JP6317306B2 - 水冷鉄心 - Google Patents

Description

実施例は変圧器やリアクトルに用いられる水冷鉄心に関する。

水冷鉄心には冷却板を備えたものがある。この冷却板は冷却水が流通する流通路を有する金属製のものであり、鉄心本体からの熱を放出することで鉄心本体を冷却する。

実開昭５４−１７０２５号公報

上記水冷鉄心の場合には鉄心本体および冷却板間で渦電流が生じることがある。

実施例の水冷鉄心は、相互に重なる複数の鉄心板を有し、短辺と長辺を有する略四角環状の鉄心本体と、前記鉄心本体のうち前記鉄心板の板厚を規定する面の集合体からなり、表面に凹凸を備える集合面を覆うものであって冷却水が流通する流通路を有する冷却板を備えたものであり、前記鉄心本体の集合面および前記冷却板のうち当該集合面側の一面間には高熱伝導性の窒化珪素を材料とする絶縁材が設けられている。前記鉄心本体の集合面および前記絶縁材のうち当該集合面側の一面間には、当該集合面の凹凸を吸収するための高熱伝導性の充填剤層が設けられており、前記絶縁材は、前記冷却板の一面に高熱伝導性の接着剤で貼り付けられており、前記流通路の入出口は前記鉄心の短辺側に配置されている。

実施例１を示す図（鉄心本体の外観を示す図） 冷却板を示す図（ａはＸａ視図、ｂはＸｂ視図） 冷却板の外観を示す図 絶縁板を示す図 充填剤層を示す図 図２のＸ６線に沿う断面図 実施例２を示す図（図１相当図）

図１の鉄心本体１は変圧器やリアクトルの鉄心として使用されるものであり、一般に鉄心本体１には、変圧器の場合は一次巻線および二次巻線が装着され、リアクトルの場合には単一の巻線が装着される。図１の鉄心本体１は、一例として角形の巻鉄心からなるものを示しており、周方向に互いに重なる複数の巻取板２を有している。これら複数の巻取板２のそれぞれは帯状の珪素鋼板を四角形状の巻取枠に巻取りながら切断することで成形されたものであり、一端面および他端面間が直線Ｌ上で接触する四角環状をなしている。これら複数の巻取板２のそれぞれは鉄心板に相当する。

鉄心本体１は、図１に示すように、２つの積層面３を有している。これら両積層面３のそれぞれは巻取板２の板厚を規定する一面の集合体からなるものであり、鉄心本体１の軸方向の端面を称する。これら両積層面３のそれぞれは軸方向への細かい凹凸を有するものであり、集合面に相当する。

鉄心本体１には、図２に例示するように、２つの大冷却板４が装着されている。これら両大冷却板４のそれぞれは鉄心本体１の積層面３を軸方向から覆うものであり、冷却板に相当する。これら両大冷却板４のそれぞれは鉄心本体１からの熱を放出することで鉄心本体１を冷却するものであり、軸方向の両面がいずれも平滑な平板状をなしている。以下、両大冷却板４のそれぞれの形状の例について説明する。

大冷却板４は、図３に示すように、銅製の１本の冷却パイプ５と銅製の３枚の冷却主板６と銅製の２枚の補強板７を有している。冷却パイプ５は流通路に相当するものであり、角パイプから構成されている。この冷却パイプ５の両端部のそれぞれには継手８が接合されている。これら両継手８のそれぞれには配管が接続されており、冷却パイプ５内には一方の配管から一方の継手８を通して冷却水が進入する。この冷却水は冷却パイプ５内を一方の継手８から他方の継手８に向けて流れ、他方の継手８から他方の配管を通して排出される。

冷却パイプ５は、図３に示すように、２つの外冷却部９および２つの内冷却部１０を有している。これら２つの外冷却部９および２つの内冷却部１０のそれぞれは直状をなすものであり、図２に示すように、２つの外冷却部９のそれぞれは軸方向から見て鉄心本体１の外周部に沿って配置され、２つの内冷却部１０のそれぞれは軸方向から見て鉄心本体１の内周部に沿って配置されている。

