JPWO2012160672A1 - 変圧器 - Google Patents

Abstract

電磁シールドは、互いに積層された複数の磁性薄板と、複数の磁性薄板を挟む１対の金属板と、各々が前記１対の金属板に接続された複数の座板（１０）とを含む。複数の座板のうちの互いに隣り合う第１および第２の座板（１０ａ，１０ｂ）の間の領域を鎖交する漏れ磁束の総和が０となる位置に、複数の座板が配置される。好ましくは、第１および第２の座板（１０ａ，１０ｂ）の間の間隔（ｄ）は、漏れ磁束の分布の半分の周期を整数倍した値である。

Description

本発明は変圧器に関し、特に、変圧器に含まれる電磁シールドを支持するための構造に関する。

油入変圧器は、一般に、変圧器本体と、その変圧器本体を収容するタンクとを備える。変圧器本体は、高圧コイルと、低圧コイルと、鉄心とを含む。タンクの内部には絶縁油が満たされており、変圧器本体は、その絶縁油に浸される。

タンクは、一般に鋼材によって形成される。変圧器本体からの漏れ磁束がタンクに侵入するのを防止するために、電磁シールドがタンクの内壁に取り付けられる。

たとえば特開昭６０−２１９７１７号公報（特許文献１）は、変圧器に用いられる電磁シールドを開示する。電磁シールドは、積層された複数の磁性薄板と、その複数の磁性薄板を挟む１対の金属板とによって構成される。電磁シールドをタンクに取り付けるために複数の座板が準備される。それらの座板は、溶接によって、電磁シールド本体およびタンクの内壁に接続される。これにより電磁シールドがタンクに取り付けられる。

特開昭６０−２１９７１７号公報

２つの座板と、複数の磁性薄板を挟む１対の金属板の一方と、座板が取り付けられた鋼板とによって閉回路が形成される。コイルから発生した漏れ磁束が電磁シールドの２つの座板の間の領域を貫通したときに、この閉回路に循環電流が発生しうる。循環電流によって変圧器の漂遊負荷損が発生しうる。

本発明の目的は、変圧器の損失をより効果的に低減することである。

本発明のある局面に係る変圧器は、タンクと、タンクに収容された変圧器本体とを備える。変圧器本体は、鉄心および鉄心に巻回されたコイルを含む。変圧器は、複数の電磁シールドをさらに備える。複数の電磁シールドの各々は、互いに積層された複数の磁性薄板と、複数の磁性薄板を挟む１対の金属板と、各々が１対の金属板に接続された複数の取付部材とを含む。複数の取付部材は、複数の取付部材のうちの互いに隣り合う第１および第２の取付部材の間の領域を鎖交する漏れ磁束の総和が０となる位置に配置される。

本発明によれば、変圧器の漂遊負荷損を低減できる。したがって、本発明によれば変圧器の損失を低減できる。

本発明の実施の形態に係る変圧器の概略図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った変圧器の一部の断面図である。 図２に示された電磁シールド５−１〜５−７の１単位を示した図である。 コイル２から発生する漏れ磁束を説明するための図である。 本実施の形態の比較例に係る電磁シールドと、その電磁シールドに生じる循環電流とを説明する図である。 本発明の実施の形態に係る電磁シールドの１つの構成例と、その電磁シールドの２つの座板の間の領域を鎖交する漏れ磁束とを説明する図である。 本実施の形態に係る電磁シールドの他の構成例と、その電磁シールドの２つの座板の間の領域を鎖交する漏れ磁束とを説明する図である。 実施の形態２に係る電磁シールドの支持構造の一例を示した図である。 実施の形態２に係る電磁シールドの支持構造の他の例を示した図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態に係る変圧器の概略図である。図１を参照して、変圧器５０は、複数の鉄心１と、複数の鉄心１にそれぞれ巻回される複数のコイル２とを有する。複数の鉄心１および複数のコイル２は変圧器本体を構成する。

複数の鉄心１の各々は、環状の形状を有する。コイル２は、隣接する２つの鉄心１に巻回される。絶縁物３はコイル２を覆っている。コイル２は、高圧コイル２１と、低圧コイル２２，２３とを含む。高圧コイル２１は低圧コイル２２，２３の間に配置される。

変圧器５０は、さらに、変圧器本体を収容するためのタンク４を有する。図示しないがタンク４の内部は絶縁油で満たされる。変圧器５０の運転時に、変圧器本体を冷却するために絶縁油が循環される。タンク４は、鋼材によって形成される。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った変圧器の一部の断面図である。図２を参照して、変圧器５０は、鉄心１と、コイル２と、電磁シールド５−１〜５−７と、タングウェッジ６と、タング支え７とを有する。なお、電磁シールド５−１〜５−７の配置を説明するために、図２では絶縁物３は示されていない。

