JP6596915B2

JP6596915B2 - 導体接続部の冷却構造

Info

Publication number: JP6596915B2
Application number: JP2015100097A
Authority: JP
Inventors: 潔高橋
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2035-05-15
Also published as: JP2016220317A

Description

本発明は、電気機器の導体接続部における冷却構造に関するものである。

変圧器やリアクトル、またはこれらを備えた電力変換装置等、各種の電気機器では、部品の損傷防止や機器の安定的な動作のために、冷却ファン等を用いて機器を冷却することが必要である。
特に、平板状の導体同士や導体と端子部とをボルト，ナット等の締結具を用いて接続する場合、この接続部が振動等により緩んで接触抵抗が増加し、過熱状態となることがある。
このため、電気機器の導体接続部を対象とした各種の冷却構造が従来から提供されている。

例えば、図４は電源盤の導体接続部の冷却構造として特許文献１に記載されている従来技術である。この従来技術は、パルス電源ユニット（電圧可逆チョッパ回路）の出力端子を出力ケーブルに導くための導体接続部の冷却構造を開示している。

図４において、１１はパルス電源ユニットを構成する半導体素子等が実装された回路基板であり、この回路基板１１には、階段状に屈曲した板状の導体１２，１３の各一端が接続されている。なお、導体１２，１３は、紙面に直交する方向（奥行方向）に沿って互いに隔離されており、一方の導体１２は第１相の出力導体、他方の導体１３は第２相の出力導体としてそれぞれ機能する。

一方、１４は電源盤の筺体であり、この筺体１４の内側には冷却用の通気ダクト１５が形成されている。通気ダクト１５の内部には冷却ファン（図示せず）が配置されており、冷却用の空気が紙面に直交する方向に流通するようになっている。
前述した導体１２，１３は通気ダクト１５の内部に導入され、一方の導体１２の他端は平板状の出力導体１６に、他方の導体１３の他端は平板状の出力導体１７に、それぞれ積層されている。そして、これらの導体１２，１６及び１３，１７は、絶縁板１８を介してスタッドボルト１９及びナット２０により一括して共締めされている。また、出力導体１６，１７は、図示されていない出力ケーブルにそれぞれ接続されている。
なお、２１，２２は絶縁ブッシュ、２３は相間絶縁板である。

特開２００４−１０４９３２号公報（段落[００１６]〜[００１９]、図４等）

図４に示した従来技術では、筺体１４の内側に形成した通気ダクト１５内に、導体１２，１６及び１３，１７を共締めした導体接続部を配置することにより、導体接続部を空冷している。
しかし、この構造によると、冷却専用の通気ダクト１５を筺体１４の内側に区画形成しなくてはならず、また、導体１２，１３，１６，１７を互いに絶縁しつつ通気ダクト１５内に導入して配置するために、複数の絶縁部材（絶縁板１８、絶縁ブッシュ２１，２２、相間絶縁板２３）が必要である。
このため、導体接続部の冷却構造が複雑化し、部品数の増加やコスト高を招くという問題があった。

そこで、本発明の解決課題は、簡単な構造で低コストにて導体接続部の効率的な冷却を可能にした冷却構造を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、二つの板状導体を積層し、締結具により締結して形成される導体接続部を冷却するための冷却構造において、
熱伝導性の良い金属を加工して形成され、かつ、前記二つの板状導体のうち一方の板状導体に密着して締結される平板部と、この平板部の端部に立設された放熱部と、前記平板部の前記端部とは異なる端部に形成されて前記一方の板状導体の長手方向に直交する終端部に係止する係止部と、を有する冷却部材を備え、
前記冷却部材を、前記締結具により前記二つの板状導体と共締めしたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載した導体接続部の冷却構造において、前記係止部は、前記終端部としての、前記一方の板状導体の上端部に係止することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載した導体接続部の冷却構造において、
前記放熱部が、前記平板部における前記係止部が形成された端部の両隣の端部のうち、少なくとも一方の端部に立設されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載した導体接続部の冷却構造において、前記放熱部と前記係止部とが、前記平板部の表面に対して互いに逆方向に延びていることを特徴とする。

本発明によれば、通気ダクトのような冷却専用の通気空間を必要とせずに、導体同士を冷却部材により共締めする簡単な構造によって導体接続部の冷却構造を実現することができ、構造の簡略化、部品数の減少によるコストの低減が可能である。
また、冷却部材自体の構造も簡単であり、熱伝導性が良く加工が容易な薄板状の金属を機械加工することにより、必要な放熱量を有する冷却構造を得ることができる。

本発明の実施形態を示す平面図（図１（ａ）），正面図（同（ｂ））及び側面図（同（ｃ））である。図１における導体接続部の斜視図である。図２の分解斜視図である。従来技術を示す通気ダクトの断面図である。

以下、図１〜図３に沿って本発明の実施形態を説明する。この実施形態は、変圧器やリアクトル等の巻線部に接続された機器側導体と外部導体との接続部を対象とする冷却構造であるが、本発明の適用される導体接続部は上記対象に何ら限定されるものではない。

