JP7232608B2

JP7232608B2 - 静止誘導電器

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Publication number: JP7232608B2
Application number: JP2018188793A
Authority: JP
Inventors: 翔郭; 千絵小林; 直幸栗田; 明山岸
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2023-03-03
Anticipated expiration: 2038-10-04
Also published as: JP2020057728A

Description

本発明は、静止誘導電器に関する。

一般に、変圧器やリアクトル等の静止誘導電器は、通電中には常時騒音が発生する。この静止誘導電器の騒音は、この静止誘導電器が設置される周辺住民の生活環境の悪化を引き起こすため、低い騒音レベルが要求される。

通常、静止誘導電器の騒音レベルは、その設置場所に応じて設定される。

静止誘導電器の騒音は、静止誘導電器本体を構成する鉄心で発生する磁歪振動やコイルで発生する電磁振動が、鉄心やコイルを覆うタンクに伝播し、タンクの表面から外部へ放射されることによって発生する。

また、静止誘導電器本体を覆うタンクの構造やタンクの形状によっては、共振現象が現れるため、その騒音の周波数は変動する。

このような静止誘導電器の騒音を低減するため、静止誘導電器本体の周囲を、鋼板やコンクリートなどで構成された防音タンク、防音建屋、または防音壁などの防音構造物で覆うことが多い。

また、発生する騒音をより減衰させるため、防音構造物の内部に、吸音構造体を設置する方法も知られている。

本技術分野の背景技術として、特開２０１３－２１０３５号公報（特許文献１）がある。この特許文献１には、変圧器本体の周囲を覆う防音壁を有する変圧器用騒音低減構造において、変圧器の稼働状態で発生する騒音の特定周波数に共鳴する共鳴型吸音構造体を変圧器の外面と防音壁の内面によって形成される閉空間内の床面に設けたことが記載されている。

特開２０１３－２１０３５号公報

特許文献１には、変圧器の騒音を低減する共鳴型吸音構造体を床面に設置することが記載されている。しかし、特許文献１には、静止誘導電器本体の周囲を覆うタンクの底面から放射される静止誘導電器の騒音を低減することについては記載されていない。

そこで、本発明は、静止誘導電器本体の周囲を覆うタンクの底面から放射される静止誘導電器の騒音を効率的に低減する静止誘導電器を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の静止誘導電器は、静止誘導電器本体と、静止誘導電器本体の周囲を覆うタンクと、タンクを支持する支持構造と、タンクの底面から放射される騒音を吸収する吸音構造体と、を有し、支持構造が設置される地面には穴が形成され、支持構造は、穴の底に接し、タンクの底面が、地面の地表より下方に設置されると共に、タンクの底面と穴の底との間には空間を有し、吸音構造体が、タンクの底面の下部であって、穴の底に配置され、タンクの下部側面と穴の上部側面との間に配置される。

本発明によれば、静止誘導電器本体の周囲を覆うタンクの底面から放射される静止誘導電器の騒音を効率的に低減する静止誘導電器を提供することができる。

なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

実施例１の静止誘導電器を示す断面図である。タンクの底面から外部へ放射される騒音のスペクトルのグラフである。実施例１の静止誘導電器に配置される吸音構造体を示す説明図である。実施例２の静止誘導電器を示す断面図である。実施例２の静止誘導電器に設置される吸音構造体の配置を示す説明図である。実施例３の静止誘導電器を示す断面図である。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。なお、同一の構成には同一の符号を付し、説明が重複する場合は、その説明を省略する場合がある。

図１は、実施例１の静止誘導電器を示す断面図である。

変圧器やリアクトル等の静止誘導電器１０は、コイルが巻回される鉄心を有する静止誘導電器本体（変圧器やリアクトル等の本体）９と、静止誘導電器本体９を支持する鉄等からなる支持構造５と、静止誘導電器本体９の周囲を覆う鉄等からなるタンク１と、タンク１を支持する鉄やコンクリート等からなる支持構造４と、タンク１の底面１２から放射され騒音を吸収する複数の吸音構造体（共鳴型の消音装置）２と、タンク１を補強する補強部材１１と、を有する。

