JP5730448B1 - 車載変圧器 - Google Patents
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Abstract
主脚部(１１１)、主脚部(１１１)と平行に位置して主脚部(１１１)を挟んで互いに反対側に位置する２つの側脚部、および、主脚部(１１１)と直交する方向に延びて主脚部(１１１)の両端と側脚部の両端とをそれぞれ繋ぐ２対の接続部とを含み、積層された複数の鋼板(１１)が互いに接合されて一体に構成された鉄心(１１０)と、主脚部(１１１)に巻き回された巻線(１２０)と、鋼板(１１)の積層方向における鉄心(１１０)の両端面の各々に１つずつ接続され、鉄心(１１０)とともに巻線(１２０)の周囲を囲んで巻線(１２０)が浸漬される絶縁油を貯え、絶縁油の流路となる開口(１３０ｈ)をそれぞれ有する２つのカバー(１３０)と、開口(１３０ｈ)に接続され、一方のカバー(１３０)の開口(１３０ｈ)から主脚部(１１１)と側脚部と１対の接続部とによって囲まれた２つの窓部を通過して他方のカバー(１３０)の開口(１３０ｈ)に向けて流れるように絶縁油を循環させるポンプ(１７０)とを備える。
Description
本発明は、車載変圧器に関し、特に、車載用の油入変圧器に関する。
新幹線などの鉄道車両には、出来るだけ多くのものをより速く輸送することが求められる。そのため、鉄道車両に搭載される車載変圧器に対して、大容量化と小型軽量化という相反する要求がある。さらに近年では、バリアフリーの観点から低床化車両の導入が増加しており、車載変圧器の低背化が図られている。
乾式自冷式外鉄形変圧器を開示した先行文献として、実開昭６１−８８２２２号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された乾式自冷式外鉄形変圧器においては、鉄心の外周部の側端面が、鉄心の周方向に沿って周回する複数条の張出しと凹みとで矩形波形状を呈している。
車載変圧器の大容量化を図った場合、鉄心および巻線における発熱量が大きくなるため、乾式自冷式の変圧器では冷却能力が不十分となる。冷却能力を確保するために冷却媒体として絶縁油を用いた従来の油入変圧器を用いた場合、鉄心および巻線を収容して絶縁油を貯えるタンクが必要となるため、車載変圧器の外形が大きくなる。そのため、車載用の油入変圧器においては、小型化を図ることが困難であった。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、大容量化を図りつつ小型軽量化および低背化を図れる車載変圧器を提供することを目的とする。
本発明に基づく車載変圧器は、主脚部、主脚部と平行に位置して主脚部を挟んで互いに反対側に位置する２つの側脚部、および、主脚部と直交する方向に延びて主脚部の両端と側脚部の両端とをそれぞれ繋ぐ２対の接続部とを含み、積層された複数の鋼板が互いに接合されて一体に構成された鉄心と、主脚部に巻き回された巻線と、鋼板の積層方向における鉄心の両端面の各々に１つずつ接続され、鉄心とともに巻線の周囲を囲んで巻線が浸漬される絶縁油を貯え、絶縁油の流路となる開口をそれぞれ有する２つのカバーと、上記開口に接続され、一方のカバーの開口から主脚部と側脚部と１対の接続部とによって囲まれた２つの窓部を通過して他方のカバーの開口に向けて流れるように絶縁油を循環させるポンプとを備える。
本発明によれば、車載変圧器において大容量化を図りつつ小型軽量化および低背化を図れる。
以下、本発明の実施形態１に係る車載変圧器について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る車載変圧器の構成を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る車載変圧器の鉄心および巻線の構成を示す斜視図である。図３は、図２の鉄心および巻線をＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図４は、図１の車載変圧器をＩＶ−ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。本発明の実施形態１に係る車載変圧器は、鉄道車両に搭載される。
