特許 6774914 変圧器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6774914

(24)【登録日】2020年10月7日

(45)【発行日】2020年10月28日

(54)【発明の名称】変圧器

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/06 20060101AFI20201019BHJP

   H01F 41/00 20060101ALI20201019BHJP

   H01F 27/26 20060101ALI20201019BHJP

【ＦＩ】

   H01F27/06

   H01F41/00 B

   H01F27/26 130S

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-145505(P2017-145505)

(22)【出願日】2017年7月27日

(65)【公開番号】特開2019-29436(P2019-29436A)

(43)【公開日】2019年2月21日

【審査請求日】2019年9月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】特許業務法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】多田 周二

(72)【発明者】

【氏名】田中 雅也

(72)【発明者】

【氏名】杉田 亮佑

【審査官】 佐久 聖子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１７４１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−０２７０２１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０２−０２１７１９（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ２７／０６

Ｈ０１Ｆ ２７／２６

Ｈ０１Ｆ ３０／１２

Ｈ０１Ｆ ４１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のコイルと、
複数の鉄心と、
前記コイルの内周を貫通する補強金具と、を有し、
前記補強金具は、２本のフランジと、前記フランジ同士を接続する１本のウェブを有する、断面がＨ形の形状の金具であって、
前記鉄心は、前記補強金具の前記フランジと前記ウェブによって形成される矩形状の２つの空間のそれぞれに挿入されている変圧器であって、
前記コイルを貫通する前記補強金具の前記フランジは、前記コイルの内壁と接触しており、
前記変圧器の側面には、複数の支柱が設けられており、
前記補強金具の上部は、前記コイルの上端部から突出しており、
前記補強金具の下部は、前記コイルの下端部から突出しており、
前記補強金具は、前記補強金具の上部に取り付けられた上押え金具と前記補強金具の下部に取り付けられた下押え金具とを介して、前記支柱に固定されている、
ことを特徴とする変圧器。

【請求項2】

前記上押え金具と前記下押え金具はそれぞれ、前記補強金具に対して２つ取り付けられており、
前記補強金具に取り付けられた前記上押え金具の１つ及び前記下押え金具の１つは、前記変圧器の一方の側面に設けられた前記支柱に接続され、
前記補強金具に取り付けられた、もう一つの前記上押え金具及びもう一つの前記下押え金具は、前記変圧器のもう一方の側面に設けられた前記支柱に接続されている、
ことを特徴とする、請求項１に記載の変圧器。

【請求項3】

前記上押え金具と前記下押え金具はそれぞれ、２本の前記支柱に接続可能であって、
前記複数のコイルの中の１つのコイルである第１のコイルを貫通する前記補強金具に取り付けられた前記上押え金具と、前記第１のコイルに隣接する第２のコイルを貫通する前記補強金具に取り付けられた前記上押え金具は、同じ前記支柱に接続されており、
前記第１のコイルを貫通する前記補強金具に取り付けられた前記下押え金具と、前記第２のコイルを貫通する前記補強金具に取り付けられた前記下押え金具は、同じ前記支柱に接続されている、
ことを特徴とする、請求項２に記載の変圧器。

【請求項4】

前記コイルは、前記上押え金具と前記下押え金具によって、前記コイルの上端と下端が支持されている、
ことを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の変圧器。

【請求項5】

前記補強金具にはさらに、前記ウェブの中央部分に、前記フランジと等しい長さの支持部が前記ウェブと直交するように設けられており、
前記補強金具の前記フランジと前記支持部と前記ウェブによって形成される矩形状の４つの空間のそれぞれに、前記鉄心が挿入される
ことを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一項に記載の変圧器。

【請求項6】

請求項１乃至５の何れか一項に記載の変圧器の製造方法であって、前記製造方法は、
前記補強金具の下部と前記支柱の下部を、前記下押え金具を介して接続するステップと、
前記補強金具に前記コイルを挿入するステップと、
前記補強金具の上部及び前記支柱の上部に前記上押え金具を接続するステップと、
前記コイルの内側に、前記鉄心を挿入するステップと、
を有することを特徴とする、変圧器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変圧器に関する。

