JP7238466B2 - 巻線機器 - Google Patents

Description

本発明は、変圧器、リアクトル等の巻線機器に関し、特にパワーエレクトロニクス機器で使用される高周波巻線機器に関する。

変圧器、リアクトル等の巻線機器では、巻線（以下、コイルともいう）等により発生する損失（発熱）を外部に放出する必要がある。特に、パワーエレクトロニクス機器で使用される高周波巻線機器では、高周波且つ高出力電流が通電されるため、損失密度が大きい。したがって、高電位部で発生した損失を効率よく外部に放出することが要求される。

下記特許文献１には、小型で、放熱性に優れるリアクトルが開示されている。このリアクトルは、図１を参照して、アルミ製のケース１内に、１対の円筒状の中コア２と、中コア２の周りに巻回されたコイル３と、コイル３の周りに配置された絶縁フィルム７とを収容している。このケース１に、外コア５を装着した取付カバー６が、絶縁板Ｐを介してネジＳ１により取付けられて、図２に示すように形成される。その後、コイル３の両端に接続された端子４が露出するように、樹脂Ｒが充填されて、図３に示すようにリアクトルが形成される。

図４は、図１～図３に示したリアクトルの部分断面図（図１に示したようにＸＹＺ座標を設定した場合のＸＺ平面の断面図）を示している。コイル３は、平角線が幅方向に巻回されたエッジワイズ巻線である。図３に示したリアクトルは、ネジＳ２により、例えば水冷部９００に固定される。このリアクトルでは、コイル３で発生した損失は、モールドされた樹脂Ｒを介してアルミ製のケース１に伝わり、水冷部９００により放散（冷却）される。コイル３とケース１との絶縁は、樹脂Ｒにより維持される。

特許第３８１４２８８号

しかし、特許文献１に開示されたリアクトルでは、モールド樹脂Ｒの熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋ程度と小さく、樹脂にフィラー（シリカ等）を混合したとしても０．６Ｗ／ｍ・Ｋ程度にしかならないので、放熱性能が十分ではない。放熱性能を高くするには、コイル３とケース１との間の樹脂Ｒの厚さを薄くすることが考えられる。しかし、モールド樹脂又はフィラーがコイル全体に十分に行きわたり、隙間なく確実に充填され、樹脂の硬化時等にクラックが生じないようにするためには、コイル３とケース１との間にある程度の隙間が必要であり、モールド樹脂の厚さを薄くできない。したがって、小型化には限界がある。

放熱性能を改善する方法として、モールド樹脂として、熱伝導率が１～７Ｗ／ｍ・Ｋと大きい高熱伝導モールド樹脂（例えば、住友大阪セメント株式会社製のリコ・ジーマ・イナス）等を使用してモールドすることが考えられる。しかし、そのようなモールド樹脂は、粘度が高いので、狭い間隔に充填できず、やはり巻線機器を小型化できない問題がある。

例えば、高周波巻線を約６００Ｖで使用する場合、絶縁性能を維持するには１ｍｍ程度の間隔があれば充分である。しかし、上記の高熱伝導モールド樹脂を使用する場合、樹脂が充分に充填されるようにするには、少なくとも５ｍｍ程度の間隔が必要となる。

したがって、本発明は、巻線機器による損失（発熱）を効率よく外部に放出でき、小型化可能な巻線機器を提供することを目的とする。

本発明の第１局面に係る巻線機器は、導電部材により形成される巻線と、巻線の通電時に巻線を冷却するための冷却部と、巻線と冷却部との間に、巻線及び冷却部に当接して配置される絶縁部材とを含み、絶縁部材は、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のシート状の部材で形成される。

これにより、巻線による損失（発熱）を効率よく冷却部に伝達して、巻線機器の外部に放出できる。また、従来よりも小型の巻線機器を実現できる。

好ましくは、巻線は、導電部材が所定軸の周りに巻回された筒状に形成され、所定軸に平行な側面の一部に平坦部を有し、絶縁部材は、平坦部に配置され、冷却部は、平坦部に対向し、絶縁部材に当接する平面を有する。これにより、絶縁部材（プリプレグ）をプレス機等で加圧して、絶縁部材内部のボイドを押しつぶすことができるので、巻線機器の絶縁性能を向上できる。

より好ましくは、巻線は、導電部材が所定軸の周りに複数回巻回する複数層に形成され、複数層の隣接する層間に配置された層間絶縁部材をさらに含み、層間絶縁部材は、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きいシート状の部材で形成される。これにより、円筒巻線、シート巻線等を用いた巻線機器の放熱性能を向上できる。

さらに好ましくは、シート状の部材は、熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のプリプレグ又はシートである。これにより、巻線機器の放熱性能をより向上できる。

