JP2016046294A - 静止誘導機器用タンク、静止誘導機器用タンク製造方法、および静止誘導機器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の放熱器を備える静止誘導機器用タンクは、放熱器の製造工数が多く、生産性が低いという課題があった。
【解決手段】円筒状のタンク１は、ドーム状の上蓋部１１と円板状の底板部１２と円筒状の胴部１３とで構成され、内部に冷却用および絶縁用の絶縁油と静止誘導機器の電気回路が収納される。胴部１３の側面の中央部に複数の放熱フィン１５１からなる放熱器１５が設けられている。複数の放熱フィン１５１が突設された胴部１３は非鉄金属材料にプレス成形加工を施して一体的に形成されている。これにより、タンク１の胴部１３の製造工数が低減し、タンク１の生産性が向上する。また、各放熱フィン１５１に形成される絶縁油浸入用の凹部が一体成形されるので、放熱フィン１５１での絶縁油漏洩を適切に防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、静止誘導機器用タンク、その静止誘導機器用タンクの製造方法、および静止誘導機器に関するものである。

従来、油入自冷方式の静止誘導機器が知られている（特許文献１参照）。例えば、柱上設置型の油入変圧器として、図１２に示す外観形状を有する油入変圧器が知られている。

図１２に示す油入変圧器３００は、主として、円筒型のタンク３０１と、タンク３０１に充填される冷却用および絶縁用の絶縁油（図１２では見えていない。）と、タンク３０１内に絶縁油に浸漬させて配設される変圧器本体（図１２では見えていない。）とで構成される。図１２に示す油入変圧器３００は、高圧配電線路に印加される高電圧（例えば、６６００ボルト）を家庭などで使用する低電圧（例えば、１００ボルト若しくは２００ボルト）に変圧する変圧器である。

タンク３０１は、上部３０１Ａ、下部３０１Ｂ、および胴部３０１Ｃで構成され、上面の開口部は蓋３０２とロック部材３０５とによって密閉されている。上部３０１Ａの側面適所に２個の高圧ブッシング３０３，３０３と３個の低圧ブッシング（図１２では見えていない。）が設けられ、胴部３０１Ｃに複数の放熱フィン３０４が放射状に突設されている。各放熱フィン３０４は、タンク３０１内の空間に連通する凹部が形成されており、その凹部にもタンク１に充填された絶縁油が浸入するようになっている。

変圧器本体は、例えば、環状鉄心と、その環状鉄心のリムに巻回された低圧コイル（二次巻線）と、低圧コイルの外側に同心状に巻回された高圧コイル（一次巻線）と、接続部とを備える。高圧コイルは、接続部を介して高圧ブッシング３０３，３０３に接続され、高圧ブッシング３０３，３０３から高圧コイルに６６００ボルトの高電圧が印加される。低圧コイルは、接続部を介して低圧ブッシングに接続され、低圧コイルから低圧ブッシングに１００ボルトと２００ボルトの低電圧が出力される。

従来、タンク３０１の放熱フィン３０４が設けられた胴部３０１Ｃは、図１３〜図１６に示すように、
（１）帯状の軟鋼材からなる基材４００（図１３参照）をプレス折曲成形加工によって所定数の折曲部４０１が波状に並んだ形に成形する（図１４参照）。
（２）折曲部４０１の幅方向の端部４０１Ａを押し潰した後、当該端部４０１Ａの折り合せ面４０１Ｂを溶接によって繋ぎ合わせる（図１５参照）。折曲部４０１は、放熱フィン３０４になる部分で、（２）の工程は、放熱フィン３０４の幅方向の両端に生じる隙間を封止して当該放熱フィン３０４に凹部を設ける工程に相当している。すなわち、（２）の工程によって、各放熱フィン３０４に絶縁油が浸入し得る凹部が形成される。
（３）所定数の放熱フィン３０４を波状に形成した部分を帯状の基材４００から切り離し、円筒状に曲げて両端４０２Ａ，４０２Ｂを溶接により接続する（図１６参照）。
の加工をすることによって作製されている。

