JP2002158117A - 静止誘導電器の鉄心構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鉄心に働く力を従来より減らす。 【解決手段】周回する鉄心１の一部が他より透磁率の小
さい磁性体８で形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、整流器用変圧器
や相間リアクトルなどの静止誘導電器の鉄心構造に関
し、特に、騒音が発生し難い静止誘導電器の鉄心構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の相間リアクトルの鉄心構
造を示す斜視図である。相間リアクトルの鉄心１が、下
部の水平ヨーク３Ｂと両側脚３Ａとからなるコの字状の
鉄心３と、上部の水平ヨーク４とで構成され、両側脚３
Ａと上部の水平ヨーク４との間に空隙５が介装されてい
る。

【０００３】図７における鉄心１でもって構成される相
間リアクトルは、３相星形結線変圧器が整流器に結線さ
れてなる多相整流装置に用いられるものである。すなわ
ち、多相整流装置は、２台の３相星形結線変圧器の出力
側が整流器を介して直流負荷の一方端に接続されるとと
もに、２台の３相星形結線変圧器の中性点側が鉄心１の
窓１１を貫通した後に直流負荷の他方端に接続される。
その際、２台の３相星形結線変圧器の中性点側からのリ
ードが、それぞれ鉄心１の窓１１を互いに逆方向に貫通
するように結線され、３相星形結線変圧器の間に循環電
流が流れるのが防止されている。しかしながら、２台の
３相星形結線変圧器のうち、どちらかの直流出力電流が
多くなると、その出力電流の値に応じた方向の磁束が鉄
心１内を流れ、その鉄心１が直流偏磁する。その場合の
磁束密度が大きいと鉄心１が飽和し、循環電流の防止機
能が失われてしまう。そのために、図７のように相間リ
アクトルの鉄心１には非磁性の空隙５が介装されてい
る。それによって、鉄心１の磁気抵抗が大きくなるの
で、磁束が飽和するまでの電流値が大きくなる。したが
って、２台の３相星形結線変圧器からの直流出力電流の
均衡が例えくずれても、鉄心１が直流偏磁し難くなりそ
の循環電流の防止機能が維持される。なお、図示されて
いないが、実際には空隙５には非磁性の絶縁物が介装さ
れ鉄心１の全体が上下から機械的に締め付けられてい
る。

【０００４】図８は、従来の整流器用変圧器の鉄心構造
を示す斜視図である。整流器用変圧器の鉄心２が、下部
の水平ヨーク６Ｃと両側脚６Ａと中央脚６Ｂとからなる
ヨの字状の鉄心６と、上部の水平ヨーク７とで構成さ
れ、両側脚６Ａおよび中央脚６Ｂと、上部の水平ヨーク
７との間に空隙５０が介装されている。整流器用変圧器
においては、両側脚６Ａにそれぞれ一次巻線と二次巻線
が巻回され、その二次巻線に整流器が接続される。中央
脚６Ｂは、両側脚６Ａで発生する磁束の位相差を補正す
るための帰路脚の役目を担っている。また、空隙５０
は、図７における空隙５と同様に、鉄心２の直流偏磁を
防止するためのものである。すなわち、整流器用変圧器
の二次巻線に接続される整流器の僅かな切り入れの時間
のずれにより、その二次巻線に流れる電流に直流分が発
生する。この直流分により、鉄心２が直流偏磁し飽和し
易くなる。鉄心２に非磁性の空隙５０が介装されること
によって、鉄心２の磁気抵抗が大きくなる。したがっ
て、磁束が飽和するまでの電流値が大きくなり、鉄心２
が直流偏磁し難くなる。なお、図示されていないが、実
際には空隙５０にも非磁性の絶縁物が介装され鉄心２の
全体が上下から機械的に締め付けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の静止誘導電器の鉄心構造には、空隙の存
在に起因する騒音を抑えるためにその鉄心の上下からの
締め付けを強固にしなければならないという問題があっ
た。すなわち、鉄心に空隙が介装されると鉄心を振動さ
せる力が発生し、その振動でもって騒音が起き易くな
る。鉄心の磁束密度をＢとすると、空隙の両側における
鉄心の端部に働く単位面積当たりの力Ｆ₀ は、