好ましくは、巻線は、第１巻線と、第１巻線の外側に配置される第２巻線とを含み、冷却部は、第１巻線の内側に配置される第１冷却部と、第２巻線の外側に配置される第２冷却部とを含み、絶縁部材は、第１巻線と第１冷却部との間に、第１巻線及び第１冷却部に当接して配置される第１絶縁部材と、第２巻線と第２冷却部との間に、第２巻線及び第２冷却部に当接して配置される第２絶縁部材とを含む。これにより、巻線による損失を効率よく冷却部に伝達して、巻線機器の外部に放出でき、且つ、モールド樹脂を充填する従来の方式よりも小型の変圧器を実現できる。

本発明によれば、巻線による損失（発熱）を効率よく冷却部に伝達して、外部に放出できる。また、従来よりも小型の巻線機器を実現できる。

従来のリアクトルの構造を示す分解斜視図である。 図１のリアクトルの組立状態を示す斜視図である。 図２のリアクトルに樹脂を充填した状態を示す斜視図である。 図３のリアクトルの鉛直断面図である。 本発明の実施の形態に係る巻線機器である変圧器を示す斜視図である。 図５の変圧器の水平断面図である。 図５の変圧器の鉛直断面図である。 内側ユニットの製造方法を示す斜視図である。 外側ユニットの製造方法を示す斜視図である。 第１変形例に係る変圧器を示す水平断面図である。 図１０の変圧器で使用される冷却ジャケットを示す三面図である。 第２変形例に係る巻線機器である変圧器を示す水平断面図である。 第３変形例に係る巻線機器である変圧器を示す鉛直断面図である。 第４変形例に係る巻線機器である変圧器を示す鉛直断面図である。 第５変形例に係る巻線機器である変圧器を示す鉛直断面図である。 第６変形例に係る巻線機器である変圧器を構成する巻線の構造を示す斜視図である。

以下の実施の形態では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図５～図７を参照して、本発明の実施の形態に係る巻線機器である変圧器１００は、コア１０２、第１内側ユニット１０４、第１外側ユニット１０６、第２内側ユニット１０８及び第２外側ユニット１１０を含む。第１内側ユニット１０４は、コア１０２の一方の脚部の周囲を取り囲むように配置され、第１外側ユニット１０６は第１内側ユニット１０４の周囲を取り囲むように配置されている。第２内側ユニット１０８は、コア１０２の他方の脚部の周囲を取り囲むように配置され、第２外側ユニット１１０は第２内側ユニット１０８の周囲を取り囲むように配置されている。第１内側ユニット１０４及び第１外側ユニット１０６は同軸の円筒状に形成され、第２内側ユニット１０８及び第２外側ユニット１１０も同様に同軸の円筒状に形成されている。

コア１０２は、強磁性材料（例えば、珪素鋼板、フェライト、アモルファス合金、ナノ結晶軟磁性材料等）で形成されている。変圧器１００が高周波変圧器であれば、コア１０２は、高周波用の鉄心材料で形成される。

図６は、変圧器１００の水平断面図を示しており、図７は、変圧器１００の鉛直断面図を示している。図５に示したようにＸＹＺ座標を設けると、図６はＸＹ平面の断面図であり、図７はＹＺ平面の断面図である。

図７を参照して、コア１０２は、２つのＵ字型の部材が対向して配置されて形成されており、ギャップ１１２及び１１４を有する。コア１０２を２つのＵ字型の部材で形成するのは、各脚部にコイルを配置するためのものである。ギャップ１１２及び１１４は、コアの残留磁束を抑制し、コアの磁束の飽和を抑制するためのものである。ギャップ１１２及び１１４の位置は、図７に示した位置に限定されず、任意である。

第１内側ユニット１０４は、コア１０２に近接して配置された第１内側冷却ジャケット１２４と、第１内側冷却ジャケット１２４に当接して第１内側冷却ジャケット１２４の周囲を取り囲むように配置された第１内側絶縁部材１２２と、第１内側絶縁部材１２２に当接して第１内側絶縁部材１２２の周囲を取り囲むように配置された第１内側コイル１２０とを含む。第１外側ユニット１０６は、第１内側コイル１２０から離隔して（絶縁されて）第１内側コイル１２０の周囲を取り囲むように配置された第１外側コイル１３０と、第１外側コイル１３０に当接して第１外側コイル１３０の周囲を取り囲むように配置された第１外側絶縁部材１３２と、第１外側絶縁部材１３２に当接して第１外側絶縁部材１３２の周囲を取り囲むように配置された第１外側冷却ジャケット１３４とを含む。

