は４つあり、各相の巻線１´は隣合う鉄心２´を含むように巻き、３相器を構成する。巻線１´の上下端部には固定及び冷却を目的とした冷却ダクト３Ａ´、３Ｂ´を設けている。この冷却ダクト３Ａ´、３Ｂ´は巻鉄心２´の上下の水平部２１Ａ´、２１Ｂ´、２２Ａ´、２２Ｂ´と巻線１´の間に置き、そのＸ軸方向の両端と鉄心の角部で隙間４´が形成されている。この隙間４´が巻線内を冷却する油の流路となる。以下、巻鉄心２´の上部の水平部２１Ａ´、２１Ｂ´（継鉄部分）を「上部ヨーク」、下部の水平部２２Ａ´、２２Ｂ´を「下部ヨーク」と記す。
【０００４】
従来例における冷却ダクト３Ｂ´の構造について、図８を用いて説明する。この冷却ダクト３Ｂ´は、絶縁紙３１´に棒状絶縁物３２´が平行に多数貼付けている。短辺は巻線１´の巻厚相当とし、長辺は鉄心２´の巾相当とし、そして、棒状絶縁物３２´の面が巻線１´側に、また絶縁紙３１´の面が鉄心２１Ａ´、２１Ｂ´側と接する向きに取付ける。冷却ダクト３Ｂ´は１つの巻線１´を押さえるが、冷却ダクト３Ａ´は２つの巻線１´を押さえるため、Ｘ軸方向の巾は巻線１´の巻厚の２倍となる。その他の寸法及び構造は冷却ダクト３Ｂ´と同様である。
【０００５】
従来例における巻線冷却を説明する。図７は、図６におけるＡ−Ａの断面図である。巻線１´内には油道を設けるための棒状絶縁物３８´が挿入されており、長さは巻線１´とほぼ同じ高さである。なお、巻線１´は巻枠１１´に巻回されている。巻線１´の形状は、巻鉄心２´の断面が矩形であるため、ほぼ矩形に近いものとなる。図８に示した冷却ダクトの棒状絶縁物３２´は、この巻線１´の素線に対して垂直となり、巻線１´の両端部の各素線をしっかりと固定している。
【０００６】
先ず、鉄心２´の外側に位置する巻線部では、油は棒状絶縁物３８´により形成された油道４１´を通抜けて、巻線１´の外部に循環する。一方、鉄心２´の内部を通過する巻線部では、鉄心２´外側に向かう油道を確保するため、図８に示す冷却ダクト３´を上下部ヨーク２１Ａ´、２１Ｂ´、２２Ａ´、２２Ｂ´と巻線１´間に配置する。これにより、油は次のように循環する。油は、棒状絶縁物３９´で形成される油道４２´を通り抜け、巻線１´上部に達すると、冷却ダクト３´で流れを図７のＸ軸方向変える。その後、図６に示す冷却ダクト３Ｂ´と鉄心角部の隙間４´を通り鉄心２´の外側に循環する。巻線１´の下部では上部と逆の流路をたどる。このような油の循環により巻線１´は冷却される。
【０００７】
また、この冷却ダクト３Ａ´、３Ｂ´は、短絡時の電磁力に対し巻線１´の変形を抑える強度的な目的も兼ねる。棒状絶縁物３２´の間隔は、巻線１´の素線の座屈に絶え得るように決定している。
【０００８】
しかしながら、従来技術では、大容量器では巻線の発熱が大きくなり、冷却に必要となるダクトの数を増やす必要がある。また、鉄心を幅方向に複数配置するため、鉄心内部に位置する巻線の領域が大きくなる。これらより、鉄心内部に位置する巻線を冷却するために循環する油量も増加する。しかしながら、現状の構造では鉄心角部と円筒巻線の両端に配置する冷却ダクトとの隙間で形成される油道は増加しない。このため、鉄心内に増設した冷却ダクトの効果が発揮できず、巻線内部の局部加熱を引き起こす問題点がある。また、鉄心外部に通じる油道を十分に確保するため、円筒巻線の両端に配置する冷却ダクトの巾を縮めると、すべての素線を押えつけることが出来ず、短絡時の機械力に対する強度の低下を招く。なお、冷却媒体として気体を用いた場合も同様の問題点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の問題を解決するものであり、大容量器において短絡時の機械力に対する強度的な低下がなく、鉄心内部に位置する巻線部の冷却効率を向上する円筒巻線の両端に配置する冷却ダクト構造を有する変圧器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平角導体を円筒状に巻いた巻線、或いは条又は箔を巻いた巻線、或いは平角導体と条又は箔とを用いた巻線と、鉄心とを備え、巻線の上下両端部と鉄心継鉄部分との間に、棒状絶縁物を多数平行に配置し構成した冷却ダクトを用いる変圧器において、
前記冷却ダクトの短辺にかかるように前記棒状絶縁物に直線的に切欠部を設け、隣合う切欠部をずらし、油の流路とした変圧器である。
【００１２】
そして、本発明は、上記鉄心は、巻鉄心構造である変圧器である。
【００１３】
更に、本発明は、上記鉄心は、アモルファス材からなる変圧器である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を説明する。
本発明の変圧器の実施例について、図１〜図５を用いて説明する。図１は、実施例１の変圧器における冷却ダクトの説明図である。図２は、実施例１で使用する冷却ダクトの説明図である。図３は、実施例２で使用する冷却ダクトの説明図である。図４は、実施例３で使用する冷却ダクトの説明図である。図５は、実施例４で使用する冷却ダクトの説明図である。
【００１５】
