JP2001006948A - 静止誘導電器の巻線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】巻線の短絡機械強度を損なうことなく低コスト
な静止誘導電器を提供するとともに、長期信頼性を向上
させる。 【解決手段】巻線の軸方向発生力の周方向分布に応じ
て、コイル間スぺーサ５の設置間隔を変化させる。内径
側巻線においては、鉄心窓外の位置Pout付近に比べて軸
方向発生力が小さい鉄心窓内の位置Pin付近で、スぺー
サ５の設置間隔を広くする。すなわち、鉄心窓内の位置
のスぺーサ設置間隔Δθin、鉄心の窓外でタンクに最も
近い位置付近のスぺーサ設置間隔Δθoutを、Δθin＞
Δθoutとなるようにコイル間スぺーサ５を配置する。
位置PinとPoutの間は発生力分布に応じて周方向の各位
置におけるスぺーサ５の受ける面圧が等しいかあるいは
所定の偏差内の値となるように間隔を決める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変圧器、リアクト
ル等の静止誘導電器の巻線を上下方向に支持する絶縁性
スぺーサの設置構造に属する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、静止誘導電器の巻線は、絶縁さ
れた被覆導体を鉄心脚の外周に配された絶縁筒の外周に
巻き回して構成されており、該巻線の被覆導体を上下方
向に支持するため絶縁性を有するスぺーサが巻線の周方
向に所定の間隔をもって配置される。また、該巻線の上
下端部は鉄心に取り付けられた締め付け金具により押圧
用スぺーサを介して巻線の軸方向に適当な圧縮力を加え
て支持されている。

【０００３】図２は従来の静止誘導電器の巻線構成を示
したもので、同図(a)は静止誘導電器の鉄心と巻線の配
置図、同図(b)はそのA-A’断面図である。同図におい
て、１は鉄心脚、２は継鉄、３は鉄心脚１の周囲に被覆
導体31を巻き回した内径側巻線、７は鉄心脚と巻線の間
に設置された絶縁筒、９は該絶縁筒に固定された軸方向
スぺーサ、５は被覆導体31を上下方向に支持するコイル
間スぺーサである。コイル間スぺーサ５は絶縁筒７に固
定された軸方向スぺ−サ９に取付けられ、被覆導体31を
上下方向に支持するとともに、適切な絶縁距離および冷
却媒体の流路を確保している。コイル間スぺ−サ５とし
ては複数のプレスボードを積層して使用されることが多
い。通常、コイル間スぺーサ５としては、同一寸法で同
一材質のものが使用され、同図(b)に示すように巻線の
周方向に等間隔で配置される。すなわち、周方向で隣り
合うコイル間スぺーサ５の間隔Δθは、巻線の周方向で
一定値となる。同図(b)は内径側巻線の場合であるが、
さらに外周に配置される外径側巻線についても同様に、
周方向で隣り合うコイル間スぺーサ５の間隔Δθは、巻
線の周方向で一定値となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】短絡事故等により静止
誘導電器の巻線に短絡電流が流れる際には、巻線の軸方
向すなわち巻線の上下端から中央部付近に向かって圧縮
する方向に過大な振動機械力が発生する。この時、軸方
向に発生する力の大きさに応じて図２に示したコイル間
スぺーサ５は軸方向に収縮する。ここで、巻線に鎖交す
る漏れ磁束は鉄心の継鉄、側脚やタンク等の影響で周方
向に一様な分布とならず、この漏れ磁束分布と密接な関
係のある軸方向の発生力は巻線の周方向位置によって差
を生じると考えられる。

【０００５】図３に軸方向発生力Fzの巻線周方向の分布
の計算例を示す。同図(a)は内径側巻線、(b)は外径側巻
線の場合である。同図は、鉄心の継鉄に被われる位置を
Pin（θ＝0°）、鉄心の窓の外で最もタンクとの距離が
近い位置をPout（θ＝90°）とし、PinからPoutの範囲
（全周の1/4）について軸方向発生力Fzを示したもの
で、いずれも位置Pinにおける軸方向発生力Fzの値で規
格化して表示した。同図(a)に示した内径側巻線では、
θの値が大きくなるにつれFzも大きくなる傾向にある。
一方、同図(b)に示した外径側巻線では、θの値が大き
くなるとFzの値は逆に減少する傾向となる。

