JP2020141013A - Winding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、変圧器、リアクトル等の巻線機器に関し、特にパワーエレクトロニクス機器で使用される高周波巻線機器に関する。 The present invention relates to winding devices such as transformers and reactors, and particularly to high frequency winding devices used in power electronics devices.
変圧器、リアクトル等の巻線機器では、巻線(以下、コイルともいう)等により発生する損失(発熱)を外部に放出する必要がある。特に、パワーエレクトロニクス機器で使用される高周波巻線機器では、高周波且つ高出力電流が通電されるため、損失密度が大きい。したがって、高電位部で発生した損失を効率よく外部に放出することが要求される。 In winding equipment such as transformers and reactors, it is necessary to release the loss (heat generation) generated by windings (hereinafter, also referred to as coils) to the outside. In particular, high-frequency winding equipment used in power electronics equipment has a large loss density because a high-frequency and high-output current is applied. Therefore, it is required to efficiently release the loss generated in the high potential portion to the outside.
下記特許文献1には、小型で、放熱性に優れるリアクトルが開示されている。このリアクトルは、図1を参照して、アルミ製のケース1内に、1対の円筒状の中コア2と、中コア2の周りに巻回されたコイル3と、コイル3の周りに配置された絶縁フィルム7とを収容している。このケース1に、外コア5を装着した取付カバー6が、絶縁板Pを介してネジS1により取付けられて、図2に示すように形成される。その後、コイル3の両端に接続された端子4が露出するように、樹脂Rが充填されて、図3に示すようにリアクトルが形成される。
図4は、図1〜図3に示したリアクトルの部分断面図(図1に示したようにXYZ座標を設定した場合のXZ平面の断面図)を示している。コイル3は、平角線が幅方向に巻回されたエッジワイズ巻線である。図3に示したリアクトルは、ネジS2により、例えば水冷部900に固定される。このリアクトルでは、コイル3で発生した損失は、モールドされた樹脂Rを介してアルミ製のケース1に伝わり、水冷部900により放散(冷却)される。コイル3とケース1との絶縁は、樹脂Rにより維持される。
FIG. 4 shows a partial cross-sectional view of the reactor shown in FIGS. 1 to 3 (a cross-sectional view of the XZ plane when the XYZ coordinates are set as shown in FIG. 1). The
しかし、特許文献1に開示されたリアクトルでは、モールド樹脂Rの熱伝導率は0.2W/m・K程度と小さく、樹脂にフィラー(シリカ等)を混合したとしても0.6W/m・K程度にしかならないので、放熱性能が十分ではない。放熱性能を高くするには、コイル3とケース1との間の樹脂Rの厚さを薄くすることが考えられる。しかし、モールド樹脂又はフィラーがコイル全体に十分に行きわたり、隙間なく確実に充填され、樹脂の硬化時等にクラックが生じないようにするためには、コイル3とケース1との間にある程度の隙間が必要であり、モールド樹脂の厚さを薄くできない。したがって、小型化には限界がある。
However, in the reactor disclosed in
放熱性能を改善する方法として、モールド樹脂として、熱伝導率が1〜7W/m・Kと大きい高熱伝導モールド樹脂(例えば、住友大阪セメント株式会社製のリコ・ジーマ・イナス)等を使用してモールドすることが考えられる。しかし、そのようなモールド樹脂は、粘度が高いので、狭い間隔に充填できず、やはり巻線機器を小型化できない問題がある。 As a method for improving heat dissipation performance, a high thermal conductivity mold resin having a large thermal conductivity of 1 to 7 W / m · K (for example, Rico Zima Inas manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd.) is used as the mold resin. It is conceivable to mold. However, since such a mold resin has a high viscosity, it cannot be filled at narrow intervals, and there is also a problem that the winding device cannot be miniaturized.
例えば、高周波巻線を約600Vで使用する場合、絶縁性能を維持するには1mm程度の間隔があれば充分である。しかし、上記の高熱伝導モールド樹脂を使用する場合、樹脂が充分に充填されるようにするには、少なくとも5mm程度の間隔が必要となる。 For example, when a high frequency winding is used at about 600 V, an interval of about 1 mm is sufficient to maintain the insulation performance. However, when the above-mentioned high thermal conductive mold resin is used, an interval of at least about 5 mm is required so that the resin is sufficiently filled.
したがって、本発明は、巻線機器による損失(発熱)を効率よく外部に放出でき、小型化可能な巻線機器を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a winding device that can efficiently release the loss (heat generation) caused by the winding device to the outside and can be miniaturized.
本発明の第1局面に係る巻線機器は、導電部材により形成される巻線と、巻線の通電時に巻線を冷却するための冷却部と、巻線と冷却部との間に、巻線及び冷却部に当接して配置される絶縁部材とを含み、絶縁部材は、熱伝導率が1.0W/m・K以上のシート状の部材で形成される。 In the winding device according to the first aspect of the present invention, the winding is wound between the winding formed by the conductive member, the cooling portion for cooling the winding when the winding is energized, and the winding and the cooling portion. The insulating member is formed of a sheet-shaped member having a thermal conductivity of 1.0 W / m · K or more, including a wire and an insulating member arranged in contact with the cooling portion.
これにより、巻線による損失(発熱)を効率よく冷却部に伝達して、巻線機器の外部に放出できる。また、従来よりも小型の巻線機器を実現できる。 As a result, the loss (heat generation) due to the winding can be efficiently transmitted to the cooling unit and discharged to the outside of the winding device. In addition, a winding device smaller than the conventional one can be realized.
