JP2015070181A - 静止誘導電器 - Google Patents

Abstract

【課題】積層鉄心の電磁鋼板接合部に起因して発生する振動の密閉容器への伝播を抑制し、騒音を低減できる鉄心締付構造を備えた静止誘導電器を提供する。【解決手段】実施形態の静止誘導電器は、電磁鋼板３ａを積層した鉄心３と、電磁鋼板３ａを積層方向に締め付ける上部鉄心締付部材７ａおよび下部鉄心締付部材７ｂと、鉄心３の脚部に巻回された巻線２と、上部鉄心締付部材７ａおよび下部鉄心締付部材７ｂと鉄心３との間に介挿され、鉄心３に対向する面に凹凸部が形成された上部鉄心押圧部材１０ａおよび下部鉄心押圧部材１０ｂと、を有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、変圧器やリアクトルに代表される静止誘導電器に係り、特に静止誘導電器本体を収容する密閉容器から放射される騒音を抑制する構成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などの静止誘導電器は、大容量化、小型・軽量化によって、大きな電界、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になっており、振動・騒音が大きくなる傾向がある。

一般に、静止誘導電器の騒音は静止誘導電器本体の振動が静止誘導電器本体を収容する密閉容器に伝播し、密閉容器を構成する側板が振動することにより騒音となって外部空間に放射される。静止誘導電器の騒音には通電騒音と励磁騒音がある。通電騒音は通電時にコイルに発生する電磁振動であり、励磁騒音は鉄心の励磁振動に基づく騒音である。励磁騒音は鉄心の磁気ひずみによる曲げ振動と電磁鋼板を積層して構成した鉄心の積層振動によって発生する。

一般的な静止誘導電器の構成を図１０に示す。電磁鋼板３ａを積層して構成した鉄心３にコイルが巻回されて構成した巻線２を備えた静止誘導電器本体１１は、絶縁媒体５が充填された密閉容器１内に収容されている。ここで、鉄心３の構成について図１１を用いて説明する。図１１は、鉄心３を構成する電磁鋼板３ａの接合部３４の詳細を示す図である。

鉄心３は、上部ヨーク部３３ａおよび下部ヨーク部３３ｂを形成する電磁鋼板３ａと、脚部３１，３２を形成する電磁鋼板３ａを同じ平面内で互いに隣接させ、接合部３４で互いに付き合わせて並べた後に、電磁鋼板３ａの厚さ方向に積層する。積層の際に、互いに隣接する層の接合部３４同士が重ならないように、すなわち各層ごとに接合部３４の位置がずれるように配置する。このように積層した後に、図１０に示すように、鉛直方向上下端を、鉄心締付部材７（すなわち、上部鉄心締付部材７ａおよび下部鉄心締付部材７ｂ）により積層方向に締め付け固定する。

一方、巻線２は電磁鋼板が積層されて形成した鉄心３の脚部３１に円筒状にコイルが巻回されて形成される。巻線２は、巻線締付部材４を介して、上部鉄心締付部材７ａおよび下部鉄心締付部材７ｂにより、巻線の巻回軸両端部から締付固定されている。

ここで、鉄心３を構成する電磁鋼板同士の接合部３４には、微小隙間が存在し、この微小隙間の存在によって磁気の流れが変化し、発生した吸引力および反発力が電磁鋼板を振動させる。鉄心３の積層振動とそれによる騒音は密閉容器１内に充填された絶縁油や絶縁ガス等の絶縁媒体５を介して、密閉容器１に伝播され、密閉容器１を構成する側板が振動することにより騒音となって外部に放射される。

このような従来の騒音を低減する手段として、鋼板やコンクリートなどで構成された防音タンクや防音建屋、防音壁などで密閉容器１の周囲を覆うような構造や、密閉容器１の補強による方法などがある。一方で、振動源は巻線２と鉄心３を備えた静止誘導電器本体１１であるため、静止誘導電器本体１１の振動を低減することで、効果的な騒音対策が可能となる。

特開２０００−７７２５０号公報 特開平６−３４９６４３号公報 特開平６−８４６５９号公報

上記の問題を解決するために、騒音源である静止誘導電器本体の振動を低減する方法について、鉄心の締付金具と複数の締付バンドまたはラップの総ステップ長さを振動が最小になるように長さを決定する方法が提案されている。

例えば、特許文献１では、鉄心の脚鉄締付金具と複数の脚鉄バンドと締付金具の連結手段を備えた鉄心締付装置を提案し、締付金具の幅を脚鉄の最大幅に応じて決定することで、鉄心締付装置の締付力不均等をなくし、鉄心の振動を抑制し、静止誘導電器本体の騒音を低減するようにしたものである。