実施例１を説明する。本実施例の冷却媒体として油を用いた変圧器は、平角導体を円筒状に巻いた円筒巻線１とアモルファス材の巻鉄心からなる鉄心２とを備えている。そして、図１に示すように、円筒巻線１の両端部と鉄心２の上下ヨーク部２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂとの間に配置する冷却ダクト３Ａ、３Ｂを有している。冷却ダクト３は、図２に示すように、途中が切断されている棒状絶縁物３２を使用し、そして、隣合う棒状絶縁物３２は切欠部３３が重ならぬよう、位置をずらして絶縁紙３１に貼付けてある。冷却ダクト３Ａと冷却ダクト３Ｂの違いは、Ｘ軸方向の幅が巻線１の巻厚のほぼ２倍とほぼ１倍の違いであり、Ｙ軸方向の長さはほぼ等しい。
【００１６】
実施例１における冷却ダクトの構造による作用について、図２を用いて説明する。油の流路は次のようになる。先ず、従来の構造と同様に巻線１内の冷却ダクトを通過し、冷却ダクト３に達した油は、棒状絶縁物３２に沿ってＸ軸方向の流路３５を通り抜けた後、鉄心２の角部と冷却ダクト３で形成される隙間４を通過し鉄心２外側に達する。次に、別の流路として巻線１内の冷却ダクトを通過した油が冷却ダクトに設けた棒状絶縁物３２の切欠部３３を通り、鉄心２外側に達する流路３４がある。巻線１の下部では上述した上部と逆に油が循環する。このように棒状絶縁物３２を切断することで、新たな流路３４が形成され、鉄心２外側に向かう流路の面積が大きくなり、油が循環し易くなる作用がある。また、短絡時の電磁力により発生する巻線変形を阻止する強度は、棒状絶縁物３２の間隔により決定される。本実施例の場合、棒状絶縁物３２の切断された部分の間隔３６が最も長くなるため、この部分の隣りとの間隔を狭める等により、強度的に満足する寸法に決定する。さらに、隣合う棒状絶縁物３２の切欠部３３がずれているので、巻線の各素線を全て押えつけ固定することが出来る。
【００１７】
実施例２〜４を説明する。これらの実施例の変圧器は、実施例１（図１参照）と同様であるため、詳しい説明は省略し、相違している冷却ダクトについて、説明する。実施例１と比較すると、棒状絶縁物の切断位置のパターンが異なる点で相違している。実施例２（図３参照）では、切欠部をステップ状に配置した棒状絶縁物３２１、３２２、３２３とした冷却ダクト３ｂを使用する例である。実施例２においても、先に示した実施例１と同様に鉄心外部と通じる流路の面積を増加することができる。また、隣合う切欠部がずれていることにより短絡時の電磁力に対しても強度を維持することができる。
【００１８】
実施例３（図４参照）では、冷却ダクト３ｃの短辺に切欠部がかかるように直線的に切欠部３７を設ける例である。本実施例においても同様に油の流路が確保でき、隣合う切欠部がずれていることにより短絡時の電磁力に対しても強度を維持することがでる。なお、従来の冷却ダクトを一度に切断し、適当な隙間を確保し別の絶縁紙に貼付けるだけで簡単に製造することができ、製造コストの増加を抑えられる。
【００１９】
実施例４（図５参照）では、絶縁ダクト３ｄの棒状絶縁物３２ｄに２箇所の切欠部を設ける例である。本実施例では上述した実施例以上に油の流路が確保でき、隣合う切欠部がずれていることにより短絡時の電磁力に対しても強度を維持することができる。なお、棒状絶縁物３２ｄに切欠部を２箇所又はそれ以上設けることにより、もし１箇所の切欠部が潰れた場合でも、残りの切欠部により流路を確保できるため、冷却に対する信頼性の向上が図れる。
【００２０】
以上説明したように、実施例によれば、冷却ダクトの棒状絶縁物に１つ以上の切欠部を設け、かつ隣接する切欠部をずらすことにより、短絡時の電磁力に対しても強度的を維持し、鉄心外側通ずる油の流路を増やすことが可能となり、油の循環が良くなり鉄心内部に位置する巻線の冷却効率を上げることが出来る。したがって、大容量器に対しても、巻線の冷却性能を有する変圧器を得ることができる。
【００２１】
なお、上記実施例では、平角導体を円筒状に巻いた巻線を備えた油入変圧器であったが、条又は箔を巻いた巻線、或いは平角導体と条又は箔とを用いた巻線を備えた油入変圧器、又、同巻線構造を有し、冷却媒体として気体を用いた変圧器においても、同様の効果を奏することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、大容量器において短絡時の機械力に対する強度的な低下がなく、鉄心内部に位置する巻線部の冷却効率を向上する円筒巻線の両端に配置する冷却ダクト構造を有する変圧器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の変圧器における冷却ダクトの説明図。
【図２】実施例１で使用する冷却ダクトの説明図。
【図３】実施例２で使用する冷却ダクトの説明図。
【図４】実施例３で使用する冷却ダクトの説明図。
【図５】実施例４で使用する冷却ダクトの説明図。
【図６】従来例の変圧器における冷却ダクトの説明図。
【図７】従来例の変圧器における冷却ダクトの断面説明図。
【図８】従来例で使用する冷却ダクトの説明図。
【符号の説明】
１  巻線
２  鉄心
２１Ａ、２１Ｂ  上部ヨーク
２２Ａ、２２Ｂ  下部ヨーク
３、３Ａ、３Ｂ  冷却ダクト
３１  絶縁紙
３２  棒状絶縁物
３３、３３Ａ、３３Ｂ  切欠部
３４、３５  流路
３６  切欠部を有する棒状絶縁部の間隔
３７  直線的切欠部
４  空隙
【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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