好ましくは、巻線は、導電部材が所定軸の周りに巻回された筒状に形成され、所定軸に平行な側面の一部に平坦部を有し、絶縁部材は、平坦部に配置され、冷却部は、平坦部に対向し、絶縁部材に当接する平面を有する。これにより、絶縁部材(プリプレグ)をプレス機等で加圧して、絶縁部材内部のボイドを押しつぶすことができるので、巻線機器の絶縁性能を向上できる。 Preferably, the winding is formed in a tubular shape in which a conductive member is wound around a predetermined axis, has a flat portion on a part of a side surface parallel to the predetermined axis, and the insulating member is arranged on the flat portion. The cooling portion has a flat surface that faces the flat portion and abuts on the insulating member. As a result, the insulating member (prepreg) can be pressurized by a press machine or the like to crush the voids inside the insulating member, so that the insulating performance of the winding device can be improved.
より好ましくは、巻線は、導電部材が所定軸の周りに複数回巻回する複数層に形成され、複数層の隣接する層間に配置された層間絶縁部材をさらに含み、層間絶縁部材は、熱伝導率が1.0W/m・Kよりも大きいシート状の部材で形成される。これにより、円筒巻線、シート巻線等を用いた巻線機器の放熱性能を向上できる。 More preferably, the winding is formed of a plurality of layers in which the conductive member is wound a plurality of times around a predetermined axis, further includes an interlayer insulating member arranged between adjacent layers of the plurality of layers, and the interlayer insulating member is a thermal member. It is formed of a sheet-like member having a conductivity higher than 1.0 W / m · K. As a result, the heat dissipation performance of the winding device using the cylindrical winding, the sheet winding, or the like can be improved.
さらに好ましくは、シート状の部材は、熱伝導率が2.0W/m・K以上のプリプレグ又はシートである。これにより、巻線機器の放熱性能をより向上できる。 More preferably, the sheet-shaped member is a prepreg or sheet having a thermal conductivity of 2.0 W / m · K or more. As a result, the heat dissipation performance of the winding device can be further improved.
好ましくは、巻線は、第1巻線と、第1巻線の外側に配置される第2巻線とを含み、冷却部は、第1巻線の内側に配置される第1冷却部と、第2巻線の外側に配置される第2冷却部とを含み、絶縁部材は、第1巻線と第1冷却部との間に、第1巻線及び第1冷却部に当接して配置される第1絶縁部材と、第2巻線と第2冷却部との間に、第2巻線及び第2冷却部に当接して配置される第2絶縁部材とを含む。これにより、巻線による損失を効率よく冷却部に伝達して、巻線機器の外部に放出でき、且つ、モールド樹脂を充填する従来の方式よりも小型の変圧器を実現できる。 Preferably, the winding comprises a first winding and a second winding located outside the first winding, and the cooling section is a first cooling section located inside the first winding. The insulating member comes into contact with the first winding and the first cooling portion between the first winding and the first cooling portion, including the second cooling portion arranged outside the second winding. It includes a first insulating member to be arranged, and a second insulating member arranged between the second winding and the second cooling portion in contact with the second winding and the second cooling portion. As a result, the loss due to the winding can be efficiently transmitted to the cooling unit and discharged to the outside of the winding device, and a transformer smaller than the conventional method of filling the mold resin can be realized.
本発明によれば、巻線による損失(発熱)を効率よく冷却部に伝達して、外部に放出できる。また、従来よりも小型の巻線機器を実現できる。 According to the present invention, the loss (heat generation) due to the winding can be efficiently transmitted to the cooling unit and discharged to the outside. In addition, a winding device smaller than the conventional one can be realized.
以下の実施の形態では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 In the following embodiments, the same parts are given the same reference number. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed explanations about them will not be repeated.
図5〜図7を参照して、本発明の実施の形態に係る巻線機器である変圧器100は、コア102、第1内側ユニット104、第1外側ユニット106、第2内側ユニット108及び第2外側ユニット110を含む。第1内側ユニット104は、コア102の一方の脚部の周囲を取り囲むように配置され、第1外側ユニット106は第1内側ユニット104の周囲を取り囲むように配置されている。第2内側ユニット108は、コア102の他方の脚部の周囲を取り囲むように配置され、第2外側ユニット110は第2内側ユニット108の周囲を取り囲むように配置されている。第1内側ユニット104及び第1外側ユニット106は同軸の円筒状に形成され、第2内側ユニット108及び第2外側ユニット110も同様に同軸の円筒状に形成されている。