特許文献２では、１ブロックあたり複数枚の鋼鈑を組み合わせて積層して構成される鉄心について、総ステップ長さを鉄心幅が大きい中央部のブロックは鉄損が最小になるように決定し、鉄心幅が小さい表層部のブロックは鋼鈑の振動が最小になるように決定することで、鉄損と鉄心の振動を抑制し騒音を低減するようにしたものである。

特許文献３では、継鉄と階段状の珪素鋼鈑からなる鉄心脚と接合部に弾性体からなる抑え板を取り付けて抑えることで、鉄心の振動を抑制し変圧器の騒音を低減するようにしたものである。

これらの方法は、従来技術より鉄心の積層方向の締付圧力を安定化させ、騒音源である鉄心の振動を抑制し、静止誘導電器本体から密閉容器に伝達される振動量を低減することができるが、積層鉄心の接合部の振動に起因する騒音を考慮していないことから、実際の騒音対策としては不十分であった。

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、電磁鋼板を積層して形成した積層鉄心の電磁鋼板接合部に起因して発生する振動の密閉容器への伝達を抑制し、励磁騒音を低減できる鉄心締付構造を備えた静止誘導電器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の実施形態の静止誘導電器においては、複数の電磁鋼板をそれらの電磁鋼板が広がる面の方向に互いに隣接して並べて、しかも前記電磁鋼板の厚さ方向に複数の前記電磁鋼板を積層して、積層方向に締結して構成され、鉛直方向に互いに平行に延びる複数の脚部と、水平方向に延びて前記複数の脚部の上端同士を互いに連結する上部ヨーク部と、水平方向に延びて前記複数の脚部の下端同士を互いに連結する下部ヨーク部と、を備えた鉄心と、前記電磁鋼板の積層方向の両側で前記上部ヨーク部に沿って前記複数の脚部と前記上部ヨーク部との接合部を含む範囲に配置されて前記複数の電磁鋼板を積層方向に締め付ける上部鉄心締付部材と、前記電磁鋼板の積層方向の両側で前記下部ヨーク部に沿って前記複数の脚部と前記下部ヨーク部との接合部を含む範囲に配置されて前記複数の電磁鋼板を積層方向に締め付ける下部鉄心締付部材と、前記複数の脚部の少なくとも一つに巻回された少なくとも一つの巻線と、前記上部鉄心締付部材と前記下部鉄心締付部材との少なくとも一方と前記鉄心との間に介挿され、前記鉄心に対向する面に凹凸部が形成された鉄心押圧部材と、を有することを特徴とする。

本発明の第１の実施形態に係る静止誘導電器の立断面図。 図１におけるＡ−Ａ線に沿う矢視水平断面図。 本発明の第１の実施形態において用いられる鉄心押圧部材の概略斜視図。 本発明の第１の実施形態の変形例である鉄心上部押圧部付近を示す部分平面図。 本発明の第１の実施形態の変形例である鉄心下部押圧部付近を示す部分平面図。 図３に示した鉄心押圧部材の変形例を示す概略斜視図。 本発明の第２の実施形態に係る静止誘導電器の水平断面図。 図７において用いる鉄心押圧部材の概略斜視図。 図８に示した鉄心押圧部材の変形例を示す概略斜視図。 従来の静止誘導電器の立断面図。 鉄心を形成する電磁鋼板の接合部の詳細を示す概略図。

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、背景技術と共通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）
本発明の静止誘導電器に係る第１の実施形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態の適用例の一つである静止誘導電器の概略構造を示す立断面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線に沿う矢視水平断面図である。また、図３は、図１に示した鉄心押圧部材の構成を示す概略斜視図である。

図１において、複数枚の電磁鋼板３ａを組み合わせて積層した鉄心３および鉄心３の脚部３１に巻回された円筒状の巻線２を備えて構成された静止誘導電器本体１１が密閉容器１内に収容されている。

密閉容器１の内部空間には、静止誘導電器本体１１の絶縁・冷却用の絶縁媒体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、ガスなど液体または空気が用いられる。また、静止誘導電器本体１１は、基礎上に設置された密閉容器底板に下部鉄心締付部材７ｂおよび振れ止め部材８を介して支持されている。ここで、鉄心３は、図１１に示したように、脚部３１、３２を構成する電磁鋼板３ａと上部ヨーク部３３ａ、下部ヨーク部３３ｂを形成する電磁鋼板３ａを互いに接合部３４にて突き合わせられて、複数層に積層されて構成されている。

