JP2019216159A - 静止誘導機器 - Google Patents

Abstract

【課題】アモルファス金属の帯材を巻回した巻鉄心の変形による特性の低下を、簡単な構成で抑制した静止誘導機器を提供する。【解決手段】静止誘導機器１は、アモルファス金属の帯材を巻回して構成され上部継鉄部２ａと下部継鉄部２ｂとの間に複数本の脚部２ｃを有する巻鉄心２と、巻鉄心２の脚部２ｂに装着されたコイル３と、巻鉄心２の下部継鉄部２ｂを保持する下部クランプ７とを備え、コイル３は、冷却流体の通路を形成するための軸方向に平行に延びる複数本のダクトピース１１を有して構成され、ダクトピース１１が、巻鉄心２の上部継鉄部２ａを下方から支持していると共に、ダクトピース１１の下端が下部クランプ７に支持されている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、静止誘導機器に関する。

静止誘導機器、例えば高電圧受配電設備用の変圧器においては、アモルファス金属の帯材を巻回した巻鉄心（アモルファス鉄心）を備えたものがあり、無負荷時の鉄損が少ない特性を有することが知られている（例えば特許文献１参照）。この場合、前記アモルファス鉄心は、剛性が小さいため、例えば起立状態とすることにより、自重によって上下方向に潰れるように容易に変形してしまう事情があった。そこで、特許文献１では、保護材やバンドにより、アモルファス鉄心のコーナー部に係る応力を小さくして変形を防止することが考えられている。

特開平５−６７５３３号公報

上記したようなアモルファス鉄心の変形が生ずると、変圧器における無負荷時の鉄損が大きくなり、また騒音も大きくなる問題があった。しかし、上記したような保護材によって鉄心のコーナー部の保護を図る変ものでは、構造の複雑化を招いてしまうと共に、アモルファス鉄心の全体としての変形防止に十分に効果が得られなかった。

そこで、アモルファス金属の帯材を巻回した巻鉄心を備えるものにあって、簡単な構成で済ませながらも、巻鉄心の変形による特性の低下の抑制効果に優れた静止誘導機器を提供する。

実施形態に係る静止誘導機器は、アモルファス金属の帯材を巻回して構成され上部継鉄部と下部継鉄部との間に複数本の脚部を有する巻鉄心と、前記巻鉄心の脚部に装着されたコイルと、前記巻鉄心の下部継鉄部を保持する下部クランプとを備え、前記コイルは、冷却流体の通路を形成するための軸方向に平行に延びる複数本のダクトピースを有して構成され、前記ダクトピースが、前記巻鉄心の上部継鉄部を下方から支持していると共に、該ダクトピースの下端が前記下部クランプに支持されている。

一実施形態を示すもので、変圧器の全体構成をコイルの一部を断面にて示す正面図 変圧器の左側面図 コイルの概略的な平面図 支持荷重を異ならせた際の巻鉄心の特性を調べた試験結果を示す図

以下、三相用の変圧器に適用した一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１、図２は、本実施形態に係る静止誘導機器としての変圧器１の全体構成を概略的に示している。変圧器１は、巻鉄心２に、例えば３個のコイル３を装着して構成され、例えば図示しないタンクの床上に図示しない台座を介して設置される。前記タンク内には、変圧器１全体が浸されるように、絶縁及び冷却用の冷却流体としての絶縁油（例えば鉱油）が充填される。尚、以下の説明で方向を言う場合には、便宜上、図１の状態を正面図として説明する。

前記巻鉄心２は、図１で左右方向に延びる上部継鉄部２ａと下部継鉄部２ｂとの間に、上下方向に延びてそれらに連結される複数本この場合３本の脚部２ｃを備えて構成されている。この巻鉄心２は、アモルファス鉄心と称されるもので、アモルファス金属の帯材を巻回して構成される。この場合、巻鉄心２は、２個の内側巻鉄心４、４を左右に並べて配置すると共に、それら内側巻鉄心４、４を囲むように１個の外側巻鉄心５を配置して構成されている。内側巻鉄心４、４及び外側巻鉄心５は、コーナー部が丸みを帯びた矩形環状に構成されている。前記コイル３は、全体として円筒状をなし、前記巻鉄心２の３個の各脚部２ｃに夫々装着されている。コイル３の詳細については後述する。

前記巻鉄心２の上部継鉄部２ａ部分には、上部クランプ６が設けられる。この上部クランプ６は、例えば鋼材からなり、側面から見て下向きのコ字状に構成され、上部継鉄部２ａを締め付け固定している。一方、前記巻鉄心２の下部継鉄部２ｂ部分には、下部クランプ７が設けられる。この下部クランプ７は、例えば鋼材からなり、側面から見て上向きのコ字状に構成され、下部継鉄部２ｂを締め付け固定する。そして、図２に示すように、前記下部クランプ７には、その上端縁部から前後方向に水平に延びて、後述するダクトピースを受けるための平板状の受け支持部８が左右方向全体に渡って一体に設けられている。尚、図示は省略するが、上部クランプ６と下部クランプ７との間は、左右両端部において複数本のスタッドにより連結されている。

