JP2000114064A - 低損失低騒音積み鉄心およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の一方向性珪素鋼板を用いた鉄心に比較
して大幅に騒音と損失特性を向上させた変圧器用積み鉄
心およびその製造方法を提供すること。 【解決手段】 鋼板を積層して形成される積み鉄心であ
って、弾性限界内で圧縮変形された応力部材が、鉄心に
設けられた支持部間に、その直辺部に平行に挟持されて
いる。該応力部材の作用により、鉄心の直辺部に０．１
〜２．０Ｋｇｆ／ｍｍ² の張力が付加されるのが好まし
い。積み鉄心素材に平均結晶粒径が３ｍｍ以下の二方向
性珪素鋼板を用いるとなお好ましい。応力部材の配設
は、支持部間の距離よりも所定の量だけ長い寸法を有す
る応力部材を、収縮または弾性限界内で曲げ変形させて
支持部間に挿嵌し、直辺部に平行に挟持させるのがよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は変圧器などに使用さ
れる鋼板を積層して形成される積み鉄心に関する。さら
に詳しくは、低損失低騒音の特長を有する鉄心およびそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】変圧器は、鉄心とそれに鎖交する二つ以
上の巻線を有し、一つ以上の回路から交流電力を受けて
電磁誘導作用により電圧および電流を変成し、他の回路
に交流電力を供給するものである。このエネルギー変換
効率をよくするために、鉄損が低い鉄心が求められてい
る。

【０００３】変圧器には低損失特性に加えて低騒音特性
が求められている。変圧器による騒音は、鉄心素材が交
流磁化された際に生じる磁歪現象に基づく振動音であ
る。この騒音は変圧器の作動中常時発生し、静粛な生活
環境が損なわれる要因となる。磁歪に伴う騒音の防止に
は、鉄心素材の磁歪を減少させるのが最も望ましい方法
であるが、磁歪を完全に無くするのが困難であるため、
鉄心の振動防止や騒音の遮断など多大の費用を要する騒
音対策が施されるのが現状である。

【０００４】エネルギー変換効率を向上させるために、
変圧器の鉄心素材として一方向性珪素鋼板が広く使用さ
れている。一方向性珪素鋼板は、圧延方向の磁化特性が
優れており、圧延方向に磁化して使用する場合には低損
失で、磁歪が小さいという特性を有している。しかしな
がら、圧延方向以外の方向に磁化した場合には、これら
の特性は好ましくないものである。

【０００５】比較的小型の鉄心では、磁化方向が圧延方
向のみになるように、鋼板を巻き重ねて鉄心とした巻鉄
心が使用される場合がある。巻鉄心には、製造工程が簡
単なことに加えて、磁化方向を圧延方向のみにすること
により最良の磁化特性が得られるという効果がある。

【０００６】図１は、三相三脚型変圧器の鉄心片の積層
状況の例を示す斜視図である。鉄心１は、複数の脚部２
と脚部間を連結する上下のヨーク部３から構成され、磁
束８は破線で示すように、脚部２、コーナー部４、ヨー
ク部３およびコーナー部４_Tを経由する閉回路を形成す
る。

【０００７】脚部２およびヨーク部３は、一方向性珪素
鋼板から採取された脚部用鉄心片およびヨーク部用鉄心
片が積層されている。図１に示すような、巻鉄心構造で
ない変圧器においては、最良の磁化特性を得るために、
脚部およびヨーク部の鉄心片は、それぞれの直辺部５が
圧延方向（ＲＤ）に平行になるように板取りされる。一
方向性珪素鋼板には、特性を向上させるために、通常、
無機物系の張力コーティングが施され、鋼板に張力（引
張応力）が付加されている。張力コーティングは、一方
向性珪素鋼板製造時の高温焼鈍の際に鋼板表面に密着し
て形成されるフォルステライト皮膜と、その上に形成さ
れる無機系皮膜を利用し、高温からの冷却時に鋼板とコ
ーティング皮膜との熱膨張差を利用して鋼板面内で等方
的な張力を付加するものである。

