JP2006120879A

JP2006120879A - アモルファス巻鉄心変圧器

Info

Publication number: JP2006120879A
Application number: JP2004307580A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Endo; 博之遠藤
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【課題】
アモルファス巻鉄心変圧器の中身組立構造おいて、アモルファス巻鉄心の荷重がコイルに掛からず、鉄心のラップ作業においてもその作業性がコイルの仕上がり形状によらない構造とすることで鉄心特性を改善させる。同時に、鉄心とコイル間の絶縁作業性も改善する。
【解決手段】
アモルファス巻鉄心の内側に配置される鉄心固定金具の強度を上げ、その鉄心固定金具にアモルファス巻鉄心を掛け自立させる構造とした。また、アモルファス巻鉄心とコイル間の絶縁距離を一定に確保できる構造にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、アモルファス巻鉄心変圧器に関わり、アモルファス磁性薄帯を用いたアモルファス巻鉄心を有するアモルファス巻鉄心変圧器に関するものである。

巻鉄心構造を有するアモルファス巻鉄心変圧器は、積層されたアモルファス磁性薄帯（アモルファス巻鉄心）をコイルに巻回し，その両端をラップさせて製造される。図２にその従来構造を示す。固定金具４を内側に配置したアモルファス巻鉄心１ｂは、コイル支え６及び下締金具５に支えられたコイル２の端面に掛かる構造となっている。そのためコイル２には大きな荷重が掛かっていると同時に、鉄心とコイル間の絶縁距離を確保するための絶縁物３を必要としている。また、大容量器になるに従いアモルファス巻鉄心の質量が増大し、コイル２に掛かる荷重が大となり、鉄心とコイル間の絶縁距離の確保が困難となっている。

また、コイルの仕上がり形状には差異がありコイル２の端面は確実に平らでないために、従来のようなコイル２の端面にアモルファス巻鉄心１ｂが掛かる構造の場合、アモルファス巻鉄心１ｂのラップ成形作業に悪影響を及ぼし適切なラップ構造が得られずに鉄心特性が悪化する可能性が考えられる。また、アモルファス巻鉄心１ｂの荷重によりコイル２が潰れ変形してしまう可能性も考えられる。
また、特許文献１（特開平７−２２０９４１号公報）には、鉄心の内枠を鉄心の自重で変形しないよう剛性を持たせることが記載され、特許文献２（特開平５−６７５３３号公報）には、磁心の内側にコアボビンを、外周部に保護材を設け、磁心の形状変形に防止する子が記載されている。

特開平７−２２０９４１号公報特開平５−６７５３３号公報

アモルファス巻鉄心変圧器は、アモルファス巻鉄心をコイルに巻回しその両端をラップさせて製造され、コイルの端面に掛ける構造となっている。アモルファス巻鉄心の成形はコイルの仕上がり形状に関係するため、従来構造の場合、コイル端面は確実に平らでないためアモルファス巻鉄心の成形に悪影響を及ぼし鉄心特性が悪化する可能性が考えられる。また、アモルファス巻鉄心の荷重によりコイルが潰れ変形し絶縁距離が保てなくなる可能性も考えられる。

そこで本発明の目的は，アモルファス巻鉄心変圧器の中身組立構造おいて、アモルファス巻鉄心の荷重がコイルに掛かることなく、アモルファス巻鉄心自体が自立し、アモルファス巻鉄心のラップ成形作業がコイルの仕上がり形状によらない構造を提供することにある。

上記目的を達成するために，本発明ではアモルファス巻鉄心の内側に鉄心固定金具を配置し、その鉄心固定金具を支持することによって、アモルファス巻鉄心を自立させる構造とすることで、アモルファス巻鉄心の安定した成形を可能とし、ラップ作業性と鉄心特性を改善させる。