【０００６】

【数１】Ｆ₀ ＝Ｂ² ／（２μ₀ ） （１） となる。ここで、μ₀ は真空中の透磁率である。この力
Ｆ₀ が鉄心を振動させ、騒音を起こす。そのために、従
来は鉄心に空隙が存在する場合、その鉄心の上下を強固
に締め付けることによって、その騒音の発生を抑えてい
た。したがって、鉄心を機械的に締め付けるための構造
が大がかりになり、装置の大型化とコストアップとを招
いていた。この発明の目的は、鉄心に働く力を従来より
減らすことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によれば、周回する鉄心の一部が他より透
磁率の小さい磁性体で形成されてなるようにするとよ
い。それによって、鉄心の磁気抵抗が、透磁率の小さい
磁性体が介装されていない場合より大きくなるので、従
来のような鉄心に非磁性の空隙を介装した構成と同様
に、鉄心が直流偏磁し難くなる。また、（１）式と同様
に、鉄心の磁束密度をＢ、真空中の透磁率をμ₀ とする
と、透磁率の異なる磁性体の境界面に働く単位面積当た
りの力Ｆ₁ は、

【０００８】

【数２】Ｆ₁ ＝Ｂ² ／（２μ₀ ・μ_S ） （２） となる。μ_S は、透磁率の小さい方の磁性体の比透磁率
である。すなわち、力Ｆ₁ は（１）式における力Ｆ₀ を
μ_S 分の１にした値になる。磁性体の比透磁率は１以上
なので、それによって、鉄心を振動させる力が、従来の
ような鉄心に非磁性の空隙を介装した構成より減少する
ようになる。したがって、騒音を低減するために鉄心を
機械的に締め付ける構造を、従来のような鉄心に非磁性
の空隙を介装した構成の場合ほど大がかりにする必要が
なくなり、装置の小型化とコストダウンが可能になる。

【０００９】また、かかる構成において、前記鉄心が方
向性珪素鋼板でもって形成され、周回する前記鉄心の一
部では方向性珪素鋼板がその透磁率の大きい方向が周回
方向に対して所定の角度で交叉するように配設されると
ともに、周回する前記鉄心の他の部分では方向性珪素鋼
板がその透磁率の大きい方向が周回方向と同じ方向とな
るように配設されてなるようにするとよい。それによっ
て、鉄心の一部では方向性珪素鋼板がその透磁率の大き
い方向が周回方向と同じ方向ではなく所定の角度，例え
ば９０度で交叉するように配設されるので、その分だけ
鉄心を周回する磁気抵抗が大きくなり直流偏磁し難くな
る。また、前記鉄心の一部における周回方向での比透磁
率は他の部分における周回方向での比透磁率よりも小さ
いものの１以上の充分に大きい値なので、鉄心と振動さ
せる力が、従来のような鉄心に非磁性の空隙を介装した
構成より減少するようになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明を実施例に基づい
て説明する。図１は、この発明の実施例にかかる相間リ
アクトルの鉄心構造を示す斜視図であり、（Ａ）と
（Ｂ）は互いに異なる構造の例である。図１の（Ａ）
は、鉄心１の両側脚３Ａと上部の水平ヨーク４との間に
それぞれ磁性体８が介装され、この磁性体８の透磁率は
上部の水平ヨーク４の透磁率やコの字状鉄心３の透磁率
より小さい材料でもって形成されている。図１の（Ａ）
のその他は、図７の従来の構成と同じであり、従来と同
じ部分は同一参照符号を付けることによって詳細な説明
は省略する。すなわち、図７における空隙５に磁性体８
が嵌め込まれた構成になっている。それによって、磁束
が透磁率の小さい磁性体８を通るので、鉄心１を周回す
る磁気抵抗が磁性体８の介装されていない場合より大き
くなり鉄心１が直流偏磁し難くなる。しかも、磁性体８
の比透磁率をμ_S とすると、磁性体８の境界面に働く力
Ｆ₁ は、式（２）で述べられたように、従来のような非
磁性の空隙の場合に境界面に働く力のμ_S分の１という
小さいものとなる。それによって、鉄心１を振動させる
力が従来より減少し、騒音が低減される。したがって、
鉄心１を機械的に締め付けるための構造をそれ程大がか
りにする必要がなくなり、装置の小型化とコストダウン
が可能になる。磁性体８の材料としては、例えば、磁性
のある粉末を固めて成形した磁性粉末でもよく、その比
透磁率μ_S が５であれば、磁性体８の境界面に働く力Ｆ
₁ は，従来の空隙の場合の５分の１になる。なお、磁性
体８は、両側脚３Ａと下部の水平ヨーク３Ｂとの間に介
装されてもよい。

