特表 2023-554700 巻線、変圧器および変圧器構成

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-28

(54)【発明の名称】巻線、変圧器および変圧器構成

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/33 20060101AFI20231221BHJP

   H01F 30/10 20060101ALI20231221BHJP

   H01F 27/28 20060101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

H01F27/33

H01F30/10 S

H01F30/10 C

H01F27/28 K

【審査請求】有

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2023545842

(86)(22)【出願日】2022-02-11

(85)【翻訳文提出日】2023-07-27

(86)【国際出願番号】 EP2022053428

(87)【国際公開番号】W WO2022171830

(87)【国際公開日】2022-08-18

(31)【優先権主張番号】21156699.7

(32)【優先日】2021-02-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519431812

【氏名又は名称】ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＨＩＴＡＣＨＩ ＥＮＥＲＧＹ ＳＷＩＴＺＥＲＬＡＮＤ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】サフ，キラン・チャンドラ

(72)【発明者】

【氏名】デーンリード，アンデシュ

【テーマコード（参考）】

5E043

5E058

【Ｆターム（参考）】

5E043BA01

5E043BA02

5E058AA29

(57)【要約】

変圧器（１００）の相巻線のための巻線（１１０）。巻線（１１０）は、コイル軸（ｚ）の周りにコイルターン（１２０）を有する。巻線（１１０）は、変圧器（１００）が動作しているときに、変圧器（１００）内の電圧を所定周波数で変換するように適合される。巻線（１１０）は、所定周波数に２を乗じた主周波数を有する機械的負荷によって励起され、振動モードを有する。負荷モードと振動モードとの組み合わせは、巻線（１１０）の振動をもたらす。巻線（１１０）は、１組の振動モードを有する。各振動モードは振動モード周波数を有し、１組の振動モードの主寄与振動モードは、振動モードの最大音響パワーをもたらす振動モードである。巻線（１１０）は、負荷によって励起され、第１の巻線部剛性と第２の巻線部剛性との間の剛性差は、主周波数において音響パワーが最小化されるようなものである。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

変圧器（１００）の相巻線のための巻線（１１０）であって、前記巻線（１１０）が、コイル軸（ｚ）の周りにコイルターン（１２０）を有し、前記巻線（１１０）が、所定周波数で変圧器（１００）内の電圧を変換するように適合され、前記変圧器（１００）が動作しているとき、前記巻線（１１０）が、前記所定周波数に２を乗じた主周波数を有し振動モードを有する機械的負荷によって励起され、負荷と振動モードとの組み合わせが、前記巻線（１１０）の振動をもたらし、前記巻線（１１０）が１組の振動モードを有し、各振動モードが振動モード周波数を有し、前記１組の振動モードのうちの少なくとも１つの主寄与振動モードが、前記巻線（１１０）が前記負荷によって励起されたときに前記振動モードのうち最大の音響パワーをもたらす振動モードであり、
前記巻線（１１０）が複数の巻線部（１１６）を備え、前記複数の巻線部（１１６）が少なくとも第１の巻線部（１１６ａ）と第２の巻線部（１１６ｂ）とを備え、前記第１の巻線部（１１６ａ）が第１の巻線部剛性を有し、前記第２の巻線部（１１６ｂ）が第２の巻線部剛性を有し、
前記第１の巻線部剛性と前記第２の巻線部剛性との剛性差が、前記主周波数において音響パワーが最小化されるようなものであることを特徴とする、巻線（１１０）。

【請求項2】

前記第１の巻線部（１１６ａ）が、前記コイル軸に沿って見たときに第１の巻線部剛性を有し、前記第２の巻線部（１１６ｂ）が、前記コイル軸に沿って見たときに第２の巻線部剛性を有し、前記第１の巻線部剛性が前記第２の巻線部剛性とは異なる、請求項１に記載の巻線（１１０）。

【請求項3】

前記巻線（１１０）には、前記コイルターン（１２０）の間に複数のスペーサ（１３０）が設けられ、前記第１の巻線部（１１６ａ）には第１のスペーサ分布が設けられ、前記第２の巻線部（１１６ｂ）には第２のスペーサ分布が設けられ、前記第１のスペーサ分布が前記第２のスペーサ分布とは異なる、請求項１または２のいずれか１項に記載の巻線（１１０）。

【請求項4】

前記第１の巻線部（１１６ａ）が、前記第２の巻線部（１１６ｂ）に対して前記コイル軸に沿って見たときに異なる軸方向位置に位置する、請求項１～３のいずれか１項に記載の巻線（１１０）。

【請求項5】

前記第１の巻線部（１１６ａ）が、前記第２の巻線部（１１６ｂ）とは前記巻線１００の異なるセクターに位置する、請求項１～４のいずれか１項に記載の巻線（１１０）。

【請求項6】

前記第１の巻線部（１１６ａ）が、第１の中心角α_１によって区切られた前記巻線１１０のセクターに配置され、前記第２の巻線部（１１６ｂ）が、第２の中心角α_２によって区切られている、請求項５に記載の巻線（１１０）。

