JP2021044276A - 静止誘導機器 - Google Patents

Abstract

【課題】
鉄損を低減する鉄心を備えた静止誘導機器を提供することにある。
【解決手段】
静止誘導機器は、２つに並べられた第一の内鉄心と第二の内鉄心と第一の内鉄心と第二の内鉄心を覆うように配置された外鉄心とを含む第一の鉄心を有しており、第一の内鉄心と第二の内鉄心と外鉄心に巻回されたコイルと、第一の鉄心のヨーク部と対向する第一の面と、コイルの上面と対向する第二の面と、第一の面と第二の面との間の第三の面とを有する板状磁性体部材が、第一の鉄心の周方向に向かって積層された第二の鉄心と、を有しており、第二の鉄心のうち第一の鉄心とは反対の面に支持部材が配置されており、支持部材は、第一の内鉄心と第二の内鉄心と外鉄心との間に設けられた空隙を通過する部材を介して接続されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、変圧器、およびリアクトル等の静止誘導機器に関する。

鉄損を低減する静止誘導機器については、特許文献１が知られている。特許文献１には、「長さの異なる電磁鋼板を積層した磁性材６を三相巻鉄心１の継鉄部に配しているので、三相巻鉄心１の脚部から継鉄部に流れた磁束は三相巻鉄心１だけではなく磁性材６にも流れ、継鉄部において磁束密度が低減され、磁性材６が無い場合と比べて鉄損および騒音が低減される。」ことが記載されている。

特開２００２−２０８５１８号公報

特許文献１で開示されているように、三相三脚型巻鉄心を持つ静止誘導機器のヨーク鉄心部分に薄帯状磁性材料を追加することでヨーク鉄心の断面積が増加するので、磁束密度が低減され、静止誘導機器の鉄損を低減させることができる。

しかしながら、巻鉄心と追加する薄帯状磁性材料間の磁気抵抗が大きいため、巻鉄心から薄帯状磁性材料間に流れる磁束量が小さく、ヨーク鉄心の断面積の増加の効果が限定的であり、鉄損の低減が不十分となる課題がある。

本発明の目的は、鉄損を低減する鉄心を備えた静止誘導機器を提供することにある。

本発明の好ましい一例である静止誘導機器は、２つに並べられた第一の内鉄心と第二の内鉄心と第一の内鉄心と第二の内鉄心を覆うように配置された外鉄心とを含む第一の鉄心を有しており、第一の内鉄心と第二の内鉄心と外鉄心に巻回されたコイルと、第一の鉄心のヨーク部と対向する第一の面と、コイルの上面と対向する第二の面と、第一の面と第二の面との間の第三の面とを有する板状磁性体部材が、第一の鉄心の周方向に向かって積層された第二の鉄心と、を有しており、第二の鉄心のうち第一の鉄心とは反対の面に支持部材が配置されており、支持部材は、第一の内鉄心と第二の内鉄心と外鉄心との間に設けられた空隙を貫通する部材を介して接続されていることを特徴とする。

本発明により、鉄損を低減した静止誘導機器を実現できる。

実施例１の三相三脚型変圧器の全体図と縦断面図である。 実施例１の三相三脚型変圧器の鉄心と補助鉄心の構造図である。 実施例１の補助鉄心と巻鉄心の接続部の断面図である。 三相三脚型変圧器の鉄心の正面図と側面図である。 ２種類の補助鉄心の構造の比較図である。 ２種類の補助鉄心表面の磁束密度振幅の分布の比較を示す図である。 三相三脚型変圧器の鉄損値の相対比較を示す図である。 実施例２を説明するための三相三脚型変圧器の縦断面図である。 実施例３の全体図と縦断面図である。 実施例３の鉄心と補助鉄心の構造図である。 実施例４の補助鉄心の構造図と三相三脚型鉄心ヨーク部の正面図である。 実施例５における三相三脚型変圧器の上部ヨーク部の正面図と背面図である。 比較例としての三相三脚型変圧器の全体図である。 実施例１の鉄心各部の寸法を記載した表１を示す図である。 実施例６の三相三脚型変圧器の全体図である。 実施例６の三相三脚型変圧器の正面図である。 実施例６の変形例である三相三脚型変圧器の正面図である。

以下、本発明の複数の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。

図１から図７は、実施例１を説明するための図である。まず、本実施例の構成とその作用について、図１３に示した比較例と比較しながら説明する。図１３は、本発明の補助鉄心１０を有さない比較例としての三相三脚型変圧器を示す図である。

図１は、本実施例であり、変圧器やリアクトル等の静止誘導機器の一例である三相三脚型変圧器の全体図、ならびに図１のＡで示した面における縦断面図である。変圧器の幅をＸ軸方向、奥行きをＹ軸方向、高さをＺ軸方向に示す。