鉄心３の鉛直方向上下端には、それぞれ鉄心３を積層方向両端から締め付け固定する上部鉄心締付部材７ａおよび下部鉄心締付部材７ｂが設けられている。上部鉄心締付部材７ａおよび下部鉄心締付部材７ｂと巻線２との間には巻線締付部材４が配置されている。
鉄心３の脚部３１、３２と上部ヨーク部３３ａおよび下部ヨーク部３３ｂとの接合部３４に形成された微小隙間に起因する振動が発生した場合、脚部３１，３２、ならびに、上部ヨーク部３３ａおよび下部ヨーク部３３ｂを介して、密閉容器１に伝達される。そして、密閉容器１を構成する側板が振動することによって、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、鉄心３と上部鉄心締付部材７ａおよび下部鉄心締付部材７ｂとの間には、それぞれ、上部鉄心押圧部材１０ａおよび下部鉄心押圧部材１０ｂが介挿されている。

ここで、上部鉄心押圧部材１０ａと下部鉄心押圧部材１０ｂは、特に断らない限り同じ構造であるので、これらを合わせて鉄心押圧部材１０と呼ぶ。図３を用いて、鉄心押圧部材１０の構成について具体的に説明する。

鉄心押圧部材１０は、凹凸部を有する絶縁材で構成されている。図３においては３つの凸部１２（突起部）と２つの凹部１３が設けられている。凸部１２は、鉄心３を構成する電磁鋼板３ａの接合部３４の部分を凸部１２の小面積によって、外部からの締付力が一定の場合、鉄心３の振動の大きい接合部３４に付加する締付圧力が大きくなり、振動を抑制することができる。

また、鉄心押圧部材１０の凹部１３には絶縁部材１３ａが介挿され、絶縁部材１３ａは鉄心３と接触するように配置されている。絶縁部材１３ａは、例えばプレスボードなど剛性の高いもので構成されており、締付バンドなど外部の締付力を吸収することなく鉄心３に伝播し、鉄心３に締付圧力を与える。絶縁部材１３ａは、上部ヨーク部３３ａおよび下部ヨーク部３３ｂの接合部３４以外の部分に起因する回転振動のような振動が発生した場合、絶縁材の表面が鉄心と接触することによる微小摩擦が生じ、振動エネルギーが熱エネルギーに変換されることで振動が低減される。このように、鉄心の接合部に起因する振動に加えて、ねじりや曲げモードのような鉄心全体の面外振動が低減され、密閉容器に伝達される振動が低減できる。

これにより、鉄心３の各部分の振動特性を考慮した振動低減対策がなされ、鉄心３の振動が密閉容器１に伝達される振動量が低減され、密閉容器１の側板からの放射騒音が低減できる。

次に、本発明の第１の実施形態の変形例について、図４および図５を参照しながら説明する。

図４は、図１におけるＡ−Ａ線に沿う上部鉄心押圧部付近の部分矢視断面図、図５は、図１におけるＢ−Ｂ線に沿う下部鉄心押圧部付近の部分矢視断面であり、それぞれ鉄心積層方向片面のみを示したものである。

電磁鋼板３ａからなる上部ヨーク部３３ａの締付圧力を下部ヨーク部３３ｂの締付圧力より大きくするために、鉄心３の上部ヨーク部３３ａと上部鉄心締付部材７ａとの間に介挿される上部鉄心押圧部材１０ａの厚さｈ１を、鉄心３の下部ヨーク部３３ｂと下部鉄心締付部材７ｂとの間に介挿される下部鉄心押圧部材１０ｂの厚さｈ２よりも大きくしている。

鉄心３の下部ヨーク部３３ｂは鉄心３や巻線２など静止誘導電器本体１１の自重を受けるため、鉄心３の下部鉄心締付部材７ｂとの間に大きな摩擦力が発生する。更に鉄心３の下部鉄心締付部材７ｂは振れ止め部材８により密閉容器１の底板に支持されている。このため、上部ヨーク部３３ａと比較して下部ヨーク部３３ｂは、鉄心３全体のねじり振動や曲げ振動に対する拘束力が大きい。上部ヨーク部３３ａの締付圧力を下部ヨーク部３３ｂの締付圧力より大きくすることで、鉄心３上部の振動を抑制し、鉄心３全体のねじりや曲げモードの振動を抑制できる。

なお、鉄心押圧部材１０（１０ａ，１０ｂ）に形成される凸部１２の鉄心３との接触面の形状は、図３に示したような長方形に限るものではなく、図６に示すように、台形でも良く、鉄心締付力のバランス調整が実現できる形状であれば良い。

（第２の実施形態）
次に、本発明の静止誘導電器に係る第２の実施形態について、図７および図８を参照して説明する。ここで、第１の実施形態と共通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。

