JPWO2008007513A1 - 車両用変圧器 - Google Patents

Abstract

鉄心１及び巻線２と、それらを収容する角形のタンク３と、タンク３に充填した冷媒６を冷却する冷却装置７と、冷媒６を強制循環させる循環ポンプ８とを備えた車両用変圧器において、タンク３の内部を２分するように仕切部材９を設け、その仕切部材９で巻線２の内部に流れる冷媒６の流路を第１の冷媒流路１０と第２の冷媒流路１１とに分割し、タンク３の一端側で両冷媒流路１０，１１を連通させ、他端側に両冷媒流路１０，１１に接続した冷却装置７を配置し、冷媒６が第１の冷媒流路１０と第２の冷媒流路１１とを循環して流れるようにした。これにより、タンクと冷却装置の接続を簡素化し、小形化、軽量化を図った車両用変圧器を得る。

Description

この発明は、車両の床下に搭載されて使用される車両用変圧器に関するものである。

車両用変圧器のタンク内部には、絶縁を兼ねた冷媒として絶縁油が封入されており、この絶縁油を送油ポンプによって循環させ、タンク外部に設けた冷却装置に送り込んで冷却するのが一般的である。図９はそのような冷却構造を備えた従来の車両用変圧器を示す平面図である。図９は車両３１の床面から地面側を見た平面図で、太矢印が車両の進行方向を示す。図のように、車両３１の床下に、内部に鉄心とコイル（図示せず）が収容され絶縁油が封入された変圧器本体３２と、絶縁油を冷却する冷却装置３３とが搭載されている。変圧器本体３２の一端側に絶縁油の流出口３２ｂを、他端側に流入口３２ａを設け、流出口３２ｂ側は送油ポンプ３４と接続管３５を介し冷却装置３３の入口部と接続し、流入口３２ａ側は接続管３６を介して冷却装置３３の出口部と接続している。
送油ポンプ３４の駆動によって、変圧器本体３２内の絶縁油は、接続管３５を通り冷却装置３３へ送られて冷却され、他方の接続管３６を通って再び変圧器本体３２内へ戻るように構成されている。すなわち、変圧器本体３２内には、一方向に流れる絶縁油の流路（矢印）が形成されている（例えば、特許文献１参照）。

変圧器内部を絶縁油によって冷却する場合、冷却効率を上げるためにはできるだけタンク内に均等に絶縁油が流れることが望ましい。そこで、通常、矩形状をした変圧器タンクの場合、タンク内を対角線方向に絶縁油を流通させるようにしている。従って、冷却装置３３がタンクの一面側に配置される場合は、例えば、冷却装置３３の入口部をタンクの一面側に設けた流出口３２ｂに接続し、冷却装置３３の出口部をタンクの一面側とは反対側の面に設けた流入口３２ａに長い接続管３６を介して接続している。

上記特許文献１に示した車両用変圧器もこのような考え方に基づくもので、変圧器本体３２の対角線方向に絶縁油の流入口３２ａと流出口３２ｂが設けられ、流入口３２ａ側は、変圧器本体３２の側面を迂回する長い接続管３６を介して冷却装置３３の出口部に接続されている。
このように、従来の車両用変圧器では、変圧器本体３２と冷却装置３３の接続において、少なくとも一方は長い接続管３６を必要とし、このため、接続管３６の引き回しのためのスペースが必要であり、また、部品点数や配管内の絶縁油が増加し、接続作業にも時間を要するという問題点があった。

特開平１１−１７６６５０号公報（第２頁、及び図８）

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、タンク内の流路を工夫して、タンクと冷却装置の接続を簡素化し、小形化、軽量化を図った車両用変圧器を得ることを目的とする。

この発明に係わる車両用変圧器は、鉄心と、鉄心の中央脚に巻回された巻線と、鉄心及び巻線を収容したタンクと、タンクに充填した冷媒を冷却する冷却装置と、冷媒を強制循環させる循環ポンプとを備えた車両用変圧器において、巻線の内部に流れる冷媒の流路を２分する仕切部材を設けることにより、タンク内を２分割して第１の冷媒流路と第２の冷媒流路を形成し、タンクの一端側で両冷媒流路を連通させ、他端側で第１の冷媒流路と冷却装置の一端部、及び、第２の冷媒流路と冷却装置の他端部とを連通させ、冷媒が、第１の冷媒流路内を冷却装置側からタンクの一端側へ流れ、連通部を経由して第２の冷媒流路内をタンクの一端側から冷却装置側へ循環するようにしたものである。

