JP2011142149A - Transformer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、変圧器、特に低損失な特性を有するアモルファス変圧器に関する。 The present invention relates to a transformer, and more particularly to an amorphous transformer having low loss characteristics.
近年、鉄心に非晶金属を使用したアモルファス変圧器が普及している。アモルファス材は薄帯であることから、アモルファス変圧器は、薄帯のアモルファス材を積み重ねて構成した巻鉄心構造を用いる型式の変圧器としてのみ実用化されている。 In recent years, amorphous transformers using amorphous metal in the iron core have become widespread. Since the amorphous material is a thin ribbon, the amorphous transformer is put into practical use only as a transformer of a type using a wound core structure formed by stacking thin ribbon amorphous materials.
変圧器において、ケイ素鋼板を用いて構成した鉄心構造としては、巻鉄心構造と積鉄心構造がある。巻鉄心構造は、幅寸法が一様なケイ素鋼板を巻いて鉄心を構成しているため、そうした鉄心に巻き付けられるコイルの形状が矩形断面となる。そのため、変圧器の作動において、コイルは、拡縮するような変形を受けるときに周方向に作用する電磁機械力を受けるが、コイルには、特に四隅のコーナー部においてそうした電磁機械力に対する機械強度の確保が難しい。 In the transformer, the iron core structure constituted by using the silicon steel plate includes a wound iron core structure and a stacked iron core structure. Since the wound core structure is formed by winding a silicon steel plate having a uniform width dimension, the shape of the coil wound around the iron core has a rectangular cross section. Therefore, in the operation of the transformer, the coil receives an electromagnetic mechanical force acting in the circumferential direction when undergoing deformation such as expansion and contraction. It is difficult to secure.
一方、ケイ素鋼板を積み重ねた積鉄心構造は、鉄心に使用する鉄心材質の板幅を積み重ねられる板に応じて変更することで、円形断面にすることが可能である。こうした積鉄心構造を取り巻くコイルの断面も円形とすることができるため、コイルの電磁機械力に対する強度を確保することができる。 On the other hand, a stacked core structure in which silicon steel plates are stacked can have a circular cross section by changing the width of the core material used for the core according to the stacked plates. Since the cross section of the coil surrounding such a core structure can also be circular, the strength of the coil against electromagnetic mechanical force can be ensured.
一般的な変圧器では、大容量になるにつれ短絡時の電磁機械力が大きくなる。そのため数千KVA以上の大容量変圧器では積鉄心構造を採用することが一般的である。それ以下の容量では短絡時の電磁機械力がそれほど大きくないため、矩形断面でも機械強度を確保できので、アモルファス変圧器が実用化されている。 In a general transformer, as the capacity increases, the electromagnetic mechanical force at the time of a short circuit increases. For this reason, it is common to adopt a stacked core structure in a large capacity transformer of several thousand KVA or more. If the capacity is less than that, the electromagnetic mechanical force at the time of short circuit is not so large, and the mechanical strength can be ensured even with a rectangular cross section. Therefore, amorphous transformers have been put into practical use.
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が提案されている(特許文献1参照)。リアクトル装置は、リング状のコアユニット及びスペーサを複数個磁化方向に積み重ねた脚部と、これを上下から挟み込むヨーク部とにより構成されている鉄心と、この鉄心の周りに巻かれた巻線(コイル)とを備えている。コアユニットは、その一部又は全部が非晶質金属にて構成されており、好ましくは、非晶質金属を連続で巻きまわしたトロイダル状に形成されている。 There has been proposed a low-cost, high-efficiency, large-capacity reactor device that uses amorphous metal and suppresses deterioration of iron loss due to fringing even with a simple iron core structure (see Patent Document 1). The reactor device includes an iron core that includes a leg portion in which a plurality of ring-shaped core units and spacers are stacked in the magnetization direction, and a yoke portion that sandwiches the core unit from above and below, and a winding wound around the iron core ( Coil). Part or all of the core unit is made of an amorphous metal, and is preferably formed in a toroidal shape in which an amorphous metal is continuously wound.
鎖損の原因となる隣接した非晶質金属ストリップ断片間の短絡が生じないようにする非晶質金属鉄心の製造方法であって、切断型、及び非切断型の変圧器用非晶質金属鉄心を製造する際に、一対の楔部材を鉄心成形物の一方の縁部に配置して、ストリップ断片を層間移動させることにより、縁端が傾斜した鉄心成形物を製造可能とする工程が開示されている(特許文献2)。最終行程で縁端を再整列する工程までが含められているが、層間移動の工程ではストリップ断片が材料幅方向にずらしている状態が形成されている。 A method for manufacturing an amorphous metal core that prevents short-circuiting between adjacent amorphous metal strip pieces that cause chain loss, the method comprising: cutting and non-cutting amorphous metal cores for transformers Is disclosed in which a pair of wedge members are arranged at one edge of the core molding and the strip piece is moved between the layers, thereby making it possible to manufacture a core molding with an inclined edge. (Patent Document 2). Although the process of realigning the edges in the final stroke is included, the strip movement is formed in the material width direction in the interlayer movement process.
