JP6143983B1 - 車両用変圧器 - Google Patents

Abstract

車両用変圧器は、車両の屋根上に搭載される。車両用変圧器は、変圧器本体が収納されて冷媒が充填されたタンク(１１０)と、タンク(１１０)の上方に配置され、上記冷媒と外気との熱交換によって上記冷媒を冷却する複数の冷却管(１２０)と、車両の走行方向(１)に沿ってタンク(１１０)と並ぶようにタンク(１１０)の側方に配置され、タンク(１１０)と連通しているコンサベータ(１４０)とを備える。

Description

本発明は、車両用変圧器に関する。

車両用変圧器の構成を開示した先行文献として、特許第５８０５３５４号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された車両用変圧器においては、変圧器本体および冷却器が、車両の屋根上において車両の進行方向に沿って並んで配置されている。

電力機器の構成を開示した先行文献として、特開２００６−２６９６９４号公報(特許文献２)がある。特許文献２に記載された電力機器においては、放熱器を本体容器の上方に配置している。

特許第５８０５３５４号公報 特開２００６−２６９６９４号公報

絶縁油を冷媒として循環させている変圧器においては、通常、変圧器本体の上方にコンサベータが配置されている。そのため、変圧器本体および冷却器が、車両の進行方向に沿って並んで配置されていた。特許文献２に記載された電力機器は、蒸発器において蒸発させた冷媒を放熱器において凝縮させる構成となっており、コンサベータを備える構成にはなっていない。

特許文献１に記載の車両用変圧器のように、変圧器本体および冷却器が、車両の進行方向に沿って並んで配置されている場合、車両の走行に伴う走行風による冷媒の冷却効率をさらに改善できる余地がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、車両の走行に伴う走行風による冷媒の冷却効率を高めることができる、車両用変圧器を提供することを目的とする。

本発明の基づく車両用変圧器は、車両の屋根上に搭載される車両用変圧器である。車両用変圧器は、タンクと複数の冷却管とコンサベータとを備える。タンクには、変圧器本体が収納されており、冷媒が充填されている。複数の冷却管は、タンクの上方に配置されており、冷媒と外気との熱交換によって冷媒を冷却する。コンサベータは、車両の走行方向に沿ってタンクと並ぶようにタンクの側方に配置されており、タンクと連通している。

本発明によれば、車両の走行に伴う走行風による冷媒の冷却効率を高めることができる。

本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器の外観を示す斜視図である。 図１の車両用変圧器を矢印ＩＩ方向から見た平面図である。 図１の車両用変圧器を矢印ＩＩＩ方向から見た正面図である。 図１の車両用変圧器を矢印ＩＶ方向から見た左側面図である。 図１の車両用変圧器を矢印Ｖ方向から見た右側面図である。 本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器の外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２の第１変形例に係る車両用変圧器の外観を示す正面図である。 本発明の実施の形態２の第２変形例に係る車両用変圧器の外観を示す正面図である。 本発明の実施の形態２の第３変形例に係る車両用変圧器の外観を示す平面図である。 本発明の実施の形態２の第４変形例に係る車両用変圧器のタンクおよび複数の冷却管を上方から見た平面図である。 図１０に示す複数の冷却管の一部をＸＩ−ＸＩ線矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施の形態３に係る車両用変圧器の外観を示す斜視図である。

以下、本発明の各実施の形態に係る車両用変圧器について図面を参照して説明する。以下の実施の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。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器の外観を示す斜視図である。図２は、図１の車両用変圧器を矢印ＩＩ方向から見た平面図である。図３は、図１の車両用変圧器を矢印ＩＩＩ方向から見た正面図である。図４は、図１の車両用変圧器を矢印ＩＶ方向から見た左側面図である。図５は、図１の車両用変圧器を矢印Ｖ方向から見た右側面図である。

本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器１００は、車両の屋根上に搭載される車両用変圧器である。図１〜５に示すように、本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器１００は、タンク１１０と複数の冷却管１２０とコンサベータ１４０とを備える。