【背景技術】

【0002】

耐震構造変圧器が特許文献１に記載されている。この特許文献１には、「ベースに載置した変圧器本体を、基礎ベースとこの両端部に設けて上方に延びる端部ステーにて変圧器本体とは別個に構成する耐震用フレーム架台に組込み固定するようにし、しかも耐震用フレーム架台の各端部ステーは、対応する変圧器本体の上部締金具の長手方向の両端部を支持するようにしたもの。」と記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭５６−２３７２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の耐震構造変圧器は、変圧器本体とは別に耐震用補強部材を配置している。しかし、この構造では地震振動等によるコイル水平方向のずれを鉄心で押えている。コイルの水平方向への移動により、鉄心に荷重が掛り、鉄心の変形や特性悪化の原因となる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一実施形態に係る変圧器は少なくとも、複数のコイルと、複数の鉄心と、コイルの内周を貫通する補強金具と、を有する。補強金具は、２本のフランジと、この２本のフランジ同士を接続する１本のウェブを有する、断面がＨ形の形状の金具であって、鉄心は、補強金具のフランジとウェブによって形成される矩形状の２つの空間のそれぞれに挿入されており、前記コイルを貫通する前記補強金具の前記フランジは、前記コイルの内壁と接触しており、前記変圧器の側面には、複数の支柱が設けられており、前記補強金具の上部は、前記コイルの上端部から突出しており、前記補強金具の下部は、前記コイルの下端部から突出しており、前記補強金具は、前記補強金具の上部に取り付けられた上押え金具と前記補強金具の下部に取り付けられた下押え金具とを介して、前記支柱に固定されている、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、鉄心に荷重のかからない、耐震性に優れる変圧器が提供される。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施例１に係る変圧器の中身構造の斜視図である。

【図2】変圧器中身構造の部品展開図である。

【図3】コイル一脚分の上面概略図である。

【図4】変圧器の組立手順の例を示す図である。

【図5】実施例１における、鉄心挿入前の状態の変圧器の底面の概略図である。

【図6】実施例２に係る変圧器のコイル一脚分の上面概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施例を図面を用いて説明する。

【実施例1】

【0009】

まず、実施例１に係る三相変圧器（以下では単に「変圧器」と呼ぶこともある）を図１、図２、図３を参照しながら説明する。

【0010】

図１は本実施例に係る変圧器の中身構造の斜視図で、図２は図１の部品展開図である。そして図３はコイル一脚分を上から見た概略図である。変圧器は３つのコイル１と４つの鉄心２、そして補強金具３、上押え金具４Ａ、下押え金具４Ｂ、縦金具５及び渡り金具６を備える。

【0011】

なお、コイル１、鉄心２、補強金具３、上押え金具４Ａ、下押え金具４Ｂ、縦金具５、渡り金具６はいずれも複数存在する。そのため、たとえば複数のコイル１のうち特定のコイル１について説明する場合には、図２に示すように、“−１”、“−２”、“−３”等の添え字が付された参照符号（“１−１”のような参照符号）を用いる。そしてコイル１−１、コイル１−２、コイル１−３に共通の事項を説明する場合には、添え字の付されていない参照符号（つまり“１”）を用いる。鉄心２、補強金具３、上押え金具４Ａ、下押え金具４Ｂ、渡り金具６についても同様に、特定の１つの部品について説明する場合には、“−１”等の添え字の付された参照番号が用いられる。また本実施例に係る変圧器には、縦金具５が８つ存在するが、それぞれの縦金具５を特定する際には、“ａ”、“ｂ”、“ｃ”、“ｄ”、“ｅ”、“ｆ”、“ｇ”、“ｈ”の添え字を付した参照符号を用いる。

【0012】

また、図１に示すように、三相変圧器では、複数の（３つの）コイル１が一方向に並んで配置される。本実施例では、複数のコイル１の並んでいる方向を、「長手方向」または「Ｘ方向」と呼び、鉛直方向を「高さ方向」または「Ｚ方向」と呼ぶ。そしてＸ方向及びＺ方向と直交する方向を、「幅方向」または「Ｙ方向」と呼ぶ。また、Ｘ方向またはＹ方向は「水平方向」と呼ばれることもある。

【0013】

補強金具３は、コイル１毎に設けられる金具で、コイル１の内側の中空部をＺ方向に貫通している。また補強金具３の上端及び下端は、コイル１端面より突出している。補強金具３の上端は上押え金具４Ａの中央部分に接続され、そして補強金具３の下端は下押え金具４Ｂの中央部分に接続される。なお、本実施例では、上押え金具４Ａと下押え金具４Ｂとを総称して「上下押え金具４」と呼ぶ。

【0014】

上押え金具４Ａと下押え金具４Ｂはそれぞれ、コイル１の上端と下端を押さえつけるための金具で、これにより変圧器短絡時のＺ方向への短絡機械力によりコイル１中の電線が飛び出ることを抑制している。またこれに加えて、上押え金具４Ａと下押え金具４Ｂは、補強金具３と縦金具５とを接続する（補強金具３を縦金具５に固定する）ための役割も果たす。

