JP2021040030A - 静止誘導器 - Google Patents

Abstract

【課題】二以上重ねた巻線導体又は折り曲げ部よりも厚さ寸法の大きい巻線導体を支持できる静止誘導器を得ること。【解決手段】静止誘導器は、棒状の鉄心脚を備えた鉄心と、鉄心脚に二回以上巻き付けられた巻線導体２によって二層以上形成された巻線導体層と、巻線導体層の間に少なくとも一枚配置されて異なる層の巻線導体２同士を絶縁するシート状の層間絶縁部材４とを備えた巻線部とを有し、鉄心は、鉄心脚が鉛直方向に延びるように配置されており、層間絶縁部材４の下端部には、層間絶縁部材４を挟む二つの巻線導体層のそれぞれの側に突出し、層間絶縁部材４を挟む二つの巻線導体層の各々の巻線導体２を支持する導体支持部４２が形成されており、導体支持部４２は、層間絶縁部材４の下端部が複数回折り曲げられた折り曲げ部４１を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、鉄心と、鉄心に巻き回される巻線導体とを含む巻線部を備える静止誘導器に関する。

従来、変圧器及び分路リアクトルといった静止誘導器が知られている。静止誘導器は、鉄心と、鉄心に巻き回される巻線導体とを含む巻線部を備えている。巻線導体は、鉄心に二層以上巻き付けられる。巻線導体の層間には、絶縁のためにシート状の層間絶縁部材が配置される。静止誘導器は、巻線導体の層から層間絶縁部材の端部をはみ出させることで、巻線導体の層間の絶縁距離を確保している。

特許文献１には、層間絶縁部材の端部を折り曲げることにより、巻線の端部の絶縁強度と機械的強度を高めた静止誘導器が開示されている。層間絶縁部材の端部を折り曲げて折り曲げ部を設けた静止誘導器は、折り曲げ部で巻線導体を支持することができる。すなわち、折り曲げ部を、巻線導体を支持する導体支持部とすることができるため、巻線導体の積層を水平方向とした状態で静止誘導器を設置することができる。巻線導体の積層方向を水平方向とすることにより、巻線導体において発生した熱が、層間に存在する流体の対流によって伝熱されやすくなるため、巻線導体の積層方向が水平方向となる状態で静止誘導器を設置した方が放熱面で有利である。

実開昭５８−８１９１９号公報

巻線部を流れる電流を大きくするには、巻線導体の層の厚さを厚くする必要がある。例えば、巻線導体を二以上重ねて鉄心に巻き回したり、厚さ寸法が大きい巻線導体を一重で鉄心に巻き回したりすることで巻線導体の層の一層あたりの厚さを厚くする。しかしながら、上記特許文献１に開示される静止誘導器は、層間絶縁部材一方の面の側にのみ導体支持部が存在するため、二以上重ねられた巻線導体で構成される層を複数有する巻線部の積層方向が水平方向となる状態で静止誘導器が設置される場合には、各層の二以上の巻線導体のうちの一つだけしか層間絶縁部材の折り曲げ部に載せることができなかった。したがって、特許文献１に開示された静止誘導器は、巻線部に大きな電流を流すために巻線導体を二以上に重ねて巻く場合には適用できなかった。また、厚さ寸法が大きい巻線導体を使用する場合には、巻線導体の積層方向が水平方向となる状態で静止誘導器を設置すると、一つの層の巻線導体が一つだけであったとしても、巻線導体の厚さが折り曲げ部の幅よりも大きければ巻線導体の重心が折り曲げ部からはみ出してしまうため、巻線導体を支えることができないことがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、二以上重ねた巻線導体又は折り曲げ部よりも厚さ寸法の大きい巻線導体を支持できる静止誘導器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、棒状の鉄心脚を備えた鉄心と、鉄心脚に二回以上巻き付けられた巻線導体によって二層以上形成された巻線導体層と、巻線導体層の間に少なくとも一枚配置されて異なる層の巻線導体同士を絶縁するシート状の層間絶縁部材とを備えた巻線部とを有する。鉄心は、鉄心脚が鉛直方向に延びるように配置されている。層間絶縁部材の下端部には、層間絶縁部材を挟む二つの巻線導体層のそれぞれの側に突出し、層間絶縁部材を挟む二つの巻線導体層の各々の巻線導体を支持する導体支持部が形成されている。導体支持部は、層間絶縁部材の下端部が複数回折り曲げられた折り曲げ部を含む。

