JP7156828B2

JP7156828B2 - 静止誘導機器

Info

Publication number: JP7156828B2
Application number: JP2018111907A
Authority: JP
Inventors: 涼子西坂; 茂生大森; 剛増田
Original assignee: Toshiba Industrial Products and Systems Corp
Current assignee: Toshiba Industrial Products and Systems Corp
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2022-10-19
Anticipated expiration: 2038-06-12
Also published as: JP2019216158A

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（いわゆるアモルファス鉄心）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、剛性が小さく、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。

実開昭６２－２２２４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、従来では、アモルファス鉄心の変形防止に十分に効果的な構成は得られていなかった。そのため、アモルファス鉄心の変形に伴う特性の悪化を抑制することが望まれるのである。

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、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、前記巻鉄心の上部継鉄部を下方から支える支持部材を備え該巻鉄心を吊上げ支持すると共に、前記支持部材による前記上部継鉄部の支持高さを調節可能な高さ調節部を有する支持機構と、前記コイルの荷重が前記巻鉄心に作用しないように該コイルを支持するコイル支持部とを具備し、前記支持機構は、前記巻鉄心の上部継鉄部を保持する上部クランプと、前記巻鉄心の下部継鉄部を保持する下部クランプと、前記上部クランプと下部クランプとの間に上下に掛け渡され前記支持部材が取付けられるスタッドとを備えると共に、前記高さ調節部は、前記スタッドに対する前記支持部材の取付け高さ位置を、前記上部クランプの高さ位置とは独立して調節可能に構成されている。

一実施形態を示すもので、変圧器の全体構成を概略的に示す正面図変圧器の左側面図図１のＸ－Ｘ線に沿う断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３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、例えば建造物（タンク）の床上に図示しない台座を介して設置される。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、内周側に低圧巻線、外周側に高圧巻線を配置した円筒状をなし、前記巻鉄心２の３個の各脚部２ｃに夫々装着されている。そして、次に詳述するように、本実施形態の変圧器１においては、前記巻鉄心２を吊上げ支持するための支持機構６が設けられる。この支持機構６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に構成されている。また本実施形態では、支持機構６は、前記コイル３の荷重が巻鉄心２に作用しないように該コイル３を支持するコイル支持部を含んでいる。

さて、上記支持機構６は、以下のように構成されている。即ち、図１～図３に示すように、前記巻鉄心２の上部継鉄部２ａ部分には、上部クランプ７が設けられる。この上部クランプ７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を締め付け固定する。この上部クランプ７内の図で左右両端部には、巻鉄心２の外側に位置して、正面から見てＬ字状をなす上部端部金具８、８が設けられている。また、上部クランプ７の左右両端部の上面には、搬送用の吊り金具９、９が取付けられている。更に、詳しくは後述するように、上部クランプ７の前後両面部には、巻鉄心２の２個の窓部の上方に位置して、合計４個の上部支持金具１０が溶接により設けられている。

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１１が設けられる。この下部クランプ１１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。この下部クランプ１１内の図で左右両端部には、巻鉄心２の外側に位置して、正面から見て逆Ｌ字状をなす下部端部金具１２、１２が設けられている。更に、下部クランプ１１の前後両面部には、巻鉄心２の２個の窓部の下方に位置して、合計４個の下部支持金具１３が溶接により設けられている。

前記上部支持金具１０は、図２、図３にも示すように、側面Ｌ字型のアングル形状をなし、その垂直部の背面が上部クランプ７の前後面に溶接され、前後方向に延出する水平部の中央部には、後述のスタッド１４が挿通される挿通穴が形成されている。この上部支持金具１０の左右方向の長さ寸法は、巻鉄心２の窓部の上辺部の幅よりもやや大きく構成されている。

前記下部支持金具１３は、やはり側面逆Ｌ字型のアングル形状をなし、左右方向の長さ寸法が上部支持金具１０よりもやや大きく構成されている。下部支持金具１３は、垂直部の背面が下部クランプ１１の前後面に溶接され、前後方向に延出する水平部の中央部には、スタッド１４が挿通される挿通穴が形成されている。また、水平部の挿通穴部分の下面には、下部ナット１５が例えば溶接により固着されている。

前記スタッド１４は、上下に対向する上部支持金具１０と下部支持金具１３との間に上下に掛け渡されるように合計４本が設けられる。このとき、スタッド１４は、丸棒の外周面全体にねじを形成した長ボルト状に構成されている。そして、スタッド１４の下端部は、下部支持金具１３の挿通穴に上方から挿入され、下部ナット１５に相対的に締め付け固定される。

一方、スタッド１４の上端部は、上部支持金具１０の挿通穴に下方から挿入され、スタッド１４に螺合された複数個の上部ナット１６により、上部支持金具１０の水平部を上下から挟むようにして固定される。このとき、スタッド１４に対して複数個の上部ナット１６を螺進退させて上下位置を変更することにより、スタッド１４（ひいては下部支持金具１３）に対する上部支持金具１０の上下位置を調整することができる。

そして、スタッド１４には、巻鉄心２の窓部の各上辺部、つまり上部継鉄部２ａのうち下面が露出している２か所のフラット部分を下方から支えるための支持部材１７、１７が設けられる。支持部材１７は、前後方向に長く、上部継鉄部２ａの下面全体を支える幅寸法を有する板状をなし、変圧器１の前後に対向配置されるスタッド１４間に水平に掛け渡されるように設けられる。