第２内側ユニット１０８及び第２外側ユニット１１０は、それぞれ第１内側ユニット１０４及び第１外側ユニット１０６と同様に構成されている。即ち、第２内側ユニット１０８は、コア１０２に近接して配置された第２内側冷却ジャケット１４４と、第２内側冷却ジャケット１４４に当接して第２内側冷却ジャケット１４４の周囲を取り囲むように配置された第２内側絶縁部材１４２と、第２内側絶縁部材１４２に当接して第２内側絶縁部材１４２の周囲を取り囲むように配置された第２内側コイル１４０とを含む。第２外側ユニット１１０は、第２内側コイル１４０から離隔して（絶縁されて）第２内側コイル１４０の周囲を取り囲むように配置された第２外側コイル１５０と、第２外側コイル１５０に当接して第２外側コイル１５０の周囲を取り囲むように配置された第２外側絶縁部材１５２と、第２外側絶縁部材１５２に当接して第２外側絶縁部材１５２の周囲を取り囲むように配置された第２外側冷却ジャケット１５４とを含む。なお、第１内側冷却ジャケット１２４、第１外側冷却ジャケット１３４、第２内側冷却ジャケット１４４、及び第２外側冷却ジャケット１５４の各々は、コア１０２の周囲を環状に取り囲む形状ではなく、少なくとも一部を切り欠いた形状（コア１０２の軸に垂直な断面形状が例えばＣ字形状）となっている。これにより、後述するように、冷却ジャケットが金属で形成される場合に、ループ電流の発生を抑制できる。

第１内側コイル１２０、第１外側コイル１３０、第２内側コイル１４０及び第２外側コイル１５０は、被覆された導電線（例えば、リッツ線）を用いて形成されている。リッツ線は、絶縁部材で被覆された導電性の細線が、複数より合わされて形成された電線である。これにより、変圧器１００は、高周波変圧器として機能する。

第１内側コイル１２０及び第１外側コイル１３０はそれぞれ、コア１０２の柱状の一方の脚部の周りに、リッツ線が所定回数巻回されて円筒状に形成されている。同様に、第２内側コイル１４０及び第２外側コイル１５０はそれぞれ、コア１０２の柱状の他方の脚部の周りに、リッツ線が所定回数巻回されて円筒状に形成されている。第１内側コイル１２０及び第２内側コイル１４０は、円筒の半径が略等しく、円筒の高さも略等しく形成されている。同様に、第１外側コイル１３０及び第２外側コイル１５０は、円筒の半径が略等しく、円筒の高さも略等しく形成されている。

第１内側絶縁部材１２２、第１外側絶縁部材１３２、第２内側絶縁部材１４２及び第２外側絶縁部材１５２は、各々が当接しているコイル（巻線）の発熱を、対応する冷却ジャケットに伝導するためのものであり、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導材料で形成される。より効率よく熱を冷却ジャケットに伝導するためには、第１内側絶縁部材１２２、第１外側絶縁部材１３２、第２内側絶縁部材１４２及び第２外側絶縁部材１５２は、熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導材料で形成されることが好ましい。高熱伝導材料として、シート状の部材を使用できる。シート状の部材には、高熱伝導プリプレグ（ガラス布等に樹脂を含浸させて半硬化させたもの）、及び高熱伝導シートが含まれる。高熱伝導プリプレグとしては、例えば、９９Ｎ（ＡＲＬＯＮ社製、熱伝導率１．２Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ｒ－１４Ｔ１（パナソニック株式会社製、熱伝導率１．４Ｗ／ｍ・Ｋ）、ＥＳ－３２４５（利昌工業株式会社製、熱伝導率３Ｗ／ｍ・Ｋ）等を使用できる。高熱伝導シートとしては、ＡＤ－７２００ＴＹ（利昌工業株式会社製、熱伝導率５Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ｅｃｏｏｌ（パナソニック株式会社製、熱伝導率３Ｗ／ｍ・Ｋ又は５Ｗ／ｍ・Ｋ）等を使用できる。

第１内側冷却ジャケット１２４、第１外側冷却ジャケット１３４、第２内側冷却ジャケット１４４及び第２外側冷却ジャケット１５４は、各々が当接している絶縁部材から伝達された熱を放熱し、コイルを冷却するためのものである。第１内側冷却ジャケット１２４、第１外側冷却ジャケット１３４、第２内側冷却ジャケット１４４及び第２外側冷却ジャケット１５４にはそれぞれ、例えばＵ字型のパイプ１６０、１６２、１６４及び１６６が当接されて配置されている。パイプ１６０、１６２、１６４及び１６６には、水が循環され、第１内側冷却ジャケット１２４、第１外側冷却ジャケット１３４、第２内側冷却ジャケット１４４及び第２外側冷却ジャケット１５４の放熱機能を向上させる。

第１内側冷却ジャケット１２４、第１外側冷却ジャケット１３４、第２内側冷却ジャケット１４４及び第２外側冷却ジャケット１５４は、熱伝導性の高い非磁性の金属（例えば、銅、アルミニウム、銅合金（真鍮等）、又はアルミニウム合金等）により形成されることが好ましい。パイプ１６０、１６２、１６４及び１６６も同様に、熱伝導性の高い非磁性の金属により形成されることが好ましい。

