JP7362005B1

JP7362005B1 - 外鉄形変圧器

Info

Publication number: JP7362005B1
Application number: JP2023544151A
Authority: JP
Inventors: 崇之西村; 恵介新野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2023-03-20
Filing date: 2023-03-20
Publication date: 2023-10-16
Anticipated expiration: 2043-03-20

Abstract

複数の絶縁板(１４０)は、複数の平板状巻線(１３０)において互いに隣り合う平板状巻線同士の間に挟まれて位置する。複数の絶縁物は、複数の第１絶縁物と、複数の第１絶縁物よりも鉄心(１１０)に近い位置で少なくとも１つの平板状巻線(１３０)と接する少なくとも１つの第２絶縁物とを含む。少なくとも１つの第２絶縁物は、複数の第１絶縁物よりも誘電率が低い材料で構成されている。

Description

本開示は、外鉄形変圧器に関する。

油入変圧器の構成を開示した先行技術文献として、実開平３－１２４１０号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された油入変圧器は、絶縁油を巻線周囲に循環させて冷却する油ダクトを有する。分担電圧の高い領域に配設されて油ダクトを構成する、ダクトピースおよび縦楔の絶縁材料に、比誘電率が４．０以下の低誘電率素材を用いている。

実開平３－１２４１０号公報

低誘電率材料は比較的高価であるため、ダクトピース全体を低誘電率素材で構成すると、装置コストが増加する。

本開示は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、平板状巻線の中で高電界が発生する箇所と隣接する絶縁部材のみに低誘電率材料を用いることにより、装置コストの増加を抑制しつつ絶縁信頼性を向上した、外鉄形変圧器を提供することを目的とする。

本開示に基づく外鉄形変圧器は、鉄心と、複数の平板状巻線と、複数の絶縁板と、複数の絶縁物とを備える。複数の平板状巻線は、鉄心の軸方向に並んで配置され、鉄心に巻回されている。複数の絶縁板は、上記軸方向に並んで配置され、複数の平板状巻線において互いに隣り合う平板状巻線同士の間に挟まれて位置する。複数の絶縁物は、複数の平板状巻線のうちの少なくとも１つの平板状巻線に接する。複数の絶縁物は、複数の第１絶縁物と、複数の第１絶縁物よりも鉄心に近い位置で少なくとも１つの平板状巻線と接する少なくとも１つの第２絶縁物とを含む。上記少なくとも１つの第２絶縁物は、上記複数の第１絶縁物よりも誘電率が低い材料で構成されている。

本開示によれば、平板状巻線の中で高電界が発生する箇所と隣接する絶縁部材のみに低誘電率材料を用いることにより、装置コストの増加を抑制しつつ絶縁信頼性を向上することができる。

一実施の形態に係る外鉄形変圧器の構成を示す斜視図である。一実施の形態に係る外鉄形変圧器が備える巻線グループの構成を示す分解斜視図である。一実施の形態に係る外鉄形変圧器の一部の縦断面図である。

以下、一実施の形態に係る外鉄形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。

図１は、一実施の形態に係る外鉄形変圧器の構成を示す斜視図である。図２は、一実施の形態に係る外鉄形変圧器が備える巻線グループの構成を示す分解斜視図である。図３は、一実施の形態に係る外鉄形変圧器の一部の縦断面図である。なお、図１～図３においては、外鉄形変圧器の内部構造の理解を容易にするため、タンクを図示していない。

本開示の一実施の形態に係る外鉄形変圧器１００は、車載用変圧器である。図１に示すように、鉄心１１０と巻線グループ１２０とを備える。鉄心１１０および巻線グループ１２０は、絶縁油に浸漬された状態で、図示しないタンクに収容されている。鉄心１１０は、主脚部１１１と、１対の側脚部１１２とを含む。１対の側脚部１１２は、主脚部１１１に接続されている。鉄心１１０の軸方向は、Ｚ軸方向である。

巻線グループ１２０は、１次巻線グループ１２１と、２次巻線グループ１２２とを含む。２次巻線グループ１２２同士の間に、１次巻線グループ１２１が配置されている。１次巻線グループ１２１には、２次巻線グループ１２２より高い電圧が印加される。

図２に示すように、巻線グループ１２０は、複数の平板状巻線１３０と、複数の絶縁板１４０とを備える。複数の平板状巻線１３０は、鉄心１１０の軸方向(Ｚ軸方向)に並んで配置され、主脚部１１１と側脚部１１２との間に通されつつ主脚部１１１に巻回されている。複数の平板状巻線１３０の各々は、長円形状の外形を有している。平板状巻線１３０の短手方向がＸ軸方向であり、平板状巻線１３０の長手方向がＹ軸方向である。複数の平板状巻線１３０の各々は、絶縁被覆された導体部を含む。

