(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量小型化可能な静止誘導電器を提供する。【解決手段】静止誘導電器１０は、タンク１１と、鉄心１２と、巻線１３とを持つ。タンクは、円筒状の内面を有する。鉄心は、鉄心脚部を有し、該鉄心脚部の軸の方向がタンクの円筒状の内面に直交する方向になるように、タンク内に収容されている。巻線は、鉄心脚部に巻回されており、アルミニウム製である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の内面を有するタンクと、
鉄心脚部を有し、該鉄心脚部の軸の方向が前記タンクの円筒状の内面に直交する方向になるように、前記タンク内に収容された鉄心と、
前記鉄心脚部に巻回された、アルミニウム製の巻線と
を具備する静止誘導電器。
【請求項２】
前記鉄心脚部に巻回された、銅製の巻線である第２の巻線をさらに具備し、
前記鉄心脚部において、前記第２の巻線が内側の巻線として、前記巻線が外側の巻線としてそれぞれ巻回されている
請求項１記載の静止誘導電器。
【請求項３】
前記鉄心脚部において、前記第２の巻線が内側の巻線として、前記巻線が外側の巻線として前記第２の巻線より数多い巻数でそれぞれ巻回されている
請求項２記載の静止誘導電器。
【請求項４】
前記タンクが、非磁鋼材でできている請求項１記載の静止誘導電器。
【請求項５】
前記タンクが、アルミニウム素材でできている請求項４記載の静止誘導電器。
【請求項６】
前記鉄心脚部に巻回された、アルミニウム製の巻線である第２の巻線をさらに具備し、
前記鉄心脚部において、前記第２の巻線が内側の巻線として、前記巻線が外側の巻線としてそれぞれ巻回されている
請求項１記載の静止誘導電器。
【請求項７】
前記鉄心脚部において、前記第２の巻線が内側の巻線として、前記巻線が外側の巻線として前記第２の巻線より数多い巻数でそれぞれ巻回されている
請求項６記載の静止誘導電器。
【請求項８】
前記タンク内に封入された絶縁ガスをさらに具備する請求項１記載の静止誘導電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、静止した鉄心および巻線を少なくとも有する静止誘導電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
静止誘導電器には変圧器やリアクトルが含まれる。いずれも静止した鉄心と巻線とを少なくとも有しており、変圧器では１次巻線および２次巻線のように巻線が２つ以上あり、リアクトルでは通常、巻線は１つである。静止誘導電器は、変電所や発電所で一般的な電器であり、その電気的定格の大容量化が進んでいる。一方で、近年は、静止誘導電器を輸送するときの条件や、設置するときの条件を緩和できるように、軽量化、小型化の要求も強まっている。
【０００３】
静止誘導電器の重量や体積には、鉄心および巻線の重量、体積だけでなく、一般に、これらを収容する容器であるタンクの重量、体積も関わっている。タンク内には、絶縁物（絶縁油や絶縁ガス）が充填され、電器としての絶縁性が大きく高められている。近年は、環境への配慮から、管理のより容易な絶縁物としてＳＦ６ガスなどの絶縁ガスが封入されたガス絶縁静止誘導電器の需要が高まっている。
【０００４】
静止誘導電器を軽量小型化するには、絶縁性を確保することを前提にタンクのサイズを小型化することや、タンクを含めた静止誘導電器の各部材自体の材質を軽量化することが考えられる。しかしながら、各部で機械的な強度が確保されることが第１条件であり、これらを両立するように軽量小型化することには一定の困難さが存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−４１９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、軽量小型化可能な静止誘導電器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の静止誘導電器は、タンクと、鉄心と、巻線とを持つ。タンクは、円筒状の内面を有する。鉄心は、鉄心脚部を有し、該鉄心脚部の軸の方向が前記タンクの円筒状の内面に直交する方向になるように、前記タンク内に収容されている。また、巻線は、前記鉄心脚部に巻回されており、アルミニウム製である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１ないし３の静止誘導電器である変圧器の構成を示す正面図。
【図２】実施形態１ないし３の静止誘導電器である変圧器の構成を示す側面図。
【図３】図１中に示したＡ−Ａa位置における矢視方向の断面図。
【図４】図２中に示したＢ−Ｂa位置における矢視方向の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施形態１）
