JP3103776B2 - 水冷変圧器 - Google Patents

水冷変圧器

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JP3103776B2 JP08274086A JP27408696A JP3103776B2 JP 3103776 B2 JP3103776 B2 JP 3103776B2 JP 08274086 A JP08274086 A JP 08274086A JP 27408696 A JP27408696 A JP 27408696A JP 3103776 B2 JP3103776 B2 JP 3103776B2
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正男 加藤岡
尚 西尾
修二 横山
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は冷却効率が高く、小
型化される水冷変圧器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、溶接機、充電器、無停電電源装
置、モータコントロール装置、シリコン引き上げ用電源
装置、めっき用電源装置等において、小型・軽量化を図
るために、その電源部にインバータ回路を採用するもの
が多くなっている。このインバータ回路を用いた電源部
の回路図の一例を図3に示す。
【0003】同図において、1は交流電源を入力する入
力端子で、この入力端子に入力された交流電源、例えば
50又は60Hzの商用交流電圧がダイオードからなる
ブリッジ整流回路2によって整流され、更にコンデンサ
3により平滑されて直流電圧に変換された後、インバー
タ回路4に入力される。
【0004】インバータ回路4は、スイッチング素子4
a、4bの直列回路と、スイッチング素子4c、4dの
直列回路と、各スイッチング素子4a,4b,4c,4
dに逆並列接続されたフリーホイリングダイオード4
e,4f,4g、4hとによって構成されており、入力
された上記直流電圧を例えば20ないし50kHzの高
周波電圧に変更する。なお、上記スイッチング素子4
a,4b,4c,4dは、例えばIGBT,MOSFE
T,バイポーラトランジスタ等により形成されており、
これらスイッチング動作は図示しない制御回路により制
御される。
【0005】上記インバータ4の出力は、高周波変圧器
5によって絶縁されるとともに、負荷に必要な電圧レベ
ルまで変圧される。そして、出力ダイオード6a,6
b,6c,6d,6e,6fからなる出力整流回路6に
よって整流され、更にリアクトル7によって平滑され、
すなわち再度直流電圧に変換されて、負荷8に供給され
る。
【0006】ところで、負荷8の容量が大きいとき、変
圧器5の冷却に強制風冷又は水冷を採用していた。すな
わち、変圧器5を強制風冷する場合、比較的小型の電源
装置に適するが、さらに負荷8の容量が大きい場合、変
圧器5は水冷される。しかし水冷の場合、巻線に純水を
流すとき巻線が大きくなり、さらに水冷系統が大きくな
るという問題がある。
【0007】そこで、出願人は図4ないし図6で示すよ
うな内部に冷却水が流れる中空を有する水冷導体と、こ
の水冷導体に接続され、主に冷却される巻線と、この主
に冷却される巻線に接続されて、従属して冷却される巻
線とを有する水冷変圧器を提案した。
【0008】すなわち、図4は変圧器5の構造図で、熱
伝導性の良い例えば銅製の板状の導体の1次巻線11な
いし22と、熱伝導性の良い例えば銅製の板状の導体の
2次巻線31ないし42が設けられている。図中・印
は、巻線の巻始めを示しており、1次巻線11,13,
15,17,19,21の巻き終わりは、それぞれ1次
巻線12,14,16,18,20,22の巻き始め
と、また、2次巻線31,33,35,37,39,4
1の巻き終わりは、それぞれ2次巻線32,34,3
6,38,40,42の巻き始めと、熱伝導性の良い材
料、例えば銅のようなバーによつて接続されている。
【0009】51,52,53は内部に純水等の冷却水
が流れる中空を有する1次側水冷導体で、水冷導体51
には1次巻線12の巻き終わりと、1次巻線13の巻き
始めが、また、水冷導体52には、1次巻線16の巻き
終わりと、1次巻線17の巻き始めが、さらに、水冷導
体53には1次巻線20の巻き終わりと1次巻線21の
巻き初めが直接又は熱伝導性の良い例えば銅製のバーに
より接続される。また、1次巻線14及び18の巻き終
わりは、それぞれ1次巻線15及び19の巻き始めが、
直接又は熱伝導性の良い例えば銅製のバーにより接続さ
れている。54ないし57は外部との冷却用の水系及び
水冷導体51,52,53間を接続し、電気的に絶縁さ
れた配管である。23ないし28は、それぞれ1次巻線
11と12,13と14,15と16,17と18,1
9と20,21と22の間の絶縁用に設けられた、例え
ばノーメックス等の絶縁材である。
【0010】61は内部に純水等の冷却水が流れる中空
を有する2次側水冷導体で、この水冷導体61には2次
巻線32,36,40の巻き終わりと、2次巻線33,
