JP5329841B2 - 車両用変圧器 - Google Patents

Description

本発明は、変圧器中身を収容したタンク内に絶縁油を強制的に流すことによって変圧器中身を冷却する構成とした車両用変圧器に関する。

車両用変圧器は車両の床下に吊り下げられることが多く、高さ寸法が厳しく制限されるため、薄型化が不可欠となる。タンク内に収容される変圧器中身が内鉄型変圧器の場合、高さ寸法低減のためには変圧器中身を、多重筒状をなす変圧器コイルの軸方向が横向きとなるように横倒しにした構成が必要となる。多重筒状をなす変圧器コイルを横倒しにした場合、各コイル間に形成された冷却油道が水平配置となるため、冷却用の絶縁油の自然対流による冷却が期待できない。このため、絶縁油を強制循環させる方式が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１３４８２３号公報

この種の車両用変圧器においては、変圧器中身の特に変圧器コイルにおける各コイルを冷却することが必要となる。しかしながら、上記したような車両用変圧器において冷却用の絶縁油を強制循環させた場合、変圧器コイルにおける冷却油道の開口面積が、変圧器中身とタンク内面との隙間に比べて小さいため圧力損失が大きくなり、変圧器コイルの各コイルを冷却するために必要な絶縁油の流速を得ることができず、結果として変圧器中身を冷却するのに充分な冷却効果が得られないという問題がある。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高さ寸法の低減を実現した上で、変圧器コイルの冷却油道に絶縁油を効果的に流すことができて、変圧器中身の冷却効果を向上させることができる車両用変圧器を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の発明は、油入口を有するとともに、この油入口とは反対側に油出口を有したタンクと、脚部を有する変圧器鉄心、この変圧器鉄心の前記脚部の外周に絶縁筒を介して複数のコイルを径方向に重なるようにして同心筒状に設けるとともに、これら複数のコイル間に軸方向に延びる冷却油道を形成して構成された変圧器コイルを有し、前記冷却油道の延び方向が前記タンクの底面と平行となるように前記タンク内に配置された変圧器中身とを備え、冷却用の絶縁油を、前記油入口から前記タンク内に流入させて当該タンク内を流した後、前記油出口から流出させることにより、前記変圧器中身を冷却する構成とした車両用変圧器において、
前記タンク内に、前記変圧器コイルの前記油入口側の端部と前記油入口との間に位置させて、当該タンク内を油入口側空間と油出口側空間に仕切る仕切板を設け、前記仕切板には、前記変圧器コイルが設けられる前記脚部および前記絶縁筒が挿入される挿入孔と、この挿入孔を外側から囲うように位置して前記変圧器コイル側に向けて突出する環状壁と、前記挿入孔と前記環状壁との間に位置して前記油入口側空間に流入した前記絶縁油を前記冷却油道に集中的に導く導油用孔が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、タンク内に、冷却油道の延び方向がタンクの底面と平行となるように変圧器中身を配置して、高さ寸法を抑えた構成のものにおいて、タンク内を仕切板により油入口側空間と油出口側空間とに仕切っていて、油入口から油入口側空間に流入した絶縁油は、仕切板に形成した導油用孔から変圧器コイルにおける冷却油道に集中的に流れるようになる。これにより、変圧器コイルの冷却油道に絶縁油を効果的に流すことができて、変圧器コイルの各コイルを冷却するために必要な絶縁油の流速を確保することが可能となり、変圧器中身の冷却効果を向上させることが可能となる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図７を参照して説明する。
まず、図１〜図３には、タンク１内に変圧器中身２を収容した車両用変圧器が示されている。これら図１、図２、図３において、左側を前、右側を後として説明する。車両用変圧器のタンク１は、前後方向（図１〜図３では左右方向）の長さ寸法、及び左右方向の幅寸法が高さ寸法よりも大きい扁平な矩形容器状をなしている。タンク１の上面開口部は、図示しない蓋によって閉鎖される。タンク１の前壁１ａの上部の左側（タンク１の前から見て左側）には油入口３ａが設けられ、油入口３ａとは反対側となる後壁１ｂの下部の右側に油出口３ｂが設けられている。

タンク１内には、変圧器中身２が収容配置されていると共に、この変圧器中身２を冷却するための絶縁油４が収容されている。油入口３ａと油出口３ｂとは、タンク１外において、図示はしないが油ポンプを備えた油配管により接続されていて、油ポンプにより絶縁油４が強制循環される構成となっている。

変圧器中身２は、この場合積層二脚鉄心からなる変圧器鉄心５と、この変圧器鉄心５の両脚部５ａの外周に設けられた２個の変圧器コイル６とを備えた単相仕様の構成となっている。変圧器鉄心５における前後の両継鉄部５ｂは、変圧器コイル６の外方に突出している。

