变压器的冷却装置的制作方法

本发明涉及一种用于对收纳在框体内的变压器强制性地进行空气冷却的冷却装置。

背景技术：

图9及图10表示在框体内收纳有变压器的变压器盘的现有技术(第一现有技术)，图9是表示框体内部的结构的主视图，图10是图9的X–X剖视图。

在这些图中，符号101表示框体，符号102表示三相的变压器，符号103R、103S、103T表示各相的绕组部，符号104表示一次绕组，符号105表示二次绕组，符号106、107表示轭铁。

在该变压器盘中，在框体101的上部配置有排气风扇108，在框体101的前表面下方设置有进气口109。另外，在框体101的内部上方配置有分隔板110，并且在绕组部103R、103S、103T的下端部附近，分别在前后配置有推出式的附属风扇111。

采用上述的结构，如图10所示，通过使排气风扇108运转而从进气口109流入的冷却风在绕组部103R、103S、103T的周围向上方移动而从排气风扇108排出。与此同时，使附属风扇111运转而分别向绕组部103R、103S、103T送风，从而形成从下方将变压器102的整体冷却的冷却风的气流。

另外，在专利文献1中说明了另一结构的冷却装置。

图11表示专利文献1所述的第二现有技术，图12同样是表示第三现有技术的结构图。

在图11及图12中，符号201是变压器盘的框体，符号202是变压器，符号202a是在铁心的周围卷绕有一次绕组及二次绕组而形成的绕组部，符 号203是进气口，符号204是排气风扇，符号205、206、207是用于控制气流的方向的分隔板，符号205a、207a是开口部。

在图11所示的第二现有技术中，通过使排气风扇204运转而从进气口203流入的冷却风经由开口部207a、绕组部202a的周围以及开口部205a等从排气风扇204排出。

另外，在图12所示的第三现有技术中，由于不存在图11中的分隔板205，从进气口203流入的冷却风的一部分经由变压器202的周围而直接朝向排气风扇204的方向流去。

在上述的第二现有技术以及第三现有技术中，设法通过在变压器202的周围配置分隔板205、206、207，来形成使供给到变压器202的冷却风的风量、风速达到最大化的气流的流路而提高冷却能力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2013–4598号公报(图4及图6等)

在图9及图10所示的第一现有技术中，仅是在上部的排气风扇108的附近，利用分隔板110对从进气口109导入到框体101的内部的冷却风的流路进行限制。因而，在框体101的内部，冷却风的流路面积很大，因此难以集中冷却变压器102。

另外，在变压器102的铁心、一次绕组104及二次绕组105的彼此之间使用有固定构件及绝缘构件，以将各部分固定并绝缘，这些构件会使冷却风的流路面积减少。因此，变压器102的内部的压力损失较大，难以获得充分的冷却效果。

在第一现有技术中，分别在绕组部103R、103S、103T的下端部附近配置附属风扇111，来分别对绕组部103R、103S、103T进行冷却，但需要许多个附属风扇，存在导致成本增加、变压器盘大型化、组装作业及维护作业烦杂的问题。

另外，在如上述那样变压器102内部的压力损失较大时，在变压器102的内外通过的风量出现差异，该风量的差异使变压器102的内部温度变得 比外部温度高。对变压器102的冷却能力由排气风扇的技术要求以及进气口的面积等决定，但当变压器102的内外的温度不均匀时，不得不基于高温部的温度设计冷却能力，其结果是，存在排气风扇等的容量增大而使成本增高的问题。

此外，在图11及图12所示的第二现有技术及第三现有技术中，在变压器202的内外通过的冷却风的风量有时也会发生不均而使变压器202的内外产生大幅的温度差，难以将铁心、一次绕组以及二次绕组均匀地冷却。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于提供一种变压器的冷却装置，能将变压器的内外没有遗漏地冷却而使温度变得均匀，而且不需要设置附属风扇等，能够实现变压器盘的小型化、成本的降低以及组装作业等的容易化。

