JP2009054839A

JP2009054839A - 変圧器の鉄心締付構造

Info

Publication number: JP2009054839A
Application number: JP2007220956A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ishii; 貴石井; Masami Sugihara; 正己杉原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2027-08-28
Also published as: JP4987627B2

Abstract

【課題】継鉄締付金具の幅寸法を縮小化することにより、変圧器中身の軽量化を図ると同時に、巻線で発生する漏れ磁束によるロスを抑えて損失低減に寄与することが可能となる変圧器の鉄心締付構造を提供する。
【解決手段】巻線２の上部及び下部には巻線締付部材として角型鋼管７が配置され、この角型鋼管７と巻線２の間にスペーサー８を設置し高さ調整を実施することで巻線２が挟持される。巻線２の挟持状態を保持するための連結板９は、角型鋼管７に連結される。また、継鉄締付金具５の幅寸法は継鉄１ｂの最小幅と同じ幅寸法に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、変圧器に採用される鉄心の締付構造に係り、特に、積層鉄心である継鉄を締め付ける継鉄締付金具の構成に改良を施した変圧器の鉄心締付構造に関するものである。

一般に、中容量クラス以上の変圧器では、輸送費に与える影響を抑えるべく、中身質量をより軽量化することが望まれている。特に、輸送費のかかる海外市場ではその傾向が顕著である。また、海外市場では、変圧器の損失に対する評価額が高い。そのため、ロスを低くした製品競争力の強い変圧器が求められており、損失低減を実現する変圧器として、例えば特許文献１記載の技術等が提案されている。

変圧器の中身は、脚鉄及び継鉄からなる鉄心と、脚鉄の間に挿入される巻線とから構成される。このうち、鉄心が電気鉄板を複数積層してなる積層鉄心である場合、専用の金具及びバンドによって積層鉄心を一体的に締付ける構造が採用されている。このような変圧器の鉄心締付構造の従来例について、図９及び図１０を参照して具体的に説明する。図９は従来例の断面図、図１０は同じく正面図である。

図１０に示すように、変圧器の鉄心１は、電気鉄板を複数積層してなる積層鉄心であって、脚鉄１ａと継鉄１ｂとからなる。脚鉄１ａは垂直（図１０の上下方向）に立ち上げられており、向かい合って配置されている。各脚鉄１ａは脚鉄締付金具３及び脚鉄締付バンド４により締め付けられて一体化されている。

継鉄１ｂは向かい合う脚鉄１ａを連結するように脚鉄１ａの上部及び下部に水平（図１０の左右方向）に配置されており、継鉄締付金具５及び継鉄締付バンド６で締め付けられて一体化されている。継鉄締付金具５は図９に示すように、継鉄１ｂを前後（図９の左右方向）から挟むように配置されている。なお、締付バンド４、６は、いずれも絶縁部材から構成されている。

変圧器中身の１つである巻線２は、脚鉄１ａに同軸上に巻回されており、向かい合う脚鉄１ａの間に挿入されている。このとき、巻線２の上部及び下部に継鉄１ｂが配置されるので、継鉄１ｂを締め付ける継鉄締付金具５は、継鉄１ｂを挟持するだけではなく、巻線２を図９の上下方向から挟持する役割を担っている。

より詳しくは、継鉄締付金具５において巻線２と向かい合う縁部、つまり上側の継鉄締付金具５の下部及び下側の継鉄締付金具５の上部に、リブ構成をした巻線受板１４が一体的に数箇所設けられ、この巻線受板１４と巻線２の間にスペーサー８を設置し高さを調整することによって、巻線２が上下方向から挟持されるようになっている。さらには、継鉄締付金具５による巻線２の挟持状態を保持するため、上側の継鉄締付金具５の上端部同士並びに下側の継鉄締付金具５の下面部同士が連結板９によって連結されている（図９に図示）。
特開平５−２３４７８３号公報

上述したように、中容量クラス以上の変圧器では、軽量化及び損失低減が望まれており、前記従来例を適用している変圧器に関してもこのようなニーズは高い。しかしながら、図９及び図１０に示した従来例には次のような問題点があり、変圧器の軽量化及び損失低減の実現が困難となっていた。

すなわち、上記従来例において、継鉄締付金具５は、継鉄１ｂだけではなく巻線２も挟持する役割を果たしており、巻線２の挟持状態を保持するために継鉄締付金具５の端部同士を連結板９によって連結する構成となっている。したがって、連結板９にて連結される継鉄締付金具５は、図９に示すように、上側は当該継鉄１ｂの最上部までの幅寸法Ｌ１が必要であり、下側は当該継鉄１ｂの最下部までの幅寸法Ｌ２が必要となっていた。

