JPH10270259A - 液冷リアクトル - Google Patents

液冷リアクトル

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JPH10270259A
JPH10270259A JP7685497A JP7685497A JPH10270259A JP H10270259 A JPH10270259 A JP H10270259A JP 7685497 A JP7685497 A JP 7685497A JP 7685497 A JP7685497 A JP 7685497A JP H10270259 A JPH10270259 A JP H10270259A
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JP
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liquid
cooled reactor
coil
water
cores
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JP7685497A
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Mitsuo Kobayashi
光雄 小林
Miyako Fukuda
美也子 福田
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Toshiba Corp
Nippon Kinzoku Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Nippon Kinzoku Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧粉鉄芯で発生する発熱ロスが大きい場合
や、冷却水温度が高い場合でも、十分に冷却能力を発揮
する液冷リアクトルを提供する。 【解決手段】 管内に水(液)を流すコイル1を樹脂モ
ールドして構成したモールドコイル3と、磁性粉末に樹
脂を混合して圧縮成形した圧粉鉄芯4,5とを備えてな
る水冷リアクトル(液冷リアクトル)において、モール
ドコイルと圧粉鉄芯との空隙の部分を、空気より熱伝達
のよい絶縁物20〜27で満たした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液冷リアクトルに
係り、特に大容量変換器における半導体素子の保護に用
いる液冷リアクトルに関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、発電所で発電された大電力の交
流(例えば、AC55kV)を直流(例えば、DC12
5kV/2400A)に変換する場合には、大容量の交
流・直流変換器(大容量変換器)が使用される。
【0003】図6(A),(B)は、従来の光サイリス
タバルブを使用した大容量変換器の主回路結線図(図
A)、および該主回路結線図を構成する光サイリスタバ
ルブモジュールMの電気回路図(図B)である。
【0004】図6(A)に示すように、12相用の大容
量変換器CVの主回路は、4個の光サイリスタバルブモ
ジュールXH,UH,XL,UL(以下、モジュールM
と記す)を4段積層して4重バルブVの構成とし、該4
重バルブVを3個並列に配置して構成されている。ま
た、モジュールMは図6(B)に示すように構成されて
いる。
【0005】即ち、例えば7個の光サイリスタバルブT
Hが直列接続され、各光サイリスタバルブTHには抵抗
RとコンデンサCからなるスナバ回路が並列接続されて
いる。また、各光サイリスタバルブTHには順電圧検出
器FVまたは逆電圧検出器RVが並列接続され、検出さ
れた順・逆電圧はライトガイドにより図示しないゲート
パルス制御装置に送られる。
【0006】また、各光サイリスタバルブTHのゲート
にはそれぞれライトガイドが配置され、図示しないゲー
トパルス制御装置から所定のタイミングでサイリスタを
オン・オフする点孤信号が入力される。
【0007】前述の7個直列接続された光サイリスタバ
ルブTHの入力側と出力側には、それぞれ水冷式のバル
ブリアクトル(以下、水冷リアクトルと記す)VLが接
続されている。該水冷リアクトルVLは前記ゲートパル
ス制御装置からの点孤信号のタイミングがズレた場合等
における電圧・電力の変化を緩和する作用をなす。
【0008】図7(A)は、従来の水冷リアクトルVL
10の斜視図であり、図7(B)は図7(A)における7
B−7B線に沿う断面図である。
【0009】図7(A),(B)に示すように、水冷リ
アクトルVL10は、管内に冷却水を通水する水冷コイル
1がエポキシ樹脂2でモールドされたモールドコイル3
と、磁性粉末に樹脂が混合されて圧縮成形された圧粉鉄
芯4,5等を備えている。モールドコイル3には予め圧
粉鉄芯4,5を挿入するための断面形状が長方形の2個
の貫通孔H1 ,H2 が形成されている。
【0010】そして、U字型の圧粉鉄芯4,5を予め製
作しておき、図7(A)に示すように、前面側から圧粉
鉄芯4を貫通孔H1 ,H2 に挿入し、背面側から圧粉鉄
芯5を貫通孔H1 ,H2 に挿入することにより、2個の
圧粉鉄芯4,5を組み合わせる。そして、FRP等から
なるスペーサ6〜11をハンマ等で叩いて嵌入しモール
ドコイル3と圧粉鉄芯4,5とを固定する。
【0011】このように構成することにより、モールド