図７は、鉄心押圧部材１０の凸部（突起部）１２が５個、凹部１３が４個の場合の例を示している。

なお、本実施形態においては、鉄心押圧部材１０を除く他の構成については、第１の実施形態と同じであるため説明は省略する。

鉄心締付部材７と鉄心３との間に介挿される鉄心押圧部材１０は、それぞれ５個の凸部１２のうちの３個は鉄心３の接合部３４を押圧し、他の２個の凸部１２は鉄心３の接合部３４以外のヨーク部（上部ヨーク部３３ａ，下部ヨーク部３３ｂ）を押圧するように配置されている。また、凹部１３には、絶縁部材１３ａが配設されている。

このように、鉄心押圧部材１０の凸部１２を、鉄心３の接合部３４以外のヨーク部にも配置されるようにすることによって、磁気歪振動の大きい部分の鉄心積層方向の締付圧力を大きくすることで振動が抑制できる。なお、絶縁部材１３ａの効果については、第１の実施形態で説明した通りであり、ここでは説明を省略する。

なお、鉄心押圧部材１０に形成される凸部１２の鉄心３との接触面の形状は、図８に示したような長方形に限るものではなく、図９に示すように、台形でも良く、鉄心締付力のバランス調整が実現できる形状であれば良い。

（他の実施形態）
以上、本発明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。例えば、本実施形態で例示した鉄心締付構造は、電磁鋼板を積層して形成した積層鉄心を備えた全ての機器に適用できるものであり、本実施形態で例示した静止誘導電器の他、例えば、その他の電力用機器・装置において振動低減効果を向上させるために適用してもよい。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、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には、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、２… 巻線、３… 鉄心、３ａ… 電磁鋼板、４… 巻線締付部材、５… 絶縁媒体、７… 鉄心締付部材、７ａ… 上部鉄心締付部材、７ｂ… 下部鉄心締付部材、８… 振れ止め部材、１０… 鉄心押圧部材、１０ａ… 上部鉄心押圧部材、１０ｂ… 下部鉄心押圧部材、１１… 静止誘導電器本体、１２… 凸部（突起部）、１３… 凹部、１３ａ… 絶縁部材、３１、３２… 脚部、３３ａ… 上部ヨーク部、３３ｂ… 下部ヨーク部、３４… 接合部

Claims (6)

1. 複数の電磁鋼板をそれらの電磁鋼板が広がる面の方向に互いに隣接して並べて、しかも前記電磁鋼板の厚さ方向に複数の前記電磁鋼板を積層して、積層方向に締結して構成され、鉛直方向に互いに平行に延びる複数の脚部と、水平方向に延びて前記複数の脚部の上端同士を互いに連結する上部ヨーク部と、水平方向に延びて前記複数の脚部の下端同士を互いに連結する下部ヨーク部と、を備えた鉄心と、
   前記電磁鋼板の積層方向の両側で前記上部ヨーク部に沿って前記複数の脚部と前記上部ヨーク部との接合部を含む範囲に配置されて前記複数の電磁鋼板を積層方向に締め付ける上部鉄心締付部材と、
   前記電磁鋼板の積層方向の両側で前記下部ヨーク部に沿って前記複数の脚部と前記下部ヨーク部との接合部を含む範囲に配置されて前記複数の電磁鋼板を積層方向に締め付ける下部鉄心締付部材と、
   前記複数の脚部の少なくとも一つに巻回された少なくとも一つの巻線と、
   前記上部鉄心締付部材と前記下部鉄心締付部材との少なくとも一方と前記鉄心との間に介挿され、前記鉄心に対向する面に凹凸部が形成された鉄心押圧部材と、
   を有することを特徴とする静止誘導電器。
2. 前記鉄心押圧部材は、前記上部鉄心締付部材と前記鉄心との間に介挿される上部鉄心押圧部材と、前記下部鉄心締付部材と前記鉄心との間に介挿される下部鉄心押圧部材と、を含み、前記上部鉄心押圧部材にかかる締付圧力が前記下部押圧部にかかる締付圧力よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の静止誘導電器。
3. 前記上部鉄心押圧部材の鉄心積層方向厚さが前記下部鉄心押圧部材の鉄心積層方向厚さよりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の静止誘導電器。
4. 前記鉄心押圧部材は、前記鉄心に対向する面に形成された前記凹凸部に、該鉄心に向かって突出する台形の突起部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の静止誘導電器。
5. 前記鉄心押圧部材が前記鉄心に対向する面に形成された前記凹凸部の凹部に介挿された絶縁部材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４のいずれか一項に記載の静止誘導電器。
6. 前記鉄心と、前記上部鉄心締付部材と、前記下部鉄心締付部材と、前記巻線と、前記鉄心押圧部材とを収容して、絶縁媒体が充填される密閉容器、
   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５のいずれか一項に記載の静止誘導電器。

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