そして、タンク３０１は、上記（１）〜（３）の工程で製造された円筒状の胴部３０１Ｃの上端と下端をそれぞれ上部３０１Ａと下部３０１Ｂに溶接して製造されている。

特開２０１１−９６８６１号公報

従来のタンク３０１は、帯状の軟鋼材のプレス折曲成形加工（１）、各折曲部の折り合せ面の溶接（２）、および円筒状の曲げ加工と溶接（３）の工程によって、放熱フィン３０４が設けられた胴部１３を製造しているので、加工の工数が多く、タンクの生産性が低いという課題があった。

また、各放熱フィン３０４に絶縁油を浸入させるための凹部を形成するために、各折曲部４０１の折り合せ面４０１Ｂを溶接によって繋ぎ合わせているので、絶縁油の漏洩に対して改善の余地があった。

本第一の発明の誘導機器用タンクは、放熱器を有する静止誘導機器用タンクにおいて、放熱器と当該放熱器が設けられるタンク側面とが所定の成形材料を用いた所定の一体成形加工により一体的に形成されていることを特徴とする、静止誘導機器用タンクである。

また、本第二の発明の静止誘導機器用タンクは、第一の発明に対して、放熱器は、タンク外周面に波状に突設された１または２以上の放熱フィンであり、各放熱フィンには、タンク内の空間に連通する凹部が形成されている、静止誘導機器用タンクである。

かかる構成により、本第一または本第二の発明の静止誘導機器用タンクは、静止誘導機器用タンクの製造工数が低減し、生産性が向上する。また、冷却媒体の漏洩防止効果が向上する。

また、本第三の発明の静止誘導機器用タンクは、第二の発明に対して、所定の成形材料は非鉄金属材料である、静止誘導機器用タンクである。

また、本第四の発明の静止誘導機器用タンクは、第三の発明に対して、非鉄金属材料はアルミニウムである、静止誘導機器用タンクである。

かかる構成により、本第三または本第四の発明の静止誘導機器用タンクは、一体化成形加工を容易に行うことができる。

また、本第五の発明の静止誘導機器用タンクは、第一から第四のいずれか１つの発明に対して、所定の一体成形加工はプレス成形加工である、静止誘導機器用タンクである。

また、本第六の発明の静止誘導機器用タンクは、第一から第四のいずれか１つの発明に対して、所定の一体成形加工は３次元プリンタを用いた成形加工である、静止誘導機器用タンクである。

かかる構成により、本第五または本第六の発明の静止誘導機器用タンクは、一体化成形加工を容易に行うことができる。

また、本第七の発明の静止誘導機器用タンクの製造方法は、タンク外周面に突設された放熱器を有する静止誘導機器用タンクの製造方法であって、非鉄金属材料に所定の一体成形加工を施して放熱器と当該放熱器が突設されるタンク側面とを一体的に形成することを特徴とする静止誘導機器用タンクの製造方法である。

かかる構成により、本第七の発明の静止誘導機器用タンクの製造方法は、静止誘導機器用タンクの製造工数が低減し、生産性が向上する。

また、本第八の発明の静止誘導機器用タンクの製造方法は、第七の発明に対して、非鉄金属材料はアルミニウムである、静止誘導機器用タンクの製造方法である。

また、本第九の発明の静止誘導機器用タンクの製造方法は、第七または第八の発明に対して、所定の一体成形加工はプレス成形加工である、誘導機器用タンクの製造方法である。

また、本第十の発明の静止誘導機器用タンクの製造方法は、第七または第八の発明に対して、所定の一体成形加工は３次元プリンタを用いた成形加工である、誘導機器用タンクの製造方法である。