コイル3と圧粉鉄芯4,5との間には空隙12〜19が
形成され、この空隙12〜19によりモールドコイル3
と圧粉鉄芯4,5との熱膨脹係数の違いにより発生する
応力が緩和される。
【0012】また、圧粉鉄芯自身の発熱は、スペーサ6
〜11とエポキシ樹脂2を介して水冷コイル1で冷却さ
れる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
水冷リアクトルVL10の構成では、モールドコイル3と
圧粉鉄芯間4,5に空隙12〜19があるために水冷コ
イル1からの水冷の効果が低く、圧粉鉄芯4,5で発生
する発熱ロスが大きい場合や、冷却水温度が高い場合に
は圧粉鉄芯4,5の温度が許容値を超えるおそれがあっ
た。
【0014】なお、従来例では水冷リアクトルの場合を
説明したが、水以外の例えば絶縁油等を使用した液冷リ
アクトルの場合についても、水冷リアクトルと同様の不
都合があった。
【0015】そこで、本発明の目的は、圧粉鉄芯で発生
する発熱ロスが大きい場合や、冷却水温度が高い場合で
も、十分に冷却能力を発揮する液冷リアクトルを提供す
ることにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に請求項1記載の発明は、管内に水を流すコイルを樹脂
モールドして構成したモールドコイルと、磁性粉末に樹
脂を混合して圧縮成形した圧粉鉄芯とを備えてなる液冷
リアクトルにおいて、前記モールドコイルと前記圧粉鉄
芯との空隙の部分を、空気より熱伝達のよい絶縁物で満
たしたことを特徴とする。
【0017】請求項1記載の発明によれば、モールドコ
イルと圧粉鉄芯との空隙の部分を、空気より熱伝達のよ
い絶縁物で満たしたので、モールドコイルと圧粉鉄芯と
の絶縁効果を達成しつつ圧粉鉄芯の発熱を効率良くモー
ルドコイルに伝達し、液冷リアクトル水冷コイルの液体
により効率良く圧粉鉄芯が冷却される。
【0018】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の液冷リアクトルにおいて、前記絶縁物は、前記モー
ルドコイルと前記圧粉鉄芯とを固定するスペーサを兼ね
ることを特徴とする。
【0019】請求項2記載の発明によれば、空気より熱
伝達の良い絶縁物はスペーサを兼用しているので、効率
良く圧粉鉄芯を冷却すると共に、別個のスペーサが不要
となる。
【0020】また、請求項3記載の発明は、請求項1記
載の液冷リアクトルにおいて、前記絶縁物は、前記モー
ルドコイルまたは前記圧粉鉄芯に比べて硬度の低い物質
としたことを特徴とする。
【0021】請求項3記載の発明によれば、モールドコ
イルまたは圧粉鉄芯に比べて硬度の低い物質(例えば、
熱伝導性シリコン)にしたので、熱伝達が良くなる。
【0022】また、請求項4記載の発明は、請求項1記
載の液冷リアクトルにおいて、前記モールドコイルにお
ける前記絶縁物との接触面に波形状を形成したことを特
徴とする。
【0023】請求項4記載の発明によれば、波形状によ
りモールドコイルと絶縁物との接触面が大きくなり、熱
伝達が良くなる。
【0024】また、請求項5記載の発明は、請求項1記
載の液冷リアクトルにおいて、前記圧粉鉄芯における前
記絶縁物との接触面に波形状を形成したことを特徴す
る。
【0025】請求項記載の発明によれば、波形状により
圧粉鉄芯と絶縁物との接触面が大きくなり、熱伝達が良
くなる。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態例
に基づき説明する。なお、既に説明した部分と同一部分
には同一符号を付し、重複記載を省略する。
【0027】(1)第1実施形態例 図1(A),(B)は本実施形態例の水冷リアクトルの
斜視図および断面図である。図1(A),(B)におい
て、20〜27(ドットを付して示す)は熱伝達のよい
絶縁物(例えばモールドコイル3と同一のエポキシ樹
脂)であり、モールドコイル3と圧粉鉄芯4,5の隙間
の全部分に前記絶縁物を充填・硬化して構成する。
【0028】このように構成すると、圧粉鉄芯4,5で
発生した熱は、絶縁物20〜27とエポキシ樹脂2を介
して、水冷コイル1の中を流れる冷却水により除去され
る。
【0029】本実施形態例によれば、圧粉鉄芯4,5に
て発生した熱を冷却水にて速やか除去できるので、たと
え圧粉鉄芯4,5で発生するロスが大きく、或いは冷却
水温度が高い場合であっても、水冷リアクトルとしての
機能を十分に発揮できる。
【0030】(2)第2実施形態例 図2(A),(B)は本実施形態例の水冷リアクトルV
L2 の斜視図および断面図である。本実施形態例は図7
の空隙12〜19の一部分に熱伝達のよい絶縁物21〜
23,25〜27(ドットを付して示す)を充填するこ
とにより、第1実施形態例と同様にして圧粉鉄芯4,5
で発生した熱を冷却水にて速やかに除去できる。
【0031】前記第1実施形態例はモールドコイル3と
圧粉鉄芯4,5の隙間の全部分を熱伝達のよい絶縁物2
0〜27にて充填しているため、モールドコイル,圧粉
鉄芯,絶縁物20〜27それぞれの熱膨脹係数の違いに
より発生する応力を緩和する部分がなく、長期使用によ
りモールドコイル3あるいは圧粉鉄芯4,5あるいは熱
伝達のよい絶縁物20〜27にクラックが入るおそれが
ある。
【0032】本実施形態例では、空隙12,13,1
6,17をそのまま残してあるので、モールドコイル3
と圧粉鉄芯4,5の熱膨脹係数の違いにより発生する応
力を緩和でき、長期使用によるヒートサイクル性能を向