タングウェッジ６は、鉄心１の最上面に配置される。タング支え７はコイル２の開口部を貫通するように配置されて鉄心１を支える。タング支え７はタンク下部のフランジ間に渡される。タングウェッジ６およびタング支え７は鋼材により形成される。タングウェッジ６およびタング支え７によって鉄心１が固定される。高圧コイル２１と、低圧コイル２２，２３とは同軸上に配置される。

図３は、図２に示された電磁シールド５−１〜５−７の１単位を示した図である。図２および図３を参照して、電磁シールド５は、互いに積層された複数の磁性薄板８と、複数の磁性薄板８を挟む金属板９−１，９−２と、複数の座板１０−１〜１０−３とを含む。たとえば金属板９−１，９−２および座板１０−１〜１０−３は鉄あるいはステンレス鋼によって形成される。

座板１０−１〜１０−３は取付部材として機能する。座板１０−１〜１０−３の各々は、溶接によって金属板９−１，９−２に接続される。座板１０−１〜１０−３は、さらに、溶接によってタンク４の内壁、タングウェッジ６あるいはタング支え７に取り付けられる。これによって電磁シールド５が所望の位置に取り付けられる。具体的には、電磁シールド５−１はタング支え７に取り付けられる。電磁シールド５−２，５−３，５−４は、タンク４（下部タンク）の内壁に取り付けられる。電磁シールド５−５，５−７は、タンク４の内壁に取り付けられる。電磁シールド５−６はタングウェッジ６に取り付けられる。なお、この実施の形態では取付部材として金属の板が示されている。ただし取付部材の形状は図３に示されたように限定されるものではない。

変圧器５０の動作時には、コイル２から漏れ磁束が発生する。電磁シールド５−１〜５−７は、この漏れ磁束がタンク４、タングウェッジ６あるいはタング支え７に進入することを防ぐために設けられている。

図４は、コイル２から発生する漏れ磁束を説明するための図である。図４を参照して、漏れ磁束の密度が、高圧コイルと低圧コイルとの間の領域内で正のピーク値あるいは負のピーク値に達する。たとえば図４に示した例では、高圧コイル２１と低圧コイル２２との間の領域内で、漏れ磁束の密度は正のピーク値に達する。一方、高圧コイル２１と低圧コイル２３との間の領域内で、漏れ磁束の密度は負のピーク値に達する。なお、２つの領域と漏れ磁束の密度の正のピーク値および負のピーク値との間の関係は、上記の関係と逆の関係であってもよい。

図５は、本実施の形態の比較例に係る電磁シールドと、その電磁シールドに生じる循環電流とを説明する図である。図５を参照して、グラフ内のハッチングで示された領域は、２つの座板１０ａ，１０ｂの間の領域を鎖交する漏れ磁束の磁束密度の積分値を示している（以後の図においても同様）。図５に示された例では、磁束密度の正の値の範囲にわたる磁束密度の積分値と、磁束密度の負の値の範囲にわたる磁束密度の積分値の絶対値とが異なる。このため、２つの座板１０ａ，１０ｂの間の領域を鎖交する漏れ磁束の磁束密度の積分値は０にならない。

この場合、座板１０ａ，１０ｂ、タングウェッジ６および金属板９−１によって形成される閉回路に循環電流１１が流れる。なお図示しないが、図５に示された側と反対側に位置する閉回路、すなわち、座板１０ａ，１０ｂ、タングウェッジ６および金属板９−２によって形成される閉回路にも、循環電流が流れる。さらに、同様の現象が、タング支え７またはタンク４に取り付けられた電磁シールドにも生じる。循環電流１１が閉回路を流れることによって漂遊負荷損が生じる。

これに対して本実施の形態では、２つの座板の間の領域を鎖交する漏れ磁束の総和が０となるように複数の座板１０を配置する。以下に複数の座板１０の配置について詳細に説明する。

図６は、本発明の実施の形態に係る電磁シールドの１つの構成例と、その電磁シールドの２つの座板の間の領域を鎖交する漏れ磁束とを説明する図である。図６を参照して、１つの具体的な形態では、２つの座板の間の間隔ｄが、漏れ磁束の密度分布の周期Ｌの１／２とされる（ｄ＝Ｌ／２）。２つの座板の一方は、漏れ磁束の密度の正のピーク値に対応する位置に取り付けられ、他方は、漏れ磁束の密度の負のピーク値に対応する位置に取り付けられる。これにより、磁束密度の正の積分値と、磁束密度の負の積分値の絶対値とがほぼ等しくなる。したがって、座板１０ａ，１０ｂの間の領域を鎖交する漏れ磁束の総和をほぼ０にすることができる。

