JPWO2020100247A1 - 車両用変圧器 - Google Patents

Abstract

車両用変圧器は、変圧器本体(１１０)と、冷却器(１２０)と、コンサベータ(１４０)とを備える。変圧器本体(１１０)は、鉄心、鉄心に巻き回された巻線、および、鉄心と巻線とを冷媒に浸漬した状態で収納するタンク(１１１)を有する。冷却器(１２０)は、タンク(１１１)内に連通し、外気との熱交換によって上記冷媒を冷却する。コンサベータ(１４０)は、タンク(１１１)の天井(１１１ｃ)に設けられ、内部に上記冷媒が充填された金属製のベローズ(１４１)を有する。変圧器本体(１１０)および冷却器(１２０)は、車両の屋根上において車両の進行方向に沿って並んで配置されている。ベローズ(１４１)は、上記冷媒の体積変化に応じてタンク(１１１)の天井(１１１ｃ)の上方の位置にて伸縮する。ベローズ(１４０)の外表面は、露出して外気と接している。

Description

本発明は、車両用変圧器に関する。

車両用変圧器の構成を開示した先行文献として、特開２０１８−３７５１８号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された車両用変圧器は、タンク、冷却器、ブッシング、コンサベータおよび油ポンプを備えている。タンクは、鉄心および巻線を絶縁油とともに収納している。コンサベータは、筐体、および、筐体内に配置された金属製のベローズを有している。金属製のベローズは、一端側が封鎖され、他端側が通気孔を有する状態で筐体に油密溶接されている。

特開２０１８−３７５１８号公報

特許文献１に記載された車両用変圧器においては、絶縁油の冷却を冷却器のみで行なっているため、絶縁油を効率よく冷却できるようにする余地がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、絶縁油を効率よく冷却しつつ冷却器を小型化できる車両用変圧器を提供することを目的とする。

本発明に基づく車両用変圧器は、変圧器本体と、冷却器と、コンサベータとを備える。変圧器本体は、鉄心、鉄心に巻き回された巻線、および、鉄心と巻線とを冷媒に浸漬した状態で収納するタンクを有する。冷却器は、タンク内に連通し、外気との熱交換によって上記冷媒を冷却する。コンサベータは、タンクの天井に設けられ、内部に上記冷媒が充填された金属製のベローズを有する。変圧器本体および冷却器は、車両の屋根上において車両の進行方向に沿って並んで配置されている。ベローズは、上記冷媒の体積変化に応じてタンクの天井の上方の位置にて伸縮する。ベローズの外表面は、露出して外気と接している。

本発明によれば、金属製のベローズの外表面が露出して外気と接しているため、走行風とベローズとの接触を確保し、走行風を利用して絶縁油を効率よく冷却しつつ冷却器を小型化できる。

本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器を搭載した車両の外観を示す側面図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器においてコンサベータのベローズが収縮した状態を示す側面図である。 図２の車両用変圧器を矢印ＩＩＩ方向から見た平面図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器においてコンサベータのベローズが伸長した状態を示す側面図である。 図４の車両用変圧器のＶ部を拡大して示す側面図である。 本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器においてコンサベータのベローズが収縮した状態を示す側面図である。 図６の車両用変圧器を矢印ＶＩＩ方向から見た平面図である。 本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器においてコンサベータのベローズが伸長した状態を示す側面図である。

以下、本発明の各実施の形態に係る車両用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。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器を搭載した車両の外観を示す側面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器においてコンサベータのベローズが収縮した状態を示す側面図である。図３は、図２の車両用変圧器を矢印ＩＩＩ方向から見た平面図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器においてコンサベータのベローズが伸長した状態を示す側面図である。図５は、図４の車両用変圧器のＶ部を拡大して示す側面図である。

図１〜図５に示すように、本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器１００は、変圧器本体１１０と、冷却器１２０と、コンサベータ１４０とを備える。変圧器本体１１０は、鉄心、鉄心に巻き回された巻線、および、鉄心と巻線とを冷媒に浸漬した状態で収納するタンク１１１を有する。冷却器１２０は、タンク１１１内に連通し、外気との熱交換によって上記冷媒を冷却する。コンサベータ１４０は、タンク１１１の天井１１１ｃに設けられ、内部に上記冷媒が充填された金属製のベローズ１４１を有する。変圧器本体１１０および冷却器１２０は、車両１０の屋根上において車両１０の進行方向１に沿って並んで配置されている。ベローズ１４１は、上記冷媒の体積変化に応じてタンク１１１の天井１１１ｃの上方の位置にて伸縮する。ベローズ１４１の外表面は、露出して外気と接している。

