JP7212134B1 - 変圧器の巻線構造 - Google Patents

Abstract

【課題】油流路における圧力損失の増大を抑制しつつ巻線を支持する。【解決手段】巻線構造１は、鉄心２に電線２１が複数層巻回されて形成された方形板状の巻線２０と、巻線２０の鉄心２の軸心Ａｘ方向における両側に巻線２０と対向して配置される一対の絶縁板３０と、巻線２０と絶縁板３０との間に配置され、巻線２０および絶縁板３０との間で巻線２０を冷却する油流路４５を形成する複数のスペーサ４０とを備え、巻線２０は、方形の各辺に対応して４つの領域に区分され、複数のスペーサ４０は、軸心Ａｘ方向にに延びて両端が巻線２０と絶縁板３０とに接するピン状に形成される一方、４つの領域のそれぞれにおいて少なくとも各層の電線２１の一部と接するように配置されている。【選択図】図３

Description

ここに開示された技術は、変圧器の巻線構造に関する。

従来より、例えば特許文献１に開示されているように、巻線を冷却するための油流路が形成された変圧器の巻線構造が知られている。この巻線構造では、電線が鉄心に複数層巻回されてなる巻線が複数段配置されている。巻線と巻線との間に複数のスペーサが配置されることにより、巻線とスペーサとの間が油流路として形成される。こうして形成された油流路に冷却油を流通させることで、巻線が冷却される。

特開昭５５－６１０１０号公報

ところで、前述したようなスペーサは、巻線を支持する機能も有している。巻線は、通電によって発生する電磁力によって変形し、遂には脱落する虞がある。スペーサは、巻線が電磁力によって変形しないように巻線を支持する。

巻線の電磁力による変形を防止する観点では、スペーサによる巻線の支持面積が大きいほど有効である。しかしながら、そうすると、スペーサの占める面積が増大してしまい、そのため、油流路の流路面積が減少する。油流路の流路断面が減少すると、油流路における圧力損失が増大するため、例えば冷却油を油流路に供給するポンプが大型化してしまう。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、油流路における圧力損失の増大を抑制しつつ巻線を支持することができる、変圧器の巻線構造を提供することにある。

ここに開示された変圧器の巻線構造は、巻線と、一対の絶縁板と、複数のスペーサとを備えている。前記巻線は、鉄心に電線が複数層巻回されて形成された方形板状のものである。前記一対の絶縁板は、前記巻線の前記鉄心の軸心方向における両側に前記巻線と対向して配置されている。前記複数のスペーサは、前記巻線と前記絶縁板との間に配置され、前記巻線および前記絶縁板との間で前記巻線を冷却する油流路を形成する。前記巻線は、方形の各辺に対応して４つの領域に区分されている。前記複数のスペーサは、前記軸心方向に延びて両端が前記巻線と前記絶縁板とに接するピン状に形成される一方、前記４つの領域のそれぞれにおいて少なくとも各層の前記電線の一部と接するように配置されている。

前記変圧器の巻線構造によれば、油流路における圧力損失の増大を抑制しつつ巻線を支持することができる。

図１は、変圧器の巻線構造の概略構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示すＸ－Ｘ線における断面図である。 図３は、図２に示すＹ－Ｙ線における断面図である。 図４は、その他の実施形態に係る巻線構造を示す図２相当図である。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、変圧器の巻線構造１の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すＸ－Ｘ線における断面図である。

変圧器の巻線構造１は、ケース１０と、複数の巻線２０と、複数の絶縁板３０と、複数のスペーサ４０とを備えている。図示しないが、変圧器は、電圧等を変更するものであり、例えば、鉄心と、この鉄心に設けられる２つの巻線構造１とを有している。

ケース１０は、複数の巻線２０と、複数の絶縁板３０と、複数のスペーサ４０とを収納している。ケース１０は、筒状のケース本体１１と、絶縁筒１５とを有している。

具体的に、ケース本体１１は、断面が多角形（より詳しくは、四角形）の角筒状に形成されている。この例では、ケース本体１１は、上下方向に延びている。即ち、ケース本体１１は、上下方向に開口している。ケース本体１１には、鉄心２が貫通する。即ち、この例では、鉄心２はケース本体１１に対して水平方向に貫通する。より具体的に、ケース本体１１には、絶縁筒１５が挿入されている。鉄心２は、絶縁筒１５に挿入される。絶縁筒１５は、鉄心２の軸心Ａｘ方向に延びる筒状に形成されている。この例では、絶縁筒１５は、断面が多角形（より詳しくは、四角形）の角筒状に形成されている。絶縁筒１５は、鉄心２と巻線２０との間を絶縁する。