为了解决上述技术问题，技术方案1的发明的变压器的冷却装置利用冷却风强制性地将收纳在框体内的变压器冷却，其特征在于，包括分别配置在构成上述变压器的绕组部的轴向两端部的上部分隔板及下部分隔板，并且在上述框体的上部附近配置有排气风扇，在上述框体上分别形成有主进气口及副进气口，利用上述排气风扇的运转形成第一气流及第二气流，上述第一气流是使从上述主进气口流入到上述绕组部的周围的冷却风经由形成在上述上部分隔板的端部与上述框体的内表面之间的端部通气口而向上述排气风扇方向通过所形成的，上述第二气流是使从上述副进气口流入的冷却风经由分别形成在上述上部分隔板及上述下部分隔板的分隔板内通气口及上述绕组部的内部而沿上述绕组部的轴向朝上述排气风扇方向通过所形成的。

技术方案2的发明在技术方案1所述的变压器的冷却装置的基础上，其特征在于，在上述框体的前表面上形成有上述主进气口，并且在上述框体的下端部附近形成有上述副进气口。

技术方案3的发明在技术方案2所述的变压器的冷却装置的基础上，其特征在于，在上述上部分隔板的后端部与上述框体的内表面之间形成有 上述端部通气口。

技术方案4的发明在技术方案1至3中任一项所述的变压器的冷却装置的基础上，其特征在于，利用设置于上述上部分隔板及上述下部分隔板的开口部分别形成上述分隔板内通气口。

技术方案5的发明在技术方案1至4中任一项所述的变压器的冷却装置的基础上，其特征在于，上述绕组部包括以同心状卷绕在铁心上的一次绕组及二次绕组，使上述第二气流在分别形成于上述铁心与上述一次绕组之间以及上述一次绕组与上述二次绕组之间的间隙内通过。

技术方案6的发明在技术方案5所述的变压器的冷却装置的基础上，其特征在于，通过改变上述分隔板内通气口的面积来调节在上述间隙内通过的上述第二气流的量。

技术方案7的发明在技术方案1至6中任一项所述的变压器的冷却装置的基础上，其特征在于，通过改变上述端部通气口的面积来调节通过上述端部通气口的上述第一气流的量。

技术方案8的发明在技术方案1至7中任一项所述的变压器的冷却装置的基础上，其特征在于，在上述下部分隔板上形成有供上述第二气流通过的旁通通气口。

在本发明中，在框体内部的上下配置上部分隔板及下部分隔板，在这些分隔板形成分隔板内通气口以及端部通气口，并且分别使第一气流及第二气流在变压器的周围及变压器的内部通过。

由此，能在利用上部分隔板及下部分隔板划分形成的空间内从内外将变压器均等地冷却，实现框体内温度的均匀化、小型化、低成本化以及组装作业等的容易化。

附图说明

图1是表示应用了本发明的实施方式的变压器盘的内部结构等的图。

图2是本发明的实施方式中的第一气流及第二气流的说明图。

图3是本发明的实施方式中的绕组部的横剖视图及纵剖视图。

图4是本发明的另一实施方式中的绕组部的纵剖视图。

图5是从图1的(a)、(b)中的上部分隔板方向观察到的主要部分的俯视图。

图6是在本发明的实施方式中的下部分隔板形成有旁通通气口的情况下的主要部分的仰视图。

图7是从本发明的另一实施方式中的上部分隔板方向观察到的主要部分的俯视图。

图8是从本发明的另一实施方式中的上部分隔板方向观察到的主要部分的俯视图。

图9是表示第一现有技术的主视图。

图10是图9的X–X剖视图。

图11是表示专利文献1所述的第二现有技术的结构图。

图12是表示专利文献1所述的第三现有技术的结构图。

(符号说明)

1…框体

2…变压器

3R、3S、3T…绕组部

4…上部分隔板

4a…分隔板内通气口

4b…开口部

4c…端部通气口

5…下部分隔板

5a…分隔板内通气口

5b…开口部

5c、5d…旁通通气口

6、7…轭铁

8…一次绕组

9…二次绕组

10…铁心

11、13…间隙

12、14…绝缘筒

15、16…风量调节板

21…排气风扇

22…第一进气口(主进气口)

23…第二进气口(副进气口)

24…第三进气口(副进气口)

S1…第一气流

S2…第二气流

S…气流

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的实施方式。

首先，图1是用于说明在框体内部配置有三相的变压器的变压器盘的图，图1(a)是表示框体内部的结构的主视图，图1(b)是图1(a)的A–A剖视图，图1(c)是从后述的上部分隔板4的上方观察到的俯视图，图1(d)是后述的第一气流的说明图。

