(57)【要約】【課題】トランス鉄心の固有振動数を簡便に測定でき、しかも、トランス騒音との関連が明瞭にできるようにする。【解決手段】トランス鉄心の固有振動数を測定するに際して、所定の周波数範囲で、励磁周波数を段階的に変化させてトランス１０を励磁し、その各段階におけるトランス１０の騒音を計測する工程Ｓ１と、計測した騒音の周波数解析を行ない、前記各段階の励磁周波数のＮ倍周波（但し、Ｎは偶数）の騒音成分を求める工程Ｓ２と、励磁周波数のＮ倍周波の周波数（解析周波数）と各Ｎ倍周波の騒音成分との関係における、騒音成分のピーク値をトランス鉄心の固有振動数とする工程Ｓ３とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数範囲で、励磁周波数を段階的に変化させてトランスを励磁し、その各段階におけるトランスの騒音を計測する工程と、
計測した騒音の周波数解析を行ない、前記各段階の励磁周波数のＮ倍周波（但し、Ｎは偶数）の騒音成分を求める工程と、
励磁周波数のＮ倍周波の周波数と各Ｎ倍周波の騒音成分との関係における騒音成分のピーク値をトランス鉄心の固有振動数とする工程と、
を含むことを特徴とするトランス鉄心の固有振動数の測定方法。
【請求項２】
所定の周波数範囲で、励磁周波数を段階的に変化させてトランスを励磁する手段と、
その各段階におけるトランスの騒音を計測する手段と、
計測した騒音の周波数解析を行ない、前記各段階の励磁周波数のＮ倍周波（但し、Ｎは偶数）の騒音成分を求める手段と、
励磁周波数のＮ倍周波の周波数と各Ｎ倍周波の騒音成分との関係における騒音成分のピーク値をトランス鉄心の固有振動数とする手段と、
を備えたことを特徴とするトランス鉄心の固有振動数の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランス鉄心の固有振動数の測定方法及び装置に係り、特に、励磁に伴って磁歪振動が発生する電磁鋼板を鉄心に用いたトランスに適用するのに好適な、トランス鉄心の固有振動数の測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランスは様々な場所に設置されるが、特に市街地に設置されるトランスに対しては騒音が小さいことが強く求められる。トランスの鉄心材料としては主に電磁鋼板が使用されている。この電磁鋼板には、励磁に伴う磁歪があり、この磁歪振動がトランス騒音の原因と言われている。
【０００３】
騒音の小さいトランスを製造する場合、一般に磁歪の小さい電磁鋼板を鉄心材料として使用する。しかし、磁歪の小さい電磁鋼板を使用しているにも拘わらず、トランス騒音が要求仕様を満たせない場合がある。その原因を調査すると、トランス鉄心の固有振動数と電磁鋼板の磁歪振動の共鳴現象である場合が非常に多い。このため、トランス鉄心の固有振動数を把握することは、トランスを設計・製造する上で極めて重要である。
【０００４】
固有振動数を試験する方法としては、例えば特許文献１や２に記載されているように、振動計（加速度計）を用いる方法が一般的である。これは、加速度センサを設置した測定対象をハンマリング等の手法で加振し、測定対象の振動応答を測定することによって、測定対象の固有振動数を求める方法である。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−２８８５３４号公報
【特許文献２】特開平７−２９４３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１は、エンジン本体にステイ等を介して固定された補機の固有振動数を測定し、特許文献２は、電動機の固有振動数を測定するものであり、いずれも、トランス鉄心の固有振動数を測定するものではなかった。
【０００７】
一般に鉄心は複数の振動モードを有するため、特許文献１や２のような加速度振動計を用いる方法では、加速度センサの設置に細心の注意を払わなければならない。例えば加速度センサを、ある振動モードの節の位置に設置してしまうと、そのモードの振動を感知することができなくなる。又、例えば加速度センサは感知方向と垂直な方向の振動は感知できないので、三次元振動を感知するためには、加速度センサをｘ、ｙ、ｚ各方向感知用に３台設置するか、３軸感知センサを設置する必要がある。
【０００８】
又、鉄心の加振位置に関しても、１箇所の加振で複数存在する振動モードを全て励起できるとは限らないので、鉄心の複数位置を加振して、その都度、振動応答を測定する必要がある。
【０００９】
このように、加速度振動計を用いる方法は、複数のセンサ設置と複数の加振・応答測定が必要で、複雑・煩雑であり、実際に正確な鉄心固有振動数データを得るには、ある程度の経験とノウハウが必要である。
【００１０】