このとき、各支持部材１７は、前後２か所にスタッド１４が相通される挿通穴を有し、その挿通穴にスタッド１４が挿通された状態とされ、該スタッド１４に螺合された２個の調節ナット１８、１８により、上下から挟まれるようにして取付けられる。これにて、スタッド１４に対して２個の調節ナット１８、１８を螺進退させて上下位置を変更することにより、支持部材１７の取付高さ位置を調節可能な高さ調節部が構成されている。

更に本実施形態では、下部支持金具１３の水平部の上面部にはコイル受け部材１９が配設されている。このコイル受け部材１９は、例えば材木製の横長な角材ならなり、コイル３が載置されてその下面を受けるように構成されている。また、前記下部端部金具１２の上面にも、前後方向に長い角材からなる端部用コイル受け部材２０が設けられ、コイル３が載置されてその下面を受けるように構成されている。

これにより、それらコイル受け部材１９及び端部用コイル受け部材２０を介して、下部クランプ１１により、コイル３の荷重が受けられるようになり、コイル３の荷重が巻鉄心２に作用しないように該コイル３を支持するコイル支持部が構成されている。尚、前記上部端部金具８の下面とコイル３の上面との間には、やはり前後方向に長い木材からなる絶縁スペーサ２１が配置されている。

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、支持機構６により巻鉄心２を吊上げ支持する構成とすると共に、支持機構６に、巻鉄心２の上部継鉄部２ａを下方から支える支持部材１７を設け、高さ調節部により、支持部材１７による上部継鉄部２ａの支持高さを調節可能とした。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、支持機構６においては、支持部材１４により、巻鉄心２の上部継鉄部２ａを下方から支えることによって、巻鉄心２は、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。このとき、支持機構６は、高さ調節部によって、支持部材１７による上部継鉄部２ａの支持高さを調節可能とされているので、支持機構６が、巻鉄心２を吊上げ支持する際の荷重を変更することが可能となる。支持部材１７による支持高さを高くすれば、その分吊上げ荷重を大きくすることができ、支持高さを低くすれば、吊上げ荷重を小さくすることができる。

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。従って、支持部材１７による上部継鉄部２ａの支持高さを調節可能としたことにより、求める特性に関してベストな支持高さを得ることが可能になる。この結果、本実施形態の変圧器１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、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、下部クランプ１１上に、コイル受け部材１９及び端部用コイル受け部材２０を設け、コイル３の荷重が巻鉄心２に作用しないようにコイル３の下面を支持する構成とした。これによれば、コイル３から巻鉄心２に対して作用する荷重が小さく済み、巻鉄心２の変形を小さくすることができ、特性の低下防止により優れたものとなる。また、支持機構６による支持荷重を小さくすることができる。

特に本実施形態では、巻鉄心２を吊上げ支持する支持機構６を、上部クランプ７、下部クランプ１１、スタッド１４、支持部材１７等から構成すると共に、高さ調節部としての調節ナット１８、１８により、支持部材１７の支持高さ位置を調節可能とした。これにより、支持機構６全体を比較的簡単な構成で済ませることができる。また、高さ調節部の構成も簡単に済ませることができ、支持部材１７の高さ調節の作業も容易に行うことができる。

更に本実施形態では、支持部材１７を、巻鉄心２の上部継鉄部２ａのフラット部の下面全体を支える形態の薄板状に構成した。これにより、上部継鉄部２ａのフラット部の形状を維持することができ、その部分の変形を防止して、変形に伴う特性の悪化を抑制することができる。

そして、本実施形態では、支持機構６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。ここで、本発明者らの研究によれば、支持機構６が、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、支持機構により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、支持機構６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、支持機構の構成として、上部クランプと下部クランプとの間に長ボルト状のスタッドを設けるようにしたが、例えばスタッドをアングル鋼等の鋼材から柱状に設ける等、様々な変更が可能であることは勿論である。また、高さ調節部の構成としても、複数の取付位置に選択的に支持部材を取付ける構成とすることもできる。コイル支持部の構成としても、様々な変更が可能であり、例えばコイル受け部材の材質としても、木材製に限らず、合成樹脂、セラミック、紙等の絶縁材料であっても良い。

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、６は支持機構、７は上部クランプ、１０は上部支持金具、１１は下部クランプ、１３は下部支持金具、１４はスタッド、１７は支持部材、１８は調節ナット（高さ調節部）、１９はコイル受け部材（コイル支持部）、２０は端部用コイル受け部材（コイル支持部）を示す。

Claims

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、
前記巻鉄心の上部継鉄部を下方から支える支持部材を備え該巻鉄心を吊上げ支持すると共に、前記支持部材による前記上部継鉄部の支持高さを調節可能な高さ調節部を有する支持機構と、
前記コイルの荷重が前記巻鉄心に作用しないように該コイルを支持するコイル支持部とを具備し、
前記支持機構は、
前記巻鉄心の上部継鉄部を保持する上部クランプと、
前記巻鉄心の下部継鉄部を保持する下部クランプと、
前記上部クランプと下部クランプとの間に上下に掛け渡され前記支持部材が取付けられるスタッドとを備えると共に、
前記高さ調節部は、前記スタッドに対する前記支持部材の取付け高さ位置を、前記上部クランプの高さ位置とは独立して調節可能に構成されている静止誘導機器。
前記支持部材は、前記上部継鉄部のフラット部の下面全体を支える形態に設けられる請求項１記載の静止誘導機器。
前記支持機構は、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。