JP2017208454A - 変圧器の鉄心支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】複数並んで設けられた巻鉄心の変形を抑制して支持する変圧器の鉄心支持構造を提供する。【解決手段】帯状の鉄心材料を巻回して積層された巻鉄心１０と、巻鉄心に挿入された巻線と、巻鉄心を支持するフレーム部３０とを備えて変圧器が構成される。巻鉄心は、帯状の鉄心材料の幅方向に複数並んで設けられる。フレーム部は、帯状の鉄心材料の幅方向の両側から複数の巻鉄心の下端側を挟み込む下部フレーム３１を備えている。下部フレームには、巻鉄心の下面における前記幅方向と直交する長手方向両側を下方から支持する外側支持フレーム４２と、長手方向中央部付近を下方から支持する内側支持フレーム４１とが設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、変圧器の鉄心支持構造に関し、特に、鉄心材料を多層に巻回した鉄心を備える変圧器の鉄心支持構造に関する。

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。このような変圧器においては、鉄心の材料として、電磁鋼板又はアモルファス合金薄帯が用いられている。また、鉄心の構造として、これらの材料を巻回した巻鉄心又は電磁鋼板を水平方向に積層した積層鉄心（積鉄心とも呼ばれる）が採用されている。

従来、巻鉄心を用いた変圧器において、巻鉄心の上下両側における外周部にフレーム状のコア締め金具を設けたものが、例えば特許文献１に提案されている。特許文献１における下方のコア締め金具にあっては、長方形状の底壁部と、底壁部の四辺から起立した側壁部とを有する箱状に形成され、巻鉄心の下部領域を収容している。コア締め金具の側壁部と巻鉄心の積層面との間には、コイル台やフェルトが配設されて巻鉄心が側壁部によって挟持されるよう各部材の寸法が設定されている。

特開２０１５−４６４５６号公報

変圧器の高容量化等を行うには、鉄心の断面積を大きくすることが考えられる。積層鉄心を用いた変圧器においては、積層する電磁鋼板の幅を大きくしたり、枚数を増やすことで鉄心の断面積を大きくすることができる。また、鉄心を支えるにおいては、鉄心を積層方向に支える力と、鉄心の自重を支える力の２つが重要となるが、水平方向に積層した積層鉄心の場合は、鉄心を水平方向から挟み込む力で自重を支える効果も得ることができる。一方、巻鉄心では断面積を大きくする際の制限が積層鉄心に比べて多く、高容量化等を図るためには、巻鉄心を帯状の鉄心材料の幅方向に複数並べることが考えられる。しかし、複数の巻鉄心を帯状の鉄心材料の幅方向に並べた構造とした場合では、複数の巻鉄心が一体化するように帯状の鉄心材料の幅方向両側から挟み込む力が必要となる一方、積層方向に支える力を十分に得ることができず、巻鉄心下部が自重により垂れたり撓んだりして変形し易くなり、振動特性や磁気特性の低下の原因となるという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、複数並んで設けられた巻鉄心の変形を抑制して支持することができる変圧器の鉄心支持構造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の鉄心支持構造は、帯状の鉄心材料を巻回して積層された巻鉄心と、前記巻鉄心に挿入された巻線と、前記巻鉄心を支持するフレーム部とを備え、前記巻鉄心は、前記帯状の鉄心材料の幅方向に複数並んで設けられ、前記フレーム部は、前記帯状の鉄心材料の幅方向両側から複数の前記巻鉄心の下端側を挟み込む下部フレームと、前記巻鉄心の下面における前記幅方向と直交する長手方向両側と中央部付近とを下方から支持する支持フレームとが設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、下部フレームで複数の巻鉄心を挟み込んで支持しつつ、支持フレームで巻鉄心の下面を広範囲に亘って支持することができる。これにより、複数並んで設けた巻鉄心の撓みや垂れ等の変形を抑制することができ、磁気特性を良好に保ちつつ騒音特性を向上させることができる。

本発明の変圧器の鉄心支持構造によれば、複数の巻鉄心に挟み込み力を作用させつつ、巻鉄心の下方からの支持領域を広く保つことができるので、各巻鉄心の変形を抑制して支持することができる。

