CN1702783A - 变压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了通过改善铁芯内部的磁通分布，可以提高铁芯特性的卷铁芯接合结构。考虑铁芯内部的磁通密度分布，该卷铁芯具有从铁芯内周侧随着向外周增加重叠量的接合结构或通过适当地配置对接接合和重叠接合而构成。

Description

变压器

技术领域

本发明涉及变压器的结构，特别是涉及铁芯的结构。

背景技术

作为与本发明关连的现有技术有例如特开平6-84656号公报和特开平9-7849号公报。在特开平6-84656号公报中，说明了与利用非晶质合金薄带的卷铁芯的制造方法和接合结构有关的技术。在特开平9-7849号公报中，说明了在利用非晶质合金薄带的卷铁芯中，与具有以重叠接合为基本接合结构的铁芯的制造方法及接合结构有关的技术。

在现有的卷铁芯中，由于铁芯材料的内外磁路长度差，在铁芯内侧磁通密度高，随着向着外周，磁通密度降低。由于这样，由磁通集中产生磁通波形的变形，产生异常损失，不可避免使特性恶化。

发明内容

本发明的任务是在变压器的铁芯中，改善铁芯内部的磁通分布，达到提高铁芯特性的目的。

在本发明中，在层叠卷铁芯的各单元(或层)时，增加接合部分的重叠量，或适当地配置对接接合和重叠接合，使外周侧的磁阻比现有的卷铁芯降低，可以缓和铁芯内内外周上的磁通密度的差别。

附图说明

图1为作为本发明的第一实施例的变压器的结构例的图；

图2为图1的变压器中使用的铁芯的截面结构图；

图3为铁芯内的磁通分布的说明图；

图4为本发明的第二实施例的说明图；

图5为本发明的第三实施例的说明图；

图6为本发明的第四实施例的说明图；

图7为本发明的第五实施例的说明图；

图8为本发明的第六实施例的说明图；

图9为本发明的第七实施例的说明图；

图10为本发明的第八实施例的说明图；

图11为本发明的第九实施例的说明图；

图12为本发明的第十实施例的说明图；

图13为本发明的第十一～第十三实施例的说明图；

图14为本发明的第十一实施例的说明图；

图15为本发明的第十四～第十六实施例的说明图；

图16为本发明的第十四实施例的说明图。

具体实施方式

以下，利用附图，说明本发明的优选实施例。

图1～3为本发明的第一实施例的说明图。图1为作为本发明的第一实施例的变压器的结构例子的图。图2为图1的变压器中使用的铁芯的接合截面的结构图。图3为铁芯内的磁通分布的说明图。

在图1中，1为变压器，2为形成电气回路的励磁用线圈，3为形成磁路的卷铁芯，4为机械地保护变压器的容器。铁芯3例如为将0.02×10m^-3～0.60×10^-3m左右的板状磁性材料层叠多层，层叠成环状构成的。该层叠多层的板状磁性材料，其两端互相重叠而形成环状。

图2为表示图1的变压器中使用的卷铁芯3的接合部分的截面结构图的图。

在图2中，3为卷铁芯；B₁、B₂.....B_N为基于构成卷铁芯的板状磁性材料的第一层；U₁、U₂、.....U_N为第一层B_N向卷绕方向错开并层叠形成的第二层；L_N为卷铁芯3的接合部分的第一层B_N的两端互相重叠在卷绕方向的长度。N表示从卷铁芯的最内周侧配置在第N个(N＝1，2，3.....)。

该第一层B_N随着向着外周，其两端的重叠量L_N增加。由于这样，可以抑制磁阻相对于磁路长度的增加的增加，与现有的卷铁芯比较，可以提高外周的磁通密度。

另外，作为表示铁芯特性的数值，有铁损。作为理想，以卷铁芯的接合结构为100％，在如上述实施例那样接合的情况下，铁损最小。但是，在使用其他接合结构(例如，对接台阶重叠方式或重叠方式)组合成重叠部分的情况下，铁损增加。由于该增加倾向对于接合数不一定成比例，受接合结构或接合方式的配置影响，因此优选，如果全部接合数的1/2以上采用上述第一实施例所示的接合结构，则可以具有与上述第一实施例大致相同的铁芯特性。

图3为现有的卷铁芯和卷铁芯内的磁通分布的说明图。

在图3中，a为第1实施例所示的图2的卷铁芯3内的A-A′部分的磁通分布特性，b为第二实施例所示的图4的卷铁芯3内的A-A′部分的磁通分布特性，c为现有的卷铁芯的A-A’部分的磁通分布特性。在实施例1中，可以保持外周侧的磁通密度较高，以使磁阻的增加缓和如实施例1所示那样。由于这样，铁芯内的磁通刻度分布相比于现有的铁芯成为一样的分布，可以提高铁芯特性。