【００１１】図１の（Ｂ）は、鉄心１の上部の水平ヨー
ク４の途中に図１の（Ａ）と同様な材料である磁性体８
が介装された例であり、図１の（Ｂ）のその他は、図１
の（Ａ）の構成と同じである。それによっても、磁束が
透磁率の小さい磁性体８を通るので、鉄心１を周回する
磁気抵抗が磁性体８の介装されていない場合より大きく
なり鉄心１が直流偏磁し難くなる。しかも、磁性体８の
境界面に働く力Ｆ₁ は、従来のような非磁性の空隙の場
合に境界面に働く力のμ_S 分の１という小さいものとな
り、装置の小型化とコストダウンが可能になる。なお、
磁性体８は、両側脚３Ａや下部の水平ヨーク３Ｂの途中
に介装されてもよい。

【００１２】図２は、この発明の異なる実施例にかかる
相間リアクトルの鉄心構造を示す斜視図であり、（Ａ）
と（Ｂ）は互いに異なる構造の例である。図２の（Ａ）
は、鉄心１が、コの字状鉄心９と上部の水平ヨーク９Ｃ
とで構成されている。コの字状鉄心９は、いずれも方向
性珪素鋼板でもって形成された両側脚９Ａと下部の水平
ヨーク９Ｂからなる。両側脚９Ａは、その磁気抵抗の小
さい方向、すなわち、透磁率の大きい方向が矢印のよう
に上下方向に向けられ、下部の水平ヨーク９Ｂは、その
磁気抵抗の小さい方向が矢印のように左右方向に向けら
れている。一方、上部の水平ヨーク９Ｃは、その磁気抵
抗の小さい方向が矢印のように上下方向に向けられてい
る。両側脚９Ａと下部の水平ヨーク９Ｂとはそれらの端
部が４５度に切られた状態で接合されている。両側脚９
Ａと上部の水平ヨーク９Ｃとは、短冊型に形成され互い
に突き合わされた状態で接合されている。図２の（Ａ）
のその他は、図１の構成と同じである。上部の水平ヨー
ク９Ｃの磁気抵抗の小さい方向が左右方向，すなわち周
回方向に向けられてあれば鉄心１を周回する磁気抵抗が
小さくなって鉄心１が直流偏磁し易くなるが、図２の
（Ａ）の構成では、上部の水平ヨーク９Ｃの磁気抵抗の
小さい方向が上下方向，すなわち周回方向に直交する方
向に向けられているため、磁束が上部の水平ヨーク９Ｃ
の磁気抵抗の大きい左右方向を通るので、その分だけ鉄
心１を周回する磁気抵抗が大きくなり鉄心１が直流偏磁
し難くなる。しかも、上部の水平ヨーク９Ｃにおける周
回方向での比透磁率は、コの字状鉄心９における周回方
向での比透磁率より小さいものの１以上の充分に大きい
値なので、両側脚９Ａと上部の水平ヨーク９Ｃとの境界
面に働く力Ｆ₁ は、従来のような非磁性の空隙の場合に
境界面に働く力より小さいものとなり、装置の小型化と
コストダウンが可能になる。なお、上部の水平ヨーク９
Ｃは、その磁気抵抗が両側脚９Ａや下部の水平ヨーク９
Ｂの矢印方向の磁気抵抗より大きい無方向性の珪素鋼板
であってもよい。また、図２の（Ａ）の鉄心２は上下逆
に配されてあってもよい。