複数の巻線２０のそれぞれは、鉄心２に電線２１が複数層巻回されて形成された方形板状の巻線である。即ち、各巻線２０は、鉄心２の軸心Ａｘ方向に視た形状が方形に形成されており、厚み方向が軸心Ａｘ方向と一致する板状に形成されている。言い換えれば、各巻線２０は、軸心Ａｘ方向と直交する板状に形成されている。この例では、各巻線２０は、軸心Ａｘ方向に視た形状が、上下方向に長い長方形である（図３参照）。

図３は、図２に示すＹ－Ｙ線における断面図である。複数の巻線２０は、ケース本体１１内において軸心Ａｘ方向に間隔を置いて配列されている。図３に示すように、各巻線２０では、１本の電線２１が複数層巻回されている。より詳しくは、各巻線２０では、電線２１が絶縁筒１５を介して鉄心２に巻回されている。電線２１は、例えば絶縁電線である。なお、図３では、説明の便宜上、各層の電線２１と電線２１とは間隔を置いて図示しているが、実際は、各層の電線２１と電線２１とは互いに接した状態で巻回されている。

複数の絶縁板３０は、軸心Ａｘ方向と直交する板状に形成されている。複数の絶縁板３０は、ケース本体１１内において軸心Ａｘ方向に配列されている。より具体的に、複数の絶縁板３０のそれぞれは、巻線２０と巻線２０との間に配置されている。複数の絶縁板３０は、ケース本体１１の内部空間を軸心Ａｘ方向に複数区画している。こうして、複数の絶縁板３０によって区画された複数の空間のそれぞれに巻線２０が配置されている。絶縁板３０は、隣り合う巻線２０と巻線２０との間を絶縁する。

複数の絶縁板３０では、隣り合う２つの絶縁板３０が、一対の絶縁板３０（即ち、第１絶縁板３１および第２絶縁板３２）となっている。つまり、巻線２０の軸心Ａｘ方向における両側に巻線２０と対向して配置される２つの絶縁板３０が一対の絶縁板となっている。さらに言い換えれば、複数の絶縁板３０では、第１絶縁板３１と第２絶縁板３２とが軸心Ａｘ方向に交互に配列されている。

巻線２０の軸心Ａｘ方向における一方の第１面２０ａは、一対の絶縁板３０の一方である第１絶縁板３１と接している。また、巻線２０の軸心Ａｘ方向における他方の第２面２０ｂは、後述するスペーサ４０を介して、一対の絶縁板３０の他方である第２絶縁板３２と接している。つまり、巻線２０の第１面２０ａ側は、第１絶縁板３１によって支持されており、巻線２０の第２面２０ｂ側は、スペーサ４０によって支持されている。

複数のスペーサ４０は、巻線２０と第２絶縁板３２（即ち、絶縁板３０）との間に配置され、巻線２０および第２絶縁板３２（即ち、絶縁板３０）との間で巻線２０を冷却する油流路４５を形成する。

より詳しくは、油流路４５は、複数の巻線２０のそれぞれに対して形成される。油流路４５は、各巻線２０の第２面２０ｂ側に形成される。つまり、油流路４５は、ケース本体１１と、巻線２０と、第２絶縁板３２と、複数のスペーサ４０とによって区画された流路である。油流路４５には、絶縁油である冷却油が、例えばポンプ等によって供給される。油流路４５では、供給された冷却油が流通することによって巻線２０が冷却される。

図１や図３に白抜きの矢印で示すように、油流路４５は、冷却油が下から上へ向かって流通する流路である。即ち、油流路４５は、冷却油が軸心Ａｘ方向と直交する方向に流通する流路である。

複数のスペーサ４０は、軸心Ａｘ方向に延びて両端が巻線２０と第２絶縁板３２（即ち、絶縁板３０）とに接するピン状に形成されている。具体的に、複数のスペーサ４０の軸心Ａｘ方向と直交する断面の形状は、円形である。つまり、複数のスペーサ４０は、軸心Ａｘ方向に延びる円柱状に形成されている。このように、ピン状のスペーサ４０を複数配置して油流路４５を形成することで、例えば比較的長い流路壁によって油流路を形成する場合に比べて、油流路４５における圧力損失が低減されると共に、均等に油流路４５が分散して形成される。