このように構成されることにより、変圧器１００を、例えば、第１内側コイル１２０及び第２内側コイル１４０を１次コイルとし、第１外側コイル１３０及び第２外側コイル１５０を２次コイルとする変圧器として機能させるときに、各コイルに発生する熱を、対応する高熱伝導性の絶縁部材により対応する冷却ジャケットに効率よく伝達でき、冷却ジャケットにより放熱できるので、各コイルを効率よく冷却できる。

図８及び図９を参照して、変圧器１００の製造方法に関して説明する。第１内側ユニット１０４及び第２内側ユニット１０８は、図８の（Ａ）～（Ｄ）の工程により製造される。第１外側ユニット１０６及び第２外側ユニット１１０は、図９の（Ａ）～（Ｄ）の工程により製造される。

図８の（Ａ）を参照して、円筒の一部が軸方向に沿って切り欠かかれた形状の冷却ジャケット３００の内側の側面に、Ｕ字型のパイプ３０２を取付ける。ここでは、２本のＵ字型のパイプが取り付けられている。パイプ３０２を冷却ジャケット３００に取付ける方法は任意であり、相互に密着させて固定できればよく、熱伝導性が高い部材を介して接着してもよい。冷却ジャケット３００及びパイプ３０２は、例えば、溶接、ろう付等により固定され得る。冷却ジャケット３００及びパイプ３０２の接触面積を広くするために、冷却ジャケット３００の表面にパイプ３０２の形状に凹部（溝）を設けて、当該凹部にパイプ３０２の側面を当接させ、パイプ３０２の側面の一部が埋設されるようにして固定してもよい。冷却ジャケット３００及びパイプ３０２の接触面積を広くすることにより、冷却ジャケット３００からパイプ３０２への熱伝導効率が高くなり、冷却効果が向上する。ここではさらに、冷却ジャケット３００に補充部材３０１を装着する。補充部材３０１は、樹脂等（ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等）の絶縁材料で形成されている。補充部材３０１は、冷却ジャケット３００とともに巻線の巻枠として機能する円筒を形成する。

続いて、図８の（Ｂ）を参照して、冷却ジャケット３００及び補充部材３０１の外側の側面の周りに絶縁部材３０４を貼り付ける。絶縁部材３０４は、上記した高熱伝導プリプレグ又は高熱伝導シートである。絶縁部材３０４の厚さは、使用される電圧に応じた絶縁耐圧を有する厚さであればよい。適切な絶縁部材３０４の厚さは、部分放電開始電圧と絶縁部材の厚さとを変化させて実験することにより決定できる。

続いて、図８の（Ｃ）を参照して、絶縁部材３０４の周りに被覆された導電線（例えば、リッツ線）を巻回してコイル３０６を形成する。コイル３０６は、内側コイルとして使用される。続いて、この構造物を、型を用いて樹脂３０８によりモールドして、図８の（Ｄ）に示した内側ユニットが形成される。内側ユニットは、空孔３１０を有しており、空孔３１０には、コア１０２の脚部が配置される。なお、コイル３０６を形成した後、補充部材３０１を取外してから樹脂３０８によりモールドしてもよい。

図９の（Ａ）を参照して、円筒形の巻枠３２０の周りに被覆された導電線（例えば、リッツ線）を巻回してコイル３２２を形成する。コイル３２２は、外側コイルとして使用される。巻枠３２０は、コイル３２２を形成するための仮の巻枠であり、後の工程で取り外される。

続いて、円弧状の冷却ジャケット３２４の外側の側面にＵ字型のパイプ３２６を固定し、冷却ジャケット３２４の内側の側面に絶縁部材３２８を張り付ける。冷却ジャケット３２４は、上記したように熱伝導性の高い非磁性の金属により形成されている。絶縁部材３２８は、上記した高熱伝導プリプレグ又は高熱伝導シートである。絶縁部材３２８の厚さは、上記したように、使用される電圧に応じた絶縁耐圧を有する厚さであればよい。ここでは、冷却ジャケット３２４の円弧の中心角は１８０度未満（例えば１２０度）であり、図９の（Ｂ）に示した構造物を２体作製するとする。

続いて、図９の（Ｃ）を参照して、図９の（Ａ）に示した構造物の側面に、図９の（Ｂ）に示した構造物を取り付ける。複数の冷却ジャケット３２４の間には少なくとも１つのギャップ３２５が形成され、複数の冷却ジャケット３２４により、円筒形の巻枠３２０の軸の周りに環状の電気的導通経路が形成されることはない。続いて、この構造物から巻枠３２０を取り外したものを、型を用いて樹脂３３０によりモールドして、図９の（Ｄ）に示した外側ユニットが形成される。外側ユニットは、空孔３３２を有している。空孔３３２には、図８の（Ｄ）に示した内側ユニットが挿入される。

このようにして、内側ユニット及び外側ユニットの組を２組作成し、図５に示すように、各組のユニットをコア１０２の２つの脚部に配置することにより変圧器１００が完成する。