本実施の形態に係る鉄心支持構造が適用される変圧器の要部を示す正面図である。 巻線を省略した図１と同様の正面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図３の部分拡大図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る変圧器の鉄心支持構造について、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、本発明に係る鉄心支持構造をモールド変圧器に適用する場合について説明する。しかしながら、本発明に係る鉄心支持構造の適用対象は、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、本実施の形態に係る鉄心支持構造が適用される変圧器の要部を示す正面図である。図１に示す変圧器１は、磁気回路を構成する巻鉄心１０と、電気回路を構成する巻線（コイル）２０と、巻鉄心１０を支持するフレーム部３０とを含んで構成されている。図１においては、３つの巻線２０に挿入した巻鉄心１０の一部を上下一対のフレーム３０（３１、３２）に固定した３相３脚構造の変圧器１を示している。なお、本発明の適用対象となる変圧器の構造については、これに限定されるものではなく、３相５脚構造等の任意の構造を有する変圧器１に適用可能である。

図２は、巻線を省略した図１と同様の正面図である。図１に加え、図２に示すように、巻鉄心１０は、帯状の鉄心材料（アモルファス合金薄帯）を多層に巻回し、正面視にてコーナーが四分円弧状となる概略矩形状に成形されて構成される。より具体的にいうと、巻鉄心１０は、厚さ２５〜３５μｍのアモルファス合金薄帯を巻回して構成される。巻鉄心１０は、内側に配置される一対の内側鉄心部１０１と、これらの内側鉄心部１０１の外側（外周側）に配置される外側鉄心部１０２とを有している。それぞれの内側鉄心部１０１は個別にアモルファス合金薄帯が巻回される。外側鉄心部１０２は、これらの内側鉄心部１０１を内側に配置した状態でアモルファス合金薄帯が巻回される。なお、巻鉄心１０を形成する鉄心材料は、アモルファス合金薄帯に限定されるものでなく、巻鉄心１０として機能するものであれば、厚さ０．２〜０．４ｍｍの電磁鋼板など他の材質としてもよい。

巻鉄心１０を構成する各内側鉄心部１０１の中央には、開口部１０３が形成されている。すなわち、巻鉄心１０には、鉄心材料の積層方向に直交して貫通する一対の開口部１０３ａ、１０３ｂが形成されている。これらの開口部１０３は、巻鉄心１０の窓部と呼ばれることもある。なお、鉄心材料がアモルファス合金薄帯の場合、内側鉄心部１０１の内周及び外側鉄心部１０２の外周には、巻鉄心１０の形状を維持すると共に、巻鉄心１０自体を補強するために電磁鋼板が配置されている。

図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。図３に示すように、巻鉄心１０は、アモルファス合金薄帯（帯状の鉄心材料）の幅方向（図３中左右方向、積層方向に直交する方向、以下、単に「幅方向」と呼ぶ場合がある）に並んで２体設けられている。巻鉄心１０は、それぞれの積層面が対向して重なり合った状態で配設されている。２体の巻鉄心１０は、図２で示すように正面視したときに、各開口部１０３ａ、１０３ｂを含む外形形状が概略同一となる積層体に形成されている。ここで、巻鉄心１０の下面は長方形状に形成され、その短手方向が上記幅方向（図３中左右方向）となり、その長手方向が図２中左右方向となる。そして、長手方向の両端縁は、巻鉄心１０の下面のフラットに形成された領域と四分円弧状のコーナー領域との境界部分となる。

図１に戻り、巻線２０は、例えば、１体の内側巻線２０１及び２体の外側巻線２０２を有し、これらの巻線２０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。巻線２０を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。それぞれの巻線２０は、巻鉄心１０を構成する脚部ＬＧ（ＬＧ１〜ＬＧ３）の周囲に配置されている。これらの巻線２０は、スペーサ部材２１を介してフレーム部３０（３１、３２）との間で位置決めされている。

