JP2015008174A - 静止誘導電器 - Google Patents

Abstract

【課題】振動を低減する巻線締付構造を有する静止誘導電器を提供する。【解決手段】実施形態によれば、静止誘導電器は、電磁鋼板３ａが積層された鉄心３と、電磁鋼板３ａが広がる面に平行な巻き軸の周りに鉄心３に巻き付けられた巻線２と、巻線２の巻き軸方向の両端で巻線をはさむ位置で、かつ、電磁鋼板３ａの積層方向の両側に配置されてその積層された電磁鋼板３ａを締め付ける２対の鉄心締付部材７と、２対の鉄心締付部材７のそれぞれと巻線２の巻き軸方向端部との間に配置されて巻線２を巻き軸方向に締め付ける巻線２の軸方向締付力を調整する巻線締付部材４と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、巻線や鉄心等から発生する振動に起因する騒音を低減させる構造を備えた静止誘導電器に関する。

近年、変圧器やリアクトルに代表される静止誘導電器は、大容量化、小型・軽量化の要求により、大きな電界、大きな磁界エネルギーがより小さい空間に閉じ込められる構造を採用せざるを得なくなっており、その結果、振動・騒音に対する対策が必要となってきている。

一般に、静止誘導電器の騒音は主として巻線と鉄心で構成される静止誘導電器本体の振動が静止誘導電器本体を覆うように設けられた密閉容器に伝播し、密閉容器の側面が振動して外部に音が放射されて騒音となる。

従来の騒音を低減する手段として、静止誘導電器本体を覆うように設けられた密閉容器の周囲を鋼板やコンクリートなどから構成された防音タンクや防音建屋、防音壁などの構造物でさらに覆うような構造が多いが、構造上の理由から、防音壁と発音源間の距離が音の波長より短いため、空気バネの作用によって防音壁が直接加振されるといった問題や対応できる騒音の周波数が限定されるといった問題があった。

特開平８−３１６０６１号公報 特開平４−３１８９０５号公報 特開２０００−２２８３１５号公報

この問題を解決するために、騒音源である巻線と鉄心を備えた静止誘導電器本体の振動を低減する方法として、巻線の巻回軸方向の振動が構造物を介し、静止誘導電器本体を覆って設けられた密閉容器に伝達される振動量を低減する防振構造が提案されている。

例えば、特許文献１では、変圧器の中身本体の支持台とタンク間にヘリカルアイソレータを取り付けることで、静止誘導電器本体の振動を吸収し、振動が密閉容器に伝達するのを防止し、振動や騒音が少なく、長期間使用しても防振特性の低下がなく、温度の高い状態でも長期使用が可能な防振構造を提案している。

特許文献２では、巻線を形成するコイル導体間に間隔片を設けて巻線部を形成する誘導電器において、円筒状に巻かれた巻線の軸方向中央付近に圧縮弾性率の高い材料の間隔片を用いることで、巻線の軸方向圧縮弾性率を効率的に高くし、軸方向振動を低減する構造を提案している。

特許文献３では、上部フレームに巻線を押圧するように油圧シリンダを内蔵し、油圧シリンダは変圧器外部に設置したセンサ内蔵の圧力発生装置によって圧力を検出、操作する。これにより、巻線内の絶縁物が経年収縮によって軸方向機械力に対する巻線締付け力の低下と変圧器稼動中の負荷騒音を抑制することのできるシステムを提案している。

これらの構造は従来に比べて騒音源となる変圧器本体の振動低減を図ることができ、変圧器の騒音源からタンクに伝達される振動量を低減することができるが、防振装置や油圧シリンダを付加装置として設置する必要があり、巻線の間隔片を変える方法は施工が複雑で設置コストや設置スペースを必要とするという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、巻線から静止誘導電器本体構造物を介して外部に伝達する振動を低減する巻線締付構造を有する静止誘導電器の提供を目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る静止誘導電器は、複数枚の電磁鋼板が積層された鉄心と、前記電磁鋼板が広がる面に平行な巻き軸の周りに鉄心に巻き付けられた巻線と、前記巻線の巻き軸方向の両端で前記巻線をはさむ位置で、かつ、前記電磁鋼板の積層方向の両側に配置されてその積層された前記電磁鋼板を締め付ける２対の鉄心締付部材と、前記２対の鉄心締付部材のそれぞれと前記巻線の巻き軸方向端部との間に配置されて前記巻線を巻き軸方向に締め付ける軸方向締付力を調整する巻線締付部材と、を有する。