在图1(a)、图1(b)中，在框体1的内部并列设置有构成变压器2的各相的绕组部3R、3S、3T，在绕组部3R、3S、3T的轴向两端部分别配置有上部分隔板4及下部分隔板5。另外，符号6、7是轭铁，符号8是卷绕在铁心10(参照图1(d))的外侧的一次绕组，符号9是卷绕在一次绕组8的外侧的二次绕组。

在框体1的上部配置有排气风扇21。另外，如图1(b)所示，在框体1的前表面上配置有作为主进气口的第一进气口22，在框体1的下端部附近，在前表面上配置有作为副进气口的第二进气口23，在背面配置有作为副进气口的第三进气口24。

虽未图示，但也可以进一步在图1(a)中的框体1的下端部附近的左右 配置作为副进气口的第四进气口以及第五进气口(即，在框体1的下端部附近的四方配置副进气口)。

如图1(b)、图1(c)所示，在上部分隔板4及下部分隔板5的内部分别形成有大致为圆形的开口部4b、5b，以与绕组部3R、3S、3T的铁心10之间形成分隔板内通气口4a、5a。另外，在上部分隔板4的后端部与框体1的内表面之间形成有供从绕组部3R、3S、3T的周围向排气风扇21的方向去的第一气流(用空心箭头表示)S1通过的端部通气口4c。

图1(d)表示绕组部的截面结构。另外，所有的绕组部3R、3S、3T共用该截面结构。

在图1(d)中，在铁心10与一次绕组8之间的间隙11内配置有绝缘筒12，在一次绕组8与二次绕组9之间的间隙13内配置有绝缘筒14。如图所示，从图1(b)的第一进气口22流入的冷却风成为第一气流S1，主要蔓延到二次绕组9的外周面上，经由上述端部通气口4c向排气风扇21方向流动。

另一方面，从图1(b)的第二进气口23及第三进气口24流入的冷却风成为第二气流S2，从分隔板内通气口5a主要通过绕组部内的间隙11、13而经由分隔板内通气口4a向排气风扇21方向流动。

在此，图2是用于说明第一气流S1及第二气流S2的作用的概念图。虽然难以将第一气流S1及第二气流S2明确地分离开，但由于第一气流S1沿二次绕组9的外周面、一次绕组8的外周面以及二次绕组9彼此的间隙等流动，因此主要起到从外侧将各绕组8、9冷却的作用。相对于此，第二气流S2的大部分通过上述间隙11、13，因此第二气流S2主要起到将铁心10的外周面、一次绕组8的内外周面以及二次绕组9的内周面等高效地冷却的作用。

上述第一气流S1及第二气流S2在图1(b)的排气风扇21的前方合流，作为气流S被排出到外部。

图3(a)是绕组部的横剖视图，图3(b)是纵剖视图。

通过对上述的上部分隔板4的开口部4b及下部分隔板5的开口部5b 的直径进行调节，能够调节供第二气流S2通过的间隙11、13的截面积。图3(b)是使开口部4b、5b的直径与绝缘筒14的内径相等的例子。采用此例，当去除被轭铁6、7遮住的部分时，间隙11的全部及间隙13的一部分成为第二气流S2的流路，主要能将铁心10及一次绕组8冷却。

另外，图4(a)是使开口部4b、5b的直径与二次绕组9的内径相等的例子。采用此例，当去除被轭铁6、7遮住的部分时，间隙11、13的全部成为第二气流S2的流路，主要能将铁心10、一次绕组8以及二次绕组9的内周面冷却。

图4(b)是使开口部4b、5b的直径与一次绕组8的内径相等的例子。在这种情况下，当去除被轭铁6、7遮住的部分时，间隙11的全部成为第二气流S2的流路，相反，间隙13不会成为气流S2的流路。采用此例，主要能将铁心10及一次绕组8的内周面冷却。

图4(c)是使开口部4b、5b的直径与绝缘筒12的内径相等的例子。在这种情况下，当去除被轭铁6、7遮住的部分时，间隙11的一部分成为第二气流S2的流路，相反，间隙13不会成为气流S2的流路。采用此例，主要对铁心10的冷却有效。

