JP2008103416A - 静止誘導電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】タンク側面に入射するもれ磁束がタンクの上部もしくは下部に偏った場合でも、簡単な構成の磁気シールドで効果的にもれ磁束を流して局部過熱を確実に防止でき、磁気シールドにかかるコストを抑えて信頼性・経済性の向上に寄与する優れた静止誘導電気機器を提供する。
【解決手段】横積み磁気シールド３は、各相巻線２が並ぶ方向と平行な側のタンク４側面に水平方向に長く取付けられている。この横積み磁気シールド３は、複数の強磁性薄板からなり、各薄板をタンク４底面に対し垂直にしてタンク４側面から巻線２へと向かって複数積層して横積みとしている。また、横積み磁気シールド３は、タンク４側面に入射するもれ磁束５の垂直方向の分布の広がりに応じて取付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、タンク側面に磁気シールドを取り付けた静止誘導電気機器に係り、特に、磁気シールドの配置構成に改良を施した静止誘導電気機器に関するものである。

一般に、変圧器やリアクトル等の静止誘導電気機器においては、タンク内部の巻線から発生するもれ磁束によって、タンク側面、もしくは鉄心に設置されたクランプが過熱することがある。このため、タンク側面もしくはクランプに磁気シールドを取付けて過熱を防ぐ技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

磁気シールドは通常、けい素鋼板などの短冊状の強磁性薄板からなり、各相巻線が並ぶ方向と平行な側のタンク長辺側側面に水平方向に取付けられている。この磁気シールドによれば、各相間で各相により発生する磁束を互いに打ち消し合うことができ、各相巻線から発生するもれ磁束による過熱を抑えることができる。
特開昭５４−１２４２２３号公報

ところで、磁気シールドはこれまでタンク側面に入射するもれ磁束量にタンクの上部と下部とで偏りが殆ど無い場合を想定して取り付けられている。しかし実際には、タンク側面に入射するもれ磁束量にはタンクの上部と下部とで偏ることがあり、タンク側面やクランプに入射するもれ磁束の大きさには偏りを生じることになる。

この時、タンク側面やクランプだけではなく、タンク側面からカバーあるいはタンク底面にもれ磁束が流れることになり、これらの部分が過熱するおそれがあった。したがって、このような不具合を回避するためには、タンク側面に入射するもれ磁束量がタンクの上部と下部とで殆ど偏りがないように巻線構成を変更しなくてはならない。

また、タンク側面に入射するもれ磁束量にタンクの上部と下部とで偏りを無くすように巻線構成を変更するのでなければ、もれ磁束による局部過熱を防ぐために、その箇所に磁気シールドを取付ける、あるいは対応する部分のタンクの材料を一部非磁鋼に変更するなどの対処がなされていた。

上述したように、タンク側面に入射するもれ磁束の大きさがタンク側面の上部と下部とで偏りのある静止誘導電気機器においては、効果的な磁気シールドの配置構成が確立されておらず、もれ磁束量にタンクの上部と下部とで偏りがある巻線構成では局所過熱防止用の磁気シールドをもれ磁束が流れる箇所すべてに取り付けなくてはならなかった。このため、磁気シールドに関しては、設計、製作、組立にわたり、多額の費用と多くの時間を割くことになり、静止誘導電気機器の製造コストを高騰させる要因となっていた。

本発明は、かかる従来の事情に鑑みて提案されたものであり、その目的は、タンク側面に入射するもれ磁束の大きさがタンクの上部もしくは下部に偏った場合でも、簡単な構成の磁気シールドで効果的にもれ磁束を流して局部過熱を確実に防止でき、磁気シールドにかかるコストを抑えて信頼性・経済性の向上に寄与する優れた静止誘導電気機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の静止誘導電気機器は、鉄心に巻回された巻線がタンク内部に複数収納され、前記巻線は該巻線より発生して前記タンク側面に入射するもれ磁束の大きさが前記タンク側面の上部と下部とで偏りを生じるように構成され、さらに各相巻線が並ぶ方向と平行な側の前記タンク側面に強磁性薄板からなる磁気シールドが取り付けられた静止誘導電気機器において、前記磁気シールドは、各相巻線に共通の水平方向に長く、且つ前記強磁性薄板を前記タンク底面に対し垂直にして前記タンク側面から前記巻線へと向かって複数積層した横積みとなるように構成されたことを特徴としている。

