JP2005056942A

JP2005056942A - 変圧器

Info

Publication number: JP2005056942A
Application number: JP2003206620A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Fujisaki; 敬介藤崎; Masato Enozono; 正人榎園
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: JP4818577B2

Abstract

【課題】縦部材と横部材との境界部において回転磁界が発生せず、磁歪が低減することによって騒音を抑制することができる変圧器を提供する。
【解決手段】鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固定した縦部材および横部材からなる変圧器であって、前記縦部材と横部材とは、方向性電磁鋼板を異なる方向に積層して構成することを特徴とする変圧器。好ましくは、前記変圧器の中央部における縦部材と横部材との２本の境界線の交点が、前記変圧器の外周または外周より外側に位置する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固定した縦部材および横部材からなる変圧器に関する。
具体的には、変圧用コイルを巻き付ける積層体に電磁鋼板を用いた変圧器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変圧器は、鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固定し、その周囲にコイルを巻き付けた構造となっている。
従来の変圧器は、鉄損を低減するために無方向性電磁鋼板（ＮＯ）または方向性電磁鋼板（ＧＯ）を積層することにより作られていた。
無方向性電磁鋼板は、図７に示すように、鋼板表面のどの方向にも一様な比透磁率を有する鋼板であって、比較的鉄損の小さい材料として広く用いられているが、長時間連続運転する変圧器に用いる材料としては十分な磁気特性が得られていなかった。
【０００３】
一方、方向性電磁鋼板は、図８に示すように、特定の方向の磁気特性に優れた鋼板であって、この方向性電磁鋼板を用いた従来の変圧器の構造を図４に示す。
変圧器を構成する鋼板を図４のように分割し、矢印で示した方向を磁化容易方向とする方向性電磁鋼板としていた。
しかし、変圧器を構成する縦部材１と横部材２との境界３においては、磁束の方向が変わるため境界３の周囲で回転磁界が生じて鉄損が大きくなったり、磁歪が多くなって騒音が大きくなったりするという問題点があった。
なお、方向性電磁鋼板の利用方法に関する従来技術文献としては、特開平７−６７２７２号公報に、電動機のステータの横部材と縦部材とを分割する構造とし、縦部材には円周方向を磁化容易方向とする方向性電磁鋼板（ＧＯ）を用い、横部材には径方向を磁化容易方向とする方向性電磁鋼板を用いることにより鉄損を低減する方法が開示されているが、変圧器への応用については検討されていなかった。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−６７２７２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決し、縦部材と横部材との境界部において回転磁界が発生せず、磁歪が低減することによって騒音を抑制することができる変圧器を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、変圧器を構成する縦部材と横部材の鋼板の積層方向を異なる方向にすることにより、縦部材と横部材との境界部において回転磁界が発生せず、磁歪が低減することによって騒音を抑制することができる変圧器を提供するものであり、その要旨は特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固定した縦部材および横部材からなる変圧器であって、前記縦部材と横部材とは、方向性電磁鋼板を異なる方向に積層して構成することを特徴とする変圧器。
（２）前記変圧器の中央部における縦部材と横部材との２本の境界線の交点が、前記変圧器の外周または外周より外側に位置することを特徴とする（１）に記載の変圧器。
（３）前記縦部材と横部材との境界線と、前記変圧器の内周とがなす角（θ）が、３０ｄｅｇ≦θ≦６０ｄｅｇであることを特徴とする（１）または（２）に記載の変圧器。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１乃至図６を用いて詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態である変圧器の構造を示す図である。
図１において、１は縦部材、２は横部材、３は変圧器の中央部における縦部材と横部材との境界線、を示す。
図１に示すように、本発明の変圧器は、縦部材１と、横部材２とから構成され、縦部材１と横部材とは、方向性電磁鋼板を異なる方向に積層されている。
図４に示す、従来の変圧器は、縦部材１と横部材２とが、同じ方向に積層されていたため、磁束が縦部材１と横部材２との境界部３を通過するときに、同じ平面内で磁束の向きが変ることから、この部分に磁気抵抗の大きい回転磁界が発生し、これによって、鉄損が著しく低下していた。
ここに、回転磁界とは、図１０に示すように、例えば、ｘ−ｙ平面内の位置によって磁気特性が曲線的に変化する磁界をいい、図９に示すような、直線的に変化する交番磁界と反対の概念である。
【０００８】
発明者らは、種々の形態の変圧器について鉄損を測定したところ、この回転磁界は、平面内で磁束の方向が変化する場所で発生し易く、図１に示す、縦部材１と横部材２との境界部３が交差する点が最も発生し易いことを見出した。
そこで、この回転磁界の発生を防止するためには、磁束の方向平面内で変化させなければよいことに想到し、縦部材１と横部材２との積層方向を異なる方向とすることによって、平面内での磁束の方向転換を少なくしたところ、回転磁界の発生が抑制され、鉄損を著しく低減することができた。
具体的には、本実施形態では、図１に示すように、縦部材１を構成する方向性電磁鋼板を変圧器の厚さ方向に積層し、横部材２を構成する方向性電磁鋼板を変圧器の幅方向に積層している。
