WO2010073337A1

WO2010073337A1 - 変圧装置

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Publication number: WO2010073337A1
Application number: PCT/JP2008/073581
Authority: WO
Inventors: 浩司木内; 幸司吉瀬; 敏広野田
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2010-07-01
Also published as: KR101211853B1; CN102265358A; EP2372728A4; US8274351B2; US20110205007A1; TW201025365A; EP2372728B1; JP4450868B1; JPWO2010073337A1; EP2372728A1; TWI391963B; KR20110086767A; CN102265358B

Abstract

　変圧装置は、鉄心と、鉄心に巻回され、積層された複数のコイル（９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）と、積層方向に隣り合う複数のコイル（９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）間に配置された複数のベース部材（ＢＥ）と、コイル（９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）ごとに設けられ、各々が、対応のベース部材（ＢＥ）に設けられ、対応のベース部材（ＢＥ）と対応のコイル（９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）との間に絶縁液体を流すための流路を形成している複数の流路部材群（ＢＧ）と、複数の流路部材群（ＢＧ）によって形成される各流路のうちの少なくともいずれか１つが、他の流路における絶縁液体の流量と異なるように絶縁液体の流れを阻害し、かつ流路のうち、絶縁液体の流れ方向において鉄心と重ならない領域における絶縁液体の流れを阻害するように配置されている阻害部材（１２）とを備える。

Description

変圧装置

　本発明は、変圧装置に関し、特に、コイルを冷却するための絶縁液体の流路を形成するための部材を備えた変圧装置に関する。

　一般に、車両用変圧器のコイルが発する熱の冷却には、絶縁液を循環させるポンプと、冷却器とが用いられる。また、変圧器のコイル間には、複数の絶縁部材（スペーサ）が設けられる。このスペーサは、コイルを冷却するために流れる絶縁液の流路を確保し、かつ短絡による機械力が発生したときにコイルを保持する役割を有する。

　コイルを冷却する能力は、コイルの表面積からコイルがスペーサと接する面積を除いた、コイルが絶縁液と接する面積であるコイル濡れ面積と、コイルの表面を流れる絶縁液の流速とに比例する。このため、コイル濡れ面積をより多く確保すれば冷却効率が向上する。

　しかしながら、スペーサの間隔をより広くしてコイル濡れ面積をより多く確保しても、短絡による機械力が発生した場合に耐えられるような間隔でなければ、コイルが座屈して変圧器が故障することになる。

　変圧器のコイルを冷却するための技術として、たとえば、特開平９－１３４８２３号公報（特許文献１）には、以下のような車両用変圧器が開示されている。すなわち、冷却方式を送油風冷式としたものにおいて、鉄心の脚部の外周に低圧巻線を、低圧巻線の外周に高圧巻線をそれぞれ巻回すると共に、その各巻回間に冷却油道を形成することによって中身を構成する。この中身を、上記冷却油道がタンクの底面と平行になるようにタンク内に配置している。そして、低圧巻線及び高圧巻線の各巻回間にダクトピースを間隔を違えて挟設することにより上記冷却油道を形成している。

　また、実開平６－１７２１５号公報（特許文献２）には、以下のような変圧器巻線が開示されている。すなわち、内側および外側絶縁筒間に円板巻線を複数段巻き回して積層すると共に、各段の円板巻線間に油道を形成する矩形状の間隔片を放射状に複数個配置している変圧器巻線である。この変圧器巻線の軸方向中央部における上記間隔片の幅寸法をＡとし、巻線の少なくとも軸方向上部側に位置する端部側寄りにおける間隔片の幅寸法をＢとした場合に、Ａ＞Ｂの関係を満足するように上端部側に位置する間隔片の幅寸法を順次小さくしている。
特開平９－１３４８２３号公報実開平６－１７２１５号公報

　ところで、架線等から交流電圧が供給される交流区間および架線等から直流電圧が供給される直流区間の両方において走行可能な交流／直流電車が開発されている。このような交流／直流電車において、低圧側である負荷側のコイルを交流区間および直流区間において共用する場合、すなわち交流区間においては低圧側コイルとコンバータとを接続し、直流区間においては架線等から直流電力を受けるリアクトルとして低圧側コイルを用いる場合には、低圧側コイルの使用条件および負荷条件が直流区間および交流区間で異なるため、低圧側コイルの温度上昇が均等にならない。たとえば、直流区間においてリアクトルとして使用する低圧側コイルの温度が極端に上昇する。そうすると、変圧器全体の冷却設計が、変圧器における一部のコイルで規定されてしまい、その結果、冷却能力の高い大型の冷却器を使用する必要があるために変圧器が大型化し、製造コストが増大してしまう。

　しかしながら、特許文献１記載の車両用変圧器では、上記冷却油道が絶縁油の流れる方向に沿って直線的に形成されている、すなわち各巻線の両端部間をダクトピースが延伸しているため、コイル濡れ面積が小さくなる。そうすると、冷却効率が低下するため、冷却能力の高い大型の冷却器を使用する必要が生じてしまう。また、ダクトピースを低圧巻線及び高圧巻線の各巻回間に取り付ける作業は困難を伴う。

