JP7211195B2

JP7211195B2 - 変圧器

Info

Publication number: JP7211195B2
Application number: JP2019057623A
Authority: JP
Inventors: 裕樹清宮; 智一宮田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2023-01-24
Anticipated expiration: 2039-03-26
Also published as: JP2020161576A

Description

本発明は、変圧器に関し、特に、巻線を軸方向両側から保持部材で保持することができる変圧器に関する。

変圧器は、電磁誘導を利用して交流電力の電圧を変換する機器であり、磁気回路を構成する鉄心と、電気回路を構成する巻線（コイル）とを備えている。このような変圧器としては、例えば、鉄心及び巻線がフレーム部材（締付部材）によって支持される構成を採用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のフレーム部材は、複数の電磁鋼板を積層した鉄心の上下両側において、鉄心を積層方向両側から締め付けて支持している。特許文献１では、フレーム部材と巻線の上下両端部との間に保持部材（締付部材）が介挿され、かかる保持部材を介して巻線が上下方向両側から支持されている。

また、特許文献１にあっては、保持部材として、板状をなす複数の絶縁部材を鉛直方向に積層した構成も開示されている。

特開２０１５－８１７４号公報

上記のように複数の絶縁部材を積層した保持部材では、地震等の発生によって巻線に水平方向の力が加わると、それぞれの絶縁部材にて水平方向にずれや傾きが生じ易くなり、巻線を安定して支持できなくなる、という問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、巻線に水平方向の力が加わっても、巻線の支持が不安定になることを抑制することができる変圧器を提供することを目的の一つとする。

本発明における一態様の変圧器は、鉄心と、該鉄心に巻回されるように配置されて軸方向が上下方向に向けられた巻線と、該巻線の上下両側に配置されるフレームと、該フレームと前記巻線との間に設けられて該巻線を保持する保持部材とを備えた変圧器であって、前記保持部材は、上下方向に積層される複数の積層部材と、該複数の積層部材と前記巻線とで挟まれて配置される固定部材とを備え、前記複数の積層部材のうち、前記巻線に最も近い位置の積層部材を巻線側積層部材とし、前記固定部材は、前記巻線を上面側又は下面側から支持する第１支持面と、前記第１支持面の裏面側に設けられ、前記巻線側積層部材を支持する第２支持面と、前記巻線を側面側から支持する第３支持面と、前記巻線側積層部材を側面側から支持する第４支持面とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、固定部材が第４支持面を有するので、かかる第４支持面によって積層部材を側面から支持することができる。これにより、地震等で巻線に水平方向の力が作用しても、複数の積層部材にて水平方向へのずれや傾きが発生することを規制でき、巻線の支持の安定化を図ることができる。

実施の形態に係る変圧器を模式的に表す部分正面断面図である。巻線を保持する準備段階の上部保持部材を一部縦断面視した説明図である。固定部材及び積層部材の概略斜視図である。巻線を保持した状態の上部保持部材を一部縦断面視した説明図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る変圧器について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、本発明に係る変圧器をモールド変圧器とした場合について説明する。しかしながら、本発明は、モールド変圧器に限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、モールド変圧器以外の乾式変圧器（例えば、Ｈ種乾式変圧器）やガス絶縁変圧器及び油入変圧器に適用することもできる。

図１は、実施の形態に係る変圧器を模式的に表す部分正面断面図である。図１に示す変圧器１は、磁気回路を構成する鉄心１０と、電気回路を構成する巻線（コイル）２０と、鉄心１０及び巻線２０を支持するフレーム３０とを備えて構成されている。図１では、１つの巻線２０を図示したが、３相３脚、３相５脚等の変圧器１の構造に応じて巻線２０が複数設けられる。

鉄心１０は、電磁鋼板を積層及び接合する構成を例示でき、脚部１１と、脚部１１の上下位置に接合される上ヨーク部１２及び下ヨーク部１３とを備えている。

巻線２０は、脚部１１の周りに巻回されるように配置されている。巻線２０は、内側巻線２１と、内側巻線２１の外側に同心となるように設けられた外側巻線２２とを有し、各巻線２１、２２の全表面が樹脂又は樹脂を含んだ絶縁機材で被覆されている。被覆する樹脂としては、例えば、耐熱性及び電気絶縁性に優れたエポキシ樹脂が用いられる。ここで、巻線２０の軸方向は、円筒状となる巻線２０の中心軸位置が延在する方向であり、図１における上下方向に向けられている。巻線２０は、後述する保持部材４０を介してフレーム３０との間で位置決めされる。

