JP6430189B2 - 静止誘導電器 - Google Patents

Description

本発明は静止誘導電器に関し、特にタンクに磁気シールドを有する静止誘導電器に関する。

鉄心脚部及び鉄心継鉄部からなる鉄心と、その鉄心脚部の回りに巻かれた巻線とで構成される静止誘導電器において、巻線からの漏れ磁束は、タンクや鉄心を固定するための鉄心締付け金具に侵入し、渦電流損失を発生する。

近時は、製造コスト低減のため、静止誘導電器が小型化し、漏れ磁束密度は高くなる傾向にある。漏れ磁束による損失低減のためには、タンクや鉄心締付け金具での損失を低減することが望まれる。

本技術分野の背景技術としては、特開平１０−１１６７４１号公報（特許文献１）がある。この公報には、タンク面に配置され、珪素鋼板を積層してなる磁気シールドにおいて、巻線に対抗する面の後方に珪素鋼板を積層した磁気シールド部を設けた構造が記載されている。

また、特開平０９−２９３６２２号公報（特許文献２）がある。この公報には、珪素鋼板を積層した磁気シールドと吸音材に囲まれた磁気シールドを２段重ねにした磁気シールドをタンクに取付ける構造が記載されている。

特開平１０−１１６７４１号公報 特開平０９−２９３６２２号公報

特許文献１の構造では、巻線に対抗する面の後方に磁気シールド部を設けた磁気シールドに、鉄心からの漏れ磁束を吸収し、タンク側に漏らすことなく鉄心側に戻すことができるため、タンク部での渦電流損失を大幅に低減できる。反面、全ての磁束を磁気シールドが磁気飽和することなく流すため、上記磁気シールド部はかなり厚くする必要がある。これに伴い、磁気シールドの重量は大きくなるため、珪素鋼板の材料コストが増加する、磁気シールドの固定構造が複雑になる、磁気シールドの製作の作業性が悪くなる、などの問題がある。

特許文献２の構造では、２段重ねの磁気シールドを用いているため、タンク部の渦電流損失を大幅に低減できる。反面、磁気シールドを２段重ねとするため、磁気シールドの重量が大きくなり、特許文献１で述べたのと同様の問題がある。

本発明は以上の問題点を鑑みてなされたもので、静止誘導電器のタンクに設けた磁気シールドの総重量を低減しつつ、巻線からの漏れ磁束による渦電流損失を低減することを目的とする。

上記目的は、特許請求の範囲に記載された発明により達成される。

例えば、上記目的は、鉄心脚と鉄心継鉄を有する鉄心と、前記鉄心脚に巻回された巻線と、前記鉄心及び前記巻線を内部に有するタンクと、前記タンクの内側に珪素鋼板を積層して形成した磁気シールドを有する静止誘導電器であって、前記磁気シールドは少なくとも第１の磁気シールドと第２の磁気シールドで構成され、前記第１の磁気シールドは前記巻線に対向して配置され、前記第２の磁気シールドは前記第１の磁気シールドと前記タンクの間に配置され、前記第１の磁気シールドと前記第２の磁気シールドはそれぞれ別の支持部材で前記タンクに固定され、前記第１の磁気シールドの支持部材は、前記タンクの内壁の上部及び下部に設けられ、前記第２の磁気シールド及び前記第２の磁気シールドの支持部材が、前記上部に設けられた前記第１の磁気シールドの支持部材と前記下部に設けられた前記第１の磁気シールドの支持部材との間に設けられたことによって達成される。

タンクの渦電流損失低減に必要な磁気シールドにつき、総重量を低減でき、巻線からの漏れ磁束による渦電流損失を低減することが可能となる。

第１の実施例における、変圧器の主要部を示す縦断面図である。 第１の磁気シールドのタンクへの取付け構造を示す正面図である。 図２のIII−III断面における縦断面図である。 第２の磁気シールドの詳細を示す図である。 図４のＶ−Ｖ断面における縦断面図である。 第１の実施例の効果を示す模式図と損失分布のグラフである。模式図の高さとグラフの高さを対応付けて示している。 第２の実施例における、変圧器の主要部を示す縦断面図である。 第３の実施例における、変圧器の主要部を示す縦断面図である。 第２の磁気シールドのタンクへの取付け構造を示す正面図である。 図９のＸ−Ｘ断面における縦断面図である。 第３の実施例の効果を示す模式図と損失分布のグラフである。模式図の高さとグラフの高さを対応付けて示している。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

