JP2022016274A - モールド変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの低減と軽量化を図るとともに冷却性能を向上させるようにしたモールド変圧器を提供する。
【解決手段】第１本体ケースと、第１本体ケースに接続される第２本体ケースと、第１本体ケースと第２本体ケースのそれぞれの接続面は、雄型と雌型で結合するように一方に凸部が形成され他方に凹部が形成され、第１及び第２本体ケースの接続面に沿って形成される接着剤と、第１及び第２本体ケースの内側にコイル支持ブロックを介して一定の間隔で設けられたコイル層と、第２本体ケースの下部に設けられ、コイル層を支持する一体型コイル支持台と、一体型コイル支持台と接続され設置面に定着される下側支持台と、下側支持台を貫通して一体型コイル支持台の下面に接続されて一体型コイル支持台の高さを調節する高さ調節部と、第１及び第２本体ケースの側面に構成されるタップ切換部とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モールド変圧器に関し、特に製造コストを節減し、軽量化を図り、空気の循環によって温度を低下させて冷却性能を向上させるようにしたモールド変圧器に関する。

現在、電気鉄道で使用されている単巻変圧器は、Ａ種絶縁材料を使った紙絶縁方式を用いるものであり、鉄道電力線に電力を供給する電力変換機器として鉄道事業において非常に重要な機器の一つとされている。

このような単巻変圧器は、負荷量が不規則的に変わり、状況によっては過負荷が頻繁に発生して過熱現象を引き起こし、それにより劣化が促進され、結果として絶縁破壊による焼損事故を誘発することが問題となっている。

また、現在製造されている単巻変圧器は、絶縁性や短絡防止特性が悪く、変圧器の寿命に重大な影響を及ぼしている。そのため、単巻変圧器の品質改善が急務となっている。

一方、油入変圧器が有する欠点である事故時の火事及び爆発の危険性を解消するためにモールド変圧器が提案されている。モールド変圧器は、絶縁性及び難燃性に優れたエポキシ樹脂で巻線をモールディング処理し、高圧巻線と低圧巻線を分離することにより、放熱面積が広く、変圧器の巻線内部でアークが発生しても発火を防止し、火災事が発生の際にも自己消火（ｓｅｌｆ－ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ）する特性を有している。

しかし、上記のような従来技術によるモールド変圧器は、全体的にサイズが大きくて製造が難しく、上側コイル支持ブロック、下側コイル支持ブロック及び下側支持台を構成要素としているため、重量が重く、冷却性能が悪いという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、本体を多段の分離型に構成するとともに、下側支持台と接続される一体型コイル支持台を設けることにより、上側コイル支持ブロックを省略して、製造コストの低減と軽量化を図るとともに冷却性能を向上させたモールド変圧器を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明に係るモールド変圧器は、第１本体ケースと、第１本体ケースに接続される第２本体ケースと、第１本体ケースと第２本体ケースのそれぞれの接続面に雄型と雌型で係合するように一方に凸部が形成され他方に凹部が形成され、第１本体ケース及び第２本体ケースの接続面に沿って形成される接着剤と、第１本体ケース及び第２本体ケースの内側にコイル支持ブロックを介して一定の間隔で設けられたコイル層と、第２本体ケースの下側部分に設けられ、コイル層を支持する一体型コイル支持台と、一体型コイル支持台と結合され設置面に定着される下側支持台と、下側支持台を貫通して一体型コイル支持台の下面に接続されて一体型コイル支持台の高さを調節する高さ調節部と、第１本体ケース及び第２本体ケースの側面に設けられるタップ切換部とを備えている。

下側支持台は一体型コイル支持台が定着されるように凹部を備え、第１本体ケースの接続面に凸部が形成され、第２本体ケースの接続面に凹部が形成され、当該凸部及び凹部はラウンド形状を有する。

高さ調節部はボルトとナットとを含み、一体型コイル支持台の高さを調節し、一体型コイル支持台は、下側支持台の凹部に定着されるように、所定の高さに突出し、一定の間隔で離隔する支持部を備え、支持部の下面中央部の面内には所定の深さで一方向に伸びるネジ溝が形成された締結孔が形成されている。

本発明の実施形態に係るモールド変圧器は次のような効果がある。

本体を多段の分離型とし、下側支持台と一体型コイル支持台を結合して構成することにより、上側コイル支持ブロックを除去して製造コストを低減するとともに軽量化を図ることができる。

上側コイル支持ブロックを省略することにより、全体的な鉄心の高さを低くして製造コスト及び軽量化を図ることができる。

上側コイル支持ブロックを省略することにより、その空間での空気の循環によって温度を下げて冷却性能を向上させることができる。

下側支持台と一体型コイル支持台との間に高さ調節部を設けることにより、水平状態にすることができる。

多段の分離型の構造にすることにより、変圧器を設置する際に異常が発生してコイルが損傷された場合でも、損傷されたコイルのみを交替すればよいので、修復にかかる費用を最小にすることができる。

本発明に係るモールド変圧器を模式的に示す図である。 図１の分離された本体ケースを示す図である。 図１の一体型コイル支持台をより具体的に示す図である。 図１のコイル層とコイル支持ブロックを示す図である。