【請求項7】

前記第１のスペーサ分布が第１のタイプのスペーサを備え、前記第２のスペーサ分布が第２のタイプのスペーサを備え、前記第１のタイプのスペーサが前記第２のタイプのスペーサとは異なる、請求項３に記載の巻線（１１０）。

【請求項8】

前記第１のタイプのスペーサが第１の弾性率を有し、前記第２のタイプのスペーサが第２の弾性率を有し、前記第１の弾性率が前記第２の弾性率とは異なる、請求項６に記載の巻線（１１０）。

【請求項9】

先行する請求項のいずれか１項に記載の少なくとも１つの巻線（１１０）を備える変圧器（１００）。

【請求項10】

請求項９に記載の変圧器（１００）を備える変圧器構成（３００）であって、前記変圧器（１００）が変圧器タンク（２００）に封入される、変圧器構成（３００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

技術分野
本開示は、変圧器の巻線に関する。本開示はまた、そのような巻線を備える変圧器、およびそのような変圧器を備える変圧器構成に関する。

【背景技術】

【0002】

背景

【0003】

【数1】

【0004】

より詳細には、機械的アセンブリ、この文脈では典型的には支持構造を有する巻線または１組のそのような巻線の運動方程式は、数値的アプローチでは一般的に

【0005】

【数2】

【0006】

【数3】

【0007】

【数4】

【0008】

【数5】

【0009】

【数6】

【0010】

【数7】

【0011】

米国特許第９０２０１５６号明細書は、圧電トランスデューサ／アクチュエータが変圧器のタンク壁に配置される減衰方法を開示している。それらは、固有振動数でタンク壁の著しい撓みの領域と位置合わせされる。壁の振動を測定および分析し、その後、圧電アクチュエータを制御して振動を吸収し、結果としてノイズレベルを低減する。しかしながら、変圧器ノイズの状況では、振動レベルが大幅に低減される程度まで減衰を加えることは困難である。

【0012】

さらに、共振周波数を変更する第２の一般的な方法は、必然的に励起周波数ωの近くに現れる新しい共振によって制御される共振現象をもたらす可能性がある。実際、変圧器ノイズの状況では、短絡事象中の巻線ダイナミクスにも注意を払うことが重要であり、ここでは、ネットワーク周波数の数サイクル（通常、５０または６０Ｈｚであるが、これに限定されない）中の機械周波数コンテンツは、ネットワーク周波数とその２倍との間で変化する。後者は、上記の理論的背景において暗黙的に仮定された定常状態駆動周波数ωである。言い換えれば、共振をシフトすることは、一般に、変圧器システム全体の完全性を保証するために非常に慎重に実行されなければならない。ＪＰ２０１３１８３１５１には、２つの巻線が異なる共振周波数を有するように構成され、互いに補償するように配置される例が開示されている。

【0013】

最後に、巻線導体に作用する電磁力分布は、ノイズを制御する設計自由度が少ない既知のものと考えるべきである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

概要
したがって、本開示の目的は、変圧器用の改良された巻線を提供することである。より具体的には、本開示の目的は、適切に低いノイズ放射を有し、構築および組み立てに費用効果の高い巻線を提供することである。本開示の別の目的は、そのような巻線を備える変圧器と、変圧器タンク内にそのような変圧器を備える変圧器構成とを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本開示の第１の態様によれば、この目的は、変圧器の相巻線のための巻線によって達成される。巻線は、コイル軸を中心とするコイルターンを有する。巻線は、変圧器が動作しているときに、変圧器内の電圧を所定周波数で変換するように適合される。巻線は、所定周波数に２を乗じた主周波数を有し振動モードを有する機械的負荷によって励起される。負荷モードと振動モードとの組み合わせは、巻線の振動をもたらす。巻線は、１組の振動モードを有し、各振動モードは振動モード周波数を有し、１組の振動モードのうちの少なくとも１つの主寄与振動モードは、巻線が負荷によって励起されたときに振動モードのうち最大の音響パワーをもたらす振動モードである。巻線は、複数の巻線部を備え、複数の巻線部は、少なくとも第１の巻線部および第２の巻線部を備える。第１の巻線部は第１の巻線部剛性を有し、第２の巻線部は第２の巻線部剛性を有する。第１の巻線部剛性と第２の巻線部剛性との間の剛性差は、主周波数において音響パワーが最小化されるようなものである。

【0016】

明確にするために、本開示は、ノイズ最小化のための共振ω_nの制御、または上記の背景の項で説明した他の古典的な手法のいずれについてもさらなる言及はしない。

【0017】

巻線の振動モードは、負荷下での励起中に固有振動数で振動するときに巻線が示す変形を表す。したがって、振動モードの組は、所定周波数の交流電流によって生成される振動電磁場によって励起されたときなど、動的負荷の下で巻線がどのように挙動するかを示す。振動モードは、巻線の音響パワー、例えば、振動中にどれだけの空気／オイルが変位されるか、およびその結果、機械的主周波数で巻線によってどれだけ効率的にノイズが生成されるかを決定する。次に、巻線の音響パワーは、巻線が備えられる変圧器の音響パワーに影響を及ぼす。

【0018】

所定周波数は、例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであってもよい。したがって、これらの周波数では、巻線が動作している振動の対応する主周波数は、それぞれ１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚになる。