With reference to FIGS. 5 to 7, the
コア102は、強磁性材料(例えば、珪素鋼板、フェライト、アモルファス合金、ナノ結晶軟磁性材料等)で形成されている。変圧器100が高周波変圧器であれば、コア102は、高周波用の鉄心材料で形成される。
The
図6は、変圧器100の水平断面図を示しており、図7は、変圧器100の鉛直断面図を示している。図5に示したようにXYZ座標を設けると、図6はXY平面の断面図であり、図7はYZ平面の断面図である。
FIG. 6 shows a horizontal sectional view of the
図7を参照して、コア102は、2つのU字型の部材が対向して配置されて形成されており、ギャップ112及び114を有する。コア102を2つのU字型の部材で形成するのは、各脚部にコイルを配置するためのものである。ギャップ112及び114は、コアの残留磁束を抑制し、コアの磁束の飽和を抑制するためのものである。ギャップ112及び114の位置は、図7に示した位置に限定されず、任意である。
With reference to FIG. 7, the
第1内側ユニット104は、コア102に近接して配置された第1内側冷却ジャケット124と、第1内側冷却ジャケット124に当接して第1内側冷却ジャケット124の周囲を取り囲むように配置された第1内側絶縁部材122と、第1内側絶縁部材122に当接して第1内側絶縁部材122の周囲を取り囲むように配置された第1内側コイル120とを含む。第1外側ユニット106は、第1内側コイル120から離隔して(絶縁されて)第1内側コイル120の周囲を取り囲むように配置された第1外側コイル130と、第1外側コイル130に当接して第1外側コイル130の周囲を取り囲むように配置された第1外側絶縁部材132と、第1外側絶縁部材132に当接して第1外側絶縁部材132の周囲を取り囲むように配置された第1外側冷却ジャケット134とを含む。
The first
第2内側ユニット108及び第2外側ユニット110は、それぞれ第1内側ユニット104及び第1外側ユニット106と同様に構成されている。即ち、第2内側ユニット108は、コア102に近接して配置された第2内側冷却ジャケット144と、第2内側冷却ジャケット144に当接して第2内側冷却ジャケット144の周囲を取り囲むように配置された第2内側絶縁部材142と、第2内側絶縁部材142に当接して第2内側絶縁部材142の周囲を取り囲むように配置された第2内側コイル140とを含む。第2外側ユニット110は、第2内側コイル140から離隔して(絶縁されて)第2内側コイル140の周囲を取り囲むように配置された第2外側コイル150と、第2外側コイル150に当接して第2外側コイル150の周囲を取り囲むように配置された第2外側絶縁部材152と、第2外側絶縁部材152に当接して第2外側絶縁部材152の周囲を取り囲むように配置された第2外側冷却ジャケット154とを含む。なお、第1内側冷却ジャケット124、第1外側冷却ジャケット134、第2内側冷却ジャケット144、及び第2外側冷却ジャケット154の各々は、コア102の周囲を環状に取り囲む形状ではなく、少なくとも一部を切り欠いた形状(コア102の軸に垂直な断面形状が例えばC字形状)となっている。これにより、後述するように、冷却ジャケットが金属で形成される場合に、ループ電流の発生を抑制できる。
The second
第1内側コイル120、第1外側コイル130、第2内側コイル140及び第2外側コイル150は、被覆された導電線(例えば、リッツ線)を用いて形成されている。リッツ線は、絶縁部材で被覆された導電性の細線が、複数より合わされて形成された電線である。これにより、変圧器100は、高周波変圧器として機能する。
The first
第1内側コイル120及び第1外側コイル130はそれぞれ、コア102の柱状の一方の脚部の周りに、リッツ線が所定回数巻回されて円筒状に形成されている。同様に、第2内側コイル140及び第2外側コイル150はそれぞれ、コア102の柱状の他方の脚部の周りに、リッツ線が所定回数巻回されて円筒状に形成されている。第1内側コイル120及び第2内側コイル140は、円筒の半径が略等しく、円筒の高さも略等しく形成されている。同様に、第1外側コイル130及び第2外側コイル150は、円筒の半径が略等しく、円筒の高さも略等しく形成されている。
Each of the first
第1内側絶縁部材122、第1外側絶縁部材132、第2内側絶縁部材142及び第2外側絶縁部材152は、各々が当接しているコイル(巻線)の発熱を、対応する冷却ジャケットに伝導するためのものであり、熱伝導率が1.0W/m・K以上の高熱伝導材料で形成される。より効率よく熱を冷却ジャケットに伝導するためには、第1内側絶縁部材122、第1外側絶縁部材132、第2内側絶縁部材142及び第2外側絶縁部材152は、熱伝導率が2.0W/m・K以上の高熱伝導材料で形成されることが好ましい。高熱伝導材料として、シート状の部材を使用できる。シート状の部材には、高熱伝導プリプレグ(ガラス布等に樹脂を含浸させて半硬化させたもの)、及び高熱伝導シートが含まれる。高熱伝導プリプレグとしては、例えば、99N(ARLON社製、熱伝導率1.2W/m・K)、R−14T1(パナソニック株式会社製、熱伝導率1.4W/m・K)、ES−3245(利昌工業株式会社製、熱伝導率3W/m・K)等を使用できる。高熱伝導シートとしては、AD−7200TY(利昌工業株式会社製、熱伝導率5W/m・K)、Ecool(パナソニック株式会社製、熱伝導率3W/m・K又は5W/m・K)等を使用できる。
The first inner insulating
第1内側冷却ジャケット124、第1外側冷却ジャケット134、第2内側冷却ジャケット144及び第2外側冷却ジャケット154は、各々が当接している絶縁部材から伝達された熱を放熱し、コイルを冷却するためのものである。第1内側冷却ジャケット124、第1外側冷却ジャケット134、第2内側冷却ジャケット144及び第2外側冷却ジャケット154にはそれぞれ、例えばU字型のパイプ160、162、164及び166が当接されて配置されている。パイプ160、162、164及び166には、水が循環され、第1内側冷却ジャケット124、第1外側冷却ジャケット134、第2内側冷却ジャケット144及び第2外側冷却ジャケット154の放熱機能を向上させる。
The first
第1内側冷却ジャケット124、第1外側冷却ジャケット134、第2内側冷却ジャケット144及び第2外側冷却ジャケット154は、熱伝導性の高い非磁性の金属(例えば、銅、アルミニウム、銅合金(真鍮等)、又はアルミニウム合金等)により形成されることが好ましい。パイプ160、162、164及び166も同様に、熱伝導性の高い非磁性の金属により形成されることが好ましい。
The first
このように構成されることにより、変圧器100を、例えば、第1内側コイル120及び第2内側コイル140を1次コイルとし、第1外側コイル130及び第2外側コイル150を2次コイルとする変圧器として機能させるときに、各コイルに発生する熱を、対応する高熱伝導性の絶縁部材により対応する冷却ジャケットに効率よく伝達でき、冷却ジャケットにより放熱できるので、各コイルを効率よく冷却できる。
With this configuration, the
図8及び図9を参照して、変圧器100の製造方法に関して説明する。第1内側ユニット104及び第2内側ユニット108は、図8の(A)〜(D)の工程により製造される。第1外側ユニット106及び第2外側ユニット110は、図9の(A)〜(D)の工程により製造される。
A method of manufacturing the
図8の(A)を参照して、円筒の一部が軸方向に沿って切り欠かかれた形状の冷却ジャケット300の内側の側面に、U字型のパイプ302を取付ける。ここでは、2本のU字型のパイプが取り付けられている。パイプ302を冷却ジャケット300に取付ける方法は任意であり、相互に密着させて固定できればよく、熱伝導性が高い部材を介して接着してもよい。冷却ジャケット300及びパイプ302は、例えば、溶接、ろう付等により固定され得る。冷却ジャケット300及びパイプ302の接触面積を広くするために、冷却ジャケット300の表面にパイプ302の形状に凹部(溝)を設けて、当該凹部にパイプ302の側面を当接させ、パイプ302の側面の一部が埋設されるようにして固定してもよい。冷却ジャケット300及びパイプ302の接触面積を広くすることにより、冷却ジャケット300からパイプ302への熱伝導効率が高くなり、冷却効果が向上する。ここではさらに、冷却ジャケット300に補充部材301を装着する。補充部材301は、樹脂等(FRP(Fiber Reinforced Plastics)等)の絶縁材料で形成されている。補充部材301は、冷却ジャケット300とともに巻線の巻枠として機能する円筒を形成する。