本発明によれば、二以上重ねた巻線導体又は折り曲げ部よりも厚さ寸法の大きい巻線導体を支持できる静止誘導器を得られるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る静止誘導器を用いた電気機器の断面図 実施の形態１に係る静止誘導器を用いた電気機器の断面図 実施の形態１に係る静止誘導器の巻線の断面図 実施の形態１に係る静止誘導器の二次コイルの構造を示す図 実施の形態１の変形例に係る静止誘導器の二次コイルの構造を示す図 本発明の実施の形態２に係る静止誘導器の二次コイルの構造を示す図 本発明の実施の形態３に係る静止誘導器の導体支持部の構造を示す図 実施の形態３の変形例に係る静止誘導器の導体支持部の構造を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る静止誘導器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１及び図２は、本発明の実施の形態１に係る静止誘導器を用いた電気機器の断面図である。図１は、図２中のI-I線に沿った断面を、図１に示す左手系のＸＹＺ座標系において＋Ｙ方向に向かって見た状態を示している。また、図２は、図１中のII-II線に沿った断面を、図１に示す左手系のＸＹＺ座標系において−Ｚ方向に向かって見た状態を示している。なお、図１中に示される断面には、静止誘導器１００の正面が表れており、図２中に示される断面には静止誘導器１００の側面が表れている。実施の形態１に係る電気機器３００は、静止誘導器１００と、静止誘導器１００を収容する筐体２００とを有する。実施の形態１に係る静止誘導器１００は、鉄心１と、三つの巻線部３１，３２，３３とを備える三相変圧器である。以下では、三つの巻線部３１，３２，３３のそれぞれを区別する必要がない場合、単に巻線部３と称する。

筐体２００の内部には、静止誘導器１００を位置決めする下枠１５が設置されている。下枠１５の上には支持体１４が設置されている。支持体１４は、静止誘導器１００の設置時に重力が作用する方向、すなわち鉛直下方側に設置されて、巻線部３の下端部を支持する。

鉄心１は、正面視において、無限大記号である「∞」状である。鉄心１は、例えば、「Ｅ」字状に形成される複数の鋼板をＹ軸方向に積み重ねて構成されるＥコアと「Ｉ」字状に形成されるＩコアとを組み合わせたものでもよい。鉄心１は、鉄心ヨーク１ａ１と、鉄心ヨーク１ａ２と、棒状の三つの鉄心脚１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３とを備える。以下では、三つの鉄心脚１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３のそれぞれを区別する必要がない場合、単に鉄心脚１ｃと称する。

図１に示すように、左手系のＸＹＺ座標系において、鉄心脚１ｃが延びる方向をＸ軸方向とし、三つの巻線部３１，３２，３３の配列方向をＺ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の両方に直交する方向をＹ軸方向とする。このように座標系を定めた場合、鉄心ヨーク１ａ１及び鉄心ヨーク１ａ２のそれぞれは、Ｚ軸方向に伸び、Ｘ軸方向において互いに離れて配置される。三つの鉄心脚１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３のそれぞれは、Ｘ軸方向に伸び、互いにＺ軸方向に離れて配列される。Ｘ軸方向における鉄心脚１ｃの一端は、鉄心ヨーク１ａ１に接続される。Ｘ軸方向における鉄心脚１ｃの他端は、鉄心ヨーク１ａ２に接続される。これにより、三つの鉄心脚１ｃと鉄心ヨーク１ａ１と鉄心ヨーク１ａ２とが、磁気的に接続される。

