JP2008226933A - 変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄心から容器への振動伝達を低減するとともに、液体中伝播による振動伝達を低減することにより、変圧器の低騒音を実現する。
【解決手段】 鉄心２と該鉄心に巻き付けた巻線４とを電気絶縁性を有する油Ｃ内に配置し、該油および前記巻線付きの鉄心をタンク１０内に収納してなる変圧器Ｔ１であって、前記鉄心を、防振機構６を介してタンク底板１１に支持するとともに、前記油を、所定形状に形状保持された膜部材Ｍ１でなる袋体Ｂ１の内部に収容した、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄心と巻線とを電気絶縁性を有する液体内に配置し、これら全体を容器内に収容してなる変圧器に関する。

周知のように、交流電圧を変圧する変圧器は、基本的には、鉄心に巻線を巻き付けて形成した少なくとも１次および２次コイルをタンク内に収納して構成されている。かかる変圧器として、電気絶縁性を有する油等の冷却媒体としての液体をタンク内に収容し、この液体中に前記コイルを配置して、当該コイルの冷却促進を図るようにしたものは、一般に良く知られている。

このような変圧器において、コイルの鉄心の振動がタンクに伝播して生じる騒音を低減するための工夫が種々なされており、例えば特許文献１では、タンク側板の内側の取付座に、弾性体を介して制振鋼板を取り付け、この制振鋼板に、磁気シールド，耐冷媒性吸音材，複合吸音材または冷媒中伝播音吸収材を順に重ねて取り付けることにより、タンク内部の音圧上昇の低減を企図した構成が開示されている。

また、特許文献２には、金属製の板材で形成した内側容器をタンク内部に配設し、内部にリアクトル本体と絶縁液とを収納した前記内側容器を、底板および連結板を介してタンクの下部および上部にそれぞれ固着することにより、内側容器とその上下部材間のシール性の強度を高め、振動が大きなものとなっても長期使用に耐えるシール性を得ることを企図した構成が開示されている。
特開平８−８１２４号公報 特開平１１−３１７３１５号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示された構成では、鉄心および巻線からなる中身本体からベース（タンク底壁）へ、ベースからタンク側板へと伝達してくる振動を低減することが企図されているが（特許文献１：段落［００２６］）、前記中身本体とベースとの間には防振手段が特に設けられていないので振動がそのまま伝わり、また、冷媒中伝播音吸収材を用いることで冷媒中伝播による振動を低減することが企図されているが（特許文献１：段落［００２４］，［００２５］）、タンク側板はその全面が前記冷媒中伝播音吸収材で覆われている訳ではなく、タンク側板と直接に接触する冷媒を介して振動が伝達されることは避けられない。従って、特許文献１に開示された構成では、騒音低減に関して一定の効果は得られるものの、決して十分と言えるものではなかった。

また、特許文献２に開示された構成では、例えば段落［００１５］に記載されているように、振動が大きなものとなっても長期使用に耐えるシール性を得ることについては一定の効果が得られるものの、内側容器は音を放射し易い金属製の板材で形成されているので、騒音低減には効果がなく、しかも、その内側容器は、特に防振手段を介することもなくタンクに取り付けられているため、振動がタンク壁に直接的に伝わり、外部に放散される騒音の低減を期待することはできなかった。

そこで、この発明は、鉄心から容器への振動伝達を低減するとともに、液体中伝播による振動伝達を低減することにより、変圧器の低騒音を実現することを基本的な目的としてなされたものである。

このため、本願発明に係る変圧器は、鉄心と該鉄心に巻き付けた巻線とを電気絶縁性を有する液体内に配置し、該液体および前記巻線付きの鉄心を容器内に収納してなる変圧器であって、前記鉄心を、防振手段を介して前記容器の壁部に支持するとともに、前記液体を、所定形状に形状保持された膜部材でなる袋体の内部に収容した、ことを特徴としたものである。