図１は、本発明の実施形態１に係る車載変圧器の構成を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る車載変圧器の鉄心および巻線の構成を示す斜視図である。図３は、図２の鉄心および巻線をＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図４は、図１の車載変圧器をＩＶ−ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。本発明の実施形態１に係る車載変圧器は、鉄道車両に搭載される。
図１〜４に示すように、本発明の実施形態１に係る車載変圧器１００は、鉄心１１０と、巻線１２０と、２つのカバー１３０と、コンサベータ１４０と、ポンプ１７０とを備える。
鉄心１１０は、主脚部１１１、主脚部１１１と平行に位置して主脚部１１１を挟んで互いに反対側に位置する２つの側脚部１１２，１１３、および、主脚部１１１と直交する方向に延びて主脚部１１１の両端と側脚部１１２，１１３の両端とをそれぞれ繋ぐ２対の接続部１１４，１１５とを含む。
具体的には、主脚部１１１の一端と側脚部１１２の一端とが接続部１１４によって互いに繋がれている。主脚部１１１の他端と側脚部１１２の他端とが他の接続部１１４によって互いに繋がれている。主脚部１１１と側脚部１１２と１対の接続部１１４とによって囲まれた空間が窓部Ｗ１である。
主脚部１１１の一端と側脚部１１３の一端とが接続部１１５によって互いに繋がれている。主脚部１１１の他端と側脚部１１３の他端とが他の接続部１１５によって互いに繋がれている。主脚部１１１と側脚部１１３と１対の接続部１１５とによって囲まれた空間が窓部Ｗ２である。
図３に示すように、鉄心１１０は、巻線１２０を取り囲んでいる。すなわち、本実施形態に係る車載変圧器１００は、いわゆる外鉄型変圧器である。鉄心１１０は、積層された複数の鋼板１１が互いに接合されて一体に構成されている。
鋼板１１の表面は、電気絶縁性を有する熱硬化性樹脂が塗布されて絶縁被覆されている。鉄心１１０と巻線１２０とを組み立てた後で加熱して熱硬化性樹脂を硬化させることにより、鋼板１１同士が互いに接合して一体となる。
巻線１２０は、鉄心１１０の主脚部１１１に巻回され、窓部Ｗ１，Ｗ２に通されている。巻線１２０は、たとえば、銅などからなる導体が同一平面内で巻かれて構成される複数の平板状巻線を含む。
カバー１３０は、鋼板１１の積層方向における鉄心１１０の両端面の各々に１つずつ接続され、鉄心１１０とともに巻線１２０の周囲を囲んで巻線１２０が浸漬される絶縁油を貯え、絶縁油の流路となる開口１３０ｈをそれぞれ有する。
鋼板１１の積層方向と平行な方向に見て、カバー１３０の外形は、鉄心１１０の外形より小さい矩形状である。よって、鉄心１１０の外周面は、カバー１３０に覆われておらず露出している。
具体的には、一方のカバー１３０は、主脚部１１１と側脚部１１２，１１３と接続部１１４，１１５とのそれぞれと溶接部１３１によって接合されて、窓部Ｗ１，Ｗ２を鋼板１１の積層方向の一方側から覆っている。一方のカバー１３０において、溶接部１３１側とは反対側に開口１３０ｈが設けられている。
他方のカバー１３０は、主脚部１１１と側脚部１１２，１１３と接続部１１４，１１５とのそれぞれと溶接部１３１によって接合されて、窓部Ｗ１，Ｗ２を鋼板１１の積層方向の他方側から覆っている。他方のカバー１３０において、溶接部１３１側とは反対側に開口１３０ｈが設けられている。
一方のカバー１３０と鉄心１１０の窓部Ｗ１，Ｗ２と他方のカバー１３０とによって規定される空間内に、絶縁油が充填されている。よって、巻線１２０は絶縁油に浸漬されている。