このような本発明では、巻線より発生してタンク側面に入射するもれ磁束がタンク側面の上部と下部とでその大きさに偏りを生じた場合であっても、タンク側面に取り付けた横積み磁気シールドにより、過大に入射したもれ磁束を他の相との間で効率よく打ち消し合うことができる。したがって、タンク側面やクランプに入射するもれ磁束の大きさに偏りが生じても、タンク側面からカバーあるいはタンク底面にもれ磁束が流れることがなく、これらの部分で局所的な過熱が起きる心配がない。その結果、カバーやタンク底面などに別途、磁気シールドを取付けなくても、タンクの局所過熱を確実に防ぐことができる。

本発明の静止誘導電気機器によれば、タンク側面に入射するもれ磁束の大きさに偏りがあっても、横積みの磁気シールドが過大に入射したもれ磁束を他相との間で効率よく打ち消し合うのでタンクの局所過熱を防止でき、その上、磁気シールドに関する設計、製造、取付時間の短縮化を図ることができ、信頼性・経済性が大幅に向上する。

（１）第１の実施形態
［構成］
以下、本発明に係る静止誘導電気機器の第１の実施形態について、図１〜図７を参照して具体的に説明する。図１は第１の実施形態の平面図、図２はタンク高さ方向のもれ磁束密度のグラフを含む同正面図、図３は第１の実施形態の要部拡大正面図、図４〜図７はもれ磁束がタンクの上部と下部とでその大きさに偏りを生じるような巻線構成を示す拡大断面図である。

第１の実施形態は、３相静止誘導電気機器に適用されるものであり、図１および図２に示すように、複数の巻線２が３相５脚鉄心１のそれぞれの脚に同心円上に巻回されてタンク４内部に収納されている。このとき、巻線２より発生してタンク４側面に入射するもれ磁束５はタンク４の上部と下部とでその大きさに偏りを生じるような巻線構成となっている（図２中のタンク高さ方向のもれ磁束密度のグラフ参照）。なお、巻線構成に関しては後段で詳しく述べる。

本実施形態の特徴は、タンク４側面に取り付けられた横積み磁気シールド３の構成にある。すなわち、横積み磁気シールド３は、各相巻線２が並ぶ方向と平行な側のタンク４側面に水平方向に長く取付けられている。この横積み磁気シールド３は、複数の強磁性薄板からなり、各薄板をタンク４の底面に対し垂直にしてタンク４側面から巻線２へと向かって（図３中では左右方向）、複数積層して横積みとしている。また、横積み磁気シールド３は、タンク４側面に入射するもれ磁束５の垂直方向の分布の広がりに応じて取付けられている（図２参照）。

タンク４側面に入射するもれ磁束５が、タンク４の上部と下部とでその大きさに偏りを生じるような巻線構成としては、次のようなものがある。すなわち、低圧回路が２つ以上有り、低圧巻線が２つ以上有って、それらの巻線、例えば第１および第２の低圧巻線６、７が垂直方向に並んで配置されるもの（図４に図示）、高圧巻線８の上端部もしくは下端部にタップ巻線９を具備するもの（図５、図６に図示）、巻線の最外側にタップ巻線９を配置しタップ巻線がタップ位置によって電流が流れていない部位１０が存在し、その部位１０が上部もしくは下部に集中しているもの（図７に図示）などである。これらの巻線構成では、通電・非通電の部位に偏りがあるため、タンク４側面への入射もれ磁束の大きさに偏りが生じることになる。

［作用効果］
以上の構成を有する第１の実施形態によれば、タンク４側面に入射するもれ磁束５に偏りが生じたときでも、横積み磁気シールド３により、過大に入射したもれ磁束を他の相との間で効率よく打ち消し合うことができる。したがって、タンク４側面からタンク４のカバー（図示せず）やタンク４底面にもれ磁束が流れることがなく、これらの部分で局所過熱が起きる心配がない。

