JP2002524866A - 変圧器の磁心 - Google Patents
変圧器の磁心Info
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Abstract
Description
部を有する三相および単相の磁心に関するものである。
には端部と端部がしっかり取り付けられた長方形に切断された変圧器用のプレー
トによって形成され、そのいる。これらの変圧器においては、磁場が端部を通っ
てプレートからプレートへ通過し、磁場が不必要に長い距離を移動しなければな
らず、しかも必ずしも磁場が磁気の方向に沿っていないという欠点がある。
ある、本質的に円形断面を有する脚部を得るために尽力している。しかし効率性
と生産需要量の間にはつねに生じる矛盾があるため、非円形脚部を有する最適で
はない変圧器の磁心が製造される結果に至っている。
効率性は、単相変圧器では円形断面、三相変圧器では半円形断面が形成されるよ
うに、ストリップの幅を変えて切断し、リング状に巻きつけることによって、高
めることができる。この方法では大量の廃棄物が発生し、巻きつけ作業も時間を
要するものである。
電気鋼製ストリップを用いて変圧器磁心を製造する方法を開示している。適切な
テーパを選択することによって、磁心の脚部の断面は、六角形あるいは円形断面
を近似する六角形よりも高位の多角形に形成される。しかし、テーパ状ストリッ
プの製造は困難で時間を要するものであり、その形状は大規模な製造に適するも
のではない。
その全体を符号10として示す。磁心は、図1の等角図が示すように、総体的に
はデルタ形で、3つの脚部がヨーク部によって相互連結している。図1aは、最
終組立て前の、磁心の断面図を示している。磁心は3つの同一のリング状部12
、13および14を備え、その全体形状は、図1に示されている。各リング状部
は、六角形の断面を備えた2つの脚部の半分を満たしており(図1a参照)、従
って合わせて三相変圧器の3つの脚部を形成する。リング状部には、初めに一定
幅のストリップを用いて、2つの角が60度、残り2つの角が120度の菱形状
断面を有する3つの同一のリング12a、13a、14aを巻きつける。これら
のリング12a、13a、14aが基本リングとなる。ストリップの方向もまた
図1aおよび1bに示されている。
2b、13b、14bが位置する。外側リングには幅が一定に減少するストリッ
プが巻きつけられている。
巻いた3つの六角形の脚部が形成される。 この解決手段における欠点は、変圧器の大きさが異なる毎に、それに合わせた
ストリップの切断をしなくてはならない点である。また、外側リング12b−1
4bは徐々に細くなるストリップから形成されているため、廃棄物質のもととな
り、マンデルソン型の変圧器の製造を困難とする原因でもある。
2,498,747号、米国特許第2,400,184号、米国特許第2,54
4,871号。
。 (発明の目的) 本発明の目的は、エネルギーの損失を最小限に抑える変圧器の磁心を提供する
ことである。別の目的は、製造が容易で廃棄物質の排出を抑えた変圧器の磁心を
提供することである。別の目的は、大型製品にも充分に適合する変圧器の製造方
法を提供することである。
、一定幅のストリップを巻きつけることの実現化に基づくものである。 本発明は、少なくとも1つの脚部および少なくとも1つのヨーク部を有し、前
記少なくとも1つの脚部の断面が4角形以上の正多角形である変圧器の磁心にお
いて、同磁心は一定幅のストリップを巻きつけたリング部から形成されることを
特徴とする変圧器の磁針を提供している。
を加えない。 図2は、本発明の三相変圧器磁心を示すものであり、その全体を符号20とし
て示す。その全体の形は、図1に示した略デルタ型である従来技術の変圧器用磁
心に類似するが、それとは全く異なった方法で設計される。
および24によって形成されている。リングの幅は幅広と幅狭の2種類があり、
幅狭リングは幅広リングの半分の幅のストリップにより形成されている。また、
同リングの高さも、高、低の2種類があり、低いリングの高さは高いリングの半
分の高さである。特記のない限り、この定義は詳細な説明を通じて使用される。
ストリップは好ましくは変圧用プレートから作られている。
