CN105378865A - 空气冷却式电抗器 - Google Patents

Abstract

空气冷却式电抗器包括：风洞(9)，该风洞(9)与成对的线圈(2)保持绝缘距离，并从铁心(3)的磁轭部(3b)包围成对的线圈(2)的至少一部分，将冷却风向成对的线圈(2)的流动引导至脚部(3c)的延伸方向；支承结构构件(4)，该支承结构构件(4)固定于磁轭部(3b)，在风洞(9)内对铁心(3)及成对的线圈(2)进行支承；及挡风板(8)，该挡风板(8)遮挡成对的线圈(2)与风洞(9)之间的间隙的一部分，在支承结构构件(4)上，与线圈(2)的内部间隙(Fc2、Fc3)对应地形成有用于使冷却风通过的通风口(4h)。

Description

空气冷却式电抗器

技术领域

本发明涉及空气冷却式电抗器，特别涉及在臭氧产生装置等中使用的容量较大的高电压空气冷却式电抗器。

背景技术

电抗器为利用了电感器的无源元件，例如，在大容量的用途中，为了抑制发热导致温度上升，使用通过冷却风对线圈进行冷却的空气冷却式电抗器。另一方面，在使用了冷却风之类的制冷剂的冷却过程中，为了提高冷却效率，大多采用如下结构：设置遮蔽物、隔板等，在不增大流量的情况下提高流速(例如，参照专利文献1至3)。

而且，对半导体装置中使用的电抗器公开有如下冷却结构：沿线圈部外周设置筒状的通风引导件，并在通风引导件与壳体内壁之间设置挡风板，确保在线圈部外周的冷却风的流速(例如，参照专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平8-325002号公报(第0011～0013段、图1)

专利文献2：日本专利特开2002-255513号公报(第0032～0034段、图1～图5)

专利文献3：日本专利特开2006-187062号公报(第017～0024段、图1～图3)

专利文献4：日本专利特开平04-216605号公报(第0009～0013段、图1、图2)

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在上述电抗器中，从设置于壳体侧面的进风口提供冷却风，因此，在线圈的周向产生流动的偏斜，冷却不充分，难以充分发挥性能。此外，即使在底面设置进风口，例如若要应用于臭氧产生装置那样大容量的电抗器，则为了支承其重量而与铁心连接的支承结构构件成为障碍，遮挡了冷却风向中央部的流动。因此，即使利用专利文献4所示那样的挡风板等来改善周向的偏斜，也会在径向上产生偏斜，特别是难以冷却内侧部分。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，可获得一种缓和在线圈的径向的冷却风的偏斜，能高效地进行冷却的空气冷却式电抗器。

解决技术问题的技术方案

本发明的空气冷却式电抗器的特征在于，包括：铁心，该铁心具有隔开间隔相对的脚部和将所述相对的脚部的两端分别连接的磁轭部；成对的线圈，该成对的线圈配置成分别包围所述相对的脚部；风洞，该风洞与所述成对的线圈保持绝缘距离，并从所述磁轭部中的一方包围所述成对的线圈的至少一部分，将冷却风向所述成对的线圈的流动引导至所述脚部的延伸方向；支承结构构件，该支承结构构件固定于磁轭部的所述一方，在所述风筒的内侧对所述铁心及所述成对的线圈进行支承；及挡风板，该挡风板遮挡所述成对的线圈与所述风洞之间的间隙的一部分，在所述成对的线圈与所述脚部之间、或该线圈的内部分别形成有沿所述脚部的延伸方向延伸的内部间隙，在所述支承结构构件上，与所述内部间隙对应地形成有用于使所述冷却风通过的通风口。

发明效果

根据本发明的空气冷却式电抗器，在对铁心及线圈进行支承的支承结构构件设置通风口，因此，可获得在线圈的内部也有冷却风流过，缓和在线圈的径向的冷却风的偏斜，能高效地进行冷却的空气冷却式电抗器。

