JP2008218660A

JP2008218660A - リアクトル装置

Info

Publication number: JP2008218660A
Application number: JP2007053186A
Authority: JP
Inventors: Hidemasa Yamaguchi; 英正山口; Masao Hosokawa; 正雄細川; Kazumoto Fukui; 和元福井
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2008-09-18

Abstract

【課題】非晶質金属を用い、単純な鉄心構造でもフリンジングなどによる鉄損悪化を抑制し、低コストで高効率かつ大容量なリアクトル装置を実現する。
【解決手段】リング状のコアユニット１を複数個磁化方向に積み重ねた脚部を有するトロイダル状鉄心と、巻線とを備え、コアユニット１の一部または全部が非晶質金属にて構成され、非晶質金属を用いるコアユニットは非晶質金属を巻き回してなるリアクトル装置において、非晶質金属を巻き回したコアユニット１は、その最外層及び最内層の透磁率が、それぞれ中間層の透磁率より高い。非晶質金属を巻き回したコアユニット１は、磁気異方性を有し、かつ、磁気特性の良好な方向が巻線により励磁される磁化方向とは異なる。非晶質金属を用いるコアユニット１は、焼鈍温度を３００℃以下で行ったものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、リアクトル装置に係り、特に低損失な特性を有するリアクトル装置に関する。

配電系統においては、力率改善用のコンデンサーの接続などによって進み力率となり、系統の末端電圧が上昇するフェランチ現象が問題となっている。現在、この対策として配電線路にリアクトル装置を接続し電圧上昇を抑制する装置の適用が拡大している。一方、電力用機器は省エネルギー、環境負荷軽減のため低損失化ニーズが高まっており、リアクトル装置においても、低損失な装置の開発が課題となっている。

従来、リアクトル装置の鉄心材料にはけい素鋼板を使うことが一般的であり、その材料特性から、低鉄損材を用いても大幅な低損失化は実現不可能であった。現在、大幅な鉄損低減が可能な鉄心用磁性材料として、非晶質金属の適用が、変圧器を中心に進められている。ただし、リアクトル装置の場合、磁化電流を大きくするため、鉄心にギャップを設けるなどの構造が必要であり、非晶質金属の適用は進んでいない。

また、一部、特許文献１に非晶質金属をリアクトル装置に適用する方法が記載されているが、構造が複雑で、製造が困難であるなど課題があると考えられる。
特開平４−３４５００９号公報

従来技術のうち、けい素鋼板を用いることで低鉄損化を図る場合、鉄心の磁束密度を低く抑えた設計を行うことが一般的な方法として考えられるが、この方法では低損失化の限界があり、機器の寸法、質量も著しく増大する。また、特許文献１では、非晶質金属を用いて、低損失なリアクトル用鉄心の構造、製造方法が記載されているが、フリンジング対策などのため、複雑な鉄心構造となっている。

本発明では、非晶質金属を用い、単純な鉄心構造でもフリンジングなどによる鉄損悪化を抑制し、低コストで高効率かつ大容量なリアクトル装置を提供することを目的とする。

本発明では、上記課題を解決するため、非晶質金属を巻きまわして製作するトロイダル状のコアユニットを複数個磁化方向に積み重ねることで鉄心脚部を構成し、このコアユニットの製造に関しては、適切な焼鈍方法および鉄心構造を適用することにより、フリンジングの抑制、鉄損の低減、磁化電流の増大を実現する。なお、適切な焼鈍方法とは、（１）コアユニット外周部に断熱材を配置し、入熱量を抑制することで、外周部の非晶質金属の残存応力の改善を抑制し、コアの内外周での透磁率格差をつける。（２）非晶質金属巻き回し方向に励磁をしながら熱処理を施すことで、コアユニットに磁気的な異方性を与える。（３）熱処理温度を３００℃以下の低温条件とすることで、材料自体の透磁率改善を抑制し、磁化電流を大きくすることでリアクトル容量の拡大を図る。適切な鉄心構造とは（１）コアユニットに応力付与する部材を設け、応力調整により磁化電流を変化させリアクトル容量の微調整を行う。

