(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直な主脚と、この主脚の上下端に接合された水平継鉄よりなる鉄心の前記主脚に内側巻線と外側巻線とが同軸に巻回され、前記外側巻線が周方向に複数配された絶縁性のスペーサを介して上下方向に積層された円板巻線よりなる変圧器の巻線構造において、隣接する前記スペーサ間の各間隔の内、主脚と上下の水平継鉄とで形成される鉄心窓の内部またはこの鉄心窓の両側の近傍に位置するスペーサ同士の間での間隔が、それ以外の間隔より狭いことを特徴とする変圧器の巻線構造。
【請求項２】
垂直な主脚と、この主脚の上下端に接合された水平継鉄よりなる鉄心の前記主脚に内側巻線と外側巻線とが同軸に巻回され、前記外側巻線が周方向に複数配された絶縁性のスペーサを介して上下方向に積層された円板巻線よりなる変圧器の巻線構造において、前記各スペーサの内、主脚と上下の水平継鉄とで形成される鉄心窓の内部またはこの鉄心窓の両側の近傍に位置するスペーサの周方向幅が、それ以外のスペーサの周方向幅より広いことを特徴とする変圧器の巻線構造。
【請求項３】
請求項２に記載の変圧器の巻線構造において、隣接する前記スペーサ間の各間隔の内、前記鉄心窓の内部またはこの鉄心窓の両側の近傍に位置するスペーサ同士の間隔が、それ以外の間隔より狭いことを特徴とする変圧器の巻線構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、外側巻線が円板巻線である変圧器の巻線構造に関し、特に、製作コストの低減された巻線構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の変圧器の巻線構造を示す要部斜視図である。鉄心３が、垂直な主脚３Ｂと、この主脚３Ｂの上下端に接合された水平継鉄３Ａより構成されている。この主脚３Ｂに内側巻線２と外側巻線１とが同軸に巻回されている。水平継鉄３Ａの左右は、図示されていない帰路脚や他相の主脚へつながっている。
【０００３】
図５は、図４の外側巻線の構成を示す要部斜視図である。外側巻線１が、複数の絶縁性のスペーサ４を介して上下に積層された複数の円板巻線１Ａより構成されている。円板巻線１Ａは、絶縁紙６でもって被覆された導体５である平角導線７が半径方向に巻回されたものであり、この平角導線７は上下の円板巻線１Ａへ連続して巻回されている。スペーサ４は、円板巻線１Ａ間において周方向に複数配され円板巻線１Ａの冷却路を形成している。
【０００４】
図６は、図４の変圧器の巻線構造を示す水平断面図である。内側巻線２も外側巻線１と同様な構成の円板巻線で形成され、外側巻線１と内側巻線２とは、それぞれスペーサ４，５が周方向に等間隔ずつ離れて配されている。また、スペーサ４，５自体の周方向幅も全て同じになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の装置は、数多くのスペーサが必要であるという問題があった。
すなわち、変圧器の巻線に短絡電流が流れた場合、外側巻線の軸方向に電磁力が発生し、円板巻線が軸方向に圧縮される力を受ける。この電磁力は、外側巻線端部に配された円板巻線において最も大きく、外側巻線の中央部に配された円板巻線において零になる。この電磁力がスペーサにかかり、スペーサの数が少ないと電磁力によって円板巻線が変歪し、遂には円板巻線が崩れてしまう場合もある。
【０００６】
図６の構造は、変圧器の巻線を模式的に示したものであり、一周分のスペーサ４の数が１２個しか書かれていない。実際には、一周分のスペーサ４の数は、数十から百数十になる。スペーサ４自体の周方向幅は１ｃｍ程度であり、スペーサ４同士の間隙は数ｃｍ程度である。スペーサ４同士の間隙があまり大きいと、電磁力によってその間隙で円板巻線１Ａが撓み易くなる。そのために、外側巻線１に発生する電磁力に耐えるように数多くのスペーサ４を円板巻線間に配することが必要であった。スペーサ４の数が多いので、それだけ製作にコストもかかっていた。