なお、支持構造５は、タンク１の内部に設置され、タンク１の内側からタンク１の底面１２に接する。また、支持構造４は、タンク１の外部に設置され、タンク１の外側からタンク１の底面１２に接する。つまり、支持構造５及び支持構造４は、タンク１の底面１２に接している。

本実施例では、支持構造４が設置される地面３には穴が形成される。そして支持構造４は穴の底３１に接する。タンク１の底面１２は、地面３の地表３２より低い位置に（下方に）設置される。タンク１は、この穴に設置される支持構造４に支持される。つまり、タンク１の底面１２と穴の底３１との間には所定の空間が形成される。

また、この穴の大きさは、タンク１の大きさ（幅や奥行き）より若干大きく形成される。つまり、地面３の地表３２より低い位置にあるタンク１の側面と穴の側面との間には所定の空間が形成される。

そして、本実施例では、複数の吸音構造体２が、この空間に配置される。吸音構造体２は、タンク１の底面１２の下部に配置される。特に、吸音構造体２は、支持構造４の近傍に配置されることが好ましい。つまり、タンク１の底面１２の下部に、吸音構造体（ヘルムホルツ共振原理を利用した吸音構造体）２を配置する。

吸音構造体２は、タンク１の底面１２の下部である穴の底３１に、更に、地面３の地表３２より低い位置にあるタンク１の側面（下部側面）と穴の側面（上部側面）との間に形成される空間を埋めるように、更に、穴の側面に埋設されるように、配置される。

また、吸音構造体２は、その吸音構造体２に形成される開口部２３が全て空間の内側に向くように、配置される。つまり、吸音構造体２は、タンク１の底面１２の下部である穴の底３１に配置される吸音構造体２の開口部２３が上方に、地面３の地表３２より低い位置にあるタンク１の側面と穴の側面との間に形成される空間を埋めるように配置される吸音構造体２の開口部２３が下方に、穴の側面に埋設されるように配置される吸音構造体２の開口部２３が空間の内側に、それぞれ向くように、配置される。

これにより、静止誘導電器本体９の周囲を覆うタンク１の底面１２から放射される静止誘導電器１０の騒音（静止誘導電器１０で発生し、外部に放射される騒音）を効率的に低減することができる。

静止誘導電器本体９は、コイルが巻回される鉄心を有する。

鉄心で発生する磁歪振動やコイルで発生する電磁振動が、静止誘導電器本体９を支持する支持構造５から支持構造５を設置するタンク１の底面１２に伝搬する。また、これら振動の一部が支持構造５とタンク１の底面１２とで共振する。こうした伝搬や共振がタンク１の底面１２から外部へ放射されることによって、静止誘導電器１０の騒音が発生することが分かった。

つまり、静止誘導電器本体９を構成する鉄心で発生する磁歪振動やコイルで発生する電磁振動は、静止誘導電器本体９（特に、鉄心）と接して設置される支持構造５から支持構造５と接して設置されるタンク１の底面１２に伝搬する。また、これら振動の一部が支持構造５とタンク１の底面１２とで共振する。このため、外部へ放射される静止誘導電器１０の騒音は、タンク１の底面１２（静止誘導電器１０の下部）から放射されることが分かった。

したがって、こうした静止誘導電器１０の騒音を、効率的に低減するためには、吸音構造体２をタンク１の底面１２の下部に配置することが必要であることが分かった。

このように本実施例によれば、吸音構造体２をタンク１の底面１２の下部に配置することにより、タンク１の底面１２から放射される騒音を効率的に低減することができる。

また、本実施例によれば、静止誘導電器１０を構成するタンク１の内部に、吸音構造体２を配置せずに、静止誘導電器１０の騒音を低減することができる。これにより、タンク１の内部に形成される空間を小さくすることができ、静止誘導電器１０の据付面積を小さくすることができる。

静止誘導電器１０は、コイルが巻回される鉄心とタンク１との配置関係に着目すると、タンク１の底面１２が最も多く鉄心と接することが分かる。このため、静止誘導電器１０は、タンク１の底面１２から放射される騒音が最も大きく、静止誘導電器１０の騒音の主要因と言える。したがって、タンク１の底面１２から放射される騒音を低減することにより、静止誘導電器１０の騒音を効果的に低減することができる。