すなわち、本発明は、リング状のコアユニットを複数個磁化方向に積み重ねた脚部を有するトロイダル状鉄心と、巻線とを備え、前記コアユニットの一部または全部が非晶質金属にて構成され、非晶質金属を用いるコアユニットは非晶質金属を巻き回してなるリアクトル装置において、前記非晶質金属を巻き回したコアユニットは、その最外層及び最内層の透磁率が、それぞれ中間層の透磁率より高いリアクトル装置である。

また、本発明は、リング状のコアユニットを複数個磁化方向に積み重ねた脚部を有するトロイダル状鉄心と、巻線とを備え、前記コアユニットの一部または全部が非晶質金属にて構成され、非晶質金属を用いるコアユニットは非晶質金属を巻き回してなるリアクトル装置において、前記非晶質金属を巻き回したコアユニットは、磁気異方性を有し、かつ、磁気特性の良好な方向が前記巻線により励磁される磁化方向とは異なるリアクトル装置である。

そして、本発明は、リング状のコアユニットを複数個磁化方向に積み重ねた脚部を有するトロイダル状鉄心と、巻線とを備え、前記コアユニットの一部または全部が非晶質金属にて構成され、非晶質金属を用いるコアユニットは非晶質金属を巻き回してなるリアクトル装置において、前記非晶質金属を用いるコアユニットは、焼鈍温度を３００℃以下で行ったものであるリアクトル装置である。

更に、本発明は、前記非晶質金属を用いるコアユニットは、応力を加える機構を有し、容量調整を可能とするリアクトル装置である。

本発明によれば、非晶質金属を用いたトロイダル状のコアユニットを適切な焼鈍条件で製作することにより、低コストで、低損失、大容量のリアクトル装置の製作が可能となる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。
以下、本発明のリアクトル装置の実施例について、図面を用いながら説明する。

実施例１を説明する。図１に本実施例のリアクトル装置の鉄心構造を示す。リング状のコアユニット１とスペーサ２を複数個磁化方向に積み重ねた脚部を有する鉄心で、コアユニット１は非晶質金属にて構成される。

コアユニット１は、図２に示す通り非晶質金属を連続で巻きまわしたトロイダル状で、最内周には鉄心締め付け用のスタッドを通すスペースが設けられている。鉄心は、このコアユニット１を積み重ねた鉄心脚部と、これを上下から挟み込むヨーク部３により構成される。

図３にコアユニット１とスペーサ２により構成される鉄心脚部の磁束分布を示す。コアユニット１の内層側４、外層側５の端面ではコア端面から磁束が広がり、これにより、コアユニット１の角部６で磁束集中を生じるフリンジングが発生する。そのため、角部６の局部過熱の発生、鉄損の増加などが懸念される。

本実施例では、図４に示す通り、コアユニットの内層側４と外層側５が、中間層７より透磁率が高くなるように、磁気特性に勾配を持たせる。これにより、中間層７での磁束密度が上がり、内層側４、外層側５での磁束密度を下げることができることから、コアユニット角部６の磁束集中が緩和される。このような磁気特性を与える方法のひとつとしては、一般に非晶質金属の製造過程で加工ひずみを除去し磁気特性を改善するため行われる焼鈍処理において、コアユニット１の内層側４、外層側５に断熱材８を配置し、中間層７に比べ熱エネルギーの流入を抑制することで、内層側４、外層側５での透磁率の改善効果を小さくする方法が考えられる。この焼鈍処理の方法の概念図を図５に示す。

実施例２を説明する。本実施例においては、リアクトル装置の磁化電流を大きくし容量を増大し、かつ、低損失の特性を得るため、焼鈍処理時に、コアユニット１のアモルファス金属巻き回し方向に磁束を発生するよう励磁を行い、コアユニット１に磁気的異方性をつける方法が考えられる。

この方法を図６に示す。コアユニット１の締め付けスタッド貫通穴９に励磁用電流を流す電極１０を通し、これに直流または交流電流を流す。この処理により、熱処理後のコアユニットは巻き回し方向と平行な方向が磁化容易方向となり、鉄心脚部にスペーサとともに配置された状態では、鉄心の磁束透過方向と垂直な方向が磁化容易方向となる。