图4为本发明的第二实施例的说明图，它表示作为第二实施例的变压器中使用的卷铁芯3的接合截面结构图。

在图4中，与图2同样，3为卷铁芯；B₁、B₂......B_N为基于构成卷铁芯的板状磁性材料的第一层；U₁、U₂.....U_N为第一层B_N向着卷绕方向错开并层叠形成的第二层；L_N为卷铁芯3的接合部分的第一层B_N的两端互相重叠在卷绕方向上的长度。在第二实施例中，第一层B_N的两端的卷绕方向上的重叠长度L_N，在相同的第二层U_N内具有相同的重叠量L_N，其结构为从内周侧至外周侧的层，重叠量L_N增加。在第二实施例中，通过使重叠量L_N从内周向外周增加，与现有的卷铁芯比较，可以抑制在层叠方向的外周上的磁阻的增加，使铁芯的内外周差造成的磁通密度的差相比于现有的卷铁芯可以均匀地一致，可以提高卷铁芯全体的平均磁通密度。这样，在改善铁芯特性的同时，可使相同的单元内的重叠量L_N一致，将磁性材料的使用量抑制至最小限度，可以实现接合作业效率高的接合结构。

另外，第二实施例与第一实施例同样，优选，全部接合数的1/2以上为上述实施例的接合。

在第一、第二实施例中，第一层B_N的重叠量L_N，对于变压器容量为5kVA～2000kVA，优选为1mm≤L_N≤250mm。在最内周侧的第一层B₁上的重叠量L₁＝0是理想的，但当考虑现实的制造工序和制造精度时，优选L₁在1mm以上。另外，当变压器容量大时，卷铁芯本身也大，最外周的L_N与最外周上的磁路长的比例减小，会削弱使磁通密度差均匀的效果。由于这样，当考虑现实的作业性和成本平衡时，优选将最外周侧的L_N抑制为250mm左右。

图5为本发明的第三实施例的说明图，它是表示构成作为第三个箯的变压器的卷铁芯和线圈的关系的图。

在图5中，5表示线圈和铁芯的关系为心式形，2为励磁用的线圈，3为卷铁芯，6为卷铁芯的重叠部分。在本第三实施例中，由于铁芯的重叠部分配置在励磁用的线圈的框架外，因此重叠作业容易，另外，由于为心式形，卷铁芯一次重叠作业所需时间少。这样，在第三实施例中，可以提高铁芯特性，并可以大大减少作业时间。

图6为本发明的第四实施例的说明图，它是表示构成作为第四实施例的变压器的卷铁芯和线圈的关系的图。

在图6中，5表示线圈和铁芯的关系为心式形，2为励磁用的线圈，3为卷铁芯，6为卷铁芯的重叠部分。在本第四实施例中，卷铁芯的重叠部分为配置在励磁用的线圈的框架内的结构。由于这样，虽然重叠作业困难，但可以将铁芯的高度尺寸缩小约5％。这样，在第四实施例中，可以提高铁芯特性，而且可以一并使变压器紧凑。

图7为本发明的第五实施例的说明图，它是表示构成作为第五实施例的变压器的卷铁芯和线圈的关系的图。

在图7中，7为表示线圈和铁芯的关系的壳式形，2为励磁用的线圈，3为卷铁芯，6为卷铁芯的重叠部分。在本第五实施例中，铁芯的重叠部分配置在励磁用线圈的框架外面。由于这样，重叠作业容易，减少作业时间的效果大。

图8为本发明的第六实施例的说明图，它为表示构成作为第六实施例的变压器的卷铁芯和线圈的关系的图。

在图8中，7表示线圈和铁芯的关系为壳式形。2为励磁用的线圈，3为卷铁芯，6为卷铁芯的重叠部分。在本第六实施例中，铁芯的重叠部分配置在励磁用的线圈的框架内。由于这样，虽然重叠作业困难，但铁芯高度尺寸可以缩小约5％，可以提高铁芯特性，使变压器结构紧凑。

图9为本发明的第七实施例的说明图，它是表示构成作为第七实施例的变压器的卷铁芯和线圈的关系的图。

在图9中，7表示线圈和铁芯的关系为壳式形，2为励磁用的线圈，3为卷铁芯，6为卷铁芯的重叠部分。图9为壳式形单侧的铁芯接合部分在励磁用线圈的框架外，相对于卷绕方向，在垂直方向配置，另一个铁芯接合部分在励磁用线圈的框架外，配置在线圈侧面侧。在第七实施例中，由于卷铁芯的重叠部分全部配置在线圈框架外，因此重叠作业容易。