また、継鉄締付金具５は巻線２の荷重を受けるため、所定の強度を確保しなくてはならず、リブ構成をした巻線受板１４が一体的に設けられていた。以上のように継鉄締付金具５は、幅が広く、しかもリブ構成になっていた。したがって、継鉄締付金具５は大形で質量の重い部材とならざるを得ず、変圧器の中身質量を大幅に増加させていた。

ところで、内側巻線と外側巻線と共通に鎖交しない磁束すなわち漏れ磁束は巻線２で生じるが、継鉄締付金具５は巻線２に近接した配置なので、ここに入りこみ、ロスを発生させる要因となる。継鉄締付金具５に発生するロスの大きさは、継鉄締付金具５の幅寸法のおおよそ２乗に比例することが知られている。

そのため、前段で述べたように継鉄締付金具５が幅広の部材であれば、その分だけ漏れ磁束によるロスは大きくなる。したがって、変圧器の損失低減を図る観点から見ても、継鉄締付金具５の幅寸法が大きい点は問題となっており、その縮小化は急務となっていた。

本発明は、かかる従来の事情に対処して提案されたものであり、継鉄締付金具の幅寸法を縮小化することにより、変圧器中身の軽量化を図ると同時に、巻線で発生する漏れ磁束によるロスを抑えて損失低減に寄与することが可能となる変圧器の鉄心締付構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、脚鉄及び継鉄からなる鉄心と、前記脚鉄の間に挿入される巻線を有する変圧器に用いるものであって、前記脚鉄を脚鉄締付金具及び脚鉄締付バンドにより一体化して締め付けると共に、前記継鉄を継鉄締付金具及び継鉄締付バンドにより一体化して締め付ける変圧器の鉄心締付構造において、前記巻線の上下に当該巻線を挟持するための巻線締付部材を配置し、前記継鉄締付金具の幅寸法を当該継鉄の最小幅と同じ幅寸法にしたことを特徴とするものである。

以上のような構成を有する本発明では、継鉄締付金具の作用は継鉄を挟持するだけであって、巻線の挟持に関しては、継鉄締付金具とは別部材である巻線締付部材によって行っている。すなわち、継鉄締付金具は巻線を挟持することがない。

このため、継鉄締付金具の端部同士を連結させる連結板を設置する必要はなくなり、従来技術のように、下側の継鉄締付金具の幅寸法を、継鉄の最下部まで延ばし、上側の継鉄締付金具の幅寸法を、継鉄の最上部まで延ばさなくても良くなる。また、継鉄締付金具は巻線の荷重を受けないので強度確保用のリブ構成も不要となり、継鉄締付金具の形状はシンプルな板状構成で済む。これにより、継鉄締付金具の幅寸法を当該継鉄の最小幅と同じ寸法にすることが可能となり、継鉄締付金具を大幅に縮小化することができる。その結果、変圧器の軽量化を進めることができ、さらには輸送費の負担軽減も実現する。

しかも、既に述べたように継鉄締付金具に発生するロスの大きさは、継鉄締付金具の幅寸法の約２乗に比例するので、継鉄締付金具の幅寸法を継鉄の最小幅と同じ幅寸法としたことにより、漏れ磁束によるロスを小さく抑えることが可能である。したがって、ロスを低くして製品競争力の強い変圧器とすることができ、変圧器の損失に対する評価額の高い海外市場において特に有利である。

以上述べたように、本発明の変圧器の鉄心締付構造によれば、巻線の上下に配置した巻線締付部材にて当該巻線を挟持し、継鉄締付金具の幅寸法を継鉄の最小幅と同じ幅寸法にするといった極めて簡単な構成をとることにより、継鉄締付金具の幅寸法を縮小化することができ、変圧器の軽量化並びに輸送費の削減を図ると共に、漏れ磁束によるロスを抑制し低損失変圧器の実現に寄与することができた。

発明を実施するための最良形態

以下、本発明を適用した最良の形態（以下、実施形態）の一例について、図１〜図８を参照して具体的に説明する。なお、図９及び図１０に示した従来例と同一の部材に関しては同一符号を付して説明は省略する。

（１）第１の実施形態
［構成］
図１は第１の実施形態の断面図、図２は同じく正面図である。第１の実施形態の構成上の特徴は次の点にある。すなわち、巻線２の上部及び下部には巻線締付部材として角型鋼管７が配置されており、この角型鋼管７と巻線２の間にスペーサー８を設置し高さ調整を実施することで巻線２が挟持されている。

巻線２の挟持状態を保持するための連結板９は、継鉄締付金具５にではなく、前記角型鋼管７に連結される。より詳しくは、上側の角型鋼管７同士では上端部に連結板９が連結され、下側の角型鋼管７同士では下端部に連結板９が連結される。また、継鉄締付金具５の幅寸法は継鉄１ｂの最小幅と同じ幅寸法に設定されている。