各変圧器コイル６は、図１及び図４に示すように、脚部５ａの外周に円筒状をなす絶縁筒７が配置され、その絶縁筒７の外周に円筒状に巻回された低圧コイル８が配置され、この低圧コイル８の外周に、多数個のコイルスペーサ９を介して円筒状に巻回された高圧コイル１０が配置された構成となっていて、低圧コイル８と高圧コイル１０との間に、軸方向（図１において左右方向）に延びる多数本の冷却油道１１が形成されている。したがって、変圧器コイル６は、変圧器鉄心５の脚部５ａの外周に、複数、この場合低圧コイル８と高圧コイル１０の２個のコイルを径方向に重なるようにして同心筒状に設けるとともに、これら低圧コイル８と高圧コイル１０間に軸方向に延びる冷却油道１１を形成して構成されている。ここで、変圧器中身２は、タンク１内に、前記冷却油道１１の延び方向がタンク１の底面１ｃと平行となるように、横倒し状態で配置されている。

変圧器鉄心５における前後の両継鉄部５ｂの上下両側には、断面がほぼコ字形をなす鉄心押え板１２（図３参照）が配置されている。変圧器コイル６の油入口３ａ側である前端部と前側の鉄心押え板１２の後面との間には、後述する仕切板１３が配置され、また、変圧器コイル６の油出口３ｂ側である後端部と後側の鉄心押え板１２の前面との間にも、後述する当て板１４が配置されている。前後の鉄心押え板１２を、仕切板１３及び当て板１４を介して複数本のコイル締付けスタッド１５により連結することにより、変圧器鉄心５と変圧器コイル６の締め付けが行われている。

前記仕切板１３は、図５及び図６に示すように、タンク１の縦断面の形状と同様な形状及び大きさの矩形板状をなしている。この仕切板１３には、変圧器鉄心５の２本の脚部５ａに対応して２個の円形の挿入孔１６が形成されていて、各挿入孔１６に、脚部５ａ及び絶縁筒７が挿入されている。仕切板１３において、各挿入孔１６の周囲には、突部１７が放射状に多数個形成されていて、これら各突部１７が、変圧器コイル６の前側の端面に当接している。各突部１７は、径方向に２個に分割されている。

仕切板１３において、周方向に隣り合った各突部１７間に位置させて導油用孔１８，１８ａが形成されている。導油用孔１８，１８ａのうち、下部側の２個の導油用孔１８ａは矩形状、他の導油用孔１８は円形をなしている。各導油用孔１８，１８ａは、変圧器コイル６における前記冷却油道１１に対向する位置に配置されている。さらに、仕切板１３において、各突部１７を外側から囲うように円形の環状壁１９が形成されている。この環状壁１９の高さは、突部１７と同じ高さとなっている。また、仕切板１３には、環状壁１９の外側に位置させて複数個のスタッド挿入孔２０が形成されていて、これらスタッド挿入孔２０に、前記コイル締付けスタッド１５が挿入されている。

仕切板１３の外周部のうち下端部はタンク１内の底面１ｃに直接接触し、左右両端部は、タンク１の左右の側壁１ｄ，１ｅの内面に、断面がＬ字形をなすスペーサ２２を介して接触している。したがって、仕切板１３の外周部のうち左右両端部とタンク１の内面との間に、これらの間の隙間を埋めるスペーサ２２を配置している。この構成にて、タンク１内を仕切板１３により、油入口側空間２３と油出口側空間２４とに仕切っている。仕切板１３と変圧器コイル６の外周部との間には、図７にも示すように、前記環状壁１９の外側に位置させて仕切板１３と変圧器コイル６の外周部との間の隙間を埋めるように絶縁紙からなるオイルシール２５を環状に設けている。

一方、前記当て板１４は、詳細には示されていないが、仕切板１３よりはやや小さめの矩形板状をなしている。この当て板１４の外周部とタンク１の内面との間には隙間２７が形成されていて、その隙間２７を絶縁油４が流れ得るようになっている。この当て板１４には、仕切板１３と同様に、変圧器鉄心５の脚部５ａ及び絶縁筒７が挿入される２個の挿入孔１６と、各挿入孔１６の周囲に位置させて、変圧器コイル６の右側の端面に当接する複数個の突部１７と、コイル締付けスタッド１５を挿入するスタッド挿入孔２０が形成されている。なお、当て板１４には、導油用孔１８，１８ａ及び環状壁１９は形成されていない。

また、図３において、前後の鉄心押え板１２のうち、それぞれの下側の鉄心押え板１２の下部は、複数枚の支持板２８により補強されており、タンク１の底面に配置された支持部材２９にて支持されている。