ここに、図１に示すように、縦部材と横部材との２本の境界線が交差する点と横部材の外周との距離をｄとするとき、本実施形態はｄ＝０の場合を示す。
【０００９】
また、縦部材１および横部材２を構成する方向性電磁鋼板の磁化容易方向を図１の矢印で示すように変圧器の周方向とすることが好ましい。
磁束の流れる方向と方向性電磁鋼板の磁化容易方向とを合わせることにより磁束の流れをスムーズにし磁束（Ｂ）を強化することができる。
ここに、方向性電磁鋼板は、磁化容易方向が特定の方向である電磁鋼板であり、磁化容易方向については無方向性電磁鋼板より優れた磁気特性を有する。
例えば、図８に示すように、方向性電磁鋼板は、圧延方向の比透磁率μ_Ｒが、非圧延方向の比透磁率μ_Ｔに比べて著しく大きくなっており、圧延方向に磁束を流し易い性質を持っている。
方向性電磁鋼板を用いることにより、磁束の流れをスムーズにし、その結果、磁束（Ｂ）を強化することができるうえ、磁束が交差する部分に生じる磁気抵抗の大きい回転磁界の発生を防止することができ、変圧器における鉄損を低減することができる。
【００１０】
＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態である変圧器の構造を示す図である。
図２において、１は縦部材、２は横部材、３は変圧器の中央部における縦部材と横部材との境界線、を示す。
本実施形態においては、縦部材と横部材を構成する方向性電磁鋼板の積層方向を図１の場合と逆転させて、縦部材１を構成する方向性電磁鋼板を変圧器の幅方向に積層し、横部材２を構成する方向性電磁鋼板を変圧器の厚さ方向に積層しているほかは、第１の実施形態と同様である。
このように、縦部材１と横部材２との積層方向が異なっていれば、その方向はいずれでもかまわない。
なお、変圧器の外周のコーナー部においては、縦部材１と横部材２との境界線は交差しないが、縦部材１と横部材２との境界線において磁束が直角に曲がるので、縦部材と横部材とを構成する方向性電磁鋼板の積層方向を変えることによって回転磁界の発生を防止し、鉄損を著しく低減することができる。
なお、方向性電磁鋼板の磁化容易方向については、第１の実施形態と同様であるので省略する。
【００１１】
＜第３の実施形態＞
図３は、本発明の第３の実施形態である変圧器の構造を示す図である。
図３において、１は縦部材、２は横部材、３は変圧器の中央部における縦部材と横部材との境界線を示す。
図３は、変圧器の中央部における縦部材１と横部材２との２本の境界線の交点が変圧器の外周の外側に位置している実施形態を示す。従って、縦部材１と横部材２との２本の境界線の交点と、横部材２の外周面との距離ｄは、ｄ＜０となる。
この場合、縦部材と縦部材との境界線がなく、また、縦部材と横部材とを構成する方向性電磁鋼板の積層方向は異なる方向としているので、平面内で磁束の方向が変る点がなく、回転磁界の発生が防止できるので、最も鉄損を低減することができる。
なお、方向性電磁鋼板の磁化容易方向については、第１および第２の実施形態と同様であるので省略する。
【００１２】
＜第１〜第３共通の実施形態＞
図５は、本発明の第１乃至第３の実施形態に共通する変圧器の構造を示す図である。
図５において、１は縦部材、２は横部材、３は変圧器の中央部における縦部材と横部材との境界線を示す。
本実施形態においては、図５に示すように、縦部材１と横部材２との境界線３と変圧器の内周とのなす角（θ）を、３０ｄｅｇ≦θ≦６０ｄｅｇの範囲内にする。
その限定理由は以下の通りである。
【００１３】
図６は、方向性電磁鋼板の磁束の方向と鉄損との関係を示す図である。
図６の横軸は、磁束の方向（ｄｅｇ）であり、図５のα、βに相当する。
図６の縦軸は、鉄損（ｗ／ｋｇ）を例示するものであり、この例では、無方向性電磁鋼板（ＮＯ）は、磁束の方向が変っても鉄損は大きく変化しないが、方向性電磁鋼板（ＧＯ）では、磁束の方向が変ると鉄損が著しく大きくなるので、磁束の方向（α、β）は６０ｄｅｇ以下にすることが好ましい。
図５において、幾何学的に以下の関係が成り立つ。
α＝９０−θ
β＝θ
このα、βを６０ｄｅｇ以下にするためには、
０≦α＝９０−θ≦６０、および、
０≦β＝θ≦６０が必要条件となる。
従って、３０≦θ≦６０の範囲が好ましい範囲である。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、変圧器を構成する縦部材と横部材の鋼板の積層方向を異なる方向にすることにより、縦部材と横部材との境界部において回転磁界が発生せず、磁歪が低減することによって騒音を抑制することができる変圧器を提供することができ、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である変圧器の構造を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態である変圧器の構造を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態である変圧器の構造を示す図である。
【図４】従来の変圧器の構造を示す図である。
【図５】本発明の第１乃至第３の実施形態に共通する変圧器の構造を示す図である。
【図６】方向性電磁鋼板の磁束の方向と鉄損との関係を示す図である。
【図７】無方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
【図８】本発明に用いる方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
【図９】交番磁界の説明図である。
【図１０】回転磁界の説明図である。
【符号の説明】
１・・・縦部材、
２・・・横部材、
３・・・変圧器の中央部における縦部材と縦部材との境界線、

Claims

鋼板を複数枚、厚さ方向に積層・固定した縦部材および横部材からなる変圧器であって、前記縦部材と横部材とは、方向性電磁鋼板を異なる方向に積層して構成することを特徴とする変圧器。
前記変圧器の中央部における縦部材と横部材との２本の境界線の交点が、前記変圧器の外周または外周より外側に位置することを特徴とする請求項１に記載の変圧器。
前記縦部材と横部材との境界線と、前記変圧器の内周とがなす角（θ）が、３０ｄｅｇ≦θ≦６０ｄｅｇであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の変圧器。