JP2897719B2

JP2897719B2 - 誘導電磁機器用巻線構造

Info

Publication number: JP2897719B2
Application number: JP11185696A
Authority: JP
Inventors: 克夫松原; 和雄清滝; 修一野川; 浩二野口
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1999-05-31
Anticipated expiration: 2016-03-27
Also published as: JPH09266119A

Description

【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、リアクト
ルのような誘導電磁機器に使用する巻線構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】誘導電磁機器に使用される巻線構造とし
て、ディスク巻とされた巻線が使用されることがある。
普通はこの巻線の複数を、適当な間隔を置いて多段に積
み重ねることにより巻線構造とされる。図６はその従来
構成を示し、１はそれぞれディスク巻とされた巻線から
なるセクション、２は内側絶縁筒、３は外側絶縁筒で、
両絶縁筒２，３の間に巻線によるセクション１が多段に
積み重ねられて配置されている。４はコイル押さえ、５
はコイル受けである。

【０００３】巻線内には抵抗損などにより発熱を生じる
ので、これを冷却するために、絶縁ガス、絶縁油のよう
な絶縁性の冷却媒体を、両絶縁筒２，３の間で循環させ
るようにしている。この場合下方からブロアまたはポン
プなどで強制的に送り込むことがあるが、また自然対流
現象により循環することもある。すなわち巻線の熱によ
って温められ、密度が小さくなった冷却媒体が上向きに
浮力を受けることによって循環する。

【０００４】図６に示す構成では、セクション１の内周
縁と内側絶縁筒２との間に形成される縦流通路６と、セ
クション１の外周縁と外側絶縁筒３との間に形成される
縦流通路７とに、温められた冷却媒体が上昇していく。
この場合各縦流通路６，７には早い冷却媒体の流れを生
じるが、上下に隣合うセクション１同志の間の横流通路
８にはほとんど冷却媒体が流れない。

【０００５】一般にディスク巻とされた巻線では、縦流
通路６，７に面する表面積に比較して、横流通路８に面
する表面積が圧倒的に広いため、図６に示すような構成
によれば、セクション１の有効な放熱面積が狭いことに
より、全体的に巻線温度が上昇し、平均巻線温度が高く
なる欠点がある。

【０００６】これを解決するために、図７に示すような
構成が別途提案されている。この構成は両絶縁筒２，３
間のセクションを、複数毎に仕切ることによって、複数
のブロックを形成する。そして各ブロックの間に、円板
状の内側バリア９および外側バリア１０を配置する。内
側バリア９はその内周縁が内側絶縁筒２の外周に取り付
けられ、外周縁が外側絶縁筒３の内面に流通間隙１１を
介して相対するように設置される。また外側バリア１０
はその外周縁が外側絶縁筒３の内周に取り付けられ、内
周縁が内側絶縁筒２の外周に流通間隙１２を介して相対
するように設置される。

【０００７】内側バリア９および外側バリア１０は、絶
縁筒の軸心方向に沿って交互に取り付けられる。これに
より流通間隙１１，１２はセクション１の内周側と外周
側とに交互に存在することになる。したがって冷却媒体
は図中矢印で示すように、両絶縁筒２，３の間を千鳥状
に上昇しながら流れていく。この構成によれば、各ブロ
ック内において一方の縦流通路６と他方の縦流通路７と
の間を、横流通路８を通って冷却媒体が流れるようにな
るので、セクション１の有効な放熱面積が広くなり、し
たがって巻線平均温度の上昇を抑制することができる。

【０００８】しかしこの構成によれば、上下に隣合うバ
リア９，１０間のブロック内において、その上側にある
セクション間の横流通路８における冷却媒体の流速は比
較的早いが、これに対し下側にあるセクション間の横流
通路８における冷却媒体の流速は遅くなり、そのためブ
ロック内における下側のセクションの温度は、上側のセ
クションの温度より高くなる。