附图说明

图1是将本发明实施方式1的空气冷却式电抗器的风洞的内侧部分的一部分切除后的主视图。

图2是本发明实施方式1的空气冷却式电抗器的风洞的内侧部分的侧视图。

图3是从上方观察到的本发明实施方式1的空气冷却式电抗器的风洞的内侧部分的剖视图。

图4是本发明实施方式1的空气冷却式电抗器的局部仰视图。

图5是本发明实施方式1的空气冷却式电抗器的俯视图。

图6是本发明实施方式2的空气冷却式电抗器的俯视图。

图7是从正面观察到的本发明实施方式2的空气冷却式电抗器的剖视图。

图8是本发明实施方式3的空气冷却式电抗器的俯视图。

图9是从正面观察到的本发明实施方式3的空气冷却式电抗器的剖视图。

图10是本发明实施方式4的空气冷却式电抗器的俯视图。

图11是从正面观察到的本发明实施方式4的空气冷却式电抗器的剖视图。

具体实施方式

实施方式1

下面，说明本发明实施方式1的空气冷却式电抗器的结构。图1～图5用于说明本发明实施方式1的空气冷却式电抗器，图1是将空气冷却式电抗器的风洞的内侧部分的右侧线圈的一部分切除后的主视图，图2是空气冷却式电抗器的风洞的内侧部分的侧视图，图3是图1的A-A线的切断面，是从上方观察空气冷却式电抗器的风洞的内侧部分时的剖视图。此外，图4是空气冷却式电抗器中电抗器部和支承结构构件部分的仰视图，图5是空气冷却式电抗器的俯视图。

电抗器配置有成对的线圈，以分别包围环状铁心的相对的脚部。而且，例如，像臭氧产生装置那样需要数kV的高电压、数十A的容量的电抗器中，仅作为主要构件的铁心和线圈部分(电抗器部)就有数十kg的重量，为了去除所产生的热量，需要空气冷却结构。

在本实施方式1的空气冷却式电抗器100中，如图1～图5所示，铁心3利用分别相对并沿垂直方向延伸的脚部3c、及将2个脚部3c各自的上方和下方连接的磁轭部3t(顶侧)和磁轭部3b(底侧)构成环状。成对的线圈2配置成分别包围铁心3的脚部3c，且分成多层2x、2i以在内部形成空隙。与一般的空气冷却式电抗器同样，为了确保绝缘并进行冷却，在线圈2与铁心3之间、线圈2的层2i、2x之间配置有多个间隔件6，确保在垂直方向(z方向)上连通的空隙(流路Fc2、Fc3)。为了在垂直方向上引导冷却风，如图1和图5所示，以包围电抗器部1(铁心3和两线圈2)的方式设置有风洞9，在电抗器部1与风洞9之间也形成在垂直方向上连通的流路Fc1。将未图示的风扇设置在上部，构成为使得冷却风朝上方流过各流路Fc1～Fc3。

此外，电抗器部1的自重较大，因此，如图1、图2所示，包括与维持在接地电压的铁心3的磁轭部3b相接合而使电抗器部1自行立起的支承结构构件4、及配置在线圈2与支承结构构件4之间而对线圈2的自重进行支承的线圈支承构件5。另外，支承结构构件4经由未图示的支架固定于配置在风洞9外侧的未图示的壳体(实施方式2之后进行说明)。

另外，线圈2的内部的空隙(流路)可根据线圈数适当增减，但为了便于说明，在图中示出内层2i和外层2x的线圈层数为2层的情况。另外，从各线圈2导出用于电连接的端子，并汇集于连接器7。

本发明实施方式1的空气冷却式电抗器100的最大特征在于：包括包围电抗器部1的四周的风筒9和用于缩小电抗器部1的外表面的Fc1的间隙的挡风板8，并且在支承结构构件4设置有通风口4h以确保向线圈2内的流路Fc2、Fc3的通风。

在臭氧产生装置用那样高电压规格的电抗器中，为了确保绝缘距离(空间距离)，需要将风洞9与电抗器部1(严格而言为线圈2的外周)之间的间隔保持在规定以上。因此，若没有挡风板8，则线圈2外周侧的流路Fc1的流路阻力与线圈2内的流路Fc2、Fc3的流路阻力相比压倒性地低，大部分冷却风都流向线圈2外周侧的流路Fc1一侧。另外，若以绝缘体形成风洞9，则也能缩小间隔，但在制作上较为困难，若考虑成本等，则利用作为导体的金属来制作较为现实。因此，通过利用绝缘体设置可构成为边框那样的简单形状的挡风板8，可提高流路Fc1的流路阻力，优化各流路Fc1～Fc3的流路阻力分配。