珪素鋼板やアモルファス金属薄帯に代表される薄帯状磁性材料を巻回して成形した２個の内側巻鉄心１ａと、２個の内側巻鉄心１ａを覆うように外周に配置される１個の外側巻鉄心１ｂを示す。これらの内側巻鉄心１ａと外側巻鉄心１ｂをまとめて第一の鉄心と呼ぶ。

また、三相三脚型巻鉄心と、鉄心の３本の磁脚に巻回した、３個の低圧側のコイルを構成する低圧巻線２ａと、３個の高圧側のコイルを構成する高圧巻線２ｂとが示される。

これに対して本実施例では、三相三脚型変圧器の上下の、コイルを巻かれていない鉄心の一部であるヨーク部の側面に、４個の直方体状に示す第二の鉄心１０（補助鉄心１０）を密着させて固定させる。以降、本明細書においては、第二の鉄心を単に補助鉄心１０と称して説明する。

三相三脚型変圧器の鉄心と巻線は、上下に備えた上部側の固定金具３ａ、および下部側の固定金具３ｂを、スタッドボルト等（図示せず）で連結して、固定力６ａを発生させて各部材を把持する。

固定金具３ａ、３ｂの断面はコの字型となっており、側面の一部に窓３１を備える。この窓３１から、板状に成形された絶縁部材である絶縁紙、プレスボード等の板状絶縁部材５１を挿入し、補助鉄心１０を三相三脚型巻鉄心のヨーク部に押し付ける力を発生させて、窓３１側から補助鉄心１０を固定する。固定金具３ａのＺ軸方向に延びる面は、固定金具３ａのＹ軸方向に延びる面に接続される根元部分よりも先端部分が外側巻鉄心１ｂに近づくように傾斜させるとよい。

つまり、根元部分と先端部同士の奥行き方向の距離の関係は、根元部分の奥行き方向の距離≧外側巻鉄心１ｂの奥行きの距離と２つの板状絶縁部材５１の奥行きの距離の総和＞先端部同士の距離とするとよい。この関係により根元部分は絶縁部材５を挟み込むことができ、先端部は補助鉄心１０と板状絶縁部材５１の保持力を向上させることができる。なお、固定金具３ａ、３ｂに窓３１を設けない場合は板状絶縁部材５１を挿入した後に固定金具３ａ、３ｂを取り付けるとよい。

絶縁部材５の配置について説明する。補助鉄心１０の固定金具３ａ側の面である上面側の面に接触するよう１つ目の絶縁部材５を、固定金具３ｂ側のである下面側の面に接触するよう２つ目の絶縁部材５を配置する。すなわち、２つ目の絶縁部材５は、低圧巻線２ａの上端部の面に接触し、補助鉄心１０の底面に接触するよう絶縁部材５を配置することで、補助鉄心１０の上下方向の位置を固定できる。また、補助鉄心１０の側面部は板状絶縁部材５１と固定金具３ａの窓３１よりも低い位置の金具部分によって押さえつけられるため、振動が生じても補助鉄心１０は脱落しにくくなる。

図２は、本実施例における三相三脚型変圧器の巻鉄心のみを示した全体図と、補助鉄心１０の構造図である。図１同様に、変圧器の幅をＸ軸方向、奥行きをＹ軸方向、高さをＺ軸方向に示す。Ｘ軸方向に２つ並べられた内側巻鉄心１ａの外周を覆うように外側巻鉄心１ｂが配置されており、ヨーク部に補助鉄心１０が配置されている。

第二の鉄心である補助鉄心１０は、矩形に切り出した板状磁性体部材１１が積層されている。矢印１０ａは補助鉄心１０の板状磁性体部材１１を積層する方向を示す。変圧器の幅であるＸ軸方向に積層されている。すなわち、窓部を挟み込むように巻鉄心の磁脚の長手方向に対して略直交する方向（直交方向を含む）に積層し、固定テープ１２を巻回して直方体状に固定する。また、補助鉄心１０は、三相三脚型巻鉄心のヨーク部において、内側巻鉄心１ａと、外側巻鉄心１ｂの双方の側面に接して固定する。

図３は、本実施例における三相三脚型変圧器の内側巻鉄心１ａ、および外側巻鉄心１ｂと、補助鉄心１０との接続部の詳細を示す断面図である。補助鉄心１０の外周は固定テープ１２が巻回されているので、内側巻鉄心１ａと外側巻鉄心１ｂの薄帯状磁性材料の積層面との間には、絶縁部材で構成された固定テープ１２の厚さＧに相当する間隙が設けられる。Ｇは、補助鉄心１０と内側巻鉄心１aと外側巻鉄心１ｂとの間の間隙であり、間隙は無いと、内側巻鉄心１aと外側巻鉄心１ｂとので渦電流が生じるので、所定の間隙が必要である。