本発明の第１の実施形態に係る静止誘導電器の平断面図。 図１のII−II線に沿う矢視立断面図。 本発明の第２の実施形態に係る静止誘導電器の立断面図。 本発明の第３の実施形態に係る静止誘導電器の立断面図。 本発明の第４の実施形態に係る静止誘導電器の立断面図。 本発明の第５の実施形態に係る静止誘導電器の立断面図。 本発明の第６の実施形態に係る静止誘導電器の立断面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、絶縁媒体が充填された密閉容器内に鉄心と巻線を備えた静止誘導電器本体が収容された静止誘導電器の構成について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る静止誘導電器の基本構造を示す平断面図であり、図２は、図１のII−II線に沿う矢視立断面図である。なお、図１は、他の実施形態の構成も共通に表している。

鉄心３およびこの鉄心３に巻かれた円筒状の巻線２などからなる静止誘導電器本体１１が、密閉容器１内に収納されている。密閉容器１の内部空間には、静止誘導電器本体１１の絶縁、冷却のための絶縁媒体５が充填されている。絶縁媒体５としては、例えば、絶縁油、空気、ガスなどが用いられる。

鉄心３は、複数の電磁鋼板３ａが積層され、積層方向両端部から鉄心締付部材７により締付けられて支持されている。各電磁鋼板３ａは平板状で、この実施形態では鉛直方向に広がっている。鉄心締付部材７は鉄心３の上下端部付近に沿って水平に延びている。

また、巻線２の軸方向（図示の例では上下方向）両端部と鉄心締付部材７との間には、絶縁材料からなる巻線締付部材４が介挿され、鉄心締付部材７により、巻線軸方向両端から巻線２を支持している。

密閉容器１は、ほぼ直方体の箱状であって、水平な底板１ａおよび天板１ｃと、底板１ａおよび天板１ｃを連絡して鉛直に延びる４枚の側板１ｂとを備えている。静止誘導電器本体１１は底板１ａの上に載置され固定されている。

このような構成において、巻線２から巻線軸方向に振動が発生した場合、巻線締付部材４と鉄心締付部材７、鉄心３を介して、密閉容器１の底板１ａに伝達される。底板１ａの振動はさらに密閉容器１の側板１ｂに伝達され、側板１ｂの振動によって、密閉容器１の外側の空気が振動し騒音として外部に放射される。

本実施形態においては、上記のように構成することにより、巻線締付部材４により巻線２が軸方向両端から締付固定されることから、巻線２から発生する振動そのものを低減できる。これにより、静止誘導電器本体１１が収容される密閉容器１に伝達する振動が抑制されることから、密閉容器１の振動に基づく放射騒音を低減することができる。

したがって、静止誘導電器本体１１が収容された密閉容器１をさらに外側から覆うような防音構造を設ける必要がなくなるので、静止誘導電器全体のコンパクト化を図ることができる。また、巻線締付部材４を設けるための新たなスペースや大掛かりな付加装置を必要としないため、密閉容器１を大きくすることなく、振動、騒音を低減することができる。

（第２の実施形態）
次に、図３を用いて、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る静止誘導電器の立断面図である。

この実施形態の静止誘導電器は、第１の実施形態の変形例であって、巻線締付部材を、複数の絶縁部材を組み合わせて構成したものである。巻線締付部材４は、弾性係数および厚さの異なる２種類の板状の絶縁部材４ａと４ｂを交互に重ね合わせて構成されている。各絶縁部材４ａ、４ｂは水平方向に広がり、これらが鉛直方向に積層されている。

このような構成をとることにより、巻線２の軸方向振動を絶縁部材４ａと４ｂ間の摩擦によって、振動エネルギーを損失させることができる。振動エネルギーの損失によって、巻線２から密閉容器１へと伝達される振動量が低減され、密閉容器１からの放射騒音が低減できる。

ここで、巻線２の軸方向剛体振動モードの固有振動数は、式（１）に示すように軸方向ばね定数Ｋによって決まる。

ｆ＝｛１／（２π）｝√（Ｋ／Ｍ） … （１）
鉄心３および鉄心締付部材７の曲げ特性の影響が小さいと仮定した場合、ばね定数Ｋは巻線締付部材の等価ばね定数Ｋｅｑによって決まる。Ｋｅｑは式（２）に示すように、各絶縁部材のばね定数ｋｉによって決まる。