上できる。
【0033】(3)第3実施形態例 図3は本実施形態例の水冷リアクトルVL3 の断面図で
ある。本実施形態例では、スペーサ6a,7a,9a,
10aの幅を増すことにより、圧粉鉄芯4,5で発生し
た熱はスペーサ6a,7a,9a,10aとエポキシ樹
脂2を介して、水冷コイル1の中を流れる冷却水により
除去される。ここに、スペーサの材質は例えばFRPで
あるが、FRPの方が空気より熱伝達が良好なので、幅
を広げることにより冷却効率が良くなる。
【0034】更に、熱伝達のよい絶縁物を充填する必要
がないことから、熱伝達のよい絶縁物の充填・硬化の工
程を省略できる。
【0035】(4)第4実施形態例 前記第1,第2実施形態例において、熱伝達のよい絶縁
物を硬度の低い物質(例えば、熱伝導性シリコン)とす
ることにより、圧粉鉄芯4,5で発生した熱を冷却水に
て速やかに除去できると共に、モールドコイル3と圧粉
鉄芯4,5の熱膨脹係数の違いにより発生する応力を緩
和できる。
【0036】(5)第5実施形態例 図4は本実施形態例の水冷リアクトルVL4 の断面図で
ある。本実施形態例は、モールドコイル3の熱伝達のよ
い絶縁物21,25に接する面MW1 ,MW2 に波形状
を形成し、熱伝達のよい絶縁物21,25との接触面積
を大きくしている。この接触面積を大きくとることによ
り、圧粉鉄芯4,5と水冷コイル1の間の熱抵抗を更に
小さくできるので、圧粉鉄芯4,5で発生する熱をより
多く除去できる。
【0037】(6)第6実施形態例 図5は本実施形態例の水冷リアクトルVL5 の断面図で
ある。本実施形態例は、圧粉鉄芯4,5の熱伝達のよい
絶縁物21,25に接する面にFW1 ,FW2 に波形状
を形成し、熱伝達のよい絶縁物21,25との接触面積
を大きくしている。この接触面積を大きくとることによ
り、圧粉鉄芯4,5と水冷コイル1の間の熱抵抗を更に
小さくできるので、より多くの圧粉鉄芯4で発生する熱
を除去できる。
【0038】なお、前記各実施形態例では水冷リアクト
ルの場合について説明したが、絶縁油等の液体を使用し
た液冷リアクトルについても水冷リアクトルと同様の効
果があるのは勿論である。
【0039】また、前記各実施形態例では電力用半導体
素子として光サイリスタを使用した場合を説明したが、
GTO(ゲートターンオフサイリスタ)を使用してもよ
い。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、各請求項記載の発
明によれば、モールドコイルと圧粉鉄芯の空隙に熱伝達
のよい絶縁物質を充填したことにより、圧粉鉄芯の温度
上昇を抑制して圧粉鉄芯で発生する発熱ロスが大きく、
冷却液温度が高い用途でも適用可能な液冷リアクトルを
提供することができる。
【0041】また、モールドコイルと圧粉鉄芯の間に空
隙を残す、または、熱伝達のよい絶縁物質を硬度の低い
物質から選定することにより、液冷リアクトル内で発生
する応力を緩和できるので長期信頼性が向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態例の水冷リアクトルの斜
視図および断面図である。
【図2】同第2実施形態例の斜視図および断面図であ
る。
【図3】同第3実施形態例の断面図である。
【図4】同第5実施形態例の断面図である。
【図5】同第5実施形態例の断面図である。
【図6】従来の光サイリスタバルブの主回路の結線図お
よび光サイリスタバルブモジュールの電気回路図であ
る。
【図7】従来の水冷リアクトルの斜視図および断面図で
ある。
【符号の説明】
1 水冷コイル 2 エポキシ樹脂 3 モールドコイル 4,5 圧粉鉄芯 6〜11 スペーサ 12〜19 空隙 20〜27 熱伝達のよい絶縁物

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 管内に液体を流すコイルを樹脂モールド
    して構成したモールドコイルと、磁性粉末に樹脂を混合
    して圧縮成形した圧粉鉄芯とを備えてなる液冷リアクト
    ルにおいて、 前記モールドコイルと前記圧粉鉄芯との空隙の部分を、
    空気より熱伝達のよい絶縁物で満たしたことを特徴とす
    る液冷リアクトル。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の液冷リアクトルにおい
    て、 前記絶縁物は、前記モールドコイルと前記圧粉鉄芯とを
    固定するスペーサを兼ねることを特徴とする液冷リアク
    トル。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の液冷リアクトルにおい
    て、 前記絶縁物は、前記モールドコイルまたは前記圧粉鉄芯
    に比べて硬度の低い物質としたことを特徴とする液冷リ
    アクトル。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の液冷リアクトルにおい
    て、 前記モールドコイルにおける前記絶縁物との接触面に波
    形状を形成したことを特徴とする液冷リアクトル。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の液冷リアクトルにおい
    て、 前記圧粉鉄芯における前記絶縁物との接触面に波形状を
    形成したことを特徴する液冷リアクトル。
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