このようにして製造させた変圧器１００は、各コイルに発生する熱を、対応する高熱伝導部材により対応する冷却ジャケットに効率よく伝達でき、冷却ジャケットにより放熱できるので、各コイルを効率よく冷却できる。絶縁部材として、シート状の高熱伝導材料（高熱伝導プリプレグ又は高熱伝導シート）を使用することにより、熱源であるコイルと放熱のための冷却ジャケットとの間を、樹脂を注入して形成された従来の巻線機器よりも小さくでき、冷却性能を向上できる。

コイルと冷却ジャケットとの距離は、要求される絶縁性能を満たす最小の値にでき、従来のように高熱伝導性の樹脂を注入する場合に必要となるケース等が不要になるので、巻線機器をより小型にできる。また、冷却が必要な部分に、必要最小限のシート状の高熱伝導材料（高熱伝導プリプレグ又は高熱伝導シート）を配置すればよいので、製造コストを低減できる。従来は、冷却に関係しない部分にも樹脂が充填され、不経済であった。

内側ユニット及び外側ユニットの各々を樹脂でモールドして形成するのは、コイル、絶縁部材及び冷却ジャケットを相互に長期間安定して固定するためのものである。固定方法は任意である。例えば、樹脂モールドに替えて、コイル及び絶縁部材に冷却ジャケットを取付けた状態で、ガラステープを巻き付け、レジン（樹脂）を塗布して硬化させてもよい。

冷却ジャケットは、漏れ磁束が大きい内側コイルと外側コイルとの間を避けて、内側コイルの内側と、外側コイルの外側に配置されているので、導電性の金属で形成された冷却ジャケットへの漏れ磁束の影響（高周波による渦電流の発生による損失）を抑制できる。

（第１変形例）
上記では、断面形状が円形の導電線を使用して、円筒形のコイルを形成する場合を説明したが、これに限定されない。第１変形例では、断面形状が角形の導電線を使用して、軸の垂直断面の形状が矩形のコイルを形成する。

図１０は、図６の左側部分に対応する。即ち、図１０は、図５の変圧器１００と同様に構成される変圧器において、一方のコアの脚部に形成される内側ユニット及び外側ユニットの水平断面図を示す。

外側ユニットは、外側コイル２０４と、外側コイル２０４の外側に当接させて配置された外側絶縁部材２１０及び２１４と、外側絶縁部材２１０及び２１４の各々に当接して配置された外側冷却ジャケット２１２及び２１６とを含む。内側ユニットは、内側コイル２０２と、内側コイル２０２の内側に当接させて配置された内側絶縁部材２２０及び２２４と、内側絶縁部材２２０及び２２４の各々に当接して配置された内側冷却ジャケット２２２及び２２６とを含む。外側絶縁部材２１０及び２１４と、内側絶縁部材２２０及び２２４とは、上記したシート状の高熱伝導材料で形成されている。

内側コイル２０２及び外側コイル２０４は、軸の垂直断面の形状が矩形である筒状に形成されている。内側コイル２０２は、コア２００の脚部に配置され、外側コイル２０４は、内側コイル２０２の外側に配置されている。内側コイル２０２の内側の側面及び外側コイル２０４の外側の側面は、平坦に形成されるので、外側冷却ジャケット２１２及び２１６と、内側冷却ジャケット２２２及び２２６とは、平板状のもの、例えば、図１１に示した冷却ジャケット５００を使用できる。

図１１を参照して、冷却ジャケット５００は、平板５０２と、パイプ５０４及び５０６とを含む。平板５０２には、貫通孔５０８、５１０及び５１２が形成され、それらの端部は、パイプ５０４及び５０６が配置される端部を除いて、封止部材５１４、５１６、５１８及び５２０により封止されている。貫通孔５０８、５１０及び５１２は水を循環させるためのものであり、例えば、パイプ５０４から注入した水は、貫通孔５０８、５１２及び５１０の順に流れて、パイプ５０６から排出される。平板５０２と、パイプ５０４及び５０６とは、上記したように、熱伝導性の高い非磁性の金属により形成される。

断面角形の導電線は、断面円形の導電線よりもスペースファクターがよい（巻回したときに形成される隙間が小さい）ので、断面角形の導電線を使用することにより、巻線機器をより小型に形成できる。

冷却ジャケットには、上記したように、平板状のものを使用できるので、高熱伝導部材（高熱伝導プリプレグ）を冷却ジャケットに貼り付けるときに、例えばプレス機等により一定の圧力をかけることができる。高熱伝導部材を加圧することにより、高熱伝導部材内部に形成されるボイド（空気領域）を押しつぶすことができ、高熱伝導部材の絶縁性能を向上できる。ボイドが存在する場合、高熱伝導部材自体の絶縁破壊電圧よりも低い電圧で部分放電が発生する。したがって、高熱伝導部材の貼り付け枚数が少なくて済み（コイルと冷却ジャケットとの間隔が小さい）、熱伝導性能を向上しつつ、巻線機器を小型化できる。