以下では添付図面に基づいて本発明をより詳細に説明する。図面で、同じ構成要素はどの図でもなるべく同じ符号で示していることに留意すべきである。また、本発明の要旨を不必要にあいまいにすることができる公知の機能及び構成についての詳細な説明は省略する。

本発明で使用する用語は単に特定の実施形態を説明するために使用するものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に他に指示しない限り、複数の表現を含む。本出願で、“含む”又は“有する”などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組合せが存在することを指定しようとするものであり、一つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組合せなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものと理解すべきである。

図１は、本発明によるモールド変圧器を模式的に示す図であり、図２は、図１の分離された本体ケースを示す図であり、図３は図１の一体型コイル支持台をより具体的に示す図である。また、図４は、図１のコイル層とコイル支持ブロックを示す図である。

本発明によるモールド変圧器１００は、図１～図４に示すように、第１本体ケース１１０と、第１本体ケース１１０から分離された状態で第１本体ケース１１０と結合する第２本体ケース１２０と、第１本体ケース１１０及び第２本体ケース１２０のそれぞれの底面に雌雄型に結合するように凸部１１１又は凹部１２１が形成され、第１本体ケース１１０及び第２本体ケース１２０が接続される部位に沿って形成される接着剤１３０と、第１本体ケース及び第２本体ケースの内側にそれぞれ一定の間隔で設けられ、その間にコイル支持ブロック１４１が設けられる複数のコイル層１４０と、第２本体ケース１２０の下側部分に設けられてコイル層１４０を支持する一体型コイル支持台１５０と、一体型コイル支持台１５０と接続されて接地面に定着される下側支持台１６０と、下側支持台１６０を貫通して一体型コイル支持台１５０の下面に接続されて一体型コイル支持台の高さを調節する高さ調節部１７０と、第１本体ケース１１０及び第２本体ケース１２０の側面に設けられるタップ切換部１８０と、を備える。

ここで、第１本体ケース１１０に形成された凸部１１１は、第１本体ケース１１０の接続面の中心線に沿って所定高さに突出した構造を有し、第２本体ケース１２０に形成された凹部１２１は、第１本体ケース１１０の凸部１１１に対応するように第２本体ケース１２０の接続面の中心線に沿って所定深さに凹んだ構造を有する。

接着剤１３０は、第１本体ケース１１０及び第２本体ケース１２０が接続されたとき、接続された部分に沿って設けられ、第１本体ケース１１０及び第２本体ケース１２０の離脱を防止する。

接着剤１３０は接着物質を含む絶縁層を意味する。そして、絶縁性の接着剤は第１本体ケース１１０及び第２本体ケース１２０を接着することができるものであれば様々な接着剤を用いることができるので、その具体的な種類は限定されるものではない。例えば、絶縁性の接着剤は高温で使用可能な接着剤、すなわち熱硬化性樹脂系の耐熱性及び絶縁性に優れた接着剤であり、エポキシ接着剤又はセラミック接着剤を用いることができる。また、絶縁性の接着剤は種々の態様で鋼板に塗布することができる。例えば、グルーブロールを用いて絶縁接着剤層を積層して形成することができる。

ここで、コイル層１４０はシート型導体（Ｓｈｅｅｔ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の周囲に巻き付けられて形成されていてもよい。コイル層１４０の外周部分はプリプレグ絶縁シート（Ｐｒｅ－Ｐｒｅｇ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｓｈｅｅｔ）などを用いて絶縁性を有するようにすることができる。

一方、コイル層１４０は磁気回路を形成する鉄心に巻かれた、高圧コイルと低圧コイルとから電気回路が構成されている。

ここで、鉄心は、鉄心での渦流損を減少させるために、珪素鋼板を積層（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）して様々な形状に成形することができる。鉄心内の磁束が時間と共に変化すると、渦流損とヒステリシス損が発生する。鉄の珪素含有量とアニーリングはヒステリシス損を決定する重要な要因である。

一般的に珪素含有量が増加すると、透磁率及び電気抵抗が増加して品質の高い磁性体が形成されるが、４％を超えると脆くなり材料が折れやすくて加工工程が難しくなる。したがって、本発明の実施形態では、鉄心は加工すべき部分が少ないので４％程度の高珪素鋼板を用いる。

コイル層１４０は高圧巻線と低圧巻線の２つの部分に分けられており、導体はエポキシ樹脂と熱膨張係数がほぼ同じアルミニウムシート（ｓｈｅｅｔ）を用いている。高圧巻線及び低圧巻線は、それぞれエポキシ樹脂でモールディングして鉄心に同心円状に配置され、高圧巻線と低圧巻線との間には冷却ダクト（ｄｕｃｔ）を設けて巻線の放熱を効果的に行うようにしている。

下側支持台１６０は、一体型コイル支持台１５０が定着されるように、長手方向に凹部を備え、第２本体ケース１２０に形成される凹部１２１はラウンド形状を有する。ここで、第１本体ケース１１０に形成される凸部１１１もラウンド形状を有する。