補助鉄心１０は、固定金具３ａの内側に配置される。固定金具３ａのＹ軸方向に延び外側巻鉄心１ｂと対向する面と絶縁部材５の上面とは接触し、１つ目の絶縁部材５の下面と補助鉄心１０の上面が接触することで、補助鉄心１０の上部側が固定される。補助鉄心１０の下面は、コイルを構成する低圧巻線２ａの上に配置された絶縁部材５の上部の面と接触することで、補助鉄心１０の下方側が固定される。よって、補助鉄心１０全体が保持される。

図１に示す６ｂは、図１に示した板状絶縁部材５１により発生させた固定力を模擬した矢印であり、補助鉄心１０は、変圧器の奥行き方向（図１に示すＹ軸方向）に固定されるとともに、補助鉄心１０を高さ方向（Ｚ軸方向）に挟み込む２つの絶縁部材５により、高さ方向にも固定される。

補助鉄心１０は、固定金具３ａの側面に設けた窓３１の位置に対応する位置に配置されている。つまり、補助鉄心１０は、内側巻鉄心１ａのヨークと外側巻鉄心１ｂのヨークとの境界を越えるように配置されており、また、窓３１から見て、内側巻鉄心１ａのヨークと外側巻鉄心１ｂのヨークを跨ぐような位置に配置される。このように補助鉄心１０を配置することで、磁路から漏れる磁束を留めることができる。

次に、図４から図７を用いて、本実施例による三相三脚型変圧器の鉄損の低減効果を、三次元有限要素法による電磁界解析の計算結果を用いて説明する。

図４は、方向性珪素鋼板により構成した内側巻鉄心１ａ、外側巻鉄心１ｂと、補助鉄心１０を有する三相三脚型変圧器用鉄心の寸法図である。左側は、正面図をＸＺ軸で示しで、右側は、側面図をＹＺ軸で示す。

巻鉄心の積層方向の厚さaを基準としたとき、鉄心各部の寸法は、図１４の表１に示す通りである。表１の各部の定義は、次のとおりである。

巻鉄心の積層方向の厚さaは、内側巻鉄心１aと外側巻鉄心１ｂの薄帯状磁性材料を積層した方向の厚さ、Ｗ１は外側巻鉄心１ｂの外側の幅、Ｗ２は内側巻鉄心１aの内側の幅、Ｗ３は内側巻鉄心1aおよび外側巻鉄心1bの厚さ、Ｈ１は外側巻鉄心１ｂの外側の高さ、Ｈ２は内側巻鉄心１aの内側の高さ、Ｓは巻鉄心外周部の段差、Ｗは補助鉄心１０の水平方向の長さ、Ｈは補助鉄心１０の鉛直方向の長さ、Ｄは補助鉄心１０を構成する板状磁性体部材の短い方の辺の長さ、Ｇは補助鉄心１０と内側巻鉄心１aと外側巻鉄心１ｂとの間の間隙を示す。

電磁界解析においては、厚さ０．２３ｍｍの方向性珪素鋼板（(株)新日鐵住金製23ZH85）の磁化曲線と鉄損特性を定義し、鉄心の占積率は０．９７とした。三相の磁脚に所望の磁束密度を発生させるための巻線モデルを追加して、ここに５０Ｈｚの正弦波電圧を印加し、鉄心の磁束密度振幅を１．７０Ｔとした際に、巻鉄心、および補助鉄心内の磁束密度分布と、鉄損の合計値を計算した。

図５に示すように、本解析では補助鉄心１０を構成する方向性珪素鋼板の積層方向１０ａを、（ａ）に示す実施例１で説明したと同様に変圧器の幅方向であるＹ軸方向に積層した場合の補助鉄心１０と、特許文献１にて開示されている、（ｂ）に示す鉛直方向であるＺ軸方向に積層した場合の補助鉄心１０ｎとの鉄損値を比較した。

実施例１は、補助鉄心１０を構成する板状磁性体は、内側巻鉄心１ａと外側巻鉄心１ｂのヨーク部と対向する第一の面と、コイルの上面と対向する第二の面と、第一の面と前記第二の面との間に、第三の面および、第一の鉄心である内側巻鉄心１ａと外側巻鉄心１ｂの上部側に第四の面とを有する。また、板状磁性体は、内側巻鉄心１ａと外側巻鉄心１ｂの周方向に向かって積層されることで補助鉄心１０を構成する。補助鉄心１０は、他の部材を有してもよいが、主要部材は板状磁性体であることを意味する。ここで、周方向は、内側巻鉄心１ａと外側巻鉄心１ｂの外周もしくは内周の方向である。

図６は、巻鉄心に備えた補助鉄心１０の表面の磁束密度振幅の分布の計算結果を示す。（ａ）は補助鉄心１０の板状磁性体部材１１の積層方向１０ａを水平方向（Ｘ軸方向）とした場合、（ｂ）は鉛直方向とした場合である。（ａ）積層方向１０ａが水平方向（Ｘ軸方向）の場合、内側巻鉄心１ａと外側巻鉄心１ｂの間の磁束が補助鉄心１０を経由して流れる。これに対して、（ｂ）積層方向１０ａが鉛直方向（Ｚ軸方向）の場合は、内側巻鉄心１ａと外側巻鉄心１ｂの間に磁束はほとんど流れず、ヨーク部で隣接する２つの内側巻鉄心１ａ同士の間にのみ、磁束が流れる特徴が現れることがわかる。