又、鉄心の振動モードによっては、振動量は大きくても騒音量が大きいとは限らない。即ち、振動モードによって音波の放射効率は異なるので、上記の方法では、固有振動モードを知ることはできても、複数存在する振動モードのどのモードが実際に音の発生を伴なってトランス騒音増大の原因となっているのか特定することができない等の問題点を有していた。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、トランス鉄心の固有振動数を、簡便に測定でき、しかも、トランス騒音との関連を明瞭にできるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は、上記課題を解決するべくトランス鉄心の固有振動数を測定する方法として、鉄心の振動を測定するのではなく、結果として発生する騒音を測定することによって、鉄心の固有振動数を知ることはできないか検討を重ねた。その結果、トランス騒音の原因である鉄心素材（例えば電磁鋼板）の磁歪振動が、励磁周波数のＮ倍周波（Ｎは２、４、６、８、１０…の偶数）成分の重ね合わせである多周波多重振動であることを利用すれば、騒音を測定することによって鉄心の固有振動数を知ることができることを見出した。
【００１３】
本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、トランス鉄心の固有振動数の測定に際して、所定の周波数範囲で、励磁周波数を段階的に変化させてトランスを励磁し、その各段階におけるトランスの騒音を計測する工程と、計測した騒音の周波数解析を行ない、前記各段階の励磁周波数のＮ倍周波（但し、Ｎは偶数）の騒音成分を求める工程と、励磁周波数のＮ倍周波の周波数（解析周波数）と各Ｎ倍周波の騒音成分との関係における騒音成分のピーク値をトランス鉄心の固有振動数とする工程とを含むことにより、前記課題を解決したものである。
【００１４】
本発明は、又、所定の周波数範囲で、励磁周波数を段階的に変化させてトランスを励磁する手段と、その各段階におけるトランスの騒音を計測する手段と、計測した騒音の周波数解析を行ない、前記各段階の励磁周波数のＮ倍周波（但し、Ｎは偶数）の騒音成分を求める手段と、励磁周波数のＮ倍周波の周波数（解析周波数）と各Ｎ倍周波の騒音成分との関係における、騒音成分のピーク値をトランス鉄心の固有振動数とする手段と、を備えたことを特徴とするトランス鉄心の固有振動数の測定装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、鉄心の振動を測定するのではなく、騒音を測定するようにしたので、加速度振動計を用いる方法に比べて、簡便、且つ、経験が無くても容易に鉄心の固有振動数を測定することができる。
【００１６】
又、振動の結果として発生する騒音を測定することを通じて鉄心の固有振動数を知るようにしたので、鉄心の固有振動数モードとトランス騒音との関連を明瞭に把握することができ、どの振動モードを抑制すればトランスの低騒音化に最も有効かを直ちに知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
本実施形態は、図１に示す如く、励磁周波数を段階的に変えながら、その都度トランス騒音を計測する第１の工程Ｓ１と、計測した騒音の周波数解析を行なって、励磁周波数のＮ倍周波（Ｎは偶数）の騒音成分を求める第２の工程Ｓ２と、励磁周波数のＮ倍周波の周波数（解析周波数）と各Ｎ倍周波の騒音成分との関係における、騒音成分のピーク値をトランス鉄心の固有振動数とする第３の工程Ｓ３とからなる。
【００１９】
以下、図２に示す測定装置の実施形態を参照しながら、更に詳述する。
【００２０】
まず前記第１の工程Ｓ１では、励磁回路２０からトランス１０に与える励磁周波数を段階的に変えながら、その都度トランス１０の近傍に配設した集音マイク２２でトランス騒音を計測する。
【００２１】
前記励磁回路２０による励磁の周波数は特に定めないが、励磁周波数範囲をｆ１Ｈｚ〜ｆ２Ｈｚとすると、ｆ２＝２×ｆ１とするのが良い。例えば、励磁最低周波数が５０Ｈｚならば、周波数範囲は５０Ｈｚ〜１００Ｈｚ、励磁最低周波数が６０Ｈｚならば周波数範囲は６０Ｈｚ〜１２０Ｈｚとする。周波数ピッチは固有振動数の解析精度に応じて適宜選択すればよいが、概ね１Ｈｚ〜２Ｈｚ程度で良い。励磁磁束密度は、常に一定値となるよう励磁周波数に応じて励磁電圧を変更する励磁磁束密度一定モードで行なってもよいが、励磁電圧値を一定として励磁周波数を変える電圧一定モードで行なうのが、より簡便で良い。
【００２２】
前記集音マイク２２による騒音測定位置及び測定箇所も特に限定していないが、基本的に位置は近接音場以遠とし、測定箇所は１箇所で良いが、測定位置が鉄心に近い場合は測定箇所を複数とするのがより好ましい。又、大型トランスの場合にも、測定箇所は複数箇所とするのが好ましい。
【００２３】