［作用効果］
以上の構成を有する第１の実施形態では、継鉄１ｂを継鉄締付金具５にて挟持し、巻線２を角型鋼管７にて挟持している。すなわち、継鉄１ｂ及び巻線２を挟持する機能を、従来技術のように継鉄締付金具５に集中して持たせるのではなく、継鉄１ｂを挟持する機能と巻線２を挟持する機能とに分け、各機能をそれぞれ継鉄締付金具５と角型鋼管７とに分担させている。

したがって、巻線２を挟持しなくて済む継鉄締付金具５は、端部同士を連結板９にて連結させる必要がなくなり、下側の継鉄締付金具５の幅寸法を継鉄１ｂの最下部まで延ばすことや、上側の継鉄締付金具５の幅寸法を継鉄１ｂの最上部まで延ばすことは不要となる。

また、継鉄締付金具５は、巻線２の荷重を受けないので、強度を確保するためのリブ構成をした巻線受板１４を形成する必要がなくなり、継鉄締付金具５の形状をシンプルな板状構成とすることができる。その結果、継鉄締付金具５の幅寸法を継鉄１ｂの最小幅と同じ幅寸法にすることが可能となり、継鉄締付金具５の縮小化及び軽量化が実現する。

さらに、本実施形態では、巻線２の挟持に際して角型鋼管７を使用するので、巻線２の荷重及び挟持力を面で受けることができる。そのため、曲げ応力が小さくなり、連結板９自体の大きさも小さくすることが可能である。したがって、連結板９の軽量化も容易である。このような本実施形態によれば、継鉄締付金具５及び連結板９の軽量化を図ることができ、変圧器中身の質量を軽くして、輸送費の負担を軽減化し経済性を高めることが可能である。

しかも、継鉄締付金具５に発生するロスの大きさは、継鉄締付金具５の幅寸法のおおよそ２乗に比例するので、継鉄締付金具５の幅寸法を継鉄１ｂの最小幅と同じ幅寸法としたことにより、漏れ磁束によるロスを最小限に抑えることができる。これにより、損失に対する評価額の高い海外市場においては製品競争力の強い変圧器を提供することが可能となり、前述した輸送費の軽減化と併せて、極めて有利である。

（２）第２の実施形態
［構成］
図３は第２の実施形態の要部斜視図、図４は同じく正面図である。第２の実施形態において、継鉄締付金具１０は、前記第１の実施形態と同じく、継鉄１ｂの最小幅と同じ幅寸法に設定されており、この継鉄締付金具１０にて継鉄１ｂを挟持し、図示しない角型鋼管７にて巻線２を挟持している。

さらに、第２の実施形態における継鉄締付金具１０は、該継鉄締付金具１０の長手方向と平行な方向（図４の左右方向）に延び、且つ片側を完全に切欠いたスリット部１０ａが、複数本（図３及び図４では３本）、全体にわたって形成されている。なお、スリット部１０ａにおいて継鉄締付バンド６と交差する位置には、直方体状のスペーサー１１が嵌め込まれている。

［作用効果］
以上の構成を有する第２の実施形態は、前記第１の実施形態の持つ作用効果に加えて、次のような独自の作用効果がある。すなわち、第２の実施形態では、継鉄締付金具１０にスリット部１０ａを設けることで、漏れ磁束の影響を受ける継鉄締付金具１０の幅寸法を、個々のスリット部１０ａ間の幅寸法にまで分割することができる。しかも、スリット部１０ａには継鉄締付バンド６と交差する位置にスペーサー１１を挿入しているので、継鉄締付バンド６を取り付けた場所でもスリット部１０ａ間の感覚を確保することができる。

このようなスリット部１０ａを有する継鉄締付金具１０によれば、漏れ磁束の影響を大きく受ける継鉄締付金具１０の幅寸法を、スリット部１０ａ間の幅寸法にまで縮小化することができるので、単位面積当りのロスを、より減少させることが可能となる。したがって、漏れ磁束による継鉄締付金具１０での発生ロスをいっそう小さく抑えることができ、さらなる低損失の変圧器を実現し、製品競争力を高めることができる。

（３）第３の実施形態
［構成］
図５は第３の実施形態の要部斜視図、図６は同じく正面図である。第３の実施形態は、前記第２の実施形態に改良を加えたものであって、継鉄１ｂの最小幅で決まる継鉄締付金具１２において、片側を完全に切欠いたスリット部１２ａが、巻線２寄りの半分にだけ（図５では上半分にだけ）、複数本（図５及び図６では２本）形成された点に特徴がある。

