(57)【要約】【課題】巻線の上端部及び下端部に導体を切り欠いた切欠部が形成されて漏れ磁束による渦電流損失が低減される変圧器を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態による巻線の渦電流損失が低減される変圧器は、鉄心１０と、鉄心１０を囲むように同心円状に順次設けられる第１巻線２１及び第２巻線２６とを含み、第１巻線２１の第１外側上端部２２及び第１外側下端部２３と第２巻線２６の第２内側上端部２９及び第２内側下端部３０に導体３１の一部を切り欠いた切欠部が形成されて漏れ磁束の影響を低減することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心と、
前記鉄心を囲むように同心円状に順次設けられる第１巻線及び第２巻線と、を含み、
前記第１巻線の第１外側上端部及び第１外側下端部と前記第２巻線の第２内側上端部及び第２内側下端部に導体の一部を切り欠いた切欠部が形成されて漏れ磁束の影響を低減することを特徴とする巻線の渦電流損失が低減される変圧器。
【請求項２】
前記第１巻線の第１内側上端部及び第１内側下端部と前記第２巻線の第２外側上端部及び第２外側下端部に導体の一部を切り欠いた切欠部が形成されて漏れ磁束の影響を低減する、請求項１に記載の巻線の渦電流損失が低減される変圧器。
【請求項３】
前記切欠部の切欠面は、傾斜面、曲面、階段面のいずれかである、請求項１又は２に記載の巻線の渦電流損失が低減される変圧器。
【請求項４】
前記切欠部には、絶縁物が配置される、請求項１又は２に記載の巻線の渦電流損失が低減される変圧器。
【請求項５】
前記階段面は、前記第１巻線及び前記第２巻線の各層を構成する巻線セクションの長さを調整することにより形成される、請求項３に記載の巻線の渦電流損失が低減される変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻線の渦電流損失が低減される変圧器に関し、特に、巻線の上端部及び下端部に導体を切り欠いた切欠部が形成されて漏れ磁束による渦電流損失が低減される変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力用高圧変圧器は、電力系統に構成されて発電所からの電圧を昇圧及び減圧できる電気機器であって、需要家への送電において重要な役割を果たす。
【０００３】
このような変圧器の運用過程で電気的損失が発生することがあるが、変圧器の損失とは、無負荷損、負荷損及び補助装置（ファンやポンプなど）に発生する損失の合計を意味する。無負荷損は、変圧器を構成する鉄心（コア）に発生する損失であり、負荷損は、巻線（コイル）、巻線近傍の支持構造物、タンクに発生する損失である。
【０００４】
負荷損においては、巻線抵抗により発生する直流抵抗損失が大部分を占めるが、漏れ磁束により巻線、支持構造物、タンクに発生する渦電流損失及び漂遊負荷損も無視できない。特に、巻線に発生する渦電流損失は、巻線に局部的な過熱が生じる原因であり、変圧器の長期運転信頼性に大きな影響を及ぼす因子である。
【０００５】
図５は従来技術による変圧器の鉄心及び巻線の概略断面図である。図６は従来技術による変圧器の巻線に適用される導体の例を示す図であり、（ａ）は平角導体（flat conductor）を示し、（ｂ）は複導体（double conductor）を示し、（ｃ）は転位導体（transposed conductor）を示す。図７は従来技術による変圧器の巻線の詳細断面図である。
【０００６】
図５に示すように、従来技術による変圧器においては、鉄心１を中心として複数の巻線２、３が同心円をなして配置される。図５には２つの巻線２、３を示すが、変圧器が適用される対象によっては３つ以上にすることもできる。
【０００７】
変圧器の巻線２、３は、銅、アルミニウム及び合金から構成された導体４を巻回して製造する。導体４は、ターン間の絶縁のために絶縁物５で囲まれている。
【０００８】
図７を参照すると、変圧器の巻線２は、複数本の導体（例えば、転位導体４ｃ）が巻回された巻線セクション２ａ、２ｂ、２ｃ、・・・の組み合わせで構成される。さらに、巻線２の冷却のために、巻線セクション２ａ、２ｂ、２ｃ、・・・に垂直な垂直冷却ダクト７を構成してもよい。図７には、転位導体４ｃを使用し、巻線２の冷却のために２つの垂直冷却ダクト７を適用した巻線２を示す。
【０００９】
図８は従来技術による変圧器の巻線に発生する漏れ磁束と漏れ磁束による巻線端部の渦電流損失を示す図である。
【００１０】
従来技術による変圧器においては、１次巻線２に電源を供給すると２次巻線３に電圧が誘起され、２次巻線３に流れる電流は１次巻線２に流れる電流とは反対方向に流れる。それにより、１次巻線２と２次巻線３との間に大きな漏れ磁束が発生し、その漏れ磁束を低減するために各巻線２、３の周辺には渦電流が発生する。その渦電流による損失を渦電流損失という。渦電流損失は、変圧器の漏れ磁束の大きさと方向、巻線導体の寸法、巻線の電流密度、導体の抵抗及び電源周波数の影響を受ける。漏れ磁束による渦電流損失が多く発生する部分は変圧器の巻線の末端部分であり、渦電流損失による局部温度上昇（ホットスポット）も大きい。図８を参照すると、巻線セクション３ａの渦電流損失のほうが巻線セクション３ｂの渦電流損失より大きいことが分かる。
【００１１】