複数の絶縁板１４０は、鉄心１１０の軸方向(Ｚ軸方向)に並んで配置され、複数の平板状巻線１３０において互いに隣り合う平板状巻線１３０同士の間に挟まれて位置する。鉄心１１０の軸方向(Ｚ軸方向)において、平板状巻線１３０と絶縁板１４０とが１枚ずつ交互に配置されている。なお、複数枚の絶縁板１４０ごとに１枚の平板状巻線１３０が配置されていてもよい。絶縁板１４０は、平板状巻線１３０と同様に、略長円形状を有している。

図２および図３に示すように、複数の平板状巻線１３０のうちの少なくとも１つの平板状巻線１３０に接する複数の絶縁物が配置されている。本実施の形態においては、複数の絶縁物として、複数の絶縁スペーサ１４１、複数の第１アングル１６０，１７０および複数の第２アングル１５０が配置されている。

複数の絶縁物は、複数の第１絶縁物と、複数の第１絶縁物よりも鉄心１１０に近い位置で少なくとも１つの平板状巻線１３０と接する少なくとも１つの第２絶縁物とを含む。少なくとも１つの第２絶縁物は、複数の第１絶縁物よりも誘電率が低い材料で構成されている。本実施の形態においては、複数の第１絶縁物は、プレスボードで構成されている。少なくとも１つの第２絶縁物は、ポリアミド樹脂で構成されている。なお、第１絶縁物の誘電率より第２絶縁物の誘電率が低ければよく、第１絶縁物の材料はプレスボードに限定されず、第２絶縁物の材料はポリアミド樹脂に限定されない。

具体的には、複数の絶縁板１４０の各々の主面１４０ｓ上に互いに間隔を開けて複数の絶縁スペーサ１４１が配置されている。複数の絶縁スペーサ１４１の各々は、絶縁板１４０の主面１４０ｓに接合されて固定されている。複数の絶縁スペーサ１４１の各々は、平板状巻線１３０と絶縁板１４０とに挟まれており、絶縁スペーサ１４１によって平板状巻線１３０と絶縁板１４０との間に絶縁油が流れる流路が形成されている。

図３に示すように、複数の絶縁スペーサ１４１は、複数の絶縁板１４０の各々の主面１４０ｓ上において、主脚部１１１寄りの位置に配置された複数の第１絶縁スペーサ１４１ａ、側脚部１１２寄りの位置に配置された複数の第２絶縁スペーサ１４１ｂ、複数の第１絶縁スペーサ１４１ａおよび複数の第２絶縁スペーサ１４１ｂ以外の複数の第３絶縁スペーサ１４１ｃを含む。

本実施の形態においては、複数の第１絶縁スペーサ１４１ａおよび複数の第２絶縁スペーサ１４１ｂの各々は第２絶縁物であり、複数の第３絶縁スペーサ１４１ｃは第１絶縁物である。すなわち、複数の絶縁板１４０および複数の第３絶縁スペーサ１４１ｃの各々を構成する材料の誘電率より、複数の第１絶縁スペーサ１４１ａおよび複数の第２絶縁スペーサ１４１ｂの各々を構成する材料の誘電率が低い。なお、複数の第１絶縁スペーサ１４１ａおよび複数の第２絶縁スペーサ１４１ｂの少なくとも１つが第２絶縁物であり、複数の第１絶縁スペーサ１４１ａおよび複数の第２絶縁スペーサ１４１ｂの残りと複数の第３絶縁スペーサ１４１ｃの全てとが第１絶縁物であってもよい。若しくは、後述する第１アングル１６０，１７０および第２アングル１５０の少なくとも１つが第２絶縁物である場合は、複数の絶縁スペーサ１４１の全てが第１絶縁物であってもよい。

図２および図３に示すように、外鉄形変圧器１００は、複数の第１アングル１６０，１７０と、複数の第２アングル１５０とをさらに備える。本実施の形態においては、複数の第１アングル１６０，１７０および複数の第２アングル１５０のうち、高電界が発生する位置に配置された一部のアングルは、第２絶縁物であり、残りのアングルは第１絶縁物である。具体的には、巻線グループ１２０の中で、端部に生ずる電界が比較的高い平板状巻線１３０の外側面と接する第２アングル１５０または内側面と接する第１アングル１６０，１７０は第２絶縁物であり、端部に生ずる電界が比較的低い平板状巻線１３０の外側面と接する第２アングル１５０または内側面と接する第１アングル１６０，１７０は第１絶縁物である。なお、複数の絶縁スペーサ１４１の少なくとも１つが第２絶縁物である場合は、複数の第１アングル１６０，１７０および複数の第２アングル１５０の全てが第１絶縁物であってもよい。