另一方面，如上所述，在臭氧产生装置用那样重量较大的电抗器中，需要用于对电抗器部1进行支承的支承结构构件4。因此，即使像以往那样仅在线圈2的周围设置通风引导件、挡风板，相对地降低流路Fc2、Fc3相对于流路Fc1的流路阻力，而由于受到铁心3的下部和支承结构构件4的遮挡，难以将冷却风传送到形成于线圈内侧的流路Fc2、Fc3。即，即使仅设置通风引导件、挡风板，也仅有线圈2的外侧被冷却，而无法高效地冷却线圈2的内侧(铁心3侧)。因此，为了提高从电抗器表面进行散热的散热效率，需要增大电抗器，增大电抗器表面积。或者，需要利用挡风板使Fc1的阻力增加到Fc2或Fc3的水平，并且增大送风机的容量(风量、风压)以补偿阻力增加量，确保必要的冷却风。

但是，在本实施方式1的空气冷却式电抗器100中，在支承结构构件4的水平面(xy面)部分，特别是在与线圈2的内部的流路Fc2、Fc3对应的位置形成有贯穿垂直方向(z方向)的通风口4h。由此，对于流通阻力过高、仅靠提高外侧的流路Fc1的阻力无法获得足够的流量的流路Fc2、Fc3，可经由贯穿通风口4h的路径FcH使必要的冷却风流通。

因此，可在无需提高送风机的容量的情况下，使线圈2内部的流路Fc2、Fc3中也有必要的冷却风流通，因此，可从内侧也冷却线圈2，可高效地进行冷却。其结果，无需增大电抗器部1的外表面积，可实现电抗器部1的小型化。

另外，如上所述，为了确保绝缘距离，对于挡风板8，需要使用酚醛树脂等绝缘材料，必须是兼具强度、耐久性、耐热性的材质。另一方面，通过设置挡风板8，风洞9能与电抗器部1隔开足够的绝缘距离来配置，因此，可以具有导电性，可用铁板、耐腐蚀性熔融锌-铝-镁合金镀覆钢板、SUS板等容易加工的金属材料来构成。

另外，风洞9用于将冷却风的流路限定为电抗器1内部的空隙(流路Fc2、Fc3)、及电抗器部1的外表面侧的流路Fc1，需要配置在与电抗器部1的外周隔开10～100mm左右的位置。若与外周隔开过多，则即使利用挡风板8将Fc1的间隙形成得靠近电抗器部1，大部分冷却风也沿风洞9的壁面流过，提高流速的效果减弱。

此外，挡风板8构成为覆盖风洞9的上部开口面积的10％～60％，配置在相当于电抗器部1的线圈2的高度的10％～120％的位置。若过度利用挡风板8覆盖风洞9的上部开口面积，则压力损耗变大，风量变得不足。此外，若挡风板8与线圈2的上表面隔开较多，则热量集中在风洞9内，电抗器部1的外表面的流路Fc1的流体阻力减小，电抗器部1内侧(线圈2内)的流路Fc2、Fc3的流体阻力相对增加，因此，挡风板8失去意义。

风洞9内的电抗器部1的台数可以为2台以上的多台，在2台以上的情况下，通过将各电抗器部1的配置间隔在左右方向上配置为5～50mm左右之间，从而可获得与利用风洞9隔开风路相同的效果。

如上所述，根据本实施方式1的空气冷却式电抗器100，构成为包括：(呈环状的)铁心3，该铁心3具有隔开间隔相对的脚部3c和将相对的脚部3c的两端分别连接的磁轭部3t、3b；成对的线圈2，该成对的线圈2配置成分别包围相对的脚部3c；风洞9，该风洞9与成对的线圈2保持绝缘距离，并从磁轭部中的一方3b包围成对的线圈2的至少一部分，将冷却风向成对的线圈2的流动引导至脚部3c的延伸方向；支承结构构件4，该支承结构构件4固定于一方的磁轭部3b，在风筒9的内侧对铁心3及线圈2进行支承；及挡风板8，该挡风板8(配置成从风洞9向成对的线圈2突出)遮挡成对的线圈2与风洞9之间的间隙(流路Fc1)的一部分，在成对的线圈2与脚部3c之间、或该线圈2的内部分别形成有沿脚部3c的延伸方向延伸的内部间隙(流路Fc2、Fc3)，在支承结构构件4上，与内部间隙(流路Fc2、Fc3)对应地形成有用于使冷却风通过的通风口4h，因此，可获得缓和在线圈2的径向的冷却风的偏斜，能高效地进行冷却的空气冷却式电抗器100。