幅広の高い基本リング22a−24aを有する。従って、これらのリング一対に
よって、六角形脚部における4つの側面が形成される。残りの脚部の菱形面は、
異なる方法で形成される(図2aおよび2b参照)。
面が形成されている。1つめの長斜方形は、符号24bとして示すと共にリング
部分24に属し、幅広の低いリングである。2つめの長斜方形は、符号22bと
して示すと共にリング部分22に属し、幅狭の高いリングである。
なる菱形断面が形成されている。長斜方形はリング状部22に属する幅狭の高い
リング22bで満たされている。また、2つの菱形はリング状部23に属する2
つの幅狭の低いリング23bおよび23cによって満たされている。
ら、更なる菱形断面が形成されている。長斜方形は、リング状部24に属する幅
広の低いリング24bによって満たされている。2つの菱形は、リング状部23
に属する2つの幅狭の低いリング23bおよび23cによって満たされている。
リング状部23が1つの大きいリングではなく、2つの小さいリングを備えてい
るのは、大きいリングの場合、左脚部27に必要とされるように幅狭で高いこと
と、右脚部26に必要とされるように幅広で低いことをどちらも満たすことはで
きないためである。それゆえに2つの幅狭の低いリングが用いられている。
が、すべて大型の菱形断面を有する基本リング1つに、長斜方形断面を有するリ
ング1つもしくは小型の菱形断面を有するリング2つを合わせて形成される。こ
れによってすべてのヨークの全体的な断面が同一になる。
れ得る。ここで、図3aおよび3bに関して第2実施形態を説明する。全体を符
号30として示す磁心は、上述の第1実施形態と、同じ全体形状を有している。
しかし、この実施形態において、磁心は同一のリング状部32−34を備えてい
る。このうち、最も右側の32について記述する。リング状部32−34は、図
2に示したリング状部23に類似する。第1の脚部35において、リング状部3
2は2つの幅狭の低いリング32bおよび32cを有し、32cはリング32b
の外側に巻かれる。第2の脚部36においては、リング32は2つのリング32
bおよび32cを有し、それぞれが隣あわせに配置されている(図3a参照)。
従ってすべて同一の型を用いて3つのリング状部32−34を製造できるため、
磁心の製造は、生産量には左右されるが、概して簡略化することができる。
れに合わせてヨーク部も屈曲させることである。これによってヨーク部に更なる
空間が必要となり、ヨークを簡単に屈曲させることはできなくなる。幅狭の高い
リングを用いて、前述のように回転させ曲げることもまた可能ではあるが困難で
ある。複数の小さな部分を備えたリングを始めとする、更なる変形例も可能であ
る。
心について説明する。八角形断面においては、例えば後ろの脚部45において、
その側面が45度の角度をなしており、すなわち互いに135度の相対角度をも
っている。従ってそれぞれ45度の角度を有する3つの斜方形によって、磁心の
脚部の最も内側端には空間が設けられる。これら3つの斜方形の外側には、正方
形断面を有するリングによって2つの正方形が形成される。最後に、1つの菱形
が脚部の八角形断面の残り部分を占めている。
グの断面を形成する。残りの3つの副断面は、第3の脚部47に向かう外形リン
グの断面を形成する。第2および第3の脚部46、47を連結する外形リングも
存在する。
リング42a、43a、44aはその断面が菱形で、そのヨーク部は15度傾斜
している。第1リングの外側に位置する第2のリング42b、43b、44bは
、正方形で第1のリング42a、43a、44aの形状に準じている。
、2つの外側の菱形は外側リングの断面を形成し、そのヨーク部は15度傾斜し
ている。また2つの内側の菱形は、内側リングを形成し60度傾斜している。こ
こで次のリングは、一方の脚部に外側の菱形、他方の脚部内に内側の菱形を形成
し、30度傾斜したものでなければならない。リングを60度傾斜させることは
困難で、また外側および内側両方が菱形断面であるリングが必然的に配置される
ため、外形リングは1つの種類であることが好ましい。
ろの脚部45の最も外側かつ右脚部46の内側に配置されている。これら脚部の