（第２変形例）
第１変形例（図１０参照）では、外側コイルの２つの側面に高熱伝導部材及び冷却ジャケットを設ける場合を説明したが、これに限定されない。第２変形例では、外側コイルの４つの側面に高熱伝導部材及び冷却ジャケットを設ける。

図１２を参照して、第２変形例に係る巻線機器である変圧器は、第１変形例と同様に、断面角形の導電線を使用して形成された外側コイル２３４及び内側コイル２３２を含み、コア２３０の脚部に配置されている。但し、図１２における外側コイル２３４及び内側コイル２３２の横方向の長さはそれぞれ、図１０における外側コイル２０４及び内側コイル２０２の横方向の長さよりも長い。したがって、図１２の変圧器では、外側コイル２３４の外側の側面に、さらに外側絶縁部材２４０及び外側冷却ジャケット２４２と、外側絶縁部材２４４及び外側冷却ジャケット２４６とが配置されている。

外側絶縁部材２４０と外側冷却ジャケット２４２、及び、外側絶縁部材２４４と外側冷却ジャケット２４６をそれぞれ、図１０の外側絶縁部材２１０及び外側冷却ジャケット２１２と同様に、例えばプレス機等により一定の圧力をかけて貼り付けることができる。したがって、第１変形例と同様に、高熱伝導部材の絶縁性能を向上でき、巻線機器を小型化できる。

（第３変形例）
上記では、導電線にリッツ線を使用してコイルを形成する場合を説明したが、これに限定されない。第３変形例では、エッジワイズ巻線のコイルを採用する。

図１３を参照して、第３変形例に係る巻線機器である変圧器は、上記の実施の形態と同様に、コア１０２の脚部に配置された内側ユニット４０４及び外側ユニット４０６を含む。図１３は、図７の左側部分に対応する鉛直断面図である。内側ユニット４０４は、内側コイル４００、第１内側絶縁部材１２２及び第１内側冷却ジャケット１２４を含み、外側ユニット４０６は、外側コイル４０２、第１外側絶縁部材１３２及び第１外側冷却ジャケット１３４を含む。図１３において、図７と同じ符号を付した要素は、図７と同様の部材を用いて、同様に形成され、同様に配置されているので、重複説明を繰返さない。なお、図１３の第１内側冷却ジャケット１２４及び第１外側冷却ジャケット１３４には、図７と同様にパイプ（図示せず）が配置されている。

内側コイル４００及び外側コイル４０２はそれぞれ、断面形状が長方形の被覆された単一の（撚り線でない）導電線を用いてエッジワイズに、即ち、導電線の幅方向（長方形の断面の長辺方向）に巻回して形成されたコイルである。内側コイル４００及び外側コイル４０２のそれぞれの軸に垂直な断面の形状は、図６に示したように円形であっても、図１０及び図１２に示したように矩形であってもよい。第１内側冷却ジャケット１２４及び第１外側冷却ジャケット１３４は、内側コイル４００及び外側コイル４０２の側面が円筒状であるか、矩形の筒状であるかに応じて、円弧状の冷却ジャケット、又は平板状の冷却ジャケット（図１１の冷却ジャケット５００参照）を使用すればよい。

これにより、上記したように、巻線機器を小型化できる。内側コイル４００及び外側コイル４０２の側面が矩形の筒状であれば、高熱伝導部材をプレス機械等で加圧することにより、高熱伝導部材の絶縁性能を向上できる。内側コイル４００及び外側コイル４０２をエッジワイズ巻線の形状に形成することにより、コイルに発生した熱は、導電線内を幅方向に伝達されて、速やかに第１内側冷却ジャケット１２４及び第１外側冷却ジャケット１３４に到達するので、冷却性能がより高くなる。

（第４変形例）
第３変形例では、断面形状が長方形の被覆された単一の導電線を用いて形成したエッジワイズ巻線を、コイルに採用する場合を説明したが、これに限定されない。第４変形例では、コイルに円板巻線を採用する。

図１４を参照して、第４変形例に係る巻線機器である変圧器は、上記の実施の形態と同様に、コア１０２の脚部に配置された内側ユニット４１４及び外側ユニット４１６を含む。図１４は、図７の左側部分に対応する鉛直断面図である。内側ユニット４１４は、内側コイル４１０、第１内側絶縁部材１２２及び第１内側冷却ジャケット１２４を含み、外側ユニット４１６は、外側コイル４１２、第１外側絶縁部材１３２及び第１外側冷却ジャケット１３４を含む。図１４において、図７と同じ符号を付した要素は、図７と同様の部材を用いて、同様に形成され、同様に配置されているので、重複説明を繰返さない。なお、図１４の第１内側冷却ジャケット１２４及び第１外側冷却ジャケット１３４には、図７と同様にパイプ（図示せず）が配置されている。