　また、特許文献２記載の変圧器巻線では、油の流入する変圧器巻線の軸方向下端部において油が澱むため、軸方向下端部における巻線温度が高くなり、また、変圧器巻線の軸方向上端部においては逆に油の流量が増えるため、巻線温度が低くなりすぎてしまう。すなわち、冷却効率が低下するため、冷却能力の高い大型の冷却器を使用する必要が生じてしまう。

　それゆえに、本発明の目的は、コイルに対する冷却効率を向上し、かつ小型化および製造コストの低減を図ることが可能な変圧装置を提供することである。

　この発明のある局面に係わる変圧装置は、鉄心と、鉄心に巻回され、積層された複数のコイルと、積層方向に隣り合う複数のコイル間に配置された複数のベース部材と、コイルごとに設けられ、各々が、対応のベース部材に設けられ、対応のベース部材と対応のコイルとの間に絶縁液体を流すための流路を形成している複数の流路部材群と、複数の流路部材群によって形成される各流路のうちの少なくともいずれか１つが、他の流路における絶縁液体の流量と異なるように絶縁液体の流れを阻害し、かつ流路のうち、絶縁液体の流れ方向において鉄心と重ならない領域における絶縁液体の流れを阻害するように配置されている阻害部材とを備える。

　またこの発明の別の局面に係わる変圧装置は、少なくとも２つの開口部を有する鉄心と、各開口部間の鉄心の部分に貫通されるように各開口部を通して巻回され、貫通方向に積層されている複数のコイルと、積層方向に隣り合う複数のコイル間に配置された複数のベース部材と、コイルごとに設けられ、各々が、対応のベース部材に設けられ、対応のベース部材と対応のコイルとの間に絶縁液体を流すための流路を形成している複数の流路部材群と、複数の流路部材群によって形成される各流路のうちの少なくともいずれか１つが、他の流路における絶縁液体の流量と異なるように絶縁液体の流れを阻害するように配置されている阻害部材とを備える。

　本発明によれば、コイルに対する冷却効率を向上し、かつ小型化および製造コストの低減を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置の概略構成および絶縁液の流れを示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置におけるコイル部および鉄心の概略構成を示す斜視図である。コイル部および鉄心の図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置におけるコイル部の構成を詳細に示す斜視図である。本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置におけるコイル部の構成を詳細に示す断面図である。本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置における低圧側コイルグループ１０に対応するベース部材上の流路部材の配置を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置における低圧側コイルグループ９に対応するベース部材上の流路部材および阻害部材の配置を示す図である。変圧装置が阻害部材を備えないと仮定した場合の各運転モードにおける各コイルの温度上昇を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置の各運転モードにおける各コイルの温度上昇を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る変圧装置における低圧側コイルグループ９に対応するベース部材上の流路部材および阻害部材の配置を示す図である。本発明の第３の実施の形態に係る変圧装置における低圧側コイルグループ１０に対応するベース部材上の流路部材の配置を示す図である。本発明の第３の実施の形態に係る変圧装置における低圧側コイルグループ９に対応するベース部材上の流路部材および阻害部材の配置を示す図である。本発明の第４の実施の形態に係る変圧装置におけるコイル部の構成を詳細に示す斜視図である。本発明の第４の実施の形態に係る変圧装置におけるコイル部の構成を詳細に示す断面図である。本発明の第５の実施の形態に係る変圧装置における低圧側コイルグループ９に対応するベース部材における流路部材および阻害部材の配置を示す図である。

符号の説明

　１　コイル部、２　絶縁油、３　鉄心、４　ポンプ、５　冷却器、６　ブロワー、７　タンク、８　高圧側コイルグループ、９，１０　低圧側コイルグループ、８Ａ，８Ｂ　高圧側コイル、９Ａ，９Ｂ　低圧側コイル、１０Ａ，１０Ｂ　低圧側コイル、１２，２２，３２，４２　阻害部材、１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，２８，３０Ａ，３０Ｂ，ＢＥ　ベース部材、１０１　変圧装置、Ｗ１，Ｗ２　窓部、ＢＧ　流路部材群、Ｓ１，Ｓ２　流路部材。

　以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中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。

　＜第１の実施の形態＞
　図１は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置の概略構成および絶縁液の流れを示す図である。

　図１を参照して、変圧装置１０１は、コイル部１と、絶縁油２と、鉄心３と、ポンプ４と、冷却器５と、ブロワー６と、タンク７とを備える。

　タンク７は、絶縁油２によって満たされており、コイル部１および鉄心３を収容することにより、コイル部１および鉄心３を絶縁油２で浸す。絶縁油２により、コイル部１および鉄心３の絶縁および冷却が行なわれる。

　ポンプ４は、図中の矢印で示すように、ポンプ４と冷却器５との間の配管、冷却器５、冷却器５とタンク７との間の配管、タンク７、タンク７とポンプ４との間の配管の順番で絶縁油２を循環させる。

　すなわち、ポンプ４は、タンク７の出口部から絶縁油２を吸い出して冷却器５へ送り出す。冷却器５は、ブロワー６から受けた風により、ポンプ４からの絶縁油２を冷却しながら通過させる。冷却器５によって冷却された絶縁油２は、タンク７の入口部へ流れ込み、コイル部１を通過することにより、コイル部１を冷却する。

　図２は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置におけるコイル部および鉄心の概略構成を示す斜視図である。図３は、コイル部および鉄心の図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面を示す断面図である。