前述したように、巻線に発生する渦電流損失に影響を及ぼす因子は、漏れ磁束の最大値、巻線に対する磁束入射方向、巻線導体の形状及び寸法、巻線の電流密度、導体の抵抗及び電源周波数の大きさである。このうち、変圧器に要求される特性（％インピーダンス、容量など）を満たしながらも渦電流損失を調整できる因子は巻線導体の寸法である。図６を参照して説明すると、巻線導体４の寸法ａ（ａ’、ａ’’）及びｂのうち、巻線の渦電流損失に最も大きな影響を及ぼすのは寸法ａであり、一般には、巻線の渦電流損失の低減のために、平角導体４ａよりは複導体４ｂを、複導体４ｂよりは転位導体４ｃを使用することが多い。つまり、渦電流損失を低減するためには、巻線導体の寸法ａが最も小さい転位導体４ｃを使用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、従来技術による巻線導体の寸法を調整して渦電流損失を低減する方法は、巻線の機械的強度を維持する必要があるため適用が困難であるという欠点があった。また、巻線導体の寸法ａを小さくする場合、巻線の適正な電流密度の維持のためには巻線導体の寸法ｂを相対的に大きくしなければならず、それにより、寸法ｂによる渦電流損失の増加などの問題が生じる。
【００１３】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、漏れ磁束による渦電流損失が低減される変圧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】
【００１４】
本発明の一実施形態による巻線の渦電流損失が低減される変圧器は、鉄心と、前記鉄心を囲むように同心円状に順次設けられる第１巻線及び第２巻線とを含み、前記第１巻線の第１外側上端部及び第１外側下端部と前記第２巻線の第２内側上端部及び第２内側下端部に導体の一部を切り欠いた切欠部が形成されて漏れ磁束の影響を低減することを特徴とする。
【００１５】
ここで、前記第１巻線の第１内側上端部及び第１内側下端部と前記第２巻線の第２外側上端部及び第２外側下端部に導体の一部を切り欠いた切欠部が形成されて漏れ磁束の影響を低減するようにしてもよい。
【００１６】
また、前記切欠部の切欠面は、傾斜面、曲面、階段面のいずれかであってもよい。
【００１７】
さらに、前記切欠部には、絶縁物が配置されるようにしてもよい。
【００１８】
さらに、前記階段面は、前記第１巻線及び前記第２巻線の各層を構成する巻線セクションの長さを調整することにより形成されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一実施形態による巻線の渦電流損失が低減される変圧器においては、巻線の端部に切欠部が形成されることにより、変圧器において発生する漏れ磁束による渦電流損失が低減されるという効果がある。これにより、発熱が低減されて機器の安定性が向上し、耐久性が向上する。また、切欠部に絶縁物が充填されることにより、短絡機械力が減少しないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態による変圧器の鉄心及び巻線の概略断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態による変圧器の鉄心及び巻線の概略断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態による変圧器の鉄心及び巻線の概略断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態による変圧器の鉄心及び巻線の概略断面図である。
【図５】従来技術による変圧器の鉄心及び巻線の概略断面図である。
【図６】従来技術による変圧器の巻線に適用される導体の例を示す図であり、（ａ）は平角導体を示し、（ｂ）は複導体を示し、（ｃ）は転位導体を示す。
【図７】従来技術による変圧器の巻線の詳細断面図である。
【図８】従来技術による変圧器の巻線に発生する漏れ磁束と漏れ磁束による巻線端部の渦電流損失を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態による巻線の渦電流損失が低減される変圧器について説明するが、これは本発明の技術的思想や範囲を限定するものではない。
【００２２】
図１は本発明の第１実施形態による変圧器の鉄心及び巻線の概略断面図である。
【００２３】
第１実施形態による巻線の渦電流損失が低減される変圧器は、鉄心１０と、鉄心１０を囲むように同心円状に順次設けられる第１巻線２１及び第２巻線２６とを含み、第１巻線２１の第１外側上端部２２及び第１外側下端部２３と第２巻線２６の第２内側上端部２９及び第２内側下端部３０に導体３１の一部を切り欠いた切欠部が形成される。
【００２４】
鉄心１０は、磁路を形成して磁束密度を高める。鉄心１０としては、冷間圧延により製造された方向性珪素鋼板を使用してもよい。鉄心１０は、熱的、機械的特性に優れた絶縁テープで覆ってもよく、表面に保護のために防錆塗装処理を施してもよい。
【００２５】
鉄心１０は、同じ大きさの鋼板を積層して製造する。積層された鋼板が１つの群を構成する層となり、層が複数積層されて鉄心１０となる。
【００２６】
鉄心１０の周辺には、鉄心１０を同心円状に囲むように巻線２０が設けられる。ここでは、鉄心１０に最も近い位置に設けられた巻線を第１巻線２１といい、その次に設けられた巻線を第２巻線２６という。第１実施形態においては、便宜上、２つの巻線２０を対象として説明するが、巻線２０は３つ以上であり得る。なお、３つ以上の巻線は他の実施形態に対しても適用することができる。