かかる構成により、本第八から本第十のいずれか１つの発明の静止誘導機器用タンクは、一体化成形加工を容易に行うことができる。

また、本第十一の発明の静止誘導機器は、第一から第六のいずれか１つの発明の誘導機器用タンクを備えたことを特徴とする静止誘導機器である。

また、本第十二の発明の静止誘導機器は、第十一の発明に対して、静止誘導機器は、変圧器である。

かかる構成により、本第十一または第十二の発明の静止誘導機器は、静止誘導機器の製造工数が低減し、生産性が向上する。また、冷却媒体の漏洩防止効果が向上する。

本発明による静止誘導機器用タンク、その静止誘導機器用タンクの製造方法およびその静止誘導機器用タンクを用いた静止誘導機器によれば、従来よりも製造工数が減少し、生産性が向上する。また、静止誘導機器用タンクの冷却媒体漏洩の防止効果が向上する。

実施の形態１における柱上設置型の変圧器の外観の一例を示す斜視図 放熱フィンの断面形状を示す胴部の要部断面図 実施の形態１のプレス成形加工に用いられる非鉄金属の基材を示す斜視図 同プレス成形加工に用いられる上金型と下金型を示す斜視図 同上金型の形状を示す上面図と側面図 同下金型の形状を示す上面図と側面図 同プレス成形加工における下金型に被加工材を載置する工程を示す図 同プレス成形加工における上金型をプレスする工程を示す図 同プレス成形加工における上金型をプレス開始位置に戻す工程を示す図 同プレス成形加工における下金型から被加工材を型抜きする工程を示す図 同プレス成形加工における胴部を円筒形に整形する工程を示す図 従来の油入変圧器の一例の外観形状を示す斜視図 従来の油入変圧器の胴部の製造で用いられる軟鋼の基材を示す図 同胴部の製造工程における基材を折り曲げる工程を示す図 同胴部の製造工程における折り合わせ面を接続する工程を示す図 同胴部の製造工程における胴部を円筒形に整形する工程を示す図

以下、本発明に係る静止誘導機器用タンクの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。

（実施の形態１）
本実施の形態１においては、静止誘導機器として柱上設置型の変圧器を例に説明する。本実施の形態１の柱設置型の変圧器は、高圧配電線路に印加される高電圧（例えば、６６００ボルト）を家庭や事務所などで使用する低電圧（例えば、１００ボルト若しくは２００ボルト）に変圧する油入自冷式の変圧器である。

図１は、柱上設置型の変圧器の外観の一例を示す斜視図である。図２は、放熱フィン１５１の断面形状を示す胴部１３の要部断面図である。なお、本発明に係る変圧器Ａは、タンク１の放熱器１５が設けられた胴部１３の構造に特徴があるので、図１には、簡略化した変圧器Ａ（タンク１）の外観形状を示している。また、以下の説明では、胴部１３以外の構成については説明を簡略化し、胴部１３の構造および製造方法について詳細に説明する。

図１に示す変圧器Ａは、主として、円筒型のタンク１と、タンク１に充填される冷却用および絶縁用の絶縁油（図１では見えていない。）と、タンク１内に絶縁油に浸漬させて配設される単相３線式の変圧器本体（図１では見えていない。）とで構成される。変圧器本体は変圧器の電気回路を構成する部分で、例えば、環状鉄心と、その環状鉄心のリムに巻回された低圧コイル（二次巻線）と、低圧コイルの外側に同心状に巻回された高圧コイル（一次巻線）と、接続部とを備えている。

高圧コイルには２個の入力端子が設けられ、その入力端子が接続部を介して後述する２個の高圧ブッシング１４に接続されている。高圧コイルには、高圧ブッシング１４，１４から、例えば６６００ボルトの高電圧が印加される。また、低圧コイルには３個の出力端子（１個はアース端子）が設けられ、その出力端子が後述する３個の低圧ブッシングに接続されている。低圧コイルの一方の出力端子から、例えば１００ボルトの低電圧が出力され、低圧コイルの他方の出力端子から、例えば２００ボルトの低電圧が出力される。

タンク１は円筒形をなし、ドーム状の上蓋部１１と、円板状の底板部１２と、円筒状の胴部１３とで構成される。タンク１の上面は開口されており、その開口部が上蓋部１１によって密閉されている。上蓋部１１は、４個のロック部材１６によって胴部１３に固定されている。