一方のカバー１３０の開口１３０ｈと、他方のカバー１３０の開口１３０ｈとは、ポンプ１７０を互いの間に挟んで配管によって接続されている。ポンプ１７０は、一方のカバー１３０と鉄心１１０の窓部Ｗ１，Ｗ２と他方のカバー１３０とによって規定される空間の外側に配置されている。
ポンプ１７０は、一方のカバー１３０の開口１３０ｈから窓部Ｗ１，Ｗ２を通過して他方のカバー１３０の開口１３０ｈに向けて流れるように絶縁油を循環させる。鉄心１１０および巻線１２０は、循環する絶縁油によって冷却される。絶縁油の流路となる上記配管には、絶縁油を冷却する図示しない冷却器が設けられている。
コンサベータ１４０は、絶縁油の容積の変化を吸収する。鉄心１１０および巻線１２０の発熱によって絶縁油が加熱された場合には、絶縁油の容積が大きくなる。この場合、コンサベータ１４０の図示しない金属製ベローズが膨張する。一方、絶縁油の温度が低下した場合、絶縁油の容積が小さくなる。この場合には、コンサベータ１４０の金属製ベローズが収縮する。
車載変圧器１００においては、鉄心１１０の外周面が露出するように構成しているため、鉄心１１０を収容するタンクを不要とすることができる。その結果、車載変圧器１００の外形を小型化および低背化できる。また、絶縁油の充填量を低減できるため、車載変圧器１００を軽量化できる。
さらに、鉄道車両の走行時によって生じる風が鉄心１１０の外周面に接することにより、鉄心１１０を空冷することができる。その結果、絶縁油の冷却器を小型化することができ、ひいては車載変圧器１００の外形を小型化できる。
以下、本発明の実施形態２に係る車載変圧器について説明する。なお、本実施形態に係る車載変圧器１００ａは、鉄心の構造のみ実施形態１に係る車載変圧器１００とは異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
(実施形態２)
図５は、本発明の実施形態２に係る車載変圧器を、図４と同じ方向から見た断面図である。図５に示すように、本発明の実施形態２に係る車載変圧器１００ａにおいては、鋼板の積層方向に直交する方向にて、鉄心１１０ａの外表面にフィン状の凹凸１１０ｆが形成されている。凹凸１１０ｆは、主脚部１１１ａ、側脚部および２対の接続部の各々に亘って設けられている。なお、主磁束が通過する鉄心１１０ａの断面積は、実施形態１に係る鉄心１１０と同一である。
図５は、本発明の実施形態２に係る車載変圧器を、図４と同じ方向から見た断面図である。図５に示すように、本発明の実施形態２に係る車載変圧器１００ａにおいては、鋼板の積層方向に直交する方向にて、鉄心１１０ａの外表面にフィン状の凹凸１１０ｆが形成されている。凹凸１１０ｆは、主脚部１１１ａ、側脚部および２対の接続部の各々に亘って設けられている。なお、主磁束が通過する鉄心１１０ａの断面積は、実施形態１に係る鉄心１１０と同一である。
本実施形態においては、凹凸１１０ｆが互いに長さの異なる鋼板１１ａ，１１ｂを積層することにより形成されている。具体的には、長尺の鋼板１１ａと短尺の鋼板１１ｂとを交互に積層することにより、凹凸１１０ｆが構成されている。
このように、鉄心１１０ａの外表面にフィン状の凹凸１１０ｆを設けることにより、鉄心１１０ａの外周面における空冷効果を増加することができる。その結果、実施形態１の車載変圧器１００に比較して冷却器をさらに小型化することができ、ひいては車載変圧器１００ａの外形を小型化できる。
以下、本発明の実施形態３に係る車載変圧器について説明する。なお、本実施形態に係る車載変圧器１００ｂは、鉄心の構造のみ実施形態１に係る車載変圧器１００とは異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
(実施形態３)