本実施例では、電圧切換用巻線を有する単相変圧器において、電圧切換用巻線が最もタンクに近い位置に配置された変圧器の例を説明する。

図１は、本実施例の変圧器の主要部分を示す縦断面図である。変圧器主要部は、珪素鋼板を多数積層して形成した鉄心脚部１Ａと鉄心継鉄部１Ｂからなる鉄心１と、鉄心脚部１Ａに巻回された高圧側巻線２と、低圧側巻線３と、三次巻線４と、電圧切換用巻線５とで概略構成される。鉄心１は、上部絶縁物６を挟んで巻線の上方に配置される上部鉄心締付け金具７と、下部絶縁物８を挟んで巻線の下方に配置される下部鉄心締付け金具９で固定されている。

上述の鉄心１及び巻線は、タンク１０の中に配置される。タンク１０内壁には、第１の磁気シールド支持構造２０が設けられており、それにより第１の磁気シールド２８が固定されている。また、タンク内壁には、第２の磁気シールド下部支持部材３１及び第２の磁気シールド支持部材３３が設けられており、第２の磁気シールド３８が、第１の磁気シールドとタンクの間に固定されている。タンク１０内は絶縁油１５が充填されている。

磁気シールド２８、３８は、所定の位置に取付けるための穴を設けた珪素鋼板を多数積層して形成されている。

次に、図２と図３を用いて、第１の磁気シールドの固定方法を説明する。図２は、第１の磁気シールドのタンクへの取付け構造を示す正面図である。タンク１０内壁には、上部と下部にそれぞれ第１の磁気シールド固定台２０１が設けられている。取付け用の穴を設けた、縦長の磁気シールド２８が第１の磁気シールド固定部２０２で第一の磁気シールド固定台２０１に固定されている。なお、図中の破線は、第２の磁気シールド及び支持構造物の概略の位置を示している。

図３は、図２のIII−III断面における縦断面図である。第１の磁気シールド保護絶縁物２９で周囲を覆われた、第１の磁気シールド２８は、設けられた穴の内側に円筒状絶縁部材２０３が配置され、第１のシールド固定部材２０２によって、第１の磁気シールド固定台２０１に固定されている。

なお、第１の磁気シールド２８と第２の磁気シールド３８は、夫々のシールドを同程度の重量とすることにより、それらを固定する固定部材を共通にすることが可能となり、作業性の向上を図っている。

次に、図４と図５を用いて、第２の磁気シールドの固定方法を説明する。タンク内壁中央部に、下方から、第２の磁気シールド下部支持台３１１、２つの第２の磁気シールド固定台３３１を溶接等で固定する。

第２の磁気シールド３８を磁気シールド下部支持台３１１上に配置し、第２の磁気シールド下部カバー３１２で覆い、ボルト等の第２の磁気シールド下部カバー固定部材３１３で第２の磁気シールド下部カバー３１２を磁気シールド下部支持台３１１に固定する。これにより、第２の磁気シールド３８が第２の磁気シールド下部支持台３１１から落下するのを防ぐ。

第２の磁気シールド３８は、さらに、第２の磁気シールド固定台３３１と第２の磁気シールドカバー３３３の間に挟んで固定する。具体的には、第２の磁気シールド固定台３３１に円柱状の固定台突起部３３２を設け、この突起部を磁気シールド３８に設けた穴部に通し、突起部の先端にコの字状の第２の磁気シールドカバー３３３を配置し、このカバーの両端部をボルト等の第２の磁気シールドカバー固定部材３３４で第２の磁気シールド固定台３３１に固定する。

図５は、図４のＶ−Ｖ断面における縦断面図である。第２の磁気シールド固定部３３１には、所定の場所に円柱状の固定台突起部３３２が設けられている。固定台突起部３３２の周りには、円筒状絶縁部材３３５が配置され、第２の磁気シールド保護絶縁部材３９で周囲を覆われた第２の磁気シールド３８の穴の位置に挿入される。第２の磁気シールド３８は、第２の磁気シールドカバー３３３で押さえられるため、転倒することがないだけでなく、第２の磁気シールド３８に力がかかった場合でも、上下に移動することはない。