【0015】

縦金具５は、変圧器の支柱であり、各コイル１の外周よりも外側の位置に設けられる。図１や図２に示すように、本実施例に係る変圧器では、両側に複数（８本）の縦金具５（５ａ〜５ｈ）が設けられている。変圧器の一方の側には縦金具５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが設けられ、また変圧器のもう一方の側には縦金具５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈが設けられる。なお本実施例では、縦金具５ａ〜５ｄの並ぶ面を、変圧器の「第１側面」と呼び、縦金具５ｅ〜５ｈの並ぶ面を、変圧器の「第２側面」と呼ぶ。そして、変圧器の第１側面と第２側面を総称して、変圧器の「側面」と呼ぶこともある。第１側面と第２の側面の間の間隔（幅）は、コイル１の幅（Ｙ方向の長さ）よりも大きい。

【0016】

また縦金具５は、補強金具３と同等の長さ（高さ）を持ち、その上部及び下部にはそれぞれ、上押え金具４Ａ及び下押え金具４Ｂの端部が接続される。

【0017】

本実施例に係る変圧器では、それぞれの上押え金具４Ａ（または下押え金具４Ｂ）の両端は、それぞれ異なる縦金具５に接続される。たとえば上押え金具４Ａ−１と下押え金具４Ｂ−１は、縦金具５ａ及び５ｂに接続される。また縦金具５のうち、縦金具５ｂは２つの上押え金具４Ａ−１，４Ａ−２と２つの下押え金具４Ｂ−１，４Ｂ−２に接続され、縦金具５ｃは２つの上押え金具４Ａ−２，４Ａ−３と２つの下押え金具４Ｂ−２，４Ｂ−３に接続される。同様に縦金具５ｆは２つの上押え金具４Ａ−４，４Ａ−５と２つの下押え金具４Ｂ−４，４Ｂ−５に接続され、縦金具５ｇは２つの上押え金具４Ａ−５，４Ａ−６と２つの下押え金具４Ｂ−５，４Ｂ−６に接続される。結果として、隣り合う２つのコイル１を貫通している補強金具３のそれぞれは、上下押え金具４を介して、共通の（同一の）縦金具５に互いに接続されることで固定された状態になっているので、各補強金具３が独立に動くことがないように固定される。

【0018】

また縦金具５は、複数の縦金具５を連結するための渡り金具６と接続される。渡り金具６は各縦金具５の上部と下部に設けられる。図１の例では、縦金具５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの上部は、渡り金具６−１と接続され、縦金具５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの下部は、渡り金具６−２と接続される。そして縦金具５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈの上部は、渡り金具６−３と接続され、縦金具５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈの下部は、渡り金具６−４と接続される。この構造により、補強金具３の位置がより確実に固定されるため、補強金具３がストッパとなり、これが貫通するコイル１は地震振動等で水平方向へ移動せず耐震性能が向上する。

【0019】

なお、先に述べたとおり上押え金具４Ａ−１，４Ａ−２，４Ａ−３と下押え金具４Ｂ−１，４Ｂ−２，４Ｂ−３は、縦金具５（５ｂや５ｃ）を介して互いに接続され、また上押え金具４Ａ−４，４Ａ−５，４Ａ−６と下押え金具４Ｂ−４，４Ｂ−５，４Ｂ−６は、縦金具５（５ｆ，５ｇ）を介して互いに接続されている。そのため上下押え金具４が水平方向の移動に対する強度を充分に有する場合は、渡り金具６は不要または削減可能である。

【0020】

続いて図３を用いて、補強金具３の構造と、補強金具３がコイル１に挿入された時の状態について説明する。補強金具３は図３に示されるように、２本のフランジ３Ａと、この２本のフランジ３Ａを結合するウェブ３Ｂから成るＨ型の形状の金具である。コイル1は、公知の変圧器で用いられるものと同様に、銅線等の導体を１または複数回巻き回して形成されている。またコイル１の内側は、鉄心２及び補強金具３を挿入できるように、中空になっている。またコイル1の内壁には、導体が直接露出しているわけではなく、ボビン等の絶縁体が設けられているが、これは公知のコイルでも同様の構成であるため、本実施例では説明を略す。