　図２および図３を参照して、変圧装置１０１は、たとえば外鉄型（Shell-Type）の変圧器である。コイル部１は、高圧側コイルグループ８と、低圧側コイルグループ９，１０とを含む。高圧側コイルグループ８は、高圧側コイル８Ａ，８Ｂを含む。低圧側コイルグループ９は、低圧側コイル９Ａ，９Ｂを含む。低圧側コイルグループ１０は、低圧側コイル１０Ａ，１０Ｂを含む。

　鉄心３は、互いに対向する第１側面および第２側面と、第１側面から第２側面へ貫通する開口部である窓部Ｗ１およびＷ２とを有する。高圧側コイル８Ａおよび８Ｂ、低圧側コイル９Ａおよび９Ｂならびに低圧側コイル１０Ａおよび１０Ｂは、窓部Ｗ１，Ｗ２間の鉄心３の部分に貫通されるように窓部Ｗ１，Ｗ２を通して巻回され、鉄心３の貫通方向に積層されている。

　高圧側コイル８Ａおよび８Ｂ、低圧側コイル９Ａおよび９Ｂならびに低圧側コイル１０Ａおよび１０Ｂは、窓部Ｗ１およびＷ２を通るように巻き回されている。

　高圧側コイル８Ａは、低圧側コイル１０Ａと低圧側コイル１０Ｂとの間であって低圧側コイル１０Ａに対向する位置に設けられ、低圧側コイル１０Ａと磁気結合されている。

　高圧側コイル８Ｂは、高圧側コイル８Ａと並列に接続され、低圧側コイル１０Ａと低圧側コイル１０Ｂとの間であって低圧側コイル１０Ｂに対向する位置に設けられ、低圧側コイル１０Ｂと磁気結合されている。

　低圧側コイル９Ａは、低圧側コイル１０Ａに対して高圧側コイル８Ａと反対側に設けられ、高圧側コイル８Ａと磁気結合されている。

　低圧側コイル９Ｂは、低圧側コイル１０Ｂに対して高圧側コイル８Ｂと反対側に設けられ、高圧側コイル８Ｂと磁気結合されている。

　図４は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置におけるコイル部の構成を詳細に示す斜視図である。図５は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置におけるコイル部の構成を詳細に示す断面図である。図５は、コイル部１の図６または図７におけるＶ－Ｖ断面を示している。

　図４および図５を参照して、コイル部１は、コイルごとに設けられた複数のベース部材ＢＥすなわちベース部材１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂ，２０Ａ，２０Ｂを備える。ベース部材ＢＥは絶縁部材である。図４では、ベース部材ＢＥとして、低圧側コイル９Ａおよび９Ｂならびに低圧側コイル１０Ａおよび１０Ｂにそれぞれ対応するベース部材１９Ａ，１９Ｂ，２０Ａ，２０Ｂを代表的に示している。

　ベース部材ＢＥは、積層方向に隣り合うコイル間に配置されており、流路部材群ＢＧが設けられた主表面と反対側の主表面においてコイルに密着されている。ベース部材ＢＥは、各コイルを支える。

　より詳細には、ベース部材１９Ａは、低圧側コイル９Ａと低圧側コイル１０Ａとの間に設けられ、低圧側コイル１０Ａに密着されている。ベース部材２０Ａは、低圧側コイル１０Ａと高圧側コイル８Ａとの間に設けられ、高圧側コイル８Ａに密着されている。ベース部材１８Ａは、高圧側コイル８Ａと高圧側コイル８Ｂとの間に設けられ、高圧側コイル８Ｂに密着されている。ベース部材１８Ｂは、高圧側コイル８Ｂと低圧側コイル１０Ｂとの間に設けられ、低圧側コイル１０Ｂに密着されている。ベース部材２０Ｂは、低圧側コイル１０Ｂと低圧側コイル９Ｂとの間に設けられ、低圧側コイル９Ｂに密着されている。

　流路部材群ＢＧは、コイルごとに設けられ、各々が、絶縁部材である複数の流路部材を含み、対応のベース部材ＢＥに設けられ、対応のベース部材ＢＥと対応のコイルとの間に絶縁油２を流すための流路を形成している。すなわち、ベース部材１８Ａ，１８Ｂ，１９Ａ，１９Ｂ，２０Ａ，２０Ｂに設けられた流路部材群ＢＧは、それぞれ高圧側コイル８Ａ，高圧側コイル８Ｂ，低圧側コイル９Ａ，低圧側コイル９Ｂ，低圧側コイル１０Ａ，低圧側コイル１０Ｂを冷却するための流路を形成している。また、各コイルを支えるため、各層の流路部材すなわち各ベース部材ＢＥにおける流路部材は、コイルの積層方向において略同じ位置に配置されている。

　図６は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置における低圧側コイルグループ１０に対応するベース部材上の流路部材の配置を示す図である。

　図６を参照して、流路部材群ＢＧは、流路部材Ｓ１および流路部材Ｓ２を含む。流路部材Ｓ１は、矩形状であり、流路の入口側および出口側に縦横に複数設けられ、絶縁油２の流れ方向に沿った２長辺と、絶縁油２の流れ方向と略直角な２短辺とを有する。流路部材Ｓ２は、矩形状であり、流路の入口側と出口側との間に縦横に複数設けられ、絶縁油２の流れ方向と略直角な２長辺と、絶縁油２の流れ方向に沿った２短辺とを有する。