３枚の冷却主板６のそれぞれは、図２に示すように、軸方向から見て鉄心本体１の積層面３に重なるものであり、３枚の冷却主板６のうち細長な２枚のそれぞれは冷却パイプ５のうち外冷却部９および内冷却部１０間に接合され、残りの１枚は冷却パイプ５のうち内冷却部１０間に接合されている。２枚の補強板７のそれぞれは軸方向から見て鉄心本体１の積層面３から外側へ外れるものであり、冷却パイプ５のうち鉄心本体１の外周面からＬ字状にはみ出す部分に接合されている。

例示した鉄心本体１には、図２に示すように、２つの小冷却板１０が装着されている。これら両小冷却板１０のそれぞれは鉄心本体１の積層面３を軸方向から覆うものであり、冷却板に相当する。これら両小冷却板１０のそれぞれは鉄心本体１からの熱を放出することで鉄心本体１を冷却するものであり、軸方向の両面がいずれも平滑な平板状をなしている。以下、両小冷却板１０のそれぞれについて説明する。

小冷却板１０は、図２に示すように、銅製の１本の冷却パイプ１１および銅製の３枚の冷却主板１２を有している。この冷却パイプ１１は流通路に相当するものであり、角パイプから構成されている。この冷却パイプ１１の両端部のそれぞれには継手１３が接合されている。これら両継手１３のそれぞれには配管が接続されており、冷却パイプ１１内には一方の配管から一方の継手１３を通して冷却水が進入する。この冷却水は冷却パイプ１１内を一方の継手１３から他方の継手１３に向けて流れ、他方の継手１３から他方の配管を通して排出される。この冷却パイプ１１は１つの内冷却部１４を有している。この内冷却部１４は直状をなすものであり、軸方向から見て鉄心本体１の内周部に沿って配置されている。

３枚の冷却主板１２のうち正方形状の１枚は、図２に示すように、軸方向から見て鉄心本体１の積層面３に重なるものであり、冷却パイプ１１の内冷却部１４に接合されている。これら３枚の冷却主板１２のうち残りの２枚のそれぞれは軸方向から見て一部が鉄心本体１の積層面３に重なるものであり、冷却パイプ１１のうち内冷却部１４とは異なる部分に接合されている。

両大冷却板４および両小冷却板１０のそれぞれには、図４に示すように、複数の絶縁板１５が固定されている。これら複数の絶縁板１５のそれぞれは巻取板２に比べて高熱伝導性の窒化珪素等を材料とするものであり、絶縁材に相当する。これら複数の絶縁板１５のそれぞれは電気的な絶縁性を有するものであり、大冷却板４のうち積層面３側の一面および小冷却板１０のうち積層面３側の一面に接着剤１６によって貼り付けられている。この接着剤１６は高熱伝導性を有するものであり、絶縁性を有している。

両大冷却板４のそれぞれには、図５に示すように、充填剤層１７が形成されている。これら充填剤層１７のそれぞれはグリース等の充填剤からなるものであり、大冷却板４のうち積層面３側の一面に充填剤を層状に塗布することで形成されている。これら充填剤層１７のそれぞれは電気的な絶縁性を有するものであり、高熱伝導性を有している。

両大冷却板４のそれぞれの充填剤層１７は、図５に示すように、複数の絶縁板１５の上から形成されたものであり、両大冷却板４および両大冷却板４の複数の絶縁板１５は充填剤層１７に密着し、鉄心本体１の両積層面３も充填剤層１７に密着している。即ち、両大冷却板４のそれぞれは、図６に示すように、接着剤１６と複数の絶縁板１５と充填剤層１７を介して鉄心本体１の積層面３を覆っている。

両小冷却板１０のそれぞれには、図５に示すように、充填剤層１７が形成されている。これら充填剤層１７のそれぞれは小冷却板１０のうち積層面３側の一面にグリース等の充填剤を層状に塗布することで形成されたものであり、両小冷却板１０および両小冷却板１０の複数の絶縁板１５は充填剤層１７に密着し、鉄心本体１の両積層面３も充填剤層１７に密着している。即ち、両小冷却板１０のそれぞれは接着剤１６と複数の絶縁板１５と充填剤層１７を介して鉄心本体１の積層面３を覆っている。