【0019】

【数8】

【0020】

巻線という用語は、本明細書では、内側巻線または外側巻線、低電圧巻線または高電圧巻線などの変圧器の相巻線の単一巻線を示すために使用される。

【0021】

本明細書に開示されているような巻線を提供することによって、巻線の弾性、すなわち剛性を変更することによって振動モードを変更することができる。異なる巻線部剛性の巻線部を提供することは、上述したように、主寄与モード形状を対称モード形状から非対称モード形状に変更する便利で費用効果の高い方法である。

【0022】

任意選択的に、第１の巻線部は、コイル軸に沿って見たときに第１の巻線部剛性を有する。第２の巻線部は、コイル軸に沿って見たときに第２の巻線部剛性を有する。第１の巻線部剛性は、第２の巻線部剛性とは異なる。

【0023】

任意選択的に、巻線は、コイルターンの間に複数のスペーサを備える。第１の巻線部には第１のスペーサ分布が設けられ、第２の巻線部には第２のスペーサ分布が設けられる。第１のスペーサ分布は、第２のスペーサ分布とは異なる。

【0024】

電磁負荷の対称的な力分布は、少なくとも１つの巻線のコイル軸（第１の軸）に沿って大きな振動を励起することができる。したがって、異なる剛性を有する異なる巻線部をコイル軸に沿って配置することは、巻線の振動モード形状に影響を与え、かつ主機械周波数における巻線のノイズを低減する効率的な方法である。非限定的な例として、巻線の剛性は、異なるスペーサ、ＣＴＣケーブル、および／または異なる剛性分布を有する巻線部を配置することによって変更することができる。

【0025】

任意選択的に、第１のタイプのスペーサは第１の弾性率を有し、第２のタイプのスペーサは第２の弾性率を有し、第１の弾性率は第２の弾性率とは異なる。

【0026】

スペーサは、従来、巻線の軸方向長さに沿って、コイルターンの間に分布し、コイルターンを互いに分離し、電気的に絶縁する。コイルターンが振動すると、スペーサの弾性が巻線の弾性、ひいては変圧器全体の弾性に影響を及ぼす。これにより、異なる巻線部に異なる弾性率のスペーサを設けることによって、巻線の少なくとも１つの主寄与モードまたは対称モードのモード形状を変更することができる。弾性率は、例えば、スペーサに適切な材料を選択することによって選択することができる。選択可能／適用可能な材料の弾性率は、０．１ＧＰａ～１２０ＧＰａ、またはそれ以上の範囲である。

【0027】

スペーサ材料の弾性率によって剛性を適合させることとは別に、スペーサは、従来のスペーサと比較して増加または減少した剛性を提供する構造形状を有することができる。したがって、第１のタイプのスペーサおよび第２のタイプのスペーサは、同じ材料であることが考えられるが、少なくとも第１の巻線部および第２の巻線部に異なる剛性を提供するために、異なる形状が設けられてもよい。しかしながら、スペーサの構造設計による剛性の変更は、巻線および変圧器の設計要件のために多くの自由度を提供しない。

【0028】

任意選択的に、第１のスペーサ分布は、コイル軸の周りの方向に互いに第１の距離を置いて配置されたスペーサを備え、第２のスペーサ分布は、コイル軸の周りの方向に互いに第２の距離を置いて配置されたスペーサを備え、第１の距離は第２の距離とは異なる。

【0029】

スペーサは、従来、コイルターンに沿って等距離に分布している。例えば第１の巻線部におけるスペーサ間の距離を第２の巻線部よりも小さくすることにより、第１の巻線部の剛性が第２の巻線部よりも高くなる。ここでも、巻線および変圧器の設計要件のために自由度が制限される。スペーサ間の距離が短くなると、巻線（変圧器）が変圧器タンクに浸漬される電気絶縁性液体の冷却効率が低下する。

【0030】

任意選択的に、第１の巻線部は、第２の巻線部に対してコイル軸に沿って見たときに異なる軸方向位置に配置される。

【0031】

巻線は、コイル軸の軸方向長さに沿って異なる位置に第１の巻線部と第２の巻線部とを有してもよい。巻線は、例えば、巻線部に対応する軸方向部分に分割されてもよい。第１の巻線部はまた、第２の巻線部と比較して異なる軸方向長さを有してもよい。上記で開示したように、質量または剛性が第２の巻線部とは異なる第１の巻線部を設けることにより、主周波数における振動およびノイズを低減するように変圧器の主寄与モードまたは対称モードが変更される。第１の巻線部と第２の巻線部とをコイル軸の軸方向長さに沿って異なる位置に配置することは、巻線の構造対称性を崩す１つの方法である。