以下、本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器１００の各構成について詳細に説明する。図１に示すように、車両１０の進行方向１は、車両１０が走行するレール２０に沿った方向である。図３に示すように、車両１０の進行方向１に直交する方向を、直交方向２とする。

変圧器本体１１０のタンク１１１は、略直方体状の外形を有している。具体的には、図３に示すように、直交方向２におけるタンク１１１の中央部は、車両１０の進行方向１の幅、直交方向２の長さ、および、上下方向の高さの各々の寸法において、直交方向２におけるタンク１１１の両端部の各々より大きい。

タンク１１１の天井１１１ｃは、直交方向２におけるタンク１１１の中央部の天井であり、略水平に位置している。タンク１１１の天井１１１ｃに、コンサベータ１４０が設けられている。具体的には、タンク１１１の天井１１１ｃに開口が設けられている。タンク１１１の天井１１１ｃの開口の縁に、コンサベータ１４０のベローズ１４１が取り付けられている。

図３に示すように、直交方向２におけるタンク１１１の一方の端部は、第１配管１３１によって冷却器１２０と接続されている。直交方向２におけるタンク１１１の他方の端部は、第２配管１３２によって冷却器１２０と接続されている。タンク１１１と冷却器１２０との間を、第１配管１３１および第２配管１３２を通じて、冷媒が強制循環させられる。

冷却器１２０の内部を外気が通流可能である。冷却器１２０は、走行風が内部を通流するように構成されている。冷却器１２０の内部において、外気と強制循環させられている冷媒とが熱交換することにより、冷媒が冷却される。本実施の形態においては、冷媒は絶縁油である。

冷却器１２０は、略直方体状の外形を有している。冷却器１２０は、車両１０の進行方向１において、タンク１１１の中央部と対向するように配置されている。図３に示すように、直交方向２において、冷却器１２０の長さＬ３は、タンク１１１の中央部の長さと同等である。図２に示すように、上下方向において、冷却器１２０は、タンク１１１の中央部より高い。本実施の形態に係る車両用変圧器１００は、冷却器１２０を１つのみ備えているが、車両用変圧器１００が備える冷却器１２０の数は、１つに限られず、複数であってもよい。

図１〜図４に示すように、コンサベータ１４０は、ベローズ１４１と天板１４２とを含む。ベローズ１４１は、重ね合わせるように配置された環状の複数の金属板が上下方向に互いに隣接する金属板同士の内周側と外周側とを交互に溶接して繋ぎ合わせられることにより、図４に示す伸縮方向３に伸縮可能に構成されている。

ベローズ１４１は、ベローズ１４１の伸縮方向３から見て、互いに車両１０の進行方向１に間隔をあけて直交方向２に延在する１対の辺を含む四角形状の外形を有している。具体的には、図３に示すように、上記１対の辺は、車両の進行方向１において、冷却器１２０側に位置する第１辺１４１ａ、および、冷却器１２０側とは反対側に位置する第２辺１４１ｂとからなる。ベローズ１４１の外形の上記四角形状は、直交方向２に間隔をあけて車両の進行方向１に延在する、第３辺１４１ｃおよび第４辺１４１ｄをさらに含む。

本実施の形態においては、ベローズ１４１の外形の上記四角形状は、矩形状である。図３に示すように、第１辺１４１ａの長さをＬ１、第２辺１４１ｂの長さをＬ２とすると、Ｌ１＝Ｌ２＜Ｌ３である。すなわち、直交方向２において、第１辺１４１ａおよび第２辺１４１ｂの各々の長さは、冷却器１２０の外形の長さより短い。

なお、ベローズ１４１の伸縮方向３から見たベローズ１４１の外形は、互いに車両１０の進行方向１に間隔をあけて直交方向２に延在する１対の辺を含む四角形状に限られず、車両１０の進行方向１に対して全ての辺が交差する四角形状であってもよいし、多角形状、三角形状、または、円形状などでもあってもよい。

ベローズ１４１の上端に天板１４２が溶接により接合されることにより、ベローズ１４１の内側に密閉空間が形成される。天板１４２は、ベローズ１４１の伸縮方向３から見て、ベローズ１４１の外形と略同一の四角形状の外形を有しており、上方に膨出した十字形の膨出部が設けられている。

