JPH1187154A - 変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 巻線の漏れ磁束の半径方向成分を低減するこ
とにより、巻線の軸方向機械力を低減し、かつ巻線内漂
遊損失を低減した変圧器を提供する。 【解決手段】 鉄心脚２の外周に内側巻線３と外側巻線
４を巻装した変圧器１の内側巻線３の内周の上下端と外
周の上下端のＡ部、および外側巻線４の内周の上下端と
外周の上下端のＡ部、ならびに外側巻線４のタップ部分
５の上下部の内外周のＡ部に漏れ磁束の半径方向成分の
集中する。このような漏れ磁束の半径方向成分の集中す
る巻線端部やタップのある部分の外周および内周に沿っ
て単閉回路コイル６Ａを並べて閉回路コイル６を形成し
て配置する。この閉回路コイル６には鎖交磁束を打ち消
すような誘導電流が還流し、巻線の半径方向の磁束成分
を低減させたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変圧器に係り、特
に、巻線に発生する半径方向磁束を打ち消す磁束を発生
させ、巻線に発生する軸方向機械力を低減する装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に変圧器の巻線電流により生成され
る磁束には、一次二次両巻線と鎖交する「主磁束」と、
一次巻線のみあるいは二次巻線のみとしか鎖交しない
「漏れ磁束」とがあり、過大な短絡電流が流れると電流
の増加にほぼ比例して漏れ磁束が増加する。

【０００３】図９は変圧器の同心配置巻線の断面（ａ）
と、コイル力の軸方向分布（ｂ）、および内部圧縮力の
軸方向分布（ｃ）の関係を示す説明図で、図９（ａ）に
示すように、鉄心脚３１に同心配置して巻装された内側
巻線３２と外側巻線３３は、それぞれ円板コイル３４を
軸方向に間隔片３５を介して積み重ねられており、両巻
線を共通したクランプリング３６により巻線の軸方向に
締め付けられている。

【０００４】漏れ磁束は、内側巻線３２では上下端部で
内側に曲がり、外側巻線３３では上下端部で外側に曲が
る。コイル力の軸方向分布は（ｂ）に示すように中央部
には発生せずに両端に発生し、内部圧縮力の軸方向分布
は（ｃ）に示すように中央部はほぼ一定の大きさで両端
部は若干小さくなる。

【０００５】図１０は変圧器の同心配置の両巻線の電磁
中心が一致していない場合の巻線の漏れ磁束と軸方向機
械力の関係を示す説明図で、図１０において、巻線の軸
方向の長さが有限である以上、その巻線内を貫く漏れ磁
束は、点線で示すように巻線端部で曲がり、半径方向成
分を生ずる。この半径方向の磁束成分により変圧器巻線
には矢印で示すように軸方向機械力が発生する。同心配
置の巻線の変圧器では鉄心脚３１の外周に巻装した内側
巻線３２と外側巻線３３の電磁中心を一致させることが
不可能なため、軸方向には圧縮力だけでなく、推力も生
じることになる。

【０００６】図１１は変圧器の巻線中央部にタップの抜
けによるアンペアターンの欠除した部分がある場合の漏
れ磁束と軸方向機械力の関係を示す説明図で、図１１に
おいて、外側巻線３３の中央部にタップ部分３７がある
場合、そのタップの抜けにより、このタップ部分３７に
起磁力（アンペアターン）のない部分が生じるため、漏
れ磁束の半径方向成分を生ずることになり、圧縮力・推
力はさらに増加する。

【０００７】図１２は変圧器巻線の漏れ磁束の半径方向
成分を打ち消した状態の漏れ磁束と軸方向機械力の関係
を示す説明図で、図１２において、漏れ磁束の総量（＝
軸方向磁束成分＋半径方向磁束成分の意味）が少ないほ
ど、軸方向機械力は小さくなる訳であるが、漏れ磁束の
総量は、必要な短絡インピーダンスを確保する責務があ
る以上、自由自在に調整することはできない。漏れ磁束
の半径方向成分のみを抑えることができれば、必要な短
絡インピーダンスを維持しつつ軸方向機械力を低減する
ことができる。しかし、現在の技術では、図１２のよう
な漏れ磁束分布にできる手法がないため、発生する機械
力に耐えるように巻線構造および締付構造を強化する方
法しか採用することができない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、発生
する軸方向機械力に十分耐え得る強固な巻線構造および
締付構造を採用することにもっぱら主眼がおかれてい
る。すなわち、円板巻線方式であれば、円板コイル間の
間隔片の機械的強度を増加させ、円筒巻線であれば、巻
線上下端の絶縁リングの強度を強化させ、また、巻線全
体を抑えるクランプリングの剛性を増すなどの措置が採
用されている。しかし、巻線が発生する磁束自体を制御
することにより、巻線の軸方向の発生機械力を低減させ
ようとする手法は全くとられていなかった。