この発明の車両用変圧器によれば、タンクの内部を２分するように仕切部材で仕切って第１と第２の２つの冷媒流路を形成し、両冷媒流路を一端側で連通させ、他端側で、第１の冷媒流路と冷却装置の一端部、及び、第２の冷媒流路と冷却装置の他端部とをそれぞれ連通させ、冷媒を、第１の冷媒流路と第２の冷媒流路を循環させたので、タンクと冷却装置を接続する接続管を引き回す必要がないため、長い接続管を必要とせず、配管接続作業が簡単となり、車両用変圧器の小形化，軽量化を図ることができる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

この発明の実施の形態１による車両用変圧器の内部構造を示す平面断面図である。 図１の中央部の断面を示す正面断面図である。 図１の巻線のコイル板間に挿入する絶縁ワッシャの図である。 実施の形態２による車両用変圧器の内部構造を示す平面断面図である。 図４の中央部の断面を示す正面断面図である。 図４の仕切部材を示す図である。 実施の形態３による車両用変圧器の内部構造を示す平面断面図である。 図７の中央部の断面を示す正面断面図である。 従来の車両用変圧器の構成を示す平面図である。

実施の形態１．
図１は実施の形態１による車両用変圧器の内部構造を示す平面断面図であり、図１は車両の床面から地面側を見た内部構造図で、太矢印が車両の進行方向を示す。図２は図１の側面から見た中央部の断面を示す正面断面図である。車両用変圧器は、図２の正面断面図で、紙面に垂直方向が車両の進行方向となるように、車両の床下へ取り付けられている。以下、図によって構成を説明する。

鉄心１は、薄板鋼板を積層した三脚鉄心であり、この中央脚部に、高圧及び低圧の巻線２が巻回されている。巻線２は、平角線（又は丸線）を、平面から見て長円形状に巻回して形成したコイル板２ａを複数個用意し、このコイル板２ａと、絶縁と冷媒の流路確保を兼ねた絶縁ワッシャ１２（詳細は後述する）とを、交互に積み重ねて構成している。
鉄心１，巻線２からなる中身を収容するタンク３は、形状を中身の外形に合わせてフィットさせるように、巻線２の長軸方向に長い角形をしており、長手方向の一面には高圧巻線に接続される高圧ブッシング４が取り付けられ、他面には低圧巻線に接続される低圧ブッシング５が取り付けられている。タンク３内部には鉄心１と巻線２を冷却するための冷媒６が封入されている。冷媒６としては、絶縁性能の優れた絶縁油、例えば、シリコーン油が使用される。冷媒６を冷却するために、タンク３の外部の一面側に冷却装置７が配置されている。また、冷媒６を強制循環させるための循環ポンプ８が備えられている。なお、図の冷却装置７は、ファンにより強制冷却する風冷式を示している。

実施の形態１の車両用変圧器は、タンク３内部を流れる冷媒６の流路に特徴を有するので、以下、この構造について説明する。
図１に示すように、タンク３の内部を２分するように仕切部材９を設け、この仕切部材９によって、巻線２の内部に流れる冷媒６の流路を第１の冷媒流路１０と第２の冷媒流路１１とに分割している。そして、タンク３の一端側で両冷媒流路１０，１１を、接続管を用いて連通させ、その接続管の途中に循環ポンプ８を介装している。
なお、冷媒流路は、冷媒６が鉄心窓を通過する方向に形成するのを基本とし、その冷媒流路を２分するように仕切部材９を設けている。従って、実施の形態１の場合はタンク３の長手方向で、且つ巻線を垂直方向に２分するように仕切部材９を設けている。

また、タンク３の他端側（連通部側の反対側）のタンク壁には、第１の冷媒流路１０に連通する冷媒６の流入口３ａと、第２の冷媒流路１１に連通する冷媒６の流出口３ｂとを設けている。冷却装置７は、タンク３の流入口３ａ及び流出口３ｂに近接して配置され、流入口３ａと冷却装置７の出口部７ａ、流出口３ｂと冷却装置７の入口部７ａとがフランジ接続されている。（ここで、冷媒６の流れ方向を図の矢印方向として説明しているが、逆方向でもよく、その場合は入口部と出口部，流入口と流出口が逆になるのは言うまでもない。）