【０００６】このように、軸方向発生力が巻線の周方向
位置によって差を生じる場合、上記した従来技術のよう
なコイル間スぺーサの設置方法では、スぺーサ一箇所当
りで受ける面圧が周方向で異なるため、コイル間スぺー
サの軸方向の歪み量が周方向位置で差を生じることにな
る。通常は信頼性確保の観点から、軸方向発生力の大き
い部位を基準にして巻線の強度設計が行われるため、上
記した従来技術によるスぺーサの設置方法では、巻線の
周方向位置によっては強度的に相当な裕度を生じている
可能性があり、強度面から考えて合理的な構造とは言い
難い。また、従来の設置方法ではコイル間スぺーサは周
方向の位置によって異なる荷重を受けるため、スぺーサ
材の経年的な劣化の度合いに差を生じると考えられる。
したがって、スぺーサの経年的な軸方向変形量が周方向
の位置によって異なるため、長期的な信頼性の点で問題
を生じる可能性がある。

【０００７】本発明は上記の問題を克服するためになさ
れたもので、その目的は、従来のスぺーサの設置方法を
見直すことにより、巻線の短絡機械強度を損なうことな
く低コストな静止誘導電器を提供するとともに、長期信
頼性をも向上させることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明ではコイル間スぺーサの軸方向の歪み量が巻
線の周方向位置によらず一定値、あるいは所定の偏差内
の値となるように次の手段を講じた。すなわち、(1)コ
イル間スぺーサの設置間隔、(2)一箇所のスぺーサの面
積、(3)スぺーサの弾性係数を、巻線の周方向位置で軸
方向発生力の大きさに応じて変化させるようにした。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。図１は本発明の実施形態である静止誘導電器の
巻線のスぺーサ配置を平面的に表した図で、同図(a)は
内径側巻線、同図(b)は内径側巻線のさらに外周に配置
される外径側巻線の場合である。同図において、１は鉄
心脚、２は継鉄、31および41は巻線を構成する被覆導
体、５および６はコイル間スぺーサ、７および８は鉄心
脚と巻線の間に設置された絶縁筒、９および10は該絶縁
筒に固定された軸方向スぺーサである。コイル間スぺー
サ５および６は、それぞれ絶縁筒７および８に固定され
た軸方向スぺ−サ９および10に取付けられ、適切な絶縁
距離および冷却媒体の流路を確保するため被覆導体31お
よび41を上下方向に支持する。

【００１０】本実施例は、図３に示した巻線の周方向位
置における軸方向発生力の分布に応じて、コイル間スぺ
ーサ５および６の周方向の設置間隔を変化させた場合の
例である。図１(a)の内径側巻線においては、鉄心窓外
の位置Pout付近に比べて軸方向発生力が小さい鉄心窓内
の位置Pin付近で、スぺーサ５の設置間隔を広くするよ
うに配置した。すなわち、(1)式の関係が成り立つよう
にスぺーサ５を配置した。

【００１１】

【数１】Δθin＞Δθout ------(1) ここで、Δθinは鉄心窓内の位置付近のスぺーサ設置間
隔「deg」、Δθoutは鉄心の窓外でタンクに最も近い位
置付近のスぺーサ設置間隔「deg」である。位置PinとPo
utの間の位置では、図３(a)に示した軸方向の発生力分
布に応じて、周方向の各位置におけるスぺーサ５の受け
る面圧が等しいかあるいは所定の偏差内の値となるよう
に間隔を決めるようにする。こうすることで、巻線の周
方向位置にかかわらずスぺーサ５の歪み量を一定値、あ
るいは所定の偏差内の値に保つことができる。一方、外
径側巻線においては、鉄心窓内の位置Pin付近に比べて
軸方向発生力が小さい鉄心窓外の位置Pout付近で、コイ
ル間スぺーサ６の設置間隔を広くするように配置したし
た。すなわち、(2)式の関係が成り立つようにスぺーサ
６を配置した。

【００１２】

【数２】Δθin＜Δθout ------(2) 位置PinとPoutの間の位置では、図３(b)に示した発生力
分布に応じて、周方向の各位置におけるスぺーサ６の受
ける面圧が等しいかあるいは所定の偏差内の値となるよ
うに間隔を決めるようにする。こうすることで、内径側
巻線の場合と同様に周方向位置にかかわらずスぺーサ６
の歪み量を一定値、あるいは所定の偏差内の値に保つこ
とができる。コイル間スぺーサ５、６を構成する複数の
絶縁物としては、プレスボード等の絶縁材料を使用す
る。

【００１３】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図４は本発明の他の実施形態である静止誘導電器の
巻線のスぺーサ配置を平面的に表した図で、同図(a)は
内径側巻線、同図(b)外径側巻線の例である。同図にお
いて、図１と同一部分には同一符号を付してある。

【００１４】本実施例は、図３に示した巻線の周方向位
置における軸方向発生力の分布に応じて、コイル間スぺ
ーサ５および６の面積を周方向位置によって変化させた
場合の例である。図４(a)の内径側巻線においては、鉄
心窓外の位置Pout付近に比べて軸方向発生力が小さい鉄
心窓内の位置Pin付近で、スぺーサ５の面積Ｓを小さく
するようにした。すなわち、(3)式の関係が成り立つよ
うにスぺーサ５の面積を変えた。