タンク１１０には、図示しない変圧器本体が収納されており、冷媒である絶縁油が充填されている。変圧器本体は、鉄心、および、鉄心に巻き回された巻線を含んでいる。鉄心および巻線は、絶縁油に浸漬された状態でタンク１１０内に収納されている。タンク１１０には、絶縁油を循環させるための図示しないポンプが接続されている。

複数の冷却管１２０は、タンク１１０の上方に配置されている。本実施の形態においては、複数の冷却管１２０の各々は、車両の走行方向１に直交する、車両の幅方向２に沿って延在している。複数の冷却管１２０の各々は、円筒状の外形を有している。複数の冷却管１２０の各々は、ステンレス鋼、銅またはアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属で構成されている。

複数の冷却管１２０は、高さ方向に並んで配置され、かつ、各高さにて水平方向に並んで配置されている。本実施の形態においては、複数の冷却管１２０は、各高さにて車両の走行方向１に並んで配置されている。複数の冷却管１２０において、各高さにて水平方向に並んでいる本数は、高さ方向に並んでいる本数より多い。たとえば、複数の冷却管１２０において、各高さにて水平方向に並んでいる本数が１５本であり、高さ方向に並んでいる本数が４本である場合、合計６０本の冷却管１２０が配置されている。

複数の冷却管１２０の各々の一端は、第１ヘッダー１３０に接続されている。複数の冷却管１２０の各々の他端は、第２ヘッダー１３１に接続されている。複数の冷却管１２０の各々は、第１ヘッダー１３０および第２ヘッダー１３１の各々と連通している。

第１ヘッダー１３０と第２ヘッダー１３１とは、車両の幅方向２において互いに間隔をあけて位置し、車両の走行方向１に沿って延在している。第１ヘッダー１３０および第２ヘッダー１３１の各々は、配管を通じてタンク１１０の上面に接続され、タンク１１０と連通している。

上記のポンプが駆動することにより、タンク１１０内の絶縁油は、第１ヘッダー１３０、複数の冷却管１２０および第２ヘッダー１３１を通過して、再び、タンク１１０内に戻るように循環する。絶縁油は、複数の冷却管１２０を通過する際に、外気と熱交換することにより冷却される。

コンサベータ１４０は、車両の走行方向１に沿ってタンク１１０と並ぶようにタンク１１０の側方に配置されている。車両の走行方向１から見て、コンサベータ１４０と複数の冷却管１２０とは重なっていない。

コンサベータ１４０は、タンク１１０と連通している。コンサベータ１４０は、絶縁油の温度による体積変化に対応するために設けられている。具体的には、タンク１１０内の絶縁油が高温になって膨張した際には、タンク１１０からコンサベータ１４０に絶縁油が流入し、タンク１１０内の絶縁油が低温になって収縮した際には、コンサベータ１４０からタンク１１０に絶縁油が流入する。

車両用変圧器１００は、変圧器本体に近づくに従って上昇するように傾斜して複数の冷却管１２０に向けて延在する傾斜部をさらに備えている。具体的には、車両用変圧器１００は、第１傾斜部１５０、第２傾斜部１５１、第３傾斜部１５２および第４傾斜部１５３を有している。

第１傾斜部１５０は、タンク１１０の左側面側に設けられている。第２傾斜部１５１は、タンク１１０の右側面側に設けられている。第３傾斜部１５２は、タンク１１０の正面側に設けられている。第４傾斜部１５３は、タンク１１０の背面側に設けられている。

第１傾斜部１５０、第２傾斜部１５１、第３傾斜部１５２および第４傾斜部１５３の各々は、タンク１１０の外壁の一部で構成されていてもよいし、タンク１１０とは別体の部材で構成されていてもよい。

第１傾斜部１５０、第２傾斜部１５１、第３傾斜部１５２および第４傾斜部１５３の各々は、車両用変圧器１００に向けて吹く風が複数の冷却管１２０に当たるように導風する。具体的には、第１傾斜部１５０および第２傾斜部１５１は、車両の走行方向１に吹く風が複数の冷却管１２０に当たるように導風する。第３傾斜部１５２および第４傾斜部１５３は、車両の幅方向２に吹く風が複数の冷却管１２０に当たるように導風する。