漏れ磁束の総和がほぼ０であるため、金属板９−１、座板１０ａ，１０ｂおよびタングウェッジ６によって形成される閉回路に生じる循環電流を低減できる。これにより漂遊負荷損を低減できるため、変圧器の損失を効果的に低減できる。

上記のように、理想的には、高圧コイル２１と低圧コイル２２との間の領域内で、漏れ磁束の密度が正のピーク値に達する。同じく理想的には、高圧コイル２１と低圧コイル２３との間の領域内で、漏れ磁束の密度は負のピーク値に達する。したがって、高圧コイル２１および低圧コイル２２，２３の配置に基づいて、漏れ磁束の密度分布の周期Ｌを見積もることができる。これにより２つの座板の間の間隔ｄを決定できる。さらに、複数の座板１０の位置を決定することもできる。なお、他の方法、たとえば電磁界シミュレーションなどの手法を用いて漏れ磁束の密度分布の周期Ｌ、磁束密度の正のピークに対応する位置、および磁束密度の負のピークに対応する位置を見積もってもよい。また、座板の位置は磁束密度のピークの位置に厳密に一致してもよく、ピークの位置の近傍であってもよい。

図７は、本実施の形態に係る電磁シールドの他の構成例と、その電磁シールドの２つの座板の間の領域を鎖交する漏れ磁束とを説明する図である。図７を参照して、この構成例では、２つの座板の間の間隔ｄが、漏れ磁束の密度分布の周期Ｌの１倍とされる（ｄ＝Ｌ）。

この場合にも、磁束密度の正の積分値と、磁束密度の負の積分値の絶対値とがほぼ等しくなる。したがって、座板１０ａ，１０ｂの間の領域を鎖交する漏れ磁束の総和をほぼ０にすることができる。これにより漂遊負荷損を低減できるため、変圧器の損失を効果的に低減できる。

図７では、座板の位置は、漏れ磁束の磁束密度の正のピーク値に対応する位置に等しい。しかしながら図７に示された電磁シールドの構成によれば、座板の位置を上記のように限定しなくともよい。磁束密度の分布の１周期の間での磁束密度の積分値は０となる。したがって、図７に示された構成によれば、電磁シールドの配置の自由度を高めることができる。

なお、図６、図７に示されるように、２つの座板の間の間隔ｄを以下の式に従って決定することが可能である。

ｄ＝（Ｌ／２）×ｍ
ここでｍは１以上の整数である。ｍが奇数の場合には、複数の座板１０のうちの隣り合う２つの座板はタンクウェッジ等の鋼材に次のように取り付けられることが好ましい。すなわち、２つの座板の一方は、漏れ磁束の密度の正のピークに対応する位置に取り付けられ、他方は、漏れ磁束の密度の負のピークに対応する位置に取り付けられる。これにより、２つの座板の間の領域を鎖交する漏れ磁束の総和を小さくする（理想的には漏れ磁束の総和が０になる）ことが可能である。一方、ｍが偶数の場合には、座板の位置を漏れ磁束の密度のピークの位置に限定しなくてもよい。

図２に示されるように、本発明の実施の形態に係る電磁シールドは、少なくともタング部（タングウェッジ６およびタング支え７）に取り付けられることが好ましい。すなわち、本発明の実施の形態に係る電磁シールドは、鉄心とコイルとの間の領域に設けられることが好ましい。２つの座板間の領域を鎖交する漏れ磁束の磁束密度は、特にタング部において大きい。したがって、本発明の実施の形態に係る電磁シールドをタング部に取り付けることによって、変圧器の損失を効果的に低減できる。

より好ましくは、本発明の実施の形態に係る電磁シールドは、タング部に取り付けられるだけでなく、タンク４の内壁にも取り付けられる。タンク４に取り付けられた電磁シールドは、コイルからの漏れ磁束がタンク４に進入することを防止できる機能を担う。したがって、変圧器の損失をより一層低減することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２に係る変圧器の全体的な構成は図１および図２に示された構成と同様である。さらに、実施の形態２に係る電磁シールドの構成は、図３に示された構成と同様である。

実施の形態１では、電磁シールドの２つの座板の間の間隔ｄが、たとえば漏れ磁束の密度分布の周期の１／２倍あるいは１倍に定められる。しかしながら、間隔ｄが大きくなるほど、電磁シールドの支持強度が低下する可能性がある。

実施の形態２では、２つの座板の間にスペーサが配置される。これにより電磁シールドの支持強度の低下を防ぐことができる。なお、スペーサは絶縁物により形成される。

図８は、実施の形態２に係る電磁シールドの支持構造の一例を示した図である。図８を参照して、絶縁スペーサ３１は、２つの座板の間の領域の一部に挿入される。すなわちこの構成では、絶縁スペーサ３１による点支持によって電磁シールドの支持強度が高められる。