特别是，挡风板8配置成遮挡成对的线圈2与风洞9之间的间隙(流路Fc1)的10％～60％的一部分，因此，可优化向线圈外侧的流路Fc1的流速及内部流路Fc2、Fc3的流量比。

此外，挡风板8构成为在脚部3c的延伸方向上配置在从成对的线圈2的磁轭部3b一侧的端部侧朝向磁轭部3t一侧，相当于该线圈2的长度(高度)的10％～120％的位置，因此，可有效优化向线圈外侧的流路Fc1的流速。

此外，由于设置成使得磁轭部3b在脚部3c的下侧，脚部3c的延伸方向变成垂直方向，因此，冷却风顺利地从下侧向上流动。

本实施方式所示的空气冷却式电抗器100的规格假定用于在包含氧的气体中使其放电产生臭氧的臭氧产生装置的电源。作为具体的规格，假定设定成电路电压为600V以上，额定电流为5～100A，驱动频率在500～5kHz的范围内。在此情况下，对应于容量，重量也重达数十kg，对应于驱动频率，损耗(发热)也变大，因此，可进一步发挥上述效果。另外，臭氧产生装置仅仅是优选的适用例之一，并不限于此。

实施方式2

在上述实施方式1中，设置有电抗器部专用的风洞，但本实施方式2中，着眼于从绝缘距离的关系来看可用金属形成风洞这一情况，将收纳电抗器部的壳体本身用于风洞。图6～图7用于说明本发明实施方式2的空气冷却式电抗器，图6是空气冷却式电抗器的俯视图，图7是图6的B-B线的剖视图，是从正面观察空气冷却式电抗器时的剖视图。另外，对于与实施方式1中说明的构件相同的构件，赋予相同的标记，省略详细说明。

如图5及图6所示，本实施方式2的空气冷却式电抗器100中，在该空气冷却式电抗器100的壳体10的正面、背面、两侧面部分形成有风洞。壳体10收纳整体，以使得该空气冷却式电抗器100自行立起。因此，以机械强度比实施方式1中说明的风洞9所需的构件要高的构件构成，经由固定于侧面的支架11，对支承结构构件4(电抗器部1的重量)进行支承。

本实施方式2中，也与实施方式1同样，成为风洞的壳体10的内表面配置在与电抗器部1的外周隔开10～100mm左右的位置。此外，挡风板8构成为覆盖上部开口面积的10～60％，配置在相当于电抗器部1的线圈2的高度的10～120％的位置。即，本实施方式2中，可省略电抗器部1专用的风洞9。

如上所述，根据本实施方式2的空气冷却式电抗器100，风洞的至少一部分(本实施方式中为四周全部)由收纳该空气冷却式电抗器100的壳体10的内表面来形成，因此，可省略电抗器部1专用的风洞9。

实施方式3

在上述实施方式2中，用壳体的内表面来代替包围电抗器部的风洞整体(四面)，但本实施方式3中，用壳体的内表面(侧面)来代替侧面(两面)。图8～图9用于说明本发明实施方式3的空气冷却式电抗器，图8是空气冷却式电抗器的俯视图，图9是图8的C-C线的剖视图，是从正面观察空气冷却式电抗器时的剖视图。另外，对于与实施方式1或2中说明的构件相同的构件，赋予相同的标记，省略详细说明。

如图8及图9所示，本实施方式3的空气冷却式电抗器100中，在电抗器部1的正面及背面侧设置专用的风洞材料19来构成风洞。由此，本实施方式3中，可省略电抗器部专用的风洞9的一部分。