　ここで、矢印Ｆ１は、流路の入口側の領域において、絶縁油２の流れ方向において鉄心３と重なる領域を流れる絶縁油２を示す。また、矢印Ｆ２は、流路の入口側の領域において、絶縁油２の流れ方向において鉄心３と重ならない領域を流れる絶縁油２を示す。

　低圧側コイルグループ１０では、矢印Ｆ１で示す絶縁油２が、鉄心３にぶつかって点線の丸印で囲まれた領域において澱む。このため、矢印Ｆ１で示す絶縁油２の流量は、矢印Ｆ２で示す絶縁油２の流量と比べて小さい。

　図７は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置における低圧側コイルグループ９に対応するベース部材上の流路部材および阻害部材の配置を示す図である。

　図７を参照して、低圧側コイルグループ９を冷却するための流路が形成されるベース部材ＢＥでは、低圧側コイルグループ１０を冷却するための流路が形成されるベース部材ＢＥと異なり、流路部材Ｓ１および流路部材Ｓ２に加えて阻害部材１２が設けられている。阻害部材１２はＴ字状であり、絶縁油２の流れ方向と略直角な方向の長さが流路部材Ｓ１の２短辺と比べて長い部分を有する。阻害部材１２は、流路部材群ＢＧによって形成される流路の入口側の領域のうち、絶縁油２の流れ方向において鉄心３と重ならない領域における絶縁油２の流れを阻害するように配置されている。

　以下、架線等から高圧側コイルに交流電圧が供給され、これによって低圧側コイルに交流電圧が誘起される交流モードと、架線等から低圧側コイルに直流電圧が供給される直流モードとを変圧装置１０１が有する場合について説明する。

　図８は、変圧装置が阻害部材を備えないと仮定した場合の各運転モードにおける各コイルの温度上昇を示す図である。

　交流モードである運転モードＡでは、架線等から高圧側コイルグループ８にたとえば振幅が１５ｋＶの交流電圧が供給され、これにより、低圧側コイルグループ１０に交流電圧が誘起される。

　また、同じく交流モードである運転モードＢでは、架線等から高圧側コイルグループ８にたとえば振幅が２５ｋＶの交流電圧が供給され、これにより、低圧側コイルグループ９に交流電圧が誘起される。

　また、直流モードである運転モードＣでは、架線等から低圧側コイルグループ９および１０に直流電圧が供給される。

　図８を参照して、運転モードＡ，Ｂ，Ｃのうち、運転モードＡにおける低圧側コイルグループ１０の温度上昇が最も大きくなる。このとき、低圧側コイルグループ１０の温度上昇値は基準値ＴＧを超えてしまう。

　したがって、変圧装置１０１が阻害部材１２を備えない場合には、その冷却設計が、変圧装置１０１における一部のコイルである低圧側コイルグループ１０で規定されてしまい、その結果、冷却能力の高い大型の冷却器を使用する必要があるために変圧装置が大型化し、製造コストが増大してしまう。

　図９は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置の各運転モードにおける各コイルの温度上昇を示す図である。

　前述のように、変圧装置１０１では、低圧側コイルグループ９に対応する流路すなわち低圧側コイルグループ９を冷却するための流路が形成されるベース部材ＢＥにおいて阻害部材１２が設けられている。

　これにより、低圧側コイルグループ９の圧力損失が増加し、低圧側コイルグループ９を冷却するための流路における絶縁油２の流量が少なくなるため、低圧側コイルグループ９の隣に位置する低圧側コイルグループ１０を冷却するための流路における絶縁油２の流量すなわち流速が大きくなる。そうすると、低圧側コイルグループ９の温度上昇が大きくなり、低圧側コイルグループ１０の温度上昇が小さくなる。

　したがって、図９に示すように、低圧側コイルグループ９および１０の温度上昇が均等化される。すなわち、運転モードＡにおいて低圧側コイルグループ１０の温度上昇値が基準値ＴＧを超えることを防ぐことができる。なお、変圧装置１０１では、阻害部材１２を備えない場合と比べて、運転モードＢにおいて低圧側コイルグループ９の温度上昇が大きくなっているが、基準値ＴＧ未満に抑えられており、交流モードおよび直流モードにおける各コイルの温度が所定値以下に抑えられている。

　すなわち、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置では、各コイルグループの圧力損失を調整し、温度が高いコイルグループへの絶縁油の流量を増やしてその温度上昇を抑え、かつ温度が低いコイルグループへの絶縁油の流量を減らしてその温度上昇を高めることにより、各コイルグループの温度上昇を均等化して、冷却効率を向上させることができる。

　ここで、コイルの冷却能力は、コイルに接する絶縁油の流速、およびコイルと絶縁油とが接する濡れ面積に比例する。本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置では、コイルの濡れ面積を確保しながら、各コイルグループ間の流量バランスをとることができる。

　また、コイルの温度は、外気温と絶縁油温度と絶縁油によるコイル温度上昇値との足し算により求まる。コイルの温度は、規格により上限値が定められているため、各コイルグループ間でこのコイル温度上昇値に不均等があると、コイル温度上昇値の最大値に合わせて冷却器を選定することになり、冷却能力を高めるために大型の冷却器を使用する必要が生じてしまう。

