JP4882853B2

JP4882853B2 - 風冷式トランス盤

Info

Publication number: JP4882853B2
Application number: JP2007118170A
Authority: JP
Inventors: 秀明志津
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: JP2008277482A

Description

この発明は、高圧インバータ装置等において用いられる風冷式トランス盤に関するものである。

例えば、高圧インバータ装置においては、トランス盤が設けられており、このトランス盤の価格、寸法に占める割合は非常に高い。又、高圧インバータ装置の市場は既製設備での交換が多く、小形な装置がセールスポイントになっている。出願人は先にも高圧インバータ装置で入力側に設けられた風冷式トランス盤を提案し（特許文献１）たが、この先の提案は風冷化のためのコストがかかった。

トランス盤は、一般に、一次巻線、二次巻線、鉄芯等の発熱部がある。鉄芯には積み重ね方向に間隔を設けて冷却効果の向上を図ったものがあるが、風冷式としてもその効果は少ない。又、一次巻線は内層側になるため、風を通す工夫をしないと風冷の効果が現れない。又、二次巻線は表層側にあるため、一定の風速があれば、冷却効果があることが分かる。このため、トランス盤の構造としては、トランス盤の下部から小形の軸流ファンで風を吹き当てる構造やトランス盤の高さ方向の一箇所で断面を塞ぎ、即ち通気部を絞って風速を上げる構造等が知られている。トランス盤の巻線の温度上昇は巻線上端よりも少し下の部分が最も高くなることは、定説となっている。従って、上記したトランス盤の高さ方向の一箇所とは、この巻線上端より少し下の部分のことをいう。

又、高圧インバータ装置のトランス盤の二次側は多相となるため、コイルが多数となる。即ち、乾式トランスの場合は、一次巻線の外側に二次巻線が何層かのコイルとして重ね積み上げられて製作される。なお、モールド型トランスの場合は、一次、二次巻線ともそれぞれ一つのモールドに仕上げられることが多いが、製作限度で分割されて複数のモールドとなることもある。しかし、乾式トランスのように多数のコイルにモールドを分割製作することは少ない。コストが高くなるからである。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１の他に特許文献２がある。
特開２００６−１６６６４３号公報特開２００４−３５６１３０号公報

上記したように、従来のトランス盤においては、冷却効果を上げるために、下部に小形の軸流ファンを多数設けて冷却風を吹き上げたり、あるいはクロスフローファンで吹き上げたりしていたが、このような場合の問題点として、（１）これらの軸流ファンやクロスフローファンはトランス盤本体の下部の周囲に設けられており、保守を前面保守に限定することができない。（２）これらのファンは多数のファンを設ける必要があり、部品数が増えることにより信頼性やメンテナンス性に問題が生じる。（３）これらのファンは小形のファンであるので、収納するトランス盤が開放形の場合には問題がないが、防塵のような対策を施したトランス盤の場合には、トランス盤の廃熱を盤外に放出するために、別のファンを設ける必要があった。（４）トランス盤の下部への風の吹き当てであり、トランス盤の真下からの風ではないので、風を一次巻線と二次巻線間に導くことができず、風冷効果が悪かった。

ところで、上記したトランス盤の高さ方向の一箇所で断面を塞ぎ、通気部を絞って風速を上げる構造について、図４により改めて説明すると、１はトランス盤本体、２はトランス盤本体１のある高さ方向の一箇所でトランス盤本体１の断面を塞ぐ塞ぎ板であり、トランス盤１の内部にはトランス３が収納され、塞ぎ板２はトランス３とある程度の間隔を持って設けられている。図４は二次巻線が多相の場合であるが、モールド型トランス等の場合には二次巻線も一つのコイルとなり、塞ぎ板２とトランス３との間隔が少ないと、表層側の二次巻線の表面側に風が流れないことになる。又、塞ぎ板２とトランス３との間隔が少ないと、この間を通る風の抵抗が大きくなり、風量が下がり、トランス盤本体１内の温度上昇が大きくなり、トランス盤本体１の天井部上に設けられたファン４を大きくする必要がある。一方、塞ぎ板２とトランス３との間隔を大きくすると、内層側の一次巻線に風を通すことができない。このように、塞ぎ板２とトランス３との間隔の調整が困難であった。なお、トランス盤本体１の下部には吸気口１ａが設けられ、トランス盤１の天井部には排気口１ｂが設けられる。吸気口１ａには通気フィルタ５が設けられる。冷却風の流れは、矢印に示すように、ファン４の駆動により吸気口１ａから吸気され、トランス３の周囲を通り、塞ぎ板２とトランス３との間を通り、排気口１ｂから排出される。