【００１３】図２の（Ｂ）は、鉄心１の上部の水平ヨー
ク９Ｄの途中に磁気抵抗の小さい方向が矢印のように上
下方向に向けられた水平ヨーク９Ｅが介装されている。
両側脚９Ａと上部の水平ヨーク９Ｄとはそれらの端部が
４５度に切られた状態で接合されている。また、上部の
水平ヨーク９Ｄ，９Ｅの端部同士は９０度に切られ互い
に突き合わされた状態で接合されている。図２の（Ｂ）
のその他は、図２の（Ａ）の構成と同じである。それに
よっても、磁束が上部の水平ヨーク９Ｅの磁気抵抗の大
きい方向を通るので、鉄心１を周回する磁気抵抗が大き
くなり鉄心１が直流偏磁し難くなる。しかも、上部の水
平ヨーク９Ｅにおける周回方向での比透磁率は、その他
の水平ヨーク９Ｄなどにおける周回方向での比透磁率よ
り小さいものの１以上の充分に大きい値であるので、水
平ヨーク９Ｄと水平ヨーク９Ｅとの境界面に働く力Ｆ₁
は、従来のような非磁性の空隙の場合に境界面に働く力
より小さいものとなり、装置の小型化とコストダウンが
可能になる。なお、上部の水平ヨーク９Ｅも、その磁気
抵抗が両側脚９Ａや下部の水平ヨーク９Ｂや上部の水平
ヨーク９Ｄの矢印方向の磁気抵抗より大きい無方向性の
珪素鋼板であってもよい。なお、図２の（Ｂ）の鉄心２
も上下逆に配されてあってもよい。

【００１４】図３は、この発明のさらに異なる実施例に
かかる整流器用変圧器の鉄心構造を示す斜視図である。
鉄心２の両側脚６Ａおよび中央脚６Ｂと、上部の水平ヨ
ーク７との間にそれぞれ磁性体８が介装され、この磁性
体８の透磁率は図１と同様な材料であり、上部の水平ヨ
ーク７の透磁率やヨの字状の鉄心６の透磁率より小さい
材料でもって形成されている。図３のその他は、図８の
従来の構成と同じであり、図８における空隙５０に磁性
体８が嵌め込まれた構成になっている。それによって、
磁束が透磁率の小さい磁性体８を通るので、鉄心２を周
回する磁気抵抗が磁性体８の介装されていない場合より
大きくなり鉄心１が直流偏磁し難くなる。しかも、鉄心
２を振動させる力が従来より減少し騒音が低減されるこ
とは、図１の場合と同様である。したがって、鉄心２を
機械的に締め付けるための構造をそれ程大がかりにする
必要がなくなり、装置の小型化とコストダウンが可能に
なる。なお、磁性体８は、両側脚６Ａおよび中央脚６Ｂ
と、下部の水平ヨーク６Ｃとの間に介装されてもよい。

【００１５】図４は、この発明のさらに異なる実施例に
かかる整流器用変圧器の鉄心構造を示す斜視図である。
鉄心２の上部の水平ヨーク７の途中の２個所に図１の
（Ａ）と同様な材料である磁性体８が介装されている。
磁性体８は上部の水平ヨーク７の両側脚６Ａと中央脚６
Ｂの間にそれぞれ介装されている。図４のその他は、図
３の構成と同じである。それによっても、磁束が透磁率
の小さい磁性体８を通るので、鉄心２を周回する磁気抵
抗が磁性体８の介装されていない場合より大きくなり鉄
心２が直流偏磁し難くなる。しかも、磁性体８の境界面
に働く力Ｆ₁ は、従来のような非磁性の空隙の場合に境
界面に働く力のμ_S 分の１という小さいものとなり、装
置の小型化とコストダウンが可能になる。なお、磁性体
８は、両側脚６Ａや中央脚６Ｂや下部の水平ヨーク６Ｃ
の途中に介装されてもよい。