【0032】

任意選択的に、第１の巻線部は、第２の巻線部とは異なる巻線のセクターに配置される。

【0033】

巻線のセクターとは、本明細書では、コイル軸の周りの周方向の円弧長および巻線のコイル軸に沿った軸方向長さによって区切られた巻線部を意味する。円弧長は、コイル軸と巻線部のコイルターンとの間に延びる２つの半径の間の、コイル軸における中心角αによって決定される。巻線は、例えば、巻線部に対応するセクターに分割されてもよい。第１の巻線部はまた、第２の巻線部と比較して異なる円弧長を有してもよい。上記で開示したように、質量および／または剛性が第２の巻線部とは異なる第１の巻線部を設けることにより、変圧器の少なくとも１つの主寄与モードまたは対称モードの振動モード形状が変更され、振動モード形状が非対称モードに向かって変更され、主周波数における振動およびノイズが低減される。

【0034】

本開示の第３の態様によれば、先行する請求項のいずれか１項に記載の少なくとも１つの巻線を備える変圧器が提供される。

【0035】

３つの巻線の少なくとも１つが本開示によるものである場合など、変圧器が本開示による少なくとも１つの巻線を備える場合、各巻線の音響パワーは、変圧器の音響パワーを全体として減少させることができる。

【0036】

本開示の第４の態様によれば、第３の態様による変圧器を備える変圧器構成が提供され、変圧器は変圧器タンクに封入される。

【0037】

変圧器は、変圧器タンク内のオイルなどの電気絶縁媒体に浸漬されてもよい。本開示による少なくとも１つの巻線を提供することによって、変圧器の少なくとも１つの主寄与モードまたは対称モードを変更して、変圧器の振動およびノイズを低減することができる。その結果、変圧器タンク内のそのような変圧器により、変圧器タンク壁が生成するノイズが少なくなる。

【0038】

図面の簡単な説明
本開示のさらなる目的および利点、ならびに特徴は、添付の図面を参照して、１つまたは複数の実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】非対称振動モードにおける例示的な従来技術の変圧器の側面断面図である。

【図2】対称振動モードにおける図１の従来技術の変圧器の側面断面図である。

【図3】図１および図２の従来技術の変圧器によって所定周波数で生成されたノイズパワーを示す図である。

【図4】対称振動モードにおけるノイズ発生の概念を示す図である。

【図5】非対称振動モードにおけるノイズ発生の概念を示す図である。

【図6】変圧器に備えられた本開示による例示的な巻線の側面断面図である。

【図7】図６の巻線のコイルターンおよびスペーサの詳細図である。

【図8】変圧器に配置された図６の例示的な巻線の上面断面図である。

【図9】変圧器に備えられた本開示によるさらなる例示的な巻線の側面断面図である。

【図10】図９の例示的な巻線のシミュレーション結果を示す図である。

【図11】変圧器に配置された本開示によるさらなる例示的な巻線の上面断面図である。

【図12】図１１の例示的な巻線のシミュレーション結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

発明の例示的な実施形態の詳細な説明
本開示は、実施形態の例を示す添付の図面を参照して以下でより詳細に開発される。本開示は、記載された実施形態の例に限定されると見なされるべきではなく、代わりに、添付の特許請求の範囲によって定義される。同様の番号は、説明全体を通して同様の要素を指す。

【0041】

図１および図２は、異なる振動モード下の変圧器１００’内の例示的な従来技術の巻線１１０’の側面断面図を示す。従来技術の巻線１１０’は、第１の軸ｚに沿った第１の延長部と、第２の軸ｘに沿った第２の延長部と、第３の軸ｙに沿った第３の延長部（図示せず）とを有する。第１、第２および第３の軸は互いに垂直である。従来技術の巻線１１０’は、第２の軸（ｘ）に沿って見たときに互いに距離を置いて配置された３つの同一の巻線１１０’を有する変圧器に備えられるものとしてさらに例示されている。変圧器１００’は、変圧器の各相に相巻線を有することができる。各相巻線は、それぞれ低電圧巻線および高電圧巻線であり得る内側巻線および外側巻線などの巻線１１０’を備えることができる。

【0042】

各巻線は、第１の軸（ｚ）に沿って第１の端部および反対側の第２の端部を有する。第１の端部および第２の端部には、第１の押さえ板１１２’および第２の押さえ板１１４’がそれぞれ設けられており、これらの２つの押さえ板の間に巻線１１０’がクランプされている。変圧器１００’が動作しているとき、電磁力および押さえ板間の巻線１１０’のクランプは、負荷ノイズを発生させ、これは特に大型ユニットの場合、巻線１１０’によって放射される変圧器１００の全ノイズのかなりの部分である。

【0043】

変圧器１００’を封入することができる変圧器タンク２００’の対称運動（ピストン状の変位）は、対称振動が変圧器タンク２００’の外部のより多くの空気を変位させ、それによって非対称運動よりも効率的に音を放射するので、非対称運動と比較して遠距離場に著しいノイズを放射する。負荷下の巻線１１０’は、通常、１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚの機械的主周波数（すなわち、通常５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの所定の電気的動作（励起）周波数に２を乗じたもの）で振動する。

【0044】

図１および図２は、変圧器１００’の矢印Ｍによって押さえ板１１２’、１１４’の移動を示す。明確にするために、矢印は、１つの相巻線１１０’に対してのみ示されている。実際には、従来技術の変圧器１００’に関して、すべての相巻線１１０’は、例えば図１および図２に示すような３相変圧器１００’の場合、互いに対して１２０°の位相シフトではあるが、同じ振動パターンを示す。

