JP7505327B2 - 変圧器 - Google Patents

Description

本発明は、鉄心及び巻線が筐体に収容される変圧器に関する。

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とが筐体内に収容されて構成される。また、変圧器は、運転時において鉄心に磁気吸引力、巻線に電磁力が作用し、それらの荷重による振動が発生する。かかる変圧器としては、特許文献１に開示されたものが知られている。

特許文献１の変圧器は、鉄心及び巻線を組み立てた器体と、該器体を収容する筐体とを備えている。器体と筐体の底部との間には防振ゴムが設けられ、かかる防振ゴムによって鉄心及び巻線から発生する振動が筐体に伝達することを減衰している。

実開平１１－２１９８２８号公報

特許文献１の防振ゴムにあっては、重量物である鉄心や巻線の荷重を受けるため、比較的硬いゴム材によって構成される。このため、例えば、鉄心及び巻線は商用電源の周波数となる高周波数で振動するので、かかる振動を防振ゴムが吸収しきれず、筐体の振動低減効果を十分に得られなくなる、という問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、筺体の振動を低減することができる変圧器を提供することを目的とする。

本発明の変圧器は、鉄心及び巻線を収容する筐体と、該筐体の振動を低減する振動低減機構とを備えた変圧器であって、前記筐体は、所定の基礎上に設けられ、前記振動低減機構は、前記筐体の外部に固定されて該筐体の振動と同方向に振動する連結部材と、前記連結部材の振動にて該連結部材と摺動する摩擦部材と、前記摩擦部材を支持しつつ前記基礎上を移動可能な移動支持体とを備え、前記連結部材と前記摩擦部材との摺動による摩擦減衰によって前記筐体の振動を抑制することを特徴とする。
また、本発明の変圧器は、鉄心及び巻線を収容する筐体と、該筐体の振動を低減する振動低減機構とを備えた変圧器であって、前記振動低減機構は、前記筐体の外部に固定されて該筐体の振動と同方向に振動する連結部材と、前記連結部材の振動にて該連結部材と摺動する摩擦部材とを備え、前記連結部材は、前記筐体の底壁における面内中央部に固定され、前記連結部材と前記摩擦部材との摺動による摩擦減衰によって前記筐体の振動を抑制することを特徴とする。
更に、本発明の変圧器は、鉄心及び巻線を収容する筐体と、該筐体の振動を低減する振動低減機構とを備えた変圧器であって、前記振動低減機構は、前記筐体の外部に固定されて該筐体の振動と同方向に振動する連結部材と、前記連結部材の振動にて該連結部材と摺動する摩擦部材とを備え、前記連結部材は、前記筐体の底壁における前記鉄心の直下位置に固定され、前記連結部材と前記摩擦部材との摺動による摩擦減衰によって前記筐体の振動を抑制することを特徴とする。

本発明によれば、筐体の振動によって連結部材と摩擦部材とが摺動することで、それらの間に摩擦力が発生する。そして、摩擦力による仕事すなわち摩擦減衰によって筐体の振動エネルギーを低減することができる。これにより、例えば鉄心や巻線の振動の周波数が高くなっても、筐体の振動低減効果を得ることができる。

本実施の形態に係る変圧器を模式的に示した縦断面図である。 実施例及び比較例の解析における振動評価点の説明図である。

以下、本発明の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、本発明は、下記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。以下の図においては、説明の便宜上、一部の構成を省略することがある。また、以下の説明において、特に明示しない限り、「上」、「下」、「左」、「右」は、図１を基準として用いる。但し、以下の実施の形態での各構成の向きは、一例にすぎず、任意の向きに変更することができる。

図１は、本実施の形態に係る変圧器を模式的に示した縦断面図である。図１に示すように、変圧器１は、磁気回路を構成する鉄心２と、鉄心２に巻回されて電気回路を構成する巻線３とを備え、商用交流電源等から所定周波数の交流電力が供給される。

変圧器１は、鉄心２及び巻線３を収容する筐体４を更に備えている。筐体４は、底壁４ａと、頂壁４ｂと、それらの外周間に設けられる周壁４ｃとを備えた箱状に設けられ、内部に閉塞した空間を形成している。

筐体４における底壁４ａの上面には防振ゴム６が設けられ、防振ゴム６によって鉄心２及び巻線３が下方から支持される。

筐体４は、水平方向に位置する所定の基礎Ｆ上に設けられている。より具体的には、筐体４は、脚部材７を介して基礎Ｆから上方に所定距離離れた位置に設けられている。脚部材７としては、型鋼等の鉄鋼材を利用ないし組み合わせて構成することが例示できる。

変圧器１は、筐体４の下方に設けられて筐体４の振動を低減する振動低減機構１０を更に備えている。振動低減機構１０は、筐体４における底壁４ａの外部となる下面に固定された連結部材１１と、左右一対とされて連結部材１１を左右方向から挟み込む位置に設けられた摩擦部材１２とを備えている。