本願発明によれば、鉄心は防振手段を介して容器の壁部に支持されているので、鉄心から容器壁部への振動伝達が大幅に低減され、また、電気絶縁性の液体は、膜部材でなる袋体の内部に収容されており容器壁部に接触することがないので、液体中伝播による振動伝達も大幅に低減される。従って、従来に比して騒音が大幅に低減された変圧器を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る変圧器の概略構造を模式的に示す断面図、図２は図１における矢印Ｙ２−Ｙ２線に沿った断面図、また、図３は図１における矢印Ｙ３−Ｙ３線に沿った断面図である。

これらの図に示すように、実施の形態１に係る変圧器Ｔ１は、鉄心２と、該鉄心２の上下方向の柱状部３にそれぞれ巻き付けた巻線４とで、１次および２次のコイルが形成され、これら鉄心２及び巻線４は、断面形状が略矩形状の容器１０（タンク）に収納されている。このタンク１０は、例えば鋼板製の底板１１と側板１２と上板１３とでボックス状に構成されている。尚、鉄心２及び巻線４は、従来公知の材料と同様の材料を用いて製作されている。

前記鉄心２及び巻線４は、変圧器Ｔ１の作動中における温度上昇を抑制する等のために、電気絶縁性を有する冷却媒体としての液体Ｃ（本実施形態では、例えば油）中に配置されるが、本実施形態では、この油Ｃをタンク１０内に直接に容れるのではなく、所定形状に形状保持された膜部材Ｍ１でなる袋体Ｂ１の内部に収容するようにしている。

この袋体Ｂ１は、例えばＰＥＴ（ポリエチレン・テレフタレート）や塩化ビニル等の高分子材料を用いた膜部材Ｍ１により、上方が開口した袋状に形成されたもので、その内部に鉄心２及び巻線４を収容した上で、電気絶縁性を有する油Ｃを満たしたものである。また、前記膜部材Ｍ１の材料としては、前記に例示されたものに限らず、油Ｃに対する耐性を有し、所要の弾性や強度等の物理的特性を備えたものであれば、他の種々の材料を用いても良い。

前記袋体Ｂ１は、その周囲に複数の（本実施形態では、上下方向位置が異なる例えば４本の）帯状体１６（バンド）をそれぞれ水平面内で巻回させることにより、所定形状に形状保持されている。これらバンド１６としては、金属材料あるいは高分子材料など、所要の弾性や強度等の物理的特性を備えたものであれば、任意の材料のものを用いることができる。

これら各バンド１６は、袋体Ｂ１の内部に油Ｃを容れた際に、袋体Ｂの外表面がタンク１０の底板１１や側板１２と接触することがない形状に維持されるように、その締め付け量が定められ、このように袋体Ｂ１を締め付けた状態で、袋体Ｂ１の外表面に接着や溶着等によって取り付けられている。

この形状保持のためのバンド１６がない場合、袋体Ｂ１は中に入っている油Ｃのために、例えば図４に示すように下部が大きく広がってしまう。また、図４に示すように袋体Ｂ１の剛性は非常に弱いため、油Ｃが入ることで必ず上部の保持部より袋体Ｂ１下部が広がることになる。従って、この場合、袋体Ｂ１をタンク１０’と接触させないためには、タンク１０’の側板１２’ではなく、タンク１０’の天井部１３’に袋体Ｂ１を保持するための何らかの機構を設ける必要性がある。この２つの理由から、形状保持のためのバンド１６がない場合には、袋体Ｂ１とタンク１０’が接触しないためには、タンク１０’の容積を大きくとる必要がある。変電所の設置面積が制限されている場合、タンクの容積が大きいことが原因で設置出来ない状況が発生し、変圧器そのものが成立しない。本発明においては、袋体Ｂ１の形状を保持するバンド１６を設けているので、袋体Ｂ１とタンク１０とが接触することがなく、またタンク１０の容積を小型化することができる。