With reference to FIG. 8A, a
続いて、図8の(B)を参照して、冷却ジャケット300及び補充部材301の外側の側面の周りに絶縁部材304を貼り付ける。絶縁部材304は、上記した高熱伝導プリプレグ又は高熱伝導シートである。絶縁部材304の厚さは、使用される電圧に応じた絶縁耐圧を有する厚さであればよい。適切な絶縁部材304の厚さは、部分放電開始電圧と絶縁部材の厚さとを変化させて実験することにより決定できる。
Subsequently, with reference to FIG. 8B, the insulating
続いて、図8の(C)を参照して、絶縁部材304の周りに被覆された導電線(例えば、リッツ線)を巻回してコイル306を形成する。コイル306は、内側コイルとして使用される。続いて、この構造物を、型を用いて樹脂308によりモールドして、図8の(D)に示した内側ユニットが形成される。内側ユニットは、空孔310を有しており、空孔310には、コア102の脚部が配置される。なお、コイル306を形成した後、補充部材301を取外してから樹脂308によりモールドしてもよい。
Subsequently, with reference to FIG. 8C, a conductive wire (for example, a litz wire) coated around the insulating
図9の(A)を参照して、円筒形の巻枠320の周りに被覆された導電線(例えば、リッツ線)を巻回してコイル322を形成する。コイル322は、外側コイルとして使用される。巻枠320は、コイル322を形成するための仮の巻枠であり、後の工程で取り外される。
With reference to (A) of FIG. 9, a conductive wire (for example, a litz wire) coated around a cylindrical winding
続いて、円弧状の冷却ジャケット324の外側の側面にU字型のパイプ326を固定し、冷却ジャケット324の内側の側面に絶縁部材328を張り付ける。冷却ジャケット324は、上記したように熱伝導性の高い非磁性の金属により形成されている。絶縁部材328は、上記した高熱伝導プリプレグ又は高熱伝導シートである。絶縁部材328の厚さは、上記したように、使用される電圧に応じた絶縁耐圧を有する厚さであればよい。ここでは、冷却ジャケット324の円弧の中心角は180度未満(例えば120度)であり、図9の(B)に示した構造物を2体作製するとする。 Subsequently, the U-shaped pipe 326 is fixed to the outer side surface of the arc-shaped cooling jacket 324, and the insulating member 328 is attached to the inner side surface of the cooling jacket 324. The cooling jacket 324 is made of a non-magnetic metal having high thermal conductivity as described above. The insulating member 328 is the above-mentioned high thermal conductive prepreg or high thermal conductive sheet. As described above, the thickness of the insulating member 328 may be a thickness having a dielectric strength corresponding to the voltage used. Here, it is assumed that the central angle of the arc of the cooling jacket 324 is less than 180 degrees (for example, 120 degrees), and two structures shown in FIG. 9B are manufactured.
続いて、図9の(C)を参照して、図9の(A)に示した構造物の側面に、図9の(B)に示した構造物を取り付ける。複数の冷却ジャケット324の間には少なくとも1つのギャップ325が形成され、複数の冷却ジャケット324により、円筒形の巻枠320の軸の周りに環状の電気的導通経路が形成されることはない。続いて、この構造物から巻枠320を取り外したものを、型を用いて樹脂330によりモールドして、図9の(D)に示した外側ユニットが形成される。外側ユニットは、空孔332を有している。空孔332には、図8の(D)に示した内側ユニットが挿入される。
Subsequently, with reference to FIG. 9C, the structure shown in FIG. 9B is attached to the side surface of the structure shown in FIG. 9A. At least one
このようにして、内側ユニット及び外側ユニットの組を2組作成し、図5に示すように、各組のユニットをコア102の2つの脚部に配置することにより変圧器100が完成する。
In this way, two sets of the inner unit and the outer unit are created, and as shown in FIG. 5, the
このようにして製造させた変圧器100は、各コイルに発生する熱を、対応する高熱伝導部材により対応する冷却ジャケットに効率よく伝達でき、冷却ジャケットにより放熱できるので、各コイルを効率よく冷却できる。絶縁部材として、シート状の高熱伝導材料(高熱伝導プリプレグ又は高熱伝導シート)を使用することにより、熱源であるコイルと放熱のための冷却ジャケットとの間を、樹脂を注入して形成された従来の巻線機器よりも小さくでき、冷却性能を向上できる。
The
コイルと冷却ジャケットとの距離は、要求される絶縁性能を満たす最小の値にでき、従来のように高熱伝導性の樹脂を注入する場合に必要となるケース等が不要になるので、巻線機器をより小型にできる。また、冷却が必要な部分に、必要最小限のシート状の高熱伝導材料(高熱伝導プリプレグ又は高熱伝導シート)を配置すればよいので、製造コストを低減できる。従来は、冷却に関係しない部分にも樹脂が充填され、不経済であった。 The distance between the coil and the cooling jacket can be set to the minimum value that satisfies the required insulation performance, eliminating the need for cases such as those required when injecting a resin with high thermal conductivity as in the past. Can be made smaller. Further, since the minimum required sheet-shaped high thermal conductive material (high thermal conductive prepreg or high thermal conductive sheet) may be arranged in the portion requiring cooling, the manufacturing cost can be reduced. In the past, it was uneconomical because the resin was also filled in the parts not related to cooling.
