JP2011040651A

JP2011040651A - 磁気部品

Info

Publication number: JP2011040651A
Application number: JP2009188334A
Authority: JP
Inventors: Ayako Ichise; 彩子市瀬; Akio Adachi; 昭夫安達
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2011-02-24

Abstract

【課題】鉄心と巻線との空間に冷却部材が配置された磁気部品の冷却効率を高くし、冷却部材のコストを低減する。
【解決手段】磁気部品を、鉄心１と、巻線２と、巻枠３と、冷却管（管状冷却部材）４と、スペーサ５とで構成する。鉄心１の互いに平行な各棒状部１ａに、スペーサ５と巻枠３を介して巻線２が形成されている。冷却管４を、合成樹脂製のスペーサ５内に、鉄心１に巻かれた状態で配置する。
【選択図】図１

Description

この発明は、鉄心と、この鉄心に所定の空間を介して導線が巻かれて形成された巻線と、を有する磁気部品に関する。

トランス（変圧器）やリアクトル等は、鉄心と、この鉄心に所定の空間を介して導線が巻かれて形成された巻線と、を有する磁気部品を備えている。この磁気部品の一例を図７に示す。この例の磁気部品は、角を丸くした長方形のリング状に形成された鉄心１と、この鉄心１の互いに平行な棒状部１ａに所定の空間を介して形成された巻線２とを有する。巻線２は、絶縁性の紙などで形成された巻枠３に導線２１を巻くことで形成されている。

この磁気部品は、導線２１が巻かれた巻枠３内に、鉄心１を棒状部１ａで二分割した分割体を挿入し、巻枠３と鉄心１との空間の一部にスペーサを配置することで作製される。
この磁気部品では、作動時に導線に流れる電流と導線の抵抗による銅損や、巻線が誘起する磁界により鉄心に発生するヒステリシス損、渦電流損などの鉄損により熱が発生し、巻線および鉄心の温度が上昇する。磁気部品が高温になると、性能の変化や寿命の短縮を招き、信頼性が低下するため、冷却して作動時の温度上昇を抑える必要がある。

そのため、従来より、磁気部品を冷却することが行われており、鉄心と巻線との空間に冷却部材を配置することで、磁気部品を大型化せずに効率的に冷却する方法も提案されている。
特許文献１には、鉄心の外周に第１の絶縁スペースを介して低圧巻線を配設し、さらに外側に第２の絶縁スペースを介して高圧巻線を配設した部材を備えた変圧器であって、第１および第２の絶縁スペースに冷却パネルを配置し、この冷却パネルに冷媒を封入することで、鉄心と各巻線の冷却を効率よく行うことが記載されている。

特許文献２には、Ｕ字状管等で構成した冷却液案内部を、金属プレート等で構成した熱吸収器に固定することで冷却部材（冷却装置）を作製し、この冷却部材を鉄心と巻線との空間に配置することが記載されている。熱吸収器により鉄心の熱を吸収し、この熱を、冷却液案内部を流れる冷却液で外部に放出している。

特開昭６３−２１６３１１号公報特開２００５−３１７９８２号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、各磁気部品に対応させた形状および大きさの冷却パネルが必要となるため、冷却部材に汎用性がなくコストが高くなる。
特許文献２の方法では、鉄心の巻線で囲まれている全ての面が覆われるように熱吸収器を配置することは難しいため、冷却効率の点で改善の余地がある。また、冷却効率を上げるために冷却部材を多数配置することには手間がかかり、コストが高くなる。

この発明の課題は、鉄心と巻線との空間に冷却部材が配置された磁気部品として、冷却効率が高く、コストが低いものを提供することである。

上記課題を解決するために、この発明の磁気部品は、鉄心と、この鉄心に所定の空間を介して導線が巻かれて形成された巻線と、前記空間に前記鉄心に巻かれて配置された管状冷却部材と、を有することを特徴とする。前記管状冷却部材としては、冷却媒体を流す冷却管またはヒートパイプを用いることができる。

この発明の磁気部品によれば、巻線と鉄心との空間に、鉄心に巻かれて配置された管状冷却部材を有するため、この管状冷却部材により、鉄心の巻線で囲まれている全ての面が覆われることで、冷却効率が高くなる。また、管状冷却部材を用いることで、冷却部材の配置が巻き付けにより簡単に行われ、形状や大きさの異なる磁気部品に対する冷却部材の汎用性が高いため、コストも低減できる。