胴部１３の上部の適所に、２個の高圧ブッシング１４と３個の低圧ブッシング（図１では見えていない。）が設けられている。２個の高圧ブッシング１４には変圧器本体の高圧コイルに設けられた２個の入力端子がそれぞれ接続され、３個の低圧ブッシングには変圧器本体の低圧コイルに設けられた３個の出力端子がそれぞれ接続されている。

胴部１３の外周面１３１（タンク側面１３１）に放熱器１５が設けられている。放熱器１５は、複数枚の放熱フィン１５１で構成されている。複数枚の放熱フィン１５１は、胴部１３の外周面１３１に放射状に突設されている。各放熱フィン１５１には、図２に示すように、タンク１内の空間に連通する凹部１５２が形成されている。凹部１５２は、タンク１内に充填される絶縁油（図示省略）を放熱フィン１５１内に侵入させるもので、この構造により各放熱フィン１５１の放熱効率を高める。

複数枚の放熱フィン１５１は、所定の金属材料を用いて所定の一体成形加工を行うことにより胴部１３に一体的に形成されている。具体的には、延性のよい非鉄金属材料を用いた一体成形加工によりタンク側面１３１と複数枚の放熱フィン１５１とが一体的に成形されている。

一体成形加工に用いられる材料は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅系非鉄金属、ステンレス系非鉄金属などの非鉄金属材である。成形性や放熱特性などを考慮すると、延性に優れ、熱伝導率の高い（放熱効果の高い）アルミニウムを用いるのが好適である。一体成形加工には、プレス成形加工、深絞り成形加工、射出成形加工などを用いることができる。また、３次元プリンタを用いてタンク側面１３１に複数枚の放熱フィン１５１が突設された胴部１３を一体的に成形することもできる。

本実施の形態１の胴部１３は、図３に示す帯状の非鉄金属基材３（例えば、アルミニウム基材３）を所定の長さＮで切断して板状の被加工材を生成し、その板材にプレス成形加工を施して作製されている。非鉄金属基材３は、胴部１３の高さＷ（図２参照）と略同一の幅寸法と所定の厚みｔを有し、所定の長さＮは、胴部１３の周長（２πＲ：Ｒは胴部１３の半径）と略同一の寸法である。

プレス加工成形では、図４〜図６に示す上金型２１と下金型２２とからなる金型２が用いられる。

上金型２１は、図５に示されるように、基盤２１１の下面に所定数の凸部２１２を間隔Ｄ１で一列に並べて突設した形状を有している。凸部２１２の数は、胴部１３に設けられる放熱フィン１５１の数と同一の数である。凸部２１２は、Ｌ１（長手方向の長さ）×Ｗ１（幅方向の長さ）×Ｈ１（高さ）のサイズを有している。

下金型２２は、図６に示されるように、基盤２２１の上面に凸部２１２と同一の数の凹部２２２を間隔Ｄ２で一列に並べて穿設した形状を有している。凹部２２２は、Ｌ２（長手方向の長さ。Ｌ１＜Ｌ２）×Ｗ２（幅方向の長さ。Ｗ１＜Ｗ２）×Ｈ２（深さ。Ｈ１＜Ｈ２）のサイズを有している。凹部２２２の長手方向の長さＬ２は、放熱フィン１５１の高さ方向の長さＬ２（図２参照）と略同一の長さであり、凹部２２２の幅方向の長さＷ２は、放熱フィン１５１の厚みと油導を含めた寸法と略同一の長さである。上金型２１の各凸部２１２は下金型２２の各凹部２２２に対向するように配置されており、上金型２１を下降すると、上金型２１の各凸部２１２が下金型２２の対向する各凹部２２２に嵌入する。

