WO2015107691A1 - 車載変圧器 - Google Patents

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    • H01F27/2871—Pancake coils

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle-mounted transformer, and particularly to a vehicle-mounted oil-filled transformer.
  • Patent Document 1 Japanese Utility Model Publication No. 61-88222 is a prior document disclosing a dry self-cooling outer iron type transformer.
  • the side end surface of the outer peripheral portion of the iron core exhibits a rectangular wave shape with a plurality of protrusions and depressions that circulate along the circumferential direction of the iron core. ing.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an in-vehicle transformer that can be reduced in size, weight, and height while increasing capacity.
  • the in-vehicle transformer according to the present invention includes a main leg, two side legs positioned in parallel to the main leg and opposite to each other across the main leg, and a direction orthogonal to the main leg.
  • An iron core that includes two pairs of connecting portions that extend to connect both ends of the main leg portion and both ends of the side leg portions, and is formed by integrally joining a plurality of laminated steel plates, and wound around the main leg portion Insulating oil flow path for storing the insulating oil that is connected to each of both ends of the wound winding and the iron core in the laminating direction of the steel sheet, and around which the winding is immersed together with the iron core.
  • Two covers each having an opening, and two windows connected to the opening through the two windows surrounded by the main leg, the side legs, and a pair of connecting parts from the opening of the one cover And a pump for circulating the insulating oil so as to flow toward the opening of the cover.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the iron core and winding of FIG. 2 as viewed from the direction of arrows III-III.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the in-vehicle transformer of FIG. 1 as viewed from the direction of arrows IV-IV. It is sectional drawing which looked at the vehicle-mounted transformer which concerns on Embodiment 2 of this invention from the same direction as FIG. It is sectional drawing which looked at the vehicle-mounted transformer which concerns on Embodiment 3 of this invention from the same direction as FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an in-vehicle transformer according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the iron core and windings of the on-vehicle transformer according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the iron core and windings of FIG. 2 as viewed from the direction of arrows III-III.
  • 4 is a cross-sectional view of the on-vehicle transformer of FIG. 1 as viewed from the direction of arrows IV-IV.
  • the on-vehicle transformer according to the first embodiment of the present invention is mounted on a railway vehicle.
  • the on-vehicle transformer 100 includes an iron core 110, a winding 120, two covers 130, a conservator 140, and a pump 170.
  • the iron core 110 is orthogonal to the main leg 111, two side legs 112, 113 positioned parallel to the main leg 111, and opposite to each other across the main leg 111, and the main leg 111. It includes two pairs of connecting portions 114 and 115 extending in the direction and connecting both ends of the main leg portion 111 and both ends of the side leg portions 112 and 113, respectively.
  • one end of the main leg portion 111 and one end of the side leg portion 112 are connected to each other by the connecting portion 114.
  • the other end of the main leg 111 and the other end of the side leg 112 are connected to each other by another connecting portion 114.
  • a space surrounded by the main leg portion 111, the side leg portion 112, and the pair of connection portions 114 is a window portion W1.
  • One end of the main leg portion 111 and one end of the side leg portion 113 are connected to each other by a connecting portion 115.
  • the other end of the main leg 111 and the other end of the side leg 113 are connected to each other by another connecting portion 115.
  • a space surrounded by the main leg portion 111, the side leg portion 113, and the pair of connection portions 115 is the window portion W2.
  • the iron core 110 surrounds the winding 120. That is, the on-vehicle transformer 100 according to the present embodiment is a so-called outer iron type transformer.
  • the iron core 110 is integrally formed by joining a plurality of laminated steel plates 11 to each other.
  • the surface of the steel plate 11 is coated with an insulating coating by applying an electrically insulating thermosetting resin. After assembling the iron core 110 and the coil 120, the thermosetting resin is cured by heating, so that the steel plates 11 are joined and integrated with each other.
  • Winding 120 is wound around the main leg portion 111 of the iron core 110 and is passed through the window portions W1 and W2.
