(57)【要約】【課題】静止誘導機器において軽量化を図りつつ耐震性を向上する。【解決手段】鉄心と、鉄心に巻き回された巻線と、鉄心および巻線を収容するタンクとを備える。タンクは、鉄心および巻線を支持する下部タンク１０と、下部タンク１０上に載置されて鉄心および巻線を覆う上部タンクとを含む。下部タンク１０は、平面視にて短手方向に延在する１対の第１周壁部１１および長手方向に延在する１対の第２周壁部１２からなる周壁部を有する。第１周壁部１１の最大厚さは、第２周壁部１２の最大厚さ以上であり、かつ、上記短手方向における第１周壁部１１の中央部の厚さである。【選択図】図５
2015111612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心と、
前記鉄心に巻き回された巻線と、
前記鉄心および前記巻線を収容するタンクとを備え、
前記タンクは、前記鉄心および前記巻線を支持する下部タンクと、該下部タンク上に載置されて前記鉄心および前記巻線を覆う上部タンクとを含み、
前記下部タンクは、平面視にて短手方向に延在する１対の第１周壁部および長手方向に延在する１対の第２周壁部からなる周壁部を有し、
前記第１周壁部の最大厚さは、前記第２周壁部の最大厚さ以上であり、かつ、前記短手方向における前記第１周壁部の中央部の厚さである、静止誘導機器。
【請求項２】
前記第１周壁部の厚さが、前記短手方向の端部から前記中央部に向かうに従って厚くなっている、請求項１に記載の静止誘導機器。
【請求項３】
前記下部タンクが、前記短手方向に延在して前記第２周壁部同士を繋ぐ補強板をさらに有する、請求項１または２に記載の静止誘導機器。
【請求項４】
前記補強板の最大厚さは、前記短手方向における前記補強板の中央部の厚さである、請求項３に記載の静止誘導機器。
【請求項５】
前記補強板の厚さが、前記短手方向の端部から中央部に向かうに従って厚くなっている、請求項４に記載の静止誘導機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静止誘導機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンク側壁の短辺部側板に補強板を取り付けることにより、タンク側壁の短辺部側板における強度の増大を図ったタンクを開示した先行文献として、実開平２−１３１３２１号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載されたタンクにおいては、薄鋼板を曲げて波形にした補強板をタンク側壁の短辺部側板に取り付けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平２−１３１３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
静止誘導機器に地震の震動が作用した場合、静止誘導機器が共振して応答倍率が大きくなり、静止誘導機器が損傷することがある。また、静止誘導機器の耐震性を向上するためにタンクの厚さを厚くしすぎると、静止誘導機器の重量が必要以上に増加するため好ましくない。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、軽量化を図りつつ耐震性を向上した静止誘導機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に基づく静止誘導機器は、鉄心と、鉄心に巻き回された巻線と、鉄心および巻線を収容するタンクとを備える。タンクは、鉄心および巻線を支持する下部タンクと、下部タンク上に載置されて鉄心および巻線を覆う上部タンクとを含む。下部タンクは、平面視にて短手方向に延在する１対の第１周壁部および長手方向に延在する１対の第２周壁部からなる周壁部を有する。第１周壁部の最大厚さは、第２周壁部の最大厚さ以上であり、かつ、上記短手方向における第１周壁部の中央部の厚さである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、静止誘導機器において軽量化を図りつつ耐震性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来の静止誘導機器の構成を示す斜視図である。