前記袋体Ｂ１は、その上端の周縁部を側板１２の上端周縁部または上板１３の外周縁部に取り付けることにより、タンク１０に固定されている。この固定部よりも下方においては、袋体Ｂ１とタンク側板１２の間には空間部が形成されている。また、袋体Ｂ１内部の油Ｃの液面Ｃｆは、タンク上板１３の下面から所定距離だけ離間するように設定されている。
従って、袋体Ｂ１内部の油Ｃは、タンク１０の壁部１１，１２，１３とは非接触状態に維持されており、鉄心２及び巻線４で発生する振動が液体中伝播によってタンク１０の壁部１１，１２，１３に伝達されることはまずない。

一方、前記鉄心２自体は、例えばゴム等の弾性部材および／又は制振鋼板などで構成された従来公知の防振機構６を介して、タンク１０の底板１１上に支持されている。尚、鉄心２は、前記膜部材Ｍ１を介し前記防振機構６にて底板１１上に支持される。この防振機構６により、鉄心２からタンク底板１１への固体伝播による振動伝達を、著しく低減することができる。

以上のように構成された本発明の実施の形態１に係る変圧器Ｔ１の騒音低減効果を確認するために、変圧器を模したタンク内に振動する物体がある場合について、以下の３種類のモデルの騒音の音圧レベルを計測した。
（１）袋体Ｂ１が無く油Ｃが直接にタンク１０内に容れられ、且つ、鉄心２とタンク底板１１の間に防振機構６も設けられていない場合（「対策無し」）、
（２）袋体Ｂ１が無く油Ｃが直接にタンク１０内に容れられているが、鉄心２とタンク底板１１の間には防振機構６が設けられている場合（「防振要素あり」）、及び
（３）図１〜図３の実施形態１に従って、油Ｃが袋体Ｂ１内に収容され、且つ、鉄心２とタンク底板１１の間に防振機構６が設けられている場合（「本発明実施例」）

計測結果は図５のグラフに示す通りであり、やはり「対策無し」（１点鎖線Ｌ１）が最も音圧レベルが高く、これに対して、「防振要素あり」（破線Ｌ２）でもある程度の騒音低減効果が認められるが、「本発明実施例」（実線Ｌ３）の効果が最も高く、騒音の音圧レベルが最も顕著に低減されることが確認された。

以上より、本発明の実施の形態１によれば、鉄心２は防振機構６を介してタンク１０の底板１１上に支持されているので、鉄心２からタンク底板１１への振動伝達が大幅に低減され、また、電気絶縁性の油Ｃは、膜部材Ｍ１でなる袋体Ｂ１の内部に収容されておりタンク１０の壁部１１，１２，１３に接触することがないので、液体中伝播による振動伝達も大幅に低減される。従って、従来に比して騒音が大幅に低減された変圧器Ｔ１を得ることができるのである。

図１〜図３に示した例では、膜部材Ｍ１でなる袋体Ｂ１の形状保持を行うバンド１６は、袋体Ｂ１とは別体に設けられていたが、この代わりに、高分子材料を用いて膜部材Ｍ１を成形する際に、バンド１６を一体的に成形するようにしても良い。
この場合には、バンド１６を別途に製作し、袋体Ｂ１とは別物として部品管理を行い、使用時にはこれを袋体Ｂ１の外表面に接着や溶着する必要がないので、バンド１６の製作，部品管理および袋体Ｂ１への取付に関して、多大のコスト及び労力を削減することができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
尚、以下の説明において、実施の形態１における場合と実質的に同様の構成を備え実質的に同様の作用をなすものについては、同一の符号を付し、それ以上の説明は省略する。
図６は本発明の実施の形態２に係る変圧器の概略構造を模式的に示す断面図、図７は図６における矢印Ｙ７−Ｙ７線に沿った断面図、また、図８は図６における矢印Ｙ８−Ｙ８線に沿った断面図である。