ベローズ１４１の下端は、タンク１１１の天井１１１ｃの開口の縁に、溶接により接合されている。本実施の形態に係る車両用変圧器１００においては、図４に示すように、ベローズ１４１は、車両１０の進行方向１の冷却器１２０側に位置する部分が冷却器１２０側とは反対側に位置する部分より一段低くなっている。

具体的には、ベローズ１４１の下端に位置する上記環状の金属板は、車両１０の進行方向１の冷却器１２０側に行くにしたがって薄くなって、冷却器１２０側の端部において厚さが略０となっている。その結果、ベローズ１４１の伸縮方向３は、タンク１１１の天井１１１ｃに対して冷却器１２０側に傾斜している。よって、ベローズ１４１の第１辺１４１ａは、ベローズ１４１の伸縮時に関わらず常に第２辺１４１ｂより下方に位置している。なお、ベローズ１４１の伸縮方向３は、上下方向と平行であってもよい。

図４および図５に示すように、ベローズ１４１における直交方向２に延在する部分を構成し、ベローズ１４１の収縮時に互いに折り重なる複数の面１４１ｆの各々は、直交方向２から見て、波形状である。具体的には、ベローズ１４１を構成する上記環状の複数の金属板の各々が、直交方向２から見て、ジグザグに曲折している。なお、複数の面１４１ｆの各々が、平坦面であってもよい。

以下、本発明の実施形態１に係る車両用変圧器１００の動作について説明する。
タンク１１０内の冷媒の温度が上昇して冷媒が膨張した際には、コンサベータ１４０のベローズ１４１内に冷媒が流入し、図４に示すようにベローズ１４１が伸長する。ベローズ１４１がタンク１１１の天井１１１ｃから突出していることにより、ベローズ１４１の外表面と走行風とを接触させることができる。

車両１０が走行した際に生ずる走行風とベローズ１４１との接触を確保することにより、ベローズ１４１の内部に流入した冷媒を、走行風との熱交換によって冷却することができる。その結果、本実施の形態に係る車両用変圧器１００は、走行風を効率良く利用して冷媒を冷却することができる。

特に、高温の冷媒がベローズ１４１に流入してベローズ１４１が伸長した状態においては、ベローズ１４１の外表面と走行風とが接触する表面積が、ベローズ１４１が収縮した状態に比較して大きくなるため、より効果的に高温の冷媒を冷却することができる。

タンク１１０内の冷媒の温度が下降して冷媒が収縮した際には、ベローズ１４１の内部から冷媒がタンク１１０内に流出し、図２に示すようにベローズ１４１が収縮する。

上記のように、コンサベータ１４０によって冷媒を冷却することにより、冷却器１２０に求められる冷却性能を低減することができるため、冷却器１２０を小型化することができる。

本実施の形態においては、変圧器本体１１０および冷却器１２０が、車両１０の屋根上において車両１０の進行方向１に沿って並んで配置されており、直交方向２において、第１辺１４１ａおよび第２辺１４１ｂの各々の長さが冷却器１２０の外形の長さより短いため、第３辺１４１ｃおよび第４辺１４１ｄの各々に沿うように流れる走行風が、冷却器１２０を通過することができる。これにより、冷却器１２０を通過する走行風を確保することができる。

本実施の形態においては、ベローズ１４１の伸縮方向３が、タンク１１１の天井１１１ｃに対して冷却器１２０側に傾斜していることにより、図４に示すように、第３辺１４１ｃおよび第４辺１４１ｄの各々に沿うように流れる走行風Ｗ１を冷却器１２０に向けて誘導することができる。これにより、冷却器１２０を通過する走行風を増やして、冷却器１２０の冷却性能を高めることができる。

本実施の形態においては、ベローズ１４１における直交方向２に延在する部分を構成し、ベローズ１４１の収縮時に互いに折り重なる複数の面１４１ｆの各々が、直交方向２から見て、波形状であることにより、走行風とベローズ１４１との接触面積を増やすことができる。また、複数の面１４１ｆに衝突した走行風を乱流にして、走行風とベローズ１４１の外表面での熱交換効率を向上することができる。これにより、冷却器１２０において走行風を効率良く利用して冷媒を冷却することができる。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器について図面を参照して説明する。本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器は、ベローズの伸縮方向から見たベローズの外形のみ、本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器１００と異なるため、本発明の実施の形態１に係る車両用変圧器１００と同様である構成については説明を繰り返さない。