【図２】タンクの形状を直方体に単純化した静止誘導機器の１質点モデルにおいて、地震の震動が静止誘導機器に作用した状態を示すモデル図である。
【図３】静止誘導機器の固有振動数と応答倍率との関係を示すグラフである。
【図４】本実施形態に係る静止誘導機器の下部タンクの外観を示す斜視図である。
【図５】図４の下部タンクをＶ−Ｖ線矢印方向から見た断面図である。
【図６】第１周壁部の横断面を矩形状に単純化したモデルにおいて生ずるせん断応力の分布を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る静止誘導機器の下部タンクの形状を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態３に係る静止誘導機器の下部タンクの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の各実施形態に係る静止誘導機器について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１０】
以下、本発明の実施形態１に係る静止誘導機器について説明する。なお、静止誘導機器である外鉄形変圧器について説明するが、静止誘導機器は、外鉄形変圧器に限られず、内鉄形変圧器またはリアクトルなどであってもよい。
【００１１】
(実施形態１)
図１は、従来の静止誘導機器の構成を示す斜視図である。図１に示すように、従来の静止誘導機器１は、鉄心２と、鉄心２に巻き回された巻線３と、鉄心２および巻線３を収容するタンク８とを備える。巻線３は、鉄心２に巻き回された低圧コイル５および高圧コイル４を含む。低圧コイル５は、鉄心２の軸方向において、高圧コイル４を互いの間に挟むように高圧コイル４の両端側に配置されている。
【００１２】
タンク８は、鉄心２および巻線３を支持する下部タンク９０と、下部タンク９０上に載置されて鉄心２および巻線３を覆う上部タンク９とを含む。タンク８の内部は、絶縁油で満たされている。下部タンク９０は、平面視にて略矩形形状の周壁部を有している。
【００１３】
図２は、タンクの形状を直方体に単純化した静止誘導機器の１質点モデルにおいて、地震の震動が静止誘導機器に作用した状態を示すモデル図である。図２においては、平面視にてタンクの長手方向をＸ軸方向、短手方向をＹ軸方向で示している。
【００１４】
図２に示すように、基礎面Ｚ上に載置されて重心１ａを有する静止誘導機器１に矢印Ｂで示すようにＹ軸方向に振幅する地震の振動が負荷された場合、タンクの下端を固定端として、タンクの上端側がＹ軸方向において交互に向きを変えて振動する単振動が発生する。
【００１５】
図２に示す１質点モデルのように１質点の単振動として考えると、基礎面Ｚ上に載置された静止誘導機器１に地震の振動が作用した場合、静止誘導機器１の固有振動数は下記の式(１)で示される。
【００１６】
【数１】
2015111612.tif 000003
(Ｋ：ばね定数、Ｍ：静止誘導機器の質量)
【００１７】
一般的な地震の卓越周波数は１０Ｈｚ以下である。静止誘導機器１の固有振動数が地震の卓越周波数と一致または近接した場合、静止誘導機器１が共振して静止誘導機器１のタンクにおいて過大なせん断応力が生じる。
【００１８】
静止誘導機器１が共振することを抑制するためには、静止誘導機器１の固有振動数と地震の卓越周波数との差を大きくすることが必要である。地震の卓越周波数は１０Ｈｚ以下の低周波数であるため、静止誘導機器１の固有振動数を高くすることにより静止誘導機器１の固有振動数と地震の卓越周波数との差を大きくすることが必要である。
【００１９】