つまり、本実施例の補助鉄心１０は、（ａ）に示す積層方向１０ａが水平方向（Ｘ軸方向）の場合は、補助鉄心１０における渦電流による鉄損を低減できる構成である。

以上の電磁界解析の結果より、内側巻鉄心１ａ、外側巻鉄心１ｂと補助鉄心１０の内部で発生する鉄損の合計値の比較を図７に示す。図７では、補助鉄心１０を備えていない場合に計算した巻鉄心の鉄損値を１００％とし、その相対値を示している。

図５および図６では、補助鉄心１０を構成する板状磁性体部材は、長方形の主面を備え、その主面の長手方向を内側巻鉄心１ａと外側巻鉄心１ｂに対向させた例で説明したが、板状磁性体部材１１は長方形であって、短手方向を内側巻鉄心１ａと外側巻鉄心１ｂの両鉄心に対向させた構成であってもよい。つまり、この補助鉄心は、各辺の大きさは、Ｙ軸＞Ｚ軸、Ｙ軸＞Ｘ軸、Ｘ軸≧Ｚ軸の関係である。また、主面は、正方形であってもよい。

また、図５および図６では、補助鉄心１０を構成する個々の板状磁性体部材１１の圧延方向を、略鉛直方向に配置した例で説明したが、板状磁性体部材１１の圧延方向は、略水平方向としてもよい。

実施例１の構成では、補助鉄心１０の積層方向は、外側巻鉄心１ｂおよび内側巻鉄心１ａの積層方向と直交する方向（Ｘ軸方向）である。補助鉄心１０の板状磁性体部材１１の積層方向を、水平方向（Ｘ軸方向）とした場合の鉄損値が、鉛直方向（Ｚ軸方向）とした場合より小さくなり、三相三脚巻鉄心の鉄損を、より低減する効果があることがわかる。補助鉄心１０の積層方向は、三相三脚型変圧器用鉄心の磁脚の長手方向に対して略直交する方向に積層する場合も、鉄損の低減効果がある。

実施例１によれば、三相三脚型巻鉄心より構成される静止誘導機器の巻線を構成する導体の長さと筐体体積を変えずに、鉄損を低減することができ、静止誘導機器の電力効率を向上させることができる。また、三相三脚型巻鉄心のヨーク側面に備えられる補助鉄心１０を固定する際、締結バンドや接着剤等が不要になるので、静止誘導機器の部品数が減少するため部品が削減できる。ひいては、当該補助鉄心１０を有する変圧器の製造を通して様々な部材の使用量を減少できることにより省エネに貢献できる。

図２に示す例では、補助鉄心１０を三相三脚型巻鉄心のヨーク部であって、正面、背面、上部、下部の４箇所に配置しているが、少なくとも１箇所に配置すれば、鉄損低減の効果を達成することができる。また、補助鉄心１０の配置数を増やすことで鉄損低減の効果を高めることができる。

三相三脚型の静止電磁機器（静止誘導機器）は、鉄心の製作性も良好なため、現在広く用いられている。しかし、２個の内側巻鉄心１ａと１個の外側巻鉄心１ｂ内を流れる磁束が、互いに他の巻鉄心に伝搬しにくい特性があるため、三相静止電磁機器の設計磁束密度の振幅に対して、各巻鉄心内の磁束密度振幅が２／√３倍になる。

そのため、板状の磁性材料を積層し、鉄心内の磁路が単一の磁性材料で構成される積層鉄心に比べて、鉄心の断面積を約１５％大きく設計する必要があり、巻鉄心全体で発生する鉄損が増加する。

特許文献１においては、巻鉄心内の薄帯状磁性材料と、追加する薄帯状磁性材料の積層方向は同一であるため、三相三脚型鉄心の各巻鉄心内の磁束を互いに伝搬させる効果は想定しておらず、各巻鉄心内の磁束密度振幅は従来と同様、設計磁束密度振幅の２／√３倍となる。

一方、本実施例の補助鉄心の積層方向は、外側巻鉄心１ｂおよび内側巻鉄心１ａの積層方向（Ｚ軸）と略直交する水平方向（Ｘ軸方向）に配置することによって、従来の変圧器に比べて鉄損を低下させることができる。ひいては、従来と同一の鉄損値の鉄心を製造する場合には断面積を従来に比べて小さくすることが可能である。

実施例２を図８を用いて説明する。図８は、図１に示した三相三脚型変圧器の全体図に示した面Ａと同様の縦断面図である。実施例１と異なる点は、固定金具３ｍの形状が異なり、固定金具３ｍの側面部と補助鉄心１０との間に絶縁部材５２を配置する点である。また、固定金具３ｍには、窓３１を設けない点が異なる。