鉄心１は、鉄心脚１ｃが鉛直方向に延びる状態で設置される。なお、ここでの鉛直方向とは、設計上の許容範囲内で鉛直方向に対して傾きを有する方向を含む。鉄心脚１ｃには巻線部３が設けられる。

筐体２００の内部には、巻線部３を冷却するための冷却媒体２０１が充填されている。冷却媒体２０１は、筐体２００の内部で対流する絶縁油又は絶縁のための油である。絶縁油又は絶縁のための油は、ＪＩＳ Ｃ ２３２０に規定された１種から７種までの油であり、例えば鉱油、アルキルベンゼン、ポリブテン、アルキルナフタレン、アルキルジフェニルアルカン又はシリコーン油を主成分とする絶縁性の油である。筐体２００の材料には、銅合金、鋳鉄、鋼、鉄合金、アルミニウム合金、及びオーステナイト系ステンレス合金といった金属を例示できる。

筐体２００は、巻線部３で発生した熱により温められた冷却媒体２０１の温度を筐体２００の外部に放射する放熱フィン２０４を備えている。筐体２００は、巻線部３で発生した熱により温められた冷却媒体２０１の温度を筐体２００の外部に放射でき、かつ、冷却媒体２０１の外部への漏洩を防止できる構造を有すればよく、筐体２００の形状は、図示する形状に限定されるものではない。

図３は、実施の形態１に係る静止誘導器の巻線部の断面図である。巻線部３は、一次コイル２１と、二次コイル２２とを含む。一次コイル２１は、二次コイル２２よりも外径側に配置されている。すなわち、二次コイル２２の上に重ねて一次コイル２１が巻かれている。なお、静止誘導器１００は、一般的に一次側の電圧よりも二次側の方の電圧が低いため、二次コイル２２の巻線導体２には、一次コイル２１の巻線導体２よりも大電流が流れる。このため、二次コイル２２の巻線導体２は、断面積が大きいシート状になっている。

図４は、実施の形態１に係る静止誘導器の二次コイルの構造を示す図である。二次コイル２２は、二重に重ねた巻線導体２が一つの層を形成し、鉄心脚１ｃに三回巻かれて三つの層を形成しているため、第１層５１、第２層５２及び第３層５３の三つの巻線導体層を有している。図４に示すように、二次コイル２２は、巻線導体２と、層間絶縁部材４とを備える。巻線導体２は、銅、アルミニウム又はアルミニウム合金といった材料で形成できる。層間絶縁部材４は、例えば絶縁紙である。絶縁紙の厚みは、例えば０．１ｍｍから０．８ｍｍまでの寸法に設定される。なお、層間絶縁部材４は、絶縁性の材料を用いて製造されるシート状の部材であればよく、絶縁紙に限定されない。巻線部３は、鉄心脚１ｃに巻線導体２と層間絶縁部材４とが複数層に積層されて、鉄心脚１ｃを取り囲む筒形状に形成されている。

層間絶縁部材４は、下端部が各々三回折り曲げられて折り曲げ部４１が形成されている。折り曲げ部４１は、層間絶縁部材４の一方の面４ａ側に突出している。折り曲げ部４１が形成された層間絶縁部材４は、他方の面４ｂ同士を向き合わせて重ねられて巻線導体２の間に配置されている。層間絶縁部材４により、第１層５１、第２層５２及び第３層５３は、互いに絶縁されている。層間絶縁部材４の下端部には、層間絶縁部材４を挟む二つの巻線導体層の両方の側に突出しており、層間絶縁部材４を挟む二つの巻線導体層の各々の巻線導体２を支持する導体支持部４２が設けられている。導体支持部４２は、層間絶縁部材４の下端部が複数回折り曲げられた折り曲げ部４１を含んでいる。すなわち、他方の面４ｂ同士を向き合わせて重ねられた層間絶縁部材４の折り曲げ部４１が導体支持部４２をなしている。

また、層間絶縁部材４は、上端部も各々三回折り曲げられてガイド部４３が形成されている。ガイド部４３は、層間絶縁部材４の一方の面４ａ側に突出している。すなわち、ガイド部４３は折り曲げ部４１と同じ側に突出している。なお、ガイド部４３を省略した構成とすることも可能である。