菱形は、リングの外側ストリップを右脚部46の位置では右側に、後ろ脚部45
の位置では左側に動かすことによって形成される。さらに、脚部は非対称的に3
0度回転し、それによってヨーク部も屈曲する。同リングは他の2つのリングの
外側に位置する状態になる。この最終の状態が図4に示されている。
ングは、すべて同数の脚部を有する4つのリングを備えている。それぞれの脚部
に対して菱形断面を有する第1のリング50a、第2リング50b、および第3
リング50cは10面断面に接している。従って、同リングはそれぞれ36度、
72度、108度の角度を持ち、ヨーク部は24度曲がる。角度36度の長斜方
形の断面を有する第4のリング50dは、主に第1リング50aに接して位置す
る。その50dの脚部は外方向に24度傾斜しており、それによってヨーク部の
48度の屈曲が生じる。また第4リングによって、第3リング50cのヨーク部
が大きく曲げられ、空間が設けられる。第5リング50eは、第3リング50c
の外側に位置する場合はその脚部に対する断面が角度144度の菱形で、第4リ
ング50dの外側に位置する場合は角度72度の菱形断面を有する。そのヨーク
部はわずか12度の屈曲である。図の矢印は、同2つの断面50eが異なる外形
リングに属していることを示している。脚部の冷却に適した溝51も配置されて
いる。他の実施形態では、この溝がリングで充填されている。これは、磁場をリ
ング間に生じさせることによってリングが連動する場合に有利である。例えば、
リング50cの上部に新たに72度の角度で菱形断面を配することによって空間
を確保することができ、これによって溝52aおよび52bが形成される。さら
に、右リング50cの部分をリング50eの方向へ押すことによって、空間53
aおよび53bが形成される。
磁心を示しており、その全体は符号60で示される。外形リングはそれぞれ30
度、60度、90度、120度の菱形断面を有する4つのリング60a−dによ
って形成されている。またそれらは、12面の断面に接し、15度傾斜している
。これらのリングの内側には、それぞれ30度、60度の菱形断面を有する2つ
のリング60eおよび60fが位置し、外側に15度傾斜している。第5,第6
のリング60eおよび60fに付随して、角度30度の菱形断面を有し、外側に
45度傾斜しているリング60g用の空間が形成されている。リング60gのも
う一方の脚部に対する断面は長方形で、第6のリング60fの外側に位置し、外
側に15度傾斜している。リング60dの上部には、150度の菱形断面を有す
るリング60h用の空間があり、60hのもう一方の断面は長方形でリング60
dおよび外側リング60fに接している。これですべての断面が満たされたこと
になる。ヨーク部はさらに他のヨーク部用の空間をつくるために大きく屈曲し分
離している。
れる(図7参照)。変圧器の第1巻き線と第2巻き線の間にストリップを巻いた
磁心29を追加することによって、漏れインダクタンスは容易に増加され得る。
ストリップは上部と下部で接合される。同ストリップは第1巻き線全体に広げる
こともでき、また一箇所にまとめて第2の巻き線を偏心することも可能である。
の状態におでは磁場が生じない。電圧位相における共通要素は、第3次調波と同
様に中心脚部によって作用される。
る。 1つの実施形態において、中心脚部は、ストリップを巻いた高さが幅の3倍で
ある3つの長方形の柱80によって形成され、互いに正方形の断面に接する状態
で配置されている(図8参照)。これは好適な三角形で菱形の断面を有する柱か
らなる特別開発品で、3本の柱がまとまってパケットを形成し、ストリップがそ
れぞれの柱に波状に向かっている(図9参照)。3つのパケットは、断面が若干
の距離をもって結合し、おおよそ三角形の断面を有する脚部を形成する。柱の端
は外側に曲がり、ヨーク部に達する。その屈曲をつくるため柱の間の間隔子が必
要となる。各パケット91a−c、92a−c、93a−cから1つの柱がそれ
ぞれのヨーク部に対して屈曲しているため、間隔子が磁気特性に影響を及ぼすこ
とはない。またストリップは、少なくとも1つの面において、間隔子と平行して
いる。
のストリップの巻き棒が有用である。ヨークに対する空隙を減ずるために螺旋の
端を幅広にすることも可能である。