連結部材１１は、固定位置となる底壁４ａの下面から下向きに鉛直方向に沿って延出しており、軸状や板状に形成することが例示できる。よって、図中白抜き矢印で示す上下方向に鉄心２及び巻線３が振動すると、底壁４ａも同じ上下方向に振動するが、連結部材１１においても鉄心２や巻線３、底壁４ａと同方向に振動することとなる。

連結部材１１は、筐体４の底壁４ａにおける面内中央部に固定され、また、筐体４の底壁４ａにおける鉄心２の直下位置に固定されることが好ましい。かかる固定位置とすることで、底壁４ａの振動による振幅（振動変位）が大きくなる領域にて振動低減機構１０の後述する振動低減機能を効率良く発揮することができる。

連結部材１１の下端には横方向に延びる受け部材１３が形成される。受け部材１３は、摩擦部材１２を下方から支持可能に設けられている。

摩擦部材１２は、連結部材１１の左右両面に接触しており、連結部材１１の振動にて該連結部材１１と摺動し、それらの間に摩擦力が発生するよう設けられる。摩擦部材１２における連結部材１１との摺動面には固体被膜潤滑剤が施され、その摩擦係数としては、０．０５以上０．１以下とすることが例示できる。

振動低減機構１０は、摩擦部材１２を支持する移動支持体１５と、移動支持体１５に設けられた調整部１６とを更に備えている。

移動支持体１５は、ブロック状やフレーム状に形成されて一対の摩擦部材１２それぞれに設けられる本体部１５ａと、本体部１５ａの下部に設けられたローラ１５ｂとを備えている。左右に設けられる本体部１５ａは、摩擦部材１２における連結部材１１と反対側の面から該摩擦部材１２を支持している。ローラ１５ｂは、基礎Ｆ上を転動可能に設けられ、本体部１５ａ及びこれに接続される摩擦部材１２を水平方向に移動可能に設けられる。

調整部１６は、左右の本体部１５ａに挿入されるボルト１６ａと、ボルト１６ａの先端側に位置する本体部１５ａに設けられてボルト１６ａに螺合するナット（不図示）とを備えている。

調整部１６においては、ボルト１６ａをねじ込み操作することで、左右の本体部１５ａが接近する。かかる接近によって、連結部材１１に対し左右の摩擦部材１２が押し付けられ、摩擦部材１２による連結部材１１の挟み込み方向（左右方向）に摩擦部材１２を締め付け可能に設けられている。また、調整部１６では、ボルト１６ａをねじ込みとは反対方向に操作することで、左右の本体部１５ａを離反する方向に変位できる。これにより、調整部１６は、ボルト１６ａの操作によって左右の本体部１５ａを離反接近する方向に変位させ、連結部材１１に摩擦部材１２を押し付ける押付力を調整可能に設けられる。

上記実施の形態において、運転時に鉄心２及び巻線３が振動すると、該振動と同じ方向に筐体４及び連結部材１１も振動する。このとき、ボルト１６ａで締め付けられた摩擦部材１２と連結部材１１とが摺動し、それらの間に摩擦力が発生する。かかる摩擦力による仕事となる摩擦減衰によって筐体４の振動を抑制することができる。これにより、筐体４の振動によって外部に騒音が発生することを抑えることができる。

ここで、摩擦はエネルギーをロスさせることから、運動方程式において、減衰項ｃに該当する。摩擦による仕事と減衰の関係から、ボルト１６ａの締め付けにより作用する荷重Ｆと、筐体４の底壁４ａの振動変位Ａと、周波数ｆとから減衰定数（減衰項）ｃは以下の式（１）で求められる。
減衰定数ｃ＝４Ｆ／Ａωπ［Ｎｓ／ｍ］（ω＝２πｆ）・・・（１）

変圧器１の振動は、磁気吸引力や電磁力に起因するので、振動する周波数が運転周波数×２ｎ（ｎ：整数）となる。すなわち、交流電源において、事前に振動する周波数を把握できることから、ボルト１６ａの押し付け力を調整することで特定の周波数での振動低減効果を得ることができる。

図２は、実施例及び比較例の解析における振動評価点の説明図である。ここで、本発明者は、比較例として、上記実施の形態に対して振動低減機構１０を省略した構成を仮定し、比較例の筐体４の奥行寸法を１６５０ｍｍに設定した。変圧器１の運転によって鉄心２が周波数１００Ｈｚで振動した際、筐体４における図２の底壁（２）の振動を解析した。かかる解析にて、解析領域は奥行方向に厚さ３ｍｍの２次元領域と想定し、底壁（２）は鉄心２の直下位置とした。解析結果として、振幅（片振幅）となる振動変位が４０μｍとなった。

また、本発明の実施例の解析として、上記実施の形態で述べた構成で比較例と同じ条件により変圧器１を運転した際の振動変位Ａの値を比較例に対し２５％低減、具体的には、４０×（１－０．２５）＝３０μｍにすることを目標に設定した。