次に本実施例の効果について図６を参照して説明する。図６は、本実施例の効果を示す模式図と損失分布のグラフであり、模式図の高さとグラフの高さを対応付けて示している。模式図中の矢印は、磁束の流れを定性的に示している。例えば、巻線下端部から出た磁束は、第１の磁気シールド２８に取込まれ、巻線上端部に戻るが、電圧切換用巻線５がタンク１０側に配置されている場合、第１の磁気シールド２８の中央部付近で更なる磁束が重畳される。そのため、第１の磁気シールド２８の中央部付近では磁気シールドが磁気飽和し、タンク１０側に磁束が漏れるため、タンク中央で損失が最大になる損失分布となる。

この場合には、変圧器全体としての損失の増大、局所的な温度上昇を生ずる問題がある。しかし、図１の本発明の構成とすることにより、第１の磁気シールド２８の中央部付近でタンク１０側に漏れた磁束は、第２の磁気シールド３８に吸収され、第２の磁気シールド３８を流れた後、第１の磁気シールド２８に戻り、最終的に巻線上部に戻る。このため、タンク１０に侵入する磁束は大幅に低減し、損失もピークの１０％以下に低減される。

第２の磁気シールド３８は、第１の磁気シールド２８に比較して、設けなければならない範囲は狭く、磁気シールド全体の重量を低く抑えることができ、図２から図４で示したような簡単な取付け構造で固定できる。更に、第１の磁気シールド２８と第２の磁気シールド３８の重量は同程度にしてそれぞれ複数を配置することで、１個の面積及び重量の大きな磁気シールドを用いる場合と比較して作業性が大幅に向上する。また、１つの磁気シールドを軽量化することにより、振動を低く抑える効果もある。

本実施例では、特に低騒音を要求される単相変圧器の例について説明する。図７は本実施例における、変圧器の主要部を示す縦断面図である。本実施例の変圧器は、上述した図１の変圧器とほぼ同じであるが、タンク１０の外側に中空四角柱状の補強構造物１１が設けられている。図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

本実施例では、第１の磁気シールド支持構造２０は、タンク１０の補強構造物１１の反対側に設けられている。本発明の磁気シールド２８、３８は、軽量化により、振動を低減できるが、更に、磁気シールドの大部分を占める第１の磁気シールド２８を、それ自体振動が起こりにくい補強構造物１１の反対側のタンク内壁で固定することにより、大気側への振動の伝播を起こりにくくし、騒音を低く抑えることができる。

本実施例では、電圧切換用巻線を有する単相変圧器において、電圧切換用巻線が高圧側巻線２及び低圧側巻線３よりも鉄心１に近い位置に配置された変圧器の例を説明する。

図８は本実施例における、変圧器の主要部を示す縦断面図である。本実施例の変圧器は、上述した図１の変圧器とほぼ同じであるが、上下２つに配置された第２の磁気シールド４８が、第２の磁気シールド下部支持部材４１と第２の磁気シールド支持部材４３で固定されているところが異なる。図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。

図９は、第２の磁気シールドのタンク１０への取付け構造を示す正面図である。同図では第２の磁気シールドの構成を示すため、第１の磁気シールドを省略している。図９及び図１０に示すように、タンク内壁の中ほど上下位置に、第２の磁気シールド下部支持台４１１、及び第２の磁気シールド固定台４３１が２つずつ設けられている。

第２の磁気シールド４８を磁気シールド下部支持台４１１上に配置し、第２の磁気シールド下部カバー４１２で覆い、ボルト等の第２の磁気シールド下部カバー固定部材４１３で固定する。これにより、第２の磁気シールド４８が第２の磁気シールド下部支持台４１１から落下するのを防ぐ。