内側ユニット及び外側ユニットの各々を樹脂でモールドして形成するのは、コイル、絶縁部材及び冷却ジャケットを相互に長期間安定して固定するためのものである。固定方法は任意である。例えば、樹脂モールドに替えて、コイル及び絶縁部材に冷却ジャケットを取付けた状態で、ガラステープを巻き付け、レジン(樹脂)を塗布して硬化させてもよい。 The inner unit and the outer unit are each formed by molding with resin in order to stably fix the coil, the insulating member and the cooling jacket to each other for a long period of time. The fixing method is arbitrary. For example, instead of the resin mold, a glass tape may be wrapped around the coil and the insulating member with the cooling jacket attached, and a resin (resin) may be applied and cured.
冷却ジャケットは、漏れ磁束が大きい内側コイルと外側コイルとの間を避けて、内側コイルの内側と、外側コイルの外側に配置されているので、導電性の金属で形成された冷却ジャケットへの漏れ磁束の影響(高周波による渦電流の発生による損失)を抑制できる。 The cooling jacket is arranged inside the inner coil and outside the outer coil, avoiding between the inner coil and the outer coil where the leakage flux is large, so that the cooling jacket leaks to the cooling jacket made of conductive metal. The influence of magnetic flux (loss due to generation of eddy current due to high frequency) can be suppressed.
(第1変形例)
上記では、断面形状が円形の導電線を使用して、円筒形のコイルを形成する場合を説明したが、これに限定されない。第1変形例では、断面形状が角形の導電線を使用して、軸の垂直断面の形状が矩形のコイルを形成する。
(First modification)
In the above, the case where a cylindrical coil is formed by using a conductive wire having a circular cross-sectional shape has been described, but the present invention is not limited to this. In the first modification, a conductive wire having a rectangular cross section is used to form a coil having a rectangular cross section in the vertical section of the shaft.
図10は、図6の左側部分に対応する。即ち、図10は、図5の変圧器100と同様に構成される変圧器において、一方のコアの脚部に形成される内側ユニット及び外側ユニットの水平断面図を示す。
FIG. 10 corresponds to the left side portion of FIG. That is, FIG. 10 shows a horizontal sectional view of an inner unit and an outer unit formed on the legs of one core in a transformer configured in the same manner as the
外側ユニットは、外側コイル204と、外側コイル204の外側に当接させて配置された外側絶縁部材210及び214と、外側絶縁部材210及び214の各々に当接して配置された外側冷却ジャケット212及び216とを含む。内側ユニットは、内側コイル202と、内側コイル202の内側に当接させて配置された内側絶縁部材220及び224と、内側絶縁部材220及び224の各々に当接して配置された内側冷却ジャケット222及び226とを含む。外側絶縁部材210及び214と、内側絶縁部材220及び224とは、上記したシート状の高熱伝導材料で形成されている。
The outer unit includes the
内側コイル202及び外側コイル204は、軸の垂直断面の形状が矩形である筒状に形成されている。内側コイル202は、コア200の脚部に配置され、外側コイル204は、内側コイル202の外側に配置されている。内側コイル202の内側の側面及び外側コイル204の外側の側面は、平坦に形成されるので、外側冷却ジャケット212及び216と、内側冷却ジャケット222及び226とは、平板状のもの、例えば、図11に示した冷却ジャケット500を使用できる。
The
図11を参照して、冷却ジャケット500は、平板502と、パイプ504及び506とを含む。平板502には、貫通孔508、510及び512が形成され、それらの端部は、パイプ504及び506が配置される端部を除いて、封止部材514、516、518及び520により封止されている。貫通孔508、510及び512は水を循環させるためのものであり、例えば、パイプ504から注入した水は、貫通孔508、512及び510の順に流れて、パイプ506から排出される。平板502と、パイプ504及び506とは、上記したように、熱伝導性の高い非磁性の金属により形成される。
With reference to FIG. 11, the cooling
断面角形の導電線は、断面円形の導電線よりもスペースファクターがよい(巻回したときに形成される隙間が小さい)ので、断面角形の導電線を使用することにより、巻線機器をより小型に形成できる。 Since a conductive wire having a square cross section has a better space factor than a conductive wire having a circular cross section (the gap formed when it is wound is small), the winding device can be made smaller by using the conductive wire having a square cross section. Can be formed into.
冷却ジャケットには、上記したように、平板状のものを使用できるので、高熱伝導部材(高熱伝導プリプレグ)を冷却ジャケットに貼り付けるときに、例えばプレス機等により一定の圧力をかけることができる。高熱伝導部材を加圧することにより、高熱伝導部材内部に形成されるボイド(空気領域)を押しつぶすことができ、高熱伝導部材の絶縁性能を向上できる。ボイドが存在する場合、高熱伝導部材自体の絶縁破壊電圧よりも低い電圧で部分放電が発生する。したがって、高熱伝導部材の貼り付け枚数が少なくて済み(コイルと冷却ジャケットとの間隔が小さい)、熱伝導性能を向上しつつ、巻線機器を小型化できる。 As described above, a flat plate-shaped cooling jacket can be used, so that a constant pressure can be applied to the cooling jacket when the high thermal conductive member (high thermal conductive prepreg) is attached to the cooling jacket, for example, by a press machine or the like. By pressurizing the high thermal conductive member, voids (air regions) formed inside the high thermal conductive member can be crushed, and the insulation performance of the high thermal conductive member can be improved. In the presence of voids, partial discharge occurs at a voltage lower than the breakdown voltage of the high thermal conductive member itself. Therefore, the number of high heat conductive members to be attached is small (the distance between the coil and the cooling jacket is small), and the winding device can be miniaturized while improving the heat conduction performance.