  • Winding 120 includes, for example, a plurality of plate-like windings configured by winding a conductor made of copper or the like in the same plane.
  • the cover 130 is connected to each of both end faces of the iron core 110 in the stacking direction of the steel plates 11, and stores the insulating oil that surrounds the winding 120 together with the iron core 110 and is immersed in the winding 120.
  • Each has an opening 130h serving as a flow path.
  • the outer shape of the cover 130 is a rectangular shape smaller than the outer shape of the iron core 110 when viewed in a direction parallel to the stacking direction of the steel plates 11. Therefore, the outer peripheral surface of the iron core 110 is not covered with the cover 130 and is exposed.
  • one cover 130 is joined to each of the main leg portion 111, the side leg portions 112 and 113, and the connection portions 114 and 115 by the welded portion 131, and the window portions W1 and W2 are laminated to the steel plate 11. Covering from one side of the direction. In one cover 130, an opening 130 h is provided on the side opposite to the welded part 131 side.
  • the other cover 130 is joined to each of the main leg portion 111, the side leg portions 112 and 113, and the connection portions 114 and 115 by the welding portion 131, and the window portions W1 and W2 are connected from the other side in the stacking direction of the steel plates 11. Covering. In the other cover 130, an opening 130h is provided on the opposite side to the welded part 131 side.
  • the space defined by the one cover 130, the window portions W1 and W2 of the iron core 110, and the other cover 130 is filled with insulating oil. Therefore, the winding 120 is immersed in insulating oil.
  • the opening 130h of one cover 130 and the opening 130h of the other cover 130 are connected by piping with the pump 170 interposed therebetween.
  • the pump 170 is disposed outside the space defined by the one cover 130, the window portions W ⁇ b> 1 and W ⁇ b> 2 of the iron core 110, and the other cover 130.
  • the pump 170 circulates the insulating oil so as to flow from the opening 130h of the one cover 130 through the windows W1 and W2 toward the opening 130h of the other cover 130.
  • the iron core 110 and the winding 120 are cooled by the circulating insulating oil.
  • a cooling device (not shown) that cools the insulating oil is provided in the pipe serving as the insulating oil flow path.
  • the conservator 140 absorbs the change in the volume of the insulating oil.
  • the insulating oil is heated by the heat generation of the iron core 110 and the winding 120, the volume of the insulating oil increases.
  • a metal bellows (not shown) of the conservator 140 expands.
  • the temperature of insulating oil falls, the volume of insulating oil becomes small. In this case, the metal bellows of the conservator 140 contracts.
  • the on-vehicle transformer 100 is configured such that the outer peripheral surface of the iron core 110 is exposed, a tank that accommodates the iron core 110 can be dispensed with. As a result, the external shape of the in-vehicle transformer 100 can be reduced in size and height. Moreover, since the filling amount of insulating oil can be reduced, the vehicle-mounted transformer 100 can be reduced in weight.
  • the wind generated by the traveling of the railway vehicle comes into contact with the outer peripheral surface of the iron core 110, whereby the iron core 110 can be air-cooled.
  • the cooler of the insulating oil can be reduced in size, and the outer shape of the on-vehicle transformer 100 can be reduced in size.
  • the on-vehicle transformer according to the second embodiment of the present invention will be described.
  • the vehicle-mounted transformer 100a which concerns on this embodiment differs from the vehicle-mounted transformer 100 which concerns on Embodiment 1 only in the structure of an iron core, description is not repeated about another structure.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the in-vehicle transformer according to the second embodiment of the present invention viewed from the same direction as FIG.
  • fin-shaped irregularities 110f are formed on the outer surface of the iron core 110a in a direction orthogonal to the lamination direction of the steel plates.
  • the unevenness 110f is provided over each of the main leg portion 111a, the side leg portions, and the two pairs of connection portions.
  • the cross-sectional area of the iron core 110a through which the main magnetic flux passes is the same as that of the iron core 110 according to the first embodiment.
  • the unevenness 110f is formed by laminating steel plates 11a and 11b having different lengths. Specifically, the unevenness 110f is configured by alternately laminating long steel plates 11a and short steel plates 11b.