以上を踏まえ、以下では実施形態の静止誘電電器を図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態１の静止誘電電器を示しており、より具体的に、静止誘導電器のひとつの態様である変圧器を正面から見た図である。図２は、同じ変圧器を側面から見た図である。図１、図２に示すように、この変圧器１０は、タンク１１、鉄心１２、巻線１３を有する。
【００１０】
タンク１１は、鉄心１２および巻線１３を収容する容器である。タンク１１内には、運用時、高絶縁性を保つため例えば絶縁ガス（ＳＦ６）が充填される。鉄心１２は、鉄心脚部１２ａと継鉄部（ヨーク）１２ｂとを有しており、鉄心脚部１２ａには、巻線１３が巻回され、鉄心脚部１２ａと隣の鉄心脚部１２ａとは、継鉄部１２ｂにより、鉄心脚部１２ａの両端の側でそれぞれつなげられている。つまり、巻線１３によって生じる磁束が鉄心脚部１２ａと継鉄部１２ｂとにより形成された磁路を流れるように、鉄心１２は構成されている。
【００１１】
この変圧器１０は、鉄心脚部１２ａを３つ備えており、巻線１３も鉄心脚部１２ａの数と同じ３つである。これは特に３相交流用の変圧器として構成しているためである。後述するが、巻線１３は、それぞれ、内側巻線（２次側）と外側巻線（１次側）とを有している。３つの内側巻線はＹ接続またはΔ接続されており、同様に３つの外側巻線もＹ接続またはΔ接続されている。変圧器１０としての電気的な端子は、タンク１１の外側に表出するように備えられている（不図示）。
【００１２】
タンク１１は、図示するように、横長の円筒状の形状であり、横長の両端は蓋状になっていて取り外し可能である。横長のいずれかの端部を取り外して、鉄心１２および巻線１３を有する構造物をタンク１１内に導き入れて端部に蓋を固定し、図示するような構成で運用する。鉄心１２および巻線１３を有する構造物は、タンク１１内に導き入れるのに適するような姿勢（図示では鉄心脚部１２ａの軸が垂直方向）にされている。
【００１３】
図３は、図１中に示したＡ−Ａa位置における矢視方向の断面図である。図４は、図２中に示したＢ−Ｂa位置における矢視方向の断面図である。図３、図４において、図１、図２ですでに示した構成物と同一のものには同一符号を付してある。以下では、図３、図４をも参照して、この変圧器１０の構成についてさらに説明する。
【００１４】
図３に示すように、タンク１１の内面は、タンク１１の外観と同様に円筒状になっている。タンク１１を円筒状の内面を有する形状にしたので、機械的に応力が均一化しやすく、例えば、封入される絶縁ガスによって生じる応力に対して、相対的に肉厚を薄くでき軽量化が可能である。また、封入された絶縁ガスの圧力だけでなく、絶縁ガスを封入する工程においては一度タンク１１内部の空気を抜き真空に近い状態にするので、その場合に生じる応力に対しても形状的に適している。そして円筒状のため特定の脆弱部位が生じにくく補強部材を必要とする可能性が小さい。よって補強部材を不要として軽量化が図れる。
【００１５】
鉄心１２は、鉄心脚部１２ａの軸の方向がタンク１１の円筒状の内面に直交する方向になるように、タンク１１内に収容されている。したがって、鉄心１２の位置が偏らず、鉄心脚部１２ａの軸方向に見た全長に応じたタンク１１の直径とすることができ、タンク１１として小型化が可能である。
【００１６】
また、タンク１１内面の丸みによって、図３に示すように、鉄心脚部１２ａに巻かれる巻線１３からタンク１１の内面までには比較的大きな距離が確保される。そこで、この距離を活用して、外側巻線１３ａにはアルミニウム素材を用いる。一般にアルミニウムは、銅よりも機械的強度が劣り、電気抵抗率も大きいため、銅線と同じ機械的強度と導電性とを得るためには断面積の大きな線材を用いる必要があり巻線部として体積が増加する。しかし、上記のように距離が確保されているので、アルミニウムの使用による巻線部の体積増加に対応することがタンク１１内で可能になっている。したがって、アルミニウム製の外側巻線１３ａの使用により、変圧器１０として大きく軽量化できる。
【００１７】
この形態では、以上のように外側巻線１３ａにアルミニウム素材のものを使用する一方で、内側巻線１３ｂには銅素材のものを使用している。このように巻線により素材を異ならせているのは、以下の理由による。一般に、内側巻線１３ｂには磁界と電流により巻線の巻直径を縮める方向の力に応じるように座屈応力が生じ、外側巻線１３ａには、逆に巻線の巻直径を拡げる方向の力に応じるように引張り応力が生じる。座屈に対する強度と引張りに対する強度とでは、素材一般に、引張りに対する強度の方が大きい。そこで、機械的強度の比較的劣るアルミニウムの使用を外側巻線１３ａに限定して使用し、応力に対する役割を分担させたものである。