接着，图5是从图1(a)、图1(b)中的上部分隔板方向观察到的主要部分的俯视图。如上所述，在上部分隔板4的后端部与框体1的内表面之间形成有成为第二气流S2的通路的端部通气口4c。另外，虽未图示，但在下部分隔板5未形成相当于端部通气口4c的空间。在图5中，沿绕组部3R、3S、3T的并列方向连续地形成端部通气口4c，但也可以如后述的旁通通气口5c那样，以与绕组部3R、3S、3T分别对应的方式单独形成端部通气口4c。

另外，图6(a)、图6(b)是在图1(a)、图1(b)中的下部分隔板5上形成有旁通通气口的情况下的主要部分的仰视图。

采用图1(a)、图1(b)所示的结构时，由从第二进气口23及第三进气口24流入的冷却风形成的第二气流S2容易通过绕组部3R、3S、3T的间隙11、13，因此从内侧将绕组部3R、3S、3T冷却的效果大。但是，在想要利 用第二气流S2对二次绕组9进一步集中冷却的情况下，如以下说明的那样，在下部分隔板5上形成旁通通气口是有效的。

即，如图6(a)所示，以与绕组部3R、3S、3T分别对应的方式形成旁通通气口5c，从底面观察，各旁通通气口5c处于与二次绕组9的一部分重叠的位置关系。由此，通过了旁通通气口5c的冷却风与二次绕组9直接接触，能够促进对二次绕组9的冷却。

图6(b)是使图6(a)的三个旁通通气口5c连续起来而形成为一个旁通通气口5d的例子。根据图6(b)，比图6(a)容易进行旁通通气口的加工。

接着，图7及图8是从本发明的另一实施方式中的上部分隔板方向观察到的主要部分的俯视图。在上述的图中，对形成在上部分隔板4与框体1的内表面之间的端部通气口4c标注了阴影。

当改变端部通气口4c的面积时，能够调节第二气流S2的风量及风速，由此能主要调节绕组部3R、3S、3T的背面侧的冷却能力。图7及图8表示用于调节该端部通气口4c的面积的结构。

即，作为端部通气口4c的面积的调节方法，如图7所示，有能使风量调节板15沿框体1的前后方向滑动而固定在期望的位置的方法，或者如图8所示，能使一对风量调节板16沿框体1的左右方向滑动而固定在期望的位置的方法。

无论采用哪种方法，为了不使第二气流S2发生不均，较为理想的都是，使风量调节板15、16滑动后形成的端部通气口4c的平面形状以中央的绕组部3S为中心线对称。

如上所述，本发明的冷却装置利用上部分隔板4及下部分隔板5将收纳在框体1内的变压器2的上下划分，并且在框体1的内部产生从框体1的前表面下方流入而通过绕组部3R、3S、3T的周围，并经由上部分隔板4的后端部的端部通气口4c向排气风扇21方向流动的第一气流S1，以及从框体1的下方流入，沿轴向通过分隔板内通气口5a、4a及绕组部3R、3S、3T的内部而向排气风扇21方向流动的第二气流S2，利用上述第一气流S1、第二气流S2的协同效果将变压器2冷却。

因此，能将一次绕组8及二次绕组9的外周面、各绕组8、9的间隙以及铁心10的外周面等没有遗漏地冷却，实现框体内部温度的均匀化。因此，在内部温度不均匀的情况下，不再需要根据高温部设计冷却能力及冷却设备，不用担心导致由苛刻技术要求的冷却设备引发的成本的增高。

另外，能够利用上部分隔板4及下部分隔板5防止冷却风的扩散，因此能够不浪费地利用冷却风而高效率地冷却变压器2。

此外，能够利用第二气流S2从下方对二次绕组9进行集中冷却，因此不必像现有技术那样配置许多个附属风扇，能够帮助实现低成本化以及变压器盘的小型化，并且能使组装作业以及维护作业容易进行。

而且，如图4至图8所示，通过对绕组部的供第二气流S2通过的流路的截面积(分隔板内通气口4a、5a的内径)、形成在上部分隔板4的后端部的端部通气口4c的面积、以及形成在下部分隔板5的旁通通气口5c、5d的面积等进行适当的调节，能够依据框体1的形状、容积、绕组部的数量(相数)以及排气风扇21的冷却能力等，实现最佳且高效的冷却装置。

工业上的可利用性

本发明不仅能利用在变压器盘中，也能利用在将变压器盘、半导体电力单元及其控制装置等形成为一体而得到的电力转换装置中。