実施例１と同様、三相三脚型変圧器の鉄心と巻線は、固定金具３ｍをスタッドボルト等（図示せず）で連結して、固定力６ａを鉛直方向に発生させて固定される。ここで固定金具３ｍの側面はＺＹ軸方向に向かって延びる面になっている。

補助鉄心１０を固定した後の固定金具３ｍの側面部と上面部の内側の角度は、補助鉄心１０を固定する前の固定金具３ｍの側面部と上面部の内側の角度より大きくなる。そのような構成で、固定金具３ｍから、固定金具３ｍの内側の絶縁部材５２と補助鉄心１０を、内側巻鉄心１ａと外側巻鉄心１ｂの方向に、押えつける固定力６ｂが働く。

補助鉄心１０の外側には、断面がくさび形の絶縁部材５２を配置する。くさび形の絶縁部材５２を補助鉄心１０に当て、上記したように、固定金具３ｍから補助鉄心１０に、三相三脚型巻鉄心の側面への固定力６ｂを発生させる。また、実施例１の固定金具３ａと同様に、固定金具３ｍの内部、および低圧巻線２ａの端部に絶縁部材５を備えて、補助鉄心１０を、内側巻鉄心１ａの上部である上方向と、コイルのある下方向を固定する。

実施例２によれば、実施例１と比べて固定金具を小さく、簡単化することができる。また、板状磁性体部材１１の使用量を削減できることから変圧器の運用のみならず製造全体を通して省エネに貢献できる。

実施例３を図９および図１０を用いて説明する。図９は、本実施例の三相三脚型変圧器の全体図と、同図中にＡで示した面における縦断面図である。実施例２と異なる点は、補助鉄心１０ｍの断面が台形であり、図８に示す１つ目の絶縁部材５と補助鉄心１０の側面に配置される絶縁部材５２を用いない点である。

実施例３では、補助鉄心１０を構成する板状磁性体部材１１は、内側巻鉄心１ａと外側巻鉄心１ｂのヨーク部と対向する第一の面と、コイルの上面と対向する第二の面と、第一の面と前記第二の面との間に、傾斜した第三の面を少なくとも有する。

三相三脚型変圧器の鉄心と巻線は、上下に備えた固定金具３ｍをスタッドボルト等（図示せず）で連結して、固定力６ａを発生させて固定される。

図９に示すように、固定部である固定金具３ｍは、側面部と上面部を有し、補助鉄心１０を固定した後の側面部と上面部の内側の角度は、補助鉄心１０を固定する前の側面部と上面部の内側の角度より大きくなる。実施例２と同様に、固定金具３ｍから、内部にある板状絶縁部材５３と補助鉄心１０を押えつける固定力６ｂが働く。

上側の固定金具３ｍの側面は斜めになっており、補助鉄心１０の外側に、板状絶縁部材５３を当てて、補助鉄心１０に三相三脚型巻鉄心の側面への固定力６ｂを発生させる。また、コイルを構成する低圧巻線２ａの上部側の端部に絶縁部材５を備えて、コイル側である、補助鉄心１０ｍの下方向を固定する。さらに、固定金具３ｍからの板状絶縁部材５３を介した固定力６ｂにより、内側巻鉄心１ａと外側巻鉄心１ｂの上部である、補助鉄心１０の上方向および、三相三脚型変圧器の側面方向も固定される。従って、補助鉄心１０ｍの上下、側面方向は固定される。

図１０は、本実施例における三相三脚型変圧器の鉄心のみを示した全体図と、補助鉄心１０ｍの構造図である。補助鉄心１０は、矩形の板状磁性体部材１１を、切断線１３に沿って切り出して、矢印１０ａに示す水平方向（Ｘ軸方向）に積層し、固定テープ１２を巻回して、断面が台形の柱体を固定する。本実施例では、加工や作業し易さを考慮して、断面が台形の板状磁性体部材１１を例に説明したが、断面が三角形状の板状磁性体部材１１を積層した補助鉄心とする場合でも鉄損低減の効果がある。

また、補助鉄心１０は、三相三脚型巻鉄心のヨーク部において、内側巻鉄心１ａと、外側巻鉄心１ｂの双方の側面に接して、上記したように上部側の固定金具３ｍを用いて補助鉄心１０ｍを保持する。鉄心下部側も固定金具３ｍと同様の構造で補助鉄心１０ｍを保持することができる。

実施例３によれば、実施例２に比べて、上部の固定金具３ｍ、および下部の固定金具の幅を縮小でき、固定金具を鎖交する巻線からの漏洩磁界が減少するので、固定金具で発生する漂遊損を低減することができる。