【００１８】
なお、図３、図４に示すように、鉄心脚部１２ａにおいて、外側巻線１３ａが内側巻線１３ｂより数多い巻き数でそれぞれ巻回されている態様は、変圧器として一般的な態様である。変圧器の一般的な可能性としては、内側の巻線と外側の巻線とで巻数の関係は特に限定されない。
【００１９】
以上説明のように、実施形態１の静止誘導電器によれば、第１に、タンク１１を円筒状の内面を有する形状としたので、機械的に応力が均一化しやすく、封入される絶縁ガスによって生じる応力に対して、相対的に肉厚を薄くでき軽量化が可能である。また、鉄心脚部１２ａの軸の方向がタンク１１の円筒状の内面に直交する方向になるように、鉄心１２がタンク１１内に収容されていることから、鉄心脚部１２ａの軸方向の全長に応じたタンク１１の直径とすることができ、タンク１１として小型化可能である。
【００２０】
また、タンク１１内面の丸みによって、鉄心脚部１２ａに巻かれる巻線１３からタンク１１の内面までには比較的大きな距離が確保される。よって、この距離を活用して、外側巻線１３ａにはアルミニウム素材を用いる。アルミニウム製の巻線１３ａの使用により、変圧器として大きく軽量化できる。
【００２１】
（実施形態２）
次に、実施形態２の変圧器についてすでに説明した各図を参照して説明する。タンク１１には、その素材に一般的な鉄系合金を使用する以外に、非磁鋼材を採用することができる。タンク１１の素材として非磁鋼材を使用することで、巻線１３や鉄心１２を由来とするもれ磁束の流れがタンク１１に透磁する割合を大きく減少させることができる。これにより、シールド部材などを特に付加するまでもなく、漏れ磁束によるタンク１１の局部過熱を防止することができる。よって、シールド部材が不要である点でさらに軽量化に寄与できる。
【００２２】
特に、タンク１１として、入手性、加工性やコストの点でアルミニウム素材は採用しやすい。アルミニウムは非磁鋼材のひとつの例であるが、鉄系合金と比較して密度が遥かに小さい素材であるため、タンク１１をアルミニウム素材とすれば、変圧器としてさらに軽量化できる。軽量のほか強度の点では、アルミニウムを主として含む合金の採用も考えられる。
【００２３】
（実施形態３）
次に、実施形態３の変圧器についてすでに説明した各図を参照して説明する。内側巻線１３ｂには、すでに説明したように銅素材のものを使用する以外に、外側巻線１３ａと同様にアルミニウム素材のものを使用することも可能である。すでに言及したように、一般に、内側巻線１３ｂには磁界と電流により巻線の巻直径を縮めるように座屈応力が生じ、素材一般に座屈応力の方が引張り応力より強度的に弱い。
【００２４】
しかしながら、内側巻線１３ｂに生じる座屈応力の許す範囲では、内側巻線１３ｂとしてもアルミニウム素材の線材を使用可能である。アルミニウムを使用すると、一般にその断面積を増すように太い線材になり巻線として体積が増加するが、タンク１１の内面が円筒状で巻線１３と内面との間に十分な空間が確保されているため、このような構成が成立し得る。
【００２５】
また、このような場合にも、鉄心脚部１２ａにおいて、外側巻線１３ａが内側巻線１３ｂより数多い巻き数でそれぞれ巻回されている、とすることができる。このような態様は、変圧器として一般的な態様である。変圧器の一般的な可能性としては、内側の巻線と外側の巻線とで巻数の関係は特に限定されない。
【００２６】
（その他の実施形態）
以上説明した変圧器では、絶縁ガスを封入する構成のものを示したが、絶縁油をタンク１１の内部に貯留して鉄心１２と巻線１３とを絶縁油中に浸漬する構成のものにおいても、変圧器として、説明したような軽量小型化の効果が得られる。一般には、絶縁ガスの方が絶縁油のような液体と比較して扱いやすい面もある。いずれも環境中へ排出されることは環境への負荷の点で好ましくないが、ガスの場合、ガス圧力、温度の管理で排出を管理することができる。液体の場合、仮に液体漏れが生じても当初は変圧器として動作に影響がなくガスほどには容易な管理でない。
【００２７】
また、以上説明した変圧器は３相変圧器であったが、単相変圧器の場合であっても、当然ながら説明したような軽量小型化の効果が得られる。さらに、変圧器ではなく、リアクトルの場合であっても、当然ながら説明したような軽量小型化の効果が得られる。
【００２８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
１０…静止誘導電器（変圧器）、１１…タンク、１２…鉄心、１２ａ…鉄心脚部、１２ｂ…継鉄部（ヨーク）、１３…巻線（巻線部）、１３ａ…外側巻線、１３ｂ…内側巻線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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