次に、仕切部材９について更に詳しく説明する。仕切部材９は、巻線２を構成する複数のコイル板２ａ間の仕切と、巻線２とタンク３内壁の隙間を塞ぐ仕切とが必要がある。そこで、先ず、コイル板２ａ間について説明する。
図３は巻線２のコイル板２ａ間に挿入する絶縁ワッシャ１２の平面図である。図のように、絶縁ワッシャ１２は、絶縁板１３に複数のスペーサ１４を貼り付けて構成している。スペーサ１４は、コイル板２ａ間に働く電磁機械力に耐え、絶縁を保ち、且つ、冷媒６の流路を形成するように、材料，寸法，配列等を決めている。また、絶縁板１３の長手方向の中心線上には、中央の長穴部を除く全長に、仕切スペーサ１５（網掛け部）を貼り付けている。
このように構成した絶縁ワッシャ１２を、コイル板２ａの間に挟み、全てを積層して巻線２に仕上げると、仕切スペーサ１５が垂直方向に一直線上に並び、これが巻線２内の流路を巻線２の長軸方向に仕切る仕切部材となる。冷媒６は、図中の矢印のように流れる。

巻線２とタンク３内壁の間に形成される隙間の仕切に関しては、図２の正面断面図に示すように、コイル板２ａ間に設けた上記の仕切スペーサ１５に対応する縦位置に、隙間に合わせた形状の仕切板１６を設ける。この仕切板１６と仕切スペーサ１５とで仕切部材９が構成されることになる。
巻線２の中央部には鉄心１の中央脚部が存在するので、この中央脚部が中央部の仕切の役目をする。

次に、このように構成された仕切部材９の作用について説明する。
中身を平面から見た場合、図１に矢印で示すように、タンク３内部の冷媒６の流路は、仕切部材９によって大きく２分割され、冷却装置７側からタンク３の一端側、すなわち連通部側に流れる第１の冷媒流路１０と、連通部側から冷却装置７側に向かう第２の冷媒流路１１の、２つの大きな流路が形成されることになる。

循環ポンプ８を作動させることにより、第１の冷媒流路１０内を冷媒６が図の左方向に流れ、コイル板２ａ間の絶縁ワッシャ１２部を通過する過程で巻線２の片側半分の熱を吸収し、左端に達した冷媒６は連通部を経由して第２の冷媒流路１１に流入し、巻線２のもう片側半分の熱を吸収して温度上昇しながら図の右方向へ流れ、高温となって冷却装置７へ送られ、冷却装置７でファンの送風により冷却され、再び第１の冷媒流路１０へと送られる。このように、仕切部材９で仕切られた巻線２の半分ずつを、冷媒６が往復するように循環することによって、変圧器中身が冷却されるようになっている。
なお、循環ポンプ８は、両冷媒流路１０，１１の連通部に設ける以外に、冷却装置７側に設けても良いが、その場合は長手方向の寸法が若干大きくなる。

以上のように、実施の形態１によれば、タンクの内部を２分するように仕切部材で仕切って第１と第２の２つの冷媒流路を形成し、両冷媒流路を一端側で連通させ、他端側で、第１の冷媒流路と冷却装置の一端部、及び、第２の冷媒流路と冷却装置の他端部とをそれぞれ連通させ、冷媒を、第１の冷媒流路と第２の冷媒流路を循環させたので、タンクと冷却装置を接続する長尺の接続管が不要となり、コスト低減できると共に配管接続作業が簡単となり、更に、車両用変圧器の小形化，軽量化を図ることができる。

また、仕切部材を、巻線を垂直方向に２分割するように挿入したので、巻線のコイル板間に挿入されている絶縁ワッシャを利用して簡単に仕切部材を構成でき、上記効果を得ることができる。

また、循環ポンプを、両冷媒流路を連通させる連通部に設けたので、タンク長手方向のブッシング取付部のタンク変形部を有効に利用して循環ポンプを配置できるため、循環ポンプを冷却装置側に設ける場合に比べて長手方向の寸法を縮小することができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２による車両用変圧器の内部構造を示す平面断面図であり、図５は図４の中央部の断面を示す正面断面図である。
実施の形態２の車両用変圧器は、実施の形態１の車両用変圧器と仕切部材の挿入方向が異なる以外は、基本的に同等なので、同等部分は同一符号を付して説明は省略し、相違点を中心に説明する。