式(１)より、静止誘導機器１の固有振動数を高くするためには、タンクのばね定数Ｋの増大または静止誘導機器１の質量の低減が必要である。静止誘導機器１の質量は静止誘導機器１の仕様によって略決まるため、静止誘導機器１の質量を低減することにより静止誘導機器１の固有振動数を高くすることは難しい。そのため、タンクのばね定数Ｋを増大させることにより、静止誘導機器１の固有振動数を高くすることが考えられる。
【００２０】
図２に示すような１質点モデルにおいては、タンクの短手方向の中央上に位置する中立軸１ｘを中心にして、矢印Ｃで示すように交互に向きを変えてせん断力が発生する。タンクにＹ方向の単位変位を与えるためのせん断力がばね定数Ｋであり、下記の式(２)で示される。
【００２１】
【数２】
2015111612.tif 000004
(Ｈ：静止誘導機器１の重心１ａの基礎面Ｚからの高さ、Ｅ：タンクの縦弾性係数、Ｉ：タンクの断面２次モーメント、Ｇ：タンクのせん断弾性係数、Ａ：タンクの有効せん断断面積)
【００２２】
通常、タンク８は鋼板で製作される。そのため、材料によって決定されるタンク８の縦弾性係数Ｅおよびタンク８のせん断弾性係数Ｇは一定である。静止誘導機器１の重心１ａの基礎面Ｚからの高さＨ、タンクの断面２次モーメントＩ、および、有効せん断断面積Ａの各々は、静止誘導機器１の仕様によって変化する。
【００２３】
式(１)，(２)より、静止誘導機器１の質量Ｍが大きくなった場合、タンクのばね定数Ｋは変わらないため、静止誘導機器１の固有振動数は小さくなる。そのため、大型の静止誘導機器１においては、静止誘導機器１の固有振動数が地震の卓越周波数に近接する傾向にある。
【００２４】
図３は、静止誘導機器の固有振動数と応答倍率との関係を示すグラフである。図３においては、縦軸に応答倍率、横軸に振動数を示している。応答倍率とは，入力波の揺れに対して質点の揺れが、変位および加速度において何倍になるかを示す指標である。
【００２５】
図３に示すように、静止誘導機器１の固有振動数がｆ1であるとき、応答倍率がＲ1である。静止誘導機器１の固有振動数がｆ2であるとき、応答倍率がＲ2である。静止誘導機器１の固有振動数が、地震の卓越周波数ｆnに近接するほど応答倍率が高くなる。応答倍率が高くなった場合、静止誘導機器１の各部において過大な応力が生じるため、静止誘導機器１の耐震性が低下する。
【００２６】
上記の考察に基づいて、本発明者らは、大型の静止誘導機器において軽量化を図りつつ耐震性を向上するために、静止誘導機器が振動した際に固定端となる下部タンクの形状に着目して本発明に到った。
【００２７】
図４は、本実施形態に係る静止誘導機器の下部タンクの外観を示す斜視図である。図５は、図４の下部タンクをＶ−Ｖ線矢印方向から見た断面図である。本実施形態に係る静止誘導機器は、下部タンクの形状のみ従来の静止誘導機器とは異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００２８】
図４，５に示すように、本実施形態に係る静止誘導機器の下部タンク１０は、平面視にて短手方向に延在する１対の第１周壁部１１および長手方向に延在する１対の第２周壁部１２からなる周壁部を有する。
【００２９】
また、下部タンク１０は、鉄心２および上部タンク９が載置される上面部１３と底部１４とを有する。下部タンク１０の周壁部と底部１４とに囲まれた直方体状の空間内に、巻線３の下部が収容される。
【００３０】
本実施形態に係る静止誘導機器においては、第１周壁部１１の厚さが、下部タンク１０の短手方向の端部から中央部に向かうに従って厚くなっている。具体的には、第１周壁部１１の外面が、外側に凸状に湾曲している。
【００３１】
よって、第１周壁部１１の厚さにおいては、下部タンク１０の短手方向における第１周壁部１１の端部の厚さＴ11aが最少であり、下部タンク１０の短手方向における第１周壁部１１の中央部の厚さＴ11bが最大である。すなわち、第１周壁部の最大厚さは、下部タンク１０の短手方向における第１周壁部１１の中央部の厚さＴ11bである。
【００３２】
第２周壁部１２は、第２周壁部１２同士の外面間の距離Ｌxを略一定に維持して、タンクの長手方向に距離Ｌyだけ延在している。よって、第２周壁部１２の厚さＴ12は、下部タンク１０の長手方向において略一定である。