【０００７】
この発明の目的は、外側巻線の機械的強度を低下させないでスペーサの数を減らすことのできる巻線構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明によれば、垂直な主脚と、この主脚の上下端に接合された水平継鉄よりなる鉄心の前記主脚に内側巻線と外側巻線とが同軸に巻回され、前記外側巻線が周方向に複数配された絶縁性のスペーサを介して上下方向に積層された円板巻線よりなる変圧器の巻線構造において、隣接する前記スペーサ間の各間隔の内、主脚と上下の水平継鉄とで形成される鉄心窓の内部またはこの鉄心窓の両側の近傍に位置するスペーサ同士の間での間隔が、それ以外の間隔より狭くなるようにするとよい。外側巻線に短絡電流が流れたときに円板巻線に発生する電磁力は、鉄心の窓の部分が最も大きい。したがって、鉄心の窓の部分だけのスペーサ同士の間隔を他より狭くすることによって外側巻線全体の機械的強度が向上する。それによって、外側巻線の機械的強度を低下させないでスペーサの数を減らすことが可能になる。
【０００９】
また、垂直な主脚と、この主脚の上下端に接合された水平継鉄よりなる鉄心の前記主脚に内側巻線と外側巻線とが同軸に巻回され、前記外側巻線が周方向に複数配された絶縁性のスペーサを介して上下方向に積層された円板巻線よりなる変圧器の巻線構造において、前記各スペーサの内、主脚と上下の水平継鉄とで形成される鉄心窓の内部またはこの鉄心窓の両側の近傍に位置するスペーサの周方向幅が、それ以外のスペーサの周方向幅より広くなるようにしてもよい。スペーサの周方向幅を広げることによってスペーサが巻線を受ける面積が増加し、巻線の機械的強度が高まる。したがって、鉄心の窓の部分だけスペーサの周方向幅を他より広くすることによって外側巻線全体の機械的強度が向上する。それによって、外側巻線の機械的強度を低下させないでスペーサの数を減らすことが可能になる。
【００１０】
かかる変圧器の巻線構造において、隣接する前記スペーサ間の各間隔の内、前記鉄心窓の内部またはこの鉄心窓の両側の近傍に位置するスペーサ同士の間隔が、それ以外の間隔より狭くなるようにしてもよい。鉄心の窓の部分だけのスペーサ同士の間隔を他より狭くするとともに、その部分のスペーサの周方向幅も他より広くすることによって外側巻線全体の機械的強度がさらに向上する。それによって、外側巻線の機械的強度を低下させないでスペーサの数をさらに減らすことが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を実施例に基づいて説明する。図１は、この発明の実施例にかかる変圧器の巻線構造を示す水平断面図である。図６の従来の構造と異なる点は、上下の水平継鉄３Ａ（点線）の間、すなわち、鉄心３の窓部にあるスペーサ４Ａ同士の間隔が、鉄心３の窓部以外の他のスペーサ同士の間隔より狭くなっていることである。その他は、図６の構造と同一であり、同じ部分には同一参照符号を付け詳細な説明は省略する。発明者らは、一般に変圧器に短絡電流が流れたときに外側巻線１に発生する電磁力は、鉄心３の窓内部の位置にある円板巻線の部分で最も大きいことを発見した。
【００１２】
図７は、図１の外側巻線１の各円板巻線に発生する電磁力を計算した結果を示す特性線図である。縦軸は短絡電流によって円板巻線の軸方向に発生する電磁力であり、正極性は電磁力が軸方向下方に働くことを示し、負極性は電磁力が軸方向上方に働くことを示す。角度θは、図１に示すように、θ＝０度が鉄心窓内部の位置、θ＝９０度が鉄心窓から最も遠い位置である。また、上下の位置Ｘとは、積層された円板巻線を示し、Ｘ＝Ｈが外側巻線の最上端にある円板巻線であり、Ｘ＝Ｌが外側巻線の最下端にある円板巻線である。特性６が計算結果であり、θを１０度置きに変えて計算された。特性６より分かるように、外側巻線の上下端部に近づくにつれて電磁力が増加する傾向にあり、外側巻線の中央部では電磁力が零になる。一方、外側巻線の周方向において、θ＝０度での電磁力が最も大きく、θが増しθ＝９０度に近づくにつれて電磁力が小さくなっている。θが０度に近づくにつれて電磁力が大きくなるのは、外側巻線が鉄心窓の間に入るためである。