(第2変形例)
第1変形例(図10参照)では、外側コイルの2つの側面に高熱伝導部材及び冷却ジャケットを設ける場合を説明したが、これに限定されない。第2変形例では、外側コイルの4つの側面に高熱伝導部材及び冷却ジャケットを設ける。
(Second modification)
In the first modification (see FIG. 10), the case where the high heat conductive member and the cooling jacket are provided on the two side surfaces of the outer coil has been described, but the present invention is not limited to this. In the second modification, a high heat conductive member and a cooling jacket are provided on the four side surfaces of the outer coil.
図12を参照して、第2変形例に係る巻線機器である変圧器は、第1変形例と同様に、断面角形の導電線を使用して形成された外側コイル234及び内側コイル232を含み、コア230の脚部に配置されている。但し、図12における外側コイル234及び内側コイル232の横方向の長さはそれぞれ、図10における外側コイル204及び内側コイル202の横方向の長さよりも長い。したがって、図12の変圧器では、外側コイル234の外側の側面に、さらに外側絶縁部材240及び外側冷却ジャケット242と、外側絶縁部材244及び外側冷却ジャケット246とが配置されている。
With reference to FIG. 12, the transformer, which is a winding device according to the second modification, has an
外側絶縁部材240と外側冷却ジャケット242、及び、外側絶縁部材244と外側冷却ジャケット246をそれぞれ、図10の外側絶縁部材210及び外側冷却ジャケット212と同様に、例えばプレス機等により一定の圧力をかけて貼り付けることができる。したがって、第1変形例と同様に、高熱伝導部材の絶縁性能を向上でき、巻線機器を小型化できる。
Similar to the outer insulating
(第3変形例)
上記では、導電線にリッツ線を使用してコイルを形成する場合を説明したが、これに限定されない。第3変形例では、エッジワイズ巻線のコイルを採用する。
(Third modification example)
In the above, the case where the coil is formed by using the litz wire as the conductive wire has been described, but the present invention is not limited to this. In the third modification, an edgewise winding coil is adopted.
図13を参照して、第3変形例に係る巻線機器である変圧器は、上記の実施の形態と同様に、コア102の脚部に配置された内側ユニット404及び外側ユニット406を含む。図13は、図7の左側部分に対応する鉛直断面図である。内側ユニット404は、内側コイル400、第1内側絶縁部材122及び第1内側冷却ジャケット124を含み、外側ユニット406は、外側コイル402、第1外側絶縁部材132及び第1外側冷却ジャケット134を含む。図13において、図7と同じ符号を付した要素は、図7と同様の部材を用いて、同様に形成され、同様に配置されているので、重複説明を繰返さない。なお、図13の第1内側冷却ジャケット124及び第1外側冷却ジャケット134には、図7と同様にパイプ(図示せず)が配置されている。
With reference to FIG. 13, the transformer, which is a winding device according to the third modification, includes an
内側コイル400及び外側コイル402はそれぞれ、断面形状が長方形の被覆された単一の(撚り線でない)導電線を用いてエッジワイズに、即ち、導電線の幅方向(長方形の断面の長辺方向)に巻回して形成されたコイルである。内側コイル400及び外側コイル402のそれぞれの軸に垂直な断面の形状は、図6に示したように円形であっても、図10及び図12に示したように矩形であってもよい。第1内側冷却ジャケット124及び第1外側冷却ジャケット134は、内側コイル400及び外側コイル402の側面が円筒状であるか、矩形の筒状であるかに応じて、円弧状の冷却ジャケット、又は平板状の冷却ジャケット(図11の冷却ジャケット500参照)を使用すればよい。
The
これにより、上記したように、巻線機器を小型化できる。内側コイル400及び外側コイル402の側面が矩形の筒状であれば、高熱伝導部材をプレス機械等で加圧することにより、高熱伝導部材の絶縁性能を向上できる。内側コイル400及び外側コイル402をエッジワイズ巻線の形状に形成することにより、コイルに発生した熱は、導電線内を幅方向に伝達されて、速やかに第1内側冷却ジャケット124及び第1外側冷却ジャケット134に到達するので、冷却性能がより高くなる。
As a result, as described above, the winding device can be miniaturized. If the side surfaces of the
(第4変形例)
第3変形例では、断面形状が長方形の被覆された単一の導電線を用いて形成したエッジワイズ巻線を、コイルに採用する場合を説明したが、これに限定されない。第4変形例では、コイルに円板巻線を採用する。
(Fourth modification)
In the third modification, a case where an edgewise winding formed by using a single conductive wire coated with a rectangular cross section is used for the coil has been described, but the present invention is not limited to this. In the fourth modification, a disk winding is used for the coil.