【０００８】この鋼板面内の張力は鉄心素材の圧延方向
の鉄損や磁歪を低減する作用がある。しかしながら、一
方向性珪素鋼板を素材とする場合には、コーナー部４で
磁束方向が圧延方向から外れる部分があるため、この部
分で磁化特性が阻害されるという問題がある。

【０００９】一般に、三相三脚積み鉄心の損失は、鉄心
素材の一方向性珪素鋼板の圧延方向の鉄損よりも１５〜
２０％劣化することが知られている。鉄心素材の鉄損に
対する変圧器鉄心の鉄損の比率はビルディングファクタ
ー（以下、「ＢＦ」とも記す）と称され、この数値が小
さいほど、鉄心素材を変圧器鉄心に加工した時の鉄損の
劣化度が小さく、好ましいとされている。一方向性珪素
鋼板を三相三脚型積み鉄心に使用した際のＢＦは、１．
１５〜１．２となることが知られている。

【００１０】ＢＦが１を超えるのは、図１に示したよう
に、鉄心コーナー部４で、磁束の方向が圧延方向からず
れることに起因していると考えられている。特に、ヨー
ク部と脚部がＴ型に接合されているコーナー部４_T での
ずれの影響が大きい。

【００１１】また、従来の一方向性珪素鋼板において
は、その表面に張力コーティング皮膜を備えることによ
りにより素材の磁歪を抑制しているが、この方法では、
磁束が圧延方向からずれる鉄心コーナー部での磁歪現象
を抑制することができない。このため、一方向性珪素鋼
板を用いた三相三脚型積み鉄心では磁歪騒音も巻鉄心に
比べて大きいとされている。

【００１２】さらに、張力コーティング方法では、コー
ティング皮膜と鋼板との間の密着性を確保するために、
鋼板表面直下に数μｍの厚さを有する内部酸化層（フォ
ルステライト層）を生成させるが、このような内部酸化
層が存在すると鉄損が悪くなるという問題もある。

【００１３】以上述べたように、従来の一方向性電磁鋼
板を使用して組み上げた鉄心の鉄損や磁歪レベルは必ず
しも十分なものではなかった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】圧延方向と、これに直
角な方向（以下、単に「 幅方向」 と記す）との二方向と
もに優れた磁気特性を有する電磁鋼板として、二方向性
珪素鋼板が知られている。二方向性珪素鋼板は、結晶構
造の（００１）面が圧延面に平行で、磁化容易軸である
＜１００＞方向が圧延方向および幅方向に高度に集積し
た集合組織を持つものである。

【００１５】二方向性珪素鋼板を積み鉄心素材として用
いれば、脚部とヨーク部の直辺部が共に磁化容易方向と
なる。従って、分割構造としなくても、磁化特性が優れ
た鉄心を得ることができる。あるいは、分割した鉄心片
を組み合わせる場合であっても、その分割数を大幅に低
減することができる。

【００１６】二方向性珪素鋼板では、鉄心のコーナー部
で磁束が圧延方向からずれることによる鉄心性能の劣化
が軽減できるという利点もある。珪素鋼においては〔１
００〕方向が磁化容易方向であり、〔１１１〕方向は磁
化が困難な方向、〔１１０〕方向は前記２方向の中間的
な磁化特性を示す。鉄心のコーナー部４または４_T での
磁束の方向変化は、二方向性珪素鋼板の場合は〔１０
０〕方向から〔１１０〕方向への回転であるのに対し、
一方向性珪素鋼板では〔１００〕方向から〔１１１〕方
向へ回転する。このため、磁束が圧延方向から回転する
場合の磁気特性の劣化は、二方向性珪素鋼板の方が一方
向性珪素鋼板よりも少ない。従って、前述の三相三脚型
積み鉄心のＢＦは、一方向性珪素鋼板に替えて二方向性
珪素鋼板を用いることで低下させることができる。

【００１７】しかしながら、従来の二方向性珪素鋼板を
交流で磁化した際に発生する磁歪の飽和値（消磁状態か
ら磁気飽和までの間に磁化方向に現れる単位長さあたり
の伸び歪み）は１０^-5程度であり、良好な一方向性珪素
鋼板の圧延方向の磁歪が１０^-6であることからわかるよ
うに、一方向性珪素鋼板に比較して大きいという問題が
ある。