まず、図１において、（ａ）は本実施形態の平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図を示している。これらの図において、２０１は外鉄型の三相変圧器やリアクトル等の電気機器本体、２０２は各相の巻線部である。
各相の巻線部２０２の端部から一対の機器側導体２０３が引き出され、これらの機器側導体２０３は、冷却部材２１０を介して外部導体２０４とそれぞれ電気的に接続されている。

図２は、冷却部材２１０を含む導体接続部の斜視図、図３は図２の分解斜視図である。
図１〜図３から明らかなように、本実施形態では、機器側導体２０３、外部導体２０４及び冷却部材２１０を、ボルト２１１、ナット２１２からなる締結具により共締めするものである。

図２，図３において、冷却部材２１０は、銅やアルミ、鉄のように加工が容易であり、しかも熱伝導性の良い薄板金属を機械加工して形成される。
すなわち、冷却部材２１０は、機器側導体２０３と等しい幅の平板部２１０Ａと、その両側にそれぞれ立設された櫛歯状の放熱部２１０Ｂと、平板部２１０Ａの上端部を屈曲させて機器側導体２０３の上端部２０３Ａに係止可能とした係止部２１０Ｃと、を備えている。
なお、図３に示すように、冷却部材２１０の平板部２１０Ａ、機器側導体２０３、外部導体２０４には、共締め用のボルト２１１を挿通するための通孔２１０ａ，２０３ａ，２０４ａがそれぞれ設けられている。

冷却部材２１０の放熱部２１０Ｂは平板状でも良く、また、放熱面積を増やすために、櫛歯の数を更に増加させる、櫛歯の長さを長くする、等の変更も可能である。更に、所望の放熱効果、冷却効果が得られるのであれば、放熱部２１０Ｂを平板部２１０Ａの片側だけに形成しても良い。

また、本実施形態では、放熱部２１０Ｂが平板部２１０Ａに直交する方向に形成されているが、ボルト２１１による共締め作業を容易にするために、放熱部２１０Ｂの先端部を外側に拡げてボルト２１１の挿入空間を十分に確保しても良い。
係止部２１０Ｃは、導体２０３，２０４同士の密着を妨げることなく機器側導体２０３の上端部２０３Ａに係止して位置決めできるものであれば、その幅や形状は特に限定されない。

図２に示すように、ボルト２１１、ナット２１２を用いて機器側導体２０３、外部導体２０４及び冷却部材２１０を共締めした状態では、図１(ｃ)に示すごとく、機器側導体２０３の上端部と外部導体２０４の下端部とが密着して積層され、締結固定される。
これにより、機器側導体２０３と外部導体２０４との電気的接続が確実に行われると共に、導体２０３，２０４の熱は平板部２１０Ａから放熱部２１０Ｂに伝導して周囲空間に放熱されるため、導体２０３，２０４を効率よく冷却することができる。なお、冷却手段としては自然冷却を想定しているが、必要に応じて冷却ファンによる強制冷却を行っても良い。

以上のように、本実施形態によれば、従来技術のように専用の通気空間を区画形成したり、各種の絶縁部材を用いる必要もなく、加工が容易な冷却部材と締結具のみを用いて導体接続部を効率良く冷却することができる。

本発明は、変圧器やリアクトル等の巻線部に接続される機器側導体と外部導体との接続部に限らず、各種の電気機器（電力変換装置を含む）における導体接続部の冷却構造として利用することが可能である。

２０１：電気機器本体
２０２：巻線部
２０３：機器側導体
２０３Ａ：上端部
２０３ａ，２０４ａ，２１０ａ：通孔
２０４：外部導体
２１０：冷却部材
２１０Ａ：平板部
２１０Ｂ：放熱部
２１０Ｃ：係止部
２１１：ボルト
２１２：ナット

Claims

二つの板状導体を積層し、締結具により締結して形成される導体接続部を冷却するための冷却構造において、
熱伝導性の良い金属を加工して形成され、かつ、前記二つの板状導体のうち一方の板状導体に密着して締結される平板部と、この平板部の端部に立設された放熱部と、前記平板部の前記端部とは異なる端部に形成されて前記一方の板状導体の長手方向に直交する終端部に係止する係止部と、を有する冷却部材を備え、
前記冷却部材を、前記締結具により前記二つの板状導体と共締めしたことを特徴とする、導体接続部の冷却構造。
請求項１に記載した導体接続部の冷却構造において、
前記係止部は、前記終端部としての、前記一方の板状導体の上端部に係止することを特徴とする、導体接続部の冷却構造。
請求項１または２に記載した導体接続部の冷却構造において、
前記放熱部が、前記平板部における前記係止部が形成された端部の両隣の端部のうち少なくとも一方の端部に立設されていることを特徴とする、導体接続部の冷却構造。
請求項１〜３の何れか１項に記載した導体接続部の冷却構造において、
前記放熱部と前記係止部とが、前記平板部の表面に対して互いに逆方向に延びていることを特徴とする、導体接続部の冷却構造。