フレーム３０は、鉄心１０の上端部に設けられた上部フレーム３１と、鉄心１０の下端部に設けられた下部フレーム３２とを備えている。

上部フレーム３１及び下部フレーム３２は、鉄心１０の図１中紙面直交方向両側にそれぞれ設けられ、図１では紙面奥行側の各フレーム３１、３２が不図示となる。上部フレーム３１によって鉄心１０の上部領域が、下部フレーム３２によって鉄心１０の下部領域が挟み込まれるようにして支持される。各フレーム３１、３２は、特に限定されるものでないが、本実施の形態では断面がＬ字状に形成されて長手方向に延出する鋼材や板金加工材等の金属構造物により構成される。

ここで、巻線２０の上側に上部フレーム３１が配置され、巻線２０の下側に下部フレーム３２が配置される。各フレーム３１、３２にて水平方向に沿う水平部３１ａ、３２ａが巻線２０側に配置され、該水平部３１ａ、３２ａと巻線２０との間に、巻線２０を保持するための保持部材４０が設けられている。なお、図１では、外側巻線２２に設けた保持部材４０を図示し、内側巻線２１に設けた保持部材４０の図示を省略している。以下において、外側巻線２２に設けた保持部材４０について説明する。

保持部材４０は、外側巻線２２の上面と上部フレーム３１の水平部３１ａとの間に設けられた上部保持部材４１と、巻線２０の下面と下部フレーム３２の水平部３２ａとの間に設けられた下部保持部材４２とを備えている。

続いて、本実施の形態の上部保持部材４１について、図２ないし図４を参照して説明する。図２は、巻線を保持する準備段階の上部保持部材を一部縦断面視した概略説明図である。図３は、固定部材及び積層部材の概略斜視図である。

図２及び図３に示すように、上部保持部材４１は、上下方向に積層される複数（本実施の形態では３枚）の積層部材４３と、かかる複数の積層部材４３と外側巻線２２（図３では不図示）の上面とで挟まれて配置される固定部材４４とを備えている。

積層部材４３は、最も上方に位置する積層部材４３を除き、上面中央部に凸部４３ａが形成され、下面中央部に凹部４３ｂが形成されている。最も上方に位置する積層部材４３は、上面及び下面を貫通する孔４３ｃが形成されている。複数の積層部材４３を上下方向に積層した場合、凸部４３ａが上方に隣り合う積層部材４３の凹部４３ｂや孔４３ｃに挿入されて嵌合した状態で連結される。なお、積層部材４３の上下方向の向きは逆にしてもよい。

ここで、複数の積層部材４３のうち、巻線２０に最も近い（最も下方）位置の積層部材４３を巻線側積層部材４３Ａとし、上部フレーム３１に最も近い（最も上方）位置の積層部材４３をフレーム側積層部材４３Ｂとする。

固定部材４４は、水平方向に沿って位置するベース壁４４１と、ベース壁４４１の上面に連なって上方に延びる概略円筒状の周壁４４２と、ベース壁４４１の下面における一端側（図２中右端側）から下方に突出するストッパ壁４４３とを備えている。ベース壁４４１は外側巻線２２の上面上に配置される。周壁４４２の内部には複数積層された積層部材４３が配置され、ベース壁４４１の上面上に巻線側積層部材４３Ａが接触して載置された状態となる。ストッパ壁４４３は、外側巻線２２の外側の周面となる側面より外方に配置される。

ここで、固定部材４４は、第１支持面４４ａ、第２支持面４４ｂ、第３支持面４４ｃ及び第４支持面４４ｄを備えている。第１支持面４４ａは、ベース壁４４１の下面によって形成される。第１支持面４４ａは、外側巻線２２の上面に沿って位置しており、外側巻線２２の上面に下方への力を加えて外側巻線２２を上面側から支持する。本実施の形態では、第１支持面４４ａと外側巻線２２の上面との間にシート部材ＳＴを設けたが、かかるシート部材ＳＴを省略し、第１支持面４４ａと外側巻線２２の上面とが直接接触するようにしてもよい。

第２支持面４４ｂは、周壁４４２の内部におけるベース壁４４１の上面によって形成され、第１支持面４４ａの裏面側に設けられる。第２支持面４４ｂは、巻線側積層部材４３Ａの下面に沿って位置しており、巻線側積層部材４３Ａの下面に上方への力を加えて各積層部材４３を下面側から支持する。