【００１８】この問題点を改善するために、一方向性珪
素鋼板と同様に張力コーティングを施す方法が開示され
ている。しかしながら、二方向性珪素鋼板では鋼板製造
時にフォルステライト皮膜の形成が容易でないため、張
力コーティングでは磁歪抑制に必要とされる大きさの張
力を付与することができないという問題があった。

【００１９】また、圧延方向と幅方向の二方向に磁気特
性の良い二方向性珪素鋼板では、張力コーティングによ
って特定方向に張力を作用させると、張力を付加した方
向の特性は改善されるが、それと直角な方向の特性が劣
化するという問題があった。鋼板面内に等方的な張力を
付加すると、どちらの方向の特性とも不十分な改善しか
示さないという問題もあった。

【００２０】さらに、従来の二方向性珪素鋼板では付加
される張力レベルにより磁歪が大きく変化する性質があ
るため、鉄心作製時等に加えられる応力や歪みによる鉄
心の磁歪や鉄損の劣化が著しく、安定して良好な低磁歪
の鉄心を得るには、鋼板に作用させる張力レベルを、素
材段階だけでなく組み立て時においても、厳密に管理す
る必要があることが予測された。これらの問題があるた
めに現在まで二方向性珪素鋼板を用いた変圧器は実用化
されていない。

【００２１】以上述べたように、大型変圧器などの鉄心
の低損失化と低騒音化に対して、従来の一方向性珪素鋼
板ではその改善効果が十分ではなく、二方向性珪素鋼板
においても、効果的な張力コーティング方法や磁歪減少
技術は未だ開示されていない。

【００２２】本発明は、上記の課題を解決し、従来の一
方向性珪素鋼板を用いた鉄心に比較して大幅に騒音と損
失特性を向上させた変圧器用積み鉄心およびその製造方
法を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】圧延方向とそれに直角な
方向との磁化特性が優れているという二方向性珪素鋼板
が有する特性は、鉄心の低鉄損化を推進する材料として
好適な特性である。従って、上述の磁歪に起因する問題
点を解決するのが変圧器の鉄心の性能改善には最も望ま
しい方法であると判断された。

【００２４】本発明者らは上記の技術思想を基にして、
積み鉄心の磁化特性と磁歪に対して張力が及ぼす効果、
および磁束の方向に沿って、正確かつ簡便な張力付加方
法に関して種々研究を進めた結果、以下に記すような新
たな知見を得た。

【００２５】（ａ）従来の二方向性珪素鋼板の結晶粒径
は平均で２０〜３０ｍｍ前後のものである。これに対し
て、本発明者らが開示した平均結晶粒径を３ｍｍ以下に
小さくして磁化特性を向上させた二方向性珪素鋼板の磁
歪は著しく小さい。また、結晶粒を小径化することによ
り、従来の二方向性珪素鋼板で認められていた磁歪の応
力依存性が大幅に緩和され、応力変動があってもそれに
よる磁歪の悪化が小さくなる。

【００２６】従来の一方向性珪素鋼板および二方向性珪
素鋼板を交流で磁化した際に生じる磁歪は、ある磁束密
度を境にして正磁歪（伸び歪み）から負磁歪（圧縮歪
み）、または、負磁歪から正磁歪へと、磁歪が急激に変
化するものであった。しかしながら、上述の小径の結晶
粒の二方向性珪素鋼板に適度の張力を作用させると負磁
歪を示さなくなり、小さな正磁歪のみとすることができ
る。

【００２７】このことは、交流で磁化した時の磁歪の高
周波成分が減少することを意味し、騒音領域の内の聴覚
上重要な周波数帯である数百〜数千Ｈｚの領域での騒音
が発生しなくなることを意味している。このように、結
晶粒を微細化した二方向性珪素鋼板は、従来の一方向性
珪素鋼板に比べても高周波成分の磁歪が少なくなり、変
圧器の騒音対策が簡略化できる。