図１１は、実施例４の補助鉄心１０の構造図と、三相三脚型巻鉄心のヨーク部の正面図である。実施例１と共通する部分の説明は省略する。実施例４では、板状磁性体部材１１を矢印１０ａで示す水平方向（Ｘ軸方向）に積層し、固定テープ１２を巻回して、直方体状に固定した複数の補助鉄心１０を、三相三脚型巻鉄心ヨーク部の、内側巻鉄心１ａと、外側巻鉄心１ｂの双方の側面に接して固定する。補助鉄心１０、三相三脚型変圧器の鉄心、巻線は、実施例１乃至実施例３で示した固定金具３ａ、３ｍなどを使って、固定する。

実施例４によれば、複数の補助鉄心１０に分かれているため、補助鉄心１０の製造が容易となる。

図１２は、実施例５における三相三脚型変圧器の上部ヨーク部の正面図と背面図である。実施例１と共通する部分の説明は省略する。実施例５の（ａ）は、コイルの低圧電極２１が備えられた低圧電極２１取り出し側の、固定金具３ａ、３ｍ内に配置され絶縁部材５と接触して固定された補助鉄心１０を２つに分け、低圧電極２１に相当する部分に間隙を設けて備える例が示される。一方、反対側の高圧電極取り出し側は、上部側と同様に配置できる。

実施例５の（ａ）の構造によれば、低圧電極２１が、補助鉄心１０の位置を低圧電極２１を避けて補助鉄心１０を配置することができる。この場合は、内側巻鉄心１ａと外側巻鉄心１ｂとの境界から磁束が漏れにくくすることができ、従来よりも鉄損を低減させる。

図１２の（ｂ）に示す高圧電極の取出し側については、放電のパスを作らないように、補助鉄心１０や固定金具は配置しない構成としてもよい。

また、図１２では、コイルである巻線と接続した高圧電極や低圧電極２１は、静止誘導機器の上部から取り出しているが、下部から電極を取り出す構成にしてもよい。その場合も、高圧電極の取出し側については、放電のパスを作らないように、補助鉄心１０や固定金具は配置しない構成としてもよい。

上記の実施例では、内側巻鉄心１ａと、外側巻鉄心１ｂ、補助鉄心１０、１０ｍ等の材料は、方向性珪素鋼板に代表される方向性電磁鋼板、鉄基アモルファス合金、またはナノ結晶材料等から選択された材料を用いることができる。配置する場所に応じてそれぞれ異なる材料の補助鉄心１０、１０ｍを用いることができる。この場合は、配置する場所の磁束漏れ量に適応する異なる材料の補助鉄心１０、１０ｍを用いる。また、内側巻鉄心１ａと、外側巻鉄心１ｂ、補助鉄心１０とは同一の材料でもよいし、互いに異なる材料であってもよい。

実施例６を図１５および図１６を用いて説明する。図１５は、本実施例の三相三脚型変圧器の全体を示す斜視図を左側に、同斜視図中にＡで示した面における縦断面図を右側に示したものである。本実施例は、図１６に示す内側巻鉄心１００ａ(以下、単に「内鉄心１００ａ」と呼ぶ)と外側巻鉄心１００ｂ(以下、単に「外鉄心１００ｂ」と呼ぶ)との間に配置される空隙６０００を有効に活用した補助鉄心を固定、支持または保持する構造の例である。空隙６０００は窓部とも呼ばれる。

外鉄心１００ｂと内鉄心１００ａのヨーク部に鉄心の巻回し方向に向かって沿うように補助鉄心１０００を配置し、配置された補助鉄心１０００の外側に補助鉄心押え金具２０００に取り付ける。補助鉄心押え金具２０００は、補助鉄心１０００の支持部材ということである。

補助鉄心押え金具２０００は、補助鉄心１０００の長辺と同じまたは長辺よりも大きな長さにするとよい。これにより補助鉄心抑え金具２０００が補助鉄心１０００全体を内鉄心１００ａと外鉄心１００ｂ側へ押し付けることができ、補助鉄心１０００と内鉄心１００ａと外鉄心１００ｂとの隙間を小さくできるため、より漏れ磁束が生じにくくなる。

次に、所定の厚さの絶縁部材３０００を三相三脚型変圧器の鉄心(内鉄心１００ａ及び外鉄心１００ｂ)と補助鉄心１０００との間に挟み、補助鉄心１０００の下部から外側へ向かって延びるように補助鉄心押え金具２０００まで覆うように配置する。次に、予め絶縁部材３０００に空けておいた孔と補助鉄心押え金具２０００に設けた孔の位置を合わせる。そして、合わせた孔に外側から空隙６０００に向かって棒状部材４０００を通過させる。

三相三脚型変圧器の鉄心の対面側にも同様に各部材(補助鉄心１０００と補助鉄心抑え金具２０００と絶縁部材３０００)を配置させ、三相三脚型変圧器の鉄心(内鉄心１００ａ及び外鉄心１００ｂ)の対面側まで空隙６０００を貫通する棒状部材４０００の両側をナット５０００で締め付けする構造である。