本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器１００においては、複数の冷却管１２０がタンク１１０の上方に配置されていることにより、車両の走行に伴う走行風が複数の冷却管１２０に当たりやすく、複数の冷却管１２０を通過する冷媒を効率よく冷却することができる。

複数の冷却管１２０において、各高さにて水平方向に並んでいる本数が、高さ方向に並んでいる本数より多いことにより、複数の冷却管１２０の設置面積を広くしつつ車両用変圧器１００の低背化を図ることができる。

車両用変圧器１００は、車両用変圧器１００に向けて吹く風が複数の冷却管１２０に当たるように導風する傾斜部を有しているため、複数の冷却管１２０を通過する冷媒をさらに効率よく冷却することができる。

実施の形態２.
以下、本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器について図を参照して説明する。なお、本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器は、複数の冷却管の各々の形状およびヘッダーとタンクとの接続形態が主に、本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器１００と異なるため、本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図６は、本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器の外観を示す斜視図である。図６に示すように、本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器２００は、タンク１１０と複数の冷却管２２０とコンサベータ１４０とを備える。

複数の冷却管２２０は、タンク１１０の上方に配置されている。本実施の形態においては、複数の冷却管２２０の各々は、高さ方向に延在する第１脚部２２１および第２脚部２２３と、車両の幅方向２に沿って延在している水平部２２２とを含んでいる。水平部２２２の一端は第１脚部２２１の他端と繋がっており、水平部２２２の他端は第２脚部２２３の他端と繋がっている。

複数の冷却管２２０の各々の第１脚部２２１の一端は、第１ヘッダー２３０に接続されている。複数の冷却管２２０の各々の第２脚部２２３の一端は、第２ヘッダー２３１に接続されている。複数の冷却管２２０の各々は、第１ヘッダー２３０および第２ヘッダー２３１の各々と連通している。

第１ヘッダー２３０と第２ヘッダー２３１とは、車両の幅方向２において互いに間隔をあけて位置し、車両の走行方向１に沿って延在している。第１ヘッダー２３０および第２ヘッダー２３１の各々は、タンク１１０の上部に一体で構成されている。

本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器２００においては、複数の冷却管２２０、第１ヘッダー２３０および第２ヘッダー２３１が、タンク１１０の補強部材を兼ねている。その結果、タンク１１０自体の剛性を低減できるため、タンク１１０を薄型化および小型化することができる。ひいては、車両用変圧器２００を小型化および軽量化することができる。

以下、本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器の変形例について図を参照して説明する。

図７は、本発明の実施の形態２の第１変形例に係る車両用変圧器の外観を示す正面図である。図７に示すように、本発明の実施の形態２の第１変形例に係る車両用変圧器２００ａにおいては、複数の冷却管２２０の第１脚部２２１および第２脚部２２３の高さが、車両の走行方向１の一方側に行くに従って高くなっている。

これにより、車両の走行方向１の一方側に向けて吹く風は、複数の冷却管２２０を通過する際に、順次、高さの高い冷却管２２０に接することになる。その結果、車両用変圧器２００ａにおいては、車両の走行方向１の一方側に向けて吹く風が複数の冷却管２２０に効率よく当たるため、冷媒の冷却効率を高めることができる。

図８は、本発明の実施の形態２の第２変形例に係る車両用変圧器の外観を示す正面図である。図８に示すように、本発明の実施の形態２の第２変形例に係る車両用変圧器２００ｂにおいては、複数の冷却管２２０の第１脚部２２１および第２脚部２２３の高さが、車両の走行方向１の一方側に行くに従って低くなった後、再度高くなって元の高さになっている。

これにより、車両の走行方向１の一方側に向けて吹く風は、まず、車両の走行方向１の最も他方側に位置する冷却管と接触する。このとき、風が接触した冷却管の周囲に、渦が形成される。この渦によって、最も他方側に位置する冷却管と接触した風は、下向きの力を受けつつ、車両の走行方向１の一方側に向かい、他方側から２番目の冷却管と接触する。他方側から２番目の冷却管の周囲にも渦が形成され、この渦によって、他方側から２番目の冷却管と接触した風は、下向きの力を受けつつ、車両の走行方向１の一方側に向かい、他方側から３番目の冷却管と接触する。