複数の第１アングル１６０，１７０は、複数の平板状巻線１３０の各々の内側面１３０ａと主脚部１１１との間に挟まれて位置する。複数の第１アングル１６０，１７０は、主脚部１１１を囲むように配置されている。複数の第１アングル１６０，１７０の各々は、平板状巻線１３０の内側面１３０ａと接している。

複数の第１アングル１６０の各々は、内側面１３０ａに沿いつつ第１方向(Ｙ軸方向)に延在している。複数の第１アングル１７０の各々は、内側面１３０ａの角部に沿いつつ、第１方向(Ｙ軸方向)に延在する部分と、第１方向(Ｙ軸方向)に直交する第２方向(Ｘ軸方向)に延在する部分とを含む。

複数の第２アングル１５０は、複数の平板状巻線１３０の各々の外側面１３０ｂと側脚部１１２との間に挟まれて位置する。複数の第２アングル１５０の各々は、側脚部１１２に沿って第１方向(Ｙ軸方向)に延在している。複数の第２アングル１５０の各々は、平板状巻線１３０の外側面１３０ｂと接している。

ここで、本実施の形態における、複数の第１アングル１６０，１７０および複数の第２アングル１５０の各々の具体的な形状について説明する。なお、本実施の形態においては、第１アングル１６０，１７０および第２アングル１５０の各々は、後述する主部の軸方向(Ｚ軸方向)における一方の端部に曲折部が設けられたアングルであるが、主部の軸方向(Ｚ軸方向)における両方の端部に曲折部が設けられたチャンネルであってもよい。

複数の第１アングル１６０の各々は、鉄心１１０の軸方向(Ｚ軸方向)に沿っている主部１６１と、主部１６１の軸方向(Ｚ軸方向)における端部から曲折して絶縁板１４０の主面１４０ｓと接する曲折部１６２とを含む。主部１６１は、内側面１３０ａに沿いつつ第１方向(Ｙ軸方向)に延在している。曲折部１６２は、櫛歯状に形成されている。曲折部１６２は、主部１６１の軸方向(Ｚ軸方向)における端部から第２方向(Ｘ軸方向)に延在している。

複数の第１アングル１７０の各々は、鉄心１１０の軸方向(Ｚ軸方向)に沿っている主部１７１と、主部１７１の軸方向(Ｚ軸方向)における端部から曲折して絶縁板１４０の主面１４０ｓと接する曲折部１７２，１７３とを含む。主部１７１は、内側面１３０ａの角部に沿いつつ、第１方向(Ｙ軸方向)に延在する部分と第２方向(Ｘ軸方向)に延在する部分とを含む。

曲折部１７２，１７３は、櫛歯状に形成されている。曲折部１７２は、主部１７１の第１方向(Ｙ軸方向)に延在する部分の軸方向(Ｚ軸方向)における端部から第２方向(Ｘ軸方向)に延在している。曲折部１７３は、主部１７１の第２方向(Ｘ軸方向)に延在する部分の軸方向(Ｚ軸方向)における端部から第１方向(Ｙ軸方向)に延在している。

複数の第２アングル１５０の各々は、鉄心１１０の軸方向(Ｚ軸方向)に沿っている主部１５１と、主部１５１の軸方向(Ｚ軸方向)における端部から曲折して絶縁板１４０の主面１４０ｓと接する曲折部１５２とを含む。主部１５１は、外側面１３０ｂに沿いつつ、第１方向(Ｙ軸方向)に延在している。曲折部１５２は、櫛歯状に形成されている。曲折部１５２は、主部１５１の軸方向(Ｚ軸方向)における端部から第２方向(Ｘ軸方向)に延在している。

上記のように、本実施の形態に係る外鉄形変圧器１００においては、平板状巻線１３０の中で高電界が発生する箇所である平板状巻線１３０の端部と隣接する絶縁部材のみに低誘電率材料で構成された第２絶縁物を用いることにより、装置コストの増加を抑制しつつ油中電界を緩和して絶縁信頼性を向上することができる。具体的には、第１絶縁スペーサ１４１ａ、第２絶縁スペーサ１４１ｂ、第１アングル１６０，１７０および第２アングル１５０のみを低誘電率材料で構成し、絶縁板１４０および第３絶縁スペーサ１４１ｃをプレスボードで構成することにより、装置コストの増加を抑制しつつ絶縁信頼性を向上することができる。この構成は、１次巻線グループ１２１のみに適用してもよいし、２次巻線グループ１２２にも適用してもよい。なお、上記のように、第１絶縁物よりも鉄心に近い位置に第２絶縁物が少なくとも１つ配置されていればよい。少なくとも１つの第２絶縁物が、複数の絶縁物のうち、鉄心１１０にもっとも近い位置で、少なくとも１つの平板状巻線１３０と接している。