【０００９】また冷却媒体はバリア９，１０によって巻
線内を千鳥状に流れる構成とされているので、冷却媒体
の流れの抵抗となる圧力損失係数は、図６に示す構成に
比較して大きい。そのため巻線内における冷却媒体の総
流量は少なくなる。更に巻線内を流れる冷却媒体の温度
は、上方に行くほど、巻線での発生熱量が冷却媒体に伝
達されるため高くなる。冷却媒体の上下方向に沿う温度
差は、冷却媒体の流量にほぼ比例するので、図６に示す
ものよりも上方における温度は高くなる。したがって巻
線内の最高点温度は、図７に示すものでは最上部にある
ブロック内の下側セクションの温度となり、図６に示す
ものよりもかなり高くなる欠点がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、誘導電磁機
器における巻線の全体的な冷却効率を向上させるととも
に、平均温度および最高点温度の低減を図ることを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、内側絶縁筒と
外側絶縁筒との間に、ディスク巻とされた巻線からなる
セクションの複数を、冷却媒体の横流通路となる間隙を
置いて多段に重ね、各セクションの内側と内側絶縁筒と
の間、および各セクションの外側と外側絶縁筒との間を
冷却媒体の上下方向に沿う縦流通路とするとともに、多
段に重ねられてあるセクションのうちの、下段側に重ね
られてあるセクションを複数のブロックに区分けし、各
ブロックの間に上下方向に沿って内側バリアと外側バリ
アとを交互に配置し、内側バリアの外周と外側絶縁筒と
の間、および外側バリアの内周と内側絶縁筒との間に、
冷却媒体の縦流通路に連通する冷却媒体の流通間隙を形
成したことを特徴とする。

【００１２】また本発明は、多段に重ねられてあるセク
ションのうちの、上段側に重ねられてあるセクションの
外側または内側の一方に、冷却媒体の縦流通路を横切っ
て横流通路に外部から冷却媒体を流す流通手段を備えて
なることを特徴とする。

【００１３】本発明によれば、多段に重ねられているセ
クションのうち、下段側に重ねられてあるセクションの
間にのみ、内側および外側バリアを設け、上段側に重ね
られてあるセクションの間には、何れのバリアをも設け
ない。したがって下段のセクションについては、図７に
示すものと同様の冷却効果を期待することができる。す
なわち各バリアによって冷却媒体を、セクションの放熱
面積が相対的に広い上下面に誘導することができるの
で、冷却効率を高めることができ、したがって下段のセ
クションは有効に冷却される。

【００１４】下段のセクションについては、バリアの存
在により冷却媒体は上方に向かって千鳥状に流れてくる
が、この冷却媒体が下段のバリアのうちの最上段のバリ
アに到達すると、そのあとは一方の縦流通路に向かって
噴出する。この噴出した冷却媒体の流れが主流を形成
し、そのまま縦流通路内を上方に向かって流れていく。

【００１５】この主流の流れにより横流通路の冷却媒体
には吸引力が作用し、その冷却媒体は横流通路内を主流
に向かって、すなわち主流が流れている縦流通路に向か
って流れる。主流が流れていない他方の縦流通路内の冷
却媒体は、巻線の熱によって温められておらず低温であ
るので、この低温の冷却媒体がセクション間の横流通路
に向かって吸引により流れる。これによりセクションは
有効に冷却されるようになる。またバリアが存在してい
ないので、セクション間の冷却媒体の流速の不均一化も
解消される。

【００１６】また上段側に重ねられてあるセクションの
外側または内側の一方から、外部より冷却媒体の縦流通
路を横切って横流通路に冷却媒体を流すようにした場
合、その外部からくる冷却媒体は巻線に触れていないこ
とにより低温であるため、この冷却媒体による冷却効率
は極めて高い。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図によって
説明する。なお図６、図７と同一の符号を付した部分
は、同一または対応する部分を示す。図１に示す構成
は、積み重ねられている複数のセクション１を上段およ
び下段に分かち、その下段に属するセクション１につい
ては、図７と同様に複数のブロックに区分けし、各ブロ
ックの間に内側バリア９および外側バリア１０を交互に
設置する。しかし上段に属するセクションについては、
図６と同様にいずれのバリアをも設けない。