【００１３】
図８は、図１の変圧器の巻線構造に短絡電流を流したときの磁界分布図であり、それぞれ（Ａ）は巻線が鉄心窓の外部にある場合、（Ｂ）は巻線が鉄心窓の内部にある場合の図である。両図とも左側を軸とした片側断面図であり、８が磁束線である。外側巻線１の上下端部に磁束線８が浸入するが、図８の（Ｂ）の方が図８の（Ａ）の場合と比べて磁束線８の外側巻線１へ浸入する本数が多く、磁界の半径方向成分が大きい。それは、上下に水平継鉄３Ａが存在するためである。そのために、外側巻線１が鉄心窓の内部にある場合の方が、鉄心窓の外部にある場合より円板巻線に発生する電磁力が大きくなる。したがって、図７のように、特性６がθの小さい場合、すなわち、鉄心窓の内部にある巻線の位置で電磁力が大きくなることが分かる。ただし、内側巻線２は、外側巻線１の傾向とは逆になる。すなわち、図８の（Ｂ）の方が図８の（Ａ）の場合と比べて磁束線８の内側巻線２へ浸入する本数が少なくなり、磁界の半径方向成分が小さい。そのために、内側巻線２が鉄心窓の内部にある場合の方が、鉄心窓の外部にある場合より円板巻線に発生する電磁力が小さくなる。
【００１４】
図１に戻り、スペーサ４Ａは鉄心窓の内部にあるが、鉄心窓の外部に存在するスペーサ４よりはその間隙が狭い。したがって、図１の外側巻線１全体の機械的強度は、図６の従来の場合より向上する。そのために、図１の外側巻線１の機械的強度を低下させないで、スペーサの数を減らすことができる。
なお、周方向に複数個配されたスペーサにかかる電磁力は、鉄心窓内部から離れるに従って弱くなっていく。隣接するスペーサ間の間隔を他より狭くする構成をどの部分のスペーサまで適用するかについては、例えば、鉄心窓の内部に位置するスペーサのみに適用する構成としてもよく、鉄心窓の内部または鉄心窓の両側に位置するスペーサに適用する構成としてもよく、また、鉄心の内部のうちの中央部近傍、すなわち、図１の水平断面図におけるθ＝０度の位置の近傍の部分に位置するスペーサのみに適用する構成としてもよい。また、周方向に複数個配されたスペーサにかかる電磁力が、鉄心窓内部の中央部の位置、すなわち、図１の水平断面図におけるθ＝０度の位置から離れるに従って連続的に弱くなっていくのに合わせて、隣接するスペーサ間の間隔も鉄心窓内部の中央部で最も狭くするとともに中央部から離れるに従って間隔を広くしていく構成とすれば、スペーサにかかる電磁力の周方向での連続的な変化のパターンに対応したスペーサ配置の構成となり、外側巻線に機械的強度を低下させないでスペーサの数をより減らすことが可能になる。
【００１５】
図２は、この発明の異なる実施例にかかる変圧器の巻線構造を示す水平断面図である。図６の従来の構造と異なる点は、鉄心３の窓部にあるスペーサ４Ｂの周方向幅が、鉄心３の窓部以外の他のスペーサ４の周方向幅より広くなっていることである。その他は、図６の構造と同一であり、同じ部分には同一参照符号を付け詳細な説明は省略する。鉄心３の窓部にあるスペーサ４Ｂの周方向幅を広げることによってスペーサ４Ｂの巻線を受ける面積が増加し、巻線の機械的強度が高まる。したがって、鉄心窓の部分だけスペーサ４Ｂの周方向幅を他より広くすることによって外側巻線１全体の機械的強度が向上する。それによって、図２の外側巻線１全体の機械的強度は、図６の従来の場合より向上する。そのために、図２の場合も外側巻線１の機械的強度を低下させないで、スペーサの数を減らすことができる。
【００１６】