１／Ｋｅｑ＝１／ｋ１＋１／ｋ２＋・・・＋１／ｋｉ … （２）
各絶縁部材のばね定数ｋｉは、式（３）に示すように、ヤング率Ｅ、絶縁部材の締付け面積Ｓ、絶縁部材の厚さｈから計算される。

ｋｉ＝ＥＳｉ／ｈｉ … （３）
式（１）〜式（３）をまとめると、静止誘導電器の固有振動数と稼動時の発生振動周波数とが一致もしくは近接しないように、締付部材は以下のように設計すればよい。

（１）締付部材全体高さＨ、絶縁部材厚さｈが一定の場合、締付け面積Ｓと材料の異なる絶縁部材の組み合わせ方法を調整して共振を回避する。

（２）締付部材全体高さＨ、締付け面積Ｓが一定の場合、各絶縁部材の厚さｈと材料の異なる絶縁部材の組み合わせ方法を調整して共振を回避する。

これにより、締付部材の設置スペース等に制約があっても、稼動時の発生周波数で共振しない締付部材のバネ定数が実現でき、コンパクトで振動・騒音の小さい静止誘導電器が実現可能になる。

ここで、積層部材を構成する絶縁部材のうち、最外側に配置される両端の絶縁部材４ａは内側に配置される絶縁部材４ｂに比べて硬質の材料を選ぶことによって、耐荷重性能を維持することができる。

以上説明した第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得られるだけでなく、巻線締付部材を材料の異なる絶縁部材の積層構造とすることで、巻線軸方向でばね定数を調整できるため、巻線から発生する振動周波数との共振回避が容易となる。また、絶縁部材の接合面における絶縁部材間の摩擦減衰によって、巻線の振動エネルギーが吸収され、密閉容器に伝達される振動量が低減できる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図４を用いて説明する。図４は本発明の第３の実施形態に係る静止誘導電器の立断面図である。

この実施形態では、巻線締付部材４は、２個の絶縁部材４ａと４ｂを上下に重ね合わせて構成されている。各絶縁部材４ａ、４ｂはそれぞれが巻線２の軸方向（上下方向）の厚さが巻線２の径方向に対して不均一であって、絶縁部材４ａと４ｂとの接触部が水平面に対して傾斜している。

このような構成において、静止誘導電器の稼動時に、巻線２から発生する軸方向の振動は巻線２端部と巻線締付部材４との接触面の法線方向に伝達され、法線方向成分の振動は密閉容器１の底板１ａに伝達される。図４に示すように、巻線締付部材４は巻線２の径方向に対して内径側から外径側に沿って厚さが変化するように形成された２つの絶縁部材４ａ、４ｂを互いに組み合わせて構成されている。

このように構成することで、巻線２から発生する軸方向の振動が巻線２の径方向に対して厚さが変化する絶縁部材４に伝達される。これにより、振動伝達の方向を変えることができる。これにより、振動の軸方向成分の振動量が減少し、底板１ａを介して側板１ｂに伝達される振動を抑制することができ、密閉容器１から外部に放射される騒音を低減することができる。

なお、本実施形態においては、絶縁部材４ａ、４ｂは、巻線径方向に沿って直線的に厚さが変化する場合について説明したが、巻線径方向に沿って曲線状に変化するように構成してもよい。

以上説明した第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得られるだけでなく、巻線から発生する軸方向の振動が厚さの均等でない絶縁部材に伝達され、振動伝達の方向を変えることによって、巻線軸方向に伝達する振動成分の大きさが減少し、密閉容器に伝達される振動を抑制することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の第４の実施形態に係る静止誘導電器の立断面図である。この実施形態は第３の実施形態の変形例である。

この実施形態では、第３の実施形態における絶縁部材４ａと４ｂとの間に、弾性係数の異なる材料で、厚さも異なる絶縁部材４ｃを配置して巻線締付部材４を構成したものである。このように構成することで、第２の実施形態と第３の実施形態の両方の効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の第５の実施形態に係る静止誘導電器の立断面図である。

この実施形態では、各巻線締付部材４は、二つの絶縁部材４ａ、４ｂが上下に重ねられて形成されている。これら絶縁部材４ａ、４ｂが互いに接触する表面に凹凸が形成されていて、その凹凸面が噛み合わされている。