【0045】

図３は、巻線１１０’の振動の結果としての変圧器１００’の音響パワーが周波数と共にどのように変化するかを示す。横軸は、機械振動周波数を示す。曲線は、巻線１１０’の振動の結果としての変圧器１００’の構造の振動モードの重ね合わせを表す。変圧器１００’の対象のモードは、音響パワーが最大であるピーク振幅で識別することができる。

【0046】

図４および図５は、それぞれ、対称および非対称の振動モードを示し、その発音特性をさらに説明する。図４は、従来技術の変圧器１００’の巻線１１０’の押さえ板１１２’に作用する対称モードを概念的に示す。押さえ板１１２’が振動すると、オイルまたは空気などの一定量の周囲媒体ΔＶ（正または負）が変位することが分かる。この変位は、可聴遠距離場にノイズを放射し、これは騒がしいノイズとして知覚され得る。対照的に、図５に示す非対称振動モードは、他の部分が下に移動するにつれて押さえ板１１２’の一部を上に移動させ、理論的には、ゼロに等しい正味の体積変位ΔＶをもたらす。このような非対称振動モードは、遠方では聞こえないノイズを近距離に放射する。言い換えれば、それは騒がしいノイズとして知覚されない。中心面Ｐを図４および図５に示す。図４の矢印Ｍは、中心面Ｐの両側に位置する巻線１１０’のすべての部分が、中心面Ｐに平行な方向の変位に対して同時に同じ方向にどのように変位するかを示している。図５では、非対称振動モードは、中心面Ｐの両側で反対方向をもたらす。

【0047】

図６は、変圧器１００に備えられた本開示による例示的な巻線１１０の側面断面図を示す。変圧器１００は、変圧器の各相に相巻線を有することができる。各相巻線は、それぞれ低電圧巻線および高電圧巻線であり得る内側巻線１１０および外側巻線１１０などの少なくとも１つの巻線１１０を備えることができる。図示の例示的な変圧器は、３つの相巻線を備え、各々が本開示による巻線１１０を備える。簡単にするために、本発明の効果は、相巻線に含まれる単一の巻線１１０の変更によって達成され得るので、以後、巻線１１０という用語は、変圧器１００の相巻線の単一の巻線を示すために使用される。各巻線１１０は、コイル軸（ｚ）の周りにコイルターン１２０（図７）を有する。変圧器１００は、変圧器１００が動作しているときに、所定の周波数で電圧を変換するように適合される。巻線１１０は、所定周波数に２を乗じた主周波数を有し振動モードを有する機械的負荷によって励起される。負荷モードと振動モードとの組み合わせは、巻線１１０の振動をもたらす。巻線１１０はさらに、１組の振動モードを有し、各振動モードは振動モード周波数を有し、１組の振動モードのうちの少なくとも１つの主寄与振動モードは、巻線１１０が負荷によって励起されたときに振動モードのうち最大の音響パワーをもたらす振動モードである。巻線１１０は、複数の巻線部１１６を備える。複数の巻線部１１６は、少なくとも第１の巻線部１１６ａおよび第２の巻線部１１６ｂを有する。第１の巻線部１１６ａは第１の巻線部剛性を有し、第２の巻線部１１６ｂは第２の巻線部剛性を有する。第１の巻線部剛性と第２の巻線部剛性との間の剛性差は、主周波数において音響パワーが最小化されるようなものである。

【0048】

図７は、巻線１１０のコイルターン１２０の拡大詳細図を示す。巻線１１０は、コイルターン１２０の間に複数のスペーサ１３０を備える。スペーサは、従来、コイルターンの間に巻線１１０の軸方向長さに沿って分布し、コイルターンを互いに分離し、電気的に絶縁する。

【0049】

巻線１１０は、第１の軸ｚに沿って第１の延長部をさらに有する。コイル軸は、第１の軸ｚと平行である。巻線１１０は、第２の軸ｘに沿った第２の延長部と、第３の軸ｙ（図８参照）に沿った第３の延長部とを有する。第１、第２および第３の軸は互いに垂直であり、図示の巻線１１０の中心は、第２の軸ｘに沿って見たときに互いに距離を置いて位置している。巻線１１０は第１の中心面Ａを備え、これは第２の軸ｘおよび第３の軸ｙに沿って延在し、第１の軸ｚに沿って見たときに巻線１１０を半分に分割する。巻線１１０は第２の中心面Ｂ（図８参照）を備え、これは、第２の軸ｘおよび第１の軸ｚに沿って延在し、第３の軸ｙに沿って見たときに巻線１１０を半分に分割する。巻線１１０は第３の中心面Ｃを備え、これは、第３の軸ｙおよび第１の軸ｚに沿って延在し、第２の軸ｘに沿って見たときに巻線１１０を半分に分割する。

【0050】

各巻線１１０は、コイル軸に沿って、すなわち第１の軸ｚと平行に、第１の端部および反対側の第２の端部を有することができる。第１の端部および第２の端部には、第１の押さえ板１１２および第２の押さえ板１１４がそれぞれ設けられており、これらの２つの押さえ板の間に巻線１１０がクランプされている。