【００１８】この構成によれば、下方から流入した冷却
媒体は、その当初では各バリア９，１０によって千鳥状
に流れながら上昇していく。そのあと最上段の外側バリ
ア１０と内側絶縁筒２との間の流通間隙１２から、縦流
通路６に流れ込み、これがそのまま主流となって上昇し
ていく。この主流による流れによって横流通路８の冷却
媒体に吸引作用が生じる。

【００１９】この際横流通路８より縦流通路６に流れ込
む冷却媒体は、縦流通路７にある冷却媒体である。とこ
ろが縦流通路７はその下部が最上段の外側バリア１０に
よって封鎖されているため、これより下方にある冷却媒
体は縦流通路７に流れ込むことはできず、したがって外
側絶縁筒３の外部にある冷却媒体が、縦流通路７にその
上端開口部から流入することになる。

【００２０】このようにして流入してくる冷却媒体が横
流通路８を流れるのであるが、この冷却媒体は絶縁筒
２，３間にある冷却媒体よりも低温であるため、したが
って上段に属する各セクション１は十分に冷却されるよ
うになり、したがって巻線の上部温度上昇はこれをもっ
て確実に抑制されるようになる。なお図１の構成では最
上段のバリアは外側バリア１０であるが、これが内側バ
リア９であってもよい。このときは主流は縦流通路７を
流れるようになる。

【００２１】図１に示す構成では、外部の冷却媒体は絶
縁筒の上端から縦流通路に流入するようになっている
が、このような外部からの冷却媒体の流入による冷却効
率を高めるためには、図２に示すように外側絶縁筒３の
うち、上段に属するセクションの外側に向かい合う複数
の箇所に、孔１３を設ける。これによれば外部の冷却媒
体はこの孔１３より縦流通路７を横切って横流通路８に
流入するようになる。なお最上段のバリアが内側バリア
９の場合は、外側絶縁筒３に代えて内側絶縁筒２の孔を
設けるようにしてもよい。

【００２２】図２に示す構成に更に改良を加えたものを
図３に示す。ここに示す構成は上段に属するセクション
の外側に向かい合う外側絶縁筒３を除去してある。これ
によれば外側にある低温の冷却媒体は直接縦流通路７を
横切って横流通路８に流入するので、冷却効果は増大す
るし、またこのときの冷却媒体の圧力損失は、図１、図
２に示す構成に比較して小さいことにより、横流通路８
内における冷却媒体の流速は増大し、冷却効果は更に大
きくなる。

【００２３】なお実験結果によれば、巻線全体の高さに
対する下段の高さの割合は、３０％〜８０％の範囲が好
ましく、この範囲において冷却効果の改善が確認され
た。また最も効果的な範囲は４０％〜７０％であった。

【００２４】図１の構成において、下段に属するセクシ
ョン１について複数のブロックに区分けした場合、その
各ブロックの各上側にあるセクションについては、縦流
通路７を上昇してきて冷却媒体が内側または外側バリア
により堰き止められて横流通路８に流れ込むようにな
る。したがって各ブロックの上側にあるセクションは十
分に冷却される。

【００２５】そのために各内側バリア、外側バリアを、
図１に示すようにセクションから離してその上下に横流
通路８を形成する必要なく、図４に示すように、各内側
バリア９、外側バリア１０を、各ブロックの各上側にあ
るセクションの上面に直接接するように取り付けるよう
にしてもよい。このようにすれば、そのセクションの下
面側のみに横流通路８が形成されるようになり、上側に
横流通路８を形成する必要はなくなる。したがってそれ
だけ巻線構造が小型化される。

【００２６】またこのように内側バリア９、外側バリア
１０を構成した場合、その各バリア９、１０をセクショ
ンの表面全体に接することなく、図４に示すように内側
バリア９の外周をセクション１の内周側のみに、また外
側バリア１０の内周をセクション１の外周側のみに接す
るように取り付けるようにしてもよい。このようにする
と各セクションの上面は冷却媒体に直接触れるようにな
るので、上側に横流通路８を省略したことによる冷却能
力の減退を十分に補うことができるようになる。