る。同図は図4に関連する記述の磁心を示したものである。磁束の主要部分は、
それぞれが接し合う脚部間の一つの外形リングから別のリングへと流れる。これ
によって三角形のヨーク部に大きな磁束の回転が生じる。
である。これは、デルタ型磁心を有する変圧器よりも細い変圧器に有利である。
この型の変圧器は、例えば列車の車両への取り付けが望ましい。
は4つの45度の角度を有する菱形と2つの正方形とを有する。隣接する脚部の
間を通るリングは図に示されているが、外側の脚部の間を通るリングはほぼすべ
て隠れている。
らない。またヨーク部も折り曲げられ、互いを通すことができるものでなければ
ならない。いくつかの開発品があるが、その中の一つが図に示されている。リン
グの脚部分は外側、ヨーク部は内側に、あるいはその逆の状態で折り曲げられて
いる。ヨーク部の形状はプラスチックの可変限度によって制限されるが、その範
囲内ではさまざまな形状を形成することができる。図11に示されている原理は
、急な屈曲およびまっすぐなヨーク部を有することである。
とも可能である。 脚部115および中心脚部116の間のヨークは、いずれも22.5度屈曲し
ている菱形断面を有するリング112aおよび正方形の断面を有するリング11
2b、および脚部において67.5度傾斜している菱形リング112cによって
形成されている。リング112aおよび112bは、ヨーク部側に近い八面体に
組み込まれ、112cは反対側に組み込まれている。
114a−cにのみ配置される。左および右の脚部115および117の断面は
、中心脚部を通るリングが対称性を有するように、中心脚部116に対して鏡像
の関係にある。内側リング114aおよび114bは右側脚部117に最も近い
位置にある。しかし、脚部において正方形断面を有するリング114cは右側の
脚部の最も近い正方形断面に通じている。これは、外側脚部の間の正方形断面を
有するリング113aが、左側の脚部に接するようにすでに存在しているヨーク
部において外側に位置しているためである。
わりに大きく傾斜した折り返しを用いている。これは最も短いヨーク部を有する
リング114cを示すものである。折り返しは、ヨークの一端から他方の端まで
続いており、図11の118aが下方のヨーク部を、118bが上方のヨーク部
を表している。また、ヨーク部をいくつかの細いリングに細分することもできる
。
変圧器と同一の断面を有するが、その折り返しが巻き線の外側寄りに走っている
リングからなる、八角形断面を有する変圧器を示している。八角形の断面を保っ
たまま、リングを置き換えることは可能である。例えば、図中最も右側にまきつ
いているリングの左側でくくり上げることによってプレートの使用量を若干抑え
ることができる。その断面は長方形に近い菱形に変形すると思われる。
相型変圧器から2本の脚部を有する磁心をつくることができる。磁心は図13に
示されており、脚部は八角形断面を有するものである。3本の脚部の回転は45
度、屈曲は90である。長方形の断面を有するリング1つとその外側のリング2
つは変形しない。六角形脚部を有する磁心は同一幅のストリップを巻いた3つの
リングのみが必要となる。
の菱形を除いて回転はわずか22.5度である。その中心の菱形は67.5度回
転される。この菱形を、菱形に近い段状のリングに置き換えるとより現実的で、
図14に示されている。ストリップが円状に近づくようにさらに改良が施され、
それによって全体の断面も増加する。
全体に巻き薄い菱形リングを形成することが可能である。図15に示したように
菱形の中央に沿ってストリップを折りたたむと、2つの側面をひとつの平らな面
にして三角形が形成され、その三角形の側面は磁心に接している。幅を2/3、
高さを8/9にすることによって、最も内側のストリップの端にある折り目が、
図16に示したように台形の断面を形成する。断面を丸くすることも可能である
。
に近い断面を有する脚部を成形することが可能である。図17の右側脚部172
は、図17aに関連する例の中で説明されており、その横断面図が示されている
。最も内側にはリング173があり、幅は全幅の80%、高さは全幅の9%であ
る。図17aに示されるように、3つのリングが外接円に接している。