実施例１〜５では、補助鉄心に対し絶縁部材を巻き付けることで三相三脚型変圧器の鉄心と補助鉄心のギャップを確保する構造であり、作業によっては絶縁部材の厚さがバラつく構造であるのに対し、本実施例においては一定の厚みの絶縁部材３０００を挟み込む構造としているため、鉄心と補助鉄心間のギャップを所望の厚みとすることができ製造方法によるばらつきが生じにくい補助鉄心の効果を得ることが可能となる。

また、補助鉄心を直接的に三相三脚型変圧器の鉄心方向へ締付け、且つ棒状部材４０００の配置は、三相三脚型変圧器の鉄心の内鉄心１００ａと外鉄心１００ｂの位置により、決まる為、補助鉄心１０００を配置するべき箇所に固定することが可能となる。

また、内鉄心１００ａと外鉄心１００ｂを挟み込むように補助鉄心１０００の外側に配置される補助鉄心抑え金具２０００が棒状部材４０００とナット５０００によって締め付けられ、補助鉄心１０００と内鉄心１００ａ及び外鉄心１００ｂとの隙間を小さくすることができる。これにより、漏れ磁束を小さくすることができ、変圧器全体の効率を向上させることができる。

補助鉄心抑え金具２０００の変形例について説明する。図１５右側に、補助鉄心抑え金具２０００の下部に折り曲げ部が設けられ、折り曲げ部の先端が内鉄心１００ａ側に向かうように折り曲げられている。この構造により、仮に、棒状部材４０００とナット５０００の締め付け力が低下した場合等に補助鉄心１０００の一部の鉄心片が脱落した場合であっても、鉄心片が巻線２００に落下することを防止できる。折り曲げ部は、補助鉄心１０００の形状に倣うように折り曲げるとよい。

折り曲げ部を設けない場合は、補助鉄心抑え金具２０００は、補助鉄心１０００の側面に倣う形状とするとよい。図で鉛直方向に延びる補助鉄心１０００を代表例として説明しているが、図９に示す三角形の補助鉄心とすることもでき、この場合の補助鉄心抑え金具１０００は、三角形の長辺に倣うように斜め方向に延びる形状とするとよい。

さらに、絶縁部材３０００が補助鉄心１０００を覆うように配置されているため、補助鉄心１０００の下部には図１５右側に示すようにＵ字の袋形状の領域が設けられている。仮に、折り曲げ部から鉄心片が脱落した場合であっても、Ｕ字の袋形状の領域が鉄心片を受け止めることができ、鉄心片と巻線２００が電気的に接続されることを防止することができる。

補助鉄心押え金具２０００の上面の端部は、補助鉄心１０００の上部と同一の高さ、または、上部よりも低い位置に配置されるとよい。補助鉄心１０００の上部より突き出ていると他の部材に接触するが、この構成をとることで、他の部材との接触を防止することができる。

次に、図１７を用いて図１５で説明した補助鉄心押え金具２０００の変形例について説明する。図１７の補助鉄心押え金具２１００と図１６の補助鉄心抑え金具２０００の違いは一体化構造であるか分離構造であるかが異なる。他の構成は同じ構成であるため、説明を省略する。

図１５の左側斜視図に示す補助鉄心押え金具２０００は分離構造であるため、三相三脚変圧器上部から補助鉄心抑え金具２０００同士の間には、外鉄心１００ｂが見える状態である。一方、図１７の左側斜視図に示す補助鉄心抑え金具２０００は一体構造であり、三相三脚変圧器の鉄心の両側を挟み込む部分と鉄心上部の面が接続されており、上部から鉄心を一部隠すような形状である。図１７左側の図の破線Ａの断面を図１７右図に示すが、補助鉄心押え金具２１００は、鉄心を挟み込む部分と鉄心上面を覆う部分が接続されている。これにより、分離構造よりも孔の位置合わせが容易となる。また、分離構造に比べて一体構造は補助鉄心押え金具２１００が棒状部材４０００を中心に回転した場合であっても、上面の裏側が外鉄心１００ｂに接触するため、所定量以上の回転が生じないため、利便性が高い。また、補助鉄心押え金具２１００の上面の裏側には絶縁塗料を塗布する、または、絶縁部材を挟み込むことで外鉄心１００ｂと電気的に絶縁することができる。

また、何らかの部材が落下した場合であっても、部材が補助鉄心抑え金具２１００に接触することで外鉄心１００ｂを保護することができる。

図１５の補助鉄心押え金具２０００同様に、図１７の補助鉄心押え金具２１００の下部に折り曲げ部を設けることもできる。これにより脱落した補助鉄心１０００の鉄心片を保持することができ、外鉄心１００ｂを保護することができる。また、絶縁部材３０００によってＵ字の袋形状の領域を設けることも可能である。

上述の補助鉄心によって、漏れ磁束を小さくなることから変圧器の省エネ性能を向上させることができ、ひいては、長時間稼働される変圧器を省エネにでき、環境負荷を低減させることができる。