　本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置では、各コイルグループ間でコイル温度上昇を均等化することができるため、冷却能力の高い冷却器を使用する必要がなくなることから、変圧装置全体を小形かつ軽量化して製造コストを低減することができる。また、変圧装置における機能設計を変えることなく、コイルグループ間の温度上昇を効率的に均等化することができる。

　また、低圧側コイルグループ９では、絶縁油の流れ方向において鉄心３と重ならない領域における絶縁油２の流量が減少し、絶縁油の流れ方向において鉄心３と重なる領域における絶縁油２の流量が増加する。そうすると、図７に示すように、矢印Ｆ１で示す絶縁油２の流量が大きくなり、矢印Ｆ２で示す絶縁油２の流量が小さくなる。これにより、絶縁油２が鉄心３にぶつかって澱む領域への絶縁油の流量を増加させることができ、この澱み領域を減少させることができる。すなわち、各コイルグループ間でコイル温度上昇を均等化するだけでなく、低圧側コイルグループ９内における温度上昇のばらつきも防ぐことで冷却効率をさらに高めることができる。

　また、車両用変圧器において、たとえば２次巻線および３次巻線と対応の各電圧変換部とが接続される場合には、各電圧変換部によって駆動される各モータの動作を揃えることが要求される。このため、１次巻線および２次巻線間の短絡インピーダンスと１次巻線および３次巻線間の短絡インピーダンスとをできるだけ等しくする必要がある。

　しかしながら、特許文献１記載の車両用変圧器は、内鉄型であり、２次巻線および３次巻線を高圧巻線（１次巻線）の内側に配置する同心円構造を有する。特許文献１記載の車両用変圧器では２次巻線および３次巻線の半径距離が異なり、短絡インピーダンスの値は、巻線の同心円の中心から半径方向の距離に比例することから、短絡インピーダンスを等しくすることが困難である。

　ここで、ダクトピースの間隔は、磁気により発生する機械力に各コイルが耐えることが可能な間隔に設定される。特許文献１記載の車両用変圧器において２次巻線および３次巻線の短絡インピーダンスを等しくするために、一方の巻線に対応するダクトピースを高く設定すると、その巻線に接する絶縁油の流量が多くなる。このため、その巻線に対応するダクトピースの配置間隔を狭くする必要があるが、巻線と絶縁油との接する濡れ面積が小さくなることから、熱伝達率が低下してしまう。

　そして、内鉄型である特許文献２記載の変圧器巻線も、特許文献１記載の車両用変圧器と同様の問題点を有している。

　しかしながら、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置は、外鉄型であり、高圧側コイル（１次巻線）が各低圧側コイル（２次巻線および３次巻線）に挟まれる構造を有する。このため、高圧側コイルと各低圧側コイルとの位置関係を等しくすることができ、短絡インピーダンスを容易に等しくすることができる。

　なお、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置は外鉄型であるとしたが、これに限定するものではなく、内鉄型（Core-Type）であってもよい。この場合、高圧側コイルおよび低圧側コイルは、鉄心３に同心円状に巻回され、この巻回円の径方向に積層される。ベース部材ＢＥは、径方向すなわち積層方向に隣り合う複数のコイル間に配置される。

　また、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置では、阻害部材１２は、低圧側コイルグループ９を冷却するための流路における絶縁油２の流量が、低圧側コイルグループ１０を冷却するための流路における絶縁油２の流量より少なくなるように絶縁油２の流れを阻害する位置に配置されている構成であるとしたが、これに限定するものではない。変圧装置の要求仕様に応じて、阻害部材１２が、複数の流路部材群ＢＧによって形成される各流路のうちの少なくともいずれか１つが、他の流路における絶縁油２の流量と異なるように絶縁油２の流れを阻害する位置に配置されている構成であればよい。

　また、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置は、低圧側コイルグループ９および１０の組を２つ備える構成であるとしたが、これに限定するものではなく、コイルの組み合わせがさらに増えた場合でも、阻害部材１２を配置することによって同様の効果を得ることができる。

　また、変圧装置１０１を備えた車両が、交流区間および直流区間を走行する場合に限らず、たとえば異なる振幅の交流電圧がそれぞれ供給される複数の区間を走行する場合であっても、各コイルグループの温度上昇を均等化して、冷却効率を向上させることが可能である。

　次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中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。

　＜第２の実施の形態＞
　本実施の形態は、第１の実施の形態に係る変圧装置と比べて阻害部材の形状を変更した変圧装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る変圧装置と同様である。

　図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る変圧装置における低圧側コイルグループ９に対応するベース部材上の流路部材および阻害部材の配置を示す図である。

　図１０を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る変圧装置は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置と比べて、阻害部材１２の代わりに阻害部材２２を備える。

　低圧側コイルグループ９を冷却するための流路が形成されるベース部材ＢＥでは、低圧側コイルグループ１０を冷却するための流路が形成されるベース部材ＢＥと異なり、流路部材Ｓ１および流路部材Ｓ２に加えて阻害部材２２が設けられている。阻害部材２２はＬ字状であり、絶縁油２の流れ方向と略直角な方向の長さが流路部材Ｓ１の２短辺と比べて長い部分を有する。阻害部材２２は、流路部材群ＢＧによって形成される流路の入口側の領域のうち、絶縁油２の流れ方向において鉄心３と重ならない領域における絶縁油２の流れを阻害するように配置されている。