【0021】

本実施例に係る変圧器におけるコイル１の内周断面の形状は略長方形であり、本実施例ではコイル１の内周断面のＸ方向の辺の長さを「Ｘ寸法」と呼び、Ｙ方向の辺の長さを「Ｙ寸法」と呼ぶ。補強金具３のフランジ３Ａの幅（Ｘ方向の長さ）は、コイル１内側Ｘ寸法と同等であり、一方補強金具３のウェブ３Ｂの幅（Ｙ方向の長さ）はコイル内側Ｙ寸法と同等である。補強金具３はＨ型形状の金具であるため、２本のフランジ３Ａの間に２つの矩形状の空間が形成される。以下ではこの空間のＸ方向の長さ（「高さ」と呼ぶ）を“ｈ”、Ｙ方向の長さ（［幅］と呼ぶ）を“ｗ”とする。

【0022】

コイル１の内周断面の寸法は、補強金具３の寸法（フランジ３Ａ、ウェブ３Ｂの長さ）と等しくなるように設計されているため、補強金具３をコイル１の内側を貫通させると、少なくとも２本のフランジ３Ａの外側の面（ウェブ３Ｂのある面とは反対側の面）がコイル１の内壁に接触する。これにより、Ｘ方向Ｙ方向ともに強度を向上させながらコイル１を内側から固定でき耐震性能が強化される。また、コイルの水平方向への移動を補強金具３によって抑制するため、鉄心２に荷重が掛らず、鉄心２の変形や特性悪化を抑えることができる。特に鉄心が柔らかく荷重により特性が悪化しやすいアモルファス変圧器において大きな効果を得ることができる。

【0023】

なお、補強金具３のどの部分がコイル１の内壁に接触するかは、コイル１の内壁の断面形状に依存する。たとえばコイル１内壁の断面形状がほぼ長方形の形状の場合、２本のフランジ３Ａの外側の面（ウェブ３Ｂのある面とは反対側の面）全体が、コイル１の内壁に接触する。ただしコイル１内壁の断面形状は、たとえば楕円形状であってもよく、その場合には、フランジ３Ａの端部の各々がコイル１の内壁に接触するように、補強金具３とコイル１（の内壁の寸法）が設計されていると、コイル１が固定できるため好ましい。

【0024】

また、鉄心２の幅は、補強金具３内の矩形状の空間の幅ｗよりよりも小さく、また鉄心２の厚さは、補強金具３内の矩形状の空間の高さｈよりも小さくなるように設計されており、これにより補強金具３内の２つの矩形状の空間内のそれぞれに、鉄心２が挿入可能になっている。２本の鉄心がコイル１の内側（補強金具３内の矩形状の空間）に挿入される時、ウェブ３Ｂは２本の鉄心２の間を通るよう位置づけられる。そのため補強金具３は、鉄心２に干渉することなくコイル１端面より突出させることが可能となる。この補強金具３の突出部を用いて、上下押え金具４を介して補強金具３を縦金具５に接続することが可能となる。

【0025】

縦金具５をコイル外形より外側に配置し、上下押え金具４をこれに接続することで、コイルより出るライン線やタップ線の引出空間を確保することができる。

【0026】

図４は本実施例に係る変圧器の組立手順例である。

【0027】

（ａ）最初に補強金具３と縦金具５を、下押え金具４Ｂを介して接続する。補強金具３、下押え金具４Ｂ、縦金具５の接続方法は、強度が確保される方法であれば任意の方法でよい。たとえば溶接が用いられてもよいし、ボルトによりそれぞれの金具が接続されてもよい。そして補強金具３、下押え金具４Ｂ、縦金具５が接続された後、コイル１を補強金具３に挿入する。

【0028】

（ｂ）続いて、上押え金具４Ａを補強金具３の上部、具体的にはコイル１の上端から突出している部分に接続するとともに、上押え金具４Ａと縦金具５を接続する。なお、上押え金具４Ａは、コイル１の上端に接触するように取り付けられる。これにより、コイル１上端及び下端はそれぞれ、上押え金具４Ａと下押え金具４Ｂとで押さえつけられることになり、コイル１が補強金具３から外れることを防ぐことができる。さらに、縦金具５に渡り金具６を取り付ける（具体的には、縦金具５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの上部に渡り金具６−１を、縦金具５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの下部に渡り金具６−２を、縦金具５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈの上部に渡り金具６−３を、縦金具５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈの下部に渡り金具６−４を取り付ける）。ただし、上下押え金具４の強度が充分である場合には、渡り金具６の取り付けは不要である。

【0029】

（ｃ）次に、鉄心２をコイル１の内周に挿入する。これは公知の処理のため、詳細は略すが、この時点では鉄心２は図４に示す通り、環状にはなっていない。ある。ここでは、鉄心２をＵ字形状にし、この鉄心２の端部を、上からコイル１の内部に挿入する。