なお、第３の実施形態における各スリット部１２ａは、上記第２の実施形態でのスリット部１０ａと同じく、継鉄締付金具１２の長手方向と平行な方向（図６の左右方向）に延びて形成されている。また、スリット部１２ａにおいて継鉄締付バンド６と交差する位置にスペーサー１１が嵌め込まれている点も、第２の実施形態と同様である。

［作用効果］
このような第３の実施形態では、上記第２の実施形態と同じく、スリット部１２ａを形成することで、漏れ磁束の影響を受ける継鉄締付金具１２の幅寸法をスリット部１２ａ間の幅寸法にまで縮小化することができ、ロスの低減効果を導くことが可能である。しかも、スリット部１２ａは、継鉄締付金具１２の全体にわたって形成するのではなく、漏れ磁束の影響が特に大きい巻線２寄りの上半分に絞って形成しているので、ロス低減効果が高いだけではなく、スリット部１２ａの加工費を抑えることができる。したがって、低損失の変圧器を、より低コストで提供することが可能である。

（４）他の実施形態
なお、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、各部材の構成や配置数、材質、各実施形態の組合せ等は適宜選択自由であり、例えば、第２及び第３の実施形態におけるスリット部１０ａ、１２ａに関して、本数やスリット幅等は適宜変更可能である。

また、継鉄締付金具の材質としては、図７及び図８に示すように、透磁率の小さい非磁性材料、具体的にはアルミニウムから構成した継鉄締付金具１３を用いた実施形態も包含する。すなわち、図７に示した実施形態では第２の実施形態と同じく、アルミニウム製の継鉄締付金具１３全体にわたり、該継鉄締付金具１３の長手方向と平行な方向（図７の左右方向）に、片側を完全に切欠いたスリット部１３ａが、複数本（図７では３本）形成されている。一方、図８に示した実施形態では第３の実施形態と同じく、アルミニウム製の継鉄締付金具１３において、片側を完全に切欠いたスリット部１３ｂが巻線２寄りの半分に２本形成されている。

これら図７及び図８に示した実施形態によれば、継鉄締付金具１３に透磁率の小さいアルミニウム等の非磁性材料を使用することで、同じ面積の継鉄締付金具１３にて巻線２の漏れ磁束による影響を、いっそう小さく抑えることが可能となる。したがって、上記第２及び第３の実施形態よりも、さらに脚鉄締付金具１３での発生ロスを抑えた変圧器を提供することができる。

本発明に係る第１の実施形態の断面図。第１の実施形態の正面図。本発明に係る第２の実施形態の斜視図。第２の実施形態の正面図。本発明に係る第３の実施形態の斜視図。第３の実施形態の正面図。本発明に係る他の実施形態の正面図。本発明に係る他の実施形態の正面図。従来の変圧器の鉄心締付構造の断面図。従来の変圧器の鉄心締付構造の正面図。

符号の説明

１…鉄心
１ａ…脚鉄
１ｂ…継鉄
２…巻線
３…脚鉄締付金具
４…脚鉄締付バンド
５、１０、１２、１３…継鉄締付金具
６…継鉄締付バンド
７…角型鋼管
８、１１…スペーサー
９…連結板
１０ａ、１２ａ、１３ａ、１３ｂ…スリット部
１４…巻線受板

Claims

脚鉄及び継鉄からなる鉄心と、前記脚鉄の間に挿入される巻線を有する変圧器に用いるものであって、前記脚鉄を脚鉄締付金具及び脚鉄締付バンドにより一体化して締め付けると共に、前記継鉄を継鉄締付金具及び継鉄締付バンドにより一体化して締め付ける変圧器の鉄心締付構造において、
前記巻線の上下に当該巻線を挟持するための巻線締付部材を配置し、
前記継鉄締付金具の幅寸法を当該継鉄の最小幅と同じ幅寸法にしたことを特徴とする変圧器の鉄心締付構造。
前記巻線締付部材は角型鋼管からなることを特徴とする請求項１に記載の変圧器の鉄心締付構造。
前記巻線の挟持状態を保持するように前記巻線締付部材を連結板にて連結したことを特徴とする請求項１又は２に記載の変圧器の鉄心締付構造。
前記継鉄締付金具に、片側を完全に切欠いたスリット部を、当該継鉄締付金具の長手方向と平行な方向に延ばして形成し、
前記スリット部にスペーサーを嵌め込んだことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の変圧器の鉄心締付構造。
前記スリット部において前記継鉄締付バンドと交差する位置に、前記スペーサーを嵌め込んだことを特徴とする請求項４に記載の変圧器の鉄心締付構造。
前記継鉄締付金具において前記巻線の近接する側の一部分に、前記スリット部を形成したことを特徴とする請求項４又は５に記載の変圧器の鉄心締付構造。
前記継鉄締付金具は透磁率の小さい非磁性材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の変圧器の鉄心締付構造。