また、本実施例では、吸音構造体２は、地面３の地表３２よりも下方に、つまり地中に配置される。特に、吸音構造体２は、タンク１の底面１２の下部である穴の底３１に（更には、地面３の地表より低い位置にあるタンク１の側面と穴の側面との間に形成される空間を埋めるように、および、穴の側面に埋設されるように）配置される。

このため、タンク１の底面１２から放射される騒音は、空気中に漏れ難い。また、地面３の減衰特性が利用できるため、静止誘導電器１０の騒音をより大きく低減することができる。

図２は、タンクの底面から外部へ放射される騒音のスペクトルのグラフであり、タンク１の底面１２から外部へ放射される騒音の分布（一例）を示すものである。

図２に示すように、タンク１の底面１２から外部へ放射される騒音（静止誘導電器１０から発生する騒音）は、特定の周波数（例えば、１００Hz、３００Hz、５００Hz、７００Hz等）で、大きいことが分かる。このため、これらの特定の周波数の騒音を、タンク１の底面１２の下部に配置される吸音構造体２を使用して、吸収すれば、静止誘導電器１０から発生する騒音をより効果的に低減することができる。

図３は、実施例１の静止誘導電器に配置される吸音構造体を示す説明図である。

吸音構造体２は、空洞部２１と、空洞部２１の体積を調整する入れ子構造２２と、開口部２３を有する。

ここで、空洞部２１における音響伝達媒質の速度、即ち空気の音速をｃ[ｍ/sec]、開口部２３の直径をｄ[ｍ]、開口部２３の長さをｌ[ｍ]、開口部２３の面積をｓ[ｍ２]、空洞部２１の体積をV[ｍ３]とする。

このとき、ヘルムホルツの共鳴原理に基づく数式（１）に示すように、周波数ｆ[Hz]で共鳴し、タンク１の底面１２から放射される、この周波数の騒音を吸収することができる。

従って、空洞部２１の体積を調整すれば、複数の周波数の騒音を吸収することができる。空洞部２１の体積を調整するためには、入れ子構造２２が空洞部２１に入る長さを調整する。この入れ子構造２２は、空洞部２１に対して、その入る長さが調整することができる。つまり、図３においては、入れ子構造２２は空洞部２１に対して左右に動き、その入る長さが調整され、空洞部２１の体積が調整される。そして、空洞部２１の体積を調整することにより、吸収したい騒音の周波数を調整することができる。

このように、タンク１の底面１２の下部に、様々な周波数の騒音を吸収することができる吸音構造体２を配置することにより、タンク１の底面１２から放射される様々な周波数の騒音を効率的に低減することができる。

例えば、空洞部２１の体積を調整することにより、タンク１の底面１２から外部へ放射される騒音、つまり特定の周波数（１００Hz、３００Hz、５００Hz、７００Hz）の騒音を低減することができる。

つまり、ある複数個の吸音構造体２の空洞部２１の体積を、周波数１００Hzの騒音を吸収できるように、また、ある複数個の吸音構造体２の空洞部２１の体積を、周波数３００Hzの騒音を吸収できるように、また、ある複数個の吸音構造体２の空洞部２１の体積を、周波数５００Hzの騒音を吸収できるように、また、ある複数個の吸音構造体２の空洞部２１の体積を、周波数７００Hzの騒音を吸収できるように、それぞれを調整し、調整された複数個の吸音構造体２を配置することにより、タンク１の底面１２から放射される、これら周波数の騒音を効率的に低減することができる。

ここで、周波数１００Hzと周波数２００Hzとの計算例を記載する。

空洞部２１における音響伝達媒質の速度、即ち空気の音速ｃ[ｍ/sec]を３４０m/s、開口部２３の面積ｓ[ｍ２]を３.８４８×１０^-6m²、空洞部２１の体積V[ｍ３]を７.４×１０^-5m³、開口部２３の長さｌ[ｍ]を０.００１mと仮定し、開口部２３が円形の場合は、数式（１）により、周波数１００Hzの吸音構造体２を実現することができる。なお、開口部２３の半径は０.０１７８mとなる。