37,41の巻き始めが直接又は熱伝導性の良い例えば
銅製のバーにより接続されている。62,63は外部の
冷却水系と接続する配管である。なお、2次巻線31の
巻き始め、2次巻線34の巻き終わり、2次巻線35の
巻き始め、2次巻線38の巻き終わり、2次巻線39の
巻き始め、2次巻線42の巻き終わりのそれぞれと共通
バーとの間にはそれぞれ出力ダイオード6a,6b,6
c,6d,6e,6fが接続されている。なお、43な
いし48はそれぞれ2次巻線31と32、33と34、
35と36、37と38、39と40、41と42の間
の絶縁用に設けられた例えばノーメックス等の絶縁材で
ある。
【0011】次にこの変圧器を主に冷却される巻線と、
従属して冷却される巻線の一対について図5と図6によ
り説明する。図6(a)には主に冷却される巻線110
を示しており、この主に冷却される巻線は、熱伝導性の
良い例えば銅製の導体で、1ターンを形成している。1
10a、110bはこの導体を固定するための支持棒が
挿入される穴であり、110cは水冷導体に接続するた
めの穴を有する取付部である。
【0012】図6(b)は従属して冷却される巻線11
2を示しており、この従属して冷却される巻線は、熱伝
導性の良い例えば銅製の導体で、1ターンを形成してい
る。112a、112bは112の導体を固定するため
の支持棒が挿入される穴であり、112cは他の導体又
はダイオードなど他の電気部品を接続するための取付穴
である。この従属して冷却される巻線の取付穴の部分を
折り曲げ加工することにより、水冷導体に接続するため
の穴を有する取付部をもった主に冷却される巻線に変更
できるようにすれば、1つの金型で主に冷却される巻線
と従属して冷却される巻線を形成させることができる。
【0013】図6(c)は、主に冷却される巻線110
と従属して冷却される巻線112とを接続するための接
続バー111で、巻線110,112と同じサイズで熱
伝導性の良い例えば銅製の導体である。接続バー111
の両端部111a,111bは図6(d)に示すように
それぞれ逆方向に導体110,112の厚み分外側に折
り曲げられている。111cは固定するための支持棒が
挿入される穴である。そして、バー111の一方の端部
111aは、主に冷却される巻線110の他端110d
と溶接又は半田付けにより接続され、バー111の他方
の端部111bは従属して冷却される巻線112の他端
112dと図5の117の部分で示すように、溶接又は
半田付けにより接続されている。なお、図5中115,
116は、絶縁材であり、121は水冷変圧器のコアー
で、122は主に冷却される巻線110が接続される水
冷導体である。
【0014】この水冷変圧器では、主に冷却される巻線
110が水冷導体122に接続され、水冷導体110と
接続する巻線の取付部110cから冷却され、主に冷却
される巻線全体が冷却される。さらに、従属して冷却さ
れる巻線112は、バー111を介して主に冷却される
巻線に熱的に接続されており、従属して冷却される巻線
112から発生する熱は、主に冷却される巻線を介して
水冷導体122から放熱されて、従属して冷却される巻
線112は冷却される。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかし、水冷導体12
2側は、主に冷却される巻線110と接続バー111と
従属して冷却される巻線112の3枚が重ね合わされ、
また、水冷導体122に対向する側には主に冷却される
巻線110と従属して冷却される巻線の2枚が重ね合わ
されるために、主に冷却される巻線110が水冷導体1
22に接続されたときに、水冷導体122に対向する側
の主に冷却される巻線110と従属して冷却される巻線
112との間の先端が特に狭くなっていた。そして、狭
くなると一方の先端のエッジが絶縁材を突き破り、主に
冷却される巻線110と従属して冷却される巻線112
の層間で短絡することがある。このため絶縁材を厚くす
る必要があった。
【0016】本発明は、隣合う巻線の絶縁を確実に行う
とともに、冷却効率を高める水冷変圧器を提供する。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の水冷変圧器は、
内部に冷却水が流れる中空を有する第1の水冷導体と、
上記水冷導体に接続され主に冷却される巻線と、上記主
に冷却される巻線を介して従属して冷却される巻線と、
上記両巻線との間を電気的に接続する熱伝導性の良い接
続バーと、上記接続バーに対向して上記主に冷却される
巻線と上記従属して冷却される巻線との間に絶縁材を介
して、上記接続バーと同じ厚みを有する熱伝導性の良い
スペーサと、上記スペーサが接続され、内部に冷却水が
流れる中空を有する第2の水冷導体とが設けたものであ
る。
【0018】すなわち、変圧器を構成する巻線のうち、
主に冷却される巻線が第1の水冷導体に接続され、第1
の水冷導体と接続する巻線の部分から冷却され、さらに
主に冷却される巻線の熱は絶縁材を介してスペーサに伝
わり、スペーサが第2の水冷導体に接続された部分から
冷却され、主に冷却される巻線全体が冷却される。ま