【００１５】

【数３】Sin＜Sout ------(3) ここで、Sinは鉄心窓内の位置のスぺーサの面積、Sout
は鉄心の窓外でタンクに最も近い位置のスぺーサの面積
である。位置PinとPoutの間の位置では図３(a)に示した
発生力分布に応じて周方向の各位置におけるスぺーサ５
の受ける面圧が等しいかあるいは所定の偏差内の値とな
るように面積を決めるようにする。こうすることで、巻
線の周方向位置にかかわらずスぺーサ５の歪み量を一定
値、あるいは所定の偏差内の値に保つことができる。一
方、外径側巻線においても同様に、鉄心窓内の位置Pin
付近に比べ、軸方向発生力の小さい鉄心窓外の位置Pout
付近ではスぺーサ６の面積を小さくするようにした。す
なわち、(4)式の関係が成り立つようにスぺーサ６の面
積を変えた。

【００１６】

【数４】Sin＞Sout ------(4) 位置PinとPoutの間は図３(b)に示した発生力分布に応じ
て各位置のスぺーサの受ける面圧が等しいかあるいは所
定の偏差内の値となるように面積を決めるようにする。
こうすることで、巻線の周方向位置にかかわらずスぺー
サ６の歪み量を一定値、あるいは所定の偏差内の値に保
つことができる。

【００１７】なお、スぺーサの面積Ｓを図３の発生力分
布のように周方向の位置毎に変えても良いが、実用的に
はコイル間スぺーサ５および６を周方向位置である程度
グループ化して、そのグループ単位で面積を変えるよう
にしても良い。

【００１８】次に、本発明のさらに他の実施例について
説明する。図５は本発明の実施形態である静止誘導電器
の巻線のスぺーサ配置とその弾性係数の特性を表した図
で、内径側巻線の場合について示してある。ここでは、
同図(a)に示すようにスぺーサの設置間隔および面積を
周方向位置で変化させない場合を考える。同図におい
て、図１と同一部分には同一符号を付してある。

【００１９】本実施例は、図３に示した巻線の軸方向発
生力の周方向の分布に応じて、コイル間スぺーサ５の弾
性係数を周方向位置によって変化させた場合の例であ
る。図５(b)のように内径側巻線においては、鉄心窓外
の位置Pout付近に比べて軸方向発生力が小さい鉄心窓内
の位置Pin付近で、コイル間スぺーサ５の弾性係数Ｅを
小さくするようにした。すなわち、(5)式の関係が成り
立つようにスぺーサ５の面積を変えた。

【００２０】

【数５】Ein＜Eout ------(5) ここで、Einは鉄心窓内の位置Pinにおけるスぺーサの弾
性係数、Eoutは鉄心の窓外でタンクに最も近い位置Pout
におけるスぺーサの弾性係数である。PinとPoutの間の
位置では、図３(a)に示した発生力分布に応じて周方向
の各位置におけるスぺーサ５の軸方向の歪み量が等しい
かあるいは所定の偏差内の値となるように図５(b)のよ
うに弾性係数Ｅを決めるようにする。また、特に図示し
ていないが、外径側巻線においても同様に図３(b)に示
した発生力分布に応じて周方向の各位置におけるスぺー
サの歪み量が等しいかあるいは所定の偏差内の値となる
ように弾性係数Ｅを決めるようにする。なお、周方向の
位置毎に弾性係数を変えるのではなく、コイル間スぺー
サ５を周方向位置である程度グループ化し、そのグルー
プ単位毎に図５(c)のように弾性係数を変えるようにし
ても良い。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、巻線の周方向で軸方向
発生力の小さい部位において、スぺーサの設置間隔を広
げることによる枚数削減、面積縮小による材料数削減、
弾性係数の低下に伴う低密度材の適用等を実現すること
ができるため、材料費・作業工数の低減による静止誘導
電器の低コスト化を図れる効果がある。

【００２２】また、本発明のようにコイル間スぺーサを
設置する間隔、スぺーサの面積あるいは弾性係数を、巻
線の周方向位置でコイル間スぺーサの軸方向の歪み量が
一定値、あるいは所定の偏差内の値となるようにすれ
ば、スぺーサ材の経年的な軸方向変形量が周方向の位置
によらず一定となるため、長期信頼性を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である静止誘導電器の巻線の
スぺーサ配置図である。

【図２】従来の静止誘導電器の巻線におけるスぺーサ配
置図である。

【図３】巻線の周方向位置における軸方向発生力の分布
(計算値)図である。

【図４】本発明の他の実施例である静止誘導電器の巻線
のスぺーサ配置図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例である静止誘導電器
の巻線のスぺーサの弾性係数特性図である。