  • the cooler can be further downsized as compared with the in-vehicle transformer 100 of the first embodiment, and the outer shape of the in-vehicle transformer 100a can be downsized.
  • the on-vehicle transformer according to the third embodiment of the present invention will be described.
  • the vehicle-mounted transformer 100b which concerns on this embodiment differs from the vehicle-mounted transformer 100 which concerns on Embodiment 1 only about the structure of an iron core, description is not repeated about another structure.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the in-vehicle transformer according to the third embodiment of the present invention as viewed from the same direction as FIG.
  • fin-shaped irregularities 110f are formed on the outer surface of the iron core 110b in a direction orthogonal to the laminating direction of the steel plates.
  • the unevenness 110f is provided over each of the main leg portion 111b, the side leg portions, and the two pairs of connection portions.
  • the cross-sectional area of the iron core 110b through which the main magnetic flux passes is the same as that of the iron core 110 according to the first embodiment.
  • the unevenness 110f is formed by laminating the steel plates 11c having the same length alternately at different positions.
  • the air cooling effect on the outer peripheral surface of the iron core 110b can be increased.
  • the cooler can be further downsized as compared with the in-vehicle transformer 100 of the first embodiment, and the outer shape of the in-vehicle transformer 100b can be downsized.
  • the kind of steel plate to be used can be reduced and a number of parts can be reduced.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transformer Cooling (AREA)
  • Housings And Mounting Of Transformers (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