なお、周方向に複数個配されたスペーサにかかる電磁力は、鉄心窓内部から離れるに従って弱くなっていく。スペーサの周方向幅を他より広くする構成をどの部分のスペーサまで適用するかについては、例えば、鉄心窓の内部に位置するスペーサのみに適用する構成としてもよく、鉄心窓の内部または鉄心窓の両側に位置するスペーサに適用する構成としてもよく、また、鉄心の内部のうちの中央部近傍、すなわち、図１の水平断面図におけるθ＝０度の位置の近傍の部分に位置するスペーサのみに適用する構成としてもよい。また、周方向に複数個配されたスペーサにかかる電磁力が、鉄心窓内部の中央部の位置、すなわち、図１の水平断面図におけるθ＝０度の位置から離れるに従って連続的に弱くなっていくのに合わせて、スペーサの周方向幅も鉄心窓内部の中央部で最も広くするとともに中央部から離れるに従って周方向幅を狭くしていく構成とすれば、スペーサにかかる電磁力の周方向での連続的な変化のパターンに対応したスペーサ配置の構成となり、外側巻線に機械的強度を低下させないでスペーサの数をより減らすことが可能になる。
【００１７】
図３は、この発明のさらに異なる実施例にかかる変圧器の巻線構造を示す水平断面図である。スペーサ４Ｃとスペーサ４との周方向幅は同じであるが、鉄心窓の内部にあるスペーサ４Ｂとスペーサ４Ｃとの間隙が鉄心窓の外部にあるスペーサ４同士の間隙より狭くなっている、その他は、図２の構造と同一である。鉄心窓の部分のスペーサ同士の間隔を他の部分のスペーサ同士の間隔をより狭くするとともに、鉄心窓の部分のスペーサの周方向幅も他の部分のスペーサより広くすることによって外側巻線全体の機械的強度がさらに向上する。それによって、図３の場合も外側巻線１の機械的強度を低下させないで、スペーサの数を減らすことができる。
【００１８】
【発明の効果】
この発明は前述のように、隣接する前記スペーサ間の各間隔の内、主脚と上下の水平継鉄とで形成される鉄心窓の内部またはこの鉄心窓の両側の近傍に位置するスペーサ同士の間での間隔を、それ以外の間隔より狭くすることによって、外側巻線の機械的強度を低下させないでスペーサの数を減らすことができ、製作コストが低減する。
【００１９】
また、各スペーサの内、主脚と上下の水平継鉄とで形成される鉄心窓の内部またはこの鉄心窓の両側の近傍に位置するスペーサの周方向幅を、それ以外のスペーサの周方向幅より広くすることによって、外側巻線の機械的強度を低下させないでスペーサの数を減らすことができ、製作コストが低減する。
また、かかる構成において、隣接する前記スペーサ間の各間隔の内、前記鉄心窓の内部またはこの鉄心窓の両側の近傍に位置するスペーサ同士の間隔を、それ以外の間隔より狭くするとともに、鉄心窓の内部またはこの鉄心窓の両側の近傍に位置するスペーサの周方向幅を、それ以外のスペーサの周方向幅より広くすることによって、外側巻線の機械的強度を低下させないでスペーサの数をさらに減らすことができ、製作コストがさらに低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例にかかる変圧器の巻線構造を示す水平断面図
【図２】この発明の異なる実施例にかかる変圧器の巻線構造を示す水平断面図
【図３】この発明のさらに異なる実施例にかかる変圧器の巻線構造を示す水平断面図
【図４】従来の変圧器の巻線構造を示す要部斜視図
【図５】図４の外側巻線の構成を示す要部斜視図
【図６】図４の変圧器の巻線構造を示す水平断面図
【図７】図１の外側巻線の各位置において発生する電磁力を計算した結果を示す特性線図
【図８】図１の変圧器の巻線構造に短絡電流を流したときの磁界分布図であり、それぞれ（Ａ）は巻線が鉄心窓の外部にある場合、（Ｂ）は巻線が鉄心窓の内部にある場合の図
【符号の説明】
１：外側巻線、１Ａ：円板巻線、２：内側巻線、３：鉄心、３Ａ：水平継鉄、３Ｂ：主脚、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，５：スペーサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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