実施の形態２の仕切部材１７は、図４，５に示すように、車両用変圧器が車両に取り付けられたとき、水平方向となるように、巻線２の上下方向のほぼ中央部で、巻線２のコイル板２ａ面と平行方向に挿入されている。図５で説明すると、仕切部材１７によってタンク３の内部が上下に２分され、下側に第１の冷媒流路１８が、そして上側に第２の冷媒流路１９が形成される。実施の形態１と同様に、タンク３の長手方向の一端側で両冷媒流路１８，１９を連通させ、連通部に循環ポンプ８が介装されている。そして、長手方向の他端側では、冷媒流路１８，１９のそれぞれが冷却装置７の出口部７ａ，入口部７ｂに接続されている。

図６に仕切部材１７の詳細を示す。図のように、仕切部材１７は、タンク３の形状に合わせた矩形状の絶縁板２０と、タンク３のブッシング４，５が取り付けられる部分等で凸状に変形している変形部分に合わせて加工された絶縁板２１とで構成されている。絶縁板２０は、段積みされたコイル板２ａ間に挿入される複数の絶縁ワッシャの内、中央部の一枚をタンク内径に合わせて拡大すればよい。なお、仕切部材１７は、図６のように２つの部材２０，２１を組み合わせて構成する以外にも、例えば、更に細分化してもよい。

次に、作用について図５を参照しながら説明する。循環ポンプ８の作動により、図に矢印で示すような流路が形成され、冷媒６は第１の冷媒流路１８を冷却装置７側からタンク３の一端側（連通部側）へ流れる過程で巻線２の下半部を冷却し、連通部を経由して第２の冷媒流路１９に流入し、一端側（連通部側）から冷却装置７側流れる過程で巻線２の上半分を冷却しながら昇温する。冷却装置７で冷却された冷媒６は、再びタンク３内の第１の冷媒流路１８に流入する。
このように、実施の形態１の場合と同様に、仕切部材１７で仕切られた巻線２の半分ずつを、冷媒６を循環させて、変圧器中身を冷却している。

以上のように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の変圧器構成において、仕切部材を、巻線を水平方向に２分割するように挿入したので、簡単な仕切部材で、実施の形態１と同等の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図７は、実施の形態３による車両用変圧器の内部構造を示す平面断面図であり、図８は図７の中央部の断面を示す正面断面図である。
実施の形態１の図１及び図２と同等部分は同一符号を付して説明は省略し、相違点を中心に説明する。

相違点は冷却装置のタンクへの取付構造である。また、実施の形態３の冷却装置２３は自冷式の場合を示している。すなわち、車両の走行によって生じる走行風（図７中に太矢印で示す）を利用して冷却するものである。
実施の形態３の特徴部分は、実施の形態１又は２で、冷媒の流入，流出口を設けた側のタンク３の面を、冷却装置２３を直接取り付ける取付面に兼用し、取付フランジ２２を設けている点である。取付フランジ２２には、第１の冷媒流路１０に冷却装置２３から冷媒６を流入させる流入口２２ａと、第２の冷媒流路１１から冷却装置２３側へ冷媒６を送り込む流出口２２ｂとが形成されている。
なお、図はタンク壁面を取付フランジと兼用して一体の部材で構成したものを示したが、タンク壁面とフランジは別部材として溶接等で固着しても良い。

冷却装置２３の取付側は、周囲にフランジを有するヘッダ２４となっており、その内部中央部に水平方向に仕切る仕切板２５が設けられ、これによってヘッダ２４内部が上下に区画されている。図８に示すように、区画された上方と下方の室を、複数個のＵ字状のパイプからなる冷却管２６で連結している。

タンク３の内部は、仕切部材９によって第１の冷媒流路１０と第２の冷媒流路１１とに仕切られ、冷媒６が、仕切られた巻線２内を循環して冷却するのは、実施の形態１と同様なのでこれ以上の説明は省略する。
なお、仕切部材９の挿入方向は、実施の形態２のように水平方向であっても良い。
また、冷却装置２３は、図のような自冷式ではなく、実施の形態１，２の冷却装置７のようにファン付きの風冷式のものでも良い。逆に、実施の形態１，又は実施の形態２において、風冷式の冷却装置に替えて自冷式の冷却装置を使用しても良い。

以上のように、実施の形態３によれば、実施の形態１又は実施の形態２と同等の変圧器本体のタンクの側面に、冷却装置を直付けする構造としたので、実施の形態１，又は２の効果に加え、冷却装置とタンクを結ぶ接続管が不要となるので、より小型・軽量化を図ることができる。
この発明の各種の変形または変更は、関連する熟練技術者が、この発明の範囲と精神を逸脱しない中で実現可能であり、この明細書に記載された各実施の形態には制限されないことと理解されるべきである。