【００１６】図５は、この発明のさらに異なる実施例に
かかる整流器用変圧器の鉄心構造を示す斜視図である。
鉄心２が、ヨの字状鉄心１０と上部の水平ヨーク１Ｄと
で構成されている。ヨの字状鉄心１０は、いずれも方向
性珪素鋼板でもって形成された両側脚１０Ａと中央脚１
０Ｃと下部の水平ヨーク１０Ｂからなる。両側脚１０Ａ
と中央脚１０Ｃは、その磁気抵抗の小さい方向、すなわ
ち、透磁率の大きい方向が矢印のように上下方向に向け
られ、下部の水平ヨーク１０Ｂは、その磁気抵抗の小さ
い方向が矢印のように左右方向に向けられている。一
方、上部の水平ヨーク１０Ｄは、その磁気抵抗の小さい
方向が矢印のように上下方向に向けられている。両側脚
１０Ａおよび中央脚１０Ｃと、下部の水平ヨーク１０Ｂ
とはそれらの端部が４５度に切られた状態でそれぞれ接
合されている。両側脚１０Ａおよび中央脚１０Ｃと、上
部の水平ヨーク１０Ｄとは、短冊型に形成され互いに突
き合わされた状態で接合されている。図５のその他は、
図３の構成と同じである。上部の水平ヨーク１０Ｄの磁
気抵抗の小さい方向が左右方向に向けられてあれば鉄心
２を周回する磁気抵抗が小さくなって鉄心１が直流偏磁
し易くなるが、磁束が上部の水平ヨーク１０Ｄの透磁率
の小さい左右方向を通るので、その分だけ鉄心２を周回
する磁気抵抗が大きくなり鉄心２が直流偏磁し難くな
る。しかも、両側脚１０Ａおよび中央脚１０Ｃと、上部
の水平ヨーク１０Ｄとの境界面に働く力Ｆ ₁ は、従来の
ような非磁性の空隙の場合に境界面に働く力のμ_S 分の
１という小さいものとなり、装置の小型化とコストダウ
ンが可能になる。なお、上部の水平ヨーク１０Ｄは、そ
の磁気抵抗が両側脚１０Ａや中央脚１０Ｃや下部の水平
ヨーク１０Ｂの矢印方向の磁気抵抗より大きい無方向性
の珪素鋼板であってもよい。また、図５の鉄心２は、上
下逆に配されてあってもよい。

【００１７】図６は、この発明のさらに異なる実施例に
かかる整流器用変圧器の鉄心構造を示す斜視図である。
鉄心２の上部の水平ヨーク１０Ｅの途中に磁気抵抗の小
さい方向が矢印のように上下方向に向けられた水平ヨー
ク１０Ｆが介装されている。両側脚１０Ａおよび中央脚
１０Ｃと、上部の水平ヨーク１０Ｅとはそれらの端部が
４５度に切られた状態で接合されている。また、上部の
水平ヨーク１０Ｅ，１０Ｆの端部同士は９０度に切られ
互いに突き合わされた状態で接合されている。図６のそ
の他は、図５の構成と同じである。それによっても、磁
束が上部の水平ヨーク１０Ｆの磁気抵抗の大きい方向を
通るので、鉄心２を周回する磁気抵抗が大きくなり鉄心
２が直流偏磁し難くなる。しかも、上部の水平ヨーク１
０Ｆにおける周回方向での比透磁率は、その他の水平ヨ
ーク１０Ｅなどにおける周回方向での比透磁率より小さ
いものの１以上の充分に大きい値であるので、水平ヨー
ク１０Ｆと水平ヨーク１０Ｅとの境界面に働く力Ｆ
₁ は、従来のような非磁性の空隙の場合に境界面に働く
力より小さいものとなり、装置の小型化とコストダウン
が可能になる。なお、上部の水平ヨーク１０Ｆも、その
磁気抵抗が両側脚１０Ａや中央脚１０Ｃや下部の水平ヨ
ーク１０Ｂや上部の水平ヨーク１０Ｅの矢印方向の磁気
抵抗より大きい無方向性の珪素鋼板であってもよい。ま
た、図６の鉄心２も、上下逆に配されてあってもよい。