【００３３】
第１周壁部１１の最大厚さである第１周壁部１１の中央部の厚さＴ11bは、第２周壁部１２の最大厚さＴ12以上である。これは、第１周壁部１１の有効せん断断面積Ａを大きくするためである。図４，５に示すように、第１周壁部１１の中立軸１０ｘは下部タンク１０の短手方向の中央上に位置し、第２周壁部１２の中立軸１０ｙは下部タンク１０の長手方向の中央上に位置している。
【００３４】
タンクの断面２次モーメントＩおよび有効せん断断面積Ａが小さくなるほどばね定数Ｋが小さくなり、静止誘導機器１の固有振動数が地震の卓越周波数に近接する。
【００３５】
Ｘ軸方向の地震の振動を考えた場合、タンクはＹ軸方向よりＸ軸方向に長いため、タンクの断面２次モーメントＩおよび有効せん断断面積Ａは、Ｘ軸方向の地震の振動に対して十分大きい。よって、Ｘ軸方向の地震の振動に対して、式(２)からタンクのばね定数Ｋは十分に大きく、式(１)から静止誘導機器１の固有振動数は高くなって地震の卓越周波数から離れている。
【００３６】
Ｙ軸方向の地震の振動を考えた場合、タンクの断面２次モーメントＩおよび有効せん断断面積は、Ｘ軸方向の地震の振動に対する場合に比較して小さい。よって、Ｙ軸方向の地震の振動に対するタンクのばね定数Ｋは、Ｘ軸方向の地震の振動に対するタンクのばね定数Ｋに比較して小さい。そのため、Ｙ軸方向の地震の振動に対する静止誘導機器１の固有振動数は、Ｘ軸方向の地震の振動に対する静止誘導機器１の固有振動数に比較して低くなり、地震の卓越周波数に近くなる。
【００３７】
そこで、本実施形態に係る静止誘導機器１においては、Ｙ軸方向の地震の振動に対して、タンクのばね定数Ｋを大きくして静止誘導機器１の固有振動数を高くするために、第１周壁部１１を厚くしている。
【００３８】
第１周壁部１１内においては、せん断応力の分布が異なる。図６は、第１周壁部の横断面を矩形状に単純化したモデルにおいて生ずるせん断応力の分布を示す図である。図６においては、厚さＴ11aで距離Ｌxだけ延在する仮想第１周壁部１１ｚにて、中立軸１０ｘから距離ηだけ離れた位置の微小断面ｄηに作用するせん断応力τの分布を示している。
【００３９】
せん断応力τは、下記の式(３)で示される。
【００４０】
【数３】
2015111612.tif 000005
(Ｆ：せん断力、Ｓ：断面１次モーメント、Ｔ：仮想第１周壁部の厚さ)
【００４１】
なお、断面１次モーメントＳは、下記の式(４)で示される。
【００４２】
【数４】
2015111612.tif 000006
【００４３】
また、ｄＡは、下記の式(５)で示される。
【００４４】
【数５】
2015111612.tif 000007
【００４５】
式(５)を式(２)に代入すると、下記の式(６)が得られる。
【００４６】
【数６】
2015111612.tif 000008
【００４７】
断面２次モーメントＩは、下記の式(７)で示される。
【００４８】
【数７】
2015111612.tif 000009
【００４９】
式(６)および式(７)を式(３)に代入すると、下記の式(８)が得られる。
【００５０】
【数８】
2015111612.tif 000010
【００５１】
式(８)より、せん断応力τは中立軸１０ｘからの距離ηの２次関数となり、η＝０のとき、せん断応力τが最大となる。
【００５２】
第１周壁部１１においても、仮想第１周壁部１１ｚと同様のせん断応力分布となるため、下部タンク１０の短手方向における第１周壁部１１の中央部に生ずるせん断応力は、下部タンク１０の短手方向における第１周壁部１１の端部に生ずるせん断応力より大きくなる。
【００５３】
ここで、式(２)において、分母の後項(Ｈ／Ｇ・Ａ)は、分母の前項(Ｈ3／３ＥＩ)より大きく、ばね定数Ｋに対する影響が大きい。分母の後項(Ｈ／Ｇ・Ａ)は、せん断応力によるタンクの変位を表わしている。せん断応力とせん断歪みは比例関係にあるため、せん断応力を小さくした場合、せん断歪みが小さくなる。せん断歪みを小さくした場合、タンクの変位が小さくなる。