上記実施例１によれば次の効果を奏する。
鉄心本体１の積層面３および大冷却板４のうち積層面３側の一面間に絶縁板１５を設けた。従って、鉄心本体１および大冷却板４間が電気的に絶縁されるので、図６に示すように、大冷却板４と鉄心本体１で生じる渦電流が防止される。しかも、絶縁板１５として高熱伝導性のものを用いた。従って、鉄心本体１で生じる熱が絶縁板１５を通して大冷却板４に円滑に伝わるので、大冷却板４の放熱能力が絶縁板１５の影響で大きく低下することが防止される。これは小冷却板１０についても同様である。

鉄心本体１の積層面３および絶縁板１５のうち積層面３側の一面間に充填剤層１７を設けたので、充填剤層１７が積層面３の細かい凹凸を吸収することに応じて空気を排除する。しかも、充填剤１７として高熱伝導性のものを用いた。従って、鉄心本体１から絶縁板１５および充填剤層１７を通して大冷却板４に熱が円滑に伝わるので、大冷却板４の放熱能力が向上する。しかも、充填剤層１７として絶縁性のものを用いたので、充填剤層１７の影響で絶縁性能が低下することが防止される。これは小冷却板１０についても同様である。

絶縁板１５および充填剤層１７を併用したので、変圧器やリアクトルの運転を継続する過程で充填剤層１７が鉄心本体１からの熱等の影響により万一溶融して抜け落ちた場合でも絶縁板１５が残る。従って、鉄心本体１および大冷却板４間が電気的に絶縁された状態のままとなるので、鉄心本体１で渦電流が生じることが確実に防止される。これは小冷却板１０についても同様である。

絶縁板１５を大冷却板４の一面に高熱伝導性の接着剤１６で貼り付けた。従って、鉄心本体１から絶縁板１５を通して大冷却板４に伝わる熱量が接着剤１６の影響で大きく減ることが防止されるので、大冷却板４の放熱能力の低下が抑えられる。これは小冷却板１０についても同様である。

鉄心本体１として巻鉄心を用いた場合には、積層鉄心を用いる場合に比べて作業工数が改善される。しかも、熱が複数の巻取板２のそれぞれから充填剤層１７と絶縁板１５と接着剤１６を通して大冷却板４に伝わるので、熱の伝達経路から空気層が排除される。従って、鉄心本体１から大冷却板４への熱伝導率が向上するので、大冷却板４の放熱能力も向上する。これは小冷却板１０についても同様である。

大冷却板４の冷却パイプ５に鉄心本体１の内周部に沿う内冷却部１０を設けた。この鉄心本体１の内周部は残りの部分に比べて磁路が短くて昇温し易いものの、内冷却部１０が鉄心本体１の内周部を冷却するので、鉄心本体１の昇温が効率的に抑えられる。

上記実施例１においては、大冷却板４および小冷却板１０のそれぞれとしてステンレス製のものを用いても良い。
上記実施例１においては、小冷却板１０を廃止しても良い。即ち、鉄心本体１の積層面３の一部を大冷却板４で覆う構成としても良い。

上記実施例１においては、銅製の大冷却板４および銅製の小冷却板１０のそれぞれに換えて銅とは別の金属製の冷却板を用いても良い。
上記実施例１においては、大冷却板４および小冷却板１０のそれぞれを１枚の金属板から構成しても良い。この構成の場合には金属板の表面に金属パイプ製の流通路を接合しても良い。

図７の鉄心本体２１は変圧器やリアクトルの鉄心として使用されるものである。この鉄心本体２１は角形の積層鉄心からなるものであり、４つのブロック鉄心２２間を接合することで構成されている。これら４つのブロック鉄心２２のそれぞれは軸方向に積層された複数の積層板２３を有している。これら複数の積層板２３のそれぞれは順送プレス装置が帯状の珪素鋼板から打抜いたものであり、鉄心板に相当する。

鉄心本体２１は、図７に示すように、４つの外積層面２４および４つの内積層面２５を有している。これら４つの外積層面２４および４つの内積層面２５のそれぞれは積層板２３の板厚を規定する一面の集合体からなるものであり、４つの外積層面２４のそれぞれは鉄心本体１の外周面を称し、４つの内積層面２５のそれぞれは鉄心本体１の内周面を称する。これら４つの外積層面２４および４つの内積層面２５のそれぞれは周方向への細かな凹凸を有するものであり、集合面に相当する。