第３支持面４４ｃは、ストッパ壁４４３の内面（図２中左面）によって形成される。第３支持面４４ｃは、外側巻線２２の径方向で鉄心１０における脚部１１に最も遠い部分における外側巻線２２の側面（外側の周面）に沿って配置される。第３支持面４４ｃは、外側巻線２２の側面から中心位置方向（脚部１１に向かう方向）に押さえる力を付与可能となり、外側巻線２２を側面側から支持する。本実施の形態では、第３支持面４４ｃとの外側巻線２２の側面との間にスペーサＳＰを設けたが、かかるスペーサＳＰを省略し、第３支持面４４ｃと外側巻線２２の側面とが直接接触するようにしてもよい。

第４支持面４４ｄは、周壁４４２の内周面によって形成される。第４支持面４４ｄは、周壁４４２内にて、巻線側積層部材４３Ａを含む複数積層された積層部材４３の側面に沿って位置している。第４支持面４４ｄの上下長さは、巻線側積層部材４３Ａの積層方向（上下方向）厚さより長く形成され、具体的には、巻線側積層部材４３Ａの厚さの約１．５倍程度に形成される。第４支持面４４ｄは、巻線側積層部材４３Ａ及びその上方の積層部材４３の側面から該積層部材４３の中心位置方向に押さえる力を付与可能となり、積層された積層部材４３を側面側から支持する。

上部保持部材４１にあっては、上記の積層部材４３及び固定部材４４に加え、結合部材４５、アダプタ４６及び弾性部材４７を更に備えている。アダプタ４６は、所定の上下厚みに形成されて上部フレーム３１の水平部３１ａに固定され、該水平部３１ａと結合部材４５とを連結するよう設けられる。弾性部材４７は、ゴム板等によって弾性変形可能に設けられ、本実施の形態では３枚設けられて厚さ方向（上下方向）に重ねられている。

結合部材４５は、アダプタ４６の下面に固定される円筒状の外側形成部４５１と、外側形成部４５１の内側に設けられた内側形成部４５２とを備えている。外側形成部４５１の内周面は雌ねじ形状（図示省略）に設けられる一方、内側形成部４５２の外周面は雄ねじ形状（図示省略）に設けられ、それらが螺合して結合されている。結合部材４５では、内側形成部４５２を軸線周りに回転操作することで、内側形成部４５２自体を上下方向に変位し、外側巻線２２に対して離反接近可能に設けられる（図４参照）。

内側形成部４５２は、上記の雄ねじ形状が外周面に形成された円筒部４５２ａと、円筒部４５２ａの上端に連なって形成された上壁部４５２ｂとを備えている。図２の状態にて、内側形成部４５２内に弾性部材４７が３枚重なって収められる。円筒部４５２ａは、積層部材４３を上方から覆って受容可能な大きさに設けられる。

図４は、巻線を保持した状態の上部保持部材を一部縦断面視した説明図である。図２に示す状態から内側形成部４５２を回転操作して下降させると、図４に示すように、弾性部材４７がフレーム側積層部材４３Ｂに押し当てられる。内側形成部４５２の下降量に応じて各弾性部材４７が圧縮され、フレーム側積層部材４３Ｂの上面に下方への力が加えられる。かかる下方への力は、内側形成部４５２における上壁部４５２ｂの下面から弾性部材４７を介して加えることとなる。よって、結合部材４５において、上壁部４５２ｂの下面はフレーム側積層部材４３Ｂを上面側から支持する第５支持面４５ａとされる。第５支持面４５ａは、第２支持面４４ｂと対向するように設けられる。

内側形成部４５２の下降による下方への力は、弾性部材４７、積層部材４３、固定部材４４を通じ、該固定部材４４の第１支持面４４ａによって外側巻線２２の上面に加えられる。言い換えると、固定部材４４の第１支持面４４ａが外側巻線２２を上面側から支持するようになる。また、この状態においては、外側巻線２２から上向きの反力が発生し、該反力が固定部材４４の第２支持面４４ｂを介して巻線側積層部材４３Ａに加えられる。言い換えると、第２支持面４４ｂが巻線側積層部材４３Ａを下面側から支持するようになる。

図４の状態では、上部保持部材４１によって外側巻線２２を下方に押さえ付けている。外側巻線２２の下部は下部保持部材４２に載置されて支持されるので（図１参照）、外側巻線２２が各保持部材４１、４２によって上下両側から締め付けられて保持される。この状態において、結合部材４５は、複数の積層部材４３におけるフレーム側積層部材４３Ｂと上部フレーム３１とで挟まれて配置される。また、弾性部材４７は、結合部材４５の第５支持面４５ａとフレーム側積層部材４３Ｂとの間に配置される。