【００５４】
よって、第１周壁部１１に生ずる最大せん断応力を小さくすることにより、タンクの変位を小さくして、ばね定数Ｋを増加させることができる。その結果、静止誘導機器１の固有振動数を高くして、静止誘導機器１の固有振動数と地震の卓越周波数との差を大きくすることができる。これにより応答倍率を低くして、静止誘導機器１の各部において過大な応力が生じることを抑制し、静止誘導機器１の耐震性を向上することができる。
【００５５】
このように、最大せん断応力が生ずる下部タンク１０の短手方向における第１周壁部１１の中央部の厚さを厚くして最大せん断応力を低減しつつ、下部タンク１０の短手方向における第１周壁部１１の端部の厚さを必要以上厚くしないことによって、静止誘導機器１において軽量化を図りつつ耐震性を向上できる。
【００５６】
なお、第１周壁部１１の外形の横断面形状としては、図６に示すせん断応力分布の湾曲に沿う湾曲形状であることが好ましい。第１周壁部１１をこのような形状にすることにより、第１周壁部１１に生ずる最大せん断応力を低減しつつ第１周壁部１１の厚さを必要最小限にすることが可能となる。
【００５７】
ただし、下部タンク１０の形状は上記に限られず、第１周壁部１１の最大厚さが、第２周壁部１２の最大厚さ以上であり、かつ、下部タンク１０の短手方向における第１周壁部１１の中央部の厚さであればよい。
【００５８】
以下、本発明の実施形態２に係る静止誘導機器について説明する。本実施形態に係る静止誘導機器は、下部タンクの形状のみ実施形態１に係る静止誘導機器１と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００５９】
(実施形態２)
図７は、本発明の実施形態２に係る静止誘導機器の下部タンクの形状を示す断面図である。図７においては、図５と同一の方向から見た断面視にて図示している。
【００６０】
図７に示すように、本発明の実施形態２に係る静止誘導機器の下部タンク２０は、平面視にて短手方向に延在する１対の第１周壁部および長手方向に延在する１対の第２周壁部２２からなる周壁部を有する。第１周壁部は、平板部２１と平板部２１に固定された補強部とから構成されている。
【００６１】
補強部は、下部タンク２０の短手方向において平板部２１の端部に固定された端部補強部２３ａと、平板部２１の中央部に固定された中央補強部２３ｂとから構成されている。本実施形態においては、端部補強部２３ａおよび中央補強部２３ｂの各々は、直方体状の外形を有している。中央補強部２３ｂの厚さＴ23bは、端部補強部２３ａの厚さＴ23aより厚い。
【００６２】
よって、第１周壁部の厚さにおいては、平板部２１の厚さＴ21aが最少であり、下部タンク２０の短手方向における第１周壁部の中央部の厚さ(Ｔ21a＋Ｔ23b)が最大である。すなわち、第１周壁部の最大厚さは、下部タンク２０の短手方向における第１周壁部の中央部の厚さ(Ｔ21a＋Ｔ23b)である。
【００６３】
第２周壁部２２は、第２周壁部２２同士の外面間の距離Ｌxを略一定に維持して、タンクの長手方向に距離Ｌyだけ延在している。よって、第２周壁部２２の厚さＴ22は、下部タンク２０の長手方向において略一定である。
【００６４】
第１周壁部の最大厚さである中央部の厚さ(Ｔ21a＋Ｔ23b)は、第２周壁部１２の最大厚さＴ22以上である。図７に示すように、第１周壁部の中立軸２０ｘは下部タンク２０の短手方向の中央上に位置し、第２周壁部２２の中立軸２０ｙは下部タンク２０の長手方向の中央上に位置している。
【００６５】
本実施形態に係る静止誘導機器においても、下部タンク２０にて、最大せん断応力が生ずる下部タンク２０の短手方向における第１周壁部の中央部の厚さを厚くして最大せん断応力を低減しつつ、下部タンク２０の短手方向における第１周壁部の端部の厚さを必要以上厚くしないことによって、静止誘導機器において軽量化を図りつつ耐震性を向上できる。
【００６６】