【符号の説明】 １…鉄心脚、２…継鉄、３…巻線、31、41…被覆導体、
５、６…コイル間スぺーサ、７、８…絶縁筒、９、10…
軸方向スぺーサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柏倉 勝 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 木内 正 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内 Ｆターム(参考） 5E043 AA02 FA01 FA05 FA06

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄心脚の外周に配置された絶縁筒と、外
   絶縁筒の外周に周方向に所定間隔をもって配置された軸
   方向スぺーサと、該軸方向スぺーサを介して前記絶縁筒
   に被覆導体を巻き回して成る巻線と、該巻線の周方向に
   所定の間隔をもって配置されたコイル間スぺーサとを備
   えた静止誘導電器の巻線において、 前記コイル間スぺーサを前記巻線の周方向の位置によっ
   て間隔を変えて配置したことを特徴とする静止誘導電器
   の巻線。
2. 【請求項２】 鉄心脚の外周に配置された絶縁筒と、外
   絶縁筒の外周に周方向に所定間隔をもって配置された軸
   方向スぺーサと、該軸方向スぺーサを介して前記絶縁筒
   に被覆導体を巻き回して成る巻線と、該巻線の周方向に
   所定の間隔をもって配置されたコイル間スぺーサとを備
   えた静止誘導電器の巻線において、 前記コイル間スぺーサの面積を前記巻線の周方向の位置
   によって変えたことを特徴とする静止誘導電器の巻線。
3. 【請求項３】 鉄心脚の外周に配置された絶縁筒と、外
   絶縁筒の外周に周方向に所定間隔をもって配置された軸
   方向スぺーサと、該軸方向スぺーサを介して前記絶縁筒
   に被覆導体を巻き回して成る巻線と、該巻線の周方向に
   所定の間隔をもって配置されたコイル間スぺーサとを備
   えた静止誘導電器の巻線において、 前記コイル間スぺーサの弾性係数を前記巻線の周方向の
   位置によって変えたことを特徴とする静止誘導電器の巻
   線。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項記載の静止
   誘導電器の巻線において、 前記コイル間スぺーサの軸方向の歪み量が、前記巻線の
   周方向の位置にかかわらず一定値、あるいは所定の偏差
   内の値となるように、該コイル間スぺーサの設置間隔・
   面積・弾性係数のうち少なくとも一つを、周方向の位置
   によって変えたことを特徴とする静止誘導電器の巻線。
5. 【請求項５】 請求項１または２記載の静止誘導電器の
   巻線において、 前記コイル間スぺーサの受ける軸方向の圧力が、前記巻
   線の周方向の位置にかかわらず一定値、あるいは所定の
   偏差内の値となるように、該コイル間スぺーサの設置間
   隔・面積の少なくとも一方を、周方向の位置によって変
   えたことを特徴とする静止誘導電器の巻線。
6. 【請求項６】 請求項１〜３のいずれか１項記載の静止
   誘導電器の巻線において、 前記巻線で発生する軸方向力の大きさの周方向分布に応
   じて、前記コイル間スぺーサの周方向の設置間隔・面積
   ・弾性係数のうち少なくとも一つを、周方向の位置によ
   って変えたことを特徴とする静止誘導電器の巻線。
7. 【請求項７】 請求項１記載の静止誘導電器の巻線にお
   いて、 前記鉄心脚に近い内径側巻線では巻線周方向で鉄心の継
   鉄に近い位置ほど前記コイル間スぺーサの設置間隔を粗
   に、該内径側巻線のさらに外周に巻き回された外径側巻
   線では巻線周方向で鉄心の継鉄に近い位置ほど該コイル
   間スぺーサの設置間隔を密にしたことを特徴とする静止
   誘導電器の巻線。
8. 【請求項８】 請求項２記載の静止誘導電器の巻線にお
   いて、 前記鉄心脚に近い内径側巻線では巻線周方向で鉄心の継
   鉄に近い位置ほど前記コイル間スぺーサの面積を小に、
   該内径側巻線のさらに外周に巻き回された外径側巻線で
   は巻線周方向で鉄心の継鉄に近い位置ほど該コイル間ス
   ぺーサの面積を大にしたことを特徴とする静止誘導電器
   の巻線。
9. 【請求項９】 請求項３記載の静止誘導電器の巻線にお
   いて、 前記鉄心脚に近い内径側巻線では巻線周方向で鉄心の継
   鉄に近い位置ほど前記コイル間スぺーサの弾性係数を小
   に、該内径側巻線のさらに外周に巻き回された外径側巻
   線では巻線周方向で鉄心の継鉄に近い位置ほど該コイル
   間スぺーサの弾性係数を大にしたことを特徴とする静止
   誘導電器の巻線。