次に上記構成の作用を説明する。
タンク１の外において、油入口３ａと油出口３ｂとに接続された油配管（図示せず）の油ポンプ（図示せず）が駆動されることで、絶縁油４が、油入口３ａからタンク１の油入口側空間２３内に流入するとともに、タンク１内の絶縁油４が油出口３ｂから油配管側へ排出されるようになり、絶縁油４がタンク１及び油配管を通して強制循環されることにより、タンク１内の変圧器中身２が冷却されるようになる。このとき、タンク１内は、仕切板１３により油入口側空間２３と油出口側空間２４とに仕切られているから、油入口側空間２３内に流入した絶縁油４は、主に仕切板１３に形成された複数の導油用孔１８，１８ａを通り、変圧器コイル６における冷却油道１１に集中的に導かれ、その冷却油道１１を図１の矢印で示すように、前から後ろへ流れた後、油出口３ｂから油配管側へ排出されるようになる。これにより、変圧器コイル６の低圧コイル８及び高圧コイル１０が効率よく冷却されるようになる。

この場合、仕切板１３の外周部のうち、下端部はタンク１の底面に直接接触、若しくは近接し、左右両端部はスペーサ２２を介してタンク１の内面に接触しているから、油入口側空間２３内に流入した絶縁油４が、仕切板１３の外周部とタンク１の内面との間の隙間から油出口側空間２４側に漏れることを極力防止できる。

また、仕切板１３と変圧器コイル６の外周部との間には、それらの間の隙間を塞ぐようにオイルシール２５を設けているので、仕切板１３の導油用孔１８，１８ａを通過した絶縁油４が変圧器コイル６の外周部側へ漏れることが規制され、導油用孔１８，１８ａを通過した絶縁油４を、極力変圧器コイル６の冷却油道１１に通すことができるようになる。

上記した実施形態によれば、タンク１内に、変圧器コイル６における冷却油道１１の延び方向がタンク１の底面１ｃと平行となるように変圧器中身２を配置して、高さ寸法を抑えた構成のものにおいて、タンク１内を仕切板１３により油入口側空間２３と油出口側空間２４とに仕切り、その仕切板１３に、変圧器コイル６における冷却油道１１に対応する導油用孔１８，１８ａを形成した構成としているので、油入口３ａから油入口側空間２３に流入した絶縁油４は、仕切板１３の導油用孔１８から変圧器コイル６における冷却油道１１に集中的に流れるようになる。これにより、変圧器コイル６の冷却油道１１に絶縁油４を効果的に流すことができて、変圧器コイル６の各コイル８，１０を冷却するために必要な絶縁油４の流速を確保することが可能となり、変圧器中身２の冷却効果を向上させることが可能となる。

上記した実施形態において、仕切板１３の下端部をタンク１の底面１ｃに当接させて、変圧器中身２の前部を仕切板１３により支えられる場合には、前部側の支持板２８及び支持部材２９は省くことができる。

（第２の実施形態）
図８及び図９は本発明の第２の実施形態を示したものであり、この第２の実施形態は、上記した第１の実施形態とは次の点が異なっている。すなわち、仕切板１３と変圧器コイル６の外周部との間に設けたオイルシール２５の周囲に、シール材３１を塗布していて（図８及び図９には、シール材３１を塗布した範囲を、便宜上斜線で示している）、このシール材３１によりオイルシール２５周りの隙間を塞ぐようにしている。このシール材３１は、塗布時にはジェル状をなしていて、塗布後固化する材料が用いられている。

このような実施形態によれば、オイルシール２５の周囲にシール材３１を塗布して、仕切板１３と変圧器コイル６の外周部との間の隙間を一層無くすようにしているので、仕切板１３の導油用孔１８，１８ａを通過した絶縁油４が変圧器コイル６の外周部側へ漏れることを一層防止することができ、ひいては導油用孔１８，１８ａを通過した絶縁油４を、一層変圧器コイル６の冷却油道１１に集中的に通すことができるようになる。

（第３の実施形態）
図１０は本発明の第３の実施形態を示したものであり、この第３の実施形態は、上記した第１の実施形態とは次の点が異なっている。すなわち、仕切板１３において、変圧器コイル６における冷却油道１１に対応して設けられた導油用孔３２は、円形ではなく、冷却油道１１の開口部形状に沿うように、周方向に長くなる円弧状に形成している。