図６は、本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器においてコンサベータのベローズが収縮した状態を示す側面図である。図７は、図６の車両用変圧器を矢印ＶＩＩ方向から見た平面図である。図８は、本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器においてコンサベータのベローズが伸長した状態を示す側面図である。

図６〜図８に示すように、本発明の実施の形態２に係る車両用変圧器２００は、変圧器本体１１０と、冷却器１２０と、コンサベータ２４０とを備える。コンサベータ２４０は、ベローズ２４１と天板１４２とを含む。

ベローズ２４１は、ベローズ２４１の伸縮方向３から見て、互いに車両１０の進行方向１に間隔をあけて直交方向２に延在する１対の辺を含む四角形状の外形を有している。具体的には、図７に示すように、上記１対の辺は、車両の進行方向１において、冷却器１２０側に位置する第１辺２４１ａ、および、冷却器１２０側とは反対側に位置する第２辺２４１ｂとからなる。ベローズ２４１の外形の上記四角形状は、直交方向２に間隔をあけて車両の進行方向１に延在する、第３辺２４１ｃおよび第４辺２４１ｄをさらに含む。

本実施の形態においては、ベローズ２４１の外形の上記四角形状は、台形状である。図７に示すように、第１辺２４１ａの長さをＬ４、第２辺２４１ｂの長さをＬ２とすると、Ｌ４＜Ｌ２＜Ｌ３である。すなわち、直交方向２において、第１辺２４１ａおよび第２辺２４１ｂの各々の長さは、冷却器１２０の外形の長さより短く、かつ、第１辺２４１ａは、第２辺２４１ｂより短い。

これにより、図７に示すように、ベローズ２４１の伸縮方向３から見て、第３辺２４１ｃおよび第４辺２４１ｄの各々を冷却器１２０の中央部に向くように傾斜させることができるため、図８に示すように、第３辺２４１ｃおよび第４辺２４１ｄの各々に沿うように流れる走行風Ｗ２をより多く冷却器１２０に向けて誘導することができる。これにより、冷却器１２０を通過する走行風を増やして、冷却器１２０の冷却性能を高めることができる。

上述した実施の形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。

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、本発明の技術的範囲は、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い。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。

１０ 車両、２０ レール、１００，２００ 車両用変圧器、１１０ 変圧器本体、１１１ タンク、１１１ｃ 天井、１２０ 冷却器、１３１ 第１配管、１３２ 第２配管、１４０，２４０ コンサベータ、１４１，２４１ ベローズ、１４１ａ，２４１ａ 第１辺、１４１ｂ，２４１ｂ 第２辺、１４１ｃ，２４１ｃ 第３辺、１４１ｄ，２４１ｄ 第４辺。

Claims (5)

1. 鉄心、該鉄心に巻き回された巻線、および、前記鉄心と前記巻線とを冷媒に浸漬した状態で収納するタンクを有する変圧器本体と、
   前記タンク内に連通し、外気との熱交換によって前記冷媒を冷却する冷却器と、
   前記タンクの天井に設けられ、内部に前記冷媒が充填された金属製のベローズを有するコンサベータとを備え、
   前記変圧器本体および前記冷却器は、車両の屋根上において該車両の進行方向に沿って並んで配置されており、
   前記ベローズは、前記冷媒の体積変化に応じて前記タンクの前記天井の上方の位置にて伸縮し、
   前記ベローズの外表面は、露出して外気と接している、車両用変圧器。
2. 前記ベローズは、前記ベローズの伸縮方向から見て、互いに前記車両の進行方向に間隔をあけて前記車両の進行方向に直交する方向に延在する１対の辺を含む四角形状の外形を有し、
   前記車両の進行方向に直交する方向において、前記１対の辺の各々の長さは、前記冷却器の外形の長さより短い、請求項１に記載の車両用変圧器。
3. 前記１対の辺のうち、前記車両の進行方向において冷却器側に位置する第１辺は、前記冷却器側とは反対側に位置する第２辺より短い、請求項２に記載の車両用変圧器。
4. 前記ベローズにおける前記車両の進行方向に直交する方向に延在する部分を構成し、前記ベローズの収縮時に互いに折り重なる複数の面の各々は、前記車両の進行方向に直交する方向から見て、波形状である、請求項２または請求項３に記載の車両用変圧器。
5. 前記ベローズの伸縮方向は、前記タンクの前記天井に対して冷却器側に傾斜している、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用変圧器。

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