【０００９】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたもので、巻線の漏れ磁束の半径
方向成分を低減することにより、巻線の軸方向機械力を
低減し、かつ巻線内漂遊損失を低減した変圧器を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明において、上記の
課題を解決するための手段は、変圧器の巻線に発生する
漏れ磁束の半径方向成分により巻線には軸方向機械力が
発生するので、この磁束の通り道に閉回路コイルを配置
し、配置した閉回路コイルに磁束を発生させることによ
り、閉回路コイルに誘導電流を還流させ、この電流によ
り巻線の半径方向磁束に打ち消す磁束を発生させる。こ
の閉回路コイルによるは半径方向磁束の打ち消し作用に
より、巻線に働く軸方向機械力を低減させるものであ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて説明する。

【００１２】図１は本発明の第１の実施の形態における
変圧器の鉄心と巻線の配置図で、第１の実施の形態はリ
ブシールド円板巻線の構造を利用した閉回路コイルの配
置方法である。

【００１３】漏れ磁束の半径方向成分は、図１に示すよ
うに、鉄心脚２の外周に内側巻線３と外側巻線４を巻装
した変圧器１において、内側巻線３の内周の上下端と外
周の上下端のＡ部と、外側巻線４の内周の上下端と外周
の上下端の各Ａ部と、外側巻線４のタップ部分５の内外
周の上下部のＡ部に集中する。このような漏れ磁束の半
径方向成分の集中する巻線端部やタップのある部分の外
周および内周（図１のＡ部）に沿って単閉回路コイル
（一般型）６Ａを並べて配置し閉回路コイル６を形成す
る。これにより、閉回路コイル６には鎖交磁束を打ち消
すような誘導電流が還流し、巻線の半径方向の磁束成分
が低減される。

【００１４】図２は図１の巻線上部の外側端部の丸で囲
んだＡ部の拡大図で、例えば円板巻線７の上端部を構成
する円板コイル８の外周に単閉回路コイル６Ａを並べて
閉回路コイル６を形成して配置する。このように、円周
方向に多数に分割配置した単閉回路コイル６Ａを配置し
て閉回路コイル６を形成することにより、巻線の各部分
により異なる漏れ磁束の半径方向成分を有効に相殺させ
ることができる。また、単閉回路コイル６Ａの多数分割
化により、１つの閉回路コイル６に鎖交する漏れ磁束の
半径方向成分が減少するため誘導電流が減少し、閉回路
コイル６の過熱や損失増加が抑制される。また、巻線の
漏れ磁束の半径方向成分を打ち消すことにより、巻線の
軸方向機械力（圧縮力と推力）を低減することができ
る。さらに、巻線の漏れ磁束の半径方向成分を打ち消す
ことにより、この成分により発生していた巻線内漂遊損
失を低減することができる。

【００１５】図３は単閉回路コイル（一般型）６Ａの説
明図で、（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）はそのａ−ａ断面
の断面図で、図３に示すように、単閉回路コイル６Ａ
は、巻線導体と同様に銅やアルミなどの低抵抗率の導電
材料の導体９で方形（長方形）のリング状の閉回路コイ
ルを形成して絶縁被覆１０を施したものである。

【００１６】図４は本発明の第１の実施の形態における
外側巻線４の上端部を巻線の外側から見た場合の閉回路
コイル６の構成図で、図４に示すように、この長方形の
リング状の単閉回路コイル６Ａを、例えば、円板巻線７
の上部外周に多数配置して閉回路コイル６を構成してい
る。単閉回路コイル６Ａを構成する導体９の断面積や、
１周に配置する単閉回路コイル６Ａの個数（すなわち、
１周の閉回路コイル６を単閉回路コイル６Ａで何分割す
るかということ）は、単閉回路コイル６Ａを配置する箇
所の漏れ磁束の半径方向成分の大きさや分布の状態およ
び周波数等により個々に設定する。