騒音測定の際の採取データは、次に周波数解析を行なうことができるデータとする。従来の騒音測定でなされるオクターブバンド程度の周波数ピッチの粗いデータでは不十分である。騒音の時間波形をＦＦＴアナライザ等で周波数解析した結果データであるのが簡便であって良いが、騒音の時間波形データを採取記憶して、後程、周波数解析を実施するのでも良い。
【００２４】
前記第２の工程Ｓ２は、例えばチャージアンプ２４を介して電圧信号に変換された前記集音マイク２２からの信号の周波数解析を例えばＦＦＴアナライザ２６で行なって、励磁周波数のＮ次（Ｎは偶数）の騒音成分を求める。騒音測定を行なった周波数範囲が５０Ｈｚ〜１００Ｈｚ、ピッチが１Ｈｚの場合で例示すると、各励磁周波数毎に、表１に示すように、騒音の周波数成分の値、即ち、励磁周波数のＮ倍の周波数における騒音値を求める。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
前記第３の工程Ｓ３は、前記ＦＦＴアナライザ２６の出力により、例えばパソコン２８を使って、励磁周波数のＮ倍周波の騒音値の調波周波数依存性を求める。騒音測定を行なった周波数の範囲が５０Ｈｚ〜１００Ｈｚ、ピッチが１Ｈｚの場合の２倍周波データ処理法で例示すると、表１の２倍周波の項に示されているように、５０Ｈｚ励磁の場合の騒音の１００Ｈｚ成分、５１Ｈｚ励磁の場合の騒音の１０２Ｈｚ成分、・・・、１００Ｈｚ励磁の場合の騒音の２００Ｈｚ成分を、図３に例示するように、各周波数に対する応答としてプロットする。図３には、４倍周波のデータに対する処理例も合わせてプロットされている。以下同様にして、６倍周波、８倍周波、・・・とプロットすると、図４に示すような結果が簡便・容易に得られる。
【００２７】
このように、極めて狭い周波数帯域で騒音測定を行なっただけで、上記で説明したようなデータ処理することによって、広帯域にわたるトランス鉄心の固有振動数を明瞭に、しかも簡便に求めることができる。しかも、騒音を直接測定した結果であるから、図４の例で言えば、トランス騒音増大の原因となっているのは、最も高いピーク、即ち３１２Ｈｚの固有振動であることも容易に把握することができる。
【実施例】
【００２８】
幅１５０ｍｍの方向性電磁鋼板フープ材を用意し、斜角切断後、積層して脚幅、ヨーク幅共１５０ｍｍ、積み厚５０ｍｍの３層３脚の試験トランスを作製した。積層方向は交互積みとした。次に試験トランスの３脚に、それぞれ６０ターンずつ励磁巻線を施した。その後、鋼板のばたつきによる騒音を低減するため、ヨーク部を平均面圧２ｋｇｆ／ｃｍの圧力で治具で固定した。
【００２９】
騒音測定用の集音マイク２２を中心脚から３０ｃｍ離れた位置に設置して、励磁電圧を１００Ｖ一定として、励磁周波数５０Ｈｚから１００Ｈｚまで１Ｈｚ刻みに変えながら、騒音を測定した。
【００３０】
騒音測定用の集音マイク２２からの信号はチャージアンプ２４を介して電圧信号に変換後、ＦＦＴアナライザ２６に入力して、騒音の周波数成分データを採取した。パソコン２８で、励磁周波数毎に表１に示す２倍周波、４倍周波、・・・１０次周波数の騒音成分を求めて、プロットすることで図４を得た。図４では、グラフを見易くするため、データ点を省いて表示している。例えば１０倍周波データは５００Ｈｚから１０００Ｈｚまでデータ点があるが、７５０Ｈｚ以下のデータ点は省略した。
【００３１】
本発明の手法を用いると、図４に示されるように、５０Ｈｚから１００Ｈｚという極めて狭い周波数帯域で騒音測定を行なっただけで、広帯域にわたる鉄心の固有振動数は極めて簡便且つ容易に求めることができた。又、トランス騒音増大の原因となっているのは、最も高いピーク、即ち３１２Ｈｚの固有振動であることも容易に把握することができた。
【００３２】
比較のため、試験トランスの固有振動数を加速度センサを用いて測定したところ、３１０Ｈｚ付近に共振ピークを有することが確認できた。
【００３３】
なお、前記説明においては、本発明が、電磁鋼板を鉄心としたトランスについて説明されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る測定方法の実施形態の手順を示す流れ図
【図２】本発明に係る測定装置の実施形態の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施形態における周波数範囲が５０Ｈｚ〜１００Ｈｚ、ピッチが１Ｈｚの場合の２倍周波、４倍周波データの処理例を示す図
【図４】本発明の実施例における試験トランスの固有振動解析例を示す図
【符号の説明】
【００３５】
１０…トランス
２０…励磁回路
２２…集音マイク
２６…ＦＦＴアナライザ
２８…パソコン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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