【００２８】（ｂ）二方向性珪素鋼板の張力コーティン
グは、前述したように極めて限定された効果しか得られ
ず、これによる磁歪防止効果は満足なものではない。

【００２９】磁歪防止のための応力は、珪素鋼板を鉄心
形状に積層した後、鉄心の磁路方向に平行な方向の張力
を鉄心外部から付加する方法が好適である。磁歪抑制に
必要な張力は０．１〜２ｋｇ／ｍ² 程度の極めて低い張
力でよいことから、弾性範囲内で圧縮変形させた部材を
鉄心の直辺部に平行に配設し、その弾性回復力を利用し
て鉄心の磁路方向に張力を作用させる方法が良い。

【００３０】上記の方法は、それぞれの直辺部の寸法形
状に応じた最良の大きさの張力を作用させることができ
るので、鉄心の形状や寸法に応じた最適の磁歪レベルの
鉄心を得ることができる。また張力は機械的に作用させ
るので鉄心や変圧器の組み立て工程や輸送工程での外乱
に影響されることが無くなり、変圧器の設計製作組み付
け作業が容易になるという利点も有する。この方法は、
付加張力が精度良く管理できるうえ、メカニズムが単純
で信頼性に富み永続して効果が発揮できるうえ施工が容
易で経済的に施すことができる。

【００３１】本発明は上記のような新たに得られた知見
を基にして完成されたものであり、その要旨は下記
（１）〜（３）のいずれかに記載の低損失低騒音積み鉄
心および（４）に記載のその製造方法にある。

【００３２】（１）鋼板を積層して形成される積み鉄心
であって、弾性限界内で圧縮変形された応力部材が、鉄
心に設けられた支持部間に、その直辺部に平行に挟持さ
れていることを特徴とする低損失低騒音積み鉄心。

【００３３】（２）該応力部材の弾性回復力により、
０．１〜２．０Ｋｇｆ／ｍｍ² の張力が鉄心の直辺部に
付加されていることを特徴とする上記（１) に記載の低
損失低騒音積み鉄心。

【００３４】（３）積み鉄心素材の鋼板が、平均結晶粒
径が３ｍｍ以下の二方向性珪素鋼板であることを特徴と
する上記( １) または（２）に記載の低損失低騒音積み
鉄心。

【００３５】（４）支持部間の距離よりも所定の量だけ
長い寸法を有する応力部材を、収縮または弾性限界内で
曲げ変形させて支持部間に挿嵌し、直辺部に平行に挟持
させることを特徴とする上記（１) 〜（３）のいずれか
に記載の低損失低騒音積み鉄心の製造方法。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を詳細
に説明する。図２は、本発明の実施例に関わる、変圧器
のモデルとした３相３脚のラップジョイント方式の積み
鉄心での応力部材の配設場所を概念的に示した模式図で
ある。

【００３７】本発明の低損失低騒音積み鉄心は、図２に
例示されているように、弾性限界内で圧縮変形された応
力部材９が、脚部２および／またはヨーク部３の直辺部
５に平行に、鉄心に設けられた支持部Ａでその両端を挟
持されている。

【００３８】応力部材９の弾性回復力がその両端の支持
部Ａ間を押し広げるように作用することにより、鉄心の
脚部２および／またはヨーク部３の直辺部５に張力が発
生する。このようにして鉄心の磁化方向に張力を作用さ
せることにより、交流磁化特性が改善できる。

【００３９】応力部材は、脚部および／またはヨーク部
の少なくとも１個所以上の直辺部に設けられる。応力部
材は、脚部やヨーク部の外周部および／または窓部１０
の鉄心片の切断面に平行に配設するのがよい。切断面に
隣接して配設すればさらによい。しかしながら、応力部
材の配設様式はこれに限定する必要はなく、鉄心素材鋼
板面に平行に配設してもよい。その場合には、また、脚
部やヨーク部の鉄心内部にスリット状の空間を設け（例
えば図２に記載のスリット１１など）、その空間部分に
応力部材を挿入してもよい。

【００４０】支持部Ａ間に挟持される応力部材９の圧縮
変形される前の長さは、支持部間の距離よりも所定の値
だけ長くなっている（以下、この所定の値を「圧縮代」
と記す）。