【００１７】図５は本発明の第１の実施の形態における
閉回路コイルの取付構造の要部断面図で、外側巻線の上
部外側の形態を示している。図５において、外側巻線４
の上部外側に複数個の単閉回路コイル６Ａを配置して閉
回路コイル６を形成するが、閉回路コイル６の内側は冷
却ダクトを形成するための縦方向ダクトピース１１で支
持し、閉回路コイル６の下部はプレスボードやベークラ
イトなどの絶縁筒１２で支持する。閉回路コイル６の外
側は巻付絶縁筒１３を巻き付けてバインド１４などで固
定する。なお、閉回路コイル６の上部は巻線と同様に、
絶縁リングとクランプリング（図示省略）で支持する。
閉回路コイル６がない場合に比べて絶縁筒１２の部分が
加わるだけで、その他は一般的な構成のままである。閉
回路コイル６の間の部分は、短絡時に閉回路コイルに作
用する応力により必要であれば絶縁物製詰物１５で埋め
る。

【００１８】図６は本発明の第２の実施の形態における
変圧器の鉄心と巻線の配置図で、第２の実施の形態は制
振遮蔽円板巻線の構造を利用した閉回路コイルの配置方
法である。

【００１９】図６に示すように、鉄心２の外周に制振遮
蔽円板巻線である内側巻線２１と外側巻線２２を巻装し
た変圧器１において、漏れ磁束の半径方向成分の大きい
内側巻線２１の内外周の上下端、および外側巻線２２の
内外周の上下端、ならびに外側巻線２２のタップ部分２
３の内外周の上下端の各Ｂ部に、各円板コイルの内部の
巻線導体と一緒に閉回路コイル（梯子型）６′を巻回し
て配置することにより、磁束の打ち消し作用を向上させ
たものである。

【００２０】図７は図６の巻線上部の外側端部の丸で囲
んだＢ部の拡大図で、図７において、制振遮蔽円板巻線
２４の白抜き部Ｃは巻線導体２５の位置を示し、斜線部
Ｄは単閉回路コイル（梯子型）６′の位置を示す。

【００２１】図８はこの梯子型の閉回路コイル６′の説
明図で（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）はそのｂ−ｂ断面図
で、図８に示すように、この閉回路コイル６′は全周に
わたって多数個の窓を設けて複数の単閉回路を形成した
梯子型の導体２６に絶縁被覆２７を施したものである。
漏れ磁束の分布を数値解析し、最小の単閉回路コイル数
で最も半径方向磁束の打ち消し効果の大きい位置に配置
する。制振遮蔽円板巻線２４の内部に巻線導体２５と閉
回路コイル６′を一緒に巻くため、第１の実施の形態で
適用できた図３に示す単閉回路コイル６Ａの形状では製
作できないことから、梯子型の形状としたものである。

【００２２】第２の実施の形態においても、閉回路コイ
ル６′は円周方向に多数の窓を設けて回路を分割した構
造としたことにより各部分により異なる漏れ磁束の半径
方向成分を有効に相殺させることができ、また単閉回路
コイルの多数分割化により１つの閉回路コイルに鎖交す
る漏れ磁束の半径方向成分が減少するため誘導電流が減
少し、閉回路コイルの過熱や損失増加が抑制され、漏れ
磁束の半径方向成分を打ち消すことにより、巻線の軸方
向機械力（圧縮力と推力）を低減することができる。さ
らに、巻線の漏れ磁束の半径方向成分を打ち消すことに
より、この成分により発生していた巻線内漂遊損失を低
減することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の変圧器は、漏れ磁束の半径方向
成分の集中する巻線端部やタップのある部分の外周およ
び内周に沿って閉回路コイルを並べるように配置し、か
つ、閉回路コイルを円周方向に多数分割した構造とした
ことにより、次に記載する効果を奏する。

【００２４】（１）コイルの外周、内周または内部に配
置した閉回路コイルに漏れ磁束の半径方向成分を鎖交さ
せることにより、閉回路コイルにはこの鎖交磁束に比例
した誘起電圧が生じ、閉回路コイルに誘導電流が流れ
る。この誘導電流により発生する磁束は、巻線と鎖交す
る漏れ磁束の半径方向成分を打ち消す。

【００２５】（２）巻線の漏れ磁束の半径方向成分を打
ち消すことにより、軸方向の発生機械力を低減すること
ができ、巻線内の間隔片、絶縁リングなどの強化の責務
が軽減される。このことはクランプリングなどの構造材
に関しても同様である。