これらの図に示すように、実施の形態２に係る変圧器Ｔ２では、袋体Ｂ２は、膜部材Ｍ２とタンク１０の側板１２との間に位置する複数の防振要素２６によって、その形状が保持されている。本実施形態では、前記複数の防振要素２６は、上下方向位置について３箇所の水平面内に区分けされ、各水平面内において、互いに対向する側板１２と袋体Ｂ２との間に配設されている。

この防振要素２６としては、ゴム等の弾性部材，所要の防振性を有する金属製部材や高分子材料製部材など、種々の公知のものを用いることができる。かかる防振要素２６を袋体Ｂ２の外表面と、対応する側板１２の内面に、接着または溶着等によって固着することで、側板１２の内面に対して袋体Ｂ２の外表面の位置を定め、当該袋体Ｂ２の形状が保持される。

尚、袋体Ｂ２が、その上端の周縁部を側板１２の上端周縁部または上板１３の外周縁部に取り付けることにより、タンク１０に固定され、この固定部よりも下方においては、袋体Ｂ２とタンク側板１２の間には空間部が形成される点、また、袋体Ｂ２内部の油Ｃの液面Ｃｆは、タンク上板１３の下面から所定距離だけ離間するように設定されている点については、実施の形態１における場合と同様である。更に、鉄心２自体が、従来公知の防振機構６を介して、タンク１０の底板１１上に支持されている点についても、実施の形態１における場合と同様である。

本発明の実施の形態２に係る変圧器Ｔ２によれば、基本的には前記実施形態１における場合と同様の作用効果を奏することができる。特に、袋体Ｂ２の形状保持に要する部材２６は、実施形態１で用いたバンド１６に比して小型で済むので、比較的安価に製作でき、また、取り扱いも比較的容易である。
尚、この実施の形態２においては、防振要素２６は上下方向位置について３箇所に配設されているが、防振要素２６の数はこれに限定されるものではない。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
前記実施の形態２では、袋体Ｂ２の形状保持に用いる防振要素２６は、袋体Ｂ２（膜部材Ｍ２）とは別部材として構成されていたが、本実施の形態３は、前記防振要素２６と同様の作用をなす要素を、膜部材Ｍ３の成形時に、一体的に成形するようにしたものである。

図９（ａ）及び（ｂ）は、本実施の形態３の第１の具体例に係る膜部材Ｍ３の外表面の表面構造を概略的に示す正面図および側面図である。また、図９（ｃ）はこれらの一変形例を示す側面図である。
本実施の形態３に係る膜部材Ｍ３は、例えばＰＥＴ（ポリエチレン・テレフタレート）や塩化ビニル等の高分子材料を用いて成形されているが、その成形時に、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、多数の半球状の粒状突起Ｐ３が外表面に一体形成されている。

この膜部材Ｍ３を用いて袋体を形成し、その内部に油Ｃを容れることにより、膜部材Ｍ３は、多数の前記粒状突起Ｐ３がタンク側板１２に当接した状態で、タンク側板１２に沿った形状に保持される。この粒状突起Ｐ３は、高分子材料で成形されているので、その弾性特性等に応じて防振性を有しており、鉄心２から液中伝播による振動が膜部材Ｍ３からタンク側板１２に伝達される際には、そのまま伝達されることはなく、多数の粒状突起Ｐ３の防振性によって、その伝達量はかなり低減されることになる。

つまり、防振要素としての粒状突起Ｐ３がタンク側板１２に当接することで、タンク側板１２に沿った形状に保持され、且つ、膜部材Ｍ３でなる袋体の内部に収容された油Ｃの液体中伝播によるタンク側板１２への振動伝達も低減することができる。
しかも、この場合には、防振要素が膜部材Ｍ３の成形時に一体成形されているので、防振要素の設置に要するコスト及び労力を飛躍的に削減することができる。

尚、前記粒状突起Ｐ３の形状は、前述の半球状に限定されるものではなく、例えば図９（ｃ）に示すような円柱状（Ｐ３’）など、他の種々の形状を適用することができる。

図１０（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態３の第２の具体例に係る膜部材Ｍ４の外表面の表面構造を概略的に示す正面図および側面図である。また、図１０（ｃ）はこれらの一変形例を示す側面図である。
この第２の具体例では、膜部材Ｍ４の外表面に、断面が半球状の多数の平行な列状の突起Ｐ４が、防振要素として一体成形されている。