【0051】

巻線１１０の機械振動の対称モードでは、中心面Ａ、Ｂ、Ｃのうちの１つの両側に位置する巻線１１０のすべての部分が、関連する中心面に平行な方向の変位に対して同時に同じ方向に変位する結果になる。変圧器１００の機械振動の非対称モードでは、中心面Ａ、Ｂ、Ｃのうちの１つの両側に位置する変圧器１００のすべての部分が、関連する中心面に平行な方向の変位に対して同時に反対方向に変位する結果になる。

【0052】

モードスペクトルを使用して、異なる周波数に応答した構造の振動振幅を調べることができる。モードスペクトルを作成するための装置および方法は、当業者に知られている。変圧器タンク壁は、例えば、パルスハンマーによって振動させることができ、タンク壁の振動は、タンク壁の表面にわたって分布する加速度センサまたは圧電力トランスデューサによって測定することができる。測定された信号をコンピュータシステムに転送することができ、そこでモーダル解析を実行し、そこからタンク壁の動的特性を数値的に決定する。

【0053】

【数9】

【0054】

図８の例示的な実施形態は、図６の実施形態の巻線１１０の上面断面図である。各相巻線は、内側巻線１１０および外側巻線１１０を有するように示されている。内側巻線は低電圧巻線であってもよく、外側巻線は高電圧巻線であってもよく、またはその逆であってもよい。各巻線１１０は、異なる巻線部１１６を有してもよい。

【0055】

本開示によれば、巻線１１０は、少なくとも２つの巻線部１１６を備える。したがって、２つより多い任意の数の巻線部１１６も本開示の範囲内である。

【0056】

ここで、巻線部１１６とは、巻線１１０のコイルターンの一部を意味する。巻線部は、巻線の軸方向に細長い部分など、第１の軸ｚ（図示せず）に沿った長さが制限された巻線の一部であってもよい。巻線部はまた／あるいは、巻線の円周セクター円弧長に対する中心角αによって制限される巻線のセクターであってもよい。

【0057】

巻線部１１６間に剛性差を導入することは、機械振動の対称モードを崩し、代わりに異なる巻線部を備える巻線１１０に非対称モードの振動を導入する。その結果、巻線１１０および変圧器１００全体の機械振動の対称性が崩れる。

【0058】

本開示による少なくとも１つの巻線１１０を備える図６または図８に示すような変圧器１００、および変圧器タンク２００に封入された本開示による少なくとも１つの巻線１１０を有する変圧器１００を備える図６または図８に示すような変圧器構成３００において、巻線１１０、したがって変圧器１００および変圧器タンク２００の機械振動の対称モードは、コイル軸ｚに沿って見たときに第１の巻線部剛性を有する第１の巻線部１１６ａの導入によって崩される。第２の巻線部１１６ｂは、コイル軸ｚに沿って見たときに第２の巻線部剛性をさらに有してもよい。前述のように、第１の巻線部剛性は、第２の巻線部剛性とは異なる。

【0059】

第１の巻線部１１６ａには第１のスペーサ分布が設けられ、第２の巻線部１１６ｂには第２のスペーサ分布が設けられる。第１のスペーサ分布は、第２のスペーサ分布とは異なる。スペーサ１３０の材料の選択は、機械振動の対称モードを崩すために使用され得る要因である。コイルターン１２０が振動すると、スペーサ１３０によってもたらされる弾性は、巻線１１０および変圧器１００全体の剛性に影響を及ぼし、それによって巻線１１０および変圧器１００の振動モードに影響を及ぼす。図７の詳細は、１つのスペーサ分布の一部のみを示していることに留意されたい。

【0060】

第１のスペーサ分布は、第１のタイプのスペーサを備えてもよく、第２のスペーサ分布は、第２のタイプのスペーサを備えてもよい。第１のタイプのスペーサは、第２のタイプのスペーサとは異なる。第１のタイプのスペーサは、例えば、第１の弾性率を有することができ、第２のタイプのスペーサは、第２の弾性率を有することができる。第１の弾性率は、第２の弾性率と少なくとも３ＧＰａ、またはより好ましくは少なくとも５ＧＰａ、例えば少なくとも１０ＧＰａ異なる。

【0061】

したがって、異なる弾性率のスペーサ１３０を設けることによって、巻線１１０の主寄与モードまたは対称モードのモード形状を変更することができる。弾性率は、例えば、スペーサ１３０に適切な材料を選択することによって選択することができる。選択可能／適用可能な材料の弾性率は、０．１ＧＰａ～１２０ＧＰａ、またはそれ以上の範囲である。

【0062】

あるいは、第１のスペーサ分布は、コイル軸の周りの方向に互いに第１の距離を置いて配置されたスペーサを備えてもよく、第２のスペーサ分布は、コイル軸の周りの方向に互いに第２の距離を置いて配置されたスペーサを備えてもよい。第１の距離は、第２の距離とは異なる。例えば第１の巻線部におけるスペーサ間の距離を第２の巻線部よりも小さくすることにより、第１の巻線部の剛性は、第２の巻線部よりも高くなり得る。これは、第２の巻線部と比較して、第１の巻線部におけるコイルターン１２０の単位長さ当たりのスペーサの数が多いことを意味する。