スペーサ４０の軸心Ａｘ方向における一端である第１端面４０ａは、第２絶縁板３２に接している。より詳しくは、スペーサ４０の第１端面４０ａは、第２絶縁板３２に接着剤によって固着されている。スペーサ４０の軸心Ａｘ方向における他端である第２端面４０ｂは、巻線２０の第２面２０ｂに接している。より詳しくは、スペーサ４０の第２端面４０ｂと巻線２０の第２面２０ｂとは、接着剤等で固着されておらず、単に接しているだけである。なお、スペーサ４０の第１端面４０ａは、第２絶縁板３２に接着剤等で固着されずに単に接しており、スペーサ４０の第２端面４０ｂは、巻線２０に接着剤等で固着されていてもよい。また、スペーサ４０の第１端面４０ａおよび第２端面４０ｂの両方が、第２絶縁板３２および巻線２０に接着剤等で固着されていてもよい。

より詳しくは、この例の巻線構造１では、第１絶縁板３１の軸心Ａｘ方向における両側には巻線２０が配置され、第２絶縁板３２の軸心Ａｘ方向における両側には複数のスペーサ４０が配置されている。つまり、第１絶縁板３１は、２つの巻線２０によって軸心Ａｘ方向に挟まれており、第２絶縁板３２は、複数のスペーサ４０によって軸心Ａｘ方向に挟まれている。

複数のスペーサ４０は、巻線２０の第２面２０ｂと接することで巻線２０を支持する。こうして巻線２０がスペーサ４０によって支持されることにより、巻線２０が電磁力によって変形することが抑制される。このように、複数のスペーサ４０は、油流路４５を形成する部材であると共に、巻線２０を支持する部材でもある。また、巻線２０の第１面２０ａは第１絶縁板３１と接しているので、巻線２０は第１絶縁板３１によっても支持される。なお、巻線２０の第１面２０ａと第１絶縁板３１とは、接着剤等で固着されていてもよいし、接着剤等で固着されずに単に接しているだけでもよい。

具体的には、図３に示すように、巻線２０は、方形の各辺に対応して４つの領域（即ち、第１領域Ｓ１～第４領域Ｓ４）に区分される。そして、複数のスペーサ４０は、４つの領域（即ち、第１領域Ｓ１～第４領域Ｓ４）のそれぞれにおいて少なくとも各層の電線２１の一部と接するように配置されている。つまり、巻線２０の第１領域Ｓ１～第４領域Ｓ４のそれぞれにおける各層（この例では、１０層のそれぞれの層）の電線２１では、少なくとも一部がスペーサ４０と接している。

より詳しくは、複数のスペーサ４０は、各層の電線２１のうち方形の４つの角部に相当する部分と接する複数の第１スペーサ４１と、４つの角部以外に相当する部分と接する複数の第２スペーサ４２とを有している。第１スペーサ４１は、この例では、第１スペーサ４１と第２スペーサ４２とは、第１端面４０ａおよび第２端面４０ｂの大きさが同じである。つまり、第１スペーサ４１および第２スペーサ４２は、巻線２０を支持する面積が互いに同じである。

第１スペーサ４１は、巻線２０において互いに隣接する２つの領域Ｓ１～Ｓ４の共通のスペーサ４０と言える。例えば、第１領域Ｓ１と第２領域Ｓ２とが隣接する角部の第１スペーサ４１は、第１領域Ｓ１および第２領域Ｓ２の共通のスペーサ４０である。その他の角部の第１スペーサ４１についても同様である。一の第１スペーサ４１は、互いに隣接する複数層（この例では、２層）の電線２１と接している。つまり、一の第１スペーサ４１は、互いに隣接する２層の電線２１をまとめて支持している。この例の巻線２０では、電線２１が１０層巻回されているので、４つの角部のそれぞれにおいて５個の第１スペーサ４１が配置される。

第２スペーサ４２は、４つの領域Ｓ１～Ｓ４のそれぞれにおける各層において複数配置されている。また、各領域Ｓ１～Ｓ４においては、外側の層にいくほど電線２１が長くなるため、第２スペーサ４２の数量は多くなる傾向である。一の第２スペーサ４２は、第１スペーサ４１と同様、互いに隣接する複数層（この例では、２層）の電線２１と接している。