図７に示す通り、アモルファス金属は、磁化容易方向と直交する方向に励磁された場合、透磁率は低下し磁化電流は大きくなるものの、ヒステリシスループの面積は拡大しないことから、鉄損の悪化はほとんど無く、リアクトル装置として容量拡大と低損失の両立が可能となる。

実施例３を説明する。本実施例においては、図８に示す通り、焼鈍温度を３００℃以下の低温処理で行うことにより、さらに、焼鈍処理による透磁率の低減効果が少なく磁化電流が増加するため、このような熱処理を行うことで、リアクトル装置の容量拡大が可能となる。

実施例４を説明する。本実施例においては、リアクトル装置の容量微調整を容易に行うための鉄心構造について説明する。非晶質金属は、図９に示す通り、応力を付加することにより磁化電流が変化する。この特性を活用し、リアクトル装置の容量微調整を行う構造とする。

図１０はリアクトル装置の鉄心１１にコイル１２を組立てた状態を示している。この鉄心１１とコイル１２の隙間部に剛性のあるカシメ部材１３を配置し、鉄心コア部の上下端でカシメ部材１３を締め付けることにより、磁化電流を調整し、リアクトル容量の微調整を行う。また、図１１のリアクトル装置コア部の断面図に示す通り、鉄心１１とコイル１２の間に配置する楔１４の厚さを調整することで、鉄心１１への応力付与レベルを変え、磁化電流を調整し、リアクトル容量の微調整を行う。さらに、図１２のリアクトル装置の鉄心構造図に示す通り、鉄心を構成するコアユニット１に応力付加を目的として、カシメ部材１５を配置し、このカシメ部材の締付で磁化電流を調整し、リアクトル容量の微調整を行う構造なども適用できる。

以上実施例で説明したように、本発明によれば、非晶質金属を用いたトロイダル状のコアユニットを適切な焼鈍条件で製作することにより、低コストで、低損失、大容量のリアクトル装置を提供できる。

リアクトル装置の鉄心構造の説明図。鉄心の説明図。鉄心脚部の磁束密度の説明図。鉄心脚部の透磁率の説明図。熱処理方法の概念の説明図。磁場中熱処理方法の説明図。ヒステリシスループの説明図。熱処理温度の説明図。磁化特性の説明図。リアクトル装置の説明図。リアクトル装置のコア断面の説明図。リアクトル装置の鉄心構造の説明図。

符号の説明

１コアユニット
２スペーサ
３ヨーク部
４内層側
５外層側
６角部
７中間層
８断熱材
９スタッド貫通部
１０電極
１１鉄心
１２コイル
１３カシメ部材

Claims

リング状のコアユニットを複数個磁化方向に積み重ねた脚部を有するトロイダル状鉄心と、巻線とを備え、前記コアユニットの一部または全部が非晶質金属にて構成され、非晶質金属を用いるコアユニットは非晶質金属を巻き回してなるリアクトル装置において、
前記非晶質金属を巻き回したコアユニットは、その最外層及び最内層の透磁率が、それぞれ中間層の透磁率より高いことを特徴とするリアクトル装置。
リング状のコアユニットを複数個磁化方向に積み重ねた脚部を有するトロイダル状鉄心と、巻線とを備え、前記コアユニットの一部または全部が非晶質金属にて構成され、非晶質金属を用いるコアユニットは非晶質金属を巻き回してなるリアクトル装置において、
前記非晶質金属を巻き回したコアユニットは、磁気異方性を有し、かつ、磁気特性の良好な方向が前記巻線により励磁される磁化方向とは異なることを特徴とするリアクトル装置。
リング状のコアユニットを複数個磁化方向に積み重ねた脚部を有するトロイダル状鉄心と、巻線とを備え、前記コアユニットの一部または全部が非晶質金属にて構成され、非晶質金属を用いるコアユニットは非晶質金属を巻き回してなるリアクトル装置において、
前記非晶質金属を用いるコアユニットは、焼鈍温度を３００℃以下で行ったものであることを特徴とするリアクトル装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のリアクトル装置において、
前記非晶質金属を用いるコアユニットは、応力を加える機構を有し、容量調整を可能とすることを特徴とするリアクトル装置。