又、多相のトランス３の場合には、通常温度が最も上がるコイルは上端より２段目が多いので、この２段目付近に塞ぎ板２を設けることにより、通気部を絞って風速を上げ、温度上昇を抑えることはできるが、風は均等に各コイルに当たらないため、各コイルを均等に冷却することができなかった。また、トランス３の大きさに対してトランス３を収納するトランス盤本体１の大きさが大きいと、トランス盤本体１とトランス３との間隔が大きくなり、塞ぎ板２で絞った部分は風速が上がるが、その他の部分ではトランス３の表面の風速が下がり、全体として冷却効果が得られない。なお、トランス盤本体１の奥行寸法は、列盤となるインバータ盤等の寸法により決まる。

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、冷却効果を向上し、小形安価とすることができる風冷式トランス盤を得ることを目的とする。

この発明の請求項１に係る風冷式トランス盤は、鉄芯部とコイル部からなるトランスを収納するとともに、前面に上下二段の吸気口が設けられ、かつ天井部に排気口が設けられたトランス盤本体と、トランス盤本体の天井部に設けられたファンと、トランス盤本体の上段の吸気口の内側に設けられ、上段の吸気口からの風をトランスの前面に吹き当てるように下部に開口部が設けられた上段の風ガイドと、トランス盤本体の下段の吸気口の内側に設けられ、下段の吸気口からの風をトランスの下部に押し込むように下部に開口部が設けられた下段の風ガイドと、トランスのコイル部の外周側の下端部とトランス盤本体及び下段の風ガイドとの間を塞ぐように設けられた塞ぎ板とを備えたものである。

請求項２に係る風冷式トランス盤は、上段の風ガイドの下部に、該下部とトランスの前面上部との間の隙間を狭めて、風をトランスに近づけて流す上塞ぎ板を設けたものである。

請求項３に係る風冷式トランス盤は、トランス盤本体内のトランスの背面側とトランス盤本体との間に、トランスの背面側に風の吸い込み開口部を有するとともに、吸い込んだ風を排気口へ導く背面ダクトを設け、背面ダクトの上部には風を排気口へ導く上部開口部を設け、かつ塞ぎ板と背面ダクトとの間を塞いだものである。

請求項４に係る風冷式トランス盤は、トランス盤本体の背面側内面に、前記トランスとの間の隙間を狭める邪魔板を設けた。

以上のようにこの発明の請求項１によれば、上段の吸気口から吸入された風は主にトランスの二次コイルの表面を冷却し、下段の吸気口から吸入された風は主にトランスの一次コイルを冷却し、全体としてトランスを効率良く冷却する。このため、トランスを小形安価にすることができ、トランス盤本体も小形安価にすることができ、輸送時にトランスを別送する必要がなくなった。

又、請求項２によれば、上段の風ガイドの下部とトランスの前面上部との間を上塞ぎ板により塞いだので、上段の風ガイドからの風をトランスに効率的に当てることができる。

請求項３によれば、トランス盤本体内のトランスの背面側とトランス盤本体との間に、トランスの背面側に風の吸い込み開口部を有する背面ダクトを設け、吸い込み開口部から吸い込んだトランスの背面側の風を排気口から排出することにより、トランスの背面側も充分に冷却することができる。

請求項４によれば、トランス盤本体の背面側内面にトランス３との隙間が狭くなるように邪魔板を設けており、トランスの背面側に沿って風が流れるようになり、トランスの冷却効果を高めることができる。