所定枚の放熱フィン１５１が突設された胴部１３は、図７〜図１１に示すように、下記の加工手順（Ａ１）〜（Ａ４）で作製されている。なお、図７〜図１１では、作図の便宜上、凸部２１２と凹部２２２の数は適当な数にしている。
（Ａ１）下金型２２の上面に板状の被加工材３１（アルミの板材３１）を載置する（図７参照）。
（Ａ２）上金型２１を所定の圧力で当該上金型２１の各凸部２１２が対向する下金型２２の各凹部２２２に完全に嵌入するまで下降させる（図８参照）。
（Ａ３）上金型２１をプレス開始位置まで上昇させた後（図９）、プレス成形加工が行われたアルミの板材３１を下金型２２から型抜きする（図１０）。これにより、タンク側面１３１に所定数の放熱フィン１５１が一体的に形成された胴部１３（平面に展開した状態の胴部１３）が作製される。
（Ａ４）下金型２２から型抜きして得られた胴部１３を、複数枚の放熱フィン１５１が外側になるように円形に湾曲させた後、両端１３Ａ，１３Ｂを溶接する（図１１）。これにより円筒状の胴部１３が完成する。

なお、上述したように、実際の場合は、胴部１３の上側の開口部が上蓋部１１で密閉されるので、胴部１３の上端には上蓋部１１のロック部材を係止させるための係止部が形成される。その係止部は、例えば、胴部１３の上端部を外側（放熱フィン１５１が形成された側）に折り返して形成される鍔状の部材である。従って、実際の場合は、（Ａ４）の工程で胴部１３を筒状に湾曲させた後に、胴部１３の一方の側部（胴部１３の上側になる側部）を外側にカールさせる曲げ加工を行って係止部が形成される。

深絞り成形加工は、所定の輪郭形状に成形した平板素材を、ダイスおよびポンチと呼ばれるオス・メス一対の金型を用いてプレスし、例えば、円筒状の容器などを一度に成形する加工方法である。深絞り成形加工は、金型を用いてプレス加工をする点では、プレス成形加工と共通している。深絞り成形加工は、金型の形状が異なる点を除いて、基本的に上述したプレス成形加工の加工手順と同様の手順で、複数枚の放熱フィン１５１が突設された胴部１３を一体成形することができる。

また、射出成形加工は、軟化する温度に加熱した素材を、射出圧を加えて金型に充填し、冷却固化させて成形する加工方法である。従って、射出成形加工を用いる場合は、図１０に示される型抜きした胴部１３と同一形状の溝を有する金型を用意し、その金型に射出成形機から溶融した非鉄金属材料を所定の射出圧で充填し、冷却固化した後に金型から型抜きすることにより、複数枚の放熱フィン１５１が突設された胴部１３（図１０の型抜きした胴部１３と同一形状の胴部１３）を一体成形することができる。

図１２に示す油入変圧器３００は、側面の放熱フィン３０４が設けられる部分を胴部３０１Ｃとし、同側面の放熱フィン３０４よりも上側の部分は上部３０１Ａに含まれ、同側面の放熱フィン３０４よりも下側の部分は下部３０１Ｂに含まれる構成となっていたが、本実施の形態１に係る胴部１３は、円筒状のタンク１の側面全体が胴部１３に含まれ、その胴部１３の中央部に複数の放熱フィン１５１が一体的に形成された構成となっている。

従って、本実施の形態１では、放熱フィン１５１の下部に配置される底板部１２は円板状となっており、タンク１は、胴部１３の下端面（リング状の端面）に底板部１２を溶接などで固定することにより完成する。

以上、本実施の形態１によれば、非鉄金属の素材を用いて一体化加工により、複数の放熱フィン１５１が放射状に設けられるタンク１の胴部１３（側面全体）を一体的に形成しているので、従来よりもタンク１を製造するための加工数が大幅に低減し、タンク１の生産性が向上する。従って、タンク１を用いた変圧器Ａの生産性を向上させることができる。

また、各放熱フィン１５１に形成される絶縁油を浸入させるための凹部１５２に、従来のような溶接による接合部がないので、各放熱フィン１５１での絶縁油の漏洩を適切に防止することができる。

また、胴部１３にアルミニウム材を用いた場合は、アルミニウム材は軟鋼材よりも電気抵抗率ρが小さいので、胴部１３で生じる渦電流損を、軟鋼材を用いた場合よりも低減することができる。