ストリップが残りの部分を満たす。 リング174は、六角形の外側に配置され得る。 他の実施形態が図17bに示されており、そこではリング174が幅広ストリ
ップを巻いた別のリングに置き換えられている。
かの利点の中でも、無負荷損の低減、重量の軽減、容積の低減、漏電の抑制、三
相変圧器の相の一致による調波の抑制、保守の簡素化は特筆すべき点である。
本技術に精通しておれば、これらが特許請求範囲において変更されうることは理
解されるものである。
器の磁心の等角図。
横断面図。
横断面図。
す配置を示す部分拡大図。
す配置を示す部分拡大図。
す配置を示す部分拡大図。
用磁心の横断面図。
拡大図。
拡大図。
拡大図。
Claims (20)
- 【請求項1】 少なくとも1本の脚部および少なくとも1つのヨーク部を有
し、前記少なくとも一本の脚部の断面が四角形以上の正多角形である変圧器の磁
心であって、前記磁心が一定幅のストリップを巻きつけたリングより形成される
ことを特徴とする変圧器の磁心。 - 【請求項2】 前記の少なくとも1本の脚部が六角形の断面を備えることを
特徴とする請求項1に記載の変圧器の磁心。 - 【請求項3】 9つのリングを有することを特徴とする請求項2に記載の変
圧器の磁心。 - 【請求項4】 第1の幅と第1の高さとを有する3つのリングおよび第1幅
の半分である第2の幅と第1の高さの半分である第2の高さとを備える6つのリ
ングを備えることを特徴とする請求項3に記載の変圧器の磁心。 - 【請求項5】 第1(32)、第2(33)および第3(34)のリング
状部と、各リング状部は、 第1の幅と第1の高さとを有するストリップを巻きつけた第1のリング(32
a、33a、および34a)と、前記リングは60度の2つの角度を有する菱形
であることと、 第1の幅に対して概ね半分の第2の幅と第1の高さに対して概ね半分の第2の
高さとを有するストリップを巻きつけた第2リング(32b、33b、および3
4b)と、前記第2リングは、菱形断面を有すると共に、前記第1リング(32
a、33a、および34a)の上に配置されることと、 第2の幅と第2の高さとを有するストリップが巻かれた第3リング(32c、
33cおよび34c)と、前記第2リングは、菱形断面を有すると共に、一部が
前記第2リングに隣接する前記第1リング( 32a、33aおよび34a) の上
に配置され、別の一部が前記第2リングの上に配置されることと、 を有し、 前記第1、2、3リング状部の組立てによって、六角形断面を有する脚部3本を
備えた三位相変圧器の磁心が形成されることを特徴とする請求項4に記載の変圧
器の磁心。 - 【請求項6】 7つのリングを有することを特徴とする請求項2に記載の変
圧器の磁心。 - 【請求項7】 第1の幅と第1の高さのストリップが巻かれ、2つの角が6
0度の菱形断面を有する第1(22a)、第2(23a)および第3(24a)
リングを備え、同第1、第2、第3リングが共に、三角形を形成するヨーク部を
形成する変圧器の磁針であって、 第1の幅と第1の高さの概ね半分の第2の高さとを有するストリップが巻かれ
た第4リング(24b)と、前記第4リングは菱形の断面を有すると共に、前記
第3リング(24a)上に配置されることと、 第1の幅の概ね半分である第2の幅と前記第1の高さとを有するストリップが
巻かれた第5リング(22b)と、前記第5リングは菱形の断面を有すると共に
、前記第1リング(22a)の上に配置されることと、 第2の幅と第2の高さとを有するストリップが巻かれた第6リング(23b)
と、前記第6リングは菱形の断面を有すると共に、前記第2リング(23a)の
上に配置されることと、 第2の幅と第2の高さとを有するストリップが巻かれた第7リング(23c)
と、前記第7リングは、菱形の断面を有すると共に、前記第2リング(23a)
および第6リング(23b)の上に配置されることと、 を有し、それによって六角形断面を有する3本の脚部を備えた三相変圧器の磁心
が形成されることを特徴とする請求項6に記載の変圧器の磁心。 - 【請求項8】 前記少なくとも1本の脚部が八角形断面を有することを特徴
とする請求項1に基づいた変圧器の磁心。 - 【請求項9】 第1、第2、第3の外形リングを備え、第1、第2、第3の