実施最良形態１
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図１（ａ），（ｂ）はこの発明の実施最良形態１による風冷式トランス盤の縦断側面図及びそのＡ−Ａ線横断平面図を示し、トランス３はトランス盤本体６内に収納され、トランス３は鉄芯部３ａとコイル部３ｂとから構成される。トランス盤本体６の前面には少なくとも上下二段の二つずつの吸気口６ａ，６ｂが設けられ、吸気口６ａ，６ｂには通気フィルタ５を設けられる。又、トランス盤本体６の天井部には排気口６ｃが設けられ、この排気口６ｃ上にはファン４が設けられる。上段の各吸気口６ａの内面側にはそれぞれ風ガイド７が設けられ、上段側の風ガイド７は上段の吸気口６ａから吸気した風をトランス３の前面に吹き当てるように下方へ導くために下部に開口部７ａを有する。又、下段の吸気口６ｂの内面側には、下段側の風ガイド８が設けられ、下段側の風ガイド８は下段側の吸気口６ｂから吸気した風をトランス３の下部に押し込むように下部に開口部８ａを有する。なお、吸気口６ａ，６ｂをそれぞれ一箇所とし、風ガイド７，８をそれぞれ二箇所としてもよいが、風量のバランスを取り辛い。トランス盤本体６内には、トランス３のコイル部３ｂの外周部の下端部とトランス盤本体６及び下段の風ガイド８との間を塞ぐように塞ぎ板９を設け、塞ぎ板９は支持板１１を介してトランス盤本体６の内面及び下段の風ガイド８に連結する。塞ぎ板９は、該塞ぎ板９とトランス３のコイル部３ｂの表面との間の風が通り難くする。なお、塞ぎ板９にトランス３の一次側へ入力する電線等を通すための開口部９ａが必要な場合には、電線等の分だけ温度上昇が大きいので、ファン４の容量の大きなものを用いるようにする。

又、上段の風ガイド７の下部に、該下部とトランス３の前面上部との間を塞ぐ上塞ぎ板１０を取り付ける。この上塞ぎ板１０を設けることにより、上段の風ガイド７からの風をトランス３に効率的に当てることができる。なお、トランス３の前面に電線空間があったり、またトランス３の前面と風ガイド７との距離が小さい場合には、この上塞ぎ板１０を設ける必要がない。

上記構成において、ファン４の駆動により、矢印に示すように、上段の吸気口６ａから吸入され、上段の風ガイド７に案内された風は、トランス３の前面に吹き当てられ、コイル部３ｂの表層側に設けられた二次コイルの表面を主に冷却する。特に、乾式トランスの場合は、二次コイルが何層にも段積みになっているので、トランス３の前面から風を吹き当てることは効率的な冷却方法である。又、下段の吸気口６ｂから吸入され、下段の風ガイド８に案内された風はトランス３の下部に押し込まれ、コイル部３ｂの内層側に設けられた一次コイル側に導かれ、一次コイルを主に冷却する。なお、下段の風ガイド８からの風は、特に乾式トランスの場合は、塞ぎ板９の部分では、一次コイルと二次コイルの間又は二次コイル間を通って上方へ抜ける風もある。このように、トランス３を冷却した後、風は上昇して排気口６ｃから排出される。

実施最良形態１においては、上記したように、上段の吸気口６ａから吸入された風は主にトランス３の二次コイルの表面を冷却し、下段の吸気口６ｂから吸入された風は主にトランス３の一次コイルを冷却し、全体としてトランス３を効率良く冷却する。このため、トランス３を小形安価にすることができ、トランス盤本体６も小形安価にすることができる。従って、トランス３の質量も小さくなり、輸送時にトランス３を別送する必要がなくなる。又、上段の風ガイド７の下部とトランス３の前面上部との間を塞いだので、上段の風ガイド７からの風をトランス３に効率的に当てることができる。

実施最良形態２
図２（ａ），（ｂ）はこの発明の実施最良形態２による風冷式トランス盤の縦断側面図及びそのＢ−Ｂ線横断平面図を示し、トランス盤本体６内のトランス３の背面側とトランス盤本体６との間に、トランス３の背面側に複数の風の吸い込み開口部（スリット）１２ａを有するとともに、吸い込んだ風を排気口６ｃまで導く背面ダクト１２を設ける。吸い込み開口部１２ａは縦長とし、コイル部３ｂの表層側の二次コイルの各コイルと対応するようにする。背面ダクト１２はトランス盤本体６の上端まで伸び、その上部には風を排気口６ｃに導く上部開口部１２ｂを設ける。又、塞ぎ板９は支持板１１を介してトランス盤本体６の内面、下段の風ガイド８及び背面ダクト１２と連結し、これらとの間を塞ぐ。その他の構成は、実施最良形態１と同様である。