この発明に係わる車両用変圧器は、３脚の鉄心と、鉄心の中央脚に巻回された巻線と、鉄心及び巻線を収容したタンクと、タンクに充填した冷媒を冷却する冷却装置と、冷媒を強制循環させる循環ポンプとを備え、冷却装置と共に車両の床下に搭載される車両用変圧器において、巻線の内部に流れる冷媒の流路を２分する仕切部材を設けることにより、鉄心の鉄心窓を通過して一方に流れる第１の冷媒流路と、他方に流れる第２の冷媒流路を形成し、タンクの一端側で両冷媒流路を連通させ、他端側で第１の冷媒流路と冷却装置の一端部、及び、第２の冷媒流路と冷却装置の他端部とを連通させ、冷媒が、第１の冷媒流路内を冷却装置側からタンクの一端側へ流れ、連通部を経由して第２の冷媒流路内をタンクの一端側から冷却装置側へ循環するようにしたものである。

この発明に係わる車両用変圧器は、３脚の鉄心と、鉄心の中央脚に巻回された巻線と、鉄心及び巻線を収容したタンクと、タンクに充填した冷媒を冷却する冷却装置と、冷媒を強制循環させる循環ポンプとを備え、冷却装置と共に車両の床下に搭載される車両用変圧器において、巻線の内部に流れる冷媒の流路を２分する仕切部材を設けることにより、鉄心の鉄心窓を通過して一方に流れる第１の冷媒流路と、他方に流れる第２の冷媒流路を形成し、タンクの一端側で両冷媒流路を連通させてこの連通部に循環ポンプを設け、タンクの他端側に冷却装置を近接させて配置し、タンクの他端側で第１の冷媒流路と冷却装置の一端部、及び、第２の冷媒流路と冷却装置の他端部とを連通させ、冷媒が、第１の冷媒流路内を冷却装置側からタンクの一端側へ流れ、連通部を経由して第２の冷媒流路内をタンクの一端側から冷却装置側へ循環するようにしたものである。

この発明の車両用変圧器によれば、タンクの内部を２分するように仕切部材で仕切って第１と第２の２つの冷媒流路を形成し、両冷媒流路をタンクの一端側で連通させて連通部に循環ポンプを設け、タンクの他端側に冷却装置を近接させて配置し、タンクの他端側で、第１の冷媒流路と冷却装置の一端部、及び、第２の冷媒流路と冷却装置の他端部とをそれぞれ連通させ、冷媒を、第１の冷媒流路と第２の冷媒流路を循環させたので、タンクと冷却装置を接続する接続管を引き回す必要がないため、長い接続管を必要とせず、配管接続作業が簡単となり、車両用変圧器の小形化，軽量化を図ることができる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

Claims (5)

1. 鉄心と、上記鉄心の中央脚に巻回された巻線と、上記鉄心及び上記巻線を収容したタンクと、上記タンクに充填した冷媒を冷却する冷却装置と、上記冷媒を強制循環させる循環ポンプとを備えた車両用変圧器において、
   上記巻線の内部に流れる上記冷媒の流路を２分する仕切部材を設けることにより、上記タンク内を２分割して第１の冷媒流路と第２の冷媒流路を形成し、上記タンクの一端側で上記両冷媒流路を連通させ、他端側で上記第１の冷媒流路と上記冷却装置の一端部、及び、上記第２の冷媒流路と上記冷却装置の他端部とを連通させ、上記冷媒が、上記第１の冷媒流路内を上記冷却装置側から上記タンクの上記一端側へ流れ、上記連通部を経由して上記第２の冷媒流路内を上記タンクの上記一端側から上記冷却装置側へ循環するようにしたことを特徴とする車両用変圧器。
2. 請求項１記載の車両用変圧器において、上記仕切部材は、上記巻線を垂直方向に２分するように設けられていることを特徴とする車両用変圧器。
3. 請求項１記載の車両用変圧器において、上記仕切部材は、上記巻線を水平方向に２分するように設けられていることを特徴とする車両用変圧器。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用変圧器において、上記冷却装置は、上記タンクの上記他端側の壁面に直付けされていることを特徴とする車両用変圧器。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用変圧器において、上記両冷媒流路を連通させる連通部に循環ポンプが設けられていることを特徴とする車両用変圧器。

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