另外，可以将上述第一、第二实施例组合使用。

例如在第七实施例中，壳式形的单侧卷铁芯接合结构可将1/2作成第一实施例的接合结构，1/2作成对接台阶重叠方式，另一个卷铁心接合为第二实施例的接合结构。这样，在作业性改善的同时，可缩小单侧的高度尺寸，使作业性和变压器尺寸都达到最优。

图10表示的卷铁芯的接合结构作为第八实施例。本结构为从卷铁芯的最内周侧按重叠的结构的部分，对接结构部分的顺序配置的卷铁芯结构。在以比较高的磁通密度设计的铁芯规格的情况下，磁通的偏分布少，与磁通分布的均匀化的效果相比，通过将磁特性良好的重叠接合配置在成为高磁通密度的内侧，更改善铁芯的特性。

图11所示的卷铁芯接合结构作为第九实施例。本结构为从卷铁芯的最内周侧，按对接结构部分、重叠结构部分、和对接结构部分的顺序配置的卷铁芯结构。对于实施例12的结构，考虑细的磁通分布，与铁芯层叠方向中心比较，通过使磁通密度低的最内周成为对接结构，可以维持铁芯特性的改善，抑制接合部分的层叠厚度，可使变压器尺寸减小。

图12所示的卷铁芯的接合结构作为第十实施例。本结构为从卷铁芯的最内周侧，按重叠结构部分、对接结构部分和重叠结构部分的顺序配置的卷铁芯结构。在按比较低的磁通密度设计的铁芯规格中，因为当取一样的接合结构时，因为磁通偏分布大，通过使磁通均等分布，可以改善铁芯特性。

另外，作为第十一实施例，在图13中表示三相五脚铁芯结构。第八实施例为使各个铁芯内的一部分重叠接合，剩余的对接接合的结构。这时，各个铁芯不是全部相同的结构也可以。通过使各个铁芯内的磁通密度均匀，改善铁芯特性。在铁芯内的磁通密度偏心大的情况下有效。图14表示第八实施例的铁损的情况。作为比较，一并表示使全部的接合部分为对接接合的参考例1。第八实施例在特别高的磁通密度下，可以改善铁芯特性。

作为第十二实施例，在图13中，铁芯结构为使外铁芯5重叠接合，使内铁芯4对接接合。通过在磁通密度比较低的外铁芯5上使用重叠接合，增大有效截面积，可使磁通密度均匀，改善铁芯特性。这种结构，在高磁通密度设计中，可改善特性。

在图13中，第十三实施例的铁芯结构为使内铁芯4重叠接合，使外铁芯5对接接合。在磁通密度高的内铁芯4上使用磁特性良好的重叠接合，可以改善铁芯特性。这种结构，在低磁通密度设计中可改善特性。

在第十四实施例中，表示了图15所示的三相三脚铁芯结构的情况。第九实施例为使各个铁芯内的一部分重叠接合，剩余的对接接合的结构。这时，各个铁芯不是全部相同的结构也可以。通过使各个铁芯内的磁通密度均匀，可改善铁芯特性。在铁芯内的磁通密度偏心大的情况下有效。

在第十五实施例中的图15中，铁芯结构为使外铁芯5重叠接合，使内铁芯4对接接合。通过在磁通密度比较低的外铁芯5上使用重叠接合，增大有效截面积，可使磁通密度均匀，改善铁芯特性。这种结构，在高磁通密度设计中，可改善特性。

在第十六实施例中的图15中，铁芯结构为使内铁芯4重叠接合，使外铁芯5对接接合。在磁通密度高的内铁芯4上使用磁特性良好的重叠接合，可以改善铁芯特性。这种结构，在低磁通密度设计中可改善特性。

这样，在本发明中，通过使变压器容量及其规格一致，改变重叠部的配置和接合结构的比例，不但可以提高卷铁芯的特性，而且可以调整作业性和铁芯特性与变压器尺寸的互相平衡，使成本达到最优。

另外，在本发明中，形成卷铁芯的板状磁性材料，不限于非晶质薄带材或硅钢板等，其他磁性材料也可以。

采用上述方法，使铁芯内的磁阻均匀，可以抑制磁通集中造成的磁通波形变形，可提高铁芯特性。

随着社会上地球环境保护活动活跃，在配电机器方面要求提供低损失的机器，本发明的可利用性非常高。

Claims (16)