また、空洞部２１における音響伝達媒質の速度、即ち空気の音速ｃ[ｍ/sec]を３４０m/s、開口部２３の面積ｓ[ｍ２]を３.８４８×１０^-4m²、空洞部２１の体積V[ｍ３]を０.００１８５m³、開口部２３の長さｌ[ｍ]を０.００１mと仮定し、開口部２３が円形の場合は、数式（１）により、周波数２００Hzの吸音構造体２を実現することができる。なお、開口部２３の半径は０.０１７８mとなる。

また、静止誘導電器１０は、静止誘導電器１０の構造や形状により、発生する騒音の周波数が変動する。このため、静止誘導電器１０が設置される現地（据付場所）において発生する様々な周波数の騒音を低減する必要がある。

本実施例では、入れ子構造２２を用いて空洞部２１の体積を調整することができる吸音構造体２を使用する。そして、静止誘導電器１０が設置される現地（据付場所）において発生する様々な周波数の騒音と共鳴するように、入れ子構造２２を用いて空洞部２１の体積を調整する。これにより、現地（据付場所）において発生する様々な周波数の騒音を、現地（据付場所）で簡便に低減することができる。

なお、吸音構造体２は、入れ子構造２２の位置（入る長さ）を固定する構造（例えば、ボルト等）を有する。

また、吸音構造体２は、空洞部２１の内部に多孔質吸音材（例えば、スポンジ等）を詰め込んだ構造を有してもよい。

このように、本実施例によれば、静止誘導電器本体９の周囲を、防音タンク、防音建屋、または防音壁などの防音構造物で覆う必要がなく、静止誘導電器１０の据付面積を小さくすることができる。更には、このような防音構造物が不要となり、また、静止誘導電器１０の据付面積も小さくすることができることから、コスト低減が可能となる。そして、放射される騒音の周波数の変動に対応して、また、放射される騒音の周波数の種類に対応して、静止誘導電器１０の騒音を低減することができる。

本実施例では、静止誘導電器１０の騒音は、地面３の減衰特性による減音、および、吸音構造体２による吸音の相乗効果により低減される。また、タンク１の下部に吸音構造体２を配置することにより、据付スペースの縮小と騒音の低減とを両立させることができる。

そして、本実施例によれば、静止誘導電器１０の騒音が大きいタンク１の底面１２の下部にヘルムホルツ共振原理を利用した吸音構造体２を配置することにより、コスト低減が可能となる。さらに、吸音構造体２の共振周波数を調整することができるため、騒音の周波数が変動した場合や複数の周波数の騒音が現れた場合にも、騒音を低減することができる。

図４は、実施例２の静止誘導電器を示す断面図である。

本実施例でも、タンク１の底面１２は、地面３の地表３２より低い位置に（下方に）設置される。そして、タンク１は、この穴に設置される支持構造４に支持される。つまり、タンク１の底面１２と穴の底３１との間には所定の空間が形成される。

また、本実施例では、この穴の大きさは、タンク１の大きさ（幅や奥行き）とほぼ同様に形成される。つまり、実施例１と異なり、地面３の地表３２より低い位置にあるタンク１の側面と穴の側面との間には所定の空間は形成されない。そして、この穴の側面には、コンクリート７が形成される。

そして、本実施例でも、複数の吸音構造体２が、この空間に配置される。吸音構造体２は、タンク１の底面１２の下部に配置される。特に、吸音構造体２は、支持構造４の両側に配置される。

つまり、吸音構造体２は、タンク１の底面１２の下部である穴の底３１に、配置される。

また、吸音構造体２は、その吸音構造体２に形成される開口部２３が全て空間の内側に向くように、配置される。つまり、吸音構造体２は、タンク１の底面１２の下部である穴の底３１に配置される吸音構造体２の開口部２３が上方に向くように、配置される。

このように穴の側面に形成されるコンクリート７により、タンク１の底面１２から放射される騒音は、より空気中に漏れ難い。このため静止誘導電器１０の騒音をより大きく低減することができる。

図５は、実施例２の静止誘導電器に設置される吸音構造体の配置を示す説明図であり、図４が示す吸音構造体２の配置を上方から俯瞰したものである。

吸音構造体２は、支持構造４の両側に正面から裏面までの間に配置される。コンクリート７は、穴の側面の全周に形成される。静止誘導電器１０の側面とコンクリート７は接触する。