更に、図４の状態にて、下降した内側形成部４５２における円筒部４５２ａの下端側は、固定部材４４の上面から上方に離れつつフレーム側積層部材４３Ｂを受容している。このとき、円筒部４５２ａの内周面はフレーム側積層部材４３Ｂの側面（外周面）に沿って配置される。かかる配置において、結合部材４５における円筒部４５２ａの内周面はフレーム側積層部材４３Ｂを側面側から支持する第６支持面４５ｂとされる。第６支持面４５ｂの上下長さは、フレーム側積層部材４３Ｂの積層方向（上下方向）厚さより長く形成される。第６支持面４５ｂは、フレーム側積層部材４３Ｂの側面から中心に向かう方向の押さえ力を付与可能となり、フレーム側積層部材４３Ｂを含む各積層部材４３を側面側から支持する。

本実施の形態では、図４に示す外側巻線２２の保持状態で、地震等によって水平方向の力が上部保持部材４１に作用し、それぞれの積層部材４３にて水平方向にずれたり傾いたりする力が発生しても、該ずれや傾きを以下に述べるように抑制することができる。

固定部材４４においては、巻線側積層部材４３Ａを含む複数の積層部材４３の側面近傍に第４支持面４４ｄが位置している。これにより、それぞれの積層部材４３が水平方向にずれたり傾いたりしようとしても、積層部材４３の側面が第４支持面４４ｄに接触して水平方向に支持されるようになる。これにより、第４支持面４４ｄによって各積層部材４３のずれ及び傾きが規制されるようになる。

特に、第４支持面４４ｄが巻線側積層部材４３Ａとその上に積層する積層部材４３との各側面に沿って位置するので、該積層部材４３Ａ、４３でのずれや傾きをより良く抑制することができる。

結合部材４５においては、フレーム側積層部材４３Ｂの側面近傍に第６支持面４５ｂが位置している。これにより、フレーム側積層部材４３Ｂが水平方向にずれたり傾いたりしようとしても、フレーム側積層部材４３Ｂの側面が第６支持面４５ｂに接触して水平方向に支持されるようになる。これにより、第６支持面４５ｂによって各積層部材４３のずれ及び傾きが規制されるようになる。

ここで、固定部材４４は第３支持面４４ｃを有しており、第３支持面４４ｃは外側巻線２２の側面近傍に位置している。これにより、固定部材４４に対し外側巻線２２が水平方向にずれたり傾いたりしようとしても、外側巻線２２と第３支持面４４ｃとがスペーサＳＰを介して押し合うようになり、外側巻線２２が側面側から第３支持面４４ｃによって支持されるようになる。これにより、第３支持面４４ｃによって、固定部材４４を含む上部保持部材４１と外側巻線２２との間でのずれ及び傾きが規制されるようになる。

このような実施の形態によれば、外側巻線２２に水平方向の力が加わっても、複数積層された積層部材４３でのずれや傾きを抑制することができる。これにより、複数の積層部材４３が上下に揃って積層した状態に良好に維持でき、外側巻線２２が各フレーム３１、３２間で支持不能となって脱落したり、外側巻線２２の支持が不安定になったりすることを抑制することができる。

ここで、上記実施の形態の固定部材４４を省略して積層部材４３の枚数を増加した比較構造を検討する。該比較構造と上記実施の形態の構成とを比べると、複数の積層部材４３の一部を固定部材４４に変更するだけで、上述のように複数積層された積層部材４３でのずれや傾きを抑制することができる。従って、変圧器１の耐震対策を実施するにあたり、比較構造の一部の構成を固定部材４４に交換すればよいので、耐震対策のためのコスト上昇を抑制でき、また、短時間での耐震対策を実現することが可能となる。

本実施の形態における下部保持部材４２にあっては、図１に示すように、上部保持部材４１を上下逆向きとしつつ簡略化した構成が採用される。更に述べると、下部保持部材４２は、上部保持部材４１の固定部材４４以外の構成を省略しつつ、該固定部材４４の周壁４４２を上下方向に延長して下部フレーム３２の水平部３２ａ上に設置している。