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、鉄心に非晶質金属を採用した場合、著しい低損失化が図れるが、巻鉄心構造となり、可能な容量が限られてしまい大容量機種では実現不可能である。
以上のことより、大容量機種では低損失な変圧器を製造することは難しい状況となっている。
Of the conventional technologies, when reducing the iron loss by using a silicon steel sheet, it is generally considered to design the iron core with a low magnetic flux density, but this method limits the reduction in loss. There is a significant increase in the size and mass of the equipment.
In addition, when an amorphous metal is used for the iron core, the loss can be significantly reduced, but it has a wound core structure, and the capacity that can be used is limited.
From the above, it is difficult to produce a low-loss transformer for large-capacity models.
そこで、非晶質金属を用いて、リング状のコアユニットを複数個に積み重ねた若しくは巻回して構成した単純な鉄心構造でも、積み重ね状態を一層安定にする点で解決すべき課題がある。
この発明は、リング状のコアユニットを複数個に積み重ねたときに、上下間で安定して積み重ねられた鉄心を備えた変圧器を提供することである。
Therefore, even with a simple iron core structure in which a plurality of ring-shaped core units are stacked or wound using amorphous metal, there is a problem to be solved in terms of further stabilizing the stacked state.
This invention is providing the transformer provided with the iron core stably piled up and down when a ring-shaped core unit was piled up in multiple numbers.
本発明による変圧器は、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リング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、コイル断面を円形にしたものである。 In order to solve the above problems, the transformer according to the present invention forms an iron core leg by stacking a plurality of ring-shaped core units that are manufactured by winding amorphous metal in the magnetization direction, and the coil cross section is circular. It is a thing.
コイル断面が円形となれば機械強度があがり、大容量機種が製造可能となり、低損失な大容量変圧器が実現できる。 If the coil cross-section is circular, the mechanical strength is increased, a large-capacity model can be manufactured, and a low-loss large-capacity transformer can be realized.
本変圧器において、前記非晶質金属を巻き回した前記コアユニットは、中心から離れるに従って材料幅方向にずらして形成することができる。 In the present transformer, the core unit around which the amorphous metal is wound can be formed so as to be shifted in the material width direction as the distance from the center increases.
また、本変圧器において、前記非晶質金属を巻き回した前記コアユニットは、巻回途中でずらし方向を反転させている。隣り合うユニットは、中心孔部よりも径方向に離れ且つ、特に、ずらし方向が反転する前後の環状部分で嵌合が規制されるので、両ユニットの嵌合状態が中心安定するとともに、鉄心の巨大化を防ぎ、したがってコアユニットの高さを抑制することができる。 Moreover, in this transformer, the said core unit which wound the said amorphous metal has reversed the shifting direction in the middle of winding. Adjacent units are separated in the radial direction from the center hole, and in particular, the fitting is restricted by the annular portions before and after the shifting direction is reversed. It is possible to prevent enlarging and thus suppress the height of the core unit.
本発明に係る変圧器によれば、非晶質金属を用いたトロイダル状のコアユニットを製作することにより、低コストで、低損失、大容量の変圧器の製作が可能となる。 According to the transformer according to the present invention, a toroidal core unit using an amorphous metal can be manufactured, and a low-loss, large-capacity transformer can be manufactured at low cost.