図14を参照して、第4変形例に係る巻線機器である変圧器は、上記の実施の形態と同様に、コア102の脚部に配置された内側ユニット414及び外側ユニット416を含む。図14は、図7の左側部分に対応する鉛直断面図である。内側ユニット414は、内側コイル410、第1内側絶縁部材122及び第1内側冷却ジャケット124を含み、外側ユニット416は、外側コイル412、第1外側絶縁部材132及び第1外側冷却ジャケット134を含む。図14において、図7と同じ符号を付した要素は、図7と同様の部材を用いて、同様に形成され、同様に配置されているので、重複説明を繰返さない。なお、図14の第1内側冷却ジャケット124及び第1外側冷却ジャケット134には、図7と同様にパイプ(図示せず)が配置されている。
With reference to FIG. 14, the transformer, which is a winding device according to the fourth modification, includes an
内側コイル410及び外側コイル412はそれぞれ、断面形状が長方形の被覆された単一の(撚り線でない)導電線を用いて、導電線の厚さ方向(長方形の断面の短辺方向)に巻回して形成された円板巻線である。円板巻線は、ディスク巻線とも言われる。
Each of the
内側コイル410及び外側コイル412のそれぞれの軸に垂直な断面の形状は、図6に示したように円形であっても、図10及び図12に示したように矩形であってもよい。第1内側冷却ジャケット124及び第1外側冷却ジャケット134は、内側コイル410及び外側コイル412の側面が円筒状であるか、矩形の筒状であるかに応じて、円弧状の冷却ジャケット、又は平板状の冷却ジャケット(図11の冷却ジャケット500参照)を使用すればよい。
The shape of the cross section perpendicular to the axis of each of the
これにより、上記したように、巻線機器を小型化できる。内側コイル410及び外側コイル412の側面が矩形の筒状であれば、高熱伝導部材をプレス機械等で加圧することにより、高熱伝導部材の絶縁性能を向上できる。内側コイル410では、外側の導電線で発生した熱は、右方向に隣接する導電線を順次伝達して、内側コイル410の内側に配置された第1内側冷却ジャケット124に至り、放熱される。同様に、外側コイル412では、内側の導電線で発生した熱は、左方向に隣接する導電線を順次伝達して、外側コイル412の外側に配置された第1外側冷却ジャケット134に至り、放熱される。
As a result, as described above, the winding device can be miniaturized. If the side surfaces of the
(第5変形例)
断面形状が長方形の被覆された単一の導電線を使用する場合、第3変形例及び第4変形例に示したコイルに限定されない。第5変形例では、コイルに円筒巻線を採用する。
(Fifth modification)
When a single conductive wire coated with a rectangular cross-sectional shape is used, it is not limited to the coils shown in the third modification and the fourth modification. In the fifth modification, a cylindrical winding is used for the coil.
図15を参照して、第5変形例に係る巻線機器である変圧器は、コア102の脚部に配置された内側ユニット及び外側ユニットを含む。内側ユニット424は、コイル420、絶縁部材422及び第1内側冷却ジャケット124を含む。図15は、図7の左側部分に対応する鉛直断面図であるが、内側ユニット424の周囲を取り囲んで配置される外側ユニットは図示していない。図15において、図7と同じ符号を付した要素は、図7と同様の部材を用いて、同様に形成され、同様に配置されているので、重複説明を繰返さない。なお、図15の第1内側冷却ジャケット124には、図7と同様にパイプ(図示せず)が配置されている。
With reference to FIG. 15, the transformer, which is the winding device according to the fifth modification, includes an inner unit and an outer unit arranged on the legs of the
コイル420は、断面形状が長方形の被覆された単一の(撚り線でない)導電線を用いて、導電線を、導電線の幅方向がコア102の軸と平行になるようにしてコア102の軸方向に巻回して、円筒状に各層を形成した円筒巻線である。端子部426及び428にはそれぞれ、円筒巻線であるコイル420の巻始め及び巻終わりが接続される。コイル420の各層間には、絶縁部材422が配置されている。絶縁部材422は、上記したシート状の高熱伝導材料で形成されている。
The
コイル420の軸に垂直な断面の形状は、図6に示したように円形であっても、図10及び図12に示したように矩形であってもよい。第1内側冷却ジャケット124は、コイル420の側面が円筒状であるか、矩形の筒状であるかに応じて、円弧状の冷却ジャケット、又は平板状の冷却ジャケット(図11の冷却ジャケット500参照)を使用すればよい。
The shape of the cross section perpendicular to the axis of the
外側ユニットは、例えば、図13の外側コイル402及び第1外側絶縁部材132が、コイル420と同様の円筒巻線と、絶縁部材422と同様に層間に配置された高熱伝導部材とで代替されたものである。
In the outer unit, for example, the
これにより、上記したように、巻線機器を小型化できる。コイル420の側面が矩形の筒状であれば、高熱伝導部材をプレス機械等で加圧することにより、絶縁部材422の絶縁性能を向上できる。円筒巻線の各層間に、高熱伝導材料の絶縁部材422を配置することにより、層間で熱を効率的に伝導することができ、コイル420の外側の導電線に発生した熱を効率よく第1内側冷却ジャケット124に伝達できるので、冷却性能がより高くなる。
As a result, as described above, the winding device can be miniaturized. If the side surface of the
(第6変形例)
上記では、導電線を使用してコイルを形成する場合を説明したが、これに限定されない。第6変形例では、コイルにシート巻線を採用する。図16を参照して、第6変形例に係る巻線機器である変圧器では、内側コイル及び外側コイルは、シート状の導電部材440と、シート状の高熱導伝性部材である絶縁部材442とを重ねて巻回して形成したシート巻線である。絶縁部材442は、上記したシート状の高熱伝導材料で形成されている。
(6th modification)
In the above, the case where the coil is formed by using the conductive wire has been described, but the present invention is not limited to this. In the sixth modification, a seat winding is used for the coil. With reference to FIG. 16, in the transformer which is the winding device according to the sixth modification, the inner coil and the outer coil are a sheet-shaped
これにより、上記したように、巻線機器を小型化できる。導電部材440の各層間に、高熱伝導材料の絶縁部材442が配置されるので、高い冷却性能を実現できる。
As a result, as described above, the winding device can be miniaturized. Since the insulating
上記では、巻線機器の例として変圧器に関して説明したが、これに限定されない。巻線機器はリアクトルであってもよい。リアクトルの場合には、上記した外側ユニットと同様に、コイルの外側に高熱伝導部材を間に挟んで冷却ジャケットを配置すればよい(例えば、図6において内側ユニット(104、108)を無くした配置)。 In the above, the transformer has been described as an example of the winding device, but the present invention is not limited to this. The winding device may be a reactor. In the case of a reactor, a cooling jacket may be arranged with a high thermal conductive member sandwiched between the outside of the coil as in the case of the outer unit described above (for example, an arrangement in which the inner units (104, 108) are eliminated in FIG. 6). ).