第２の磁気シールド４８は、さらに、第２の磁気シールド固定台４３１と第２の磁気シールドカバー４３３の間に挟んで固定する。具体的には、第２の磁気シールド固定台４３１に円柱状の固定台突起部４３２を設け、この突起部を磁気シールド４８に設けた穴部に通し、突起部の先端にコの字状の第２の磁気シールドカバー４３３を配置し、このカバーの両端部をボルト等の第２の磁気シールドカバー固定部材４３４で第２の磁気シールド固定台４３１に固定する。

第２の磁気シールド４８は、第２の磁気シールドカバー４３３で押さえられるため、転倒することがないだけでなく、第２の磁気シールド４８に力がかかった場合でも、上下に移動することはない。

次に本実施例の効果について図１１を参照して説明する。図１１は、本実施例の効果を示す模式図と損失分布のグラフであり、模式図の高さとグラフの高さを対応付けて示している。模式図中の矢印は、磁束の流れを定性的に示している。

例えば、巻線下端部から出た磁束は、第１の磁気シールド２８に取込まれ、第１の磁気シールド２８を流れるが、磁束量が多いため、タンク１０側に漏れる。高さ方向中央部付近では、第１の磁気シールド２８を流れる磁束は、ある程度少なくなるため、タンク１０側への磁束の漏れはほとんど無くなるが、更に巻線上端部に近づくと第１の磁気シールド２８を流れる磁束が増加し、タンク１０への漏れが生ずる。これに伴い、図１１に示すように、高さ方向に２つのピークを持つ損失分布を持つ。

この場合には、変圧器全体としての損失の増大、局所的な温度上昇を生ずる問題が生ずる。しかし、図８の本発明の構成とすることにより、巻線下部、上部でタンク１０側に漏れた磁束は、第２の磁気シールド４８に吸収され、第２の磁気シールド４８を流れた後、第１の磁気シールド２８に戻り、最終的に巻線上部に戻る。このため、タンク１０に侵入する磁束は大幅に低減し、損失もピークの１０％以下に低減される。

図１１の損失分布に示す実線の２つの大きな山は第１の磁気シールドのみを設けた場合の効果を示し、点線で示す２つの小さな山は第１の磁気シールドに加え第２の磁気シールドを設けた場合の効果を示す。

第２の磁気シールド４８は、第１の磁気シールド２８に比較して、設けなければならない範囲は狭く、磁気シールド全体の重量を低く抑えることができ、簡単な取付け構造で固定できる。更に、第１の磁気シールド２８と第２の磁気シールド４８のそれぞれの重量を同程度にすることで、それらを固定する固定部材を共通にすることが可能となり、１個の重量が大きな磁気シールドを用いる場合と比較して作業性が大幅に向上する。また、軽量化により、振動を低く抑える効果もある。

なお、これまで単相変圧器について述べてきたが、本発明は三相変圧器についても適用でき、同様の効果が得られる。また、リアクトルへの適用も可能である。

１ 鉄心
１Ａ 鉄心脚部
１Ｂ 鉄心継鉄部
２ 高圧側巻線
３ 低圧側巻線
４ 三次巻線
５ 電圧切換用巻線
６ 上部絶縁物
７ 上部鉄心締付金具
８ 下部絶縁物
９ 下部鉄心締付金具
１０ タンク
１１ 補強構造物
１５ 絶縁油
２０ 第１の磁気シールド支持構造
２８ 第１の磁気シールド
３１、４１ 第２の磁気シールド下部支持部材
３３、４３ 第２の磁気シールド支持部材
３８、４８ 第２の磁気シールド
２０１ 第１の磁気シールド固定台
２０２ 第１の磁気シールド固定部材
３１１ 第２の磁気シールド下部支持台
３１２ 第２の磁気シールド下部カバー
３１３ 第２の磁気シールド下部カバー固定部材
３３１ 第２の磁気シールド固定台
３３２ 固定台突起部
３３３ 第２の磁気シールドカバー
３３４ 第２の磁気シールドカバー固定部材

Claims (5)