このように構成することで、巻線２から巻線締付部材４を介して鉄心締付部材７に伝達される振動が法線方向と所定の角度を持って伝達されることになり、法線方向に伝達される振動量が低減される。これにより、巻線締付部材４の全体高さを大きくすることなくコンパクトな構成で、鉄心締付部材７を介して密閉容器１の底板１ａ、側板１ｂに伝達される振動量が低減され、密閉容器１からの放射騒音が低減できる静止誘導電器が提供できる。

以上説明した第５の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得られるだけでなく、絶縁部材の表面に凹凸を有することで絶縁部材の接合面の表面積を多くすることができる。これにより、絶縁部材の接触面での摩擦減衰効果が大きくなり、巻線の振動エネルギーがさらに吸収され、また、振動伝達の巻線軸方向成分も減少される。これにより、密閉容器に伝達される振動を低減することができる。

（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の第６の実施形態に係る静止誘導電器の立断面図である。この実施形態は第５の実施形態の変形例である。

この実施形態では、第５の実施形態における絶縁部材４ａと４ｂとの間に、弾性係数の異なる材料で、厚さも異なる絶縁部材４ｃを配置して巻線締付部材４を構成したものである。このように構成することで、第２の実施形態と第５の実施形態の両方の効果を得ることができる。表面に凹凸部を有する絶縁部材４ａ、４ｂの間に軟質材質からなる絶縁部材４ｃを挟むことにより、摩擦減衰による振動エネルギー損失を増大させる効果に加えて、絶縁部材同士の密着性が良くなり、表面の凹凸配置の異なる絶縁部材を重ね合わせて巻線締付部材を容易に構成することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、巻線２や鉄心３などからなる静止誘導電器本体が密閉容器１内に収容され、密閉容器１内に絶縁媒体５が充填されているものとした。しかし、この発明では、密閉容器１や絶縁媒体５は必須ではなく、密閉容器１や絶縁媒体５が存在しない態様もありうる。

また、上記実施形態の説明では、「立断面」、「平断面」、「上」、「下」などの表現を用いたが、これは説明の便宜のためのものであって、本発明は、重力の方向に依存しない。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１… 密閉容器
１ａ… 底板
１ｂ… 側板
１ｃ… 天板
２… 巻線
３… 鉄心
３ａ… 電磁鋼板
４… 巻線締付部材
４ａ、４ｂ、４ｃ… 絶縁部材
５… 絶縁媒体
７… 鉄心締付部材
１１… 静止誘導電器本体

Claims (8)

1. 複数枚の電磁鋼板が積層された鉄心と、
   前記電磁鋼板が広がる面に平行な巻き軸の周りに鉄心に巻き付けられた巻線と、
   前記巻線の巻き軸方向の両端で前記巻線をはさむ位置で、かつ、前記電磁鋼板の積層方向の両側に配置されてその積層された前記電磁鋼板を締め付ける２対の鉄心締付部材と、
   前記２対の鉄心締付部材のそれぞれと前記巻線の巻き軸方向端部との間に配置されて前記巻線を巻き軸方向に締め付ける軸方向締付力を調整する巻線締付部材と、
   を有することを特徴とする静止誘導電器。
2. 前記巻線締付部材は、前記巻線の巻き軸方向に複数の絶縁部材を重ね合わせて構成したことを特徴とする請求項１に記載の静止誘導電器。
3. 前記巻線締付部材は、弾性係数の異なる複数の絶縁部材を重ね合わせて構成したことを特徴とする請求項２に記載の静止誘導電器。
4. 前記巻線締付部材は、前記巻線の巻き軸方向の厚さの異なる複数の絶縁部材を重ね合わせて構成したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の静止誘導電器。
5. 前記巻線締付部材は、前記巻線の径方向に沿って厚さが異なる絶縁部材を重ね合わせて構成したことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の静止誘導電器。
6. 前記巻線締付部材は、表面に凹凸面を有する複数の絶縁部材を、前記凹凸面が互いに噛み合うように組み合わせて構成したことを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか一項に記載の静止誘導電器。
7. 前記巻線締付部材は、表面に凹凸面を有する複数の第１の絶縁部材を、重ね合わせて前記凹凸面が互いに向かい合うように配置するとともに、前記複数の第１の絶縁部材間に前記絶縁部材より軟質の第２の絶縁部材を介挿して構成したことを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか一項に記載の静止誘導電器。
8. 前記鉄心と、前記巻線と、前記鉄心締付部材と、前記巻線締付部材とを収容し、絶縁媒体が充填された密閉容器をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の静止誘導電器。

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