このように、本変形例では、車両の走行方向１の一方側に向けて吹く風が、各冷却管の周囲に渦を形成することにより、図８の点線に示すように冷却管に沿って傾斜しつつ複数の冷却管２２０を吹き抜ける。これにより、本変形例では、実施の形態１に比較して、車両の走行方向１の一方側に向けて吹く風がスムーズに複数の冷却管２２０を通り抜け、結果として、高い冷却効果を得ることができる。

一方、車両の走行方向１の他方側に向けて吹く風は、まず、車両の走行方向１の最も一方側に位置する冷却管と接触する。このとき、風が接触した冷却管の周囲に、渦が形成される。この渦によって、最も一方側に位置する冷却管と接触した風は、下向きの力を受けつつ、車両の走行方向１の他方側に向かい、一方側から２番目の冷却管と接触する。一方側から２番目の冷却管の周囲にも渦が形成され、この渦によって、一方側から２番目の冷却管と接触した風は、下向きの力を受けつつ、車両の走行方向１の他方側に向かい、一方側から３番目の冷却管と接触する。

このように、本変形例では、車両の走行方向１の他方側に向けて吹く風が、各冷却管の周囲に渦を形成することにより、図８の点線に示すように冷却管に沿って傾斜しつつ複数の冷却管２２０を吹き抜ける。これにより、本変形例では、実施の形態１に比較して、車両の走行方向１の他方側に向けて吹く風がスムーズに複数の冷却管２２０を通り抜け、結果として、高い冷却効果を得ることができる。

以上のように、車両用変圧器２００ｂにおいては、車両の走行方向１のいずれの方向に向けて吹く風も複数の冷却管２２０に効率よく当たるため、冷媒の冷却効率を高めることができる。

図９は、本発明の実施の形態２の第３変形例に係る車両用変圧器の外観を示す平面図である。図９に示すように、本発明の実施の形態２の第３変形例に係る車両用変圧器２００ｃにおいては、車両の幅方向２における複数の冷却管２２０の位置が、車両の走行方向１の一方側に行くに従って車両の幅方向２の一方側にずれている。

これにより、車両の走行方向１の一方側に向けて吹く風は、複数の冷却管２２０を通過する際に、順次、車両の幅方向２の一方側にずれて位置する冷却管に接することになる。一方、車両の走行方向１の他方側に向けて吹く風は、複数の冷却管２２０を通過する際に、順次、車両の幅方向２の他方側にずれて位置する冷却管に接することになる。その結果、車両用変圧器２００ｃにおいては、車両の走行方向１のいずれの方向に向けて吹く風も複数の冷却管２２０に効率よく当たるため、冷媒の冷却効率を高めることができる。

図１０は、本発明の実施の形態２の第４変形例に係る車両用変圧器のタンクおよび複数の冷却管を上方から見た平面図である。図１１は、図１０に示す複数の冷却管の一部をＸＩ−ＸＩ線矢印方向から見た断面図である。図１０，１１に示すように、本発明の実施の形態２の第４変形例に係る車両用変圧器２００ｄにおいては、複数の冷却管２２０の各々は、扁平管である。複数の冷却管２２０は、タンク１１０の上方から見て、タンク１１０を覆っている。

具体的には、複数の冷却管２２０の各々の水平部２２２において、扁平管は、扁平な面が高さ方向と直交するように配置されている。複数の冷却管２２０は、水平部２２２の延在方向から見て、千鳥状に配置されている。複数の冷却管２２０は、タンク１１０の上方から見て、車両の走行方向１に隙間なく並んでいる。複数の冷却管２２０は、タンク１１０の上方から見て、タンク１１０の全体を覆っている。

これにより、変圧器本体から発生する漏れ磁束を複数の冷却管２２０によって遮蔽することができる。その結果、タンク１１０の外部に及ぶ漏れ磁束を低減することができる。ひいては、車両用変圧器２００ｄの周囲に磁束の影響を受けやすい電子部品を配置することが可能となる。