この発明の磁気部品は、鉄心と巻線との空間に冷却部材が配置された磁気部品であって、冷却効率が高く、コストが低いものである。

第１実施形態の磁気部品を示す断面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。第１実施形態の磁気部品の鉄心に対する冷却管の配置を示す正面図である。第２実施形態の磁気部品を示す断面図である。図４のＡ−Ａ断面図である。第２実施形態の磁気部品の鉄心に対するヒートパイプの配置を示す正面図である。鉄心と、この鉄心に所定の空間を介して導線が巻かれて形成された巻線と、を有する磁気部品の一例を示す斜視図である。

以下、この発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１および２に示す第１実施形態の磁気部品は、鉄心１と、巻線２と、巻枠３と、冷却管（管状冷却部材）４と、スペーサ５とで構成されている。
図１に示すように、鉄心１は、角を丸くした長方形のリング状に形成され、互いに平行な棒状部１ａで二分割された分割体１１，１２で構成されている。この鉄心１の各棒状部１ａに、所定の空間を介して巻線２が形成されている。巻線２は、絶縁性の紙で形成された巻枠３に導線２１を巻くことで形成されている。巻枠３と鉄心１との空間に合成樹脂製のスペーサ５が配置されている。冷却管４は、スペーサ５内に、鉄心１の棒状部１ａに巻かれた状態で配置されている。

冷却管４は鉄心１に対して、図３に示すように配置されている。すなわち、鉄心１の各棒状部１ａに冷却管４が巻かれ、その端部同士が分割体１２の側で接続され、反対側の各端部４１，４２が分割体１１の上部に突出している。接続された冷却管４の一方の端部４１は冷却水の供給管に接続され、他方の端部４２は排出管に接続されている。
この磁気部品は、例えば、以下の方法で作製できる。

先ず、冷却管４を巻き付ける枠体として、鉄心１の外側の第１の合成樹脂層５１（図２参照）の断面形状に対応させた断面形状と、鉄心１の棒状部１ａの長さに対応させた軸方向寸法を有するものを用意する。この枠体に冷却管４を巻き付けて、端部４１，４２を図３に示すように延ばす。

次に、枠体を外してから、冷却管４が巻かれている部分の外側に巻枠３を接着する。この接着剤層が第２の合成樹脂層５２（図２参照）となる。次に、この巻枠３に導線２１を巻き付けて巻線２を形成する。このようにして、先ず、巻線２、巻枠３、冷却管４、第２の合成樹脂層５２（図２参照）からなる巻線部材を１対（２個）作製する。

次に、各分割体１１，１２の鉄心１の棒状部１ａをなす部分１１ａ，１２ａに接着剤を塗布して、両巻線部材の冷却管４が巻かれて形成された空間に、各分割体１１，１２を各端部から挿入し、接着剤を硬化させる。この硬化した接着剤が、第１の合成樹脂層５１を形成する。

次に、巻枠３と鉄心１と冷却管４との隙間を接着剤で埋めて硬化させる。この隙間を埋める接着剤も、第１および第２の合成樹脂層５１，５２を形成する接着剤と同じものを用いる。これらの硬化された接着剤により合成樹脂製のスペーサ５（図１参照）が構成される。次に、左右の棒状部１ａに巻かれた冷却管４の分割体１２側の端部を接続する。

冷却管４としては、熱伝導性が高い金属製のものを使用する。また、冷却管４は、断面積が大きい程、冷却効果が高いため、この例では冷却管４の断面を円形でなく長方形にしている。スペーサ５を構成する合成樹脂（すなわち、第１および第２の合成樹脂層５１，５２を形成する接着剤）としては、熱伝導性および絶縁性が高いものを使用する。
この磁気部品では、冷却管４を流れる冷却水により直接的にはスペーサ５が冷却される。このスペーサ５は、鉄心１の棒状部１ａと巻枠３に接触しているため、鉄心１および巻線２からの熱を吸収している。このスペーサ５の熱が、冷却管４を流れる冷却水に伝わって外部に排出される。これにより、鉄心１と巻線２が効率的に冷却される。

また、この磁気部品では、冷却部材の設置が、冷却管４を巻き付けるという簡単な方法で行われ、磁気部品の形状や大きさが異なる場合でも同じ冷却管４を用いることができるため、冷却部材のコストを低減できる。