実施例では、鉄心２の周波数ｆを比較例と同じく１００Ｈｚとした。また、実施例では、ボルト１６ａによる締付力を１００Ｎ、摩擦係数０．１とした。このとき、連結部材１１に作用する荷重（押付力）Ｆは、以下のようになる。
荷重Ｆ＝締付力×摩擦係数＝１００×０．１＝１０［Ｎ］

上記の荷重Ｆ：１０Ｎ、振動変位：３０μｍ、周波数：１００Ｈｚの条件にて、式（１）により減衰定数ｃを計算すると、６７５．５Ｎｓ／ｍとなる。かかる値は、連結部材１１の奥行寸法が筐体４の奥行寸法と同じ１６５０ｍｍと仮定しており、解析では厚さ３ｍｍの２次元領域を想定している。よって、実施例の解析上、単位長さ当たりの減衰定数ｃ＝６７５．５×３／１６５０＝１．２２８［Ｎｓ／ｍ］を得る。

以上の条件にて、実施例及び比較例における図２の振動評価点での振動変位を解析した。結果を下記の表１に示す。

表１から理解できるように、比較例に対し、振動低減機構１０を有する実施例の方が、振動変位が約３０％小さくなり、振動低減効果を得ることができた。しかも、実施例及び比較例では周波数：１００Ｈｚとなっており、実施例において、連結部材１１と摩擦部材１２との摩擦減衰によって、高周波における筐体４の振動低減効果を奏する解析結果となった。

上述した実施の形態においては、調整部１６のボルト１６ａによって連結部材１１への摩擦部材１２の押付力となる荷重Ｆを調整でき、減衰定数ｃひいては摩擦による減衰効果を調整することができる。これにより、変圧器１のサイズや重量、運転条件等に対応してボルト１６ａによる押付力を調整することで、種々の変圧器１に対して振動低減効果を発揮する汎用性を得ることができる。

また、連結部材１１を左右一対の摩擦部材１２で挟み込んで接触させるので、狭いスペースにて摺動面を広く確保することができ、更に、簡単な構成となるボルト１６ａの締め付けによって連結部材１１への摩擦部材１２の押付力を調整可能となる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、向きなどについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、連結部材１１の下端に形成した受け部材１３は省略してもよい。かかる構成では、ボルト１６ａによる締め付けを解除したときに、摩擦部材１２が脱落しないようにすることが好ましい。

調整部１６は、連結部材１１に摩擦部材１２を押し付ける押付力を調整可能な限りにおいて、種々の変更が可能であり、ばね部材や長さ調整可能な機構等を用いた構成としてもよい。

１ 変圧器
２ 鉄心
３ 巻線
４ 筐体
４ａ 底壁
１０ 振動低減機構
１１ 連結部材
１２ 摩擦部材
１５ 移動支持体
１６ 調整部
Ｆ 基礎

Claims (5)

1. 鉄心及び巻線を収容する筐体と、該筐体の振動を低減する振動低減機構とを備えた変圧器であって、
   前記筐体は、所定の基礎上に設けられ、
   前記振動低減機構は、前記筐体の外部に固定されて該筐体の振動と同方向に振動する連結部材と、
   前記連結部材の振動にて該連結部材と摺動する摩擦部材と、
   前記摩擦部材を支持しつつ前記基礎上を移動可能な移動支持体とを備え、
   前記連結部材と前記摩擦部材との摺動による摩擦減衰によって前記筐体の振動を抑制することを特徴とする変圧器。
2. 鉄心及び巻線を収容する筐体と、該筐体の振動を低減する振動低減機構とを備えた変圧器であって、
   前記振動低減機構は、前記筐体の外部に固定されて該筐体の振動と同方向に振動する連結部材と、
   前記連結部材の振動にて該連結部材と摺動する摩擦部材とを備え、
   前記連結部材は、前記筐体の底壁における面内中央部に固定され、
   前記連結部材と前記摩擦部材との摺動による摩擦減衰によって前記筐体の振動を抑制することを特徴とする変圧器。
3. 鉄心及び巻線を収容する筐体と、該筐体の振動を低減する振動低減機構とを備えた変圧器であって、
   前記振動低減機構は、前記筐体の外部に固定されて該筐体の振動と同方向に振動する連結部材と、
   前記連結部材の振動にて該連結部材と摺動する摩擦部材とを備え、
   前記連結部材は、前記筐体の底壁における前記鉄心の直下位置に固定され、
   前記連結部材と前記摩擦部材との摺動による摩擦減衰によって前記筐体の振動を抑制することを特徴とする変圧器。
4. 前記振動低減機構は、前記連結部材に前記摩擦部材を押し付ける押付力を調整可能な調整部を更に備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の変圧器。
5. 前記摩擦部材は対になって前記連結部材を挟み込む位置に設けられ、
   前記調整部は、前記連結部材の挟み込み方向に前記摩擦部材を締め付け可能に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の変圧器。

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