実施の形態３.
以下、本発明の実施の形態３に係る車両用変圧器について図を参照して説明する。なお、本発明の実施の形態３に係る車両用変圧器は、複数の冷却管の延在方向およびヘッダーの配置が主に、本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器２００と異なるため、本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器２００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図１２は、本発明の実施の形態３に係る車両用変圧器の外観を示す斜視図である。図１２に示すように、本発明の実施の形態３に係る車両用変圧器３００は、タンク１１０と複数の冷却管３２０とコンサベータ１４０とを備える。

複数の冷却管３２０は、タンク１１０の上方に配置されている。本実施の形態においては、複数の冷却管３２０の各々は、高さ方向に延在する第１脚部３２１および第２脚部３２３と、車両の走行方向１に沿って延在している水平部３２２とを含んでいる。水平部３２２の一端は第１脚部３２１の他端と繋がっており、水平部３２２の他端は第２脚部３２３の他端と繋がっている。

複数の冷却管３２０の各々の第１脚部３２１の一端は、第１ヘッダー３３０に接続されている。複数の冷却管３２０の各々の第２脚部３２３の一端は、第２ヘッダー３３１に接続されている。複数の冷却管３２０の各々は、第１ヘッダー３３０および第２ヘッダー３３１の各々と連通している。

第１ヘッダー３３０と第２ヘッダー３３１とは、車両の走行方向１において互いに間隔をあけて位置し、車両の幅方向２に沿って延在している。第１ヘッダー３３０および第２ヘッダー３３１の各々は、タンク１１０の上部に一体で構成されている。

本発明の実施の形態３に係る車両用変圧器３００においては、複数の冷却管３２０、第１ヘッダー３３０および第２ヘッダー３３１が、タンク１１０の補強部材を兼ねている。その結果、タンク１１０自体の剛性を低減できるため、タンク１１０を薄型化および小型化することができる。ひいては、車両用変圧器３００を小型化および軽量化することができる。

また、複数の冷却管３２０の各々が、車両の走行方向１に沿って延在していることにより、複数の冷却管３２０の各々に車両の走行に伴う走行風が略同等に当たるため、複数の冷却管３２０を通過する冷媒を効率よく冷却することができる。

なお、今回開示した上記の実施の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、上記した実施の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。

１ 車両の走行方向、２ 車両の幅方向、１００，２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ，３００ 車両用変圧器、１１０ タンク、１２０，２２０，３２０ 冷却管、１３０，２３０，３３０ 第１ヘッダー、１３１，２３１，３３１ 第２ヘッダー、１４０ コンサベータ、１５０ 第１傾斜部、１５１ 第２傾斜部、１５２ 第３傾斜部、１５３ 第４傾斜部、２２１，３２１ 第１脚部、２２２，３２２ 水平部、２２３，３２３ 第２脚部。

Claims (6)

1. 車両の屋根上に搭載される車両用変圧器であって、
   変圧器本体が収納されて冷媒が充填されたタンクと、
   前記タンクの上方に配置され、前記冷媒と外気との熱交換によって前記冷媒を冷却する複数の冷却管と、
   前記車両の走行方向に沿って前記タンクと並ぶように前記タンクの側方に配置され、前記タンクと連通しているコンサベータとを備える、車両用変圧器。
2. 前記変圧器本体に近づくに従って上昇するように傾斜して前記複数の冷却管に向けて延在する傾斜部をさらに備える、請求項１に記載の車両用変圧器。
3. 前記複数の冷却管は、高さ方向に並んで配置され、かつ、各高さにて水平方向に並んで配置されており、
   前記複数の冷却管において、前記各高さにて前記水平方向に並んでいる本数は、前記高さ方向に並んでいる本数より多い、請求項１または請求項２に記載の車両用変圧器。
4. 前記複数の冷却管の各々は、扁平管である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
5. 前記複数の冷却管は、前記タンクの上方から見て、前記タンクを覆っている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用変圧器。
6. 前記複数の冷却管の各々は、前記車両の走行方向に沿って延在している、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用変圧器。