この場合においても、多数の平行な列状突起Ｐ４を膜部材Ｍ４の外表面に一体成形したことにより、前記第１の具体例と同様の作用効果を奏することができる。また、列状突起Ｐ４の断面形状を、例えば図１０（ｃ）に示すような矩形状（Ｐ４’）など、他の種々の形状を適用することができる。

図１１（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態３の第３の具体例に係る膜部材Ｍ５の外表面の表面構造を概略的に示す正面図および側面図である。
この第３の具体例では、膜部材Ｍ５の外表面に、網目状の突起Ｐ５が防振要素として一体成形されている。
この場合においても、網目状の突起Ｐ５を膜部材Ｍ５の外表面に一体成形したことにより、前記第１の具体例と同様の作用効果を奏することができる。

図１２（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態３の第４の具体例に係る膜部材Ｍ６の外表面の表面構造を概略的に示す正面図および側面図である。また、図１２（ｃ）はこれらの一変形例を示す側面図である。
この第４の具体例では、膜部材Ｍ６の外表面に、網目状の突起Ｐ６と、その網目の交差部に位置する半球状の粒状突起Ｐ７とを組み合わせた突起体が、防振要素として一体成形されている。

この場合、前記第１の具体例と同様の作用効果を奏することができ、特に、網目状突起Ｐ６と粒状突起Ｐ７とを組み合わせた突起体を膜部材Ｍ６の外表面に一体成形したことで、より高い防振効果が期待できる。また、網目の交差部に位置する粒状突起Ｐ７の形状についても、例えば図１２（ｃ）に示すような円柱状（Ｐ７’）など、他の種々の形状を適用することができる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
この実施の形態４は、膜部材で構成される袋体の周囲に金属製などの所要の剛性を有する網状体を配設し、この網状体によって膜部材の形状を保持するようにしたものである。
図１３は本発明の実施の形態４に係る変圧器Ｔ４の概略構造を模式的に示す断面図、図１４は図１３における矢印Ｙ１４−Ｙ１４線に沿った断面図である。尚、これら図１３，１４では、図面の過度の複雑化を回避するために、鉄心２，巻線４及び油Ｃの記載は省略されている。

これらの図に示すように、実施の形態４に係る変圧器Ｔ４では、袋体Ｂ４（膜部材）の外側周囲が例えば金属製の網状体３６（金網）で覆われており、この金網３６によって、その形状が保持されている。
この金網３６は、袋体Ｂ４の形状保持に足る剛性は備えているが、通常の鉄板と比べると、その剛性は桁違いに低く、従って、通常の鉄板のように騒音を放散することはない。また、網目の効果により音圧レベルも低くなる。

この構成によれば、実施の形態１（図１〜図３参照）における場合のように、袋体Ｂ１に合わせて複数のバンド１６の締め付け量を調整する必要がなく、予め用意した金網３６をタンク１０内に挿入して防振機構６の上に設置し、金網３６の上端部をタンク側板１２の上端部分に固定しておき、その内側に袋体Ｂ４を配設して上端の周縁部分を固定するだけよいので、袋体Ｂ４の設置作業が容易となる。

尚、袋体Ｂ４の形状を保持する網状体としては、前述のような金属製のもの３６に限定されることはなく、袋体Ｂ４の形状保持に足る程度の剛性を有するものであれば、他の材料で形成された種々の網状体を用いることができる。

また、高分子材料を用いて袋体Ｂ４を成形する際に、前記のような網状体を心材に用いて一体成形することにより、この心材（網状体）の剛性にて袋体Ｂ４の形状を保持するようにすることもできる。