【0030】

（ｄ）続いて、変圧器を横に倒し、変圧器の底部が横を向いた状態にする。そして鉄心２の接合部（端部同士）を接合し、鉄心２を環状にする。

【0031】

（ｅ）最後に、変圧器を起こして、変圧器の組立は完了する。

【0032】

上記のように、組立工程中に変圧器中身を横に倒すまたは起す際、コイル１は金具類により固定、保護されており、特別な設備や治具が不要である。

【0033】

図５は本実施例の鉄心挿入前の変圧器を横に倒した場合の正面概略図（つまり底面の概略図）である。本実施例に係る変圧器の場合、変圧器を横に倒した時には、コイル１の自重を補強金具３で内側から受け、またこの補強金具３を上下押え金具４を介して支持する縦金具５および渡り金具６はコイル１外形より外側に位置するため、コイル１が床面と接触せず、コイル１の変形や外層に傷が付くことを防止できる。横に倒した状態でもコイル１が外側から保護されるため、大形機種でも横にした状態での鉄心ラップ作業が可能となる。また、コイルと金具を組立てた図５の状態で輸送が可能であり、コイル１と鉄心を分解輸送し現地で組立てることができる。

【実施例2】

【0034】

図６に、実施例２に係る変圧器のコイル一脚分を上から見た概略図を示す。実施例２に係る変圧器では、実施例１で説明した補強金具３に代えて補強金具３’を有する。補強金具３’は、補強金具３と同様に２本のフランジ３Ａと、これらに直交する１本のウェブ３Ｂを有するが、さらに補強金具３’のウェブ３Ｂの中央部分には、ウェブ３Ｂと直交するＸ方向支持部３Ｃが設けられている。Ｘ方向支持部３Ｃの長さはフランジ３Ａと等しい。２本のフランジ３ＡとＸ方向支持部３Ｃとウェブ３Ｂによって、補強金具３’内部には４つの矩形状の空間が形成される。実施例２に係る変圧器では、鉄心２とＸ方向支持部３Ｃが干渉しないように、１本のコイル１に４本（２列）の鉄心２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）が挿入される構成になっている。実施例２に係る変圧器で用いられる補強金具３’は、実施例１で説明した補強金具３にＸ方向支持部３Ｃが追加されたものであるため、さらにＸ方向の強度を得ることができる。コイル１の中央部は、短絡時に発生する機械力によるコイル１内側への座屈が最も大きい箇所である。本実施例に係る補強金具３’は、この座屈をＸ方向支持部３Ｃで抑えることができるため、短絡強度が向上する。

【0035】

実施例２に係る変圧器の構造は、１本のコイルに鉄心が４本挿入される点と、補強金具３’の構造が実施例１における補強金具３と異なる点を除いては、実施例１に係る変圧器と同じで、図１などに示されたものと同様の構造を取る。また、実施例２に係る変圧器の製造方法（組立方法）も、実施例１で説明したものと同様で、図４に示された手順で組み立てられる。

【0036】

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、さまざまな変形例が含まれる。たとえば上の実施例では、それぞれの上押え金具４Ａ（または下押え金具４Ｂ）の両端は、それぞれ異なる縦金具５に接続される例を説明したが、強度が充分にある場合には、それぞれの上押え金具４Ａ（または下押え金具４Ｂ）が１本の縦金具５のみに接続されるような構造であってもよい。またこの場合、縦金具５の本数が、上押え金具４Ａ（または下押え金具４Ｂ）の数と同数（つまり６）でもよい。

【0037】

縦金具５の本数が６本で（以下ではそれぞれの縦金具５の参照符号を“５’−１”、“５’−２”、“５’−３”、“５’−４”、“５’−５”、“５’−６”とし、変圧器の第１側面に縦金具５’−１，５’−２，５’−３が並び、第２側面に縦金具５’−４，５’−５，５’−６が並ぶものとする）、上下押え金具４はそれぞれ、１本の縦金具５のみに接続される構造の場合、上押え金具４Ａ−１，４Ａ−２，４Ａ−３（及び下押え金具４Ｂ−１，４Ｂ−２，４Ｂ−３）はそれぞれ、縦金具５’−１，５’−２，５’−３に接続され、上押え金具４Ａ−４，４Ａ−５，４Ａ−６（及び下押え金具４Ｂ−４，４Ｂ−５，４Ｂ−６）はそれぞれ、縦金具５’−４，５’−５，５’−６に接続される構造であってもよい。上下押え金具４の強度（剛性）が充分にある場合にはこのような構造であっても、コイル１の水平方向への移動を抑制することができる。

【符号の説明】

【0038】

１…コイル、２…鉄心、３…補強金具、４Ａ…上押え金具、４Ｂ…下押え金具、５…縦金具、６…渡り金具

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】