【0063】

任意選択的に、第１のタイプのスペーサは、コイル軸に沿って見たときに第１の剛性を有するように構造的に成形され、第２のタイプのスペーサは、コイル軸に沿って見たときに第２の剛性を有するように成形され、第１の剛性は第２の剛性とは異なる。スペーサ１３０は、従来のスペーサと比較して剛性を高める、または低減する構造形状を有することができる。したがって、第１のタイプのスペーサおよび第２のタイプのスペーサは、同じ材料であってもよいが、少なくとも第１の巻線部および第２の巻線部に異なる剛性を提供するために、異なる形状が設けられてもよい。一例として、中空スペーサ１３０は、中実スペーサ１３０と比較して低い剛性を提供し得る。

【0064】

図９は、本開示による巻線の構成例を示しており、第１の巻線部１１６ａは、第２の巻線部１１６ｂに対してコイル軸に沿って見たときに異なる軸方向位置に位置している。また、第３の巻線部１１６ｃと第４の巻線部１１６ｄもコイル軸に沿って異なる軸方向位置に設けられている。巻線１１０が内側および外側巻線を備える場合、両方の巻線、または内側および外側巻線の一方のみが、コイル軸に沿って見たときに互いに対して異なる軸方向位置に配置された巻線部を備え得ることに留意されたい。また、本開示による変圧器１００は、本開示による少なくとも１つの巻線１１０を備える。言い換えると、変圧器１００は、複数の巻線部１１６が設けられた１つまたは複数の巻線１１０を有することができる。図９に示す例では、３つの巻線１１０のすべてが、本開示による巻線部と同じ構成を有している。さらに本開示によれば、異なる変圧器１００は、複数の巻線部を備える１つの巻線１１０を有することができ、他の２つの巻線は従来の巻線である。

【0065】

一例として、最適化研究では、異なるタイプのスペーサ１３０を使用して、コイル軸に沿って、異なる巻線部の構成、すなわち異なる数の巻線部１１６、および巻線部１１６の互いに対する異なる軸方向位置に異なる弾性率を割り当てる。図１０は、コイル軸に沿って巻線部１１６の数Ｎを１つの巻線部から５つの巻線部まで変化させた、５通りの巻線構成に対する検討のシミュレーション結果を示す。曲線は、本開示による３つの同一の巻線１１０を備える変圧器１００を備える変圧器タンク２００を有する変圧器構成３００によって放射される音響パワーを示す。図示の例では、Ｎ＝４は、１００Ｈｚの主周波数で変圧器タンク２００から７１．３ｄＢの最低音響放射をもたらすことが分かる。これに対して、Ｎ＝１、すなわち巻線の剛性または質量がコイル軸に沿って均一に分布しているＮ＝１では、従来の巻線と同様に、音響パワーは１００Ｈｚの主周波数で８０．２ｄＢである。

【0066】

図１１は、本開示による巻線１１０の他の構成例を示す。ここで、第１の巻線部１１６ａは、第２の巻線部１１６ｂとは巻線１１０の異なるセクターに位置している。一例として、内側巻線は第１の巻線部１１６ａを備え、外側巻線は第２の巻線部１１６ｂを備える。図示の変圧器１００の３つの巻線１１０はすべて、この例では同一であるように示されているが、上述したように、巻線１１０は、互いに異なる巻線部１１６の構成を有してもよい。

【0067】

巻線部セクターの円弧長は、コイル軸と巻線部のコイルターンとの間に延びる２つの半径ｒの間の、コイル軸における中心角αによって決定される。第１の巻線部１１６ａは、第２の巻線部１１６ｂと比較して異なる円弧長を有してもよい。第１の巻線部１１６ａと第２の巻線部１１６ｂとを巻線１１０の異なるセクターに配置することは、巻線１１０の構造対称性を崩す別の方法である。図示の例では、第１の巻線部１１６ａは、中心角α_１および半径ｒ_１によって規定される。第２の巻線部１１６ｂは、中心角α_２と半径ｒ_２とによって規定される。巻線部１１６はまた、コイル軸に沿った軸方向長さを有してもよい。図１１の例では、巻線部の軸方向長さは、巻線の長さと等しい（図示せず）。

【0068】

図１２に示す別の例示的な最適化研究では、巻線１１０の異なるセクターに位置する巻線部１１６には、特定の弾性率を有するスペーサ１３０が各々割り当てられた。３つの異なる巻線構成に対する検討のシミュレーション結果であり、巻線部１１６の数Ｎを１つ、２つまたは４つの巻線部１１６で検討した。曲線は、本開示による３つの同一の巻線１１０を備える変圧器１００を備える変圧器タンク２００を有する変圧器構成３００によって放射される音響パワーを示す。図示の例では、Ｎ＝２は、１００Ｈｚの主周波数で変圧器タンク２００から７０．５ｄＢの最低音響放射をもたらすことが分かる。これに対して、Ｎ＝１、すなわち巻線の剛性または質量がコイル軸に沿って均一に分布しているＮ＝１では、従来の巻線と同様に、音響パワーは１００Ｈｚの主周波数で８０．２ｄＢである。