【００２６】（３）閉回路コイルを円周方向に多数分割
して配置することにより、各部分によって異なる漏れ磁
束の半径方向成分を有効に打ち消すことが可能となる。
また、多数分割することにより、１つの閉回路に鎖交す
る漏れ磁束の半径方向成分の大きさが減少するため、閉
回路コイルを還流する誘導電流が減少し、閉回路コイル
の導体の過熱や発生損失の増加を抑えられる。

【００２７】（４）第１の実施の形態では、構造上極め
て簡単な構成で漏れ磁束の半径方向成分の打ち消し効果
が得られる。

【００２８】（５）第２の実施の形態では、構造上は多
少複雑になるが、巻線の漏れ磁束の半径方向成分の打ち
消し効果は極めて向上する。

【００２９】（６）漏れ磁束の半径方向成分を打ち消す
効果は軸方向機械力の低減だけでなく、半径方向磁束に
より巻線導体内に生ずる渦電流損が原因で発生する巻線
内漂遊損失をも低下させる。したがって、閉回路コイル
での発生損失による変圧器全体での構造材損失増加分は
この効果により抑えることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における変圧器の鉄
心と巻線の配置図。

【図２】図１のＡ部の拡大図。

【図３】本発明の第１の実施の形態における単閉回路コ
イルの説明図。

【図４】本発明の第１の実施の形態における外側巻線の
上端部の斜視図。

【図５】本発明の第１の実施の形態における閉回路コイ
ルの取付構造の要部断面図。

【図６】本発明の第２の実施の形態における変圧器の鉄
心と巻線の配置図。

【図７】図６のＢ部の拡大図。

【図８】本発明の第２の実施の形態における閉回路コイ
ルの説明図。

【図９】変圧器の同心配置巻線の断面と、コイル力の軸
方向分布および内部圧縮力の軸方向分布との関係を示す
説明図。

【図１０】変圧器の同心配置の両巻線の電磁中心が一致
していない場合の巻線の漏れ磁束と軸方向機械力の関係
を示す説明図。

【図１１】変圧器の巻線中央部にタップの抜けによりア
ンペアターンの欠除した部分がある場合の漏れ磁束の軸
方向機械力の関係を示す説明図。

【図１２】変圧器巻線の漏れ磁束の半径方向成分を打ち
消した状態の漏れ磁束と軸方向機械力の関係を示す説明
図。

【符号の説明】

１…変圧器 ２…鉄心脚 ３…内側巻線 ４…外側巻線 ５…タップ部分 ６，６′…閉回路コイル ６Ａ…単閉回路コイル（一般型） ７…円板巻線 ８…円板コイル ９…閉回路コイルの導体 １０…閉回路コイルの絶縁被覆 １１…縦方向ダクトピース １２…絶縁筒 １３…巻付絶縁筒 １４…バインド １５…絶縁物製詰物 ２１…内側巻線 ２２…外側巻線 ２３…タップ部分 ２４…制振遮蔽円板巻線 ２５…巻線導体 ２６…閉回路コイルの導体 ２７…閉回路コイルの絶縁被覆

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄心脚の外周に内側円板巻線と外側円板
   巻線を巻装した変圧器において、内側円板巻線の内周の
   上下端と外周の上下端、および外側円板巻線の内周で半
   径方向成分の漏れ磁束が集中する部分に、この漏れ磁束
   の半径方向成分と鎖交させる閉回路コイルを配設し、該
   閉回路コイルに鎖交磁束に比例した誘起電圧を発生させ
   て誘導電流を還流させ、該誘導電流により上記円板巻線
   と鎖交する漏れ磁束の半径方向成分を打ち消すようにし
   たことを特徴とする変圧器。
2. 【請求項２】 閉回路コイルは、低抵抗率の導体を方形
   状の閉回路となし、これに絶縁被覆を施して単閉回路コ
   イルを形成し、該単閉回路コイルを複数個並べて配置し
   たことを特徴とする請求項１記載の変圧器。
3. 【請求項３】 閉回路コイルは、低抵抗率の導体に多数
   個の窓を設けて複数の単閉回路からなる梯子型の導体を
   形成し、該導体に絶縁被覆を施して円板巻線の導体間に
   巻回したことを特徴とする請求項１記載の変圧器。