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

図４は、図３の部分拡大図である。図４に示すように、下部フレー３１は、２体並んだ巻鉄心１０を１つのユニットとして見て、そのユニットの図４中左右両側に設けられている。言い換えると、２体並んだ巻鉄心１０の下部領域は一対の下部フレーム３１によって挟み込まれるようにして支持される。各下部フレーム３１は、断面が主として一定のチャンネル状（コの字状）に形成されて長手方向に延出する鋼材や板金加工材により構成される。具体的には、巻鉄心１０の積層面に沿って上下方向に向けられた押圧面部３１ａと、押圧面部３１ａの上下に連なって巻鉄心１０と反対方向に突出する上面部３１ｂ及び下面部３１ｃとを備えている。

押圧面部３１ａの上下二箇所位置には、連結軸３３が貫通して設けられている。連結軸３３の少なくとも両端側には、ねじ溝が形成され、このねじ溝にナット部材（締結部材）３４が押圧面部３１ａを両面側から挟むように設けられている。従って、連結軸３３の延出方向に対するナット部材３４のねじ込み位置を調整することで、左右の下部フレーム３１における押圧面部３１ａの相対面間距離を調整でき、この調整を行うことで左右の押圧面部３１ａによって巻鉄心１０に挟み込み力を加えることができる。

図２に示すように、下部フレーム３１は、巻鉄心１０の図２中左右両端より左右両側にはみ出る長さに設けられている。そして、連結軸３３は、そのはみ出た部分であって巻鉄心１０の図２中左右両端近傍にそれぞれ設けられている。

下部フレーム３１と上部フレーム３２とは、上下方向に延びる４本のスタッド３５を介して連結されている。スタッド３５は、図２中左右方向に概略等間隔に設けられている。スタッド３５の下端部は、下部フレーム３１の上面部３１ｂと同一面上に位置する延長面部３１ｄ（図４参照）を貫通している。延長面部３１ｄの図２中左右両側には、補強面部３１ｅが設けられている。

図４に示すように、補強面部３１ｅは、押圧面部３１ａ、上面部３１ｂ及び下面部３１ｃの内面側に溶接等によって固定されている。また、スタッド３５の下端部には、ねじ溝が形成され、このねじ溝にナット部材３６が延長面部３１ｄを両面側から挟むように設けられている。

ここで、上部フレーム３２は、図３に示すように、下部フレーム３１を上下反転させ、上下寸法を下部フレーム３１より大きくした構成と概略同様となり、２体並んだ巻鉄心１０の上部領域が一対の上部フレーム３２によって挟み込まれる。上部フレーム３２は、下部フレーム３１と同様に、押圧面部３２ａ、上面部３２ｂ及び下面部３２ｃを備えて図３の紙面直交方向に延在している。押圧面部３２ａの上下三箇所位置にも、押圧面部３１ａと同様にして連結軸３３が貫通して設けられ、連結軸３３の両端部に設けられたナット部材３４のねじ込み位置を調整して巻鉄心１０に挟み込み力を加えることができる。なお、図２にて、上部フレーム３２における連結軸３３の左右位置は、下部フレーム３１における連結軸３３の左右位置と同じとなっている。

スタッド３５の上端部は、上部フレーム３２の下面部３２ｃと同一面上に位置する延長面部３２ｄを貫通している。スタッド３５の上端部にもねじ溝が形成され、このねじ溝にナット部材３６が延長面部３２ｄを両面側から挟むように設けられている。スタッド３５に対するナット部材３６のねじ込み位置を調整することで、下部フレーム３１と上部フレーム３２との間隔を調整可能となる。なお、上部フレーム３２の図２中左右両側にも補強面部３２ｅが設けられる。

図２に示すように、下部フレーム３１における下面部３１ｃには、２本の内側支持フレーム（支持フレーム）４１及び２本の外側支持フレーム（支持フレーム）４２が設けられている。内側支持フレーム４１及び外側支持フレーム４２は、断面が主として一定のチャンネル状（コの字状）に形成されて長手方向（図２中紙面直交方向）に延出する鋼材や板金加工材により構成される。具体的には、巻鉄心１０の下面に沿って水平方向に向けられた受圧面部４１ａ、４２ａと、受圧面部４１ａ、４２ａの図２中左右両側から下方に向けて突出する側面部４１ｂ、４２ｂとを備えている。外側支持フレーム４２の側面部４２ｂは、内側支持フレーム４１の側面部４１ｂより上下寸法が大きく形成されている。外側支持フレーム４２には、変圧器１の移動を支援する車輪等を備えた移動機構や、据付固定用の穴など（図示省略）が設けられる。