【００１８】なお、上述の図２，５，６の実施例のよう
に、周回する鉄心を方向性珪素鋼板でもって形成し、鉄
心の一部では方向性珪素鋼板をその透磁率の大きい方向
が周回方向に直交するように配設されるとともに、鉄心
の他の部分では方向性珪素鋼板をその透磁率の大きい方
向が周回方向と同じ方向となるように配設される構成で
は、鉄心全体を１種類の磁性材料で構成することができ
るため、装置のコストをより低くすることが可能とな
る。

【００１９】また、上述の図２の実施例における水平ヨ
ーク９Ｃ，９Ｅ、図５の実施例における水平ヨーク１０
Ｄおよび図６の実施例における水平ヨーク１０Ｆは、そ
れぞれ透磁率の大きい方向を鉄心の周回方向に直交させ
たものであるが、本発明は、このような構成に限定され
るものではなく、透磁率の大きい方向が鉄心の周回方向
に９０度以外，例えば４５度で交叉する構成としてもよ
い。

【００２０】また、上述の図１ないし６の実施例はいず
れも上部および下部の水平ヨークを備えた１階建ての鉄
心構造に本発明を適用した構成を示すものであるが、本
発明は、このような１階建ての鉄心構造に限定されるも
のではなく、上部の水平ヨークと下部の水平ヨークとの
間に中間部の水平ヨークを備えた２階建てあるいは３階
建ての鉄心構造にも同様に適用することができる。

【００２１】また、上述の図１ないし６の実施例は、２
脚あるいは３脚の鉄心構造に本発明を適用した構成を示
すものであるが、本発明は、このような２脚あるいは３
脚の鉄心構造に限定されるものではなく、４脚あるいは
５脚の鉄心構造にも同様に適用することができる。

【００２２】

【発明の効果】この発明は前述のように、周回する鉄心
の一部が他より透磁率の小さい磁性体で形成されてなる
ようにすることによって、装置の小型化とコストダウン
が可能になる。また、かかる構成において、前記鉄心が
方向性珪素鋼板でもって形成され、周回する前記鉄心の
一部では方向性珪素鋼板がその透磁率の大きい方向が周
回方向に対して所定の角度で交叉するように配設される
とともに、周回する前記鉄心の他の部分では方向性珪素
鋼板がその透磁率の大きい方向が周回方向と同じ方向と
なるように配設されてなるようにすることによって、鉄
心全体を１種類の磁性材料で構成することができるよう
になるため、装置のコストをより低くすることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例にかかる相間リアクトルの鉄
心構造を示す斜視図であり、（Ａ）と（Ｂ）は互いに異
なる構造の例

【図２】この発明の異なる実施例にかかる相間リアクト
ルの鉄心構造を示す斜視図であり、（Ａ）と（Ｂ）は互
いに異なる構造の例

【図３】この発明のさらに異なる実施例にかかる整流器
用変圧器の鉄心構造を示す斜視図

【図４】この発明のさらに異なる実施例にかかる整流器
用変圧器の鉄心構造を示す斜視図

【図５】この発明のさらに異なる実施例にかかる整流器
用変圧器の鉄心構造を示す斜視図

【図６】この発明のさらに異なる実施例にかかる整流器
用変圧器の鉄心構造を示す斜視図

【図７】従来の相間リアクトルの鉄心構造を示す斜視図

【図８】従来の整流器用変圧器の鉄心構造を示す斜視図

【符号の説明】

１，２：鉄心、８：磁性体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周回する鉄心の一部が他より透磁率の小さ
   い磁性体で形成されてなることを特徴とする静止誘導電
   器の鉄心構造。
2. 【請求項２】請求項１に記載の静止誘導電器の鉄心構造
   において、前記鉄心が方向性珪素鋼板でもって形成さ
   れ、周回する前記鉄心の一部では方向性珪素鋼板がその
   透磁率の大きい方向が周回方向に対して所定の角度で交
   叉するように配設されるとともに、周回する前記鉄心の
   他の部分では方向性珪素鋼板がその透磁率の大きい方向
   が周回方向と同じ方向となるように配設されてなること
   を特徴とする静止誘導電器の鉄心構造。