本実施の形態においては、平板状巻線１３０の中で高電界が発生する箇所である平板状巻線１３０の端部と隣接する絶縁部材の材質のみを変更しているため、既存の外鉄形変圧器に容易に適用可能である。

本実施の形態に係る外鉄形変圧器１００においては、第１絶縁物の材料は、プレスボードであり、第２絶縁物の材料は、ポリアミド樹脂である。高電界が作用しない箇所には廉価なプレスボードで構成された絶縁部材を使用しつつ、高電界が作用する箇所のみにプレスボードより誘電率の低いポリアミド樹脂で構成された絶縁部材を配置することにより、装置コストの増加を抑制しつつ油中電界を緩和して絶縁信頼性を向上することができる。

本実施の形態に係る外鉄形変圧器１００においては、複数の第１アングル１６０，１７０は、主脚部１１１を囲むように、第１方向(Ｙ軸方向)に延在する部分と、第２方向(Ｘ軸方向)に延在する部分とを含む。これにより、平板状巻線１３０の中で高電界が発生する箇所である平板状巻線１３０の内周部の全周に亘って誘電率の低い絶縁物を配置して、絶縁信頼性を向上することができる。

本実施の形態に係る外鉄形変圧器１００においては、複数の第１アングル１６０，１７０および複数の第２アングル１５０の各々の曲折部１５２，１６２，１７２，１７３は櫛歯状に形成されている。これにより、互いに隣り合う、曲折部１５２同士の間、曲折部１６２同士の間、曲折部１７２同士の間、および、曲折部１７３同士の間、の各々に絶縁油が流入可能であるため、平板状巻線１３０の端部を絶縁油によって効果的に冷却することができる。

なお、今回開示した上記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、本開示の技術的範囲は、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。

１００外鉄形変圧器、１１０鉄心、１１１主脚部、１１２側脚部、１２０巻線グループ、１２１１次巻線グループ、１２２２次巻線グループ、１３０平板状巻線、１３０ａ内側面、１３０ｂ外側面、１４０絶縁板、１４０ｓ主面、１４１絶縁スペーサ、１４１ａ第１絶縁スペーサ、１４１ｂ第２絶縁スペーサ、１４１ｃ第３絶縁スペーサ、１５０第２アングル、１５１，１６１，１７１主部、１５２，１６２，１７２，１７３曲折部、１６０，１７０第１アングル。

Claims

鉄心と、
前記鉄心の軸方向に並んで配置され、前記鉄心に巻回された複数の平板状巻線と、
前記軸方向に並んで配置され、前記複数の平板状巻線において互いに隣り合う平板状巻線同士の間に挟まれて位置する複数の絶縁板と、
前記複数の平板状巻線のうちの少なくとも１つの平板状巻線に接する複数の絶縁物とを備え、
前記複数の絶縁物は、
複数の第１絶縁物と、
前記複数の第１絶縁物よりも前記鉄心に近い位置で前記少なくとも１つの平板状巻線と接する少なくとも１つの第２絶縁物とを含み、
前記少なくとも１つの第２絶縁物は、前記複数の第１絶縁物よりも誘電率が低い材料で構成されている、外鉄形変圧器。
前記少なくとも１つの第２絶縁物は、前記複数の絶縁物のうち、前記鉄心にもっとも近い位置で、前記少なくとも１つの平板状巻線と接している、請求項１に記載の外鉄形変圧器。
前記複数の第１絶縁物は、プレスボードで構成されており、
前記少なくとも１つの第２絶縁物は、ポリアミド樹脂で構成されている、請求項１に記載の外鉄形変圧器。
前記少なくとも１つの第２絶縁物は、前記少なくとも１つの平板状巻線の外側面または内側面と接している、少なくとも１つのチャンネルまたはアングルである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の外鉄形変圧器。
前記少なくとも１つの第２絶縁物は、前記複数の絶縁板の各々の主面上に設けられた少なくとも１つのスペーサである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の外鉄形変圧器。
前記少なくとも１つの第２絶縁物のうちの一の第２絶縁物は、前記少なくとも１つの平板状巻線の前記外側面に沿って第１方向に延在しており、
前記少なくとも１つの第２絶縁物のうちの他の第２絶縁物は、前記鉄心を囲むように、前記第１方向に延在する部分と、前記第１方向に直交する第２方向に延在する部分とを含む、請求項４に記載の外鉄形変圧器。
前記少なくとも１つの第２絶縁物は、
前記軸方向に沿っている主部と、
前記主部の前記軸方向における端部から曲折して前記複数の絶縁板のうちの少なくとも１つの絶縁板の主面と接する曲折部とを含み、
前記曲折部は、櫛歯状に形成されている、請求項４に記載の外鉄形変圧器。