【００４１】圧縮代は、応力部材が上記支持部間に挟持
された際に生じる弾性回復力の大きさが、脚部２または
ヨーク部３の直辺部の断面積あたりで、０．１〜２．０
Ｋｇｆ／ｍｍ² の張力を作用させることができる範囲と
するのがよい。圧縮代は、応力部材の弾性限界、寸法、
鉄心に作用させる張力の大きさ、鉄心素材と応力部材の
熱膨張率差等から決定すればよい。圧縮代は、鉄心使用
時の温度で所望の張力を作用させられる値にしておけば
よい。

【００４２】前記の鉄心に作用させる張力は、磁歪の減
少効果を得るために、０．１Ｋｇｆ／ｍｍ² 以上とする
のがよい。好ましくは０．３Ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、さら
に好ましくは０．５Ｋｇｆ／ｍｍ² 以上とするのがよ
い。鉄心に作用させる張力が２．０Ｋｇｆ／ｍｍ² を超
えると、応力の不均一性から弾性変形を超えて変形され
る部分が生じ鉄損が低下するため、その張力は２．０Ｋ
ｇｆ／ｍｍ² 以下とするのがよい。

【００４３】応力部材の断面積が大きくなると変圧器の
寸法が過大になるため、直辺部に作用する張力は、好ま
しくは１．５Ｋｇｆ／ｍｍ² 以下、さらに好ましくは
１．２Ｋｇｆ／ｍｍ² 以下とするのがよい。

【００４４】応力部材の弾性限界が高く、圧縮代が大き
いほど、応力部材に必要とされる断面積が小さくでき
る。従って応力部材としては、その弾性限界が２０Ｋｇ
ｆ／ｍｍ² 以上のものであるのが好ましい。

【００４５】応力部材は、磁性を備えた材料でも構わな
いが、非磁性の材料を用いるのがよい。応力部材が非磁
性であると鉄心の磁化に影響せず鉄損や磁歪を損なうこ
とがないので好ましい。これらの性能を満たす好適な材
質としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、
アルミニウム合金、銅合金等があげられる。

【００４６】応力部材の断面積が大きくなると、鉄心と
巻線との間の空間が大きくなり、巻線が大型化し、変圧
器使用時の銅損が増すうえ変圧器も大きくなるので好ま
しくない。これを避けるために、応力部材の断面積は、
該応力部材が張力を作用させる鉄心直辺部の断面積の５
％以下とするのがよい。

【００４７】応力部材の断面形状は任意である。鉄心の
断面形状が矩形である場合には、その平面に沿って鋼板
形状の応力部材を挟持させると、鉄心と巻き線間の空隙
を小さくできるので好ましい。鉄心の断面形状が円弧状
のものである場合には、応力部材は、断面が矩形や円形
の棒鋼や形鋼などを用いても構わない。

【００４８】鉄心の脚部２に応力部材を配する場合に
は、応力部材は変圧器の巻線の内径側に配設するのがよ
い。鉄心と巻き線間の空隙が小さいほど変圧器の効率が
優れるため、応力部材と鉄心直辺部との間隔は小さいほ
ど好ましく、両者が直接接触しているのが好ましい。

【００４９】支持部Ａは、応力部材からの力を受けてこ
れを鉄心に伝達するために設けるものである。支持部の
構成方法は任意であるが、図２に例示したように、鉄心
を鋼板から打ち抜く際に直辺部の端部や中間部などに突
起を設けるのがよい。

【００５０】応力部材９を鉄心の窓部１０側に配設する
場合には、相対する脚部またはヨーク部の間で応力部材
を直接挟持させてもよい。このような場合の本発明の支
持部とは、応力部材の両端が鉄心に接する部分を意味す
る。あるいは、鉄心とは別の支持物を鉄心の側面部に固
着して支持部としてもよい。

【００５１】さらに、支持部としては上記の形状や状態
に限定される必要はなく、応力部材に相対する位置に突
起物を配設し、その間に応力部材を挟持させてもよい。
例えば、応力部材を鉄心素材鋼板面に平行に配設する場
合には、鉄心に貫通孔１２を設け、この部分に鉄心の厚
さよりも長いボルトなどの支持部材を厚さ方向に貫通さ
せ、その両端部を支持部としてもよい。