さて、図３にも示すように、前記コイル３は、詳しくは、内周側に低圧巻線９を有すると共に、外周側に高圧巻線１０を有して構成されている。詳しい図示及び説明は省略するが、このコイル３は、例えば金属シートと絶縁物とを積層し巻回してなる周知構成を備えている。このとき、低圧巻線９と高圧巻線１０との間には、円周方向に並んで複数本のダクトピース１１が設けられ、絶縁油の通路となるダクト１２が形成されるようになっている。また、低圧巻線９及び高圧巻線１０の夫々の巻層間の適宜の位置にも、複数本のダクトピース１１が設けられ、絶縁油の通路となるダクト１２が形成されている。これらダクトピース１１は、絶縁物例えば木材（角材）からなり、コイル３の軸方向に平行に延びて設けられている。

本実施形態では、図１、図２に示すように、前記各ダクトピース１１は、その上下両端部がコイル３の上下の端面から上下両方向に突出するように設けられている。そして、複数本のダクトピース１１のうち、前記巻鉄心２の上部継鉄部２ａの下方に配置される各ダクトピース１１の上端が、該上部継鉄部２ａの下面に接触するように配置され、該巻鉄心２を下方から支持している。これと共に、複数本のダクトピース１１のうち、前記巻鉄心２の前後に配置される各ダクトピース１１の下端が、受け支持部８上に載置されて下部クランプ７に支持されている。

これにて、巻鉄心２の上部継鉄部２ａが、ダクトピース１１ひいてはコイル３に支持され、更に、コイル３自体もダクトピース１１を介して下部クランプ７により支持されるようになる。つまり、巻鉄心２は、下部クランプ７の上方にいわば吊上げられた（持上げられた）状態で支持されることになる。このとき、本実施形態においては、各ダクトピース１１の全体の長さ寸法は、巻鉄心２の全体荷重のうち、下部継鉄部２ｂを除いた荷重を受けるような長さに構成されている。具体的には、ダクトピース１１のコイル３の端面からの突出長さ寸法が、上下共に例えば３〜５ｍｍ程度とされている。尚、本実施形態では、受け支持部８上の要所には、例えば材木製のコイル受け部材１３も配設され、コイル３が載置されるようになっている。

次に、上記構成の変圧器１の作用・効果について、図４も参照しながら述べる。上記構成においては、巻鉄２心の上部継鉄部２ａが、コイル３に設けられているダクトピース１１を介して下部クランプ７により支持される。つまり、巻鉄心２は、いわば吊上げられた状態で支持されることになる。しかも、コイル３自体も下部クランプ７に支持されるようになり、コイル３の荷重が巻鉄心２の下部継鉄部２ｂに作用することもない。

ここで、本発明者らの研究によれば、アモルファス金属製の巻鉄心２を、設置面上に起立状態とすると、自重により、特に脚部２ｃの下方部に対して大きな荷重が作用し、下部継鉄部２ｂが歪むように変形し、無負荷時の鉄損が大きくなり、また騒音も大きくなる等の特性の低下を招いてしまう。ところが、本実施形態では、巻鉄心２は、ダクトピース１１を介して吊上げられた形態で支持されるようになる。これにより、巻鉄心２の変形を抑えることができ、上記のような特性の低下を抑制することができる。

この場合、コイル３に元々備えられているダクトピース１１を利用して、ダクトピース１１に、冷却流体（絶縁油）の通路としてのダクト１２形成用という本来の機能に加えて、巻鉄心２の支持の機能を付加するものであり、その分、構成を簡単に済ませることができる。この結果、本実施形態によれば、アモルファス金属の帯材を巻回した巻鉄心２を備えるものにあって、簡単な構成で済ませながらも、巻鉄心２の変形による特性の低下の抑制効果に優れるという効果を得ることができる。

また、本実施形態では、ダクトピース１１を、コイル３の両端面から上下に突出して設ける構成とした。これにより、コイル３の端面と巻鉄心２との間に隙間を確保することができ、絶縁油の通路を確保することができると共に、コイル３の端面部等に配置された絶縁物の座屈などの変形を防止することができる。本実施形態では、下部クランプ７に平板状の受け支持部８を一体的に設けることにより、ダクトピース１１の下端を受け支持するようにした。これにより、巻鉄心２（及びコイル３）の荷重を受け支持部８により広い面積で容易に受けることができ、構成も簡単に済ませることができる。