　主脚部(１１１)、主脚部(１１１)と平行に位置して主脚部(１１１)を挟んで互いに反対側に位置する２つの側脚部、および、主脚部(１１１)と直交する方向に延びて主脚部(１１１)の両端と側脚部の両端とをそれぞれ繋ぐ２対の接続部とを含み、積層された複数の鋼板(１１)が互いに接合されて一体に構成された鉄心(１１０)と、主脚部(１１１)に巻き回された巻線(１２０)と、鋼板(１１)の積層方向における鉄心(１１０)の両端面の各々に１つずつ接続され、鉄心(１１０)とともに巻線(１２０)の周囲を囲んで巻線(１２０)が浸漬される絶縁油を貯え、絶縁油の流路となる開口(１３０ｈ)をそれぞれ有する２つのカバー(１３０)と、開口(１３０ｈ)に接続され、一方のカバー(１３０)の開口(１３０ｈ)から主脚部(１１１)と側脚部と１対の接続部とによって囲まれた２つの窓部を通過して他方のカバー(１３０)の開口(１３０ｈ)に向けて流れるように絶縁油を循環させるポンプ(１７０)とを備える。

Description

車載変圧器
　本発明は、車載変圧器に関し、特に、車載用の油入変圧器に関する。
　新幹線などの鉄道車両には、出来るだけ多くのものをより速く輸送することが求められる。そのため、鉄道車両に搭載される車載変圧器に対して、大容量化と小型軽量化という相反する要求がある。さらに近年では、バリアフリーの観点から低床化車両の導入が増加しており、車載変圧器の低背化が図られている。
　乾式自冷式外鉄形変圧器を開示した先行文献として、実開昭６１－８８２２２号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された乾式自冷式外鉄形変圧器においては、鉄心の外周部の側端面が、鉄心の周方向に沿って周回する複数条の張出しと凹みとで矩形波形状を呈している。
実開昭６１－８８２２２号公報
　車載変圧器の大容量化を図った場合、鉄心および巻線における発熱量が大きくなるため、乾式自冷式の変圧器では冷却能力が不十分となる。冷却能力を確保するために冷却媒体として絶縁油を用いた従来の油入変圧器を用いた場合、鉄心および巻線を収容して絶縁油を貯えるタンクが必要となるため、車載変圧器の外形が大きくなる。そのため、車載用の油入変圧器においては、小型化を図ることが困難であった。
　本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、大容量化を図りつつ小型軽量化および低背化を図れる車載変圧器を提供することを目的とする。
　本発明に基づく車載変圧器は、主脚部、主脚部と平行に位置して主脚部を挟んで互いに反対側に位置する２つの側脚部、および、主脚部と直交する方向に延びて主脚部の両端と側脚部の両端とをそれぞれ繋ぐ２対の接続部とを含み、積層された複数の鋼板が互いに接合されて一体に構成された鉄心と、主脚部に巻き回された巻線と、鋼板の積層方向における鉄心の両端面の各々に１つずつ接続され、鉄心とともに巻線の周囲を囲んで巻線が浸漬される絶縁油を貯え、絶縁油の流路となる開口をそれぞれ有する２つのカバーと、上記開口に接続され、一方のカバーの開口から主脚部と側脚部と１対の接続部とによって囲まれた２つの窓部を通過して他方のカバーの開口に向けて流れるように絶縁油を循環させるポンプとを備える。
　本発明によれば、車載変圧器において大容量化を図りつつ小型軽量化および低背化を図れる。
本発明の実施形態１に係る車載変圧器の構成を示す斜視図である。 同実施形態に係る車載変圧器の鉄心および巻線の構成を示す斜視図である。 図２の鉄心および巻線をＩＩＩ－ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 図１の車載変圧器をＩＶ－ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施形態２に係る車載変圧器を、図４と同じ方向から見た断面図である。 本発明の実施形態３に係る車載変圧器を、図４と同じ方向から見た断面図である。
　以下、本発明の実施形態１に係る車載変圧器について図面を参照して説明する。以下の実施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。
　(実施形態１)
　図１は、本発明の実施形態１に係る車載変圧器の構成を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る車載変圧器の鉄心および巻線の構成を示す斜視図である。図３は、図２の鉄心および巻線をＩＩＩ－ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図４は、図１の車載変圧器をＩＶ－ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。本発明の実施形態１に係る車載変圧器は、鉄道車両に搭載される。
　図１～４に示すように、本発明の実施形態１に係る車載変圧器１００は、鉄心１１０と、巻線１２０と、２つのカバー１３０と、コンサベータ１４０と、ポンプ１７０とを備える。