下側支持台１６０は複数のコイル層１４０が設置される設置面、すなわちモールド変圧器１００が設置される場所の設置面に定着される部材であり、好ましくは２つ、すなわち一対から構成され、所定の間隔を置いて平行に配置することができる。ただし、このような下側支持台１６０は必ずしも２つから構成されるものに制限されず、これより多くの数、例えば３個又はそれ以上の数から構成されていてもよい。

一体型コイル支持台１５０は下側支持台１６０の上部に接続されて複数のコイル層１４０の下部を支えるように構成される。

一体型コイル支持台１５０は、下側支持台１６０の凹部に定着されるように、所定の高さに突出し、一定の間隔で離隔する支持部１５１が構成され、支持部１５１の下面中央部の面内には、所定の深さに亘って一方向にネジ溝が形成された締結孔１５２が形成されている。

一方、一体型コイル支持台１５０の締結孔１５２に対応するように、下側支持台１６０に貫通孔（図示せず）が形成されている。

高さ調節部１７０はボルト１７１とナット１７２とから構成され、一体型コイル支持台１５０の高さを調節する。

ここで、ボルト１７１は下側支持台１６０の貫通孔を下面から貫通して締結孔１５２に締結され、所定の深さに締結されると、ナット１７２を回転させて下側支持台１６０に固定される。ここで、ナット１７２は、下側支持台１６０を挟んで２個用いられ、ボルト１７１を固定するようにしてもよい。

一方、本発明によるモールド変圧器１００は３相モールド変圧器であり、鉄心の長手方向に３個のコイルが一列に配置される構造を有していてもよい。図示されるモールド変圧器１００は３相モールド変圧器であり、コアが３個からなるが、これに限定されず、図示されてはいなが、コイルは１個又は２個で構成されていてもよい。

タップ切換部１８０は１次電圧が印加される１次端子と２次電圧が印加される２次端子とをそれぞれ備え、１次端子は結線のための相間リードによって互いに連結され、コイル組立体の外面の適当な位置でタップ電圧が変更される。

すなわち、タップ切換部１８０は、２次巻線の負荷電圧が高い場合、または低い場合、１次巻線のタップ位置を調節して必要な負荷電圧を設定するための装置であり、電源が遮断された後に切り換えが行われる。

一方、本発明の実施形態は、図面に示していないが、モールド変圧器１００に温度監視装置を設けてモールド変圧器の内部の巻線温度を測定して異常温度を感知し、警報及び遮断する回路動作の機能を追加することもできる。また、モールド変圧器１００に遠隔監視機能を追加して、すなわち無線通信ができるようにして、外部の作業者や管理者がモールド変圧器の異常有無をチェックすることもできる。

以上のように、添付図面に基づいて本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は本発明の技術的思想や必須特徴を変更せずに他の具体的な形態に実施することができるというのが理解可能であろう。したがって、以上で記述した実施形態は全ての面で例示的なものであり、限定的なものではない。

１００ モールド変圧器
１１０ 第１本体ケース
１１１ 凸部
１２０ 第２本体ケース
１２１ 凹部
１３０ 接着剤
１４０ コイル層
１５０ 一体型コイル支持台
１５２ 締結孔
１６０ 下側支持台
１７０ 高さ調節部
１７１ ボルト
１７２ ナット
１８０ タップ切換部

Claims (5)

1. 第１本体ケースと、
   前記第１本体ケースに接続される第２本体ケースと、
   前記第１本体ケースと前記第２本体ケースのそれぞれの接続面に雄型と雌型で係合するように一方に凸部が形成され他方に凹部が形成され、前記第１本体ケース及び前記第２本体ケースの前記接続面に沿って形成される接着剤と、
   前記第１本体ケース及び前記第２本体ケースの内側にコイル支持ブロックを介して一定の間隔で設けられたコイル層と、
   前記第２本体ケースの下側部分に設けられ、前記コイル層を支持する一体型コイル支持台と、
   前記一体型コイル支持台と接続され設置面に定着される下側支持台と、
   前記下側支持台を貫通して前記一体型コイル支持台の下面に接続されて前記一体型コイル支持台の高さを調節する高さ調節部と、
   前記第１本体ケース及び前記第２本体ケースの側面に構成されるタップ切換部と、を備えることを特徴とする、モールド変圧器。
2. 前記下側支持台は前記一体型コイル支持台が定着されるように凹部を備えることを特徴とする、請求項１に記載のモールド変圧器。
3. 前記第１本体ケースの前記接続面に凸部が形成され、前記第２本体ケースの前記接続面に凹部が形成され、前記凸部及び前記凹部はラウンド形状を有することを特徴とする、請求項１に記載のモールド変圧器。
4. 前記高さ調節部はボルトとナットとを含み、前記一体型コイル支持台の高さを調節することを特徴とする、請求項１に記載のモールド変圧器。
5. 前記一体型コイル支持台は、前記下側支持台の凹部に定着されるように、所定の高さに突出し、一定の間隔で離隔する支持部を備え、前記支持部の下面中央部の面内には所定の深さで一方向に伸びるネジ溝が形成された締結孔が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のモールド変圧器。
   

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