【００５２】本発明の応力部材は、従来の一方向性珪素
鋼板を素材とした鉄心に使用しても効果が発揮される
が、二方向性珪素鋼板を素材とする鉄心に適用すれば特
に効果的である。その理由は、脚部の直辺部を圧延方向
に平行に、ヨーク部を幅方向にして板取りすることによ
り、一方向性珪素鋼板で生じることがあるコーナー部で
の効率低下が抑制されてエネルギー変換効率が向上す
る。さらに、上述したように鉄心の支持部の加工が容易
であるからである。

【００５３】さらに、二方向性珪素鋼板の中でも、結晶
粒径が３ｍｍ以下の、無張力下での磁歪が飛躍的に小さ
い二方向性珪素鋼板を素材とした鉄心に本発明の応力部
材を備えさせると、これまでにない低騒音、かつ、低損
失の鉄心が得られる。

【００５４】応力部材９を支持部Ａ間に挟持させる方法
は任意であるが、例えば、所定の圧縮代が得られるよう
に支持部間の距離よりも長くした応力部材を用意し、こ
れを冷却して収縮させたり、弾性限界内での曲げ変形ま
たは長さ方向の圧縮変形を加えるなどの方法で、その長
さを支持部間の距離よりも短くし、これを支持部間に挿
入し、次いで真直にして、直辺部に平行に挟持させるな
どの方法が好適である。

【００５５】本発明の応力部材を備える鉄心の形態は任
意であり、公知のＵ字型鉄心やＥＩ型鉄心に用いること
ができるが、特に、電力用の三相三脚型積み鉄心のよう
に比較的大型の鉄心に適用するのが効果が大きく好適で
ある。

【００５６】

【実施例】（実施例１）厚さが０．３ｍｍである一方向
性珪素鋼板および二方向性珪素鋼板を素材として使用し
た。いずれの素材とも、張力コーティングは施していな
い。これらの素材の鉄損と磁束密度を単板磁化測定装置
を用いて測定した。また、圧延方向（０°方向）または
幅方向（９０°方向）に１．０ｋｇｆ／ｍｍ² の張力を
作用させた場合のそれぞれの方向での鉄損も測定した。
さらに、１．７Ｔまで磁化した際の磁歪（λ_p-p ）を、
張力がない素材および１．０ｋｇｆ／ｍｍ² の張力を作
用させた素材について測定した。

【００５７】表１に、これらの素材の特性を示した。二
方向性珪素鋼板の内、鋼板記号Ｂ１は平均結晶粒径が大
きく、Ｂ２は平均結晶粒径が３ｍｍ以下のものである。

【００５８】

【表１】

【００５９】図３は、上述の方法で測定した鋼板記号Ａ
の一方向性珪素鋼板の磁化の強さと磁歪の関係を示すグ
ラフである。曲線ａは張力を作用させなかった場合、曲
線ｂは上記張力を作用させた場合である。

【００６０】図４は、同様の方法で測定した鋼板記号Ｂ
２の二方向性珪素鋼板の磁化の強さと磁歪の関係を示す
グラフである。曲線ａは張力を作用させなかった場合、
曲線ｂは上記張力を作用させた場合である。

【００６１】表１および図３からわかるように、素材と
した一方向性珪素鋼板の磁歪は、無張力下では磁化の強
さによらず正の磁歪を示したが、張力を付加すると、磁
化過程で磁歪は一旦負の値を示した後、磁化が１．５Ｔ
を超えると増加し始め、１．７Ｔを超えた磁化領域で正
の磁歪となった。

【００６２】他方、図４に示されているように、鋼板記
号Ｂ２の二方向性珪素鋼板では、張力有無に関わらず磁
歪は常に正であり、磁化の増大と共に単調に増加した。
また、張力付加時の磁歪は常に１０^-6以下の小さな値で
あった。

【００６３】これらの素材から、鉄心片を打ち抜いて２
種類のモデル積み鉄心を作製し、応力部材による張力付
加をおこなった場合と、応力部材を備えず、張力を付加
しなかった場合の鉄心としての諸特性を調査した。