た、従属して冷却される巻線は接続バーを介して主に冷
却される巻線に接続されている。さらに、従属して冷却
される巻線の熱は絶縁材を介してスペーサに伝わり、ス
ペーサの熱は第2の水冷導体から放熱されて、従属して
冷却される巻線全体が冷却される。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明に係わる水冷変圧器の一実
施例の形態について、図1及び図2を参照して説明す
る。従来の図6及び図7に示す水冷変圧器と異なる点
は、接続バー111と同じ厚みを有し、熱伝導性の良い
例えば銅製のスペーサ113を接続バーと対向する位置
に設置し、このスペーサ113を水冷導体で冷却するも
のである。すなわち、スペーサ113は中央部及び先端
の幅は主に冷却する巻線110及び従属して冷却する巻
線112の中央部及び先端の幅と同じである。このスヘ
ーサ113は、中央部が外側に伸び、その先端が水冷導
体を接続するための穴を有する取付部113aを形成し
ている。また、主に冷却される巻線110の穴110a
及び従属して冷却される巻線112の穴112aに係合
できる支持棒を挿入される穴113bが形成されてい
る。
【0020】上記スペーサ113は、ノーメックスのよ
うな絶縁材で薄い絶縁材又は、熱伝導性の良い絶縁材1
15,116を介して主に冷却される巻線110と従属
して冷却される巻線112とにより挟持され、取付部1
13bは水冷導体123に接続される。
【0021】今、インバータ4が動作し、インバータの
出力が変圧器5、出力整流回路6、リアクトル7を介し
て負荷8に電流が流れると、変圧器5は発熱する。この
とき、変圧器5の主に冷却される巻線110は、水冷導
体122により冷却されるとともに、絶縁材116、ス
ペーサ113を介して水冷導体123に流れる冷却水に
より冷却される。
【0022】また、変圧器5の従属して冷却される巻線
112の熱は、接続バー111を介して主に冷却される
巻線110、水冷導体122に伝わり、水冷導体112
に流れる冷却水によって放熱されるとともに、絶縁材1
15、スペーサ113を介して水冷導体123に伝わ
り、水冷導体123に流れる冷却水によって放熱され
る。
【0023】この水冷変圧器は、スペーサによって主に
冷却される巻線110と従属して冷却される巻線112
とは平行しており、巻線の先端のエッジによって絶縁材
を破損させることもなく、両巻線の層間短絡もなくな
る。
【0024】上記実施例では、スペーサ113が接続さ
れる水冷導体123を主に冷却される巻線が接続される
水冷導体123と区別されていたが、同一の水冷導体で
あってもよい。
【0025】
【発明の効果】変圧器を構成する巻線のうち、主に冷却
される巻線は接続される第1の水冷導体から冷却され、
熱伝導性の良い主に冷却される巻線全体が冷却される。
また、従属して冷却巻線は、接続バー及び主に冷却され
る巻線を介して第1の水冷導体から冷却される。さら
に、主に冷却される巻線と従属して冷却される巻線は、
両巻線の間に設けられた熱伝導性の良いスペーサを介し
て第2の水冷導体から冷却され、両巻線が効率よく冷却
される。これにより、水冷変圧器を小型化することがで
きる。また、スペーサとスペーサの両側に設けられた絶
縁により、両巻線の絶縁を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水冷変圧器の一実施の形態の構造図で
ある。
【図2】図1の構成部品図である。
【図3】本発明の水冷変圧器が使用される電源装置の概
略接続図である。
【図4】図3の概略配置図である。
【図5】従来の水冷変圧器の構造図である。
【図6】図5の構成部品図である。
【符号の説明】
5 水冷変圧器 110 主に冷却される巻線 111 接続バー 112 従属して冷却される巻線 113 スペーサ 115,116 絶縁材 122,123 水冷導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦野 一郎 大阪府大阪市東淀川区淡路2丁目14番3 号 株式会社三社電機製作所内 審査官 植松 伸二 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01F 27/16 H01F 27/28 H01F 30/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に冷却水が流れる中空を有する第1
    の水冷導体と、上記水冷導体に接続され主に冷却される
    巻線と、上記主に冷却される巻線を介して従属して冷却
    される巻線と、上記両巻線との間を電気的に接続する熱
    伝導性の良い接続バーと、上記接続バーに対向して上記
    主に冷却される巻線と上記従属して冷却される巻線との
    間に絶縁材を介して上記接続バーと同じ厚みを有する熱
    伝導性の良いスペーサと、上記スペーサが接続され内部
    に冷却水が流れる中空を有する第2の水冷導体とが設け
    られた水冷変圧器。
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