このような実施形態によれば、導油用孔３２と冷却油道１１との間の絶縁油４の流れの圧力損失を一層低減できて、導油用孔３２を通過した絶縁油４が、冷却油道１１に一層流れ易くできる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
変圧器中身２における変圧器鉄心５としては、二脚鉄心に限られず、三脚以上の鉄心であっても良い。
変圧器コイル６としては、低圧コイル８と高圧コイル９の二重筒状のものに限られず、三重筒状以上のものであっても良い。この場合には、仕切板１３には、各コイル間に形成された冷却油道１１に対応して導油用孔１８，１８ａ，３２を形成する。
仕切板１３としては、突部１７がないものであっても良い。

本発明の第１の実施形態を示すもので、図３中Ｘ１−Ｘ１線に沿う横断平面図 変圧器中身を外形で示した状態の横断平面図 蓋を外した状態における縦断側面図 変圧器鉄心の脚部及び変圧器コイルの縦断正面図 仕切板の斜視図 仕切板の背面図 オイルシール部分の拡大断面図 本発明の第２の実施形態を示す図２相当図 図３相当図 本発明の第３の実施形態を示す図６相当図

符号の説明

図面中、１はタンク、２は変圧器中身、３ａは油入口、３ｂは油出口、４は絶縁油、５は変圧器鉄心、５ａは脚部、５ｂは継鉄部、６は変圧器コイル、７は絶縁筒、８は低圧コイル、９はコイルスペーサ、１０は高圧コイル、１１は冷却油道、１２は鉄心押え板、１３は仕切板、１４は当て板、１５はコイル締付けスタッド、１６は挿入孔、１７は突部、１８，１８ａは導油用孔、１９は環状壁、２２はスペーサ、２３は油入口側空間、２４は油出口側空間、２５はオイルシール、３１はシール材、３２は導油用孔を示す。

Claims (7)

1. 油入口を有するとともに、この油入口とは反対側に油出口を有したタンクと、
   脚部を有する変圧器鉄心、この変圧器鉄心の前記脚部の外周に絶縁筒を介して複数のコイルを径方向に重なるようにして同心筒状に設けるとともに、これら複数のコイル間に軸方向に延びる冷却油道を形成して構成された変圧器コイルを有し、前記冷却油道の延び方向が前記タンクの底面と平行となるように前記タンク内に配置された変圧器中身とを備え、
   冷却用の絶縁油を、前記油入口から前記タンク内に流入させて当該タンク内を流した後、前記油出口から流出させることにより、前記変圧器中身を冷却する構成とした車両用変圧器において、
   前記タンク内に、前記変圧器コイルの前記油入口側の端部と前記油入口との間に位置させて、当該タンク内を油入口側空間と油出口側空間に仕切る仕切板を設け、
   前記仕切板には、前記変圧器コイルが設けられる前記脚部および前記絶縁筒が挿入される挿入孔と、この挿入孔を外側から囲うように位置して前記変圧器コイル側に向けて突出する環状壁と、前記挿入孔と前記環状壁との間に位置して前記油入口側空間に流入した前記絶縁油を前記冷却油道に集中的に導く導油用孔が設けられていることを特徴とする車両用変圧器。
2. 前記仕切板には、前記挿入孔と前記環状壁との間に位置させて前記変圧器コイル側に突出する複数個の突部が放射状に設けられ、前記各突部は径方向に２個に分割されていて、周方向に隣り合った前記各突部間に前記導油用孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用変圧器。
3. 前記タンク内において前記変圧器コイルの前記油出口側の端部に位置させて前記仕切板と対向するように当て板が設けられ、この当て板には、前記脚部および前記絶縁筒が挿入される挿入孔と、この挿入孔の周囲に位置させて前記変圧器コイル側に突出する複数個の突部が設けられ、かつ前記導油用孔および前記環状壁は設けられておらず、
   前記変圧器鉄心において前記仕切板の外側と前記当て板の外側に配置された鉄心押え板を、前記仕切板及び前記当て板を介してコイル締付けスタッドにより連結していることを特徴とする請求項１または２記載の車両用変圧器。
4. 前記仕切板と前記変圧器コイルの外周部との間に、これらの間の隙間を塞いで前記仕切板の前記導油用孔を通過した前記絶縁油が前記変圧器コイルの外周部側へ漏れることを規制するオイルシールを設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用変圧器。
5. 前記仕切板と前記変圧器コイルの外周部との間の周囲に、これらの間の隙間を塞いで前記仕切板の前記導油用孔を通過した前記絶縁油が前記変圧器コイルの外周部側へ漏れることを規制するシール材を塗布したことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の車両用変圧器。
6. 前記仕切板は、これの外周部のうち下端部は前記タンクの底面に接触し、左右両端部は前記タンクの側壁の内面にスペーサを介して接触することで、前記タンク内を前記油入口側空間と前記油出口側空間に仕切っていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の車両用変圧器。
7. 前記導油用孔は、前記冷却油道の開口部形状に沿った形状に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の車両用変圧器。

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