こうした複数のスペーサ４０の位置および数量は、巻線２０の電磁力による変形が抑制されるように設定される。そして、スペーサ４０がピン状に形成されているので、巻線２０の変形抑制の観点により多数のスペーサ４０が配置されても、油流路４５における圧力損失の増大が抑制される。

なお、この例では、変圧器の巻線構造１について説明したが、ここに開示された巻線構造１に係る技術は、他の電気機器の巻線構造にも適用し得る。

以上のように、変圧器の巻線構造１は、鉄心２に電線２１が複数層巻回されて形成された方形板状の巻線２０と、巻線２０の鉄心２の軸心Ａｘ方向における両側に巻線２０と対向して配置される一対の絶縁板３０（即ち、第１絶縁板３１および第２絶縁板３２）と、巻線２０と絶縁板３０との間に配置され、巻線２０および絶縁板３０との間で巻線２０を冷却する油流路４５を形成する複数のスペーサ４０とを備えている。巻線２０は、方形の各辺に対応して４つの領域Ｓ１～Ｓ４に区分される。複数のスペーサ４０は、軸心Ａｘ方向に延びて両端（即ち、第１端面４０ａおよび第２端面４０ｂ）が巻線２０と第２絶縁板３２（即ち、絶縁板３０）とに接するピン状に形成される一方、４つの領域Ｓ１～Ｓ４のそれぞれにおいて少なくとも各層の電線２１の一部と接するように配置されている。

この構成によれば、巻線２０と絶縁板３０と複数のスペーサ４０との間に油流路４５が形成される。そのため、油流路４５に冷却油が供給されることで、冷却油によって巻線２０を冷却することができる。ここで、複数のスペーサ４０は、軸心Ａｘ方向に延びるピン状に形成されているので、例えば比較的長い流路壁によって油流路を形成する場合に比べて、油流路４５における圧力損失が低減される。また、複数のスペーサ４０の両端が巻線２０と絶縁板３０とに接しているので、巻線２０が複数のスペーサ４０によって支持される。そして、複数のスペーサ４０は、巻線２０の４つの領域Ｓ１～Ｓ４のそれぞれにおいて少なくとも各層の電線２１の一部と接するので、巻線２０の全体を均等に支持することが容易となる。これにより、巻線２０の電磁力による変形が抑制される。このように、複数のスペーサ４０を巻線２０の全体に配置しても、スペーサ４０がピン状であることから圧力損失の増大が抑制される。以上より、この巻線構造１によれば、油流路４５における圧力損失の増大を抑制しつつ巻線２０を支持することができる。

また、スペーサ４０がピン状に形成されているので、巻線２０において所望の箇所を無駄なく適切に支持することができる。つまり、スペーサが比較的大型の部材の場合では所望の箇所だけでなく不要な箇所もまとめて支持してしまうところ、本実施形態のスペーサ４０によれば所望の箇所をコンパクトに支持することができる。そのため、不要な圧力損失の増大を防止することができる。また、スペーサ４０の配置の自由度が高まる。

また、ピン状の複数のスペーサ４０を巻線２０全体に均等に配置することで、油流路４５を均等に分散して形成することができる。そのため、油流路４５において、冷却油の流量、流速の偏りを抑制することができる。よって、巻線２０全体を均等に冷却することができる。

また、巻線２０の軸心Ａｘ方向における一方の第１面２０ａは、一対の絶縁板３０の一方（即ち、第１絶縁板３１）と接している。巻線２０の軸心Ａｘ方向における他方の第２面２０ｂは、スペーサ４０を介して一対の絶縁板３０の他方（即ち、第２絶縁板３２）と接している。

この構成によれば、巻線２０は第１面２０ａが第１絶縁板３１と接しているので、巻線２０はスペーサ４０だけでなく第１絶縁板３１によっても支持される。そのため、巻線２０を強固に支持することができる。

また、スペーサ４０の軸心Ａｘ方向と直交する断面の形状は、円形である。

この構成によれば、例えばスペーサ４０の軸心Ａｘ方向と直交する断面の形状が多角形の場合に比べて、油流路４５における冷却油の流動抵抗を低減することができる。そのため、油流路４５における圧力損失の増大を一層抑制することができる。

また、一の角部に相当する部分に配置された複数の第１スペーサ４１の互いの間隔は、複数の第２スペーサ４２の互いの間隔よりも小さい。

この構成によれば、巻線２０において変形しやすい方形の４つの角部に相当する部分を強固に支持しつつも、油流路４５における圧力損失をそれ程増大させずにすむ。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