内側コイル４１０及び外側コイル４１２はそれぞれ、断面形状が長方形の被覆された単一の（撚り線でない）導電線を用いて、導電線の厚さ方向（長方形の断面の短辺方向）に巻回して形成された円板巻線である。円板巻線は、ディスク巻線とも言われる。

内側コイル４１０及び外側コイル４１２のそれぞれの軸に垂直な断面の形状は、図６に示したように円形であっても、図１０及び図１２に示したように矩形であってもよい。第１内側冷却ジャケット１２４及び第１外側冷却ジャケット１３４は、内側コイル４１０及び外側コイル４１２の側面が円筒状であるか、矩形の筒状であるかに応じて、円弧状の冷却ジャケット、又は平板状の冷却ジャケット（図１１の冷却ジャケット５００参照）を使用すればよい。

これにより、上記したように、巻線機器を小型化できる。内側コイル４１０及び外側コイル４１２の側面が矩形の筒状であれば、高熱伝導部材をプレス機械等で加圧することにより、高熱伝導部材の絶縁性能を向上できる。内側コイル４１０では、外側の導電線で発生した熱は、右方向に隣接する導電線を順次伝達して、内側コイル４１０の内側に配置された第１内側冷却ジャケット１２４に至り、放熱される。同様に、外側コイル４１２では、内側の導電線で発生した熱は、左方向に隣接する導電線を順次伝達して、外側コイル４１２の外側に配置された第１外側冷却ジャケット１３４に至り、放熱される。

（第５変形例）
断面形状が長方形の被覆された単一の導電線を使用する場合、第３変形例及び第４変形例に示したコイルに限定されない。第５変形例では、コイルに円筒巻線を採用する。

図１５を参照して、第５変形例に係る巻線機器である変圧器は、コア１０２の脚部に配置された内側ユニット及び外側ユニットを含む。内側ユニット４２４は、コイル４２０、絶縁部材４２２及び第１内側冷却ジャケット１２４を含む。図１５は、図７の左側部分に対応する鉛直断面図であるが、内側ユニット４２４の周囲を取り囲んで配置される外側ユニットは図示していない。図１５において、図７と同じ符号を付した要素は、図７と同様の部材を用いて、同様に形成され、同様に配置されているので、重複説明を繰返さない。なお、図１５の第１内側冷却ジャケット１２４には、図７と同様にパイプ（図示せず）が配置されている。

コイル４２０は、断面形状が長方形の被覆された単一の（撚り線でない）導電線を用いて、導電線を、導電線の幅方向がコア１０２の軸と平行になるようにしてコア１０２の軸方向に巻回して、円筒状に各層を形成した円筒巻線である。端子部４２６及び４２８にはそれぞれ、円筒巻線であるコイル４２０の巻始め及び巻終わりが接続される。コイル４２０の各層間には、絶縁部材４２２が配置されている。絶縁部材４２２は、上記したシート状の高熱伝導材料で形成されている。

コイル４２０の軸に垂直な断面の形状は、図６に示したように円形であっても、図１０及び図１２に示したように矩形であってもよい。第１内側冷却ジャケット１２４は、コイル４２０の側面が円筒状であるか、矩形の筒状であるかに応じて、円弧状の冷却ジャケット、又は平板状の冷却ジャケット（図１１の冷却ジャケット５００参照）を使用すればよい。

外側ユニットは、例えば、図１３の外側コイル４０２及び第１外側絶縁部材１３２が、コイル４２０と同様の円筒巻線と、絶縁部材４２２と同様に層間に配置された高熱伝導部材とで代替されたものである。

これにより、上記したように、巻線機器を小型化できる。コイル４２０の側面が矩形の筒状であれば、高熱伝導部材をプレス機械等で加圧することにより、絶縁部材４２２の絶縁性能を向上できる。円筒巻線の各層間に、高熱伝導材料の絶縁部材４２２を配置することにより、層間で熱を効率的に伝導することができ、コイル４２０の外側の導電線に発生した熱を効率よく第１内側冷却ジャケット１２４に伝達できるので、冷却性能がより高くなる。

（第６変形例）
上記では、導電線を使用してコイルを形成する場合を説明したが、これに限定されない。第６変形例では、コイルにシート巻線を採用する。図１６を参照して、第６変形例に係る巻線機器である変圧器では、内側コイル及び外側コイルは、シート状の導電部材４４０と、シート状の高熱導伝性部材である絶縁部材４４２とを重ねて巻回して形成したシート巻線である。絶縁部材４４２は、上記したシート状の高熱伝導材料で形成されている。

これにより、上記したように、巻線機器を小型化できる。導電部材４４０の各層間に、高熱伝導材料の絶縁部材４４２が配置されるので、高い冷却性能を実現できる。

上記では、巻線機器の例として変圧器に関して説明したが、これに限定されない。巻線機器はリアクトルであってもよい。リアクトルの場合には、上記した外側ユニットと同様に、コイルの外側に高熱伝導部材を間に挟んで冷却ジャケットを配置すればよい（例えば、図６において内側ユニット（１０４、１０８）を無くした配置）。