以下、本発明の実施例について、図を用いながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に本発明による変圧器の鉄心構造の一例を示す。図1に示す鉄心1は、リング状のコアユニット3とスペーサ4を複数個磁化方向に積み重ねて形成された3つの脚部鉄心2,2,2と、これを上下から挟み込むヨーク部5,5とを備えている。脚部鉄心2,2,2は、三相交流(U相、V相、W相)に対応して3本の鉄心から成っている。
FIG. 1 shows an example of the iron core structure of a transformer according to the present invention. The
鉄心1に用いられているコアユニット3は、一部又は全部がアモルファス(非晶質)金属にて構成される。コアユニット3は、図2に示す通り薄帯状の非晶質金属を連続で巻きまわした円筒(トロイダル)状の鉄心であって、最内周には鉄心締め付け用のスタッド7を通すスペース6が設けられている。スペーサ4は絶縁物から構成されている。また、各ヨーク部5は、アモルファスを積層した、又はケイ素鋼板を積層して成る略三角形状の厚板材から構成されている。
The
鉄心1の各脚部鉄心2は、このように構成された複数のコアユニット3を、スペーサ4を介して中心にスタッド7に通して積み重ねることによって組み立てられる。スタッド7をその両端でヨーク部5,5に対して締めつけて、スタッド7を介してヨーク部5,5を引き寄せることで、積み重ねられた複数のコアユニット3がヨーク部5,5間で締め付けられる。
Each
図3は、図1に示した鉄心にコイルを装着することで構成した本発明による大容量変圧器の一実施例を示す斜視図である。コイル8(一次コイル及び二次コイル)は、各脚部鉄心2の周囲に巻かれて構成されている。このように円形の鉄心脚部2にコイルを組み込むことで、各脚部鉄心2の断面が円形となり、コイル8断面も円形にすることができる。コイル形状が円形となることで、機械強度が大幅に増加している。機械強度が増加していることから、大きな短絡電流に耐えることが可能となり、アモルファス変圧器の大容量化が可能となる。
FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of a large-capacity transformer according to the present invention configured by attaching a coil to the iron core shown in FIG. The coil 8 (primary coil and secondary coil) is configured to be wound around each
図4は本発明による変圧器に用いられる鉄心脚部を構成するコアユニットの別の例を示す斜視図であり、図5は図4に示すコアユニットを複数個積み重ねて構成した鉄心脚部の断面図である。図4に示すとおり、コアユニット13は、巻き付ける薄帯材を中心部分から外周部分に向かうに従って材料幅方向に少しずつずらして巻き回すことによって、筍(竹の子)状とする。このように構成した複数のコアユニット13を、スペーサ14を介して中心にスタッド7に通して積み重ねることによって、鉄心脚部12が組み立てられる。
FIG. 4 is a perspective view showing another example of the core unit constituting the core leg used in the transformer according to the present invention, and FIG. 5 is a view of the core leg formed by stacking a plurality of core units shown in FIG. It is sectional drawing. As shown in FIG. 4, the
鉄心脚部12の断面は図5に示すように、各コアユニット13が上下間で安定して積み重ねられる。図示の例では、各コアユニット13は、中心部分が外周部分よりも背が高くなっているが、逆であっても構わない。
As shown in FIG. 5, the
上下間で各ユニット13が対向する面が円錐面となっており、その面積が図1、図2に示される実施例の場合の各ユニット3の対向面積よりも増加しているので、磁束が伝搬しやすくなり、その結果、変圧器としての低損失化が図れる。このようなコアユニットを使用することで、低損失な大容量アモルファス変圧器が可能となる。
The surface where each
図6は、本発明による変圧器に用いられる鉄心脚部を構成するコアユニットの更に別の例を示す斜視図であり、図7は、図5に示すコアユニットを複数個積み重ねて構成した鉄心脚部の断面図である。鉄心脚部22に使用するコアユニット23は、図6に示すとおり、巻き付ける薄帯材を中心部分から外周部分に向かうに従って、材料幅方向にずらして巻き回し、巻回途中でずらし方向を反転させる。鉄心脚部22の断面は、図7に示す形状のようになり、各ユニット23の接する面積が増加して磁束が伝搬しやすくなる。更に、巻回途中で逆側にずらすことで、デッドスペースが少なくなってコアユニットの高さを抑制することができる。また、そうすることで、隣り合うユニット23の嵌合状態が中心孔部よりも径方向に離れた環状部で規制されるので、嵌合状態が中心安定するとともに、鉄心の巨大化を防ぎ、変圧器が大型化しないようにする。小型で低損失な大容量アモルファス変圧器が可能となる。
FIG. 6 is a perspective view showing still another example of the core unit constituting the core leg part used in the transformer according to the present invention, and FIG. 7 is an iron core formed by stacking a plurality of core units shown in FIG. It is sectional drawing of a leg part. As shown in FIG. 6, the
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使用することにより、簡単な構造でありながら、機械的強度が高く、且つコアユニットの積重ね状態が安定して、大容量のアモルファス変圧器を提供することができる。 According to the present invention, by using the toroidal core unit using amorphous metal, the mechanical strength is high and the stacked state of the core unit is stable while having a simple structure and a large capacity. An amorphous transformer can be provided.
1 鉄心
2,12,22 鉄心脚部 3,13,23 コアユニット
4,14 スペーサ 5 ヨーク部
6,16,26 スペース 7 スタッド
8 コイル
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