図２において、左右に隣り合う内側支持フレーム４１、外側支持フレーム４２及び内側支持フレーム４１同士は、接触又は若干の隙間を介在させた状態で並設されており、巻鉄心１０の下面の概略全領域に亘って支持している。外側支持フレーム４２の受圧面部４２ａは、巻鉄心１０の下面の長手方向（左右方向）両端に跨っており、言い換えると、巻鉄心１０の長手方向両側を下方から支持している。また、内側支持フレーム４１の受圧面部４１ａは、２体の外側支持フレーム４２の間に配置されるので、巻鉄心１０の長手方向中央部付近を下方から支持している。内側支持フレーム４１は、巻鉄心１０の内側の脚部ＬＧ２の直下位置に少なくとも一部が配置されるとよい。また、外側支持フレーム４２は、巻鉄心１０の外側の脚部ＬＧ１、ＬＧ３の直下位置に少なくとも一部が配置されるとよい。

図４に示すように、内側支持フレーム４１及び外側支持フレーム４２の延出方向は、巻鉄心１０の幅方向（図４中左右方向）に向けられている。内側支持フレーム４１より外側支持フレーム４２の方が延出方向長さが長くなり、外側支持フレーム４２の延出方向長さは、一対の下部フレーム３１から図４中左右方向に大きくはみ出す長さに設定されている。また、内側支持フレーム４１の延出方向長さは、各巻鉄心１０の幅方向寸法に応じ、一対の下部フレーム３１の下面部３１ｃにそれぞれ接触する長さに設定されている。

内側支持フレーム４１及び外側支持フレーム４２は、下部フレーム３１における下面部３１ｃに対し、取付部材となるボルト４４及びナット４５を介して着脱自在に設けられている。受圧面部４１ａ、４２ａ又は下面部３１ｃにおいて、ボルト４４を貫通する穴がスロット穴（不図示）とされ、下面部３１ｃに対する各支持フレーム４１、４２の図４中左右位置を調整可能となっている。

巻鉄心１０と内側支持フレーム４１及び外側支持フレーム４２のとの間には制振部材４７が設けられている。制振部材４７は、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等の弾性体からなるシート部材で構成され、励磁振動等による巻鉄心１０の振動を吸収して減衰させることができる。これにより、巻鉄心１０に振動が発生しても、かかる振動が内側支持フレーム４１及び外側支持フレーム４２に伝播したり、振動で巻鉄心１０が各支持フレーム４１、４２を小刻みに打ち付けることを防止して騒音が生じることを抑制することができる。

このような実施の形態によれば、連結軸３３に対してナット部材３４をねじ込むことで、相対する下部フレーム３１同士の間、上部フレーム３２同士の間に引き合う力を働かせて複数の巻鉄心１０を幅方向両側から挟み込むことができる。しかも、内側支持フレーム４１及び外側支持フレーム４２によって巻鉄心１０の下面の概略全領域が下方から支持される。これにより、アモルファス合金薄帯等を巻回した積層構造となる巻鉄心１０の性質上、撓みや垂れ等が発生し易くなる下部領域及び下面の変形を抑制することができる。この結果、巻鉄心１０の磁気特性が劣化することを回避することができ、更には、巻鉄心１０における磁気特性の劣化に伴う励磁音の発生を抑えて騒音特性を向上させることができる。

また、内側支持フレーム４１及び外側支持フレーム４２が巻鉄心１０の幅方向に延在するので、各支持フレーム４１、４２を予め長く形成することで、巻鉄心１０の幅方向寸法の変更に容易に対応することができる。また、延在方向と同じ方向に側面部４１ｂ、４２ｂ等のリブ状部を形成した部材を利用し易くなり、各支持フレーム４１、４２の剛性を高めて巻鉄心１０の下面を下方から良好に支持することができる。