この場合には、網状体３６を袋体Ｂ４とは別途に製作し、袋体Ｂ４とは別物として部品管理を行い、使用時にはこれを袋体Ｂ４の外表面に配設する必要がないので、網状体３６の製作，部品管理および袋体Ｂ４の外周部への配設作業に関して、多大のコスト及び労力を削減することができる。

更に、このように内部に心材を配置して袋体（膜部材）を高分子材料で成形する場合、内部にインサートされる心材としては、前述のような金網３６に限らず、袋体Ｂ４の形状保持に足る程度の剛性を有するものであれば、樹脂成形において強化繊維として一般に用いられる繊維材など、他の材料で成る種々の強化インサート材を用いることができる。

このように、本発明は、以上の実施態様に限定されるものではなく、また、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良あるいは設計上の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明の実施の形態１に係る変圧器の構造を概略的に示す断面図である。 図１における矢印Ｙ２−Ｙ２線に沿った断面図である。 図１における矢印Ｙ３−Ｙ３線に沿った断面図である。 実施の形態１に係る変圧器において袋体の形状保持用バンドを設けていない比較例を示す断面図である。 実施の形態１に係る変圧器の騒音低減効果を示す音圧周波数特性のグラフである。 本発明の実施の形態２に係る変圧器の構造を概略的に示す断面図である。 図６における矢印Ｙ７−Ｙ７線に沿った断面図である。 図６における矢印Ｙ８−Ｙ８線に沿った断面図である。 （ａ）は本発明の実施の形態３の第１の具体例に係る膜部材の表面構造を概略的に示す正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその一変形例を示す側面図である。 （ａ）は実施の形態３の第２の具体例に係る膜部材の表面構造を概略的に示す正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその一変形例を示す側面図である。 （ａ）は実施の形態３の第３の具体例に係る膜部材の表面構造を概略的に示す正面図、（ｂ）はその側面図である。 （ａ）は実施の形態３の第４の具体例に係る膜部材の表面構造を概略的に示す正面図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）はその一変形例を示す側面図である。 本発明の実施の形態４に係る変圧器の概略構造を模式的に示す断面図である。 図１３における矢印Ｙ１４−Ｙ１４線に沿った断面図である。

符号の説明

２ 鉄心、４ 巻線、６ 防振機構、１０ タンク、１１ （タンクの）底板、１２ （タンクの）側板、１６ バンド、２６ 防振要素、３６ 金網、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ４ 袋体、Ｃ 油、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６ 膜部材、Ｐ３，Ｐ３’，Ｐ７，Ｐ７’ 粒状突起、Ｐ４，Ｐ４’ 列状突起、Ｐ５，Ｐ６ 網目状突起、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４ 変圧器。

Claims (7)

1. 鉄心と該鉄心に巻き付けた巻線とを電気絶縁性を有する液体内に配置し、該液体および前記巻線付きの鉄心を容器内に収納してなる変圧器であって、
   前記鉄心を、防振手段を介して前記容器の壁部に支持するとともに、
   前記液体を、所定形状に形状保持された膜部材でなる袋体の内部に収容した、
   ことを特徴とする変圧器。
2. 前記袋体は、前記膜部材の周囲に位置する複数の帯状体によって形状保持されていることを特徴とする請求項１記載の変圧器。
3. 前記膜部材は高分子材料を成形して構成され、前記帯状体は、前記膜部材の成形時に一体的に成形されていることを特徴とする請求項２記載の変圧器。
4. 前記袋体は、前記膜部材と前記容器の壁部との間に位置する複数の防振手段によって形状保持されていることを特徴とする請求項１記載の変圧器。
5. 前記膜部材は高分子材料を成形して構成され、前記防振手段は、前記膜部材の成形時に一体的に成形されていることを特徴とする請求項４記載の変圧器。
6. 前記袋体は、前記膜部材の周囲に配設された網状体によって形状保持されていることを特徴とする請求項１記載の変圧器。
7. 前記膜部材は、内部に心材を配置し高分子材料を成形して構成され、前記袋体は前記心材によって形状保持されていることを特徴とする請求項１記載の変圧器。