トランス盤本体６の奥行き寸法が大きい場合には、上段の風ガイド７からの風はトランス３の背面側まで行き渡らず、トランス３の背面側の冷却が充分に行われない可能性がある。そこで、実施最良形態２においては、トランス盤本体６内のトランス３の背面側とトランス盤本体６との間に、トランス３の背面側に風の吸い込み開口部１２ａを有する背面ダクト１２を設け、吸い込み開口部１２ａから吸い込んだ風を排気口６ｃから排出し、トランス３の背面側も充分に冷却できるようにした。又、背面ダクト１２の上部に上部開口部１２ｂを設け、内層側の一次コイルを冷却した風や背面ダクト１２に吸い込まれなかった風を上部開口部１２ｂを介して排気口６ｃから排出する。

実施最良形態３
図３はこの発明の実施最良形態３による風冷式トランス盤の縦断側面図を示し、トランス盤本体６の奥行き寸法がトランス３の大きさに比べて非常に大きい場合、トランス盤本体６の背面側とトランス３との隙間が非常に大きくなる。このような場合、トランス３の背面側に沿って風が流れ難くなり、そのスピードも遅くなる。このため、トランス３の冷却効果が低下する。そこで、実施最良形態３においては、トランス盤本体６の背面側内面に複数の邪魔板１３を設け、トランス盤本体６の背面側内面とトランス３との隙間を狭めるようにしており、トランス３の背面側に沿って風が流れるようになり、トランス３の冷却効果を高めることができる。

この発明の実施最良形態１による風冷式トランス盤の縦断側面図及びそのＡ−Ａ線横断平面図である。実施最良形態２による風冷式トランス盤の縦断側面図及びそのＢ−Ｂ線横断平面図である。実施最良形態３による風冷式トランス盤の縦断側面図である。従来の風冷式トランス盤の縦断側面図である。

符号の説明

３…トランス
３ａ…鉄芯部
３ｂ…コイル部
４…ファン
６…トランス盤本体
６ａ，６ｂ…吸気口
６ｃ…排気口
７…上段の風ガイド
７ａ，８ａ…開口部
８…下段の風ガイド
９…塞ぎ板
１０…上塞ぎ板
１２…背面ダクト
１２ａ…吸い込み開口部
１２ｂ…上部開口部
１３…邪魔板

Claims

鉄芯部とコイル部からなるトランスを収納するとともに、前面に上下二段の吸気口が設けられ、かつ天井部に排気口が設けられたトランス盤本体と、トランス盤本体の排気口に設けられたファンと、トランス盤本体の上段の吸気口の内側に設けられ、上段の吸気口からの風をトランスの前面に吹き当てるように下部に開口部が設けられた上段の風ガイドと、トランス盤本体の下段の吸気口の内側に設けられ、下段の吸気口からの風をトランスの下部に押し込むように下部に開口部が設けられた下段の風ガイドと、トランスのコイル部の外周側の下端部とトランス盤本体及び下段の風ガイドとの間を塞ぐように設けられた塞ぎ板とを備えたことを特徴とする風冷式トランス盤。
上段の風ガイドの下部に、該下部とトランスの前面上部との間の隙間を狭めて、風をトランスに近づけて流す上塞ぎ板を設けたことを特徴とする請求項１記載の風冷式トランス盤。
トランス盤本体内のトランスの背面側とトランス盤本体との間に、トランスの背面側に風の吸い込み開口部を有するとともに、吸い込んだ風を排気口へ導く背面ダクトを設け、背面ダクトの上部には風を排気口へ導く上部開口部を設け、かつ塞ぎ板と背面ダクトとの間を塞いだことを特徴とする請求項１又は２記載の風冷式トランス盤。
トランス盤本体の背面側内面に、トランスとの間の隙間を狭める邪魔板を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の風冷式トランス盤。