【００２７】次に図３に示す構成により製作した巻線構
造（セクションの数を４２としたもの）の温度上昇に関
する実験結果を、図５によって説明する。図５は横軸に
温度を、縦軸にセクションのナンバーを示す。ここでは
最下段のクションをＮｏ１とし、最上段のセクションを
Ｎｏ４２としてある。なお各セクションの巻数は２１タ
ーンで、バリアは６セクションごとに設置した。図中の
矢印Ｐ１〜Ｐ３はバリアを設置した位置を示す。また通
電した電流の電流密度は１平方ｍｍ当たり２．５Ａであ
った。

【００２８】比較のために図６、図７に示す構成のもの
についても、その実験結果を示している。曲線Ａは図６
に示す構成のものであり、曲線Ｂは図７に示す構成のも
のである。曲線Ａから図６に示す構成のものは平均温度
が高いことが、また曲線Ｂから図７の構成のものは平均
温度は低いとしても、最高点温度が高いことが理解され
る。曲線Ｃは図３に示す構成のものであり、二点鎖線で
示す曲線Ｄは、図１に示す構成のものである（下段側の
特性は曲線Ｃと同じである。）。これによれば平均温度
ならびに最高点温度は、ともに図６、図７に示す構成の
ものよりも低くなっていることが判明する。

【００２９】前記した実験結果に基づく測定値から巻線
の平均温度上昇および最高点温度上昇を求めた結果を表
１に示す。この表１から、本発明によれば、従来構成に
比較して平均温度および最高点温度が、ともに低くなる
ことが理解できる。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、誘
導電磁機器における巻線の全体的な冷却効率を向上さ
せ、平均温度および最高点温度の低減を図ることができ
る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す断面図である。

【図２】本発明の別の実施形態を示す断面図である。

【図３】本発明の更に別の実施形態を示す断面図であ
る。

【図４】本発明の更に別の実施形態を示す断面図であ
る。

【図５】本発明による巻線の実験結果を示す特性図であ
る。

【図６】従来例を示す正面図である。

【図７】別の従来例を示す正面図である。

【符号の説明】

１セクション２内側絶縁筒３外側絶縁筒６縦流通路７縦流通路８横流通路９内側バリア１０外側バリア１１流通間隙１２流通間隙１３孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野口浩二京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内 (56)参考文献特開平６−275443（ＪＰ，Ａ) 特開平５−275246（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−64912（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01F 27/28 H01F 27/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内側絶縁筒と外側絶縁筒との間に、ディ
スク巻とされた巻線からなるセクションの複数を、冷却
媒体の横流通路となる間隙を置いて多段に重ね、前記各
セクションの内側と前記内側絶縁筒との間、および前記
各セクションの外側と前記外側絶縁筒との間を冷却媒体
の上下方向に沿う縦流通路とするとともに、前記セクシ
ョンのうちの、下段側に重ねられてあるセクションを複
数のブロックに区分けし、前記各ブロックの間に上下方
向に沿って内側バリアと外側バリアとを交互に配置し、
前記内側バリアの外周と前記外側絶縁筒との間、および
前記外側バリアの内周と前記内側絶縁筒との間に、前記
縦流通路に連通する冷却媒体の流通間隙を形成してなる
誘導電磁機器用巻線構造。
【請求項２】多段に重ねられてある前記セクションの
うちの、上段側に重ねられてあるセクションの外側また
は内側の一方に、前記冷却媒体の縦流通路を横切って前
記横流通路に外部から前記冷却媒体を流す流通手段を備
えてなる請求項１に記載の誘導電磁機器用巻線構造。
【請求項３】下段側に重ねられてあるセクションの各
ブロックの間の内側バリア及び外側バリアを、各ブロッ
クの最上段のセクションの上面に取り付けてなる請求項
１に記載の誘導電磁機器用巻線構造。
【請求項４】内側バリアの外周をセクションの内周側
のみに、また外側バリアの内周をセクションの外周側の
みに接するように取り付けてなる請求項３に記載の誘導
電磁機器用巻線構造。