鉄心本体２１には、図７に示すように、４つの外冷却板２６および４つの内冷却板２７が装着されている。これら４つの外冷却板２６のそれぞれは鉄心本体２１の外積層面２４を外周側から覆うものであり、４つの内冷却板２７のそれぞれは鉄心本体２１の内積層面２５を内周側から覆うものであり、いずれも冷却板に相当する。これら４つの外冷却板２６および４つの内冷却板２７のそれぞれは複数の金属板間を相互に金属製の冷却パイプを介して接合したものであり、冷却パイプ内には冷却水が流される。これら４つの外冷却板２６および４つの内冷却板２７のそれぞれは冷却板に相当する。

４つの外冷却板２６のそれぞれには複数の絶縁板１５が固定されている。これら絶縁板１５のそれぞれは外冷却板２６のうち外積層面２４側の一面に接着剤１６によって貼り付けられたものであり、４つの外冷却板２６のそれぞれの一面には充填剤層１７が形成されている。これら４つの外冷却板２６のそれぞれの充填剤層１７は複数の絶縁板１５の上から形成されたものであり、鉄心本体２１の外積層面２４に密着している。

４つの内冷却板２７のそれぞれには複数の絶縁板１５が固定されている。これら絶縁板１５のそれぞれは内冷却板２７のうち内積層面２５側の一面に接着剤１６によって貼り付けられたものであり、４つの内冷却板２７のそれぞれの一面には充填剤層１７が形成されている。これら４つの内冷却板２７のそれぞれの充填剤層１７は複数の絶縁板１５の上から形成されたものであり、鉄心本体２１の内積層面２５に密着している。

上記実施例１および２においては、大冷却板４と小冷却板１０と外冷却板２６と内冷却板２７のそれぞれの一面に複数の絶縁板１５を半田付けまたはロウ付けしても良い。
上記実施例１および２においては、大冷却板４と小冷却板１０と外冷却板２６と内冷却板２７のそれぞれの一面にシリコンセラミック等の溶射材を吹き付けることで絶縁板１５に換えて層状の絶縁材を設けても良い。

上記実施例１および２においては、窒化珪素板製の絶縁板１５に換えてエラストマー製の絶縁板を用いても良い。
上記実施例１および２においては、銅製の大冷却板４および銅製の小冷却板１０のそれぞれの内部に冷却水が流れる経路を設けたものを用いても良い。

以上、本発明の実施例を説明したが、この実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は発明の範囲や要旨に含まれると共に特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１は鉄心本体（巻鉄心）、２は巻取板（鉄心板）、３は積層面（集合面）、４は大冷却板（冷却板）、５は冷却パイプ（流通路）、１０は小冷却板（冷却板）、１１は冷却パイプ（流通路）、１６は接着剤、１５は絶縁板（絶縁材）、１７は充填剤層、２１は鉄心本体、２３は積層板（鉄心板）、２４は外積層面（集合面）、２５は内積層面（集合面）、２６は外冷却板（冷却板）、２７は内冷却板（冷却板）である。

Claims (3)

1. 相互に重なる複数の鉄心板を有し、短辺と長辺を有する略四角環状の鉄心本体と、
   前記鉄心本体のうち前記鉄心板の板厚を規定する面の集合体からなり、表面に凹凸を備える集合面を覆うものであって、冷却水が流通する流通路を有する冷却板を備え、
   前記鉄心本体の集合面および前記冷却板のうち当該集合面側の一面間には、高熱伝導性の窒化珪素を材料とする絶縁材が設けられており、
   前記鉄心本体の集合面および前記絶縁材のうち当該集合面側の一面間には、当該集合面の凹凸を吸収するための高熱伝導性の充填剤層が設けられており、
   前記絶縁材は、前記冷却板の一面に高熱伝導性の接着剤で貼り付けられており、
   前記流通路の入出口は前記鉄心の短辺側に配置されていることを特徴とする水冷鉄心。
2. 前記鉄心本体は、巻鉄心であることを特徴とする請求項１に記載の水冷鉄心。
3. 前記冷却板は、前記流通路として前記鉄心本体の内周部に沿うものを有していることを特徴とする請求項１または２に記載の水冷鉄心。
   

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