　鉄心１１０は、主脚部１１１、主脚部１１１と平行に位置して主脚部１１１を挟んで互いに反対側に位置する２つの側脚部１１２，１１３、および、主脚部１１１と直交する方向に延びて主脚部１１１の両端と側脚部１１２，１１３の両端とをそれぞれ繋ぐ２対の接続部１１４，１１５とを含む。
　具体的には、主脚部１１１の一端と側脚部１１２の一端とが接続部１１４によって互いに繋がれている。主脚部１１１の他端と側脚部１１２の他端とが他の接続部１１４によって互いに繋がれている。主脚部１１１と側脚部１１２と１対の接続部１１４とによって囲まれた空間が窓部Ｗ１である。
　主脚部１１１の一端と側脚部１１３の一端とが接続部１１５によって互いに繋がれている。主脚部１１１の他端と側脚部１１３の他端とが他の接続部１１５によって互いに繋がれている。主脚部１１１と側脚部１１３と１対の接続部１１５とによって囲まれた空間が窓部Ｗ２である。
　図３に示すように、鉄心１１０は、巻線１２０を取り囲んでいる。すなわち、本実施形態に係る車載変圧器１００は、いわゆる外鉄型変圧器である。鉄心１１０は、積層された複数の鋼板１１が互いに接合されて一体に構成されている。
　鋼板１１の表面は、電気絶縁性を有する熱硬化性樹脂が塗布されて絶縁被覆されている。鉄心１１０と巻線１２０とを組み立てた後で加熱して熱硬化性樹脂を硬化させることにより、鋼板１１同士が互いに接合して一体となる。
　巻線１２０は、鉄心１１０の主脚部１１１に巻回され、窓部Ｗ１，Ｗ２に通されている。巻線１２０は、たとえば、銅などからなる導体が同一平面内で巻かれて構成される複数の平板状巻線を含む。
　カバー１３０は、鋼板１１の積層方向における鉄心１１０の両端面の各々に１つずつ接続され、鉄心１１０とともに巻線１２０の周囲を囲んで巻線１２０が浸漬される絶縁油を貯え、絶縁油の流路となる開口１３０ｈをそれぞれ有する。
　鋼板１１の積層方向と平行な方向に見て、カバー１３０の外形は、鉄心１１０の外形より小さい矩形状である。よって、鉄心１１０の外周面は、カバー１３０に覆われておらず露出している。
　具体的には、一方のカバー１３０は、主脚部１１１と側脚部１１２，１１３と接続部１１４，１１５とのそれぞれと溶接部１３１によって接合されて、窓部Ｗ１，Ｗ２を鋼板１１の積層方向の一方側から覆っている。一方のカバー１３０において、溶接部１３１側とは反対側に開口１３０ｈが設けられている。
　他方のカバー１３０は、主脚部１１１と側脚部１１２，１１３と接続部１１４，１１５とのそれぞれと溶接部１３１によって接合されて、窓部Ｗ１，Ｗ２を鋼板１１の積層方向の他方側から覆っている。他方のカバー１３０において、溶接部１３１側とは反対側に開口１３０ｈが設けられている。
　一方のカバー１３０と鉄心１１０の窓部Ｗ１，Ｗ２と他方のカバー１３０とによって規定される空間内に、絶縁油が充填されている。よって、巻線１２０は絶縁油に浸漬されている。
　一方のカバー１３０の開口１３０ｈと、他方のカバー１３０の開口１３０ｈとは、ポンプ１７０を互いの間に挟んで配管によって接続されている。ポンプ１７０は、一方のカバー１３０と鉄心１１０の窓部Ｗ１，Ｗ２と他方のカバー１３０とによって規定される空間の外側に配置されている。
　ポンプ１７０は、一方のカバー１３０の開口１３０ｈから窓部Ｗ１，Ｗ２を通過して他方のカバー１３０の開口１３０ｈに向けて流れるように絶縁油を循環させる。鉄心１１０および巻線１２０は、循環する絶縁油によって冷却される。絶縁油の流路となる上記配管には、絶縁油を冷却する図示しない冷却器が設けられている。
　コンサベータ１４０は、絶縁油の容積の変化を吸収する。鉄心１１０および巻線１２０の発熱によって絶縁油が加熱された場合には、絶縁油の容積が大きくなる。この場合、コンサベータ１４０の図示しない金属製ベローズが膨張する。一方、絶縁油の温度が低下した場合、絶縁油の容積が小さくなる。この場合には、コンサベータ１４０の金属製ベローズが収縮する。
　車載変圧器１００においては、鉄心１１０の外周面が露出するように構成しているため、鉄心１１０を収容するタンクを不要とすることができる。その結果、車載変圧器１００の外形を小型化および低背化できる。また、絶縁油の充填量を低減できるため、車載変圧器１００を軽量化できる。
　さらに、鉄道車両の走行時によって生じる風が鉄心１１０の外周面に接することにより、鉄心１１０を空冷することができる。その結果、絶縁油の冷却器を小型化することができ、ひいては車載変圧器１００の外形を小型化できる。
　以下、本発明の実施形態２に係る車載変圧器について説明する。なお、本実施形態に係る車載変圧器１００ａは、鉄心の構造のみ実施形態１に係る車載変圧器１００とは異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