例えば、スペーサ４０の軸心Ａｘ方向と直交する断面の形状は、円形以外の形状であってもよい。例えば、スペーサ４０の軸心Ａｘ方向と直交する断面の形状は、五角形や六角形等の多角形であってもよいし、楕円形であってもよい。

また、例えば、巻線２０の電磁力による変形の虞が低い場合は、各層の電線２１において、第１スペーサ４１は省略し、複数の第２スペーサ４２だけを配置するようにしてもよい。

また、４つの領域Ｓ１～Ｓ４において、複数の第２スペーサ４２を互いの間隔が均一になるように配置してもよいし、領域Ｓ１～Ｓ４に応じて複数の第２スペーサ４２の間隔を相違させてもよい。例えば、第１領域Ｓ１および第３領域Ｓ３における第２スペーサ４２の間隔は、第２領域Ｓ２および第４領域Ｓ４における第２スペーサ４２の間隔よりも小さくしてもよい。この場合、第２領域Ｓ２および第４領域Ｓ４よりも各層の電線２１の長さが長い第１領域Ｓ１および第３領域Ｓ３において複数の第２スペーサ４２がより密に配置されるので、巻線２０の変形を効果的に抑制することができる。

また、巻線２０、絶縁板３０およびスペーサ４０の軸心Ａｘ方向における配置構成は、前述したものに限らず、例えば図４に示すような構成であってもよい。具体的には、第１絶縁板３１および第２絶縁板３２は、前記実施形態と同様、軸心Ａｘ方向に交互に複数配列されている。そして、第１絶縁板３１および第２絶縁板３２のそれぞれの軸心Ａｘ方向における同じ側の一方の面（この例では、図４において右側の面）には、巻線２０が配置されている。また、第１絶縁板３１および第２絶縁板３２のそれぞれの軸心Ａｘ方向における同じ側の他方の面（この例では、図４において左側の面）には、複数のスペーサ４０が配置されている。つまり、この例の巻線構造１では、第１絶縁板３１および第２絶縁板３２のそれぞれは、巻線２０と複数のスペーサ４０とによって軸心Ａｘ方向に挟まれている。

また、巻線２０、絶縁板３０およびスペーサ４０の軸心Ａｘ方向における配置構成は、前記実施形態で説明した構成（即ち、図２に示すような構成）と、図４に示すような構成とが混在したものであってもよい。

また、巻線２０の両面（即ち、第１面２０ａおよび第２面２０ｂの両方）をスペーサ４０で支持するようにしてもよい。つまり、この場合は、軸心Ａｘ方向に延びて両端が巻線２０と第１絶縁板３１とに接する複数のスペーサが、巻線２０と第１絶縁板３１との間にも配置される。

１ 変圧器の巻線構造
２ 鉄心
２０ 巻線
２０ａ 第１面
２０ｂ 第２面
２１ 電線
３０ 絶縁板
３１ 第１絶縁板（一対の絶縁板）
３２ 第２絶縁板（一対の絶縁板）
４０ スペーサ
４０ａ 第１端面（両端）
４０ｂ 第２端面（両端）
４５ 油流路
Ａｘ 軸心
Ｓ１～Ｓ４ 領域

Claims (2)

1. 鉄心に電線が複数層巻回されて形成された方形板状の巻線と、
   前記巻線の前記鉄心の軸心方向における両側に前記巻線と対向して配置される一対の絶縁板と、
   前記巻線と前記絶縁板との間に配置され、前記巻線および前記絶縁板との間で前記巻線を冷却する油流路を形成する複数のスペーサとを備え、
   前記巻線は、方形の各辺に対応して４つの領域に区分され、
   前記複数のスペーサは、前記軸心方向に延びて両端が前記巻線と前記絶縁板とに接するピン状に形成される一方、前記４つの領域のそれぞれにおいて少なくとも各層の前記電線の一部と接するように配置されており、
   前記スペーサの前記軸心方向と直交する断面の形状は、円形である、変圧器の巻線構造。
2. 請求項１に記載の変圧器の巻線構造において、
   前記巻線の前記軸心方向における一方の第１面は、前記一対の絶縁板の一方と接しており、
   前記巻線の前記軸心方向における他方の第２面は、前記スペーサを介して前記一対の絶縁板の他方と接している、変圧器の巻線構造。

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