したがって、タンク４の底面などに別途、磁気シールドを取付ける必要がなく、横積み磁気シールド３というシンプルな構成の磁気シールドを用いるだけでタンク４の局所過熱を確実に防ぐことができ、優れた信頼性を獲得できる。しかも、タンク４側面に入射するもれ磁束５の大きさに偏りが生じた場合に、従来技術では複数の磁気シールドが不可欠であったが、本実施形態では、横積み磁気シールド３だけで済むため、磁気シールドに関する設計、製造、取付時間の全ての分野にわたって負担を軽減化することができ、経済性の向上に寄与することが可能である。

（２）第２の実施形態
［構成］
続いて、本発明に係る静止誘導電気機器の第２の実施形態について、図８、図９を参照して具体的に説明する。図８は第２の実施形態の平面図、図９は同正面図である。

第２の実施形態では、図８、図９に示すように、鉄心１には断面がＬ字状のクランプ１２が設置されており、このクランプ１２の下面には巻線２の上面と向かい合うようにして横積み磁気シールド１１が取付けられている。横積み磁気シールド１１は、横積み磁気シールド３と同じく、各相巻線２が並ぶ方向と平行な側のタンク４側面に水平方向に長く取付けられている。

［作用効果］
以上の構成を有する第２の実施形態では、クランプ１２下面に取り付けた横積み磁気シールド１１により、過大に入射したもれ磁束を他の相との間で効率よく打ち消し合うことができ、クランプ１２に入射するもれ磁束によりクランプ１２に局所過熱が起きるおそれがなく、安全性を高めて優れた信頼性を得ることができる。

（３）第３の実施形態
［構成］
次に、本発明に係る静止誘導電気機器の第３の実施形態について、図１０を用いて具体的に説明する。図１０は第３の実施形態の側面図である。

第３の実施形態では、図１０に示すように、タンク４がいくつかの水平面によって分割され、分割される箇所には水平方向に沿ってタンク側面上にフランジ１３が設けられている。第３の実施形態は、フランジ１３の上部近傍および下部近傍に横積み磁気シールド３が取り付けられている点に特徴がある。

［作用効果］
このような構成を有する第３の実施形態では、タンク４のフランジ１３に集中して流れていたもれ磁束が、横積み磁気シールド３を通るようになるため、フランジ１３の過熱を防止することが可能になる。したがって、フランジ１３に入射するもれ磁束量の偏りによってフランジ１３に局所過熱が起きる心配がなく、信頼性が高い。

（４）第４の実施形態
［構成］
第４の実施形態は、図１１に示すように、複数の巻線２が３相３脚鉄心１４のそれぞれの脚に同心円上に巻回された静止誘導電気機器に適用したものであり、その構成上の特徴は横積み磁気シールド３の取り付け構成にある。すなわち、各相巻線２の並ぶ方向と平行な側のタンク４の長辺側の側面には水平方向に沿って長くして横積み磁気シールド３が取り付けられている。また、各相巻線２の並ぶ方向と垂直な側のタンク４の短辺側の側面には垂直方向に沿って長く横積み磁気シールド３が取付けられている。なお、図１１において（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。

［作用効果］
以上の構成を有する第４の実施形態では、タンク４の長辺側側面には水平方向に沿って長くして横積み磁気シールド３を取り付け、タンク４の短辺側側面には垂直方向に沿って長く横積み磁気シールド３を取付けたことで、３相３脚鉄心１４を有する静止誘導電気機器において効率よく、もれ磁束を流すことが可能となる。しかも、各相巻線２とタンク４との距離を詰めることができ、機器の小型化に貢献することができる。

（５）他の実施形態
なお、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、各部材の配置数や配置箇所は適宜変更可能であり、次のような実施形態も包含する。例えば、図１２に示すように、横積み磁気シールド３は、タンク４側面に入射するもれ磁束５の垂直方向の分布の広がりに応じて、横積み磁気シールド３の取り付け範囲を上下方向もしくは垂直方向を変えてもよい。

ここでは、上記第１の実施形態に比べて磁気シールド３の上部を省いて、垂直方向の長さを短くしている。このような実施形態では、タンク４に入射するもれ磁束５の大きさが過大になる箇所と、もれ磁束量に応じて、磁気シールド３の配置を決めることで必要最小限の磁気シールド３でタンク４の局所過熱を防ぐことが可能となり、機器のコストダウンをいっそう進めることができる。