　その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る変圧装置と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

　したがって、本発明の第２の実施の形態に係る変圧装置では、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置と同様に、各コイルグループにおける温度上昇を均等化することができるため、冷却器の小型化を図ることができ、変圧装置全体を小形かつ軽量化して製造コストの低減を図ることができる。

　なお、阻害部材は、Ｔ字状およびＬ字状に限らず、絶縁油２の流れ方向と略直角な方向の長さが流路部材Ｓ１の２短辺と比べて長い部分を有する形状であれば、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置と同様の効果を得ることが可能である。

　＜第３の実施の形態＞
　本実施の形態は、第１の実施の形態に係る変圧装置と比べて阻害部材の配置を変更した変圧装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る変圧装置と同様である。

　図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る変圧装置における低圧側コイルグループ１０に対応するベース部材上の流路部材の配置を示す図である。

　図１１を参照して、矢印Ｆ３は、流路の出口側の領域において、絶縁油２の流れ方向において鉄心３と重なる領域を流れる絶縁油２を示す。また、矢印Ｆ４は、流路の出口側の領域において、絶縁油２の流れ方向において鉄心３と重ならない領域を流れる絶縁油２を示す。

　低圧側コイルグループ１０では、矢印Ｆ３で示す絶縁油２が、鉄心３により、点線の丸印で囲まれた領域において澱む。このため、矢印Ｆ３で示す絶縁油２の流量は、矢印Ｆ４で示す絶縁油２の流量と比べて小さい。

　図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る変圧装置における低圧側コイルグループ９に対応するベース部材上の流路部材および阻害部材の配置を示す図である。

　図１２を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る変圧装置は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置と比べて、阻害部材１２の代わりに阻害部材３２を備える。

　低圧側コイルグループ９を冷却するための流路が形成されるベース部材ＢＥでは、低圧側コイルグループ１０を冷却するための流路が形成されるベース部材ＢＥと異なり、流路部材Ｓ１および流路部材Ｓ２に加えて阻害部材３２が設けられている。阻害部材３２はＴ字状であり、絶縁油２の流れ方向と略直角な方向の長さが流路部材Ｓ１の２短辺と比べて長い部分を有する。阻害部材３２は、流路部材群ＢＧによって形成される流路の出口側の領域のうち、絶縁油２の流れ方向において鉄心３と重ならない領域における絶縁油２の流れを阻害するように配置されている。

　したがって、本発明の第３の実施の形態に係る変圧装置では、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置と同様に、各コイルグループにおける温度上昇を均等化することができるため、冷却器の小型化を図ることができ、変圧装置全体を小形かつ軽量化して製造コストの低減を図ることができる。

　また、本発明の第３の実施の形態に係る変圧装置では、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置と同様に、低圧側コイルグループ９では、絶縁油の流れ方向において鉄心３と重ならない領域における絶縁油２の流量が減少し、絶縁油の流れ方向において鉄心３と重なる領域における絶縁油２の流量が増加する。そうすると、図１２に示すように、矢印Ｆ３で示す絶縁油２の流量が大きくなり、矢印Ｆ４で示す絶縁油２の流量が小さくなる。これにより、絶縁油２が鉄心３にぶつかって澱む領域への絶縁油の流量を増加させることができ、この澱み領域を減少させることができるため、低圧側コイルグループ９内における温度上昇のばらつきも防ぐことができる。

　なお、阻害部材は、流路の入口側および出口側の両方に設けられてもよい。このような構成により、本発明の第１の実施の形態および第３の実施の形態に係る変圧装置と比べて、さらに、コイル単体での冷却効率を向上することができる。

　＜第４の実施の形態＞
　本実施の形態は、第１の実施の形態に係る変圧装置と比べて阻害部材の配置を変更した変圧装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る変圧装置と同様である。

　図１３は、本発明の第４の実施の形態に係る変圧装置におけるコイル部の構成を詳細に示す斜視図である。図１４は、本発明の第４の実施の形態に係る変圧装置におけるコイル部の構成を詳細に示す断面図である。図１４は、コイル部１の図６または図７におけるＸＩＶ－ＸＩＶ断面を示している。

　図１３および図１４を参照して、コイル部１は、ベース部材２８，３０Ａ，３０Ｂを備える。図１３では、低圧側コイル９Ａおよび１０Ａに対応するベース部材３０Ａと、低圧側コイル９Ｂおよび１０Ｂに対応するベース部材３０Ｂとを代表的に示している。

　ベース部材ＢＥは、積層方向に隣り合うコイル間に配置されている。ベース部材ＢＥは、流路部材群ＢＧを介して各コイルを支える。

　より詳細には、ベース部材３０Ａは、低圧側コイル９Ａと低圧側コイル１０Ａとの間に設けられている。ベース部材２８は、高圧側コイル８Ａと高圧側コイル８Ｂとの間に設けられている。ベース部材２０Ｂは、低圧側コイル１０Ｂと低圧側コイル９Ｂとの間に設けられている。