上記実施の形態１では、円筒状のタンク１について説明したが、タンク１の形状は円筒状に限定されるものではなく、直方体形状やその他の立体形状でもあってもよい。

また、上記実施の形態１では、複数の放熱フィン１５１がタンク１の胴部１３にだけ形成されていたが、放熱フィン１５１の形成位置は胴部１３に限定されるものではない。

また、上記実施の形態１では、放熱器１５が複数の放熱フィン１５１で構成されていたが、放熱器１５は１個の放熱フィン１５１で構成されていてもよい。

また、上記の実施の形態１では、複数の放熱フィン１５１がタンク１の側面に放射状に形成されていたが、複数の放熱フィン１５１を有する放熱器１５をタンク１とは別体とし、その放熱器１５をタンク１に絶縁油が循環可能に連結する構成であってもよい。

また、上記実施の形態１では、各放熱フィン１５１を、絶縁油を浸入させるための凹部１５２を有する構成としたが、絶縁油を浸入させない中実若しくは中空の放熱フィンにしてもよい。各放熱フィン１５１を中実の放熱フィンにする場合は、タンク側面１３１に所定数の中実の放熱フィン１５１を所定の間隔Ｄ２で一列に配列した胴部１３の金型を用いて射出成形加工により、当該胴部１３を一体的に成形することができる。各放熱フィン１５１を中空の放熱フィンにする場合は、図１５に示したように、帯状のアルミニウム機材４００をプレス折曲成形加工により三角形状の折曲部４０１（中空の放熱フィンとなる部分）が波状に並んだ形に形成することによって作成することができる。

上記実施の形態１では、柱上設置型の変圧器を例に説明したが、本発明に係るタンク１は、地上設置型の変圧器、柱上設置型若しくは地上設置型の自動電圧調整器、柱上設置型若しくは地上設置型のリアクトルなどの他の種類の静止誘導機器にも適用することができる。

Ａ 変圧器（静止誘導機器）
１ 変圧器用のタンク
１１ 上蓋部
１２ 底板部
１３ 胴部
１３１ 胴部の外周面（タンク側面）
１４ 高圧ブッシング
１５ 放熱器
１５１ 放熱フィン
１５２ 凹部
１６ ロック部材
２ 金型
２１ 上金型
２１１ 基盤
２１２ 凸部
２２ 下金型
２２１ 基盤
２２２ 凹部
３ 基材
３１ 被加工材（アルミの板材）

Claims (12)

1. 放熱器を有する静止誘導機器用タンクにおいて、前記放熱器と当該放熱器が設けられるタンク側面とが所定の成形材料を用いた所定の一体成形加工により一体的に形成されていることを特徴とする静止誘導機器用タンク。
2. 前記放熱器は、前記タンク外周面に波状に突設された１または２以上の放熱フィンであり、
   各放熱フィンには、タンク内の空間に連通する凹部が形成されている、請求項１記載の静止誘導機器用タンク。
3. 前記所定の成形材料は、非鉄金属材料である、請求項２記載の静止誘導機器用タンク。
4. 前記非鉄金属材料は、アルミニウムである、請求項３記載の静止誘導機器用タンク。
5. 前記所定の一体成形加工は、プレス成形加工である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の静止誘導機器用タンク。
6. 前記所定の一体成形加工は、３次元プリンタを用いた成形加工である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の静止誘導機器用タンク。
7. タンク外周面に突設された放熱器を有する静止誘導機器用タンクの製造方法であって、非鉄金属材料に所定の一体成形加工を施して前記放熱器と当該放熱器が突設されるタンク側面とを一体的に形成することを特徴とする静止誘導機器用タンクの製造方法。
8. 前記非鉄金属材料は、アルミニウムである、請求項３記載の誘導機器用タンクの製造方法。
9. 前記所定の一体成形加工は、プレス成形加工である、請求項７または請求項８記載の誘導機器用タンクの製造方法。
10. 前記所定の一体成形加工は、３次元プリンタを用いた成形加工である、請求項７または請求項８記載の誘導機器用タンクの製造方法。
11. 前記請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の静止誘導機器用タンクを備えたことを特徴とする静止誘導機器。
12. 前記静止誘導機器は、変圧器である、請求項１１記載の静止誘導機器。

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