【0069】

上記の例から、異なる巻線部１１６は、コイル軸に沿って異なる軸方向部分に配置され、同時に異なるセクターに配置されてもよい。言い換えると、図９および図１１の例は、例えば、図１１の第１の巻線部１１６ａおよび第２の巻線部１１６ｂがコイル軸に沿って限られた延長部を有し、コイル軸に沿って見たときに異なる軸方向位置に位置するように、組み合わせることができる。

【0070】

開示された実施形態の変更および他の実施形態は、前述の説明および関連する図面に提示された教示の利益を有する当業者には思い浮かぶであろう。したがって、実施形態は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、変更および他の実施形態は、本開示の範囲内に含まれることが意図されていることを理解されたい。本明細書では特定の用語が使用されている場合があるが、それらは一般的かつ説明的な意味でのみ使用され、限定の目的で使用されているものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6-7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【手続補正書】

【提出日】2022-12-09

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

変圧器（１００）の相巻線のための巻線（１１０）であって、前記巻線（１１０）が、コイル軸（ｚ）の周りにコイルターン（１２０）を有し、前記巻線（１１０）が、所定周波数で変圧器（１００）内の電圧を変換するように適合され、前記変圧器（１００）が動作しているとき、前記巻線（１１０）が、前記所定周波数に２を乗じた主周波数を有し振動モードを有する機械的負荷によって励起され、負荷と振動モードとの組み合わせが、前記巻線（１１０）の振動をもたらし、前記巻線（１１０）が１組の振動モードを有し、各振動モードが振動モード周波数を有し、前記１組の振動モードのうちの少なくとも１つの主寄与振動モードが、前記巻線（１１０）が前記負荷によって励起されたときに前記振動モードのうち最大の音響パワーをもたらす振動モードであり、
前記巻線（１１０）が複数の巻線部（１１６）を備え、前記複数の巻線部（１１６）が少なくとも第１の巻線部（１１６ａ）と第２の巻線部（１１６ｂ）とを備え、前記第１の巻線部（１１６ａ）が第１の巻線部剛性を有し、前記第２の巻線部（１１６ｂ）が第２の巻線部剛性を有し、
前記第１の巻線部剛性と前記第２の巻線部剛性との剛性差が、前記主周波数において音響パワーが最小化されるようなものであり、
前記第１の巻線部（１１６ａ）が、前記第２の巻線部（１１６ｂ）とは前記巻線１００の異なるセクターに位置し、前記第１の巻線部（１１６ａ）が、第１の中心角（α _１ ）によって区切られた前記巻線（１１０）のセクターに配置され、前記第２の巻線部（１１６ｂ）が、第２の中心角（α _２ ）によって区切られており、それぞれのセクターは、前記コイル軸（ｚ）の周りの周方向の円弧長によって区切られており、前記円弧長は、前記コイル軸（ｚ）と、前記第１および第２の巻線部（１１６ａ、１１６ｂ）のそれぞれの前記コイルターン（１２０）との間に延びる２つの半径の間の、前記第１および第２の中心角（α _１ ，α _２ ）のそれぞれによって決定されることを特徴とする、巻線（１１０）。

【請求項2】

前記第１の巻線部（１１６ａ）が、前記コイル軸に沿って見たときに第１の巻線部剛性を有し、前記第２の巻線部（１１６ｂ）が、前記コイル軸に沿って見たときに第２の巻線部剛性を有し、前記第１の巻線部剛性が前記第２の巻線部剛性とは異なる、請求項１に記載の巻線（１１０）。

【請求項3】

前記巻線（１１０）には、前記コイルターン（１２０）の間に複数のスペーサ（１３０）が設けられ、前記第１の巻線部（１１６ａ）には第１のスペーサ分布が設けられ、前記第２の巻線部（１１６ｂ）には第２のスペーサ分布が設けられ、前記第１のスペーサ分布が前記第２のスペーサ分布とは異なる、請求項１または２のいずれか１項に記載の巻線（１１０）。

【請求項4】

前記第１の巻線部（１１６ａ）が、前記第２の巻線部（１１６ｂ）に対して前記コイル軸に沿って見たときに異なる軸方向位置に位置する、請求項１～３のいずれか１項に記載の巻線（１１０）。

【請求項5】

前記第１のスペーサ分布が第１のタイプのスペーサを備え、前記第２のスペーサ分布が第２のタイプのスペーサを備え、前記第１のタイプのスペーサが前記第２のタイプのスペーサとは異なる、請求項３に記載の巻線（１１０）。

【請求項6】

前記第１のタイプのスペーサが第１の弾性率を有し、前記第２のタイプのスペーサが第２の弾性率を有し、前記第１の弾性率が前記第２の弾性率とは異なる、請求項５に記載の巻線（１１０）。

【請求項7】

先行する請求項のいずれか１項に記載の少なくとも１つの巻線（１１０）を備える変圧器（１００）。

【請求項8】

請求項７に記載の変圧器（１００）を備える変圧器構成（３００）であって、前記変圧器（１００）が変圧器タンク（２００）に封入される、変圧器構成（３００）。

【国際調査報告】