実施の形態１に係る静止誘導器１００は、層間絶縁部材４の一方の面４ａ側に、層間絶縁部材４を複数回折り曲げることによって折り曲げ部４１を形成し、他方の面４ｂ同士を向き合わせて重ねて層間絶縁部材４を配置している。これにより、層間絶縁部材４の下端部には、層間絶縁部材４を挟む巻線導体２の二つの層の両方の側に突出し、層間絶縁部材４を挟む二つの巻線導体層の各々の巻線導体２を支持する導体支持部４２が形成されている。したがって、実施の形態１に係る静止誘導器１００は、二以上重ねて巻いた巻線導体２を導体支持部４２で支持することができる。

図５は、実施の形態１の変形例に係る静止誘導器の二次コイルの構造を示す図である。変形例に係る静止誘導器１００は、二次コイル２２の巻線導体２がシート状ではない点で実施の形態１に係る静止誘導器１００と相違する。変形例に係る静止誘導器１００の二次コイル２２の巻線導体２は、断面形状が角を丸めた四角形状であり、２本重ねて巻かれている。このように、巻線導体２がシート状でなくても、重ねて巻いた巻線導体２を導体支持部４２で支持することができる。

特許文献１に開示される静止誘導器のように、導体支持部が層間絶縁部材の片側にしか突出していない場合には、幅寸法の大きい巻線導体を鉄心脚に巻くと、導体支持部が巻線導体を支持できる強度を備えたとしても、巻線導体の重心が導体支持部の上からはみ出てしまい、巻線導体が自重で傾いて導体支持部から脱落してしまう。しかし、実施の形態１に係る静止誘導器１００は、折り曲げ部４１よりも幅寸法の大きい巻線導体２を重ねずに巻く場合も、巻線導体２の両方の側方の下端部が導体支持部４２の上に載るため、巻線導体２が自重で傾いて折り曲げ部４１の上から脱落することがなくなり、巻線導体２を導体支持部４２で安定して支持することができる。

また、層間絶縁部材４の上端部にガイド部４３を形成しているため、巻線導体２を巻き付ける際に巻線導体２がガイド部４３及び折り曲げ部４１によってガイドされ、巻線導体２の位置決めがしやすくなり、巻線導体２を巻く作業の作業性が向上する。

上記の説明では、二次コイル２２の巻線導体層の間に層間絶縁部材４を配置したが、一次コイル２１の巻線導体層の間にも層間絶縁部材４を配置してもよい。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る静止誘導器の二次コイルの構造を示す図である。実施の形態２に係る静止誘導器１００は、折り曲げ部４１が形成されて他方の面４ｂ同士を向き合わせた層間絶縁部材４同士の間に、折り曲げ部４１が形成されていない別の層間絶縁部材４が設置されている点で実施の形態１と相違する。

実施の形態２に係る静止誘導器１００は、折り曲げ部４１が形成された二枚の層間絶縁部材４の間に、折り曲げ部４１が形成されていない別の層間絶縁部材４を設置するため、層間の絶縁性能を高めることができる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る静止誘導器の導体支持部の構造を示す図である。実施の形態３に係る静止誘導器１００は、層間絶縁部材４の下端部を複数回折り曲げて層間絶縁部材４の両方の面側に突出する折り曲げ部４１によって導体支持部４２が形成される点で実施の形態１と相違する。折り曲げ部４１は、層間絶縁部材４の一方の面４ａ側で複数回折り曲げられてから、他方の面４ｂ側で複数回折り曲げられている。すなわち、折り曲げ部４１は、層間絶縁部材４の一方の面４ａ側で複数回連続して折り曲げられた部分と、層間絶縁部材４の他方の面４ｂ側で複数回連続して折り曲げられた部分とを有する。したがって、折り曲げ部４１は、層間絶縁部材４を挟む二つの巻線導体層の両方の側に突出している。このため、折り曲げ部４１は、層間絶縁部材４を挟む二つの巻線導体層の各々の巻線導体２を支持する導体支持部４２をなしている。