なお、各補強部の形状は直方体状に限られず、横断面半円形の半円柱状などであってもよい。また、各補強部は、下部タンク２０の第１周壁部の高さ方向の全体に亘って設けられていなくてもよく、下部タンク２０の第１周壁部の高さの寸法の半分程度の長さで形成されていてもよい。
【００６７】
以下、本発明の実施形態３に係る静止誘導機器について説明する。本実施形態に係る静止誘導機器は、下部タンクに補強板が設けられている点のみ実施形態１に係る静止誘導機器１と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００６８】
(実施形態３)
図８は、本発明の実施形態３に係る静止誘導機器の下部タンクの構成を示す断面図である。図８においては、図５と同一の方向から見た断面視にて図示している。
【００６９】
図８に示すように、本発明の実施形態３に係る静止誘導機器の下部タンク３０は、下部タンク３０の短手方向に延在して第２周壁部１２同士を繋ぐ補強板３１をさらに有する。本実施形態においては、２つの補強板３１が互いに平行に第２周壁部１２の内面に固定されている。各補強板３１の互いに対向する面は平面である。
【００７０】
本実施形態に係る静止誘導機器においては、補強板３１の厚さが、下部タンク３０の短手方向の端部から中央部に向かうに従って厚くなっている。具体的には、各補強板３１において第１周壁部１１と対向する面が、第１周壁部１１側に凸状に湾曲している。
【００７１】
よって、補強板３１の厚さにおいては、下部タンク３０の短手方向における補強板３１の端部の厚さＴ31aが最少であり、下部タンク３０の短手方向における補強板３１の中央部の厚さＴ31bが最大である。すなわち、補強板３１の最大厚さは、下部タンク３０の短手方向における補強板３１の中央部の厚さＴ31bである。
【００７２】
図８に示すように、第１周壁部１１の中立軸３０ｘは下部タンク３０の短手方向の中央上に位置し、第２周壁部１２の中立軸３０ｙは下部タンク３０の長手方向の中央上に位置している。
【００７３】
本実施形態に係る静止誘導機器においては、補強板３１にせん断力の一部を分担させることにより、下部タンク３０の短手方向における第１周壁部１１の中央部に生ずる最大せん断応力をさらに低減しつつ、下部タンク３０の短手方向における補強板３１の端部の厚さを必要以上厚くしないことによって、静止誘導機器において軽量化を図りつつ耐震性を向上できる。
【００７４】
なお、各補強板３１の形状は上記に限られず、下部タンク３０の短手方向の端部から中央部に向かうに従って段階的に厚くなっていてもよい。また、各補強板３１は、下部タンク３０の第１周壁部１１の高さ方向の全体に亘って設けられていなくてもよく、下部タンク３０の第１周壁部１１の高さの寸法の半分程度の長さで形成されていてもよい。
【００７５】
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００７６】
１  静止誘導機器、２  鉄心、３  巻線、４  高圧コイル、５  低圧コイル、８  タンク、９  上部タンク、１０，２０，３０，９０  下部タンク、１１  第１周壁部、１２，２２  第２周壁部、１３  上面部、１４  底部、２１  平板部、２３ｂ  中央補強部、２３ａ  端部補強部、３１  補強板。
【図１】
2015111612.tif 000011
【図２】
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【図３】
2015111612.tif 000013
【図４】
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【図５】
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【図６】
2015111612.tif 000016
【図７】
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【図８】
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