本発明の実施の形態は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

保持部材４０においては、下部保持部材４２も、上記の上部保持部材４１と同様に構成しつつ上下逆向きとした構成を採用してもよい。この場合、上部保持部材４１における各構成が上下逆向きとなり、各構成を支持する方向も上下逆向きとなる。また、保持部材４０は、下部保持部材４２を上記の上部保持部材４１と同様に構成しつつ上下逆向きとした構成し、上部保持部材４１を図１に示す下部保持部材４２と同様に構成しつつ上下逆向きとした構成を採用してもよい。なお、上部保持部材４１および下部保持部材４２の構造をともに採用する場合、下部保持部材４２側の弾性部材４７を省略してもよい。このような構成とすることで、外側巻線２２自体の重みによる弾性部材４７の劣化を防止することができる。

また、上述した保持部材４０を用いて内側巻線２１を支持するようにしてもよい。但し、内側巻線２１は鉄心１０の脚部１１近傍に配置されるので、外側巻線２２に比べて水平方向の力による変位は生じ難くなる。

また、積層部材４３や弾性部材４７の枚数、厚さは、フレーム３０と巻線２０との離間距離等の各種条件に応じて適宜変更される。

また、上記実施の形態では、第４支持面４４ｄを円筒状の周壁４４２によって形成して積層部材４３の周方向に一連に連なる形状としたが、これに限られるものでなく、一部に隙間等を設けて複数に分割して形成してもよい。このとき、第４支持面４４ｄは、巻線２０の径方向で、鉄心１０における脚部１１に最も近い部分及び最も遠い部分にて、巻線側積層部材４３Ａの側面に沿う位置に形成されるとよい。これにより、巻線２０の揺れ等に対して第４支持面４４ｄから巻線側積層部材４３Ａの側面側を支持する力を効率良く加えることができる。

また、上記実施の形態では、本発明を変圧器に適用した構成について説明したが、上述した作用効果が得られるのであれば、他の電力用静止器や電力変換装置に適用することも可能である。

また、上記実施の形態にて図示した内容は、説明用に模式的に表したものであり、上述した作用効果を発揮できれば、巻線２０やフレーム３０の形状等について変更してもよい。

１変圧器
１０鉄心
２０巻線
２１内側巻線
２２外側巻線
３０フレーム
３１上部フレーム
３２下部フレーム
４０保持部材
４３積層部材
４３Ａ巻線側積層部材
４３Ｂフレーム側積層部材
４４固定部材
４４ａ第１支持面
４４ｂ第２支持面
４４ｃ第３支持面
４４ｄ第４支持面
４５結合部材
４５ａ第５支持面
４５ｂ第６支持面

Claims

鉄心と、該鉄心に巻回されるように配置されて軸方向が上下方向に向けられた巻線と、該巻線の上下両側に配置されるフレームと、該フレームと前記巻線との間に設けられて該巻線を保持する保持部材とを備えた変圧器であって、
前記保持部材は、上下方向に積層される複数の積層部材と、該複数の積層部材と前記巻線とで挟まれて配置される固定部材とを備え、
前記複数の積層部材のうち、前記巻線に最も近い位置の積層部材を巻線側積層部材とし、
前記固定部材は、前記巻線を上面側又は下面側から支持する第１支持面と、
前記第１支持面の裏面側に設けられ、前記巻線側積層部材を支持する第２支持面と、
前記巻線を側面側から支持する第３支持面と、
前記巻線側積層部材を側面側から支持する第４支持面とを備えていることを特徴とする変圧器。
前記第４支持面の上下方向長さは、前記巻線側積層部材の積層方向厚さよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
前記複数の積層部材のうち、前記フレームに最も近い位置の積層部材をフレーム側積層部材とし、
前記保持部材は、前記複数の積層部材と前記フレームとで挟まれて配置される結合部材を備え、
前記結合部材は、前記第２支持面に対向して設けられ、前記フレーム側積層部材を支持する第５支持面と、
前記フレーム側積層部材を側面側から支持する第６支持面とを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の変圧器。
前記第６支持面の上下長さは、前記フレーム側積層部材の積層方向厚さよりも長いことを特徴とする請求項３に記載の変圧器。
前記第５支持面と前記フレーム側積層部材との間に弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の変圧器。
前記第４支持面は、前記巻線の径方向で前記鉄心に最も近い部分及び最も遠い部分にて、前記巻線側積層部材の側面に沿って配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の変圧器。
前記第３支持面は、前記巻線の径方向で前記鉄心に最も遠い部分における該巻線の側面に沿って配置されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の変圧器。
前記フレームは、上部フレームと下部フレームとを有し、
前記保持部材は、前記上部フレームと前記巻線の上面との間に設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の変圧器。
前記巻線は、内側巻線と、該内側巻線の外側に設けられた外側巻線とを有し、
前記保持部材は、前記外側巻線を保持することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の変圧器。