1. 鉄心脚と鉄心継鉄を有する鉄心と、
   前記鉄心脚に巻回された巻線と、
   前記鉄心及び前記巻線を内部に有するタンクと、
   前記タンクの内側に珪素鋼板を積層して形成した磁気シールドを有する静止誘導電器であって、
   前記磁気シールドは少なくとも第１の磁気シールドと第２の磁気シールドで構成され、
   前記第１の磁気シールドは前記巻線に対向して配置され、
   前記第２の磁気シールドは前記第１の磁気シールドと前記タンクの間に配置され、
   前記第１の磁気シールドと前記第２の磁気シールドはそれぞれ別の支持部材で前記タンクに固定され、
   前記第１の磁気シールドの支持部材は、前記タンクの内壁の上部及び下部に設けられ、
   前記第２の磁気シールド及び前記第２の磁気シールドの支持部材が、前記上部に設けられた前記第１の磁気シールドの支持部材と前記下部に設けられた前記第１の磁気シールドの支持部材との間に設けられたことを特徴とする静止誘導電器。
   
2. 鉄心脚と鉄心継鉄を有する鉄心と、前記鉄心脚に巻回された巻線と、前記鉄心及び前記巻線を内部に有するタンクと、前記タンクの内側に珪素鋼板を積層して形成した磁気シールドを有する静止誘導電器であって、
   前記磁気シールドは少なくとも第１の磁気シールドと第２の磁気シールドで構成され、
   前記第１の磁気シールドは前記巻線に対向して配置され、
   前記第２の磁気シールドは前記第１の磁気シールドと前記タンクの間に配置され、
   前記第１の磁気シールドと前記第２の磁気シールドはそれぞれ別の支持部材で前記タンクに固定され、
   前記巻線は高圧側巻線、低圧側巻線、及び電圧切換用巻線を有し、
   前記電圧切換用巻線が前記タンクに最も近い側に配置され、前記第２の磁気シールドが前記タンク上下方向の中央部近傍で、前記電圧切換用巻線に近い位置に配置されることを特徴とする静止誘導電器。
   
3. 鉄心脚と鉄心継鉄を有する鉄心と、前記鉄心脚に巻回された巻線と、前記鉄心及び前記巻線を内部に有するタンクと、前記タンクの内側に珪素鋼板を積層して形成した磁気シールドを有する静止誘導電器であって、
   前記磁気シールドは少なくとも第１の磁気シールドと第２の磁気シールドで構成され、
   前記第１の磁気シールドは前記巻線に対向して配置され、
   前記第２の磁気シールドは前記第１の磁気シールドと前記タンクの間に配置され、
   前記第１の磁気シールドと前記第２の磁気シールドはそれぞれ別の支持部材で前記タンクに固定され、
   前記巻線は高圧側巻線、低圧側巻線、及び電圧切換用巻線を有し、
   前記電圧切換用巻線が、前記高圧側巻線及び前記低圧側巻線より、前記鉄心に近い側に配置され、
   前記第２の磁気シールドが、前記タンクの上下方向に分かれて配置されることを特徴とする静止誘導電器。
   
4. 請求項１に記載の静止誘導電器であって、
   前記第１の磁気シールドの支持部材が、前記タンクの外面に設けられた補強構造部材と前記タンクを挟んで対向配置されていることを特徴とする静止誘導電器。
   
5. 鉄心脚と鉄心継鉄を有する鉄心と、前記鉄心脚に巻回された巻線と、前記鉄心及び前記巻線を内部に有するタンクと、前記タンクの内側に珪素鋼板を積層して形成した磁気シールドを有する静止誘導電器であって、
   前記磁気シールドは少なくとも第１の磁気シールドと第２の磁気シールドで構成され、
   前記第１の磁気シールドは前記巻線に対向して配置され、
   前記第２の磁気シールドは前記第１の磁気シールドと前記タンクの間に配置され、
   前記第１の磁気シールドと前記第２の磁気シールドはそれぞれ別の支持部材で前記タンクに固定され、
   前記第２の磁気シールドはその下端部を、前記タンクに固定された第２の磁気シールド下部支持台に配置され、前記第２の磁気シールド下部支持台に固定された第２の磁気シールド下部カバーで支持され、
   前記第２の磁気シールド下部支持台及び第２の磁気シールド下部カバーの上方において、前記第２の磁気シールドを、前記タンクに固定された第２の磁気シールド固定台及び第２の磁気シールドカバーで挟んで固定したことを特徴とする静止誘導電器。