図６は、本発明の実施形態３に係る車載変圧器を、図４と同じ方向から見た断面図である。図６に示すように、本発明の実施形態３に係る車載変圧器１００ｂにおいては、鋼板の積層方向に直交する方向にて、鉄心１１０ｂの外表面にフィン状の凹凸１１０ｆが形成されている。凹凸１１０ｆは、主脚部１１１ｂ、側脚部および２対の接続部の各々に亘って設けられている。なお、主磁束が通過する鉄心１１０ｂの断面積は、実施形態１に係る鉄心１１０と同一である。
図６は、本発明の実施形態３に係る車載変圧器を、図４と同じ方向から見た断面図である。図６に示すように、本発明の実施形態３に係る車載変圧器１００ｂにおいては、鋼板の積層方向に直交する方向にて、鉄心１１０ｂの外表面にフィン状の凹凸１１０ｆが形成されている。凹凸１１０ｆは、主脚部１１１ｂ、側脚部および２対の接続部の各々に亘って設けられている。なお、主磁束が通過する鉄心１１０ｂの断面積は、実施形態１に係る鉄心１１０と同一である。
本実施形態においては、凹凸１１０ｆが同じ長さの鋼板１１ｃを交互に位置を変えて積層することにより形成されている。このように、鉄心１１０ｂの外表面にフィン状の凹凸１１０ｆを設けることにより、鉄心１１０ｂの外周面における空冷効果を増加することができる。その結果、実施形態１の車載変圧器１００に比較して冷却器をさらに小型化することができ、ひいては車載変圧器１００ｂの外形を小型化できる。さらに、本実施形態においては、実施形態２に係る車載変圧器１００ｂに比較して、使用する鋼板の種類を低減して部品点数を削減することができる。
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 鋼板、１００，１００ａ，１００ｂ 車載変圧器、１１０，１１０ａ，１１０ｂ 鉄心、１１０ｆ 凹凸、１１１，１１１ａ，１１１ｂ 主脚部、１１２，１１３ 側脚部、１１４，１１５ 接続部、１２０ 巻線、１３０ カバー、１３０ｈ 開口、１３１ 溶接部、１４０ コンサベータ、１７０ ポンプ、Ｗ１，Ｗ２ 窓部。
Claims (4)
- 主脚部、該主脚部と平行に位置して該主脚部を挟んで互いに反対側に位置する２つの側脚部、および、前記主脚部と直交する方向に延びて前記主脚部の両端と前記側脚部の両端とをそれぞれ繋ぐ２対の接続部とを含み、積層された複数の鋼板が互いに接合されて一体に構成された鉄心と、
前記主脚部に巻き回された巻線と、
前記鋼板の積層方向における前記鉄心の両端面の各々に１つずつ接続され、前記鉄心とともに前記巻線の周囲を囲んで前記巻線が浸漬される絶縁油を貯え、該絶縁油の流路となる開口をそれぞれ有する２つのカバーと、
前記開口に接続され、前記２つのカバーのうちの一方の前記開口から前記主脚部と前記側脚部と１対の前記接続部とによって囲まれた２つの窓部を通過して前記２つのカバーのうちの他方の前記開口に向けて流れるように前記絶縁油を循環させるポンプとを備え、
前記鋼板の積層方向と平行な方向に見て、前記２つのカバーの各々の外形は、前記鉄心の外形より小さく、
前記鉄心の外周面が露出し、
前記２つのカバーのうちの一方は、前記主脚部、前記２つの側脚部および前記２対の接続部の各々と接合されて前記２つの窓部を前記鋼板の積層方向の一方側から覆い、
前記２つのカバーのうちの他方は、前記主脚部、前記２つの側脚部および前記２対の接続部の各々と接合されて前記２つの窓部を前記鋼板の積層方向の他方側から覆い、
前記２つのカバーと前記鉄心の前記２つの窓部とによって規定される空間内に、前記絶縁油が充填されている、車載変圧器。 - 前記鋼板の積層方向に直交する方向において、前記鉄心の外表面にフィン状の凹凸が形成されている、請求項１に記載の車載変圧器。
- 前記凹凸が互いに長さの異なる前記鋼板を積層することにより形成されている、請求項２に記載の車載変圧器。
- 前記凹凸が同じ長さの前記鋼板を交互に位置を変えて積層することにより形成されている、請求項２に記載の車載変圧器。
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