本实施方式3中，也与实施方式1或2同样，成为风洞的壳体10的侧面(内表面)及风洞材料19配置在与电抗器部1的外周隔开10～100mm左右的位置。此外，挡风板8构成为覆盖上部开口面积的10％～60％，配置在相当于电抗器部1的线圈2的高度的10％～120％的位置。

如上所述，根据本实施方式3的空气冷却式电抗器100，风洞的至少一部分(本实施方式中为侧面)由收纳该空气冷却式电抗器100的壳体10的内表面来形成，因此，可省略电抗器部1专用的风洞9的一部分。

实施方式4

在上述实施方式2中，用壳体的内表面来代替包围电抗器部的风洞整体(四面)，但本实施方式4中，用壳体的内表面来代替正面和背面(两面)。图10～图11用于说明本发明实施方式4的空气冷却式电抗器，图10是空气冷却式电抗器的俯视图，图11是图10的D-D线的剖视图，是从正面观察空气冷却式电抗器时的剖视图。另外，对于与实施方式1～3中说明的构件相同的构件，赋予相同的标记，省略详细说明。

如图10及图11所示，本实施方式4的空气冷却式电抗器100中，在电抗器部1的侧面侧设置专用的风洞材料19来构成风洞。由此，本实施方式4中，可省略电抗器部专用的风洞9的一部分。

本实施方式4中，也与实施方式1～3同样，成为风洞的壳体10的正面和背面(内表面)及风洞材料19配置在与电抗器部1的外周隔开10～100mm左右的位置。此外，挡风板8构成为覆盖上部开口面积的10％～60％，配置在相当于电抗器部1的线圈2的高度的10％～120％的位置。

如上所述，根据本实施方式4的空气冷却式电抗器100，风洞的至少一部分(本实施方式中为正面和背面)由收纳该空气冷却式电抗器100的壳体10的内表面来形成，因此，可省略电抗器部1专用的风洞9的一部分。

符号说明

1：电抗器部2：线圈2i：线圈的内层

2x：线圈的外层3：铁心3b：磁轭部(底侧)3c：脚部

3t：磁轭部(顶侧)4：支承结构构件4h：通风口

5：线圈支承构件6：间隔件8：挡风板9：风洞

10：壳体11：支架19：风洞材料100：空气冷却式电抗器

Fc1：电抗器部外侧流路

Fc2、Fc3：线圈内流路(内部间隙)FcH：通风口部的流路

Claims (5)

1.一种空气冷却式电抗器，其特征在于，包括：

铁心，该铁心具有隔开间隔相对的脚部和将所述相对的脚部的两端分别连接的磁轭部；

成对的线圈，该成对的线圈配置成分别包围所述相对的脚部；

风洞，该风洞与所述成对的线圈保持绝缘距离，并从所述磁轭部中的一方包围所述成对的线圈的至少一部分，将冷却风向所述成对的线圈的流动引导至所述脚部的延伸方向；

支承结构构件，该支承结构构件固定于所述一方的磁轭部，在所述风洞的内侧对所述铁心及所述成对的线圈进行支承；及

挡风板，该挡风板遮挡所述成对的线圈与所述风洞之间的间隙的一部分，

在所述成对的线圈与所述脚部之间、或该线圈的内部分别形成有沿所述脚部的延伸方向延伸的内部间隙，

在所述支承结构构件上，与所述内部间隙对应地形成有用于使所述冷却风通过的通风口。

2.如权利要求1所述的空气冷却式电抗器，其特征在于，

所述挡风板配置成遮挡所述成对的线圈与所述风洞之间的间隙的10％～60％的部分。

3.如权利要求1或2所述的空气冷却式电抗器，其特征在于，

所述挡风板在所述脚部的延伸方向上从所述成对的线圈的所述一方的磁轭部一侧的端部侧朝向另一方的磁轭部，配置在相当于该线圈的长度的10％～120％的位置。

4.如权利要求1至3中任一项所述的空气冷却式电抗器，其特征在于，

所述风洞的至少一部分由收纳该空气冷却式电抗器的壳体的内表面来形成。

5.如权利要求1至4中任一项所述的空气冷却式电抗器，其特征在于，

设定成电路电压为600V以上，额定电流为5～100A，驱动频率为500～5kHz。