上記では冷却ジャケットに水を循環させるパイプを配置する水冷式の冷却方法を説明したが、これに限定されない。冷却ジャケットから放熱させる方法は任意である。ファン等の送風機構を設けてもよい。ヒートパイプの一方の端部を冷却ジャケットに取付け、ヒートパイプの他方の端部にヒートシンク（放熱フィン等）を取付けて、送風又は自冷により、ヒートシンクから放熱させてもよい。リアクトルの場合には、コイルの外側に配置される冷却ジャケットに直接ヒートシンクを設けてもよい。

以上、実施の形態を説明することにより本発明を説明したが、上記した実施の形態は例示であって、本発明は上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。

１ ケース
２ 中コア
３ コイル
４ 端子
５ 外コア
６ 取付カバー
７ 絶縁フィルム
１００ 変圧器
１０２、２００、２３０ コア
１０４ 第１内側ユニット
１０６ 第１外側ユニット
１０８ 第２内側ユニット
１１０ 第２外側ユニット
１１２、１１４ ギャップ
１２０ 第１内側コイル
１２２ 第１内側絶縁部材
１２４ 第１内側冷却ジャケット
１３０ 第１外側コイル
１３２ 第１外側絶縁部材
１３４ 第１外側冷却ジャケット
１４０ 第２内側コイル
１４２ 第２内側絶縁部材
１４４ 第２内側冷却ジャケット
１５０ 第２外側コイル
１５２ 第２外側絶縁部材
１５４ 第２外側冷却ジャケット
１６０、１６２、１６４、１６６、３０２、３２６、５０４、５０６ パイプ
２０２、２３２、４００、４１０ 内側コイル
２０４、２３４、４０２、４１２ 外側コイル
２１０、２１４、２４０、２４４ 外側絶縁部材
２１２、２１６、２４２、２４６ 外側冷却ジャケット
２２０、２２４ 内側絶縁部材
２２２、２２６ 内側冷却ジャケット
３００、３２４、５００ 冷却ジャケット
３０１ 補充部材
３０４、３２８、４２２、４４２ 絶縁部材
３０６、３２２、４２０ コイル
３０８、３３０ 樹脂
３１０、３３２ 空孔
３２０ 巻枠
３２５ ギャップ
４０４、４１４、４２４ 内側ユニット
４０６、４１６ 外側ユニット
４２６、４２８ 端子部
４４０ 導電部材
５０２ 平板
５０８、５１０、５１２ 貫通孔
５１４、５１６、５１８、５２０ 封止部材
９００ 水冷部

Claims (4)

1. 導電部材により形成される巻線と、
   前記巻線の通電時に前記巻線を冷却するための冷却手段と、
   絶縁部材とを含み、
   前記絶縁部材は、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のシート状の部材で形成され、
   前記巻線は、第１巻線と、前記第１巻線から離隔して配置される第２巻線とを含み、
   前記絶縁部材は、第１絶縁部材及び第２絶縁部材を含み、
   前記冷却手段は、第１冷却手段及び第２冷却手段を含み、
   前記第１巻線及び前記第１絶縁部材により第１筒状体が形成され、
   前記第１冷却手段は、前記第１筒状体の内側に配置され、
   前記第２巻線及び前記第２絶縁部材により、前記第１筒状体の外側に配置される第２筒状体が形成され、
   前記第２冷却手段は、前記第２筒状体の外側に配置され、
   前記第１絶縁部材は、前記第１巻線と前記第１冷却手段との間に、前記第１巻線及び前記第１冷却手段に当接して配置され、
   前記第２絶縁部材は、前記第２巻線と前記第２冷却手段との間に、前記第２巻線及び前記第２冷却手段に当接して配置されることを特徴とする、巻線機器。
2. 前記第１巻線は、前記導電部材が所定軸の周りに巻回された筒状に形成され、前記所定軸に平行な側面の一部に第１平坦部を有し、
   前記第１絶縁部材は、前記第１平坦部に配置され、
   前記第１冷却手段は、前記第１平坦部に対向し、前記第１絶縁部材に当接する平面を有し、
   前記第２巻線は、前記導電部材が所定軸の周りに巻回された筒状に形成され、前記所定軸に平行な側面の一部に第２平坦部を有し、
   前記第２絶縁部材は、前記第２平坦部に配置され、
   前記第２冷却手段は、前記第２平坦部に対向し、前記第２絶縁部材に当接する平面を有することを特徴とする、請求項１に記載の巻線機器。
3. 前記第１巻線及び前記第２巻線の各々は、前記導電部材が所定軸の周りに複数回巻回する複数層に形成され、
   前記複数層の隣接する層間に配置された層間絶縁部材をさらに含み、
   前記層間絶縁部材は、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きいシート状の部材で形成されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の巻線機器。
4. 前記シート状の部材は、熱伝導率が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のプリプレグ又はシートであることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の巻線機器。

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