本発明によれば、アモルファス巻鉄心の荷重がコイルに掛かることなく、アモルファス巻鉄心自体が自立し、ラップ成形作業がコイルの仕上がり形状によらない構造とすることで，安定したラップ成形作業が可能となり鉄心特性の改善と鉄心とコイル間の絶縁作業性の改善を図ることができる。

以下、本発明に関わるアモルファス巻鉄心変圧器の中身組立構造の実施例を図面を用いて説明する。

本発明では，アモルファス巻鉄心を支持するためにアモルファス巻鉄心の内側、上下方向に１つ又は複数個の部材を設け、アモルファス巻鉄心を自立させる構造とする。

図１に示す実施例1は、アモルファス巻鉄心１ａの内側に配置される鉄心固定金具７ａの材料を圧延鋼板ＳＰＨＣ−ｔ３．２として強度を上げ、圧延鋼板ＳＰＨＣ−ｔ３．２（〜ｔ４．５）からなる下締金具５と絶縁板８の上に配置する。この鉄心固定金具７ａにアモルファス巻鉄心１ａを掛け自立させる構造とする。この構造により、アモルファス巻鉄心１ａの成形がコイル２の仕上がり形状に影響を受けずに安定した成形が可能となり、ラップ作業性と鉄心特性を改善することができる。

また図３の実施例２は、実施例１の鉄心固定金具７ａを分割形とすることで鉄心固定金具７ｂ下部のコイル端面巾仕上がり寸法が大となった場合にも対応できる構造である。

図４の実施例３は鉄心固定金具７ｃをＴ字形としアモルファス巻鉄心を支持させた構造である。

図５にアモルファス巻鉄心のラップ成形状態を示す。図５はアモルファス巻鉄心のステップラップ接合によるラップ方法であり、巻回したアモルファス材を突合せる構造となっている。この突合せ部分には、通常数ミリのギャップが確保されておりこのギャップが大きくなると磁気特性に悪影響が生じ、鉄心特性悪化の原因となる。この現象を確認するためにアモルファス巻鉄心の突合せ部分のギャップを設計値である３ｍｍした場合、また８ｍｍ（＋５ｍｍ）とした場合の２パターンについて実際に試作品を用いて鉄心特性を検証した。その結果を図６、７及び表１に示す。（測定周波数５０Ｈｚ）
図６、７は、それぞれ鉄損、皮相電力の相対値を示し、共にギャップ３ｍｍ、磁束密度１．４０Ｔ時の値を１とし表したものである。鉄損、皮相電力共にギャップ３ｍｍ場合に対しギャップ８ｍｍ場合ではいずれの値も悪化傾向を示した。表1は鉄損及び皮相電力の磁束密度1.４０Ｔ時における特性変化率を示す。

磁束密度1.４０Ｔ時の鉄損悪化率は＋１２％であり、皮相電力においては＋２０％と大きな悪化傾向を示した。また図６、７より確認できるように鉄損、皮相電力共に磁束密度１．３５Ｔ付近からギャップの違いによる影響が大きく表れているのが分かる。これらの試験結果よりアモルファス巻鉄心の安定した成形が鉄心特性の改善に大きく影響することが検証できた。

従来構造の場合は、前述の通りアモルファス巻鉄心のラップ成形はコイルの仕上がり形状に影響するため、必ずしもラップ接合部のギャップは常に一定ではない。よって、ラップ接合部のギャップが大となり鉄心特性が悪化している場合が考えられる。そこで本発明の中身組立構造の場合、鉄心固定金具にアモルファス巻鉄心を掛け自立させる構造であることから、アモルファス巻鉄心の成形はコイル仕上がり形状に影響を与えず常に安定したラップ成形が可能となる。よって、鉄心特性を改善することができ安定した特性値が得られることから、精度ある製品設計を図ることができる。