図９は、実施の形態２に係る電磁シールドの支持構造の他の例を示した図である。図９を参照して、絶縁スペーサ３２は、２つの座板の間の全ての領域を満たすように挿入される。すなわちこの構成では、絶縁スペーサ３１による面支持によって電磁シールドの支持強度が高められる。

なお、２つの座板の間の間隔ｄについては、実施の形態１に従う間隔と同じであるため以後の説明は繰り返さない。

以上のように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、変圧器の損失を効果的に低減できる。さらに実施の形態２によれば、座板の間隔が広がった場合にも、電磁シールドの支持強度の低下を防ぐことができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 鉄心、２ コイル、３ 絶縁物、４ タンク、５，５−１，５−２，５−３，５−４，５−５，５−６，５−７ 電磁シールド、６ タングウェッジ、７ タング支え、８ 磁性薄板、９−１，９−２ 金属板、１０，１０−１，１０−２，１０−３，１０ａ，１０ｂ 座板、１１ 循環電流、２１ 高圧コイル、２２，２３ 低圧コイル、３１，３２ 絶縁スペーサ、５０ 変圧器、Ｌ 周期、ｄ 間隔。

Claims (7)

1. タンク（４）と、
   前記タンク（４）に収容された変圧器本体とを備え、前記変圧器本体は、鉄心（１）および前記鉄心（１）に巻回されたコイル（２）を含み、
   複数の電磁シールド（５−１，５−２，５−３，５−４，５−５，５−６，５−７）をさらに備え、
   前記複数の電磁シールド（５−１，５−２，５−３，５−４，５−５，５−６，５−７）の各々は、
   互いに積層された複数の磁性薄板（８）と、
   前記複数の磁性薄板（８）を挟む１対の金属板（９−１，９−２）と、
   各々が前記１対の金属板（９−１，９−２）に接続された複数の取付部材（１０，１０−１，１０−２，１０−３，１０ａ，１０ｂ）とを含み、
   前記複数の取付部材（１０，１０−１，１０−２，１０−３，１０ａ，１０ｂ）は、前記複数の取付部材（１０，１０−１，１０−２，１０−３，１０ａ，１０ｂ）のうちの互いに隣り合う第１および第２の取付部材（１０ａ，１０ｂ）の間の領域を鎖交する漏れ磁束の総和が０となる位置に配置される、変圧器。
2. 前記変圧器は、
   前記鉄心（１）と前記コイル（２）との間に配置されて前記鉄心（１）を固定する固定部材（６，７）をさらに備え、
   前記複数の電磁シールド（５−１，５−２，５−３，５−４，５−５，５−６，５−７）は、第１の電磁シールド（５−１，５−６）を含み、前記第１の電磁シールド（５−１，５−６）の前記複数の取付部材（１０，１０−１，１０−２，１０−３，１０ａ，１０ｂ）は、前記固定部材（６，７）に取り付けられる、請求項１に記載の変圧器。
3. 前記複数の電磁シールド（５−１，５−２，５−３，５−４，５−５，５−６，５−７）は、第２の電磁シールド（５−２，５−３，５−４，５−５，５−７）を含み、前記第２の電磁シールド（５−２，５−３，５−４，５−５，５−７）の前記複数の取付部材（１０，１０−１，１０−２，１０−３，１０ａ，１０ｂ）は、前記タンク（４）の内壁に取り付けられる、請求項２に記載の変圧器。
4. 前記コイル（２）は、同軸上に配置された第１および第２の低圧コイル（２２，２３）ならびに高圧コイル（２１）を含み、
   前記高圧コイル（２１）は、前記第１の低圧コイル（２２）と前記第２の低圧コイル（２３）との間に配置され、
   前記第１および第２の低圧コイル（２２，２３）ならびに前記高圧コイル（２１）によって、前記漏れ磁束の分布が定義され、
   前記第１および第２の取付部材（１０ａ，１０ｂ）の間の間隔（ｄ）は、前記分布の半分の周期を整数倍した値である、請求項１に記載の変圧器。
5. 前記第１および第２の取付部材（１０ａ，１０ｂ）の間の前記間隔（ｄ）は、前記半分の周期の奇数倍の値に等しく、
   前記第１の取付部材は、前記漏れ磁束の磁束密度の正のピーク値に対応する位置に配置され、
   前記第２の取付部材は、前記漏れ磁束の前記磁束密度の負のピーク値に対応する位置に配置される、請求項４に記載の変圧器。
6. 前記第１および第２の取付部材（１０ａ，１０ｂ）の間の前記間隔（ｄ）は、前記半分の周期の偶数倍の値に等しい、請求項４に記載の変圧器。
7. 前記第１および第２の取付部材（１０ａ，１０ｂ）の間に挿入されたスペーサ（３１，３２）をさらに備え、
   前記スペーサ（３１，３２）は絶縁物により形成される、請求項４に記載の変圧器。

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