［第２実施形態］
図４および５に示す第２実施形態の磁気部品は、鉄心１と、巻線２と、巻枠３と、ヒートパイプ（管状冷却部材）６と、スペーサ５とで構成されている。
図４に示すように、鉄心１は、角を丸くした長方形のリング状に形成され、互いに平行な棒状部１ａで二分割された分割体１１，１２で構成されている。この鉄心１の各棒状部１ａに、所定の空間を介して巻線２が形成されている。巻線２は、絶縁性の紙で形成された巻枠３に導線２１を巻くことで形成されている。巻枠３と鉄心１との空間に合成樹脂製のスペーサ５が配置されている。ヒートパイプ６は、スペーサ５内に、鉄心１の棒状部１ａに巻かれた状態で配置されている。

ヒートパイプ６は鉄心１に対して、図６に示すように配置されている。すなわち、鉄心１の各棒状部１ａにヒートパイプ６を巻き、その先端部６１を、分割体１１の上部に突出させて、この先端部６１に放熱用のフィン６２を取り付けてある。
この磁気部品は、例えば、以下の方法で作製できる。

先ず、ヒートパイプ６を巻き付ける枠体として、鉄心１の外側の第１の合成樹脂層５１（図５参照）の断面形状に対応させた断面形状と、鉄心１の棒状部１ａの長さに対応させた軸方向寸法を有するものを用意する。この枠体にヒートパイプ６を巻き付けて、その端部６１を図６に示すように延ばす。

次に、枠体を外してから、ヒートパイプ６が巻かれている部分の外側に巻枠３を接着する。この接着剤層が第２の合成樹脂層５２となる。次に、この巻枠３に導線２１を巻き付けて巻線２を形成する。このようにして、先ず、巻線２、巻枠３、ヒートパイプ６、第２の合成樹脂層５２（図５参照）からなる巻線部材を１対（２個）作製する。
次に、各分割体１１，１２の鉄心１の棒状部１ａをなす部分１１ａ，１２ａに接着剤を塗布して、両巻線部材のヒートパイプ６が巻かれて形成された空間に、各分割体１１，１２を各端部から挿入し、接着剤を硬化させる。この硬化した接着剤が、第１の合成樹脂層５１を形成する。

次に、巻枠３と鉄心１とヒートパイプ６との隙間を接着剤で埋めて硬化させる。この隙間を埋める接着剤も、第１および第２の合成樹脂層５１，５２を形成する接着剤と同じものを用いる。これらの硬化された接着剤により合成樹脂製のスペーサ５（図４参照）が構成される。次に、ヒートパイプ６の先端部６１にフィン６２を取り付ける。

ヒートパイプ６は、断面積が大きい程、冷却効果が高いため、この例ではヒートパイプ６の断面を円形でなく長方形にしている。スペーサ５を構成する合成樹脂（すなわち、第１および第２の合成樹脂層５１，５２を形成する接着剤）としては、熱伝導性および絶縁性が高いものを使用する。

この磁気部品では、ヒートパイプ６により直接的にはスペーサ５が冷却される。このスペーサ５は、鉄心１の棒状部１ａと巻枠３に接触しているため、鉄心１および巻線２からの熱を吸収している。このスペーサ５の熱がヒートパイプ６に伝わることで、ヒートパイプ６内の作動液が蒸発して先端部６１に移動する。この先端部６１はフィン６２を冷却することで冷却されているため、ヒートパイプ６内の作動液がこの先端部６１で冷却されて熱を放出し、凝縮されて液体に戻る。これにより、鉄心１と巻線２が効率的に冷却される。

また、この磁気部品では、冷却部材の設置が、ヒートパイプ６を巻き付けるという簡単な方法で行われ、磁気部品の形状や大きさが異なる場合でも同じヒートパイプ６を用いることができるため、冷却部材のコストを低減できる。

１鉄心
１ａ棒状部
１１，１２鉄心の分割体
２巻線
３巻枠
４冷却管（管状冷却部材）
５スペーサ
６ヒートパイプ（管状冷却部材）
６２フィン

Claims

鉄心と、この鉄心に所定の空間を介して導線が巻かれて形成された巻線と、前記空間に前記鉄心に巻かれて配置された管状冷却部材と、を有することを特徴とする磁気部品。
前記管状冷却部材は、冷却媒体を流す冷却管である請求項１記載の磁気部品。
前記管状冷却部材はヒートパイプである請求項１記載の磁気部品。