【００６４】図２は、変圧器のモデルとした３相３脚の
ラップジョイント方式の積み鉄心の形状を概念的に示し
た模式図である。これをモデルIII と記す。鉄心片の積
み枚数は７５枚とした。鉄心の寸法は、脚部の幅Ｌ１：
１５０ｍｍ、ヨーク部の幅Ｌ２：１５０ｍｍ、全体の高
さＨ：７５０ｍｍ、幅Ｗ：７５０ｍｍとした。モデル鉄
心の脚部およびヨーク部の外周および窓側の直辺部合計
１４個所に、短冊状のオーステナイト系ステンレス鋼板
を応力部材として挟持させた。応力部材９の寸法は、厚
さ：１．５ｍｍ、幅：２２．５ｍｍ（積み厚と同一寸
法）であり、長さはいずれも支持部Ａ間の距離よりも
０．２％長いものを用いた。

【００６５】図５は、他のモデルとした鉄心片を一体に
して打ち抜いた単相の積み鉄心の形状を概念的に示した
模式図である。これをモデルIIと記す。鉄心片の積み枚
数は５０枚とした。鉄心の寸法は、脚部の幅Ｌ３：１０
０ｍｍ、ヨーク部の幅Ｌ４：１００ｍｍ、全体の高さ
Ｈ：５００ｍｍ、幅Ｗ：３５０ｍｍとした。応力部材に
は、厚さ：０．８ｍｍ、幅：１５ｍｍ（積み厚と同一寸
法）で、長さがいずれも支持部間の距離よりも０．２％
長い短冊状のオーステナイト系ステンレス鋼板（圧縮
代：０．２％）を用いた。応力部材の設置個所は合計８
個所である。

【００６６】応力部材はいずれも−１００℃まで冷却
し、熱収縮させた後支持部間に挿入して挟持した。な
お、ここで用いたオーステナイト系ステンレス鋼板の線
膨張係数は１７×１０^-6であり、温度差１２０℃で０．
２％伸縮するものである。

【００６７】鉄心の直辺部に作用している張力は、応力
部材の収縮率からその弾性回復力を計算し、鉄心の断面
積で除して求めた。

【００６８】上記のような構成のモデル鉄心の脚部に１
次、２次コイルをそれぞれ６０ターン巻きつけ、１次コ
イルに周波数５０Ｈｚの交流を通じて励磁した。鉄心の
磁束密度は１．７Ｔとした。ヨーク部の直上３００ｍｍ
の位置にマイクロフォンを設け（図示せず）、ＪＩＳ−
Ｃ１５０５（１９８８）に規定されるＡスケール補正回
路を用いて騒音を測定した。また、上述の条件で励磁し
た場合の鉄損を公知の方法により測定し、鉄心素材の鉄
損に対する鉄心の鉄損の比率（ビルディングファクタ
ー、以下「ＢＦ」とも記す）を測定した。なお、いずれ
のモデル共、比較例として、応力部材を備えない場合に
ついても同様に評価した。表２に、上記の測定の結果得
られた特性値を示す。

【００６９】

【表２】

【００７０】表２の試験番号１および３の結果に示され
ているように、本発明の応力部材を備えた三相三脚鉄心
（モデルIII)の騒音は、一方向性珪素鋼板を素材とした
場合に６ｄＢ低下し、平均結晶粒径が３ｍｍ以下の二方
向性珪素鋼板Ｂ２を素材として用いた場合（試験番号
３）に１５ｄＢ低下した。騒音の絶対値レベルは、いず
れも低くて良好であるが、特に、鋼板記号Ｂ２を素材と
した試験番号３では良好であり、試験番号１に比較する
と７ｄＢ低かった。これは、素材の磁歪が小さいことに
加えて磁歪曲線が、磁化の増加に伴って単調に増加する
形であるために磁歪振動の高調波成分が少ないためであ
る。

【００７１】本発明の応力付加により、３相３脚鉄心の
鉄損も改善されたが、その改善状況は鋼板記号Ｂ２の二
方向性珪素鋼板を用いた場合に特に良好であった。これ
は、素材の鉄損が小さいことに加えて、鉄心に組み上げ
た際の鉄損の増加率（ビルディングファクター：ＢＦ）
が小さいことによる。ＢＦは一方向性珪素鋼板で１．１
８、二方向性珪素鋼板で１．０１であった。また、二方
向性珪素鋼板では、張力付与により、ＢＦも低下した。
平均結晶粒径が大きい二方向性珪素鋼板Ｂ１を素材とし
た場合にも、本発明の張力付加により騒音と鉄損が改善
されるが、その程度は僅かである。