そして、本実施形態では、ダクトピース１１により、巻鉄心２の全体荷重のうち、下部継鉄部２ｂを除いた荷重を受けるように構成した。本発明者らの更なる研究によれば、上記した無負荷時の鉄損や騒音は、巻鉄心２をどの程度の荷重で吊上げるかによって変動し、鉄損や騒音に関して最適な荷重が存在することが明らかになった。即ち、巻鉄心２の全体荷重のうち、下部継鉄部２ｂを除いた荷重を受けるようにすれば、巻鉄心２の各脚部２ｃの上下方向のストレートな形状を維持することができると共に、下部継鉄部２ｂの横方向にフラットな形状を維持することができる。このことが、無負荷時の鉄損や、騒音を小さくするのに、極めて有効であることが確認された。

ちなみに、図４は、本発明者らの実施した、巻鉄心を吊上げ支持する際の支持荷重を異ならせた場合の、巻鉄心の特性（鉄損）を調べた試験結果を示すものである。試験に使用した巻鉄心の重量は、例えば３２０ｋｇとされている。図４中、「Ａ」は、巻鉄心の吊上げ荷重を０とした場合、つまり吊上げ支持しなかった場合を示している。「Ｄ」は、巻鉄心の吊上げ荷重を３２０ｋｇとした場合、つまり巻鉄心全体を宙に浮くように吊上げた場合を示している。

また、「Ｂ」は、巻鉄心の吊上げ荷重を、例えば２３６．６ｋｇとした場合を示している。この状態は、巻鉄心全体のうち、下部継鉄部及びそれにつながる脚部の下端部を除いた荷重を受けるように支持した場合を示している。そして、「Ｃ」は、巻鉄心の吊上げ荷重を、例えば２９４．５ｋｇとした場合を示している。この状態は、巻鉄心全体のうち、下部継鉄部を除いた荷重を受けるように支持した場合を示している。この「Ｃ」の状態は、巻鉄心を起立状態とせずに横に寝かせた（軸方向を上下にして床上に載置した）状態に相当するものとなる。尚、図４の下欄は、上記「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」に関し、試料の巻鉄心に対し、吊上げ支持した範囲を枠で囲って模式的に示したものである。

この試験結果から明らかなように、巻鉄心２の全体荷重のうち、下部継鉄部２ｂを除いた荷重を受けるように構成することにより、鉄損が最も少なくなった。このとき、巻鉄心を吊上げ支持しなかった「Ａ」の場合に比べて、約４％の損失の低減を図ることができた。巻鉄心全体を吊上げた「Ｄ」でも、鉄損は、「Ｃ」より大きくなっていた。これは、「Ｄ」の場合では、下部継鉄部２ｂに中央部が垂れ下がるように湾曲するような変形が生ずるため、「Ｃ」の場合と比べて鉄損が大きくなるものと考えられる。また、図示はしていないが、騒音を調べた結果についても、「Ｃ」の状態が最も騒音が小さくなる結果が得られた。

尚、上記した実施形態では、ダクトピースを木材製としたが、プラスチック製等であっても良い。また、上記実施形態では、受け支持部を下部クランプに一体に設けるようにしたが、受け支持部を、アングル鋼等の鋼材から別部品として溶接等により設ける構成としても良い。更に、上記実施形態では、冷却流体として絶縁油を採用した油入変圧器を例としたが、ガスや空気を冷却流体としたものに適用しても良いことは勿論である。

その他、静止誘導機器としては、三相の変圧器に限らず、三相以外の例えば単相の変圧器であっても良く、更にはリアクトルに適用することもできる。以上説明した実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

図面中、１は変圧器(静止誘導機器）、２は巻鉄心、２ａは上部継鉄部、２ｂは下部継鉄部、２ｃは脚部、３はコイル、７は下部クランプ、８は受け支持部、１１はダクトピース、１２はダクト（通路）を示す。

Claims (4)

1. アモルファス金属の帯材を巻回して構成され上部継鉄部と下部継鉄部との間に複数本の脚部を有する巻鉄心と、
   前記巻鉄心の脚部に装着されたコイルと、
   前記巻鉄心の下部継鉄部を保持する下部クランプとを備え、
   前記コイルは、冷却流体の通路を形成するための軸方向に平行に延びる複数本のダクトピースを有して構成され、
   前記ダクトピースが、前記巻鉄心の上部継鉄部を下方から支持していると共に、該ダクトピースの下端が前記下部クランプに支持されている静止誘導機器。
2. 前記ダクトピースは、前記コイルの両端面から上下に突出して設けられている請求項１記載の静止誘導機器。
3. 前記ダクトピースにより、前記巻鉄心の全体荷重のうち、前記下部継鉄部を除いた荷重を受けるように構成されている請求項１又は２記載の静止誘導機器。
4. 前記下部クランプには、前記ダクトピースの下端を受け支持するための平板状の受け支持部が設けられている請求項１から３のいずれか一項に記載の静止誘導機器。

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