更に、連結軸３３に対するナット部材３４の締め付けにより下部フレーム３１及び上部フレーム３２が巻鉄心１０を挟み込むので、簡単な構成により巻鉄心１０に挟み込み力を良好に作用させることができる。

また、内側支持フレーム４１及び外側支持フレーム４２は、下部フレーム３１の下面側にボルト４４及びナット４５を介して取り付けられるので、各支持フレーム４１、４２を下部フレーム３１に着脱自在にすることができる。従って、それらを溶接によって固定する場合に比べ、取り付けの工程の簡略化を図ることができる。しかも、ボルト４４が貫通するスロット穴の延出方向で取り付け位置を調整できるので、巻鉄心１０の幅方向寸法の変更に容易に対応することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。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、方向などについては、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可能である。

例えば、上記実施の形態では、巻鉄心１０を幅方向に２体並べて設けたが、３体以上の複数並べて設け、フレーム部３０（下部フレーム３１及び上部フレーム３２）によって挟み込まれて支持されるようにしてもよい。

また、内側支持フレーム４１は、図２中左右幅を拡げて１体としたり、左右幅を小さくして３体以上の複数並べて設けたりしてもよい。更に、巻鉄心１０の下面における図２中左右方向中央部を支持する限りにおいて、左右に隣り合う内側支持フレーム４１、外側支持フレーム４２及び内側支持フレーム４１同士の隙間を大きくしたり小さくしたりして変更してもよい。

また、内側支持フレーム４１の向きを変更し、巻鉄心１０の下面における長手方向（図２中左右方向）に延出する向きとして延出方向両端が外側支持フレーム４２に連結されるようにしてもよい。この場合、内側支持フレーム４１は外側支持フレーム４２を介して下部フレーム３１に支持される。

また、内側支持フレーム４１及び外側支持フレーム４２の形状は、上記実施の形態と同様に巻鉄心１０を支持できる限りにおいて、種々の変更が可能であり、角筒等の中空形状としたり、断面Ｔ字状或いはＬ字状としたりしてもよい。

また、本願の実施例では、巻鉄心を複数組み合わせた三脚鉄心を例示しているが、単独の巻線で構成された二脚鉄心、さらに複数の巻鉄心を組み合わせた五脚鉄心などを用いた場合でも同様の効果を得ることができる。

１ 変圧器
１０ 巻鉄心
２０ 巻線
３０ フレーム部
３１ 下部フレーム
３３ 連結軸
３４ ナット部材（締結部材）
４１ 内側支持フレーム（支持フレーム）
４２ 外側支持フレーム（支持フレーム）
４７ 制振部材

Claims (7)

1. 帯状の鉄心材料を巻回して積層された巻鉄心と、前記巻鉄心に挿入された巻線と、前記巻鉄心を支持するフレーム部とを備え、
   前記巻鉄心は、前記帯状の鉄心材料の幅方向に複数並んで設けられ、
   前記フレーム部は、前記帯状の鉄心材料の幅方向両側から複数の前記巻鉄心の下端側を挟み込む下部フレームと、前記巻鉄心の下面における前記幅方向と直交する長手方向両側と中央部付近とを下方から支持する支持フレームとが設けられていることを特徴とする変圧器の鉄心支持構造。
2. 前記支持フレームは、前記巻鉄心の下面において概略全領域に亘って支持することを特徴とする請求項１に記載の変圧器の鉄心支持構造。
3. 前記支持フレームは、前記帯状の鉄心材料の幅方向に延在して前記下部フレームの下面側に取り付けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の変圧器の鉄心支持構造。
4. 前記帯状の鉄心材料の幅方向両側にそれぞれ位置する前記下部フレームは、連結軸を介して連結され、前記連結軸に設けた締結部材によって前記下部フレームによる挟み込み力を前記巻鉄心に加えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の変圧器の鉄心支持構造。
5. 前記巻鉄心と前記支持フレームとの間には制振部材が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の変圧器の鉄心支持構造。
6. 前記制振部材は、弾性体からなるシート部材で構成される請求項５に記載の変圧器の鉄心支持構造。
7. 前記巻鉄心は、アモルファス合金薄帯を巻回して構成されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の変圧器の鉄心支持構造。
   

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