【００２７】
図１を参照すると、第１巻線２１の角部を形成する各端部は、第１外側上端部２２、第１外側下端部２３、第１内側上端部２４、第１内側下端部２５と区分する。
【００２８】
同様に、第２巻線２６の角部を形成する各端部は、第２外側上端部２７、第２外側下端部２８、第２内側上端部２９、第２内側下端部３０と区分する。
【００２９】
ここで、第１巻線２１及び第２巻線２６は、各端部のうち渦電流損失が大きい端部の導体部位を除去して形成する。すなわち、第１巻線２１と第２巻線２６が対向側の上端部及び下端部の導体部位が除去される。つまり、第１巻線２１の第１外側上端部２２及び第１外側下端部２３と第２巻線２６の第２内側上端部２９及び第２内側下端部３０に切欠部が形成される。
【００３０】
このように第１巻線２１の第１外側上端部２２及び第１外側下端部２３と第２巻線２６の第２内側上端部２９及び第２内側下端部３０に切欠部が形成されることにより、各端部に発生する漏れ磁束による渦電流損失が低減される。
【００３１】
切欠部は、図１に示すように傾斜面に形成されてもよい。また、切欠部は、図示していないが曲面に形成されてもよい。各端部の切欠面が傾斜面又は曲面の場合、切欠面が漏れ磁束の形状に類似した形状を有するので、漏れ磁束が集中した部分を回避することになり、渦電流損失が最小限に抑えられる。すなわち、図８を参照すると、変圧器の巻線に発生する渦電流損失は、巻線の端部から巻線の導体に入る漏れ磁束のうち垂直方向のベクトルが大きくなるほど増加するが、前述したように巻線の端部に切欠部を形成することにより、巻線の端部及び導体に影響を与える漏れ磁束を低減することができる。
【００３２】
図２は本発明の第２実施形態による変圧器の鉄心及び巻線の概略断面図である。
【００３３】
第２実施形態においては、各巻線２０の全ての端部に切欠部が形成される。すなわち、第１巻線２１の第１外側上端部２２、第１外側下端部２３、第１内側上端部２４、第１内側下端部２５の全てに切欠部が形成される。同様に、第２巻線２６の第２外側上端部２７、第２外側下端部２８、第２内側上端部２９、第２内側下端部３０の全てに切欠部が形成される。各巻線２０の全ての端部に切欠部が形成されることにより、漏れ磁束による渦電流損失を最小限に抑えることができる。
【００３４】
図３は本発明の第３実施形態による変圧器の鉄心及び巻線の概略断面図である。
【００３５】
第３実施形態においては、各巻線２０の端部に形成された切欠部が階段面、すなわち階段状に形成される。これは、第１巻線２１及び第２巻線２６を構成する各導体３１の実質的な構成を示す図３の詳細図に詳しく示されている。第１巻線２１及び第２巻線２６を構成する単位は導体３１であるので、第１巻線２１及び第２巻線２６を製造する際に一部の導体３１を除去することにより、図３に示すように切欠部を階段状に形成することができる。
【００３６】
ここで、階段面は、第１巻線２１及び第２巻線２６の各層を構成する巻線セクションの長さを調整することにより形成することができる。
【００３７】
図４は本発明の第４実施形態による変圧器の鉄心及び巻線の概略断面図である。
【００３８】
第４実施形態においては、第１巻線２１及び第２巻線２６の端部に形成された切欠部に絶縁物３５が充填されている。このように、第１巻線２１及び第２巻線２６の端部の導体３１が除去されて切欠部が形成され、当該切欠部に絶縁物３５が充填されることにより、漏れ磁束による渦電流損失が低減されると共に、第１巻線２１及び第２巻線２６の形状が維持されて短絡機械力が減少しなくなる。
【００３９】
本発明の一実施形態による巻線の渦電流損失が低減される変圧器においては、巻線の端部に切欠部が形成されることにより、変圧器において発生する漏れ磁束による渦電流損失が低減されるという効果がある。これにより、発熱が低減されて機器の安定性が向上し、耐久性が向上する。また、切欠部に絶縁物が充填されることにより、短絡機械力が減少しないという効果がある。
【００４０】
前述した実施形態は例示的なものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の基本的な特性を逸脱しない範囲で様々な修正や変形が可能であろう。つまり、前述した実施形態は本発明の技術思想を説明するためのものにすぎず、前述した実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の権利範囲は添付の特許請求の範囲により定められるべきであり、同等の範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００４１】
１０    鉄心
２０    巻線
２１    第１巻線
２２    第１外側上端部
２３    第１外側下端部
２４    第１内側上端部
２５    第１内側下端部
２６    第２巻線
２７    第２外側上端部
２８    第２外側下端部
２９    第２内側上端部
３０    第２内側下端部
３１    導体
３５    絶縁物
【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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