　流路部材群ＢＧは、コイルごとに設けられ、各々が、絶縁部材である複数の流路部材を含み、対応のベース部材ＢＥに設けられ、対応のベース部材ＢＥと対応のコイルとの間に絶縁油２を流すための流路を形成している。すなわち、ベース部材３０Ａの低圧側コイル９Ａ側の主表面および低圧側コイル１０Ａ側の主表面にそれぞれ設けられた流路部材群ＢＧは、それぞれ低圧側コイル９Ａおよび低圧側コイル１０Ａを冷却するための流路を形成している。ベース部材２８の高圧側コイル８Ａ側の主表面および高圧側コイル８Ｂ側の主表面にそれぞれ設けられた流路部材群ＢＧは、それぞれ高圧側コイル８Ａおよび高圧側コイル８Ｂを冷却するための流路を形成している。ベース部材３０Ｂの低圧側コイル９Ｂ側の主表面および低圧側コイル１０Ｂ側の主表面にそれぞれ設けられた流路部材群ＢＧは、それぞれ低圧側コイル９Ｂおよび低圧側コイル１０Ｂを冷却するための流路を形成している。また、各コイルを支えるため、各層の流路部材すなわち各ベース部材ＢＥの流路部材は、コイルの積層方向において略同じ位置に配置されている。

　したがって、本発明の第４の実施の形態に係る変圧装置では、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置と同様に、各コイルグループにおける温度上昇を均等化することができるため、冷却器の小型化を図ることができ、変圧装置全体を小形かつ軽量化して製造コストの低減を図ることができる。

　また、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置と比べて、ベース部材を削減することができるため、さらに小型化および製造コストの低減を図ることができる。

　＜第５の実施の形態＞
　本実施の形態は、第１の実施の形態に係る変圧装置と比べて阻害部材の配置を変更した変圧装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る変圧装置と同様である。

　本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置では、阻害部材がベース部材の主表面上に配置されていたが、これに限定するものではなく、阻害部材がベース部材の外部に配置されてもよいし、下記のようにベース部材の端部に取り付けられてもよい。

　図１５は、本発明の第５の実施の形態に係る変圧装置における低圧側コイルグループ９に対応するベース部材における流路部材および阻害部材の配置を示す図である。

　図１５を参照して、本発明の第５の実施の形態に係る変圧装置は、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置と比べて、阻害部材１２の代わりに阻害部材４２を備える。

　低圧側コイルグループ９を冷却するための流路が形成されるベース部材ＢＥの端部には、低圧側コイルグループ１０を冷却するための流路が形成されるベース部材ＢＥと異なり、阻害部材４２が取り付けられている。阻害部材４２は、流路部材群ＢＧによって形成される流路の入口側の領域のうち、絶縁油２の流れ方向において鉄心３と重ならない領域における絶縁油２の流れを阻害するように配置されている。すなわち、阻害部材４２は、絶縁油２の流れ方向と略直角な方向の長さが流路部材Ｓ１の２短辺と比べて長い部分を有する。

　このような構成であっても、低圧側コイルグループ９の圧力損失が増加し、低圧側コイルグループ９を冷却するための流路における絶縁油２の流量が少なくなるため、低圧側コイルグループ９の隣に位置する低圧側コイルグループ１０を冷却するための流路における絶縁油２の流量すなわち流速が大きくなる。そうすると、低圧側コイルグループ９の温度上昇が大きくなり、低圧側コイルグループ１０の温度上昇が小さくなる。したがって、低圧側コイルグループ９および１０の温度上昇が均等化される。

　したがって、本発明の第５の実施の形態に係る変圧装置では、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置と同様に、各コイルグループにおける温度上昇を均等化することができるため、冷却器の小型化を図ることができ、変圧装置全体を小形かつ軽量化して製造コストの低減を図ることができる。

　また、本発明の第５の実施の形態に係る変圧装置では、本発明の第１の実施の形態に係る変圧装置と同様に、低圧側コイルグループ９では、絶縁油の流れ方向において鉄心３と重ならない領域における絶縁油２の流量が減少し、絶縁油の流れ方向において鉄心３と重なる領域における絶縁油２の流量が増加する。そうすると、図１５に示すように、矢印Ｆ１で示す絶縁油２の流量が大きくなり、矢印Ｆ２で示す絶縁油２の流量が小さくなる。これにより、絶縁油２が鉄心３にぶつかって澱む領域への絶縁油の流量を増加させることができ、この澱み領域を減少させることができるため、低圧側コイルグループ９内における温度上昇のばらつきも防ぐことができる。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