外形リングがそれぞれ2本の脚部および2つのヨーク部を含む3つのリング(4
2a、42bおよび42c)を有する変圧器の磁心であって、 第1リング(42a)は、脚部の外側表面が互いの方向に移動するように脚部
が45度の角度を有し、ヨーク部が15度屈曲しており、 第2リング(42b)は脚部の断面が正方形で、前記第1リング上に配置され
ており、 第3リング(42c)は脚部の断面が菱形で、第1の脚部が45度の角度を有
して主に前記第1リング( 42a) 上に配置されると共に、第2の脚部が135
度の角度を有して前記第2リングの上に配置されており、 前記第1、第2、第3の外形リングの組立てによって、八角形の断面を有する脚
部3本を備えた三相変圧器の磁心が形成されることを特徴とする請求項8に記載
の変圧器の磁心。 - 【請求項10】 前記の少なくとも一本の脚部が十角形の断面を有すること
を特徴とする、請求項1に記載の変圧器の磁心。 - 【請求項11】 第1、第2、および第3の外形リングを備え、第1、第2
、および第3の外形リングがそれぞれ2本の脚部および2つのヨーク部を含む5
つのリング(50a−e)を有する変圧器の磁心であって、 第1リング(50a)は断面が菱形で角度36度の脚部を有し、 第2リング(50b)は断面が菱形で角度72度の脚部を有し、 第3リング(50c)は断面が菱形で角度108度の脚部を有し、 第4リング(50d)は断面が菱形で角度36度の脚部を有し、主に第1リン
グ(50a)の上に配置され、外側に24度曲がったヨーク部を有し、 第5リング(50e)は、第3リング(50c)の上に配置される場合は、断
面が菱形で144度の角度を有する脚部を有するが、第4リング(50d)と、
第5リング(50e)外側の脚部の冷却に適切な溝(51)との外側に位置する
場合は、断面が菱形で角度72度の脚部を有し、 前記第1、第2、第3の外形リングの組立てによって十角形の断面を有する脚部
3本を備えた三相変圧器の磁心が形成されることを特徴とする請求項10に記載
の変圧器の磁心。 - 【請求項12】 第3リング(50c)の外側に角度72度の菱形断面を作
り、また第3リングのもう一方の外側脚部を脚部の状態を崩さずに第5リング(
50e)の方向に移動させることによって冷却溝(52a、52b、53a、5
3b)が形成されることを特徴とする請求項11に記載の変圧器の磁心。 - 【請求項13】 脚部の多角形断面と外径リングとを備えた変圧器の磁心で
あって、外径リングは、多角形断面角度は異なるが脚部は同一角度を向いた菱形
断面を有する、多角形断面に結合されるリングの第1束と、その内部の、角度は
異なるが脚部は同一角度を向いた菱形断面を有する、前記第1束に結合されるリ
ングの第2束とを有し、これはリング形成用空間がある限り内側に繰り返され、
同リングは、前記脚部のうちの1つではある断面が与えられ、他の脚部では異な
る角度を向いていることを特徴とする請求項10に記載の変圧器の磁心。 - 【請求項14】 すべてのリングが、60度の角度が2つ、120度の角度
が2つの菱形断面を有することを特徴とする請求項1に記載の変圧器の磁心。 - 【請求項15】 巻き線の間にストリップを巻いた磁心(70)を追加し、磁
心の上部と下部でストリップが結合していることを特徴とする請求項1に記載の
変圧器の磁心。 - 【請求項16】 少なくとも1本、多ければ整列された3本および束になっ
た3本( 図8および9) のストリップ支柱の中心に磁心を追加し、それら支柱は
各ヨーク方向へ曲がっていることを特徴とする請求項1に記載の変圧器の磁心。 - 【請求項17】 脚部の数が1本であることを特徴とする請求項1に記載の
変圧器の磁心。 - 【請求項18】 リングが変圧器の巻き線位置の外側に折れ曲がっているこ
とを特徴とする請求項17に記載の変圧器の磁心。 - 【請求項19】 脚部の数が2本であることを特徴とする請求項1に記載の
変圧器の磁心。 - 【請求項20】 脚部の断面および外接円の間が、薄いリングおよび/ある
いは若干幅広のストリップによって一部充填されていることを特徴とする請求項
1に記載の変圧器の磁心。
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