実施の形態３に係る静止誘導器１００は、巻線導体層の間に配置する層間絶縁部材４が一枚であるため、層間絶縁部材４の他方の面４ｂ同士を向き合わせて重ねる作業が不要であり、層間絶縁部材４の枚数が少なくなるため巻線部３をコンパクトにもできる。

図８は、実施の形態３の変形例に係る静止誘導器の導体支持部の構造を示す図である。実施の形態３の変形例に係る静止誘導器１００は、導体支持部４２が、層間絶縁部材４の下端部を複数回折り曲げて層間絶縁部材４の両方の面側に突出する折り曲げ部４１を含む点で実施の形態１と相違する。折り曲げ部４１は、層間絶縁部材４の一方の面４ａ側と他方の面４ｂ側とで交互に折り曲げられている。層間絶縁部材４を一方の面４ａ側と他方の面４ｂ側とで交互に折り曲げて折り曲げ部４１を形成しても、層間絶縁部材４を挟む二つの巻線導体層の各々の巻線導体２を支持する導体支持部４２とすることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 鉄心、１ａ１，１ａ２ 鉄心ヨーク、１ｃ，１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３ 鉄心脚、２ 巻線導体、３，３１，３２，３３ 巻線部、４ 層間絶縁部材、４ａ 一方の面、４ｂ 他方の面、１４ 支持体、１５ 下枠、２１ 一次コイル、２２ 二次コイル、４１ 折り曲げ部、４２ 導体支持部、４３ ガイド部、５１ 第１層、５２ 第２層、５３ 第３層、１００ 静止誘導器、２００ 筐体、２０１ 冷却媒体、２０４ 放熱フィン、３００ 電気機器。

Claims (8)

1. 棒状の鉄心脚を備えた鉄心と、
   前記鉄心脚に二回以上巻き付けられた巻線導体によって二層以上形成された巻線導体層と、前記巻線導体層の間に少なくとも一枚配置されて異なる層の前記巻線導体同士を絶縁するシート状の層間絶縁部材とを備えた巻線部とを有し、
   前記鉄心は、前記鉄心脚が鉛直方向に延びるように配置されており、
   前記層間絶縁部材の下端部には、前記層間絶縁部材を挟む二つの前記巻線導体層のそれぞれの側に突出し、前記層間絶縁部材を挟む二つの前記巻線導体層の各々の前記巻線導体を支持する導体支持部が形成されており、
   前記導体支持部は、前記層間絶縁部材の下端部が複数回折り曲げられた折り曲げ部を含むことを特徴とする静止誘導器。
2. 前記導体支持部は、一方の面側に前記折り曲げ部が突出し、他方の面を向き合わせた二枚の前記層間絶縁部材の前記折り曲げ部を含むことを特徴とする請求項１に記載の静止誘導器。
3. 前記他方の面を向き合わせた前記層間絶縁部材同士の間に、前記折り曲げ部が形成されていない別の層間絶縁部材が設置されたことを特徴とする請求項２に記載の静止誘導器。
4. 前記導体支持部は、一枚の前記層間絶縁部材の両方の面側に突出する前記折り曲げ部を含むことを特徴とする請求項１に記載の静止誘導器。
5. 前記折り曲げ部は、前記層間絶縁部材の一方の面側で複数回連続して折り曲げられた部分と、前記層間絶縁部材の他方の面側で複数回連続して折り曲げられた部分とを有することを特徴とする請求項４に記載の静止誘導器。
6. 前記折り曲げ部は、前記層間絶縁部材の一方の面側と他方の面側とで交互に折り曲げられていることを特徴とする請求項４に記載の静止誘導器。
7. 前記層間絶縁部材は、前記層間絶縁部材を挟む二つの前記巻線導体層の両方の側に突出するガイド部を上端部に有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の静止誘導器。
8. 前記巻線導体層の各層は、二以上重ねた前記巻線導体によって形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の静止誘導器。

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