また、磁気シールドの積層方向としては、横積みに限らず、図１３に示すように、縦積み磁気シールド１６としてもよい。縦積み磁気シールド１６は、各相巻線２に共通の水平方向に長く、且つ強磁性薄板をタンク底面に対し水平にしてタンク４の高さ方向（図１３の上下方向）に積層して構成されている。このような実施形態によれば、上述した作用効果に加えて、縦積み磁気シールド１６に入射するもれ磁束によって生じるうず電流損の発生が抑えることが可能になり、より信頼性を高めることができる。

本発明による第１の実施形態の平面図。 第１の実施形態の正面図（タンク高さ方向のもれ磁束密度のグラフを含む）。 第１の実施形態の要部拡大正面図。 第１の実施形態における巻線構成の断面図。 第１の実施形態における巻線構成の断面図。 第１の実施形態における巻線構成の断面図。 第１の実施形態における巻線構成の断面図。 本発明による第２の実施形態の平面図。 第２の実施形態の正面図。 本発明による第３の実施形態の側面図。 本発明による第４の実施形態において（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図。 本発明による他の実施形態の正面図（タンク高さ方向のもれ磁束密度のグラフを含む）。 本発明による他の実施形態の要部拡大正面図。

符号の説明

１…３相５脚鉄心
２…巻線
３、１１…横積み磁気シールド
４…タンク
５…タンク側面入射もれ磁束
６…第１の低圧巻線
７…第２の低圧巻線
８…高圧巻線
９…タップ巻線
１０…電流が流れていないタップ巻線部位
１２…クランプ
１３…フランジ
１４…３相３脚鉄心
１６…縦積み磁気シールド

Claims (10)

1. 鉄心に巻回された巻線がタンク内部に複数収納され、前記巻線は該巻線より発生して前記タンク側面に入射するもれ磁束の大きさが前記タンク側面の上部と下部とで偏りを生じるように構成され、さらに各相巻線が並ぶ方向と平行な側の前記タンク側面に強磁性薄板からなる磁気シールドが取り付けられた静止誘導電気機器において、
   前記磁気シールドは、各相巻線に共通の水平方向に長く、且つ前記強磁性薄板を前記タンク底面に対し垂直にして前記タンク側面から前記巻線へと向かって複数積層した横積みとなるように構成されたことを特徴とする静止誘導電気機器。
2. 鉄心に巻回された巻線がタンク内部に複数収納され、前記巻線は該巻線より発生して前記タンク側面に入射するもれ磁束の大きさが前記タンク側面の上部と下部とで偏りを生じるように構成され、さらに各相巻線が並ぶ方向と平行な側の前記タンク側面に強磁性薄板からなる磁気シールドが取り付けられた静止誘導電気機器において、
   前記磁気シールドは、各相巻線に共通の水平方向に長く、且つ前記強磁性薄板を前記タンク底面に対し水平にして前記タンクの高さ方向に積層した縦積みとなるように構成されたことを特徴とする静止誘導電気機器。
3. 前記磁気シールドは、前記タンク側面に入射するもれ磁束の垂直方向の分布の広がりに応じて取付けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の静止誘導電気機器。
4. 前記鉄心には断面がＬ字状のクランプが設置され、
   前記クランプには前記巻線と向かい合う面に前記磁気シールドが取付けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の静止誘導電気機器。
5. 前記タンクは複数の水平面によって分割されて分割面にフランジが設けられており、
   前記フランジの近傍に前記磁気シールドが取付けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の静止誘導電気機器。
6. 前記複数の巻線は３相５脚鉄心のそれぞれの脚に同心円上に巻回されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の静止誘導電気機器。
7. 巻線構成として複数の低圧巻線が垂直方向に並んで配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の静止誘導電気機器。
8. 巻線構成として高圧巻線の上部もしくは下部にタップ巻線が配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の静止誘導電気機器。
9. 巻線構成として巻線の最外側にタップ巻線が配置され、このタップ巻線はタップ位置によって電流が流れない部位が上部もしくは下部に集中して設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の静止誘導電気機器。
10. 前記複数の巻線は３相３脚鉄心のそれぞれの脚に同心円上に巻回され、
    ３相巻線の並ぶ方向と平行な側の前記タンク長辺側側面には水平方向に長くして前記磁気シールドが取り付けられ、端相巻線に対向する前記タンク短辺側側面には垂直方向に長くして前記磁気シールドが取付けられたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の静止誘導電気機器。

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