1、一种变压器，具有将板状磁性材料成形为环状多层的铁芯和励磁用的线圈，其特征为，

作为形成所述铁芯的板状的磁性材料的单层或多层向着卷绕方向错开从而各层的两端部为互相重叠配置构成的铁芯，各层的内侧部分和外侧部分的重叠量使最内侧的重叠为最小，在每次重叠时，重叠量增加。

2、一种变压器，具有将板状磁性材料成形为环状多层的铁芯和励磁用的线圈，其特征为，

作为形成所述铁芯的板状的磁性材料的单层或多层向着卷绕方向错开从而各层的两端部为互相重叠配置构成的铁芯，同一单元内的各层两端部的重叠量在卷绕方向上具有相同的长度，在层叠每一个单元时，形成单元的各层的重叠量增加。

3、如权利要求1或2所述的变压器，其特征为，

在所述铁芯中，接合部分在励磁用线圈的框架外，为心式形。

4、如权利要求1或2所述的变压器，其特征为，

在所述铁芯中，接合部分在励磁用线圈的框架内，为心式形。

5、如权利要求1或2所述的变压器，其特征为，

在所述铁芯中，接合部分在励磁用线圈的框架外，为壳式形。

6、如权利要求1或2所述的变压器，其特征为，

在所述铁芯中，接合部分在励磁用线圈的框架内，为壳式形。

7、如权利要求1或2所述的变压器，其特征为，

在所述铁芯中，单侧的铁芯接合部分在励磁用线圈的框架外，另一个铁芯接合部分在励磁用线圈的框架内，为壳式形状。

8、一种卷铁芯结构，将多个磁性材料切断成规定尺寸，错开规定尺寸而卷绕成形，其特征为，

卷绕的磁性材料的两端部具有从卷铁芯的最内周侧，按照作成重叠结构的部分、作成对接结构的部分的顺序配置的二个部分。

9、一种卷铁芯结构，将多个磁性材料切断成规定尺寸，错开规定尺寸而卷绕成形，其特征为，

卷绕的磁性材料的两端部具有从卷铁芯的最内周侧，按照作成重叠结构的部分、作成对接结构的部分、作成重叠结构的部分的顺序而配置的三个部分。

10、一种卷铁芯结构，将多个磁性材料切断成规定尺寸，错开规定尺寸而卷绕成形，其特征为，

卷绕的磁性材料的两端部具有从卷铁芯的最内周侧，按照作成对接结构的部分、作成重叠结构的部分、作成对接结构的部分的顺序而配置的三个部分。

11、一种变压器，其特征为，

在将磁性金属层叠而形成的，由各自的脚部相邻地配置的2个内铁芯和脚部相邻地配置在这些内铁芯的外侧的2个外铁芯构成的三相五脚铁芯结构中，

当交互地层叠由重叠接合构成的块体和由对接接合构成的块体而形成铁芯时，

考虑铁芯的规格而任意地选择层叠的块体数。

12、一种变压器，其特征为，

在作为将磁性金属层叠而形成的，由各自的脚部相邻地配置的2个内铁芯和脚部相邻地配置在这些内铁芯的外侧的2个外铁芯构成的三相五脚铁芯结构中，

通过内铁芯的接合部为对接接合、外铁芯的接合部为重叠接合而形成。

13、一种变压器，其特征为，

在将磁性金属层叠而形成的，由各自的脚部相邻地配置的2个内铁芯和脚部相邻地配置在这些内铁芯的外侧的2个外铁芯构成的三相五脚铁芯结构中，

通过内铁芯的接合部为重叠接合、外铁芯的接合部为对接接合而形成。

14、一种变压器，其特征为，

在将磁性金属层叠而形成的，由各自的脚部相邻地配置的2个内铁芯和包围这些内铁芯的外周配置的外铁芯构成的三相三脚铁芯结构中，

通过使由重叠接合构成的块体和由对接接合构成的块体交互地重叠而形成铁芯，

这时，考虑铁芯的规格而任意地选择重叠的块体数。

15、一种变压器，其特征为，

在将磁性金属层叠而形成的，由各自的脚部相邻地配置的2个内铁芯和包围这些内铁芯的外周配置的外铁芯构成的三相三脚铁芯结构中，

通过内铁芯的接合部为对接接合、外铁芯的接合部为重叠接合而形成。

16、一种变压器，其特征为，

在将磁性金属层叠而形成的，由各自的脚部相邻地配置的2个内铁芯和包围这些内铁芯的外周配置的外铁芯构成的三相三脚铁芯结构中，

通过内铁芯的接合部为重叠接合、外铁芯的接合部为对接接合而形成。

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