１ａ：内側巻鉄心
１ｂ：外側巻鉄心
２ａ：低圧巻線
２ｂ：高圧巻線
１０：補助鉄心
１１：板状磁性体部材
１００ａ：内側巻鉄心
１００ｂ：外側巻鉄心
２００：巻線
１０００：補助鉄心
２０００、２１００：鉄心押え金具
３０００：絶縁部材
４０００：棒状部材
５０００：ナット
６０００：空隙

Claims (17)

1. ２つに並べられた第一の内鉄心と第二の内鉄心と前記第一の内鉄心と前記第二の内鉄心を覆うように配置された外鉄心とを含む第一の鉄心を有しており、
   前記第一の内鉄心と前記第二の内鉄心と前記外鉄心に巻回されたコイルと、
   前記第一の鉄心のヨーク部と対向する第一の面と、前記コイルの上面と対向する第二の面と、前記第一の面と前記第二の面との間の第三の面とを有する板状磁性体部材が、前記第一の鉄心の周方向に向かって積層された第二の鉄心と、
   を有しており、
   前記第二の鉄心のうち前記第一の鉄心とは反対の面に支持部材が配置されており、
   前記支持部材は、前記第一の内鉄心と前記第二の内鉄心と前記外鉄心との間に設けられた空隙を通過する部材を介して接続されていること
   を特徴とする静止誘導機器。
2. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
   前記支持部材と前記貫通する部材はボルトとナットにより締め付けられること
   を特徴とする静止誘導機器。
3. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
   前記支持部材と前記第二の鉄心との間には、前記第二の鉄心よりも絶縁性が高い部材が配置されており、前記第二の鉄心と前記支持部材とが電気的に絶縁されていること
   を特徴とする静止誘導機器。
4. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
   前記支持部材の底部には、前記第二の鉄心の底面に倣うように折り曲げられた部分を有すること
   を特徴とする静止誘導機器。
5. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
   前記支持部材の側部の端面は、前記第二の鉄心の側面に倣うように折り曲げられた部分を有すること
   を特徴とする静止誘導機器。
6. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
   前記支持部材の上部の端面は、前記第二の鉄心の上部と同一又は上部よりも低い位置に配置されていること
   を特徴とする静止誘導機器。
7. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
   前記第一の鉄心は、正面と背面の両面を有しており、
   前記正面及び前記背面に、前記第二の鉄心を有すること
   を特徴とする静止誘導機器。
8. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
   前記第二の鉄心は、複数の板状磁性体部材を積層して構成されており、
   前記板状磁性体部材の圧延方向は、略鉛直方向であること
   を特徴とする静止誘導機器。
9. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
   前記第二の鉄心は、いずれかの前記内鉄心のヨークと前記外鉄心のヨークを跨ぐように配置されたこと
   を特徴とする静止誘導機器。
10. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
    前記コイルは、高圧コイルと低圧コイルであって、
    高圧の電極取出し側には、前記第二の鉄心を配置していないこと
    を特徴とする静止誘導機器。
11. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
    前記第二の鉄心を構成する板状磁性体部材は、
    前記第一の鉄心の磁脚の長手方向に対して略直交する方向に積層されていること
    を特徴とする静止誘導機器。
12. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
    前記第二の鉄心と前記第一の鉄心の間隙部に、絶縁部材を備えたこと
    を特徴とする静止誘導機器。
13. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
    前記第一の鉄心は、三相三脚型巻鉄心であり、
    前記第二の鉄心は、矩形の板状磁性体部材を積層して構成され、
    前記三相三脚型巻鉄心のヨーク部に、窓部を備えた固定金具を配置し、
    前記窓部から差し込まれた板状絶縁部材により、
    前記第二の鉄心を、前記三相三脚型巻鉄心のヨーク部に押し付けて固定したこと
    を特徴とする静止誘導機器。
14. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
    前記第一の鉄心は、三相三脚型巻鉄心であり、
    前記第二の鉄心は、前記三相三脚型巻鉄心のヨーク部を構成する、前記内巻鉄心と前記外巻鉄心の薄帯状磁性材料の積層面に対向する位置に、配置されたこと
    を特徴とする静止誘導機器。
15. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
    前記第二の鉄心は、複数個を横方向に並べ、前記第一の鉄心のヨーク部の、薄帯状磁性材料の積層面に対向して配置されたこと
    を特徴とする静止誘導機器。
16. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
    静止誘導機器の低圧電極が取り出される面のヨーク部に、複数個の前記第二の鉄心を配置したこと
    を特徴とする静止誘導機器。
17. 請求項１に記載の静止誘導機器において、
    前記第一の鉄心と前記第二の鉄心は、
    方向性珪素鋼板、鉄基アモルファス合金、またはナノ結晶材料から選択された材料で構成され、前記第一の鉄心と前記第二の鉄心とは同一の材料、または互いに異なる材料であること
    を特徴とする静止誘導機器。

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