【００７２】（実施例２）表１に記載の鋼板記号Ｂ２の
二方向性珪素鋼板を素材とし、実施例１で用いたモデル
III と同一寸法の３相３脚のラップジョイント方式の積
み鉄心に、実施例１で使用したのと同様の熱膨張特性を
有するオーステナイト系ステンレス鋼板の厚さを種々変
更した応力部材を、実施例１と同様の位置に配設し、直
辺部に作用する張力を種々変更したモデル変圧器を作製
した。長さを、圧縮代が実施例１と同様に０．２％にな
るように調整した応力部材を、実施例１と同様に冷却
し、熱収縮させた後支持部間に挿入して挟持した。鉄心
の直辺部に作用している張力は、実施例１と同様の方法
で計算した。

【００７３】上記のような構成のモデル鉄心の脚部に実
施例１と同様に１次、２次コイルを巻きつけ、励磁し、
同様の方法で騒音と鉄損を測定した。表３に、上記の測
定の結果得られた特性値を示す。

【００７４】

【表３】

【００７５】表３の結果からわかるように、鉄心に作用
する張力が０．３ｋｇｆ／ｍｍ² および１．２ｋｇｆ／
ｍｍ² の場合に特に騒音が低く、その場合には鉄損も低
くて特に良好であった。

【００７６】

【発明の効果】本発明の低損失低騒音積み鉄心は、従来
の一方向性珪素鋼板を用いた鉄心に比較して大幅に騒音
と損失特性が向上している。このため、騒音対策が容易
であるうえ長期使用時のエネルギー効率が優れるので、
特に大型の変圧器用鉄心として経済性にすぐれ、好適で
ある。本発明の低損失低騒音積み鉄心は構造が簡単であ
り、容易かつ経済的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】三相三脚型変圧器の鉄心片の積層状況の例を示
す斜視図である。

【図２】本発明の実施例に関わる、変圧器のモデルとし
た３相３脚のラップジョイント方式の積み鉄心での応力
部材の配設場所を概念的に示した模式図である。

【図３】一方向性珪素鋼板の磁化の強さと磁歪の関係を
示すグラフである。

【図４】二方向性珪素鋼板の磁化の強さと磁歪の関係を
示すグラフである。

【図５】変圧器のモデルとした鉄心片を一体にして打ち
抜いた単相の積み鉄心の形状を概念的に示した模式図で
ある。

【符号の説明】

１：鉄心、２：脚部、３：ヨーク部、４：脚部とヨーク
部がＬ字型に交わるコーナー部、４_T ：脚部とヨーク部
がＴ字型に交わるコーナー部、５：直辺部、８：磁束、
９：応力部材、１０：窓部、１１：スリット部、１２：
貫通孔、Ａ：支持部、ＲＤ：圧延方向。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 27/33 Ｈ０１Ｆ 27/33 27/34 27/34 (72)発明者 佐野 直幸 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金 属工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5E058 AA40 BB20 5E062 AA01 AC01 AC05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板を積層して形成される積み鉄心であ
   って、弾性限界内で圧縮変形された応力部材が、鉄心に
   設けられた支持部間に、その直辺部に平行に挟持されて
   いることを特徴とする低損失低騒音積み鉄心。
2. 【請求項２】 該応力部材の弾性回復力により、０．１
   〜２．０Ｋｇｆ／ｍｍ² の張力が鉄心の直辺部に付加さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の低損失低騒
   音積み鉄心。
3. 【請求項３】 積み鉄心素材の鋼板が、平均結晶粒径が
   ３ｍｍ以下の二方向性珪素鋼板であることを特徴とする
   請求項１または２に記載の低損失低騒音積み鉄心。
4. 【請求項４】 支持部間の距離よりも所定の量だけ長い
   寸法を有する応力部材を、収縮または弾性限界内で曲げ
   変形させて支持部間に挿嵌し、直辺部に平行に挟持させ
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の低
   損失低騒音積み鉄心の製造方法。