これにより、タンク１の底面１２から放射される騒音の周波数、および、支持構造５とタンク１の底面１２とで共振することにより発生する騒音の周波数を低減することが可能となる。

更に、タンク１の底面１２から放射される騒音は、穴に形成されるコンクリート７で遮蔽されるため、空気中に漏れる騒音を低減することができる。

また、本実施例では、配置する吸音構造体２の数を少なくすることができ、低コスト化が可能となる。

そして、本実施例では、吸音構造体２は、地面３の地表３２よりも下方に、つまり地中に、配置される。特に、吸音構造体２は、タンク１の底面１２の下部である穴の底３１に配置される。このため、タンク１の底面１２から放射される騒音は、空気中に漏れ難く、また、地面３の減衰特性が利用できるため、静止誘導電器１０の騒音をより大きく低減することができる。

本実施例では、静止誘導電器１０の騒音は、コンクリート７の減衰特性による減音、および、吸音構造体２による吸音の相乗効果により低減される。また、タンク１の下部に吸音構造体２を配置することにより、据付スペースの縮小と騒音の低減とを両立させることができる。

図６は、実施例３の静止誘導電器を示す断面図である。

本実施例では、タンク１は支持構造４に支持され、支持構造４は地面３の地表３２に設置される。つまり、タンク１の底面１２は、地面３の地表３２より高い位置に設置される。そして、タンク１の底面１２と地面３の地表３２との間には所定の空間が形成される。

本実施例では、複数の吸音構造体２が、この空間に配置される。吸音構造体２は、タンク１の底面１２の下部に配置されると共に、地面３の地表３２に配置される。そして、特に、吸音構造体２は、支持構造４の近傍に配置されることが好ましい。

また、タンク１の底面１２の下部に配置される吸音構造体２は、その吸音構造体２に形成される開口部２３が全て上方に向くように、配置される。

本実施例では、特に、タンク１の大きさ（幅や奥行き）よりも大きく、吸音構造体２が配置される。

また、タンク１の下部側面には、タンク１の下部側面を覆うように鉄等からなる遮音材８を設置する。遮音材８の内側にも開口部２３が内側を向くように吸音構造体２を配置する。遮音材８の端部の一方を地面３の地表３２に、遮音材８の端部のもう一方（他方）を静止誘導電器１０のタンク１の側面に接するように設置する。

これにより、吸音構造体２は、タンク１の底面１２から放射される騒音を吸収する。そして、地面３の地表３２で反射する騒音と、タンク１の下部側面から放射される一部の騒音とは、遮音材８の内側に配置される吸音構造体２で吸収される。

また、騒音（音波）の反射（タンク１の底面１２から放射される騒音の、地面３の地表３２における反射）に起因する騒音レベルの増加を抑制するために、支持構造４の高さを調整することが好ましい。

遮音材８を使用し、外部に放射される騒音を低減するため、静止誘導電器１０の騒音を効率的に低減することができる。また、本実施例は地面３に穴を形成する必要がないため、既設の静止誘導電器１０にも適用することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能である。

１…タンク
２…吸音構造体
３…地面
４…タンクの支持構造
５…静止誘導電器本体の支持構造
７…コンクリート
８…遮音材
９…静止誘導電器本体
１０…静止誘導電器
１１…タンクの補強部材
１２…タンクの底面
２１…空洞部
２２…入れ子構造
２３…開口部
３１…穴の底
３２…地面の地表

Claims

静止誘導電器本体と、前記静止誘導電器本体の周囲を覆うタンクと、前記タンクを支持する支持構造と、前記タンクの底面から放射される騒音を吸収する吸音構造体と、を有し、
前記支持構造が設置される地面には穴が形成され、前記支持構造は、穴の底に接し、前記タンクの底面が、地面の地表より下方に設置されると共に、前記タンクの底面と前記穴の底との間には空間を有し、
前記吸音構造体が、前記タンクの底面の下部であって、前記穴の底に配置され、前記タンクの下部側面と前記穴の上部側面との間に配置されることを特徴とする静止誘導電器。
前記吸音構造体は、空洞部の体積を調整することができる入れ子構造を有することを特徴とする請求項１に記載の静止誘導電器。
前記吸音構造体は、空洞部の内部に、多孔質吸音材を有することを特徴とする請求項２に記載の静止誘導電器。