また本発明の中身組立構造の効果として、鉄心とコイル間の絶縁物が不要となることが上げられる。従来構造ではコイル端面にアモルファス巻鉄心が掛かる構造であるため、鉄心とコイル間には絶縁距離を確保するために絶縁物３が挿入されている。絶縁階級の大きい特別高圧変圧器（以下、特高変圧器）の場合、この絶縁距離も大きく確保する必要があり、その分鉄心とコイル間に挿入する絶縁物３が多く必要となり絶縁距離の確保が困難となっている。同時に、従来構造ではアモルファス巻鉄心１ａの荷重が鉄心とコイル間の絶縁物３に掛かるため、この絶縁物３を破損させてしまう原因にもなるという問題がある。そこで本発明の中身組立構造は、強度ある鉄心固定金具にアモルファス巻鉄心１ｂが掛かっている構造であり、コイル端面に荷重は掛からないので、鉄心とコイル間に必要な絶縁距離を確実に確保することができる。よって、鉄心とコイル間の絶縁物は不要となり、特に絶縁距離の確保が困難であった特高変圧器においての絶縁作業性を改善することができる。また、鉄心とコイル間には絶縁距離分の隙間ができることから、絶縁油の循環がスムーズとなり冷却効率の改善を図ることができる。

次に、アモルファス巻鉄心の製造工程に関わる本発明の効果を挙げる。アモルファス巻鉄心の製造工程は、始めにロール状に巻回された複数のリールの各々から供給されるアモルファス材を複数枚重ねて切断装置に供給し、設計値の厚さが得られるまでアモルファス材の供給、切断が繰返される。その後、鉄心成形に起因する応力を除去するための磁場中焼鈍を行なう。この際、従来では図８に示すような鉄心成形芯金９ａにより巻鉄心構造に成形し、磁場中焼鈍を行っている。そこで、本発明の構造においては図９に示すようにアモルファス巻鉄心の内側に配置される固定金具７ａを、磁場中焼鈍で使用する成形芯金と兼用し、図９のように鉄心固定金具７ａの変形を抑えるために固定治具１０を挿入し、磁場中焼鈍を行うことも可能となる。この場合、鉄心成形芯金と鉄心固定金具とを兼用することにより、磁場中焼鈍での鉄心状態を実際の組立状態においてもそのまま再現することができ、安定した特性値を得ることができる。

本発明の中身組立構造における第一の実施例の斜視図である。従来の中身組立構造例の斜視図である。本発明の中身組立構造における第二の実施例の斜視図である。本発明の中身組立構造における第三の実施例の斜視図である。鉄心ラップ接合部の詳細図である。鉄損特性の検証結果の図である。皮相電力の検証結果の図である。従来の磁場中焼鈍時の鉄心成形芯金取付状態である。本発明の磁場中焼鈍時の鉄心成形芯金取付状態である。

符号の説明

１ａ，１ｂ‥アモルファス鉄心、２‥コイル、３‥絶縁物、４‥鉄心固定金具
５‥下締金具、６‥コイル支え、７ａ，７ｂ，７ｃ‥鉄心固定金具（強度大）
８‥絶縁板、９ａ，９ｂ‥鉄心成形芯金、１０‥固定治具

Claims

アモルファス磁性薄帯により成形された巻鉄心を有するアモルファス巻鉄心変圧器において、
アモルファス巻鉄心の荷重がアモルファス巻鉄心の内側に配置される固定金具に掛かることによりコイルの変形を防止し、アモルファス巻鉄心のラップ成形作業時に安定した成形が可能となるようなアモルファス巻鉄心自体が自立した構造であることを特徴とするアモルファス巻鉄心変圧器。
請求項１のアモルファス巻鉄心変圧器において，
アモルファス巻鉄心とコイル間の絶縁距離を常時一定に確保できる構造であることを特徴とするアモルファス巻鉄心変圧器。
アモルファス巻鉄心を磁場中焼鈍する際に用いる成形芯金と，その後の中身組立時に用いるアモルファス巻鉄心の成形芯金である鉄心固定金具を兼用することを特徴とするアモルファス巻鉄心変圧器。