Claims

　鉄心（３）と、
　前記鉄心（３）に巻回され、積層された複数のコイル（８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）と、
　積層方向に隣り合う前記複数のコイル（８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）間に配置された複数のベース部材（ＢＥ）と、
　前記コイル（８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）ごとに設けられ、各々が、対応の前記ベース部材（ＢＥ）に設けられ、対応の前記ベース部材（ＢＥ）と対応のコイル（８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）との間に絶縁液体（２）を流すための流路を形成している複数の流路部材群（ＢＧ）と、
　前記複数の流路部材群（ＢＧ）によって形成される各前記流路のうちの少なくともいずれか１つが、他の前記流路における前記絶縁液体（２）の流量と異なるように前記絶縁液体（２）の流れを阻害し、かつ前記流路のうち、前記絶縁液体（２）の流れ方向において前記鉄心（３）と重ならない領域における前記絶縁液体（２）の流れを阻害するように配置されている阻害部材（１２，２２，３２，４２）とを備える変圧装置。
　前記阻害部材（１２，２２，４２）は、前記流路の入口側の領域のうち、前記絶縁液体（２）の流れ方向において前記鉄心（３）と重ならない領域における前記絶縁液体（２）の流れを阻害するように配置されている請求の範囲第１項に記載の変圧装置。
　前記阻害部材（３２）は、前記流路の出口側の領域のうち、前記絶縁液体（２）の流れ方向において前記鉄心（３）と重ならない領域における前記絶縁液体（２）の流れを阻害するように配置されている請求の範囲第１項に記載の変圧装置。
　前記流路部材群（ＢＧ）は、
　前記流路の入口側および出口側に縦横に複数設けられ、前記絶縁液体（２）の流れ方向に沿った２長辺と、前記絶縁液体（２）の流れ方向と略直角な２短辺とを有する複数の矩形状の第１の流路部材（Ｓ１）と、
　前記流路の入口側と出口側との間に縦横に複数設けられ、前記絶縁液体（２）の流れ方向と略直角な２長辺と、前記絶縁液体（２）の流れ方向に沿った２短辺とを有する複数の矩形状の第２の流路部材（Ｓ２）とを含み、
　前記阻害部材（１２，２２，３２，４２）は、前記流路の入口側および出口側の少なくとも一方に設けられ、前記絶縁液体（２）の流れ方向と略直角な方向の長さが前記第１の流路部材（Ｓ１）の２短辺と比べて長い部分を有する請求の範囲第１項に記載の変圧装置。
　前記阻害部材（１２，２２，３２）は、Ｔ字状またはＬ字状である請求の範囲第４項に記載の変圧装置。
　前記複数のコイル（８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）は、低圧側コイル（９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）および高圧側コイル（８Ａ，８Ｂ）であり、
　前記阻害部材（１２，２２，３２，４２）によって前記絶縁液体（２）の流れが阻害される流路は前記低圧側コイル（９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）に対応する請求の範囲第１項に記載の変圧装置。
　前記複数のコイル（８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）は、低圧側コイル（９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）および高圧側コイル（８Ａ，８Ｂ）であり、
　前記変圧装置は、
　外部から前記高圧側コイル（８Ａ，８Ｂ）に交流電圧が供給され、前記高圧側コイル（８Ａ，８Ｂ）に供給された交流電圧によって前記低圧側コイル（９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）に交流電圧が誘起される交流モードと、
　外部から前記低圧側コイル（９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）に直流電圧が供給される直流モードとを有し、
　前記阻害部材（１２，２２，３２，４２）は、前記交流モードおよび前記直流モードにおける前記高圧側コイル（８Ａ，８Ｂ）および前記低圧側コイル（９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）の温度が所定値以下になるように前記絶縁液体（２）の流れを阻害する位置に設けられている請求の範囲第１項に記載の変圧装置。
　前記変圧装置は、さらに、
　前記絶縁液体（２）により満たされ、前記鉄心（３）、前記複数のコイル（８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）、前記複数のベース部材（ＢＥ）、前記複数の流路部材群（ＢＧ）および前記阻害部材（１２，２２，３２，４２）を収容することにより、前記複数のコイル（８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）、前記鉄心（３）、前記ベース部材（ＢＥ）、前記複数の流路部材群（ＢＧ）および前記阻害部材（１２，２２，３２，４２）を前記絶縁液体（２）で浸すためのタンク（７）と、
　前記絶縁液体（２）を冷却する冷却器と、
　前記絶縁液体（２）を前記タンク（７）と前記冷却器との間で循環させるポンプ（４）とを備える請求の範囲第１項に記載の変圧装置。
　前記鉄心（３）は、少なくとも２つの開口部（Ｗ１，Ｗ２）を有し、
　前記複数のコイル（８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）は、各前記開口部（Ｗ１，Ｗ２）間の前記鉄心（３）の部分に貫通されるように各前記開口部（Ｗ１，Ｗ２）を通して巻回され、前記貫通方向に積層されている請求の範囲第１項に記載の変圧装置。
　前記阻害部材（１２，２２，３２）は、前記複数のベース部材（ＢＥ）のうちの少なくとも１つに設けられている請求の範囲第１項に記載の変圧装置。
　少なくとも２つの開口部（Ｗ１，Ｗ２）を有する鉄心（３）と、
　各前記開口部（Ｗ１，Ｗ２）間の前記鉄心（３）の部分に貫通されるように各前記開口部（Ｗ１，Ｗ２）を通して巻回され、前記貫通方向に積層されている複数のコイル（８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）と、
　積層方向に隣り合う前記複数のコイル（８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）間に配置された複数のベース部材（ＢＥ）と、
　前記コイル（８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）ごとに設けられ、各々が、対応の前記ベース部材（ＢＥ）に設けられ、対応の前記ベース部材（ＢＥ）と対応のコイル（８Ａ，８Ｂ，９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ）との間に絶縁液体（２）を流すための流路を形成している複数の流路部材群（ＢＧ）と、
　前記複数の流路部材群（ＢＧ）によって形成される各前記流路のうちの少なくともいずれか１つが、他の前記流路における前記絶縁液体（２）の流量と異なるように前記絶縁液体（２）の流れを阻害するように配置されている阻害部材（１２，２２，３２，４２）とを備える変圧装置。