　(実施形態２)
　図５は、本発明の実施形態２に係る車載変圧器を、図４と同じ方向から見た断面図である。図５に示すように、本発明の実施形態２に係る車載変圧器１００ａにおいては、鋼板の積層方向に直交する方向にて、鉄心１１０ａの外表面にフィン状の凹凸１１０ｆが形成されている。凹凸１１０ｆは、主脚部１１１ａ、側脚部および２対の接続部の各々に亘って設けられている。なお、主磁束が通過する鉄心１１０ａの断面積は、実施形態１に係る鉄心１１０と同一である。
　本実施形態においては、凹凸１１０ｆが互いに長さの異なる鋼板１１ａ，１１ｂを積層することにより形成されている。具体的には、長尺の鋼板１１ａと短尺の鋼板１１ｂとを交互に積層することにより、凹凸１１０ｆが構成されている。
　このように、鉄心１１０ａの外表面にフィン状の凹凸１１０ｆを設けることにより、鉄心１１０ａの外周面における空冷効果を増加することができる。その結果、実施形態１の車載変圧器１００に比較して冷却器をさらに小型化することができ、ひいては車載変圧器１００ａの外形を小型化できる。
　以下、本発明の実施形態３に係る車載変圧器について説明する。なお、本実施形態に係る車載変圧器１００ｂは、鉄心の構造のみ実施形態１に係る車載変圧器１００とは異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
　(実施形態３)
　図６は、本発明の実施形態３に係る車載変圧器を、図４と同じ方向から見た断面図である。図６に示すように、本発明の実施形態３に係る車載変圧器１００ｂにおいては、鋼板の積層方向に直交する方向にて、鉄心１１０ｂの外表面にフィン状の凹凸１１０ｆが形成されている。凹凸１１０ｆは、主脚部１１１ｂ、側脚部および２対の接続部の各々に亘って設けられている。なお、主磁束が通過する鉄心１１０ｂの断面積は、実施形態１に係る鉄心１１０と同一である。
　本実施形態においては、凹凸１１０ｆが同じ長さの鋼板１１ｃを交互に位置を変えて積層することにより形成されている。このように、鉄心１１０ｂの外表面にフィン状の凹凸１１０ｆを設けることにより、鉄心１１０ｂの外周面における空冷効果を増加することができる。その結果、実施形態１の車載変圧器１００に比較して冷却器をさらに小型化することができ、ひいては車載変圧器１００ｂの外形を小型化できる。さらに、本実施形態においては、実施形態２に係る車載変圧器１００ｂに比較して、使用する鋼板の種類を低減して部品点数を削減することができる。
　なお、今回開示した上記実施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。
　１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ　鋼板、１００，１００ａ，１００ｂ　車載変圧器、１１０，１１０ａ，１１０ｂ　鉄心、１１０ｆ　凹凸、１１１，１１１ａ，１１１ｂ　主脚部、１１２，１１３　側脚部、１１４，１１５　接続部、１２０　巻線、１３０　カバー、１３０ｈ　開口、１３１　溶接部、１４０　コンサベータ、１７０　ポンプ、Ｗ１，Ｗ２　窓部。

Claims (4)

  1. 　主脚部、該主脚部と平行に位置して該主脚部を挟んで互いに反対側に位置する２つの側脚部、および、前記主脚部と直交する方向に延びて前記主脚部の両端と前記側脚部の両端とをそれぞれ繋ぐ２対の接続部とを含み、積層された複数の鋼板が互いに接合されて一体に構成された鉄心と、
    　前記主脚部に巻き回された巻線と、
    　前記鋼板の積層方向における前記鉄心の両端面の各々に１つずつ接続され、前記鉄心とともに前記巻線の周囲を囲んで前記巻線が浸漬される絶縁油を貯え、該絶縁油の流路となる開口をそれぞれ有する２つのカバーと、
    　前記開口に接続され、一方の前記カバーの前記開口から前記主脚部と前記側脚部と１対の前記接続部とによって囲まれた２つの窓部を通過して他方の前記カバーの前記開口に向けて流れるように前記絶縁油を循環させるポンプとを備える、車載変圧器。
  2. 　前記鋼板の積層方向に直交する方向において、前記鉄心の外表面にフィン状の凹凸が形成されている、請求項１に記載の車載変圧器。
  3. 　前記凹凸が互いに長さの異なる前記鋼板を積層することにより形成されている、請求項２に記載の車載変圧器。
  4. 　前記凹凸が同じ長さの前記鋼板を交互に位置を変えて積層することにより形成されている、請求項２に記載の車載変圧器。
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