上記では冷却ジャケットに水を循環させるパイプを配置する水冷式の冷却方法を説明したが、これに限定されない。冷却ジャケットから放熱させる方法は任意である。ファン等の送風機構を設けてもよい。ヒートパイプの一方の端部を冷却ジャケットに取付け、ヒートパイプの他方の端部にヒートシンク(放熱フィン等)を取付けて、送風又は自冷により、ヒートシンクから放熱させてもよい。リアクトルの場合には、コイルの外側に配置される冷却ジャケットに直接ヒートシンクを設けてもよい。 In the above, a water-cooled cooling method in which a pipe for circulating water is arranged in the cooling jacket has been described, but the present invention is not limited to this. The method of dissipating heat from the cooling jacket is arbitrary. A ventilation mechanism such as a fan may be provided. One end of the heat pipe may be attached to the cooling jacket, and a heat sink (heat dissipation fin or the like) may be attached to the other end of the heat pipe to dissipate heat from the heat sink by blowing air or self-cooling. In the case of a reactor, the heat sink may be provided directly on the cooling jacket arranged on the outside of the coil.
以上、実施の形態を説明することにより本発明を説明したが、上記した実施の形態は例示であって、本発明は上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。 Although the present invention has been described above by explaining the embodiments, the above-described embodiments are examples, and the present invention is not limited to the above-described embodiments. The scope of the present invention is indicated by each claim of the scope of claims, taking into consideration the description of the detailed description of the invention, and all changes within the meaning and scope equivalent to the wording described therein. Including.
1 ケース
2 中コア
3 コイル
4 端子
5 外コア
6 取付カバー
7 絶縁フィルム
100 変圧器
102、200、230 コア
104 第1内側ユニット
106 第1外側ユニット
108 第2内側ユニット
110 第2外側ユニット
112、114 ギャップ
120 第1内側コイル
122 第1内側絶縁部材
124 第1内側冷却ジャケット
130 第1外側コイル
132 第1外側絶縁部材
134 第1外側冷却ジャケット
140 第2内側コイル
142 第2内側絶縁部材
144 第2内側冷却ジャケット
150 第2外側コイル
152 第2外側絶縁部材
154 第2外側冷却ジャケット
160、162、164、166、302、326、504、506 パイプ
202、232、400、410 内側コイル
204、234、402、412 外側コイル
210、214、240、244 外側絶縁部材
212、216、242、246 外側冷却ジャケット
220、224 内側絶縁部材
222、226 内側冷却ジャケット
300、324、500 冷却ジャケット
301 補充部材
304、328、422、442 絶縁部材
306、322、420 コイル
308、330 樹脂
310、332 空孔
320 巻枠
325 ギャップ
404、414、424 内側ユニット
406、416 外側ユニット
426、428 端子部
440 導電部材
502 平板
508、510、512 貫通孔
514、516、518、520 封止部材
900 水冷部
1
Claims (5)
前記巻線の通電時に前記巻線を冷却するための冷却手段と、
前記巻線と前記冷却手段との間に、前記巻線及び前記冷却手段に当接して配置される絶縁部材とを含み、
前記絶縁部材は、熱伝導率が1.0W/m・K以上のシート状の部材で形成されることを特徴とする、巻線機器。 The winding formed by the conductive member and
A cooling means for cooling the winding when the winding is energized,
The winding and the insulating member arranged in contact with the cooling means are included between the winding and the cooling means.
The winding device is characterized in that the insulating member is formed of a sheet-shaped member having a thermal conductivity of 1.0 W / m · K or more.
前記絶縁部材は、前記平坦部に配置され、
前記冷却手段は、前記平坦部に対向し、前記絶縁部材に当接する平面を有することを特徴とする、請求項1に記載の巻線機器。 The winding is formed in a tubular shape in which the conductive member is wound around a predetermined axis, and has a flat portion on a part of a side surface parallel to the predetermined axis.
The insulating member is arranged on the flat portion and
The winding device according to claim 1, wherein the cooling means has a flat surface facing the flat portion and abutting on the insulating member.
前記複数層の隣接する層間に配置された層間絶縁部材をさらに含み、
前記層間絶縁部材は、熱伝導率が1.0W/m・Kよりも大きいシート状の部材で形成されることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の巻線機器。 The winding is formed in a plurality of layers in which the conductive member is wound a plurality of times around a predetermined axis.
Further including an interlayer insulating member arranged between the adjacent layers of the plurality of layers,
The winding device according to claim 1 or 2, wherein the interlayer insulating member is formed of a sheet-shaped member having a thermal conductivity of more than 1.0 W / m · K.
前記冷却手段は、前記第1巻線の内側に配置される第1冷却手段と、前記第2巻線の外側に配置される第2冷却手段とを含み、
前記絶縁部材は、前記第1巻線と前記第1冷却手段との間に、前記第1巻線及び前記第1冷却手段に当接して配置される第1絶縁部材と、前記第2巻線と前記第2冷却手段との間に、前記第2巻線及び前記第2冷却手段に当接して配置される第2絶縁部材とを含むことを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の巻線機器。 The winding includes a first winding and a second winding located outside the first winding.
The cooling means includes a first cooling means arranged inside the first winding and a second cooling means arranged outside the second winding.
The insulating member includes a first insulating member arranged between the first winding and the first cooling means in contact with the first winding and the first cooling means, and the second winding. 1 to 4, wherein the second winding and a second insulating member arranged in contact with the second cooling means are included between the second cooling means and the second cooling means. The winding device according to any one item.
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